(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ及び加圧室が形成されるとともに前記シリンダ内でプランジャを往復動させることにより前記加圧室内の流体を高圧化するシリンダボディを含む中間部材を、２つの締付部材間に配置し、両締付部材間に架け渡した締結ボルトの締結により両側から前記締付部材にて締め付けることで構成した高圧ポンプであって、
前記シリンダボディ以外の部材の内で前記加圧室内の流体を高圧化した際に加圧室から反力を受ける部材が、前記２つの締付部材の一方に対して前記中間部材の締め付け側とは反対側に取り付けられ、
高圧ポンプは、前記加圧室から反力を受ける部材が取り付けられた締付部材とは異なる締付部材において、前記中間部材の締め付け側とは反対側にて、内燃機関のシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘッドに取り付けられていることを特徴とする高圧ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の構成において、前記加圧室から反力を受ける部材は、前記加圧室に臨んで配置され、前記流体の低圧側と前記加圧室との間を遮断することにより、前記加圧室内の流体を高圧化する電磁弁であることを特徴とする高圧ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の構成において、前記流体は、筒内噴射型内燃機関の燃料であることを特徴とする高圧ポンプ。
【請求項４】
請求項３記載の構成において、前記プランジャは、前記内燃機関の回転に連動して回転する燃料ポンプ用カムにより駆動されて前記シリンダ内で往復動することを特徴とする高圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内でプランジャを往復動させることにより加圧室内の流体を高圧化するシリンダボディを含む中間部材を、２つの締付部材間に配置し、両締付部材間に架け渡した締結ボルトの締結により両側から締付部材にて中間部材を締め付けることで構成した高圧ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧ポンプとして、例えば、特開平１１−２１０５９８号公報に記載されているごとく、筒内噴射型ガソリン式エンジン等に用いられる高圧燃料ポンプが知られている。この公報においては、加工性や組み付け性を向上させるため、スリーブ（「シリンダボディ」に相当）などの中間部材を軸方向にブラケット等の部材により挟持して締結ボルトにて締結している例を、従来例として示している。
【０００３】
更に、上記公報においては、スリーブの一部を単に締め付けたのみではシリンダ形状に歪みを発生させやすいことから、スリーブの締め付け部位と内部のシリンダとの間にスリットを設けることにより、円筒状の締め付け部材による締め付け時の歪みがシリンダ形状に影響し難いようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したいずれの例においても、スリーブを締め付けるための締結ボルト等においては、比較的大きな初期軸力を要するものである。すなわち、初期軸力としては、単にスリーブ等の中間部材間でのシールに要する軸力ばかりでなく、高圧ポンプの作動時の燃料圧力脈動による軸力変化等に対処するための軸力も加味する必要がある。したがって、高圧ポンプの製造時にはこのような軸力変化分を考慮して可成り大きな初期軸力にて中間部材を締め付ける必要がある。
【０００５】
しかし、このように大きな初期軸力にて、締結ボルト等で中間部材を締め付けた場合には、各構成のシール面に対する歪みや前述したシリンダ形状の歪みを十分に防止できなくなるという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動による軸力変化を低減することで、締結ボルトの初期軸力を低くしてシール面やシリンダ形状に対する歪みを防止することができる高圧ポンプの提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項１記載の高圧ポンプは、シリンダ及び加圧室が形成されるとともに前記シリンダ内でプランジャを往復動させることにより前記加圧室内の流体を高圧化するシリンダボディを含む中間部材を、２つの締付部材間に配置し、両締付部材間に架け渡した締結ボルトの締結により両側から前記締付部材にて締め付けることで構成した高圧ポンプであって、前記シリンダボディ以外の部材の内で前記加圧室内の流体を高圧化した際に加圧室から反力を受ける部材が、前記２つの締付部材の一方に対して前記中間部材の締め付け側とは反対側に取り付けられ、高圧ポンプは、前記加圧室から反力を受ける部材が取り付けられた締付部材とは異なる締付部材において、前記中間部材の締め付け側とは反対側にて、内燃機関のシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘッドに取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
