(57)【要約】【課題】  生産性に優れるとともに、プランジャとシリンダとの間のクリアランスを長期間に渡って適正に維持できる高圧ポンプのシール構造を提供する。【解決手段】  高圧燃料ポンプ１０のシール構造は、シリンダ壁１２ａを有し、シリンダ壁１２ａに囲まれた位置に作動空間３１を規定するシリンダボディ１２と、シリンダ壁１２ａに向い合う表面１３ａを有し、作動空間３１内を往復運動するプランジャ１３とを備え、プランジャ１３の往復運動により、加圧室１１内の燃料を加圧供給する高圧ポンプのシール構造である。高圧燃料ポンプ１０のシール構造は、シリンダボディ１２のシリンダ壁１２ａとプランジャ１３の表面１３ａとの間に配置され、塑性変形する樹脂シール３２および３３を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁を有し、前記内壁に囲まれた位置に作動空間を規定するシリンダと、
前記内壁に向い合う表面を有し、前記作動空間内を往復運動するプランジャとを備え、
前記プランジャの往復運動により、加圧室内の流体を加圧供給する高圧ポンプのシール構造であって、
前記内壁と前記表面との間に配置され、塑性変形する樹脂シール部材を備える、高圧ポンプのシール構造。
【請求項２】
前記内壁には、前記樹脂シール部材に向い合う位置に凹部が形成されている、請求項１に記載の高圧ポンプのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、高圧ポンプのシール構造に関し、より特定的には、プランジャの往復運動により加圧室内の流体を加圧供給する高圧ポンプのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高圧ポンプのシール構造に関して、たとえば、特開２００１−２９５７２８号公報には、加圧室内からリークする流体と駆動部材の潤滑油との混入を防止する高圧燃料ポンプが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された高圧燃料ポンプでは、シリンダに形成されたプランジャ摺動孔に、プランジャが往復摺動可能に嵌入されている。
【０００３】
また、特開平７−２６９４４３号公報には、ポンプ室内の燃料と潤滑油との混合を阻止し、プランジャとシリンダ内周との間の焼き付き摩耗の発生を抑制する高圧燃料ポンプが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された高圧燃料ポンプでは、シリンダボディとプランジャとの間にシール材が配置されている。そのシール材は、ばね板からなるホルダに、ゴム等の弾性体からなるシールリップが焼付固着されることによって構成されている。
【０００４】
さらに、特開２００３−９７３８５号公報には、プランジャの側面の段付き摩耗を抑制することを目的とした高圧燃料ポンプが開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された高圧燃料ポンプでは、シリンダに形成されたプランジャ摺動孔とポンプ室との境界部において、往復摺動するプランジャと接触する環状部材が配設されている。その環状部材は、ばね鋼等の弾性変形可能な環状基材に、窒化クロム等からなる耐磨耗性被膜が蒸着されることによって構成されている。
【特許文献１】特開２００１−２９５７２８号公報
【特許文献２】特開平７−２６９４４３号公報
【特許文献３】特開２００３−９７３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された高圧燃料ポンプでは、プランジャ摺動孔とプランジャの外周面との隙間が大きすぎる場合、加圧室内の燃料がその隙間からリークし、高圧ポンプの吐出量が低下するおそれが生じる。また、逆に隙間が小さすぎる場合には、プランジャとシリンダとの間の摩擦が増大して、焼き付きが発生するおそれが生じる。このため、プランジャ摺動孔やプランジャを加工する際には、数μｍ単位の精度で寸法管理を行なわなければならず、加工コストが増大するという問題が発生する。
【０００６】
一方、特許文献２および３に開示された高圧燃料ポンプでは、摺動するプランジャに接触するようにシール材や環状部材が設けられている。しかし、これらのシール部材は、ゴムやばね鋼等により形成されており、弾性変形したままプランジャと接触し続けることとなる。このため、長期間の使用に際しては、シール部材が劣化したりその形状が損なわれたりし、プランジャとシリンダとの隙間が適正な大きさに保たれないという問題が発生する。
