JP2016217164A - 燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】異物混入によるシール部材のシール性の低下を抑制する。
【解決手段】燃料を加圧してインジェクタに圧送する燃料供給ポンプは、エンジンからの駆動力により回転する回転軸（５）と、回転軸（５）が挿入される軸孔（４１）を有するフランジ（４）と、回転軸（５）とフランジ（４）との間で回転軸（５）の軸線方向に互いに間隔をあけて配置され、燃料供給ポンプ内の燃料をシールする第１のシール部材（６ａ）及びエンジン側からの潤滑油をシールする第２のシール部材（６ｂ）と、を備え、フランジ（４）は、第１及び第２のシール部材（６ａ，６ｂ）の間の空間とフランジ（４）の外部とに連通する連通孔（４４）を有し、連通孔（４４）内に、連通孔（４４）を開閉する弁装置（１３）が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料を加圧してインジェクタに圧送する燃料供給ポンプに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を供給する装置として、複数のインジェクタが接続されるとともに高圧の燃料を貯留することができるコモンレールを備え、燃料供給ポンプにより常時燃料を加圧供給することでコモンレール内の燃料を高圧に維持し、エンジンの各気筒に取り付けたインジェクタから各気筒内へ高圧の燃料を緻密に噴射制御することを可能にした蓄圧式燃料供給装置（コモンレールシステム）が公知である。
コモンレールシステムの燃料供給ポンプは、ポンプハウジングに取り付けられているフランジを介してエンジンに取り付けられており、エンジンの駆動軸からの駆動力がフランジに挿入されたカムシャフトに伝達され、カムシャフトのカムがプランジャを上下動させることにより、燃料を加圧する。燃料供給ポンプにおいて、フランジの内周面とカムシャフトの外周面との間をシールするために、２つのシール部材が設けられている。これらのシール部材は、カムシャフトの軸線方向に互いに離間して配置されている。２つのシール部材のうち、燃料供給ポンプ側に配置されているシール部材は、燃料供給ポンプ内の燃料が外部に流出することを防止している。他方、燃料供給ポンプとは反対側（エンジン側）に配置されているシール部材は、エンジンの種々のパーツを潤滑するための潤滑油が燃料供給ポンプ内に侵入することを防止している（例えば、特許文献１参照）。
２つのシール部材の間に形成された空間は、フランジに形成された連通孔を介して燃料供給ポンプの外部に連通されており、カムシャフトが回転する際には、燃料供給ポンプの外部から空気が吸い込まれる。この空気の吸い込みにより、燃料供給ポンプ及びエンジンのそれぞれの内部から、燃料及び潤滑油の漏出が防止される（ポンプ作用）。

特開２００９−１３８６４９号公報

しかし、フランジの連通孔は、常に開放状態にあるので、例えば、塵埃のような異物が連通孔を介してカムシャフトとシール部材との間に侵入し、シール部材が異物を巻き込んで破損し、カムシャフトとシール部材との間のシール性が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、異物混入によるシール部材のシール性の低下を抑制することができる燃料供給ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料を加圧してインジェクタに圧送する燃料供給ポンプであって、エンジンからの駆動力により回転する回転軸と、前記回転軸が挿入される軸孔を有するフランジと、前記回転軸と前記フランジとの間で前記回転軸の軸線方向に互いに間隔をあけて配置され、前記燃料供給ポンプ内の燃料をシールする第１のシール部材及び前記エンジン側からの潤滑油をシールする第２のシール部材を備え、前記フランジは、前記第１のシール部材と前記第２のシール部材の間の空間と前記フランジの外部とに連通する連通孔を有し、前記連通孔内に、該連通孔を開閉する弁装置が設けられていることを特徴とする。

また、前記弁装置は、内部に、前記連通孔と同心状に形成されている貫通孔及び弁座を有する弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に位置し、前記貫通孔を開閉する弁体と、前記弁体を、前記弁座に着座させて閉弁状態とする閉弁方向に付勢する付勢部材と、を備えることが好ましい。

