JP3685405B2 - 高圧アキュムレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は可撓性の金属円板状のダイヤフラムの周縁部を封止支持して高圧室を形成する高圧容器に設けられて、ダイヤフラムの異常変位を防止するサポート部を備えた高圧アキュムレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
いわゆる筒内噴射式エンジンあるいは直接噴射式エンジンと呼ばれている、燃料をエンジンのシリンダ内で噴射する方式のエンジンとしては、ディーゼルエンジンが広く知られているが、近年、火花点火エンジン(ガソリンエンジン)においても、筒内噴射式のものが提案されている。このような、筒内噴射式エンジンでは、十分に高い燃料噴射圧が得られるようにされていると共に、噴射の安定性のため、燃圧脈動が小さいことが要求される。このため、構造が簡単で、製造コストが安価で、コンパクトである単気筒式の高圧燃料ポンプが公知となっている。
一方、単気筒式ではプランジャが1本である為、吐出される燃料の圧力にかなりの脈動幅があるため、この脈動を吸収する金属べローズ式やダイヤフラム式の脈動吸収装置が提案されている。
【0003】
図11には、この発明を適用できる有用な例として脈動吸収装置である高圧アキュムレータを設けた高圧燃料供給系を示す。図11において、燃料噴射機器であるデリバリパイプ1は、図示しないエンジンの気筒数に対応した複数のインジェクタ1aを有している。デリバリパイプ1と燃料タンク2との間には、高圧燃料ポンプ3を備えた高圧燃料ポンプ体200が配置されている。そして、デリバリパイプ1と高圧燃料ポンプ3とは、高圧燃料通路4で接続されている。また、高圧燃料ポンプ3と燃料タンク2とは、低圧燃料通路5で接続されている。高圧燃料通路4と低圧燃料通路5とは、デリバリパイプ1と燃料タンク2とを接続する燃料通路を構成している。高圧燃料ポンプ3の燃料取り入れ口には、高圧燃料ポンプ3、高圧アキュームレータ等の燃料供給系の下流側の所定の大きさ以上の異物が混入するのを防ぐためのフィルタ6が設けられている。また、高圧燃料ポンプ3の吐出側には、チェックバルブ7が設けられている。高圧燃料ポンプ3のドレイン8は、燃料タンク2に戻されている。
【0004】
低圧燃料通路5の燃料タンク2側の端部には、低圧燃料ポンプ10が設けられている。低圧燃料ポンプ10の燃料取り入れ口には、フィルタ11が設けられている。また、低圧燃料ポンプ10の吐出側の低圧燃料通路5には、チェックバルブ12が設けられている。高圧燃料ポンプ3と低圧燃料ポンプ10との間の低圧燃料通路5には、低圧レギュレータ14が設けられている。低圧レギュレータ14の燃料取り入れ口には、フィルタ15が設けられている。低圧レギュレータ14のドレイン16は、燃料タンク2に戻されている。
高圧燃料ポンプ3は、低圧燃料通路5によって供給された燃料をさらに高圧にして、デリバリパイプ1側に吐出する。高圧燃料ポンプ3の低圧燃料通路5側、すなわち低圧側には、ダンパー30が設けられている。また、高圧燃料ポンプ3の高圧側には、高圧アキュムレータ70と高圧レギュレータ32が設けられている。高圧レギュレータ32のドレイン33は、高圧燃料ポンプ3の燃料吸入側に戻されている。
【0005】
図12には、これらの高圧燃料ポンプ3、ダンパー30、高圧アキュムレータ70、高圧レギュレータ32、フィルタ6および図示しないチェックバルブ7が一体に組み合わされて構成された高圧燃料ポンプ体200の詳細を断面図で示してある。図10において、ケーシング40の図で右側には凹部40cが形成されていて、この凹部40cに高圧アキュムレータ70が締着されている。凹部40cの底には、吐出通路4aに連通する吐出通路4bが凹部として形成されている。
【0006】
図13にはこの発明を適用できる脈動吸収装置である高圧アキュムレータ70およびその取り付け構造の詳細を断面図で示してある。高圧アキュムレータ70は、概略肉厚円板状の高圧容器であるケース85と、周縁部でケース85に封止支持されて、共働して高圧室71を形成する可撓性の薄い金属円板状のダイヤフラム86と、ダイヤフラム86の変形限界を定めるストッパである円板状のプレート89とを備えている。
【0007】
ケース85はダイヤフラム86の外周縁を封止溶接により封止支持する部分である比較的薄い周辺部72と、高圧室71が形成された比較的厚い中央部73とを持っている。周辺部72には、その外周円筒面に雄ねじ91が形成され、またダイヤフラム86に近接した部分には、ダイヤフラム86の高圧室71側への変形を許容するために滑らかに変化する曲面により形成されて周辺から中央に向かって次第に深くなる比較的浅い皿型凹部74が形成されている。中央部73には、この浅い皿型凹部74に中央部で連通したほぼ円筒形の円筒凹部75が形成されていて、皿型凹部74と共に高圧室71を形成している。
