JP6397961B2 - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、高圧燃料供給ポンプに関し、ことにシリンダをカップ状に構成したものに関する。

特許公開２００７−２３１９５９号公報に記載されている高圧燃料供給ポンプでは、ポンプハウジングの凹所に設けた内側円筒面（内周面）部にカップ（特許公開２００７−２３１９５９号ではプラグと称する）および円筒状のシリンダを嵌合することで加圧室を形成する構造が開示されており、このカップを含むシリンダはシリンダホルダのねじ推力によりポンプハウジングの内周面に圧接固定される構成になっている。また、カップとシリンダは一体構造としても良いことが記載されている。

特許公開２００７−２３１９５９号公報

しかし、ポンプハウジングの内側円筒面（内周面）部に嵌合するカップおよびシリンダはシリンダホルダ等の別部材により推力を受け、圧接、保持されなければ固定することができない。

このため、シリンダホルダをポンプハウジング下部に設けることが必要となり、部品点数の増加、高圧燃料供給ポンプ全体の大きさが増す。

加圧室の一部として用いられているシリンダには、燃料を加圧する際にポンプハウジングから抜ける方向に圧力が加わるため、燃料の吐出圧力が増大するに従いシリンダホルダによる固定力を増加させる必要があり、シリンダホルダの大型化や複雑化が懸念される。

本発明の目的は上記問題点を解決するため、低コストで小型軽量、高圧化および信頼性の高い高圧燃料供給ポンプを提供することにある。

本発明による高圧燃料供給ポンプでは、有底筒状のシリンダと、前記シリンダ内で往復動可能に配置されたプランジャと、内周面側に前記シリンダが収納されたポンプハウジングと、を備え、前記シリンダは、当該シリンダの天井部側が圧入方向先端側となるように、前記ポンプハウジング内に圧入固定される。

本発明による高圧燃料供給ポンプでは、上記のように構成することで、燃料の吐出圧力（加圧室内圧力）を高圧化した場合においても、低コストで信頼性の高い高圧燃料供給ポンプを提供することができる。

本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの一例である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図であり、図２とは垂直方な断面を表す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、プランジャ２およびシリンダの寸法を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０の拡大図であり、電磁コイル５２に無通電の状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０の拡大図であり、電磁コイル５２に通電された状態を示す。 従来実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０の拡大図であり、電磁コイル５２に無通電の状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０をポンプハウジング１に組み込む前のブクミ状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプのフランジ４１、およびブッシュ４３の外観図示す。本図では、フランジ４１、およびブッシュ４３のみを示し、その他の部品は示していない。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、溶接部４１ａ部近傍の拡大図を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、溶接部４１ａ部近傍の拡大図を示し、図１１よりも拡大している。 本発明が実施された第二実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明が実施された第三実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明が実施された第四実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明が実施された第五実施例による高圧燃料供給ポンプの横断面図である。 本発明が実施された第五実施例による高圧燃料供給ポンプの横断面図であり、図１５とはシリンダの固定位置が異なる図を示す。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図１から図１１により本発明の実施例について説明する。

図１中で、破線で囲まれた部分が高圧ポンプのポンプハウジング１を示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧ポンプのポンプハウジング１に一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧燃料供給ポンプの吸入口１０ａに送られる。

吸入口１０ａを通過した燃料は、吸入ジョイント１０１内に固定されたフィルタ１０２を通過し、さらに吸入流路１０ｂ、金属ダイアフラムダンパ９、低圧燃料室１０ｃを介して容量可変機構を構成する電磁駆動型弁機構３０の吸入ポート３０ａに至る。

吸入ジョイント１０１内の吸入フィルタ１０２は、燃料タンク２０から吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

図４は電磁吸入弁機構３０の拡大図で、電磁コイル５３に通電されていない無通電の状態である。

図５は電磁吸入弁機構３０の拡大図で、電磁コイル５３に通電されている通電の状態である。

ポンプハウジング１には中心に加圧室１１を含むシリンダ６を収納する凹所１Ａが形成されており、この加圧室１１に連通するように、電磁吸入弁機構３０装着用の孔３０Ａが形成されている。

プランジャロッド３１は、吸入弁部３１ａ、ロッド部３１ｂ、アンカー固定部３１ｃの３部分からなり、アンカー固定部３１ｃにはアンカー３５が溶接部３７ｂによって、溶接固定されている。

ばね３４は図のようにアンカー内周３５ａ、および第一コア部内周３３ａに嵌め込まれ、アンカー３５、および第一コア部３３を引き離す方向にばね３４によるばね力が発生するようになっている。

弁シート３２は、吸入弁シート部３２ａ、吸入通路部３２ｂ、圧入部３２ｃ、摺動部３２ｄからなる。圧入部３２ｃは第一コア部３３に圧入固定されている。吸入弁シート部３２ａはポンプハウジング１に圧入固定されており、この圧入部で加圧室１１と吸入ポート３０ａを完全に遮断している。

第一コア部３３は溶接部３７ｃによりポンプハウジング１に溶接固定されており、吸入ポート３０ａと高圧燃料供給ポンプの外部とを遮断している。

第二コア部３６は溶接部３７ａによって第一コア部３３に固定されており、第二コア部３６の内部空間と外部空間を完全に遮断している。また第二コア部３６には磁気オリフィス部３６ａが設けられている。

電磁コイル５３に通電されていない無通電の状態で、かつ吸入流路１０ｃ（吸入ポート３０ａ）と加圧室１１との間の流体差圧が無い時は、プランジャロッド３１はばね３４により、図４のように図中の右方向に移動した状態となる。この状態では、吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが接触した閉弁状態となり、吸入口３８は塞がれる。

