JPWO2017068975A1 - 高圧燃料供給ポンプとその製造方法並びに２部材の結合方法 - Google Patents

Abstract

高い燃料圧力においても簡便な構造でシリンダをポンプ本体にシール性が良く固定できる高圧燃料供給ポンプを提供するものである。加圧室が形成されるポンプボディと、前記ポンプボディに形成される孔部に挿入され、筒状に形成されるシリンダと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記ポンプボディの前記加圧室と反対側の端部には、前記シリンダの外周面と対向する内周面に対し、外周側から内周側にかけて形成されるとともに前記シリンダの側に突出する突出部を備え、前記突出部は前記ポンプボディの前記端部の平面部に対し前記加圧室と反対側に突出するように形成され、前記突出部が前記シリンダを前記加圧室と反対側から支持するように形成される。

Description

本発明は高圧燃料供給ポンプとその製造方法並びに２部材の結合方法に関する。

自動車等の内燃機関の内、燃料を燃焼室内部へ直接噴射タイプにおいて、燃料を高圧化するための高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。

特許文献１の特許５１７８６７６号公報においては、シリンダ外周をシリンダホルダの円筒嵌合部で保持し、一方シリンダホルダの外周に螺刻されたねじをポンプ本体に螺刻されたねじにねじ込むことによって、一方のシリンダ端面をポンプ本体に密着させ、もう一方のシリンダ端面をシリンダホルダに密着させ固定する構造を有した高圧燃料供給ポンプが記載されている。

特許文献２においては、ハウジングに形成されたシリンダ孔内にライナを嵌合し、シリンダ孔の開口部を閉鎖するプラグの周辺をかしめる際のかしめ荷重によりハウジングにライナを金属接触させ、ハウジングとライナの間にポンプの吸入側と吐出側をシールする内部シールを形成したブレーキ装置用液圧ユニットの液圧ポンプが記載されている。

特許５１７８６７６号 特開２００２−３３７６８３号

近年、自動車の内燃機関の内、燃焼室へ直接的に燃料を燃焼室内部へ噴射する直接噴射タイプにおいて、燃料の圧力は環境規制対応の観点から、より高圧化する方向への要求が高まっている。また、燃料の高圧化のためには、構成部品の材料にも変形抵抗の高い高強度材（高硬度材）が適用されてきている。

上記特許文献１において、より高い燃料の圧力に対応するためには、ねじの締め付け軸力を高め、シリンダをポンプ本体に固定する必要があり、結果、ねじサイズの拡大、強いてはポンプ本体の大型化を招き、製造コストの上昇、内燃機関への取り付けに制約が多くなり商品性を損なう恐れがある。

また、シリンダとポンプ本体のシール方法としてねじの軸力でシリンダ端面をポンプ本体に密着させるとしているが、本方式の場合、密着面の面粗さによっては密着するまでの変形ができず、微小隙間が残留する恐れがあり、更に、部品の直角度などの幾何公差、ねじ部のがたつきなどによっては密着面が片あたりを起こし、シール性が保てない恐れがある。

一方、シリンダの固定をコンパクトにする一例として、かしめ結合を用いる方法もある。かしめ結合の例となる上記特許文献２においては、ハウジングに設けたシリンダ孔の開口部を閉鎖するプラグの周辺をかしめ結合するに際し、パンチ先端の段付き環状部でシリンダ孔の開口平坦部を局部的に加圧して、ハウジングの材料を内径側（シリンダ孔の中心側）およびプラグ外周部の段部方向に塑性流動させている。

この時、パンチ先端の段付き部にはかしめ荷重の応力が集中しやすく、更に、かしめ結合によって材料がプラグの内径側（プラグの中心側）へ塑性流動するため、パンチとハウジングとの接触面となるパンチの加圧面には塑性流動の摩擦による曲げ力が加わり、段付き部からパンチが破損し易くなる恐れがある。特に、燃料の高圧化に対応するためにハウジングの材料に例えば、引張強度１０００ＭＰａ前後の高強度材を用いた場合などは、ダイス鋼製等のパンチを用いてもパンチの寿命が著しく低下する恐れがある。

また、ハウジングをシリンダ孔の軸方向にせん断加工するように加圧して塑性流動させるため、ハウジングの塑性流動はパンチの加圧部外径側角部から中心側に向かって局部的な滑りが発生し、材料の高強度化による伸びの減少により、かしめ部が割れにつながる恐れがある。更に、例えば、アルミダイカスト材等のように強度は低くても伸びの少ない材料では、局部的な滑り部から割れが発生し易く、かしめ部が割れる恐れがある。

本発明の目的は、高い燃料圧力においても簡便な構造でシリンダをポンプ本体にシール性が良く固定できる高圧燃料供給ポンプを提供するものである。

上記目的を達成するために本発明では、「加圧室が形成されるポンプボディと、前記ポンプボディに形成される孔部に挿入され、筒状に形成されるシリンダと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記ポンプボディの前記加圧室と反対側の端部には、前記シリンダの外周面と対向する内周面に対し、外周側から内周側にかけて形成されるとともに前記シリンダの側に突出する突出部を備え、前記突出部は前記ポンプボディの前記端部の平面部に対し前記加圧室と反対側に突出するように形成され、前記突出部が前記シリンダを前記加圧室と反対側から支持するように形成されること」を特徴とする。

