WO2022039048A1 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

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WO2022039048A1
WO2022039048A1 PCT/JP2021/029264 JP2021029264W WO2022039048A1 WO 2022039048 A1 WO2022039048 A1 WO 2022039048A1 JP 2021029264 W JP2021029264 W JP 2021029264W WO 2022039048 A1 WO2022039048 A1 WO 2022039048A1
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ring
seal
plunger
maximum
urging
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PCT/JP2021/029264
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宏史 井上
Original Assignee
株式会社デンソー
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Definitions

  • This disclosure relates to high pressure fuel pumps.
  • Patent Document 1 a seal ring having a rectangular cross section and an O-ring having a circular cross section provided radially outside the seal ring as an urging ring are combined to form a fuel seal.
  • the thickness of the O-ring and its maximum crushing amount affect the amount of fuel leak as the maximum surface pressure of the sliding part of the seal ring to the plunger. Therefore, the thickness of the O-ring and the radial thickness of the seal ring are determined from the limit value of the fuel leak amount.
  • an O-ring made of a material having a lower fuel resistance than a seal ring may swell excessively to exceed the maximum compressibility and cause compression cracking. In particular, in areas where the fuel properties are not good, for example, when an ethanol-containing fuel or an additive-containing fuel is used, compression cracking becomes remarkable.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a high-pressure fuel pump capable of suppressing compression cracking of the urging ring.
  • the high-pressure fuel pump of the present disclosure has a cylinder having a pressurizing chamber, a plunger that changes the volume of the pressurizing chamber by reciprocating in the axial direction with respect to the cylinder, and a seal chamber outside the cylinder. It is provided with a sealing chamber forming portion that is partitioned, and a sealing ring and an urging ring provided in the sealing chamber.
  • the seal ring is in contact with the outer peripheral surface of the plunger.
  • the urging ring is made of a material having a lower fuel resistance than the seal ring, and is provided radially outside the seal ring in the seal chamber to urge the seal ring to the plunger.
  • the axial position of "the part of the seal ring where the surface pressure to the plunger is maximum” is defined as the maximum surface pressure position.
  • a cross section that passes through the central axis of the plunger is defined as a vertical cross section.
  • a circle circumscribed on “one of the cut end faces of the uncompressed urging ring that appears in the vertical section” is defined as a virtual circumscribed circle.
  • a solid formed by rotating a virtual circumscribed circle around the central axis is defined as a virtual standard ring.
  • the seal ring has a diameter formed so that the outer diameter is smaller than the "portion corresponding to the maximum surface pressure position" in one or both of the axial directions with respect to the maximum surface pressure position. Has a change part.
  • the uncompressed urging ring has a smaller outer diameter than the virtual standard ring in one or both axial directions with respect to the maximum surface pressure position, or more than the virtual standard ring. Also has a diameter changing portion formed so that the inner diameter becomes large.
  • the urging ring has a smaller outer diameter of the diameter change portion or a larger inner diameter of the diameter change portion. Increases the allowable space for swelling. Therefore, the allowable swelling limit of the urging ring is increased, and even when an ethanol-containing fuel or an additive-containing fuel is used, compression cracking due to swelling of the urging ring can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a high-pressure fuel pump according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing part II of FIG.
  • FIG. 3 is an end view of the cut portion of the fuel seal of FIG. 2, showing an uncompressed urging ring.
  • FIG. 4 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 2 on the plunger.
  • FIG. 5 is an end view of the cut portion of the fuel seal of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an uncompressed urging ring with respect to the fuel seal of FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 5 on the plunger.
  • FIG. 8 is an end view of the cut portion of the fuel seal according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing an uncompressed urging ring with respect to the fuel seal of FIG.
  • FIG. 10 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 8 on the plunger.
  • FIG. 11 is an end view of the cut portion of the fuel seal according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 11 on the plunger.
  • FIG. 13 is an end view of the cut portion of the fuel seal according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 13 on the plunger.
  • FIG. 15 is an end view of the cut portion of the fuel seal according to the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing an uncompressed urging ring with respect to the fuel seal of FIG.
  • FIG. 17 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 15 on the plunger.
  • FIG. 18 is an end view of the cut portion of the fuel seal according to the seventh embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram showing an uncompressed urging ring with respect to the fuel seal of FIG.
  • FIG. 20 is a surface pressure distribution diagram of the seal ring of FIG. 18 on the plunger.
  • FIG. 21 is a view showing an end view of a cut portion of a fuel seal in a comparative form.
  • FIG. 22 is a diagram showing an uncompressed urging ring with respect to the fuel seal of FIG. 21.
  • the high-pressure fuel pump 10 of the first embodiment uses the rotational power of the cam 92 of the cam shaft 91 of the engine 90 to pressurize the fuel sent from a fuel tank (not shown). It is a device that discharges to the fuel rail.
  • the housing 12 is inserted into the through hole 94 of the engine 90 so as to close the upper end side of the through hole 94.
  • the space in the cam chamber 93 and the through hole 94 is filled with lubricating oil.
  • the cylinder 13 is integrally formed with the housing 12 that constitutes the outer shell of the high-pressure fuel pump 10. In other embodiments, the cylinder may be formed separately from the housing and fuel passage forming member.
  • a plunger insertion hole 131 in a columnar space is formed in the cylinder 13.
  • a cylindrical plunger 14 is slidably inserted into the plunger insertion hole 131.
