JP5372692B2 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用内燃機関の燃料供給ポンプに関し、殊に、筒内噴射型内燃機関の燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプに関する。

本発明が対象とする高圧燃料ポンプはシリンダに滑合するプランジャを備え、当該プランジャの片端が加圧室内で往復動することで、吸入弁機構から加圧室に導入された燃料を圧縮加圧して吐出弁機構から吐出させる。プランジャはエンジンのカム軸に形成されたカムの回転運動をプランジャの上下の往復動に変換することで達成される。プランジャ下端が中心部に固定された環状のリテーナがカップ上のタペット内に収納されていて、タペットの反リテーナ側の面にはローラが取付けられており、このローラがカムに圧接され、カムの回転に伴ってカムの表面を上り下りすることでプランジャを上下動させる。リテーナとポンプハウジング（若しくはシリンダ）の間にはプランジャを取り巻くように弦巻状のスプリングが設置されており、プランジャの上昇工程時にはカムの回転によってばねは圧縮される。プランジャの下降工程にはスプリングの圧縮反力によりプランジャがカム面に沿って下降する。（ローラは必ずしも必要ない。）

なお、この種の高圧ポンプはプランジャの下端部の一部分（スプリングによって取り囲まれた部分）にプランジャのシリンダとの摺動部の直径より直径が小となる細身部分を有し、直径に切り替わり部に段差部（括れ部）が形成されている。

プランジャの下端部は中央に貫通穴を有するリテーナに締まり嵌めによって圧入固定されている（国際公開パンフレットＷＯ２００６／０６９８１９）。

プランジャのリテーナ側端部はリテーナの下端面よりわずかに突出しており、この突出部分がタペットの表面に当接し、環状リテーナのタペット側環状面とタペットのリテーナ側表面とは必要な隙間を保って対面している。必要な隙間とは、カムの回転によってタペットがスイングする際のタペットのスイング範囲より大きい間隔である。

国際公開パンフレットＷＯ２００６／０６９８１９Ａ１

上記従来技術では、プランジャとリテーナとの締まり嵌め部が環境要因により経時的に緩み、必要な固定力を維持できない問題がある。

結果的には、プランジャとリテーナとの固定力が低下したり、プランジャとリテーナとの接触面が磨耗したりすると、スプリングの作用力によりリテーナが初期の設置位置よりもリテーナのタペット側環状面がタペットのプランジャ接触面（リテーナ側表面）に近づき、リテーナとタペット間のクリアランス（隙間）が必要以上に小さくなる（最悪の場合は接触することになる）。

リテーナとタペットとの間のクリアランスが必要以上に小さくなると、タペットあるいはポンプ自体の僅かな傾きによって、リテーナを傾倒させる力が発生し、結果的にプランジャにサイドフォースを与えることとなる。このサイドフォースはプランジャに曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントはプランジャとシリンダとの接触面圧を増大させプランジャとシリンダとの焼付きの原因となる。

プランジャの下端部の一部分（スプリングによって取り囲まれた部分）にプランジャのシリンダとの摺動部の直径より直径が小となる細身部分を有し、直径に切り替わり部に段差部（括れ部）が形成されている構成の場合には、この段差部でのプランジャの折損も考えられる。

以上の点に鑑み、本発明の目的はプランジャとリテーナとの間のクリアランス（隙間）が経年変化しにくい高圧燃料ポンプを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、リテーナの中心部にタペット側へ突出する突出部を設けたものである。

このように構成した本発明の高圧燃料ポンプによれば、リテーナとプランジャの結合が緩んでも、リテーナとタペットとの間のクリアランスを維持できるので、リテーナにサイドフォースが作用しても、プランジャとシリンダとの焼付きやプランジャの折損事故が発生しにくくできる。

本発明が適用される高圧燃料ポンプの縦断面図である。 本発明が適用される高圧燃料ポンプの別の角度での縦断面図である。 本発明が適用される高圧燃料ポンプの作動工程を示したダイアグラムである。 本発明の一実施例になるリテーナの三次元斜視図である。 プランジャ下降工程時のリテーナに作用する力を説明するための図である。 プランジャ上昇工程時のリテーナに作用する力を説明するための図である。 プランジャに作用する軸力とシリンダへの作用力を示した図である。 プランジャに作用するモーメントを示した図である。 リテーナ突起形状の別のバリエーションを示す部分拡大断面図である。 実施例２の部分拡大断面図である。 実施例３の部分拡大断面図である。 実施例４の部分拡大断面図である。 実施例５の部分拡大断面図である。 高圧燃料ポンプを使用する燃料供給システムを示すシステム図である。

以下図面基づき本発明のいくつかの実施例を詳細に説明する。

図１乃至１４に基づき本発明の第１実施例を説明する。

図１は本発明が実施される高圧燃料ポンプの縦断面図である。図１４は図１の高圧燃料ポンプを用いた燃料供給システムを示す図面である。

燃料タンク２０から低圧フィードポンプ２１によって吸い上げられた燃料は、吸入配管２８を通して高圧燃料ポンプ１００の燃料吸入口１０ａに導かれる。低圧フィードポンプ２１は低圧配管内２８の圧力が所望の圧力になるようエンジンコントロールユニット２７（以後ＥＣＵと略称する）の信号２７Ｄによって吐出量が制御される。

燃料吸入口１０ａに導かれた燃料はダンパ機構９の設置されたダンパ室１４（後述する），吸入通路１０ｃを通って低圧室１０ｄへ導かれる。

ポンプボディ１には加圧室１１が設けられ、加圧室１１と低圧室１０ｄとの間には、吸入弁３１および協働して燃料の吸入遮断を制御するシート３２が設けられている。

ばね３３でシート３２に着座する方向に付勢されている吸入弁３１は、電磁駆動機構３０Ａによってこのばねに抗してシート３２から離れる方向に向かって押し出される。この吸入弁３１，シート３２，ばね３３，電磁駆動機構３０Ａによって電磁駆動型吸入弁３０が構成される。