【0008】
ケース85の高圧室71に高圧気体を導入して封入するために、高圧室71の天井部分には中心線上に円形断面の気体封入口84が形成され、この気体封入口84を封止する封止装置87が設けられている。気体封入口84は、高圧室71に面した高圧側にあって比較的直径が小さい小径部76と、ケース85の外部に面した低圧側にあって比較的直径が大きい大径部77とを備えており、小径部76と大径部77との間には肩部78が形成され、小径部76の周面には雌ねじが形成されている。肩部78にはOリング88を収容する環状溝79が設けられている。
【0009】
封止装置87はこのような気体封入口84に挿入された栓部材であって、気体封入口84の大径部77に挿入される大径部81と、小径部77の雌ねじに外周面でねじ係合する小径部80とを持ち、気体封入口84に挿入されて大径部81がOリング88に圧接して気体封入口84を封止している。
【0010】
ケース85の外周部には、電子ビーム等による溶接部82によりダイヤフラム86の周縁部が封止支持されているが、ダイヤフラム86の上には更に、ダイアフラム86の変形限界を定めるストッパである円板状のプレート89も設けられていて、このプレート89も溶接部82により全周に亙って固着されている。プレート89の内側の主面にはダイヤフラム86の外周縁から中央に向かって次第に深くなる片凸レンズ状の凹部83が形成されており、この凹部83に連通する燃料の流路である連通穴90が形成されている。
【0011】
ケース85、金属ダイヤフラム86およびプレート89は、外周部を全周にわたって電子ビーム等により溶接され、互いに気密封止されて接合されている。金属ダイヤフラム86とケース85との間の密閉された空間には、窒素等の高圧ガスが封入されている。
【0012】
ケース85の外周に形成された雄ねじ91は、凹部40cに形成され雄ねじ91に対応する雌ねじと螺合しており、高圧アキュムレータ70が、プレート89を内側に向けて、連通穴90を吐出通路4bに連通させるように、Oリング51でシールされて凹部40cに締着されている。この締着の際、高圧アキュムレータ70のプレート89の端面92とOリング51とがOリング51の円周方向に滑り摩擦を起こしながら、雄ねじ91によってケース40にねじ螺合する。高圧アキュムレータ70はケース40に固着され、端面92とOリング51との間が封止される。
【0013】
このような構成の高圧アキュムレータ70は、吐出通路4bに吐出された燃圧の脈動を吸収する。すなわち、吐出通路4bに燃料が吐出されている期間に、例えば高圧燃料ポンプが作動している期間において吐出通路4bに脈動が発生する。その脈動の変化に対し高圧室71の高圧気体圧力がダイヤフラム86を介して吐出通路4bの圧力と均衡するまで高圧室71の容積は変化する。例えば、吐出通路4bの圧力が高くなった場合は、高圧室71は容積が減少する方向に、吐出通路4bは容積が増加する方向にダイヤフラム86を介して変化し吐出通路4bの圧力を低下させ脈動が低減される。
【0014】
機関停止時には高圧燃料ポンプ3からの燃料の供給も止まり、プレート89側のレンズ状凹部83内の燃料圧力が緩やかに低くなる。このため、ダイヤフラム86は高圧室71内の気体の圧力により、図に示す通常運転時の位置から大きく変位するが、所定の変形をするとプレート89のレンズ状凹部83の曲面に面接触するように当接して、それ以上の変位が起こらぬようにかつダイヤフラム86に過度の応力集中が起こらぬような曲面のダイヤフラムストッパ構造を用いて、ダイヤフラム86の破損や損傷を防いでいる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高圧アキュムレータにおいて、高圧室71に高圧気体を封止する封止装置87の破損、あるいはOリング88の組付け不良や経時劣化等により封止装置87の気体封止性能が低下し、高圧室71の高圧気体の気圧が低下した場合や高圧レギュレータ32の故障等によりレンズ状凹部83の燃料圧力が異常に高くなった場合、ダイヤフラム86は、高圧室71の容積を減少する方向に大きく変位する。この際、ダイヤフラム86に過大な応力が発生し、ダイヤフラム86が破損するおそれがある。また、レンズ状凹部83にある燃料が気体封入口84から高圧燃料ポンプ体の外部に漏れるおそれがある。
【0016】
