JP5744326B2 - 燃料ポンプの改良 - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンのコモンレール燃料噴射システムでの使用に適したポンプ組立体に関する。詳細には、本発明は、それに限定しないが、高圧燃料ポンプのための改善されたポンピングプランジャー、およびエンジン駆動のカムまたは他の適当な駆動装置によって駆動される少なくとも１つのポンピングプランジャーを有するタイプの改善された燃料ポンプに関する。

ラジアルポンプ設計のコモンレール燃料ポンプの例が、例えば、ＥＰ−Ｂ−１７０５３６８およびＥＰ−Ａ−２０５０９５２から知られている。添付の図面の図１は、１つの既知のラジアル燃料ポンプの断面図であり、ここで、従来技術を示すためにこれについて説明することとする。

図１のポンプ１００は、３つのポンピングプランジャー１０２を備え、これらの３つのポンピングプランジャー１０２は、エンジン駆動のカム１０４の周りに等角度に間隔を置かれた場所に配置されている。それぞれのプランジャー１０２は、それぞれのポンプヘッド１０７のハウジング１０７ａの中に設けられたプランジャー穴１０６の中に取り付けられている。ポンプヘッド１０７は、ポンプ１００の主ポンプハウジング１０８に取り付けられている。

使用に際してカム１０４が駆動されると、プランジャー１０２が、同期させられた周期的な（phased, cyclical）方式で、その穴１０６の中で往復運動させられる。プランジャー１０２は、往復運動すると、それぞれが、関連するプランジャー穴１０６の一端部に画定されているポンプチャンバー１０９の中に燃料の加圧を生じさせる。ポンプチャンバーから共通の高圧供給ライン（図示せず）への燃料の送達が、送達弁（図示せず）によって制御される。高圧ラインは、下流のコモンレール燃料システムのインジェクターへの送達のために、コモンレール、または他のアキュムレーター容量部に燃料を供給する。

カム１０４は、カムリングまたはカムライダー１１０を支持しており、カムリングまたはカムライダー１１０には、複数の平坦部１１２が、それぞれのプランジャー１０２に対して１つずつ設けられている。タペット１１４の形態の中間部材が、カムライダー１１０の上の平坦部１１２のそれぞれと協働し、関連するプランジャー１０２に連結しており、カム１０４が回転するときにタペット１１４が駆動されると、駆動が、プランジャー１０２に付与される。それぞれのタペット１１４が、半径方向外向きに駆動されると、そのそれぞれのプランジャー１０２が、ポンプチャンバーの容積を低減させるように駆動される。ポンピングサイクルのこの部分は、プランジャー１０２のポンピングストロークと称され、ポンピングストロークの間に、関連するポンプチャンバーの中の燃料は、相対的に高いレベルに加圧される。

ライダー１１０が、カム１０４の上に載って、タペット１１４に軸方向に駆動を付与するので、それぞれのタペット１１４の基部表面は、ライダー１１０の関連する平坦部１１２の協働領域にわたって水平方向に並進させられる。ライダー１１０に対するタペット１１４のこの並進は、タペット１１４およびライダー１１０の摩擦摩耗を生じさせる。摩擦摩耗は、とりわけ、タペット１１４の外側縁部において発生する。

ライダー１１０は、作動中にその軸上で回転しようとし、平坦部１１２は、それぞれのポンピングプランジャー１０２の軸に対して垂直方向に離れようとするようになっている。このことは、タペット１１４の基部表面が、傾斜した角度で平坦部に接する傾向にあるということを意味している。このことは、タペット１１４とライダー１１０との間のエッジ接触を引き起こし、それは、摩擦摩耗の問題を悪化させる可能性がある。とりわけ、エッジ接触は、結果として局所的な温度上昇を生じさせ、それは、望ましくないことに、燃料ポンプ組立体の中の他の構成要素を加熱する。

ライダー１１０の回転運動に起因して、タペット１１４は、トルクを受け、次いで、トルクは、プランジャー１０２に作用する側方荷重を引き起こす。結果として、それぞれのプランジャー１０２がそのそれぞれのタペット１１４に係合する場所にも、摩擦摩耗が発生する。プランジャー１０２は、穴１０６の中を案内されており、タペット１１４に作用するトルクが、タペット１１４をプランジャー１０２に対して傾斜させるようになっている。したがって、また、それぞれのプランジャー１０２の端部と対応するタペット１１４との間の接触も、エッジ接触であり、それは、やはり、高い摩耗速度および局部的な発熱につながる可能性がある。

また、プランジャー１０２に作用する側方荷重も、プランジャー１０２とヘッドハウジング１０７ａの中の穴１０６との間の境界面に摩耗を引き起こす。プランジャーと穴との境界面における摩耗は、ポンプの容積効率の損失を結果として生じさせる可能性があり、深刻な場合では、プランジャーの焼付き、およびポンピング機能の損失を結果として生じさせる可能性がある。

ライダー１１０とタペット１１４との間、タペット１１４とプランジャー１０２との間、およびプランジャー１０２とヘッド穴１０６との間に摩耗が発生したときに起こる追加的な問題は、摩耗破片が生み出される可能性があるということである。そのような破片が、境界面（例えば、タペット１１４とライダー１１０との間）に取り込まれるようになる場合には、摩耗速度の劇的な増加が発生する可能性があり、それは、ポンプの破滅的な故障につながる可能性がある。