例えば、図１（Ａ）に模式的に例示した高圧ポンプは、２つの締付部材Ｅ１，Ｅ２間にシリンダ及び加圧室が形成されたシリンダボディを含む中間部材Ｍを配置して、両締付部材Ｅ１，Ｅ２間に架け渡した締結ボルトＢ１，Ｂ２の締結により両側から、締付部材Ｅ１，Ｅ２にて中間部材Ｍを締め付けている。そして、加圧室Ｉ内の流体をプランジャＤの圧縮により高圧化した際に加圧室Ｉから反力を受ける部材Ｇが、締付部材Ｅ１に対して、中間部材Ｍの締め付け側とは反対側に取り付けられている。
【００１１】
このように高圧ポンプを構成した場合、締結ボルトＢ１，Ｂ２による中間部材Ｍの締め付けに伴い弾性変形することで発生する反力Ｆ０と締結ボルトＢ１，Ｂ２に生じる軸力Ｂｆとの関係は、次式１の関係として表される。
【００１２】
【数１】
Ｆ０  ＝  ２・Ｂｆ          …  ［式１］
これに対し、図１（Ｂ）に示す従来例は、加圧室ｉ内の流体をプランジャｄの圧縮により高圧化した際に加圧室ｉから反力を受ける部材ｇが、中間部材ｍ１，ｍ２とともに、２つの締付部材ｅ１，ｅ２間に配置されている高圧ポンプを示している。この場合にも、締結ボルトｂ１，ｂ２による中間部材ｍ１，ｍ２および部材ｇの締め付けに伴い弾性変形することで発生する反力Ｆ０と締結ボルトｂ１，ｂ２に生じる軸力ｂｆとの関係は、次式２の関係として表される。
【００１３】
【数２】
Ｆ０  ＝  ２・ｂｆ          …  ［式２］
このように前記式１，２の関係は同じであることから、単に静的な状態で必要とする締め付けを行うのみであれば、図１（Ａ）の締結ボルトＢ１，Ｂ２の軸力Ｂｆと、図１（Ｂ）の締結ボルトｂ１，ｂ２の軸力ｂｆとは同じ設定となる。
【００１４】
しかし、加圧室Ｉ内の高圧化に伴う反力ＦＮが生じた場合、本発明の例では図２（Ａ）に示すごとく、加圧室Ｉから反力ＦＮを受ける部材Ｇが中間部材Ｍの締め付け側とは反対側に取り付けられているので、反力ＦＮは締付部材Ｅ１を引き上げる力ＦＵとなる。この引き上げ力ＦＵはそのまま、締結ボルトＢ１，Ｂ２に生じる軸力Ｂｆの要素となる。そして、軸力Ｂｆのもう一つの要素は中間部材Ｍからの反力ＦＭであることから、軸力Ｂｆは次式３のごとく表される。
【００１５】
【数３】
２・Ｂｆ  ＝  ＦＵ  ＋  ＦＭ    …  ［式３］
この中間部材Ｍからの反力ＦＭは、引き上げ力ＦＵにより締付部材Ｅ１が引き上げられた程度に応じて中間部材Ｍの締め付けが緩和されて圧縮量が低下するため、図１（Ａ）に示した反力Ｆ０よりも小さくなる。
【００１６】
一方、図２（Ｂ）に示すごとく、加圧室ｉから反力ＦＮを受ける部材ｇが中間部材ｍ１，ｍ２とともに締め付け側にある従来例の場合には、反力ＦＮに伴う締付部材ｅ１の押し上げ力ＦＵは、そのまま、締結ボルトｂ１，ｂ２に生じる軸力ｂｆの要素となる。そして、軸力ｂｆのもう一つの要素は中間部材ｍ１，ｍ２および部材ｇからの反力Ｆｍであることから、軸力ｂｆは次式４のごとく表される。
【００１７】
【数４】
２・ｂｆ  ＝  ＦＵ  ＋  Ｆｍ    …  ［式４］
ここで少なくとも部材ｇ自身は、締付部材ｅ１と加圧室ｉとの間に存在し、更に中間部材ｍ１も存在することから、部材ｇ自身と中間部材ｍ１とは反力ＦＮにより圧縮量が増加している。このため、図１（Ｂ）に示した反力Ｆ０とほとんど差はなく、低下したとしても図１（Ａ）と図２（Ａ）との差ほど低下することはない。
【００１８】
すなわち、ＦＭ＜Ｆｍであることから、図２の状態では、Ｂｆ＜ｂｆとなる。したがって、本請求項のごとくの構成であれば、加圧室内の流体を高圧化した際に加圧室から受ける反力による締結ボルトの軸力増加が小さくて済む。
【００１９】
したがって、高圧ポンプの作動時の流体圧力脈動による軸力変化を低減することができ、このことから締結ボルトの初期軸力を低く設定できる。したがってシール面やシリンダ形状に対する歪みを防止することができる。