  • the pressurizing chamber 15 is partitioned by the upper end surface of the plunger 14 and the inner peripheral surface of the cylinder 13.
  • the sheet 16 is connected to the lower end of the plunger 14.
  • the seat 16 is pressed against the tappet 18 by a spring 17.
  • the tappet 18 is slidably inserted into the through hole 94.
  • a roller 19 is rotatably attached to the tappet 18. The roller 19 is in contact with the cam 92.
  • the plunger 14 When the cam 92 is rotated by the rotation of the cam shaft 91, the plunger 14 is reciprocated in the axial direction together with the seat 16, the tappet 18, and the roller 19.
  • the plunger 14 changes the volume of the pressurizing chamber 15 by reciprocating in the axial direction with respect to the cylinder 13.
  • the housing 12 is formed with a suction passage 121 that guides fuel to the pressurizing chamber 15 and a discharge passage 122 that discharges the fuel of the pressurizing chamber 15 to the outside.
  • a suction valve 20 that opens during the suction stroke is arranged in the suction passage 121.
  • a discharge valve 21 that opens during the discharge stroke is arranged in the discharge passage 122.
  • a seal holder 22 is attached to the end of the housing 12.
  • the seal holder 22 includes an annular fitting portion 221 that fits into the plunger 14, a tubular press-fitting portion 222 that is press-fitted into the housing 12, and a tubular connecting portion 223 that extends from the fitting portion 221 to the press-fitting portion 222.
  • a disk-shaped plunger stopper 23 is arranged between the stepped portion of the inner wall of the connecting portion 223 and the housing 12 in the axial direction.
  • An oil seal 24 is attached to the seat 16 side of the fitting portion 221.
  • the oil seal 24 suppresses oil leakage from the space inside the through hole 94 to the seal chamber 25, which will be described later.
  • the seal holder 22 partitions the seal chamber 25 from the outside of the cylinder 13 to the plunger 14.
  • the seal chamber 25 is an annular space partitioned by an outer peripheral surface of the plunger 14, an inner wall surface of the connecting portion 223, an end surface of the fitting portion 221 and an end surface of the plunger stopper 23.
  • a fuel seal 26 is arranged in the seal chamber 25. The fuel seal 26 adjusts the thickness of the fuel oil film around the plunger 14, and suppresses fuel leakage from the pressurizing chamber 15 through the outer peripheral side of the plunger 14 to the space in the through hole 94.
  • the fuel seal 26 is composed of a seal ring 27 and an urging ring 28 provided in the seal chamber 25.
  • the seal ring 27 is formed of a resin such as ethylene tetrafluoride (PTFE) and is in contact with the outer peripheral surface of the plunger 14.
  • the urging ring 28 is formed of an elastic body such as rubber, which has a lower fuel resistance than the seal ring 27, and is provided in the seal chamber 25 radially outward with respect to the seal ring 27. The urging ring 28 is radially compressed between the connection portion 223 and the seal ring 27, urging the seal ring 27 to the plunger 14.
  • a cross section passing through the central axis AX of the plunger 14 is defined as a vertical cross section. Further, the direction parallel to the central axis AX is defined as the axial direction.
  • the urging ring 28 is an O-ring having a circular vertical cross-sectional shape in an uncompressed state.
  • the urging ring 28 has the maximum radial thickness at the center in the axial direction.
  • the portion where the radial thickness of the urging ring 28 is maximum is defined as the urging side maximum thickness portion 281.
  • the maximum thickness on the urging side may be off the axial center of the urging ring.
  • the urging ring may be formed so that one axial direction and the other axial direction have an asymmetrical shape with respect to the maximum thickness portion on the urging side.
  • the seal ring 27 is formed in a tubular shape as a whole.
  • the sliding surface inside the seal ring 27 is a cylindrical surface.
  • the seal ring 27 has an axial center and has a maximum radial thickness at an axial position corresponding to the maximum thickness portion 281 on the urging side.
  • the portion where the radial thickness of the seal ring 27 is maximum is defined as the maximum thickness portion 271 on the seal side.
  • the maximum thickness on the seal side may be off the axial center of the seal ring.
  • the seal ring may be formed so that one axial direction and the other axial direction have an asymmetrical shape with respect to the maximum thickness portion on the seal side.
  • the surface pressure P of the seal ring 27 to the plunger 14 is the maximum surface pressure Pmax at the axial position corresponding to the maximum thickness portion 281 on the urging side.
  • the axial position corresponding to the maximum surface pressure Pmax that is, the axial position of "the portion of the seal ring 27 where the surface pressure P to the plunger 14 is maximum” is defined as the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the surface pressure P becomes smaller as the distance from the maximum surface pressure position Zpmax is one and the other in the axial direction.
  • the seal ring 27 has the maximum radial thickness at the maximum surface pressure position Zpmax. Further, the seal ring 27 is formed so that the outer diameter is smaller than the maximum thickness portion 271 on the seal side as a "portion corresponding to the maximum surface pressure position Zpmax" in both axial directions with respect to the maximum surface pressure position Zpmax. It has a diameter changing portion 31 that has been changed. In the first embodiment, the diameter changing portion 31 is a tapered surface whose outer diameter becomes smaller as the distance from the maximum thickness portion 271 on the seal side increases.
  • the seal-side maximum thickness portion 271 is formed only at the maximum surface pressure position Zpmax, and the diameter changing portion 31 is formed adjacent to the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the seal-side maximum thickness portion may be formed over a certain range in the axial direction including the maximum surface pressure position Zpmax, and the diameter changing portion may be formed away from the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the diameter changing portion may be composed of a plurality of tapered surfaces.
