JP2018031332A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧、高流量化、高粘度燃料に対応した信頼性の高い高圧燃料供給ポンプを提供する。具体的にはフィルタ強度を向上できる機構を提供する。【課題手段】燃料を加圧する加圧室と、前記加圧室の上流側に形成された低圧燃料室と、前記低圧燃料室の上流側に取り付けられた吸入ジョイントと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記吸入ジョイントの内周側の円筒部に取り付けられたフィルタを備え、前記フィルタは、カップ形状の金属板で形成され、かつ、前記金属板に複数の穴がパンチ加工、又はレーザ加工により形成された。【選択図】図４

Description

本発明は、高圧燃料供給ポンプに関し、ことに燃料フィルタを金属板で構成したものに関する。

本発明の従来技術として特許文献１（特許公開２０１０−１５１１４２号公報）がある。この特許文献１の図５、段落００２３には、「燃料は、吐出通路１１から交差穴１１ｂと通して連通通路１０５に導かれている。リリーフアッセンブリ１０２は、所定の圧力以上になった時に開弁するチェックバルブ１０２ａおよびバルブシート１０２ｄを備え、かつ、連通通路１０５の開放端を塞ぐ塞栓３０１から形成されている。又、内部に燃料の不純物を取除く燃料フィルタ３２０を有する。」との開示がある。

特許公開２０１０−１５１１４２号公報

上記特許文献において、たとえばフィルタ構造の金属メッシュを採用していた場合には、以下の問題がある。すなわち、燃料が高圧、高流量となった場合や、凍結した燃料の塊りがフィルタの流路を塞いだ場合、あるいは高粘度の燃料を使用した場合などにおいて、フィルタの許容応力を超えた力がフィルタに負荷され、フィルタが破損する虞がある。

そこで本発明の目的は、燃料が高圧、高流量となった場合、あるいは上記のような場合においても信頼性の高い高圧燃料供給ポンプを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、燃料を加圧する加圧室と、前記加圧室の上流側に形成された低圧燃料室と、前記低圧燃料室の上流側に取り付けられた吸入ジョイントと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記吸入ジョイントの内周側の円筒部に取り付けられたフィルタを備え、前記フィルタは、カップ形状の金属板で形成され、かつ、前記金属板に複数の穴がパンチ加工、又はレーザ加工により形成された。

本発明による高圧燃料供給ポンプでは、燃料が高圧、高流量となった場合、あるいは上記のような場合においても信頼性の高い高圧燃料供給ポンプを提供することができる。
本発明のその他の構成、作用、効果においては以下の実施例において詳細に説明する。

本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの一例である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図であり、図２とは垂直方な断面を表す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、フィルタ部の拡大部を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０の拡大図であり、電磁コイル５２に無通電の状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０の拡大図であり、電磁コイル５２に通電された状態を示す。 従来のる高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０の拡大図であり、電磁コイル５２に無通電の状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構３０をポンプハウジング１に組み込む前のブクミ状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプのフランジ４１、およびブッシュ４３の外観図示す。本図では、フランジ４１、およびブッシュ４３のみを示し、その他の部品は示していない。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、溶接部４１ａ部近傍の拡大図を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、溶接部４１ａ部近傍の拡大図を示し、図１１よりも拡大している。 本発明が実施された第二実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。

以下、図を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１から図１１により本発明の実施例について説明する。

図１中で、破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプのポンプハウジング１を示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧燃料供給ポンプのポンプハウジング１に一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づき低圧燃料供給ポンプ２１によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧燃料供給ポンプの吸入口１０ａに送られる。吸入口１０ａを通過した燃料は、吸入ジョイント１０１内に固定されたフィルタ１０２を通過し、さらに吸入流路１０ｂ、金属ダイアフラムダンパ９、低圧燃料室１０ｃを介して容量可変機構を構成する電磁駆動型弁機構３０の吸入ポート３０ａに至る。吸入ジョイント１０１内の吸入フィルタ１０２は、燃料タンク２０から吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

図４はフィルタ１０２の拡大図で、吸入ジョイント１０１内に固定された状態である。本実施例の高圧燃料供給ポンプは図３に示すように、燃料を加圧する加圧室１１と、加圧室１１の上流側に形成された低圧燃料室（１０ｂ、１０ｃ）と、低圧燃料室（１０ｂ、１０ｃ）の上流側に取り付けられた吸入ジョイント１０１と、を備えている。

フィルタ１０２は金属板（板厚ｔ１０２）をカップ形状にしたものに、レーザー加工で穴１０２Ａを円筒側面部に複数個開けられており、穴径ｄ１０２よりも大きい異物を通過させない構造になっている。具体的には、吸入ジョイント１０１の内周側の円筒部（小径円筒部１０１ａ、大径円筒部１０１ｂ）にフィルタ１０２が取り付けられる。そしてフィルタ１０２は、カップ形状の金属板で形成され、かつ、金属板に複数の穴がパンチ加工、又はレーザ加工により形成される。
つまり、本実施例では、金属の棒線を織って金網を形成する金属メッシュではなく、金属板に穴を空けて製造するパンチングメッシュを用いてフィルタ１０２を構成するものである。

近年の高圧燃料ポンプは３５ＭＰａなどという高圧の燃料を供給することが求められ、また必要な流量も多くなっている。そうすると、金属メッシュのフィルタを用いた場合には、フィルタの負荷が大きく、破損を招く虞があった。あるいは、凍結した燃料の塊りがフィルタの流路を塞いだ場合や、高粘度の燃料を使用した場合にも同様に破損の虞があった。本発明者らはこの高圧燃料供給ポンプに特有の課題を見出し、これを解決するために、上記したようにパンチングメッシュを用いてフィルタ１０２を構成したものである。

