JP4941262B2 - ポンプ - Google Patents

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。

従来のポンプは、図１４に示すように、カムリング１８がカム軸１４の周りを自転することなく公転し、タペット２０２がカムリング１８のカムリング摺動面
１８ｃと摺動しつつ往復移動し、さらにプランジャ２０１がタペット２０２とともに往復移動して流体を圧送するようになっている（特許文献１、２参照）。なお、図１４は従来のポンプにおける全量吐出時の圧送行程を示している。より詳細には、図１４（ａ）は圧送開始時、図１４（ｂ）は圧送行程中間時、図１４（ｃ）は圧送終了時である。

そして、タペット２０２とカムリング１８との摺動部の焼き付きを防止するために、タペット摺動面２０２ａにカムリング摺動面１８ｃと非接触となる凹部２０２ｂを設けて、タペット摺動面２０２ａの面圧を分散させ、面圧の均一化を図っている。
特表２００２−５１００１５号公報 特開２００３−７４４３９号公報

上記構成になるポンプのカムリング１８の公転運動は、タペット２０２およびプランジャ２０１の軸線Ｃ２方向に往復移動する運動成分と、タペット摺動面２０２ａと平行（図中左右方向）に往復移動する運動成分とを含んでいる。ここで、タペット摺動面２０２ａと平行なカムリング１８の移動の向きは、圧送行程の途中で反転する。すなわち、図１４（ａ）の圧送開始時から図１４（ｂ）の圧送行程中間時までは、カムリング１８は図中左向きに移動し、図１４（ｂ）の圧送行程中間時から図１４（ｃ）の圧送終了時までは、カムリング１８は図中右向きに移動する。以下、カムリング１８がタペット摺動面２０２ａと平行に移動する方向のうち、圧送行程前半におけるカムリング１８の移動向きを圧送前半移動向きとし、圧送行程後半におけるカムリング１８の移動向きを圧送後半移動向きとする。

そして、図１４（ｂ）の圧送行程中間時においてカムリング１８の移動の向きが反転する際に、カムリング１８とタペット２０２は一時的に静摩擦となるため、そのときにタペット２０２に大きなモーメントが加わってタペット２０２が傾く。その結果、圧送行程後半においては、上記したタペット２０２の傾きによって、タペット摺動面２０２ａのうち圧送前半移動向き側の部位にプランジャ２０１から大きな荷重が作用することになる。

しかしながら、従来のポンプは、凹部２０２ｂの中心Ｃ１がプランジャ２０１の軸線Ｃ２と一致しているため、図４（ｂ）に示すように、圧送行程後半においては、タペット摺動面２０２ａのうち圧送前半移動向き側の部位の面圧がタペット摺動面２０２ａのうち圧送後半移動向き側の部位の面圧よりも高くなり、タペット摺動面２０２ａのうち圧送前半移動向き側の部位においてタペット２０２とカムリング１８との摺動部の焼き付きが発生しやすくなるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、タペット摺動面の面圧の均一化を図り、タペットとカムリングとの摺動部の焼き付きを防止す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（１７）と摺動してカム軸（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）のカムリング摺動面
（１８ｃ）と摺動しカムリング（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、さらにタペット（２０２）におけるカムリング摺動面（１８ｃ）と対向するタペット摺動面（２０２ａ）に、カムリング摺動面（１８ｃ）と非接触となる凹部（２０２ｂ）を設けたポンプにおいて、カムリング（１８）がタペット摺動面（２０２ａ）と平行に往復移動する方向（Ｚ）のうち、圧送行程前半におけるカムリング（１８）の移動向きを圧送前半移動向き（Ａ）としたとき、凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）が、プランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）よりも圧送前半移動向き（Ａ）側にずれていることを特徴とする。

これによると、タペット摺動面（２０２ａ）のうち凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）よりも圧送後半移動向き（Ｂ）側の部位は従来よりもプランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）に近づくため、その部位に作用するプランジャ（２０１）からの荷重は増加傾向になり、一方、タペット摺動面（２０２ａ）のうち凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）よりも圧送前半移動向き（Ａ）側の部位は従来よりもプランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）から遠ざかるため、その部位に作用するプランジャ（２０１）からの荷重は減少傾向になる。

したがって、タペット摺動面（２０２ａ）のうち凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）よりも圧送前半移動向き（Ａ）側の部位に作用するプランジャ（２０１）からの荷重は、圧送行程後半においてはタペット（２０２）の傾きによって増加傾向になるものの、その部位がプランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）から遠ざかることにより減少傾向になるため、圧送行程後半でのタペット摺動面（２０２ａ）の面圧は均一化される。よって、タペット（２０２）とカムリング（１８）との摺動部の焼き付きを防止することができる。

