JP3905282B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内でプランジャを往復動させることにより加圧室内の流体を高圧化するシリンダボディを含む中間部材を、2つの締付部材間に配置し、両締付部材間に架け渡した締結ボルトの締結により両側から締付部材にて中間部材を締め付けることで構成した高圧ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
高圧ポンプとして、例えば、特開平11−210598号公報に記載されているごとく、筒内噴射型ガソリン式エンジン等に用いられる高圧燃料ポンプが知られている。この公報においては、加工性や組み付け性を向上させるため、スリーブ(「シリンダボディ」に相当)などの中間部材を軸方向にブラケット等の部材により挟持して締結ボルトにて締結している例を、従来例として示している。
【0003】
更に、上記公報においては、スリーブの一部を単に締め付けたのみではシリンダ形状に歪みを発生させやすいことから、スリーブの締め付け部位と内部のシリンダとの間にスリットを設けることにより、円筒状の締め付け部材による締め付け時の歪みがシリンダ形状に影響し難いようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したいずれの例においても、スリーブを締め付けるための締結ボルト等においては、比較的大きな初期軸力を要するものである。すなわち、初期軸力としては、単にスリーブ等の中間部材間でのシールに要する軸力ばかりでなく、高圧ポンプの作動時の燃料圧力脈動による軸力変化等に対処するための軸力も加味する必要がある。したがって、高圧ポンプの製造時にはこのような軸力変化分を考慮して可成り大きな初期軸力にて中間部材を締め付ける必要がある。
【0005】
しかし、このように大きな初期軸力にて、締結ボルト等で中間部材を締め付けた場合には、各構成のシール面に対する歪みや前述したシリンダ形状の歪みを十分に防止できなくなるという問題が発生する。
【0006】
本発明は、高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動による軸力変化を低減することで、締結ボルトの初期軸力を低くしてシール面やシリンダ形状に対する歪みを防止することができる高圧ポンプの提供を目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項1記載の高圧ポンプは、シリンダ及び加圧室が形成されるとともに前記シリンダ内でプランジャを往復動させることにより前記加圧室内の流体を高圧化するシリンダボディを含む中間部材を、2つの締付部材間に配置し、両締付部材間に架け渡した締結ボルトの締結により両側から前記締付部材にて締め付けることで構成した高圧ポンプであって、前記シリンダボディ以外の部材の内で前記加圧室内の流体を高圧化した際に加圧室から反力を受ける部材が、前記2つの締付部材の一方に対して前記中間部材の締め付け側とは反対側に取り付けられ、高圧ポンプは、前記加圧室から反力を受ける部材が取り付けられた締付部材とは異なる締付部材において、前記中間部材の締め付け側とは反対側にて、内燃機関のシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘッドに取り付けられていることを特徴とする。
【0010】
例えば、図1(A)に模式的に例示した高圧ポンプは、2つの締付部材E1,E2間にシリンダ及び加圧室が形成されたシリンダボディを含む中間部材Mを配置して、両締付部材E1,E2間に架け渡した締結ボルトB1,B2の締結により両側から、締付部材E1,E2にて中間部材Mを締め付けている。そして、加圧室I内の流体をプランジャDの圧縮により高圧化した際に加圧室Iから反力を受ける部材Gが、締付部材E1に対して、中間部材Mの締め付け側とは反対側に取り付けられている。
【0011】
このように高圧ポンプを構成した場合、締結ボルトB1,B2による中間部材Mの締め付けに伴い弾性変形することで発生する反力F0と締結ボルトB1,B2に生じる軸力Bfとの関係は、次式1の関係として表される。
【0012】
【数1】
F0 = 2・Bf … [式1]
これに対し、図1(B)に示す従来例は、加圧室i内の流体をプランジャdの圧縮により高圧化した際に加圧室iから反力を受ける部材gが、中間部材m1,m2とともに、2つの締付部材e1,e2間に配置されている高圧ポンプを示している。この場合にも、締結ボルトb1,b2による中間部材m1,m2および部材gの締め付けに伴い弾性変形することで発生する反力F0と締結ボルトb1,b2に生じる軸力bfとの関係は、次式2の関係として表される。
