JP3603678B2 - 内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置に関する。より詳細には、ハウジング内に形成された燃料室からの燃料の洩れを防止する内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
直接筒内噴射式火花点火機関など燃料を高圧にして噴射する内燃機関では、その高圧は、内燃機関の駆動力により作動する燃料供給装置により生成される。このような燃料供給装置としては、例えば、回転斜板式アキシャルプランジャポンプが、構造が簡単で、より高圧の領域での作動が可能であり、かつそのような高圧下でも高効率を維持できるなどの理由から採用されている。
【0003】
この回転斜板式アキシャルプランジャポンプは、カムシャフト後端に連結する駆動軸とキー或いはスプライン結合する回転斜板が回転し、これと当接するプランジャの往復運動によって燃料を圧縮するものである。ここで、回転斜板がハウジング内に形成された燃料室内に配置されているため、これとカムシャフトとを連結する駆動軸がハウジングを貫通することになり、燃料が燃料室から外部へ洩れるのを防ぐための対策が必要である。
【0004】
そこで、従来より、このように駆動軸がハウジングを貫通して燃料室が外部と連通する構造をなす燃料供給装置にあっては、前記対策として、駆動軸まわりをシールしている(特開平10−9075号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内燃機関の駆動力により作動する燃料供給装置は、内燃機関に対してコンパクトに搭載する必要から、シリンダヘッドに直接組み付けられている。このため、機関運転時における駆動軸からの作用力、内燃機関からの受熱或いは燃料との接触などによるシールの摩耗や追従性不良といった現象が発生し、これらの現象が極度に進展すると、シールの機能が損なわれて燃料室から燃料が洩れ、延いては洩れた燃料が内燃機関内部へ入り込むという問題がある。さらに、内燃機関へ入り込んだ燃料は、潤滑油に混入してこれを希釈するため、内燃機関の摺動部や回転部における焼付きなどの原因となりうる。
【0006】
本発明は、かかる実情に鑑み、前記のごとく燃料室から洩れた燃料を排除して、燃料供給装置外部(特に、内燃機関内部)への燃料の洩れを防止する内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、ハウジング内の燃料室内に配置されるポンプ部を該ハウジングを貫通する駆動軸により駆動する内燃機関の燃料供給装置において、前記ハウジングの駆動軸貫通孔と前記駆動軸との間に、前記駆動軸の軸方向にずらして、少なくとも2つのシール手段を設けるとともに、前記ポンプ部の吸込み側の余剰燃料を燃料タンクに戻す燃料リターン通路において、流路断面積を縮小して燃料の縮流部を形成し、前記2つのシール手段間の空間部から燃料タンクへ燃料を逃がす燃料逃がし通路を設け、該燃料逃がし通路を前記燃料リターン通路に接続し、前記縮流部に向けて開口させたことを特徴としている。
【0008】
かかる構成によれば、摩耗や追従性不良といった現象が極度に進展して、燃料室側に近い方のシール手段の機能が損なわれると、燃料室から燃料が洩れ、洩れた燃料は、前記空間部へ流れ込む。流れ込んだ燃料は、他方のシール手段によりこの空間部に閉じ込められる。閉じ込められた燃料は、前記空間部に開口する燃料逃がし通路へ流れ込み、さらにこの燃料逃がし通路から、燃料リターン通路内に形成された燃料の縮流部へ流れ込み、燃料リターン通路を介して燃料タンクへ逃がされることとなる。
【0009】
請求項2に係る発明は、前記燃料リターン通路の途中に流路断面積を縮小するオリフィスを設け、前記燃料逃がし通路を、前記燃料リターン通路の前記オリフィス下流側近傍に接続したことを特徴としている。
【0010】
