JP2010112193A - 高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧を発生する高圧ポンプ、特にコモンレール式ディーゼル機関における蓄圧室に高圧燃料油を供給する高圧ポンプを従来実用化された圧力からさらに高圧化する場合にネックになるポンプの機械強度上の問題点を解決し、高圧に対して従来よりさらに高い信頼性と期待寿命を満たす高圧ポンプの実現。
【解決手段】高圧ポンプ高圧化の技術的ネックは加圧室内の液通路開口に生ずる応力集中を減少させる液通路配置の改善、即ちシリンダの側壁に横穴を作らない液通路の採用により、応力集中を低減する方法を開発した。さらにタペット往復動運動に関与する機構における接触部の面圧とそれに伴い生ずるタペットやピストンに対する曲げ力を低減すべく、部分コロを複数配列する転動ブロックの使用により面圧と曲げ力の低減を可能とした。
【選択図】図２

Description

本発明は液体を高圧に加圧するピストン高圧ポンプ、特に内燃機関の燃料供給ポンプに関するものである。

蓄圧室に蓄えた高圧の燃料を噴射弁を制御してディーゼル機関のシリンダへ噴射し噴射タイミングと噴射時間を制御するコモンレール方式のディーゼル機関が広く用いられるようになり、ディーゼル機関の燃料消費の改善、排気ガスのクリーン化に等に大きい効果が発揮された。今後は石油資源の枯渇と大気中へのＣＯ_２排出規制の一層の強化に対応すべくディーゼル機関についてもさらに燃料消費率の改善、排気ガスのクリーン化の達成が要求される。コモンレール方式を活用してさらにディーゼル機関の効率化、静粛で振動の少ない運転、排ガス浄化を実現する上で、シリンダへの燃料噴射を現状より高圧で行う技術の開発が重要である。そのためには燃料を高圧で蓄圧室へ供給する燃料供給ポンプの吐出圧が現状では２００ＭＰａ程度であるものを、３００ＭＰａまたはそれ以上の圧力に加圧できる供給ポンプが求められる。高圧な燃料噴射により必要量の燃料の噴射時間が短縮し、望ましい噴射タイミングと噴射パターンによる燃料噴射の制御を行うことが可能になる。また高圧噴射によりシンリンダ内での燃料のより微細な噴霧化が期待できる。これら高圧化の効果により燃焼が改善されさらに高度の燃料消費改善と排ガスクリ−ン化の要求に対応することができる。以下の説明では本件発明の対象である高圧ポンプが加圧する対象の液体（被加圧対象液）としては軽油などディーゼル機関に使用する燃料を中心に、またポンプとしてはコモンレールの蓄圧室に高圧燃料油を供給するいわゆる燃料供給ポンプを中心に行なうが、以下の説明は他の用途の高圧液ポンプにも適用可能であることは言うまでもない。また以下の説明において「液」と記載した場合もディーゼル用燃料油も含み、高圧ポンプと記載した場合には燃料供給ポンプも含むものとする。

燃料供給ポンプの高圧化を信頼性と寿命への要求を満たしつつ実現する技術開発が進められ実用化されてきた。供給ポンプ高圧化のための重点的な開発事項としては、シリンダの加圧室内又は加圧室に接続する配管等における高圧液体の圧力脈動により繰り返し生ずる応力変動に対してシリンダ又は配管の疲労破壊を防止し所要の寿命を確保することである。他の開発事項としては供給ポンプを構成するプランジャ又はピストンを機関の回転に従ってシリンダ内を往復運動させるカムとタペット機構における、両者の接触圧への対策と、カムがタペット下面に対して行なう横方向への摺動による生ずるタペットへの曲げ応力の対策がある。

