WO2001079687A1 - Pompe haute pression - Google Patents

Description

明細: 高圧ポンプ [技術分野]

本発明は、 高圧ポンプに関し、 詳しくは、 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が 2 つの締付部材間に配置され、 両締付部材間に架け渡した締結ボルトにより中間部 材が 2つの締付部材を介して締め付けられた高圧ポンプに関する。

[背景技術]

例えば、 特開平 1 1 2 1 0 5 9 8号公報は、 筒内噴射型ガソリン式エンジン 等のエンジンに用いられる高圧燃料ポンプを開示している。 この高圧燃料ポンプ では、 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） などの中間部材が軸方向にそってブラケッ ト等の部材により挟持され、 か つ締結ポルトにてケーシングに締結されている。

更に、 上記高圧燃料ポンプでは、 スリーブが単に締め付けられたのみの場合、 シリンダ形状に歪みが発生し易くなるということを考慮して、 スリーブの締め付 け部位とシリンダとの間にスリ ッ トが形成されている。 このスリ ッ トは、 円筒状 の締め付け部材の締め付けにより発生する歪みがシリンダ形状に影響を与えるの を抑制する。

しかし、 ス リーブを締め付けるための締結ボルトは、 比較的大きな初期軸力を 必要とする。 この理由は、 初期軸力は、 スリーブ等の中間部材間のシールに要す る軸力のみならず、 高圧ポンプの作動時の燃料圧力脈動による軸力変化に対処す るための軸力をも含むからである。 したがって、 高圧ポンプの製造時にはこのよ うな軸力変化を考慮してかな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。 しカゝし、 大きな初期軸力にて締結ボル卜で中間部材を締め付けた場合、 中 間部材間のシール面の歪みゃシリンダ形状の歪みが発生し、 その歪みを十分に防 止することは困難である。 [発明の開示]

本発明の目的は、 シール面ゃシリンダ形状に対する歪みの発生を防止する高圧 ポンプを提供することにある。

本発明の一態様では、 プランジャと、 プランジャを収容するシリンダと、 シリ ンダに連通された加圧室とを有し、 加圧室内の流体をプランジャの往復動により 高圧化するシリンダボディを含む中間部材とを含む高圧ポンプが提供される。 高 圧ポンプは、 中間部材の両側に配置された 2つの締付部材と、 2つの締付部材間 に架け渡され、中間部材を 2つの締付部材により締め付けるための締結ボルトと、 加圧室内の流体が高圧化された際に加圧室から反力を受ける部材とを含む。 反力 を受ける部材は、 中間部材に対する締結ボルトによる締め付けを緩和する位置に おいて 2つの締付部材の一つに取り付けられている。

この構成では、 反力を受ける部材は、 中間部材に対する締め付けが緩和される 方向に加圧室からの反力が締付部材に作用するように取り付けられている。 この ため、 高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動により加圧室の反力が締付部材に作用 したとしても、 反力を受ける部材により中間部材の締め付けによる反力が低減さ れる。 従って、 トータルの反力は、 加圧室の反力と中間部材の締め付けによる反 力との合計よりも小さくなる。 このため高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動によ る軸力変化が低減される。 この結果、 締結ボルトの初期軸力が低く設定され、 シ ール面ゃシリンダ形状に対する歪みの発生が防止される。

[図面の簡単な説明]

本発明を本発明の目的及び特徴とともにより良く理解するため、 添付図面とと もに以下の代表的な実施の形態の記載を参照する。

図 1 ( A ) は、静的状態における本発明の高圧ポンプの模式図であり、図 1 ( B ) は、 静的状態における従来例の高圧ボンブの模式図である。 図 2 (A)は、動的状態における本発明の高圧ポンプの模式図であり、図 2 (B) は、 動的状態における従来例の高圧ポンプの模式図である。

図 3は、 本発明の一実施の形態の高圧燃料ポンプの縦断面図である。

図 4は、 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 図である。

図 5は、 本発明の一実施の形態の高圧燃料ポンプの縦断面図である。

[発明を実施するための最良の形態]

本発明の実施形態の高圧ポンプを説明する前に、 本発明の原理について説明す る。 図 1 (A) に模式的に示される本発明の高圧ポンプでは、 2つの締付部材 E 1 , E 2間にシリンダボディを含む中間部材 Mが配置されている。 中間部材 Mは、 締付部材 E l， E 2間に架け渡された締結ボルト B 1， B 2により締付部材 E l， E 2間で締め付けられる。 部材 Gは、 締付部材 E 1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。 加圧室 I内の流体がプランジャ Dの圧 縮により高圧化されると、 部材 Gは加圧室 Iから反力を受ける。

