JP5019134B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）用の燃料噴射ポンプに関する。

従来、例えばエンジンの駆動軸と共に回転するカムシャフトを備えた燃料噴射ポンプが公知である。具体的には、カムシャフトは軸収容部に収容され、カムシャフトに偏心して設けられたカムには、カムリングなどの駆動力を伝達する部材が組み付けられる。カムリングはカムによって公転運動を行い、このカムリングによって、可動部材が往復運動する。この可動部材の往復運動により、燃料加圧室に吸入された燃料が加圧され給送される。

ところで、カムシャフトの回転によって、可動部材が往復運動し、燃料加圧室の燃料を加圧する燃料噴射ポンプの場合、加圧される燃料の圧力は、可動部材からカムシャフトに伝達され、カムシャフトを収容する軸収容部の内壁面にかかる圧力は、大きなものとなる。このため、カムシャフトが特に高速で回転すると、カムシャフトと軸収容部との焼付を招く虞がある。
従来、このような焼付を防止するために、カムシャフトと軸収容部との間に、耐焼付ブッシュを設け、軸収容部の内周面とカムシャフトの外周面との直接的な接触を避けるようにしている。
また、カムシャフトとブッシュとの間に燃料を供給し、カムシャフトとブッシュとの間に形成される油膜によって焼付を抑制する方法が考えられる。

しかし、近年、エンジンの出力向上並びにエンジンから排出される有害物質の低減を図るため、燃料の噴射圧力のさらなる向上が要求されている。この場合、加圧される燃料の圧力により軸収容部の内壁面に係る圧力は、一層大きくなる。したがって、ブッシュ内周面の面圧がさらに増大することが予想され、ブッシュの焼付はもちろん、摩耗や変形という課題も生じてくる。ところが、一般的に耐焼付性と強度とは互いに相反する特性である。このため、単純に強度を高めると、焼付という問題が顕著し、単純に耐焼付性のみ追求すれば、摩耗及び変形という問題が顕著することが懸念される。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、耐面圧性及び耐焼付性に優れた燃料噴射ポンプを提供することにある。

上述した課題を解決するためになされた請求項１の燃料噴射ポンプは、カムシャフトと、カムと、軸収容部と、ブッシュと、可動部材と、シリンダとを備える。カムシャフトは、内燃機関によって駆動される。カムは、カムシャフトに、偏心して設けられる。軸収容部は、カムの軸方向両側で、カムシャフトを収容する。ブッシュは、軸収容部に固定され、カムシャフトを回転自在に軸受けする。可動部材は、カムの回転によって往復移動する。例えば、可動部材は、プランジャとして具現化することができる。シリンダは、可動部材を往復移動可能に支持すると共に、可動部材によって燃料が加圧される燃料加圧室を形成する。

ここで、本発明の特徴として、ブッシュは、軸方向においてカム側の端部に形成されている耐面圧部と、耐面圧部に対しカムと反対側に形成されている耐焼付部とを備える。例えば、図２及び図６に示すように、ブッシュの内壁に作用する圧力は、軸方向において一律ではない。すなわち、カムからカムシャフトへ力が伝達されるため、カム側の区間Ａ−Ｂで、ブッシュは比較的に大きな面圧を受ける。本発明によれば、ブッシュの面圧が大きいところに耐面圧部が形成されているため、面圧の上昇によるブッシュの摩耗及び変形を積極的に抑制することができる。また、区間Ａ−Ｂと隣接している区間Ｂ−Ｃでは、放熱性が悪いため、熱が溜まりやすくなる。この点、本発明によれば、熱が溜まりやすいところに耐焼付部が形成されているため、温度上昇によるブッシュの焼付を積極的に抑制することができる。すなわち、燃料噴射ポンプは、耐面圧性及び耐焼付き性に優れたものとなる。

請求項２に示すように、耐面圧部と耐焼付部とを一体にしてブッシュを構成してもよい。また、請求項３に示すように、耐面圧部と耐焼付部とを別体にしてブッシュを構成してもよい。後者の場合、耐面圧部と耐焼付部とを別体にすることによって、燃料噴射ポンプへのブッシュの組み付けが容易になる。さらに、耐面圧部と耐焼付部とが別体になっているため、いずれかに経年変化が生じた場合、ブッシュ全体を交換する必要がなく、耐面圧部又は耐焼付部の一方を交換することができる。よって、コストを低減することができる。