また、内燃機関のシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘッドに取り付けられることにより、高圧ポンプを筒内噴射型の内燃機関に組み込むことができ、耐久性ある高圧燃料ポンプを提供することができる。
【００２０】
請求項２記載の高圧ポンプは、請求項１記載の構成において、前記加圧室から反力を受ける部材は、前記加圧室に臨んで配置され、前記流体の低圧側と前記加圧室との間を遮断することにより、前記加圧室内の流体を高圧化する電磁弁であることを特徴とする。
【００２１】
このように、加圧室から反力を受ける部材としては、電磁弁を挙げることができ、前記請求項１に述べた作用効果を生じさせることができる。
請求項３記載の高圧ポンプは、請求項２記載の構成において、前記流体は、筒内噴射型内燃機関の燃料であることを特徴とする。
【００２２】
このように筒内噴射型の内燃機関に用いて、高圧燃料を燃料噴射弁から圧縮行程にある燃焼室内に噴射させることができる。そして、高圧ポンプの作動時の燃料圧力脈動による軸力変化を低減することで、締結ボルトの初期軸力を低くしてシール面やシリンダ形状に対する歪みを防止することができ、耐久性ある高圧燃料ポンプを提供することができる。
【００２５】
請求項４記載の高圧ポンプは、請求項３記載の構成において、前記プランジャは、前記内燃機関の回転に連動して回転する燃料ポンプ用カムにより駆動されて前記シリンダ内で往復動することを特徴とする。
【００２６】
このように燃料ポンプ用カムにてプランジャが駆動されることにより、筒内噴射型内燃機関の回転に連動して高圧燃料を圧送でき、内燃機関の燃焼室に噴射させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図３は、上述した発明が適用された高圧燃料ポンプ２の縦断面図である。なお、この高圧燃料ポンプは、図４の燃料供給系統概略構成図に示すごとく、筒内噴射型ガソリンエンジンＥに組み込まれてエンジンＥの燃焼室内へ燃料を噴射するための高圧燃料を発生させるものである。
【００２８】
高圧燃料ポンプ２は、シリンダボディ４、カバー６、フランジ８および電磁スピル弁１０を備えている。シリンダボディ４の中心軸位置にはシリンダ４ａが形成され、内部にプランジャ１２を軸方向に摺動可能に支持している。シリンダ４ａの先端側には加圧室１４が形成され、プランジャ１２の進入・退出により加圧室１４の容積は変化するようにされている。
【００２９】
加圧室１４は燃料圧送経路１６によりチェック弁１８に接続されている。このチェック弁１８は、燃料分配管２０（図４）に接続しており、加圧室１４内の燃料が高圧化した場合に開弁して、高圧燃料を燃料分配管２０側に圧送する。
【００３０】
シリンダボディ４の下側にはスプリングシート２２およびリフターガイド２４が積層状態で配置されている。スプリングシート２２の内周面にはオイルシール２６が取り付けられている。このオイルシール２６は略円筒状をなして、下端部２６ａはプランジャ１２の外周面に摺動状態で密着している。プランジャ１２とシリンダ４ａとの間隙から漏出した燃料は、オイルシール２６の燃料収納室２６ｂに蓄積し、その後、燃料収納室２６ｂに接続している燃料排出経路（図示略）を介して燃料タンクＴ側に戻される。
【００３１】
リフターガイド２４内にはリフタ２８が軸方向に摺動可能に収納されている。このリフタ２８の底板部２８ａの内部表面に形成されている突出受部２８ｂに、プランジャ１２の下端部１２ａが当接している。またプランジャ１２の下端部１２ａはリテーナ３０に係合されている。そしてスプリングシート２２とリテーナ３０との間に圧縮状態で配置されたスプリング３２により、プランジャ１２の下端部１２ａは、リフタ２８の突出受部２８ｂ側に押し付けられている。そして、このプランジャ１２の下端部１２ａからの押圧力により、リフタ２８の底板部２８ａは燃料ポンプ用カム３４に当接されている。
【００３２】
燃料ポンプ用カム３４がエンジンＥの回転に連動して回転すると、リフタ２８の底板部２８ａを、燃料ポンプ用カム３４のカムノーズが押し上げることにより、リフタ２８が上昇する。これに連動して、加圧室１４の容積を押し縮めるようにプランジャ１２が上昇する。この上昇行程が加圧室１４内の燃料の加圧行程である。
【００３３】
この加圧行程内での適切なタイミングで加圧室１４に臨んで配置されている電磁スピル弁１０が閉じられる。電磁スピル弁１０が閉じられる前の加圧行程では、加圧室１４内の燃料が、電磁スピル弁１０のポペット弁１０ａとシート部１０ｂとの間、燃料経路１０ｃ、ギャラリ１０ｄおよび低圧燃料通路３５を介して低圧側である燃料タンクＴ側に戻ることにより、加圧室１４から燃料分配管２０側へは燃料は圧送されない。そして電磁スピル弁１０内部の電磁回路の駆動によりポペット弁１０ａがシート部１０ｂに当接して電磁スピル弁１０が閉じられ低圧側と加圧室１４とが遮断されると（図４の状態）、加圧室１４内の燃料はその圧力を急速に上昇して高圧燃料となる。この高圧燃料によりチェック弁１８が押し開かれて燃料分配管２０側へ高圧燃料が圧送される。