後述するカム５の回転により、プランジャ２が図２の下方に変位する吸入工程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室１１内の燃料圧力が低下する。この工程で加圧室１１内の燃料圧力が低圧燃料室１０ｃ（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、吸入弁部３１ａには燃料の流体差圧による開弁力（吸入弁部３１ａを図１の左方に変位させる力）が発生する。

この流体差圧による開弁力により、吸入弁部３１ａは、ばね３４の付勢力に打ち勝って開弁し、吸入口３８を開くように設定されている。流体差圧が大きい時は、吸入弁部３１ａは完全に開き、アンカー３１は第一コア部３３に接触した状態となる。流体差圧が小さい時は、吸入弁部３１ａは完全には開かず、アンカー３１は第一コア部３３に接触しない。

この状態にて、ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁吸入弁機構３０に印加されると、電磁吸入弁機構３０の電磁コイル５３には電流が流れ、第一コア部３３とアンカー３１の間には、互いに引き合う磁気付勢力が発生する。その結果、プランジャロッド３１には図中の左方に磁気付勢力が印可されることになる。

吸入弁部３１ａが完全に開いているときには、その開弁状態を保持する。一方、吸入弁部３１ａが完全には開いていないときには、吸入弁部３１ａの開弁運動を助長し吸入弁部３１ａは完全に開くので、アンカー３１は第一コア部３３に接触した状態となり、その後その状態を維持する。

その結果、吸入弁部３１ａが吸入口３８を開いた状態が維持され、燃料は吸入ポート３０ａから弁シート３２の吸入通路部３２ｂ、吸入口３８を通過し加圧室１１内へ流れ込む。

電磁吸入弁機構３０に入力電圧の印加状態を維持したままプランジャ２が吸入工程を終了し、プランジャ２が図２の上方に変位する圧縮工程に移ると、磁気付勢力は維持されたままであるので、依然として吸入弁部３１ａは開弁したままである。

加圧室１１の容積は、プランジャ２の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度加圧室１１に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入口３８を通して吸入流路１０ｃ（吸入ポート３０ａ）へと戻されるので、加圧室の圧力が上昇することは無い。この工程を戻し工程と称す。

この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号を解除して、電磁コイル５３への通電を断つと、プランジャロッド３１に働いている磁気付勢力は一定の時間後（磁気的、機械的遅れ時間後）に消去される。吸入弁部３１ａにはばね３４による付勢力が働いているので、プランジャロッド３１に作用する電磁力が消滅すると吸入弁部３１ａはばね３４による付勢力で吸入口３８を閉じる。吸入口３８が閉じるとこのときから加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇する。そして、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁ユニット８を介して加圧室１１に残っている燃料の高圧吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この工程を吐出工程と称す。すなわち、プランジャ２の圧縮工程（下始点から上始点までの間の上昇工程）は、戻し工程と吐出工程からなる。

そして、電磁吸入弁機構３０の電磁コイル５３への通電を解除するタイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。

電磁コイル５３への通電を解除するタイミングを早くすれば、圧縮工程中、戻し工程の割合が小さく吐出工程の割合が大きい。

すなわち、吸入流路１０ｃ（吸入ポート３０ａ）に戻される燃料が少なく、高圧吐出される燃料は多くなる。

一方、入力電圧を解除するタイミングを遅くすれば、圧縮工程中の、戻し工程の割合が大きく、吐出工程の割合が小さい。すなわち、吸入流路１０ｃに戻される燃料が多く、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル５３への通電を解除するタイミングは、ＥＣＵからの指令によって制御される。

以上のように構成することで、電磁コイル５３への通電を解除するタイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することができる。

かくして、燃料吸入口１０ａに導かれた燃料はポンプハウジング１の加圧室１１にてプランジャ２の往復動によって必要な量が高圧に加圧され、燃料吐出口１２からコモンレール２３に圧送される。

コモンレール２３には、インジェクタ２４、圧力センサ２６が装着されている。インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２７の制御信号にしたがって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

このとき、吸入弁部３１ａはプランジャ２の下降・上昇運動に伴って吸入口３８の開閉運動を繰り返し、プランジャロッド３１は図中の左右方向の運動を繰り返す。このとき、プランジャロッド３１の運動は、弁シート３２の摺動部３２ｄによって図中の左右方向の運動のみに動きが制限され、摺動部３２ｄとロッド部３１ｂは摺動運動を繰り返す。したがって摺動部はプランジャロッド３１の摺動運動の抵抗にならないように十分に低い面粗さが必要である。摺動部のクリアランスの選定は下記による。

クリアランスが大きすぎると、プランジャロッド３１は摺動部を中心として振り子のように触れてしまい、アンカー３５と第二コア部３６が接触してしまう。プランジャロッド３１が摺動運動をすればアンカー３５と第二コア部３６も摺動してしまうので、プランジャロッド３１の摺動運動の抵抗が大きくなり、吸入口３８の開閉運動の応答性が悪くなる。また、アンカー３５と第二コア部３６はフェライト系磁気ステンレスであるので、摺動すると磨耗粉等を発生する可能性がある。さらに、後述するように、アンカー３５と第二コア部３６の隙間が小さいほど磁気付勢力は大きくなる。隙間が大きすぎると、磁気付勢力が不足し、高圧吐出される燃料の量を適切に制御できない。これらのことから、アンカー３５と第二コア部３６の隙間はできるだけ小さく、かつ接触しない必要が有る。

