JP3077738B2 - 高圧サプライポンプ - Google Patents

高圧サプライポンプ

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    • F02M63/02Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関(以下「内燃
機関」をエンジンという)に用いられる高圧サプライポ
ンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の高圧サプライポンプを用いたエン
ジンの燃料供給システムを図に示す。燃料タンク20
1には燃料ポンプ202が収容されており、燃料ポンプ
202により数100kpaに燃料が加圧されてから燃
料フィルタ203の吸入ポート204に圧送される。燃
料フィルタ203の吐出ポート205は高圧サプライポ
ンプ206の吸入ポート207に接続されている。ピス
トン211の往復運動による駆動力は、コネクティング
ロッド212、クランク軸213、ベルト214から成
る連結機構によりカムシャフト210に伝達され、高圧
サプライポンプ206のカムシャフト210を回転させ
る。図および図に示すように、高圧サプライポンプ
206のハウジング223内に収容されカムシャフト2
10と一体に回転するポンプ駆動用カム224は、高圧
サプライポンプ206のプランジャ225を往復動させ
る。吸入ポート207から吸入された燃料は高圧サプラ
イポンプ206により数Mpaから数10Mpaの高圧
に加圧されてデリバリバルブ226から吐出ポート20
8を介してコモンレール209に吐出される。コモンレ
ール209に蓄圧された高圧燃料は、分岐通路215を
介してエンジン各気筒に設けられたインジクタ217
に供給される。そしてインジェクタ217から高圧燃料
が直接気筒内の燃焼室216に噴射される。
【0003】高圧サプライポンプ206のバイパス吐出
口218から出力される余分な低圧燃料はリターン通路
219を介して燃料タンク201にリターンされる。コ
モンレール209にはその内部の燃料の圧力を検出する
ための圧力センサ220が配設されており、圧力センサ
220により検出された圧力信号が電子制御ユニット2
21に入力される。電子制御ユニット221は、圧力セ
ンサ220により検出された圧力信号、および、エンジ
ンの回転数や負荷等のエンジン運転状態等に応じて燃料
噴射圧が最適値になるように電磁弁222の通電時期を
制御することによりコモンレール209へ吐出される燃
料量を制御している。また、電子制御ユニット221は
エンジンの回転数や負荷状態等のエンジンの運転状態に
応じて燃料噴射時期および噴射期間を制御するためにイ
ンジェクタ217に制御信号を出力している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の高圧サプライポンプ206の場合、ハウジング
223内にカムシャフト210およびポンプ駆動用のポ
ンプカム224が内蔵されているため、カム224およ
びこれを覆うハウジング223の一部、ポンプカム22
4の軸受けとなる図示しないベアリング、オイルシール
等の部材により高圧サプライポンプ206が大型化およ
び重量アップする。また、部品点数が増加するとともに
ハウジング223、カムシャフト210およびカムシャ
フト210の関連部品を高精度に加工する必要があるた
め、製造工数が増加するとともに製造コストがアップす
るという問題がある。さらにエンジン側においても、ポ
ンプ固定用フランジおよび固定ステーの設置が必要であ
るので、加工工数が増大するという問題がある。
【0005】このような問題を解決するため、ディーゼ
ル用カムシャフトレスポンプが農耕機等に使用されてい
る。しかしながら、このディーゼル用カムシャフトレス
ポンプは、小型ではあるが、噴射時期制御および噴射量
制御はプランジャに形成された燃料リードによる機械式
制御であるため制御範囲が限られている。また多気筒ポ
ンプの場合、全気筒同時に同一制御を内蔵のコントロー
ルラックにて機械的に行うため、各気筒毎に制御を分
離することができない、ポンプを一か所に集めて搭載