  • the corner portion of the boundary between the maximum thickness portion on the seal side and the diameter changing portion may be formed to have a rounded shape.
  • the fuel seal 81 of the conventional embodiment is composed of an urging ring 82 similar to the urging ring 28 of the first embodiment and a seal ring 83.
  • the seal ring 83 is formed in a cylindrical shape so as to have the same radial thickness as the maximum thickness portion 271 on the seal side of the first embodiment in the entire axial direction. That is, the outer peripheral surface of the seal ring 83 is a cylindrical surface.
  • the seal ring 27 has a diameter change formed so that the outer diameter is smaller than the "portion corresponding to the maximum surface pressure position Zpmax" in both axial directions with respect to the maximum surface pressure position Zpmax. It has a part 31. In the comparative form, such a diameter changing portion 31 is not formed.
  • the allowable swelling space of the urging ring 28 increases by the smaller outer diameter of the diameter changing portion 31. .. Comparing the seal ring 27 with the conventional seal ring 83, an allowable space for swelling of the urging ring 28 is created on the outside of the diameter changing portion 31 of the seal ring 27. Therefore, the allowable swelling limit of the urging ring 28 is increased, and even when an ethanol-containing fuel or an additive-containing fuel is used, compression cracking due to swelling of the urging ring 28 can be suppressed.
  • the surface pressure of the first embodiment shown by the solid line is changed in diameter as compared with the surface pressure of the comparative embodiment shown by the broken line. It is smaller at the axial position corresponding to the portion 31. Since the surface pressure distribution of the seal ring 27 to the plunger 14 is improved in this way, the sliding resistance between the seal ring 27 and the plunger 14 can be reduced, and the slidability of both is improved.
  • the diameter changing portion 31 is a tapered surface.
  • the seal ring 27 has rounded corners on the outer side in the radial direction and the inner side in the radial direction.
  • the radial thickness of the seal ring 27 is maximum at the central portion in the axial direction, and becomes smaller at both ends in the axial direction as the distance from the central portion in the axial direction increases.
  • the diameter changing portion 32 is a convex curved surface whose outer diameter becomes smaller as the distance from the maximum thickness portion 271 on the seal side increases.
  • the seal-side maximum thickness portion 271 is formed over a certain range in the axial direction including the maximum surface pressure position Zpmax, and the diameter changing portion 32 is formed away from the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the seal-side maximum thickness portion may be formed only at the maximum surface pressure position Zpmax, and the diameter changing portion may be formed adjacent to the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the radius of curvature of the convex curved surface, which is the diameter changing portion does not have to be constant.
  • the seal ring 27 is formed so that both ends in the axial direction are recessed inward in the radial direction with respect to the central portion in the axial direction.
  • the radial thickness of the seal ring 27 is maximum at the central portion in the axial direction, and is smaller than the central portion in the axial direction at both ends in the axial direction.
  • the diameter changing portion 33 is a concave surface having an inclined surface 331 and a small diameter cylindrical surface 332.
  • the concave surface means that the surface is recessed inward in the radial direction from the maximum thickness portion 271 on the seal side.
  • the outer diameter of the inclined surface 331 becomes smaller as the distance from the maximum thickness portion 271 on the seal side increases.
  • the small-diameter cylindrical surface 332 is formed on the side opposite to the maximum thickness portion 271 on the seal side with respect to the inclined surface 331 in the axial direction.
  • the seal-side maximum thickness portion 271 is formed over a certain range in the axial direction including the maximum surface pressure position Zpmax, and the diameter changing portion 32 is formed away from the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the seal-side maximum thickness portion may be formed only at the maximum surface pressure position Zpmax, and the diameter changing portion may be formed adjacent to the maximum surface pressure position Zpmax.
  • the concave surface as the diameter changing portion is not limited to the combination of the tapered surface and the cylindrical surface, and may have a concave curved surface in addition to them, or may be composed of only the concave curved surface.
  • the diameter changing portion 33 similar to that in the third embodiment is formed only on one side in the axial direction (that is, on the side of the plunger stopper 23). Even if the diameter changing portion 33 is formed on only one of the axial directions in this way, the allowable swelling space of the urging ring 28 increases by the smaller outer diameter of the diameter changing portion 33, and the surface pressure of the seal ring 27 increases. The distribution can be improved as shown in FIG.
  • the diameter changing portion 33 similar to that in the third embodiment is formed in only one of the axial directions.
  • the diameter changing portion 31 of the first embodiment or the diameter changing portion 32 of the second embodiment may be formed in only one of the axial directions. Nevertheless, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.
  • the diameter changing portion 33 similar to that in the third embodiment is formed only on the other side in the axial direction (that is, on the fitting portion 221 side). Even if the diameter changing portion 33 is formed only on the other side in the axial direction in this way, the allowable swelling space of the urging ring 28 increases by the smaller outer diameter of the diameter changing portion 33, and the surface pressure of the seal ring 27 increases. The distribution can be improved as shown in FIG.
  • the diameter changing portion 33 is provided only in the “direction of assembling the urging ring 28 to the seal holder 22” with respect to the maximum surface pressure position Zpmax, the urging ring 28 is pushed by the seal ring 27 at the time of assembling. However, it can be installed. Therefore, the urging ring 28 is excellently attached to the seal holder 22.
