JP2002295339A

JP2002295339A - 摺動部材およびこれを用いた燃料噴射ポンプ

Info

Publication number: JP2002295339A
Application number: JP2001095483A
Authority: JP
Inventors: Shigehiko Inayoshi; 成彦稲吉; Hirotake Hamamatsu; 宏武濱松; Hitoshi Umemoto; 仁梅本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】加工が容易で異常摩耗および焼き付きを防止
する摺動部材および燃料噴射ポンプを提供する。【解決手段】シュー２７とローラ部材２８とは、相対
的に滑り運動可能な摺動部を形成する。シュー２７は鉄
系の金属により形成されているため、曲面部２７ａのよ
うに複雑な形状を有する部材も容易に加工することがで
きる。シュー２７には、例えば金属含有ダイヤモンドラ
イクカーボンやセラミックスからなる硬質皮膜層２７１
が形成されている。ローラ部材２８は円柱形状であり、
セラミックスによっても容易に成形可能である。シュー
２７に硬質皮膜層２７１を形成することにより、シュー
２７１の表面が保護されるだけでなく、シュー２７１を
形成する鉄系の金属が摺動部の発熱により軟化し、ロー
ラ部材２８へ移着することが防止される。そのため、異
常摩耗および焼き付きを防止することができ、燃料圧力
の高圧化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相互に滑り移動す
る摺動部を構成する摺動部材および燃料噴射ポンプを提
供することにある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばディーゼルエンジンな
どのエンジンの燃料噴射ポンプとして、プランジャを駆
動するカムが設けられた燃料噴射ポンプが用いられてい
る。上記のような燃料噴射ポンプの場合、シリンダの内
部でプランジャが往復移動することにより燃料が加圧さ
れる。プランジャは、エンジンにより駆動されるドライ
ブシャフトの回転運動をカムを用いて往復運動に変換す
ることにより駆動される。近年、エンジンの出力向上な
らびにエンジンから排出される物質の低減を図るため、
燃料の噴射圧力のさらなる高圧化が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料の
噴射圧力を高めるためには、燃料噴射ポンプによる燃料
の加圧圧力を高める必要があり、燃料噴射ポンプの負荷
が過大となる。特に、摺動しているカムとプランジャと
の摺動部には、大きな力が作用し部材間で焼き付きが発
生するおそれがある。そのため、燃料の加圧圧力の上昇
には限界がある。

【０００４】摺動部における焼き付きを防止し燃料の加
圧圧力を高める方法として、例えば特開平８−１０９８
８４号公報に開示されている手段が公知である。特開平
８−１０９８８４号公報に開示されているポンプによる
と、カムとプランジャとの間に窒化珪素系のセラミック
スボールを介在させている。セラミックスボールを介在
させることにより、カムとプランジャとの間の焼き付き
の防止ならびに摩耗の低減を図っている。しかし、セラ
ミックスボールを介在させた場合、カム、プランジャお
よびセラミックスボールの各部材間での接触面積が小さ
くなる。そのため、ボールとの摺動量が大きなカムの表
面が荒れ、焼き付きを生じるおそれがある。

【０００５】また、ローラおよびシューのいずれか一方
または両方に耐焼き付け性の高いセラミックス材料を用
いることにより、カム、ローラおよびシュー間での摩耗
および焼き付きの低減を図ることが考えられる。しか
し、ローラまたはシューのいずれか一方にセラミックス
材料を用いた場合、他方の部材を形成する鉄系の材料が
高圧下での摺動による発熱のため軟化する。軟化した鉄
系の材料は、セラミックス材料の表面の微小な凹凸部に
移着し埋没する。鉄系の材料がセラミックス材料の表面
に移着し埋没すると、鉄系の材料により形成されている
部材とセラミックス表面に埋没した鉄系の材料とが接触
することになり、同種類の材料による接触となる。その
結果、摩擦係数が急激に増大し、異常摩耗および焼き付
きを招くおそれがある。

