JP2001280220A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シールの良好な高圧燃料ポンプを得る。 【解決手段】プランジャ周面と加圧室側端とを連通する
燃料供給通路を設け、この通路を開閉する弁機構を設け
る。シール部材はプランジャ周面の燃料入口部より反加
圧室側において、プランジャとシリンダとの間に設置さ
れる。 【効果】シール部材の両側の圧力差が小さくなり、シー
ルが良好になると共に、シールの寿命が長くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料ポン
プに係わり、特に筒内に直接、噴射弁から燃料を噴射す
る筒内直接噴射型内燃機関用に好適な高圧燃料ポンプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】筒内直接燃料噴射型が検討されている。
筒内直接燃料噴射装置では、内燃機関では気筒内に直接
燃料を噴射するために、３ＭＰａ以上の高圧燃料を燃料
噴射弁に供給する必要がある。

【０００３】この種の高圧側ポンプは往復動プランジャ
タイプで構成され、プランジャとシリンダボアとの間で
形成されるポンプ室へ導入される燃料の駆動側への燃料
漏れ防止のためにプランジャとシリンダとの間にシール
部材を設けている（米国特許第2519893号明細書参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構造では往復動
プランジャとシリンダとの間のシール部には片側に吸入
側通路の燃料圧力が他側にはポンプ室（加圧室内）の加
圧された燃料圧力が作用する。この為圧力差が大きすぎ
てシールが不充分になる問題があった。

【０００５】本発明の目的は、プランジャとシリンダの
間に設けるシール部材の両端に作用する燃料圧力の差圧
を小さくしてシール作用を良好にすることを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、プランジャ
周面とプランジャの加圧室側端とを連通する燃料供給通
路を設け、この通路をプランジャの往復動に応じて開閉
する弁機構を設け、前記プランジャ周面の燃料入口より
反加圧室側においてプランジャとシリンダとの間をシー
ルするシール部材を設けたことによって達成される。こ
の様に構成すればシール部の両側に作用する燃料圧力の
差圧が小さくできシールが良好になる。具体的にはシリ
ンダボア内を往復動するプランジャが、前記シリンダボ
アから長手方向に伸びたシリンダ側に往復動シールを挿
入し、かつシリンダへ往復動シール自体を圧入可能にす
るための金属環を形成する。前記往復動シールの燃料を
シールする側は高圧ポンプの吸入側通路と連通するため
にシリンダとプランジャ並びに往復動シールで形成され
る空間部に設け、他方はエンジンのオイル側とする。更
に往復動シールはプランジャとシリンダボア内で形成さ
れるポンプ室からはプランジャとシリンダボア径の径隙
間３から７μ確保するとともに、シール距離（プランジ
ャとシリンダボアとの勘合長さ）１０mm以上確保した所
に設置する。こうすることで往復動シールによる燃料シ
ールが良好になると同時に、往復動シールからの燃料を
タンクに戻す必要が無くなり、燃料タンクへの配管が必
要無くなる。

【０００７】更に好適には往復動シールヘ作用するポン
プ吸入圧力に対する耐力が必要になるため、往復動シー
ルの吸入圧力が作用する反対側にシールのリップを補強
する突起を設け、突起部をプランジャ外径に当ててシー
ルの変形を抑える支持部材を形成させる必要がある。往
復動シールで燃料とオイルの２液体をシールするタイプ
は各液をシールするために２つのリップから形成されて
いるが、前記突起はリップ間の中央より圧力の作用する
燃料側に形成する。また本往復動シールを前記シリンダ
に圧入する金属環は折り曲げられ、２つのリップ間に伸
びてシールリップ部の変形を防止している。しかし、燃
料中でのシール材であるゴム材は、燃料による膨潤が大
きく、前記金属環部に相当する部分に前記突起が来ると
膨潤による体積変化が大きくなり、プランジャへの面圧
が大きくなる傾向がある。このために前記突起部は金属
環部にかからない様に設ける必要がある。出来れば前記
突起は圧力の作用する燃料側に設けた方が圧力による支
持機能の点から有利である。

【０００８】一方前記往復動シールの金属環の圧入部か
らの燃料漏れを防止するリップ部と同一材のシール部を
形成し、シリンダとの間で燃料をシールする。

【０００９】このようにすることで、上記問題も解決で
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】第１の実施例を、図１に示す。

