JPH09137780A - ベローズ式燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベローズ式燃料ポンプのエア混入による動作
不良をなくすとともに、ベローズの耐久性・信頼性を向
上する。 【解決手段】 ベローズ26の両端部にベローズの最小径
と同じ径のストレートな円筒部28と31とを形成し、それ
を各々フランジ29および32の内周面に嵌合して溶接し固
着した。また、ポンプ室33に侵入したエアが排出されや
すくするため、円筒部31の径をベローズ26の最小径と同
じにし、吸入側チェック弁室44からの油路50および吐出
側チェック弁室45への油路51をベローズ収納孔25の凹部
25ｂの最上部でポンプ室33と連通させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料供
給に用いるベローズ式燃料ポンプに関する。

【０００２】

【先行技術】燃料噴射弁を用いて燃料を噴射供給する内
燃機関においては、噴射燃料の微粒化や燃料通路内のベ
ーパ発生防止等を考慮すると、燃料圧が高い方が有利な
場合が多い。比較的高い圧力を容易に得られるポンプと
しては、シリンダ内を摺動するプランジャによって燃料
を加圧するプランジャポンプがあるが、シリンダとプラ
ンジャとの隙間部でシールするようなプランジャポンプ
では、例えば燃料として比較的粘度の低いガソリンを使
用した場合には、隙間からの洩れ量が過大になって消費
トルクが増えてしまう可能性がある。このような問題に
対処する１つの方法として、伸縮自在なベローズやダイ
アフラムによってポンプ室を構成する洩れのないポンプ
を使用することが考えられる。

【０００３】このような用途での従来の燃料ポンプとし
ては、例えば特開平４−１９１４６１号公報（特にその
第１図）に示されるようなベローズポンプがある。この
ものでは、円筒状のベローズの先端にはこれを閉止する
キャップを固着し、基端には吸入ポート及び吐出ポート
側との連通孔を有するフランジを固着している。そし
て、このフランジをベローズの基端側を位置決めする保
持面に押し当てて、反対側から別部材でフランジの外周
部を挟み込むことにより、ベローズの基端側を固定して
いる。そして、フランジとこれを挟み込む部材との接合
面にはシール部材を介在させている。

【０００４】ところが、このような従来のベローズ式燃
料ポンプにあっては、ベローズの基端側フランジを２部
材で挟み込むことにより固定しているため、フランジの
固定とシール性の確保とのために、フランジの厚さと挟
み込む２部材の凹部の深さとを合わせる必要があり、こ
のために高精度な加工が必要となり、加工費用の上昇
や、加工時間の増大を招くという問題点があった。

【０００５】そこで、本出願人は、特願平７−３５４０
０号にて、安価で確実にベローズの基端側の固定とシー
ルとを行うことができるベローズ式燃料ポンプを提案
し、上記問題点の解決を図った。これは、伸縮自在なベ
ローズとその両端に固着されたキャップ及びフランジに
よりポンプ室が構成され、基端側のフランジから突出す
るボス部を保持面の凹部に嵌合することにより、基端側
のフランジはポンプ室内の燃料の圧力により保持面に押
し付けられた状態で確実に保持されるものである。

【０００６】すなわち、ボス部の外径はベローズの有効
径より小さく構成してあるので、ポンプ室の内圧はフラ
ンジの両面に作用するものの、ポンプ室内側の受圧面の
方が大きく、ポンプ室の内圧が全体としてはフランジを
保持面に押し付ける方向に作用する。よって、フランジ
はベローズ自身のバネ作用に加えてポンプ室の内圧によ
って安定的に保持される。

【０００７】こうして、フランジの平面部等の加工精度
をラフにできるため、加工費用の低減、加工期間の短縮
を図っている。また、フランジの外周部にはベローズの
外径より大径の張出し部を有した構成とし、この張出し
部にベローズの外径よりも内径の大きい環状の治具など
を作用させることで、ベローズに圧縮による過大な負荷
をかけることなく、ベローズを装着可能にした。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな改良を加えたベローズ式燃料ポンプでも、ベローズ
とフランジとをベローズ端部にて溶接するため、ベロー
ズの伸縮により、溶接部に曲げ応力がかかり溶接部の強
度が低下することも考えられる。また、基端側フランジ
内径がベローズ内径より小さいためベローズ内にエアが
溜まりやすく、さらに、ベローズの耐久性・信頼性を確
保するためにベローズの容積に対してストロークを小さ
くとってあるため、ベローズ内に溜まったエアが排出さ
れずにベローズの伸縮に合わせて縮小・拡大し、長期放
置後等には燃料圧力の低下や吐出量の低下を招くことも
考えられ、さらに改良することが求められていた。