【０００７】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、生産性に優れるとともに、プランジャとシリンダとの間のクリアランスを長期間に渡って適正に維持できる高圧ポンプのシール構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った高圧ポンプのシール構造は、内壁を有し、その内壁に囲まれた位置に作動空間を規定するシリンダと、内壁に向い合う表面を有し、作動空間内を往復運動するプランジャとを備え、プランジャの往復運動により、加圧室内の流体を加圧供給する高圧ポンプのシール構造である。高圧ポンプのシール構造は、シリンダの内壁とプランジャの表面との間に配置され、塑性変形する樹脂シール部材を備える。ここで言う塑性変形とは、弾性限界より大きい応力が加わったときに生じる、力を取り去っても回復しない変形を指し、弾性限界内でのひずみを表わす弾性変形とは異なる。
【０００９】
このように構成された高圧ポンプのシール構造によれば、プランジャの往復運動に伴い、樹脂シール部材がシリンダの内壁とプランジャの表面との間で塑性変形し、内壁と表面との間のクリアランスが適正な大きさに設定される。これにより、作動空間内でプランジャが焼き付くことを防止できるとともに、塑性変形した樹脂シール部材によって、加圧室内の流体がリークすることを抑制できる。
【００１０】
この際、樹脂シール部材は、塑性変形しているため、内壁と表面との間で過大な応力を受け続けるということがない。これにより、樹脂シール部材が早期に劣化することを防止でき、内壁と表面との間のクリアランスを長期間に渡って適正に保つことができる。また、樹脂シール部材は、クリアランスの大きさに合わせて適当に塑性変形するため、樹脂シール部材の組み付け時に厳しい寸法管理を行なう必要がない。これにより、高圧ポンプの生産性を向上させることができる。
【００１１】
また好ましくは、内壁には、樹脂シール部材に向い合う位置に凹部が形成されている。このように構成された高圧ポンプのシール構造によれば、プランジャの往復運動に伴い、樹脂シール部材が塑性変形しながら自然に凹部に嵌り込む。このため、固定部材を別途、設けることなく、内壁に対して樹脂シール部材を固定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、この発明に従えば、生産性に優れるとともに、プランジャとシリンダとの間のクリアランスを長期間に渡って適正に維持できる高圧ポンプのシール構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプのシール構造が用いられたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。まず、図１中に示す燃料供給装置の概略について説明を行なう。図１を参照して、燃料供給装置は、燃料タンク５４内の燃料を、エンジン６３の各気筒の燃料室に高圧で噴射供給するための装置であり、車両に搭載されている。燃料供給装置は、高圧燃料ポンプ１０、蓄圧配管６１（デリバリパイプ、コモンレール等）およびインジェクタ６２などから構成されている。
【００１５】
高圧燃料ポンプ１０は、燃料を高圧に加圧してこれを蓄圧配管６１に圧送する役割を果たす。高圧燃料ポンプ１０は、シリンダボディ１２と、シリンダボディ１２内で往復運動するプランジャ１３と、シリンダボディ１２およびプランジャ１３により区画形成された加圧室１１と、プランジャ１３の下端に接続されたリフタ２１とを備える。シリンダボディ１２とプランジャ１３との間には、加圧室１１を封止するためのシール構造が設けられている。
【００１６】
リフタ２１には、スプリング１４が取り付けられており、そのスプリング１４の弾性力によって、カムシャフト１６に形成されたポンプカム１７に圧接されている。カムシャフト１６にエンジン６３で発生した回転力が伝達されると、ポンプカム１７が同時に回転する。これにより、プランジャ１３が、そのポンプカム１７に圧接されたリフタ２１を介してシリンダボディ１２内を往復運動し、加圧室１１の容積が変化する。
【００１７】
高圧燃料ポンプ１０の加圧室１１は、低圧燃料通路７３によって燃料タンク５４に接続されている。低圧燃料通路７３の加圧室１１に通じる位置には、弁体８５を備える電磁スピル弁８１が設けられている。燃料タンク５４内には、低圧フィードポンプ５３、燃料フィルタ５１およびプレッシャレギュレータ５２が設置されている。
【００１８】
