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JP6406035B2 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を加圧して圧送する高圧燃料ポンプに関する。
従来、エンジンに直接搭載するタイプの高圧燃料ポンプが公知である。
例えば、特許文献1に記載された高圧燃料ポンプは、ポンプボディにシリンダが形成され、そのシリンダ内に挿入されるプランジャがエンジン側のシャフトに設けられるカムに駆動されてシリンダ内を往復動する。なお、エンジン側のシャフトとは、例えば、クランクシャフト、バルブカムシャフト等である。
高圧の燃料を圧送する燃料ポンプは、駆動系のロバスト性を上げるためにオイル潤滑であることが望ましい。しかし、シリンダとプランジャとの摺動隙間を通じて燃料漏れやオイルの吸い上げが生じると、オイルの潤滑性の低下および燃料の性状低下に繋がる恐れがある。従って、オイル潤滑を行う高圧燃料ポンプでは、燃料漏れやオイルの吸い上げを防止するためにシール部材を設ける必要がある。
また、エンジンに直接搭載するタイプの高圧燃料ポンプは、エンジンへの組付け時にプランジャがシリンダ内から抜け落ちない構造にすることが望ましい。
特開2014−077361号公報
ところで、特許文献1の高圧燃料ポンプは、ポンプボディの下端面よりカム側へ突き出るプランジャの外周にシール部材が配置され、そのシール部材を保持するシールエレメントがポンプボディに形成された凹部に嵌め込まれ、且つ溶接によりポンプボディに固定される。また、プランジャがシリンダ内から抜け落ちることを防止するためのプランジャストッパを備え、このプランジャストッパがポンプボディの下端部に形成される嵌合孔に嵌合して取り付けられる。
しかし、上記の構成では、シールエレメントを嵌め込むための凹部およびプランジャストッパを取り付けるための嵌合孔を構成する上でポンプボディへの複雑な加工が必要となる。また、シールエレメントをポンプボディに溶接により固定するので、ポンプボディの変形が懸念される。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ポンプボディへの複雑な加工を行うことなく、シール部材の固定およびプランジャの抜け落ちを防止できる高圧燃料ポンプを提供することにある。
本発明の第1の態様は、エンジン側のポンプ取付け孔に挿入されるポンプ挿入部を有するポンプボディと、このポンプボディの軸方向に延びて形成され、その軸方向の一端側に加圧室を構成し、軸方向の他端側がポンプ挿入部の軸方向端面に開口するシリンダと、このシリンダ内に挿入され、エンジン側のカム軸に駆動されてシリンダ内を往復動するプランジャと、シリンダとプランジャとの摺動隙間を通じて加圧室の燃料がエンジン側へ漏れることを防止すると共に、エンジン側の潤滑油が摺動隙間を通じて加圧室へ流れ込むことを防止するシール部材と、このシール部材を軸方向の所定位置に保持すると共に、エンジン側への組み付け時にプランジャがシリンダ内から抜け落ちることを直接または間接的に防止する固定部材とを備え、この固定部材は、ポンプ挿入部の端部に圧入固定される圧入円筒部を有し、プランジャは、シリンダ内よりカム側へ突き出る軸方向の他端側に段差を有して外径が小さく形成される小径筒部を有し、固定部材は、圧入円筒部より他端側の内周に段付き部が設けられ、段付き部にプランジャの段差が係合することでプランジャの抜け落ちを防止し、シール部材は、段付き部よりも加圧室側で保持される
本発明の第2の態様によれば、固定部材は、圧入円筒部より他端側の内周に環状溝が形成され、環状溝に取り付けられるスナップリングにプランジャの段差が係合することでプランジャの抜け落ちを防止し、シール部材は、スナップリングよりも加圧室側で保持される。
