JP5482855B2 - 高圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに用いられる高圧ポンプに関する。

従来、エンジンへ燃料を供給する燃料供給系には、燃料タンクから供給される燃料を加圧する高圧ポンプが設けられる。高圧ポンプで加圧された燃料はデリバリパイプに蓄圧され、そのデリバリパイプに接続するインジェクタからエンジンの各気筒内に噴射される。
一般に、高圧ポンプは、エンジンヘッドに取り付けられ、カムシャフトの回転により駆動されるプランジャがシリンダ内を往復移動することで、プランジャのカムシャフトと反対側に形成された加圧室の燃料が加圧される。

ところで、このような構成の高圧ポンプは、エンジンからの受熱等によりシリンダが変形すると、シリンダとプランジャとの接触により生じる摩擦熱がシリンダとプランジャの温度を徐々に上昇させ、シリンダとプランジャに焼き付きが起きるおそれがある。これにより、デリバリパイプの燃圧が低下し、インジェクタから燃料が噴射されなくなり、エンジンが停止することが懸念される。

このような問題に対処するため、特許文献１に記載の高圧ポンプでは、ポンプボディに設けられた穴にシリンダホルダを介し、耐熱性の高い円筒状のブッシュをシリンダとして取り付けることで、エンジンからの伝熱によるシリンダの変形を抑制している。
また、特許文献２の明細書の段落「００４３」、「００４４」には、シリンダホルダに熱伝導率の小さい材料を用いること、及びシリンダホルダのねじ部に樹脂コーティングすることで、ポンプボディからシリンダへの伝熱を抑制することが記載されている。
また、特許文献３、４に記載の高圧ポンプにおいても、ポンプボディに設けられた穴に耐熱性の高いブッシュをシリンダとして取付け、シリンダの変形を抑制している。
特許文献５に記載の高圧ポンプでは、プランジャの加圧室と反対側に、プランジャの往復移動によって容積の変化する可変容積室が形成されている。シリンダの可変容積室側の径外方向の外壁に複数の溝が設けられている。この溝は、シリンダの軸に対象に２個又は４個設けられている（特許文献５の図１１及び図１６参照）。この溝を経由し、可変容積室に吸入及び排出する燃料が流れることで、シリンダの可変容積室側の端部が冷却される。
なお、特許文献５の明細書の段落「００８８」〜「００９０」には、熱伝量は、流速に比例して増大するので、溝の数を増やす場合は、径方向の距離を短くすることで、流速の低下を抑制することが記載されている。
特許文献６に記載の高圧ポンプは、シリンダの径方向外側に筒状の隙間が設けられている。この隙間は、加圧室及びこの加圧室に燃料を供給する低圧側燃料通路と連通している。

特開２００８−２３６１号公報 特開２００３−３５２３９号公報 特開２００８−５２５７１３号公報 独国特許出願公開第１０３２２５９９Ａ１号明細書 特開２０１０−１０６７４１号公報 米国特許第７７０７９９６Ｂ２号明細書

しかしながら、上述した特許文献１〜４に記載の高圧ポンプは、シリンダ、シリンダホルダ及びポンプボディが別部材で構成され、部品点数が増加している。また、熱伝導率の小さい材料でシリンダホルダを形成し、さらにシリンダホルダのねじ部に樹脂コーティングする等、構成が複雑になるので、加工工数が増加することが懸念される。
また、シリンダ、シリンダホルダ及びポンプボディが面接触しているので、エンジンの放射熱等がポンプボディからシリンダへ伝熱するおそれがある。
特許文献５に記載の高圧ポンプは、シリンダの溝がシリンダの可変容積室側の端部にのみ設けられているので、シリンダ全体を冷却することができない。さらに、シリンダの溝は、シリンダの周方向の一部にのみ設けられているので、シリンダの端部の全周を冷却することが困難である。
また、特許文献５に記載の高圧ポンプは、溝の断面積を小さく形成し、溝を流れる燃料の流速を高めることで、シリンダの冷却効果を向上している。このため、例えば内燃機関の高温再始動時など、内燃機関が高温かつ低回転時のシリンダの冷却効果が低下することが懸念される。
特許文献６に記載の高圧ポンプは可変容積室が形成されておらず、シリンダの径方向外側の隙間は低圧側燃料通路に連通しているのみである。このため、加圧室からのリーク燃料以外、燃料の流通がほとんど期待できない。したがって、隙間の燃料が高温になり、シリンダの冷却効果が低下するおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、シリンダの変形を抑制することの可能な高圧ポンプを提供することにある。

本発明によると、シリンダは、プランジャを軸方向に往復移動可能に収容する。ポンプボディは、プランジャの往復移動により燃料が加圧される加圧室、燃料入口と加圧室とを連通する低圧側燃料通路、および加圧室と燃料出口とを連通する吐出通路を有する。低圧側燃料通路を吸入弁部が開放又は閉塞する。吐出通路を吐出弁部が開放又は閉塞する。シリンダは、軸方向加圧室側の肉厚が軸方向可変容積室側の肉厚よりも厚いテーパ状に形成される。
可変容積室形成手段は、シリンダの加圧室と反対側に設けられ、プランジャの往復移動により容積が可変する可変容積室を形成する。
シリンダは、加圧室側からテーパ部および小径部を有する。テーパ部は、軸方向加圧室側の肉厚が軸方向可変容積室側の肉厚よりも厚いテーパ状に形成され、小径部は、テーパ部の軸方向可変容積室側の肉厚と同一の肉厚で形成される。
ポンプボディは、低圧側燃料通路から延びる連通路と可変容積室とに連通し、連通路からシリンダの可変容積室側の端部までシリンダの径方向外側の全周で空間をなす筒状空間を有する。
高圧ポンプの加圧室には、高い燃圧が作用する。このため、シリンダとプランジャとの隙間の燃料は、ハーゲン・ポアズイユの式に示されるように、加圧室側から可変容積室側に向かい燃圧が小さくなる。そこで本発明では、この燃圧の変化に対応してシリンダをテーパ状に形成することにより、加圧室の燃料圧力に対し、シリンダの変形を抑制することができる。シリンダの変形が抑制されることにより、シリンダとプランジャとの摺動による摩擦熱の発生を抑制することができる。
また、ポンプボディとシリンダとが別体の場合、シリンダの組み付け時において、シリンダの軸方向加圧室側の径外方向外壁をポンプボディに圧入する場合、シリンダが径方向内側へ変形することを抑制することができる。
なお、シリンダの径外側に筒状空間を形成する場合、筒状空間を軸方向加圧室側に延ばすことで、シリンダの冷却効果を高めることができる。

