JP2018096326A - ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮行程後に被吐出物が残留するシリンダ内のデッドボリュームを極小化してポンプ効率を高める。吸入弁の閉弁時の液密性を高める。【解決手段】内部にシリンダライナが配設されたシリンダと、シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストン（５）と、シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッド（７）と、シリンダ内のシリンダライナとシリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室と、シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッド（６）と、バルブヘッド内に穿設されてシリンダヘッド室とシリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路（１７）と、吸入路内に個別に配設されてピストンの吸入行程時に吸入路を開弁させると共にピストンの圧縮行程時に吸入路を閉弁させる吸入弁（１５）と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路と、吐出路を開閉弁させる吐出弁（１１）とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、低温液化ガスなどの沸点が低い低温液体をピストンによりシリンダライナ内に吸入し、このピストンによって高圧で吐出して被供給体へ供給するために使用されて好適な、ピストンポンプに関する。

従来から、液化天然ガスを燃料とするディーゼル機関は、車両等において使用されてきた。しかしながら、近年、重油系燃料を使用する低速ディーゼル機関において、ＮＯX 、ＳＯX 等の排出量を減少させて排出環境性能を向上させるために、高圧の天然ガスを機関のシリンダ内に噴射して燃焼させる高圧ガス噴射型低速２サイクルディ一ゼル機関の開発が進められている。高圧ガス噴射型低速２サイクルディ一ゼル機関は、比較的大型のディ一ゼル機関であり、一般的には船舶等に使用される。

一方、船舶等においては、液化ガス供給装置をガス危険区域へ配置することができることが必要であり、そのために安全性に優れた液化ガス供給装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。この液化ガス供給装置において、低温の液化天然ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出し、その高圧の液化天然ガスを加熱して気化させる加熱装置へ供給するための昇圧機器として、ピストンポンプが使用される。

この従来のピストンポンプは、例えば図７及び８に示すように、次のような構成を有している（例えば、特許文献２及び３参照）。ピストンポンプ１０１のシリンダ１０２内のシリンダライナ１０３、シリンダヘッド室１０４、シリンダライナ１０３内に挿入されるピストン１０５、シリンダヘッド室１０４内に配設されるバルブヘッド１０６、シリンダ１０２に取り付けられるシリンダヘッド１０７が配設される。

シリンダヘッド室１０４は、シリンダライナ１０３とシリンダヘッド１０７との間のシリンダ１０２内に設けられている。ピストン１０５は、図示しないコントローラにより制御された油圧ポンプなどを駆動源として、クランク機構などの運動変換機構を介して、シリンダライナ１０３内を往復動する。シリンダ１０２は液体燃料の供給口１０８を有し、低温の液体燃料がこの供給口１０８を通して比較的低圧でシリンダヘッド室１０４内に導かれる。

ピストン１０５より加圧された液体燃料は、吐出口１０９を通して高圧で外部へ吐出される。シリンダヘッド１０７内には、吐出口１０９に連通する吐出路１１０が軸方向に穿設される。シリンダライナ１０３は、図８に示すように、バルブヘッド１０６側にバルブ収容室１１３を有し、バルブ収容室１１３内には、バルブプレート１１５と、バルブプレート１１５をバルブヘッド１０６側へ付勢する圧力ばね１１４とが配設されている。

図７に示すように、ピストン１０５は、シリンダライナ１０３内に図示下方から軸方向に液密に挿入されると共に、ピストン１０５よりも小径の単一円柱形の先端部１１６を有する。ピストン１０５は、先端領域に複数のピストンリング溝１１８が削成され、各ピストンリング溝１１８にはピストンリング１１９がそれぞれ取り付けられる。

多数の液体燃料の吸入路１１７が、バルブヘッド１０６の外周部から上述のバルブプレート１１５の領域にあるシリンダライナ１０３側の端部に連通するように穿設されている（例えば、特許文献２の図５及び図６参照）。また、図８に示すように、バルブヘッド１０６には、シリンダライナ１０３側からシリンダヘッド１０７の吐出口１０９へ連通する
吐出路１１１が穿設され、この吐出路１１０内のシリンダライナ１０３側には吐出弁１２０が配設される。

吐出弁１２０は、内部に配設されたばねの付勢力により、シリンダライナ１０３側の先端部がバルブヘッド１０６の出口開口部１２１の近傍の端面に当接することにより閉弁する。吐出弁１２０は、圧縮行程時にピストン１０５が伸長し始めると、出口開口部１２１側からの液体燃料の圧力で開弁すると共に、ピストン１０５の最大伸長位置で、ピストン１０５の先端部１１６がバルブヘッド１０６の出口開口部１２１を貫通して、出口開口部１２１側からの液体燃料の圧力が低下すると、内部に配設されたばねの付勢力により閉弁する。