本発明によれば、高い燃料圧力においても簡便な構造でシリンダをポンプ本体にシール性が良く固定できる高圧燃料供給ポンプを提供可能である。本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。

本発明が実施された第一実施例の高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図である。 本発明が実施された第一実施例の高圧燃料供給ポンプの別の角度の全体縦断面図であり吸入ジョイント軸中心における断面図を示す。 本発明が実施された第一実施例の高圧燃料供給ポンプの全体横断面図であり吸燃料吐出口軸中心における断面図を示す。 システムの全体構成図 ３箇所の不連続部を有した凸部形状を示す。 凸部の他形状を示す。 シリンダをポンプボディへ、かしめる前の状態を示す。 シリンダをポンプボディへ、かしめた後の状態を示す。 環状突起部の詳細形状を示す。 シリンダショルダ部の詳細形状を示す。 他のシリンダ形状のかしめる前の状態を示す。 他のシリンダ形状のかしめた後の状態を示す。 荷重とシリンダの結合強度および残留たわみの関係を示す。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

図１、図３及び図４を用いてシステムの構成と動作を説明する。図４は本実施例の高圧燃料供給ポンプ（以下高圧ポンプと呼ぶ）が適用される高圧燃料供給システムの全体構成図を示す。図４において破線で囲まれた部分が高圧ポンプ本体を示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧ポンプ本体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る。この燃料は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低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

低圧燃料吸入口１０ａから吸入ジョイント５１を通過した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｄを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁吸入弁機構３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構９３によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられる。プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧される。吐出弁機構８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送される。そしてＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。

高圧燃料供給ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁機構３００への信号により、所望の供給燃料の燃料流量を吐出する。

かくして、吸入ジョイント５１に導かれた燃料はポンプ本体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１２ｃからコモンレール２３に圧送される。

コモンレール２３には、直接噴射用インジェクタ２４（所謂直噴インジェクタ）、圧力センサ２６が装着されている。直噴インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の制御信号にてしたがって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

直噴インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等に異常高圧が発生した場合、燃料吐出口１２ｃと加圧室１１の差圧がリリーフ弁機構１００の開弁圧力以上になると、リリーフ弁１０１が開弁し、異常高圧となった燃料はリリーフ弁機構内を通りリリーフ通路１００ａから加圧室１１へと戻され、コモンレール２３等の高圧部配管が保護される。

本実施例はインジェクタ２４がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される高圧燃料供給ポンプである。

図１〜３をもとにポンプの構造、機能について説明する。図１は本実施例の高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図で、図２に本実施例の高圧燃料供給ポンプの別の角度の全体縦断面図であり吸入ジョイント軸中心における断面図を示す。また図３は本実施例の高圧燃料供給ポンプの全体横断面図であり吸燃料吐出口軸中心における断面図を示す。

＜構造・機能＞
本実施例の高圧燃料供給ポンプはポンプボディ１ａに設けられた取付けフランジ１ｅを用い内燃機関の高圧燃料供給ポンプ取付け部９０に密着し、複数のボルトで固定される。

高圧燃料供給ポンプ取付け部９０とポンプボディ１ａとの間のシールのためにＯリング６１がポンプボディ１ａに嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

ポンプボディ１ａにはプランジャ２の往復運動をガイドし、ポンプボディ１ａと共に加圧室１１を形成するシリンダ６が取り付けられている。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁吸入弁機構３００と加圧室１１から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構８が設けられている。

プランジャ２の下端には、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカム９３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９２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９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に往復運動させることができる。

また、シールホルダ７の内周下端部に保持されたプランジャシール１３がプランジャ２の外周に摺動可能に接触する状態で設置されている。これにより、プランジャ２が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。同時に内燃機関内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプボディ１ａの内部に流入するのを防止する。

高圧燃料供給ポンプのポンプボディ１ａの側面部には吸入ジョイント５１が取り付けられている。吸入ジョイント５１は、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する低圧配管に接続されており、燃料はここから高圧燃料供給ポンプ内部に供給される。吸入ジョイント５１内の吸入フィルタ５２は、燃料タンク２０から低圧燃料吸入口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侵入することを防ぐ役目がある。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９、低圧燃料流路１０ｄを介して電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

加圧室１１の出口に設けられた吐出弁機構８は、吐出弁シート８ａ、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂ、吐出弁８ｂを吐出弁シート８ａに向かって付勢する吐出弁ばね８ｃ、吐出弁８ｂのストローク（移動距離）を決めるストッパ８ｄ、ストッパ８ｄに設けられた穴の内周面と固定されている吐出弁ピン８ｅから構成される。吐出弁ストッパ８ｄとポンプボディ１ａは当接部８ｆで溶接により接合され燃料と外部を遮断している。