即ち、前記オリフィスにより流路断面積が一時的に絞られることで前記オリフィス下流側近傍において発生する局所的な負圧の作用により前記燃料逃がし通路内の燃料を前記燃料リターン通路内へ導くべく、前記燃料逃がし通路を前記オリフィス下流側近傍に接続するのである。ここで、前記燃料逃がし通路と前記燃料リターン通路とは、前記オリフィス下流側における燃料の噴流の収縮部、即ち縮流部に前記燃料逃がし通路からの燃料が流入するように、接続される。
【0011】
請求項3に係る発明は、前記燃料逃がし通路に、燃料逃がし方向の流れのみを許容する逆止弁を設けたことを特徴としている。
かかる構成によれば、燃料室側に近い方のシール手段が有効に機能して燃料室から洩れた燃料がないときは、前記逆止弁が常に閉弁して、燃料が前記燃料逃がし通路を前記空間部方向へ逆流するのを防ぐ。一方、燃料室から洩れた燃料が前記燃料逃がし通路内に流れ込み、かつ前記燃料リターン通路を介して燃料タンクへ戻される燃料が所定量以上あるときは、前記逆止弁が常に開弁して、燃料室から洩れた燃料は、オリフィスを介した余剰燃料とともに燃料タンクへ戻されることとなる。
【0012】
請求項4に係る発明は、前記燃料逃がし通路を、前記2つのシール手段間の空間部で、天地方向、下側の位置に開口させたことを特徴としている。ここで、前記燃料逃がし通路は、前記空間部の底部において開口し、該開口部から下方に延設されているのがより好ましい。
【0013】
請求項5に係る発明は、前記燃料逃がし通路を、前記2つのシール手段間の空間部で、前記駆動軸の軸方向に、燃料室側に近い方のシール手段寄りの位置に開口させたことを特徴としている。ここで、前記燃料逃がし通路は、前記空間部で、燃料室側に近い方のシール手段に隣接して開口しているのがより好ましい。
【0014】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、燃料室側に近い方のシール手段の機能が損なわれて燃料室から燃料が洩れても、洩れた燃料を他方のシール手段により空間部に閉じ込め、燃料逃がし通路及び燃料リターン通路を介して燃料タンクへ戻すことができる。このため、燃料供給装置外部、特に内燃機関内部への燃料の洩れを防止することができ、燃料の混入による潤滑油の希釈や、これに伴う機関摺動部などの焼付きを、簡易な構成により回避することができる。また、縮流部に発生した負圧が作用して、燃料逃がし通路内の燃料を燃料リターン通路内へ積極的に導くことができる。
【0015】
請求項2に係る発明によれば、オリフィス下流側近傍において発生した負圧が作用して燃料逃がし通路内の燃料が燃料リターン通路内へ積極的に導かれるため、燃料室から洩れた燃料を、付加的な装置を必要とせずに、より円滑に燃料タンクへ逃がすことができる。
【0016】
請求項3に係る発明によれば、燃料室から洩れた燃料がないときの他、燃料室から洩れた燃料が燃料逃がし通路内に流れ込んでいても、機関停止時のように燃料リターン通路を介して燃料タンクへ戻される燃料がない場合など、オリフィス下流側近傍において負圧が発生しないときに、燃料が燃料逃がし通路を空間部方向へ逆流するのを防ぐことができる。
【0017】
請求項4に係る発明によれば、燃料室から洩れて空間部へ流れ込んだ燃料は、重力により空間部の底部方向へ導かれ、空間部の天地方向下側に開口する燃料逃がし通路へ積極的に流れ込むため、洩れた燃料が僅かな量であっても燃料タンクへ逃がすことができる。
【0018】
請求項5に係る発明によれば、空間部へ流れ込んだ燃料が燃料室側に近い方のシール手段直後において空間部から排除されるため、洩れた燃料がごく僅かな量であっても燃料タンクへ逃がすことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料供給装置Fを含んで構成される燃料供給システムを示している。図示のごとく一体構造をなす燃料供給装置Fは、点線で示される内燃機関Eのシリンダヘッドに対し、駆動軸1が内燃機関E内部に挿入されるように直接組み付けられている。以下、本燃料供給システムの作用について、概略説明する。
【0020】