燃料供給ポンプの高圧化実現について解決を要する問題の一つである、シリンダの繰り返し応力による疲労破壊防止対策は、シリンダとプランジャの摺動面における液体漏れの防止対策にも関連している。従来の高圧ポンプは特許文献２に例示する技術であり、シンリンダ内面とプランジャ表面が金属同士のすべり接触のはめ合い精度を適正に保持することにより液体の漏れを最小限にするものであった。このような金属同士のはめ合いに依存するポンプにおいては被加圧液の加圧室内への注入は、シリンダ壁に開口を持ちシリンダの外部から供給される被加圧液を溜めるための空間に通ずる通路を設け、前記プランジャが下死点に向けて下降中にプランジャ上面が前記シリンダ壁の開口の位置より低くなったときに、シリンダ内部とプランジャ上面で囲われた加圧室に被加圧液を注入し、プランジャが上死点に向って上昇中にプランジャの側面で前記開口を閉じ、加圧室を密閉にする機構を採用することが可能であった。しかし、従来のシリンダとプランジャのはめ合いに依存して供給ポンプの高圧化を試みたとしても、はめ合い加工精度の大幅なアップが必要となり生産性低下と結果としてのコスト増加が避けられない。そこで、はめ合い精度に依存した加圧室の液漏れ防止手段に代えて、ゴム、高分子化合物などを使用した自緊シールを有するピストンを使用することが必要になる。自緊シールはピストンのヘッド側とシール締付部品取付側の圧力差により自緊シールを軸方向に圧縮することにより円周方向に膨らんでシリンダとピストン間の接触を密にして液漏れを防止するものである。このようにゴムなど弾性物質を使用した自緊シールを採用した場合には従来のポンプにおいて被加圧液注入のためにシリンダ内面壁に開口を設けることは困難である。それは前記自緊シールの材料の特性から前記のような開口に類する金属的な切り欠き部を通過する時に変形したり傷ついたりする可能性があるからである。従って被加圧液の注入通路としてシリンダ壁面に設けた開口に依存する以外の方法が高圧化の為に必要となる。

供給ポンプ高圧化に対応して自緊シール付きのピストンを採用する場合、前記のシリンダに設けた開口から被加圧液を加圧室内へ注入する方法に替えて、逆止弁を介して被加圧液を加圧室に供給する通路を設ける方法がある。例えば図５に示す特許文献１に掲げられた構成のように被加圧液供給ラインに接続されるポート２０１から、該ポートへの加圧室からの液の逆流を防止する逆止弁２０３を介して加圧室の開口２０２に通ずる被加圧液供給通路を設ける。一方高圧液を吐出する吐出ポート２０５とシリンダ壁の開口２０４を接続する高圧液吐出通路２０６には吐出ポート２０５側からの逆流を防止する逆止弁２０７を設ける。なお図５では被加圧液体の供給通路のシリンダ壁への開口２０２がシリンダ頂部付近に配置され、高圧液吐出通路のそれ２０４がシリンダ側壁に位置する配置であるが、両通路に対するシリンダ内への開口を逆の配置、即ち供給側通路開口をシリンダ側壁に、高圧液吐出通路を同頂部にした配置、あるいは両通路用の開口ともシリンダ側壁に配置などが可能である。前記のいずれの通路開口配置であっても以下の説明が適用できる。なお逆止弁を使用した他の被加圧液のシリンダへの供給方法としては図５(a)に示すように逆止弁２０３を有する配管２３０を被加圧液供給ライン、逆止弁２０７を有する同２３１は高圧液吐出ラインとし配管２３２をシリンダに接続したT字型の配管を構成するものもある。

図５に示す如くに液通路の開口がシリンダ側面壁に位置する場合、開口部分に局部的に集中応力を生じ、ピストンの周期的往復運動に伴う圧力変動が前記開口部に繰り返し応力変動を生じ疲労破壊によるポンプ寿命の短縮となる問題点がある。２００ＭPａ程度までの吐出のポンプにおいては前記シリンダ側壁の開口の疲労寿命は高圧ポンプの要求寿命に影響を与えるレベルには達しないが、３００ＭＰａを越える加圧領域では、シリンダの寸法の増大、材質の変更などの特別な対策を施さなければ要求寿命を満足できない。上述した従来の開口配置を維持して寿命への要求を満足するような高圧ポンプを製作しようとすると寸法が増大し、コストも高くなって実用性に欠けるものになる。図５(a)に示す配管についてもT型をなす交叉部において応力集中が生じ疲労破壊の確率が高くなり本発明の意図する高圧ポンプに採用することは困難である。