本発明の第１参考例による高圧ポンプ備える燃料供給系統の構成図である。 本発明の第１参考例による高圧ポンプの断面図である。 図２のＩＩＩ方向の部分断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。 本発明の第１参考例による高圧ポンプの動作を示す図である。 本発明の第１実施形態による高圧ポンプの断面図である。 本発明の第２参考例による高圧ポンプの断面図である。 本発明の第３参考例による高圧ポンプの断面図である。 本発明の第４参考例による高圧ポンプの断面図である。 本発明の第５参考例による高圧ポンプの断面図である。 本発明の第６参考例による高圧ポンプの断面図である。 本発明の第２実施形態による高圧ポンプの断面図である。

以下、本発明の参考例および実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１参考例）
本発明の第１参考例および後述する実施形態の高圧ポンプの設けられる燃料供給系統を図１に示す。
図１中で、破線で囲まれた部分が高圧ポンプ１０のポンプボディ１１を示し、この破線の中に示されている機構及び部品は、高圧ポンプ１０のポンプボディ１１に組み込まれていることを示す。
燃料タンク１の燃料は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２から伝送される信号に基づき低圧ポンプ３によって汲み上げられ、適切な圧力に加圧される。この燃料は、低圧燃料配管４を通り、高圧ポンプ１０の燃料入口２０に送られる。

燃料入口２０を通過した燃料は、フィルタ２８を通り、ダンパ室２０１、導入通路１１１を経由して吸入弁部３０の供給通路１００に至る。
フィルタ２８は、燃料タンク１から燃料入口２０までの間に存在する異物が燃料の流れにより高圧ポンプ１０に侵入することを防ぐ。また、ダンパ室２０１は、圧力脈動を減衰する。
本参考例および後述する実施形態において、燃料入口２０とダンパ室２０１との間の燃料通路、ダンパ室２０１、導入通路１１１および供給通路１００を低圧側燃料通路１０１と称する。この低圧側燃料通路１０１は、特許請求の範囲に記載の「低圧側燃料通路」に相当する。

吸入弁部３０は、供給通路１００を流れる燃料の動圧、及び電磁駆動部７０により駆動され、供給通路１００を開放及び閉塞する。加圧室１２１に吸入された燃料は、カムシャフト５の回転により往復運動するプランジャ１３により加圧される。加圧室１２１で加圧された燃料は、吐出通路１１４を開放及び閉塞する吐出弁部９０の動作により燃料出口９１から吐出される。
なお、高圧ポンプ１０の構成及び作動の詳細については、後述する。

高圧ポンプ１０から吐出された燃料は、コモンレール６へ圧送される。コモンレール６には、インジェクタ７、圧力センサ８が装着されている。インジェクタ７は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２の制御信号にしたがって開閉弁し、燃料を図示しない内燃機関の各気筒に噴射する。

次に、高圧ポンプ１０の構成および作動を詳細に説明する。図２及び図３に示すように、高圧ポンプ１０は、ポンプボディ１１、プランジャ１３、ダンパ室２０１、吸入弁部３０、電磁駆動部７０、吐出弁部９０及び圧力調整部５０などを備えている。

ポンプボディ１１とプランジャ１３について説明する。
本参考例において、ポンプボディ１１は、円筒状のシリンダ１４を一体で有している。シリンダ１４には、プランジャ１３が軸方向に往復移動可能に収容されている。プランジャ１３は、加圧室１２１に臨むように設けられている。プランジャ１３の加圧室１２１と反対側に設けられたヘッド１７は、スプリング座１８と結合している。スプリング座１８と後述するオイルシールホルダ２５との間には、スプリング１９が設けられている。スプリング１９は、一方の端部がオイルシールホルダ２５に当接し、他方の端部がスプリング座１８に当接しており、軸方向へ伸びる力を有している。このスプリング１９の弾性力により、スプリング座１８はエンジンのカムシャフト５の方向へ付勢される。これにより、プランジャ１３は、タペット２７を介してカムシャフト５のカムと接することで軸方向に往復移動する。プランジャ１３の往復移動により、加圧室１２１の容積が変化することで燃料が加圧される。

次に、ダンパ室２０１について説明する。
ポンプボディ１１には、シリンダ１４の反対側に、シリンダ側１４に凹む筒状の凹部２０３が設けられている。凹部２０３は、ポンプボディ１１の外側に開口している。この凹部２０３の開口２０４を蓋部材１２が塞いでいる。凹部２０３と蓋部材１２によって、ダンパ室２０１が形成される。

ダンパ室２０１には、パルセーションダンパ２１０、ボディ側支持部材２１１、蓋側支持部材２１２及び波ばね２１３が収容されている。
パルセーションダンパ２１０は、２枚の金属ダイアフラムから構成され、内部に所定圧の気体が密封されている。パルセーションダンパ２１０は、２枚の金属ダイアフラムがダンパ室２０１の圧力変化に応じて弾性変形することで、ダンパ室２０７の燃圧脈動を低減する。