【０００６】一方、ローラおよびシューの両方の部材を
セラミックス材料により形成することにより、上記のよ
うな異常摩耗および焼き付きを防止することも考えられ
る。しかし、シューのように複雑な形状の部材はセラミ
ックスによる精密な成形が困難であり、加工工程の複雑
化を招くという問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、加工が容易で異
常摩耗および焼き付きを防止する摺動部材を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、加工が容易で異
常摩耗および焼き付きを防止し、供給する燃料の圧力が
高い燃料噴射ポンプを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
摺動部材によると、固定側部材と可動側部材とから摺動
部材が構成されている。固定側部材は鉄系の金属により
形成されている。そのため、精密な形状に容易に成形す
ることができる。また、固定側部材側の鉄系の金属には
硬質皮膜層が被覆されている。そのため、被膜のない鉄
系の金属と比較して耐摩耗性を高めることができる。一
方、可動側部材側はセラミックスにより形成されてい
る。そのため、単純な形状の例えばローラ部材や球状部
材などを容易に成形することができる。また、可動側部
材をセラミックスにより形成することにより、高圧およ
び高圧下における摺動に対する耐久性を向上することが
できる。したがって、容易に加工することができ、異常
摩耗および焼き付きを防止することができる。

【０００９】本発明の請求項２記載の摺動部材による
と、固定側部材に形成されている硬質皮膜層は金属含有
ダイヤモンドライクカーボンから形成されている。金属
含有のダイヤモンドライクカーボンは、凝着性が低く、
耐熱性および耐摩耗性が高い。そのため、鉄系の金属か
ら形成されている固定側部材の表面を保護し、異常摩耗
および焼き付きを防止することができる。

【００１０】本発明の請求項３記載の摺動部材による
と、固定部材側に形成されている硬質皮膜層はセラミッ
クス系の材料によって形成されている。セラミックス
は、耐熱性および耐摩耗性が高い。そのため、鉄系の金
属から形成されている固定側部材の表面を保護し、異常
摩耗および焼き付きを防止することができる。

【００１１】本発明の請求項４記載の燃料噴射ポンプに
よると、プランジャに接続されているシューと、シュー
と当接するローラ部材とは摺動部を形成している。固定
側の部材であるシューは硬質皮膜層が形成されている鉄
系の金属により形成され、可動側の部材であるローラ部
材はセラミックスにより形成されている。シューを鉄系
の金属により形成することにより、形状が複雑なシュー
を容易かつ精密に成形することができる。また、シュー
を形成する鉄系の金属には硬質皮膜層が被覆されてい
る。そのため、被膜のない鉄系の金属と比較して耐摩耗
性を高めることができる。一方、ローラ部材はセラミッ
クスにより形成されている。ローラ部材は、例えば円柱
形状などのように単純な形状であるため、セラミックス
によっても容易に成形することができる。また、ローラ
部材をセラミックスにより形成することにより、高圧お
よび高圧下における摺動に対する耐久性を向上すること
ができる。さらに、燃料噴射ポンプの場合、シューとロ
ーラ部材との間には燃料である軽油が潤滑剤として介在
する。そのため、摺動部の異常摩耗を防止することがで
きる。したがって、容易に加工することができ、異常摩
耗および焼き付きを防止することができる。

【００１２】本発明の請求項５記載の燃料噴射ポンプに
よると、シューに形成されている硬質皮膜層は金属含有
ダイヤモンドライクカーボンから形成されている。金属
含有のダイヤモンドライクカーボンは、凝着性が低く、
耐熱性および耐摩耗性が高い。そのため、鉄系の金属か
ら形成されているシューの表面を保護し、異常摩耗およ
び焼き付きを防止することができる。

