JP2018087549A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】配管と配管を溶接により取り付けるボディとを接続する配管取付方法において、溶接設備の仕様の変更を行わずに、前記配管と前記ボディとを溶接により接続する取付方法を提供することを目的とする。【解決手段】ボディに溶接される配管の接合方法において、当該配管を前記ボディに溶接される接続部と前記接続部と反対側に形成される主配管部とで形成し、前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を大きくするように、又は小さくするように前記接続部を形成し、当該異なる外径とした前記接続部の外周部と前記ボディに形成された穴部との間において溶接することでボディに対して配管を接合する。【選択図】 図６

Description

本発明は、エンジンに燃料を高圧で供給する高圧燃料供給ポンプに関し、特に吸入配管に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１６−９４９１３号公報（特許文献１）がある。この公報の段落００１３には、「燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づいてフィードポンプ２１によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧ポンプの低圧燃料吸入口（吸入ジョイント）１０ａに送られる。」と記載されている。

特開２０１６−９４９１３号公報

従来技術には次のような問題点があった。
高圧燃料供給ポンプの吸入配管は、車両の燃料タンクから低圧燃料を前記高圧燃料供給ポンプ内に吸入する機能を有しており、前記高圧燃料ポンプに結合した配管である。前記吸入配管を溶接でポンプボディに取り付ける際に高圧燃料供給ポンプの仕様により必要となる吸入配管の太さが異なる。この場合に、吸入配管の太さに合わせて溶接設部の仕様を変更することで対応は可能であるが、この変更には手間と時間がかかるので、著しく生産効率が悪くなり結果として生産コストの増加に繋がる。

そこで本発明は、配管と配管を溶接により取り付けるボディとを接続する配管取付方法において、溶接設備の仕様の変更を行わずに、前記配管と前記ボディとを溶接により接続する取付方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、ボディに溶接される配管の接合方法において、当該配管を前記ボディに溶接される接続部と前記接続部と反対側に形成される主配管部とで形成し、前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を大きくするように、又は小さくするように前記接続部を形成し、当該異なる外径とした前記接続部の外周部と前記ボディに形成された穴部との間において溶接することでボディに対して配管を接合する。

本発明によれば、溶接設備の仕様の変更を行わずに、前記吸入配管と前記ボディとを溶接により接続し取り付けることが可能である。
本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。

高圧燃料供給ポンプが適用されたエンジンシステムの構成図を示す。 高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 高圧燃料供給ポンプの上方から見た水平方向断面図である。 高圧燃料供給ポンプの図２と別方向から見た縦断面図である。 高圧燃料供給ポンプの吸入配管５１の一例の水平方向断面図を示す。 本発明の実施例１の吸入配管５１を示す水平方向断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず本発明の第一実施例について図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すエンジンシステムの全体構成図を用いてシステムの構成と動作を説明する。破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ（以下、高圧燃料供給ポンプと呼ぶ）の本体を示し、この破線の中に示されている機構・部品はポンプボディ１に一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられる。この燃料は適切なフィード圧力に加圧されて燃料配管２８を通して高圧燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

低圧燃料吸入口１０ａから吸入配管５１を通過した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｄを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁吸入弁機構３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し、ポンプボディ１に形成された吸入通路１ａを流れた後に加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構９３によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられる。プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧される。吐出弁機構８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送される。そしてＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。本実施例はインジェクタ２４がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される高圧燃料供給ポンプである。高圧燃料供給ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁機構３００への信号により、所望の供給燃料の燃料流量を吐出する。

図２は本実施例の高圧燃料供給ポンプの垂直方向の断面で見た縦断面図を示し、図３は高圧燃料供給ポンプを上方から見た水平方向断面図である。また図４は高圧燃料供給ポンプを図２と別の垂直方向断面で見た縦断面図である。図５は吸入配管５１の一例の水平方向断面図である。

本実施例の高圧燃料供給ポンプはポンプボディ１に設けられた取付けフランジ１ｅ（図３）を用い内燃機関の高圧燃料供給ポンプ取付け部９０（図２、４）に密着し、図示しない複数のボルトで固定される。