ボディ側支持部材２１１は、筒状に形成され、径方向に燃料を通す孔を有している。ボディ側支持部材２１１は、ポンプボディ１１に設けられた窪み１１０に嵌入している。これにより、ボディ側支持部材２１１は、径方向の移動が制限される。蓋側支持部材２１２もまた、筒状に形成されている。蓋側支持部材２１２とボディ側支持部材２１１は、パルセーションダンパ２１０を上下から挟持している。
波ばね２１３は、蓋側支持部材２１２と蓋部材１２との間に設けられ、蓋側支持部材２１２をポンプボディ１１側に押圧している。これにより、蓋側支持部材２１２、パルセーションダンパ２１０及びボディ側支持部材２１１がダンパ室２０１内に固定される。

ダンパ室２０１は、図示しない燃料通路を通じて図示しない燃料入口と連通している。この燃料入口には図示しない燃料タンクから燃料が供給される。したがって、ダンパ室２０１には、燃料入口から燃料通路を通じて燃料タンクの燃料が供給される。

続いて、吸入弁部３０について説明する。
ポンプボディ１１には、シリンダ１４の中心軸と略垂直に筒部１５が設けられている。筒部１５の内側には供給通路１００が形成されている。供給通路１００は、加圧室１２１の径方向外側に形成され、深部が加圧室１２１に連通している。
ダンパ室２０１と供給通路１００とを導入通路１１１が連通している。燃料入口とダンパ室２０１との間の燃料通路、ダンパ室２０１、導入通路１１１および供給通路１００を経由して加圧室１２１に燃料が供給される。

弁ボディ３１は、供給通路１００に収容されている。弁ボディ３１は、小径筒部３２と大径筒部３３を有している。大径筒部３３の底部に凹テーパ状の弁座３４が形成されている。
吸入弁３５は弁ボディ３１の大径筒部３３の内側に配置されている。吸入弁３５は、小径筒部３２に設けられた孔の内壁に案内されて往復移動する。吸入弁３５の弁座３４側に、この弁座３４に着座可能な凸テーパ状の外周面が形成されている。

弁ボディ３１の大径筒部３３の内壁にストッパ４０が固定されている。このストッパ４０は、吸入弁３５の開弁方向（図２の右方向）への移動を規制する。ストッパ４０の内側と吸入弁３５との間には第１スプリング２１が設けられている。第１スプリング２１は、吸入弁３５を弁座３４に着座させる方向、すなわち閉弁方向へ付勢している。
ストッパ４０には、ストッパ４０の軸に対して傾斜する傾斜通路１０２が周方向に複数形成されている。

次に電磁駆動部７０について説明する。
電磁駆動部７０は、コイル７１、固定コア７２、可動コア７３、フランジ７５などから構成される。コイル７１は樹脂製のスプール７８に巻回されている。固定コア７２は磁性材料で作られ、コイル７１の内側に収容されている。可動コア７３は磁性材料で作られ、固定コア７２と対向して配置されている。可動コア７３は、フランジ７５の内側に軸方向に往復移動可能に収容されている。

フランジ７５は磁性材料で作られ、ポンプボディ１１の筒部１５に取り付けられている。固定コア７２とフランジ７５との間の磁気的な短絡を非磁性材料で作られた筒部材７９が防止している。フランジ７５は、固定コア７２及びコネクタ７７をポンプボディ１１に保持するとともに、筒部１５の端部を塞いでいる。フランジ７５の中央に設けられた孔の内壁には、筒状のガイド筒７６が取り付けられている。
ニードル３８は略円筒状に形成され、ガイド筒７６の内壁に案内されて往復移動する。ニードル３８は、一方の端部が可動コア７３と一体に組み付けられ、他方の端部が吸入弁３５の電磁駆動部７０側の端面に当接するように設置されている。

固定コア７２と可動コア７３との間に第２スプリング２２が設けられている。この第２スプリング２２は、ストッパ４０側の第１スプリング２１が吸入弁３５を閉弁方向に付勢する力よりも強い力で、可動コア７３を吸入弁３５側へ付勢している。
コイル７１に通電していないとき、可動コア７３は固定コア７２に吸引されず、第２スプリング２２の弾性力により互いに離れている。このため、可動コア７３と一体のニードル３８が吸入弁３５側へ移動し、ニードル３８の端面が吸入弁３５を押圧することで吸入弁３５が開弁する。

次に可変容積室１２２について説明する。
プランジャ１３は、ヘッド１７側に小径部１３１を有し、加圧室１２１側に大径部１３３を有している。小径部１３１と大径部１３３との接続部分には段差面１３２が形成される。段差面１３２に向き合うように、シリンダ１４の端部に略円環状のプランジャストッパ２３が設けられている。
プランジャストッパ２３は、加圧室１２１側の端面に、加圧室１２１と反対側へ略円板状に凹む凹部２３１と、凹部２３１から径外方向へプランジャストッパ２３の外縁まで延びる溝路２３２とを有している。溝路２３２は、放射状に複数形成されている。プランジャストッパ２３の中央部にはプランジャストッパ２３を板厚方向に貫く孔２３３が形成されている。プランジャストッパ２３は、孔２３３にプランジャ１３の小径部１３１が挿通されている。また、プランジャストッパ２３は、加圧室１２１側の端面がシリンダ１４の端面に当接している。

ポンプボディ１１には、シリンダ１４が開口する側の外壁に、加圧室１２１側へ略円環状に凹む凹部１０５が設けられている。凹部１０５には、オイルシールホルダ２５が嵌め込まれている。オイルシールホルダ２５は、プランジャ１３の小径部１３１が挿通されている。オイルシールホルダ２５は、プランジャストッパ２３との間にシール部材２４を挟んで、凹部１０５の内壁に固定されている。シール部材２４は、小径部１３１周囲の燃料油膜の厚さを規制し、プランジャ１３の摺動によるエンジンへの燃料のリークを抑制する。オイルシールホルダ２５の加圧室１２１と反対側の端部には、オイルシール２６が装着されている。オイルシール２６は、小径部１３１周囲のオイル油膜の厚さを規制し、プランジャ１３の摺動によるオイルのリークを抑制する。
プランジャ１３の段差面１３２、小径部１３１の外壁、シリンダ１４の内壁、プランジャストッパ２３の凹部２３１、溝路２３２、およびシール部材２４に囲まれる空間により可変容積室１２２が形成される。
本参考例および後述する実施形態では、上述したプランジャ１３の段差面１３２、小径部１３１の外壁、シリンダ１４の内壁、プランジャストッパ２３、オイルシールホルダ２５、シール部材２４およびオイルシール２６が、特許請求の範囲に記載の「可変容積室形成手段」を構成している。なお、可変容積室形成手段は、シリンダの加圧室と反対側で可変容積室を形成することの可能なものであればよい。

