JP3815324B2 - 内燃機関の燃料加圧ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料加圧ポンプに関し、特に、燃料加圧ポンプ内に設けられ、燃料の漏洩を防止するシール部材の耐久性を向上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
筒内に燃料を直接噴射する筒内直噴式内燃機関においては、燃料ポンプにより燃料タンクから燃料噴射弁(インジェクタ)に圧送される燃料の圧力を十分に高い圧力(例えば、5〜15MPa)まで加圧する必要があるため、カムシャフトに連結された機械式の燃料加圧ポンプを併用するものが知られている。かかる燃料加圧ポンプは、機関の吸・排気弁用のカムシャフトに追加されたポンプ駆動用カムによってシリンダ内でプランジャを往復動作させ、シリンダ端部に形成される加圧室の容積を変化させることにより燃料を加圧するのである。
【0003】
この種の燃料加圧ポンプを備えた燃料供給装置は、燃料の漏洩を防止するためのシール部材と余剰燃料を燃料タンクへ戻すリターン通路を有しており、また、前記シール部材がポンプ吐出行程中の圧力変動の影響を直接受けないように、シール部材近傍に形成される燃料溜り部と前記リターン通路とを連通させて加圧室からの圧力を逃がすようにしている。
【0004】
一方、前記リターン通路を廃止したいわゆるリターンレス式の燃料供給装置も従来から提案されている(特開2000−110685号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなリターンレス式の燃料供給装置においては、リターン通路を介して圧力を逃がす(開放する)ことができないため、ポンプ吐出行程中の圧力変動の影響をシール部材が直接受けることになり、シール部材の耐久性が著しく低下してしまうという問題がある。
【0006】
また、前記シール部材近傍に形成される燃料溜り部に燃料が循環せずに常時滞留することになるため、機関からの熱やプランジャの往復動に伴う摺動発熱によって燃料温度が上昇し、シール部における潤滑液膜厚さが小さくなってしまいシール部材の摩耗、熱劣化が加速するという問題もある。
そこで、本発明はこのような問題に着目してなされたものであり、リターンレス式の燃料供給装置においても、シール部材の耐久性を確保して燃料の漏洩を確実に防止できる内燃機関の燃料加圧ポンプを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の燃料加圧ポンプは、シリンダと、該シリンダに摺動可能に嵌合され、その往復動によって前記シリンダの一端部に形成される加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、前記加圧室に燃料を供給する燃料供給通路と、前記シリンダと前記プランジャとが摺動する摺動部外の位置で、シリンダ内周面とプランジャの外周面との間をシールするシール部材と、前記シリンダ、前記プランジャ及び前記シール部材によって形成される燃料溜り部と、該燃料溜り部と前記燃料供給通路とを連通する連通路と、前記シリンダと前記プランジャとが摺動する摺動部に、前記シリンダと前記プランジャとの嵌合隙間よりも部分的に大きな隙間を形成する第2の燃料溜り部と、該第2の燃料溜り部と前記燃料供給通路とを連通する第2の連通路と、を備え、前記燃料溜り部と前記第2の燃料溜り部は、前記加圧室から離れるほどその容積が大きくなるよう形成されることを特徴とする。
【0008】
ここで、前記第2の燃料溜り部を前記シリンダの軸方向に複数備えるように構成してもよい。
【0009】
また、前記燃料溜り部が、前記シール部材の外径よりも大きな外径を有するよう形成されるようにしてもよい。