加圧室１１と吐出弁室１２ａに燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、吐出弁室１２ａの燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁する。そして、加圧室１１内の高圧の燃料は吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ、燃料吐出口１２ｃ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、吐出弁ストッパ８ｄと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは吐出弁ストッパ８ｄによって適切に決定される。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、吐出弁ピン８ｅの外周面にてガイドしている。以上のようにすることで、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。

以上に説明したように、加圧室１１は、ポンプボディ１ａ、電磁吸入弁機構３００、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。

＜吸入工程＞
カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向に移動して吸入行程状態にある時は、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。この行程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入ポート３１ｂの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開口状態になる。燃料は吸入弁３０の開口部３０ｅを通り、加圧室１１に流入する。

＜戻し工程＞
プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が上昇運動に転じ圧縮行程に移る。ここで電磁コイル４３は無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。ロッド付勢ばね４０は、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。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弁３０の開口部３０ｅを通して吸入通路１０ｄへと戻されるので、加圧室の圧力が上昇することは無い。この行程を戻し行程と称する。

＜吐出工程＞
この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁吸入弁機構３００に印加されると、電磁コイル４３には端子４６を介して電流が流れる。すると、磁気付勢力がロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝ってロッド３５が吸入弁３０から離れる方向に移動する。よって、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力で吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、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し、燃料吐出口１２ｃの圧力以上になると、吐出弁機構８を介して高圧燃料の吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この行程を吐出行程と称する。

＜容量制御＞
このように、プランジャ２の圧縮行程（下始点から上始点までの間の上昇行程）は、戻し行程と吐出行程からなる。そして、電磁吸入弁機構３００のコイル４３への通電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４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中の戻し行程の割合が小さく、吐出行程の割合が大きい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なく、吐出される燃料は多くなる。一方、通電するタイミングを遅くすれば、圧縮行程中の戻し行程の割合が大きく、吐出行程の割合が小さい。すなわち、吸入通路１０ｄ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４３への通電タイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。

以上のように電磁コイル４３への通電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出来る。

＜圧力脈動低減＞
低圧燃料室１０には、高圧燃料供給ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管２８へ波及することを低減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。一度加圧室１１に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０を通して吸入通路１０ｄへと戻される場合、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構９は、波板状の円盤型金属板２枚をその外周で張り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダイアフラムダンパで形成されており、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収、低減される。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有し、プランジャの往復運動によって副室７ａの体積は増減する。副室７ａは燃料通路１０ｅにより低圧燃料室１０と連通している。プランジャ２の下降時は、副室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から副室７ａへと燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入行程もしくは、戻し行程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、高圧燃料供給ポンプ内部で発生する圧力脈動を低減する機能を有している。

リリーフ弁機構の動作を詳細に説明する。
ポンプ本体１には、リリーフ通路１００ａに燃料の流れを燃料吐出口１２ｃから加圧室１１への一方向のみに制限するリリーフ弁機構１００が設けられている。リリーフ弁機構１００は図示するように、リリーフ弁１０１、リリーフ弁ホルダ１０２、リリーフ弁シート１０３、リリーフばねストッパ１０４、リリーフばね１０５から構成される。リリーフ弁１０１はリリーフ弁シート１０３に挿入した後、リリーフ弁ホルダ１０２により保持され、リリーフばね１０５を所望の荷重になる様にリリーフばねストッパ１０４の位置を規定し、リリーフ弁シート１０３に圧入等により固定する。リリーフ弁１０１の開弁圧力はこのリリーフばね１０５による押付力で規定されており、加圧室１１内とリリーフ通路１００ａ内との間の圧力差が規定の圧力以上になるとリリーフ弁１０１がリリーフ弁シート１０３から離れ、開弁するように設定している。

こうしてユニット化されたリリーフ弁機構１００を、ポンプ本体１に設けた筒状貫通口１ｃの内周壁にリリーフ弁シート１０３を圧入することによって固定する。ついで燃料吐出口１２ｃをポンプ本体１の筒状貫通口１ｃを塞ぐように固定し、燃料が高圧ポンプから外部へ漏れるのを防止すると同時に、コモンレールとの接続を可能とする。

プランジャ２の動きにより、加圧室１１の容積が減少を始めると、加圧室内の圧力は容積減少に伴って増大していく。そして、ついに吐出流路１２ｂ内の圧力よりも加圧室１１内の圧力が高くなると、吐出弁機構８が開弁し燃料は加圧室１１から吐出流路１２ｂへと吐出されていく。この吐出弁機構８が開弁する瞬間から直後にかけて、加圧室内の圧力はオーバーシュートして非常な高圧となる。この高圧が吐出流路１２ｂ内にも伝播して、吐出流路１２ｂ内の圧力も同じタイミングでオーバーシュートする。

もしここで、リリーフ弁機構１００の出口が吸入流路１０ｂに接続されていたならば、吐出流路１２ｂ内の圧力オーバーシュートにより、リリーフ弁１０１の入口・出口の圧力差がリリーフ弁機構１００の開弁圧力よりも大きくなってしまい、リリーフ弁が誤動作してしまう。これに対し実施例では、リリーフ弁機構１００の出口が加圧室１１に接続されているので、リリーフ弁機構１００の出口には加圧室１１内の圧力が作用し、リリーフ弁機構１００の入口には吐出流路１２ｂ内の圧力が作用する。ここで、加圧室１１内と吐出流路１２ｂ内では同じタイミングで圧力オーバーシュートが発生しているので、リリーフ弁の入口・出口の圧力差はリリーフ弁の開弁圧力以上になることがない。すなわち、リリーフ弁が誤動作することはない。

