JP5071401B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、プランジャを往復運動させて燃料を圧送する燃料供給装置に関するものであり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関に、燃料を噴射圧相当にして供給する燃料供給ポンプに適用して好適である。

従来の燃料供給装置（燃料供給ポンプ）として、例えば下記の特許文献１に示されるものがある。これは、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射装置において、カム軸の回転に伴うプランジャの往復動により加圧室の燃料をコモンレールなどの高圧燃料蓄圧器に圧送するものである。この燃料供給ポンプは、図示しないが、ポンプハウジングに取り付けられたシリンダボディにプランジャを摺動可能に保持し、かつプランジャの一端とともに加圧室を形成するシリンダ内周面が設けられている。

また、このシリンダボディには、加圧室で加圧した高圧燃料をコモンレールに供給するための吐出弁装置が設けられている。この吐出弁装置は、加圧室への逆流を防止する吐出弁と、その吐出弁をシリンダボディとの間で高圧シールするためのバルブホルダとを備えており、このバルブホルダは、高圧燃料配管と気密に接続する配管接続部を構成している。また、下記の特許文献２には、シリンダの内周面にリーク回収溝を設け、シリンダとプランジャとの間からの燃料リークを低減して、潤滑油の希釈を抑える構造が示されている。

特許第２６９０７３４号公報 特開平０５−９９０９７号公報

近年、噴射圧の高圧化要求が強まっており、その高圧化したシステムにおいては、シリンダとプランジャとの摺動部に焼き付きが発生するという問題が生じている。その1つの要因として、プランジャがシリンダとのクリアランスの間で傾くことにより、その傾いたプランジャが高圧燃料によって傾いた側のシリンダ内周面に押し付けられるという押し付け作用力がある。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、シリンダとプランジャとの間の摺動部での焼き付きを防ぐことのできる燃料供給装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、燃料を加圧圧送するために軸方向に往復摺動するプランジャ（３０）と、ハウジング（２０）に形成されてプランジャ（３０）を内周面で摺動可能に保持するとともに、プランジャ（３０）の一端面とで加圧室（３１）を形成するシリンダ（２１）と、ハウジング（２０）に設けられて加圧室（３１）内の燃料を外部に供給するための配管接続部（２４）とを備え、プランジャ（３０）の往復摺動によって加圧室（３１）に吸入した燃料を、配管接続部（２４）を介して外部へ加圧圧送する燃料供給装置において、
プランジャ（３０）は、プランジャ（３０）の駆動側の円柱形状の大径部（３０ａ）と、加圧室（３１）側の先端部に形成された円柱形状の小径部（３０ｂ）とを備え、さらに、大径部（３０ａ）と小径部（３０ｂ）との間に、大径部（３０ａ）から小径部（３０ｂ）ヘ向かって徐々に縮径し、シリンダ（２１）の内周面への押し付け作用力を低減するセンタリング力を発生させる円錐部（３０ｃ）を設けており、円錐部（３０ｃ）は、プランジャの軸方向の長さ（Ｌ）が３ｍｍ以上であるとともに、片側でのプランジャの軸方向に対する円錐部のテーパ角度（θ）が０．１度以上且つ［長さ（Ｌ）×０．３３］度以下であり、
プランジャ（３０）が最も駆動側に位置したときの大径部（３０ａ）と対向するシリンダ（２１）の内周面に、プランジャ（３０）の外周面とシリンダ（２１）の内周面との間にリークした燃料を回収して低圧側に戻すためのリーク燃料回収溝（２８）を形成していることを特徴としている。

プランジャ（３０）の加圧室（３１）側の先端部に形成された円柱形状の小径部（３０ｂ）は、プランジャ（３０）の外周面に耐摩耗性のコーティングを施す時の掴み部として用いたことによって形成されることもあるが、加圧側の先端部に、この小径部（３０ｂ）を形成することにより、燃料を圧送する際の効率が良くなるという効果もある。

この発明によれば、このような小径部（３０ｂ）を形成したうえ、その小径部（３０ｂ）と駆動側の大径部（３０ａ）と間に円錐部（３０ｃ）を形成することにより、この円錐部（３０ｃ）によってセンタリング力を発生させ、押し付け作用力を低減して耐焼き付き性を向上させることができる。

また、この発明では、円錐部（３０ｃ）は、プランジャの軸方向の長さ（Ｌ）が３ｍｍ以上であるとともに、片側でのプランジャの軸方向に対する円錐部のテーパ角度（θ）が０．１度以上且つ［長さ（Ｌ）×０．３３］度以下であることを特徴としている。

よって、この発明によれば、円錐部（３０ｃ）を上記したテーパ角度範囲と長さとにすることにより、高圧化したシステムにおいてもプランジャ（３０）とシリンダ（２１）との焼き付きを防止することができる。