上記の構成によれば、固定部材を溶接によってポンプボディに固定する必要がないので、ポンプボディの変形を防止できる。また、固定部材は、ポンプ挿入部の端部に圧入によって固定されるので、ポンプボディへの複雑な加工を行う必要がない。言い換えると、ポンプボディへの加工を最小限に抑えることが可能であり、加工コストの低減を図ることができる。さらに、固定部材は、シール部材を保持するだけでなく、エンジン側への組み付け時にプランジャがシリンダ内から抜け落ちることを防止できるので、従来技術である特許文献1と比較して部品点数の削減が可能である。ちなみに、特許文献1では、シール部材を保持する部品と、プランジャがシリンダ内から抜け落ちることを防止する部品とを別々に設ける必要があるため、部品点数が多くなる。
実施例1に係る高圧燃料ポンプの断面図である。 実施例1に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。 実施例2に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。 実施例3に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。 参考例に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。 実施例4に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。 実施例5に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。 実施例6に係る固定部材とその周辺の構成を示す断面図である。
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
〔実施例1〕
高圧燃料ポンプ1は、図1に示すように、エンジン側に取り付けられるポンプボディ2を備え、このポンプボディ2の一部を構成するポンプ挿入部2aがエンジン側のポンプ取付け孔3aに挿入される。ポンプ取付け孔3aは、例えばエンジンブロック3に円筒状に形成される。
ポンプボディ2には、軸方向(図1の上下方向)に延びる円筒孔(以下、シリンダ4と呼ぶ)が形成され、そのシリンダ4内にプランジャ5が摺動自在に挿入される。
シリンダ4は、軸方向の一端側に加圧室6を構成し、軸方向の他端側がポンプ挿入部2aの端面に開口している。加圧室6には、吸入弁7によって開閉される吸入通路8と、吐出弁9によって開閉される吐出通路10とが接続される。
吸入弁7は、電磁ソレノイド11のオン/オフ動作に応じて吸入通路8を開閉する。すなわち、電磁ソレノイド11がオフ(無通電)の時は、電磁ソレノイド11に内蔵される第1のスプリング(図示せず)の反力が弁ロッド12に作用する第2のスプリング13の反力に打ち勝つことにより、吸入弁7がシート面14からリフトして吸入通路8を開く。一方、電磁ソレノイド11がオン(通電)の時は、第1のスプリングの反力に抗してプランジャロッド15が図示上方へ移動するため、第2のスプリング13の反力により吸入弁7がシート面14に着座して吸入通路8を閉じる。
吐出弁9は、吐出通路10に形成される円錐状のシート面16に着座して吐出通路10を閉じる弁体9aと、この弁体9aをシート面16へ向けて付勢するスプリング9bとで構成される。この吐出弁9は、加圧室6の燃料圧力が所定の圧力以上まで上昇すると、スプリング9bの付勢力に抗して弁体9aがシート面16からリフトすることで吐出通路10を開く。
プランジャ5は、シリンダ4内より突き出る他端側に段差5aを有して外径が小さく形成される小径筒部5bを有する。以下、プランジャ5の段差5aより軸方向の一端側をプランジャ摺動部5cと呼ぶ。このプランジャ5は、小径筒部5bの端部にロアシート17が取り付けられ、このロアシート17に加わるプランジャスプリング18の反力によりタペット19側へ付勢されている。
プランジャスプリング18は、ポンプ挿入部2aに形成される環状のガイド孔2bに一端側が収容されて、その一端側のスプリング端面がガイド孔2bの底面に支持され、他端側のスプリング端面がロアシート17に支持されている。