カム５の回転によるプランジャ２の下降に伴い、加圧室１１の圧力が下がるために吸入弁体３１は前後の圧力差によりばね３３の付勢力に打ち勝ち開弁し、燃料が加圧室１１内に流入する。この燃料の流入工程中に、電磁駆動型吸入弁３０に電流が与えられ開弁状態を強固にする。その後カム５が回転して、プランジャ２が上昇に転じた後の特定のタイミングで電磁駆動型吸入弁３０が吸入弁３１を閉じると、吸入された燃料は加圧室１１内で上昇するプランジャ２によって高圧に加圧され、燃料吐出口１２から高圧配管２９を通り、絞り２５を経てコモンレール２３に圧送される。

コモンレール２３には圧力センサ２６が装着されており、ＥＣＵ２７はこの圧力センサ２６の出力を監視することで、コモンレール内の圧力変化を検出する。コモンレール２３には内燃機関の各気筒に取付けられたインジェクタ２４が接続されており、ＥＣＵ２７からの駆動信号によってインジェクタ２４は各シリンダが要求する量の燃料をシリンダ内に直接噴射する。

２７Ａは電磁駆動機構３０Ａに駆動電流を送る電力線、２７Ｂは圧力センサ２６の検出信号をＥＣＵに伝える信号線、２７Ｃは燃料噴射弁２４に駆動電流を送る電力線である。

図１に示す本実施例になる高圧燃料ポンプ１００は、図１４の破線で囲まれた枠内の構成部品をすべて備えている。

ポンプボディ１には加圧室１１を形成する筒状凹所が形成されており、この筒状凹所に先端が突出するようにしてポンプボディ１に固定されるシリンダ６と共に加圧室１１を形成している。シリンダ６にはプランジャ２が摺動可能に収容され加圧機構を構成している。シリンダ６の外周部とポンプボディ１との金属接触部が内部の燃料に対して金属シール部として機能する結果、加圧室１１内で往復動するプランジャ２と上述した電磁駆動型吸入弁３０、およびシート８ａ，吐出弁８ｂ，付勢ばね８ｃからなる吐出弁機構８が協働して、加圧室内部の燃料を２０メガパスカル（ＭＰａ）程度あるいは必要ならばそれ以上まで加圧することができる。

ダンパ機構９は低圧側の燃料通路内に装着され、低圧側の燃料通路内に発生する燃料の脈動を低減する機能を有する。

低圧側の燃料通路内に発生する燃料の脈動は、燃料の吐出量を制御するために、吸入弁３１を開いたままでプランジャ２を上昇させることで、加圧室内に一端導入された燃料が低圧室１０ｄに逆流（溢流とも言う）する際に発生する。

電磁駆動型吸入弁３０は吐出燃料量の制御機能も備えている。具体的には、カム５が回転してプランジャ２がばね４の力で下降状態、つまりシリンダ６内に引き込まれる状態になると、ばね３３によってシート３２に引付けられて閉弁状態の吸入弁３１の低圧室１０ｄ側の圧力（フィードポンプ２１のフィード圧で、１.５から４気圧：０.１５乃至０.４ＭＰａ）と加圧室１１側の圧力との差圧が変化してやがて吸入弁３１を開く方向に作用する力の方が大きくなり、ばね３３の力に抗して、吸入弁３１はシート３２から離れ、開弁する。つまり、吸入弁３１は流体差圧による開弁力により、ばね３３の付勢力に打ち勝って、開弁できるように設定されている。吸入弁３２が開弁すると低圧燃料が加圧室１１内に導入される。この状態を吸入行程と呼ぶ。

カム５がさらに回転してプランジャ２が上昇に転じるまでに、電磁駆動機構３０Ａに電流を供給すると電磁プランジャ３０Ｂが吸入弁３１の開弁を維持する方向に電磁力を受けてばね３３を一層圧縮する。

かくして、カム５がさらに回転してプランジャ２が上昇しても吸入弁３１は開いたままの状態となり、燃料は低圧室へ逆流、つまり戻される（溢流とも呼ぶ）。この行程を戻し行程（あるいは溢流行程）と称す。

この時、吸入通路１０ｃへ戻された燃料により低圧通路１０には圧力脈動が発生する。この圧力脈動は圧力脈動用のダンパ機構９が膨張・収縮することで吸収低減される。

電磁駆動機構３０Ａに供給されている電流が遮断されるとその時点で電磁プランジャ３０Ｂがばね３３の付勢力と吸入弁３１に作用する流体の力によって吸入弁３１がすばやく閉弁する。そして、この時点から、プランジャ２による燃料の圧縮作用が始まり、吐出弁８ｂを閉弁方向に付勢するばね８ｃの力より燃料の圧力のほうが高くなった時点で燃料は吐出弁８ｂを開弁してポンプ１００の吐出口１２へ吐出される。この行程を吐出行程と称す。結果的に、プランジャの圧縮行程は、戻し行程と吐出行程とからなる。

そして、電磁駆動型吸入弁３０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。通電を解除するタイミングを早くすれば、圧縮行程（上昇行程）中の、戻し行程の割合が小さくなり、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、低圧室１０ｄに戻される燃料の量が少なく、加圧されて吐出される燃料の量が多くなる。一方通電を解除するタイミングを遅くすれば、圧縮行程（上昇行程）中の、戻し行程の割合が大きくなり、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、低圧室１０ｄに戻される燃料の量が多く、加圧されて吐出される燃料の量が少なくなる。通電を解除するタイミング、すなわち燃料の吐出量は、機関の運転状態に応じてＥＣＵ２７によって決定され、制御される。