【００３４】
そして、燃料ポンプ用カム３４のカムノーズが下がり始めると、リフタ２８およびプランジャ１２は、スプリング３２の付勢力により次第に下降し始めて吸入行程となる。この吸入行程の開始とともに電磁スピル弁１０内部の電磁回路の駆動停止によりポペット弁１０ａがシート部１０ｂから離れると電磁スピル弁１０が開弁されて、低圧燃料通路３５側からギャラリ１０ｄ、燃料経路１０ｃおよびポペット弁１０ａとシート部１０ｂとの間を介して、加圧室１４内に燃料が吸入される（図３の状態）。
【００３５】
このような加圧行程と吸入行程とを繰り返し、加圧行程での電磁スピル弁１０の閉弁タイミングを、電子制御装置（ＥＣＵ）３６にて燃料圧力センサ２０ａが検出する燃料分配管２０内の燃料圧力やその他のエンジン運転状態に応じてフィードバック制御することにより、燃料分配管２０内の燃料圧力が燃料噴射弁３８から噴射するのに適切な圧力に調整される。
【００３６】
ここで、中間部材としてのシリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４は、図示したごとくの積層状態に重ね合わされて、第１締付部材としてのカバー６と第２締付部材としてのフランジ８との間に配置されている。一方、電磁スピル弁１０は、取付ボルト１０ｅにより、基板１０ｆ部分において、シリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４の締め付け側とは反対側の面においてカバー６に取り付けられている。
【００３７】
そして、このような積層状態にて、シリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４は、カバー６とフランジ８との間に架け渡された締結ボルト４０の締結により両側から締め付けられている。なお、図３の縦断面図では高圧燃料ポンプ２の中心軸において角度をつけて切断した面を示しており、複数存在する締結ボルト４０の内の１本のみが示されている。例えば、高圧燃料ポンプ２の中心軸において角度をつけずに切断した図５の縦断面図に示すごとく、中心軸に対称となる他の位置にも締結ボルト４０が配置されている。本実施の形態１ではこのように対称となる位置に２対、合計４本の締結ボルト４０がシリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４の周囲に配置されて、カバー６とフランジ８とを締結している。
【００３８】
同様に、電磁スピル弁１０をカバー６に取り付けている取付ボルト１０ｅも中心軸に対称となる位置に配置されている。本実施の形態１では２対、合計４本の取付ボルト１０ｅにより電磁スピル弁１０が基板１０ｆ部分でカバー６に取り付けられている。
【００３９】
また、高圧燃料ポンプ２全体は、支持体としてのシリンダヘッドカバー５２に組付ボルト５４により取り付けられている。フランジ８には、締結ボルト４０が貫通する締結ボルト孔８ｂの更に外周縁部側に、組付ボルト５４を貫通させるための組付ボルト孔８ｃを設けている。この組付ボルト孔８ｃに、締結ボルト４０とは逆方向から組付ボルト５４が貫通され、シリンダヘッドカバー５２側に設けられた螺合孔５２ａに螺入されている。このことにより、高圧燃料ポンプ２全体がシリンダヘッドカバー５２に取り付けられている。こうして、リフタ２８の底板部２８ａを、シリンダヘッドカバー５２の貫通孔５３を介してエンジンＥの燃料ポンプ用カム３４に接触させることができ、エンジンＥの回転に連動させてプランジャ１２をシリンダ４ａ内で往復動させることができる。
【００４０】
なお、組付ボルト５４についても、中心軸に対称となる位置に２対、合計で４本が存在する。
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
【００４１】
（イ）．本実施の形態１の高圧燃料ポンプ２では、カバー６とフランジ８との２つの締付部材間に、中間部材としてのシリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４を配置して、カバー６とフランジ８との間に架け渡した締結ボルト４０の締結により両側からシリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４を締め付けている。