【００１３】本発明の請求項６記載の燃料噴射ポンプに
よると、シューにはタングステンカーバイト系の硬質皮
膜層が被覆されている。そのため、タングステンは炭素
との親和性が高いため、緻密で耐久性の高い硬質皮膜を
形成することができる。本発明の請求項７記載の燃料噴
射ポンプによると、シューに形成されている硬質皮膜層
はセラミックス系の材料によって形成されている。セラ
ミックスは、耐熱性および耐摩耗性が高い。そのため、
鉄系の金属から形成されているシューの表面を保護し、
異常摩耗および焼き付きを防止することができる。

【００１４】本発明の請求項８記載の燃料噴射ポンプに
よると、ローラ部材は窒化珪素系セラミックスにより形
成されている。そのため、安価で耐熱性の高いローラ部
材を形成することができる。また、単純な形状のローラ
部材を容易に成形することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例による燃
料噴射ポンプを図面に基づいて説明する。本実施例で
は、燃料噴射ポンプ１をディーゼルエンジンのコモンレ
ール式燃料噴射システムに適用した例について説明す
る。

【００１６】図２に示すように、燃料噴射ポンプ１はポ
ンプハウジング１０を有している。ポンプハウジング１
０の内部には図示しないエンジンによって駆動されるド
ライブシャフト１１が保持されている。ドライブシャフ
ト１１は、エンジンの１／２回転と同期して回転駆動さ
れる。ドライブシャフト１１には低圧燃料供給用のベー
ン式フィードポンプ２１が連結されている。フィードポ
ンプ２１はドライブシャフト１１と一体に回転し、図示
しない燃料タンクから燃料を吸入し燃料を一定の圧力に
加圧する。加圧された燃料は、通路１２、通路１３、通
路１４、通路１５を経由して燃料溜まり５１に供給され
る。フィードポンプ２１の燃料吐出側および燃料吸入側
は、吐出圧力を調整可能な図示しない圧力調整弁を介し
て接続されている。

【００１７】ドライブシャフト１１は、ベアリング１７
およびベアリング１８を介してポンプハウジング１０に
回転可能に支持されている。ドライブシャフト１１の端
部にはインナーカム２２が一体または別体に接続されて
いる。

【００１８】ポンプハウジング１０の端部に形成されて
いる開口部には、ヘッド１９が取り付けられている。ヘ
ッド１９の中央部は突出しており、インナーカム２２に
接続されている。ヘッド１９のドライブシャフト側の中
央部に設けられている摺動孔２３の内部には複数のプラ
ンジャ２４が往復移動可能かつ摺動可能に収容されてい
る。摺動孔２３の内部がシリンダである。プランジャ２
４の端面部と摺動孔２３の内壁との間に圧力室２５が形
成される。圧力室２５は、通路２６、逆止弁３０および
電磁弁４０を経由して燃料溜まり５１に連通している。
圧力室２５は、燃料溜まり５１から流入する加圧された
燃料をさらに加圧する圧力室として機能する。

【００１９】ヘッド１９の反ドライブシャフト側には、
燃料溜まり５１が形成されるロックアダプタ５０が固定
されている。燃料溜まり５１の内部には、フィードポン
プ２１によって加圧された燃料が蓄えられる。燃料溜ま
り５１に蓄えられている燃料は、ロックアダプタ５０お
よびヘッド１９の内部に形成されている通路２６を経由
して圧力室２５へ供給される。燃料溜まり５１から圧力
室２５までの間には、ロックアダプタ５０とヘッド１９
との間に挟持されている逆止弁３０が配設されている。
そのため、燃料は燃料溜まり５１方向への逆流が防止さ
れ、燃料は燃料溜まり５１から圧力室２５方向へ供給さ
れる。ロックアダプタ５０の反ドライブシャフト側に
は、電磁弁４０が配設されている。電磁弁４０は、圧力
室２５へ供給される燃料の流量を制御する。電磁弁４０
は、ポンプハウジング１０の外周部に設けられているフ
ランジ１１ａに図示しないボルトによって固定されてい
る。