ポンプボディ１には、加圧室１１を形成する筒状凹所の外側に低圧通路１０の一部である円筒状の通路１０ｂが形成されており、この通路１０ｂは円形の開口を備えている。円形の開口は、内部ダンパカバー１４によって封止され、その内部には金属材製のダンパ機構９が設けられている。

かくして、ポンプボディ１に形成された燃料導入開口１０ａ，金属材製のダンパ機構９が設けられた円筒状の通路１０ｂ，低圧室１０ｄと連通する通路１０ｃを介して燃料は導入される。

電磁駆動型吸入弁３０はポンプボディ１と溶接により固定され、吸入弁３１は加圧室１１の入り口部に設置され、吸入弁シート部３２を基準に加圧室１１と反対側に低圧通路１０ｃが連通する。

ポンプボディ１にはさらに、加圧室１１を形成する筒状凹所に連通する吐出弁機構８取付け用の横型筒状凹所が形成されている。この凹所は、電磁駆動型吸入弁３０取付け用の横型筒状凹所側から吐出弁機構８が挿入できるように、吐出弁機構８取付け用の横型筒状凹所の直径より直径が小さく設計されている。

吐出弁機構８をこの直径の小さい横型筒状凹所に圧入固定した後、加圧室１１を形成する筒状凹所の内部上端に筒状の金属リングを圧入固定し、その外周の一部が先に固定した吐出弁機構８の加圧室側端部に対向するようにして、吐出弁機構８の抜け止めの機能と、加圧室の容積を少なくして、圧縮効率を高める機能とを持たせている。

次にシリンダ６をその先端が加圧室１１を形成する筒状凹所１２０に突出するように、ポンプボディ１の筒状凹所に挿入し、シリンダ６の外周に形成した環状のシール面６Ｓが筒状凹所の開口部周囲に形成されたシール面１１０ａに当接するようにして取付ける。

具体的にはシリンダホルダ７の外周にシールリング７Ａを取付け、次にプランジャ２の表面に摺動接触する環状のガソリンシール１３１とオイルシール１３２が軸方向に所定の距離を隔てて装着されたシール機構１３をシリンダホルダ７の内周部に装着し、プランジャ２の下端側をこのシール機構１３に挿通する。次にプランジャ２の先端をシリンダ６に挿通しながらシリンダホルダ７をシリンダ６の下端外周とその周囲に突出するポンプボディ１の筒状スリーブ１Ｓの内周との間に装着する。

このとき、シリンダホルダ７内周の段付き部７Ｓがシリンダ６の下端部に当接するようその直径が設定されている。

さらに、筒状スリーブ１Ｓの外周に刻設されたねじに螺号するねじを内周に備えた締付けホルダ４０の内周段付き部４０Ａをシリンダホルダ７の外周段付き部７Ｋに当接させて、締付けホルダ４０を筒状スリーブ１Ｓにねじ込むことでシリンダホルダ７をシリンダ６の下端に押付け、さらにはシリンダ６の外周段付き部６Ｋのシール面６Ｓをポンプボディ１の下端シール面１１０ａに押付けることで加圧室をシールする。

プランジャ２は、加圧室１１の内部で往復運動して、燃料を加圧室１１に吸入し、加圧室１１から低圧室１０ｄに溢流させ、燃料を加圧室内で加圧し、加圧した燃料を吐出する所謂ポンプ機能を果たす。

加圧室１１から、プランジャ２とシリンダ６との隙間を通って漏れる燃料（ブローバイ燃料と呼ぶ）は、シール機構１３とシリンダ６の下端との間に形成されたシール室１０ｇへ至る。シール室１０ｆは、シリンダ６の外周に刻設された縦溝１０ｆ，ポンプボディ１の内周面とシリンダ６の外周面とシリンダホルダ７およびシールリング７Ａとで囲まれたシリンダ６の外周を一周する環状の空間１０ｅ，ポンプボディ１に貫通形成された戻し通路１０ｄを通して低圧室１０ｃと連通している。これによって燃料溜り１０ｇの圧力が、ブローバイ燃料によって異常に上昇し、シール機構に悪影響を及ぼすのを防止することができる。

また、プランジャ２の下端部外周に設けたシール機構１３は、燃料が外部に漏れるのを防止すると同時にカム５とタペット３，タペット３とプランジャ２の接触部を潤滑する潤滑油が加圧室１１や低圧室１０ｄなどの燃料通路に流入するのを防止している。

また、コモンレール２３が異常な高圧になることを防ぐリリーフ機構２００がポンプボディ１に設けられている。リリーフ機構２００はリリーフ弁シート２０１，リリーフ弁２０２，リリーフ押さえ２０３，リリーフばね２０４から構成され、吐出弁機構８の下流と吐出口１２との間の高圧通路から分岐して低圧燃料通路１０ｃに至るリリーフ通路内２１０，２１１の中に配置されている。コモンレール２３を含む高圧燃料通路の圧力が異常高圧になろうとするとリリーフ弁２０１にその圧力が伝わり、リリーフ弁２０１がリリーフばね２０４の力に抗してリリーフ弁シート２０１から離れ、異常高圧を吸入通路に逃がすことで、高圧配管２９やコモンレール２３の損傷を防ぐ。なお、絞り２１４を介して異常高圧が伝わるように構成しているので、吐出時に発生する極短期間の高圧状態ではリリーフ弁２０２は開かない。これによって誤動作が防止される。

高圧燃料ポンプ１００のエンジンヘッド１０１への装着は、取付け金具４１を締付けホルダ４０とポンプボディ１の間に共締めし、取付け金具４１をエンジンヘッド１０１にねじ止めにより固定する。取付け金具４１にはボルト用貫通穴を有する円筒状のブッシュ４３が加締められて一体化されている。