フィルタ１０２は外径の小さい円筒部にレーザー加工で穴が開けられフィルタとしての役割を果たす部分１０２ａと、外径の大きい円筒部でフィルタ１０２を吸入ジョイント１０１に固定する役割を果たす部分１０２ｂが一体構造になるよう構成される。つまり、フィルタ１０２は、複数の穴が形成された外径の小さい円筒部（フィルタ小径部１０２ａ）と、フィルタ１０２を吸入ジョイント１０１に固定する外径の大きい円筒部（フィルタ大径部１０２ｂ）と、が一体の構造で構成される。そしてフィルタ１０２の円筒部（フィルタ大径部１０２ｂ）の外周部が吸入ジョイント１０１の円筒部（大径円筒部１０１ｂ）の内周部に圧入されることにより、フィルタ１０２が吸入ジョイント１０１に固定される。これにより、レーザー加工で穴１０２Ａを開ける際に生じるひずみが吸入ジョイント１０１との嵌合部（フィルタ大径部１０２ｂ）へ伝わる影響を低減させる構造になっている。

フィルタ１０２の吸入ジョイント１０１との嵌合部１０２ｂを吸入ジョイントの内周側の大径円筒部１０１ｂに圧入固定による金属接触させる事でフィルタ１０２と吸入ジョイントの間の隙間を無くし、異物が低圧燃料室１０ｃに流入する事を防止している。吸入ジョイント１０１の内周側円筒部の入口の燃料通路１０１ｃが形成され、この燃料通路１０１ｃの下流側には、燃料通路１０１ｃよりも内径を小さくした小径円筒部１０１ａが形成される。吸入ジョイント１０１の内周側は、入口の燃料通路１０１ｃと、これの下流側の大径円筒部１０１ｂと、さらに下流側の小径円筒部１０１ａとで形成される。また、大径円筒部１０１ｂと小径円筒部１０１ａとの間は、これらを接続する接続部（段部）が形成される。

一方でフィルタ１０２は、フィルタ大径部１０２ｂとフィルタ小径部１０２ａとを接続する接続部（段部）が形成される。そして、上記した吸入ジョイント１０１の接続部（段部）が吸入ジョイント軸方向において、フィルタ１０２の接続部（段部）を対向して受けるように構成される。別の言い方をするとフィルタ１０２は、燃料入口側のフィルタ大径部１０２ｂと、低圧燃料室（１０ｂ、１０ｃ）の側のフィルタ小径部（１０２ａ）とが一体で構成される。フィルタ１０２が低圧燃料室１０ｃ側へ移動する事を防ぐ構造になっている。このようにフィルタが２段で構成されて、フィルタ大径部１０２ｂが圧入されることにより、フィルタ用の穴をフィルタ小径部１０２ａにレーザー加工で形成する際に生じるひずみが吸入ジョイントの嵌合部（圧入部）へ伝わる影響を低減させることができる。

フィルタ１０２のフィルタ大径部１０２ｂと吸入ジョイント１０１の大径円筒部１０１ｂの圧入部（接触部）を金属接触させる。これにより、低圧燃料ポンプ２１から圧送された低圧燃料内に混入している異物を封止するよう構成されている。フィルタの１０２を吸入ジョイント１０１に挿入する際、フィルタ１０２の凸部が低圧燃料室１０ｃの側に向けられるように取り付けられる。これにより吸入ジョイント１０１の全長を短くすることができる。
なお、本実施例では吸入ジョイント１０１はポンプハウジング１とは別体で構成されているが、これは一体で構成されても良い。つまり、吸入ジョイント１０１はポンプハウジング１に形成された穴部により形成され、フィルタ１０２はポンプハウジング１の穴部に直接、取り付けられても良い。

図５は電磁吸入弁機構３０の拡大図で、電磁コイル５３に通電されていない無通電の状態である。図６は電磁吸入弁機構３０の拡大図で、電磁コイル５３に通電されている通電の状態である。ポンプハウジング１には中心に加圧室１１を含むシリンダ６を収納する凸部１Ａが形成されており、この加圧室１１に開口するように、電磁吸入弁機構３０装着用の孔３０Ａが形成されている。

プランジャロッド３１は、吸入弁部３１ａ、ロッド部３１ｂ、アンカー固定部３１ｃの３部分からなり、アンカー固定部３１ｃにはアンカー３５が溶接部３７ｂによって、溶接固定されている。ばね３４は図のようにアンカー内周３５ａ、および第一コア部内周３３ａに嵌め込まれ、アンカー３５、および第一コア部３３を引き離す方向にばね３４によるばね力が発生するようになっている。

弁シート３２は、吸入弁シート部３２ａ、吸入通路部３２ｂ、圧入部３２ｃ、摺動部３２ｄからなる。圧入部３２ｃは第一コア部３３に圧入固定されている。吸入弁シート部３２ａはポンプハウジング１に圧入固定されており、この圧入部で加圧室１１と吸入ポート３０ａを完全に遮断している。第一コア部３３は溶接部３７ｃによりポンプハウジング１に溶接固定されており、吸入ポート３０ａと高圧燃料供給ポンプの外部とを遮断している。

第二コア部３６は溶接部３７ａによって第一コア部３３に固定されており、第二コア部３６の内部空間と外部空間を完全に遮断している。また第二コア部３６には磁気オリフィス部３６ａが設けられている。電磁コイル５３に通電されていない無通電の状態で、かつ吸入流路１０ｃ（吸入ポート３０ａ）と加圧室１１との間の流体差圧が無い時は、プランジャロッド３１はばね３４により、図４のように図中の右方向に移動した状態となる。この状態では、吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが接触した閉弁状態となり、吸入口３８は塞がれる。

