JP2009150302A

JP2009150302A - ポンプ

Info

Publication number: JP2009150302A
Application number: JP2007328921A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Ohashi; 高明大橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: JP4941272B2

Abstract

【課題】カムリングの公転に伴ってタペットが往復移動するポンプにおいて、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させる。
【解決手段】カムリング摺動面１８１ａとタペット摺動面２０２ａとの間に、カムリング１８とタペット２０２との相対移動方向Ｘに移動可能な板状のスライダ３１〜３３を介在させる。これによると、カムリング１８とスライダ３３間、隣接するスライダ間、タペット２０２とスライダ３１間等、複数箇所で摺動可能であるため、すべり量が分散される。そして、すべり量が分散されることにより、各摺動部毎のすべり量が少なくなるとともに、各摺動部での摺動速度が低くなるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、カムリングの公転に伴ってタペットおよびプランジャを往復動させて流体を圧送するポンプに関するもので、特に、ディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射ポンプに好適である。

特許文献１に示された従来の燃料噴射ポンプは、カムリングがカム軸の周りを自転することなく公転し、タペットがカムリングと摺動しつつ往復移動し、さらにプランジャがタペットとともに往復移動して燃料を圧送するようになっている。より詳細には、タペットにタペットシューが圧入されており、カムリングとタペットシューとが摺動するようになっている。そして、カムリングが収容された室には燃料が導かれ、その燃料によりカムリングとタペットシューとの摺動部を潤滑するようになっている。

また、他の従来の燃料噴射ポンプは、カムリングの表面に高硬度のコーティング層を形成して、タペットとカムリングの摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させている。
特開２０００−１４５５７２号公報

しかしながら、燃料噴射ポンプにおいては、噴射圧の高圧化によりタペットとカムリングの摺動部の面圧負荷が増大したり、ポンプ作動速度の高速化によりタペットとカムリングの摺動部の摺動速度が増大したり、さらには、粗悪燃料やバイオ燃料の使用により潤滑性能が低下するなど、使用環境は過酷になってきており、耐摩耗性や耐焼き付き性をさらに向上させることが要求されている。

本発明は上記点に鑑みて、カムリングの公転に伴ってタペットが往復移動するポンプにおいて、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転するカム軸（１４）と、このカム軸（１４）に対して偏心して配置されてカム軸（１４）とともに一体に回転するカム（１７）と、このカム（１７）の外周側に配置され、カム軸（１４）の周りを自転することなく公転するカムリング（１８）と、このカムリング（１８）の公転に伴って往復動するタペット（２０２）と、このタペット（２０２）とともに往復移動して流体を圧送するプランジャ（２０１）とを備えるポンプにおいて、カムリング（１８）に形成された平坦なカムリング摺動面（１８１ａ）とタペット（２０２）に形成された平坦なタペット摺動面（２０２ａ）とが対向しており、カムリング摺動面（１８１ａ）とタペット摺動面（２０２ａ）との間に、カムリング（１８）とタペット（２０２）との相対移動方向（Ｘ）に移動可能な板状のスライダ（３１〜３３）が介在されていることを特徴とする。

これによると、カムリング（１８）とスライダ（３１〜３３）間、タペット（２０２）とスライダ（３１〜３３）間等、複数箇所で摺動可能であるため、すべり量が分散される。そして、すべり量が分散されることにより、各摺動部毎のすべり量が少なくなるとともに、各摺動部での摺動速度が低くなるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させることができる。

また、複数の摺動部のうち摩擦係数が低い摺動部のすべり量が、摩擦係数が高い摺動部のすべり量よりも多くなるため、換言すると、摺動に適した摺動部のすべり量が多くなるとともに、摺動に適しない摺動部のすべり量が少なくなるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性をさらに向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のポンプにおいて、スライダ（３１〜３３）は、複数枚であり、積層されていることを特徴とする。

これによると、隣接するスライダ（３１〜３３）間でも摺動可能であるため、すべり量がさらに分散される。したがって、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性をさらに向上させることができる。