本実施例のシリンダ構造について、図１と図７を用いて詳しく説明する。
ポンプ本体１には、加圧室１１が形成されるポンプボディ１ａと、ポンプボディ１ａに形成されるシリンダ嵌合孔６ｆに挿入され、筒状に形成されるシリンダ６が設けられている。また、プランジャ２が上昇行程時に燃料は加圧室１１で加圧される。その際、加圧室１１に生じる圧力は、瞬間的な圧力でおよそ７０ＭＰａ程度になる。加圧された燃料はシリンダ６の大径部６ｂのシリンダ端面６ｄに図中下方向の力が作用し、その結果、ポンプボディ１ａとシリンダ６のシリンダ端面６ｄを離脱させ、燃料がシールホルダ７とシリンダ下端で形成される副室７ａに漏れが生じる。このため、上昇工程時に生じる図中下方向の作用する力よりもシリンダ６の軸方向の結合強度をそれ以上にしている。

図７〜９を用いてシール部の詳細を説明する。

図７はポンプボディ１ａにシリンダ６を組み付ける状態を示しており、この図７のように組み付ける際においては図１とは上下反対にポンプボディ１ａの加圧室１１の側を下にして、シリンダ嵌合孔６ｆが上側に開口するように配置する。ポンプボディ１ａにはシリンダ６が挿入されるシリンダ嵌合孔６ｆが形成される。シリンダ嵌合孔６ｆとシリンダ側面６ｊとが嵌合されると言っても良い。また、ポンプボディ１ａの加圧室１１の側には段差部が形成され、この段差部によりシリンダ６の加圧室１１の側の先端のシリンダ端面６ｄと接触して保持するシリンダ嵌合孔底面６ｈが形成される。シリンダ端面６ｄには局部的にシリンダ６からシリンダ嵌合孔底面６ｈの側に向かって突出する突出部６ｅが形成される。この突出部６ｅはシリンダの円周形状に沿う様に環状に形成されるため、本実施例では環状突起６ｅと呼ぶ。

そして、シリンダ６のシリンダ端面６ｄがシリンダ嵌合孔底面６ｈに対し圧着されると、環状突起６ｅがシリンダ嵌合孔底面６ｈに対し圧着されて密着するため、これにより加圧室１１にて加圧された燃料を低圧側に漏れないようにシールしている。環状突起６ｅがシリンダ嵌合孔底面６ｈに対して、食い込むと言っても良い。
シリンダ６の材質はプランジャ２の往復運動を支持するためにポンプボディ１ａの材料硬度以上の材料を選定する。したがって、環状突起６ｅがポンプボディ１ａに食い込みポンプボディ１ａが塑性変形することにより、シリンダ端面６ｄのシール機能をより高めることが可能となる。本実施例において環状突起６ｅの形状は、三角形状としたが、凸形状、曲面形状なども同様の効果を期待できる。

ポンプボディ１ａとシリンダ６の塑性結合方法について図７〜１０及び図１３をもとに更に詳細に説明する。

図７は、シリンダ６をポンプボディ６のシリンダ嵌合孔６ｆに組み込んだ状態であり、２００はプレス機械などの加圧装置により荷重が加えられるパンチを示す。ポンプボディ１ａの加圧室１１と反対側の端部１ｋには、シリンダ６の挿入方向（以下、単に「挿入方向」と呼ぶ）と反対側に凸となる凸部１ｆが形成される。シリンダ６の挿入方向とは図７では上から下方向で図１では下から上方向である。凸部１ｆはパンチ加圧面２００ａによりシリンダ６の軸方向に挿入方向と同じ方向に圧縮されて塑性変形を始め、パンチ２００の下降とともに凸部１ｆがシリンダ６の内周側に向かって変形する。なお、シリンダ６に対してプランジャ２の中心軸に向かう方向を内周側、その逆を外周側と呼ぶ。

変形前の凸部１ｆの内周側端面はシリンダ側面６ｊよりも外周側に位置することで、シリンダ６がポンプボディ１ａのシリンダ嵌合孔６ｆに挿入可能に形成される。なお、図７では筒状のシリンダ６は加圧室側に大径部６ｂと、加圧室側と反対側に小径部６ｃとで構成される。別の言い方をすると、シリンダ６は挿入方向に向かって小径部６ｃ、大径部６ｂが順に形成される。

加圧するパンチ２００は、パンチ２００の平らな面の一部分でポンプボディ１ａの凸部１ｆだけを加圧、塑性変形させることができるので、パンチ２００の剛性を上げることができる。よって、パンチ２００の材質として焼入れたダイス鋼を用いた場合でも引張強度が１０００ＭＰａ前後のような高強度材を加圧して塑性結合することができ、パンチ２００の折損を防止することができる。

