JP3696729B2

JP3696729B2 - 高圧アキュムレータ

Info

Publication number: JP3696729B2
Application number: JP10506298A
Authority: JP
Inventors: 善彦大西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: DE69822433T2; DE69822433D1; EP0950809A3; EP0950809B1; US6019134A; JPH11303801A; EP0950809A2

Description

【０００１】
【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に対向した当接面を有し、ダイヤフラムの中央部の異常変位を制限するサポート部とを備え、サポート部には、ダイヤフラムの中央部近傍に対向し、高圧容器から連続して延びる曲面を形成する当接面が設けられるとともに、高圧室の一部として高圧気体が封入され且つ曲面に開口する複数の穴が設けられたものである。
【００１８】
又、この発明の高圧アキュムレータにおいては、サポート部が、上記高圧容器と一体である。
【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。
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に対向した当接面を有し、ダイヤフラムの中央部の異常変位を制限するサポート部とを備え、サポート部には、ダイヤフラムの中央部近傍に対向し、高圧容器から連続して延びる曲面を形成する当接面が設けられるとともに、高圧室の一部として高圧気体が封入され且つ曲面に開口する複数の穴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。
【００４７】
又、この発明によれば、サポート部が、高圧容器と一体に設けられているので、サポート部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。
【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

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の異常変位を制限するサポート部とを備え、
上記サポート部には、上記ダイヤフラムの中央部近傍に対向し、上記高圧容器から連続して延びる曲面を形成する当接面が設けられるとともに、
上記高圧室の一部として上記高圧気体が封入され且つ上記曲面に開口する複数の穴が設けられた高圧アキュムレータ。
上記サポート部が、上記高圧容器と一体である請求項１に記載の高圧アキュムレータ。