そのため、摺動部は一箇所とし、さらに摺動部３２ｄの摺動長Ｌを図のように十分長くした。摺動部は摺動部３２ｄの内径、およびロッド部３１ｂの外形により形成されるが、どちらも加工する際には必ず公差が必要になり、摺動部のクリアランスも必ず公差が必要になる。一方、アンカー３５と第二コア部３６のクリアランスには、上述したように磁気付勢力から上限値がある。このクリアランスの公差を吸収し、さらアンカー３５と第二コア部３６が接触しないようにするには、摺動長Ｌを長くして振り子運動を小さくすれば良い。

これにより、プランジャロッド３１が振り子運動をしようとする時には、摺動部の両端で摺動部３２ｄとロッド部３１ｂが接触・摺動するので、アンカー３５と第二コア部３６の隙間は小さくすることが可能となった。

クリアランスが小さすぎると、吸入口３８が閉弁状態の時に、吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが完全には面接触しない。これは、プランジャロッド３１の吸入弁部３１ａとロッド部３１ｂの垂直度、および弁シート３２の吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄの垂直度を、摺動部のクリアランスで吸収できないためである。吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが完全には面接触しないと、吐出工程時に高圧になった加圧室１１内の高圧燃料により、プランジャロッド３１には過度のトルクが加わり破損する可能性がある。また、摺動部にも過度な荷重が加わり、摺動部の破損・磨耗が発生する可能性がある。

これらのことから、吸入口３８が閉弁状態の時に、吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが完全に面接触する必要がある。特に、上記のように摺動長Ｌを長くすることで、プランジャロッド３１の振り子運動を抑えようとすると、プランジャロッド３１の吸入弁部３１ａとロッド部３１ｂの垂直度、および弁シート３２の吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄの垂直度に求められる精度は高くなる。

そのため、吸入弁シート部３２ａ、および摺動部３２ｄを弁シート３２に設けた。吸入弁シート部３２ａ、および摺動部３２ｄを同一部材とし、吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄの垂直度を精度良くできるようにした。吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄが別部材であると、加工・結合する部位に直角度を悪くする要因が必ず生じるが、吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄを一部材とすることでこの問題は解決される。

また、磁気コイル５３に通電した時に発生する磁気付勢力が不足すると、高圧吐出される燃料の量を適切に制御できない。そのため、磁気コイル５３の周りに構成され磁気回路は、十分な磁気付勢力を発生するものでなくてはならない。

そのためには、磁気コイル５３に通電し周りに磁場が発生した際、より多くの磁束が流れるような磁気回路にする必要が有る。一般的に磁気化路は太く短いほど、磁気抵抗も小さくなるので磁気回路を通過する磁束が大きくなり、発生する磁気付勢力も大きくなる。

本実施例では、磁気回路を構成する部材は、図５に示すようにアンカー３５、第一コア部３３、ヨーク５１、第二コア部３６であり、これらは全て磁性材料である。

第一コア部３３と第二コア部３６は溶接部３７ａにより溶接にて接合されているが、第一コア部３３と第二コア部３６の間を直接磁束が通過せず、アンカー３５を介して通過する必要が有る。これは第一コア部３３とアンカー３５の間に磁気付勢力を発生させるためであり、第一コア部３３と第二コア部３６の間を直接磁束が通過してしまい、アンカーを通過する磁束が減少してしまうと、磁気付勢力が低下してしまう。

そのために、従来構造では、第一コア部３３と第二コア部３６の間に中間部材を設けていた。この中間部材は非磁性体であるので、第一コア部３３と第二コア部３６の間を直接に磁束が通過することはなく、全ての磁束がアンカー３５を通過する。

しかし、中間部材を設けると部品点数が増加しさらに中間部材と第一コア部３３・第二コア部３６をそれぞれ接合する必要が有るので、コストがアップしてしまうと言う問題があった。

そこで、本実施例では第一コア部３３と第二コア部３６を溶接部３７にて直接接合し、第二コア部に磁気オリフィス部３６ａを設けた。磁気オリフィス部３６ａでは、肉厚を強度的に許す限り薄くする一方、第二コア部３６のその他の部分では十分な肉厚を確保している。また、磁気オリフィス部３６ａは第一コア部とアンカー３５の接触する部分の近傍に設けた。

これにより、発生した磁束は大部分がアンカー３７を通過し、第一コア部３３と第二コア部を直接に通過する磁束はごく小さく、それによる第一コア部３３とアンカー３５の間に発生する磁気付勢力の低下を許容範囲内している。

また、第一コア部３３とアンカー３５が接触している時には、磁気回路中で最も大きな空隙があるのは第二コア部３６とアンカー３５の間である。空隙は磁性材料ではなく、燃料で満たされているので空隙が大きいほど磁気回路の磁気抵抗は大きくなる。したがって、空隙は小さいほど良い。

本実施例では、前述したように摺動部の摺動長Ｌを長くすることによって第二コア部３６とアンカー３５の間の空隙を小さくしている。

磁気コイル５３はリード線５４をプランジャロッド３１の軸を中心に巻いて構成している。リード線５４の両端は、リード線溶接部５５でターミナル５６に溶接接続されている。ターミナルは伝導性の物質でありコネクタ部５８に開口しており、コネクタ部５８にＥＣＵからの相手側コネクタが接続されれば相手側のターミナルに接触しコイルに電流を伝える。

