JP3882457B2

JP3882457B2 - アキシャルプランジャポンプ

Info

Publication number: JP3882457B2
Application number: JP2000090693A
Authority: JP
Inventors: 英紀町村; 由起夫高橋; 稔橋田; 好信小野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001271763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板の揺動によって回転軸の回転運動をプランジャの往復運動に変換する機構を備えたアキシャルプランジャポンプに係り、特に斜板とプランジャとの間にスリッパを有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアキシャルプランジャポンプでは、たとえば特開平５−１１３１７３号に示されているように、シリンダの圧縮室からプランジャの貫通孔を介して圧縮油の圧力をスリッパとプランジャの接触部に供給している。
【０００３】
更に、上記ポンプでは、スリッパにも貫通孔を設け、上記高圧をスリッパと斜板の摺接面間に上記圧縮油を導き主に静圧により油膜を確保している。
【０００４】
またスリッパとプランジャとの接触面間の潤滑は、プランジャが吸入，圧縮工程を繰り返すことで発生するスクイーズ効果と、プランジャ先端の球面部が揺動することで発生する潤滑油の吸い込み効果により確保している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、圧縮室からスリッパの摺動部に高圧油を導くため、作動流体の一部を漏洩させていることとなり、容積効率を悪化させていた。
【０００６】
また、作動流体とスリッパ摺動部を潤滑するための流体を隔絶したい場合は、２流体が混合することとなり構造が成立しない。
【０００７】
また、プランジャの戻しばねを有する構造をとる場合、前記スクイーズ効果によるスリッパ球面側の油膜形成効果は低減する。
【０００８】
また、斜板角或いは斜軸角が極端に小さい場合、前記潤滑油の引き込み効果は低減する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、スリッパの中央部にスリッパの表裏を連通する細孔を設け、斜板とスリッパとが摺動することでスリッパの摺動面部に発生する潤滑油の動圧をスリッパとプランジャとの摺接部に供給し、さらにこの動圧を利用して斜板面に供給される潤滑油をスリッパとプランジャとの摺接部から漏れ出させるように構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を有するガソリン直接噴射エンジン用高圧ガソリンポンプの構造図を示す。
【００１１】
図示しないエンジンのカムシャフトからの回転力がカップリング１を介してシャフト２に伝達されると、ケーシング３にラジアル軸受４とスラスト軸受５を介して回転自在に支持されている前記シャフト２が回転する。前記シャフト２には前記シャフト２の軸線に対し傾きをもつ平面２ａａを有する斜板部２ａが一体に形成されており、シャフト２が回転することで前記平面２ａａには回転揺動運動が発生する。前記平面２ａａに摺接する平面部６ａを有し反対側に凹球面部６ｂを有するスリッパ６は、平面部６ａと凹球面部６ｂが細孔６ｃで連通しており、凸球面部７ａを有するプランジャ７に回転及び揺動自在に係留されている。また前記プランジャ７は、シリンダ８の中心軸を中心に円周配置したボア穴８ａに往復動自在に支持されている。シリンダ８は、ケーシング３とリアボディ１３により挟まれ、締付けボルト１４の推力により固定されている。図示しないフィードポンプにより、送られてきた低圧燃料は、前記リアボディ１３に設けられた通路１３ａを通り、シリンダ８の中央部に設けられた低圧燃料室８ｄに流入する。
【００１２】
前記プランジャ７の内部には吸入弁９が設けられ、前記低圧燃料室８ｄに流入した低圧燃料は、連通孔８ｅを通り、プランジャ７の吸入通路７ｂが開口する位置に形成された低圧燃料室８ｂに流入する。さらにプランジャ７の内部には、戻しばね１０が設けられ、上死点へ移動したプランジャ７を下死点方向へ押し戻す。上記プランジャ７が往復運動することで、プランジャ７とボア穴８ａで囲まれた圧縮室８ｃの容積は収縮、膨張を繰り返すことで、吸入弁９から流入した低圧燃料を加圧し、ボア穴８ａの底部に設けられた吐出弁１１から、リアボディ１３に設けられた高圧ガソリン室１３ｂへ高圧ガソリンを吐出する。
【００１３】
また前記ケーシング３とシリンダ８により囲むことで形成され、斜板部２ａ，スリッパ６、及びプランジャ７の凸球面部７ａを内蔵するオイル室３ａには、軸受及び摺動部潤滑用のオイルが貯溜されており、前記低圧燃料室８ｂとオイル室３ａは、軸シール１２により隔絶されている。前記ケーシング３には図示しないエンジン側から供給されるオイルをオイル室３ａに導入するためのオイル孔３ｂが設けられ、前記オイル孔３ｂから流入したオイルは、一部がオイル室３ａに貯溜し軸受と摺動部の潤滑を行なう。また、余剰分のオイルはラジアル軸受４のボール間隙間を通り、図示しないエンジンのシリンダヘッド部へ帰還する。
【００１４】