オイルシールホルダ２５の内壁と凹部１０５の内壁との間には、略筒状の筒状空間８０が形成されている。筒状空間８０は、シリンダ１４の径方向外側にシリンダ１４と略同軸に形成されている。
筒状空間８０は、オイルシールホルダ２５の軸方向加圧室１２１側で、シリンダ１４の径外側に形成される径方向に広い第１筒状空間８１と、オイルシールホルダ２５の径方向内側の内壁とシリンダ１４の径方向外側の外壁との間に形成される径方向に狭い第２筒状空間８２とから構成されている。
第１筒状空間８１はポンプボディ１１に形成された連通路８３を経由してダンパ室２０１に連通している。第２筒状空間８２はプランジャストッパ２３の溝路２３２から可変容積室１２２に連通している。これにより、筒状空間８０はダンパ室２０１と可変容積室１２２とに連通する。

筒状空間８０は、可変容積室１２２からシリンダ１４と略同軸に軸方向加圧室１２１側へ延び、シリンダ１４の径方向外側を取り巻いて形成されている。
筒状空間８０を加圧室１２１側に近づけ、供給通路１００と筒状空間８０の軸方向加圧室１２１側の内壁との間の肉厚Ａを薄くすると、供給通路１００の燃圧によって供給通路１００を構成するポンプボディ１１の内壁が変形するおそれがある。これにより、供給通路１００が変形すると、吸入弁部３０を構成する各部に隙間が生じ、燃料漏れを生じることが懸念される。このため、供給通路１００と筒状空間８０の軸方向加圧室１２１側の内壁との間の肉厚Ａは、高圧ポンプ１０の通常使用時において、供給通路１００の燃圧によって生じる供給通路１００の変形が許容可能な程度となるような厚さに形成されている。このような肉厚Ａを確保することが可能な位置に筒状空間８０の軸方向加圧室１２１側の内壁は設けられている。

また、筒状空間８０の内径を小さくし、シリンダ１４の径方向の肉厚Ｂを薄くすると、シリンダ１４とプランジャ１３との間の燃圧によってシリンダ１４が変形するおそれがある。シリンダ１４が変形すると、シリンダ１４の内壁とプランジャ１３の摩擦熱が大きくなり、シリンダ１４とプランジャ１３に焼き付きが起きることが懸念される。このため、シリンダ１４の径方向の肉厚Ｂは、高圧ポンプ１０の通常使用時において、シリンダ１４とプランジャ１３との間の燃圧によって生じるシリンダ１４の変形が許容可能な程度となるような厚さに形成されている。このような肉厚Ｂを確保することが可能な位置に筒状空間８０の径方向内側の内壁は設けられている。

次に吐出弁部９０について説明する。
吐出弁部９０は、加圧室１２１において加圧された燃料の排出を許容または遮断する。この吐出弁部９０は、吐出弁９２、規制部材９３、スプリング９４などから構成されている。
ポンプボディ１１には、シリンダ１４の中心軸と略垂直に吐出通路１１４が形成されている。吐出通路１１４は、加圧室１２１の径方向外側に形成され、加圧室１２１と燃料出口９１とを連通している。
吐出弁９２は、有底筒状に形成され、吐出通路１１４に往復移動可能に収容されている。吐出弁９２は、ストローク方向にのみ運動するように、吐出通路１１４の内壁によりガイドされている。吐出弁９２は、吐出通路１１４に形成された弁座９５（図３参照）に着座することで吐出通路１１４を閉塞し、弁座９５から離座することで吐出通路１１４を開放する。
吐出弁９２の燃料出口９１側に設けられた筒状の規制部材９３は、吐出通路１１４の内壁に固定されている。規制部材９３は、吐出弁９２の燃料出口９１側への移動を規制する。
吐出弁９２の開弁のストロークは、規制部材９３によって適切に設定されている。仮にストロークが大きすぎると、吐出弁９２の閉じ遅れにより、吐出通路１１４へ吐出された燃料が、再び加圧室１２１に逆流し、高圧ポンプ１０のポンプ効率が低下する。
スプリング９４は、一端が規制部材９３に当接し、他端が吐出弁９２に当接している。スプリング９４は、吐出弁９２を加圧室１２１側へ付勢している。

加圧室１２１の燃圧が上昇し、加圧室１２１側の燃料から吐出弁９２が受ける力がスプリング９４の弾性力と燃料出口９１側の燃料から受ける力との和よりも大きくなると、吐出弁９２は弁座９５から離座する。これにより、加圧室１２１内の燃料は、燃料出口９１から高圧ポンプ１０の外部へ吐出される。
一方、加圧室１２１の燃圧が低下し、加圧室１２１側の燃料から吐出弁９２が受ける力がスプリング９４の弾性力と燃料出口９１側の燃料から受ける力との和よりも小さくなると、吐出弁９２は弁座９５に着座する。これにより、燃料出口９１側の燃料が加圧室１２１へ逆流することが防止される。

次に、圧力調整部５０について、図２を参照して説明する。
ポンプボディ１１には、シリンダ１４の中心軸と略垂直にリリーフ通路５１が形成されている。リリーフ通路５１は、加圧室１２１の径方向外側に形成され、吐出通路１１４と加圧室１２１とを連通している。なお、リリーフ通路５１のポンプボディ１１の外壁側の開口は、プラグ５５によって閉塞されている。
圧力調整部５０は、リリーフ弁５２、アジャストパイプ５３、スプリング５４及び定残圧弁６０などから構成されている。