【0013】
【数2】
F0 = 2・bf … [式2]
このように前記式1,2の関係は同じであることから、単に静的な状態で必要とする締め付けを行うのみであれば、図1(A)の締結ボルトB1,B2の軸力Bfと、図1(B)の締結ボルトb1,b2の軸力bfとは同じ設定となる。
【0014】
しかし、加圧室I内の高圧化に伴う反力FNが生じた場合、本発明の例では図2(A)に示すごとく、加圧室Iから反力FNを受ける部材Gが中間部材Mの締め付け側とは反対側に取り付けられているので、反力FNは締付部材E1を引き上げる力FUとなる。この引き上げ力FUはそのまま、締結ボルトB1,B2に生じる軸力Bfの要素となる。そして、軸力Bfのもう一つの要素は中間部材Mからの反力FMであることから、軸力Bfは次式3のごとく表される。
【0015】
【数3】
2・Bf = FU + FM … [式3]
この中間部材Mからの反力FMは、引き上げ力FUにより締付部材E1が引き上げられた程度に応じて中間部材Mの締め付けが緩和されて圧縮量が低下するため、図1(A)に示した反力F0よりも小さくなる。
【0016】
一方、図2(B)に示すごとく、加圧室iから反力FNを受ける部材gが中間部材m1,m2とともに締め付け側にある従来例の場合には、反力FNに伴う締付部材e1の押し上げ力FUは、そのまま、締結ボルトb1,b2に生じる軸力bfの要素となる。そして、軸力bfのもう一つの要素は中間部材m1,m2および部材gからの反力Fmであることから、軸力bfは次式4のごとく表される。
【0017】
【数4】
2・bf = FU + Fm … [式4]
ここで少なくとも部材g自身は、締付部材e1と加圧室iとの間に存在し、更に中間部材m1も存在することから、部材g自身と中間部材m1とは反力FNにより圧縮量が増加している。このため、図1(B)に示した反力F0とほとんど差はなく、低下したとしても図1(A)と図2(A)との差ほど低下することはない。
【0018】
すなわち、FM<Fmであることから、図2の状態では、Bf<bfとなる。したがって、本請求項のごとくの構成であれば、加圧室内の流体を高圧化した際に加圧室から受ける反力による締結ボルトの軸力増加が小さくて済む。
【0019】
したがって、高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動による軸力変化を低減することができ、このことから締結ボルトの初期軸力を低く設定できる。したがってシール面やシリンダ形状に対する歪みを防止することができる。
また、内燃機関のシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘッドに取り付けられることにより、高圧ポンプを筒内噴射型の内燃機関に組み込むことができ、耐久性ある高圧燃料ポンプを提供することができる。
【0020】
請求項2記載の高圧ポンプは、請求項1記載の構成において、前記加圧室から反力を受ける部材は、前記加圧室に臨んで配置され、前記流体の低圧側と前記加圧室との間を遮断することにより、前記加圧室内の流体を高圧化する電磁弁であることを特徴とする。
【0021】
このように、加圧室から反力を受ける部材としては、電磁弁を挙げることができ、前記請求項1に述べた作用効果を生じさせることができる。
請求項3記載の高圧ポンプは、請求項2記載の構成において、前記流体は、筒内噴射型内燃機関の燃料であることを特徴とする。
【0022】
このように筒内噴射型の内燃機関に用いて、高圧燃料を燃料噴射弁から圧縮行程にある燃焼室内に噴射させることができる。そして、高圧ポンプの作動時の燃料圧力脈動による軸力変化を低減することで、締結ボルトの初期軸力を低くしてシール面やシリンダ形状に対する歪みを防止することができ、耐久性ある高圧燃料ポンプを提供することができる。
【0025】
請求項4記載の高圧ポンプは、請求項3記載の構成において、前記プランジャは、前記内燃機関の回転に連動して回転する燃料ポンプ用カムにより駆動されて前記シリンダ内で往復動することを特徴とする。
【0026】