【００１１】エンジンのカム軸から伝達される駆動力を
伝えるカップリング１は、カップリング１に勘合したピ
ン３で連結されたシャフト５を有している。前記シャフ
ト５には半径方向に広がる斜めの平板を形成した斜板面
５ａがある。前記斜板面５ａにはスリッパ７が接触し、
前記シャフト５と一体となって回転する斜板面上を滑ら
かに摺動できる様に、前記スリッパ７の斜板面側は実質
的に平面となっている。前記スリッパ７のもう一方側は
球面形状になっており、プランジャ１１の球面部１１ａ
と球継ぎ手構成となっている。なお前記スリッパ７には
斜板面５ａからの潤滑油を球面側の摺動部へ供給する中
央部の連通穴７ａを設けている。斜板面から伝達される
揺動板運動をシリンダブロック９のシリンダボア９ａ内
を摺動するプランジャ１１が往復動のみする様に構成し
ている。

【００１２】シリンダブロック９内で、複数個のシリン
ダボア９ａとプランジャ１１との間でポンプ室１３を形
成している。前記ポンプ室１３へ燃料を供給するよう
に、前記シリンダブロック９の中央部に各プランジャへ
連通する吸入空間１５を設けている。この空間１５へ燃
料を導くため、軽量化を考慮し、しかも生産性の良いア
ルミダイカストでできたリアボディ１７にポンプ外部の
燃料配管が取り付けられ、リアボディ１７の内の吸入通
路１９入り口には燃料内の異物進入を防止するフィルタ
２１を固定している。低圧ポンプ１００から送られた燃
料は前記吸入通路１９を通り、リアボディ１７の中央部
の吸入室２３と、前記シリンダブロック９に設けた吸入
空間１５とが繋がるようになっている。前記プランジャ
１１内には、燃料を吸入するための吸入バルブがボール
２５とスプリング２７及びスプリングを支持するストッ
パ２８で形成されている。このストッパ２７はプランジ
ャ自身を前記スリッパと斜板に追従させる目的で挿入さ
れたプランジャスプリング３０のスプリング力の支持に
も使われている。このように構成されたプランジャ吸入
バルブへの燃料供給は、前記シリンダブロック９の吸入
空間１５からシリンダ側から斜めのＡ通路３１を通り、
前記プランジャ９に設けたＢ連通路１１ｂが前記Ａ通路
３１と往復動する間常に連通するようにシリンダブロッ
ク９に吸入空間３３を形成し、行っている。

【００１３】上記吸入行程間に前記プランジャ１１内に
設けた前記ポンプ室１３へ供給された燃料は、吐出行程
（ポンプ室１３空間が小さくなる行程）に移ると、前記
シリンダブロック９に設けた、ボール３５とスプリング
３６とスプリング３６を支持するスプリングストッパ３
７から構成された吐出バルブが、前記リアボディ１７に
形成した吐出室内３９が規定の圧力になった時点で開口
し燃料をポンプ室から送り出す構造になっている。ここ
で前記リアボディ１７に設けた吸入室２３と吐出室３９
は、Ｏリング４１で分割されると同時に、吸入室２３を
吐出室３９より中央側に設けて、ポンプ自身の通路構成
をコンパクトにしている。

【００１４】上述した中で、リアボディ１７の吐出室内
の圧力は、吐出側に設けた、圧力調整弁（プレッシャレ
ギュレータ：Ｐ／Ｒｅｇと略）１０２で最適な圧力に制
御できる構造になっている。吐出圧力を制御する目的
は、吐出側の下流にあるインジェクタ１０４への付加圧
力を制御する為である。リアボディ１７の吐出室３９か
らＰ／Ｒｅｇ１０２へ連通された高圧側燃料は、Ｐ／Ｒ
ｅｇに設けたボールバルブを通って、吸入室へ連通する
通路Ｂを、リアボディ内に設けている。

【００１５】このようにして前記ポンプ室１３内の圧力
も燃料の吸入圧（一般的に０.２MPaから０.７ＭＰａ ）
から吐出室３９の圧力（一般的に３ＭＰａから２０ＭＰ
ａ）まで変化する。この吐出室３９の圧力を確保し、か
つ規定の流量を吐き出すために、前記プランジャ１１と
前記シリンダボア９の径隙間を３μ〜７μとし、プラン
ジャ１１とシリンダボア９ａのシール長は５mm以上確保
している。これらポンプ室１３内の圧力による発生荷重
を支持しスムーズな回転を達成するために前記シャフト
５には、ラジアル軸受４３、及びスラスト軸受４５が嵌
合されその荷重をボディ４７で支持する構造としてい
る。