低圧フィードポンプ５３は、エンジン６３の始動に伴い電気的に駆動され、燃料タンク５４内の燃料を低圧燃料通路７３を介して高圧燃料ポンプ１０に移送する。低圧燃料通路７３を燃料が通過する際、燃料内に混入している不純物は、燃料フィルタ５１によって取り除かれる。また、低圧燃料通路７３内の燃料圧力（燃圧）は、プレッシャレギュレータ５２によって予め定められた一定値に保たれる。つまり、低圧燃料通路７３内の燃圧がこの一定値以上になる場合には、プレッシャレギュレータ５２を通じて低圧燃料通路７３から燃料タンク５４に燃料が戻される。
【００１９】
低圧燃料通路７３を通過した燃料は、電磁スピル弁８１を介して高圧燃料ポンプ１０の加圧室１１内に導入される。この電磁スピル弁８１は、常開型の電磁弁であり、ソレノイドコイル８３への通電の有無に基づいて閉弁状態または開弁状態に制御される。すなわち、ソレノイドコイル８３への通電がない場合には、スプリング８２の弾性力によって弁体８５が、加圧室１１のシート部８４から離座する開弁状態に維持される。一方、ソレノイドコイル８３への通電が行われると、スプリング８２の弾性力に抗して弁体８５がシート部８４に着座し、閉弁状態になる。
【００２０】
加圧室１１は、その経路上に逆止弁７１が設けられた高圧燃料通路７２によって、蓄圧配管６１に接続されている。蓄圧配管６１には、高圧燃料ポンプ１０によって、加圧室１１から高圧の燃料が供給される。この際、逆止弁７１は、加圧室１１から蓄圧配管６１に向かう燃料の流通のみを許容し、蓄圧配管６１から加圧室１１への燃料の逆流を規制している。蓄圧配管６１は、燃料を高圧の状態に保持するとともに、その燃料をエンジン６３の各気筒に設けられたインジェクタ６２に分配する。これら各インジェクタ６２からは、エンジン６３の各気筒の燃焼室に対して所定量の燃料が噴射される。
【００２１】
カムシャフト１６の回転に伴いプランジャ１３が下動する高圧燃料ポンプ１０の吸入行程時には、低圧燃料通路７３内の燃料が、加圧室１１内に吸入される。一方、カムシャフト１６の回転に伴いプランジャ１３が上昇する高圧燃料ポンプ１０の圧送行程時には、加圧室１１内の燃料が、高圧燃料通路７２および蓄圧配管６１に圧送される。ただし、高圧燃料通路７２および蓄圧配管６１に燃料が圧送されるのは、圧送行程時において、電磁スピル弁８１が閉弁している期間のみであって、圧送行程時であっても電磁スピル弁８１が開弁している期間は、加圧室１１内の燃料は低圧燃料通路７３に戻される。このため、圧送行程時における電磁スピル弁８１の閉弁期間を制御することにより、高圧燃料通路７２に圧送する燃料を調量することができる。
【００２２】
こうした高圧燃料通路７２への燃料圧送量を調量するための電磁スピル弁８１の開閉制御は、エンジン６３の運転を統括制御するＥＣＵ（electrical control unit）５５によって行われる。ＥＣＵ５５は、圧送行程時においてソレノイドコイル８３への通電開始時期（電磁スピル弁８１の閉弁開始時期）を制御することにより、圧送行程時の電磁スピル弁８１の閉弁期間を制御し、高圧燃料通路７２への燃料圧送量を高い精度で要求される値へと調量する。
【００２３】
図２は、図１中に示す高圧燃料ポンプのシール構造を示す断面図である。続いて、本実施の形態における高圧燃料ポンプのシール構造について説明を行なう。図２を参照して、高圧燃料ポンプ１０は、シリンダボディ１２の周りに配置されたハウジング４１と、ハウジング４１に下方よりボルト止めされ、シリンダボディ１２をハウジング４１内に保持するブラケット４３とをさらに備える。
【００２４】
シリンダボディ１２は、シリンダ壁１２ａを有し、そのシリンダ壁１２ａに囲まれた位置には、作動空間３１が規定されている。作動空間３１には、プランジャ１３が摺動可能に配置されている。プランジャ１３は、シリンダ壁１２ａに向い合って延在する表面１３ａを有する。シリンダボディ１２内には、プランジャ１３の上端側に位置して、作動空間３１から連なる加圧室１１が形成されている。
【００２５】
ブラケット４３には、その下端面から筒状に延びるリフタシリンダ部４３ｐが形成されている。リフタシリンダ部４３ｐの内側には、その軸線方向に摺動可能なようにリフタ２１が嵌装されている。プランジャ１３の下端側の外周には、リテーナ４９が係合されており、リテーナ４９とブラケット４３の下端面との間には、スプリング１４が圧縮状態で配置されている。スプリング１４の弾性力により、リフタ２１がプランジャ１３の下端に押し付けられるとともに、リフタ２１がカムシャフト１６のポンプカム１７に向けて付勢される。
【００２６】