ここで、ポンプボディ１ａの凸部１ｆはその大部分が塑性流動する部分になるが、パンチ加圧面２００ａでシリンダ６の軸方向の挿入方向と同じ方向に加圧されるために凸部１ｆ全体に圧縮応力が加わり、圧縮変形する。このとき、変形前の凸部１ｆの外周側を加圧方向（シリンダ６の挿入方向）に向かうにつれて外周側に広がる斜面１ｇとする。すなわち、加圧方向に対して末広がりの斜面突起１ｇとする。
これによりパンチ加圧面２００ａで凸部１ｆが加圧された際に外周方向には変形しにくくできるため、凸部１ｆは内周方向に圧縮応力が加わりながら塑性変形する。更に凸部１ｆおよび凸部１ｆ下部近傍を圧縮応力下で局部的な滑りを起こさずに全体的に塑性変形させることができるため、伸びが１０％以下の材料（例えばアルミダイカスト）でも割れの発生が無く塑性結合できる。

シリンダ６の大径部６ｂがシリンダ嵌合孔６ｆに挿入されて、凸部１ｆが変形した後は、変形後の凸部１ｆの内周側端面はシリンダ側面６ｊよりも内周側に位置するように凸部１ｆが変形する。シリンダ６の大径部６ｂの外周側端部で、かつ、挿入方向と反対側の端部をシリンダショルダ部６ｇと呼ぶとすると、変形後の凸部１ｆは最終的には図８に示すように、シリンダショルダ部６ｇに覆いかぶさるように塑性変形する。

以上のようにポンプボディ１ａの加圧室１１と反対側の端部１ｋには、シリンダ６の外周面（シリンダ側面６ｊ）と対向する内周面（シリンダ嵌合孔６ｆの内周面）に対し、外周側から内周側にかけて形成される突出部（変形後の凸部１ｆ）を備える。また、この突出部（変形後の凸部１ｆ）は図８に示すように、シリンダ側面６ｊよりもシリンダ６の内周側に突出するように形成される。また突出部（変形後の凸部１ｆ）はポンプボディ１ａの端部１ｋの平面部に対し加圧室１１と反対側に突出するように形成され、シリンダ６を加圧室１１と反対側から支持する。

また、図８に示すように、突出部（変形後の凸部１ｆ）の外周部はポンプボディ１ａの端部１ｋの平面部から内周側に向かうにつれて加圧室１１と反対側（挿入方向と反対方向）に傾斜するようにテーパー１ｇが形成される。また、突出部（変形後の凸部１ｆ）の内周部はシリンダ６の外周面（シリンダ側面６ｊ）と対向する内周面（シリンダ嵌合孔６ｆの内周面）から加圧室１１と反対側（挿入方向と反対方向）に向かうにつれて内周側に傾斜するように形成される。そして、この突出部（変形後の凸部１ｆ）の内周部の加圧室側面によりシリンダ６を支持する。またポンプボディ１ａの突出部（変形前の凸部１ｆ）に加圧室１１と反対側から挿入方向に向かって圧力がかけられることにより、突出部（変形後の凸部１ｆ）がシリンダ６の反加圧室側面（シリンダショルダ部６ｇ）と接触する。

なお、シリンダ６の大径部６ｂのシリンダショルダ部６ｇにはシリンダ挿入方向と反対側に向かうにつれて内周側に傾斜するようにテーパー部６ｉが形成される。これにより凸部１ｆの変形前において、シリンダ側面６ｊとシリンダ嵌合孔６ｆの間であって、シリンダ側面６ｊとシリンダショルダ部６ｇの交差部にくさび状の隙間が設けられる。これにより、ポンプボディ１ａの塑性変形量が多くなるために加工硬化が大きくなり、材料強度を向上できる。また、テーパー面６ｉで材料の流れが拘束されるために内部応力を高くできる。一方、シリンダ６に軸方向の抜き力が加わった場合には、テーパー部６ｉに塑性流動した材料がくさび状になっているため、抜き方向ばかりでなく外周方向からの反力を発生できる。以上のようにテーパー面６ｉによってシリンダ６の抜き力および残留たわみを大きくさせることができる。

この時、加圧装置の荷重は塑性変形を介してシリンダ６の軸方向にも伝わり、シリンダ端面６ｄに設けた突起部６ｅがシリンダ嵌合孔底面６ｈを塑性変形させて食い込むと伴に、シリンダ端面６ｄとシリンダ嵌合孔底面６ｈが圧着する。ポンプボディ１ａとシリンダ６のシール性においては、シリンダ嵌合孔底面６ｈとシリンダ端面６ｄを圧着するばかりでなく突起部６ｅがシリンダ嵌合孔底面６ｈを塑性変形させて食い込む。このため、突起部６ｅの面粗さがシリンダ嵌合孔底面６ｈの面粗さに転写され、シリンダ嵌合孔底面６ｈの面粗さやポンプボディ１ａとシリンダ６の直角度などの部品精度に影響されることなく突起部６ｅとシリンダ嵌合孔底面６ｈが流体をシールさせるに十分なだけ密着させることができ、燃料のシール性を著しく向上させることができる。