従って、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、脈動吸収性能を維持するため、高圧室の容積を確保しつつ、ダイヤフラムに異常変位が発生しないようにダイヤフラムを保護する高圧アキュムレータを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この発明の高圧アキュムレータは、高圧容器と、周縁部が高圧容器に封止支持されて、内部に高圧気体が封入された高圧室を形成する可撓性の金属円板状のダイヤフラムと、高圧容器に設けられダイヤフラムの中央部近傍の異常変位を制限する当接面を有するとともに、高圧室の一部として高圧気体が封入され且つ当接面側に開口する凹部を有するサポート部とを備え、サポート部の凹部は、環状の溝であり、サポート部が、高圧容器と一体であり、ダイヤフラムを挟んで高圧容器と対向する位置には、シール部を有する外周円筒面が設けられている。
【0018】
サポート部の当接面は、ダイヤフラムに対向する曲面であってもよい。
【0025】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1から図3はこの発明の実施形態である高圧アキュムレータ100およびその取り付け構造を示す。図1は、高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。図2は図1のII−II断面図であり、図3は高圧アキュムレータ100の上面図である。図1において、高圧室の形状、気体封入口の封止構造、高圧アキュムレータの取り付け構造を除き、図9と同じであるので、同じ部分の説明は省略する。
【0026】
図1において、高圧容器であるケース101には、可撓性のある金属円板状のダイヤフラム106の周縁部106aを封止支持して、高圧気体が封入される高圧室105が設けられている。高圧室105のダイヤフラム106に近接した部分には、ダイヤフラム106の高圧室105側への変形を許容するために滑らかに変化する曲面101aが形成されて周辺から中央に向かって次第に深くなる比較的浅い皿型凹部105aが形成されている。高圧室105の中央付近には、環状部で中空円筒形であって、端面107a、108aをそれぞれ有する2つのサポート部107、108が高圧室105の天井101dからダイヤフラム106に向かって延びていて、高圧室105内に2つの環状溝部105c、105dが形成されている。
また、このサポート部107、108のダイヤフラム106側の端面107a、108aの形状は、ダイヤフラム106が変形してサポート部107、108に当接する際、ダイヤフラム106が均一に接触するように滑らかに変化する曲面を形成している。
以上のように、ケース101にはダイヤフラム106の変位のための皿型凹部105aがあって、ここから更に深い凹部を彫り込んで高圧室105に必要な大きさの容積を与えるようにしてあり、この深い凹部を環状溝として、ダイヤフラムの異常変位を防ぐように分散させたものである。
【0027】
サポート部107の内周面に形成されている円筒穴101bと気体封入口101cとの間は、略深いカップ型の栓部材103の内周面に鋼球102が圧入され、栓部材103が気体封入口101cの内周面101eに対して圧接封止されている。気体封入口101cの入口部において、ケース101と栓部材103とが全周溶接され、ケース101と栓部材103との間には気密の溶接部104が形成される。
【0028】
また、ケーシング40の凹部40cの内周面には、Oリング装着用の溝40dが形成され、Oリング110を溝40dに装着した後、高圧アキュムレータ100を凹部40cに挿入し、高圧アキュムレータ100とケーシング40の凹部40cとの間が封止される高圧アキュムレータ100のケース40への取り付け構造になっており、高圧アキュムレータ100のプレート109の外周円筒面109aがシール部を形成している。
【0029】
高圧アキュムレータ100の気体封入口101c側には、外周円筒面に雄ねじ111aが形成された略ドーナツ状のプラグ111がある。図3に示すように、プラグ111の上面には等ピッチで設けられた6個の円筒穴111bが設けられ、この円筒穴111bに図示していない締め付け工具を挿入し、プラグ109をケーシング40の凹部40cの内周面に設けられた雌ねじ40eとねじ係合することにより、高圧アキュムレータ100がケーシング40の凹部40cに固着される。
【0030】
このように構成された高圧アキュムレータ100においては、ダイヤフラム106が、高圧室105の容積を減少する方向に大きく変位しても、サポート部107、108により支持されるので、ダイヤフラム106には過大な応力が発生せず、ダイヤフラム106が破損することもない。サポート部107、108は、高圧容器であるケース101に一体に設けられているので、サポート部107、108の部品を新たに設定する必要がなく、部品点数を削減できる。
また、高圧アキュムレータ100はねじ係合部を有せず、高圧アキュムレータ100とOリング110との間にはねじ係合に伴うOリング110の円周方向への滑り摩擦を起こすことはないので、Oリング110は損傷しない。
【0031】
実施の形態2.