【００１６】これら荷重を支持する部分、つまり前記ス
リッパと斜板面及び軸受部（駆動部と称す）は、回転に
よる相対速度と荷重を支持する部分であり、オイル潤滑
にすることで、摺動摩耗損失による駆動力の低減を防止
できる。駆動部へ潤滑油を供給する必要があるが、潤滑
油は、エンジン側の潤滑オイルを利用するため前記ボデ
ィ４７にエンジン側オイル供給部と連結し、前記ボディ
４７とシリンダブロック９との間に形成される斜板室５
０へオイル供給路５２を設けている。前記オイル供給路
５２には、エンジンからの供給油量を調節する絞り部５
２ａを設けた。但し絞り部５２ａの穴径はエンジン側か
らの異物等による閉鎖が発生しない様に、Φ１mm以上の
穴にしている。

【００１７】しかし、前記オイル供給路５２のみであれ
ば、前記斜板室５０にオイルで満たされると供給穴から
のオイル供給が止まってしまい、オイルが劣化し易い状
況になる。このため、斜板室５０からエンジン側へのオ
イル戻し通路を供給路とは別に設ける、オイルの循環を
行う必要がある。

【００１８】本実施例は前記ラジアル軸受４３のボール
間の隙間とラジアル軸受は片側オープンタイプを使用
し、シール部の隙間で戻り流量を絞っている。

【００１９】更に、前記プランジャへの吸入空間３３内
の燃料と前記斜板室５０内のオイルの分離をプランジャ
とシリンダブロック間でするために、前記各プランジャ
９と各シリンダブロック９のスリッパ側端面側に、往復
動時に燃料とオイルをシールする往復動シール５５を設
けている。

【００２０】図２に往復動シールのシリンダブロック及
びプランジャ嵌合部の構造詳細図を示す。

【００２１】往復動シール５５は、前述したように前記
シリンダブロック中央部から連通した吸入空間３３とプ
ランジャ１１間でシールを形成している。このために、
吸入圧燃料をシールする第１リップ５７とオイルをシー
ルする第２リップ５８及び、往復動シールをシリンダブ
ロックの嵌合穴９ｂへ圧入し固定するための金属環５６
と前記金属環５６とシリンダブロックの嵌合穴９ｂから
燃料が漏れるのを防止する、第３のリップ５９を長手方
向に設け、往復動シールを圧入するシリンダブロックの
嵌合穴端面でシールする様構成されている。

【００２２】前記第１リップ５７は吸入圧力の燃料をシ
ールするため、本往復動シール５５は、圧力による変形
防止する突起６０を第１リップ５７と第２リップ５８の
間に設けている。更に往復動シール５５の金属環５６は
前記第１リップ５７と第２リップ５８の間の内径側に伸
びている。前記往復動シール５５はゴム材から形成され
ており、燃料の膨潤による体積増加を引き起こす。この
ための前記金属環の内径部５６′と内径側のゴム厚を含
めた内径とプランジャ外径部との隙間部６２を設けない
と膨潤のために、この部分の面圧が高くなってしまう。

【００２３】よって、前記突起６０は金属環５６′の真
下に設けずに、ずらした所（Ｌ０＞０）に設けている。
更に、前記突起６０は吸入側圧力での第１リップ部の変
形を少なくするために設けるために、第１リップ側（Ｌ
２＞Ｌ１）に設けている。特に本実施例では第２リップ
から突起部までの距離Ｌ２を本ポンプのプランジャスト
ローク以上に設定している。

【００２４】更に、第２リップのスリッパ側はエンジン
の潤滑油が循環出来る様にオイルが貯えられた構造とな
っているため、貯えられたオイルにはすす等の異物が含
まれる。この異物が前記往復動シール５５の燃料側リッ
プで有る第１リップ並びに前記突起部に入ると燃料の低
粘度特性のためと、燃圧の影響による面圧による耐摩耗
性が低下する。

【００２５】このため、前記斜板室圧力Ｐ２は燃料側圧
力Ｐ１より低い値とし、オイル側異物が燃料へ進入しづ
らい構成としている。更に図３に示した様にオイルをシ
ールする第２リップの異物防止を性能を向上するため複
数のリップ５８＆５８′から構成も考えられる。

【００２６】上記のように、往復動部でオイルと燃料を
分離する構造にすることで、斜板室内をオイル潤滑にす
ることが可能になる。このようにオイルが常に斜板内に
貯留する構造とすることで、前記荷重を支持する軸受は
転がり軸受の採用が可能になった。特にスラスト軸受の
転がり軸受化ができ、駆動トルクの低減並びに摺動部の
信頼性が向上できる構造となっている。

【００２７】図４は、本発明の高圧ポンプを使用したと
きの燃料システム図を示した。往復動シール部を吸入圧
にすることで、図５に示した高圧ポンプと燃料タンクへ
のタンク圧維持のための連通路２００形成が必要でなく
なり、車両のエンジン部に取り付けられた高圧ポンプか
ら燃料タンクへの長い戻し配管を必要としない燃料シス
テムを構成することが出来る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば高圧燃料ポンプのシール
が良好となると共にシール部材の寿命を長くすることが
できるので信頼性の高い高燃料ポンプを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の縦断面。