また、前記弁装置は、前記連通孔に形成され、前記フランジの外部側からの空気が流入する空気流入部と、前記連通孔に前記空気流入部に連続して形成され、前記空気流入部側に弁座を有する収容部と、前記収容部内に位置して、前記空気流入部を開閉する弁体と、前記弁体を、前記弁座に着座させて閉弁状態とする閉弁方向に付勢する付勢部材と、を備えることが好ましい。

本発明によれば、異物混入によるシール部材のシール性の低下を抑制することができる。

一部を断面視した燃料供給ポンプの斜視図である。 図１に示した燃料供給ポンプのフランジの一部の拡大断面図である。 一部を断面視した弁装置の斜視図である。 弁装置の閉弁状態及び開弁状態を示す断面図である。 弁装置の変形例を示す拡大断面図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の実施形態をとり得る。

＜燃料供給ポンプ＞
図１は、燃料供給ポンプ１００の一部を断面視した斜視図である。図２は、図１に示した燃料供給ポンプ１００のフランジ４の一部を拡大した半断面図である。
燃料供給ポンプ１００は、燃料タンク（図示略）から加圧室内に供給された燃料をプランジャ８の運動によって加圧し、燃料吐出弁１２を介してコモンレールに送る、車両用、特に小型車又は商用車用のポンプである。コモンレールに圧送された高圧燃料は、インジェクタに所定量分配される。図１に示す燃料供給ポンプ１００は、プランジャ８が１本のポンプであるが、本発明においては、プランジャ８の数量を限定する必要はなく、複数の加圧室及び複数のプランジャ８が並列に配置された、いわゆる列型のポンプであってもよい。
燃料供給ポンプ１００は、燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプ１と、フィードポンプ１から送られてくる燃料を加圧し、高圧をかけた状態の燃料をコモンレールに送るポンプ本体部２と、加圧室に送る燃料の流量を調整する調量弁（図示略）と、を備えている。

［フィードポンプ及び調量弁］
フィードポンプ１は、燃料タンク内に貯留されている燃料を汲み上げて、調量弁に送るものである。フィードポンプ１は、駆動ギアと従動ギアとを有するギアポンプであり、このフィードポンプ１が駆動することにより、燃料タンクから燃料が吸い上げられ、調量弁に送られる。
調量弁は、フィードポンプ１から送られてきた燃料をポンプ本体部２の燃料加圧室９１に送る際に、その流量を調整する。調量弁を設けることにより、エンジンの燃料消費量に応じて流量を調整して燃料加圧室９１に送ることができる。

［ポンプ本体部］
図１、図２に示すように、ポンプ本体部２は、主としてハウジング３と、フランジ４と、カムシャフト５と、２つのシール部材６と、タペット装置７と、プランジャ８と、シリンダヘッド９と、スプリング１０と、燃料吸入弁１１と、燃料吐出弁１２と、弁装置１３と、を備えている。

（ハウジング）
ハウジング３は、カムシャフト５、タペット装置７、プランジャ８、シリンダヘッド９、スプリング１０、燃料吸入弁１１及び燃料吐出弁１２の各機構を収容するものである。
ハウジング３には、カムシャフト５を収容する第１の収容空間３１と、タペット装置７及びシリンダヘッド９を収容する第２の収容空間３２とが形成されている。
第１の収容空間３１は、カムシャフト５の軸線方向に延びるように形成された空間であり、カムシャフト５が挿入される。第１の収容空間３１は、ハウジング３におけるフィードポンプ１が取り付けられている面から、この面に対向する面に向けて貫通するように形成されている。第１の収容空間３１の、フィードポンプ１が取り付けられている面に対向する面には、フランジ４が取り付けられる。
第２の収容空間３２は、プランジャ８の軸線方向に延び、円柱状に形成されている。第１の収容空間３１及び第２の収容空間３２は、互いに延びる方向がほぼ直交するように形成されており、第２の収容空間３２は、一方が第１の収容空間３１に連通しており、他方が第１の収容空間３１とは異なる面に向けて貫通している。