【０００９】本発明はこのような点に鑑み、ベローズと
フランジとの溶接部の強度を向上するとともに、ベロー
ズ内のエア抜け性を向上したベローズ式燃料ポンプを提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、伸縮自在なベローズによりポンプ室を構成
するベローズ式燃料ポンプにおいて、前記ベローズの両
端をストレートな円筒状に形成し、該円筒部をそれぞれ
異なるフランジの内周面に嵌合すると共に、前記円筒部
の先端を前記フランジに固着し、前記ベローズの押圧側
端部に固着したフランジにはキャップを固着して閉塞し
たことを特徴とする。

【００１１】これにより、ベローズとフランジとの間の
応力が緩和される。また、請求項２に係る発明では、前
記円筒部の径は、前記ベローズの最小径と同じであるこ
とを特徴とする。これにより、ベローズ内のポンプ室か
らエアが抜けやすくなる。また、請求項３に係る発明で
は、前記キャップは、前記ベローズの最大径より小径の
凹部を有し、該凹部をフランジ先端に形成された凸部に
嵌合し、固着したことを特徴とする。

【００１２】これにより、ベローズガイドの内径を小さ
くできる。また、請求項４に係る発明では、前記ベロー
ズは水平方向に伸縮するように配置され、吸入側チェッ
ク弁と前記ベローズによるポンプ室とを連通する油路
は、吸入側チェック弁室最上部と連通し、かつ、ベロー
ズ内径上端より上部にてポンプ室と連通するように形成
し、前記ポンプ室と吐出側チェック弁とを連通する油路
は、ポンプ室最上部と連通するように形成したことを特
徴とする。

【００１３】これにより、ポンプ内へのエアの侵入を防
止するとともに、侵入したエアの排出が促進される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図５は本発明に係る燃料ポンプを
適用した内燃機関の燃料噴射システムを示している。図
５を参照し、燃料タンク１より電動モータ２にて駆動さ
れるフィードポンプ３で本発明に係る燃料ポンプ４の吸
入側に燃料が圧送される。ここで、低圧レギュレータ５
にて燃料ポンプ４の吸入側の圧力はほぼ一定に保持され
る。

【００１５】燃料ポンプ４により高圧化された燃料は高
圧配管を通ってインジェクタ６へ圧送され、インジェク
タ６より内燃機関の吸入空気中に噴射される。ここで、
高圧レギュレータ７にて燃料ポンプ４の吐出側の高圧配
管内の圧力はほぼ一定に保持される。図６は本発明に係
る燃料ポンプを配置した内燃機関のシリンダヘッドの一
部を示している。

【００１６】図６を参照し、本発明に係る燃料ポンプ４
の外形は、ポンプヘッド11、ポンプハウジング12及びケ
ーシング13により定められ、ケーシング13がボルト14に
てシリンダヘッド15の外壁に固定される。そして、燃料
ポンプ４の回転軸16は軸方向に自由な継手部17により吸
気側カムシャフト18の端部に結合され、このカムシャフ
ト18により動力を伝達される。尚、19はカム、20はブラ
ケットを示している。

【００１７】また、ポンプヘッド11からは吸入ポートに
取付けられる吸入側継手21と吐出ポートに取付けられる
吐出側継手22とが突出している。図１は本発明に係る燃
料ポンプの正面縦断面図である。図１を参照し、燃料ポ
ンプ４の外形を定めるポンプヘッド11、ポンプハウジン
グ12及びケーシング13は、ボルト23により結合されてい
る。また、ポンプヘッド11とポンプハウジング12との接
合面間には、メタルガスケット24が挟み込まれて固定さ
れている。