また、この発明では、プランジャ（３０）が最も駆動側に位置したときの大径部（３０ａ）と対向するシリンダ（２１）の内周面に、プランジャ（３０）外周面とシリンダ（２１）の内周面との間にリークした燃料を回収して低圧側に戻すためのリーク燃料回収溝（２８）を形成していることを特徴としている。

このように、シリンダ（２１）の内周面にリーク燃料回収溝（２８）を形成する場合は、プランジャ（３０）が最も駆動側に位置したときの大径部（３０ａ）と対向する位置、つまりは、円錐部（３０ｃ）に掛からない位置とするものである。

この発明によれば、円錐部（３０ｃ）から余分な燃料のリークを招くことなく、リーク燃料による内燃機関用潤滑油の希釈を低減することができため、内燃機関の潤滑を損なうことはなく、内燃機関の信頼性を向上するとともに、潤滑油の寿命を長くすることができる。
請求項２に記載の発明によると、円錐部は、直線的な径の変化をなす円錐面であることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の実施形態に係る燃料供給ポンプ１を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるプランジャ３０の先端側形状を示す部分拡大模式図である。 円錐部３０ｃの角度θと長さＬとを可変して、発生するセンタリング力を数値解析した結果を示すグラフである。 従来のプランジャ３０の先端側形状を示す部分拡大模式図である。

以下、本発明の一実施形態について図１〜４を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の実施形態に係る燃料供給ポンプ（燃料供給装置）１を示す縦断面図である。本実施形態は、本発明の一実施形態による燃料供給装置を、車両用のコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料供給ポンプ１に適用した例にて示す。

コモンレール式燃料噴射装置は、主に燃料タンク、燃料供給ポンプ１、図示しないコモンレールおよび燃料噴射弁を備えており、燃料供給ポンプ１から供給される高圧燃料をコモンレールで蓄圧するとともに、そのコモンレール内の高圧燃料を内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁に分配し、各気筒の燃焼室内に噴射供給するものである。

燃料タンクおよび燃料供給ポンプ１は、コモンレールおよび燃料噴射弁に高圧燃料を供給する燃料供給装置を構成している。燃料タンクは常圧の燃料を蓄えており、燃料供給ポンプ１は、常圧の燃料を燃料タンクから吸い上げるとともに、その吸い上げた燃料を加圧して圧送することにより、コモンレールへ供給する高圧燃料を形成するものである。

燃料供給ポンプ１は、高圧燃料を圧送する高圧ポンプであり、燃料タンクから図示しない「低圧ポンプ」としてのフィードポンプを経由して吸入された燃料を加圧する。図１に示すように、燃料供給ポンプ１はポンプハウジング１０を備えており、ポンプハウジング１０の一方の端部にはカム室１１が形成されている。カム室１１には、図示しないエンジン（内燃機関）によって回転駆動される駆動軸１２が収容されている。

駆動軸１２には、その軸中心１２ｊに対した偏心したカム１３が設けられており、駆動軸１２とカム１３とは一体に形成されている。ポンプハウジング１０には、駆動軸１２と直交する図１の上下方向において、反カム室側にシリンダボディ２０が設けられおり、このシリンダボディ２０には、プランジャ３０が摺動する孔部としてのシリンダ２１が形成されている。なお、ポンプハウジング１０およびシリンダボディ２０は、本発明で言うハウジングに相当する。

シリンダ２１内にはプランジャ３０が、駆動軸１２と直交する上下方向での軸方向へ往復摺動可能に支持されている。ポンプハウジング１０の内周側とシリンダボディ２０との間には、タペット室１４が形成されており、その内部にはタペット４０が往復移動可能に収容されている。

プランジャ３０は、円柱形状に形成されており、そのプランジャ３０の一端面（図１での上端面）側には、プランジャ３０の一端面とシリンダ２１の内周面とで囲まれる加圧室３１が形成されている。シリンダボディ２０には、図示しない導入管を介して低圧ポンプから燃料が供給され、環状を呈する燃料溜り部２３が形成されている。

燃料溜り部２３は、燃料供給路２７を介して、制御弁６０内の燃料供給路６１に連通している。制御弁６０は、加圧室３１と燃料溜り部２３との連通を断続する電磁弁であり、電磁駆動部６２と、この電磁駆動部６２によって駆動される弁部材６３を有している。弁部材６３は、弁座部６４に着座可能であり、弁部材６３が弁座部６４に着座および離座することにより、加圧室３１と燃料溜り部２３との連通状態が断続される。言い換えると、電磁駆動部６２を制御することにより加圧室３１へ連通する通路が開閉される。

