JP2008045441A - 液体用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】カムとの摺動によって生じる摩耗を効果的に抑制する液体用ポンプを提供する。
【解決手段】液体用ポンプである高圧燃料ポンプは、燃料を圧送するリフタ２１と、リフタ２１と接触しながら回転し、リフタ２１を中心軸１０１に沿って往復運動させるポンプカム１７と、リフタ２１に弾性力を作用させ、リフタ２１をポンプカム１７に向けて付勢するコイルばね１４とを備える。中心軸１０１の軸周りの位相θ１でリフタ２１に作用する弾性力と、位相θ１からずれた位相θ２でリフタ２１に作用する弾性力とが、互いに異なる大きさを有する。リフタ２１が、往復運動しつつ中心軸１０１を中心に回転する。
【選択図】図４

Description

この発明は、一般的には、液体用ポンプに関し、より特定的には、車両に搭載され、燃料をエンジンに高圧で圧送する液体用ポンプに関する。

従来の液体用ポンプに関して、たとえば、特開２００６−１１８３８０号公報には、リフタを容易に回転させることを目的とした液体用ポンプが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された液体用ポンプは、プランジャを往復運動させるリフタと、リフタの中央領域に接触し、リフタの外周領域から離隔するプレートと、プレートをリフタに向けて付勢するスプリングとを備える。このような構成により、スプリングの弾性力がリフタの外周領域に負荷せず、リフタが回転し易くなる。

また、特開２００４−１５６５６９号公報には、簡単な構成で、かつピストンの焼き付きを起こすことなくカムとの当接位置を分散させてタペットの耐久性を向上させることを目的とした高圧燃料ポンプが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された高圧燃料ポンプは、ハウジング内に往復運動可能に設けられ、カムと接触するタペットと、タペットとハウジングとの間に隙間嵌めで設けられたスリーブとを備える。カムとタペットとの間に生じる摩擦力でタペットが自転する。

また、特開２００２−３１０１７号公報には、摩擦に対するリフタの耐久性の悪化を抑制することを目的とした高圧ポンプが開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された高圧ポンプは、回転するカムに押圧されることによって、プランジャとともに往復運動するリフタを備える。下死点付近において、リフタの底面がカムの押圧面から離間する。この間、リフタの底面とカムの押圧面との間に摩擦力が働かなくなるため、リフタが回転し易くなる。
特開２００６−１１８３８０号公報 特開２００４−１５６５６９号公報 特開２００２−３１０１７号公報

上述の特許文献１では、燃料を高圧で圧送するため、リフタをカムに接触するように配設し、カムの駆動によってリフタを往復運動させている。しかしながら、リフタが円滑に回転せず、リフタとカムとの接触位置が固定されると、リフタ表面の摩耗が促進される。この場合、リフタとカムとが摺動不良を起こしたり、燃料の吐出量が変動したりして、ポンプの信頼性が損なわれるおそれが生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、カムとの摺動によって生じる摩耗を効果的に抑制する液体用ポンプを提供することである。

この発明に従った液体用ポンプは、液体を圧送する作動部材と、作動部材と接触しながら回転し、作動部材を所定の軸に沿って往復運動させるカムと、作動部材に弾性力を作用させ、作動部材をカムに向けて付勢する弾性部材とを備える。所定の軸周りの第１位相で作動部材に作用する弾性力と、第１位相からずれた第２位相で作動部材に作用する弾性力とが、互いに異なる大きさを有する。作動部材が、往復運動しつつ所定の軸を中心に回転する。

このように構成された液体用ポンプによれば、所定の軸周りにおいて不均一な大きさを有する弾性力が作動部材に作用することにより、カムの回転時にカムと作動部材との間に生じる摩擦力の大きさにばらつきが生じる。これにより、所定の軸を中心とする回転トルクが発生し、作動部材を所定の軸を中心に積極的に回転させることができる。この結果、カムと作動部材との接触位置を変動させ、両者の摺動によって生じる摩耗を効果的に抑制できる。

また好ましくは、弾性部材は、所定の軸方向に圧縮変形されるコイルばねである。液体用ポンプは、コイルばねが着座される台座をさらに備える。台座は、所定の軸方向において、第１位相と第２位相との間で互いに異なる高さを有する。このように構成された液体用ポンプによれば、台座の高さが高い位相では、コイルばねの圧縮長さが大きくなり、台座の高さが低い位相では、コイルばねの圧縮長さが小さくなる。これにより、第１位相で作動部材に作用する弾性力と、第２位相で作動部材に作用する弾性力との間に差を設けることができる。

