JP5126106B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関にて駆動されるポンプを複数備える燃料供給装置に関し、例えばディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる燃料供給装置に好適である。

従来の燃料供給装置は、内燃機関に駆動されて回転するカム軸と、カム軸に設けたカム部材に追従してプランジャがシリンダ内を往復動することにより燃料を吐出する複数の高圧ポンプと、カム軸を介して内燃機関により駆動されて高圧ポンプに燃料を供給する低圧ポンプとを備えている（例えば、特許文献１参照）。そして、一般的には、低圧ポンプから吐出される燃料の一部が、カム部材が収容されるカム室やシリンダが収容される複数のシリンダ室に導かれ、その燃料により例えばカム部材とプランジャとの摺動部を潤滑するようになっている。

特開２００２−３１００３９号公報

しかしながら、従来の燃料供給装置は、ポンプの圧縮行程においてプランジャとシリンダの隙間より高温の燃料がリークし、そのリーク燃料はカム室やシリンダ室に流入する。そして、市場の高圧化の要求によりリーク燃料の温度は高くなり、それに伴い摺動部の潤滑を行うカム室内の燃料の温度も高くなり、摺動部の摩耗・焼付きが発生し易くなるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、カム室内の部品の摺動部の摩耗・焼付きを防止ないしは抑制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、カム部材（１７、１８）が収容されるカム室（１２）を形成するとともに、シリンダ（１１１）が収容される複数のシリンダ室（１３）を形成するハウジング（１０）を備え、燃料がカム室（１２）およびシリンダ室（１３）を通過して燃料タンクに戻される燃料供給装置において、燃料タンクに燃料を戻すリターン通路（２６、１０２）は、複数のシリンダ室（１３）のうち１つのシリンダ室（１３ａ）に接続され、１つのシリンダ室（１３ａ）と他のシリンダ室（１３ｂ）は、バイパス通路（１０１）によりカム室（１２）をバイパスして接続されていることを特徴とする。

これによると、１つのシリンダ室（１３ａ）に流入したポンプリーク燃料は、リターン通路（２６、１０２）に流れて燃料タンクに戻されるため、カム室（１２）には流れにくい。また、他のシリンダ室（１３ｂ）に流入したポンプリーク燃料は、バイパス通路（１０１）を介して１つのシリンダ室（１３ａ）に流入し、さらに１つのシリンダ室（１３ａ）からリターン通路（２６、１０２）に流れて燃料タンクに戻されるため、カム室（１２）には流れにくい。したがって、高温のリーク燃料によるカム室（１２）内の燃料の温度上昇が抑制され、カム室（１２）内の部品の摺動部の摩耗・焼付きを防止ないしは抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、カム部材（１７、１８）が収容されるカム室（１２）を形成するとともに、シリンダ（１１１）が収容される複数のシリンダ室（１３）を形成するハウジング（１０）を備え、燃料がカム室（１２）およびシリンダ室（１３）を通過して燃料タンクに戻される燃料供給装置において、複数のシリンダ室（１３）間は、バイパス通路（１０１）によりカム室（１２）をバイパスして接続され、燃料タンクに燃料を戻すリターン通路（２６）は、バイパス通路（１０１）に接続されていることを特徴とする。

これによると、各シリンダ室（１３）に流入したポンプリーク燃料は、バイパス通路（１０１）を介してリターン通路（２６）に流れて燃料タンクに戻されるため、カム室（１２）には流れにくい。したがって、高温のリーク燃料によるカム室（１２）内の燃料の温度上昇が抑制され、カム室（１２）内の部品の摺動部の摩耗・焼付きを防止ないしは抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲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。