シリンダボディ２０には、プランジャ３０の上端面と対向する位置に制御弁６０の電磁駆動部６２がねじ固定されている。この電磁駆動部６２は、弁部材６３を駆動することにより燃料供給路６１と加圧室３１とを連通または遮断する。電磁駆動部６２への通電タイミングを制御することにより、燃料供給ポンプ１からコモンレールへ吐出される燃料の流量が調整される。

シリンダボディ２０には吐出弁装置（本発明で言う配管接続部）２４が設置されており、吐出弁装置２４は吐出孔２５を介して加圧室３１に連通している。加圧室３１内で加圧された燃料は、吐出弁装置２４の弁部材２４１をスプリング２４２の付勢力および吐出孔２６内の燃料圧力に抗して開弁し、加圧された高圧の燃料を吐出孔２６からコモンレール内へ圧送する。

プランジャ３０の反加圧室側、つまりは駆動側の端部３２には、ロアシート３３が連結されている。このロアシート３３には、スプリング３４が当接しており、プランジャ３０はロアシート３３を介してスプリング３４の付勢力によりタペット４０に押し付けられている。なお、スプリング３４の他方の端部は、アッパシート３５に当接しており、スプリング３４の加圧室３１側への移動が規制されている。

タペット４０は、概ね筒状に形成されており、ポンプハウジング１０の支持孔１５内に、軸方向に移動可能に支持されている。タペット４０は、回転運動を直線運動に変換する回転直線変換機構であり、一端部側がカム１３の外周１３ａに当接し、他端部側がプランジャ３０の端部３２側を支持することで、カム１３の回転に従ってタペット４０およびプランジャ３０が軸方向移動する。

また、このタペット４０には、支持孔１５内の内周面に設けた軸方向溝１６に係合する周方向位置決め部４８が設けられている。この周方向位置決め部４８は、カム１３の回転に従って軸方向溝１６内を軸方向移動することにより、タペット４０の周方向移動を規制している。なお、タペット４０の詳細構造については、説明を省略する。以上、燃料供給ポンプ１の基本的構成について説明したが、次に、本実施形態の燃料供給ポンプ１の特徴的な構成と、その効果について説明する。

（特徴的構成）
図２は、本発明の一実施形態におけるプランジャ３０の先端側形状を示す部分拡大模式図であり、図３は、円錐部３０ｃの角度θと長さＬとを可変して、発生するセンタリング力を数値解析した結果を示すグラフである。また、図４は、従来のプランジャ３０の先端側形状を示す部分拡大模式図である。

まず、図４に示すように、従来のプランジャ３０は、シリンダボディ２０に形成されたシリンダ２１内で摺動するため、シリンダ２１に対して所定のクリアランスを確保した外径の円柱形状をしている。この、一般外径の部分を大径部３０ａとする。また、プランジャ３０の加圧室３１側の先端部には、小径部３０ｂが形成されている。

この小径部３０ｂは、プランジャ３０の外周面に耐摩耗性のコーティングを施す時の掴み部として用いることと、加圧側の先端部に、この小径部３０ｂを形成することによって燃料を圧送する際の効率が良くなるという効果もあって形成されている。また、先の大径部３０ａと対向しているシリンダ２１の内周面には、プランジャ３０の外周面とシリンダ２１の内周面との間にリークした燃料を回収して低圧側に戻すためのリーク燃料回収溝２８を形成している。

このような、プランジャ３０の先端側形状において、本実施形態ではまず、図２に示すように、プランジャ３０の駆動側の大径部３０ａと加圧室３１側の小径部３０ｂとの間に、小径部３０ｂヘ向かって徐々に縮径する円錐部３０ｃを設けている。これによれば、上記したような小径部３０ｂを形成したうえ、その小径部３０ｂと駆動側の大径部３０ａと間に、円錐部３０ｃを形成することにより、プランジャ３０に図３のグラフに示すようなセンタリング力を発生させることができる。

このセンタリング力は、プランジャ３０がシリンダ２１とのクリアランスの間で傾いたとしても、円錐部３０ｃがあることによって傾いた側のプランジャ３０とシリンダ２１との間にも高圧燃料が入り込んで生じるものである。これにより、従来焼き付きの要因となっていたシリンダ２１の内周面への押し付け作用力を低減することができ、燃料供給装置１の耐焼き付き性を向上させることができる。

また、この円錐部３０ｃは、長さＬ（図２参照）が３ｍｍ以上であるとともに、片側でのテーパ角度θ（図２参照）が０．１度以上且つ［長さＬ×０．３３］度以下としている。発明者は、図３のグラフに示すように、円錐部３０ｃのテーパ角度θと、長さＬとを可変して計算した場合の数値解析から得られるセンタリング力の変化と、実際の焼き付き試験の結果から換算して算出される焼き付き限界のセンタリング力とから、焼き付きを防止するのに必要な円錐部３０ｃのテーパ角度と長さとを導き出している。