シリンダホルダ７の下端に一端が当接するスプリング４の他端をプランジャの下端に取付けたばね受けリテーナ５０によって保持し、このリテーナ５０にタペット３を図下方より被せる。次にタペット３の外周３Ａをガイドにして、エンジンヘッド１０１の取付け穴１１１にプランジャ２の下端部分をタペット３のローラ５８がカム５の周面に接する位置まで挿入し、締付けホルダ４０の外周に設けたシールリング４０Ａで締付けホルダ４０の外周４０Ｂと取付け穴の内周面４０Ｃとの間をシールする。最後に取付け金具４１をねじ４２でエンジンヘッド１０１にねじ止めして、締付けホルダ４０をエンジンの表面に押付けて固定する。

ここで、プランジャ２が大径部と小径部とを有することについて説明する。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。小径部２ｂの直径は大径部２ａの直径より小さく設定されており、互いに同軸に設定されている。本実施例の場合、大径部２ａの直径は１０mm、小径部２ｂの直径は６mmに設定されている。このようにプランジャに大径部と小径部とを設けることにより、次のような幾つかの長所がある。一つは低圧側圧力の脈動低減である。プランジャ２の上下運動に伴って発生する脈動の内、電磁駆動型吸入弁３０より上流側に発生する圧力脈動を低減することができる。この電磁駆動型吸入弁３０より上流側に発生する圧力脈動は、ノイズの原因にもなり得ること、フィードポンプ２１の耐久性を悪化させること、低圧配管２８自体の耐久性を悪化させること等、各種性能への悪化要因である。二つ目の長所はプランジャシール１３の直径をプランジャ小径部２ｂに従って小型にできることである。小型化故の長所は、プランジャ２との周方向の燃料シール長が短くなるため、シール部からの漏れ量をより低減できること、プランジャ２との摩擦熱を低減できること、軽量化，安価等の長所がある。

このように大径部と小径部を有することの利点は多いが、プランジャ２は加圧室１１の圧縮反力を受けるために強度が必要であり、近年の高圧化・大容量化のニーズからもさらなる強度が要求されることから、プランジャ２の小径部に、特開２００１−２９５７７０号公報の図１に示されるようなさらなる小径となる括れを設ける構造ではプランジャの強度が問題となる。

図３は、ポンプが一往復する時の工程と、電磁吸入弁であるソレノイドの動きとを簡単に説明する、横軸を時間としたダイアグラムである。

［吸入工程］
時刻ＴＴにおいて、プランジャ２は上死点、すなわち加圧室１１の容積が最も小さい状態、かつシール室１０ｇの体積は最も大きい状態にある。カム５の回転に伴い、スプリング４の圧縮反力によって、プランジャ２は下降を始める。プランジャ２が下降を始めると、加圧室１１の容積の増大により、加圧室１１の圧力は減少し、電磁駆動型吸入弁３０内の圧力との差によって、吸入弁体３１はスプリング３３の付勢力に打ち勝って開弁する。この吸入工程において、加圧室１１に流入する燃料は、吸入口１０ａからのものだけでなく、プランジャ２の動きによるシール室１０ｇの体積減少分による燃料も含まれる。そのことからプランジャが大径部と小径部とを有さないプランジャを持つ高圧燃料ポンプと比較し、吸入口１０ａからの流量が少なくてすむために電磁駆動型吸入弁３０より上流側に発生する圧力脈動を低減することができる。

次の戻し工程、吐出工程に備え、時刻Ｔ１においてＥＣＵ側から、電磁駆動型吸入弁３０に電流が送られ、その電流がソレノイド３０ｂにより吸入弁３１を開弁する側に力を付勢し、開弁状態を強固にする。

［戻し工程］
時刻ＴＢにおいて、プランジャ２は下死点、すなわち加圧室１１の容積が最も大きい状態、かつシール室１０ｇの体積は最も小さい状態にある。カム５の回転に伴い、ローラ５８，タペット３を介しプランジャ２が押し上げられて上昇を始める。プランジャ２が上昇を始めると、加圧室１１の容積の減少に伴い、加圧室１１の燃料は吸入工程と全く逆の方向に移動をする。すなわち加圧室の燃料は、吸入口１０ａに戻されるだけでなく、プランジャ２の動きによるシール室１０ｇの体積増加分により、燃料通路１０ｄを通って、シール室１０ｇにも戻される。

吸入工程と同じ考えで、プランジャ２が大径部と小径部とを有さないプランジャ２を持つ高圧燃料ポンプと比較し、ポンプ外部へすなわち吸入口１０ａから上流へ戻す流量が少なくてすむために電磁駆動型吸入弁３０より上流側に発生する圧力脈動を低減することができる。

［吐出工程］
ＥＣＵ２７において、所望の吐出流量を得られるべく、時刻Ｔ２が計算され、時刻Ｔ２に電磁駆動型吸入弁３０に与えられる電流は遮断される。時刻Ｔ２まで電磁力によって付勢され開弁していた吸入弁体３１は、スプリング３３の圧縮反力と、吸入弁体３１とシート３２とを通過する流体の力とによって閉弁を開始する。完全に閉弁を終了した後、加圧室内はプランジャの上昇による加圧室内体積の減少により圧力が上昇し、吐出弁８ａを押し出し吐出工程となる。吐出工程は、プランジャ２が上死点となるまで継続する。

この吐出工程において、シール室１０ｇの体積は増大する。このシール室１０ｇの体積の増大に伴い、燃料が吐出口１０ａからシール室１０ｇに流入する。

ここで、図４から図６を用いて本発明であるリテーナ５０について詳細に説明する。

リテーナ５０の機能は、プランジャ２を下降させる力を発生させるスプリング４の力Ｆｓをプランジャ２へ伝達させることである。すなわちポンプの動作として、プランジャ２の上昇はカム５の回転力がローラ５８，ローラ５８が取付けられているタペット３を介してプランジャ２に伝達されることで動作し、プランジャ２の下降は、スプリング力Ｆｓがリテーナ５０を介してプランジャ２に伝達され、タペット３，ローラ５８を押し下げることで動作するものである。