図６に従来構造を示す。従来構造では、磁気回路の内側にリード線溶接部５５を配置している。リード線溶接部５５は少なくない容積を必要とするので、その分だけ磁気回路の全長が長くなってしまう。このことは、磁気回路の磁気抵抗を大きくしてしまうので、第一コア部３３とアンカー３５の間に発生する磁気付勢力の低下と言う問題があった。

本実施例では、このリード線溶接部５５をヨーク５１の外側に配置している。磁気回路の外側にリード線溶接部５５を配置することになり、リード線溶接部５５に必要としていた空間が無いために磁気回路の全長を短くでき、第一コア部３３とアンカー３５の間に十分な磁気付勢力の発生が可能となった。

図７に、電磁吸入弁機構３０をポンプハウジング１に組み込む前の状態を示す。

本実施例では、まず、吸入弁ユニット３７と、コネクタユニット３８としてそれぞれにユニットを作成する。次に、吸入弁ユニット３７の吸入弁シート部３２ａをポンプハウジング１に圧入固定し、その後に溶接部３７ｃを全周に渡って溶接接合する。本実施例では、溶接はレーザー溶接としている。この状態で、コネクタ３８を第一コア部３３に圧入固定する。これにより、コネクタ５８の向きを自由に選ぶことができる。

ポンプハウジング１には中心に加圧室１１を含むシリンダ６を収納する凹所１Ａが形成されており、この加圧室１１に開口するように、吐出弁機構８装着するための孔１１Ａがシリンダ６を収納する凹所１Ａに対して交差する方向に形成されている。

加圧室１１の出口には吐出弁機構８が設けられている。吐出弁機構８はシート部材（シート部材）８ａ、吐出弁８ｂ、吐出弁ばね８ｃ、吐出弁ストッパとしての保持部材８ｄからなり、ポンプハウジング１の外で、溶接部８ｅを溶接することにより吐出弁機構８を組み立てる。その後、図中左側から組み立てた吐出弁機構８をポンプハウジング１に圧入固定する。圧入部は加圧室１１と吐出口１２を遮断する機能も備える。

加圧室１１と吐出口１２との間に燃料の差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力でシート部材８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１内の燃料圧力が、吐出口１２の燃料圧力よりも所定の値だけ大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに抗して開弁し、加圧室１１内の燃料は吐出口１２を経てコモンレール２３へと吐出される。

吐出弁８ｂは開弁した際、保持部材８ｄと接触し、動作を制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは保持部材８ｄによって適切に決定される。もし、ストロークが大きすぎると、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、燃料吐出口１２へ吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまうので、高圧ポンプとしての効率が低下してしまう。また、吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、保持部材８ｄにてガイドしている。以上のように構成することで、吐出弁機構８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

シリンダ６は天井部６Ａを有する有底のカップ状に形成されている。シリンダを形成する円筒部材の内周部には加圧室１１としての凹部が形成されている。

シリンダ６周囲には加圧室１１と吸入口３８をに連通する貫通孔６ａと、加圧室１１と燃料吐出口１２を連通する貫通孔６ｂが複数個形成されている。

シリンダ６の外側円筒面（外周面）がポンプハウジング１の凹所１Ａの内側円筒面（内周面）に嵌合しており、圧入部６ｃにより嵌合され保持されている。

シリンダ６はポンプハウジング１の内側円筒面（内周面）の嵌合部６ｃおよび内側円筒面（内周面）の嵌合部６ｄの２点で固定することでポンプハウジング１の中心軸とシリンダ６の中心軸との同軸度を向上している。

圧入部６ｃ、６ｄを、シリンダ６とプランジャ２の摺動部と異なる位置に設けることで、圧入による同軸度の悪化を抑制できる。

ポンプハウジング１の内側円筒面（内周面）の天井部１０Ａには低圧燃料室１０ｃと連通する穴１０ｇが設けられており、シリンダ６を圧入する際の空気抜き穴の役割を果たす。空気抜き穴１０ｇを設けることによりシリンダ６の圧入荷重を下げることができ、座屈による変形を防ぐことができる。

連通穴１０ｇの内径をシリンダ６の外径より小さくすることで、シリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に抜けないように、ストッパの機能を果たす。

連通穴１０ｇは、穴径Ｄを「面積ＡＤ＞ＡＤｃ−Ａｄ」が成り立つ径に保つことで、高圧燃料がシリンダ６とポンプハウジング１の嵌合部を通り抜けた場合でも、高圧燃料が低圧燃料室に開放されるので、圧力差によりシリンダ６がポンプハウジング１から抜けることなく固定できる。

シリンダ６をカップ状にすることにより、加圧室１１内の圧力でポンプハウジング１の天井部１０Ａにシリンダ６の天井部６Ａの上端部が圧接して金属シールする。

加圧室１１内の圧力を増加するに従い、金属接触部のシール性は向上する。

プランジャシール１３は、スプリングホルダ７の内周円筒面７ｃに圧入固定されたシールホルダ１５とスプリングホルダ７によって、スプリングホルダ７の下端に保持されている。プランジャシール１３の中心軸はスプリングホルダ７の内周円筒面７ｃの中心軸と同軸に保持され、同時に円筒嵌合部７ｅの中心軸とも同軸に保持される。プランジャ２とプランジャシール１３は、シリンダ６の下端部において摺動可能に設置されている。

プランジャシール１３により、シール室１０ｆ中の燃料がタペット３側にあるエンジンの内部に流入することを防止する。同時にエンジンルーム内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプ本体１の内部に流入するのを防止する。

スプリングホルダ７はポンプハウジング１下部に設けてある内側円筒面（内周面）部とスプリングホルダ７の外側円筒面（外周面）部７ｅで嵌合されており、本実施例においてはレーザー溶接により固定されている。