図２に本発明の一実施形態におけるスリッパの摺動状態説明図を示すが、オイルが貯溜するオイル室３ａ中で、スリッパ６の平面部６ａは斜板部２ａの平面２ａａ上を相対速度Ｖで摺動すると、平面部６ａと平面２ａａの隙間には潤滑剤としてのオイルが介在し、動圧が発生する。前記動圧の圧力分布ｐを動圧の発生する面積ａ上で積分し得られる荷重Ｆは、プランジャ７がスリッパ６を押付ける力Ｗ、即ち圧縮室８ｂからプランジャ７が受ける圧縮反力と戻しばね１０のばね力による合成荷重と釣り合う。また、稼動時前記スリッパ６の平面部６ａに生ずる圧力分布ｐは、スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａの摺接部に隙間がなく、圧力漏れが生じないと仮定した場合、中央部で最も高くなる傾向を示す。スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａの摺接部に隙間がなく、圧力漏れが生じないと仮定した場合の、前記平面部６ａの中央部に生ずる圧力をＰmaxとし、この圧力Ｐmaxが細孔６ｃにより連通することで凹球面部６ｂに作用すると、スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａの接触部より内側の面（前記平面２ａａへの投影面積Ａ）には上記圧力Ｐmaxが作用する。即ち、スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａは荷重Ｆａ＝Ｐmax×Ａで引き離されようとする。前記荷重ＦとＦａの間にＦ≦Ｆａの関係が成立する様前記面積Ａを設定すると、実際は前記荷重ＦとＦａは釣り合わなければならず、スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａの接触部には隙間が発生しオイルの流れが生じる。したがって、球面摺動部の油膜が確保可能となる。さらに、図３に示す様、スリッパ６の平面部６ａを凸状にすることで、前記荷重Ｆに変化はなくとも圧力分布ｐを変化させることができ、中央部に生ずる圧力Ｐmaxを高めることが可能となる。但し実際の圧力分布は、スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａの間に油膜（オイルの流れ）が存在すると、図４に示す様、中央部に生ずる圧力ＰmaxはＰ′maxまで低下していることは言うまでもない。また、図５に示す様スリッパ６の凹球面部６ｂとプランジャ７の凸球面部７ａが環状の接触幅Ｓで接触する場合は、前記凹球面部６ｂ側に生ずる圧力分布は台形上となる。この様な場合、少なくとも前記環状の内側接触部（面積Ａ″）で受圧面積を設定すれば、同様に扱うことができる。
【００１５】
また、形状や潤滑環境、及び摺動部の面粗さの制約があり前記面積Ａを十分にとることができない場合、焼結材に代表される空孔を有する多孔質材をスリッパ６の材料に適用することで、凹球面部６ｂへの潤滑油供給を補うことも潤滑上有効である。さらにスリッパ６の摺動部が潤滑上不利な条件下で摺動する場合は、前記焼結材に水蒸気処理による硬質酸化膜（Ｆｅ₃Ｏ₄）を形成し、表面の塑性流動を防ぐことで、耐摩耗性、及び耐焼付性を向上させることも可能である。また、スリッパ６の材質にマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、スリッパ６の摺動表面に窒化層を形成することも耐焼付性を向上する上で有効である。当然のことながら、相手材すなわち斜板２ａ及びプランジャ７の材質を摺動性に優れたものにすることでスリッパ６の耐摩耗性、及び耐焼付性は向上する。斜板２ａの材料としては、例えば平面２ａａ表面に存在する黒鉛の自己潤滑作用が発揮される球状黒鉛鋳鉄を用いることも有効である。また、プランジャ７の材料としては、例えば合金工具鋼を用い、更に摺動表面に窒化層を形成する方法も有効である。
【００１６】
本実施例でスリッパの中央に細孔を設けた場合は設けない場合に比べスリッパのプランジャ側の摺接部の摩耗量が約１／７に減った。
【００１７】
また、スリッパの斜板との摺接面側を２、５ミクロンの凸球面に形成した場合、スリッパのプランジャ側の摺接部の摩耗量が１／９０乃至１／１６０に低下した。
【００１８】
本実施例によれば、圧縮室からプランジャの貫通孔を介して高圧をスリッパ摺動部に供給しなくてもスリッパ摺動部の油膜形成が可能となるため、作動流体の漏洩を抑えることができ容積効率が向上する。
【００１９】
さらに、プランジャとシリンダの間に軸シールを設けることで作動流体とスリッパの摺動部を潤滑するための流体を隔絶することが可能となる。
【００２０】
また、プランジャの戻しばねにより常にプランジャがスリッパに押付けられる場合でも、スクイーズ効果に期待することなく、スリッパ球面側の油膜形成が可能となる。
【００２１】
斜板角或いは斜軸角が極端に小さい場合も、球面部の揺動運動による潤滑油の引き込み効果に期待することなく、スリッパ球面側の油膜形成が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、斜板とスリッパとの間に供給される潤滑油によって、斜板とスリッパとの間の潤滑だけでなく、スリッパとプランジャとの間の潤滑も可能となった。
【００２３】
また、潤滑油の動圧が斜板とスリッパとの間及びスリッパとプランジャとの間に作用することで、これら相互の金属接触が緩和され結果的にこれらの間の摺動による摩耗が低減した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を有するガソリン直接噴射エンジン用高圧ガソリンポンプの構造図。
【図２】本発明の一実施形態におけるスリッパの摺動状態説明図。
【図３】本発明の一実施形態におけるスリッパ平面側圧力分布改善手段説明図。
【図４】本発明の一実施形態におけるスリッパ平面側圧力分布説明図。
【図５】本発明の一実施形態におけるスリッパ球面側圧力分布説明図。
【符号の説明】
１…カップリング、２…シャフト、２ａ…斜板部、２ａａ…平面、３…ケーシング、３ａ…オイル室、３ｂ…オイル孔、４…ラジアル軸受、５…スラスト軸受、６…スリッパ、６ａ…平面部、６ｂ…凹球面部、６ｃ…細孔、７…プランジャ、７ａ…凸球面部、７ｂ…吸入通路、８…シリンダ、８ａ…ボア穴、８ｂ…低圧燃料室、８ｃ…圧縮室、８ｄ…低圧燃料室、８ｅ…連通孔、９…吸入弁、１０…戻しばね、１１…吐出弁、１２…軸シール、１３…リアボディ、１３ｂ…高圧ガソリン室、１４…締付けボルト。