燃料供給ポンプの高圧化実現について解決を要する他の問題は、タペットとカムの接触面の面圧過大によりタペットあるいはカムの面が損傷し寿命が低下することである。前記の接触圧を低下させる対策としては、カムとタペットの直接的な接触を避けてより広い接触面積を確保できるカムリングをカムの周囲に摺動可能に嵌め、カムの回転に伴うカムリングの上下、左右動（特許文献１ではカムの周りの公転運動と呼んでいる）をタペットに伝える方法である。特許文献１がその例であり、図６にその構成を示す。図６において駆動軸１００に取り付けた偏芯カム１０１の外周を摺動するようにカムリング１０２が装着される。カムカムリング１０２は正方形の４角を滑らかにした形状の断面を有し、前記正方形の各辺の直線部分とカムリング厚さで形成する面１０３を成し、この面がタペット１０４の下面１０５と接触する。図６から明らかなようにこのような接触は従来のカムとタペットにおけるような狭い線的な接触ではなくカムリングの外周の面１０３とタペット１０４の下面１０５との間の面接触となり接触圧を低減する効果を生ずる。カムリング外周の面１０３とタペット下面１０５の間は金属同士の滑り接触であり、適当な潤滑を行なうことにより接触面の横方向に生ずる摩擦力を減じ磨耗とタペット１０４およびプランジャ１０６に加わる曲げ力の低減を図る。

図６の例に示す既存技術はさらに高圧の発生を要求される供給ポンプについては充分なものではない。すなわち、より高圧の供給ポンプにおいてはカムリングとタペットの接触圧が増加し、金属のすべり接触によっては潤滑を適切に行なってもポンプ寿命の短縮が避けられず、また摩擦により生ずるタペットへの横荷重により発生する曲げモーメントが増加しタペットやプランジャの寸法、材質の限界が生ずる可能性がある。
特開２００７―８５２７０号公報 特開２００２―０５４５３０号公報

解決しようとする課題は、３００ＭPａ以上の圧力で動作する高圧ポンプを実用化する上で解決すべき上記の信頼性上および寿命上の問題点、すなわち加圧室内への液供給又は加圧室からの液吐出通路としてシリンダに設ける開口又は液通路配管交叉部に生ずる集中応力の低減、ならびにカムリングとピストンタペット間の接触圧低減とタペットに作用する横力の低減を実現し要求される信頼性と寿命を満足した３００ＭＰａ以上で動作する高圧ポンプを提案することにある。以下の記述では前記シリンダに設けた開口への圧力脈動の影響について説明するが、その記述は前記T字配管の交叉部にも同様に適用できる。

請求項１に記載の発明は高圧ポンプにおいて、同ポンプを構成する加圧室５内への液供給又は加圧室５からの液吐出通路の配置を変更し従来前記通路のシリンダ２０の側壁に設けていた開口における応力集中を低減できる通路構成を提示するものである。図１に請求項１に記載した発明に関る高圧ポンプのシリンダおよびピストンとその関連部分の断面を示す。図１においてポンプハウジング１の内部にシリンダ２０を形成し、シリンダ２０の内部にはピストン１０がシリンダ内面と摺動しつつ往復運動する。さらにピストン１０は加圧室５の反対側に延長したシール締付部品１９を有する。なおピストン１０およびシール締付部品１９に往復運動を行なわせる駆動機構は図１には図示してない。ここでシール締付部品１９はピストン１０の加圧室に対向した側の面と反対側の面においてピストンに固定され、加圧室反対方向に突出した棒状の部材である。該シール締付部品１９は自緊シール４７の中心軸の周りに作られた穴を貫通し、自緊シール４７に加わった軸方向圧縮力により生ずる前記中心軸周りの穴の変形を制限する機能を有し、また下記の液通路を内部に有するものである。

図１においてシリンダ頂部２１付近には加圧室５から高圧液をシリンダ外部のライン（図１には図示せず）に吐出する通路２３につながる開口２４を設け、吐出通路２３には高圧液の逆流を防止する逆止弁２２を設ける。一方ピストン１０のヘッド面１２に開口１５を有し、該開口１５に接続しシール締付部品１９の軸に沿って同部品の反ピストン側に延びて開口１６に至る液通路１１を設け、同通路の途中には加圧室５からの液逆流を防止する逆止弁１４を置く。前記開口１６はポンプハウジング１に設けた被加圧液供給室４８に接続される。該供給室４８は図１に図示されない被加圧液の供給ラインにつながり、同液で満たされている。

図１においてタペット３３の連接部材３６がピストン１０を駆動して上死点から降下するタイミングでは、逆止弁１４が開き被加圧液供給室４８から通路１１を経て加圧室５内へ被加圧液が流入する。なお逆止弁２２は液の流入中には押さえばね２２ｃのばね力により閉じられている。ピストン１０が下死点から上昇し加圧を開始すると、逆止弁１４は閉じ、さらに加圧して逆止弁２２の押さえばね２２ｃに打克つ圧力に達すると逆止弁２２が開き、通路２３を経由して外部に高圧液を吐出する開口２４から流出する。図１に示す液通路、開口の配置においては高圧液の通路はほぼ直線的になり、シリンダ側壁に設けた開口の場合のような大きい集中応力は生じず、その結果シリンダの疲労破壊確率を低下させ、所要の期待寿命の高圧ポンプの実現が可能となる。