【0010】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の燃料加圧ポンプによれば、シール部材に対して加圧室側に形成される燃料溜り部と、これと燃料供給通路を連通する連通路を備えるので、リターン通路を有さない燃料加圧ポンプにおいても、ポンプ吐出行程に発生する圧力を燃料供給通路に開放することができ、シール部材に伝達される燃料圧力の変動を抑制できる。これにより、シール部材の耐久性を効果的に向上させることができ、より長い期間に亘ってシール性を維持できる。
【0011】
また、前記燃料溜り部の燃料が前記燃料供給通路を介して循環するため、燃料溜り部に燃料が滞留するような事態を回避でき、燃料溜り部(すなわち、シール部材近傍)の燃料の温度上昇によって生じるシール部材の熱劣化や異常な摩耗を防止できる。
更に、シリンダとプランジャとが摺動する摺動部に、シリンダとプランジャとの嵌合隙間よりも部分的に大きな隙間を形成する第2の燃料溜り部と、これと燃料供給通路を連通する第2の連通路を備えるので、前記燃料溜り部に加えて、かかる第2の燃料溜り部を介しても、発生した圧力を燃料供給通路に開放できるので、前記シール部材への燃圧変動の伝達をより効果的に抑制できる。
そして、特に、前記燃料溜り部と前記第2の燃料溜り部は、機関に近い側の加圧室から離れるほどその容積が大きく形成されるので、機関からシール部材へと伝達される熱の冷却効果を向上させることができ、シール部材への機関からの熱伝達を更に効果的に抑制できる。
【0012】
ここで、請求項2に係る発明のように、前記第2の燃料溜り部をシリンダ軸方向に複数備えるようにすれば、各燃料溜り部において、発生した圧力を燃料供給通路に開放できるので、前記シール部材への燃圧変動の伝達を更に効果的に抑制できる。また、燃料加圧ポンプが機関のシリンダヘッドに取り付けられる場合においては、該シリンダヘッドからの熱がポンプボディ(ポンプハウジング)を介してシール部材へと伝達されることになるが、その熱伝達経路となるポンプボディと燃料とが接触する面積を増大させることになり、シール部材への機関からの熱伝達についても効果的に抑制できる。
【0013】
また、請求項3に係る発明によれば、前記燃料溜り部が前記シール部材の外径よりも大きな外径を有するよう形成されるので、シリンダとプランジャとの摺動部長さを可能な限り確保してプランジャ倒れを防止すると共に、燃料溜り部の容積を増加させて前記シール部材への燃料圧力変動の低減効果(ダンピング効果)及び機関側から伝達される熱の冷却効果をより効果的に発揮できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す内燃機関の燃料供給装置の概略構成図である。図に示すように、この燃料供給装置1は、燃料タンク2と、低圧燃料ポンプユニット3と、燃料加圧ポンプ4と、インジェクタ5と、エンジンコントロールユニット(ECU)6と、を備えて構成される。なお、低圧燃料ポンプユニット3と燃料加圧ポンプ4とは低圧燃料通路7により接続されており、燃料加圧ポンプ4とインジェクタ5とは高圧燃料通路8により接続されている。
【0015】
前記低圧燃料ポンプユニット3は、燃料タンク2内に設置され、フィードポンプ31と、燃料フィルタ32と、低圧プレッシャーレギュレータ33と、を含んで構成されている。
フィードポンプ31は燃料タンク2内の燃料を吐出し、燃料フィルタ32はフィードポンプ31により吐出された燃料をろ過する。また、低圧プレッシャーレギュレータ33は低圧燃料通路7にバイパスして設けられており、燃料の圧力を一定の低圧に調整する。
【0016】
前記燃料加圧ポンプ4は、図1、2に示すように、ポンプ本体41と、電磁制御弁42と、吐出チェック弁43と、を含んで構成されている。
ポンプ本体41は、機関(エンジン)のシリンダヘッド等に取り付けられるポンプハウジング44を有しており、該ポンプハウジング44には、円筒状のシリンダ441が形成されている。
【0017】
このシリンダ441には、円柱状のプランジャ45が摺動可能に嵌合されており、シリンダ441の上部(図で見て上側)の閉塞端の内壁面と該プランジャ45の頂面45aとによって加圧室442が画成される。前記プランジャ45に接続するタペット46は、リターンスプリング47によって、ポンプ駆動用カム9aが形成された機関の吸・排気弁駆動用のカムシャフト9側に常時付勢されており、該カムシャフト9が回転することにより、プランジャ45が矢印方向(Y−Y')に往復動して加圧室442内の燃料を加圧する。