リリーフ弁５２は、筒状に形成され、リリーフ通路５１に往復移動可能に設けられている。リリーフ弁５２は、内側に内側通路が形成され、この内側通路に定残圧弁６０などを収容している。
スプリング５４は、一方の端部がリリーフ弁５２に接し、他方の端部がアジャストパイプ５３に接している。リリーフ弁５２は、スプリング５４の付勢力により、リリーフ通路５１の内壁に形成される弁座５６側へ付勢されている。
リリーフ弁５２は、弁座５６に着座することによりリリーフ弁５２の径外側のリリーフ通路５１を閉塞し、弁座５６から離座することによりリリーフ弁５２の径外側のリリーフ通路５１を開放する。

アジャストパイプ５３のリリーフ通路５１への圧入により、スプリング５４の荷重が調整され、これによりリリーフ弁５２の開弁する所定圧が設定される。本参考例では、リリーフ弁５２の開弁する所定圧を例えばエンジンの通常運転におけるデリバリパイプの燃圧以上、電磁式のインジェクタが燃料噴射不能となる圧力未満とすることが例示される。

定残圧弁６０は、逆止弁であり、デリバリパイプ内の燃圧が所定圧以上で開弁するように設定される。この所定圧は、例えばエンジンの停止後にデリバリパイプ内に発生するベーパを許容値以下とし、かつインジェクタからの燃料漏れを許容値以下とすることのできる圧力とすることが例示される。

次に高圧ポンプ１０の作動について、図２及び図５を参照して説明する。
（１）吸入行程
カムシャフト５の回転により、プランジャ１３が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室１２１の容積が増加し、燃料が減圧される。吐出弁９２は弁座９５に着座し、吐出通路１１４を閉塞する。吸入弁３５は、加圧室１２１と供給通路１００との差圧により、第１スプリング２１の付勢力に抗して図２の右方向に移動し、開弁状態となる。このとき、コイル７１への通電は停止されているので、可動コア７３及びこの可動コア７３と一体のニードル３８は第２スプリング２２の付勢力により図２の右方向に移動する。したがって、ニードル３８と吸入弁３５とが当接し、吸入弁３５は開弁状態を維持する。これにより、低圧側燃料通路１０１から加圧室１２１に燃料が吸入される。
なお、図５では、コイル７１へ通電するＥＣＵの制御信号を「ソレノイド制御信号」と示し、ニードル３８の位置を「ニードル位置」と示している。

吸入行程では、プランジャ１３の下降により、可変容積室１２２の容積が減少する。したがって、可変容積室１２２の燃料は、筒状空間８０及び連通路８３を経由し、ダンパ室２０１へ送り出される。このとき、第２筒状空間８２から第１筒状空間８１に流出する燃料は、シリンダ１４の径外方向の外壁に沿って流れ、シリンダ１４を冷却する。

ここで、大径部１３３と可変容積室１２２の断面積比は概ね１：０．６である。したがって、加圧室１２１の容積の増加分と可変容積室１２２の容積の減少分の比も１：０．６となる。よって、加圧室１２１が吸入する燃料の約６０％が可変容積室１２２から筒状空間８０、低圧側燃料通路１０１等を経由して供給され、残りの約４０％が燃料入口から吸入される。これにより、加圧室１２１への燃料の吸入効率が向上する。

（２）調量行程
カムシャフト５の回転により、プランジャ１３が下死点から上死点に向かって上昇すると、加圧室１２１の容積が減少する。このとき、所定の時期まではコイル７１への通電が停止されているので、第２スプリング２２の付勢力によりニードル３８と吸入弁３５は図２の右方向に位置する。これにより、供給通路１００は開放した状態が維持される。このため、一度加圧室１２１に吸入された低圧燃料が、吸入弁部３０を経由し、低圧側燃料通路１０１へ戻される。したがって、加圧室１２１の圧力は上昇しない。

プランジャ１３が下死点から上死点に向かって上昇する途中の所定の時刻に、ＥＣＵ２からの制御信号により、コイル７１へ通電される。するとコイル７１に発生する磁界により、固定コア７２と可動コア７３との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力が第２スプリング２２の弾性力と第１スプリング２１の弾性力との差よりも大きくなると、可動コア７３とニードル３８は固定コア７２側（図２の左方向）へ移動する。これにより、吸入弁３５に対するニードル３８の押圧力が解除される。吸入弁３５は、第１スプリング２１の弾性力、及び加圧室１２１からダンパ室２０１側へ排出される低圧燃料の流れによって生ずる力により、弁座３４側へ移動する。したがって、吸入弁３５は弁座３４に着座し、供給通路１００が閉塞される。

（３）加圧行程
吸入弁３５が弁座に着座した時から、加圧室１２１の燃料圧力は、プランジャ１３の上死点に向かう上昇と共に高くなる。加圧室１２１の燃料圧力が吐出弁９２に作用する力が、吐出通路１１４の燃料圧力が吐出弁９２に作用する力およびスプリング９４の付勢力よりも大きくなると、吐出弁９２が開弁する。これにより、加圧室１２１で加圧された高圧燃料は吐出通路１１４を経由して燃料出口９１から吐出する。
なお、加圧行程の途中でコイル７１への通電が停止される。加圧室１２１の燃料圧力が吸入弁３５に作用する力は、第２スプリング２２の付勢力より大きいので、吸入弁３５は閉弁状態を維持する。

調量行程及び加圧行程では、プランジャ１３の上昇により、可変容積室１２２の容積が増大する。したがって、ダンパ室２０１の燃料は、連通路８３及び筒状空間８０を経由し、可変容積室１２２へ流入する。ダンパ室２０１には、燃料入口から比較的低温の燃料が流入するので、この燃料が筒状空間８０と可変容積室１２２に流入することで、シリンダ１４の全周が比較的低温の燃料に満たされる。これにより、シリンダ１４全体が冷却される。