ポンプハウジング１の外周円筒面７ｂに、Ｏ−リング６１を嵌め込むための溝７ｄを設ける。Ｏ−リング６１はエンジン側の嵌合穴７０の内壁とポンプハウジング１の溝７ｄによりエンジンのカム側と外部を遮断し、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

以上のようにすることで、シリンダ６は加圧室１１内で進退運動するプランジャ２をその進退運動方向に沿って摺動可能に保持できる。

プランジャ２の下端には、エンジンのカムシャフトに取付けられたカム５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット３が設けられている。プランジャ２はリテーナ１５を介してばね４にてタペット３に圧着されている。リテーナ１５は圧入によってプランジャ２に固定されている。にこれによりカム５の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に進退（往復）運動させることができる。

ここで、低圧燃料室１０ｃは吸入流路１０ｄ、およびシリンダホルダ７に設けられた吸入流路１０ｅを介して、シール室１０ｆに接続しており、シール室１０ｆは常に吸入燃料の圧力に接続している。加圧室１１内の燃料が高圧に加圧されたときには、シリンダ６とプランジャ２の摺動クリアランスを通して微小の高圧燃料がシール室１０ｆ内に流入するが、流入した高圧燃料は吸入圧力に開放されるのでプランジャシール１３が高圧により破損することはない。

また、プランジャ２はシリンダ６と摺動する大径部２ａと、プランジャシール１３と摺動する小径部２ｂからなる。大径部２ａの直径は小径部２ｂの直径より大きく設定されており、互いに同軸に設定されている。シリンダ６との摺動部は大径部２ａであり、プランジャシール１３との摺動部は小径部２ｂである。これにより、大径部２ａと小径部２ｂの接合部はシール室１０ｆ内に存在するので、プランジャ２の摺動運動に伴って、シール室１０ｆの容積が変化し、それに伴って燃料は、吸入流路１０ｄ、吸入流路１０ｓを通ってシール室１０ｆと吸入流路１０ｃの間を運動する。

プランジャ２は、プランジャシール１３とシリンダ６と摺動を繰り返すので、摩擦熱が発生する。この熱により、プランジャ２の大径部２ａが熱膨張をするが、大径部２ａのうち、プランジャシール１３側の方が加圧室１１側よりも発熱源に近い。そのため、大径部２ａの熱膨張は均一にならず、その結果として同軸度が悪化しプランジャ２とシリンダ６が焼きついて固着してしまう。

本実施例では、プランジャ２の摺動運動に伴ってシール室１０ｆの燃料を常に入れ替えているので、この燃料により、発生した熱を除去する効果がある。これによって、摩擦熱による大径部２ａの変形、およびそれによって発生するプランジャ２とシリンダ６が焼付固着を防止することができる。

さらに、プランジャシール１３との摺動部の直径が小さいほど摩擦面積が小さくなるので、摺動運動によって発生する摩擦熱も少なくなる。本実施例では、プランジャシール１３と摺動するのはプランジャ２の小径部２ｂであるので、プランジャシール１３との摩擦で発生する熱量も小さく押さえることができ、焼付固着を防止することができる。

金属ダイアフラムダンパ９は２枚の金属ダイアフラムで構成され、両ダイアフラム間の空間にガスが封入された状態で外周を溶接部にて全周溶接にて互いに固定している。そして金属ダイアフラムダンパ９の両面に低圧圧力脈動が負荷されると、金属ダイアフラムダンパ９は容積を変化し、これにより低圧圧力脈動を低減する機構となっている。

高圧燃料供給ポンプのエンジンへの固定は、フランジ４１、止めねじ４２、およびブッシュ４３により行われる。フランジ４１は溶接部４１ａにてポンプハウジング１に全周を溶接結合されている。本実施例では、レーザー溶接を用いている。

図８に、フランジ４１、およびブッシュ４３の外観図示す。本図では、フランジ４１、およびブッシュ４３のみを示し、その他の部品は示していない。

二個のブッシュ４３はフランジ４１に取付けられており、エンジンとは反対側に取付けられている。二個の止めねじ４２はエンジン側に形成されたそれぞれのねじに螺合され、二個のブッシュ４３、およびフランジ４１をエンジンに押し付けることで、高圧燃料供給ポンプをエンジンに固定する。

図９にフランジ４１、止めねじ４２、ブッシュ４３部の拡大図を示す。

ブッシュ４３には、鍔部４３ａ、かしめ部４３ｂがある。まず、かしめ部４３ｂはフランジ４１の取付け穴にかしめ結合される。その後、ポンプハウジング１と溶接部４１ａにてレーザー溶接によって溶接結合される。その後、樹脂製のファスナー４４をブッシュ４３に挿入し、さらにファスナー４４に止めねじ４２を挿入する。ファスナー４４は止めねじ４２をブッシュ４３に仮固定する役割を果たす。即ち、高圧燃料供給ポンプをエンジンに取り付けるまでの間に、止めねじ４２がブッシュ４３から脱落しないように固定している。高圧燃料供給ポンプをエンジンに固定する際は、止めねじ４２をエンジン側に設けられたねじ部に螺合固定するが、その際は止めねじ４２の締付けトルクによって止めねじ４２はブッシュ４３内で回転できる。