リテーナ５０は環状の形状であり、スプリング４の内径側のガイドとなる胴体部を本体として、スプリング４の図下端部座面と接触しスプリング力Ｆｓを受けるつば部５２と、プランジャ２の小径部２ｂ下端に締まり嵌めとして圧入固定するための貫通穴５３を有している。またスプリング４の稼動部との接触を避けるために、スプリングの座巻き部以外のリテーナ５０は、スプリングの座巻き部分の直径よりも小さくなるようテーパ形状５７としている。

リテーナ５０のタペット３と対向する面には本発明の要である突起５１を設けている。本実施例では、リテーナ５０の貫通穴５３を取り巻く形態で環状に突起５１を設けている。

リテーナ５０とプランジャ２との固定は、貫通穴５３にプランジャ２の小径部２ａ下端に締まり嵌めで圧入固定することで達成される。リテーナ５０とプランジャ２との固定力Ｆａは、リテーナ５０とプランジャ２とが組み合わされる前のリテーナ５０の貫通穴５３内径とプランジャ２小径部２ｂの外径との寸法差すなわち締代によりお互いの部品が弾性もしくは塑性変形をして得られる緊迫力によるものである。

この固定力Ｆａは初期的にも経時的にも不安定な力である。初期的には各々の部品の製造精度により固定力が大きくばらついてしまう欠点がある。単純な直径寸法の精度だけでなく各部品の穴及び軸における真円度や円筒度の精度、また表面粗さ、洗浄状態，潤滑によって大きく変化する。組立時の圧入力を計測し固定力を管理する手法は一般的ではあるが、圧入面に部品のばりや異物を噛込んだり、圧入治具に不備がある場合は固定力と圧入力とが相違する可能性もあり確実性に欠ける。

経時的には、プランジャ２とリテーナ５０とのそれぞれの材料の線膨張係数の違い、あるいはそれぞれの部品の温度差により、それぞれの部材の熱膨張量及び熱収縮量が相違することになり圧入接触面において極微小な相対移動をおこすことで、固定力が弱まる懸念がある。またリテーナ５０及びプランジャ２それぞれに加わる外力（ばねの力、プランジャとタペットの摩擦面に発生する横方向の力）が圧入固定面に繰り返し作用することによって固定力が減少することも考えられる。

ここでリテーナ５０に作用する力について、プランジャ２の下降工程（吸入工程）と上昇工程（戻し・吐出工程）に分けて詳細に説明する。

まず下降工程においては、圧縮されていたスプリング４が伸張する力Ｆｓがリテーナつば部５２に作用することにより、次に述べる四つの力がプランジャ２からリテーナ５０を引き抜く方向、すなわち図５ではリテーナ５０を下方向、プランジャ２を上方向へ動かそうとするせん断力Ｆｓｈを発生させる方向に作用する。

一つ目はプランジャ２及びタペット３が元の位置に留まろうする慣性力Ｆｉｐ，Ｆｉｔである。二つ目はプランジャ２に緊迫力を有して環状に設置されているプランジャシール１３の摩擦力Ｆｆｐ（図示しない）である。三つ目は加圧室，シール室，カム室の圧力差による力Ｆｐ（図示しない）が、プランジャ２に同じくせん断方向の力に付勢する方向で働く場合がある。四つ目はエンジン振動によるスプリングの慣性力Ｆｖである。これらのことより、プランジャ２とリテーナ５０との固定力Ｆａは下記のように設定される必要がある。
Ｆａ＞Ｆｓｈ＝（Ｆｉｐ＋Ｆｉｔ＋Ｆｆｐ＋Ｆｐ＋Ｆｖ）×安全率 …（１）

次に図６を用いて上昇工程について述べる。上昇工程においてはカム５の回転に伴いタペット３を介してプランジャ２下端に力が作用しプランジャ２が上昇することになる。プランジャ２が上昇するにつれてスプリング４が圧縮されスプリング力Ｆｓがリテーナ５０に作用する。この場合もスプリング力Ｆｓはプランジャ２がリテーナ５０を引き抜く方向、すなわち図６ではリテーナ５０を下方向、プランジャ２を上方向へ動かそうとするせん断力を発生させる方向に作用する。また、リテーナ５０とスプリング４とのその場に留まろうとする慣性力Ｆｉｒ，Ｆｉｓが同じく前記せん断方向の力に付勢する方向で働く。また下降工程同様にスプリングのエンジン振動による慣性力Ｆｖが作用する。上昇工程中の加圧室１１に発生するＦｐはプランジャ２で受けるためＦｓｈの因子とはならない。これらのことにより、プランジャ２とリテーナ５０との固定力Ｆａは下記の式もまた満たすように設定される必要がある。
Ｆａ＞Ｆｓｈ＝（Ｆｓ＋Ｆｉｒ＋Ｆｉｓ＋Ｆｖ）×安全率 …（２）

ところで前述したように、固定力Ｆａは非常に不安定な力である。このように固定力Ｆａが弱まった状態で、前述した外力Ｆｓｈが作用するとプランジャ２とリテーナ５０とのの結合部が緩んで、リテーナ５０が初期位置よりもタペット３側に移動し、タペット３との隙間全面接触することにより後述する過大なモーメントがプランジャ２に作用しシリンダとのシリンダ６との焼付き・かじりの原因になるどころか、プランジャ２が大径部２ａと小径部２ｂとのつながり部の括れ部で折損する虞がある。

これらの固定力が不安定になることを防止するために、プランジャ２とリテーナ５０との固定について溶接やかしめといった工程を付け加えることは一般的ではあるが、経済的ではない。

