(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【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
【図１】
0003815324.tif 000002
【図２】
0003815324.tif 000003
【図３】
0003815324.tif 000004
【図４】
0003815324.tif 000005
【図５】
0003815324.tif 000006
【図６】
0003815324.tif 000007
【図７】
0003815324.tif 000008