高圧燃料供給ポンプが高圧吐出を繰り返すと、前述のように加圧室内１１の圧力は高圧と低圧を繰り返す。加圧室内１１が高圧の時は、この圧力のためにポンプハウジング１は図中の上方に持ち上げられるように力が働く。加圧室内１１が低圧の時は、この力は働かない。このため、ポンプハウジングは図中の上方に繰り返し荷重を受けることになる。

図９に示すように、フランジ４１は２個の止めねじ４２によってエンジンにポンプハウジング１を固定している。そのため、ポンプハウジング１が前述のように上方に持ち上げられると、フランジ４２は２個の止めねじ４２、ブッシュ４３の部分が固定され中央部分に繰り返して曲げ荷重が加わる状態となる。この繰り返し荷重によって、フランジ４１、ポンプハウジング１が変形するので繰返し応力が発生して疲労破壊してしまう問題があった。さらには、シリンダ６の摺動部も変形し、前述したプランジャ２とシリンダ６の焼きつき固着が発生してしまう。

フランジ４１は、生産性の理由からプレス成形によって製作している。そのためフランジ４１の板厚ｔ１には上限があり、本実施例ではｔ１＝４mmとしている。ポンプハウジング１とフランジ４２の接合部である溶接部４１をレーザー溶接によって溶接結合している。レーザー溶接は図中の下方からビームを照射する必要が有る。図中上方からでは、その他の部品がありレーザーを全周にわたって照射することは不可能である。さらにレーザー溶接はフランジ４１の板厚ｔ＝４mmを貫通しなくてはならない。もし溶接がフランジ４１を貫通しないと溶接部端面が切欠になり、前述した繰り返し荷重によってこの切欠部に応力が集中し、そこから疲労破壊を起こしてしまう。

レーザー溶接によってフランジ４１を貫通溶接するにはレーザーの出力を大きくすれば良いが、溶接するには必ず熱が発生するので、その熱によってフランジ４１が熱変形をしてしまう。また、溶接の際に発生するスパッタも大量に発生しポンプハウジング１、その他の部品に固着する。以上の観点からレーザー溶接によって貫通溶接するための溶接長さは短いほうが良い。

そのため、本実施例では溶接部４１ａの板厚ｔ２のみｔ２＝３mmとした。これにより、フランジ４１ａをレーザー溶接によって貫通溶接することができ、スパッタの発生も最小限に抑えられる。また、このｔ２＝３mm部はプレス成形によって成形可能であるので、生産性も高い。

溶接部４１ａの板厚ｔ２＝３mmと、ｔ１＝４mmの段差部はエンジン側に設けることにした。これにより、くぼみ４５が形成される。溶接部４１ａの上端面、および下端面には必ず母材よりも盛り上がる。くぼみ４５を設けることにより、この盛り上がりとエンジンの干渉を防ぐことができる。盛り上がりとエンジンが接触していると、高圧燃料供給ポンプをエンジンに止めねじ４２で固定した際に、フランジ４１に曲げ応力が発生し、フランジ４１の破損に繋がる。

これにより、高圧吐出に伴って発生する繰り返し荷重により、フランジ４１の破損を防止することができる。また、溶接部４１ａの盛り上がりとエンジンが接触により発生する、フランジ４１の破損も防止することができる。

前述のように、繰り返し荷重がポンプハウジング１に負荷されると、２個の止めねじ４２、ブッシュ４３の部分が固定された状態で、繰り返し荷重の方向に彎曲する。溶接部４１ａはレーザー溶接によって全周に渡って貫通溶接されており、フランジ４１の彎曲はポンプハウジング１に波及する。一方、シリンダホルダ７とポンプハウジング１はねじ７ｇ、１ｂ部でのみ接触している。ポンプハウジング１のねじ１ｂと溶接部４１ａは距離ｍだけ離れたい位置に存在する。また、距離ｍでの最小肉厚はｎとしている。ポンプハウジング１がフランジ４１の彎曲により変形しても、その変形は距離ｍ、肉厚ｎの部分で吸収し、ねじ１ｂまで波及しないようにｍ、ｎの値を選定する。

こうすることで、フランジ４１の彎曲によるシリンダ６の変形を防ぐことができる。しかし、フランジ４１の彎曲をすべてポンプハウジング１で吸収しなくてはならず、ポンプハウジング１で発生する繰り返し応力が許容値を超えてしまうと、ポンプハウジング１が疲労破壊し燃料漏れ事故となってしまう。

このようなポンプハウジング１の疲労破壊を防ぐためには下記二つの方法が有る。

（１）ポンプハウジング１の形状効果により、発生する応力を許容値以下にする。

（２）フランジ４１で発生する彎曲を小さくする。

以下、この２つの方法について説明する。

まず、（１）について説明する。図９に溶接部４１ａ近傍の拡大図を示す。ポンプハウジング１が繰り返し荷重によって、図中の上方に引張られ、フランジ４１が彎曲した時に発生する応力で最大のものは、図１０中に最大応力として示したように、ポンプハウジング１の表面に矢印方向に発生する。この発生する応力を、形状効果によってできる限り分散させて、応力集中が起こらないような形状にすれば良い。

本実施例では、図のようにＲ部１ｃ、およびＲ部１ｅを直線部１ｄにて接続する構造とし、最適値を選定した。二つのＲ部１ｃ、および１ｅの間に直線部１ｄが存在し、この直線部１ｄ上で発生する応力が均等に分布する。その結果、応力集中は起こらずに発生応力の最大値を低減することができた。