  • the same diameter changing portion 33 as in the third embodiment is formed only on the other side in the axial direction.
  • the diameter changing portion 31 of the first embodiment or the diameter changing portion 32 of the second embodiment may be formed only on the other side in the axial direction. Nevertheless, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained.
  • the seal ring 29 has the same radial thickness as the seal-side maximum thickness portion 291 over the entire axial direction, similarly to the conventional seal ring 83. It is formed in a cylindrical shape.
  • the diameter changing portion 36 is formed not on the seal ring 29 but on the radial inside of the urging ring 30.
  • the circle circumscribed on “one of the cut end faces of the uncompressed urging ring 30" that appears in the vertical cross section as shown in FIG. 16 is defined as a virtual circumscribed circle Cv.
  • a solid formed by rotating the virtual circumscribed circle Cv once around the central axis AX (see FIG. 1) is defined as a virtual standard ring Rv.
  • the diameter changing portion 36 is formed so that the inner diameter of the urging ring 30 is larger than that of the virtual standard ring Rv in both axial directions with respect to the maximum surface pressure position Zpmax in the uncompressed state.
  • the allowable swelling space of the urging ring 30 is increased by the larger inner diameter of the diameter changing portion 36, and the surface pressure distribution of the seal ring 29 can be improved as shown in FIG. Comparing the urging ring 30 with the conventional urging ring 82 (see FIGS. 20 and 21), there is an allowable space for swelling of the urging ring 30 inside the diameter changing portion 36 of the urging ring 30. Has been produced. Further, since the diameter changing portion 36 can be molded by a mold, it can be manufactured at low cost.
  • the diameter changing portion 36 is a tapered surface whose inner diameter increases as the distance from the urging side maximum thickness portion 301 increases.
  • the diameter changing portion may be composed of a convex curved surface or a concave surface.
  • the diameter changing portion 37 is formed on the radial outer side of the urging ring 30. That is, the diameter changing portion 37 is formed so that the outer diameter of the urging ring 30 is smaller than that of the virtual standard ring Rv in both axial directions with respect to the maximum surface pressure position Zpmax in the uncompressed state. As a result, the allowable swelling space of the urging ring 30 is increased by the smaller outer diameter of the diameter changing portion 37, and the surface pressure distribution of the seal ring 29 can be improved as shown in FIG. Further, since the diameter changing portion 37 can be molded by a mold, it can be manufactured at low cost.
  • the inner portion of the urging ring 30 has the same shape as the conventional form, and the urging ring 30 and the seal ring 29 are formed.