図 1 (A) の高圧ポンプでは、 締結ボルト B l， B 2による中間部材 Mの締め 付けに伴い、 中間部材 Mが弾性変形して反力 F 0が発生する。 この反力 F 0と、 締結ボルト B l， B 2に生じる軸力 B f との関係は、 次式 [ 1 ] に従って表され る。

F 0 = 2 · B f ■·· [ 1 ]

図 1 (B) の従来例の高圧ポンプでは、 加圧室 i内の流体がプランジャ dの圧 縮により高圧化されると、 部材 gは加圧室 iから反力を受ける。 部材 gは、 中間 部材 m 1， m2とともに、 2つの締付部材 e l， e 2間に配置されている。 この 場合、 締結ボルト b l， b 2による中間部材 m l , m2および部材 gの締め付け に伴い、 中間部材 m l , m 2および部材 gが弾性変形して反力 F 0が発生する。 この反力 F 0と、 締結ボルト b 1 , b 2に生じる軸力 b f との関係は、 次式 [ 2 ] に従って表される。 F 0 = 2 · b f ··· [2]

このように式 1， 2において反力 F 0と軸力 b f との関係は同じである。 従つ て、 静的な状態における締め付けにおいては、 図 1 (A) の締結ボルト B l， B 2の軸力 B f は、 図 1 (B) の締結ボルト b l , b 2の軸力 b f と同様に設定さ れる。

し力 し、 加圧室 Iの高圧化に伴い反力 FNが生じた場合、 図 2 (A) に示され る本発明の高圧ポンプでは、 部材 Gが加圧室 Iからの反力 FNを受ける。 その部 材 Gは、 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 F Nは締付部材 E 1を引き上げる力 FUとして作用する。 この引き上げ力 FUは、 締結ボルト B l , B 2に生じる軸力 B f の一つの要素である。 軸力 Β ίのも う一 つの要素は中間部材 Μからの反力 FMである。 従って、 軸力 B f は次式 [3] の ごとく表される。

2 · B f = F U + FM ··· [ 3 ]

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 E 1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、 中間部材 Mの圧縮量が低 下するため、 図 1 (A) の反力 F 0よりも小さくなる。

一方、 図 2 (B) の従来例の高圧ポンプでは、 加圧室 iから反力 F Nを受ける 部材 gが中間部材 ml , m 2とともに締め付け側に配置されている。 この場合、 反力 FNに伴う締付部材 e 1の押し上げ力 FUは、 締結ボルト b 1， b 2に生じ る軸力 b f の一つの要素である。 軸力 b f のもう一つの要素は中間部材 m 1 , m 2および部材 gからの反力 Fmである。 従って、 軸力 b f は次式 [4] のごとく 表される。

2 · b f 二 FU + Fm … [4]

ここで、 部材 gは、 締付部材 e 1 と加圧室 i との間に中間部材 m 1 とともに存 在することから、 部材 g及び中間部材 m 1の圧縮量は反力 FNにより増加する。 このため、 反力 FNは、 図 1 (B) の反力 F 0とほとんど同じである。 もし反力 FNが低下したとしても、 その低下の程度は、 図 1 (A) の反力 F 0と図 2 (A) の反力 F Mとの差よりも少なレ、。すなわち、 F Mく F mである。従って、図 2 ( A )、 図 2 ( B ) の状態では、 B f < b f である。 この結果、 本発明の高圧ポンプでは、 加圧室内の流体が高圧化されたとき、 加圧室から受ける反力による締結ボルトの 軸力の増加が抑制される。 換言すれば、 高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動によ る軸力変化が低減され、 締結ボルトの初期軸力を比較的低く設定できる。 したが つて、 シール面ゃシリンダ形状に対する歪みが防止される。

図 3は、 本発明の一実施形態の高圧燃料ポンプ 2の縦断面図である。 高圧燃料 ポンプ 2は、 図 4に示すように、 筒内噴射型ガソリンエンジン Eに組み込まれ、 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生成する。

図 3に示すように、 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 1 0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 4 aが形成され、 そのシリンダ 4 a内にはプランジャ 1 2が軸方向に 摺動可能に支持されている。 シリンダ 4 aの先端側におけるシリンダボディ 4に は、 シリンダ 4 aに連通された加圧室 1 4が形成され、 プランジャ 1 2の進入 ' 退出により加圧室 1 4の容積が変化する。