図２、４に示すように高圧燃料供給ポンプ取付け部９０とポンプボディ１との間のシールのためにＯリング６１がポンプボディ１に嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

図２、４に示すようにポンプボディ１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、ポンプボディ１と共に加圧室１１を形成するシリンダ６が取り付けられている。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁吸入弁機構３００と加圧室１１から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構８が設けられている。

シリンダ６はその外周側においてポンプボディ１と圧入され、さらに固定部６aにおいて、ボディを内週側へ変形させてシリンダを図中上方向へ押圧し、シリンダ６の上端面で加圧室１１にて加圧された燃料が低圧側に漏れないようシールしている。すなわち、加圧室１１は、ポンプボディ１、電磁吸入弁機構３００、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。

プランジャ２の下端には、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカム９３の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット９２が設けられている。プランジャ２はリテーナ１５を介してばね４にてタペット９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に往復運動させることができる。

また、シールホルダ７の内周下端部に保持されたプランジャシール１３がシリンダ６の図中下方部においてプランジャ２の外周に摺動可能に接触する状態で設置されている。これにより、プランジャ２が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。同時に内燃機関内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプボディ１の内部に流入するのを防止する。

高圧燃料供給ポンプのポンプボディ１の側面部には吸入配管５１が取り付けられている。吸入配管５１は、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する低圧配管に接続されており、燃料はここから高圧燃料供給ポンプ内部に供給される。吸入配管５１内の吸入フィルタ５２は、燃料タンク２０から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９、低圧燃料流路１０ｄを介して電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向に移動して吸入行程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室１１内の燃料圧力が低下する。この行程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入ポート３１ｂの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開口状態になる。燃料は吸入弁３０の開口部３０ｅを通り、加圧室１１に流入する。

プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が上昇運動に転じ圧縮行程に移る。ここで電磁コイル４３は無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。ロッド付勢ばね４０は、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。加圧室１１の容積は、プランジャ２の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度、加圧室１１に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入弁３０の開口部３０ｅを通して吸入通路１０ｄへと戻されるので、加圧室の圧力が上昇することは無い。この行程を戻し行程と称する。

この状態で、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと呼ぶ）からの制御信号が電磁吸入弁機構３００に印加されると、電磁コイル４３には端子４６を介して電流が流れる。磁気コア３９とアンカー３６との間に磁気吸引力が作用し、磁気コア３９及びアンカー３６が磁気吸引面で接触する。磁気吸引力はロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝ってアンカー３６を付勢し、アンカー３６がロッド凸部３５ａと係合して、ロッド３５を吸入弁３０から離れる方向に移動させる。
よって、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力により吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇し、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁機構８を介して高圧燃料の吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この行程を吐出行程と称する。

すなわち、プランジャ２の圧縮行程（下始点から上始点までの間の上昇行程）は、戻し行程と吐出行程からなる。そして、電磁吸入弁機構３００のコイル４３への通電タイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。電磁コイル４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中の、戻し行程の割合が小さく、吐出行程の割合が大きい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なく、高圧吐出される燃料は多くなる。一方、通電するタイミングを遅くすれば圧縮行程中の、戻し行程の割合が大きく吐出行程の割合が小さい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が多く、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル４３への通電タイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。

以上のように電磁コイル４３への通電タイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することが出来る。

低圧燃料室１０には高圧燃料供給ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管２８へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。一度、加圧室１１に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０を通して吸入通路１０ｄへと戻される場合、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構９は、波板状の円盤型金属板２枚をその外周で張り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダイアフラムダンパで形成されており、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有し、プランジャの往復運動によって副室７ａの体積は増減する。副室７ａは燃料通路１０ｅにより低圧燃料室１０と連通している。プランジャ２の下降時は、副室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から副室７ａへと燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入行程もしくは、戻し行程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、高圧燃料供給ポンプ内部で発生する圧力脈動を低減する機能を有している。