本発明の第１実施形態に係る燃料供給装置の断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料供給装置の断面図である。 第２実施形態の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本実施形態の燃料供給装置は、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、燃料供給装置の筐体は、アルミ製のハウジング１０およびベアリングカバー２７と鉄系金属製の一対のシリンダヘッド１１とからなる。ハウジング１０内の中央部には、後述するカムリングが収容されるカム室１２が形成され、ハウジング１０内においてカム室１２の両側には、後述するシリンダが収容されるシリンダ室１３が形成されている。シリンダヘッド１１は、ハウジング１０の外部に位置してシリンダ室１３を閉塞するシリンダヘッド本体部１１０、およびシリンダヘッド本体部１１０から突出してシリンダ室１３内に収容される円筒状のシリンダ１１１とを備えている。なお、以下の説明においては、必要に応じて、天地方向上側に位置するシリンダ室１３を第１シリンダ室１３ａ、天地方向下側に位置するシリンダ室１３を第２シリンダ室１３ｂという。

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１０およびベアリングカバー２７に回転可能に支持され、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とベアリングカバー２７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１８０と、このカムリング本体１８０に一体化されたブッシュ１８１とからなる。より詳細には、カムリング本体１８０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。また、ブッシュ１８１は、銅系やアルミ系金属または樹脂にて円筒状に形成され、カムリング本体１８０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。なお、カム１７およびカムリング１８は、カム室１２に収容されている。また、カム１７およびカムリング１８は、本発明のカム部材を構成する。

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動する鉄系金属製のプランジャ２０が配置されている。このプランジャ２０は、シリンダ１１１内に往復動自在に挿入された円柱部２００と、カム室１２に配置されてカムリング１８と対向配置された鍔状のプランジャヘッド２０１とを備えている。なお、プランジャ２０とシリンダ１１１は、本発明のポンプの主要部を構成している。

シリンダ１１１の外周側に配置されたスプリング２１は、シリンダヘッド本体部１１０とプランジャヘッド２０１とによって挟持されている。そして、このスプリング２１により、プランジャ２０がカムリング１８側に付勢されて、プランジャヘッド２０１がカムリング１８に押し付けられている。カムリング１８とプランジャヘッド２０１の当接面は平面状に形成されており、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はプランジャヘッド２０１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１１内には、プランジャ２０の往復動に伴って容積が変化する燃料加圧室２２、後述する低圧ポンプから燃料加圧室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、インナギア式トロコイドポンプにて構成された低圧ポンプ２５が結合されている。この低圧ポンプ２５は、ポンプカバー２６内に回転自在に収納されている。低圧ポンプ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ようになっており、その吐出圧は内燃機関の回転速度上昇に伴って上昇する。

低圧ポンプ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、低圧ポンプ２５から吐出された燃料の一部は、ハウジング１０に形成された潤滑用燃料供給通路１００を介してカム室１２に供給される。この潤滑用燃料供給通路１００の端部は、カム室１２に臨む位置に開口している。

第１シリンダ室１３ａと第２シリンダ室１３ｂは、ハウジング１０に形成されたバイパス通路１０１により、カム室１２をバイパスして接続されている。バイパス通路１０１の一端は第１シリンダ室１３ａに臨む位置に開口し、バイパス通路１０１の他端は第２シリンダ室１３ｂに臨む位置に開口している。

ハウジング１０には、第１シリンダ室１３ａに臨む位置に開口するリターン燃料通路１０２が形成され、このリターン燃料通路１０２には、オーバーフローパイプ２６が圧入されている。また、オーバーフローパイプ２６は、図示しないリターン配管を介して図示しない燃料タンクに接続されている。なお、リターン燃料通路１０２、オーバーフローパイプ２６、およびリターン配管は、本発明のリターン通路を構成する。

次に、燃料供給装置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低圧ポンプ２５が駆動され、低圧ポンプ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の公転に伴いプランジャ２０が往復動する。

カムリング１８の公転に伴い上死点にあるプランジャ２０が下死点に向けて移動すると、低圧ポンプ２５から吐出された燃料が、調量弁および入口側逆止弁２３を介して燃料加圧室２２に流入する。