請求項２に記載の発明は高圧ポンプにおいてピストンに往復動を与えるカム機構に生ずる接触圧の低減とタペットの往復運動に対して横方向に生ずる力を低減して該機構の損傷を防止し、もって所要の信頼性と寿命を有する高圧ポンプの実現に資する技術を提示する。以下ではピストンの駆動機構について記述するが、プランジャの駆動機構についても同様に以下の説明を適用できる。図２および図３は請求項２に記載した発明による高圧ポンプの断面を示す。図２および図３において本発明の高圧ポンプは、ポンプハウジング１内に設けたシリンダ２０と、シリンダ２０内部を摺動して往復運動するピストン１０、ピストン１０から延長したシール締付部品１９、さらにピストン１０に往復運動を行なわせるための機構を構成するカム駆動軸３０、偏芯カム３１、カムリング３２、タペット３３等から構成される。

図３に示すように、偏芯カム３１はカム駆動軸３０の中心軸に対して偏芯した軸である。偏芯カム３１の外周には、円筒コロ軸受あるいは摺動軸受３７をはめ込み、さらに同軸受３７の外周にはカムリング３２をはめ込む。カムリング３２は断面が略多角形（略多角形には正多角形の外、正多角形の頂点を丸みを帯びた形状にするなど正多角形の基本的形状の一部を変形したものも含む）を成し、同リング３２を形成する部材の軸方向厚さと前記多角形の辺により形成された面であって、タペット座部面３４と対向する面３５を有する、柱状部材である。カムリング３２はカム駆動軸３０の回転に伴い偏芯カム３１の外周を前記駆動軸３０に垂直な面内で上下、左右に運動する。タペット３３は前記カムリング３２に面して所定の面積を与えられた座部面３４を持つタペット基部４９と、該基部４９の座部面３４に対して反対の側には該基部４９に接続され、ピストン方向に延長された部材であってピストン１０のシール締付部品１９取付側の面に接触してタペット３３の上下運動をピストン１０の往復運動として伝達する連接部材３６を有する。なお、図２に示す高圧ポンプにおいてはシリンダの中心軸は、カム駆動軸３０の中心軸に垂直なカムリング３２の断面と同一平面内にあり、複数のシリンダが、その中心軸がカムリング３２の断面をなす多角形の中心角に相当する角度をもって配置されるものとする。

図２において４１は転動ブロックであり、タペットの座部面３４とカムリング３２の外周を成す面３５の間に挿入される。図４に示す転動ブロック４１は図２（ａ）に示すように円柱状のコロを同コロの断面である円の１つの中心線５０から左右に広がる所定の幅Ｗを残し、同円の他の部分を切り取った底面形状を有する柱状部材で成る部分コロ４２を、該部分コロ４２が柱状部材の軸の周りに所定の角度を転動可能なようにコロ保持部材４３により保持する機構のものである。前記コロ保持部材４３は複数の部分コロ４２の中心軸から突起した端部を、前記部分コロが回転可能に、また同コロの軸が相互に略平行に並ぶよう配置して支持する。前記のように支持された複数部分コロの中心軸は当然略同一平面上にある。また部分コロ４２の断面の中心線５０同士が相互に所定隙間を隔てて略平行を保つように支持する。前述の略平行に、または略略同一平面上に、の意味するところは、コロ保持材４３による部分コロ４２の中心軸突起端部４１ａの保持に係るクリアランスの範囲で平行度又は平面の度合いに変化が生じ得ることを言う。コロ保持部材４３に取り付けられた部分コロ４２相互の隙間には弾性体、例えばゴム、高分子材料など使用したコロ姿勢維持部材４５を挟み、タペットの座面部３４とカムリングの対応する面３５の相対的な運動に対して部分コロ４２を追従させるように機能する。