【0018】
また、前記ポンプハウジング44には、前記低圧燃料通路7に接続する燃料供給通路443と前記高圧燃料通路8に接続する燃料吐出通路444とが形成されており、該燃料供給通路443及び燃料吐出通路44は、それぞれ連通部445、446により前記加圧室442に連通している。
前記燃料供給通路443と加圧室442とを連通する連通部445は、前記電磁制御弁42により開閉される。すなわち、リターンスプリング423の付勢力により弁体421が着座している閉弁状態からソレノイド422に通電することにより弁体421を前記付勢力に抗して移動させて開弁状態とする。
【0019】
また、前記燃料吐出通路444内には、該燃料吐出通路444と加圧室442とを連通する連通部446を開閉する吐出チェック弁43が設けられており、前記加圧室442内の燃圧が前記高圧燃料通路8内の燃圧よりも高くなったときに開弁状態となる。
更に、前記シリンダ441の開放端側、すなわち、前記加圧室442と反対側には、該シリンダ441よりも大きな径を有し、かつ、シリンダ441と同軸の補助シリンダ447が連続して形成されており、この補助シリンダ447内にはシール部材48が配設されている(なお、前記シリンダ441と補助シリンダ447とを併せて、単にシリンダと表現する場合もある)。
【0020】
前記シール部材48は、例えば、ゴム製のシールリップ48aと該シールリップ48aが取り付けられる支持部材48bとからなり、支持部材48bを前記補助シリンダ447の内周面に対して固定し、シールリップ48aを前記プランジャ45の外周面に圧接させることにより、シリンダ内周面(補助シリンダ447の内周面)とプランジャ45の外周面との間をシールし、該シール部材48よりも加圧室442側からの燃料の漏洩を防止すると共に、カムシャフト9側からの潤滑油のシリンダ441内への浸入を防止している。そして、図に示すように、前記シリンダ441、プランジャ45及びシール部材48によって燃料溜り部448が形成される。
【0021】
また、前記シリンダ441とプランジャ45が摺動する摺動部には、シリンダ441とプランジャ45の嵌合隙間よりも部分的に大きな隙間を有するように第2の燃料溜り部449が形成されている。なお、かかる第2の燃料溜り部449は、図3(a)に示すように、シリンダ441側に設けた溝部441aとプランジャ45の外周面によって形成するよう構成してもよく、図3(b)に示すように、プランジャ45側に設けた溝部45aとシリンダ441の内周壁によって形成するよう構成してもよい。更に、図3(c)に示すように、シリンダ441、プランジャ45双方に設けた溝部441a、45aによって形成するよう構成してもよい。
【0022】
そして、本実施形態の特徴的な構成として、前記ポンプハウジング44には、前記燃料溜り部448と燃料供給通路443とを連通する第1の連通路450及び前記第2の燃料溜り部449と燃料供給通路443とを連通する第2の連通路451が形成されている。
前記インジェクタ5は、機関の各気筒に設けられており、所定の噴射タイミングで送信されるパルス信号に応じて開弁制御され、燃圧調整された燃料を各気筒の燃焼室内に噴射供給する。なお、噴射されずに残った余剰燃料は、リリーフ通路10、リリーフバルブ11を介して燃料タンク2に戻される。
【0023】
前記エンジンコントロールユニット6は、前記高圧燃料通路8に設けられた燃圧センサ13を含む各種センサからの入力信号に基づく所定の演算処理により燃料噴射制御等の各種制御を実行する。従って、前記フィードポンプ31、電磁制御弁42、インジェクタ5は、エンジンコントロールユニット6からの制御信号によって駆動される。
【0024】
次に、以上のように構成された燃料供給装置の動作について説明する。