次に、（２）について説明する。フランジ４１の彎曲が小さくするには、フランジ４１の剛性を高める以外に方法はない。しかし、フランジ４１の板厚ｔは前述したように生産性の観点から４mm以上にすることは非常に困難である。そこで止めねじ４２の固定のためだけに設けているブッシュ４３の径を大きくすることにした。ここで、彎曲有効距離：Ｏとは、二つのブッシュ４３の端部の最短距離を示し、この部分が、繰り返し荷重により実質的に彎曲する。この彎曲有効距離：Ｏを小さくできれば、結果としてフランジ４１の剛性向上となる。

本実施例では、ブッシュ４３に鍔部４３ａを設けて、彎曲有効距離：Ｏの縮小を図った。ブッシュ４３の高さは、ファスナー４４を挿入のための高さは必要となる。その高さでブッシュ４３の外形を大きくすると、ポンプハウジング１との干渉問題や、ブッシュ４３の材料増大等の問題があった。鍔部４３ａを設けることによって、これらの問題を防ぎ、彎曲有効距離：Ｏを小さくすることができた。

以上のように構成することで、方法（１）（２）を達成し、ポンプハウジング１に繰り返し発生する応力をポンプハウジング１の疲労破壊の許容値以下にすることができた。

次に図１２により本発明による第二の実施例の構成を説明する。

本実施例でスプリングホルダ７Ａとプランジャシールホルダ７Ｂを別体とし、ポンプハウジング１の外形を小さくすることで、コストを低減する。

スプリングホルダ７Ａの外側円筒部７ｂに、Ｏ−リング６１を嵌め込むための溝７ｄを設ける。Ｏ−リング６１はエンジン側の嵌合穴７０の内壁とスプリングホルダ７Ａの溝７ｄによりエンジンのカム側と外部を遮断し、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

プランジャシールホルダ７Ｂとシリンダホルダ７Ａはポンプハウジング１に固定する前にあらかじめ固定しておく。本実施例においてはレーザー溶接７ｊにより固定されており、燃料をシールしている。

スプリングホルダ７Ａの外周円筒面部７ｋはポンプハウジング１の内周円筒面部と圧入固定され、さらに、レーザー溶接７ｈで固定することにより燃料をシールしている。

プランジャシール１３は、プランジャシールホルダ７Ｂの内周円筒面に圧入固定されたシールホルダ１５とスプリングホルダ７Ａによって、スプリングホルダ７Ａの下端に保持されている。プランジャシール１３はスプリングホルダ７Ａの内周円筒面７ｃによって、軸を円筒嵌合部７ｅの軸と同軸に保持されている。プランジャ２とプランジャシール１３は、シリンダ６の図中下端部において摺動可能に設置されている。

次に図１３により本発明による第三の実施例の構成を説明する。

シリンダ６の外周面部に径の大きい部分と小さい部分で形成される２段以上の段差部６ｆを設け、その段差部６ｆにシリンダ６の内側円筒側面（内周面）と同軸に加工された円筒溝６ｇを設ける。円筒溝６ｇを設けることでポンプハウジング１への圧入や熱膨張により生じるひずみを吸収し、シリンダ６の内周面に滑合するプランジャ２との摺動面６ｈの同軸度の悪化や噛付きを抑制する。

次に図１４により本発明による第四の実施例の構成を説明する。

シリンダ６の天井部６Ａにプランジャ２の大径部２ａより小さい摺動部６ｍを設ける。摺動部６ｍはプランジャ２の大径部２ａの摺動部６ｈと同軸に加工されている。

プランジャ２の上面に軸線と同軸上に小径部２ｃを設け、シリンダ６の天井部６Ａに設けた摺動部６ｍに嵌合させることで、プランジャ２とシリンダ６の摺動面積を増やし、プランジャ２の軸ずれや傾きを低減し、プランジャ２のかじりや固着を低減させる形状とした。

次に図１５により本発明による第五の実施例の構成を説明する。

この実施例では、シリンダ６の側面部に内外を貫通する燃料通路（６ａ，６ｂ）としての横穴６ｐが複数個設けられており、この燃料通路（６ａ，６ｂ）としての横穴６ｐはシリンダ６が周方向のどの角度で固定されても燃料を吸入通路から吐出通路へ通すことができる位置に、二箇所以上設けられている。

以上説明した実施例に記載した特徴を整理すると以下の通りである。

（１）ポンプハウジング天井部に孔が開いている。

この孔はシリンダカップ圧入時の空気抜き孔として機能する。空気抜き穴が無いと、圧入荷重が数トン単位になる。その場合、ボディハウジングおよびシリンダが変形する。実施例では定格で１トン、通常８０００Ｎ以下で圧入を行っている。

（２）シリンダの内部に圧力がかかれば、かかるほど、シリンダの外周とポンプハウジングの内周との接触シール面の面圧が上がり、シール性が向上する。

（３）カップ状シリンダ部材の外円筒部（外周面）をポンプハウジング内円筒部（内周面）に圧入固定する。プランジャが吸入工程になった時にシリンダの外側と内側の圧力差でシリンダがポンプハウジングから抜けない程度の力で圧入されている。

（４）シリンダを天井のあるカップ形状にし、ポンプボディの天井部の低圧室側との間に孔を開ける。この孔径Ｄを「孔Ｄの面積ＡＤ＞シリンダの外径面積ＡＤｃ−プランジャの外径面積Ａｄ」が成り立つ径にすれば、確実に筒内圧による下への抜けようとする力の発生を省くことができる。

（５）圧入面をシリンダの内径仕上げ部より天井側に形成することで、圧入による内径変形を無くす。

１ ポンプハウジング
１Ａ 凹所
２ プランジャ
６ シリンダ
６Ａ 天井部（シリンダの）
１０Ａ 天井部（ポンプハウジングの）
１１ 加圧室
３０ 電磁吸入弁機構