後述するカム５の回転により、プランジャ２が図２の下方に変位する吸入工程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室１１内の燃料圧力が低下する。この工程で加圧室１１内の燃料圧力が低圧燃料室１０ｃ（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、吸入弁部３１ａには燃料の流体差圧による開弁力（吸入弁部３１ａを図３の左方に変位させる力）が発生する。

この流体差圧による開弁力により、吸入弁部３１ａは、ばね３４の付勢力に打ち勝って開弁し、吸入口３８を開くように設定されている。流体差圧が大きい時は、吸入弁部３１ａは完全に開き、アンカー３１は第一コア部３３に接触した状態となる。流体差圧が小さい時は、吸入弁部３１ａは完全には開かず、アンカー３１は第一コア部３３に接触しない。

この状態にて、ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁吸入弁機構３０に印加されると、電磁吸入弁機構３０の電磁コイル５３には電流が流れ、第一コア部３３とアンカー３１の間には、互いに引き合う磁気付勢力が発生する。その結果、プランジャロッド３１には図中の左方に磁気付勢力が印可されることになる。

吸入弁部３１ａが完全に開いているときには、その開弁状態を保持する。一方、吸入弁部３１ａが完全には開いていないときには、吸入弁部３１ａの開弁運動を助長し吸入弁部３１ａは完全に開くので、アンカー３１は第一コア部３３に接触した状態となり、その後その状態を維持する。
その結果、吸入弁部３１ａが吸入口３８を開いた状態が維持され、燃料は吸入ポート３０ａから弁シート３２の吸入通路部３２ｂ、吸入口３８を通過し加圧室１１内へ流れ込む。電磁吸入弁機構３０に入力電圧の印加状態を維持したままプランジャ２が吸入工程を終了し、プランジャ２が図２の上方に変位する圧縮工程に移ると、磁気付勢力は維持されたままであるので、依然として吸入弁部３１ａは開弁したままである。

加圧室１１の容積は、プランジャ２の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度加圧室１１に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入口３８を通して吸入流路１０ｃ（吸入ポート３０ａ）へと戻されるので、加圧室の圧力が上昇することは無い。この工程を戻し工程と称す。

この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号を解除して、電磁コイル５３への通電を断つと、プランジャロッド３１に働いている磁気付勢力は一定の時間後（磁気的、機械的遅れ時間後）に消去される。吸入弁部３１ａにはばね３４による付勢力が働いているので、プランジャロッド３１に作用する電磁力が消滅すると吸入弁部３１ａはばね３４による付勢力で吸入口３８を閉じる。吸入口３８が閉じるとこのときから加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇する。そして、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁ユニット８を介して加圧室１１に残っている燃料の高圧吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この工程を吐出工程と称す。すなわち、プランジャ２の圧縮工程（下始点から上始点までの間の上昇工程）は、戻し工程と吐出工程からなる。

そして、電磁吸入弁機構３０の電磁コイル５３への通電を解除するタイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。電磁コイル５３への通電を解除するタイミングを早くすれば、圧縮工程中、戻し工程の割合が小さく吐出工程の割合が大きい。すなわち、吸入流路１０ｃ（吸入ポート３０ａ）に戻される燃料が少なく、高圧吐出される燃料は多くなる。

一方、入力電圧を解除するタイミングを遅くすれば、圧縮工程中の、戻し工程の割合が大きく、吐出工程の割合が小さい。すなわち、吸入流路１０ｃに戻される燃料が多く、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル５３への通電を解除するタイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。

以上のように構成することで、電磁コイル５３への通電を解除するタイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することが出来る。

かくして、燃料吸入口１０ａに導かれた燃料はポンプハウジング１の加圧室１１にてプランジャ２の往復動によって必要な量が高圧に加圧され、燃料吐出口１２からコモンレール２３に圧送される。コモンレール２３には、インジェクタ２４、圧力センサ２６が装着されている。インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の制御信号にしたがって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

このとき、吸入弁部３１ａはプランジャ２の下降・上昇運動に伴って吸入口３８の開閉運動を繰り返し、プランジャロッド３１は図中の左右方向の運動を繰り返す。このとき、プランジャロッド３１の運動は、弁シート３２の摺動部３２ｄによって図中の左右方向の運動のみに動きが制限され、摺動部３２ｄとロッド部３１ｂは摺動運動を繰り返す。したがって摺動部はプランジャロッド３１の摺動運動の抵抗にならないように十分に低い面粗さが必要である。摺動部のクリアランスの選定は下記による。

クリアランスが大きすぎると、プランジャロッド３１は摺動部を中心として振り子のように触れてしまい、アンカー３５と第二コア部３６が接触してしまう。プランジャロッド３１が摺動運動をすればアンカー３５と第二コア部３６も摺動してしまうので、プランジャロッド３１の摺動運動の抵抗が大きくなり、吸入口３８の開閉運動の応答性が悪くなる。また、アンカー３５と第二コア部３６はフェライト系磁気ステンレスであるので、摺動すると磨耗粉等を発生する可能性がある。さらに、後述するように、アンカー３５と第二コア部３６の隙間が小さいほど磁気付勢力は大きくなる。隙間が大きすぎると、磁気付勢力が不足し、高圧吐出される燃料の量を適切に制御できない。これらのことから、アンカー３５と第二コア部３６の隙間は出来るだけ小さく、かつ接触しない必要が有る。