ここで第一の実施例ではリテーナ５０のプランジャ貫通孔５３の周囲に環状突起５１を設置した。突起５１が無い場合は前述したスプリング力Ｆｓ等のすべての外力Ｆｓｈを圧入部の固定力Ｆａで保持しなければならないが、突起５１を設けた場合は、このＦｓｈの大部分を突起５１がタペット３と接触することで受ける力Ｆ５１で受け持つことができる。

吸入工程においては、前記せん断力の中で最も大きいタペットの慣性力Ｆｉｔを始め、スプリングのエンジン振動による慣性力Ｆｖをリテーナ５０に設けた突起５１がタペット３に接触することで受けることができ、固定力Ｆａの負担が減少する。すなわち必要固定力を示す上記の式（１）は下記の式（３）へ変更することができる。
Ｆａ＞Ｆｓｈ＝（Ｆｉｐ＋Ｆｆｐ＋Ｆｐ）×安全率 …（３）
Ｆ５１＝Ｆｉｔ＋Ｆｖ

また吐出工程においては、前記せん断力Ｆｓｈのすべてを本発明であるリテーナ５０に設けた突起５１がタペット３に接触することで受けることができるため、固定力Ｆａは理論上不要となる。すなわち必要固定力Ｆａを示す上記の式（２）は下記の式（４）へ変更することができる。
Ｆａ＞Ｆｓｈ＝０＋安全裕度 …（４）
Ｆ５１＝Ｆｓ＋Ｆｉｒ＋Ｆｉｓ＋Ｆｖ

これらより、リテーナ５１に突起５１を設けることにより、必要な固定力Ｆａはごく僅かで済む上に抜けに対する安全率を高く設定することが可能である。

以下、加圧機構の動作とその課題を説明する。図７は加圧機構部を図１より抜き出したものであり、力の作用も上述したものである。

プランジャ２の上昇行程において電磁駆動機構３０Ａの通電を断って、吸入弁３１を閉弁すると、加圧室１１内は、燃料の加圧行程に入る。加圧行程となると、加圧室１１内の燃料は急速に圧縮，加圧される。加圧室１１内が加圧され高圧になると、プランジャ２には、圧縮反力として、加圧室１１とタペット３にはさまれる形で、プランジャ２の軸方向に力Ｆｐが作用する。さらにはこの力Ｆｐとスプリング４の圧縮反力Ｆｓやプランジャ２の慣性力等の力が複合した軸力Ｆ１がプランジャ２の下端にタペット３と接触することで加わる。

この軸力Ｆ１は鉛直方向にのみ加わるのが理想ではあるが、機構上この軸力Ｆ１がプランジャ２の軸方向に対して直角の方向に作用する横力（サイドフォース）を発生させる。この軸力Ｆ１から発生する主となる横力（サイドフォース）の要因は、詳細に後述するがプランジャ２の中心軸と、プランジャ２とタペット３とが実際に接触する点との距離Ｌが生み出すプランジャ２への曲げモーメントである。

これらのプランジャ２の横力（サイドフォース）成分は、シリンダ６の円筒内面へ負荷されることとなる。シリンダ６の内周面には、上記曲げモーメントに対して釣り合うよう、シリンダ６上端部での接触力Ｆｃ１及び下端部での接触力Ｆｃ２の力が発生する。この接触力Ｆｃ１，Ｆｃ２の増加は、プランジャ２とシリンダ６との接触面圧が増大し、摺動性の悪化を増大させる要因となる。

かくして実施例の突起５１はプランジャ２とリテーナ５０との固定について信頼性の高い構造である。

さらに、プランジャ２とシリンダ６との摺動性がさらに良好になる実施例を以下、図８を用いて詳細に説明する。

加圧工程においては、プランジャ２は高圧となる加圧室１１の圧縮反力Ｆｐを受ける。その力は最大では例えば２ｋＮを超える大きなものである。また今後の高圧化，大容量化の市場のニーズを考慮するとさらに大きな圧縮反力となる。

リテーナ５０に突起５１を設けたことにより、圧縮反力Ｆｐ及びＦｐを含むその他プランジャ軸方向の合力Ｆ１はタペット３に接触しているプランジャ２とリテーナ５０の突起５１に発生する荷重Ｆ１ｐと荷重Ｆ１ｒとで受ける。
Ｆ１＝Ｆ１ｐ＋Ｆ１ｒ …（５）

理想的にはプランジャ２及び突起５１の全周で荷重を受けられれば問題が無いが、タペット３とのタペット３の外周ガイドとして機能しているシリンダヘッド６０との微小隙間によるタペット自身の微小な傾きや、ポンプ及びプランジャ２自身の微小な傾きにより、プランジャ２とタペット３との接触点については、プランジャの中心軸からある距離Ｌ１離れた点，リテーナ５０とタペット３との接触点については環状突起の全周で接触することなく突起の一部で接触するすなわちプランジャの中心軸からある距離Ｌ２離れた部分で接触する。

この時プランジャ２の中心軸からの前記距離Ｌ１，Ｌ２とがプランジャ２に対し曲げモーメントを生み出すことになり、このプランジャ２に対する曲げモーメントはシリンダに負荷される。すなわちプランジャ２に負荷される曲げモーメントＭは下記となる。
Ｍ＝Ｆ１ｐ×Ｌ１＋Ｆ１ｒ×Ｌ２ …（６）

突起５１が設置されていない場合のモーメントは、
Ｍ＝Ｆ１（＝Ｆ１ｐ＋Ｆ１ｒ）×Ｌ１ …（７）
であるため、式（６）と式（７）との差、
Ｍ＝Ｆ１ｒ×（Ｌ２−Ｌ１） …（８）
が、突起５１によって増加するモーメントとなる。