加圧室 1 4は燃料圧送経路 1 6を介してチヱック弁 1 8に接続されている。 チ エック弁 1 8は、 燃料分配管 2 0 (図 4 ) に接続されている。 チェック弁 1 8は、 加圧室 1 4内の燃料が高圧化されたときに開弁され、 高圧燃料が燃料分配管 2 0 に供給される。

シリンダボディ 4の下側にはスプリンダシート 2 2およびリフタ一ガイ ド 2 4 が積層配置されている。 スプリンダシート 2 2の内周面にはオイルシール 2 6が 取り付けられている。 このオイルシール 2 6は略円筒状に形成され、 プランジャ 1 2の外周面に摺動可能に密着される下端部 2 6 aを有する。 プランジャ 1 2と シリンダ 4 a との間隙から漏出した燃料は、 オイルシール 2 6の燃料収納室 2 6 bに蓄積され、 その後、 燃料収納室 2 6 bに接続された燃料排出経路 （図示略） を介して燃料タンク Tに戻される。

リフタ一ガイ ド 2 4内にはリフタ 2 8が軸方向に摺動可能に収納されている。 このリフタ 2 8の底板部 2 8 aの内部表面には突出受部 2 8 bが形成されている, 突出受部 2 8 bにはプランジャ 1 2の下端部 1 2 aが当接している。 プランジャ 1 2の下端部 1 2 aはリテーナ 3 0に係合されている。 スプリンダシート 2 2と リテーナ 3 0との間には、 スプリング 3 2が圧縮状態で配置されており、 そのス プリング 3 2によりプランジャ 1 2の下端部 1 2 aは、 リフタ 2 8の突出受部 2 8 b側に押し付けられている。 そして、 このプランジャ 1 2の下端部 1 2 aから の押圧力により、 リフタ 2 8の底板部 2 8 aは燃料ポンプ用カム 3 4に当接して いる。

燃料ポンプ用カム 3 4がエンジン Eの回転に連動して回転すると、 燃料ポンプ 用カム 3 4のカムノーズがリフタ 2 8の底板部 2 8 aを押し上げ、 リフタ 2 8が 上昇する。 リフタ 2 8に連動して、 プランジャ 1 2が上昇して加圧室 1 4が押し 縮められる。 この上昇行程が加圧室 1 4内の燃料の加圧行程である。

加圧行程での適切なタイミングで加圧室 1 4に対向配置された電磁スピル弁 1 0が閉じられる。 電磁スピル弁 1 0が閉じられる前の加圧行程では、 加圧室 1 4 内の燃料が、 電磁スピル弁 1 0のポペッ ト弁 1 0 a とシート部 1 0 bとの間、 燃 料経路 1 0 c、 ギャラリ 1 0 dおよび低圧燃料通路 3 5を介して低圧側である燃 料タンク Tに戻る。 従って、 加圧室 1 4から燃料分配管 2 0 へは燃料は供給され ない。 電磁スピル弁 1 0は、 電磁スピル弁 1 0内部の電磁回路の駆動によりポぺ ッ ト弁 1 0 aがシー卜部 1 0 bに当接することにより閉じられ、 低圧側燃料タン ク Tと加圧室 1 4とが遮断される （図 4の状態） 。 すると、 加圧室 1 4内の燃料 の圧力が急速に上昇し、 それにより生じた高圧燃料によってチェック弁 1 8が押 し開かれ、 燃料分配管 2 0 へ高圧燃料が供給される。

燃料ボンプ用カム 3 4のカムノーズが下がり始めると、 リ フタ 2 8およびプラ ンジャ 1 2は、 スプリ ング 3 2の付勢力により次第に下降し始める （吸入行程） 。 この吸入行程の開始とともに、 電磁スピル弁 1 0内部の電磁回路によりボぺッ ト 弁 1 0 aがシート部 1 0 bから離れ、 電磁スピル弁 1 0が開弁される。 すると、 低圧燃料通路 3 5からギャラリ 1 0 d、 燃料経路 1 0 c、 およびポぺッ ト弁 1 0 a とシート部 1 0 bとの間を介して、 加圧室 1 4内に燃料が吸入される （図 3の 状態） 。