（フランジ）
図２に示すように、フランジ４は、カムシャフト５の軸部５３を回転自在に支持するものであり、ハウジング３の、フィードポンプ１が取り付けられていない側に取り付けられている。また、フランジ４は、燃料供給ポンプ１００とは反対側において、エンジン（図示せず）に隣接している。
フランジ４の内部には、カムシャフト５が挿入される軸孔４１が形成されている。さらにフランジ４には、その外周面４２から内周面４３まで延びて軸孔４１に開口していて、フランジ４の外部とフランジ４の内部とを連通する連通孔４４が形成されている。これにより、フランジ４内部への、連通孔４４を通じた空気の通流が可能になる。
連通孔４４内には、図２に示すように、弁装置１３が設けられている。

（カムシャフト）
図１、図２に示すように、カムシャフト５は、エンジンの駆動軸に連結機構（図示せず）を介して連結されており、駆動軸からの駆動力によって自身が回転し、タペット装置７を介してプランジャ８を往復直線運動させる回転軸である。カムシャフト５は、軸受５１を介してハウジング３に、軸受５２を介してフランジ４にそれぞれ回転自在に支持されている。
図１に示すように、カムシャフト５は、軸線回りに回転する軸部５３と、軸部５３に設けられたカム部５４とを備えている。
軸部５３は、略円柱状に形成され、エンジンからの駆動力によって回転する。
カム部５４は、１つ又は複数のカム山を有し、軸部５３に固定されており、軸部５３の回転とともに軸部５３の軸線回りに回転する。カム部５４における軸線方向の両端部は、軸線に対して直交する方向に延在する平面上の端面を有している。
カムシャフト５は、カム部５４が第２の収容空間３２の下方に位置するように、第１の収容空間３１内に配置されている。
なお、カム部５４は、軸部５３と一体に形成されていてもよい。

（シール部材）
図２に示すように、２つのシール部材６は、フランジ４とカムシャフト５との間に設け
られている。具体的には、２つのシール部材６は、フランジ４の内周面４３と、カムシャフト５の外周面との間に、カムシャフト５の軸線方向に互いに間隔をあけて、カムシャフト５が摺動可能であるように設けられている。２つのシール部材６の間には空間Ｓが形成されている。２つのシール部材６は、カムシャフト５の軸線方向において、フランジ４の連通孔４４を間に挟んで配置されている。つまり、連通孔４４は、フランジ４の外部と空間Ｓとを連通可能にしている。
シール部材６は、燃料供給ポンプ１００内部の圧送される燃料及びエンジン内部のエンジンオイルのような潤滑油の漏出を防ぐ。
具体的には、ハウジング３寄りに設けられているシール部材６ａは、フランジ４とカムシャフト５との間をシールして、燃料供給ポンプ１００内における潤滑油として機能する燃料が燃料供給ポンプ１００外部へ漏出することを防止する。
また、カムシャフト５の軸線方向において、シール部材６ａに対して外側に設けられているシール部材６ｂは、フランジ４とカムシャフト５との間をシールしてエンジンの各構成要素の潤滑油が、燃料供給ポンプ１００内へ漏出することを防止する。
シール部材６ａ，６ｂにより、燃料供給ポンプ１００内の燃料とエンジン内の潤滑油との混合が防止されている。

（タペット装置）
タペット装置７は、カム部５４の回転運動をプランジャ８の往復直線運動に変換するものであり、図１に示すように、プランジャ８とカム部５４との間に介在し、第２の収容空間３２内に配置されている。タペット装置７は、ローラ７１とタペット本体部７２とから構成され、タペット本体部７２は、ローラ７１を摺動保持するローラ保持部と第２の収容空間３２の内周面と摺動する円筒部とを備えている。

