JP2000249019A - 高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置 - Google Patents
高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置Info
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Abstract
フラム102A,102Bが重ね合せられるとともに、
その重ね合せられた全体の厚さがダイヤフラム102
A,102Bの重ね合せ枚数倍に構成され、それらのダ
イヤフラム102A,102Bの周縁部が高圧容器10
0、101に封止支持される。
Description
の金属ダイヤフラム式脈動吸収装置に関するものであ
る。
接噴射式エンジンと呼ばれている、燃料をエンジンのシ
リンダ内で噴射する方式のエンジンとしては、ディーゼ
ルエンジンが広く知られているが、近年、火花点火エン
ジン(ガソリンエンジン)においても、筒内噴射式のも
のが提案されている。このような、筒内噴射式エンジン
では、十分に高い燃料噴射圧が得られるようにされてい
るとともに、噴射の安定性のため、燃圧脈動が小さいこ
とが要求される。このため、構造が簡単で、製造コスト
が安価で、コンパクトである単気筒式の高圧燃料ポンプ
が公知となっている。一方、単気筒ではプランジャが1
本であるため、吐出される燃料の圧力にかなりの脈動幅
があるため、この脈動を吸収する金属ベローズ式や金属
ダイヤフラム式の脈動吸収装置が提案されている。
模式図である。図7において、1は燃料噴射機器である
ディリバリパイプ、2はディリバリパイプ1のインジェ
クタであって、図示しないエンジンの気筒数と対応して
いる。3はエンジンのハウジングに装着される高圧燃料
ポンプ、4は高圧燃料ポンプ3の高圧ポンプである。こ
の高圧ポンプ4は、エンジンの1/2の回転数で回転す
る図示しないカムにより駆動されるピストンと、このピ
ストンを往復移動可能に収納するシリンダとにより燃料
を高圧に加圧する要素である。5は高圧ポンプ4の吸入
口に接続された低圧通路、6は低圧通路5に配置された
フィルタ、7は高圧ポンプ4とフィルタ6との間で低圧
通路5に接続された金属ベローズ式の低圧ダンパ、9は
高圧ポンプ4の吐出口に接続された高圧通路、10は高
圧通路9に分岐通路11を介して接続されたダイヤフラ
ム式の高圧ダンパ、12は高圧ダンパ10よりも吐出側
で高圧通路9に配置された高圧チェックバルブ、13は
高圧チェックバルブ12よりも吐出側で高圧通路9より
分岐された高圧戻し通路、14は高圧戻し通路13に配
置されたフィルタ、15はフィルタ14よりも下流側で
高圧戻し通路13に配置された高圧レギュレータ、16
は高圧ポンプ4のドレン通路、17は高圧燃料ポンプ3
の高圧通路9とディリバリパイプ1とを接続した高圧配
管、18は燃料タンク、19は燃料タンク18の内部に
設けられた低圧ポンプ、20は低圧ポンプ19の吸入側
のフィルタ、21は低圧ポンプ19の吐出側と高圧燃料
ポンプ3の吸入側とを接続した低圧配管、22は低圧配
管21に配置された低圧チェックバルブ、23は低圧チ
ェックバルブ22よりも高圧燃料ポンプ3側で低圧配管
21に配置されたフィルタ、24は低圧配管21のフィ
ルタ23よりも高圧燃料ポンプ3側と燃料タンク18と
を接続した低圧戻し配管、25は低圧戻し配管24に配
置された低圧レギュレータ、26は高圧燃料ポンプ3の
ドレン通路16と燃料タンク18とを接続したドレン配
管、27は高圧燃料ポンプ3の高圧戻し通路13と燃料
タンク18とを接続した高圧戻し配管、28は燃料タン
ク18の内部に入れられた燃料である。
する。低圧ポンプ19が燃料28をフィルタ20を経由
して吸入し低圧に加圧して吐出する。この低圧の燃料2
8は低圧チェックバルブ22とフィルタ23とを順に経
由しつつ低圧配管21により高圧燃料ポンプ3に送られ
る。低圧配管21における燃料圧力が低圧レギュレータ
25による低圧設定値を越えた場合、低圧配管21にお
ける燃料28の一部が低圧レギュレータ25を経由して
低圧戻し配管24により燃料タンク18に戻されること
により、燃料タンク18より高圧燃料ポンプ3側に送ら
れる燃料28の圧力が所定の低圧に調整される。高圧燃
料ポンプ3に到達した燃料28は低圧通路5においてフ
ィルタ6と低圧ダンパ7とを順に経由して高圧ポンプ4
に吸入される。高圧ポンプ4は吸入した燃料28を高圧
に加圧して高圧通路9に吐出するとともに高圧ポンプ4