このとき、加圧室１２１がダンパ室２０１側へ排出した低圧燃料の容積の約６０％が、ダンパ室２０１から連通路８３及び筒状空間８０を経由して可変容積室１２２に吸入される。これにより、燃圧脈動の約６０％が低減される。

高圧ポンプ１０は、（１）から（３）の行程を繰り返し、内燃機関に必要な量の燃料を加圧して吐出する。
コイル７１へ通電するタイミングを制御することで、高圧ポンプ１０から吐出される高圧燃料の量を制御することができる。
ＥＣＵの指令によりコイル７１へ通電するタイミングを早くすれば、調量行程の時間が短くなると共に、加圧行程の時間が長くなる。これにより、加圧室１２１から低圧側燃料通路１０１へ戻される燃料が少なくなり、吐出通路１１４から高圧吐出される燃料が多くなる。
一方、ＥＣＵの指令によりコイル７１へ通電するタイミングを遅くすれば、調量行程の時間が長くなると共に、吐出行程の時間が短くなる。これにより、加圧室１２１から低圧側燃料通路１０１へ戻される燃料が多くなり、吐出通路１１４から高圧吐出される燃料が少なくなる。
このように、ＥＣＵがコイル７１へ通電するタイミングを制御することで、高圧ポンプ１０から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できる。

本参考例では、以下の作用効果を奏する。
本参考例では、シリンダ１４の径方向外側の全周で空間をなす筒状空間８０が形成されている。この筒状空間８０は、可変容積室１２２と低圧側燃料通路１０１とに連通している。このため、プランジャ１３の往復移動により可変容積室１２２の容積が可変することで、筒状空間８０には、低圧側燃料通路１０１と可変容積室１２２の燃料が交互に入れ替わる。これにより、筒状空間８０には、常に比較的低温の燃料が流れる。したがって、シリンダ１４の全周を確実に冷却することができる。

また、本参考例では、シリンダ１４の軸方向中央部分の径方向外側に位置する第１筒状空間８１の容積が、シリンダ１４の可変容積室１２２側の端部の径方向外側に位置する第２筒状空間８２の容積よりも大きく形成されている。これにより、シリンダ１４の軸方向中央部分の全周を冷却する第１筒状空間８１の冷却効率を高めることが可能である。また、第２筒状空間８２は、流速の速い燃料によりシリンダ１４の可変容積室側の端部の全周を冷却することが可能である。したがって、シリンダ１４の可変容積室１２２側の端部に熱が発生した場合、まず第２筒状空間８２によって冷却されると共に、その熱はシリンダ１４を軸方向に伝熱し、第１筒状空間８１によって確実に冷却される。したがって、シリンダ１４の冷却効果を高めることができる。

ここで、燃料の熱伝導率は、例えばガソリンであれば０．０１〜０．０７ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃であり、金属の熱伝導率と比較して非常に小さい。このため、高圧ポンプ１０の取り付けられるエンジンヘッドからポンプボディ１１に伝わる熱、またはポンプボディ１１が受熱するエンジンルームの放射熱は、筒状空間８０を流れる燃料により、ポンプボディ１１からシリンダ１４への伝熱が抑制される。

シリンダ１４とプランジャ１３との摺動による温度上昇は、シリンダ１４の加圧室１２１側の内壁１４０で大きく発生する。このため、本参考例では、供給通路１００と筒状空間８０の軸方向加圧室１２１側の内壁との間の肉厚Ａが、供給通路１００の変形を許容可能な程度の厚さで形成されている。このように、筒状空間８０を軸方向に延ばすことで、シリンダ１４とプランジャ１３との摺動によるシリンダの温度上昇の抑制効果を高めることができる。また、ポンプボディ１１からシリンダ１４へ伝熱の抑制効果を高めることができる。
また、本参考例では、シリンダ１４の径方向の肉厚Ｂが、シリンダ１４の変形を許容可能な程度の厚さで形成されている。このように、筒状空間８０の内径を小さくし、シリンダ１４を薄くすることで、シリンダ１４とプランジャ１３との摺動による温度上昇の抑制効果を高めることができる。これにより、シリンダ１４の熱による許容範囲外の変形が抑制され、シリンダ１４とプランジャ１３の焼き付きを抑制することができる。

さらに、本参考例では、シリンダ１４の径方向の肉厚Ｂがシリンダ１４の変形を許容可能な厚さで形成されているので、シリンダ１４は内圧により許容範囲内の変形が可能である。そのため、仮にシリンダ１４の真直度や円筒度等が必要公差から若干程度逸脱している場合においても、シリンダ１４が許容範囲内の変形を許容するので、シリンダの肉厚を厚くし、剛性を保つ設計と比べ、シリンダ１４とプランジャ１３が焼付き難い設定となっている。これにより、シリンダの加工を容易にすると共に、高圧ポンプの信頼性を向上することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図６に示す。以下、複数の実施形態および参考例において、上述した第１参考例と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、筒状空間８４は、軸方向加圧室１２１側の内径が軸方向可変容積室１２２側の内径よりも大きいテーパ状に形成されている。これにより、シリンダ１４は、加圧室１２１側にテーパ部１４１を有し、可変容積室１２２側に小径部１４２を有し、一体に形成される。シリンダ１４のテーパ部１４１は、軸方向加圧室１２１側の肉厚Ｃが軸方向可変容積室１２２側の肉厚Ｄよりも厚いテーパ状に形成されている。

プランジャ１３の往復移動により加圧室１２１には、高い燃圧が作用する。シリンダ１４とプランジャ１３との隙間には、燃料による油膜が形成されている。この隙間の燃料は、ハーゲン・ポアズイユの式に示されるように、加圧室１２１側から可変容積室１２２側に向かい燃圧が小さくなる。この燃圧の変化に対応し、シリンダ１４にテーパ部１４１を設けることで、シリンダ１４の変形が抑制される。これにより、シリンダ１４とプランジャ１３との摺動による摩擦熱の発生を抑制することができる。