（プランジャ）
プランジャ８は、シリンダヘッド９内の燃料加圧室９１の一部を構成し、シリンダヘッド９に形成された空間９２に摺動自在に保持されている。この空間９２は、シリンダヘッド９の上方と側方に開口している。プランジャ８は、ハウジング３内でのタペット装置７の往復直線運動とともに往復直線運動し、燃料加圧室９１内の燃料に高い圧力をかけるものである。プランジャ８の上端部は、燃料加圧室９１の壁面の一部を構成し、その下端部は、スプリング１０のスプリングシート１０１に係止されている。このスプリングシート１０１との係止により、プランジャ８はタペット装置７側に引き下げられている。

（シリンダヘッド）
シリンダヘッド９は、その一部がハウジング３の第２の収容空間３２内に収容されている。この被収容部９３内に形成された空間９２内にプランジャ８が挿入されている。プランジャ８は、空間９２内でその軸線方向に沿って摺動自在である。この空間９２は、プランジャ８及び燃料吸入弁１１とともに燃料に高い圧力をかけるための燃料加圧室９１を形成している。
燃料加圧室９１は、燃料吸入弁１１を介して取り込んだ燃料をプランジャ８が高速で往復直線運動することにより、効率的に加圧することができるようになっている。プランジャ８の往復直線運動によって加圧された燃料は、燃料吐出弁１２を介してコモンレールに圧送される。

（スプリング）
スプリング１０は、自身の弾性から生まれる付勢力によりプランジャ８を下方に付勢する。スプリング１０は、ハウジング３の第２の収容空間３２内に配置されており、一端がシリンダヘッド９に当接し、他端がスプリングシート１０１に接続されている。

（燃料吸入弁）
燃料吸入弁１１は、調量弁を介して送られてくる燃料を燃料加圧室９１に供給するための弁であり、シリンダヘッド９の空間９２における上方の開口部近傍に配置されている。

（燃料吐出弁）
燃料吐出弁１２は、高圧の燃料をコモンレールに送るための弁であり、シリンダヘッド９の空間９２における側方の開口部付近に配置されている。

（弁装置）
図３は、一部を断面視した弁装置１３の斜視図である。
図２、図３に示すように、弁装置１３は、フランジ４に形成された連通孔４４に挿入、固定されており、フランジ４の外側からカムシャフト５側への空気の通流を許容し、カムシャフト５側からフランジ４の外側への空気の逆流を阻止する弁である。
弁装置１３は、弁ハウジング１３１と、弁体１３２と、弁体１３２を付勢する付勢部材１３３と、を備えている。弁装置１３は、フランジ４とは別体に構成されている。

弁ハウジング１３１は、弁体１３２及び付勢部材１３３を収容するものであり、その内部に、貫通孔１３４及び弁座１３５が形成されている。貫通孔１３４及び弁座１３５は、連通孔４４と同心状に形成されている。弁座１３５は、貫通孔１３４の途中に形成されている。弁座１３５の内周面は、フランジ４側からカムシャフト５側に向かって拡径するようなテーパ状に形成されている。
弁ハウジング１３１のカムシャフト５側の端部には、弁ハウジング１３１の内壁部から弁ハウジング１３１内部に向かって突出し、付勢部材１３３の一端を支持する突出部１３６が設けられている。突出部１３６は、貫通孔１３４を部分的に塞いでいるだけであり、弁装置１３の開弁状態において、空気は貫通孔１３４を通流可能とされ、突出部１３６が空気の流れを遮断することはない。

弁体１３２は、弁ハウジング１３１内に設けられた球体であり、弁座１３５に着座して貫通孔１３４を閉じる位置（閉弁位置）と、弁座１３５から離間して貫通孔１３４を開く位置（開弁位置）との間で往復移動自在とされている。

付勢部材１３３は、例えば、コイルばねから形成されており、一端が弁体１３２に連結され、他端が突出部１３６に連結されている。付勢部材１３３は、自然長に対して縮められた状態、すなわち、弾性変形された状態で貫通孔１３４内に設けられており、付勢部材１３３の復元力（弾性力）で弁体１３２が弁座１３５に着座し、貫通孔１３４を塞いでいる。