タペット19は、シャフト20に設けられるカム21の外周面に当接するローラ19aと、ブッシュ19bを介してローラ19aを回転自在に支持するタペット軸19cと、このタペット軸19cの両端を支持する円筒状のタペットボディ19dより構成され、タペットボディ19dの外周がポンプ取付け孔3aの内周に摺動可能に嵌合している。なお、シャフト20は、エンジン側に設けられるシャフト20であり、例えばクランクシャフトあるいはバルブカムシャフト等である。このタペット19は、シャフト20の回転によりカム21の外周上をローラ19aが回転しながらタペットボディ19dがポンプ取付け孔3aの内周を軸方向に移動することにより、カム21の回転運動を直線運動に変換してプランジャ5に伝達する。
ポンプ挿入部2aの端面よりカム21側へ突き出るプランジャ摺動部5cの外周には、後述する固定部材22との間にシール部材23が配置される。
シール部材23は、シリンダ4とプランジャ5との摺動隙間を通じて加圧室6の燃料がエンジン側へ漏れることを防止すると共に、エンジン側の潤滑油が摺動隙間を通じて加圧室6へ流れ込む(吸い上げられる)ことを防止する。このシール部材23は、プランジャ5の移動に対して摺動抵抗を小さくできる材料、例えばPTFE(4フッ化エチレン樹脂)によってリング状に形成され、図2に示すように、内周面にリップ23aが設けられる。また、シール部材23には、内部に板バネ24が組み込まれており、この板バネ24の弾力によってリップ23aがプランジャ5の外周面に押圧される。
固定部材22は、ポンプ挿入部2aの端部に固定されてシール部材23を保持すると共に、高圧燃料ポンプ1をエンジン側に組み付ける際(例えば、ポンプ挿入部2aをポンプ取付け孔3aへ挿入する際)に、プランジャ5がシリンダ4内から抜け落ちること(以下、プランジャ5の抜け落ちと言う)を防止する働きを有する。
この固定部材22は、図2に示すように、軸方向の一端側(図示上側)から他端側に向かって内径が段階的に小さく形成される円筒形状を有する。最も内径が大きく形成される一端側に圧入円筒部22aが設けられ、この圧入円筒部22aをポンプ挿入部2aの外周に圧入して固定される。圧入円筒部22aより軸方向の他端側には、シール部材23の外径と略同一寸法の内径を有するプランジャシール部22bが設けられ、このプランジャシール部22bの内周とプランジャ摺動部5cの外周との間に形成される環状のシール空間にシール部材23が配置される。シール部材23は、外周面が板バネ24の弾力を受けてプランジャシール部22bの内周面に密着すると共に、内周面に設けられるリップ23aがプランジャ摺動部5cの外周面に所定の締め代を有して押圧される。
プランジャシール部22bより軸方向の他端側には、プランジャ5の外周に形成される段差5aに係合する段付き部22cが設けられる。この段付き部22cは、プランジャ摺動部5cを摺動自在に挿通する挿通孔22dと、小径筒部5bを摺動自在に挿通する小径孔22eとの間に形成され、プランジャ5の段差5aに係合することでプランジャ5の抜け落ちを防止する。
続いて、高圧燃料ポンプ1の作動を説明する。
なお、カム21の回転運動に伴いプランジャ5がシリンダ4内を他端側から一端側へ移動した時の最大移動位置を上死点と呼び、シリンダ4内を一端側から他端側へ移動した時の最大移動位置を下死点と呼ぶ。
1)燃料の吸入行程
電磁ソレノイド11に通電されていない時、つまり吸入弁7が開弁している状態でプランジャ5がシリンダ4内を上死点から下死点へ向かって移動すると、加圧室6の圧力低下に伴い、図示しない低圧ポンプより供給される燃料が吸入通路8を通って加圧室6に吸入される。
2)燃料の吐出行程
プランジャ5が下死点に到達した後、下死点から上死点へ向かってシリンダ4内を移動する際、必要吐出量に応じて電磁ソレノイド11に通電される。この電磁ソレノイド11への通電により吸入弁7が閉弁すると、プランジャ5の移動に伴い加圧室6の燃料が加圧されて燃料圧力が上昇する。加圧室6の燃料圧力が吐出弁9の開弁圧を上回る所定の圧力以上まで上昇すると、吐出弁9が開弁することにより加圧室6の燃料が吐出通路10を通って吐出される。
高圧燃料ポンプ1より吐出される燃料は、例えばコモンレールに蓄圧されて、コモンレールよりエンジンの各気筒に設けられるインジェクタへ供給される。
〔実施例1の作用および効果〕
1)実施例1の高圧燃料ポンプ1は、一つの固定部材22によってシール部材23を保持すると共に、プランジャ5の抜け落ちを防止できるので、従来技術(特許文献1)と比較して部品点数を削減できる。