より具体的には、テーパ角度θを０．１〜４．３度、長さＬを１〜７ｍｍと可変して数値解析を行い、図３に示すよう、得られるセンタリング力の変化グラフを得た。また、実際の焼き付き試験の結果から換算して算出される焼き付き限界のセンタリング力は、１０００Ｎ以上が必要であると言う結果を得た。

この１０００Ｎ以上のセンタリング力を得るための角度および長さ範囲として、図３のグラフより、長さＬが３ｍｍ以上であるとともに、テーパ角度θが０．１度以上且つ［長さＬ×０．３３］度以下としたものである。よって、テーパ角度θの上限は、例えば長さＬが３mmであれば１度以下、長さＬが５mmであれば≒１．７度以下、長さＬが７mmであれば≒２．３度以下となる。円錐部３０ｃをこのテーパ角度範囲と長さとにすることにより、高圧化したシステムにおいてもプランジャ３０とシリンダ２１との焼き付きを防止することができる。

また、シリンダ２１の内周面にリーク燃料回収溝２８を形成する場合は、プランジャ３０が最も駆動側に位置したとき（つまりは下降端）における大径部３０ａと対向するシリンダ２１の内周面に、リーク燃料回収溝２８を形成している。このように、プランジャ３０が最も下がったときにも円錐部３０ｃに掛からない位置としている。

これによれば、円錐部３０ｃから余分な燃料のリークを招くことなく、リーク燃料による内燃機関用潤滑油の希釈を低減することができため、内燃機関の潤滑を損なうことはなく、内燃機関の信頼性を向上するとともに、潤滑油の寿命を長くすることができる。

（参考例）
本発明では、焼き付きを防止するために高圧燃料を導入するための形状部を円錐部３０ｃとしたが、大径部３０ａから小径部３０ｂヘ向かって徐々に縮径する形状部、言い換えれば、小径部３０ｂから大径部３０ａヘ向かって徐々に拡径する形状部は、円錐面のような直線的な径の変化だけではなく、例えば外径側へ膨らんだＲ面や内径側へ凹んだＲ面、もしくは直線的な斜面とＲ面とが複合された縮径部（拡径部）であっても良い。

１…燃料供給ポンプ（燃料供給装置）
２０…シリンダボディ（ハウジング）
２１…シリンダ
２４…吐出弁装置（配管接続部）
３０…プランジャ
３０ａ…大径部
３０ｂ…小径部
３０ｃ…円錐部
３１…加圧室
Ｌ…円錐部３０ｃの長さ
θ…テーパ角度

Claims (2)

1. 燃料を加圧圧送するために軸方向に往復摺動するプランジャ（３０）と、
   ハウジング（２０）に形成されて前記プランジャ（３０）を内周面で摺動可能に保持するとともに、前記プランジャ（３０）の一端面とで加圧室（３１）を形成するシリンダ（２１）と、
   前記ハウジング（２０）に設けられて前記加圧室（３１）内の燃料を外部に供給するための配管接続部（２４）とを備え、
   前記プランジャ（３０）の往復摺動によって前記加圧室（３１）に吸入した燃料を、前記配管接続部（２４）を介して外部へ加圧圧送する燃料供給装置において、
   前記プランジャ（３０）は、前記プランジャ（３０）の駆動側の円柱形状の大径部（３０ａ）と、前記加圧室（３１）側の先端部に形成された円柱形状の小径部（３０ｂ）とを備え、さらに、
   前記大径部（３０ａ）と前記小径部（３０ｂ）との間に、前記大径部（３０ａ）から前記小径部（３０ｂ）ヘ向かって徐々に縮径し、前記シリンダ（２１）の内周面への押し付け作用力を低減するセンタリング力を発生させる円錐部（３０ｃ）を設けており、
   前記円錐部（３０ｃ）は、前記プランジャの軸方向の長さ（Ｌ）が３ｍｍ以上であるとともに、片側での前記プランジャの軸方向に対する前記円錐部のテーパ角度（θ）が０．１度以上且つ［前記長さ（Ｌ）×０．３３］度以下であり、
   前記プランジャ（３０）が最も駆動側に位置したときの前記大径部（３０ａ）と対向する前記シリンダ（２１）の内周面に、前記プランジャ（３０）の外周面と前記シリンダ（２１）の内周面との間にリークした燃料を回収して低圧側に戻すためのリーク燃料回収溝（２８）を形成していることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記円錐部は、直線的な径の変化をなす円錐面であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。

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