図１３に荷重とシリンダ６の結合強度および残留たわみの関係を示す。結合強度については荷重が１６０から２２０の間でほぼ一定となるが、残留ひずみは荷重とともに増加する。この原因はポンプボディ１ａの塑性変形による加工硬化の相違と考えられ、特に、テーパー面６ｉと圧着する部分の加工硬化が大きくなることにより、ポンプボディ１ａ材料の降伏応力が増加するものと考えられる。

以上のように、塑性結合によってポンプボディ１ａの材料はシリンダショルダ部６ｇに覆いかぶさるとともに残留応力によってシリンダショルダ部６ｇ、シリンダ６のテーパー面６ｉ、シリンダ側面６ｊに圧着し、さらにシリンダ６の軸方向を塑性結合部１ｈとシリンダ嵌合孔底面６ｈとで圧着しながら保持し、シリンダ６と強固に結合される。

図１１と図１２にシリンダの他の実施例を示す。

図１１において筒状に形成されるシリンダ６は図７とは逆に小径部６ｃが加圧室側へ大径部６ｂが反加圧室側を形成する。図６では、シリンダ嵌合孔６ｆの内径が大径部６ｂとほぼ同じになるように形成されていて、この内径の内周面が段差部（シリンダ嵌合孔底面６ｈ）を経て、加圧室１１と連通するように構成されていた。これに対し、図１１においては、シリンダ嵌合孔６ｆの内径が大径部６ｂとほぼ同じになるように形成される点は図７と同じだが、シリンダ嵌合孔６ｆの内径よりもさらに径の小さい内周面が加圧室１１の側に形成される。すなわち、シリンダ嵌合孔６ｆは半加圧室側の大きい内径の第１内周面と加圧室側の小さい内径の第２内周面とが繋がって構成される。そして第２内周面が、加圧室１１と連通するように構成される。

そしてシリンダ６はポンプボディ１ａと、ポンプボディ１ａに形成されるシリンダ嵌合孔６ｆに挿入される。より具体的には、シリンダ６の小径部６ｃが第２内周面に、大径部６ｂが第１内周面に嵌合して挿入される。そしてポンプボディ１ａのシリンダ嵌合孔６ｆの入り口の周縁部に予め設けられた凸部１ｆ（突出部）が前記シリンダの挿入方向に加圧されることにより圧縮変形する。このとき、凸部１ｆおよび凸部１ｆ近傍の材料がシリンダ６に向かって塑性変形する。具体的には凸部１ｆおよび凸部１ｆ近傍の材料が内周側に向かって塑性変形する。これにより、凸部１ｆがシリンダショルダ部６ｇおよびシリンダ側面６ｊに圧着しながら覆いかぶさるように塑性結合して固定される。

なお、図７と同様に変形前の凸部１ｆの外周側を加圧方向（シリンダ６の挿入方向）に向かうにつれて外周側に広がる斜面１ｇとする。すなわち、加圧方向に対して末広がりの斜面１ｇとする。これにより変形後においても凸部１ｆの外周側を加圧方向（シリンダ６の挿入方向）に向かうにつれて外周側に広がる斜面１ｇが形成される。変形前後において凸部１ｆ（突出部）はポンプボディ１ａに円周上にリング形状となるように形成される。その他、図７と同一の符号については同様の機能を有するものであり、説明を省略する。

さらにポンプボディ１ａのシリンダ嵌合孔６ｆにシリンダ嵌合孔底面６ｈを有し、シリンダ嵌合孔底面６ｈと接するシリンダ端面６ｊが加圧によりシリンダ嵌合孔底面６ｈと圧着し、かつ、シリンダ６の大径部６ｂと小径部６ｃの段差に設けた局部的な環状突起６ｅがシリンダ嵌合孔底面６ｈと圧着かつ密着することにより加圧室１１にて加圧された燃料を低圧側に漏れないようにシールしている。

本実施例の凸部１ｆの他形状について、図５、６を用いて説明する。

本実施例の凸部１ｆにおいて、ポンプボディ１ａの凸部１ｆの形状は、リング状としたが、１箇所以上の不連続部１ｊを有した凸部１ｆなども同様の効果を期待できる。つまり突出部（凸部１ｆ）はポンプボディ１ａの端部１ｋの平面部に対し加圧室１１と反対側に突出するように形成されるが、円周上の全域に渡って突出していなくても一部だけ突出するように構成すれば良い。不連続部にしたことにより、塑性加工量を少なくできるので、変形させる荷重の低減でき、その結果、ポンプボディ１ａの他部位への変形量抑制の効果が期待できる。また、斜面１ｇを垂直面１ｉにしても同様の効果が期待できる。図５は３箇所の不連続部１ｊを有した凸部１ｆの一例を示す。