請求項４に示すように、両端部に耐面圧部を有し、中央部に耐焼付部を有するブッシュを構成してもよい。例えば図２及び図６に示すように、駆動ギヤ側の区間Ｃ−Ｄでは、駆動ギヤからカムシャフトへの荷重によって、ブッシュは比較的に大きな面圧を受ける。このため、ブッシュの面圧が大きい駆動ギヤ側の端部にも耐面圧部を形成し、ブッシュの駆動ギヤ側の端部の耐面圧性を上昇させる。このようにすれば、ブッシュは、カム側のプランジャ作用荷重だけではなく、駆動ギヤ側の駆動ギヤ作動荷重にも耐えることができる。よって、面圧の上昇によるブッシュの摩耗及び変形を積極的に抑制することができる。

また、例えば、請求項５に示すように、耐高面圧性材料を銅系の材料とし、耐焼付性材料をアルミ系の材料、又は樹脂系の材料とすることができる。このようにしても、ブッシュの変形又は焼付を抑制することができる。

本発明の第１実施形態の燃料噴射ポンプを示す断面図である。 本発明の第１実施形態の燃料噴射ポンプのブッシュ構造を示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の第２実施形態の燃料噴射ポンプのブッシュ構造を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の燃料噴射ポンプのブッシュ構造を示す断面図である。 燃料噴射ポンプの軸収容部が受ける面圧を表すグラフである。

本発明の複数の実施形態の燃料噴射ポンプは、車両に搭載されて用いられ、燃料タンクから低圧燃料を汲み上げ、加圧して高圧燃料を図示されていないコモンレールへ送り出すものである。以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
本形態の燃料噴射ポンプを、図１、図２及び図３に示す。図１に示すように、燃料噴射ポンプ１０のポンプハウジングは、軸収容部１４１、１４２と２つのシリンダヘッド１２、１３とを有する。軸収容部１４１、１４２はアルミ製であり、シリンダヘッド１２、１３は鉄製である。本形態では、２つのシリンダヘッド１２、１３は、ほぼ同一形状に形成されているものの、螺子穴や燃料通路などの形成位置が異なっている。これに対し、螺子穴や燃料通路などの形成位置を同一にし、２つのシリンダヘッド１２、１３の形状を同一にすることもできる。

軸収容部１４１、１４２は、図１及び図２に示すように、カムシャフト２０を収容している。カムシャフト２０は、駆動ギヤ１６と、カム２１を有する。カム２１は、カムシャフト２０に対して偏心しており、軸収容部１４１、１４２の間に、カムシャフト２０と一体に形成されている。カム２１の外周には、カムリング２３が支持されている。カムリング２３は、カムシャフト２０の回転によって公転運動を行う。カムシャフト２０の直交方向には、二つのプランジャ２４、２４が配置されている。これらプランジャ２４、２４は、カムリング２３を挟んで対峙している。

軸収容部１４１、１４２とカムシャフト２０との間には、円筒状のブッシュ１９１、１９２が軸方向に沿って介在している。軸収容部１４１の駆動ギヤ１６側の端部とカムシャフト２０との間は、オイルシール１５によってシールされている。ポンプハウジングの内部には、潤滑液として燃料が満たされており、カムシャフト２０とブッシュ１９１、１９２との間の摺動面は燃料による潤滑が図られている。

シリンダヘッド１２、１３の内部には、シリンダ１２ａ、１３ａが形成されている。これらのシリンダ１２ａ、１３ａには、可動部材としてのプランジャ２４が往復運動可能に支持されている。シリンダ１２ａ、１３ａの内周面と、逆止部材３１の端面と、プランジャ２４の一端面とにより、燃料加圧室４０が形成されている。図１に示すように、燃料加圧室４０には、燃料流入部３０と燃料吐出部５０とが接続されている。燃料流入部３０から吸入された燃料は、カムシャフト２０の回転によって往復移動するプランジャ２４によって燃料加圧室４０で加圧され、燃料吐出部５０から吐出される。

燃料流入部３０は、逆止部材３１と燃料流入通路３２とを有する。燃料は、燃料流入通路３２から燃料加圧室４０に吸入される。逆止部材３１は、燃料加圧室４０から燃料流入通路３２に燃料が逆流することを防止する。

図１に示すように、一方のシリンダヘッド１２側の燃料吐出部５０は、カムシャフト２０の軸方向と平行に設けられ、逆止部材５１と燃料吐出通路５２とを有する。プランジャ２４によって加圧された燃料は、燃料加圧室４０から燃料吐出通路５２を経由して吐出され、図示されていないコモンレールへ流れる。逆止部材５１は、燃料吐出通路５２から燃料加圧室４０に燃料が逆流することを防止する。他方のシリンダヘッド１３側の燃料吐出部５０は、図示しない配管によって一方のシリンダヘッド１２側の燃料吐出部５０と合流する。