図4はこの発明の異なる実施形態の高圧アキュムレータ120およびその取り付け構造を示す。この実施形態は、図1に対して、サポート部を別体にした点を除き、図1と同じであるので、図1と共通する部分の説明は省略する。
【0032】
図4において、端部に設けられた平たい中空円筒部128aと細長の中空円筒部128aからなるサポート部128は、ケース121とは別体で形成され、高圧室125の凹部125bのケース121の内周面121bに圧入され、固着している。
【0033】
なお、高圧室125の中央付近にはある環状部である中空円筒部を有する2つのサポート部127は、ケース121と一体であり、高圧室125の天井121dに向かって延びているが、ケースと別体にして、サポート部128と一体にするか、あるいは独立の部材としてもよい。
また、サポート部128は、高圧室125の凹部125bのケース121の内周面121b、あるいは天井121dに接着剤等により固着してもよい。
【0034】
このよう構成された高圧アキュムレータ120においては、サポート部128がケース121と別体になっているので、図1の中空円筒穴105c、105dのような間口が狭く深さの大きい溝加工が不要となり、ケース121の凹部125bの加工が容易となる。
【0035】
実施の形態3.
図5および図6はこの発明の異なる実施形態の高圧アキュムレータ140およびその取り付け構造を示す。この実施形態は、図1に対して、サポート部を1つにした点を除き、図1と同じであるので、図1と共通する部分の説明は省略する。
【0036】
図5において、高圧室145の中央付近には、環状部である中空円筒部を有するサポート部147が高圧室145の天井141dに向かって延びている。
【0037】
このように構成された高圧アキュムレータ140においては、サポート部128が1つであり、図1の中空円筒穴105c、105dのような間口が狭く深さの大きい溝加工が不要となり、ケース141の凹部145bの加工が容易となる。
【0038】
実施の形態4.
図7はこの発明の異なる実施形態の高圧アキュムレータ160およびその取り付け構造を示す。図8は図7のVIII−VIII断面図である。この実施形態は、図1に対して、サポート部の形状が異なる点を除き、図1と同じであるので、図1と共通する部分の説明は省略する。
【0039】
図7において、高圧室165の中央付近には、中央に円筒穴をもつ円板形状のサポート部167が天井161dに向かって延びている。図8に示すように、サポート部167の中央部には、円筒穴161aがあり、その周囲には円周上にソラマメ型の筒状穴167bが4つ形成されている。
また、このサポート部167のダイヤフラム106側の端面167aの形状は、ダイヤフラムが変形してサポート部167に当接する際、ダイヤフラム106が均一に接触するように滑らかに変化する曲面を形成している。
【0040】
また、高圧アキュムレータ160のプレート169の外周円筒面169aには、Oリング装着用の溝169bが形成され、Oリング170を溝169bにを装着した後、高圧アキュムレータ160を凹部40cに挿入し、高圧アキュムレータ100とケーシング40の凹部40cとの間を封止する高圧アキュムレータ160の取り付け構造になっており、高圧アキュムレータ160のOリング170によりシール部が形成されている。
【0041】
このように構成された高圧アキュムレータ160においては、ダイヤフラム106が、高圧室165の容積を減少する方向に大きく変位しても、サポート部167により広範な接触面で支持されるので、ダイヤフラム106には過大な応力がさらに発生しにくく、ダイヤフラム106が破損することもない。
【0042】
実施の形態5.