また好ましくは、弾性部材は、所定の軸方向に圧縮変形されるコイルばねである。コイルばねの巻線間のピッチが、第１位相と第２位相との間で異なる。このように構成された液体用ポンプによれば、巻線間のピッチが大きい位相では、コイルばねの圧縮長さが大きくなり、巻線間のピッチが小さい位相では、コイルばねの圧縮長さが小さくなる。これにより、第１位相で作動部材に作用する弾性力と、第２位相で作動部材に作用する弾性力との間に差を設けることができる。

また好ましくは、第２位相は、第１位相から１８０°ずれた位置にある。所定の軸周りにおいて、第１位相で作動部材に作用する弾性力が最大となり、第２位相で作動部材に作用する弾性力が最小となる。このように構成された液体用ポンプによれば、より大きな回転トルクを発生させ、作動部材の回転を促進させることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、カムとの摺動によって生じる摩耗を効果的に抑制する液体用ポンプを提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプが用いられたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。まず、図１中に示す燃料供給装置の概略について説明を行なう。図１を参照して、燃料供給装置５００は、車両に搭載されている。燃料供給装置５００は、燃料タンク５４内の燃料を、エンジン６３の各気筒の燃焼室に高圧で噴射供給するための装置である。燃料供給装置５００は、高圧燃料ポンプ１０、蓄圧配管６１（デリバリパイプ、コモンレール等）およびインジェクタ６２などから構成されている。

高圧燃料ポンプ１０は、燃料を高圧に加圧してこれを蓄圧配管６１に圧送する役割を果たす。高圧燃料ポンプ１０は、リフタ２１、ポンプカム１７およびコイルばね１４を備える。

コイルばね１４は、リフタ２１に弾性力を作用させる。この弾性力により、リフタ２１は、ポンプカム１７に圧接されている。ポンプカム１７は、カムシャフト１６に形成されている。カムシャフト１６にエンジン６３で発生した回転力が伝達されると、ポンプカム１７が同時に回転する。リフタ２１は、ポンプカム１７と接触し、コイルばね１４の弾性力に抗しながら往復運動する。

高圧燃料ポンプ１０は、ポンプシリンダ１２、プランジャ１３および加圧室１１をさらに備える。プランジャ１３は、ポンプシリンダ１２に配置されている。加圧室１１は、ポンプシリンダ１２およびプランジャ１３により、区画形成されている。リフタ２１が往復運動すると同時に、プランジャ１３がポンプシリンダ１２内を往復運動する。このプランジャ１３の往復運動に伴って、加圧室１１の容積が変化する。

加圧室１１は、低圧燃料通路７３によって燃料タンク５４に接続されている。低圧燃料通路７３の加圧室１１に通じる位置には、弁体８５を備える電磁スピル弁８１が設けられている。燃料タンク５４内には、低圧フィードポンプ５３、燃料フィルタ５１およびプレッシャレギュレータ５２が設置されている。

低圧フィードポンプ５３は、エンジン６３の始動に伴い電気的に駆動される。低圧フィードポンプ５３は、燃料タンク５４内の燃料を低圧燃料通路７３を介して高圧燃料ポンプ１０に移送する。低圧燃料通路７３を燃料が通過する際、燃料内に混入している不純物は、燃料フィルタ５１によって取り除かれる。低圧燃料通路７３内の燃料圧力（燃圧）は、プレッシャレギュレータ５２によって予め定められた一定値に保たれる。つまり、低圧燃料通路７３内の燃圧がこの一定値以上になる場合には、プレッシャレギュレータ５２を通じて低圧燃料通路７３から燃料タンク５４に燃料が戻される。

低圧燃料通路７３を通過した燃料は、電磁スピル弁８１を介して高圧燃料ポンプ１０の加圧室１１内に導入される。電磁スピル弁８１は、常開型の電磁弁であり、ソレノイドコイル８３への通電の有無に基づいて閉弁状態または開弁状態に制御される。すなわち、ソレノイドコイル８３への通電がない場合には、スプリング８２の弾性力によって弁体８５が、加圧室１１のシート部８４から離座する開弁状態に維持される。一方、ソレノイドコイル８３への通電が行なわれると、スプリング８２の弾性力に抗して弁体８５がシート部８４に着座し、閉弁状態になる。

加圧室１１は、その経路上に逆止弁７１が設けられた高圧燃料通路７２によって、蓄圧配管６１に接続されている。蓄圧配管６１には、高圧燃料ポンプ１０によって、加圧室１１から高圧の燃料が供給される。この際、逆止弁７１は、加圧室１１から蓄圧配管６１に向かう燃料の流通のみを許容し、蓄圧配管６１から加圧室１１への燃料の逆流を規制している。蓄圧配管６１は、燃料を高圧の状態に保持するとともに、その燃料をエンジン６３の各気筒に設けられたインジェクタ６２に分配する。これら各インジェクタ６２からは、エンジン６３の各気筒の燃焼室に対して所定量の燃料が噴射される。