（第２参考例）
本発明の第２参考例を図７に示す。本参考例では、筒状空間８０とダンパ室２０１とを連通する連通路８３が複数設けられている。複数の連通路８３は、吸入弁部３０、吐出弁部９０及び圧力調整部５０を避け、シリンダ１４と平行に軸方向に延びている。複数の連通路８３は、一端がダンパ室２０１の内壁に開口し、他端が筒状空間８０の軸方向加圧室１２１側の内壁にそれぞれ開口している。このため、筒状空間８０の内壁には、連通路の開口８３１が周方向に複数箇所設けられる。
プランジャ１３の往復移動に伴う可変容積室１２２の容積変化により、可変容積室１２２の燃料と筒状空間８０の燃料とが循環する。これと共に、筒状空間８０の内壁に複数箇所設けられた開口８３１から連通路８３を経由し、筒状空間８０の燃料とダンパ室２０１の燃料とが循環する。ダンパ室２０１には、燃料タンクから比較的低温の燃料が供給されている。このため、可変容積室１２２および筒状空間８０の燃料が低温になる。

本参考例では、筒状空間８０とダンパ室２０１とを連通する連通路８３を複数設け、この複数の連通路８３の開口８３１を筒状空間８０の内壁に複数箇所設けている。これにより、筒状空間８０とダンパ室２０１との燃料の循環を良くすることができる。したがって、筒状空間８０の燃料が低温になるので、ポンプボディ１１からシリンダ１４への伝熱の抑制効果、およびシリンダ１４の冷却効果を高めることができる。

（第３参考例）
本発明の第３参考例を図８に示す。本参考例では、ポンプボディ１１とシリンダ１４とが別体で構成されている。シリンダ１４の加圧室１２１側端部の径外方向の外壁は、ポンプボディ１１の内壁に圧入、溶接などにより固定されている。
本参考例では、シリンダ１４を例えばマルテンサイト系ステンレス等の比較的硬度の高い材料から形成し、ポンプボディ１１を例えばフェライト系ステンレス等のシリンダ１４よりも比較的硬度の低い材料から形成することが可能になる。これにより、シリンダ１４の変形を抑制することができる。したがって、シリンダ１４の変形による燃料漏れを抑制できる。また、シリンダ１４とプランジャ１３の焼き付きを抑制できる。
本参考例では、比較的硬度の高い材料をシリンダ１４のみに使用し、比較的硬度の低い材料をポンプボディ１１に使用することで、製造上のコストを低減することができる。また、ポンプボディ１１に燃料通路を容易に形成することが可能になり、加工コストを低減することができる。

（第４参考例）
本発明の第４参考例を図９に示す。本参考例では、連通路８５は、一方の側が筒状空間８０に連通し、他方の側が吸入弁部３０の弁座３４よりもダンパ室２０１側の供給通路１００に連通している。
プランジャ１３が下死点から上死点へ上昇すると、可変容積室１２２の容積が増大し、可変容積室１２２が減圧される。高圧ポンプ１０の調量行程において、加圧室１２１から供給通路１００に排出される燃料は、ダンパ室２０１を経由することなく、供給通路１００から連通路８５及び筒状空間８０を通り、可変容積室１２２に最短経路で吸入される。したがって、加圧室１２１と可変容積室１２２との間の流路の流体抵抗が小さくなるので、加圧室１２１から可変容積室１２２への吸入効率を高めることができる。
また、ダンパ室２０１には、加圧室１２１から排出される燃料と可変容積室１２２に吸入される燃料との差分の燃料のみが流入する。これにより、ダンパ室２０１に伝達される燃圧脈動が小さくなる。パルセーションダンパ２１０は、この燃圧脈動を確実に低減することが可能である。このため、高圧ポンプ１０の脈動減衰性能が向上し、高圧ポンプ１０の燃料入口２０から低圧燃料配管４に伝わる燃圧脈動を低減することができる。
一方、プランジャ１３が上死点から下死点へ下降する高圧ポンプ１０の吸入行程において、可変容積室１２２の容積が減少する。このとき、可変容積室１２２から筒状空間８０及び連通路８５を通り、供給通路１００に排出される燃料は、加圧室１２１に最短経路で吸入される。したがって、可変容積室１２２から加圧室１２１への吸入効率が高まる。この結果、筒状空間８０の燃料の流通が良くなり、シリンダ１４の冷却効果を高めることができる。

（第５参考例）
本発明の第５参考例を図１０に示す。本参考例では、第１筒状空間８６の中心軸は、シリンダ１４の中心軸に対し、偏心して設けられている。
本参考例では、ポンプボディ１１のスペースを有効に使用し、第１筒状空間８６の容積を大きくすることが可能になる。これにより、シリンダ１４の冷却効果を高めることができる。