Claims (12)

1. 天井部と筒状部とが一体に形成された有底筒状のシリンダと、
   前記シリンダ内で往復動可能に配置されたプランジャと、
   前記シリンダが挿通されたポンプハウジングと、を備え、
   前記シリンダの前記筒状部の内周面には、前記プランジャが摺動する摺動部と、前記摺動部と前記天井部との間に形成されかつ前記摺動部よりも内径が大きい内径拡大部と、が形成され、
   前記プランジャは、前記内径拡大部および前記摺動部の内周側に配置される大径部と、前記大径部よりも外径が小さい小径部と、を有し、
   前記ポンプハウジングには、前記プランジャの前記小径部に接する燃料を低圧燃料室側との間で交換可能な通路が形成され、
   前記シリンダは、当該シリンダの前記天井部側が圧入方向先端側となるように、前記ポンプハウジング内に圧入固定されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 天井部と筒状部とが一体に形成された有底筒状のシリンダと、
   前記シリンダ内で往復動可能に配置されたプランジャと、
   前記シリンダが挿通されたポンプハウジングと、を備え、
   前記シリンダの前記筒状部の内周面には、前記プランジャが摺動する摺動部と、前記摺動部と前記天井部との間に形成されかつ前記摺動部よりも内径が大きい内径拡大部と、が形成され、
   前記プランジャは、前記内径拡大部および前記摺動部の内周側に配置される大径部と、前記大径部よりも外径が小さい小径部と、を有し、
   前記プランジャの前記小径部に対してプランジャシールが摺動可能に取り付けられ、
   前記ポンプハウジングと前記プランジャシールとの間に形成されたシール室が、前記ポンプハウジングに形成された通路を介して低圧燃料室側と繋がり、
   前記シリンダは、当該シリンダの前記天井部側が圧入方向先端側となるように、前記ポンプハウジング内に圧入固定されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 天井部と筒状部とが一体に形成された有底筒状のシリンダと、
   前記シリンダ内で往復動可能に配置されたプランジャと、
   前記シリンダが挿通されたポンプハウジングと、を備え、
   前記シリンダの前記筒状部の内周面には、前記プランジャが摺動する摺動部と、前記摺動部と前記天井部との間に形成されかつ前記摺動部よりも内径が大きい内径拡大部と、が形成され、
   前記プランジャは、前記内径拡大部および前記摺動部の内周側に配置される大径部と、前記大径部よりも外径が小さい小径部と、を有し、
   前記プランジャの前記小径部に対してプランジャシールが摺動可能に取り付けられ、
   前記プランジャの前記大径部と前記プランジャシールとの間に形成されたシール室が、前記ポンプハウジングに形成された通路を介して低圧燃料室側と繋がり、
   前記シリンダは、当該シリンダの前記天井部側が圧入方向先端側となるように、前記ポンプハウジング内に圧入固定されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項２または３に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
   前記プランジャシールを保持するプランジャシールホルダを備え、
   前記プランジャシールホルダは、前記シリンダには当接しない高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧燃料供給ポンプであって、
   前記シリンダの外周面は、前記シリンダと前記ポンプハウジングとの間の圧入部よりも、前記シリンダの前記天井部から遠い側において、径方向隙間に覆われている高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の高圧燃料供給ポンプであって、
   ２枚の金属ダイアフラムの外周同士が接続された金属ダイアフラムダンパと、
   前記ポンプハウジングとの間に前記金属ダイアフラムダンパを収容する収容空間を形成するダンパカバーと、
   前記ダンパカバーの外面に接続された吸入ジョイントと、を備え、
   前記低圧燃料室の少なくとも一部は、前記収容空間に設けられ、
   前記通路は、前記収容空間と繋がる高圧燃料供給ポンプ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の高圧燃料供給ポンプであって、
   前記ポンプハウジングは、シール部材を嵌め込む溝が外周に形成された円筒状のエンジン取付部を有し、
   前記ポンプハウジングには、前記エンジン取付部よりも前記シリンダの天井側においてフランジが固定される高圧燃料供給ポンプ。
8. 請求項７に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
   前記フランジと前記ポンプハウジングとを接続する溶接部が、前記フランジの前記エンジン取付部側の面よりも前記エンジン取付部とは反対側に形成される高圧燃料供給ポンプ。
9. 請求項７または８に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
   前記ポンプハウジングは、前記シリンダの前記内径拡大部内と連通する吸入通路および吐出通路が形成された本体部と、前記エンジン取付部と、の２部材を含んで構成され、
   前記プランジャシールを保持するプランジャシールホルダが前記エンジン取付部の内周面側に配置される高圧燃料供給ポンプ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の高圧燃料供給ポンプであって、
    前記ポンプハウジングには、前記シリンダの前記天井部によって塞がれる穴が形成され、
    前記穴の一端側は、前記低圧燃料室に連通する高圧燃料供給ポンプ。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の高圧燃料供給ポンプであって、
    前記シリンダには、前記シリンダの外周面と前記内径拡大部とを繋ぐ貫通孔が少なくとも２つ形成され、
    前記貫通孔は、前記摺動部よりも前記天井部に近い側に形成される高圧燃料供給ポンプ。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の高圧燃料供給ポンプであって、
    前記シリンダは、前記天井部の外周面と、前記筒状部の外周面と、の少なくとも２点を含んで前記ポンプハウジング内に圧入固定される高圧燃料供給ポンプ。

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