のピストンとシリンダとの間から漏れた燃料28をドレ
ン通路16に流出する。ドレン通路16に流出した燃料
はドレン配管26を経由して燃料タンク18に戻る。高
圧通路9に送られた燃料28は高圧ダンパ10と高圧チ
ェックバルブ12とを順に経由してディリバリパイプ1
に送られる。高圧通路9における燃料圧力が高圧レギュ
レータ15による高圧設定値を越えた場合、高圧通路9
における燃料28の一部がフィルタ14と高圧レギュレ
ータ15とを順に経由して高圧戻し通路13と高圧戻し
配管27とにより燃料タンク18に戻されることによ
り、高圧燃料ポンプ3よりディリバリパイプ1側に送ら
れる燃料28の圧力が所定の高圧に調整される。この状
態において、エンジンの各気筒における燃料噴射時期に
対応するディリバリパイプ1のインジェクタ2が高圧の
燃料を上記燃料噴射時期の気筒内に噴射する。
10まわりを示す断面図である。図8において、高圧ダ
ンパ10は高圧燃料ポンプ3のボディ30に形成された
収納凹部31に収容され、燃料の脈動吸収装置である高
圧ダンパを構成する。100は高圧容器の一方であるケ
ース、101は高圧容器の他方であるプレートであっ
て、ボディ30の収納凹部31の底部に収納される。1
02はケース100と共働して第1高圧室103を形成
するとともにプレート101と共働して第2高圧室10
4を形成する可撓性の薄い金属円板状のダイヤフラムで
ある。ダイヤフラム102の周縁部はケース100とプ
レート101との間に封止支持されている。105は環
状の締結ねじであって、ボディ30のねじ部3に螺合し
てケース100とダイヤフラム102とプレート101
とを収容凹部31の底部に押圧固着する。プレート10
1の外周面と収納凹部31の内周面との嵌合面はオーリ
ングのようなシール部材33により燃料漏れ防止されて
いる。ボディ30には分岐通路11を構成する第1・第
2通路部34,35が収納凹部31の底部に連通するよ
うに形成されている。そして、ケース100は下面(ダ
イヤフラム102側面)にダイヤフラム102の移動を
規制する上方に窪む皿形の第1高圧室側ストッパ106
が形成されている。また、プレート101は、下面(第
1・第2通路部34,35側面)に第1・第2通路部3
4,35のそれぞれに連なる連絡凹部107が形成さ
れ、上面(ダイヤフラム102側面)にダイヤフラム1
02の移動を規制する下方に窪む皿形の第2高圧室側ス
トッパ108が形成され、連絡凹部107と第2高圧室
側ストッパ108との中間に連絡凹部107と第2高圧
室側ストッパ108とに開口する複数の貫通孔109が
形成されている。第1高圧室103には図示しないガス
がケース100に設けられたガス充填口部110を介し
て所定圧力に充填され止め栓111で封止されている。
この所定圧力は第1通路部34より連絡凹部107を経
由して第2通路部35を通過する高圧の燃料の脈動を吸
収するために必要な圧力である。第2高圧室104には
高圧の燃料の一部が連絡凹部107より貫通孔109を
経由して満たされる。105aは締結ねじ105を操作
する工具用孔である。112はダイヤフラム102の周
縁部をケース100とプレート101とに封止支持した
溶接である。
明する。第1高圧室103にガスが満たされ、第2高圧
室104に燃料が満たされた状態において、エンジン駆
動により図7の燃料供給系統が動作を開始すると、矢印
で示すように高圧ポンプ4より吐出された高圧の燃料が
第1通路部34より連絡凹部107を経由して第2通路
部35へと流れる。この燃料に脈動が発生すると、第1
高圧室103の内部のガス圧とダイヤフラム102自身
のばね力との総和により、ダイヤフラム102がケース
100側に撓んだり、ダイヤフラム102がプレート1
01側に撓むことにより、ダイヤフラム102が上記燃
料の脈動を吸収する。そして、運転者が自動車のキース
イッチをオフ操作することにより、エンジンが停止する
と、上記矢印で示す燃料の流れが止まり、第2高圧室1
04内の燃料の圧力が低下する。それに伴い、第1高圧
室103内部のガスの圧力が第2高圧室104の内部に
おける燃料圧とダイヤフラム102自身のばね力との総
和よりも増加することにより、ダイヤフラム102が撓
み、最終的にはダイヤフラム102が第2高圧室側スト
ッパ108に接触する。また、第1高圧室103よりガ
スが抜けて、第1高圧室103のガス圧が低下したり、
燃料の脈動圧が突発的に高くなり、ダイヤフラム102
の撓みが大きくなると、最終的にはダイヤフラム102
が第1高圧室側ストッパ106に接触する。
フラム式脈動吸収装置である高圧ダンパ10は以上のよ