上述の従来のピストンポンプにおいて、吸入行程時にピストン１０５が図示下方へ縮退し始めると、バルブ収容室１１３内などが極低圧となり、この時に発生する吸引力によって、低温の液体燃料が吸入路１１７とバルブプレート１１５とを介してシリンダライナ１０３内に吸入される。

また、圧縮行程時にピストン１０５が伸長し始めると、圧力ばね１１４の付勢力によりバルブプレート１１５が閉弁すると共に、上述のように吐出弁１２０が開弁する。これにより、シリンダライナ１０３内に吸入された液体燃料が高圧で吐出路１１０及び吐出口１０９を介して外部へ吐出される仕組みである。

特開２０１２−１７７３３３号公報 特許第５５１９８５７号公報 特開２０１２−２２２４号公報

上述のように、従来のピストンポンブは、図８に示すように、シリンダライナ１０３のバルブヘッド１０６側にバルブ収容室１１３を有し、このバルブ収容室１１３内にバルブプレート１１５と圧力ばね１１４とが配設され、バルブプレート１１５が吸入弁の弁の役割を果たしている。

しかしながら、この従来のピストンポンブに設けられたバルブ収容室１１３は、図８に示すように、構造上ピストン１０５の半径方向外側に形成しなくてはならないから、このバルブ収容室１１３の分だけ、ピストン１０５の最大伸長時にピストン１０５によって液体燃料を押し出すことができずに液体燃料を残留させてしまうデッドボリュームが発生することになる。

このように、ピストンライナ内にデッドボリュームが存在すると、デッドボリューム内に残留していた低温の液体燃料は、直前の圧縮行程においてエンタルピが増大しているから、次の吸入行程における圧力降下によってガス化して、続く圧縮行程におけるポンプ効率を著しく損わせるという問題がある。

また、上述のように、従来のピストンポンプは、シリンダライナ１０３のバルブヘッド１０６側にバルブ収容室１１３が形成され、バルブ収容室１１３にはバルブプレート１１５と圧力ばね１１４とが収容される。このバルブプレート１１５は平板リング状に形成され、一つの平板によってバルブヘッド１０６の多数の吸入路１１７の出口を同時に塞ぐことにより、吸入弁を閉弁させる仕組みである（例えば、特許文献２の図５及び図６参照）
。

したがって、バルブプレート１１５及びバルブヘッド１０６の多数の吸入路１１７の出口の全体に、極めて高い面精度が要求される。また、極めて高い面精度で製作しても、現実には高圧下で充分な液密性を確保することが困難な場合が多く、高圧の液体燃料の漏洩の可能性が高くなるという問題がある。すなわち、一つのリング状平板からなるバルブプレート１１５によって多数の吸入路１１７の出口を同時に塞ぐという構造自体が、高圧の液体燃料に対する吸入弁として不適当であるという問題がある。

さらに、従来のピストンポンブは、上述のように、ピストン１０５が、ピストン１０５よりも小径の単一円柱形の先端部を有する。しかしながら、この単一の円柱形の先端部では、圧縮行程においてこの先端部１１６がバルブヘッド１０６の出口開口部１２１に挿入されると同時に、ピストン１０５の先端部１１６と出口開口部１２１との間の隙間が極端に狭まり、シリンダライナ１０３側に残る液体燃料の圧力が急激に高まり、液体燃料の吐出がスムーズに行われなくなる一方、ピストン１０５の先端部１１６と出口開口部１２１との間に一定幅の隙間を設けると、この隙間が上述のデッドボリュームとなって圧縮行程後に液体燃料の一部を残留させ、次の圧縮行程におけるポンプ効率を著しく損わせるという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、圧縮行程後に被吐出物の一部が残留するシリンダ内のデッドボリュームを極小化して、ポンプ効率を著しく高めたピストンポンプを提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明のピストンポンプは、内部にシリンダライナが配設されたシリンダと、シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストンと、シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッドと、シリンダ内のシリンダライナとシリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室と、シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッドと、バルブヘッド内に穿設されてシリンダヘッド室とシリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路と、吸入路内に個別に配設されてピストンの吸入行程時に吸入路を開弁させると共にピストンの圧縮行程時に吸入路を閉弁させる吸入弁と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路と、ピストンの吸入行程時にシリンダヘッドに設けた吐出路を閉弁さると共にピストンの圧縮行程時に吐出路を開弁させる吐出弁とを備えたことにある。