燃料タンク31内に収容されている燃料は、電動モータ32により駆動されるフィードポンプ33により加圧(例えば、350kPa)され、低圧燃料配管34から燃料供給装置Fに送られる。低圧燃料配管34の途中に介装された燃料フィルタ35は、燃料中に含まれる混入物を濾過し、燃料を清浄化する。また、フィードポンプ33により加圧された燃料は、低圧燃料配管34の途中に配設された低圧用プレッシャレギュレータ36により、規定圧力に調圧される。規定圧力を超える分の余剰燃料は、低圧用プレッシャレギュレータ36を通過して、後述する燃料リターン通路の途中に送り込まれて燃料タンク31に戻されるか、或いは直接燃料タンク31に戻される。
【0021】
燃料供給装置Fに送られた燃料は、吸込用チェック弁2を通過してポンプ部Pにより圧縮され、圧縮後の高圧燃料(例えば、9MPa)が吐出用チェック弁3を通過して図中の太線で示す高圧燃料配管41から内燃機関Eの各燃焼室に臨むインジェクタ51a〜51fへ送られる。各インジェクタ51a〜51fは、図示しない電子制御ユニット(ECU)からの指令信号に従って、燃料噴霧を各燃焼室内に直接噴射する。
【0022】
ここで、ポンプ部Pにより圧縮された高圧燃料は、高圧燃料配管41と低圧燃料配管34との間に介装された高圧用プレッシャレギュレータ42により、規定圧力に調圧されるとともに、規定圧力を超える分の余剰燃料が低圧燃料配管34に戻される。
【0023】
また、逆止弁43は、高圧燃料配管41から低圧燃料配管34へ向かう流れを許容するが、これは、高圧用プレッシャレギュレータ42が故障した場合など高圧燃料配管41内の燃料圧力が極度に上昇したとき(例えば、12MPa)に開弁する安全弁を構成している。
【0024】
尚、低圧燃料配管34から高圧燃料配管41へ向かう流れを許容する逆止弁44は、機関始動直後にのみ開弁するものであり、内燃機関Eの駆動力により作動する燃料供給装置Pの立ち上がり遅れを補完している。即ち、機関始動直後においてフィードポンプ33により加圧された燃料は、ポンプ部Pによらず、低圧燃料配管34から逆止弁44を通過して高圧燃料配管41へ送られる。
【0025】
次に、図2を参照して、燃料供給装置Fの構造について説明する。
図2は、燃料供給装置Fとしての回転斜板式アキシャルプランジャポンプの構造を概略示す断面図である。
【0026】
低圧燃料配管34から燃料供給装置Fへ送り込まれた燃料は、リアブロックRに固定されたシリンダブロックCを貫通する吸込口Finから燃料室4内へ導入される。燃料室4は、リアブロックRに固定されたハウジングHの凹部を形成する内壁面と、シリンダブロックCとの間に形成される。導入された燃料は、燃料室4を満たし、燃料室4内に配置されるポンプ部Pにより圧縮される。ここに、ポンプ部Pは、回転斜板5、揺動板6及びプランジャ7を含んで構成される。以下、ポンプ部Pの作用について説明する。
【0027】
回転斜板5は、ハウジングHを装置外部から燃料室4へ向けて貫通する駆動軸貫通孔8に挿入される駆動軸1とキー或いはスプラインにより結合している。結合した回転斜板5と駆動軸1とは、駆動軸1に作用するアキシャル荷重をハウジングHと回転斜板5との間で受けるスラスト軸受け9と、駆動軸1に作用するラジアル荷重をハウジングHと駆動軸1との間で受けるラジアル軸受け10とによりハウジングHに対して回動自在に支持されている。
【0028】
駆動軸1は、連結部1aにおいて内燃機関のカムシャフト後端に連結されており、内燃機関の駆動力により回転する。駆動軸1の回転運動は、回転斜板5に伝達されてこれを回転駆動し、回転斜板5の傾斜面にスラスト軸受け11を介して取り付けられた揺動板6を揺動運動させる。
【0029】