燃料タンク2内の燃料は、前記低圧燃料ポンプユニット3より低圧に調整されて低圧燃料通路7に送り出される。
前記カムシャフト9のプロフィールによりプランジャ45が下降(矢印Y'方向)する吸入行程では、前記電磁制御弁42が開弁するように制御され、前記燃料供給通路443を介して加圧室442内に低圧燃料が送り込まれる。このとき、加圧室442内に送り込まれる燃圧よりも前記高圧燃料通路8内の燃圧の方が高いため、吐出チェック弁43は閉弁状態となる。
【0025】
一方、プランジャ45が上昇(矢印Y方向)する吐出行程では、前記電磁制御弁42が閉弁するように制御される(すなわち、電磁制御弁42のソレノイド422への通電を停止する)。なお、電磁制御弁42の開弁時期を調節することにより燃料加圧ポンプ4から吐出される燃料の量を調整する。
そして、電磁制御弁42が閉弁した後は、プランジャ45の上昇に伴い加圧室442内の燃料が加圧されるため、吐出チェック弁43が開弁して高圧燃料が吐出され、高圧燃料通路8を介してインジェクタ5に送られる。
【0026】
かかる吐出行程において、前記加圧室442内で発生する圧力(波)は、図4に示すように、シリンダ441とプランジャ45との嵌合隙間で形成されるオリフィスを通って、減衰されながらシール部材48まで伝達される。なお、図4において、燃料供給通路443(入口部)の燃圧がP1、加圧室442内の燃圧がP2、第2の燃料溜り部449よりも加圧室442側のシリンダ441とプランジャ45との摺動部(嵌合隙間内)の燃圧がP3、第2の燃料溜り部449よりもカムシャフト9側のシリンダ441とプランジャ45との摺動部(嵌合隙間内)の燃圧がP4、燃料溜り部448内の燃圧がP5である。
【0027】
ここで、本実施形態においては、上述したように、燃料溜り部448と燃料供給通路443とを連通する第1の連通路450を備えるので、加圧室442内で発生した圧力波が(低圧の)燃料供給通路443へと開放され、かかる第1の連通路450を備えずに燃料溜り部448が閉塞端となっている場合(P4→P5')に比べ、圧力低減効果が大きい(P4→P5)。
【0028】
これにより、加圧室422内で発生する圧力変動のシール部材48への影響を効果的に抑制することができ、シール部材48の耐久性を向上させることができる。
なお、前記燃料溜り部448の容積を大きくすることで、ダンピング効果によって更に大きな圧力低減効果を得ることが可能となる。この場合は、図5に示すように、燃料溜り部448の径Dをシール部材48の外径Dsよりも大きくして容積を増やすようにする。このようにして燃料溜り部448の容積を増やせば、シリンダ441とプランジャ45との摺動部長さLを確保してプランジャ45倒れによるシリンダ441及びプランジャ45の摩耗等を防止しつつ、前記圧力低減効果を向上させることができる。
【0029】
また、前記燃料溜り部448内の燃料が滞留することなく循環するようになるので、シール部材48近傍における燃料温度の上昇を防止でき、燃料温度の上昇に伴う不具合(シール部材48の熱劣化、シールリップ48aの異常摩耗等)を回避できる。
更に、本実施形態においては、シリンダ441とプランジャ45との摺動部に設けられる第2の燃料溜り部449と前記燃料供給通路443とを連通する第2の連通路451を備えるので、かかる部分においても前記圧力波が燃料供給通路443に開放され、かかる第2の連通路451を備えない場合(P3→P4')よりも圧力低減効果が大きい(P3→P4)。
【0030】
これにより、シール部材48への前記圧力変動の影響をより効果的に抑制することができ、シール部材48の耐久性を更に向上させることができる。
なお、以上の説明で用いた燃料加圧ポンプ4は、シリンダ441、プランジャ45及びシール部材48で形成される燃料溜り部448の他に、シリンダ441とプランジャ45との摺動部に形成される第2の燃料溜り部449を1つ有する構成のものであるが、図6に示すように、シリンダ441とプランジャ45との摺動部に、前記第2の燃料溜り部を複数有する構成としてもよい。この場合、各燃料溜り部(449a〜449c)と燃料供給通路443とを連通するように、それぞれの連通路(451a〜451c)が形成される。