請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載のポンプにおいて、カムリング（１８）は、スライダ（３１〜３３）が収容されるカムリング凹み部（１８１ｂ）を備え、カムリング凹み部（１８１ｂ）を囲む壁面のうち相対移動方向（Ｘ）に位置する相対移動方向壁面（１８１ｃ）によって、カムリング凹み部（１８１ｂ）内での相対移動方向（Ｘ）へのスライダ（３１〜３３）の移動範囲が規制される構成とすることができる。

請求項４に記載の発明のように、請求項１または２に記載のポンプにおいて、タペット（２０２）は、スライダ（３１〜３３）が収容されるタペット凹み部（２０２ｂ）を備え、タペット凹み部（２０２ｂ）を囲む壁面のうち相対移動方向（Ｘ）に位置する相対移動方向壁面（２０２ｃ）によって、タペット凹み部（２０２ｂ）内での相対移動方向（Ｘ）へのスライダ（３１〜３３）の移動範囲が規制される構成とすることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項３または４に記載のポンプにおいて、相対移動方向壁面（１８１ｃ、２０２ｃ）に弾性体よりなる移動規制部材（４０）が配置されていることを特徴とする。

これによると、相対移動方向壁面（１８１ｃ、２０２ｃ）とスライダ（３１〜３３）とが直接衝突することを回避して、相対移動方向壁面（１８１ｃ）やスライダ（３１〜３３）の摩耗を抑制することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のポンプにおいて、カムリング（１８）、タペット（２０２）、およびスライダ（３１〜３３）は金属よりなり、スライダ（３１〜３３）の表面には、母材の金属よりも高硬度のコーティング層が形成されていることを特徴とする。

これによると、コーティング層によって摩擦係数を下げることができるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性をさらに向上させることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るポンプの断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

本実施形態のポンプは、内燃機関（より詳細にはディーゼル機関）用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられ、高圧燃料を蓄圧するコモンレールに燃料を加圧して供給するものである。

図１および図２に示すように、ポンプのハウジングは、アルミニウム合金製のハウジング本体１１と鉄系金属製の一対のシリンダヘッド１２とからなる。ハウジング本体１１内には、後述するフィードポンプから燃料が供給されるカム室１３が形成されており、このカム室１３の両端はシリンダヘッド１２によって閉塞されている。また、カム室１３は図示しない燃料タンクに接続されている。

カム軸１４は、鉄系金属製で、図示しないディーゼル機関に駆動されて回転する。カム軸１４は、２つのブッシュ１５を介してハウジング本体１１に回転可能に支持されている。ブッシュ１５は、円筒状であり、ハウジング本体１１に圧入して固定されている。カム軸１４とハウジング本体１１との間はオイルシール１６によりシールされている。カム軸１４における軸方向中間部には、断面円形状のカム１７がカム軸１４に対して偏心して一体に形成されている。

カム１７の外周には、カム軸１４の周りを公転するカムリング１８が嵌合されている。このカムリング１８は、カムリング本体１８１と、このカムリング本体１８１に一体化されたブッシュ１８２とからなる。より詳細には、カムリング本体１８１は、鉄系金属（例えば、クロム鋼）よりなり、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。また、ブッシュ１８２は、円筒状に形成され、カムリング本体１８１の貫通穴に圧入されており、カム１７と摺動自在になっている。なお、カム１７およびカムリング１８は、カム室１３に収容されている。

カムリング１８の両側には、カムリング１８の公転に追従して往復移動する鉄系金属（例えば、合金工具鋼）製の圧送部材２０が配置されている。この圧送部材２０は、シリンダヘッド１２内に往復移動自在に挿入された円柱状のプランジャ２０１と、カム室１３に配置されてカムリング１８と対向配置された鍔状のタペット２０２とを備えている。