この曲げモーメントは前述した摺動部の持つ課題に直結する問題である。よってこの曲げモーメントを極力小さくすることが必要となり、下記の工夫を行う。

一つ目は環状突起の直径を極力小さくすることである。小さくすることにより前記Ｌ２が小さくなり曲げモーメントを小さくすることができる。リテーナ突起５１がタペット３に対向して平面を持つ時は平面最外径部にモーメントが発生するため突起５１の平面部の外径を小さくする。もしくは、図９に示すように環状突起を中央凸に球面とする形状５１ｓとし、極力環状突起の中心軸寄りでタペット３と接触させモーメントを小さくする形状とする。また突起５１は前記平面と前記球面とを組み合わせた構成でも良い。

二つ目はリテーナ自身の材料を柔らかくすることである。柔らかいとは剛性が小さい（低剛性）意味でもあるし硬さが小さい（低硬度）意味でもある。

プランジャに作用する曲げモーメントは（６）式に示されるように、プランジャ２、及びリテーナ５０の突起５１とがタペット３との接触点とがそれぞれプランジャ中心軸から距離を持つことで発生要因となる。突起５１の剛性の大小で曲げモーメントＭを比較すると、剛性が大きい場合は、Ｆ１の分力Ｆ１ｐ，Ｆ１ｒのうち、Ｆ１ｒが大きくすなわちモーメントＭが大きく、突起５１の剛性が小さい場合は突起５１が変形してタペット３から逃げる分、荷重Ｆ１はプランジャ側により作用するためＦ１ｒが小さくなり（Ｆ１ｐが大きくなり）、すなわちモーメントＭが小さくなる。このことよりリテーナ５０の材料の剛性を下げることに利点がある。またＦ１ｒが過大な場合は、突起５１の圧壊荷重を超え一度塑性変形したとしても、プランジャ２が荷重Ｆ１の多くを受けることになるためポンプの機能上問題は無い。同じ意味で、リテーナ突起部５１の硬さを小さくしておいて、タペット３の傾きに沿ってリテーナ５０の突起部分がタペット３と干渉する部分については、積極的に本突起部を摩滅させても良い。

三つ目はプランジャ２と同軸に環状突起を構成することである。プランジャ２を軸に、ポンプ１００の取付けか如何なる方向であろうとも、またタペット３が如何なる方向の傾きでも、Ｌ２が一定となるためである。

突起５１が設置されていないリテーナの場合、前述した如くプランジャ２とリテーナとの固定力が減少し、リテーナがプランジャに対するリテーナの初期位置よりもタペット側に移動し、タペット３とリテーナ５０の外周とが接触する虞がある。その場合にプランジャに作用する曲げモーメントは、
Ｍ＝Ｆ１ｒｏ×Ｌ３
であり、突起５１がある場合のモーメントに対してはるかに大きい（例えば２倍以上）のモーメントがプランジャ２に作用し、すなわちプランジャ２のシリンダ６へ負荷する、もしくはプランジャ２がシリンダ６から負荷される荷重Ｆｃ１，Ｆｃ２が増大し、焼付き・噛り付きの原因になるどころか、プランジャ２が折損し燃料が外部へ漏れるという大問題を引き起こす虞がある。

リテーナ５０の他の特徴としては、リテーナ５０の外周部のタペット３と対向する側に面とり５４を施している。タペット３のプランジャ２を受ける凹空間の隅部Ｒはタペットの加工性を向上させるため、また強度を確保するために比較的大きいＲ形状３ｒを有する。一方ポンプのリテーナ５０はスプリング４の設計自由度を向上させるために極力大きい座面直径を確保することが望まれる。面取り５４は、これらタペット側とポンプ側との要求を両立させることができる役割を担っている。

スプリング４の端部座巻きの内径側の角Ｒ（角面取り）が小さい場合を考慮して、前記角面取り部に対応するリテーナ隅部の隅Ｒを小さくする必要がある。スプリング座巻きのリテーナ隅部への乗り上げを防止するためである。リテーナの製作において、刃具寿命を考慮しリテーナ隅部Ｒ寸法を大きくしたい場合は、図９に示すように、隅Ｒを内径側に切り込む形５５で構成している。このことにより、スプリング角Ｒのリテーナ隅Ｒへの乗り上げを妨げることでプランジャに作用する横力（サイドフォース）をより低減することができる。

リテーナ５０の材料としては、プランジャ２と圧入で固定する場合はプランジャ２と熱膨張率が等しいか近い材料で構成することが好ましい。また前述したようによりプランジャ２への曲げモーメントを小さくするために、プランジャ２よりも剛性の小さいまたは硬度の小さい材料で構成すると前記曲げモーメントを小さくすることがよりできる。

リテーナ５０は形が単純で済むために様々な製法が考えられる。棒材から削り出すものでも良いし鍛造で構成しても良い。また類似の形状を板材からプレス成形しても良い。

図１０に実施例２を示す。第２実施例では図１０に示す如く、リテーナ５０からをプランジャ２Ａの距離例えば０〜１mm程度突出させる。このように構成したポンプの通常作動時には、前記軸力Ｆ１をプランジャ２のみで受けるため、曲げモーメントが小さくなる。この時突起５１は特別意味をなさないが、下記のような場合に、フェールセーフ機能を発揮する。

一つ目は、プランジャ２とリテーナ５０との固定力Ｆａが低下した場合である。前述したプランジャ２からリテーナ５０を引き抜こうとする力Ｆｓｈにより、リテーナ５０がプランジャ２に対し初期位置よりタペット側に望まずして移動した場合、リテーナの突起５１がリテーナの全面接触を避けプランジャ２に過大なモーメントが作用することを防ぐ。すなわち突起５１を備えた場合は曲げモーメントはＭ＝Ｆ１ｒ×Ｌ２で済むが、突起が無い場合は曲げモーメントはＭ＝Ｆ１ｒｏ×Ｌ３となり過大なモーメントが加わってしまう。