そのため、摺動部は一箇所とし、さらに摺動部３２ｄの摺動長Ｌを図のように十分長くした。摺動部は摺動部３２ｄの内径、およびロッド部３１ｂの外形により形成されるが、どちらも加工する際には必ず公差が必要になり、摺動部のクリアランスも必ず公差が必要になる。一方、アンカー３５と第二コア部３６のクリアランスには、上述したように磁気付勢力から上限値がある。このクリアランスの公差を吸収し、さらアンカー３５と第二コア部３６が接触しないようにするには、摺動長Ｌを長くして振り子運動を小さくすれば良い。

これにより、プランジャロッド３１が振り子運動をしようとする時には、摺動部の両端で摺動部３２ｄとロッド部３１ｂが接触・摺動するので、アンカー３５と第二コア部３６の隙間は小さくすることが可能となった。

クリアランスが小さすぎると、吸入口３８が閉弁状態の時に、吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが完全には面接触しない。これは、プランジャロッド３１の吸入弁部３１ａとロッド部３１ｂの垂直度、および弁シート３２の吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄの垂直度を、摺動部のクリアランスで吸収できないためである。吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが完全には面接触しないと、吐出工程時に高圧になった加圧室１１内の高圧燃料により、プランジャロッド３１には過度のトルクが加わり破損する可能性がある。また、摺動部にも過度な荷重が加わり、摺動部の破損・磨耗が発生する可能性がある。

これらのことから、吸入口３８が閉弁状態の時に、吸入弁部３１ａと吸入弁シート部３２ａが完全に面接触する必要がある。特に、上記のように摺動長Ｌを長くすることで、プランジャロッド３１の振り子運動を抑えようとすると、プランジャロッド３１の吸入弁部３１ａとロッド部３１ｂの垂直度、および弁シート３２の吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄの垂直度に求められる精度は高くなる。

そのため、吸入弁シート部３２ａ、および摺動部３２ｄを弁シート３２に設けた。吸入弁シート部３２ａ、および摺動部３２ｄを同一部材とし、吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄの垂直度を精度良く出来るようにした。吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄが別部材であると、加工・結合する部位に直角度を悪くする要因が必ず生じるが、吸入弁シート部３２ａと摺動部３２ｄを一部材とする事でこの問題は解決される。

また、磁気コイル５３に通電した時に発生する磁気付勢力が不足すると、高圧吐出される燃料の量を適切に制御できない。そのため、磁気コイル５３の周りに構成され磁気回路は、十分な磁気付勢力を発生するものでなくてはならない。その為には、磁気コイル５３に通電し周りに磁場が発生した際、より多くの磁束が流れるような磁気回路にする必要が有る。一般的に磁気化路は太く短いほど、磁気抵抗も小さくなるので磁気回路を通過する磁束が大きくなり、発生する磁気付勢力も大きくなる。

本実施例では、磁気回路を構成する部材は、図５に示すようにアンカー３５、第一コア部３３、ヨーク５１、第二コア部３６であり、これらは全て磁性材料である。第一コア部３３と第二コア部３６は溶接部３７ａにより溶接にて接合されているが、第一コア部３３と第二コア部３６の間を直接磁束が通過せず、アンカー３５を介して通過する必要が有る。これは第一コア部３３とアンカー３５の間に磁気付勢力を発生させるためであり、第一コア部３３と第二コア部３６の間を直接磁束が通過してしまい、アンカーを通過する磁束が減少してしまうと、磁気付勢力が低下してしまう。

そのために、従来構造では、第一コア部３３と第二コア部３６の間に中間部材を設けていた。この中間部材は非磁性体であるので、第一コア部３３と第二コア部３６の間を直接に磁束が通過する事はなく、全ての磁束がアンカー３５を通過する。しかし、中間部材を設けると部品点数が増加しさらに中間部材と第一コア部３３・第二コア部３６をそれぞれ接合する必要が有るので、コストがアップしてしまうと言う問題があった。

そこで、本実施例では第一コア部３３と第二コア部３６を溶接部３７にて直接接合し、第二コア部に磁気オリフィス部３６ａを設けた。磁気オリフィス部３６ａでは、肉厚を強度的に許す限り薄くする一方、第二コア部３６のその他の部分では十分な肉厚を確保している。また、磁気オリフィス部３６ａは第一コア部とアンカー３５の接触する部分の近傍に設けた。

これにより、発生した磁束は大部分がアンカー３７を通過し、第一コア部３３と第二コア部を直接に通過する磁束はごく小さく、それによる第一コア部３３とアンカー３５の間に発生する磁気付勢力の低下を許容範囲内している。

また、第一コア部３３とアンカー３５が接触している時には、磁気回路中で最も大きな空隙があるのは第二コア部３６とアンカー３５の間である。空隙は磁性材料ではなく、燃料で満たされているので空隙が大きいほど磁気回路の磁気抵抗は大きくなる。したがって、空隙は小さいほど良い。本実施例では、前述したように摺動部の摺動長Ｌを長くする事によって第二コア部３６とアンカー３５の間の空隙を小さくしている。

磁気コイル５３はリード線５４をプランジャロッド３１の軸を中心に巻いて構成している。リード線５４の両端は、リード線溶接部５５でターミナル５６に溶接接続されている。ターミナルは伝導性の物質でありコネクタ部５８に開口しており、コネクタ部５８にＥＣＵ２７からの相手側コネクタが接続されれば相手側のターミナルに接触しコイルに電流を伝える。

図７に従来構造を示す。従来構造では、磁気回路の内側にリード線溶接部５５を配置している。リード線溶接部５５は少なくない容積を必要とするので、その分だけ磁気回路の全長が長くなってしまう。このことは、磁気回路の磁気抵抗を大きくしてしまうので、第一コア部３３とアンカー３５の間に発生する磁気付勢力の低下と言う問題があった。