（第６参考例）
本発明の第６参考例を図１１に示す。本参考例では、第１筒状空間８７は、軸方向の加圧室１２１側の内径が、軸方向の加圧室１２１と反対側の内径より大きいテーパ状に形成されている。
本参考例においても、第５参考例と同様の作用効果を奏することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１２に示す。本実施形態では、シリンダ１４がポンプボディ１１と別体、かつ、テーパ状に形成されている。シリンダ１４は、加圧室１２１側から、大径部１４３、テーパ部１４４、小径部１４５をこの順で有している。シリンダ１４のテーパ部１４４は、軸方向加圧室１２１側の肉厚Ｃが軸方向可変容積室１２２側の肉厚Ｄよりも厚いテーパ状に形成されている。
プランジャ１３の往復移動により加圧室１２１には、高い燃圧が作用する。シリンダ１４とプランジャ１３との隙間の燃料は、加圧室１２１側から可変容積室１２２側に向かい燃圧が小さくなる。この燃圧の変化に対応し、シリンダ１４にテーパ部１４４を設けることで、シリンダ１４の変形が抑制される。これにより、シリンダ１４とプランジャ１３との摺動による摩擦熱の発生を抑制することができる。
また、シリンダ１４の組み付け時において、シリンダ１４の大径部１４３の径外方向外壁をポンプボディ１１に圧入する場合、大径部１４３が径方向内側へ変形することを抑制することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態および参考例では、吸入弁部３０の供給通路１００と筒状空間８０、８４との間の肉厚を、供給通路１００の変形が許容可能な程度の厚さで形成した。これに対し、本発明は、仮に吐出弁部又は圧力調整部が吸入弁部よりも軸方向可変容積室側に設けられた場合、吐出通路と筒状空間との間の肉厚、またはリリーフ通路と筒状空間との間の肉厚を、吐出通路またはリリーフ通路の変形が許容可能な程度の厚さで形成してもよい。
また、上記以外に、燃料通路を開放又は閉塞することで燃料の流通を制御する流通制御部が設けられた場合、この流通制御部と筒状空間との間の肉厚を、流通制御部の設けられる燃料通路の変形が許容可能な程度の厚さで形成してもよい。
また、上述した複数の実施形態および参考例では、筒状空間８０、８４の軸方向加圧室１２１側の内壁を、シリンダ１４の軸に垂直に形成した。これに対し、本発明は、筒状空間の軸方向加圧室側の内壁を、シリンダの軸に垂直な仮想平面に対し傾斜させ、吸入弁部、吐出弁部及び圧力調整部にそれぞれ対応するように形成してもよい。
また、上述した複数の実施形態および参考例では、筒状空間を円筒状または円錐状に形成した。これに対し、本発明は、筒状空間を横断面視において例えば楕円形又は多角形に形成してもよい、或いは筒状空間の一部が径外方向に凸状又は径内方向に凹状となるように形成してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の形態により実施することができる。

１０ ・・・高圧ポンプ
１１ ・・・ポンプボディ
１３ ・・・プランジャ
１４ ・・・シリンダ
３０ ・・・吸入弁部
９０ ・・・吐出弁部
１００ ・・・供給通路（低圧側燃料通路）
１０１ ・・・低圧側燃料通路
１１４ ・・・吐出通路
１２１ ・・・加圧室

Claims (8)

1. プランジャ（１３）と、
   前記プランジャを軸方向に往復移動可能に収容するシリンダ（１４）と、
   前記プランジャの往復移動により燃料が加圧される加圧室（１２１）、燃料入口（２０）と前記加圧室とを連通する低圧側燃料通路（１０１、１００、１１１、２０１）、および前記加圧室と燃料出口（９１）とを連通する吐出通路（１１４）を有するポンプボディ（１１）と、
   前記低圧側燃料通路を開放又は閉塞する吸入弁部（３０）と、
   前記吐出通路を開放又は閉塞する吐出弁部（９０）と、
   前記シリンダの前記加圧室と反対側に設けられ、前記プランジャの往復移動により容積が可変する可変容積室を形成する可変容積室形成手段（２３，２４，２５，２６，１３２，１３１，１４）と、を備え、
   前記シリンダは、加圧室側からテーパ部（１４１，１４４）および小径部（１４２，１４５）を有し、
   前記テーパ部は、軸方向加圧室側の肉厚が軸方向可変容積室側の肉厚よりも厚いテーパ状に形成され、
   前記小径部は、前記テーパ部の軸方向可変容積室側の肉厚と同一の肉厚で形成され、
   前記ポンプボディは、前記低圧側燃料通路から延びる連通路（８３，８５）と前記可変容積室とに連通し、前記連通路から前記シリンダの前記可変容積室側の端部まで前記シリンダの径方向外側の全周で空間をなす筒状空間（８０，８１，８２，８４，８６，８７）を有することを特徴とする高圧ポンプ（１０）。
2. 前記筒状空間は、前記連通路が開口する第１筒状空間（８１，８６，８７）と、前記シリンダの前記可変容積室側の端部から前記シリンダの軸方向に延びる第２筒状空間（８２）とを有し、
   前記第１筒状空間の容積は、前記第２筒状空間の容積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高圧ポンプ。
3. 前記第１筒状空間は前記テーパ部の径外側に設けられ、前記第２筒状空間は前記小径部の径外側に設けられることを特徴とする請求項２に記載の高圧ポンプ。
4. 通常作動時の前記シリンダと前記プランジャとの間の燃圧により生じる前記シリンダの変形を許容可能な程度に前記シリンダの肉厚が形成される位置に前記筒状空間の径内方向の内壁は設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。
5. 前記ポンプボディは、前記燃料入口と前記燃料出口との間の燃料通路を開放又は閉塞することで燃料の流通を制御する流通制御部（３０，９０，５０）を前記加圧室の径方向外側に有し、
   通常作動時の前記燃料通路の燃圧により生じる前記燃料通路の変形が許容可能な程度に前記流通制御部が設けられる前記燃料通路と前記筒状空間との間の肉厚が形成される位置に前記筒状空間の軸方向加圧室側の内壁は設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。
6. 前記流通制御部は、前記燃料出口側の燃圧が所定圧より大きくなったときに吐出弁（９２）よりも前記燃料出口側の燃料を前記吐出弁よりも前記燃料入口側の前記燃料通路または前記加圧室に流す圧力調整部（５０）、前記吐出弁部及び前記吸入弁部のうちの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項５に記載の高圧ポンプ。
7. 前記シリンダと前記ポンプボディとは、一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。
8. 前記シリンダと前記ポンプボディとは、別体で形成され、
   前記シリンダは、加圧室側から大径部（１４３）、テーパ部（１４４）および小径部（１４５）を有し、
   前記テーパ部は、軸方向加圧室側の肉厚が軸方向可変容積室側の肉厚よりも厚いテーパ状に形成され、
   前記小径部は、前記テーパ部の軸方向可変容積室側の肉厚と同一の肉厚で形成され、
   前記大径部は、前記テーパ部の軸方向加圧室側の肉厚と同一の肉厚で形成されて前記ポンプボディに圧入されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。

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