このように燃料ポンプ用カムにてプランジャが駆動されることにより、筒内噴射型内燃機関の回転に連動して高圧燃料を圧送でき、内燃機関の燃焼室に噴射させることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図3は、上述した発明が適用された高圧燃料ポンプ2の縦断面図である。なお、この高圧燃料ポンプは、図4の燃料供給系統概略構成図に示すごとく、筒内噴射型ガソリンエンジンEに組み込まれてエンジンEの燃焼室内へ燃料を噴射するための高圧燃料を発生させるものである。
【0028】
高圧燃料ポンプ2は、シリンダボディ4、カバー6、フランジ8および電磁スピル弁10を備えている。シリンダボディ4の中心軸位置にはシリンダ4aが形成され、内部にプランジャ12を軸方向に摺動可能に支持している。シリンダ4aの先端側には加圧室14が形成され、プランジャ12の進入・退出により加圧室14の容積は変化するようにされている。
【0029】
加圧室14は燃料圧送経路16によりチェック弁18に接続されている。このチェック弁18は、燃料分配管20(図4)に接続しており、加圧室14内の燃料が高圧化した場合に開弁して、高圧燃料を燃料分配管20側に圧送する。
【0030】
シリンダボディ4の下側にはスプリングシート22およびリフターガイド24が積層状態で配置されている。スプリングシート22の内周面にはオイルシール26が取り付けられている。このオイルシール26は略円筒状をなして、下端部26aはプランジャ12の外周面に摺動状態で密着している。プランジャ12とシリンダ4aとの間隙から漏出した燃料は、オイルシール26の燃料収納室26bに蓄積し、その後、燃料収納室26bに接続している燃料排出経路(図示略)を介して燃料タンクT側に戻される。
【0031】
リフターガイド24内にはリフタ28が軸方向に摺動可能に収納されている。このリフタ28の底板部28aの内部表面に形成されている突出受部28bに、プランジャ12の下端部12aが当接している。またプランジャ12の下端部12aはリテーナ30に係合されている。そしてスプリングシート22とリテーナ30との間に圧縮状態で配置されたスプリング32により、プランジャ12の下端部12aは、リフタ28の突出受部28b側に押し付けられている。そして、このプランジャ12の下端部12aからの押圧力により、リフタ28の底板部28aは燃料ポンプ用カム34に当接されている。
【0032】
燃料ポンプ用カム34がエンジンEの回転に連動して回転すると、リフタ28の底板部28aを、燃料ポンプ用カム34のカムノーズが押し上げることにより、リフタ28が上昇する。これに連動して、加圧室14の容積を押し縮めるようにプランジャ12が上昇する。この上昇行程が加圧室14内の燃料の加圧行程である。
【0033】
この加圧行程内での適切なタイミングで加圧室14に臨んで配置されている電磁スピル弁10が閉じられる。電磁スピル弁10が閉じられる前の加圧行程では、加圧室14内の燃料が、電磁スピル弁10のポペット弁10aとシート部10bとの間、燃料経路10c、ギャラリ10dおよび低圧燃料通路35を介して低圧側である燃料タンクT側に戻ることにより、加圧室14から燃料分配管20側へは燃料は圧送されない。そして電磁スピル弁10内部の電磁回路の駆動によりポペット弁10aがシート部10bに当接して電磁スピル弁10が閉じられ低圧側と加圧室14とが遮断されると(図4の状態)、加圧室14内の燃料はその圧力を急速に上昇して高圧燃料となる。この高圧燃料によりチェック弁18が押し開かれて燃料分配管20側へ高圧燃料が圧送される。
【0034】
そして、燃料ポンプ用カム34のカムノーズが下がり始めると、リフタ28およびプランジャ12は、スプリング32の付勢力により次第に下降し始めて吸入行程となる。この吸入行程の開始とともに電磁スピル弁10内部の電磁回路の駆動停止によりポペット弁10aがシート部10bから離れると電磁スピル弁10が開弁されて、低圧燃料通路35側からギャラリ10d、燃料経路10cおよびポペット弁10aとシート部10bとの間を介して、加圧室14内に燃料が吸入される(図3の状態)。
【0035】
このような加圧行程と吸入行程とを繰り返し、加圧行程での電磁スピル弁10の閉弁タイミングを、電子制御装置(ECU)36にて燃料圧力センサ20aが検出する燃料分配管20内の燃料圧力やその他のエンジン運転状態に応じてフィードバック制御することにより、燃料分配管20内の燃料圧力が燃料噴射弁38から噴射するのに適切な圧力に調整される。
【0036】