本実施例では、このリード線溶接部５５をヨーク５１の外側に配置している。磁気回路の外側にリード線溶接部５５を配置する事になり、リード線溶接部５５に必要としていた空間が無いために磁気回路の全長を短くでき、第一コア部３３とアンカー３５の間に十分な磁気付勢力の発生が可能となった。

図８に、電磁吸入弁機構３０をポンプハウジング１に組み込む前の状態を示す。本実施例では、まず、吸入弁ユニット３７と、コネクタユニット３８としてそれぞれにユニットを作成する。次に、吸入弁ユニット３７の吸入弁シート部３２ａをポンプハウジング１に圧入固定し、その後に溶接部３７ｃを全周に渡って溶接接合する。本実施例では、溶接はレーザー溶接としている。この状態で、コネクタ３８を第一コア部３３に圧入固定する。これにより、コネクタ５８の向きを自由に選ぶことができる。

ポンプハウジング１には中心に加圧室１１を含むシリンダ６を収納する凸部１Ａが形成されており、この加圧室１１に開口するように、吐出弁機構８装着用の凹所１１Ａが形成されている。

加圧室１１の出口には吐出弁機構８が設けられている。吐出弁機構８はシート部材（シート部材）８ａ、吐出弁８ｂ、吐出弁ばね８ｃ、吐出弁ストッパとしての保持部材８ｄからなり、ポンプハウジング１の外で、溶接部８ｅを溶接することにより吐出弁機構８を組み立てる。その後、図中左側から組み立てた吐出弁機構８をポンプハウジング１に圧入固定する。圧入部は加圧室１１と吐出口１２を遮断する機能も備える。

加圧室１１と吐出口１２との間に燃料の差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力でシート部材８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１内の燃料圧力が、吐出口１２の燃料圧力よりも所定の値だけ大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに抗して開弁し、加圧室１１内の燃料は吐出口１２を経てコモンレール２３へと吐出される。

吐出弁８ｂは開弁した際、保持部材８ｄと接触し、動作を制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは保持部材８ｄによって適切に決定される。もし、ストロークが大きすぎると、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、燃料吐出口１２へ吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまうので、高圧ポンプとしての効率が低下してしまう。また、吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、保持部材８ｄにてガイドしている。以上のように構成することで、吐出弁機構８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

プランジャ２の下端には、エンジンのカムシャフトに取付けられたカム５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット３が設けられている。プランジャ２はリテーナ１５を介してばね４にてタペット３に圧着されている。リテーナ１５は圧入によってプランジャ２に固定されている。にこれによりカム５の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に進退（往復）運動させることができる。

ここで、低圧燃料室１０ｃは吸入流路１０ｄ、およびシリンダホルダ７に設けられた吸入流路１０ｅを介して、シール室１０ｆに接続しており、シール室１０ｆは常に吸入燃料の圧力に接続している。加圧室１１内の燃料が高圧に加圧されたときには、シリンダ６とプランジャ２の摺動クリアランスを通して微小の高圧燃料がシール室１０ｆ内に流入するが、流入した高圧燃料は吸入圧力に開放されるのでプランジャシール１３が高圧により破損する事はない。

また、プランジャ２はシリンダ６と摺動する大径部２ａと、プランジャシール１３と摺動する小径部２ｂからなる。大径部２ａの直径は小径部２ｂの直径より大きく設定されており、互いに同軸に設定されている。シリンダ６との摺動部は大径部２ａであり、プランジャシール１３との摺動部は小径部２ｂである。これにより、大径部２ａと小径部２ｂの接合部はシール室１０ｆ内に存在するので、プランジャ２の摺動運動に伴って、シール室１０ｆの容積が変化し、それに伴って燃料は、吸入流路１０ｄ、吸入流路１０ｓを通ってシール室１０ｆと吸入流路１０ｃの間を運動する。

プランジャ２は、プランジャシール１３とシリンダ６と摺動を繰り返すので、摩擦熱が発生する。この熱により、プランジャ２の大径部２ａが熱膨張をするが、大径部２ａのうち、プランジャシール１３側の方が加圧室１１側よりも発熱源に近い。そのため、大径部２ａの熱膨張は均一にならず、その結果として円筒度が悪化しプランジャ２とシリンダ６が焼きついて固着してしまう。

本実施例では、プランジャ２の摺動運動に伴ってシール室１０ｆの燃料を常に入れ替えているので、この燃料により、発生した熱を除去する効果がある。これによって、摩擦熱による大径部２ａの変形、およびそれによって発生するプランジャ２とシリンダ６が焼付固着を防止することが出来る。

さらに、プランジャシール１３との摺動部の直径が小さいほど摩擦面積が小さくなるので、摺動運動によって発生する摩擦熱も少なくなる。本実施例では、プランジャシール１３と摺動するのはプランジャ２の小径部２ｂであるので、プランジャシール１３との摩擦で発生する熱量も小さく押さえる事が出来、焼付固着を防止する事が出来る。

金属ダイアフラムダンパ９は２枚の金属ダイアフラムで構成され、両ダイアフラム間の空間にガスが封入された状態で外周を溶接部にて全周溶接にて互いに固定している。そして金属ダイアフラムダンパ９の両面に低圧圧力脈動が負荷されると、金属ダイアフラムダンパ９は容積を変化し、これにより低圧圧力脈動を低減する機構となっている。

高圧燃料供給ポンプのエンジンへの固定は、フランジ４１、止めねじ４２、およびブッシュ４３により行われる。フランジ４１は溶接部４１ａにてポンプハウジング１に全周を溶接結合されている。本実施例では、レーザー溶接を用いている。