このような加圧行程と吸入行程とが繰り返され、 加圧行程での電磁スピル弁 1 0の閉弁タイミングをフィードバック制御することにより、 燃料分配管 2 0内の 燃料圧力が燃料噴射弁 3 8から噴射するのに適切な圧力に調整される。 フィード バック制御は、 燃料圧力センサ 2 0 aにより検出された燃料分配管 2 0内の燃料 圧力やその他のエンジン運転状態に応じて電子制御装置 （E C U ) 3 6により行 われる。

シリ ンダボディ 4、 スプリ ングシー ト 2 2およびリ フターガイ ド 2 4は高圧燃 料ポンプ 2の中間部材として構成され、 積層された状態でカバ一 6 (第 1締付部 材） とフランジ 8 (第 2締付部材） との間に配置されている。 一方、 電磁スピル 弁 1 0は基板 1 0 f を有し、 その基板 1 0 ίは取付ボルト 1 0 eにより、 シリン ダボディ 4、 スプリングシート 2 2およびリフターガイ ド 2 4の締め付け側とは 反対側においてカバー 6に取り付けられている。

シリンダボディ 4、 スプリングシート 2 2およびリフターガイ ド 2 4は、 カバ 一 6とフランジ 8との間に架け渡された締結ボルト 4 0によりカバー 6とフラン ジ 8との間に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の中心軸を境に右半分の断面と左半分の断面とは異なる。 即ち、 左半分の断面 は、 右半分の断面と切断角度が異なる。 従って、 図 3では、 複数の締結ボルト 4 0の内の 1本のみが示されている。 図 5は、 高圧燃料ポンプ 2の同一切断面にお ける縦断面図を示す。 図 5に示すように、 中心軸を中心に 2つの締結ボルト 4 0 が対称的に配置されている。 本実施の形態では 2組の締結ボルト 4 0がシリンダ ボディ 4、 スプリングシート 2 2およびリ フターガイ ド 2 4の周囲に対称的に配 置され、 カバー 6とフランジ 8とを締結している。

同様に、 電磁スピル弁 1 0をカバ一 6に取り付るための取付ボルト 1 0 eもシ リンダ 1 2の中心軸を中心に対称的に配置されている。 本実施の形態では 2組の 取付ボル卜 1 0 eにより電磁スピル弁 1 0の基板 1 0 f がカバ一 6に取り付けら れている。

高圧燃料ポンプ 2全体は、 支持体としてのシリンダへッ ドカバー 5 2に組付ボ ルト 5 4により取り付けられている。 フランジ 8には、 締結ボルト 4 0が貫通す る締結ボルト孔 8 bと、 締結ボルト孔 8 bよりも更に外周縁部側に形成され、 組 付ボルト 5 4を貫通させるための組付ボルト孔 8 c とが形成されている。 組付ボ ノレト孔 8 cには、 締結ボルト 4 0とは逆方向から組付ボルト 5 4が挿通され、 そ の組付ボルト 5 4はシリンダへッ ドカバ一 5 2に設けられた螺合孔 5 2 aに螺入 されている。 本実施形態では、 2組の組付ボルト 5 4力 シリンダ 1 2の中心軸 を中心に対称的に配置されている。 このようにして高圧燃料ポンプ 2がシリンダ ヘッ ドカバー 5 2に取り付けられている。 リフタ 2 8の底板部 2 8 aは、 シリン ダへッ ドカバー 5 2の貫通孔 5 3から露出され、 エンジン Eの燃料ポンプ用カム 3 4に接触している。 こうしてエンジン Eの回転に連動してプランジャ 1 2がシ リンダ 4 a内で往復動する。

本発明の高圧燃料ポンプ 2は以下の利点を有する。

(ィ） 高圧燃料ポンプ 2では、 カバー 6とフランジ 8との間に、 シリンダボデ ィ 4、 スプリ ングシート 2 2およびリ フターガイ ド 2 4が配置され、 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 4 0によりシリンダボディ 4、 スプ リンダシート 2 2およびリフタ一ガイ ド 2 4が締め付けられている。

電磁スピル弁 1 0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 2 2およびリフタ一ガイ ド 2 4の締め付け側とは反対側に取り付けられている。 電磁スピル弁 1 0のポぺッ ト弁 1 0 aは、 シー ト部 1 0 bに着座した際に加圧室 1 4から反力 （図 3の矢印） を受ける。 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 1 0が加圧室 1 4から受ける反力による締結ボ ノレト 4 0の軸力の増加は、 電磁スピル弁がシリンダボディ 4、 スプリングシート 2 2およびリ フターガイ ド 2 4と同じ側に取り付けられている場合と比較して小 さレ、。