【００１８】ポンプハウジング12には、その中心線回り
に３個のベローズ収納孔25が形成され、これらのベロー
ズ収納孔25はケーシング13側の端面にて開口している。
そして、各ベローズ収納孔25には、円筒状のベローズ26
が収納され、更に有蓋円筒状のベローズガイド27が摺動
自在に嵌合されている。図２はベローズ・アッセンブリ
の縦断面図である。

【００１９】ベローズ26の先端（図２で左端）には、ベ
ローズの最小径と同じ径のストレートな円筒部28が形成
されている。そして、この円筒部28がフランジ29の内周
面に嵌合され、円筒部28の先端部の点Ｐを含む円周で溶
接されている。そしてフランジ29には、その端部を閉止
するキャップ30が嵌合され、点Ｑを含む円周を溶接する
ことにより固着されている。

【００２０】キャップ30の嵌合用凹部は、フランジ29の
最大径よりも小径であり、これによりベローズガイド27
の内径を小さくすることができる。ベローズ26の基端
（図２で右端）にも、先端側と同様にベローズ26の最小
径と同じ径のストレートな円筒部31が形成されており、
これがフランジ32の内周面に嵌合され、点Ｒを含む円周
で溶接により固着されている。

【００２１】ベローズ・アッセンブリをこのような構成
とすることにより、ベローズ26とフランジ29および32と
の溶接部に曲げ応力がかからず、溶接部の強度を向上す
ることができる。このようにして、ベローズ26の内部に
ポンプ室33が形成されているが、前述したベローズ26の
基端に形成した円筒部31の径をベローズ26の最小径と同
じにしたことにより、ポンプ室33に侵入したエアが排出
されやすくなっている。

【００２２】ベローズ26のフランジ32はボス部34を有し
ている。そして、ボス部34はベローズ収納孔25の底面で
ある保持面25ａの凹部25ｂに嵌合し、また嵌合部にはシ
ール部材としてのＯリング35が介在してポンプ室33外部
への燃料の漏洩を防止している。また、ボス部34の外径
はベローズ26の有効径より小さく構成してあり、ポンプ
室33の内圧は、全体としては図１の右方向に作用するた
め、フランジ32はベローズ26自身のバネ作用に加えてポ
ンプ室33の内圧によってポンプハウジング12のベローズ
収納孔25に安定的に保持される。尚、本燃料噴射システ
ムでは燃料ポンプの上流側にフィードポンプを備えてお
り、ポンプ室33には吸入行程時にもフィード圧がかかっ
ている。

【００２３】また、フランジ32はベローズ26より外側へ
張り出しており、この張出し部36にベローズ26の外径よ
りも内径の大きい環状の治具などを作用させることで、
ベローズ26に圧縮による過大な負荷をかけることなく、
ベローズ収納孔25にベローズ26を装着可能である。ベロ
ーズ26のキャップ30はベローズガイド27の凹部に嵌合
し、キャップ30先端面でベローズガイド27に当接してい
る。但し、この嵌合部のクリアランスは、ベローズ26に
対するフランジ29及びキャップ30の溶接のずれ等の加工
誤差を吸収して、ベローズ26の倒れを防止する程度の寸
法に設定される。

【００２４】ケーシング13には、その中心線上に、ブッ
シュメタル37を介して、回転軸16を回転自在に支持して
いる。尚、38はケーシング13と回転軸16との間に設けら
れるオイルシールである。回転軸16は、その外側の端部
にてカムシャフトと結合されて回転するが、内側の端部
には鍔部39を形成してある。ここで、鍔部39のケーシン
グ13側の面（図１で左側の面）はスラストワッシャー40
を介してケーシング13に回転自在に支持させてあり、ポ
ンプハウジング12側の面（図１で右側の面）は傾斜させ
てある。

【００２５】そして、回転軸16の鍔部39の傾斜面は、ス
ラストベアリング41と斜板42とを介して３個のベローズ
ガイド27に揺動運動を伝達するように構成されている。
これにより、回転軸16（鍔部39）が回転すると、スラス
トベアリング41により回転を遮断しつつ、斜板42を揺動
運動、すなわちを斜板42の各部を軸方向に前後動させて
ベローズガイド27に伝達し、これを介してベローズ26を
伸縮させるようになっている。尚、スラストベアリング
41によって回転を遮断するのは、回転軸16の回転による
ねじりがベローズ26に伝達されるのを防止するためであ
る。