前記の転動ブロック４１を図２に示すようにタペットの座部面３４に対して部分コロ４２の片方の円周が接するように固定する。カム駆動軸３０の回転に対応して偏芯カム３１が円筒コロ軸受または摺動軸受を介してカムリング３２内を転動すると、カムリング３２の外周をなす多角形の辺から拡がる面３５は偏芯カム３１の角度に対応してピストン１０を上死点方向又は下死点方向に移動する運動を行ない同時にシリンダ２０の中心軸に対して横方向に運動する。転動ブロック４１の部分コロ４２は面３５と接触してシリンダ１０の軸方向の運動をタペット座部面３４に伝達する。他方シリンダ軸に対して横向きの運動は部分コロ４２の回転により座部面３４への伝達を部分コロの転がり摩擦により生ずる範囲に止める。

上記ように転動ブロック４１をカムリング３２の面３５とタペットの座部面３４間に付加することによりカムリングのころがり運動によりタペット３３やシール締付部品１９に生ずる曲げモーメントを大幅に低減できるところに本発明の特徴がある。すなわちポンプ圧力の増加とともに前記曲げモーメントは極めて大きくなり従来の面接触では曲げ応力に対して期待寿命を満足する疲労強度を取ることが困難であったが、本発明の方法であれば前記横力は部分コロ４２の転動を生ずるのみであり前記横力による曲げモーメントは大幅に低減され疲労強度上の余裕が生まれる。さらに部分コロ４２は有効な転動範囲に相当する幅以外を切り取った形状であり、タペットの座部面３４の面積に対応してコロの軸方向長さと、カムリング３２の横移動の方向に並べた部分コロ４２の個数を適宜選択することによりポンプ高圧化に伴う面３５とタペット座部面３４に生ずる面圧上昇を抑制し、要求寿命上必要な値まで低減できる特徴がある。また、コロの転動を利用する方法であるから従来の面接触による場合のような強制潤滑等が不必要になりポンプの構造簡易化と保守の容易性が実現する。

本発明は液を高圧に加圧する用途のポンプ、特にコモンレール方式のディーゼル機関において燃料蓄圧室に高圧燃料を供給する燃料供給ポンプをさらに高圧化するに際してポンプの高圧化に伴い生ずるポンプ主要部の機械強度上の課題を解決するものである。機械強度上の課題の１つであるシリンダとピストンで構成される加圧室の疲労強度改善については、従来のシリンダの構造において被加圧液供給又は高圧液の吐出用の開口がシリンダ側壁の横穴となるように設けてある結果、同開口に加圧による応力集中が生じ、これが加圧周期毎に大きい応力変動を起こし、ポンプを高圧化すると早期に疲労破壊が発生する可能性が高かった。本発明では前記液供給又は吐出の開口を側壁に設けずピストン運動方向のシリンダ頂部に設ける配置にしたことにより前記横穴を不要とし、高圧化しても疲労強度上の問題が生じないポンプの製作を可能にする。

他の機械強度上の問題はシリンダに往復運動をさせるカムおよびカムリングならびにタペットの機構において、従来のカムリングとタペットの接触部に金属同士の接触を採用しており、高圧化した場合にはカムリングとタペット間の接触圧およびカムリングの横方向運動の結果タペットとの摩擦力によりタペットに加わる横荷重で曲げモーメントが増大し面の早期の損傷や疲労破壊発生の可能性が懸念された。本発明ではカムリングとタペット間にコロの一部を切り取って作った部分コロを並べた転動ブロックを挿入することにより、前記の従来方式の問題点を解決することを可能とした。即ち前記転動コロはカムリングとタペットの相対的平行運動の範囲である狭い幅の部分を残して他の部分を切り取り加工した狭いものであり、通常のコロを並べた場合に比べて多くの部分コロを並べることができるので部分コロの個数により強度上要求される接触圧に制限できる。またカムリングとタペットの相対的な平行運動は前記コロの転動運動により殆ど吸収され、タペットに加わる曲げ力が大幅に低減可能であり、また前記相対平行運動が小さいことからタペットの横方向変位の防止あるいは往復運動のみに限定するスライドガイド等の付加機構が簡単化あるいは不要になる。転動ブロックを使用する本発明の構成により、高圧化により必然的に生ずる接触圧増加による機械強度上の問題を解決でき、カムリングとタペットの金属接触による摩擦磨耗を解消できる。コロによる「転動ブロック」適用の他の効果は従来の方法において必須であった接触面の強制潤滑の必要性がなくなったことでありポンプ保守、潤滑油の管理などの問題を解決するものである。