  • the contact area with can be secured. Therefore, the axial deviation between the urging ring 30 and the seal ring 29 is suppressed.
  • the diameter changing portion 37 is a tapered surface whose outer diameter becomes smaller as the distance from the urging side maximum thickness portion 301 increases.
  • the diameter changing portion may be composed of a convex curved surface or a concave surface.

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Abstract

シールリング（２７）は、プランジャ（１４）の外周面に接している。付勢リング（２８）は、シールリング（２７）と比べて耐燃料性が低い材料からなり、シール室（２５）内でシールリング（２７）に対して径方向外側に設けられ、シールリング（２７）をプランジャ（１４）に付勢している。「シールリング（２７）のうちプランジャ（１４）への面圧が最大となる部分」の軸方向位置のことを最大面圧位置（Ｚｐｍａｘ）と定義する。シールリング（２７）は、最大面圧位置（Ｚｐｍａｘ）に対して軸方向の両方に、「最大面圧位置（Ｚｐｍａｘ）に対応する部分」よりも外径が小さくなるように形成された径変更部（３１）を有する。

Description

高圧燃料ポンプ 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２０年８月２０日に出願された特許出願番号２０２０－１３９３５５号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、高圧燃料ポンプに関する。
　従来、高圧燃料ポンプにおいては、プランジャの外周側を伝う燃料の漏れをシールリングにより抑制している。特許文献１では、矩形断面をもつシールリングと、付勢リングとしてシールリングに対して径方向外側に設けられた円形断面のＯリングとを組み合わせて燃料シールを構成している。
特開２００７－１８７１１４号公報
　Ｏリングの太さとその最大つぶし量は、シールリングの摺動部のプランジャへの最大面圧として燃料のリーク量に影響する。そのため、燃料のリーク量の限界値よりＯリングの太さとシールリングの径方向厚さが決まる。ここで高圧ポンプの体格による制約により、燃料シールの設置スペースには限界がある。そのため、シールリングと比べて耐燃料性が低い材料からなるＯリングは、圧縮率最大値を超えるほど過大に膨潤して圧縮割れを起こす可能性がある。特に、燃料性状の良くない地域において、例えばエタノール含有燃料や添加物含有燃料を使用した場合に圧縮割れ発生が顕著になる。
　本開示の目的は、付勢リングの圧縮割れを抑制できる高圧燃料ポンプを提供することにある。
　本開示の高圧燃料ポンプは、加圧室を有するシリンダと、シリンダに対して軸方向へ往復移動することにより加圧室の容積を変化させるプランジャと、シリンダ外でプランジャとの間にシール室を区画しているシール室形成部と、シール室内に設けられたシールリングおよび付勢リングとを備える。シールリングは、プランジャの外周面に接している。付勢リングは、シールリングと比べて耐燃料性が低い材料からなり、シール室内でシールリングに対して径方向外側に設けられ、シールリングをプランジャに付勢している。
　ここで、「シールリングのうちプランジャへの面圧が最大となる部分」の軸方向位置のことを最大面圧位置と定義する。プランジャの中心軸を通る断面のことを縦断面と定義する。「縦断面に表れる非圧縮状態の付勢リングの切断部端面の片方」に外接する円のことを仮想外接円と定義する。仮想外接円を中心軸まわりに一回転してできる立体を仮想標準リングと定義する。
　本開示の第１態様では、シールリングは、最大面圧位置に対して軸方向の一方または両方に、「最大面圧位置に対応する部分」よりも外径が小さくなるように形成された径変更部を有する。
　本開示の第２態様では、非圧縮状態の付勢リングは、最大面圧位置に対して軸方向の一方または両方に、仮想標準リングよりも外径が小さくなるように、または仮想標準リングよりも内径が大きくなるように形成された径変更部を有する。
　これにより、燃料シールの設置スペース（すなわちシール室の容積）が従来形態と同じであったとしても、径変更部の外径が小さい分、または径変更部の内径が大きい分だけ付勢リングの膨潤への許容スペースが増加する。そのため、付勢リングの許容膨潤限界が高まり、エタノール含有燃料や添加物含有燃料を使用した場合にも、付勢リングの膨潤による圧縮割れを抑制できる。
　さらに、シールリングのプランジャへの面圧分布が改善されることから、シールリングとプランジャとの摺動抵抗を低減することができ、両者の摺動性が向上する。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態の高圧燃料ポンプを示す模式的な断面図であり、 図２は、図１のＩＩ部を拡大して示す断面図であり、 図３は、図２の燃料シールの切断部端面図であって、非圧縮状態の付勢リングを示す図であり、 図４は、図２のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図５は、第２実施形態の燃料シールの切断部端面図であり、 図６は、図５の燃料シールに対して非圧縮状態の付勢リングを示す図であり、 図７は、図５のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図８は、第３実施形態の燃料シールの切断部端面図であり、 図９は、図８の燃料シールに対して非圧縮状態の付勢リングを示す図であり、 図１０は、図８のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図１１は、第４実施形態の燃料シールの切断部端面図であり、 図１２は、図１１のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図１３は、第５実施形態の燃料シールの切断部端面図であり、 図１４は、図１３のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図１５は、第６実施形態の燃料シールの切断部端面図であり、 図１６は、図１５の燃料シールに対して非圧縮状態の付勢リングを示す図であり、 図１７は、図１５のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図１８は、第７実施形態の燃料シールの切断部端面図であり、 図１９は、図１８の燃料シールに対して非圧縮状態の付勢リングを示す図であり、 図２０は、図１８のシールリングのプランジャへの面圧分布図であり、 図２１は、比較形態の燃料シールの切断部端面図を示す図であり、 図２２は、図２１の燃料シールに対して非圧縮状態の付勢リングを示す図である。