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、タペット（２０２）の回転を防止する回転防止機構（１８ｄ、２０２ｃ）を備えることを特徴とする。

これによると、凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）がプランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）よりも圧送前半移動向き（Ａ）側にずれている位置関係を、ポンプの運転中も維持することができる。

請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載のポンプにおいて、カムリング（１８）に設けられ、カムリング（１８）がタペット摺動面（２０２ａ）と平行に往復移動する方向（Ｚ）に延びるガイド部（１８ｄ）と、タペット（２０２）に設けられ、ガイド部（１８ｄ）と摺動するガイド面（２０２ｃ）とによって、回転防止機構を構成することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のポンプにおいて、ガイド面（２０２ｃ）およびガイド部（１８ｄ）が１つであることを特徴とする。

ガイド面（２０２ｃ）およびガイド部（１８ｄ）がプランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）を挟んで対称に設けられた場合は、誤組み付け（すなわち、凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）とプランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）との位置関係が逆になる）の可能性があるが、ガイド面（２０２ｃ）およびガイド部（１８ｄ）が１つであれば誤組み付けを防止することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１から４のいずれか１つに記載のポンプにおいて、カムリング（１８）がタペット摺動面（２０２ａ）と平行に往復移動する方向（Ｚ）のうち、圧送行程後半におけるカムリング（１８）の移動向きを圧送後半移動向き（Ｂ）としたとき、タペット摺動面（２０２ａ）における凹部（２０２ｂ）よりも圧送後半移動向き（Ｂ）側に、カムリング摺動面（１８ｃ）と非接触となる油膜保持溝（２０２ｄ）を備えることを特徴とする。

タペット摺動面（２０２ａ）における凹部（２０２ｂ）よりも圧送後半移動向き（Ｂ）側の面は、従来よりも面積が広くなるため油膜切れを起こしやすいが、油膜保持溝（２０２ｄ）を設けることにより油膜切れを防止することができる。

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Ｘ−Ｘ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、ジャーナル１５を介してハウジング本体１１に回転自在に支持され、図示しないディーゼル機関に駆動されて回転する。このカム軸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１８ａと、このカムリング本体１８ａに一体化されたブッシュ１８ｂとからなる。より詳細には、カムリング本体１８ａは、鉄系金属製よりなり、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。ブッシュ１８ｂは、金属系（銅、アルミ、鉄系等）または樹脂にて円筒状に形成され、カムリング本体１８ａ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。カムリング本体１８ａの外周面には、後述するタペット２０２と摺動するカムリング摺動面１８ｃが２つ形成されている。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に形成されたシリンダ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に配置された円形鍔状のタペット２０２とを備えている。タペット２０２は、その一端面の平坦なタペット摺動面２０２ａがカムリング摺動面１８ｃと対向配置され、タペット摺動面２０２ａとカムリング摺動面１８ｃが摺動する。

カム室１３に配置されたスプリング２１により、圧送部材２０がカムリング１８側に付勢されて、タペット２０２がカムリング１８に押し付けられている。タペット摺動面２０２ａとカムリング摺動面１８ｃは平面に形成されており、これによりカムリング１８の自転が阻止されるため、カム１７の回転に伴いカムリング１８はタペット２０２と摺動しながら自転することなく公転する。

シリンダヘッド１２内には、プランジャ２０１の一端側（反タペット２０２側）に、後述するフィードポンプ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から図示しない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、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。

次に、本実施形態に係るポンプの要部の構成について説明する。図３は、カム軸１４、カム１７、カムリング１８および圧送部材２０の部分の断面図であり、圧送行程後半の状態を示している。

図３に示すように、タペット摺動面２０２ａに、カムリング摺動面１８ｃと非接触となる凹部２０２ｂを設けている。凹部２０２ｂの形状は、球面であり、プランジャ２０１からの荷重Ｆによるタペット摺動面２０２ａの弾性変形を考慮し、数μｍ〜数十μｍ程度の深さに設定されている。また、凹部２０２ｂの中心Ｃ１は、プランジャ２０１の軸線Ｃ２よりも圧送前半移動向きＡ側にずれている。

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１８ｂ間に導かれ、さらに、カム１７とブッシュ１８ｂ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１８ｂの摺動部が潤滑されるとともに、カムリング１８とタペット２０２の摺動部（すなわち、カムリング摺動面１８ｃおよびタペット摺動面２０２ａ）が潤滑される。