【００２６】また、斜板42には先端面中央に半球状の突
起43を有し、この突起43はポンプハウジング12の端面に
相対している。よって、組付け時などに回転軸16及び斜
板42がベローズ26側に押されても、ベローズ26が過大に
圧縮されないようになっている。次に燃料ポンプの吸入
部及び吐出部の構造について説明する。

【００２７】図３はポンプヘッド側から見た平面図、図
１は図３のＸ−Ｘ矢視断面図にあたる。本発明の燃料ポ
ンプは、図１および図３のＡ矢印方向が上になるように
取付けるものとし、以下の説明における上下はこれを基
準とする。図１と図３とを同時に参照し、ポンプヘッド
11とポンプハウジング12との接合面には、各ベローズ収
納孔25に対応させて、吸入側チェック弁室44と吐出側チ
ェック弁室45とが向きを異ならせて設けてあり、それぞ
れにボール弁46および47が設置されている。

【００２８】各吐出側チェック弁室45は、その中心線
が、対応するベローズ収納孔25の凹部25ｂの最上部の延
長線上に位置するように配置されている。また、各吸入
側チェック弁室44は、対応する吐出側チェック弁室45の
下方に位置するように配置されている。ポンプヘッド11
には、吸入ポート48と、これに連なって３つに分岐し、
各吸入側チェック弁室44に向かって開口している油路49
とが形成されている。

【００２９】ポンプハウジング12内には、各吸入側チェ
ック弁室44の最上部から斜め上方に延び、各ベローズ収
納孔25の凹部25ｂのベローズ26の内径上端より上部に向
かって開口し、これを介してベローズ26内のポンプ室33
に連通する油路50が形成されている。また、油路50が開
口する各ベローズ収納孔25の凹部25ｂの最上部からは、
水平方向に延びる油路51が形成されており、各吐出側チ
ェック弁室45に向かって開口している。

【００３０】そして、各吐出側チェック弁室45からは、
ポンプヘッド11に設けられた吐出ポート52に向かって合
流する３つの油路53が形成されている。このような油路
構成とすることにより、吸入側チェック弁室44にはエア
が溜まらず、吸入側から侵入したエアは速やかに吐出側
に排出されるため、ポンプ室33にもエアが入り込み難く
なる。また、不測の事態によるリークで配管内の燃料が
低圧側に抜けたとしても、ベローズ内には確実に燃料が
留まるので、再始動に困難を来すこともない。

【００３１】ここにおいて、ポンプヘッド11とポンプハ
ウジング12との接合面間にはメタルガスケット24が挟み
込まれるが、次にこれについて説明する。図４はメタル
ガスケット24の平面図である。これは、金属板の両側に
ゴムを焼き付けた３層構造であり、前記各吸入側チェッ
ク弁室44及び吐出側チェック弁室45のそれぞれに対応さ
せた円形の開口54が設けられている。また、各吸入側チ
ェック弁室44及び吐出側チェック弁室45を囲むように凸
部55（図４の黒帯部）が形成されており、これによって
主なシール作用を行うように構成してある。

【００３２】次に吸入・吐出動作について説明する。回
転軸16の回転に伴って斜板39が揺動し、ベローズガイド
27を介してベローズ26を伸縮させる。ここで、あるベロ
ーズ26に対し、斜板42がベローズガイド27から離れる方
向に移動するときは、ポンプ室33の容積がベローズ26自
体のバネ力及びフィード圧により下方に拡大し、ポンプ
室33内の圧力が低下する。これに伴い、燃料が吸入ポー
ト45から油路49を介して導かれ、吸入側チェック弁室44
のボール弁46を押し開いて、吸入側チェック弁室44及び
油路50を介してポンプ室33へ吸入される。