上述のように、本発明のピストンポンプにおいては、吸入弁が、各吸入路内にそれぞれ個別に配設されるから、従来のピストンポンプのように、構造上ピストンの半径方向外側に配置しなければならないバルブプレートのためのバルブ収容室を形成する必要がなくなり、圧縮行程におけるピストンの最大伸長時にも、ピストンによって被吐出物を外部へ押し出すことができずにシリンダライナ内に残留させてしまうデッドボリュームを、その分だけ減少させることができる。これにより、例えば低圧液体燃料などの被吐出物が、次の吸入行程における圧力降下によってガス化することが確実に防止され、ピストンポンプのポンプ効率を著しく高めることができる。

また、従来のピストンポンプは、一つのリング状平板によって多数の吸入路の出口を同時に塞ぐことにより吸入弁を閉弁させる仕組みであった。しかしながら、本発明のピストンポンプは、吸入路内に個別に配設された吸入弁を有するから、特別に高い加工精度によって製作しなくても、充分な液密性を確保することができ、被吐出物の漏洩を確実に防止することができる。

上記ピストンポンプにおいて、吸入弁は、棒状のステムを有する茸型の弁部と、この弁
部を閉弁方向に付勢するばねとからなる、茸型弁であることが望ましい。また、上記ピストンポンプにおいて、茸型弁は、弁部がバルブヘッド内に穿設された吸入路の出口に設けられた弁座にシリンダライナ側から当接して閉弁することが望ましい。このように、吸入弁として茸型弁を使用することにより、特別に高い加工精度によって製作しなくても、充分な液密性が確保される。

上記ピストンポンプにおいて、茸型弁は、弁部の外縁部がシリンダライナの内周面内又は内周面の軸方向延長面内に収まるように配置されていることが望ましい。このように、茸型の弁部の外縁部をシリンダライナの内周面内又は内周面の軸方向延長面内に収まるように配置することにより、従来のピストンポンプのように、シリンダライナ内のピストンの半径方向外側等の領域に吸入路の出口等を設ける必要がなくなり、上述のデッドボリュームをさらに減少させることができ、ピストンポンプのポンプ効率を一段と高めることができる。

上記ピストンポンプにおいて、バルブヘッドのピストン側の端部は、軸方向断面形状が中心部に向けて凹んでいく内台形状に形成され、ピストンの先端部は、軸方向断面形状がシリンダヘッドの端面の形状に沿うように台形状に形成されていることが望ましい。このように、バルブヘッドのピストン側の端部が、軸方向断面形状が中心部に向けて凹んでいく内台形状に形成されることにより、このバルブヘッドの内台形状の傾斜部に、例えば吸入路の出口や吸入弁を配設することができる。

したがって、シリンダライナのピストンの半径方向外側等の領域に吸入路の出口等を設ける必要がなくなり、上述のデッドボリュームを一層減少させることができ、ピストンポンプのポンプ効率をさらに高めることができる。さらに、ピストンの先端部は、軸方向断面形状がバルブヘッドの端部の形状に沿うように台形状に形成されているから、これによってもデッドボリュームを減少させることができ、ピストンポンプのポンプ効率をさらに高めることができる。

また、本発明のピストンポンプは、内部にシリンダライナが配設されたシリンダと、シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストンと、シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッドと、シリンダライナとシリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室と、シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッドと、バルブヘッド内に穿設されてシリンダヘッド室内とシリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路と、ピストンの吸入行程時に吸入路を開弁させると共にピストンの圧縮行程時に吸入路を閉弁させる吸入弁と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路と、ピストンの吸入行程時にシリンダヘッドに設けた吐出路を閉弁させると共にピストンの圧縮行程時に吐出路を開弁させる吐出弁とを備えたピストンポンプにおいて、ピストンは、バルブヘッド側へ突出する突起を先端部に有し、この突起は、先端側に向けて順次小径となる複数の円柱状部材が軸方向に同軸に連続してなる形状に形成され、上記バルブヘッドは、シリンダライナ側から吐出路側へ貫通すると共に内形が突起の外形に沿うように形成されて圧縮行程におけるピストンの最大伸長時に突起を外嵌する出口開口部を有することにある。

本発明のピストンポンプにおいて、ピストンは、バルブヘッド側へ突出する突起を先端部に有し、この突起は、先端側に向けて順次小径となる複数の円柱状部材が軸方向に同軸に連続してなる形状に形成され、上記バルブヘッドは、シリンダライナ側から吐出路側へ貫通すると共に内形がピストンの突起の外形に沿うように形成されて圧縮行程におけるピストンの最大伸長時にその突起を外嵌する出口開口部を有するから、圧縮行程においてピストンの先端部がバルブヘッドの出口開口部に挿入された後も、ピストンの先端部と出口開口部との間の隙間が段階的に狭くなるため、被吐出物の急激な圧力上昇が防止され、被吐出物の吐出がスムーズになる。