図３は本発明に関わる高圧ポンプの断面図である。図示したポンプはコモンレール方式のディーゼル機関に使用される燃料蓄圧室への高圧燃料を供給する燃料供給ポンプとしての用いられるものである。図３と同様の構成の高圧ポンプはディーゼル機関の燃料供給以外の用途にも使用出来ることは言うまでもない。図３においてカム駆動軸３０は、本ポンプが装着されるディーゼル機関の主軸（図示せず）に同調して回転する。カム駆動軸には偏芯した軸で成る偏芯カム３１が取り付けられ、さらに偏芯カムの外周には円筒コロ軸受又は摺動軸受３７を介して多角形（図３では８角形）のカムリング３２が組み込まれる。カムリング３２はその外周を成す多角形の各辺からカム駆動軸３１の軸方向の拡張される面３５を持つ。

図３において３３はタペットでありカムリング３２の運動を図２に示す連接部材３６に往復運動を生じさせる。カムリング３２と対向するタペット３３の座部面３４は高圧ポンプ作動中に発生する接触による面圧を所定値以下に制限できる面積を有する面３４を持つ。図２においてタペット３３を構成する連接部材３６はピストン１０に往復運動を生じさせる。図３において、カムリング３２の面３５とタペットの座部面３４の間には転動ブロック４１が挿入されカムリング３２の運動のタペット３３への伝達を仲介する。ピストン１０はタペット３３にから連接部材３６を通じて往復運動を伝達されシリンダ２０内壁に接触、摺動し加圧室５を構成する。

図１は本発明についての実施の最良の形態として前記図３に概略表示されたシリンダ２０、ピストン１０、加圧室５等の詳細な構成を示す断面図である。図符号の取り方は図３と同様である。ピストン１０はタペット３３の方向に延長するシール締付部品１９を有し、該部品１９は連接部材３６の長手方向の軸に沿って作られ、同部材３６の両端部まで貫通する柱状の孔に挿入して取り付けられる。前記の連接部材３６の内部に形成される孔の一方の端部はタペット３３内部に形成された本高圧ポンプで加圧される燃料を溜める空間４８（図２参照）につながる。ピストン１０とシール締付部品１９内の中心軸に沿って設けられた液通路１１は加圧室に面する端面の開口１５から前記燃料溜め空間４８に設けた開口１６に繋がる。通路１１は燃料溜め空間４８において図示されない供給手段により同燃料溜め空間４８に満たされる燃料を加圧室に導く通路となる。また同通路１１の途中には弁体１４ａ、弁座１４ｂ、弁押さえバネ１４ｃからなる逆止弁１４を設ける。

連接部材３６のピストン側端部とピストンの間には自緊シール４７を組み込む。自緊シール４７は内径が略シール締付部品１９の外径、外径が略シリンダ２０の内径に等しいリング形状の部材であり、弾性体であるゴムや高分子化合物等を材料とする。自緊シール４７の内径をシール締付部品１９が貫通し、外径はシリンダ内面に接触する。自緊シールのシリンダ内面と接触する面は摩擦係数が低く耐磨耗性の物質、例えばフッ素樹脂等でコーティングするとともに、更に機械的強度を増し、圧縮により過度な変形を生じないように金属性バックアップリングで補給することが望ましい。自緊シール４７は高圧液がピストンの面に加わる力と連接部材３６から加えられる押上げ力により圧迫されて外側に膨らんでシリンダとピストンから成る加圧室の密閉性を確保する。

図１において加圧室５から高圧燃料を吐出する通路２３がシリンダ頂部に設けられる。同通路２３には吐出側からの高圧燃料の逆流を防ぎ、加圧室内の燃料圧力が所定の圧力以上になった場合に通路２３を開く逆止弁であって弁体２２ａ、弁座２２ｂおよび押さえバネ２２ｃから構成される逆止弁２２を設ける。

以上のように構成した加圧室の疲労強度と従来の構成、即ちシリンダ側壁に横穴を有する構成における疲労強度の比較を下記のように想定した燃料供給ポンプを例に以下の通り検討した。

自動車用ディーゼル機関用燃料供給ポンプの想定要求性能は表１の通り。

ポンプ圧力、Ｐ＝３００ＭＰａに対して従来のシリンダ構成である側壁に横穴を持つ場合について計算すると下記数１の通りになり表１に掲げた許容応力を越えて、加圧圧力３００ＭＰａにおける所要の寿命を確保できないことが分かる。