ポンプカム１７の回転に伴いプランジャ１３が下動する高圧燃料ポンプ１０の吸入行程時には、低圧燃料通路７３内の燃料が、加圧室１１内に吸入される。一方、ポンプカム１７の回転に伴いプランジャ１３が上昇する高圧燃料ポンプ１０の圧送行程時には、加圧室１１内の燃料が、高圧燃料通路７２および蓄圧配管６１に圧送される。ただし、高圧燃料通路７２および蓄圧配管６１に燃料が圧送されるのは、圧送行程時において、電磁スピル弁８１が閉弁している期間のみであって、圧送行程時であっても電磁スピル弁８１が開弁している期間は、加圧室１１内の燃料は低圧燃料通路７３に戻される。このため、圧送行程時における電磁スピル弁８１の閉弁期間を制御することにより、高圧燃料通路７２に圧送する燃料を調量することができる。

こうした高圧燃料通路７２への燃料圧送量を調量するための電磁スピル弁８１の開閉制御は、エンジン６３の運転を統括制御するＥＣＵ（Electrical Control Unit）５５によって行なわれる。ＥＣＵ５５は、圧送行程時においてソレノイドコイル８３への通電開始時期（電磁スピル弁８１の閉弁開始時期）を制御することにより、圧送行程時の電磁スピル弁８１の閉弁期間を制御し、高圧燃料通路７２への燃料圧送量を高い精度で要求される値へと調量する。

図２は、図１中の高圧燃料ポンプを示す断面図である。続いて、本実施の形態における高圧燃料ポンプについて詳細な説明を行なう。図２を参照して、ポンプシリンダ１２は、シリンダ壁１２ａを含む。シリンダ壁１２ａに囲まれた空間に、プランジャ１３が摺動可能に封入されている。プランジャ１３は、加圧室１１内に突出する一方端１３ｐと、ポンプカム１７に向けて延びる他方端１３ｑとを含む。プランジャ１３は、一方端１３ｐと他方端１３ｑとの間で中心軸１０１に沿って延びる。ポンプカム１７は、カムシャフト１６の外周上で２山もしくは３山を有するカム形状に形成されている。

ポンプシリンダ１２には、プランジャ１３の外周面に沿って密着するシール部材４８が設けられている。シール部材４８は、ポンプシリンダ１２とプランジャ１３との間から漏れた燃料がエンジン側に浸入し、潤滑油が希釈されることを防止する。シール部材４８により、燃料が浸入する空間１９と、エンジン側のミスト状のオイルにより満たされる空間１８とが区画されている。高圧燃料ポンプ１０は、筒状のリフタシリンダ部４３をさらに備える。リフタシリンダ部４３は、プランジャ１３の外周上に設けられている。

リフタ２１は、有底の筒形状を有する。リフタ２１は、中心軸１０１を中心に筒状に延びる。リフタ２１が有する筒形状は、円筒形状である。リフタ２１は、プランジャ１３の他方端１３ｑを取り囲むように設けられている。リフタ２１は、中心軸１０１の軸方向に摺動可能なように、かつ、中心軸１０１を中心に回転可能なように設けられている。リフタ２１は、リフタシリンダ部４３の内側に嵌装されている。リフタ２１とリフタシリンダ部４３との間の摺動抵抗を低減させるため、リフタ２１およびリフタシリンダ部４３の少なくともいずれか一方の接触面に溝が形成されても良い。

リフタ２１は、プランジャ１３と接触して設けられている。リフタ２１は、中心軸１０１の軸方向においてポンプカム１７の反対側でプランジャ１３と接触している。リフタ２１は、プランジャ１３の他方端１３ｑと接触している。リフタ２１とプランジャ１３とは、空間１８で接触する。リフタ２１とプランジャ１３とは、同軸上に配置されている。リフタ２１とプランジャ１３とは、中心軸１０１の軸上で接触する。ポンプカム１７の回転時、リフタ２１およびプランジャ１３は、中心軸１０１の軸方向に往復運動する。

リフタ２１は、底面２１ａと、底面２１ａの反対側に面する内底面２１ｃとを含む。ポンプカム１７は、底面２１ａに接触する。内底面２１ｃは、プランジャ１３の他方端１３ｑと対向する。