また、ピストンの先端部と出口開口部との間の隙間が段階的に狭くなり、被吐出物の急激な圧力上昇が防止されるから、ピストン先端部と出口開口部との間の隙間を極めて狭く形成することができ、ピストンの最大伸長時にもピストンによって被吐出物を外部へ押し出すことができずにシリンダライナ内に残留させてしまうデッドボリュームを減少させることができる。これにより、例えば、低温液体燃料等の被吐出物が次の吸入行程における圧力降下によってガス化することが確実に防止され、ピストンポンプのポンプ効率を著しく高めることができる。

上記ピストンポンプにおいて、突起の円柱状部材は、先端側の端面の角部に面取り状の傾斜部が形成され、バルブヘッドの出口開口部は、内形が突起の傾斜部の外形に沿うように形成された傾斜部を有することが望ましい。このように、突起の円柱状部材には、先端側の端面の角部に面取り状の傾斜部が形成される一方、バルブヘッドの出口開口部は、内形が突起の傾斜部の外形に沿うように形成された傾斜部を有するから、被吐出物が突起の円柱状部材に沿って、軸方向に極めてスムーズに吐出されるようになる。

上記ピストンポンプにおいて、ピストンは、半径方向に突起の基部にまで延びる第１の溝が先端側の端面に形成されていることが望ましい。このように、ピストンの先端側の端面に、半径方向に突起の基部にまで延びる第１の溝を形成することにより、被吐出物がこの第１の溝を介して突起の基部にまでスムーズに吐出されるから、バルブヘッドとピストンの先端側の端面との間に被吐出物が残留する可能性をさらに低減させることができる。

上記ピストンポンプにおいて、円柱状部材は、軸方向に先端部にまで延びる第２の溝が外周部に形成されていることが望ましい。このように、突起の円柱状部材の外周部に、軸方向にこの円柱状部材の先端部にまで延びる第２の溝を形成することにより、被吐出物がこの第２の溝を介して円柱状部材の先端部にまでスムーズに吐出される。

上記ピストンポンプにおいて、ピストンの先端側の端面に形成された第１の溝は、突起の最基部側の円柱状部材に形成された第２の溝に連通していることが望ましい。このように、ピストンの先端側の端面に形成された第１の溝が、突起の最基部側の円柱状部材に形成された第２の溝に連通することにより、被吐出物がピストンの第１の溝及び突起の第２の溝を介して吐出路側へスムーズに吐出される。したがって、ピストンの最大伸長時における、ピストンの先端部とバルブヘッドとの間の隙間をさらに極小に形成することができ、上述のデッドボリュームを一段と減少させることができる。

本発明のピストンポンプは、内部にシリンダライナが配設されたシリンダと、シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストンと、シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッドと、シリンダ内のシリンダライナとシリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室と、シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッドと、バルブヘッド内に穿設されてシリンダヘッド室とシリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路と、吸入路内に個別に配設されてピストンの吸入行程時に吸入路を開弁させると共にピストンの圧縮行程時に吸入路を閉弁させる吸入弁と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路と、ピストンの吸入行程時にシリンダヘッドに設けた吐出路を閉弁させると共にピストンの圧縮行程時に吐出路を開弁させる吐出弁とを備える。

また、本発明のピストンポンプは、内部にシリンダライナが配設されたシリンダと、シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストンと、シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッドと、シリンダライナとシリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室と、シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッドと、バルブヘッド内に穿設されて
シリンダヘッド室内とシリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路と、ピストンの吸入行程時に吸入路を開弁させると共にピストンの圧縮行程時に吸入路を閉弁させる吸入弁と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路と、ピストンの吸入行程時にシリンダヘッドに設けた吐出路を閉弁させると共にピストンの圧縮行程時に吐出路を開弁させる吐出弁とを備えたピストンポンプにおいて、ピストンは、バルブヘッド側へ突出する突起を先端部に有し、この突起は、先端側に向けて順次小径となる複数の円柱状部材が軸方向に同軸に連続してなる形状に形成され、上記バルブヘッドは、シリンダライナ側から吐出路側へ貫通すると共に内形が突起の外形に沿うように形成されて圧縮行程におけるピストンの最大伸長時に突起を外嵌する出口開口部を有する。

したがって、圧縮行程後に被吐出物が残留してしまうシリンダ内のデッドボリュームを極小化してポンプ効率を著しく高めることができる、という優れた効果を奏する。併せて、前者の発明は、吸入弁の閉弁時の液密性を著しく高めることができる、という優れた効果を奏する。