　以下、高圧燃料ポンプの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　［第１実施形態］
　図１に示すように、第１実施形態の高圧燃料ポンプ１０は、エンジン９０のカム軸９１のカム９２の回転動力を利用して、図示しない燃料タンクから送られてくる燃料を加圧して図示しない燃料レールに吐出する装置である。
　エンジン９０の貫通孔９４には、貫通孔９４の上端側を塞ぐようにしてハウジング１２が挿入されている。カム室９３および貫通孔９４内の空間には、潤滑用のオイルが充満している。
　シリンダ１３は、高圧燃料ポンプ１０の外郭を構成するハウジング１２と一体に形成されている。他の実施形態では、シリンダはハウジングや燃料通路形成部材とは別体に形成されてもよい。シリンダ１３には、円柱状空間のプランジャ挿入孔１３１が形成されている。プランジャ挿入孔１３１には、円柱状のプランジャ１４が摺動自在に挿入されている。プランジャ１４の上端面とシリンダ１３の内周面とにより加圧室１５が区画形成されている。
　プランジャ１４の下端にシート１６が連結されている。シート１６はスプリング１７によりタペット１８に押し付けられている。タペット１８は、貫通孔９４に摺動自在に挿入されている。また、タペット１８にはローラ１９が回転自在に取り付けられている。ローラ１９はカム９２に当接している。
　カム軸９１の回転によりカム９２が回転すると、シート１６、タペット１８およびローラ１９とともに、プランジャ１４が軸方向へ往復駆動されるようになっている。プランジャ１４は、シリンダ１３に対して軸方向へ往復移動することにより加圧室１５の容積を変化させる。
　ハウジング１２には、加圧室１５に燃料を導く吸入通路１２１、および加圧室１５の燃料を外部に吐出する吐出通路１２２が形成されている。吸入通路１２１には、吸入行程の時に開弁する吸入弁２０が配置されている。吐出通路１２２には、吐出行程の時に開弁する吐出弁２１が配置されている。
　図１、図２に示すように、ハウジング１２の端部にはシールホルダ２２が装着されている。シールホルダ２２は、プランジャ１４に嵌合する環状の嵌合部２２１と、ハウジング１２に圧入された筒状の圧入部２２２と、嵌合部２２１から圧入部２２２まで延びる筒状の接続部２２３とを有する。軸方向において接続部２２３の内壁の段差部とハウジング１２との間には、円盤状のプランジャストッパ２３が配置されている。
　嵌合部２２１のシート１６側には、オイルシール２４が装着されている。オイルシール２４によって、貫通孔９４内の空間から後述のシール室２５へ伝うオイルの漏れが抑制される。
　シールホルダ２２は、シリンダ１３外でプランジャ１４との間にシール室２５を区画している。具体的には、シール室２５は、プランジャ１４の外周面と、接続部２２３の内壁面と、嵌合部２２１の端面と、プランジャストッパ２３の端面とにより区画形成された環状空間である。シール室２５には、燃料シール２６が配置されている。燃料シール２６によって、プランジャ１４周囲の燃料油膜の厚さが調整され、加圧室１５からプランジャ１４の外周側を通って貫通孔９４内の空間へ伝う燃料の漏れが抑制される。
　燃料シール２６は、シール室２５に設けられたシールリング２７および付勢リング２８から構成される。シールリング２７は、例えば四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂から形成され、プランジャ１４の外周面に接している。付勢リング２８は、シールリング２７と比べて耐燃料性が低い例えばゴム等の弾性体から形成され、シール室２５内でシールリング２７に対して径方向外側に設けられている。付勢リング２８は、接続部２２３とシールリング２７との間で径方向に圧縮されており、シールリング２７をプランジャ１４に付勢している。
　次に、燃料シール２６について詳しく説明する。プランジャ１４の中心軸ＡＸを通る断面のことを縦断面と定義する。また、中心軸ＡＸと平行な方向を軸方向と定義する。図３に示すように、付勢リング２８は、非圧縮状態における縦断面形状が円形となるＯリングである。付勢リング２８は、軸方向中心において径方向厚みが最大となっている。付勢リング２８の径方向厚みが最大となる部分のことを付勢側最大厚み部２８１と定義する。他の実施形態では、付勢側最大厚み部は付勢リングの軸方向中心から外れていてもよい。また、付勢リングは、付勢側最大厚み部に対する軸方向一方と軸方向他方とが非対称形状となるように形成されてもよい。
　シールリング２７は、全体的には筒状に形成されている。シールリング２７の内側の摺動面は円筒面である。シールリング２７は、軸方向中心であって、付勢側最大厚み部２８１に対応する軸方向位置において径方向厚みが最大になっている。シールリング２７の径方向厚みが最大となる部分のことをシール側最大厚み部２７１と定義する。他の実施形態では、シール側最大厚み部はシールリングの軸方向中心から外れていてもよい。また、シールリングは、シール側最大厚み部に対する軸方向一方と軸方向他方とが非対称形状となるように形成されてもよい。
　図４に示すように、シールリング２７のプランジャ１４への面圧Ｐは、付勢側最大厚み部２８１に対応する軸方向位置において最大面圧Ｐｍａｘとなる。最大面圧Ｐｍａｘに対応する軸方向位置、すなわち「シールリング２７のうちプランジャ１４への面圧Ｐが最大となる部分」の軸方向位置のことを最大面圧位置Ｚｐｍａｘと定義する。面圧Ｐは、最大面圧位置Ｚｐｍａｘから軸方向の一方および他方に離れるほど小さくなる。
　図２、図３に示すように、シールリング２７は、最大面圧位置Ｚｐｍａｘにおいて径方向厚みが最大になっている。また、シールリング２７は、最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対して軸方向の両方に、「最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対応する部分」としてのシール側最大厚み部２７１よりも外径が小さくなるように形成された径変更部３１を有する。第１実施形態では、径変更部３１は、シール側最大厚み部２７１から離れるほど外径が小さくなるテーパ面である。
　第１実施形態では、シール側最大厚み部２７１は最大面圧位置Ｚｐｍａｘのみに形成され、径変更部３１は最大面圧位置Ｚｐｍａｘに隣接して形成されている。これに対して他の実施形態では、シール側最大厚み部は最大面圧位置Ｚｐｍａｘを含む軸方向の一定範囲にわたって形成され、径変更部は最大面圧位置Ｚｐｍａｘから離れて形成されてもよい。また径変更部が複数のテーパ面から構成されてもよい。またシール側最大厚み部と径変更部との境界の角部が丸みをもつように形成されてもよい。