一方ポンプ圧力（Ｐ＝３００ＭＰａ）に対して本発明のシリンダ構成である側壁に横穴を有しない場合について上記式１、式２及び式３により計算すると下記数２の通りになり、表１に掲げる許容応力以下となり、加圧圧力３００ＭＰａにおける所要の疲労強度を確保することが可能で有ることが分かる。

図２は本発明の高圧ポンプについての実施の最良形態として図３に示された概略の構成を、カムリング３２、タペット３３及び転動ブロック４１等の構成についてさらに詳細に示す断面図である。タペット３３は基部４９と往復運動の連接部材３６から構成され、基部４９の座部面３４は転動ブロックとの接触による面圧を所要値の以下のするために装着される必要個数の部分コロ４１に対応した面積を有する。前記座部面３４は転動ブロック４１を挟んでカムリング３２の面３５に対向し往復運動をタペットに伝える。

図２に示すタペット基部４９の上面（連接部材３６を基部４９に装着する側）から内部に形成した空間であって、外部から燃料を供給する設備（図示せず）に接続されて燃料で満たされる燃料溜め空間４８を有する。タペットの連接部材３６の軸に沿って貫通する孔に挿入されたシール締付部品１９は前記空間内に突出し、ボルトなどで適宜に前記連接部材３６の空間４８に面する端部に固定される。同時にシール締付部品１９内を貫通する燃料供給通路１１も前記空間４８につながる開口１６を持つ。タペット３３の基部４９はポンプハウジングに固定されたバネ４６により常にカムリング３２の方向へ押されている。

転動ブロック４１は図２（a）に示す断面を有する部分コロ４２の集合体である。即ち図２（a）の２点鎖線に示す円は部分コロ４２の元の断面（直径をDとする）であり、その円の１つの中心線５０の左右におのおの幅Ｗを残し、他の部分を切り取って図２（a）に実線で示す部分コロ断面を得る。部分コロの切り取る前の元の円の中心を通る軸には図２（ａ）に示すように回転軸となる突出部４１aを形成あるいは組み込む。そして図４に示すように部分コロを必要個数既述のように配列しコロ保持部材４３で保持する。転動ブロック４１はコロ保持部材４３によりタペット３３に固定される。転動ブロック４１がタペット３３に固定される際、部分コロ４２の一方の周面が座部面３４に接触するか、前記部分コロ４２の他の周面にカムリングの面３５が当り転動ブロック４１に押し上げる力が加わってもコロ保持部材４３や部分コロの突出した軸４１ａに過大な応力が生じない程度に座部面３４に接近させるようにする（略接触すると称す）。部分コロ４２と座部面３４を前記のように略接触させて取り付けると、転動ブロック４１の部分コロ４２はタペット座部面３４とカムリングの面３５の間で力を伝達し、部分カムの突出部４１ａやコロ保持部材４３に大きい応力が加わることはない。なお、カムリング３２の横方向移動に従って部分コロの中心軸４１ａも横方向に移動するので、コロ保持部材４３が前記中心軸４１ａを保持する穴あるいは類似の軸保持部には所要の隙間、例えば図４ａに示すように長穴を使用するなど余裕を取ることが望ましい。

図２（ａ）に示すように部分コロ４２の側面には円形の穴４１ｂを開け、前記穴より小さい径の穴４１ｃを有するゴム板４５を部分コロ４２との間にサンドイッチ状に挟んだ後コロの穴４１ｂとゴム板の穴４５を貫くボルトとナットにより一体に構成する。表１記載の要目のポンプにおいて、部分コロ４２として断面D=２０ｍｍ、コロの長さ２０ｍｍのものを１０本を配列して転動ブロックを構成すると、ポンプ圧力３００MPaに対して面圧は１，８００N/mm2程度となり疲労強度面から充分の余裕を確保できる。また前記と同様な条件においてゴム板４５の変形ひずみは０．０８％程度であり、ゴムの寿命には影響がないことが確認される。

化石燃料の枯渇が懸念され、同時に地球温暖化の悪影響が心配される中でディーゼル機関はさらに燃料効率を高めて化石燃料の使用量を低減し、CO2の排出量を減らすことが求められている。このような環境のなかで燃料供給ポンプを更に高圧化し、燃焼の改善を図ることは産業上極めて重要な課題である。本発明はそのような要求に対応する技術を提示するものであり産業上の利用価値は極めて高い。