カムリング１８とタペット２０２との間には、後述するスライダ３１〜３３が介在されている。また、圧送部材２０は、カム室１３に配置されたスプリング２１によりカムリング１８側に付勢されている。

シリンダヘッド１２内には、圧送部材２０のプランジャ２０１の一端側（反タペット２０２側）に、フィードポンプ２５から燃料が供給される燃料加圧室２２が形成されている。また、シリンダヘッド１２内には、フィードポンプ２５から燃料加圧室２２への燃料の流れのみを許容する入口側逆止弁２３、および、燃料加圧室２２からコモンレールへの燃料の流れのみを許容する出口側逆止弁２４が設けられている。

カム軸１４の一端側には、インナギア式のフィードポンプ２５が結合されている。このフィードポンプ２５は、ポンプカバー２６内に回転自在に収納されている。フィードポンプ２５は、カム軸１４に回転駆動されることにより、燃料タンクから吸入した燃料を加圧して吐出する。

フィードポンプ２５から吐出された燃料は、図示しない燃料通路および入口側逆止弁２３を介して燃料加圧室２２に供給されるようになっている。なお、その燃料通路の途中には、燃料加圧室２２に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて調量する調量弁（図示せず）が設けられている。

また、フィードポンプ２５から吐出された燃料の一部をカム室１３に供給するために、燃料噴射ポンプは以下の構成を備えている。まず、ポンプカバー２６には、フィードポンプ２５から吐出された燃料をカム軸１４の一端側端面に導くための連通路２６ａが形成されている。カム軸１４には、カム軸１４の軸方向に延びる穴形状の軸方向潤滑油経路１４ａが形成されている。この軸方向潤滑油経路１４ａは、カム軸１４の一端側端面に開口して、連通路２６ａに連通している。また、カム軸１４には、カム軸１４の径方向に延びて軸方向潤滑油経路１４ａとカム１７の外周面とを連通させる穴形状の径方向潤滑油経路１４ｂが形成されている。

図３は図２のＢ部を拡大して示す図、図４は図３において圧送部材２０を取り除いた状態のＣ矢視図である。

図３、図４に示すように、カムリング１８は、公転に伴って圧送部材２０に対して矢印Ｘ方向に相対移動する。この相対移動方向Ｘは、圧送部材２０の軸線（すなわち、圧送部材２０の往復移動方向）およびカム軸１４の軸線に対して垂直な方向である。

カムリング本体１８１に形成された平坦なカムリング摺動面１８１ａとタペット２０２に形成された平坦なタペット摺動面２０２ａとが対向しており、カムリング本体１８１には、カムリング摺動面１８１ａを底部とする直方体形状のカムリング凹み部１８１ｂが形成され、このカムリング凹み部１８１ｂに３つのスライダ３１〜３３が収容されている。

スライダ３１〜３３は、鉄系金属（例えば、合金工具鋼）よりなる直方体の薄板であり、タペット摺動面２０２ａとカムリング摺動面１８１ａとの間に積層され、カムリング本体１８１とタペット２０２により挟持されている。なお、タペット摺動面２０２ａと接するスライダ３１を第１スライダ、カムリング摺動面１８１ａと接するスライダ３３を第３スライダ、第１スライダ３１と第３スライダ３３との間のスライダ３２を第２スライダとする。

第１〜第３スライダ３１〜３３は、それぞれが独立して、カムリング凹み部１８１ｂ内で相対移動方向Ｘに移動可能になっている。そして、カムリング凹み部１８１ｂを囲む壁面のうち相対移動方向Ｘに位置する相対移動方向壁面１８１ｃによって、カムリング凹み部１８１ｂ内での相対移動方向Ｘへの第１〜第３スライダ３１〜３３の移動範囲が規制されるようになっている。第１〜第３スライダ３１〜３３の相対移動方向Ｘの長さＬｓは、タペット２０２の外径Ｄｔよりも大きく設定されている。