【００３３】また、斜板42がベローズガイド27側に移動
してこれを押すと、ベローズ26が圧縮されて、ポンプ室
33の容積が縮小され、ポンプ室33内の圧力が上昇する。
これに伴い、燃料が油路51を介して吐出側チェック弁室
45のボール弁47に作用し、これを押し開いて、油溝51、
吐出側チェック弁室45及び油路53を介して吐出ポート52
に至り、吐出される。

【００３４】尚、ケーシング13内は潤滑油で満たされて
おり、潤滑油により各摺動部の摺動抵抗や摩耗の進行度
合いを低減している。また、ケーシング13はボルト14に
より内燃機関のシリンダヘッド15に固定されるが、接合
面にはＯリング54を介在させてある。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、ベローズとフランジとの溶接部へのベロー
ズの伸縮による応力を緩和して、その強度低下を防止
し、燃料ポンプの耐久性・信頼性を向上することができ
るという効果がある。また、請求項２に係る発明によれ
ば、ポンプ内に侵入したエアを速やかに排出することが
でき、ベローズの伸縮により発生する圧力をエアが吸収
することがなくなるので、圧力上昇不良、吐出量低下と
いったエアの侵入による燃料ポンプのトラブルを未然に
防止することができるという効果がある。

【００３６】また、請求項３に係る発明によれば、ベロ
ーズガイドの内径を小さくすることができるので、燃料
ポンプのサイズや重量の余分な増加を抑制することがで
きるという効果がある。また、請求項４に係る発明によ
れば、燃料ポンプ内へのエアの侵入が防止され、侵入し
たエアは速やかに吐出側に排出されるため、エアの侵入
による燃料ポンプの動作不良を防止することができると
いう効果がある。

【００３７】また、ベローズ内には常時確実に燃料が留
まるので、再始動が容易にできるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る燃料ポンプの正面縦断面図

【図２】 ベローズ・アッセンブリの縦断面図

【図３】 ポンプヘッド側から見た燃料ポンプの平面図

【図４】 メタルガスケットの平面図

【図５】 内燃機関の燃料噴射システムを示す図

【図６】 内燃機関のシリンダヘッドの一部を示す図

【符号の説明】 ４ 燃料ポンプ 11 ポンプヘッド 12 ポンプハウジング 13 ケーシング 15 シリンダヘッド 16 回転軸 18 吸気側カムシャフト 24 メタルガスケット 25 ベローズ収納孔 25ａ 保持面 25ｂ 凹部 26 ベローズ 27 ベローズガイド 28 ベローズの先端側円筒部 29 フランジ 30 キャップ 31 ベローズの基端側円筒部 32 フランジ 33 ポンプ室 35 Ｏリング 36 張出し部 39 鍔部 42 斜板 44 吸入側チェック弁室 45 吐出側チェック弁室 46 ボール弁 47 ボール弁 48 吸入ポート 52 吐出ポート 49 油路 50 油路 51 油路 52 吐出ポート 53 油路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伸縮自在なベローズによりポンプ室を構成
   するベローズ式燃料ポンプにおいて、前記ベローズの両
   端をストレートな円筒状に形成し、該円筒部をそれぞれ
   異なるフランジの内周面に嵌合すると共に、前記円筒部
   の先端を前記フランジに固着し、前記ベローズの押圧側
   端部に固着したフランジにはキャップを固着して閉塞し
   たことを特徴とするベローズ式燃料ポンプ。
2. 【請求項２】前記円筒部の径は、前記ベローズの最小径
   と同じであることを特徴とする請求項１記載のベローズ
   式燃料ポンプ。
3. 【請求項３】前記キャップは、前記ベローズの最大径よ
   り小径の凹部を有し、該凹部をフランジ先端に形成され
   た凸部に嵌合し、固着したことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載のベローズ式燃料ポンプ。
4. 【請求項４】前記ベローズは水平方向に伸縮するように
   配置され、吸入側チェック弁と前記ベローズによるポン
   プ室とを連通する油路は、吸入側チェック弁室最上部と
   連通し、かつ、ベローズ内径上端より上部にてポンプ室
   と連通するように形成し、前記ポンプ室と吐出側チェッ
   ク弁とを連通する油路は、ポンプ室最上部と連通するよ
   うに形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のい
   ずれか１つに記載のベローズ式燃料ポンプ。