うに構成されているので、作動時にはダイヤフラム10
2が第1・第2高圧室側ストッパ106,108とに隙
間を有する位置に可動し、また、ダイヤフラム102は
厚さが薄い程燃料の脈動を良好に低減する。一方、燃料
が第1通路部34より連絡凹部107を経由して第2通
路部35へと流れる過程において、燃料に混入された金
属粉のような異物が貫通孔109より第2高圧室104
に侵入することがある。第2高圧室104に異物が侵入
した場合、上記ダイヤフラム102の可動による第2高
圧室104内での燃料の動きにより、異物は第2高圧室
104の周囲に堆積する。そして、高圧燃料ポンプ3の
動作停止により、ダイヤフラム102が第2高圧室側ス
トッパ108に接触する際、ダイヤフラム102が上記
第2高圧室104の周囲に堆積した異物を第2高圧室側
ストッパ108との間に挟み込み、ダイヤフラム102
が異物により変形される。その変形部に局部的に高い応
力が発生し、ダイヤフラム102が亀裂を生じて破損す
る可能性があった。
になされたもので、ダイヤフラムの剛性を向上すること
ができる高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収
装置を提供することである。
圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置は、可
撓性を有する金属円板状のダイヤフラムが高圧室を形成
する高圧容器に設けられ、ダイヤフラムの周縁部が高圧
容器に封止支持された高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラ
ム式脈動吸収装置において、前記ダイヤフラムと厚さお
よび大きさの同じな複数のダイヤフラムが重ね合せられ
るとともに、その重ね合せられた全体の厚さが前記ダイ
ヤフラムの重ね合せ枚数倍に構成されたことを特徴とす
る。
属ダイヤフラム式脈動吸収装置は、請求項1に記載の複
数のダイヤフラムのそれぞれが異なる材質により形成さ
れたことを特徴とする。
属ダイヤフラム式脈動吸収装置は、請求項2に記載の複
数の異なる材質よりなる複数のダイヤフラムの一方が析
出硬化型ステンレス鋼により形成され、前記他方がオー
ステナイト系ステンレス鋼により形成されたことを特徴
とする。
属ダイヤフラム式脈動吸収装置は、請求項3に記載のオ
ーステナイト系ステンレス鋼により形成されたダイヤフ
ラムが高圧な燃料の脈動を受ける側に配置されたことを
特徴とする。
実施の形態1に係る高圧燃料ポンプ3の高圧ダンパ10
まわりを示す断面図、図2は対比例を示す断面図、図3
は高圧ダンパ10の剛性比較を示す試験結果図、図4は
高圧ダンパ10の応力比較を示す試験結果図、図5は高
圧ダンパ10の判定結果を示す図表である。図1におい
て、高圧ダンパ10は複数のダイヤフラム102A,1
02Bを重ね合せて、ダイヤフラム102A,102B
による剛性を向上する特徴がある。つまり、ダイヤフラ
ム102A,102Bそれぞれは前述のダイヤフラム1
02と同一の厚さと大きさを有するものが2枚重ね合せ
られ、それらのダイヤフラム102A,102Bの周縁
部がケース100とプレート101との間に封止支持さ
れている。ダイヤフラム102A,102B以外の要素
は従来の図8と同じである。
2Cが単一であるが、ダイヤフラム102Cは厚さが前
述のダイヤフラム102の2倍であり、大きさが前述の
ダイヤフラム102と同一であり、ダイヤフラム102
Cの周縁部がケース100とプレート101との間に封
止支持されている。
実施の形態1との圧力と変化量とに依存する剛性比較を
行った実験結果について説明する。図3は、横軸にダイ
ヤフラム前後の圧力差を示し、縦軸に第1高圧室103
の容積変化量を示し、それぞれのダイヤフラム102,
102A〜102B,102Cに第1高圧室103側か
ら圧力を印加した状態においてそれぞれのダイヤフラム
102,102A〜102B,102Cが第2高圧室1
04側に撓むことにより、その撓み量を第1高圧室10
3の容積変化量として換算し、プロットしたものであっ
て、曲線L1が従来例を表し、曲線L2が対比例を表
し、曲線L3が実施の形態1を表している。この図3を
考察すると、従来例に対し対比例は容積変化量が小さく
剛性が高くなっていることがわかる。それに対し実施の
形態1はダイヤフラム102A,102Bを2枚重ね、
ダイヤフラム102A,102Bよりなる全体の厚みを
対比例と同一にした場合、対比例とほぼ同等まで剛性が
高くなっていることがわかる。また脈動吸収性能におい