ここで、図４（ａ）は、本実施形態に係るポンプの圧送行程後半でのタペット摺動面２０２ａの面圧分布を示し、図４（ｂ）は、従来のポンプの圧送行程後半でのタペット摺動面２０２ａの面圧分布を示す図である。

従来のポンプは、図４（ｂ）に示すように、圧送行程後半においては、タペットの傾きによってタペット摺動面のうち圧送前半移動向きＡ側の部位の面圧がタペット摺動面のうち圧送後半移動向きＢの部位の面圧よりも著しく高くなる傾向にあった。

これに対し、本実施形態に係るポンプは、タペット摺動面２０２ａのうち凹部２０２ｂの中心Ｃ１よりも圧送後半移動向きＢ側の部位は従来よりもプランジャ２０１の軸線Ｃ２に近づくため、プランジャ２０１からの荷重Fにより、Ｂ側の部位に作用する力は増加傾向になり、一方、タペット摺動面２０２ａのうち凹部２０２ｂの中心Ｃ１よりも圧送前半移動向きＡ側の部位は従来よりもプランジャ２０１の軸線Ｃ２から遠ざかるため、プランジャ２０１からの荷重Fにより、Ａ側の部位に作用する力は減少傾向になる。

したがって、タペット摺動面２０２ａのうち凹部２０２ｂの中心Ｃ１よりも圧送前半移動向きＡ側の部位に作用する荷重は、圧送行程後半においてはタペット２０２の傾きによって増加傾向になるものの、その部位がプランジャ２０１の軸線Ｃ２から遠ざかることにより減少傾向になるため、図４（ａ）に示すように、圧送行程後半でのタペット摺動面２０２ａの面圧は均一化される。よって、タペット２０２とカムリング１８との摺動部の焼き付きを防止することができる。

（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は第２実施形態に係るポンプの要部の構成を示す断面図である。第１実施形態では、プランジャ２０１とタペット２０２が一体に形成された圧送部材２０を用いたが、本実施形態は、プランジャとタペットを別体に形成している。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、円柱状のプランジャ２０１と有底円筒状のタペット２０２は別体に形成されている。プランジャ２０１は、縮径部２０１ａに嵌入されるロアシート２０３を介して、スプリング２１によりタペット２０２側に付勢されている。そして、タペット摺動面２０２ａに凹部２０２ｂを設けており、これにより、圧送行程後半でのタペット摺動面２０２ａの面圧は均一化される。

（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は第３実施形態に係るポンプの要部の構成を示す斜視図、図７は要部の平面図である。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６、図７に示すように、カムリング１８のカムリング摺動面１８ｃには、ガイド部１８ｄが２つに設けられている。このガイド部１８ｄは、カムリング１８がタペット摺動面２０２ａ（図３参照）と平行に往復移動する方向Ｚに延びている。タペット２０２の外周部には、ガイド部１８ｄと摺動する平面のガイド面２０２ｃが２つ形成されている。なお、ガイド部１８ｄおよびガイド面２０２ｃは、本発明の回転防止機構を構成する。

これによると、ガイド部１８ｄとガイド面２０２ｃが当接することによりタペット２０２の回転が防止されるため、凹部２０２ｂ（図３参照）の中心Ｃ１（図３参照）がプランジャ２０１の軸線Ｃ２（図３参照）よりも圧送前半移動向きＡ（図３参照）側にずれている位置関係を、ポンプの運転中も維持することができる。

なお、プランジャ２０１の軸線Ｃ２からガイド部１８ｄ（またはガイド面２０２ｃ）までの距離Ｌが両側で等しい場合、換言すると、ガイド部１８ｄおよびガイド面２０２ｃがプランジャ２０１の軸線Ｃ２を挟んで対称に設けられた場合は、誤組み付け（すなわち、凹部２０２ｂの中心Ｃ１とプランジャ２０１の軸線Ｃ２との位置関係が逆になる）の可能性がある。