高圧燃料ポンプ１０は、ばね台座３０をさらに備える。ばね台座３０は、内底面２１ｃ上に配置されている。ばね台座３０は、リフタ２１内に配置されている。ばね台座３０は、プランジャ１３の他方端１３ｑに嵌合されている。コイルばね１４は、ばね台座３０に圧縮変形された状態で設置されている。コイルばね１４を形成する線材が、中心軸１０１を中心に螺旋状に延びる。コイルばね１４は、中心軸１０１の軸方向に圧縮変形される。コイルばね１４の弾性力により、リフタ２１がポンプカム１７に向けて付勢される。コイルばね１４は、中心軸１０１の外周上でリフタ２１に対して弾性力を作用させる。

図３は、図２中のばね台座を示す平面図および側面図である。図３を参照して、ばね台座３０は、コイルばね１４が着座する着座面３２を含む。着座面３２は、内底面２１ｃから離間した位置で中心軸１０１を中心に環状に延在する。

内底面２１ｃと着座面３２との間の距離、すなわち中心軸１０１の軸方向に沿ったばね台座３０の高さは、中心軸１０１の軸周りで変動する。ばね台座３０は、中心軸１０１の軸周りの位相θ１で高さＨ１を有し、位相θ１からずれた位相θ２で高さＨ１よりも小さい高さＨ２を有する。着座面３２は、中心軸１０１の軸周りで、中心軸１０１に直交する平面に対して傾斜しながら延在する。中心軸１０１の軸周りにおいて、高さＨ１は最大高さであり、高さＨ２は最小高さである。位相θ１と位相θ２とは、互いに１８０°ずれている。

ばね台座３０には、プランジャ１３の他方端１３ｑが挿入される溝３１が形成されている。図中では、溝３１が位相θ２に形成されているが、位相θ１に形成されても良いし、これ以外の位相に形成されても良い。

図４は、図２中のコイルばねからリフタに作用する弾性力を説明するための断面図である。図４を参照して、ばね台座３０によって、中心軸１０１の軸周りの位相θ１とθ２との間でコイルばね１４の圧縮長さに差が生じ、その結果、位相θ１においてリフタ２１に作用する弾性力が、位相θ２においてリフタ２１に作用する弾性力よりも大きくなる。これにより、位相θ１においてリフタ２１がポンプカム１７を付勢する力Ｎ１が、位相θ２においてリフタ２１がポンプカム１７を付勢する力Ｎ２よりも大きくなる。

図５は、図４中のＶ−Ｖ線上に沿ったリフタの底面図である。図５を参照して、ポンプカム１７の回転時、ポンプカム１７とリフタ２１とは、領域２００で接触する。領域２００は、略矩形形状を有する。ポンプカム１７が回転すると、ポンプカム１７とリフタ２１との間に摩擦力が発生する。この際、位相θ１と位相θ２との間にはリフタ２１がポンプカム１７を付勢する力に差が生じているため、この力の差によって、位相θ１で発生する摩擦力Ｆ１が、位相θ２で発生する摩擦力Ｆ２よりも大きくなる。この結果、中心軸１０１を中心とする回転トルクがリフタ２１に作用し、リフタ２１が中心軸１０１を中心に強制的に回転される。

本実施の形態では、中心軸１０１の軸周りにおいて、位相θ１における付勢力Ｎ１が、最大となり、位相θ１から１８０°ずれた位相θ２における付勢力Ｎ２が、最小となる。このような構成により、リフタ２１に作用させる回転トルクを大きくし、効率良くリフタ２１を回転させることができる。また、本実施の形態では、リフタ２１が下死点にある場合、言い換えればリフタ２１がポンプカム１７の回転軸に最も近接する位置にある場合にも、コイルばね１４が圧縮変形された状態とされる。すなわち、高圧燃料ポンプ１０の駆動時、コイルばね１４の弾性力が常時、リフタ２１に作用する。これにより、リフタ２１を回転させる回転トルクを連続的に発生させることができる。

この発明の実施の形態１における液体用ポンプとしての高圧燃料ポンプ１０は、液体としての燃料を圧送する作動部材としてのリフタ２１と、リフタ２１と接触しながら回転し、リフタ２１を所定の軸としての中心軸１０１に沿って往復運動させるカムとしてのポンプカム１７と、リフタ２１に弾性力を作用させ、リフタ２１をポンプカム１７に向けて付勢する弾性部材としてのコイルばね１４とを備える。中心軸１０１の軸周りの第１位相としての位相θ１でリフタ２１に作用する弾性力と、位相θ１からずれた第２位相としての位相θ２でリフタ２１に作用する弾性力とが、互いに異なる大きさを有する。リフタ２１が、往復運動しつつ中心軸１０１を中心に回転する。