図９に、フランジ４１、およびブッシュ４３の外観図示す。本図では、フランジ４１、およびブッシュ４３のみを示し、その他の部品は示していない。二個のブッシュ４３はフランジ４１に取付けられており、エンジンとは反対側に取付けられている。二個の止めねじ４２はエンジン側に形成されたそれぞれのねじに螺合され、二個のブッシュ４３、およびフランジ４１をエンジンに押し付けることで、高圧燃料供給ポンプをエンジンに固定する。

ブッシュ４３には、鍔部４３ａ、かしめ部４３ｂがある。まず、かしめ部４３ｂはフランジ４１の取付け穴にかしめ結合される。その後、ポンプハウジング１と溶接部４１ａにてレーザー溶接によって溶接結合される。その後、樹脂製のファスナー４４をブッシュ４３に挿入し、さらにファスナー４４に止めねじ４２を挿入する。ファスナー４４は止めねじ４２をブッシュ４３に仮固定する役割を果たす。即ち、高圧燃料供給ポンプをエンジンに取り付けるまでの間に、止めねじ４２がブッシュ４３から脱落しないように固定している。高圧燃料供給ポンプをエンジンに固定する際は、止めねじ４２をエンジン側に設けられたねじ部に螺合固定するが、その際は止めねじ４２の締付けトルクによって止めねじ４２はブッシュ４３内で回転できる。

高圧燃料供給ポンプが高圧吐出を繰り返すと、前述のように加圧室内１１の圧力は高圧と低圧を繰り返す。加圧室内１１が高圧の時は、この圧力のためにポンプハウジング１は図中の上方に持ち上げられるように力が働く。加圧室内１１が低圧の時は、この力は働かない。このため、ポンプハウジングは図中の上方に繰り返し荷重を受ける事になる。

図９に示すように、フランジ４１は２個の止めねじ４２によってエンジンにポンプハウジング１を固定している。そのため、ポンプハウジング１が前述のように上方に持ち上げられると、フランジ４２は２個の止めねじ４２、ブッシュ４３の部分が固定され中央部分に繰り返して曲げ荷重が加わる状態となる。この繰り返し荷重によって、フランジ４１、ポンプハウジング１が変形するので繰返し応力が発生して疲労破壊してしまう問題があった。さらには、シリンダ６の摺動部も変形し、前述したプランジャ２とシリンダ６の焼きつき固着が発生してしまう。

図１０を用いて、この点について説明する。フランジ４１は、生産性の理由からプレス成形によって製作している。そのためフランジ４１の板厚ｔ１には上限があり、本実施例ではｔ１＝４ｍｍとしている。ポンプハウジング１とフランジ４２の接合部である溶接部４１をレーザー溶接によって溶接結合している。レーザー溶接は図中の下方からビームを照射する必要が有る。図中上方からでは、その他の部品がありレーザーを全周にわたって照射する事は不可能である。さらにレーザー溶接はフランジ４１の板厚ｔ＝４ｍｍを貫通しなくてはならない。もし溶接がフランジ４１を貫通しないと溶接部端面が切欠になり、前述した繰り返し荷重によってこの切欠部に応力が集中し、そこから疲労破壊を起こしてしまう。

レーザー溶接によってフランジ４１を貫通溶接するにはレーザーの出力を大きくすれば良いが、溶接するには必ず熱が発生するので、その熱によってフランジ４１が熱変形をしてしまう。また、溶接の際に発生するスパッタも大量に発生しポンプハウジング１、その他の部品に固着する。以上の観点からレーザー溶接によって貫通溶接するための溶接長さは短いほうが良い。

そのため、本実施例では溶接部４１ａの板厚ｔ２のみｔ２＝３ｍｍとした。これにより、フランジ４１ａをレーザー溶接によって貫通溶接する事ができ、スパッタの発生も最小限に抑えられる。また、このｔ２＝３ｍｍ部はプレス成形によって成形可能であるので、生産性も高い。

溶接部４１ａの板厚ｔ２＝３ｍｍと、ｔ１＝４ｍｍの段差部はエンジン側に設ける事にした。これにより、くぼみ４５が形成される。溶接部４１ａの上端面、および下端面には必ず母材よりも盛り上がる。くぼみ４５を設ける事により、この盛り上がりとエンジンの干渉を防ぐことが出来る。盛り上がりとエンジンが接触していると、高圧燃料供給ポンプをエンジンに止めねじ４２で固定した際に、フランジ４１に曲げ応力が発生し、フランジ４１の破損に繋がる。

これにより、高圧吐出に伴って発生する繰り返し荷重により、フランジ４１の破損を防止する事ができる。また、溶接部４１ａの盛り上がりとエンジンが接触により発生する、フランジ４１の破損も防止する事が出来る。

前述のように、繰り返し荷重がポンプハウジング１に負荷されると、２個の止めねじ４２、ブッシュ４３の部分が固定された状態で、繰り返し荷重の方向に彎曲する。溶接部４１ａはレーザー溶接によって全周に渡って貫通溶接されており、フランジ４１の彎曲はポンプハウジング１に波及する。一方、シリンダホルダ７とポンプハウジング１はねじ部７ｇ、１ｂでのみ接触している。ポンプハウジング１のねじ部１ｂと溶接部４１ａは距離ｍだけ離れたい位置に存在する。また、距離ｍでの最小肉厚はｎとしている。ポンプハウジング１がフランジ４１の彎曲により変形しても、その変形は距離ｍ、肉厚ｎの部分で吸収し、ねじ１ｂまで波及しないようにｍ、ｎの値を選定する。