本発明に係るピストンポンプを示す軸方向断面図である。 図１のピストンポンプの主要部を示す軸方向断面図である。 図２のピストンポンプの詳細を示す軸方向断面図である。 図３の突起を示す平面図である。 図３の突起を示す軸方向断面図である。 図１のピストンポンプの吸入行程における内部の圧力変化を示すグラフである。 従来のピストンポンプを示す軸方向断面図である。 図７のピストンポンプの詳細を示す軸方向断面図である。

本発明に係るピストンポンプを実施するための形態を、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一例としてのピストンポンプであり、例えば、船舶等に使用されるもので、高圧の液化天然ガス（被吐出物）を噴射して燃焼させる高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関の、液化ガス供給装置に使用されるピストンポンプ１を示す。このピストンポンプ１は、供給された低温の液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出し、この液化ガスを加熱して気化させるための加熱装置へ供給する。

図１及び図２に示すように、ピストンポンプ１には、内部にシリンダライナ３が液密に配設されたシリンダ２と、シリンダライナ３内に液密に往復動可能に挿通されたピストン５と、シリンダ２の先端部に液密に取り付けられるシリンダヘッド７と、シリンダ２内のシリンダライナ３とシリンダヘッド７との間に画成される空洞であるシリンダヘッド室４と、シリンダヘッド室４内に配設されるバルブヘッド６と、バルブヘッド６内に穿設されてシリンダヘッド室４とシリンダライナ３内とを連通させる４つ（複数）の吸入路１７とが配設される。４つの吸入路１７は、バルブヘッド６の周方向に略９０°毎に配設される
。なお、吸入路１７は必ずしも４つに限定されるものではない。

ピストンポンプ１には、各吸入路１７内にそれぞれ個別に配設されて、ピストン５の吸入行程時に吸入路１７を開弁させると共に、ピストン５の圧縮行程時に吸入路１７を閉弁させる吸入弁１５と、ピストン５の吸入行程時にシリンダヘッド７に設けた吐出路１０を閉弁させると共に、ピストン５の圧縮行程時に吐出路１０を開弁させる吐出弁１１とが配設される。本ピストンポンプ１において、吸入弁１５は４つの吸入路１７内にそれぞれ１つずつ、計４つが配設される。吸入弁１５はバルブヘッド６内に、吐出弁１１はシリンダヘッド７内にそれぞれ配設される。

シリンダヘッド室４は、シリンダライナ３とシリンダヘッド７との間のシリンダ２内に、周方向の３６０°にわたり連通するように設けられている。ピストン５は、いずれも図示しないコントローラにより制御された油圧ポンプなどを駆動源として、クランク機構などの運動変換機構を介してシリンダライナ３内を往復動する。シリンダ２は液体燃料の供給口８を有し、低温の液体燃料がこの供給口８を介して比較的低圧でシリンダヘッド室４内へ供給される。

ピストン５より加圧された低温の液体燃料は、シリンダヘッド７の吐出口９を介して高圧で外部へ吐出される。シリンダヘッド７内には、シリンダヘッド７の吐出口９に連通する１つの吐出路１０が軸方向に穿設されている。ピストン５は、ピストン５よりも小径に形成されてピストン５の先端部５ａからバルブヘッド６側へ突出する突起１６を有する。ピストン５は、その先端領域に複数のピストンリング溝１８が削成され、それぞれにピストンリング１９が取り付けられる。

バルブヘッド６には、シリンダライナ３側の端面からシリンダヘッド７の吐出路１０へ連通する出口開口部２１が穿設され、吐出弁１１がこのシリンダヘッド７の吐出路１０の下部に配設される。吐出弁１１は周部に複数の流入孔を有する一方、シリンダライナ３側の先端部には流入孔が形成されていないから、この先端部が、内部のばねの付勢力によってバルブヘッド６の出口開口部２１の近傍のシリンダヘッド７側の端面に当接することにより閉弁することができる。

吐出弁１１は、圧縮行程時にピストン５がバルブヘッド６側へ伸長し始めると、シリンダライナ３側からの液体燃料の圧力によって内部のばねの付勢力に抗して開弁すると共に、ピストン５の最大伸長時に、ピストン５の最先端部、すなわち上述の突起１６の先端部がバルブヘッド６の出口開口部２１を貫通して、出口開口部２１側からの液体燃料の圧力が急激に低下すると、内部のばねの付勢力によって、バルブヘッド６の出口開口部２１の近傍のシリンダヘッド７側の端面に当接して、再び閉弁する。

図３に示すように、吸入弁１５は、各吸入路１７内にそれぞれ個別に配設される。吸入弁１５は、棒状のステム２６を有する茸型の弁部２７と、この弁部２７を閉弁方向に付勢するコイルばね２８とからなる、茸型弁２５である。この茸型弁２５は、ポペット弁と称されることもある。