Claims

回転斜板と往復動プランジャとの間に配設され、前記斜板と摺接するスリッパを有し、
前記プランジャは前記スリッパとの接触面側が凸球面形状に形成され、
前記スリッパの前記プランジャとの接触面側は凹球面に形成され、
両者が接触した状態で、前記凹凸球面で囲まれた微少空間が形成され、
当該空間と前記スリッパの前記斜板との摺接面とを繋ぐ細孔が前記スリッパに設けられたものにおいて、
前記斜板の平面とスリッパの凸球面部とが摺動することでスリッパの凸球面部に発生する動圧の積分値Ｆ（但し、スリッパの凹球面部とプランジャの凸球面部の摺接部に隙間がなく、圧力漏れが生じないと仮定した場合の値）に対し、スリッパの平面側中央部に発生する動圧Ｐ max （但し、スリッパの凹球面部とプランジャの凸球面部の摺接部に隙間がなく、圧力漏れが生じないと仮定した場合の値）とスリッパ凹球面部におけるプランジャ凸球面部との摺接部より内側の面積Ａ（但しスリッパの平面側への投影面積）の積をＦ≦
Ｐ max ×Ａとなるように前記面積Ａを規定し、
前記スリッパの前記斜板との摺接面部に発生する動圧を、前記細孔を介して前記微小空間に導き、
当該動圧の作用で前記スリッパの裏面に設けた前記凹球面と前記プランジャの先端の前記凸球面との摺接面部とが離間して微小隙間が発生するように構成し、
もって、前記細孔を通り、前記微小空間および微小隙間を通って流れる潤滑油の
流れを形成するよう構成されたアキシャルプランジャポンプ。
前記スリッパの斜板との摺動面側を凸状に形成した請求項１に記載したアキシャルプランジャポンプ。
スリッパの材質に空孔を有する焼結材、或いは前記焼結材に水蒸気処理による硬質酸化膜（Ｆｅ₃Ｏ₄）を形成した材料を用いた請求項１に記載のアキシャルプランジャポンプ。
スリッパの材質にマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、更にスリッパの摺動表面に窒化層を形成した請求項１に記載のアキシャルプランジャポンプ。
斜板の材質に球状黒鉛鋳鉄を用いた請求項１に記載のアキシャルプランジャポンプ。
プランジャの材質に合金工具鋼を用い、更にプランジャの摺動表面に窒化層を形成した請求項１に記載のアキシャルプランジャポンプ。