二つ目は、タペット３のプランジャ２との接触部分が経時的に磨耗した場合である。リテーナ５０のプランジャ２からの突き出し量Ａの寸法が望まずして磨耗した場合、一つ目と同じく突起５１が無い場合はタペット３と全面接触し過大な曲げモーメントが加わることになるが、突起５１を設けることで全面接触を防止し、曲げモーメントを小さくすることができる。

図１１は、前述の曲げモーメントをより小さくするべく、プランジャ２の小径部２ｂ先端についてさらに小径部２ｃを設けた形状である。本形状により、プランジャ２中心からのリテーナ５０の突起５１とタペット３との接触点までの距離Ｌを実施例１よりもさらに小さくすることで、前記曲げモーメントを小さくすることができる。

図１２は、突起５１がリテーナ５０のタペット３に対向する円錐状先端部の中心に形成される最大突出部として形成された場合を示す。すなわちリテーナ５０の半径方向外側に行くに従ってタペットの表面との間の隙間が大きくなるような勾配をもった形状で構成した例である。リテーナ５０のタペット３に対向する面において、リテーナ５０のタペット３とのクリアランスがリテーナ外周部と比較し、中央部のクリアランスが小さくするように設定すなわちＡｉ＜Ａｏとなる様に設定すれば、先の実施例の突起５１と同様の機能を果たす。

図１３は、リテーナ５０を板材からプレス成形をした例である。この場合も、リテーナ中央部に環状に形成された突起５１の部分におけるタペット３との間のクリアランスＣ２が外周部のクリアランスＣ２と比較して小さく構成している。

実施例の共通のコンセプトは、プランジャの強度を低下させること無く、またリテーナの形状を複雑にすること無く、さらにはプランジャとリテーナとの固定の際の組立工数を増加させること無く、リテーナの形状を工夫することで前記課題を解決するものである。
リテーナにおいて、スプリングと接触しスプリング力を受ける面と反対側の面すなわちタペットと対向する面の中央部に突起を設けること、もしくはタペットにおけるプランジャとの接触面と、リテーナのタペットと向き合う面とのクリアランスが、リテーナ中央部と比較しリテーナ外周部のクリアランスを大きく設けることで、冒頭に記載の課題を解決するものである。

以上の実施例１乃至５に拠れば、プランジャ２とリテーナ５０の固定方法が容易で信頼性の高い高圧燃料ポンプを提供することができる。

なお、発明の開示の部分に記載した環境要因とは以下のものが考えられる。
１）スプリングから受ける繰り返し荷重
２）ポンプハウジング及びプランジャを通じて伝達するエンジンの振動
３）使用環境に起因する温度サイクルが与えるプランジャリテーナ材質の熱膨張差によって、圧入面に発生する微小な相対移動
４）エンジン側からの受熱とポンプ内部の燃料側への放熱等によるプランジャとリテーナの部品間に発生する温度差に起因する熱膨張差が、圧入面に引き起こす微小な相対移動などである。

本発明は、筒内噴射方内燃機関の高圧燃料ポンプばかりでなく、水ポンプ，油圧ポンプ，ディーゼル車用のポンプ等にも適用が可能である。またポンプに限らずエンジンの動弁系のようにスプリングにより軸部品を作動させるための受け部材（リテーナ）が必要となる機構に適用が可能である。

１ ポンプボディ
２ プランジャ
３ タペット
４ スプリング
５ カム
６ シリンダ
７ シリンダホルダ
８ 吐出弁機構
９ ダンパ機構
１０ 低圧通路
１１ 加圧室
３０ 電磁駆動型吸入弁
５０ リテーナ

Claims (9)

1. シリンダ部を有するポンプボディと、
   前記シリンダ部に滑合するプランジャと、
   前記プランジャの一側に設けられ、前記プランジャの往復運動によって容積が変化する加圧室と、
   前記シリンダから反加圧室側に突出する前記プランジャの端部が貫通孔に挿通されて、前記プランジャに固定されたリテーナ部と、
   前記プランジャの周りに当該プランジャを取り巻くように配置され、一端が前記リテーナに保持され、前記プランジャを前記加圧室から遠ざかる方向に付勢するスプリングと、
   前記リテーナに前記プランジャの端部側から被せられるタペットとを備え、
   回転するカムの動きが前記タペットを介して前記プランジャの往復運動に変換されるように構成されたものにおいて、
   前記貫通孔の周りに前記タペット側に突出する突起部を設けた高圧燃料ポンプ。
2. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記突起部における前記リテーナと前記タペットとのクリアランスが前記リテーナと前記タペットとの間に形成される他のクリアランスよりも小さく構成した高圧燃料ポンプ。
3. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記リテーナの前記突起部は、前記リテーナの固定される前記プランジャの中心軸に対して同軸上の環状突起で構成した高圧燃料ポンプ。
4. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記リテーナの前記突起部は、先端部が球面を有する高圧燃料ポンプ。
5. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記リテーナの前記突起部の表面硬度は、前記プランジャの表面硬度よりも小さい高圧燃料ポンプ。
6. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記リテーナ及び前記突起部は板材からプレス成形で一体に成形された高圧燃料ポンプ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載したものにおいて、
   前記リテーナの前記タペットと対向する面において、外周部に面取りが施されている高圧燃料ポンプ。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載したものにおいて、
   前記突起部の先端部と前記プランジャ先端面とが同一平面上に位置するよう構成されている高圧燃料ポンプ。
9. 請求項１乃至６のいずれかに記載のものにおいて、
   前記プランジャ端面が前記突起部の先端部から前記タペット側に突出している高圧燃料ポンプ。

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