茸型弁２５の弁座２９は、各吸入路１７の出口が配設されたバルブヘッド６の端部６ａに形成される。弁座２９には、例えば、主成分のコバルト、これにクロム、タングステンなどを含有させてなる、例えばステライト（商標）等の合金が肉盛り形成される。このコバルト等の合金から形成される弁座２９は、鋳造、研磨等により形成されたものをバルブヘッド６の端部６ａに固着する等の場合もある。このため、弁座２９は、耐摩耗性、耐腐食性、耐高温性に極めて優れたものとなる。

バルブヘッド６の端部６ａは、軸方向断面形状が中心部に向けて一定長だけ傾斜して凹んでいく内台形状に形成される。すなわち、バルブヘッド６の端部６ａは、深さが浅い内切頭円錐状に形成される。上述の弁座２９は、バルブヘッド６の端部６ａの内切頭円錐状の傾斜部６ｂに配設される。また、茸型弁２５の弁部２７及び弁座２９の外縁部が、シリンダライナ３の内周面の軸方向延長面内に収まるように配置される。

上述の茸型弁２５は、吸入行程においてピストン５が最大伸長位置から縮退し始めるとシリンダライナ３内の圧力が急激に低下するため、主として吸入路１７内に供給されている液体燃料の圧力により、コイルばね２８の付勢力に抗してシリンダライナ３側へ開弁する。また、圧縮行程においてピストン５が伸長し始めると、吸入したシリンダライナ３内の液体燃料の圧力が高まり、コイルばね２８の付勢力との合力が吸入路１７内に供給されている液体燃料の圧力に勝って閉弁する。

このように、ピストンポンプ１においては、従来のピストンポンプのように、構造上シリンダライナ内のピストンの半径方向外側に配置しなければならないバルブ収容室を、設ける必要がなくなる。従来のバルブ収容室は、シリンダライナ内のデッドボリュームの中で大きな割合を占めていたから、デッドボリュームを大幅に減少させることができ、ピストンポンプのポンプ効率を著しく高めることができる。

ピストン５の先端部５ａは、軸方向断面形状がバルブヘッド６の内台形状の端部６ａに沿うように、台形状に形成される。すなわち、先端部５ａは、バルブヘッド６の端部６ａの形状に沿うように、高さが低い切頭円錐状に形成される。これによってもデッドボリュームを減少されることができ、ピストンポンプのポンプ効率をさらに高めることができる。

図４及び図５に示すように、ピストン５は、先端部５ａにバルブヘッド６側へ突出する突起１６を有し、この突起１６は、その先端側に向けて順次小径となる３つ（複数）の円柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃが、軸方向に同軸に一体に連続してなる形状に形成される。なお、円柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、必ずしも３つに限定されるものではない。

図３に示すように、突起１６に対応して、バルブヘッド６は出口開口部２１を有し、出口開口部２１は、その内形が突起１６の外形に沿うように、バルブヘッド６側に向けて順次小径となる３つの内円柱状面が軸方向に同軸に連続してなる形状に形成されている。圧縮行程におけるピストン５の最大伸長時に、突起１６はバルブヘッド６の出口開口部２１を貫通する形でこれに内嵌する。

図４及び図５に示すように、突起１６の基部側から第１番目の円柱状部材１６ａと第２番目の円柱状部材１６ｂとには、先端側の端面の角部に面取り状に傾斜する突起傾斜部（傾斜部）３０ａ，３０ｂがそれぞれ形成される。図３に示すように、バルブヘッド６の出口開口部２１は、その内形が突起１６の円柱状部材１６ｂの突起傾斜部３０ａ，３０ｂの外形に沿うように形成された出口傾斜部（傾斜部）３１ａ，３１ｂを有する。

なお、面取り状に傾斜する突起傾斜部３０ａ，３０ｂ及びその外形に沿うように形成される出口傾斜部３１ａ，３１ｂは、軸方向断面が図３〜５に示すような直線状に形成されたものに限定されるものではなく、例えば湾曲ないしＳ字状に形成されたものなども含む。

図４及び図５に示すように、ピストン５は、先端部５ａの端面５ｂに、外周部から突起１６の基部にまで半径方向に直線状に延びる複数の、例えば４つのピストン吐出溝（第１
の溝）３２が、周方向の略９０°毎に放射状にそれぞれ形成される。上述の突起１６の各円柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃには、軸方向にそれらの基部から先端部にまで直線状に延びる複数の、例えば４つの突起吐出溝（第２の溝）３３ａ，３３ｂ，３３ｃが、外周部に周方向の略９０°毎にそれぞれ形成される。

突起１６の最基部側の円柱状部材１６ａの４つの突起吐出溝３３ａは、上述のピストン５の先端部５ａの端面５ｂに設けられた４つのピストン吐出溝３２にそれぞれ連通している。なお、ピストン吐出溝３２及び突起吐出溝３３ａ，３３ｂ，３３ｃはそれぞれ１つでもよい。