　（効果）
　以下、従来形態との比較により第１実施形態の有利な効果を説明する。図２１、図２２に示すように、従来形態の燃料シール８１は、第１実施形態の付勢リング２８と同様な付勢リング８２と、シールリング８３とから構成される。シールリング８３は、軸方向全域において第１実施形態のシール側最大厚み部２７１と同じ径方向厚みをもつように円筒状に形成されている。つまり、シールリング８３の外周面は円筒面である。
　第１実施形態では、シールリング２７は、最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対して軸方向の両方に、「最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対応する部分」よりも外径が小さくなるように形成された径変更部３１を有する。比較形態では、そのような径変更部３１が形成されていない。
　これにより、燃料シール２６の設置スペース（すなわちシール室２５の容積）が従来形態と同じであったとしても、径変更部３１の外径が小さい分だけ付勢リング２８の許容膨潤スペースが増加する。シールリング２７と従来形態のシールリング８３とを比べると、シールリング２７の径変更部３１の外側には、付勢リング２８の膨潤への許容スペースが生み出されている。そのため、付勢リング２８の許容膨潤限界が高まり、エタノール含有燃料や添加物含有燃料を使用した場合にも、付勢リング２８の膨潤による圧縮割れを抑制できる。
　またシールリング２７では、最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対して軸方向の両方で、シール側最大厚み部２７１よりも径方向外側に突出する部分が無い。そのため、付勢リング２８の許容膨潤限界が高まる。
　また図４に示すように、最大面圧Ｐｍａｘが第１実施形態と比較形態とで同じ場合、破線で示す比較形態の面圧に比べて、実線で示す第１実施形態の面圧が径変更部３１に対応する軸方向位置で小さくなっている。このようにシールリング２７のプランジャ１４への面圧分布が改善されることから、シールリング２７とプランジャ１４との摺動抵抗を低減することができ、両者の摺動性が向上する。
　また第１実施形態では、径変更部３１はテーパ面である。これにより比較的簡易な形状により付勢リング２８の許容膨潤スペースを増加させ、またシールリング２７の面圧分布を改善できる。
　［第２実施形態］
　図５、図６に示すように、第２実施形態において、シールリング２７は、径方向外側および径方向内側の角部が丸くなっている。シールリング２７の径方向厚みは、軸方向中央部において最大になっており、軸方向両端部において軸方向中央部から離れるほど小さくなっている。
　径変更部３２は、シール側最大厚み部２７１から離れるほど外径が小さくなる凸曲面である。これにより径変更部３２の外径が小さい分だけ付勢リング２８の許容膨潤スペースが増加し、またシールリング２７の面圧分布を図７に示すように改善できる。したがって、第２実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　第２実施形態では、シール側最大厚み部２７１は最大面圧位置Ｚｐｍａｘを含む軸方向の一定範囲にわたって形成され、径変更部３２は最大面圧位置Ｚｐｍａｘから離れて形成されている。これに対して他の実施形態では、シール側最大厚み部は最大面圧位置Ｚｐｍａｘのみに形成され、径変更部は最大面圧位置Ｚｐｍａｘに隣接して形成されてもよい。また径変更部である凸曲面の曲率半径は一定でなくてもよい。
　［第３実施形態］
　図８、図９に示すように、第３実施形態において、シールリング２７は、軸方向両端部が軸方向中央部に比べて径方向内側に凹むように形成されている。シールリング２７の径方向厚みは、軸方向中央部において最大になっており、軸方向両端部において軸方向中央部よりも小さくなっている。
　径変更部３３は、傾斜面３３１および小径円筒面３３２を有する凹面である。凹面とは、シール側最大厚み部２７１よりも径方向内側に凹んでいることを意味する。傾斜面３３１は、シール側最大厚み部２７１から離れるほど外径が小さくなっている。小径円筒面３３２は、軸方向において傾斜面３３１に対してシール側最大厚み部２７１とは反対側に形成されている。これにより径変更部３３の外径が小さい分だけ付勢リング２８の許容膨潤スペースが増加し、またシールリング２７の面圧分布を図１０に示すように改善できる。したがって、第３実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　第２実施形態では、シール側最大厚み部２７１は最大面圧位置Ｚｐｍａｘを含む軸方向の一定範囲にわたって形成され、径変更部３２は最大面圧位置Ｚｐｍａｘから離れて形成されている。これに対して他の実施形態では、シール側最大厚み部は最大面圧位置Ｚｐｍａｘのみに形成され、径変更部は最大面圧位置Ｚｐｍａｘに隣接して形成されてもよい。また径変更部である凹面は、テーパ面および円筒面の組合せに限らず、それらの加えて凹曲面を有していてもよく、また凹曲面のみから構成されてもよい。
　［第４実施形態］
　図１１に示すように、第４実施形態では、第３実施形態と同様の径変更部３３が軸方向の一方（すなわちプランジャストッパ２３側）のみに形成されている。このように軸方向の一方のみに径変更部３３が形成されていても、径変更部３３の外径が小さい分だけ付勢リング２８の許容膨潤スペースが増加し、またシールリング２７の面圧分布を図１２に示すように改善できる。
　第４実施形態では、第３実施形態と同様の径変更部３３が軸方向の一方のみに形成されている。これに対して他の実施形態では、第１実施形態の径変更部３１または第２実施形態の径変更部３２が軸方向の一方のみに形成されてもよい。それでも第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
　［第５実施形態］
　図１３に示すように、第５実施形態では、第３実施形態と同様の径変更部３３が軸方向の他方（すなわち嵌合部２２１側）のみに形成されている。このように軸方向の他方のみに径変更部３３が形成されていても、径変更部３３の外径が小さい分だけ付勢リング２８の許容膨潤スペースが増加し、またシールリング２７の面圧分布を図１４に示すように改善できる。
　さらに、径変更部３３が最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対して「付勢リング２８のシールホルダ２２への組付け方向」のみに設けられることで、組付け時にシールリング２７により付勢リング２８を押しながら装着可能である。そのため、付勢リング２８のシールホルダ２２への装着性が優れている。