【0031】
このようにすれば、前記圧力波が各燃料溜り部(449a〜449c)を介して燃料供給通路443に開放されるので、前記圧力低減効果をより向上させることができる。また、シリンダヘッド(図示省略)からの熱のシール部材48への熱伝達経路となるポンプハウジング44が、燃料と接する面積を増加させることができるので、機関の熱に対する冷却効果が向上し、シール部材48の熱劣化を抑制できる。これにより、シール部材48の耐久性をより向上させることができる。
【0032】
更に、図7に示すように、前記燃料溜り部448及び複数の第2の燃料溜り部(449'a〜449'c)の容積を、加圧室442から離れるほど大きくするようにしてもよい。なお、図7では、シリンダ441側に設けた溝部441aの溝深さdを、加圧室442から離れるほど大きくするようにしているが、これに限られるものではなく、溝部441aの幅wを、加圧室442から離れるほど大きくするようにしてもよいし、また、溝部をプランジャ45側に設けるようにしてもよい。
【0033】
このようにすれば、前記圧力低減効果及び冷却効果を更に向上させることができ、シール部材48の耐久性を更に効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る燃料供給装置の概略構成図である。
【図2】図1に示す燃料供給装置を構成する燃料加圧ポンプの断面図である。
【図3】シリンダとプランジャとの摺動部に形成される第2の燃料溜り部を示す図である。
【図4】燃料加圧ポンプ内の各部における燃圧を示す図である。
【図5】燃料溜り部の径Dをシール部材の外径Dsより大きくして容積を増やした燃料加圧ポンプの断面図である。
【図6】第2の燃料溜り部を複数備える燃料加圧ポンプの断面図である。
【図7】第2の燃料溜り部の容積が、加圧室から離れるほど大きくなる燃料加圧ポンプの断面図である。
【符号の説明】
4 … 燃料加圧ポンプ
9a … ポンプ駆動用カム
41 … ポンプ本体
42 … 電磁制御弁
43 … 吐出チェック弁
45 … プランジャ
48 … シール部材
441 … シリンダ
442 … 加圧室
443 … 燃料供給通路
448 … 燃料溜り部
449 … 第2の燃料溜り部
450 … 第1の連通路
451 … 第2の連通路
Claims (3)
- シリンダと、
該シリンダに摺動可能に嵌合され、その往復動によって前記シリンダの一端部に形成される加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、
前記加圧室に燃料を供給する燃料供給通路と、
前記シリンダと前記プランジャとが摺動する摺動部外の位置で、シリンダ内周面とプランジャの外周面との間をシールするシール部材と、
前記シリンダ、前記プランジャ及び前記シール部材によって形成される燃料溜り部と、
該燃料溜り部と前記燃料供給通路とを連通する連通路と、
前記シリンダと前記プランジャとが摺動する摺動部に、前記シリンダと前記プランジャとの嵌合隙間よりも部分的に大きな隙間を形成する第2の燃料溜り部と、
該第2の燃料溜り部と前記燃料供給通路とを連通する第2の連通路と、
を備え、
前記燃料溜り部と前記第2の燃料溜り部は、前記加圧室から離れるほどその容積が大きくなるよう形成されることを特徴とする内燃機関の燃料加圧ポンプ。 - 前記第2の燃料溜り部を前記シリンダの軸方向に複数備えることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料加圧ポンプ。
- 前記燃料溜り部は、前記シール部材の外径よりも大きな外径を有するよう形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の燃料加圧ポンプ。
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