【００２０】逆止弁３０は、図３に示すようにハウジン
グ３１をドライブシャフト１１の軸方向へ貫通する流路
３２、ならびに流路３２を開閉する弁体３３を有してい
る。流路３２は、途中で圧力室２５方向へ内径が拡大し
円錐形状のシート面３２ａを形成する。弁体３３は、ス
プリングストッパ３４の内部に保持されるスプリング３
５によって電磁弁４０方向へ付勢されており、シート面
３２ａに着座可能である。逆止弁３０は、通常閉弁状態
であり、電磁弁４０が開弁して燃料溜まり５１から燃料
が流入すると、燃料の圧力により弁体３３に作用する力
によってスプリング３５の付勢力に抗して開弁する。

【００２１】電磁弁４０は、コイル４１が内蔵されてい
るハウジング４２、ならびにハウジング４２に固定され
るバルブボディ４３を有している。バルブボディ４３に
設けられているシリンダ４３ａの内部に弁体４４を摺動
可能に保持している。弁体４４の逆止弁３０側には環状
の流路４３ｂが形成され、流路４３ｂは流路４３ｃによ
り燃料溜まり５１に連通している。また、流路７４ｂは
流路７４ｄにより逆止弁３０の流路３２に連通してい
る。

【００２２】弁体４４の反逆止弁側の端部には、アーマ
チャ４５が圧入して固定されている。アーマチャ４５
は、ステータ４６と一定の間隔を形成して対向してい
る。ステータ４６の外周部にはコイル４１が配設されて
いる。ステータ４６の内部に設けられているスプリング
室４６１の内部にはスプリング４７が配置され、アーマ
チャ４５を逆止弁方向へ付勢している。

【００２３】流路４３ｄの開口端部には、略円錐形状の
シート面４３ｅが形成されている。コイル４１に通電さ
れていない場合、スプリング４７の付勢力により弁体４
４がシート面４３ｅに着座する。これにより、流路４３
ｂと流路４３ｃとの間を閉塞する。コイル４１に通電さ
れると、アーマチャ４５がスプリング４７の付勢力に抗
して吸引され、アーマチャ４５と一体の弁体４４がシー
ト面４３ｅから離間する。これにより、流路４３ｂと流
路４３ｃとの間は開放される。

【００２４】図４に示すように、プランジャ２４はリン
グ形状のインナーカム２２の内周側に周方向に等間隔で
配置されている。プランジャ２４の外周側端部にはシュ
ー２７が設けられている。シュー２７には、ローラ部材
２８が回転可能に保持されている。インナーカム２２
は、ローラ部材２８の外周側にローラ部材２８と摺動可
能に配置されている。インナーカム２２の内周側には、
等間隔で配置された複数のカム面２２１が形成されてい
る。

【００２５】ドライブシャフト１１の回転により、ドラ
イブシャフト１１と一体に形成されているインナーカム
２２が回転すると、プランジャ２４はシリンダである摺
動孔２３の内部を往復駆動される。プランジャ２４が摺
動孔２３の内部を内周側へ移動することにより圧力室２
５の燃料は加圧される。

【００２６】圧力室２５で加圧された燃料は、図２に示
すポンプハウジング１０に形成されている吐出孔１６か
らデリバリバルブ６０、図示しない供給配管を経由して
図示しないコモンレールへ供給される。コモンレールへ
供給される燃料の圧力は、エンジンの運転状態によって
変更される。デリバリバルブ６０は逆止弁としての機能
を有している。デリバリバルブ６０は、弁体６１とこれ
を閉弁方向へ付勢するリターンスプリング６２を有し、
加圧された燃料が所定の圧力を超えると開弁し加圧され
た燃料を排出する。

【００２７】次に、シュー２７とローラ部材２８とから
構成される摺動部について詳細に説明する。ローラ部材
２８は、セラミックスにより形成され、図１に示すよう
に円柱形状に形成されている。ローラ部材２８を構成す
るセラミックスとしては、窒化珪素を用いることができ
る。窒化珪素は、セラミックスとして広く用いられてい
る材料であり、安価である。また、ローラ部材２８は単
純な円柱形状であるため、成形が容易である。