揺動板6上を摺動するシュー(shoe)12は、シリンダブロックCに複数個設けられたプランジャ孔13のそれぞれに挿入されたプランジャ7の球面端7aを抱いて揺動板6の揺動運動をプランジャ7に伝達し、プランジャ7を往復運動させる。このプランジャ7の往復運動に伴い、燃料室4内に導入された燃料がプランジャ7内に吸い込まれ、また吐き出される。即ち、吸込行程においてプランジャの球面端7aに開口する小穴7bから吸込用チェック弁2を通過してプランジャ7内部に形成された燃料空間7cに吸い込まれた燃料は、吐出行程において圧縮され、連通孔15から吐出用チェック弁3を通過して、リアボディRの中央に凹部を形成する内壁面とシリンダブロックCとの間に形成される高圧燃料室14に押し出される。押し出された燃料は、高圧燃料室14からリアブロックR外部へ開口する吐出口Fexより高圧燃料配管41へ送り込まれる。
【0030】
ここで、揺動板6、シュー12及びプランジャ7は、プランジャ7に対して吐出用チェック弁3側から吸込用チェック弁2側へ向けてプランジャ7を付勢するリターンスプリング16により互いに押し付けられ、吸込行程においても接触を保つように構成されている。
【0031】
このように燃料供給装置Fは、燃料室4内に送り込まれた燃料をポンプ部Pにより高圧燃料配管41へ送り込むように構成されているが、一方でポンプ部Pの吸込み側の余剰燃料を燃料タンク31へ戻す燃料リターン通路17を備えており、ポンプ部Pの吸込み側における燃料温度の過度な上昇を回避している。
【0032】
燃料リターン通路17のリアボディRにおける出口端17exには、オリフィス18が埋設されている。オリフィス18は、燃料タンク31へ戻される余剰燃料の流量を適切に規制している。オリフィス18の開口面積としては、ポンプ部Pの吸込み側における燃料温度の過度な上昇を防ぎ、かつ燃料タンク31内における燃料温度の上昇による燃料蒸気の発生をも防げる程度のものを選択している。
【0033】
次に、燃料供給装置Fの燃料洩れ防止装置の構成について説明する。本燃料洩れ防止装置は、シール手段としてのオイルシール19a及び19bと、燃料逃がし通路20と、オリフィス18とを含んで構成される。
【0034】
オイルシール19a及び19bは、駆動軸貫通孔8を燃料室4側から拡径して設けた拡径部8a内に挿入される。オイルシール19aは、拡径部8aの内壁面と駆動軸1との間に、その一側面が燃料室4に臨むように配置されており、燃料室4からの燃料の洩れを防止している。一方、オイルシール19bは、拡径部8aの内壁面と駆動軸1との間に、オイルシール19aから駆動軸1の軸方向に内燃機関側へ(連結部1a側へ)ずらして配置され、燃料の洩れを防止するとともに、内燃機関からの潤滑油の混入を防止している。ここに、2つのオイルシール19a及び19bと拡径部8aの内壁面との間に空間部Gが形成される。
【0035】
空間部Gは、オイルシール19aの機能が燃料との接触或いは内燃機関からの受熱などにより損なわれたときに、燃料室4から洩れた燃料を閉じ込め、燃料逃がし通路20の開口部へと導く。拡径部8aは、本実施形態に示すように均一に拡径して設けてもよいが、空間部Gにおいて内壁面をテーパ状に形成したり、或いは内径を変化させて段を形成することで、前記の洩れた燃料をより積極的に開口部へと導き、オイルシール19bを燃料との接触から保護してもよい。
【0036】
燃料逃がし通路20は、空間部Gに臨んで開口するようにハウジングHに形成され、空間部Gに閉じ込められた燃料を燃料タンク31へ戻す。図示のごとく空間部Gの底部においてオイルシール19aに隣接して開口する燃料逃がし通路20は、開口部20inから下方へ延伸し、その後屈折して、ハウジングHの外表面における出口端20exにおいてリアボディRに接続している。出口端20exと燃料リターン通路17との間には、出口端20exの下側領域とオリフィス18の下流側近傍とを連通する細管状の燃料絞り通路21が形成されており、出口端20exには、燃料逃がし方向の流れのみを許容する逆止弁22が、燃料絞り通路21の上流側に設けられている。
【0037】
また、燃料絞り通路21は、オリフィス18の下流側における燃料の噴流の縮流部Jに出口端20exからの燃料が流れ込むように、形成されている。縮流部Jにおいて負圧が発生すると、燃料室4から洩れて出口端20exに収容された燃料は、燃料絞り通路21内へ加速して流れ込み、燃料リターン通路17内へ積極的に導かれることとなる。