以上のように本実施例の高圧燃料供給ポンプの製造方法においては、ポンプボディ１ａのシリンダ嵌合孔底面１ｈを有したシリンダ嵌合孔６ｆにシリンダ６を嵌合させる。ポンプボディ１ａのシリンダ嵌合孔６ｆの入り口の周縁部に予め設けた凸部１ｆをパンチ２００の加圧面２００ａであって、しかもパンチ２００の側面から離れたパンチ端面の一部分でシリンダ略軸方向（挿入方向）に加圧することにより圧縮変形させ、凸部１ｆおよび凸部１ｆ近傍の材料をシリンダ方向（内周側）に塑性変形させる。これによりシリンダショルダ部およびシリンダ側面６ｊに圧着しながら覆いかぶさるように塑性結合させる。またシリンダ６のシリンダ嵌合孔底面６ｈと接するシリンダ端面６ｄが加圧によりシリンダ嵌合孔底面６ｈと圧着し、かつ、シリンダ端面６ｄに設けた局部的な突起部６ｅがシリンダ嵌合孔底面６ｈを塑性変形させて食い込み、この食い込み部が圧着かつ密着することでシールを行う。

以上においては、シリンダ６をポンプボディ１ａのシリンダ嵌合孔６ｆに挿入して結合固定させる方法を説明した。但し本実施例の目的は、変形抵抗が高くて伸びの少ない高強度材や、一方、変形抵抗は低いものの伸びの少ない材料を用いてもかしめ部に割れがなく、更に、変形抵抗が高くて加圧治具（パンチ）が破損し易い高強度材をかしめ結合する際に、加圧治具（パンチ）の破損を防止して塑性結合（例えばかしめ結合）する２部材の結合方法を提供するものである。

したがって、本実施例の結合固定方法は必ずしも高圧燃料供給ポンプに限らず、その他の２部材を結合させる場合においても適用可能である。つまり２部材の結合方法において、底付き穴を有したボディと、底付き穴に嵌合され、嵌合部が円柱状の嵌合部品であって、ボディの底付き孔に嵌合部品が嵌合され、ボディの底付き穴入り口周縁部に予め設けた凸部を嵌合部品の略軸方向（挿入方向）に加圧する。これにより凸部を圧縮変形させ、凸部および凸部近傍の材料を前記嵌合部品方向に塑性変形させて嵌合部品のショルダ部および嵌合部品の嵌合部側面に圧着しながら覆いかぶさるように結合固定させる。また凸部の外周側を加圧方向に対して末広がりの面とすることが望ましい。また凸部をパンチの加圧面であって、しかもパンチの側面から離れたパンチ端面の一部分で嵌合部品の略軸方向（挿入方向）に加圧することが望ましい。

以上の本実施例によれば、凸部および凸部近傍に積極的なせん断加工を伴わない圧縮変形でシリンダとボディを塑性結合できるため、伸びの少ない材料でも塑性結合部に割れが発生し難くできる。また、ボディの塑性変形部を凸部とすることにより塑性変形部の剛性が下がるため、塑性結合の変形抵抗を低くできる。

一方、加圧するパンチにおいては、特許文献２のパンチのように加圧部だけを局部的に凸状にする必要が無いため、パンチの平らな面の一部でボディの凸部だけを加圧できることができる。よって、パンチの剛性を上げることができるため、高強度材を加圧してもパンチの折損を防止することができる。

また、ボディとシリンダのシール性においては、シリンダ嵌合孔底面とシリンダ端面を圧着するばかりでなく突起部がシリンダ嵌合孔底面を塑性変形させて食い込むため、突起部の面粗さがシリンダ嵌合孔底面の面粗さに転写され、シリンダ嵌合孔底面の面粗さやボディとシリンダの直角度などの部品精度に影響されることなく突起部とシリンダ嵌合孔底面が流体をシールさせるに十分なだけ密着させることができ、燃料のシール性を著しく向上させることができる。

以上のようにシリンダとボディの結合構造を塑性結合でシール性良くコンパクトにでき、ポンプ本体を小型、低コスト化、高信頼性化できる高圧燃料供給ポンプを提供することができる。

また、本結合方法は高圧燃料供給ポンプにとらわれることなく、２部材の結合方法として広く応用することができ、特に、伸びの少ない材料を塑性結合する場合や高強度材を塑性結合する場合には極めて効果的である。

１ 高圧ポンプ本体
１ａ ポンプボディ
１ｃ 筒状貫通口
１ｅ フランジ
１ｆ 凸部
１ｇ 斜面
１ｈ 塑性結合部
１ｉ 垂直面
１ｊ 不連続部
６ シリンダ
６ｂ 大径部
６ｃ 小径部
６ｅ 環状突起
６ｄ シリンダ端面
６ｆ シリンダ嵌合孔
６ｇ シリンダショルダ部
６ｈ シリンダ嵌合孔底面
６ｉ テーパー面
６ｊ シリンダ側面
７ シールホルダ
７ａ 副室
８ 吐出弁機構
９ 圧力脈動低減機構
１０ 低圧燃料室
１１ 加圧室
１２ 吐出ジョイント
１３ プランジャシール
１５ リテーナ
２０ 燃料タンク
２１ フィードポンプ
２３ コモンレール
２４ インジェクタ
２６ 圧力センサ
２７ エンジンコントロールユニット
２８ 吸入配管
３０ 吸入弁
３３ 吸入弁付勢ばね
３５ ロッド
４０ ロッド付勢ばね
４３ 電磁コイル
５１ 吸入ジョイント
５２ 吸入フィルタ
６１ Ｏリング
９２ タペット
９３ カム機構
１００ リリーフ弁機構
２００ パンチ
２００ａ パンチ加圧面
３００ 電磁吸入弁機構