シリンダ壁１２ａには、作動空間３１の一方端２５および他方端２６に位置して、樹脂シール３２および３３がそれぞれ固着されている。樹脂シール３２および３３は、シリンダ壁１２ａと表面１３ａとの間に介在する筒状部３２ｐおよび３３ｐをそれぞれ有する。なお、樹脂シール３２および３３をシリンダ壁１２ａに固着する方法としては、耐熱性の接着剤を用いても良いし、その他の固定部材を用いても良い。
【００２７】
樹脂シール３２および３３は、塑性変形する樹脂材料によって形成されており、たとえば、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはフッ素系樹脂などから形成されている。樹脂シール３２および３３は、これらに挙げた樹脂材料を複数含んで形成されていても良い。
【００２８】
樹脂シール３２および３３は、プランジャ１３が作動空間３１内に配置される前、筒状部３２ｐおよび３３ｐの内径がプランジャ１３の外径よりも小さくなる寸法形状に形成されている。プランジャ１３が、その筒状部３２ｐおよび３３ｐに圧入され、作動空間３１内で往復運動を繰り返すことによって、樹脂シール３２および３３が塑性変形し、シリンダ壁１２ａと表面１３ａとの間には、クリアランス２７が形成される。クリアランス２７は、プランジャ１３が作動空間３１内を往復運動するに際して最適な形状を有し、たとえば、２ｍｍから３ｍｍ程度の隙間を有する。
【００２９】
このような構成により、シリンダ壁１２ａと表面１３ａとが強く擦れ合った状態で、プランジャ１３が往復運動するということがなく、プランジャ１３が作動空間３１内で焼き付くことを防止できる。一方、シリンダ壁１２ａと表面１３ａとの間にこのようなクリアランス２７が存在するにもかかわらず、加圧室１１は、樹脂シール３２および３３によって確実に封止されている。このため、クリアランス２７の大きさにかかわらず、加圧室１１内の燃料がリフタ２１内にリークすることを防止し、高圧燃料ポンプ１０の吐出量を一定に維持することができる。また、異物が混入する燃料が用いられる場合であっても、樹脂シールの働きによって、その異物がプランジャ１３の摺動面に入り込むことを防止できる。このため、高圧燃料ポンプ１０の燃料内異物に対するロバスト性を向上させることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、シリンダボディ１２の下端に、プランジャ１３の表面１３ａに沿って密着するリップシール４８が取り付けられている。シリンダボディ１２とプランジャ１３との間から燃料が漏れるような事態が生じても、リップシール４８によって、その燃料がエンジン側に浸入することを防止でき、さらには、潤滑油が希釈されることを防止できる。
【００３１】
また一般的に、加圧室１１に導入される燃料は、高温になると粘性が低くなるため、ポンプの吐出量が低下する。しかし、樹脂シール３２および３３を形成する樹脂材料が、比較的大きい熱膨張係数を有する場合、高温環境下で樹脂シール３２および３３が膨張し、樹脂シール３２および３３によるプランジャ１３の締め代が増大する。これにより、高温環境下において、ポンプの吐出量が低下することを防止し、温度条件によらず一定の吐出量が確保された高圧燃料ポンプ１０を実現することができる。
【００３２】
この発明の実施の形態１における高圧ポンプとしての高圧燃料ポンプ１０のシール構造は、内壁としてのシリンダ壁１２ａを有し、シリンダ壁１２ａに囲まれた位置に作動空間３１を規定するシリンダとしてのシリンダボディ１２と、シリンダ壁１２ａに向い合う表面１３ａを有し、作動空間３１内を往復運動するプランジャ１３とを備え、プランジャ１３の往復運動により、加圧室１１内の流体を加圧供給する高圧ポンプのシール構造である。高圧燃料ポンプ１０のシール構造は、シリンダボディ１２のシリンダ壁１２ａとプランジャ１３の表面１３ａとの間に配置され、塑性変形する樹脂シール部材としての樹脂シール３２および３３を備える。
【００３３】
シリンダ壁１２ａは、作動空間３１の両端に位置する一方端２５および他方端２６を含む。樹脂シール３２および３３は、一方端２５および他方端２６に設けられている。このような構成により、プランジャ１３は、作動空間３１内で安定して往復運動することができる。
【００３４】