する必要があるので搭載スペースの自由度が小さいとい
う問題がある。本発明はこのような問題を解決するため
になされたもので、体格が小さくかつ燃料の吐出タイミ
ング制御の精度が高い高圧サプライポンプを提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の請求項1記載の高圧サプライポンプは、燃料
の吸入通路と吐出通路とを有し、摺動孔を形成する内壁
によりプランジャを往復動可能かつ摺動可能に支持する
第1の支持部材と、前記第1の支持部材を収容する収容
孔を有し、前記プランジャを往復動可能かつ摺動可能に
支持する内燃機関のハウジングと、内燃機関のバルブカ
ムシャフトに取付けられ、前記プランジャを往復動可能
に駆動するポンプカムと、前記プランジャを前記ポンプ
カム側に付勢する付勢手段と、前記摺動孔の一端に設け
られる電磁弁であって、前記プランジャの端面と前記第
1の支持部材の前記内壁と前記電磁弁の端面とで区画形
成される燃料加圧室に前記吸入通路から導入され前記プ
ランジャの往復動により加圧される燃料の吐出タイミン
グを決定する電磁弁と、を備えることを特徴とする。
【0007】本発明の請求項2記載の高圧サプライポン
プは、請求項1記載の高圧サプライポンプにおいて、前
記ハウジングはシリンダヘッドカバーであることを特徴
とする。本発明の請求項3記載の高圧サプライポンプ
は、請求項1記載の高圧サプライポンプにおいて、前記
ハウジングはシリンダヘッドであることを特徴とする。
【0008】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プは、請求項1、2または3記載の高圧サプライポンプ
において、前記プランジャを支持する前記ハウジングの
内壁に摩擦力緩衝手段を設けることを特徴とする。本発
明の請求項記載の高圧サプライポンプは、請求項1、
2または3記載の高圧サプライポンプにおいて、前記プ
ランジャを支持する前記第1の支持部材の前記内壁に摩
擦力緩衝手段を設けることを特徴とする。
【0009】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プは、請求項1からのいずれか一項記載の高圧サプラ
イポンプにおいて、前記第1の支持部材は、前記摺動孔
を形成する前記内壁を有する第2の支持部材と、前記第
2の支持部材を固定する第3の支持部材とからなること
を特徴とする。
【0010】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プは、請求項1から6のいずれか一項記載の高圧サプラ
イポンプにおいて、前記プランジャの前記燃料加圧室と
反対側の一端に取付けられ前記プランジャと一体に往復
動し、前記プランジャと前記ポンプカムとの間に介在し
て前記ポンプカムの駆動力を前記プランジャに伝達する
駆動力伝達部材を備えることを特徴とする。
【0011】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プは、請求項記載の高圧サプライポンプにおいて、前
記駆動力伝達部材は径方向に弾性を有することを特徴と
する。本発明の請求項記載の高圧サプライポンプの取
付け方法は、請求項1からのいずれか一項記載の高圧
サプライポンプを前記ハウジングに複数取付け、前記バ
ルブカムシャフトの対応位置に前記プランジャを駆動す
るポンプカムを取付けることを特徴とする。
【0012】
【作用および発明の効果】本発明の請求項1、2または
3記載の高圧サプライポンプによると、エンジンのハウ
ジングに高圧サプライポンプを収容し、バルブカムシャ
フトに取付けたポンプカムによりプランジャを駆動する
ことにより、高圧サプライポンプ駆動用の専用カムシャ
フトが不要になる。このため、エンジンハウジング外に
露出する高圧サプライポンプの体格が小さくなリ搭載ス
ペースの自由度が向上するとともに部品点数が減少し、
さらに高圧サプライポンプのハウジングの加工が容易に
なることにより製造工程が短縮しかつ製造コストが低下
するという効果がある。また、電磁弁により燃料の吐出
タイミング制御を行うため、精度の高い燃料噴射制御が
可能となる。