相対移動方向壁面１８１ｃと第１〜第３スライダ３１〜３３との間には、弾性体（例えばゴム）よりなる移動規制部材４０が配置されている。より詳細には、移動規制部材４０は、相対移動方向壁面１８１ｃに接着等にて固定されている。

次に、ポンプの作動について説明する。カム軸１４がディーゼル機関に駆動されて回転すると、カム軸１４の回転動作によってフィードポンプ２５が駆動され、フィードポンプ２５は燃料タンクから燃料を吸入し加圧して吐出する。

また、カム軸１４の回転に伴いカム１７が回転し、カム１７の回転に伴いカムリング１８が自転することなく公転し、カムリング１８の公転に伴い圧送部材２０が往復移動する。

カムリング１８の公転に伴い上死点にある圧送部材２０が下死点に向けて移動すると、フィードポンプ２５から吐出された燃料が入口側逆止弁２３を介して燃料加圧室２２に流入する。

下死点に達した圧送部材２０が再び上死点に向けて移動すると、入口側逆止弁２３が閉じ、燃料加圧室２２の燃料圧力が上昇する。燃料加圧室２２の燃料圧力が上昇すると、出口側逆止弁２４が開弁して、高圧の燃料がコモンレールに供給される。

一方、フィードポンプ２５から吐出された燃料の一部は、連通路２６ａによりカム軸１４の一端側端面に導かれ、軸方向潤滑油経路１４ａおよび径方向潤滑油経路１４ｂを介してカム１７とカムリング１８のブッシュ１８２間に導かれ、さらに、カム１７とブッシュ１８２間を通ってカム室１３に流入する。これにより、カム１７とブッシュ１８２の摺動部が潤滑されるとともに、タペット２０２と第１〜第３スライダ３１〜３３とカムリング本体１８１間の摺動部が潤滑される。

ポンプの作動時には、タペット２０２と第１スライダ３１との間、第１スライダ３１と第２スライダ３２との間、第２スライダ３２と第３スライダ３３との間、第３スライダ３３とカムリング本体１８１との間で、摺動して相対移動することができる。このように、４箇所の摺動部で摺動可能であるため、すべり量（相対移動量）が分散される。そして、すべり量が分散されることにより、各摺動部毎のすべり量が少なくなるとともに、各摺動部での摺動速度が低くなるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させることができる。

また、４箇所の摺動部のうち摩擦係数が低い摺動部のすべり量が、摩擦係数が高い摺動部のすべり量よりも多くなる。したがって、例えば油膜切れにより摩擦係数が高くなっている摺動部のすべり量が少なくなるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性をさらに向上させることができる。

さらに、移動規制部材４０により、相対移動方向壁面１８１ｃと第１〜第３スライダ３１〜３３との直接衝突が回避されるため、相対移動方向壁面１８１ｃや第１〜第３スライダ３１〜３３の摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図５は本発明の第２実施形態に係るポンプの要部を示す図である。本実施形態は、スライダ３１〜３３をタペット２０２内に収容している。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、タペット２０２には、タペット摺動面２０２ａを底部とする直方体形状のタペット凹み部２０２ｂが形成され、このタペット凹み部２０２ｂに第１〜第３スライダ３１〜３３が収容されている。

第１〜第３スライダ３１〜３３は、それぞれが独立して、タペット凹み部２０２ｂ内で相対移動方向Ｘに移動可能になっている。そして、タペット凹み部２０２ｂを囲む壁面のうち相対移動方向Ｘに位置する相対移動方向壁面２０２ｃによって、タペット凹み部２０２ｂ内での相対移動方向Ｘへの第１〜第３スライダ３１〜３３の移動範囲が規制されるようになっている。

相対移動方向壁面２０２ｃと第１〜第３スライダ３１〜３３との間には、弾性体（例えばゴム）よりなる移動規制部材４０が配置されている。より詳細には、移動規制部材４０は、相対移動方向壁面２０２ｃに接着等にて固定されている。