ここで、中間部材としてのシリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24は、図示したごとくの積層状態に重ね合わされて、第1締付部材としてのカバー6と第2締付部材としてのフランジ8との間に配置されている。一方、電磁スピル弁10は、取付ボルト10eにより、基板10f部分において、シリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24の締め付け側とは反対側の面においてカバー6に取り付けられている。
【0037】
そして、このような積層状態にて、シリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24は、カバー6とフランジ8との間に架け渡された締結ボルト40の締結により両側から締め付けられている。なお、図3の縦断面図では高圧燃料ポンプ2の中心軸において角度をつけて切断した面を示しており、複数存在する締結ボルト40の内の1本のみが示されている。例えば、高圧燃料ポンプ2の中心軸において角度をつけずに切断した図5の縦断面図に示すごとく、中心軸に対称となる他の位置にも締結ボルト40が配置されている。本実施の形態1ではこのように対称となる位置に2対、合計4本の締結ボルト40がシリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24の周囲に配置されて、カバー6とフランジ8とを締結している。
【0038】
同様に、電磁スピル弁10をカバー6に取り付けている取付ボルト10eも中心軸に対称となる位置に配置されている。本実施の形態1では2対、合計4本の取付ボルト10eにより電磁スピル弁10が基板10f部分でカバー6に取り付けられている。
【0039】
また、高圧燃料ポンプ2全体は、支持体としてのシリンダヘッドカバー52に組付ボルト54により取り付けられている。フランジ8には、締結ボルト40が貫通する締結ボルト孔8bの更に外周縁部側に、組付ボルト54を貫通させるための組付ボルト孔8cを設けている。この組付ボルト孔8cに、締結ボルト40とは逆方向から組付ボルト54が貫通され、シリンダヘッドカバー52側に設けられた螺合孔52aに螺入されている。このことにより、高圧燃料ポンプ2全体がシリンダヘッドカバー52に取り付けられている。こうして、リフタ28の底板部28aを、シリンダヘッドカバー52の貫通孔53を介してエンジンEの燃料ポンプ用カム34に接触させることができ、エンジンEの回転に連動させてプランジャ12をシリンダ4a内で往復動させることができる。
【0040】
なお、組付ボルト54についても、中心軸に対称となる位置に2対、合計で4本が存在する。
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
【0041】
(イ).本実施の形態1の高圧燃料ポンプ2では、カバー6とフランジ8との2つの締付部材間に、中間部材としてのシリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24を配置して、カバー6とフランジ8との間に架け渡した締結ボルト40の締結により両側からシリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24を締め付けている。
【0042】
そして、ポペット弁10aがシート部10bに着座した際に加圧室14から反力(図3の矢印)を受ける電磁スピル弁10は、カバー6に対してシリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24の締め付け側とは反対側に取り付けられている。
【0043】
このため、図1(A)および図2(A)にて述べたごとく、電磁スピル弁10が、シリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24と同じ側に取り付けられている場合に比較して、加圧室14内の燃料を高圧化した際に加圧室14から受ける反力による締結ボルト40の軸力増加が小さくて済む。
【0044】
すなわち、加圧室14から反力を受けた際には電磁スピル弁10は基板10f部分にて取付ボルト10eを引き上げる。このことによりカバー6も引き上げられ、シリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24に対する締め付けを緩和する。このことにより、シリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24の締め付けによる反力は低下する。このように、高圧燃料ポンプ2の作動時の燃料圧力脈動により加圧室14の反力がカバー6に作用しても、その加圧室14からの反力に応じてシリンダボディ4、スプリングシート22およびリフターガイド24の締め付けによる反力が低減されるため、トータルの反力としては単なる2種の反力の和よりも小さくなる。