【0013】さらに、第1の支持部材に加えエンジンハ
ウジングでもプランジャを往復動可能に支持することに
より、プランジャの往復運動がより安定する。本発明の
請求項および記載の高圧サプライポンプによると、
第1の支持部材またはエンジンハウジングのプランジャ
を支持する内壁に摩擦力緩衝手段を設けることにより、
プランジャと第1の支持部材またはエンジンハウジング
の内壁との摺動部に発生する摩擦力が低減されるので、
第1の支持部材またはエンジンハウジングあるいはプラ
ンジャの摩耗を低減できるとともに、精度の高い燃料噴
射制御を保持できる。
【0014】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プによると、第1の支持部材がプランジャを往復動可能
に支持する専用の第2の支持部材を備えることにより、
第2の支持部材の内壁とプランジャとのクリアランス調
整が容易に精度良くできる。 本発明の請求項記載の
高圧サプライポンプによると、プランジャとポンプカム
との間に介在しプランジャと一体に往復動する駆動力伝
達部材を備えることにより、プランジャが直接ポンプカ
ムと摺接しないので、プランジャの摩耗を防止すること
ができる。
【0015】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プによると、駆動力伝達部材が径方向に弾性を有してい
るためプランジャに働く径方向の力が低減されるので、
第1の支持部材またはエンジンハウジングあるいはプラ
ンジャの摩耗を低減できるとともに、精度の高い燃料噴
射制御を保持できる。
【0016】本発明の請求項記載の高圧サプライポン
プの取付け方法によると、複数の高圧サプライポンプを
エンジンハウジングに搭載し、この搭載位置に対応する
バルブカムシャフトの位置にそれぞれポンプカムを取付
け可能である。このため、複数の高圧サプライポンプに
より多気筒エンジンへ燃料供給を行えるとともに、搭載
スペースに合わせて高圧サプライポンプを搭載できるの
で、高圧サプライポンプの搭載自由度が向上する。
【0017】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 (第1実施例) 本発明の第1実施例の高圧サプライポンプを図1に示
す。高圧サプライポンプ10は、吸入通路12aの形成
された吸入口12と電磁弁20とデリバリバルブ30と
を収容しているシリンダ11の上部をエンジンハウジン
グの一部であるヘッドカバー100外に露出し、図示し
ないボルトによりヘッドカバー100に固定されてい
る。ポンプカム111は、図示しない吸排気バルブを開
閉駆動する図示しないバルブカムシャフトに取付けら
れ、高圧サプライポンプ10を駆動する。吸入口12に
は吸入通路12aが形成されており、図示しない燃料ポ
ンプから燃料が供給される。吸入通路12aは燃料通路
13と連通し、リターン通路17を介して燃料溜まり1
01と連通している。
【0018】電磁弁20はシリンダ11に鉛直下向きに
嵌挿されており、電磁弁20の内部には燃料の供給通路
の形成されたバルブボディ22が嵌挿されている。弁体
23は、弁座21に対して当接および離間可能にバルブ
ボディ22に配設されている。バルブボディ22の−Z
軸方向端面はプレート24と、プレート24の−Z軸方
向端面はワッシャ25と、そしてワッシャ25の−Z軸
方向端面はシリンダ11と面接触している。電磁弁20
周囲のシリンダ11の内壁には環状の燃料ギャラリ14
が形成され、この燃料ギャラリ14は燃料通路13およ
び連通路26と連通している。
【0019】デリバリバルブ30はシリンダ11とねじ
結合で固定し、吐出弁体31は、圧縮コイルスプリング
32により弁座33に付勢されている。燃料加圧室16
内の圧力が所定圧以上になると、圧縮コイルスプリング
32の付勢力に抗して吐出弁体31がリフトし、吐出通
路15と吐出口34とが連通する。デリバリバルブ30
は図示しない燃料鋼管により図示しないコモンレールと
接続されている。
【0020】プランジャ40は、シリンダ11の内壁
aおよびヘッドカバー10の内壁10aにより往
復動可能かつ摺動可能に支持されており、プランジャヘ