次に図１及び図２を参照して、本形態のブッシュ１９１、１９２について詳細に説明する。一般的に、ブッシュは筒状となっており、裏金と軸受部とを有している。もちろん、軸受部のみで構成することも可能である。本形態では、一方のブッシュ１９１（図に向かって右側）と、他方のブッシュ１９２（図に向かって左側）とは、長さや直径などが異なっているものの、同様の構成である。そこで以下では、一方のブッシュ１９１の構成のみを説明することとする。

図１及び図２に示すように、ブッシュ１９１は、軸収容部１４１と、カムシャフト２０との間に軸方向に沿って介在している。本形態の場合、ブッシュ１９１は、軸収容部１４１の内周壁に固定されている。なお、ブッシュ１９１は、軸収容部１４１の内周壁と回転可能に摺接するようにしてもよい。

図３に示すように、ブッシュ１９１は、筒状であり、裏金１８と軸受部１７とを備える。本形態の場合、裏金１８と軸受部１７とは、一体に構成されている。ここで裏金１８が、軸収容部１４１に固着されている。なお、軸受部１７の内周側には、カムシャフト２０が回転自在に支持されている。

図１及び図２に示すように、軸受部１７は軸方向に沿って耐面圧部１７１と耐焼付部１７２とを備える。軸受部１７の耐面圧部１７１は、軸方向においてカム２１側の端部に形成され、耐焼付部１７２は、耐面圧部１７１に対しカム２１の反対側に形成される。

耐面圧部１７１は、耐焼付部１７２より、強度が高くて、高い面圧に耐えることができる材料で形成されている。本形態の場合、耐面圧部１７１は、銅系の材料で形成されている。耐面圧部１７１は、銅系の材料以外の耐面圧強度に優れた材料で形成されても構わない。また、耐面圧部１７１を、強度アップ処理などの強度を上昇させる加工手段によって加工しても構わない。

一方、耐焼付部１７２は、耐面圧部１７１より、焼付きに対する耐性の大きな材料で形成されている。本形態の場合、耐焼付部１７２は、アルミ系又は樹脂系の材料で形成されている。耐焼付部１７２は、アルミ系又は樹脂系の材料以外の耐焼付性が優れた材料で形成してもよい。また、耐焼付部１７２を、耐焼付処理などの耐焼付性能を上昇させる加工手段によって加工しても構わない。

次に、燃料噴射ポンプ１０の作動について説明する。カムシャフト２０の回転に伴いカム２１が回転し、カム２１の回転によって、カムリング２３が自転することなく公転する。このカムリング２３の公転に伴い、プランジャ２４は上下に往復移動する。

一方のシリンダヘッド１２側について説明する。図１は、カム２１の回転によって、プランジャ２４が上死点側に位置している状態を示す。カム２１の回転によって、プランジャ２４が下死点側へ移動すると、ポンプハウジング内部のフィードポンプ（図示されていない）から吐出された燃料が、燃料流入通路３２からシリンダヘッド１２側の燃料加圧室４０に流入する。

カム２１の回転によって、プランジャ２４が再び上死点へ向けて上昇すると、シリンダヘッド１２側の逆止部材３１が閉塞され、燃料加圧室４０内の燃料が加圧される。燃料加圧室４０内の燃料の圧力が燃料吐出通路５２内の燃料の圧力よりも高圧になると、逆止部材５１が開弁する。逆止部材５１が開弁することによって、燃料加圧室４０で加圧された燃料は、燃料吐出通路５２に吐出され、燃料吐出通路５２から図示しないコモンレールに供給される。なお、他方のシリンダヘッド１３側の燃料吐出部５０は、上述したシリンダヘッド１２側の燃料吐出部５０と同様の構成で交互に作動する。

コモンレールは燃料ポンプ１０から供給される燃料を蓄積し、一定圧力に保持する。コモンレールに蓄えられた燃料は、図示しないインジェクタへ供給される。

以上、説明したように本形態の燃料ポンプ１０では、軸受部として、軸方向においてカム２１側の端部に形成される耐面圧部１７１と、耐面圧部１７１に対してカム２１の反対側に形成される耐焼付部１７２とを備える。これで、ブッシュ１９１の耐面圧性及び耐焼付性がともに上昇する。

図２及び図６に示すように、ブッシュ１９１とカムシャフト２０とが摺動する際、カム２１と最も近い区間Ａ−Ｂで、ブッシュ１９１が受ける面圧が最も高い。本形態の場合、カム２１側の端部に耐面圧部１７１が形成されている。このため、より高い面圧が耐面圧部１７１で受けることができる。よって、ブッシュ１９１が有効的に高い面圧を耐えることができ、ブュシュ１９１の摩耗及び変形を効果的に抑制することができる。