ピストン吐出溝３２及び突起吐出溝３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、液体燃料がスムーズに吐出できる最小限の断面積に形成される。バルブヘッド６側には、これらのピストン吐出溝３２及び突起吐出溝３３ａ，３３ｂ，３３ｃに対応する凸部等は設けられない。

図６は、上述のピストンポンプ１の吸入行程における時間経過とシリンダライナ３内の圧力との関係を示したものである。図６に示すように、直前の圧縮行程により、上述の吸入弁１５と吐出弁１１とが閉弁している状態での、吸入行程直前のシリンダライナ３内の圧力は極めて高いものであったが、吸入行程に入りピストン５が最大伸長位置から縮退し始めると、吸入弁１５が開弁してシリンダライナ３内の圧力は急激に低下すると共に、低温の液体燃料がシリンダライナ３内に吸入される。

続く圧縮行程に入ってピストン５が最大伸長位置の方向へ移動し始めると、吸入弁１５が閉弁して、ピストン５の伸長とともにシリンダライナ３内の圧力は急激に高まる。このように、本ピストンポンプ１は、上述の吸入弁１５が正しく機能して、所望の性能を発揮していることが確認された。

このように、ピストン５は先端部５ａに突起１６を有し、突起１６は、順次小径となる３つの円柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃが軸方向に同軸に連続してなる形状に形成される一方、バルブヘッド６は、圧縮行程におけるピストン５の最大伸長時に突起１６を外嵌するように形成された出口開口部２１を有するから、圧縮行程においてピストン５の先端部５ａがバルブヘッド６の出口開口部２１に挿入された後も、ピストン５の先端部５ａと出口開口部２１との間の隙間は段階的に狭くなるため、液体燃料の圧力が急上昇することが防止され、液体燃料がスムーズに吐出される。

また、ピストン５の先端部５ａと出口開口部２１との間の隙間が段階的に狭くなるようにしたから、ピストン５の先端部５ａと出口開口部２１との間の隙間を極小に形成することができ、シリンダライナ内のデッドボリュームを減少させることができる。これにより、低温の液体燃料が次の吸入行程における圧力降下によってガス化することが確実に防止され、ピストンポンプのポンプ効率を著しく高めることができる。

一方、突起１６の最先端の円柱状部材１６ｃを除く２つの円柱状部材１６ａ，１６ｂには、先端側の端面の角部に面取り状の突起傾斜部３０ａ，３０ｂが形成される一方、バルブヘッド６の出口開口部２１は、内形が突起１６の突起傾斜部３０ａ，３０ｂの外形に沿うように形成された出口傾斜部３１ａ，３１ｂを有するから、液体燃料が突起１６の３つの円柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃに沿って軸方向にスムーズに吐出されるようになる。

また、上述のピストン５の４つのピストン吐出溝３２と、突起１６の各円柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃの４つの突起吐出溝３３ａ，３３ｂ，３３ｃとにより、ピストン５が最大伸長位置近くまで到達しても、加圧された液体燃料がこれらのピストン吐出溝３２と
突起吐出溝３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを介して、シリンダヘッド７内の吐出弁１１側へスムーズに吐出され、液体燃料が、例えばバルブヘッド６とピストン５の先端部５ａの端面５ｂとの間に残留する可能性を低減することができる。

したがって、ピストンの最大伸長時に、ピストン５の先端部５ａとバルブヘッド６との間の隙間やピストン５の先端部５ａの突起１６とバルブヘッド６の出口開口部２１との間の隙間などをさらに極小に形成することができ、シリンダライナ３内のデッドボリュームを一段と減少させることができる。

なお、上述のピストンポンプ１は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。

本発明のピストンポンプは、上述の低温の液体燃料用のピストンポンプとしてのみならず、一般のピストンポンプとしても広く利用可能である。

１ ピストンポンプ
２ シリンダ
３ シリンダライナ
４ シリンダヘッド室
５ ピストン
５ａ 先端部
５ｂ 端面
６ バルブヘッド
６ａ 端部
６ｂ 傾斜部
７ シリンダヘッド
８ 供給口
９ 吐出口
１０ 吐出路
１１ 吐出弁
１５ 吸入弁
１６ 突起
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 円柱状部材
１７ 吸入路
１８ ピストンリング溝
１９ ピストンリング
２１ 出口開口部
２５ 茸型弁
２６ ステム
２７ 弁部
２８ コイルばね
２９ 弁座
３０ａ，３０ｂ 突起傾斜部（傾斜部）
３１ａ，３１ｂ 出口傾斜部（傾斜部）
３２ ピストン吐出溝（第１の溝）
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 突起吐出溝（第２の溝）
１０１ ピストンポンプ
１０２ シリンダ
１０３ シリンダライナ
１０４ シリンダヘッド室
１０５ ピストン
１０６ バルブヘッド
１０７ シリンダヘッド
１０８ 供給口
１０９ 吐出口
１１０，１１１ 吐出路
１１３ バルブ収容室
１１４ 圧力ばね
１１５ バルブプレート
１１６ 先端部
１１８ ピストンリング溝
１１７ 吸入路
１１９ ピストンリング
１２０ 吐出弁
１２１ 出口開口部