こうすることで、フランジ４１の湾曲によるシリンダ６の変形を防ぐ事ができる。しかし、フランジ４１の湾曲をすべてポンプハウジング１で吸収しなくてはならず、ポンプハウジング１で発生する繰り返し応力が許容値を超えてしまうと、ポンプハウジング１が疲労破壊し燃料漏れ事故となってしまう。

このようなポンプハウジング１の疲労破壊を防ぐためには下記二つの方法が有る。
（１） ポンプハウジング１の形状効果により、発生する応力を許容値以下にする。
（２） フランジ４１で発生する彎曲を小さくする。
以下、この２つの方法について説明する。

まず、（１）について説明する。図１１に溶接部４１ａ近傍の拡大図を示す。ポンプハウジング１が繰り返し荷重によって、図中の上方に引張られ、フランジ４１が彎曲した時に発生する応力で最大のものは、図１０中に最大応力として示したように、ポンプハウジング１の表面に矢印方向に発生する。この発生する応力を、形状効果によって出来る限り分散させて、応力集中が起こらないような形状にすれば良い。

本実施例では、図１１のようにＲ部１ｃ、およびＲ部１ｅを直線部１ｄにて接続する構造とし、最適値を選定した。二つのＲ部１ｃ、および１ｅの間に直線部１ｄが存在し、この直線部１ｄ上で発生する応力が均等に分布する。その結果、応力集中は起こらずに発生応力の最大値を低減する事が出来た。

次に、（２）について説明する。フランジ４１の彎曲が小さくするには、フランジ４１の剛性を高める以外に方法はない。しかし、フランジ４１の板厚ｔは前述したように生産性の観点から４ｍｍ以上にする事は非常に困難である。そこで止めねじ４２の固定の為だけに設けているブッシュ４３の径を大きくすることにした。ここで、彎曲有効距離：Ｏとは、二つのブッシュ４３の端部の最短距離を示し、この部分が、繰り返し荷重により実質的に彎曲する。この彎曲有効距離：Ｏを小さく出来れば、結果としてフランジ４１の剛性向上となる。

本実施例では、ブッシュ４３に鍔部４３ａを設けて、彎曲有効距離：Ｏの縮小を図った。ブッシュ４３の高さは、ファスナー４４を挿入のための高さは必要となる。その高さでブッシュ４３の外形を大きくすると、ポンプハウジング１との干渉問題や、ブッシュ４３の材料増大等の問題があった。鍔部４３ａを設ける事によって、これらの問題を防ぎ、彎曲有効距離：Ｏを小さくする事が出来た。

以上のようにすることで、方法（１）（２）を達成し、ポンプハウジング１に繰り返し発生する応力を疲労破壊の許容値以下にすることができた。

図１２により本発明の第二の実施例について説明する。本実施例の高圧燃料供給ポンプは、吸入弁（吸入弁部３１ａ）を介して燃料を加圧室１１に吸入し、吐出弁８ｂを介して加圧室１１で加圧された燃料を吐出する。そして、吐出弁８ｂより下流側の通路と吐出弁８ｂより上流側の通路とを連通するリリーフ通路８８ｃがポンプハウジング１に形成される。リリーフ弁機構８８は、リリーフ通路８８ｃにリリーフ通路８８ｃの燃料の流れを吐出弁８ｂの下流側から吐出弁８ｂの上流側への一方向のみに流す逆止弁８８ａを備えている。

なお、吐出弁８ｂより上流側として、加圧室１１に戻しても良いし、低圧燃料室１０ｃに戻すようにしても良い。リリーフ弁機構８８には吐出弁８ｂの下流側に取り付けられたフィルタ１０２、を備え、フィルタ１０２は、カップ形状の金属板で形成され、かつ、前記金属板に複数の穴がパンチ加工、又はレーザ加工により形成されている。

つまり、フィルタ１０２をリリーフ弁機構８８に取り付け、ポンプハウジング１内やコモンレール２３から流れてきた異物をリリーフ弁機構８８のリリーフ弁シートに流れる事を防止する。またリリーフ弁機構８８はリリーフ弁の開弁圧力調整を単体で行う事ができ、開弁圧力調整後にフィルタ１０２を取り付けることで、圧力調整不適合品が発生した場合の歩留りコストを低減する事ができる。

フィルタ１０２の内側円筒部１０２ｃとリリーフ弁機構の外側円筒部８８ｂで圧入固定する事により、フィルタ１０２の外側円筒部１０２ｂで圧入した時よりも燃料通路８９を大きく確保する事ができ、フィルタ外面１０２ｄとフィルタ内面１０２ｅの圧力差を小さくすることで、フィルタ１０２に負荷される力を低減する事ができる構造になっている。

またフィルタ１０２は外径の小さい円筒部（フィルタ小径部１０２ａ）にレーザー加工で穴が開けられフィルタとしての役割を果たす部分と、外径の大きい円筒部（フィルタ大径部１０２ｂ）でフィルタ１０２を吸入ジョイント１０１に固定する役割を果たす部分が一体構造になるよう構成されている。またフィルタ１０２のフィルタ大径部１０２ｂの内側円筒面部をリリーフ弁機構の外側円筒面部に嵌合（圧入）することにより、フィルタ１０２をリリーフ弁機構８８に固定するよう構成されている。

リリーフ弁機構８８はフィルタ１０２の嵌合部（圧入部）と直交した平面部を有しており、フィルタ１０２の円筒部段差平面部と接触させることによりリリーフ弁機構の側への移動を規制するように構成されている。フィルタ１０２とリリーフ弁機構の嵌合部（圧入部）を金属接触させることでリリーフ弁機構８８の下流側燃料内に混入している異物を封止するよう構成されている。フィルタ１０２は外側円筒部を２段以上の段差を設け、フィルタ用の穴をレーザー加工する際に生じるひずみが前記リリーフ弁機構の嵌合部へ伝わる影響を低減させるよう構成されている。