【００４２】
そして、ポペット弁１０ａがシート部１０ｂに着座した際に加圧室１４から反力（図３の矢印）を受ける電磁スピル弁１０は、カバー６に対してシリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４の締め付け側とは反対側に取り付けられている。
【００４３】
このため、図１（Ａ）および図２（Ａ）にて述べたごとく、電磁スピル弁１０が、シリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４と同じ側に取り付けられている場合に比較して、加圧室１４内の燃料を高圧化した際に加圧室１４から受ける反力による締結ボルト４０の軸力増加が小さくて済む。
【００４４】
すなわち、加圧室１４から反力を受けた際には電磁スピル弁１０は基板１０ｆ部分にて取付ボルト１０ｅを引き上げる。このことによりカバー６も引き上げられ、シリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４に対する締め付けを緩和する。このことにより、シリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４の締め付けによる反力は低下する。このように、高圧燃料ポンプ２の作動時の燃料圧力脈動により加圧室１４の反力がカバー６に作用しても、その加圧室１４からの反力に応じてシリンダボディ４、スプリングシート２２およびリフターガイド２４の締め付けによる反力が低減されるため、トータルの反力としては単なる２種の反力の和よりも小さくなる。
【００４５】
したがって、高圧燃料ポンプ２の作動時の燃料圧力脈動による軸力変化を低減できる。このことにより、締結ボルト４０の初期軸力を低くしてカバー６、シリンダボディ４、スプリングシート２２、リフターガイド２４およびフランジ８の各シール面やシリンダ４ａの形状に対する歪みを防止することができる。
【００４６】
（ロ）．また、電磁スピル弁１０の基板１０ｆを介して、取付ボルト１０ｅにかかる加圧室１４の反力は、取付ボルト１０ｅを引き上げる方向であるため、取付ボルト１０ｅ周辺における基板１０ｆの弾性変形による反力は、燃料圧力上昇とともに小さくなる。したがって、取付ボルト１０ｅの初期軸力についても低くでき、電磁スピル弁１０とカバー６とのシール面の歪みを防止することができる。
【００４７】
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態では、高圧燃料ポンプはエンジンのシリンダヘッドカバーに取り付けたが、エンジンのシリンダヘッドに取り付けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を例示する構成の作用効果と従来例の作用効果とを比較するための模式的構成説明図。
【図２】本発明を例示する構成の作用効果と従来例の作用効果とを比較するための模式的構成説明図。
【図３】実施の形態１の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図４】図３の高圧燃料ポンプが組み込まれた内燃機関の燃料供給系統の概略構成図。
【図５】実施の形態１の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【符号の説明】
２…高圧燃料ポンプ、４…シリンダボディ、４ａ…シリンダ、６…カバー、８…フランジ、８ｂ…締結ボルト孔、８ｃ…組付ボルト孔、１０… 電磁スピル弁、１０ａ…ポペット弁、１０ｂ…シート部、１０ｃ…燃料経路、１０ｄ…ギャラリ、１０ｅ…取付ボルト、１０ｆ…基板、１２…プランジャ、１２ａ…下端部、１４… 加圧室、１６…燃料圧送経路、１８…チェック弁、２０…燃料分配管、２０ａ…燃料圧力センサ、２２…スプリングシート、２４…リフターガイド、２６…オイルシール、２６ａ…下端部、２６ｂ…燃料収納室、２８…リフタ、２８ａ…底板部、２８ｂ…突出受部、３０…リテーナ、３２…スプリング、３４…燃料ポンプ用カム、３５…低圧燃料通路、３６…電子制御装置（ＥＣＵ）、３８…燃料噴射弁、４０…締結ボルト、５２…シリンダヘッドカバー、５２ａ…螺合孔、５３…貫通孔、５４…組付ボルト、Ｅ…筒内噴射型ガソリンエンジン、Ｔ…燃料タンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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