【0045】
したがって、高圧燃料ポンプ2の作動時の燃料圧力脈動による軸力変化を低減できる。このことにより、締結ボルト40の初期軸力を低くしてカバー6、シリンダボディ4、スプリングシート22、リフターガイド24およびフランジ8の各シール面やシリンダ4aの形状に対する歪みを防止することができる。
【0046】
(ロ).また、電磁スピル弁10の基板10fを介して、取付ボルト10eにかかる加圧室14の反力は、取付ボルト10eを引き上げる方向であるため、取付ボルト10e周辺における基板10fの弾性変形による反力は、燃料圧力上昇とともに小さくなる。したがって、取付ボルト10eの初期軸力についても低くでき、電磁スピル弁10とカバー6とのシール面の歪みを防止することができる。
【0047】
[その他の実施の形態]
・前記実施の形態では、高圧燃料ポンプはエンジンのシリンダヘッドカバーに取り付けたが、エンジンのシリンダヘッドに取り付けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を例示する構成の作用効果と従来例の作用効果とを比較するための模式的構成説明図。
【図2】本発明を例示する構成の作用効果と従来例の作用効果とを比較するための模式的構成説明図。
【図3】実施の形態1の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図4】図3の高圧燃料ポンプが組み込まれた内燃機関の燃料供給系統の概略構成図。
【図5】実施の形態1の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【符号の説明】
2…高圧燃料ポンプ、4…シリンダボディ、4a…シリンダ、6…カバー、8…フランジ、8b…締結ボルト孔、8c…組付ボルト孔、10… 電磁スピル弁、10a…ポペット弁、10b…シート部、10c…燃料経路、10d…ギャラリ、10e…取付ボルト、10f…基板、12…プランジャ、12a…下端部、14… 加圧室、16…燃料圧送経路、18…チェック弁、20…燃料分配管、20a…燃料圧力センサ、22…スプリングシート、24…リフターガイド、26…オイルシール、26a…下端部、26b…燃料収納室、28…リフタ、28a…底板部、28b…突出受部、30…リテーナ、32…スプリング、34…燃料ポンプ用カム、35…低圧燃料通路、36…電子制御装置(ECU)、38…燃料噴射弁、40…締結ボルト、52…シリンダヘッドカバー、52a…螺合孔、53…貫通孔、54…組付ボルト、E…筒内噴射型ガソリンエンジン、T…燃料タンク。
Claims (4)
- シリンダ及び加圧室が形成されるとともに前記シリンダ内でプランジャを往復動させることにより前記加圧室内の流体を高圧化するシリンダボディを含む中間部材を、2つの締付部材間に配置し、両締付部材間に架け渡した締結ボルトの締結により両側から前記締付部材にて締め付けることで構成した高圧ポンプであって、
前記シリンダボディ以外の部材の内で前記加圧室内の流体を高圧化した際に加圧室から反力を受ける部材が、前記2つの締付部材の一方に対して前記中間部材の締め付け側とは反対側に取り付けられ、
高圧ポンプは、前記加圧室から反力を受ける部材が取り付けられた締付部材とは異なる締付部材において、前記中間部材の締め付け側とは反対側にて、内燃機関のシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘッドに取り付けられていることを特徴とする高圧ポンプ。 - 請求項1記載の構成において、前記加圧室から反力を受ける部材は、前記加圧室に臨んで配置され、前記流体の低圧側と前記加圧室との間を遮断することにより、前記加圧室内の流体を高圧化する電磁弁であることを特徴とする高圧ポンプ。
- 請求項2記載の構成において、前記流体は、筒内噴射型内燃機関の燃料であることを特徴とする高圧ポンプ。
- 請求項3記載の構成において、前記プランジャは、前記内燃機関の回転に連動して回転する燃料ポンプ用カムにより駆動されて前記シリンダ内で往復動することを特徴とする高圧ポンプ。
Priority Applications (7)
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