＜弁装置の閉弁、開弁動作＞
次に、図４に基づいて、弁装置１３の閉弁、開弁動作について説明する。
図４（ａ）は、弁装置１３の閉弁状態、図４（ｂ）は、弁装置１３の開弁状態を示したものであり、矢印によってフランジ４の外部からの空気の流れを概念的に示している。
エンジンの停止時（又は燃料供給ポンプ１００の低出力運転時）、弁装置１３の弁体１３２にフランジ４の外側からカムシャフト５側に向かって作用する圧力（正圧及び／又は負圧）は、弁体１３２を弁座１３５に向かって押し付ける付勢部材１３３の付勢力よりも小さい。そのため、図４（ａ）に示すように、弁装置１３の弁体１３２は、付勢部材１３３の付勢力により弁座１３５に着座した状態となり弁装置１３の貫通孔１３４は、弁体１３２によって閉鎖されて、弁装置１３は閉弁状態にある。その結果、塵埃等の異物が、シール部材６ａ，６ｂの間の空間Ｓ内に侵入することを防止できる。

エンジンの運転時に燃料供給ポンプ１００が駆動していると、カムシャフト５が回転して、シール部材６ａ，６ｂの内周面と、カムシャフト５の外周面との間に空気のポンプ作
用が生じる。ここで「空気のポンプ作用」とは、カムシャフト５の回転により、連通孔４４を通じて空気をシール６ａ，６ｂ側に吸い込む作用のことである。具体的には、シール部材６ａにおいては、ポンプ本体部２の内部に向かって空気が吸い込まれ、シール部材６ｂにおいては、エンジンの内部に向かって空気が吸い込まれる。このシール部材６ａ，６ｂにおける空気のポンプ作用発生時には、シール部材６ａ，６ｂの間の空間Ｓ内に、フランジ４の外部の圧力に対して負圧が形成される。
フランジ４の外部の圧力（正圧）及び空間Ｓ内に形成された負圧が、弁体１３２を弁座１３５に押し付ける付勢部材１３３の付勢力を上回った場合、図４（ｂ）に示すように、弁体１３２は弁座１３５から離れ、開弁状態になる。これにより、矢印により概念的に示すように、空気が弁装置１３の貫通孔１３４を通って、空間Ｓ内に侵入する。

エンジンの運転状況に応じて、例えばカムシャフト５の回転が低下して、ポンプ作用が抑制された場合、空間Ｓ内の負圧は低下するので、吸い込まれる空気は減少し、フランジ４の外部の圧力及び空間Ｓ内に形成された負圧を、付勢部材１３３の付勢力が上回る。これにより、弁体１３２は弁座１３５に押し付けられ、弁装置１３は、再び閉弁状態になる。

＜変形例＞
なお、弁装置は、上記の構成に限られるものではない。次に、図５に基づいて、弁装置の変形例について説明する。なお、上記の実施の形態と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
図５は、弁装置が設けられるフランジ４Ａの一部を拡大した断面図である。
図５に示すように、フランジ４Ａには、外周面から内周面４３まで延びて、カムシャフト５の軸孔４１に開口していて、フランジ４Ａの外部と内部とを連通する連通孔４４Ａが形成されている。
弁装置１３Ａは、連通孔４４Ａに形成され、フランジ４の外部（大気）側から空気が流入する空気流入部４５Ａと、連通孔４４Ａに空気流入部４５Ａに連続して形成され、空気流入部４５Ａ側の端部に弁座４７Ａを有する収容部４６Ａとを備えている。空気流入部４５Ａ及び収容部４６Ａは互いに同心状に形成されている。空気流入部４５Ａの内径は、収容部４６Ａの内径よりも小さく設定されている。
弁座４７Ａは、空気流入部４５Ａ側から収容部４６Ａ側に向かうにつれて拡径するようにテーパ状に形成されている。