　第５実施形態では、第３実施形態と同様の径変更部３３が軸方向の他方のみに形成されている。これに対して他の実施形態では、第１実施形態の径変更部３１または第２実施形態の径変更部３２が軸方向の他方のみに形成されてもよい。それでも第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
　［第６実施形態］
　図１５、図１６に示すように、第６実施形態において、シールリング２９は、従来形態のシールリング８３と同様に、軸方向全域においてシール側最大厚み部２９１と同じ径方向厚みをもつように円筒状に形成されている。径変更部３６は、シールリング２９ではなく、付勢リング３０の径方向内側に形成されている。
　ここで、図１６に示すように縦断面に表れる「非圧縮状態の付勢リング３０の切断部端面の片方」に外接する円のことを仮想外接円Ｃｖと定義する。また仮想外接円Ｃｖを中心軸ＡＸ（図１参照）まわりに一回転してできる立体を仮想標準リングＲｖと定義する。径変更部３６は、付勢リング３０の非圧縮状態において最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対して軸方向の両方に、仮想標準リングＲｖよりも内径が大きくなるように形成されている。これにより径変更部３６の内径が大きい分だけ付勢リング３０の許容膨潤スペースが増加し、またシールリング２９の面圧分布を図１７に示すように改善できる。付勢リング３０と従来形態の付勢リング８２（図２０、図２１参照）とを比べると、付勢リング３０の径変更部３６の内側には、付勢リング３０の膨潤への許容スペースが生み出されている。さらに、径変更部３６は型で成形可能であるため、低コストで製造できる。
　第６実施形態では、径変更部３６は、付勢側最大厚み部３０１から離れるほど内径が大きくなるテーパ面である。これに対して他の実施形態では、径変更部は凸曲面または凹面から構成されてもよい。
　［第７実施形態］
　図１８、図１９に示すように、第７実施形態において、径変更部３７は付勢リング３０の径方向外側に形成されている。つまり、径変更部３７は、付勢リング３０の非圧縮状態において最大面圧位置Ｚｐｍａｘに対して軸方向の両方に、仮想標準リングＲｖよりも外径が小さくなるように形成されている。これにより径変更部３７の外径が小さい分だけ付勢リング３０の許容膨潤スペースが増加し、またシールリング２９の面圧分布を図２０に示すように改善できる。さらに、径変更部３７は型で成形可能であるため、低コストで製造できる。さらにまた、径変更部３７は付勢リング３０の径方向外側に形成されているため、付勢リング３０の内側部分は従来形態と同様の形状になっており、付勢リング３０とシールリング２９との接触面積を確保できる。そのため、付勢リング３０とシールリング２９との間での軸方向ずれが抑制される。
　第７実施形態では、径変更部３７は、付勢側最大厚み部３０１から離れるほど外径が小さくなるテーパ面である。これに対して他の実施形態では、径変更部は凸曲面または凹面から構成されてもよい。
　本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　加圧室（１５）を有するシリンダ（１３）と、
    　前記シリンダに対して軸方向へ往復移動することにより前記加圧室の容積を変化させるプランジャ（１４）と、
    　前記シリンダ外で前記プランジャとの間にシール室（２５）を区画しているシール室形成部（２２）と、
    　前記シール室内に設けられ、前記プランジャの外周面に接しているシールリング（２７）と、
    　前記シールリングと比べて耐燃料性が低い材料からなり、前記シール室内で前記シールリングに対して径方向外側に設けられ、前記シールリングを前記プランジャに付勢している付勢リング（２８）と、
    　を備え、
    　前記シールリングのうち前記プランジャへの面圧が最大となる部分の軸方向位置のことを最大面圧位置（Ｚｐｍａｘ）と定義すると、
    　前記シールリングは、前記最大面圧位置に対して軸方向の一方または両方に、前記最大面圧位置に対応する部分（２７１）よりも外径が小さくなるように形成された径変更部（３１、３２、３３）を有する、高圧燃料ポンプ。
  2. 　前記シールリングは、前記最大面圧位置において径方向厚みが最大となっており、
    　前記径変更部は、テーパ面、凸曲面、または凹面である、請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。
  3. 　前記径変更部は、前記最大面圧位置に対して、前記付勢リングの前記シール室形成部への組付け方向に設けられている、請求項１または２に記載の高圧燃料ポンプ。
  4. 　加圧室を有するシリンダと、
    　前記シリンダに対して軸方向へ往復移動することにより前記加圧室の容積を変化させるプランジャと、
    　前記シリンダ外で前記プランジャとの間にシール室を区画しているシール室形成部と、
    　前記シール室内に設けられ、前記プランジャの外周面に接しているシールリング（２９）と、
    　前記シールリングと比べて耐燃料性が低い材料からなり、前記シール室内で前記シールリングに対して径方向外側に設けられ、前記シールリングを前記プランジャに付勢している付勢リング（３０）と、
    　を備え、
    　前記シールリングのうち前記プランジャへの面圧が最大となる部分の軸方向位置のことを最大面圧位置と定義し、
    　前記プランジャの中心軸（ＡＸ）を通る断面のことを縦断面と定義し、
    　縦断面に表れる非圧縮状態の前記付勢リングの切断部端面の片方に外接する円のことを仮想外接円（Ｃｖ）と定義し、
    　前記仮想外接円を前記中心軸まわりに一回転してできる立体を仮想標準リング（Ｒｖ）と定義すると、
    　非圧縮状態の前記付勢リングは、前記最大面圧位置に対して軸方向の一方または両方に、前記仮想標準リングよりも外径が小さくなるように、または前記仮想標準リングよりも内径が大きくなるように形成された径変更部（３６、３７）を有する、高圧燃料ポンプ。
  5. 　前記付勢リングは、前記最大面圧位置において径方向厚みが最大となっており、
    　前記径変更部は、テーパ面、凸曲面、または凹面である、請求項４に記載の高圧燃料ポンプ。
  6. 　前記径変更部は、前記付勢リングの径方向外側に設けられている、請求項４または５に記載の高圧燃料ポンプ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07269461A (ja) * 1994-03-29 1995-10-17 Yamaha Motor Co Ltd 燃料供給装置
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