本発明の高圧ポンプのシリンダ周辺の配置を示す断面図である。 本発明の高圧ポンプのカムとタペット周辺の機構をしめす断面図である。 本発明の最良の実施形態としての高圧ポンプの断面図である。 本発明の転動ブロックの一例を示す配置図である。 従来の高圧ポンプの断面図である。 従来の他の高圧ポンプの断面図である。

符号の説明

１ ポンプハウジング
５ 加圧室
１０ ピストン
１１ 液（燃料）通路
１２ ピストン面（加圧室側）
１４ 逆止弁
１５ ピストン面の開口
１６ スティックの開口
１９ シール締付部品
２０ シリンダ
２１ シリンダ頂部
２２ 逆止弁
２２a 弁体
２２ｂ 弁座
２２ｃ 弁押さえバネ
２３ 高圧液（燃料）通路
２４ シリンダ頂部開口
３０ カム駆動軸
３１ 偏芯カム
３２ カムリング
３３ タペット
３４ タペット座部面
３５ カムリング外周面
３６ 連接部材
３６a 連接部材を貫通する孔
３７ 円筒コロ又は摺動軸受
４１ 転動ブロック
４２ 部分コロ
４３ コロ保持部材
４４ ボルト
４５ 弾性体またはゴム板
４６ タペット押さえバネ
４７ 自緊シール
４８ 液（燃料）溜め空間
４９ タペット基部
１００ カム駆動軸
１０１ 偏芯カム
１０２ カムリング
１０３ カムリング外周面
１０４ タペット
１０５ タペット座部面
１０６ ピストン
１０８ タペット押さえバネ
１０９ ポンプハウジング
２０１ 液供給孔
２０２ 液通路開口
２０３ 逆止弁
２０４ シリンダ内開口
２０５ 高圧液吐出孔
２０６ 高圧液通路
２０７ 逆止弁
２３０，２３１，２３２ 配管

Claims (3)

1. ポンプハウジング１の内部にシリンダ２０を形成し、シリンダ２０の内部にはピストン１０がシリンダ内面と摺動しつつ往復運動して液体を高圧に加圧する高圧ポンプにおいて シリンダ頂部２１付近には加圧室５から高圧液をシリンダ外部に吐出する通路２３につながる開口２４を設け、吐出通路２３には高圧液の逆流を防止する逆止弁２２を設け、ピストン１０のヘッド面１２に開口１５を有し、該開口１５に接続しシール締付部品１９の軸に沿って同締付部品１９の反ピストン側に延びて開口１６に至る液通路１１を設け、同通路の途中には加圧室５からの液逆流を防止する逆止弁１４を置くように構成したことを特徴とする高圧ポンプ（図１参照）。
2. カム駆動軸３０の中心軸に対して偏芯した軸で成る偏芯カム３１と、前記偏芯カム３１の外周に前記偏芯カム３１の外周に設置した軸受けを介して嵌めたカムリングであって、同カムリングの外周断面は略多角形を成し、該多角形の各辺から前記カム駆動軸の方向に張リ出した面３５を有するカムリング３２と、所定の面積を有する座部面３４と該座部面３４から立ち上がってピストン１０のシール締付部品取付側に接触しているタペット３３から構成される高圧ポンプにおいて 下記に記載した転動ブロック４１をタペットの座部面３４とカムリングの面３５の間に挿入したことを特徴とする高圧ポンプ（図２、図３および図４参照）。
   （１）転動ブロック４１は円柱状のコロを同コロの断面である円の１つの中心線５０から左右に広がる所定の幅Ｗを残し、同円の他の部分を切り取った形状の底面を有する柱状部材で成る部分コロ４２を、該部分コロ４２が柱状部材の軸の周りに所定の角度を転動可能なようにコロ保持部材４３により保持する機構のものであり、
   （２）前記コロ保持部材４３は複数の部分コロ４２の中心軸両端を、コロが回転可能に、また同軸が相互に所定間隔を隔てて平行に並ぶよう配置して支持し、
   （３）コロ保持部材に取り付けられた部分コロ４２相互の隙間には、変形してコロの転動を可能にする弾性体材料を使用したコロ姿勢維持部材４５を挟み、
   （４）前記の転動ブロック４１はタペットの座部面３４に対して部分コロ４２の片方の円周が略接触するように装着される。
3. 請求項１に記載した加圧室５およびシール締付部品１９内に設けた液通路１１、２３を有することを特徴とする請求項２に記載した高圧ポンプ（図２、図３参照）。