【００２８】シュー２７は、鉄系の金属から形成されて
いる。シュー２７は反プランジャ側が曲面形状に形成さ
れ、この曲面部２７ａはローラ部材２８を保持可能であ
る。ローラ部材２８は、シュー２７の曲面部２７ａに保
持され、回動可能である。すなわち、ローラ部材２８と
シュー２７とが接触している部位は摺動部を形成してお
り、回動するローラ部材２８が可動側部材であり、ロー
ラ部材２８を支持するシュー２７が固定側部材である。
シュー２７は、鉄系の金属により形成されているため、
曲面部２７ａのような複雑な形状を有する場合であって
も精密な成形が容易である。

【００２９】シュー２７は、例えば軸受け鋼などから形
成されている。シュー２７の外周には、硬質皮膜層２７
１が形成されている。硬質皮膜層２７１は、金属含有ダ
イヤモンドライクカーボンまたはセラミックスなどから
なる。

【００３０】金属含有ダイヤモンドライクカーボンは、
炭素と水素とからなる分子結合中に金属を含んでいる硬
度の高い炭素系素材である。金属含有ダイヤモンドライ
クカーボンとしては、炭素との親和性の高いタングステ
ン、クロムあるいはチタンなどが適しており、特にタン
グステンを含有するタングステンカーバイトカーボンが
被膜の強度および耐熱性が高く適している。一方、硬質
皮膜層をセラミックスにより形成してもよい。硬質皮膜
層を形成するセラミックスとしては、窒化クロムあるい
は窒化チタンなど金属窒化物が適している。

【００３１】シュー２７の表面に硬質皮膜層２７１を形
成することにより、シュー２７の摺動部分が硬質皮膜層
２７１により保護される。そのため、高圧下での摺動の
ように摺動部分が高温になる場合でも、シュー２７を構
成する鉄系の金属が軟化し、軟化した金属がローラ部材
２８へ移着することを防止できる。

【００３２】以上、説明したように本発明の一実施例に
よる燃料噴射ポンプ１によると、複雑な形状のシュー２
７を鉄系の金属により、単純な形状のローラ部材２８を
セラミックスにより形成している。ローラ部材２８は単
純な円柱形状であるため、セラミックスによっても容易
に成形することができる。また、ローラ部材２８をセラ
ミックスで形成することにより、強度および耐熱性を高
めることができる。そのため、燃料の高圧化にともなっ
て摺動部が高圧および高温となる場合でも、高い耐久性
を確保することができる。一方、シュー２７は鉄系の金
属により形成され、表面に硬質皮膜層２７１が形成され
ている。シュー２７は、ローラ部材２８と比較し複雑な
形状であるため、鉄系の金属により形成することで精密
な形状の加工が容易である。また、シュー２７は鉄系の
金属の表面に硬質皮膜層２７１が形成されている。その
ため、摺動部が高圧および高温となる場合でも、摺動部
分を硬質皮膜層２７１が保護し、シュー２７を形成する
鉄系の金属が軟化してローラ部材２８の表面へ移着する
ことを防止できる。さらに、硬質皮膜層２７１を形成す
ることにより、シュー２７の表面が保護され、耐熱性お
よび耐摩耗性を向上することができる。したがって、ロ
ーラ部材２８とシュー２７との摺動部における異常摩耗
および焼き付きを防止することができ、摺動部の耐久性
を向上することができるため、燃料噴射ポンプ１のさら
なる高圧化を図ることができる。

【００３３】また、シュー２７からローラ部材２８への
金属の移着を防止することにより、ローラ部材２８とイ
ンナーカム２２との間における同種材料による摺動を防
止することができる。そのため、シュー２７とローラ部
材２８との間の異常摩耗および焼き付きが防止されるだ
けでなく、ローラ部材２８とインナーカム２２との間の
異常摩耗および焼き付きを防止することができる。

