JP4404124B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体を吸入・吐出するポンプに関する。

圧縮着火式内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置は、燃料を加圧してコモンレールに供給するサプライポンプを備えている。そのサプライポンプは、シリンダの内周面とプランジャの端面（頂部）とによってポンプ室が形成され、シリンダ内でプランジャが往復動してポンプ室内の燃料が加圧され、シリンダの側面に形成された吐出通路を介して高圧燃料がコモンレール側に吐出されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６４−７３１６６号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来のサプライポンプは、ポンプ室内の燃料が加圧されると、シリンダ内周は燃料圧力によりシリンダ径方向（以下、径方向と略す）外側に膨らむため、シリンダ内周面にはシリンダ周方向（以下、周方向と略す）の引張応力が発生する。ここで、図７は、従来のサプライポンプにおけるシリンダ内周面の展開図であり、図中の多数の矢印は、ポンプ室内の燃料が加圧されたときに発生する引張応力の方向を示している。

そして、この図７に示すように、シリンダの内周面と吐出通路１３ｃの内周面とが交差する連結部１３ｘの近傍には、周方向の引張応力が集中して高応力が発生する。そして、ポンプ運転時には、燃料の吸入、圧送を繰り返すことにより、連結部１３ｘ近傍に応力振幅が発生して疲労破壊が発生し、シリンダ破損が生じる虞がある。

また、図８に示すように、シリンダ１３の軸線Ｊ１に対して吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２が傾斜している場合は、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鋭角となる側の連結部１３ｘ近傍の壁面厚さｔ１は、シリンダの軸線と吐出通路の軸線とのなす角が鈍角となる側の連結部近傍の壁面厚さｔ２よりも小さいため、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鋭角となる側の連結部１３ｘ近傍に、特に高い応力が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、シリンダの側面に吐出通路が形成されたポンプにおいて、シリンダ破損を防止することを目的とする。

本発明は、シリンダ（１３）の内周面とプランジャ（１４）の端面とによってポンプ室（１５）が形成され、シリンダ（１３）内でプランジャ（１４）が往復動してポンプ室（１５）内の流体が加圧され、シリンダ（１３）の側面に形成された吐出通路（１３ｃ）を介してポンプ室（１５）の加圧流体が外部に導かれ、シリンダ（１３）の内周面と吐出通路（１３ｃ）の内周面とが交差する連結部に、シリンダ（１３）の内周面から径方向外方に窪んだ凹部（１３ｄ）が設けられたポンプにおいて、シリンダ（１３）の軸線（Ｊ１）に対して吐出通路（１３ｃ）の軸線（Ｊ２）が傾斜しており、凹部（１３ｄ）は、シリンダ（１３）の軸線（Ｊ１）と吐出通路（１３ｃ）の軸線（Ｊ２）とのなす角が鋭角となる側の連結部に設けられ、シリンダ（１３）の軸線（Ｊ１）と吐出通路（１３ｃ）の軸線（Ｊ２）とのなす角が鈍角となる側の連結部には設けられていないことを特徴とする。

このようにすれば、ポンプ室（１５）の流体の圧力により連結部近傍に作用する引張応力は、凹部（１３ｄ）内でシリンダ軸線方向の引張応力に変換されるため、凹部（１３ｄ）内の連結部近傍に作用する周方向の引張応力が大幅に低減される。したがって、凹部（１３ｄ）内の連結部近傍に発生する周方向の引張応力が大幅に低減されてシリンダ（１３）の破損が一層確実に防止される。

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。

以下説明する第１〜第３実施形態のうち、特許請求の範囲に記載した発明の実施形態は第２、第３実施形態であり、第１実施形態は本発明の前提となる参考例である。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態に係るポンプは、圧縮着火式内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置において、高圧の燃料を蓄えるコモンレールに高圧の燃料を供給するサプライポンプとして用いられる。

図１は本実施形態に係るポンプの構成を示すもので、ポンプハウジング１０には、その下端側に位置するカム室１０ａと、このカム室１０ａからポンプハウジング１０の上方に向かって延びる円柱状の摺動子挿入孔１０ｂと、この摺動子挿入孔１０ｂからポンプハウジング１０の上端面まで延びる円柱状のシリンダ挿入孔１０ｃとが形成されている。

カム室１０ａには、図示しない圧縮着火式内燃機関（以下、内燃機関という）にて駆動されるカム軸１１が配置され、このカム軸１１はポンプハウジング１０に回転自在に支持されている。また、カム軸１１にはカム１２が形成されている。

シリンダ挿入孔１０ｃには、シリンダ挿入孔１０ｃを塞ぐようにしてシリンダ１３が取り付けられている。このシリンダ１３には、円柱状のプランジャ挿入穴１３ａが形成されており、このプランジャ挿入穴１３ａに、円柱状のプランジャ１４が往復動自在に挿入されている。そして、このプランジャ１４の上端面とシリンダ１３の内周面とによりポンプ室１５が形成されている。