て剛性を高くした場合、性能の低下が懸念されるが、従
来例に対し対比例、実施の形態1の脈動吸収性能への影
響が小さいことも確認した。
実施の形態1との上記容積変化量と表面発生応力とに依
存する応力比較を行った実験結果について説明する。図
4は、横軸に第1高圧室103の容積変化量を示し、縦
軸にダイヤフラムの表面発生応力を示し、それぞれのダ
イヤフラム102,102A〜102B,102Cが図
3の容積変化量を示した際におけるそれぞれのダイヤフ
ラム102,102A〜102B,102Cの表面発生
応力をプロットしたものであって、曲線L4が従来例を
表し、曲線L6が対比例を表し、曲線L5が実施の形態
1を表している。この図3を考察すると、実施の形態1
の表面発生応力は従来例に類似する直線性を有すること
がわかる。対比例は、容積変化量が小さい間は表面発生
応力が実施の形態1に類似する直線性を有するが、容積
変化量が大きくなるにしたがい、表面発生応力が実施の
形態1よりも大きくなり、しかも非直線性となることが
わかる。
ると、異物に対する剛性を上げるには対比例のダイヤフ
ラム102Cのように単一で厚さを従来例のダイヤフラ
ム102の2倍にすれば良いが、対比例のダイヤフラム
102Cのように単一で厚い場合には容積変化量が大き
くなるにしたがい表面発生応力が急激に大きくなり、高
圧ダンパ10として通常作動した場合の表面発生応力が
高くなり作動時の耐久性を低下させる可能性がある。こ
れに対し、実施の形態1のように従来例のダイヤフラム
102と厚さと大きさとが同じダイヤフラム102A,
102Bを重ね合せ、それらのダイヤフラム102A,
102Bの周縁部をケース100とプレート101との
間に封止支持した場合には、表面発生応力を従来例と同
等に抑え、剛性をほぼ対比例と同等まで高くすることが
できることが明らかであろう。また、対比例の場合に
は、ダイヤフラム102Cの大きさを大きくすれば、表
面発生応力を実施の形態1や従来例に類似する直線性と
することは可能であるが、高圧ダンパ10の大きさが大
きくなることは否めない。よって、実施の形態1の構造
によれば、従来例よりも剛性が高くなるが、高圧ダンパ
10の大きさはそのままで、高圧ダンパ10としての高
圧な燃料の脈動吸収性能が良好であることが理解できる
であろう。
図4の表面発生応力比較結果とを判定すると、従来例で
は表面発生応力は「〇」であるが、剛性は「×」であ
る。対比例では表面発生応力は「×」であるが、剛性は
「〇」である。実施の形態1では表面発生応力と剛性と
がともに「〇」であると、判定できた。
さが従来と同じダイヤフラム102A,102Bを重ね
合せ、それらのダイヤフラム102A,102Bの周縁
部をケース100とプレート101との間に封止支持し
たことにより、ダイヤフラム102A,102Bに発生
する応力を従来例と同レベルに抑えたまま、ダイヤフラ
ム102A,102Bの剛性が高くなり、金属粉のよう
な異物に対するダイヤフラム102A,102Bの変形
や破損を防止することができる。また、第2高圧室10
4よりダイヤフラム102A,102Bに異常に高い圧
力がかかったり、第1高圧室103のガス圧が異常に低
下した場合、ダイヤフラム102A,102Bが第1高
圧室側ストッパ106に当接し、さらに、圧力が同方向
にかかった場合におけるダイヤフラム102A,102
Bの耐久性を向上することができる。
ラム102A,102Bの材質が同じとしたが、図6に
示すように、ダイヤフラム102D,102Eの材質を
互いに異なる材質にすることも可能である。図6はこの
発明の実施の形態2に係る高圧ダンパ10のダイヤフラ
ム102D,102Eの周縁部まわりを示す断面図であ
る。図6において、ダイヤフラム102D,102Eは
厚さと大きさが従来例のダイヤフラム102と同じもの
を2重にするが、ダイヤフラム102Dの材質はオース
テナイト系ステンレス鋼とし、ダイヤフラム102Eの
材質は析出硬化型ステンレス鋼である。これらのダイヤ
フラム102D,102Eを重ね合せ、ダイヤフラム1
02D,102Eの周縁部をケース100とプレート1
01とに封止支持することにより、溶接部112にフェ
ライトが析出し、溶接部112の延性が良くなり、溶接
部112の破壊強度が向上する。また、材料強度的に有
利な析出硬化型ステンレス鋼を第1高圧室側に、オース
テナイト系ステンレス鋼を第2高圧室側にすることによ
り、異物に対する耐久性を維持したまま、溶接部112
の耐圧強度を向上させることができる。
02B、または、ダイヤフラム102D,102Eを使
用したが、使用枚数は3枚以上であっても良い。