Claims (16)

1. 加圧室が形成されるポンプボディと、
   前記ポンプボディに形成される孔部に挿入され、筒状に形成されるシリンダと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記ポンプボディの前記加圧室と反対側の端部には、前記シリンダの外周面と対向する内周面に対し、外周側から内周側にかけて形成されるとともに前記シリンダの側に突出する突出部を備え、
   前記突出部は前記ポンプボディの前記端部の平面部に対し前記加圧室と反対側に突出するように形成され、
   前記突出部が前記シリンダを前記加圧室と反対側から支持するように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記突出部の内周部は前記シリンダの前記外周面と対向する前記内周面から前記加圧室と反対側に向かうにつれて内周側に傾斜するように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記突出部の内周部は前記シリンダの前記外周面と対向する前記内周面から前記加圧室と反対側に向かうにつれて内周側に傾斜するように形成され、前記突出部の前記内周部の加圧室側面により前記シリンダを支持することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記ポンプボディの前記突出部に前記加圧室と反対側から圧力がかけられることにより、前記突出部が前記シリンダの反加圧室側面と接触することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 加圧室が形成されるポンプボディと、
   前記ポンプボディに形成されるシリンダ嵌合孔部に挿入され、筒状に形成されるシリンダと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記ポンプボディの前記シリンダ嵌合孔に前記シリンダが嵌合され、前記ポンプボディの前記シリンダ嵌合孔の入り口の周縁部に予め設けられた突出部が前記シリンダの挿入方向に加圧されることにより圧縮変形し、内周側に向かって塑性変形することで前記シリンダのシリンダショルダ部、及びシリンダ側面に圧着しながら覆いかぶさるように結合固定されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１又は５に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、前記突出部の外周部は前記ポンプボディの前記端部の前記平面部から内周側に向かうにつれて前記加圧室と反対側に傾斜するように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
7. 請求項１又は５に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、前記突出部はリング形状であることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
8. 請求項１又は５に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、前記凸部のリング形状に1箇所以上の不連続部を有することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
9. 請求項１又は５に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、前記シリンダの外周側端部で、かつ、挿入方向と反対側の端部にシリンダ挿入方向と反対側に向かうにつれて内周側に傾斜するようにテーパー部を設けることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
10. 請求項１又は５に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、前記ポンプボディにシリンダ嵌合孔底面が形成されるとともに、シリンダ端面に局部的に前記シリンダから前記シリンダ嵌合孔底面の側に向かって突出する環状突起が形成され、前記環状突起が前記シリンダ嵌合孔底面に食い込むことでシールがなされることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
11. 請求項１又は５に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、前記シリンダの外周側端部と前記シリンダ端面の間には前記シリンダ軸方向の弾性圧縮歪が残留し、前記弾性圧縮歪は前記ポンプボディの前記結合固定部と前記シリンダ嵌合孔底面との間で保持することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
12. ポンプボディのシリンダ嵌合孔底面を有したシリンダ嵌合孔にシリンダを嵌合し、前記ポンプボディの前記シリンダ嵌合孔の入り口の周縁部に予め設けた凸部をパンチ端面の一部分でシリンダ挿入方向に圧縮変形させることで、前記凸部を内周側に向かって塑性変形させ、前記シリンダのシリンダショルダ部およびシリンダ側面に圧着しながら覆いかぶさるように塑性結合させることを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
13. 請求項１２に記載の高圧燃料供給ポンプの製造方法において、
    前記シリンダの前記シリンダ嵌合孔底面と接するシリンダ端面が前記加圧により前記シリンダ嵌合孔底面と圧着し、かつ、前記シリンダ端面に設けた局部的な突起部が前記シリンダ嵌合孔底面を塑性変形させて食い込ませることを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
14. ２部材の結合方法において、
    底付き穴を有したボディと、前記底付き穴に嵌合され、嵌合部が円柱状の嵌合部品であって、
    前記ボディの前記底付き孔に前記嵌合部品が嵌合され、前記ボディの前記底付き穴の入り口の周縁部に予め設けた凸部を前記嵌合部品の略軸方向に加圧することにより圧縮変形させ、前記凸部および前記凸部近傍の材料を前記嵌合部品方向に塑性変形させて前記嵌合部品のショルダ部および前記嵌合部品の嵌合部側面に圧着しながら覆いかぶさるように結合固定することを特徴とした２部品の結合方法。
15. 請求項１４に記載の２部品の結合方法において、前記凸部の外周側を前記加圧方向に対して末広がりの面とすることを特徴とした２部品の結合方法。
16. 請求項１４又は１５に記載の２部品の結合方法において、前記凸部をパンチの加圧面であって、しかもパンチの側面から離れたパンチ端面の一部分で前記嵌合部品の略軸方向に加圧することを特徴とした２部品の結合方法。

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