JP2021076014A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接時にスパッタが発生しても凹み部１ｇ内に留めることが可能となり、スパッタがポンプボディ１の内部に入り込みたとえば弁機構の動作が正常に行われなくなる虞を低減可能な高圧燃料ポンプを提供する。【解決手段】本発明の高圧燃料供給ポンプは、フランジ１ｅとポンプボディ１とがレーザ溶接により接合される接合部１ｆを備え、ポンプボディ１がレーザ溶接方向（図５の上方向）の下流側（図５の上側）において、接合部１ｆの径方向外側（図５の右側）から径方向内側（図５の左側）に亘って凹む凹み部１ｇを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、高圧燃料ポンプに関する。

高圧燃料供給ポンプとしては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には「高圧燃料供給ポンプのエンジンへの固定は、フランジ４１、止めねじ４２、およびブッシュ４３により行われる。フランジ４１は溶接部４１ａにてポンプハウジング１に全周を溶接結合されている。本実施例では、レーザー溶接を用いている。」と開示されている。

特開２０１９-１５２９０号公報

しかしながら、特許文献１の高圧燃料供給ポンプのフランジ及び、ポンプボディ形状では、エンジンヘッドへ取り付けるフランジ部と、ポンプボディ部の溶接部が外部へ露出した形状となっている。そのため、溶接時のスパッタが広範囲に拡散され、外観上での商品性の低下や、高圧燃料供給ポンプの内部に侵入する虞があるという課題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、レーザ溶接時にスパッタが発生しても凹み部１ｇ内に留めることが可能となり、スパッタがポンプボディ１の内部に入り込みたとえば弁機構の動作が正常に行われなくなる虞を低減可能な高圧燃料ポンプを提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の高圧燃料供給ポンプは、フランジ１ｅとポンプボディ１とがレーザ溶接により接合される接合部１ｆを備え、ポンプボディ１がレーザ溶接方向（図５の上方向）の下流側（図５の上側）において、接合部１ｆの径方向外側（図５の右側）から径方向内側（図５の左側）に亘って凹む凹み部１ｇを有する。

上記構成の高圧燃料供給ポンプによれば、レーザ溶接時にスパッタが発生しても凹み部１ｇ内に留めることが可能となり、スパッタがポンプボディ１の内部に入り込みたとえば弁機構の動作が正常に行われなくなる虞を抑制することが可能となる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図（その１）である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図（その２）である。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプにおけるフランジを説明する縦断面図である。

１.実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプについて説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

［燃料供給システム］
次に、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムについて、図１を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの全体構成図である。

図１に示すように、燃料供給システムは、高圧燃料供給ポンプ１００と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０１と、燃料タンク１０３と、コモンレール１０６と、複数のインジェクタ１０７とを備えている。高圧燃料供給ポンプ１００の部品は、ボディ１に一体に組み込まれている。

燃料タンク１０３の燃料は、ＥＣＵ１０１からの信号に基づいて駆動するフィードポンプ１０２によって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、不図示のプレッシャレギュレータにより適切な圧力に加圧され、低圧配管１０４を通して高圧燃料供給ポンプ１００の低圧燃料吸入口５１に送られる。

高圧燃料供給ポンプ１００は、燃料タンク１０３から供給された燃料を加圧して、コモンレール１０６に圧送する。コモンレール１０６には、複数のインジェクタ１０７と、燃料圧力センサ１０５が装着されている。複数のインジェクタ１０７は、気筒（燃焼室）数にあわせて装着されており、ＥＣＵ１０１から出力される駆動電流に従って燃料を噴射する。本実施形態の燃料供給システムは、インジェクタ１０７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である。

燃料圧力センサ１０５は、検出した圧力データをＥＣＵ１０１に出力する。ＥＣＵ１０１は、各種センサから得られるエンジン状態量（例えばクランク回転角、スロットル開度、エンジン回転数、燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量（目標噴射燃料長）や適切な燃料圧力（目標燃料圧力）等を演算する。

また、ＥＣＵ１０１は、燃料圧力（目標燃料圧力）等の演算結果に基づいて、高圧燃料供給ポンプ１００や複数のインジェクタ１０７の駆動を制御する。すなわち、ＥＣＵ１０１は、高圧燃料供給ポンプ１００を制御するポンプ制御部と、インジェクタ１０７を制御するインジェクタ制御部を有する。

高圧燃料供給ポンプ１００は、圧力脈動低減機構９と、容量可変機構である電磁吸入弁３と、リリーフ弁機構４（図２参照）と、吐出弁８とを有している。低圧燃料吸入口５１から流入した燃料は、圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｂを介して電磁吸入弁３の吸入ポート３３５ａに到達する。