ポンプの作動時には、第１実施形態と同様に、タペット２０２と第１スライダ３１との間、第１スライダ３１と第２スライダ３２との間、第２スライダ３２と第３スライダ３３との間、第３スライダ３３とカムリング本体１８１との間で、摺動して相対移動することができる。したがって、第１実施形態と同様に、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させることができる。

また、移動規制部材４０により、相対移動方向壁面２０２ｃと第１〜第３スライダ３１〜３３との直接衝突が回避されるため、相対移動方向壁面２０２ｃや第１〜第３スライダ３１〜３３の摩耗を抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、複数個のスライダ３１〜３３を用いたが、スライダは１つでもよい。

また、移動規制部材４０は、相対移動方向壁面１８２ｃ、２０２ｃや第１〜第３スライダ３１〜３３の摩耗を抑制することができるものであれば、弾性体以外の材質にしてもよい。また、移動規制部材４０は、廃止してもよい。

また、カムリング本体１８１、圧送部材２０、および第１〜第３スライダ３１〜３３を、鉄系金属製とし、第１〜第３スライダ３１〜３３の表面に、母材の金属よりも高硬度のコーティング層を形成してもよい。これによると、コーティング層によって摩擦係数を下げることができるため、摺動部の耐摩耗性や耐焼き付き性をさらに向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るポンプの断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２のＢ部を拡大して示す図である。図３において圧送部材２０を取り除いた状態のＣ矢視図である。本発明の第２実施形態に係るポンプの要部を示す図である。

符号の説明

１４カム軸
１７カム
１８カムリング
３１スライダ
３２スライダ
３３スライダ
１８１ａカムリング摺動面
２０１プランジャ
２０２タペット
２０２ａタペット摺動面

Claims

回転するカム軸（１４）と、このカム軸（１４）に対して偏心して配置されて前記カム軸（１４）とともに一体に回転するカム（１７）と、このカム（１７）の外周側に配置され、前記カム軸（１４）の周りを自転することなく公転するカムリング（１８）と、このカムリング（１８）の公転に伴って往復動するタペット（２０２）と、このタペット（２０２）とともに往復移動して流体を圧送するプランジャ（２０１）とを備えるポンプにおいて、
前記カムリング（１８）に形成された平坦なカムリング摺動面（１８１ａ）と前記タペット（２０２）に形成された平坦なタペット摺動面（２０２ａ）とが対向しており、
前記カムリング摺動面（１８１ａ）と前記タペット摺動面（２０２ａ）との間に、前記カムリング（１８）と前記タペット（２０２）との相対移動方向（Ｘ）に移動可能な板状のスライダ（３１〜３３）が介在されていることを特徴とするポンプ。
前記スライダ（３１〜３３）は、複数枚であり、積層されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
前記カムリング（１８）は、前記スライダ（３１〜３３）が収容されるカムリング凹み部（１８１ｂ）を備え、
前記カムリング凹み部（１８１ｂ）を囲む壁面のうち前記相対移動方向（Ｘ）に位置する相対移動方向壁面（１８１ｃ）によって、前記カムリング凹み部（１８１ｂ）内での前記相対移動方向（Ｘ）への前記スライダ（３１〜３３）の移動範囲が規制される構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
前記タペット（２０２）は、前記スライダ（３１〜３３）が収容されるタペット凹み部（２０２ｂ）を備え、
前記タペット凹み部（２０２ｂ）を囲む壁面のうち前記相対移動方向（Ｘ）に位置する相対移動方向壁面（２０２ｃ）によって、前記タペット凹み部（２０２ｂ）内での前記相対移動方向（Ｘ）への前記スライダ（３１〜３３）の移動範囲が規制される構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
前記相対移動方向壁面（１８１ｃ、２０２ｃ）に弾性体よりなる移動規制部材（４０）が配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のポンプ。
前記カムリング（１８）、前記タペット（２０２）、および前記スライダ（３１〜３３）は金属よりなり、
前記スライダ（３１〜３３）の表面には、母材の金属よりも高硬度のコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のポンプ。