2)シール部材23は、固定部材22に設けられるプランジャシール部22bの内周とプランジャ摺動部5cの外周との間に形成される環状のシール空間に配置されるので、ポンプボディ2にプランジャシール部を構成する必要がない。すなわち、ポンプボディ2にプランジャシール部を構成するための加工が不要である。また、固定部材22をポンプ挿入部2aの端部に圧入により固定するので、固定部材22を固定するための複雑な加工をポンプボディ2に施す必要がなく、加工コストを低く抑えることができる。さらに、固定部材22をポンプボディ2に固定する手段として溶接を採用していないので、溶接によるポンプボディ2の変形を回避できる。
3)ポンプボディ2にプランジャシール部を構成するのではなく、固定部材22にプランジャシール部22bを構成しているので、リーク燃料(加圧室6からシリンダ4とプランジャ5との摺動隙間に漏れる燃料)を回収するための燃料回路をポンプボディ2に容易に形成できる。
以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例1と共通する部品および構成を示すものは、実施例1と同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。
〔実施例2〕
実施例2は、図3に示すように、ポンプ挿入部2aの端部にプランジャシール部2cを設けた事例であり、プランジャシール部2cの内周とプランジャ摺動部5cの外周との間に形成される環状のシール空間にシール部材23を配置している。
固定部材22は、実施例1と同様に、圧入円筒部22aをポンプ挿入部2aの外周(プランジャシール部2cの外周)に圧入して固定される。
この実施例2の構成によれば、固定部材22の圧入円筒部22aをプランジャシール部2cの外周に圧入し、そのプランジャシール部2cの内周にシール部材23が配置されるので、固定部材22をポンプ挿入部2aに圧入することによりシリンダ4とプランジャ5との摺動隙間に与える影響を小さくできる。なお、プランジャ5の抜け落ち防止は、実施例1と同じく、固定部材22の内周に設けられる段付き部22cをプランジャ5の外周に形成される段差5aに係合して行う。
〔実施例3〕
実施例3は、図4に示すように、ポンプ挿入部2aの端部にプランジャシール部2cを設けると共に、そのプランジャシール部2cより他端側の内周に固定部材22の圧入円筒部22aを圧入する事例である。ポンプ挿入部2aには、シール部材23の外径と略同一寸法の内径を有して軸方向の端面に開口する拡径孔2dが形成され、その拡径孔2dの一端側外周にプランジャシール部2cが構成される。
シール部材23は、実施例2と同様に、プランジャシール部2cを構成する拡径孔2dの内周とプランジャ摺動部5cの外周との間に形成される環状のシール空間に配置される。
固定部材22は、圧入円筒部22aが内径側に設けられ、その圧入円筒部22aが拡径孔2dの他端側内周に圧入される。
この実施例3の構成では、固定部材22に設けられる圧入円筒部22aの外径をシール部材23の外径と同一寸法に設定することで、ポンプ挿入部2aに形成される拡径孔2dの内径を一端側から他端側まで同一寸法にできる。つまり、シール部材23が配置される部分と圧入円筒部22aが圧入される部分とで拡径孔2dの内径を変える必要がなく、精密加工部である拡径孔2dを一か所に集中して形成できるので、ポンプボディ2への加工が容易である。
また、固定部材22の圧入円筒部22aをポンプ挿入部2aの内径側(拡径孔2dの内周)に圧入するので、シリンダ4の内径を他端側へ向かって僅かに末広がりに変形させることができ、シリンダ4とプランジャ5との摺動部分の焼き付け性を改善できる。なお、プランジャ5の抜け落ち防止は、実施例1と同じく、固定部材22の内周に設けられる段付き部22cをプランジャ5の外周に形成される段差5aに係合して行う。
参考例
参考例は、図5に示すように、プランジャシール部22bを固定部材22に設けると共に、ポンプ挿入部2aに対する圧入円筒部22aを固定部材22の内径側に設けた事例である。