電磁吸入弁３に流入した燃料は、弁部３３９を通過し、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。加圧室１１には、プランジャ２が摺動可能に保持されている。プランジャ２は、エンジンのカム９１（図２参照）により動力が伝えられて往復運動する。

加圧室１１では、プランジャ２の下降行程において電磁吸入弁３から燃料が吸入され、上昇行程において燃料が加圧される。加圧室１１の燃料圧力が設定値を超えると、吐出弁８が開弁し、吐出通路１２ａを経てコモンレール１０６へ高圧燃料が圧送される。高圧燃料供給ポンプ１００による燃料の吐出は、電磁吸入弁３の開閉によって操作される。そして、電磁吸入弁３の開閉は、ＥＣＵ１０１によって制御される。

［高圧燃料供給ポンプ］
次に、高圧燃料供給ポンプ１００の構成について、図２〜図４を用いて説明する。

図２は、高圧燃料供給ポンプ１００の水平方向に直交する断面で見た縦断面図（その１）を示し、図３は、高圧燃料供給ポンプ１００の水平方向に直交する断面で見た縦断面図（その２）である。また、図４は、高圧燃料供給ポンプ１００の垂直方向に直交する断面で見た水平方向断面図である。

図２〜図４に示すように、高圧燃料供給ポンプ１００のボディ１には、上述した吸入通路１ａと、取付けフランジ１ｂが設けられている。この取付けフランジ１ｂは、エンジン（内燃機関）の燃料ポンプ取付け部９０に密着し、図示しない複数のボルト（ねじ）で固定されている。すなわち、高圧燃料供給ポンプ１００は、取付けフランジ１ｂによって燃料ポンプ取付け部９０に固定されている。

図２に示すように、燃料ポンプ取付け部９０とボディ１との間には、シート部材の一具体例を示すＯリング９３が介在されている。このＯリング９３は、エンジンオイルが燃料ポンプ取付け部９０とボディ１との間を通ってエンジン（内燃機関）の外部に漏れることを防止している。

また、高圧燃料供給ポンプ１００のボディ１には、プランジャ２の往復運動をガイドするシリンダ６が取り付けられている。シリンダ６は、筒状に形成されており、その外周側においてボディ１に圧入されている。ボディ１及びシリンダ６は、電磁吸入弁３、プランジャ２、吐出弁８（図４参照）と共に加圧室１１を形成している。

ボディ１には、シリンダ６の軸方向の中央部に係合する固定部１ｃが設けられている。ボディ１の固定部１ｃは、シリンダ６を上方（図２中の上方）へ押圧し、加圧室１１にて加圧された燃料が、シリンダ６の上端面とボディ１との間から漏れないようにしている。

プランジャ２の下端には、エンジンのカムシャフトに取り付けられたカム９１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１６によりカム９１側に付勢されており、タペット９２に圧着されている。タペット９２は、カム９１の回転に伴って往復動する。プランジャ２は、タペット９２と一緒に往復動し、加圧室１１の容積を変化させる。

また、シリンダ６とリテーナ１５との間には、シールホルダ１７が配置されている。シールホルダ１７は、プランジャ２が挿入される筒状に形成されており、シリンダ６側である上端部に副室１７ａを有している。また、シールホルダ１７は、リテーナ１５側である下端部にプランジャシール１８を保持している。

プランジャシール１８は、プランジャ２の外周に摺動可能に接触しており、プランジャ２が往復動したとき、副室１７ａの燃料をシールし、副室１７ａの燃料がエンジン内部へ流入しないようにしている。また、プランジャシール１８は、エンジン内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がボディ１の内部に流入することを防止している。

図２において、プランジャ２は、上下方向に往復動する。プランジャ２が下降すると、加圧室１１の容積が拡大し、プランジャ２が上昇すると、加圧室１１の容積が減少する。すなわち、プランジャ２は、加圧室１１の容積を拡大及び縮小させる方向に往復動するように配置されている。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有している。プランジャ２が往復動すると、大径部２ａ及び小径部２ｂは、副室１７ａに位置する。したがって、副室１７ａの体積は、プランジャ２の往復動によって増減する。

副室１７ａは、燃料通路１０ｃ（図４参照）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１７ａから低圧燃料室１０へ燃料の流れが発生し、プランジャ２の上昇時は、低圧燃料室１０から副室１７ａへ燃料の流れが発生する。これにより、高圧燃料供給ポンプ１００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１００内部で発生する圧力脈動を低減することができる。