フィルタ１０２の凸部（フィルタ小径部１０２ａ）をリリーフ弁機構８８の上流側として、リリーフ通路８８ｃの中で燃料通路の径の大きいところに配置している。フィルタ大径部１０２ｂをリリーフ弁機構８８の外側円筒部８８ｂに圧入して固定する。これにより燃料の吸入抵抗を低減させ、フィルタの外面と内面との間に発生する圧力差を低減させる事でフィルタに負荷される応力を低減できるよう構成されている。

以上の実施例に記載の高圧燃料ポンプによれば、燃料が高圧、高流量になった場合や、凍結した燃料の塊りがフィルタの流路を塞いだ場合、高粘度の燃料を使用した場合などの環境においてもフィルタ機能を実現する事ができる。

１…ポンプハウジング、１０ｂ・１０ｃ…低圧燃料室、１１…加圧室、１０１…吸入ジョイント、１０１ａ…小径円筒部、１０１ｂ…大径円筒部、１０１ｃ…燃料通路、１０２…フィルタ、１０１ａ…フィルタ小径部、１０２ｂ…フィルタ大径部。

Claims (16)

1. 燃料を加圧する加圧室と、前記加圧室の上流側に形成された低圧燃料室と、前記低圧燃料室の上流側に取り付けられた吸入ジョイントと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記吸入ジョイントの内周側の円筒部に取り付けられたフィルタを備え、
   前記フィルタは、カップ形状の金属板で形成され、かつ、前記金属板に複数の穴がパンチ加工、又はレーザ加工により形成された高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記フィルタは、前記複数の穴が形成された外径の小さい円筒部と、当該フィルタを前記吸入ジョイントに固定する外径の大きい円筒部と、が一体の構造で構成された高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記フィルタの円筒部の外周部が前記吸入ジョイントの円筒部の内周部に圧入されることにより、前記フィルタが前記吸入ジョイントに固定された高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記吸入ジョイントの大径円筒部と小径円筒部との間は、これらを接続する接続部が形成され、一方で前記フィルタは、フィルタ大径部とフィルタ小径部とを接続する接続部が形成され、前記吸入ジョイントの前記接続部が吸入ジョイント軸方向において、前記フィルタの前記接続部を対向して受けるように構成された高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記フィルタと前記吸入ジョイントの接触部を金属接触させることで低圧燃料ポンプから圧送された低圧燃料内に混入している異物を封止する高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記フィルタはフィルタ大径部とフィルタ小径部とが一体となって構成された高圧燃料供給ポンプ。
7. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記フィルタの凸部が前記低圧燃料室の側に取り付けられた高圧燃料供給ポンプ。
8. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記フィルタは、燃料入口側のフィルタ大径部と、前記低圧燃料室の側のフィルタ小径部とが一体で構成された高圧燃料供給ポンプ。
9. 請求項１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記吸入ジョイントはポンプハウジングに形成された穴部により形成され、前記フィルタは前記ポンプハウジングの前記穴部に直接、取り付けられた高圧燃料供給ポンプ
10. 吸入弁を介して燃料を加圧室に吸入し、吐出弁を介して前記加圧室で加圧された燃料を吐出する高圧燃料供給ポンプにおいて
    前記吐出弁より下流側の通路と前記吐出弁より上流側の通路とを連通するリリーフ通路と、
    前記リリーフ通路に当該リリーフ通路の燃料の流れを前記吐出弁の下流側から前記吐出弁の上流側への一方向のみに流す逆止弁を備えたリリーフ弁機構と、
    前記リリーフ弁機構には前記吐出弁の下流側に取り付けられたフィルタと、を備え、
    前記フィルタは、カップ形状の金属板で形成され、かつ、前記金属板に複数の穴がパンチ加工、又はレーザ加工により形成された高圧燃料供給ポンプ。
11. 請求項１０に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記フィルタは外径の小さい円筒部にレーザー加工で穴が開けられフィルタとしての役割を果たす部分と、外径の大きい円筒部で前記フィルタを前記吸入ジョイントに固定する役割を果たす部分が一体構造になるよう構成された高圧燃料供給ポンプ。
12. 請求項１０、又は１１に記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記フィルタの内側円筒面部を前記リリーフ弁機構の外側円筒面部に嵌合することにより、前記フィルタを前記リリーフ弁機構に固定するよう構成された高圧燃料供給ポンプ。
13. 請求項１０乃至１２のいずれかに記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記リリーフ弁機構は前記フィルタの嵌合部と直交した平面部を有しており、前記フィルタの円筒部段差平面部と接触させることにより前記リリーフ弁機構の側への移動を規制するように構成された高圧燃料供給ポンプ。
14. 請求項１０乃至１３のいずれかに記載した高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記フィルタと前記リリーフ弁機構の嵌合部を金属接触させることで前記リリーフ弁機構の下流側燃料内に混入している異物を封止するよう構成された高圧燃料供給ポンプ。
15. 請求項１０乃至１４のいずれかに記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記フィルタは外側円筒部を２段以上の段差を設け、フィルタ用の穴をレーザー加工する際に生じるひずみが前記リリーフ弁機構の嵌合部へ伝わる影響を低減させるよう構成された高圧燃料供給ポンプ。
16. 請求項１０乃至１５のいずれかに記載された高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記フィルタの凸部が前記リリーフ通路の中で燃料通路の径が大きく設けられているところに配置された高圧燃料供給ポンプ。

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