ッド40aの端面がポンプカム111に当接している。
シリンダ11とヘッドカバー10との境界のプランジ
40周囲に、平板円環状のリターンチャンバ11が
形成されている。リターンチャンバ11はリターン通
路17を介して吸入通路12aと連通している。ヘッド
カバー10には環状の燃料溜まり10bが1ケ所形
成されリターン通路12と連通している。
【0021】高圧サプライポンプ10の作動について、
図1および図2に基づいて(1) 燃料の吸入行程、(2) 燃
料の加圧圧送行程に分けて説明する。 (1) 燃料の吸入行程 バルブカムシャフトの回転に伴いポンプカム111が回
転し、プランジャ4が往復動する。プランジャ4
上死点である+Z軸方向の最大位置に位置すると、図
の(A)に示す電磁弁20のソレノイド27への通電が
遮断される。すると図示しない圧縮コイルスプリングの
付勢力により弁体23が弁座21から離間し電磁弁20
は開弁状態となる。このとき、プランジャ4が−Z軸
方向に移動することにより、燃料ポンプから吐出された
低圧燃料が、吸入通路12a、燃料通路13、燃料ギャ
ラリ14、連通路26を介して燃料加圧室16に流入さ
れる。そしてプランジャ4が下死点である−Z軸方向
の最大位置に位置するとき、燃料加圧室16内には最大
量の低圧燃料が流入する。
【0022】(2) 燃料の加圧圧送行程 図の(B)に示すように、プランジャ4が+Z軸方
向に移動する行程において、所望の燃料吐出量に対応し
た位置にプランジャ4が到達したとき、電子制御ユニ
ットにより電磁弁20のソレノイド27に通電される。
これにより、図の(C)に示すように、弁体23は+
Z軸方向に移動し弁座21に当接する。すなわち、電磁
弁20は閉弁状態となる。その後、プランジャ4がさ
らに+Z軸方向に移動すると、燃料加圧室16内の燃料
は高圧となり、吐出通路15、弁座33と吐出弁体31
との隙間、吐出口34を介して高圧燃料がデリバリバル
ブ30から図示しないコモンレールに吐出される。この
とき、燃料加圧室16内の高圧燃料の一部がプランジャ
とシリンダ11との摺動部に流れ込むことがある。
【0023】シリンダ11とプランジャ40との摺動部
に流れ込んだ燃料加圧室16の高圧燃料はリターンチャ
ンバ11に溜まり、リターンチャンバ11からリタ
ーン通路17を介して吸入通路12aに戻される。さら
に、リターンチャンバ11からヘッドカバー10と
プランジャ40との摺動部に流れ込んだ燃料は燃料溜ま
り10bに溜まり、リターン通路102を介して燃料
タンクに戻される。
【0024】第1実施例では、ヘッドカバー100に高
圧サプライポンプ10を収容したことに加え、通常コモ
ンレールはエンジンの燃焼室近傍に配置されるため、高
圧サプライポンプ10、コモンレール、燃焼室を接続す
る燃料鋼管の長さを短縮できる。このため、高圧サプラ
イポンプ10から吐出される燃料の脈動が早期に減衰す
ることにより、安定した燃料噴射を保持できるという効
果がある。
【0025】また実施例では、平板円環状のリター
ンチャンバ11にリターン通路17を連通させている
ことによりリターン通路17とリターンチャンバ1
との連通可能範囲が広い。このため、リターンチャンバ
1と連通する範囲内でリターン通路17の加工誤差
は許容される。また、ヘッドカバー10に形成する燃
料溜まり10bは1ケ所でよいため、ヘッドカバー1
0の加工工数が減少する。
【0026】(第実施例) 第実施例の高圧サプライポンプ10を多気筒エンジン
のヘッドカバー100に1台搭載した第実施例を図
に示す。高圧サプライポンプ10はボルト112により
ヘッドカバー100に固定されている。ポンプカム11
1には気筒数分のカム山が設けられ、1台の高圧サプラ
イポンプ10により、各気筒の燃焼室113に高圧燃料
を供給する。
【0027】第1実施例の高圧サプライポンプ10を多
気筒エンジンのヘッドカバー100に2台搭載してもよ
い。大型車用エンジンでは燃料吐出量アップが必要であ
るため、高圧サプライポンプ10を2台搭載している。
この2台の高圧サプライポンプ10により気筒数を分担
して燃料を吐出する。
【0028】本発明では、気筒数分の高圧サプライポン
プをヘッドカバーに搭載することにより、高圧サプライ