プランジャ１４の下端にシート１４ａが連結されており、このシート１４ａはスプリング１６によって摺動子１７に押し付けられている。この摺動子１７は、円筒状に形成されており、摺動子挿入孔１０ｂに往復動自在に挿入されている。また、摺動子１７にはカムローラ１８が回転自在に取り付けられており、このカムローラ１８はカム１２に当接している。そして、カム軸１１の回転によりカム１２が回転すると、シート１４ａ、摺動子１７およびカムローラ１８とともに、プランジャ１４が往復駆動されるようになっている。

シリンダ１３とポンプハウジング１０との間には、燃料溜り１９が形成されている。この燃料溜り１９には、図示しないフィードポンプから吐出される低圧の燃料が、図示しない低圧燃料配管を介して供給されるようになっている。また、燃料溜り１９は、シリンダ１３に形成された吸入通路１３ｂ、および電磁弁３０内の吸入通路３１ａを介して、ポンプ室１５に連通されている。

シリンダ１３の側面には、ポンプ室１５に常時連通する吐出通路１３ｃが形成されている。そして、ポンプ室１５は、この吐出通路１３ｃ、吐出弁２０、および図示しない高圧燃料配管を介して図示しないコモンレールに接続されている。

吐出弁２０は、吐出通路１３ｃの下流側においてシリンダ１３に取り付けられている。この吐出弁２０は、吐出通路１３ｃを開閉する弁体２０ａと、この弁体２０ａを閉弁向きに付勢するスプリング２０ｂとを備えている。そして、ポンプ室１５で加圧された燃料は、スプリング２０ｂの付勢力に抗して弁体２０ａを開弁向きに移動させ、コモンレールに圧送されるようになっている。

電磁弁３０は、プランジャ１４の上端面に対向した位置において、ポンプ室１５を閉塞するようにしてシリンダ１３に螺合固定されている。電磁弁３０のボディ３１には、一端がポンプ室１５に連通し他端が吸入通路１３ｂに連通する吸入通路３１ａと、この吸入通路３１ａ中に配置されたシート部（図示せず）とが形成されている。

また、この電磁弁３０は、通電時に吸引力を発生するソレノイド３２、ソレノイド３２により吸引されるアーマチャ３３、このアーマチャ３３を反吸引側に向かって付勢するスプリング３４、アーマチャ３３と一体に移動してシート部に接離することにより吸入通路３１ａを開閉する弁体３５、この弁体３５の開弁時の位置を規制するストッパ３６とを有している。ストッパ３６は、電磁弁３０とシリンダ１３に挟持されており、吸入通路３１ａとポンプ室１５とを連通させる連通孔（図示せず）が多数形成されている。

次に、本実施形態になるポンプの要部の構成について詳述する。図２（ａ）は図１のポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のシリンダ１３の内周面の展開図である。

図２に示すように、ポンプ室１５を囲むシリンダ１３の内周面において、シリンダ１３の内周面と吐出通路１３ｃの内周面とが交差する連結部に、シリンダ１３の内周面から径方向外方に窪んだ凹部１３ｄが設けられている。換言すると、シリンダ１３の内周面に、シリンダ１３の内周面から径方向外方に窪んだ凹部１３ｄを備え、吐出通路１３ｃにおけるポンプ室１５側の開口端部は凹部１３ｄに開口している。なお、凹部１３ｄは、電解加工によって形成されており、球面形状になっている。また、シリンダ１３の軸線Ｊ１に対して吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２が傾斜している。

上記構成になるポンプの作動を説明する。まず、電磁弁３０のソレノイド３２に通電されていないときには、弁体３５はスプリング３４の付勢力により開弁位置に移動されている。すなわち、弁体３５がボディ３１のシート部から離れており、吸入通路３１ａが開かれている。

そして、吸入通路３１ａが開かれている状態でプランジャ１４が下降するときには、フィードポンプから吐出される低圧の燃料が、燃料溜り１９、吸入通路１３ｂ、および吸入通路３１ａを介して、ポンプ室１５に供給される。

次いで、プランジャ１４が上昇し始めると、プランジャ１４はポンプ室１５内の燃料を加圧しようとする。しかし、プランジャ１４の上昇開始初期においては、電磁弁３０に通電されておらず、吸入通路３１ａが開かれているため、ポンプ室１５内の燃料は、吸入通路３１ａおよび吸入通路１３ｂを介して燃料溜り１９側に溢流し、加圧されない。

このポンプ室１５内の燃料の溢流中に電磁弁３０に通電されると、アーマチャ３３および弁体３５がスプリング３４に抗して吸引され、弁体３５がボディ３１のシート部に着座して吸入通路３１ａが閉塞される。これにより、燃料溜り１９側への燃料の溢流が停止されて、プランジャ１４によるポンプ室１５内の燃料の加圧が開始される。そして、ポンプ室１５内の燃料圧力により吐出弁２０が開弁され、燃料がコモンレールに圧送される。