【0038】
このように、本燃料洩れ防止装置は、燃料リターン通路17の途中で流路断面積を一時的に縮小して噴流を生成することにより、燃料タンク31へ戻される燃料の流量を規制しつつ、生成された噴流によって発生する局所的な負圧の作用を利用して、出口端20exからの燃料を積極的に吸い出す効果を得るものである。従って、オリフィス18の他、ノズルにより噴流を生成して前記の効果を得ることもできる。
【0039】
このように、本燃料洩れ防止装置によれば、燃料室4側に近い方のオイルシール19aの機能が損なわれて燃料室4から燃料が洩れても、洩れた燃料は、燃料逃がし通路20を介して燃料タンク31に戻る。このため、内燃機関E内部への燃料の洩れを防止することができ、燃料の混入による潤滑油の希釈や、これに伴う機関摺動部などの焼付きを、簡易な構成により回避することができる。
【0040】
以上の説明では、燃料供給装置Fとして回転斜板式アキシャルプランジャポンプを使用した例を示したが、本発明は、シリンダブロックと駆動軸とが結合した斜板式アキシャルプランジャポンプ、ラジアルプランジャポンプ、ピストンポンプ、ベーンポンプ、或いは歯車ポンプ、延いては燃料室内の燃料が駆動軸貫通孔を介して外部に洩れうるあらゆる燃料供給装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給システムの構成図
【図2】同上燃料供給システムの燃料供給装置の構造を示す断面図
【符号の説明】
F 燃料供給装置
H ハウジング
G 空間部
P ポンプ部
E 内燃機関
1 駆動軸
4 燃料室
5 回転斜板
6 揺動板
7 プランジャ
8 駆動軸貫通孔
17 燃料リターン通路
18 オリフィス
19 オイルシール
20 燃料逃がし通路
31 燃料タンク
33 フィードポンプ
34 低圧燃料配管
36 低圧用プレッシャレギュレータ
41 高圧燃料配管
42 高圧用プレッシャレギュレータ
51 インジェクタ
Claims (5)
- ハウジング内の燃料室内に配置されるポンプ部を該ハウジングを貫通する駆動軸により駆動する内燃機関の燃料供給装置において、
前記ハウジングの駆動軸貫通孔と前記駆動軸との間に、前記駆動軸の軸方向にずらして、少なくとも2つのシール手段を設けるとともに、
前記ポンプ部の吸込み側の余剰燃料を燃料タンクに戻す燃料リターン通路において、流路断面積を縮小して燃料の縮流部を形成し、
前記2つのシール手段間の空間部から燃料タンクへ燃料を逃がす燃料逃がし通路を設け、該燃料逃がし通路を前記燃料リターン通路に接続し、前記縮流部に向けて開口させたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置。 - 前記燃料リターン通路の途中に流路断面積を縮小するオリフィスを設け、前記燃料逃がし通路を、前記燃料リターン通路の前記オリフィス下流側近傍に接続したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置。
- 前記燃料逃がし通路に、燃料逃がし方向の流れのみを許容する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置。
- 前記燃料逃がし通路を、前記2つのシール手段間の空間部で、天地方向、下側の位置に開口させたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置。
- 前記燃料逃がし通路を、前記2つのシール手段間の空間部で、前記駆動軸の軸方向に、燃料室側に近い方のシール手段寄りの位置に開口させたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料供給装置の燃料洩れ防止装置。
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