ポンプが1気筒ずつ単独で作動することも可能である。
この場合、任意のスペースに各高圧サプライポンプを1
台ずつ搭載し、この搭載位置に対応するバルブカムシャ
フトの位置にポンプカムを取付けることができるので、
高圧サプライポンプの搭載位置の自由度が向上する。
【0029】第1実施例による高圧サプライポンプ10
をエンジンハウジングであるシリンダヘッド130に搭
載してもよい。このようにシリンダヘッド130にも高
圧サプライポンプ10を搭載することにより、高圧サプ
ライポンプ10の搭載スペースの自由度がさらに向上す
る。本発明では、複数の高圧サプライポンプ10を多気
筒エンジンのヘッドカバー100に搭載することは可能
である。また、複数の高圧サプライポンプ10を多気筒
エンジンのシリンダヘッドに搭載することも可能であ
る。
【0030】(第実施例) 本発明の第実施例による高圧サプライポンプを図
示す。図に示す第実施例の高圧サプライポンプ10
において、プランジャ40は下死点にあり、ポンプカム
111のR方向への回転に伴い+Z軸方向に上昇しよう
とするところである。このとき、プランジャ40は径方
向への力を受けるので、図の矢印Sで示すプランジャ
40とヘッドカバー10との摺動部に大きな摩擦力が
働くことがある。このため、プランジャ40の摺動不
良、プランジャ40またはヘッドカバー10の摩耗等
の問題が発生する場合がある。この問題を解決するため
になされたものが第実施例の高圧サプライポンプ50
である。
【0031】ポンプカム111側のヘッドカバー1
の端部内壁に円筒状の空間部10aを設けている。プ
ランジャ40は、シリンダ51の内壁に往復動可能に支
持されるとともに、空間部10aに充填されたボール
1により往復動可能に支持されている。これによ
り、ポンプカム111の回転に伴いプランジャ40に径
方向の力が働いても、プランジャ40の+Z軸方向への
上昇が滑らかに行われ、プランジャ40とヘッドカバー
0との摺動部に働く摩擦力が大幅に軽減される。
【0032】(第実施例) 本発明の第実施例による高圧サプライポンプを図
よび図に示す。プランジャプランジャヘッド
はヘッド部61aおよび軸部61bからなる。プラン
ジャヘッド61は弾性を有するスプリングシート5に
嵌合し、このスプリングシート5の端面がポンプカム
111に当接している。
【0033】スプリングシート5は、ポンプカム11
1に当接する円盤状の当接部5aとプランジャヘッド
61の嵌合する嵌合部5bとからなる。嵌合部5b
には、プランジャヘッド61を収容可能な空間部5c
が形成されるとともに、軸部61bを挿入可能な切欠き
5dが形成されている。
【0034】図におけるプランジャ0の下死点位置
からポンプカム111の回転によりプランジャ0が+
Z軸方向へ上昇するとき、スプリングシート5に径方
向の力が働く。この径方向の力はスプリングシート
の弾性により吸収されるため、高圧サプライポンプの摺
動部に働く摩擦力は軽減される。
【0035】以上説明した本発明の実施例では、エンジ
ンのハウジングに特定の実施例の高圧サプライポンプを
一台以上搭載した例を説明したが、本発明では、エンジ
ンのハウジングに本実施例のどの高圧サプライポンプも
一台以上搭載することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による高圧サプライポンプ
を示す断面図である。
【図2】第1実施例による燃料の吸入および加圧圧送行
程を示す模式図である。
【図3】第1実施例の高圧サプライポンプをヘッドカバ
ーに1台搭載した第2実施例を示す断面図である。
【図4】本発明の第3実施例による高圧サプライポンプ
を示す断面図である。
【図5】本発明の第実施例による高圧サプライポンプ
を示す断面図である。
【図6】図のVI方向矢視図である。
【図7】従来の高圧サプライポンプを示す図VII
VII 線断面図である。
【図8】従来の高圧サプライポンプを示す部分側面図で
ある。
【図9】従来の高圧サプライポンプを用いた燃料供給シ
ステム示す構成図である。
【符号の説明】