次に、シリンダ１３の内周面に発生する引張応力について詳述する。図３（ａ）は引張応力の方向を示す図２のシリンダ１３の内周面の展開図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図３（ａ）、図３（ｂ）の多数の矢印は、ポンプ室１５内の燃料が加圧されたときに発生する引張応力の方向を示している。そして、シリンダ１３の内周面と吐出通路１３ｃの内周面とが交差する連結部の近傍に作用する周方向の引張応力は、シリンダ１３の内周面と凹部１５ｄとの境界線に沿って伝達されて分散されるため、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、連結部近傍に発生する周方向の引張応力も分散され、連結部近傍に発生する周方向の引張応力が低減される。なお、シミュレーションによると、連結部近傍に発生する周方向の最大引張応力を従来の８０％程度に抑制できることが確認された。

本実施形態では、シリンダ１３の軸線Ｊ１に対して吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２が傾斜しているポンプを示したが、シリンダ１３の軸線Ｊ１に対して吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２が直交していてもよい。

（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４（ａ）は第２実施形態に係るポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のシリンダ１３の内周面の展開図である。本実施形態は、凹部１５ｄを設ける範囲が第１実施形態と異なっている。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４に示すように、シリンダ１３の軸線Ｊ１に対して吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２が傾斜している場合は、シリンダ１３の内周面と吐出通路１３ｃの内周面とが交差する連結部の近傍のうち、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鋭角となる側の連結部の近傍に、特に高い応力が発生する。

そして、本実施形態では、シリンダ１３の内周面と吐出通路１３ｃの内周面とが交差する連結部の近傍のうち、特に高い応力が発生する部位である、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鋭角となる側の連結部の近傍に凹部１３ｄが設けられている。一方、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鈍角となる側の連結部の近傍には凹部１３ｄは設けられていない。

換言すると、吐出通路１３ｃにおけるポンプ室１５側の開口端部のうち、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鋭角となる側の開口端部は凹部１３ｄに開口し、シリンダ１３の軸線Ｊ１と吐出通路１３ｃの軸線Ｊ２とのなす角が鈍角となる側の開口端部はシリンダ１３の内周面に開口している。

次に、シリンダ１３の内周面に発生する引張応力について詳述する。図５（ａ）は引張応力の方向を示す図４のシリンダ１３の内周面の展開図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

図５（ａ）、図５（ｂ）の多数の矢印は、ポンプ室１５内の燃料が加圧されたときに発生する引張応力の方向を示している。そして、シリンダ１３の内周面と吐出通路１３ｃの内周面とが交差する連結部の近傍に作用する引張応力は、凹部１５ｄ内でシリンダ１３の軸線Ｊ１方向の引張応力に変換されるため、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、凹部１５ｄ内においてはシリンダ１３の軸線Ｊ１方向の引張応力が主となり、連結部近傍に発生する周方向の引張応力が大幅に低減される。なお、シミュレーションによると、連結部近傍に発生する周方向の最大引張応力を従来の６０％程度に抑制できることが確認された。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図６（ａ）は第３実施形態に係るポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。本実施形態は、凹部１５ｄの加工方法が第２実施形態と異なっている。第２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。

第２実施形態では、凹部１３ｄを電解加工によって球面形状に加工したが、図６に示すように、凹部１３ｄをフライス加工によって円柱状に加工してもよい。また、第１実施形態のポンプにおいても、凹部１３ｄをフライス加工によって円柱状に加工してもよい。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明を内燃機関用燃料噴射装置のサプライポンプに適用したが、本発明は、流体を吸入・吐出するポンプに広く適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るポンプの構成を示す断面図である。 （ａ）は図１のポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のシリンダ１３の内周面の展開図である。 （ａ）は引張応力の方向を示す図２のシリンダ１３の内周面の展開図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のシリンダ１３の内周面の展開図である。 （ａ）は引張応力の方向を示す図４のシリンダ１３の内周面の展開図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係るポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 従来のポンプにおけるシリンダ内周面の展開図である。 従来のポンプにおけるシリンダ１３の要部を示す断面図である。

符号の説明

１３…シリンダ、１４…プランジャ、１５…ポンプ室、１３ｃ…吐出通路、１３ｄ…凹部。

Claims (1)

1. シリンダ（１３）の内周面とプランジャ（１４）の端面とによってポンプ室（１５）が形成され、前記シリンダ（１３）内で前記プランジャ（１４）が往復動して前記ポンプ室（１５）内の流体が加圧され、前記シリンダ（１３）の側面に形成された吐出通路（１３ｃ）を介して前記ポンプ室（１５）の加圧流体が外部に導かれ、前記シリンダ（１３）の内周面と前記吐出通路（１３ｃ）の内周面とが交差する連結部に、前記シリンダ（１３）の内周面から径方向外方に窪んだ凹部（１３ｄ）が設けられたポンプにおいて、
   前記シリンダ（１３）の軸線（Ｊ１）に対して前記吐出通路（１３ｃ）の軸線（Ｊ２）が傾斜しており、
   前記凹部（１３ｄ）は、前記シリンダ（１３）の軸線（Ｊ１）と前記吐出通路（１３ｃ）の軸線（Ｊ２）とのなす角が鋭角となる側の連結部に設けられ、前記シリンダ（１３）の軸線（Ｊ１）と前記吐出通路（１３ｃ）の軸線（Ｊ２）とのなす角が鈍角となる側の連結部には設けられていないことを特徴とするポンプ。

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