図9はこの発明の異なる実施形態の高圧アキュムレータ180およびその取り付け構造を示す。図10は図9のX−X断面図である。この実施形態について、図8と共通する部分の説明は省略する。
【0043】
図9において、高圧室185の中央付近には、端面187aを有するサポート部187がケース181の一部としてケース181と一体に形成されている。このケース181には円周上に複数の円筒状穴187bが設けられている。
また、端面187aの形状は、ダイヤフラムが変形してサポート部187に当接する際、ダイヤフラム106が均一に接触するように滑らかに変化する曲面を形成している。
【0044】
このように構成された高圧アキュムレータ180においては、ダイヤフラム106が、高圧室185の容積を減少する方向に大きく変位しても、サポート部187により広範な接触面で支持されるので、ダイヤフラム106には過大な応力がさらに発生しにくく、ダイヤフラム106が破損することもない。
また、円筒穴187bは、機械加工で容易に加工できる。
【0045】
以上のように、高圧容器であるケース101、121、141、161、181にはダイヤフラム106の変位のための皿型凹部があって、ここから更に深い凹部を彫り込んで高圧室105、125、145、165、185に必要な大きさの容積を与えるようにしてあり、この深い凹部を環状溝105c、105d、125b,145b、165aあるいは複数の穴167b、187bとして、ダイヤフラムの異常変位を防ぐように分散させたものである。
【0046】
【発明の効果】
この発明によれば、高圧容器と、周縁部が高圧容器に封止支持されて、内部に高圧気体が封入された高圧室を形成する可撓性の金属円板状のダイヤフラムと、高圧容器に設けられダイヤフラムの中央部近傍の異常変位を制限する当接面を有するとともに、高圧室の一部として高圧気体が封入され且つ当接面側に開口する凹部を有するサポート部とを備え、サポート部の凹部は、環状の溝であり、サポート部が、高圧容器と一体であり、ダイヤフラムを挟んで高圧容器と対向する位置には、シール部を有する外周円筒面が設けられているので、ダイヤフラムの異常変位を防止でき、ダイヤフラムが破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態1の高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。
【図2】 図1のII−II断面図である。
【図3】 この発明の実施形態1の高圧アキュムレータの上面図である。
【図4】 この発明の実施形態2の高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。
【図5】 この発明の実施形態3の高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。
【図6】 図5のVI−VI断面図である。
【図7】 この発明の実施形態4の高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。
【図8】 図7のVIII−VIII断面図である。
【図9】 この発明の実施形態5の高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。
【図10】 図9のX−X断面図である。
【図11】 この発明を適用できる高圧アキュムレータを設けた高圧燃料供給系を示す系統図である。
【図12】 図11の高圧燃料ポンプ体の断面図である。
【図13】 図12の高圧アキュムレータおよびその取り付け構造の断面図である。
【符号の説明】
100、120、140、160、180 高圧アキュムレータ、101、121、141、161、181 高圧容器(ケース)、105、125、145、165、185 高圧室、106 ダイヤフラム、107、108、127、128、147、167、187 サポート部、109、169 プレート、109a、169a 外周円筒面。
Claims (2)
- 高圧容器と、
周縁部が上記高圧容器に封止支持されて、内部に高圧気体が封入された高圧室を形成する可撓性の金属円板状のダイヤフラムと、
上記高圧容器に設けられ、上記ダイヤフラムの中央部近傍の異常変位を制限する当接面を有するとともに、上記高圧室の一部として上記高圧気体が封入され且つ当接面側に開口する凹部を有するサポート部とを
備え、
上記サポート部の上記凹部は、環状の溝であり、
上記サポート部が、上記高圧容器と一体であり、
上記ダイヤフラムを挟んで上記高圧容器と対向する位置には、シール部を有する外周円筒面が設けられた高圧アキュムレータ。 - 上記サポート部の上記当接面は、上記ダイヤフラムに対向する曲面である請求項1に記載の高圧アキュムレータ。
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