また、ブッシュ１９１のカム２１側の端部に対し、カム２１の反対側の区間Ｂ−Ｄでは、放熱性が悪いため、温度が上昇しやすくなり、焼付が発生しやすくなる。本形態の場合、ブッシュ１９１のカム２１側の端部に対し、カム２１の反対側には、耐焼付部１７２を有する。このため、ブッシュ１９１の区間Ｂ−Ｄで、温度が上昇しても、焼付が発生しにくくなる。よって、ブッシュ１９１の焼付を効果的に抑制することができる。

（第２実施形態）
本形態の燃料ポンプ１０を図４に示す。上記形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図４に示すように、軸受部１７において、耐面圧部１７１と、耐焼付部１７２とは、別体となっている。したがって、裏金１８は、２つの裏金１８１、１８２から構成される。結果、本形態の場合、軸収容部１４１とカムシャフト２０との間には、分離可能なブッシュ１９１１と、ブッシュ１９１２とを有する。ここで、ブッシュ１９１１は耐面圧部１７１を有し、ブッシュ１９１２は、耐焼付部１７２を有している。

このように、ブッシュ１９１１、１９１２が別体になっているため、耐面圧部１７１又は耐焼付部１７２のいずれかが経年変化した場合、いずれか一方を交換すればよい。よって、メンテナンスに要するコストを低減することができる。

（第３実施形態）
本形態の燃料ポンプ１０を図５に示す。上記形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図５に示すように、軸収容部１４１とカムシャフト２０との間には、３つのブッシュ１９１１、１９１２、１９１３が配置されている。ブッシュ１９１１は耐面圧部１７１を有し、ブッシュ１９１２は耐焼付部１７２を有し、ブッシュ１９１３は耐面圧部１７３を有する。

３つのブッシュ１９１１、１９１２、１９１３は、一体になってもいいし、別体になっても構わない。本形態の場合、３つのブッシュ１９１１、１９１２、１９１３は、別体となっている。

図２及び図６に示すように、カム２１側の区間Ａ−Ｂだけではなく、駆動ギヤ１６側の区間Ｃ−Ｄの面圧も比較的に高くなっている。本形態の場合、駆動ギヤ１６側のブッシュ１９１３にも、耐面圧部１７３を有する。このため、カム２１側のプランジャ２４の作用荷重だけではなく、駆動ギヤ１６側の駆動ギヤ１６の作動荷重にも耐えることができる。よって、耐面圧性及び耐焼付性をともに上昇させることができる。さらに、メンテナンスに要するコストを低減することができる。

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。

１０：燃料噴射ポンプ、１２：シリンダヘッド（ポンプハウジング）、１２ａ：シリンダ、１３：シリンダヘッド（ポンプハウジング）、１３ａ：シリンダ、１５：オイルシール、１６：駆動ギヤ、１７：軸受部、１８：裏金、２０：カムシャフト、２１：カム、２３：カムリング、２４：プランジャ、３０：燃料流入部、３１：逆止部材、３２：燃料流入通路、４０：シリンダ、４１：燃料加圧室、５０：燃料吐出部、５１：逆止部材、５２：燃料吐出通路、１４１：軸収容部、１４２：軸収容部、１７１：耐面圧部、１７２：耐焼付部、１７３：耐面圧部、１８１：裏金、１８２：裏金、１８３：裏金、１９１：ブッシュ、１９２：ブッシュ、１９１１：ブッシュ、１９１２：ブッシュ、１９１３：ブッシュ、

Claims (6)

1. 内燃機関に高圧燃料を供給する燃料噴射ポンプであって、
   内燃機関によって駆動されるカムシャフトと、
   前記カムシャフトに、偏心して設けられたカムと、
   前記カムの軸方向両側で、前記カムシャフトを収容する軸収容部と、
   前記軸収容部に固定され、前記カムシャフトを回転自在に軸受けするブッシュと、
   前記カムの回転によって往復移動する可動部材と、
   前記可動部材を往復移動可能に支持すると共に、前記可動部材によって燃料が加圧される燃料加圧室を形成するシリンダとを備え、
   前記ブッシュは、耐面圧部と耐焼付部とを有し、前記耐面圧部は、軸方向において前記カム側の端部に形成され、前記耐焼付部は、前記耐面圧部に対し前記カムと反対側に形成されていることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 前記耐面圧部と前記耐焼付部とが一体に前記ブッシュを構成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
3. 前記耐面圧部と前記耐焼付部とが別体に前記ブッシュを構成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
4. 前記ブッシュは、両端部に、前記耐面圧部を有し、中央部に、前記耐焼付部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射ポンプ。
5. 前記耐面圧部は、前記耐焼付部に比べて強度が高い材料で形成され、
   前記耐焼付部は、前記耐面圧部に比べて耐焼付性が高い材料で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射ポンプ。
6. 前記耐高面圧性材料は、銅系の材料であり、
   前記耐焼付性材料は、アルミ系の材料、又は樹脂系の材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射ポンプ。

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