【００３４】本発明の一実施例では、シュー２７に形成
する硬質皮膜層２７１を金属含有ダイヤモンドライクカ
ーボンであるタングステンカーバイトカーボンにより形
成している。タングステンカーバイトカーボンなどの金
属含有ダイヤモンドライクカーボンは、凝着性が低く耐
熱性および耐摩耗性が高い。そのため、摺動部における
異常摩耗および焼き付きを防止することができる。ま
た、硬質皮膜層２７１は、金属窒化物からなるセラミッ
クスにより形成することもできる。セラミックスを用い
る場合でも、金属含有ダイヤモンドライクカーボン同様
に耐熱性および耐摩耗性を向上することができる。

【００３５】本発明の一実施例では、ローラ部材２８は
窒化珪素などのセラミックスにより形成されている。窒
化珪素はセラミックスの材料として広く用いられている
汎用の材料であるため、入手が容易で安価である。その
ため、低コストで高い耐久性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による燃料噴射ポンプの摺動
部分を拡大した模式的な断面図である。

【図２】本発明の一実施例による燃料噴射ポンプを示す
断面図である。

【図３】本発明の一実施例による燃料噴射ポンプの電磁
弁および逆止弁の近傍を拡大した断面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。

【符号の説明】

１燃料噴射ポンプ２２インナーカム２３摺動孔（シリンダ）２４プランジャ２７シュー（固定側部材）２８ローラ部材（可動側部材）２７１硬質皮膜層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１Ｃ０１Ｂ 31/34 31/34 Ｃ２３Ｃ 16/27 Ｃ２３Ｃ 16/27 Ｆ０４Ｂ 21/00 Ｎ (72)発明者梅本仁愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA49 BA55 CA01S CD14 CD18 CD21 CE02 CE05 3H071 AA07 BB01 CC26 EE02 EE12 4G046 CB03 CB08 MA07 MB03 MB09 4K030 BA20 BA28 BA36 LA23 4K044 AA02 AB10 BA18 BB01 BC01 BC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対的に滑り運動する摺動部材であっ
て、硬質皮膜層が被覆されている鉄系の金属により形成され
ている固定側部材と、前記固定側部材と摺動し、セラミックスにより形成され
ている可動側部材と、を備えることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記固定側部材は、金属含有ダイヤモン
ドライクカーボンの硬質皮膜層が形成されていることを
特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】前記固定側部材は、セラミックス系の硬
質皮膜層が形成されていることを特徴とする請求項１記
載の摺動部材。
【請求項４】シリンダの内部を往復移動し燃料を加圧
するプランジャと、前記プランジャを駆動するカムと、前記カムと摺動可能に当接するローラ部材と、前記プランジャに接続され前記ローラ部材と当接するシ
ューとを備え、前記ローラ部材と前記シューとは相対的に滑り運動可能
な摺動部を形成し、前記シューは硬質皮膜層が被覆され
ている鉄系の金属により形成され、前記ローラ部材はセ
ラミックスにより形成されていることを特徴とする燃料
噴射ポンプ。
【請求項５】前記シューは、金属含有ダイヤモンドラ
イクカーボンの硬質皮膜層が形成されていることを特徴
とする請求項４記載の燃料噴射ポンプ。
【請求項６】前記シューは、タングステンカーバイト
カーボン系の硬質皮膜層が形成されていることを特徴と
する請求項５記載の燃料噴射ポンプ。
【請求項７】前記シューは、セラミックス系の硬質皮
膜層が形成されていることを特徴とする請求項４記載の
燃料噴射ポンプ。
【請求項８】前記ローラ部材は、窒化珪素系セラミッ
クスから形成されていることを特徴とする請求項４から
７のいずれか一項記載の燃料噴射ポンプ。