図５は吸入配管５１の一例を示す水平方向断面図である。吸入配管５１は吸入配管取付部位５１ａと吸入配管溶接部位５１ｂから構成され、吸入配管取付部位５１ａにて燃料配管２８と接続され、吸入配管溶接部位５１ｂにてポンプボディ１に取り付けられる。具体的には、吸入配管５１の吸入配管溶接部位５１ｂはポンプボディ１と溶接により結合され、燃料が高圧燃料供給ポンプの外に漏れることを防いでいる。ここで、吸入配管５１の配管の外径は吸入配管取付部位５１ａの外径と定義し、図５では吸入配管５１の外径と吸入配管溶接部位５１ｂの外径は等しい。

吸入配管取付部位５１ａの外径は、ここに取り付けられる燃料配管２８の径の大きさ（内径）に依存するため、高圧燃料供給ポンプの仕様により必要となる吸入配管５１の配管の外径は異なる。図５の吸入配管５１の場合、要求される吸入配管５１の配管の外径によって、これを変更することになると、吸入配管溶接部位５１ｂの外径も吸入配管５１の配管の外径と同様の大きさに変更しなければならなくなる。この場合に溶接を行うためには、溶接部位の外径の変更に対応した、すなわち溶接の仕様の変更に対応した溶接設備が必要となる。
この溶接設備とは、溶接設備自体に溶接部位の外径を変更する機構を設けられている溶接設備、もしくは変更した溶接部位の外径にて溶接を行うことが可能な新たな溶接設備を示す。前者の溶接部位の外径を変更する機構を設けられている溶接設備では、前記機構を導入するための費用が必要となるほか、前記機構を動かした際に、溶接の再現性を確認するために時間が必要となるため、著しく生産効率が悪化する。後者の新たな溶接設備を導入する場合は費用の増大に繋がる。いずれの場合も溶接設備の仕様の変更には手間と時間が大きくかかるため、著しく生産効率が悪くなり、結果として生産コストの増加に繋がる。

そこで以下においては要求される吸入配管５１（吸入配管取付部位５１ａ）の配管の外径が仕様により変更した場合においても、溶接設備の仕様の変更なしで溶接可能な吸入配管５１を有する高圧燃料供給ポンプについて説明する。たとえば、ある溶接設備を用いて図５のような吸入配管５１を製造、溶接していた場合において、要求仕様により吸入配管取付部位５１ａの配管の外径が細くする必要が生じたとする。この場合、吸入配管取付部位５１ａを細くするとともに吸入配管溶接部位５１ｂも同様に細くすることで吸入配管５１を製造することはできる。しかし、この場合に細くした吸入配管溶接部位５１ｂをポンプボディ１に対して溶接を行う際に上記したような問題が生じる。
図６は上記の問題を解決するための本実施例の吸入配管５１の水平方向断面図を示す。ここで図５と同じ符号については同じ意味を示すものとして説明を省略する。なお、本実施例ではポンプボディ１に溶接される配管の例として吸入配管５１を一例に挙げているが、本発明はこの吸入配管に限定されるものではない。たとえば、ポンプボディから圧縮された燃料を吐出する吐出配管でも構わないし、その他の配管であっても適用が可能である。また、ポンプボディ１は配管と溶接により結合されるボディであれば本発明の効果を得ることができる。
すなわち、本実施例のボディに溶接される配管の接合方法は、当該配管を前記ボディに溶接される接続部と前記接続部と反対側に形成される主配管部とで形成し、前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を大きくするように、又は小さくするように前記接続部を形成し、当該異なる外径とした前記接続部の外周部と前記ボディに形成された穴部との間において溶接することでボディに対して配管を接合する。
本実施例では、ボディとして高圧燃料供給ポンプのポンプボディ１を例として、また配管としてポンプボディ１に溶接される吸入配管５１として説明した。また、主配管部として吸入配管取付部位５１ａを例にして、接続部として吸入配管溶接部位５１ｂを例にして説明した。主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）の外周部の外径に対して、接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部の外径を大きくする場合には、図５に示すように接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）を主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）から外径側に向かって折り曲げる加工をすると良い。これにより配管（吸入配管５１）をプレス成型により製造する際に、併せて外径を拡大した接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）を形成することが可能である。あるいは、配管（吸入配管５１）を切削加工により製造する場合には、このときに接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部を拡大させ、一方で主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）の外周部の外径が小さくなるように切削することが望ましい。そのうえで、外径が大きくなった接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部をボディ（ポンプボディ１）に形成された穴部の内周部に挿入して溶接を行う。
一方で主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）の外周部の外径に対して、接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部の外径を小さくする場合には、接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）を主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）から内径側に向かって折り曲げる加工をすると良い。これにより配管（吸入配管５１）をプレス成型により製造する際に、併せて外径を小さくした接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）を形成することが可能である。あるいは、配管（吸入配管５１）を切削加工により製造する場合には、このときに接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部の外径を小さくし、一方で主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）の外周部の外径を拡大するように切削することが望ましい。そのうえで、外径が小さくなった接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部をボディ（ポンプボディ１）に形成された穴部の内周部に挿入して溶接を行う。
以上の方法により、要求仕様により主配管部（吸入配管取付部位５１ａ）の外周部の外径が変更した場合であっても、接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外周部の外径を既存の溶接設備で対応可能な外径とすることができる。したがって、上記したような接続部（吸入配管溶接部位５１ｂ）の外径を調整する作業負荷を回避でき、あるいは、新たな溶接設備を準備する必要もない。したがって配管を溶接によりボディに接合する場合において溶接故に接合の信頼性向上が図れ、かつ生産効率低下を招くことを防止し、さらに、製造コスト増加を抑制することが可能である。