このような場合、図８に示すように、距離Ｌを両側で異ならせることにより、換言すると、ガイド部１８ｄおよびガイド面２０２ｃをプランジャ２０１の軸線Ｃ２を挟んで非対称に設けることにより、誤組み付けを防止することができる。また、ガイド部１８ｄおよびガイド面２０２ｃを１つにしても、誤組み付けを防止することができる。さらに、図９に示すように、凹部２０２ｂの位置を示すマーク２０９をプランジャ２０１もしくはタペット２０２に付けてもよい。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図１０は第４実施形態に係るポンプにおける圧送部材２０の断面図、図１１は図１０のＥ矢視図である。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１０、図１１に示すように、タペット摺動面２０２ａにおける凹部２０２ｂよりも圧送後半移動向きＢ側に、カムリング摺動面１８０ｃ（図３参照）と非接触となる油膜保持溝２０２ｄを設けている。この油膜保持溝２０２ｄは、カムリング１８（図３参照）がタペット摺動面２０２ａと平行に往復移動する方向Ｚに対して垂直方向に、直線的に延びている。

凹部２０２ｂの中心Ｃ１がプランジャ２０１の軸線Ｃ２よりも圧送前半移動向きＡ側にずれている場合、タペット摺動面２０２ａにおける凹部２０２ｂよりも圧送後半移動向きＢ側の面は、従来よりも面積が広くなるため油膜切れを起こしやすいが、油膜保持溝２０２ｄを設けることにより油膜切れを防止することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、凹部２０２ｂの形状を球面にしたが、図１２に示す第１変形例のように凹部２０２ｂの形状は円錐にしてもよい。

また、上記第４実施形態では、油膜保持溝２０２ｄを直線状にしたが、図１３に示す第２変形例のように三日月状にしてもよい。

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Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 第１実施形態に係るポンプの要部の断面図である。 （ａ）は第１実施形態に係るポンプの圧送行程後半でのタペット摺動面２０２ａの面圧分布を示す図、（ｂ）は従来のポンプの圧送行程後半でのタペット摺動面２０２ａの面圧分布を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るポンプの要部の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るポンプの要部の構成を示す斜視図である。 第３実施形態に係るポンプの要部の平面図である。 第３実施形態に係るポンプの変形例を示す要部の平面図である。 第３実施形態に係るポンプの他の変形例を示す要部の平面図である。 本発明の第４実施形態に係るポンプにおける圧送部材２０の断面図である。 図１０のＥ矢視図である。 本発明に係るポンプの第１変形例の要部を示す断面図である。 本発明に係るポンプの第２変形例の要部を示す図である。 （ａ）は従来のポンプにおける圧送開始時の状態を示す要部の断面図、（ｂ）は圧送行程中間時の状態を示す要部の断面図、（ｃ）は圧送終了時の状態を示す要部の断面図である。

符号の説明

１４…カム軸、１７…カム、１８…カムリング、…、２０１…プランジャ、２０２…タペット、１８ｃ…カムリング摺動面、２０２ａ…タペット摺動面、２０２ｂ…凹部。

Claims (5)

1. 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（１７）と摺動して前記カム軸（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）のカムリング摺動面
   （１８ｃ）と摺動し前記カムリング（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、さらに前記タペット（２０２）における前記カムリング摺動面（１８ｃ）と対向するタペット摺動面（２０２ａ）に、前記カムリング摺動面（１８ｃ）と非接触となる凹部（２０２ｂ）を設けたポンプにおいて、
   前記カムリング（１８）が前記タペット摺動面（２０２ａ）と平行に往復移動する方向（Ｚ）のうち、圧送行程前半における前記カムリング（１８）の移動向きを圧送前半移動向き（Ａ）としたとき、
   前記凹部（２０２ｂ）の中心（Ｃ１）が、前記プランジャ（２０１）の軸線（Ｃ２）よりも前記圧送前半移動向き（Ａ）側にずれていることを特徴とするポンプ。
2. 前記タペット（２０２）の回転を防止する回転防止機構（１８ｄ、２０２ｃ）を備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記回転防止機構は、前記カムリング（１８）に設けられ、前記カムリング（１８）が前記タペット摺動面（２０２ａ）と平行に往復移動する方向（Ｚ）に延びるガイド部（１８ｄ）と、前記タペット（２０２）に設けられ、前記ガイド部（１８ｄ）と摺動するガイド面（２０２ｃ）とからなることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
4. 前記ガイド面（２０２ｃ）および前記ガイド部（１８ｄ）が１つであることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
5. 前記カムリング（１８）が前記タペット摺動面（２０２ａ）と平行に往復移動する方向（Ｚ）のうち、圧送行程後半における前記カムリング（１８）の移動向きを圧送後半移動向き（Ｂ）としたとき、
   前記タペット摺動面（２０２ａ）における前記凹部（２０２ｂ）よりも前記圧送後半移動向き（Ｂ）側に、前記カムリング摺動面（１８ｃ）と非接触となる油膜保持溝（２０２ｄ）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のポンプ。

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