このように構成された、この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプ１０によれば、樹脂シール３２および３３は、塑性変形した状態で、シリンダ壁１２ａと表面１３ａとの間に介在する。このため、塑性変形した後においては、樹脂シール３２および３３に過度の力が加わるということがなく、樹脂シール３２および３３が早期に劣化することを防止できる。これにより、吐出量や摺動特性（耐焼き付き性）に関して、求められる性能を長期間に渡って維持することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、塑性変形する樹脂シール３２および３３によって、シリンダ壁１２ａと表面１３ａとの間にクリアランス２７が形成されている。このため、プランジャ１３の外径加工やシリンダ壁１２ａの内径加工時に、特に高い精度が求められることがなく、たとえば数百μｍというオーダーで寸法管理を実施すれば良い。これにより、仕上げの研磨工程や焼き入れ工程を廃止するなどして、加工コストの削減を図ることができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプのシール構造を示す断面図である。図中には、本実施の形態における高圧燃料ポンプの一部が示されており、図２中の２点鎖線ＩＩＩに囲まれた範囲に相当する部分が表わされている。本実施の形態における高圧燃料ポンプのシール構造は、実施の形態１における高圧燃料ポンプ１０のシール構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
【００３７】
図３を参照して、本実施の形態では、シリンダ壁１２ａの樹脂シール３２に向い合った部分に位置して、溝部３７が形成されている。溝部３７は、略三角形の断面形状を有し、シリンダ壁１２ａの周方向に沿って環状に延びている。溝部３７には、樹脂シール３２の筒状部３２ｐの先端部分が嵌り込んでいる。なお、溝部３７は、略三角形の断面形状に限定されず、四角形や台形など適当な断面形状に形成されていても良い。但し、断面形状を略三角形とした場合、溝部３７を容易に加工することができる。
【００３８】
図４は、図３中の高圧燃料ポンプにおいて、作動空間にプランジャが配置される前の状態を示す断面図である。図３および図４を参照して、作動空間３１にプランジャ１３が配置される前、筒状部３２ｐの先端部分が溝部３７の直上に位置決めされるように、樹脂シール３２がシリンダ壁１２ａに設けられる。プランジャ１３が、筒状部３２ｐに圧入され、作動空間３１内で往復運動を繰り返すと、樹脂シール３２が塑性変形を起こすと同時に、筒状部３２ｐの先端部分が溝部３７に食い込んでいく。これにより、樹脂シール３２が、シリンダ壁１２ａに対して固定される。
【００３９】
このように構成された、この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプのシール構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、部品を別途、設けることなく、樹脂シール３２の抜け止めを行なうことができる。また、高温環境下であっても、樹脂シール３２が膨張して溝部３７にさらに食い込むため、抜け止めの効果が低下するということがない。したがって、本実施の形態によれば、簡易かつ確実に、樹脂シール３２の抜け止めを行なうことができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、図２中の樹脂シール３２に対応してシリンダ壁１２ａに溝部３７が形成されている場合について説明したが、図２中の樹脂シール３３に対応する位置にも、溝部３７と同様の溝部が形成されている。
【００４１】
また、実施の形態１および２では、本発明を高圧燃料ポンプに適用した場合について説明したが、これに限定されず、他の液体や気体を加圧供給するための高圧ポンプに本発明を適用しても良い。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプのシール構造が用いられたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。
【図２】図１中に示す高圧燃料ポンプのシール構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプのシール構造を示す断面図である。
【図４】図３中の高圧燃料ポンプにおいて、作動空間にプランジャが配置される前の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  高圧燃料ポンプ、１１  加圧室、１２  シリンダボディ、１２ａ  シリンダ壁、１３  プランジャ、１３ａ  表面、３１  作動空間、３２，３３  樹脂シール、３７  溝部。
【図１】
2005337061.tif 000003
【図２】
2005337061.tif 000004
【図３】
2005337061.tif 000005
【図４】
2005337061.tif 000006