固定部材22は、軸方向の他端側にプランジャシール部22bが設けられ、軸方向の一端側に圧入円筒部22aが設けられる。
シール部材23は、プランジャシール部22bの内周とプランジャ摺動部5cの外周との間に形成される環状のシール空間に配置され、同空間より図示下方へ脱落しないようにプランジャシール部22bの内周面に押圧されている。
この参考例の構成では、シール部材23をポンプボディ2と固定部材22との間に保持しなくても良いので、圧入円筒部22aをポンプ挿入部2aの内径側に圧入する場合でも、ポンプボディ2への加工を最小限に抑えることができる。なお、プランジャ5の抜け落ち防止は、実施例1と同じく、固定部材22の内周に設けられる段付き部22cをプランジャ5の外周に形成される段差5aに係合して行う。
以下の実施例4〜6は、いずれも固定部材22によりスナップリング25を介してプランジャ5の抜け落ちを防止する事例である。
実施例4
実施例4の固定部材22は、図6に示すように、実施例1に記載した段付き部22cを無くして環状溝22fが形成され、この環状溝22fに装着されるスナップリング25を介してプランジャ5の抜け落ちを防止する。固定部材22に設けられる圧入円筒部22a及びプランジャシール部22bの構成は実施例1と同じであり、スナップリング25を利用してプランジャ5の抜け落ちを防止すること以外は、実施例1と同様の効果を得ることができる。
実施例5
実施例5の固定部材22は、図7に示すように、実施例2に記載した段付き部22cを無くして環状溝22fが内周に形成され、この環状溝22fに装着されるスナップリング25を介してプランジャ5の抜け落ちを防止する。固定部材22に設けられる圧入円筒部22a及びポンプ挿入部2aに設けられるプランジャシール部2cの構成は実施例2と同じであり、スナップリング25を利用してプランジャ5の抜け落ちを防止すること以外は、実施例2と同様の効果を得ることができる。
実施例6
実施例6の固定部材22は、図8に示すように、実施例3に記載した段付き部22cを無くして環状溝22fが内周に形成され、この環状溝22fに装着されるスナップリング25を介してプランジャ5の抜け落ちを防止する。固定部材22に設けられる圧入円筒部22a及びポンプ挿入部2aに設けられるプランジャシール部2cの構成は実施例3と同じであり、スナップリング25を利用してプランジャ5の抜け落ちを防止すること以外は、実施例3と同様の効果を得ることができる。
〔変形例〕
実施例1に記載したシール部材23は、PTFE(4フッ化エチレン樹脂)によってリング状に形成され、その内部に板バネ24を組み込んでいるが、この構成に限定するものではなく、例えば、PTFEによるリング状部品と、そのリング状部品の外径側に配置されるゴム製のOリングとを組み合わせて構成することもできる。
1 高圧燃料ポンプ
2 ポンプボディ
2a ポンプ挿入部
3a ポンプ取付け孔
4 シリンダ
5 プランジャ
5a 段差
5b 小径筒部
6 加圧室
20 シャフト
21 カム
22 固定部材
22a 圧入円筒部
22c 段付き部
22f 環状溝
23 シール部材
25 スナップリング

Claims (6)

  1. エンジン側のポンプ取付け孔(3)に挿入されるポンプ挿入部(2a)を有するポンプボディ(2)と、
    このポンプボディ(2)の軸方向に延びて形成され、その軸方向の一端側に加圧室(6)を構成し、軸方向の他端側が前記ポンプ挿入部(2a)の軸方向端面に開口するシリンダ(4)と、
    このシリンダ(4)内に挿入され、前記エンジン側のシャフト(20)に設けられるカム(21)に駆動されて前記シリンダ(4)内を往復動するプランジャ(5)と、
    前記シリンダ(4)と前記プランジャ(5)との摺動隙間を通じて前記加圧室(6)の燃料が前記エンジン側へ漏れることを防止すると共に、前記エンジン側の潤滑油が前記摺動隙間を通じて前記加圧室(6)へ流れ込むことを防止するシール部材(23)と、
    このシール部材(23)を軸方向の所定位置に保持すると共に、前記エンジン側への組み付け時に前記プランジャ(5)が前記シリンダ(4)内から抜け落ちること(以下、プランジャ(5)の抜け落ちと言う)を直接または間接的に防止する固定部材(22)とを備え、この固定部材(22)は、前記ポンプ挿入部(2a)の端部に圧入固定される圧入円筒部(22a)を有し、