すなわち、 加圧室 1 4から反力を受けた際、 電磁スビル弁 1 0の基板 1 0 f は 取付ボルト 1 0 eを引き上げる。 この作用によりカバー 6も引き上げられ、 シリ ンダボディ 4、 スプリンダシート 2 2およびリフタ一ガイ ド 2 4に対する締め付 けが緩和される。 この緩和により、 シリンダボディ 4、 スプリングシート 2 2お よびリフターガイ ド _{2 4}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 1 4の反力がカバー 6に作用し ても、 シリンダボディ 4、 スプリンダシート 2 2およびリフターガイ ド 2 4の締 め付けによる反力は低減されるため、 トータルの反力は 2つの反力の和よりも小 さくなる。

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が低減 される。 この結果、 締結ボルト 4 0の初期軸力が低くなり、 カバー 6、 シリンダ ボディ 4、 スプリングシート 2 2、 リフターガイ ド 2 4およびフランジ 8の各シ ール面ゃシリンダ 4 aの形状に対する歪みの発生が防止される。 このことは、 高 圧燃料ポンプ 2の耐久性を向上させ得る。

(口） 電磁スピル弁 1 0の基板 1 0 f を介して取付ボルト 1 0 eにかかる加圧 室 1 4の反力は、 取付ボルト 1 0 eを引き上げる方向に作用する。 従って、 取付 ボルト 1 0 e周辺における基板 1 0 f の弾性変形による反力は、 燃料圧力の上昇 とともに小さくなる。 したがって、 取付ポルト 1 0 eの初期軸力も低くなり、 電 磁スピル弁 1 0とカバー 6とのシール面の歪みの発生が防止される。

本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、 本発明が他の代替例に具体化さ れ得ることは当業者にとって明らかである。 特に、 本発明の高圧燃料ポンプはェ ンジンのシリ ンダへッ ドに取り付けられてもよレ、。

Claims

請求の範囲

1. ブランジャ （ 1 2) と、

前記プランジャを収容するシリンダ （4 a ) と、 シリンダに連通された加圧室 ( 1 4) とを有し、 加圧室内の流体をプランジャの往復動により高圧化するシリ ンダボディ （4) を含む中間部材 （4, 2 2， 24) と、

前記中間部材の両側に配置された 2つの締付部材 （6、 8) と、

前記 2つの締付部材間に架け渡され、 前記中間部材を 2つの締付部材により締 め付けるための締結ボルト （40) と、

前記加圧室内の流体が高圧化された際に加圧室から反力を受ける部材 （ 1 0) とを備え、

前記反力を受ける部材は、 前記中間部材に対する締結ボルトによる締め付けを 緩和する位置において前記 2つの締付部材の一つに取り付けられていることを特 徴とする高圧ポンプ。

2. 請求の範囲 1記載の高圧ポンプにおいて、 前記反力を受ける部材は、 前 記 2つの締付部材の一つに対して、 前記中間部材の締結ボルトによる締め付け側 とは反対側に取り付けられていることを特徴とする高圧ポンプ。

3. 請求の範囲 2記載の高圧ポンプにおいて、 前記反力を受ける部材は、 前 記加圧室に対向して配置され、 前記流体の前記加圧室から低圧領域 （T) への移 動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 （ 1 0) であ ることを特徴とする高圧ポンプ。

4. 請求の範囲 2または 3記載の高圧ポンプにおいて、 前記流体は、 筒内噴 射型内燃機関に使用される燃料であることを特徴とする高圧ポンプ。

5. 請求の範囲 4記載の高圧ポンプは更に、 前記反力を受ける部材が取り付 けられた締付部材 （6) とは異なる締付部材 （8) は、 前記内燃機関のシリンダ ヘッ ドカバー （5 2) に取り付けられていることを特徴とする高圧ポンプ。

6. 請求の範囲 4または 5記載の高圧ポンプにおいて、 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 （34) により駆動さ れ、 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。

7. 請求の範囲 1〜 6記載の高圧ポンプにおいて、 前記反力を受ける部材は 基板 （ 1 0 f ) を含み、 高圧ポンプは更に

前記基板を前記 2つの締付部材の一つに取付るための取付ボルト （1 0 e) を 備えることを特徴とする高圧ポンプ。

8. 請求の範囲 7に記載の高圧ポンプにおいて、 前記加圧室からの反力は前 記基板を介して前記取付ボルトを引き上げる方向に作用することを特徴とする高 圧ポンプ。