ば、厚さおよび大きさの同一な可撓性を有する金属円盤
状の複数のダイヤフラムが重ね合せられるとともに、そ
れらの重ね合せられた全体の厚さがダイヤフラムの重ね
合せ枚数倍に構成され、それらの重ね合せられた複数の
ダイヤフラムの周縁部が高圧容器に封止支持されたこと
により、ダイヤフラムに発生する応力を従来例と同レベ
ルに抑えたまま、ダイヤフラムの剛性が高くなり、金属
粉のような異物に対するダイヤフラムの変形や破損を防
止することができる。
ラムのそれぞれが異なる材質により形成されたので、ダ
イヤフラムに要求される脈動吸収性能や耐圧強度などの
観点より各ダイヤフラムの材質を選定することができ
る。
質よりなる複数のダイヤフラムの一方が析出硬化型ステ
ンレス鋼により形成され、前記他方がオーステナイト系
ステンレス鋼により形成されたので、それらのダイヤフ
ラム周縁部を高圧容器に溶接で封止支持することによ
り、溶接部にフェライトが析出し、溶接部の延性が良く
なり、溶接部の破壊強度を向上することができる。
系ステンレス鋼により形成されたダイヤフラムが高圧な
燃料の脈動を受ける側に配置されたので、異物に対する
耐久性を維持したまま、溶接部の耐破壊度を向上させる
ことができる。
プの高圧ダンパまわりを示す断面図である。
性比較を示す試験結果図である。
力比較を示す試験結果図である。
定結果を示す図表である。
プの高圧ダンパまわりを示す断面図である。
ある。
を示す断面図である。
ト、102A,102B,102D,102E ダイヤ
フラム、103 第1高圧室、104 第2高圧室、1
06 第1高圧室側ストッパ、108 第2高圧室側ス
トッパ。
Claims (4)
- 【請求項1】 可撓性を有する金属円板状のダイヤフラ
ムが高圧室を形成する高圧容器に設けられ、ダイヤフラ
ムの周縁部が高圧容器に封止支持された高圧燃料ポンプ
の金属ダイヤフラム式脈動吸収装置において、前記ダイ
ヤフラムと厚さおよび大きさの同じな複数のダイヤフラ
ムが重ね合せられるとともに、その重ね合せられた全体
の厚さが前記ダイヤフラムの重ね合せ枚数倍に構成され
たことを特徴とする高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム
式脈動吸収装置。 - 【請求項2】 複数のダイヤフラムのそれぞれが異なる
材質により形成されたことを特徴とする請求項1記載の
高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置。 - 【請求項3】 複数の異なる材質よりなる複数のダイヤ
フラムの一方が析出硬化型ステンレス鋼により形成さ
れ、前記他方がオーステナイト系ステンレス鋼により形
成されたことを特徴とする請求項2記載の高圧燃料ポン
プの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置。 - 【請求項4】 オーステナイト系ステンレス鋼により形
成されたダイヤフラムが高圧な燃料の脈動を受ける側に
配置されたことを特徴とする請求項3記載の高圧燃料ポ
ンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05166099A JP3808230B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 高圧燃料ポンプの金属ダイヤフラム式脈動吸収装置 |
| US09/400,838 US6079450A (en) | 1999-02-26 | 1999-09-21 | Metal diaphragm type pulsation absorber for high-pressure fuel pump |
| DE19951517A DE19951517B4 (de) | 1999-02-26 | 1999-10-26 | Metallmembran-Pulsationsabsorber für Hochdruck-Brennstoffpumpe |
| FR9914779A FR2790287B1 (fr) | 1999-02-26 | 1999-11-24 | Absorbeur de pulsations du type a diaphragme metallique pour pompe a carburant a haute pression |
Applications Claiming Priority (1)
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