下死点に達したプランジャ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。

このプランジャ２０が上死点に向けて移動する圧縮行程では、プランジャ２０とシリンダ１１１の隙間から高温の燃料がリークし、そのリーク燃料がシリンダ室１３に流入する。

ここで、低圧ポンプ２５から潤滑用燃料供給通路１００を介してカム室１２に供給された燃料のうち、カム室１２から第１シリンダ室１３ａ側に流れた燃料は、第１シリンダ室１３ａを通ってリターン燃料通路１０２に流入し、さらに、オーバーフローパイプ２６およびリターン配管を介して燃料タンクに戻される。

また、低圧ポンプ２５から潤滑用燃料供給通路１００を介してカム室１２に供給された燃料のうち、カム室１２から第２シリンダ室１３ｂ側に流れた燃料は、第２シリンダ室１３ｂを通ってバイパス通路１０１に流入し、さらに、第１シリンダ室１３ａを通ってリターン燃料通路１０２に流入し、オーバーフローパイプ２６およびリターン配管を介して燃料タンクに戻される。

したがって、プランジャ２０とシリンダ１１１の隙間から第１シリンダ室１３ａにリークした燃料は、低圧ポンプ２５からカム室１２に供給された燃料の流れに乗って、カム室１２側には流れずにリターン燃料通路１０２に流入し、燃料タンクに戻される。また、プランジャ２０とシリンダ１１１の隙間から第２シリンダ室１３ｂにリークした燃料は、低圧ポンプ２５からカム室１２に供給された燃料の流れに乗って、カム室１２側には流れずにバイパス通路１０１に流入し、さらに、第１シリンダ室１３ａを通ってリターン燃料通路１０２に流入し、燃料タンクに戻される。

このように、リークした燃料はカム室１２側には流れにくいため、高温のリーク燃料によるカム室１２内の燃料の温度上昇が抑制される。したがって、カム１７とカムリング１８の摺動部やカムリング１８とプランジャ２０との摺動部の摩耗・焼付きを防止ないしは抑制することができる。

なお、上記第１実施形態においては、ハウジング１０に設けた穴のみによってバイパス通路１０１を構成したが、図３に示す第１実施形態の変形例のように、ハウジング１０に形成されて一端が第１シリンダ室１３ａに臨む位置に開口する第１内部バイパス通路１０１１と、ハウジング１０に形成されて一端が第２シリンダ室１３ｂに臨む位置に開口する第２内部バイパス通路１０１２と、ハウジング１０の外部に配置されて第１内部バイパス通路１０１１の他端と第２内部バイパス通路１０１２の他端とを接続するバイパスパイプ１０１３とによって、バイパス通路１０１を構成してもよい。

（第２実施形態）
本実施形態は、リターン通路の構成が第１実施形態と異なる。なお、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、第１実施形態のリターン燃料通路１０２（図２参照）は廃止され、オーバーフローパイプ２６はバイパス通路１０１に接続されている。また、オーバーフローパイプ２６は、図示しないリターン配管を介して図示しない燃料タンクに接続されている。なお、オーバーフローパイプ２６およびリターン配管は、本発明のリターン通路を構成する。

そして、本実施形態の燃料供給装置によると、低圧ポンプ２５（図１参照）から潤滑用燃料供給通路１００（図１参照）を介してカム室１２に供給された燃料のうち、カム室１２から第１シリンダ室１３ａ側に流れた燃料は、第１シリンダ室１３ａを通ってバイパス通路１０１に流入し、さらにオーバーフローパイプ２６およびリターン配管を介して燃料タンクに戻される。

また、低圧ポンプ２５から潤滑用燃料供給通路１００を介してカム室１２に供給された燃料のうち、カム室１２から第２シリンダ室１３ｂ側に流れた燃料は、第２シリンダ室１３ｂを通ってバイパス通路１０１に流入し、さらにオーバーフローパイプ２６およびリターン配管を介して燃料タンクに戻される。