Claims (9)

1. 内部にシリンダライナ（３）が配設されたシリンダ（２）と、前記シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストン（５）と、前記シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッド（７）と、前記シリンダ内の前記シリンダライナと前記シリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室（４）と、前記シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッド（６）と、前記バルブヘッド内に穿設されて前記シリンダヘッド室と前記シリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路（１７）と、前記吸入路内に個別に配設されて前記ピストンの吸入行程時に前記吸入路を開弁させると共に前記ピストンの圧縮行程時に前記吸入路を閉弁させる吸入弁（１５）と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路（１０）と、前記ピストンの吸入行程時に前記シリンダヘッドに設けた吐出路を閉弁させると共に前記ピストンの圧縮行程時に前記吐出路を開弁させる吐出弁（１１）とを備えたことを特徴とするピストンポンプ。
2. 前記吸入弁（１５）は、棒状のステム（２６）を有する茸型の弁部（２７）と、前記弁部を閉弁方向に付勢するばね（２８）とからなる茸型弁（２５）であることを特徴とする請求項１に記載のピストンポンプ。
3. 前記茸型弁（２５）は、前記弁部（２７）が前記バルブヘッド（６）内に穿設された前記吸入路（１７）の出口に設けられた弁座（２９）に前記シリンダライナ（３）側から当接して閉弁することを特徴とする請求項２に記載のピストンポンプ。
4. 前記茸型弁（２５）は、前記弁部（２７）の外縁部が前記シリンダライナ（３）の内周面内又は前記内周面の軸方向延長面内に収まるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のピストンポンプ。
5. 前記バルブヘッド（６）の前記ピストン（５）側の端部（６ａ）は、軸方向断面形状が中心部に向けて凹んでいく内台形状に形成され、前記ピストンの先端部（５ａ）は、軸方向断面形状が前記バルブヘッドの前記端部の形状に沿うように台形状に形成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のピストンポンプ。
6. 内部にシリンダライナ（３）が配設されたシリンダ（２）と、前記シリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストン（５）と、前記シリンダの先端部に取り付けられるシリンダヘッド（７）と、前記シリンダライナと前記シリンダヘッドとの間に画成されるシリンダヘッド室（４）と、前記シリンダヘッド室内に配設されるバルブヘッド（６）と、前記バルブヘッド内に穿設されて前記シリンダヘッド室内と前記シリンダライナ内とを連通させる複数の吸入路（１７）と、前記ピストンの吸入行程時に前記吸入路を開弁させると共に前記ピストンの圧縮行程時に前記吸入路を閉弁させる吸入弁（１５）と、被吐出物を外部へ吐出するための吐出路（１０）と、前記ピストンの吸入行程時に前記シリンダヘッドに設けた吐出路を閉弁させると共に前記ピストンの圧縮行程時に前記吐出路を開弁させる吐出弁（１１）とを備えたピストンポンプにおいて、前記ピストンは、先端部（５ａ）に前記バルブヘッド側へ突出する突起（１６）を有し、前記突起は、先端側に向けて順次小径となる複数の円柱状部材（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）が軸方向に同軸に連続してなる形状に形成され、前記バルブヘッドは、前記シリンダライナ側から前記吐出路側へ貫通すると共に内形が前記突起の外形に沿うように形成されて圧縮行程における前記ピストンの最大伸長時に前記突起を外嵌する出口開口部（２１）を有することを特徴とするピストンポンプ。
7. 前記円柱状部材（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）は、先端側の端面の角部に面取り状の傾斜部（３０ａ，３０ｂ）が形成され、前記バルブヘッド（６）の前記出口開口部（２１）は
   、前記内形が前記突起の前記傾斜部の外形に沿うように形成された傾斜部（３１ａ，３１ｂ）を有することを特徴とする請求項６に記載のピストンポンプ。
8. 前記ピストン（５）は、半径方向に前記突起（１６）の基部にまで延びる第１の溝（３２）が先端側の端面（５ｂ）に形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のピストンポンプ。
9. 前記円柱状部材（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）は、軸方向に先端部にまで延びる第２の溝（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）が外周部に形成されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のピストンポンプ。

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