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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seal
plunger
maximum
urging
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PCT/JP2021/029264
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宏史 井上
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株式会社デンソー
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    • F16J15/3284Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials

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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