    前記プランジャ(5)は、前記シリンダ(4)内より前記カム(21)側へ突き出る軸方向の他端側に段差(5a)を有して外径が小さく形成される小径筒部(5b)を有し、
    前記固定部材(22)は、前記圧入円筒部(22a)より他端側の内周に段付き部(22c)が設けられ、この段付き部(22c)に前記プランジャ(5)の段差(5a)が係合することで前記プランジャ(5)の抜け落ちを防止し、
    前記シール部材(23)は、前記段付き部(22c)よりも前記加圧室(6)側で保持されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  2. エンジン側のポンプ取付け孔(3)に挿入されるポンプ挿入部(2a)を有するポンプボディ(2)と、
    このポンプボディ(2)の軸方向に延びて形成され、その軸方向の一端側に加圧室(6)を構成し、軸方向の他端側が前記ポンプ挿入部(2a)の軸方向端面に開口するシリンダ(4)と、
    このシリンダ(4)内に挿入され、前記エンジン側のシャフト(20)に設けられるカム(21)に駆動されて前記シリンダ(4)内を往復動するプランジャ(5)と、
    前記シリンダ(4)と前記プランジャ(5)との摺動隙間を通じて前記加圧室(6)の燃料が前記エンジン側へ漏れることを防止すると共に、前記エンジン側の潤滑油が前記摺動隙間を通じて前記加圧室(6)へ流れ込むことを防止するシール部材(23)と、
    このシール部材(23)を軸方向の所定位置に保持すると共に、前記エンジン側への組み付け時に前記プランジャ(5)が前記シリンダ(4)内から抜け落ちること(以下、プランジャ(5)の抜け落ちと言う)を直接または間接的に防止する固定部材(22)とを備え、この固定部材(22)は、前記ポンプ挿入部(2a)の端部に圧入固定される圧入円筒部(22a)を有し、
    前記プランジャ(5)は、前記シリンダ(4)内より前記カム(21)側へ突き出る軸方向の他端側に段差(5a)を有して外径が小さく形成される小径筒部(5b)を有し、
    前記固定部材(22)は、前記圧入円筒部(22a)より他端側の内周に環状溝(22f)が形成され、この環状溝(22f)に取り付けられるスナップリング(25)に前記プランジャ(5)の段差(5a)が係合することで前記プランジャ(5)の抜け落ちを防止し、
    前記シール部材(23)は、前記スナップリング(25)よりも前記加圧室(6)側で保持されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  3. 請求項1または請求項2に記載した高圧燃料ポンプ(1)において、
    前記圧入円筒部(22a)は、前記ポンプ挿入部(2a)の外径側に圧入されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  4. 請求項1または請求項2に記載した高圧燃料ポンプ(1)において、
    前記圧入円筒部(22a)は、前記ポンプ挿入部(2a)の内径側に圧入されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  5. 請求項1ないし請求項4の内のいずれか1つに記載した高圧燃料ポンプ(1)において、
    前記固定部材(22)は、前記プランジャ(5)の外周との間に環状のシール空間を形成し、そのシール空間に前記シール部材(23)が配置されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  6. 請求項1ないし請求項4の内のいずれか1つに記載した高圧燃料ポンプ(1)において、
    前記ポンプ挿入部(2a)は、前記プランジャ(5)の外周との間に環状のシール空間を形成し、そのシール空間に前記シール部材(23)が配置されることを特徴とする高圧燃料ポンプ
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