10 高圧サプライポンプ 11 シリンダ(第1の支持部材) 12a 吸入通路 16 燃料加圧室 20 電磁弁 30 デリバリバルブ 40 プランジャ 45 圧縮コイルスプリング(付勢手段) 65 スプリングシート(駆動力伝達部材) 100、120 ヘッドカバー(エンジンのハウジン
グ) 110 バルブカムシャフト 111 ポンプカム 121 ボール(摩擦力緩衝手段) 130 シリンダヘッド(エンジンのハウジング)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02M 59/44 F02M 59/44 R (72)発明者 加藤 正明 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 加納 裕之 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 実開 昭61−12969(JP,U) 実開 昭63−105767(JP,U) 実開 昭62−3968(JP,U) 実開 平1−69178(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 59/10 F02M 39/02 F02M 59/44 F02M 57/02

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料の吸入通路と吐出通路とを有し、摺
    動孔を形成する内壁によりプランジャを往復動可能かつ
    摺動可能に支持する第1の支持部材と、 前記第1の支持部材を収容する収容孔を有し、前記プラ
    ンジャを往復動可能かつ摺動可能に支持する内燃機関の
    ハウジングと、 内燃機関のバルブカムシャフトに取付けられ、前記プラ
    ンジャを往復動可能に駆動するポンプカムと、 前記プランジャを前記ポンプカム側に付勢する付勢手段
    と、 前記摺動孔の一端に設けられる電磁弁であって、前記プ
    ランジャの端面と前記第1の支持部材の前記内壁と前記
    電磁弁の端面とで区画形成される燃料加圧室に前記吸入
    通路から導入され前記プランジャの往復動により加圧さ
    れる燃料の吐出タイミングを決定する電磁弁と、 を備えることを特徴とする高圧サプライポンプ。
  2. 【請求項2】 前記ハウジングはシリンダヘッドカバー
    であることを特徴とする請求項1記載の高圧サプライポ
    ンプ。
  3. 【請求項3】 前記ハウジングはシリンダヘッドである
    ことを特徴とする請求項1記載の高圧サプライポンプ。
  4. 【請求項4】 前記プランジャを支持する前記ハウジン
    グの内壁に摩擦力緩衝手段を設けることを特徴とする請
    求項1、2または3記載の高圧サプライポンプ。
  5. 【請求項5】 前記プランジャを支持する前記第1の支
    持部材の前記内壁に摩擦力緩衝手段を設けることを特徴
    とする請求項1、2または3記載の高圧サプライポン
    プ。
  6. 【請求項6】 前記第1の支持部材は、前記摺動孔を形
    成する前記内壁を有する第2の支持部材と、前記第2の
    支持部材を固定する第3の支持部材とからなることを特
    徴とする請求項1から請求項のいずれか一項記載の高
    圧サプライポンプ。
  7. 【請求項7】 前記プランジャの前記燃料加圧室と反対
    側の一端に取付けられ前記プランジャと一体に往復動
    し、前記プランジャと前記ポンプカムとの間に介在して
    前記ポンプカムの駆動力を前記プランジャに伝達する駆
    動力伝達部材を備えることを特徴とする請求項1から6
    のいずれか一項記載の高圧サプライポンプ。
  8. 【請求項8】 前記駆動力伝達部材は径方向に弾性を有
    することを特徴とする請求項記載の高圧サプライポン
    プ。
  9. 【請求項9】 請求項1から請求項のいずれか一項記
    載の高圧サプライポンプを前記ハウジングに複数取付
    け、前記バルブカムシャフトの対応位置に前記プランジ
    ャを駆動するポンプカムを取付けることを特徴とする高
    圧サプライポンプの取付け方法。
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