高圧燃料ポンプ１０は、リフタ２１を強制的に回転させる液体用ポンプである。この高圧燃料ポンプ１０において、リフタ２１とコイルばね１４との間に、ばね台座３０が配置されている。ばね台座３０に段差を設けることによって、コイルばね１４からリフタ２１に作用する弾性力がリフタ２１の箇所によって不均一となるようにする。

このように構成された、この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプ１０によれば、ポンプ駆動時、リフタ２１が強制的に回転されるため、リフタ２１とポンプカム１７との接触位置をより積極的に変動させることができる。これにより、リフタ２１がポンプカム１７との摺動によって局所的に摩耗することを抑制できる。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプを示す側面図である。図６は、実施の形態１における図４に対応する図である。図７は、図６中の高圧燃料ポンプで用いられるコイルばねを示す側面図である。本実施の形態における高圧燃料ポンプは、実施の形態１における高圧燃料ポンプ１０と比較して、基本的には同様の構成を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図６および図７を参照して、本変形例では、図３中の台座３０に替えて、台座１３０が用いられる。ばね台座１３０は、コイルばね１４が着座する着座面１３２を含む。内底面２１ｃと着座面１３２との間の距離、すなわち中心軸１０１の軸方向に沿ったばね台座１３０の高さは、中心軸１０１の軸周りで一定である。

また、本変形例では、図２中のコイルばね１４に替えて、コイルばね１１４が用いられている。コイルばね１１４は、中心軸１０１を中心に螺旋状に巻回された線材１１５から形成されている。中心軸１０１の軸方向における線材１１５間のピッチが、位相θ１と位相θ２との間で異なる。位相θ１における線材１１５間のピッチＰ１は、位相θ２における線材１１５間のピッチＰ２よりも大きい。圧縮変形されていない状態で、位相θ１におけるコイルばね１１４の全長は、位相θ２におけるコイルばね１１４の全長よりも大きい。

このような構成を備えるコイルばね１１４を用いることにより、中心軸１０１の軸周りの位相θ１とθ２との間でコイルばね１１４の圧縮長さに差が生じ、その結果、位相θ１においてリフタ２１に作用する弾性力が、位相θ２においてリフタ２１に作用する弾性力よりも大きくなる。

このように構成された、この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプによれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、本発明における弾性部材がコイルばねである場合について説明したが、これに限られず、皿ばね等の他の形態を備えるばねであっても良い。また、本発明は、高圧燃料ポンプに限られず、他の液体や気体を加圧供給するためのポンプに適用されても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における高圧燃料ポンプが用いられたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。 図１中の高圧燃料ポンプを示す断面図である。 図２中のばね台座を示す平面図および側面図である。 図２中のコイルばねからリフタに作用する弾性力を説明するための断面図である。 図４中のＶ−Ｖ線上に沿ったリフタの底面図である。 この発明の実施の形態２における高圧燃料ポンプを示す側面図である。 図６中の高圧燃料ポンプで用いられるコイルばねを示す側面図である。

符号の説明

１０ 高圧燃料ポンプ、１４，１１４ コイルばね、１７ ポンプカム、２１ リフタ、３０ ばね台座、１０１ 中心軸、１１５ 線材、５００ 燃料供給装置。

Claims (4)

1. 液体を圧送する作動部材と、
   前記作動部材と接触しながら回転し、前記作動部材を所定の軸に沿って往復運動させるカムと、
   前記作動部材に弾性力を作用させ、前記作動部材を前記カムに向けて付勢する弾性部材とを備え、
   前記所定の軸周りの第１位相で前記作動部材に作用する弾性力と、前記第１位相からずれた第２位相で前記作動部材に作用する弾性力とが、互いに異なる大きさを有し、
   前記作動部材が、往復運動しつつ前記所定の軸を中心に回転する、液体用ポンプ。
2. 前記弾性部材は、前記所定の軸方向に圧縮変形されるコイルばねであり、
   前記コイルばねが着座される台座をさらに備え、
   前記台座は、前記所定の軸方向において、前記第１位相と前記第２位相との間で互いに異なる高さを有する、請求項１に記載の液体用ポンプ。
3. 前記弾性部材は、前記所定の軸方向に圧縮変形されるコイルばねであり、
   前記コイルばねの巻線間のピッチが、前記第１位相と前記第２位相との間で異なる、請求項１または２に記載の液体用ポンプ。
4. 前記第２位相は、前記第１位相から１８０°ずれた位置にあり、
   前記所定の軸周りにおいて、前記第１位相で前記作動部材に作用する弾性力が最大となり、前記第２位相で前記作動部材に作用する弾性力が最小となる、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体用ポンプ。

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