また、ボディ１には、加圧室１１に連通するリリーフ弁機構４が設けられている。リリーフ弁機構４は、コモンレール１０６やその先の部材に何らかの問題が生じ、コモンレール１０６が予め定めた所定の圧力を超えて高圧になった場合に作動し、吐出通路１２ａ内の燃料を加圧室１１に戻すよう構成された弁である。

リリーフ弁機構４は、リリーフばね４１と、リリーフ弁ホルダ４２と、リリーフ弁４３及びシート部材４４を有している。リリーフばね４１は、一端部がボディ１に当接し、他端部がリリーフ弁ホルダ４２に当接している。リリーフ弁ホルダ４２は、リリーフ弁４３に係合しており、リリーフ弁４３には、リリーフばね４１の付勢力がリリーフ弁ホルダ４２を介して作用する。

リリーフ弁４３は、リリーフばね４１の付勢力により押圧され、シート部材４４の燃料通路を塞いでいる。シート部材４４の燃料通路は、吐出通路１２ａに連通している。加圧室１１（上流側）とシート部材４４（下流側）との間における燃料の移動は、リリーフ弁４３がシート部材４４に接触（密着）することにより遮断されている。

コモンレール１０６やその先の部材内の圧力が高くなると、シート部材４４側の燃料がリリーフ弁４３を押圧して、リリーフばね４１の付勢力に抗してリリーフ弁４３を移動させる。その結果、リリーフ弁４３が開弁し、吐出通路１２ａ内の燃料が、シート部材４４の燃料通路を通って加圧室１１に戻る。したがって、リリーフ弁４３を開弁させる圧力は、リリーフばね４１の付勢力によって決定される。

なお、本実施形態のリリーフ弁機構４は、加圧室１１に連通しているが、これに限定されるものではなく、例えば、低圧通路（低圧燃料吸入口５１や吸入通路１０ｂ等）に連通するようにしてもよい。

図３に示すように、高圧燃料供給ポンプ１００のボディ１には、低圧燃料室１０が設けられている。そして、低圧燃料室１０の側面部には、吸入ジョイント５が取り付けられている。吸入ジョイント５は、燃料タンク１０３から供給された燃料を通す低圧配管１０４に接続されている。燃料タンク１０３の燃料は、吸入ジョイント５から高圧燃料供給ポンプ１００の内部に供給される。

吸入ジョイント５は、低圧配管１０４に接続された低圧燃料吸入口５１と、低圧燃料吸入口５１に連通する吸入流路５２とを有している。吸入流路５２を通過した燃料は、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構９及び吸入通路１０ｂ（図２参照）を介して電磁吸入弁３の吸入ポート３３５ａ（図２参照）に到達する。吸入流路５２内には、吸入フィルタ５３が配置されている。吸入フィルタ５３は、燃料に存在する異物を除去し、高圧燃料供給ポンプ１００内に異物が進入することを防ぐ。

低圧燃料室１０には、低圧燃料流路１０ａと、吸入通路１０ｂが設けられている。吸入通路１０ｂは、電磁吸入弁３の吸入ポート３３５ａ（図２参照）に連通しており、低圧燃料流路１０ａを通った燃料は、吸入通路１０ｂを介して電磁吸入弁３の吸入ポート３３５ａに到達する。

低圧燃料流路１０ａには、圧力脈動低減機構９が設けられている。加圧室１１に流入した燃料が再び開弁状態の電磁吸入弁３を通って吸入通路１０ｂ（図２参照）へと戻されると、低圧燃料室１０に圧力脈動が発生する。圧力脈動低減機構９は、高圧燃料供給ポンプ１００内で発生した圧力脈動が低圧配管１０４へ波及することを低減する。

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いる。圧力脈動低減機構９の金属ダイアフラムダンパは、膨張・収縮することで圧力脈動を吸収或いは低減する。

吐出弁８は、加圧室１１の出口側に接続されている。図４に示すように、吐出弁８は、加圧室１１に連通する吐出弁シート８１と、吐出弁シート８１と接離する弁体８２と、弁体８２を吐出弁シート８１側へ付勢する吐出弁ばね８３と、弁体８２のストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ８４を有している。

また、吐出弁８は、燃料の外部への漏洩を遮断するプラグ８５を有している。吐出弁ストッパ８４は、プラグ８５に圧入されている。プラグ８５は、溶接部８６で溶接によりボディ１に接合されている。そして、吐出弁８は、弁体８２によって開閉される吐出弁室８７に連通している。吐出弁室８７は、ボディ１に形成されており、ボディ１に形成された水平方向に延びる横穴を介して燃料吐出口１２ｂに連通している。