弁装置１３Ａは、さらに、弁体１３２Ａと、付勢部材１３３Ａとを備えている。
弁体１３２Ａは、連通孔４４Ａの収容部４６Ａ内に設けられた球体であり、弁座４７Ａに着座して空気流入部４５Ａを閉じる位置（閉弁位置）と、弁座４７Ａから離間して空気流入部４５Ａを開く位置（開弁位置）との間で往復移動自在とされている。
付勢部材１３３Ａは、例えば、コイルばねから形成されており、一端が弁体１３２Ａに連結され、他端が収容部４６Ａの内壁に連結されている。付勢部材１３３Ａは、自然長に対して縮められた状態、すなわち、弾性変形された状態で収容部４６Ａ内に設けられており、付勢部材１３３Ａの復元力（弾性力）で弁体１３２Ａが弁座４７Ａに着座し、空気流入部４５Ａを塞いでいる。

＜作用、効果＞
以上のような構成を有する燃料供給ポンプ１００によれば、２つのシール部材６ａ，６ｂの間の空間Ｓと、フランジ４，４Ａの外部とを連通する連通孔４４，４４Ａ内に、連通孔４４，４４Ａを開閉する弁装置１３，１３Ａが設けられているので、通常は、連通孔４４，４４Ａが閉鎖され、異物がカムシャフト５とシール部材６ａ，６ｂとの間に侵入することを防止できる。これにより、異物混入によるシール部材６ａ，６ｂのシール性の低下を抑制することができる。
また、弁装置１３，１３Ａが、連通孔４４，４４Ａを開閉する弁体１３２，１３２Ａと、弁体１３２，１３２Ａを弁座１３５，４７Ａに着座させて閉弁状態とする閉弁方向に付勢する付勢部材１３３，１３３Ａとを備えていることにより、エンジンの運転状況に応じて、連通孔４４，４４Ａの開閉が可能になり、連通孔４４，４４Ａを通じた異物の不必要な侵入を阻止することができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限られるものではなく、弁装置１３の貫通孔１３４内において弁座１３５の上流側、又は、フランジ４Ａの連通孔４４Ａの空気流入部４５Ａに、異物を捕捉するフィルタ部材が設けられていてもよい。
また、連通孔４４，４４Ａは、フランジ４，４Ａの外周面にわたって複数形成されていてもよい。

４，４Ａ フランジ
５ カムシャフト（回転軸）
６，６ａ，６ｂ シール部材
１３ 弁装置
４１，４１Ａ 軸孔
４４，４４Ａ 連通孔
４５Ａ 空気流入部
４６Ａ 収容部
４７Ａ 弁座
１００ 燃料供給ポンプ
１３１ 弁ハウジング
１３２，１３２Ａ 弁体
１３３，１３３Ａ 付勢部材
１３４ 貫通孔
１３５ 弁座
Ｓ 空間

Claims (3)

1. 燃料を加圧してインジェクタに圧送する燃料供給ポンプであって、
   エンジンからの駆動力により回転する回転軸と、
   前記回転軸が挿入される軸孔を有するフランジと、
   前記回転軸と前記フランジとの間で前記回転軸の軸線方向に互いに間隔をあけて配置され、前記燃料供給ポンプ内の燃料をシールする第１のシール部材及び前記エンジン側からの潤滑油をシールする第２のシール部材を備え、
   前記フランジは、前記第１のシール部材と前記第２のシール部材の間の空間と前記フランジの外部とに連通する連通孔を有し、
   前記連通孔内に、該連通孔を開閉する弁装置が設けられていることを特徴とする燃料供給ポンプ。
2. 前記弁装置は、
   内部に、前記連通孔と同心状に形成されている貫通孔及び弁座を有する弁ハウジングと、
   前記弁ハウジング内に位置し、前記貫通孔を開閉する弁体と、
   前記弁体を、前記弁座に着座させて閉弁状態とする閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給ポンプ。
3. 前記弁装置は、
   前記連通孔に形成され、前記フランジの外部側からの空気が流入する空気流入部と、
   前記連通孔に前記空気流入部に連続して形成され、前記空気流入部側に弁座を有する収容部と、
   前記収容部内に位置して、前記空気流入部を開閉する弁体と、
   前記弁体を、前記弁座に着座させて閉弁状態とする閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給ポンプ。
   

Images