１ ポンプボディ
２ プランジャ
６ シリンダ
７ シールホルダ
８ 吐出弁機構
９ 圧力脈動低減機構
１０ａ 低圧燃料吸入口
１１ 加圧室
１２ 燃料吐出口
１３ プランジャシール
２０ 燃料ポンプ
２８ 燃料配管
３０ 吸入弁
４０ ロッド付勢ばね
４３ 電磁コイル
５１ 吸入配管
５１ａ 吸入配管取付部位
５１ｂ 吸入配管溶接部位
１００ 圧力脈動伝播防止機構
１０１ 弁シート
１０２ 弁
１０３ ばね
１０４ ばねストッパ
２００ リリーフバルブ
２０１ リリーフボディ
２０２ バルブ
２０３ バルブホルダ
２０４ リリーフばね
２０５ ばねストッパ
３００ 電磁吸入弁機構

Claims (6)

1. ボディに溶接される配管の接合方法において、
   当該配管を前記ボディに溶接される接続部と前記接続部と反対側に形成される主配管部とで形成し、前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を大きくするように、又は小さくするように前記接続部を形成し、当該異なる外径とした前記接続部の外周部と前記ボディに形成された穴部との間において溶接することでボディに対して配管を接合する接合方法。
2. 請求項１に記載の接合方法において、
   前記ボディは高圧燃料供給ポンプのポンプボディであり、前記配管は前記ポンプボディに溶接される吸入配管である接合方法。
3. 請求項１に記載の接合方法において、
   前記接続部を前記主配管部から外径側に向かって折り曲げる加工を行うことで前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を大きくし、
   外径が大きくなった前記接続部の外周部を前記ボディに形成された穴部に挿入して溶接を行う接合方法。
4. 請求項１に記載の接合方法において、
   前記接続部の外周部を拡大させ、一方で前記主配管部の外周部の外径が小さくなるように切削し、
   外径が大きくなった前記接続部の外周部を前記ボディに形成された穴部に挿入して溶接を行う接合方法。
5. 請求項１に記載の接合方法において、
   前記接続部を前記主配管部から内径側に向かって折り曲げる加工をすることで、前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を小さくし、
   外径が小さくなった前記接続部の外周部を前記ボディに形成された穴部に挿入して溶接を行う接合方法。
6. 請求項１に記載の接合方法において、
   前記接続部の外周部の外径を小さくし、一方で前記主配管部の外周部の外径を拡大するように切削することで、前記主配管部の外周部の外径に対して、前記接続部の外周部の外径を小さくし、
   外径が小さくなった前記接続部の外周部を前記ボディに形成された穴部に挿入して溶接を行う接合方法。

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