したがって、プランジャ２０とシリンダ１１１の隙間から第１シリンダ室１３ａにリークした燃料は、低圧ポンプ２５からカム室１２に供給された燃料の流れに乗って、カム室１２側には流れずにバイパス通路１０１に流入し、燃料タンクに戻される。また、プランジャ２０とシリンダ１１１の隙間から第２シリンダ室１３ｂにリークした燃料は、低圧ポンプ２５からカム室１２に供給された燃料の流れに乗って、カム室１２側には流れずにバイパス通路１０１に流入し、燃料タンクに戻される。

このように、リークした燃料はカム室１２側には流れにくいため、高温のリーク燃料によるカム室１２内の燃料の温度上昇が抑制される。したがって、カム１７とカムリング１８の摺動部やカムリング１８とプランジャ２０との摺動部の摩耗・焼付きを防止ないしは抑制することができる。

なお、上記第２実施形態においては、ハウジング１０に設けた穴のみによってバイパス通路１０１を構成したが、図５に示す第２実施形態の変形例のように、ハウジング１０に形成されて一端が第１シリンダ室１３ａに臨む位置に開口する第１内部バイパス通路１０１１と、ハウジング１０に形成されて一端が第２シリンダ室１３ｂに臨む位置に開口する第２内部バイパス通路１０１２と、ハウジング１０の外部に配置されて第１内部バイパス通路１０１１の他端と第２内部バイパス通路１０１２の他端とを接続するバイパスパイプ１０１３とによって、バイパス通路１０１を構成してもよい。この第２実施形態の変形例では、オーバーフローパイプ２６とバイパスパイプ１０１３は一体に形成されている。

１０ ハウジング
１２ カム室
１３ シリンダ室
１４ カム軸
１７ カム（カム部材）
１８ カムリング（カム部材）
２０ プランジャ
２６ オーバーフローパイプ（リターン通路）
１０１ バイパス通路
１０２ リターン燃料通路（リターン通路）
１１１ シリンダ

Claims (4)

1. 内燃機関に駆動されて回転するカム軸（１４）と、
   前記カム軸（１４）に設けたカム部材（１７、１８）に追従してプランジャ（２０）がシリンダ（１１１）内を往復動することにより燃料を吐出する複数のポンプと、
   前記カム部材（１７、１８）が収容されるカム室（１２）を形成するとともに、前記シリンダ（１１１）が収容される複数のシリンダ室（１３）を形成するハウジング（１０）とを備え、
   燃料が前記カム室（１２）および前記シリンダ室（１３）を通過して燃料タンクに戻される燃料供給装置において、
   前記燃料タンクに燃料を戻すリターン通路（２６、１０２）は、前記複数のシリンダ室（１３）のうち１つのシリンダ室（１３ａ）に接続され、
   前記１つのシリンダ室（１３ａ）と他のシリンダ室（１３ｂ）は、バイパス通路（１０１）により前記カム室（１２）をバイパスして接続されていることを特徴とする燃料供給装置。
2. 内燃機関に駆動されて回転するカム軸（１４）と、
   前記カム軸（１４）に設けたカム部材（１７、１８）に追従してプランジャ（２０）がシリンダ（１１１）内を往復動することにより燃料を吐出する複数のポンプと、
   前記カム部材（１７、１８）が収容されるカム室（１２）を形成するとともに、前記シリンダ（１１１）が収容される複数のシリンダ室（１３）を形成するハウジング（１０）とを備え、
   燃料が前記カム室（１２）および前記シリンダ室（１３）を通過して燃料タンクに戻される燃料供給装置において、
   前記複数のシリンダ室（１３）間は、バイパス通路（１０１）により前記カム室（１２）をバイパスして接続され、
   前記燃料タンクに燃料を戻すリターン通路（２６）は、前記バイパス通路（１０１）に接続されていることを特徴とする燃料供給装置。
3. 前記バイパス通路（１０１）は、前記ハウジング（１０）に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。
4. 前記バイパス通路（１０１）は、前記ハウジング（１０）に形成された内部バイパス通路（１０１１、１０１２）と、前記ハウジング（１０）の外部に配置されたバイパスパイプ（１０１３）とにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。

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