【図２】往復動シール部詳細図。

【図３】往復動シール部別案図。

【図４】本発明ポンプを使用した燃料システム図。

【図５】従来の燃料システム図。

【符号の説明】

１…カップリング、３…ピン、５…シャフト、５ａ…斜
板面、７…スリッパ、７ａ…スリッパ中央穴、９…シリ
ンダブロック、１１…プランジャ、１３…ポンプ室、１
５…吸入室、１７…リアボディ、１９…吸入通路、２１
…フィルタ、２５…吸入バルブ用ボール、２７，３６…
スプリング、２８，３７…ストッパ、３０…プランジャ
スプリング、３３…吸入空間、３５…吐出バルブ用ボー
ル、３９…吐出室、４１…Ｏリング、４３…ラジアル軸
受、４５…スラスト軸受、４７…ボディ、５０…斜板
室、５２…オイル供給路、５５…往復動シール、５６…
金属環、５７…第１リップ、５８…第２リップ、６０…
突起、１００…低圧ポンプ、１０２…高圧圧力調整弁、
１０４…インジェクタ、２００…燃料タンク戻し通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ０２Ｍ 59/04 Ｆ０４Ｂ 21/04 Ｂ (72)発明者 橋田 稔 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 小野 好信 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 小瀧 理好 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 山村 武史 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G066 AB02 AD02 AD12 BA36 CA34 CD10 CE03 3H070 AA01 BB04 BB07 CC29 DD96 3H071 AA03 BB01 CC28 DD01 DD53

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復動プランジャと、このプランジャが滑
   合するシリンダを有し、前記プランジャの往復運動によ
   ってシリンダ内に容積の変化する加圧室が形成される高
   圧燃料ポンプにおいて、前記復動プランジャの外周に開
   口する孔とプランジャの加圧室側端に開口する孔とを連
   通する燃料供給通路を設け、前記プランジャがシリンダ
   から引き出される間に前記燃料供給通路を開く弁機構を
   設け、前記プランジャ外周に設けた孔の位置より、反加
   圧室側において、プランジャとシリンダとの間にシール
   部材を設けた高圧燃料ポンプ。
2. 【請求項２】エンジンの回転に同期して往復動するプラ
   ンジャと、往復動型高圧燃料ポンプにおいて、前記プラ
   ンジャとシリンダとの間にあって、当該プランジャが滑
   合するシリンダとを有する前記プランジャの進退方向に
   間隔をおいて形成された第１のリップと第２リップとを
   有するシール部材を設け、前記プランジャとシリンダで
   形成されるポンプ室側に位置する前記第１リップの外側
   に前記ポンプ室に燃料を導入する燃料吸入側通路部を形
   成したことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
3. 【請求項３】請求項１記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記シール部材の各リップは金属環に固着されており、
   当該金属環は前記プランジャの周囲のシリンダブロック
   に形成された孔の内周に嵌合され、保持されていること
   を特徴とする高圧燃料ポンプ。
4. 【請求項４】請求項２または３において、前記シール部
   材は、前記シリンダの入口開口端面に密着する環状の第
   ３のリップを有することを特徴とする高圧燃料ポンプ。
5. 【請求項５】請求項１または２記載の高圧燃料ポンプに
   おいて、前記プランジャの前記シリンダへの挿入側端面
   を曲面で形成したことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
6. 【請求項６】請求項１記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記部材は前記第１リップと第２のリップとの間に、プ
   ランジャ外周面側に突出する突起が一体に設けられてい
   ることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
7. 【請求項７】請求項６に記載の高圧燃料ポンプにおい
   て、前記突起を前記第１リップと第２リップの中央より
   第１リップ側へ設けたことを特徴とする高圧燃料ポン
   プ。
8. 【請求項８】請求項６に記載の高圧燃料ポンプにおい
   て、前記シール部材は金属環の前後に前記第１リップと
   第２リップが位置する様前記金属環に取り付けられたゴ
   ム材で構成され、当該ゴム材には前記突起が前記金属環
   より前記第１リップ側に設けられていることを特徴とす
   る高圧燃料ポンプ。
9. 【請求項９】燃料タンクから送られる燃料を加圧して噴
   射弁に送る高圧燃料ポンプにおいて、前記燃料タンクと
   高圧ポンプとの間は燃料給送通路でのみ接続したことを
   特徴とする高圧燃料ポンプ。