ボディ１に形成された横穴には、吐出ジョイント１２が挿入されている。吐出ジョイント１２は、横穴に連通する上述の吐出通路１２ａと、吐出通路１２ａの一端である燃料吐出口１２ｂを有している。吐出ジョイント１２の燃料吐出口１２ｂは、コモンレール１０６に連通している。なお、吐出ジョイント１２は、溶接部１２ｃにより溶接でボディ１に固定されている。

加圧室１１と吐出弁室８７の間に燃料圧力の差（燃料差圧）が無い状態では、弁体８２が、吐出弁ばね８３の付勢力により吐出弁シート８１に圧着され、吐出弁８が閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が吐出弁室８７の燃料圧力よりも大きくなった場合に、弁体８２は、吐出弁ばね８３の付勢力に抗して移動し、吐出弁８が開弁状態になる。

吐出弁８が閉弁状態になると、加圧室１１内の（高圧の）燃料は、吐出弁８を通過し、吐出弁室８７に到達する。そして、吐出弁室８７に到達した燃料は、吐出ジョイント１２の燃料吐出口１２ｂを経てコモンレール１０６（図１参照）へ吐出される。以上のような構成により、吐出弁８は、燃料の流通方向を制限する逆止弁として機能する。

図５は、本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプにおけるフランジを説明する縦断面図である。本実施形態の高圧燃料供給ポンプは、フランジ１ｅとポンプボディ１とがレーザ溶接により接合される接合部１ｆを備えている。ここでレーザ溶接時に発生する溶融金属（スパッタ）と呼ばれる異物が発生する。このスパッタが拡散してポンプボディ１の内部に入り込んでしまうと、たとえば弁機構の動作が正常に行われなくなるということが起こり得る。あるいはスパッタがポンプボディ１やフランジ１ｅに付着することで高圧燃料供給ポンプの外観を損なう虞がある。

そこで本実施形態では、ポンプボディ１がレーザ溶接方向（図５の上方向）の下流側（図５の上側）において、接合部１ｆの径方向外側（図５の右側）から径方向内側（図５の左側）に亘って凹む凹み部１ｇを有する。この凹み部１ｇにより、レーザ溶接時にスパッタが発生しても凹み部１ｇ内に留めることが可能となり、上記した問題が生じる可能性を低減することが可能となる。

凹み部１ｇは、レーザ溶接方向と交差する交差方向（図５の左右方向）に形成され、レーザ溶接方向において接合部１ｆと重なる壁面部１ｈを有することが望ましい。また凹み部１ｇは、フランジ１ｅの上面１ｅｕに対しレーザ溶接方向上流側（図５の下側）からレーザ溶接方向下流側（図５の上側）に亘って形成されることが望ましい。これによりスパッタが生じる可能性が高い箇所を覆うことができ、スパッタを凹み部１ｇ内に留め易くすることができる。また、ポンプボディ１は、エンジンの挿入穴９０ａに挿入される挿入部１ｉを有し、凹み部１ｇはレーザ溶接方向において挿入穴９０ａと重なる位置まで形成されることが望ましい。この構成により、凹み部１ｇをスパッタ捕獲のために必要な容積とすることができ、より確実にスパッタを捕獲することが可能となる。

１…ポンプボディ、１ｅ…フランジ、１ｅｕ…フランジ１ｅの上面、１ｆ…接合部、１ｇ…凹み部、１ｉ…挿入部、９０ａ…エンジンの挿入穴

Claims (4)

1. フランジとポンプボディとがレーザ溶接により接合される接合部を備えた高圧燃料ポンプにおいて、
   前記ポンプボディは、レーザ溶接方向の下流側において、前記接合部の径方向外側から径方向内側に亘って凹む凹み部を有する高圧燃料ポンプ。
   
2. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記凹み部は、レーザ溶接方向と交差する交差方向に形成され、前記レーザ溶接方向において前記接合部と重なる壁面部を有する高圧燃料ポンプ。
3. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記凹み部は、前記フランジの上面に対しレーザ溶接方向上流側からレーザ溶接方向下流側に亘って形成される高圧燃料ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記ポンプボディは、エンジンの挿入穴に挿入される挿入部を有し、
   前記凹み部は前記レーザ溶接方向において前記挿入穴と重なる位置まで形成される高圧燃料ポンプ。

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