いくつかの燃料ポンプにおいて、タペットを省略し、その代わりに、例えば、ＥＰ−Ａ−２０４８３５９に説明されているような足部の形態の一体型のインターフェース部材をポンピングプランジャーに提供することが知られている。これらの場合では、上記に説明されているようなものと同様の摩耗の問題が、プランジャーと穴との間の境界面で、ならびにプランジャー足部とライダー平坦部との間の境界面で起こる。

従来技術において、燃料ポンププランジャーの側面接触表面を潤滑するために燃料を使用することが知られている。例えば、特開２００２−２７６５０８には、燃料ポンプが説明されており、その燃料ポンプでは、燃料入口通路からの燃料を方向付けてプランジャーの側面接触表面を潤滑する溝部が、ポンピングプランジャーに設けられている。ＥＰ−Ａ−２０８８３０９には、燃料ポンプが説明されており、その燃料ポンプでは、燃料が、ポンプチャンバーから、プランジャーとその対応する穴との間に漏洩し、ある程度の潤滑を側面接触表面に提供し、通路の配置が、ポンプハウジングの中に提供され、漏洩燃料がドレンに戻ることを可能にする。

この背景に対し、上述の問題が低減または軽減される燃料ポンプ組立体を提供することが望ましい。

第１の態様から、本発明は、内燃エンジンで使用するための高圧燃料ポンプ組立体に存在する。燃料ポンプ組立体は、プランジャーポンピングストロークの間に、ポンプチャンバーの中の燃料を加圧するためのポンピングプランジャーであって、プランジャー穴の中に摺動可能に受け入れられている、ポンピングプランジャーと、駆動部と協働可能なライダー部材と、プランジャーポンピングストロークを行うために、ライダー部材からポンピングプランジャーへ駆動を付与するためのインターフェース部材（換言すれば、中間部材）であって、インターフェース部材は、ライダー部材と協働可能である境界面側面を有している、インターフェース部材とを備える。ポンピングプランジャーが、ポンプチャンバーからポンピングプランジャーの１つまたは複数の接触表面へ燃料を送達するための流体送達手段を備え、それによって、接触表面を潤滑する。

ポンピングプランジャーの接触表面に流体を送達することによって、ポンピングプランジャーの潤滑は、本発明において、かなり改善されている。結果として、本発明のポンプ組立体における摩耗速度は、以前から知られているポンプ設計のものよりも低く、ポンプ組立体の耐久性および信頼性が改善されている。そのうえ、本発明によって提供される潤滑および冷却の増大に起因して、ポンピングプランジャーなど、ポンプ組立体の構成要素をコーティングする必要も、または別の形で処理する必要もなく、したがって、製造コストを節約することができる。

上述の既知の構成と異なり、本発明では、燃料送達手段が、ポンピングプランジャーの中に構成されており、かつポンプチャンバーと連通しており、ポンピングプランジャーの接触表面が、加圧された燃料によって潤滑され、加圧された燃料は、ポンプチャンバーから調達され、かつ燃料送達手段によって接触表面へ方向付けされるようになっている。加圧された燃料の損失を回避するために、流体送達手段は、好ましくは、ポンピングプランジャーの接触表面に燃料を送達し、ポンピングプランジャーの接触表面は、隣接する表面と摺動するか、当接するか、または他には密接接触する。別の言い方をすれば、本発明では、ポンプチャンバーから、流体送達手段を経由して、接触表面へ、燃料の最小限の流れが存在する。

好ましくは、流体送達手段が、ポンピングストロークの間に、流体送達手段の中の燃料の圧力を制限するための制限器を含む。制限器が、接触表面、または接触表面のそれぞれから離れていることが可能である。一実施形態では、例えば、ポンピングプランジャーの第１の端部が、ポンプチャンバーの中に受け入れられており、制限器が、ポンピングプランジャーの第１の端部において、ポンプチャンバーの中へ開口している。ポンピングストロークの間に、圧力、したがって、燃料送達手段の中の燃料の量を制限することによって、制限器は、効率の損失を限定し、そうでなければ、流体送達手段の中の燃料がポンプチャンバーの中の燃料と同じ圧力まで加圧された場合には、効率の損失が結果的に生じることとなる。

本発明の一実施形態では、インターフェース部材が、ポンピングプランジャーの接触面との協働のための、プランジャー接触表面を有するタペットを含む。流体送達手段が、ポンプチャンバーからポンピングプランジャーの接触面へ燃料を送達する機能を果たし、それによって、ポンピングプランジャーの接触面とタペットのプランジャー接触表面との間の潤滑を提供することが可能である。流体送達手段が、例えば、ポンプチャンバーからポンピングプランジャーの接触面へ燃料を送達するために、ポンピングプランジャーの中に軸方向に延びる通路を含むことが可能である。このように、ポンピングプランジャーがタペットと交わる境界面における摩耗の問題は、軽減または回避されることが可能である。

タペットが、プランジャー接触表面とタペットの境界面側面との間の流体連通を提供するための通路手段を含み、それによって、タペットの境界面側面とライダー部材との間の潤滑を提供することが可能である。そのような構成では、プランジャーの中の流体送達手段は、タペットの中の通路手段に連通することが可能である。このようにして達成された追加的な潤滑は、タペットとライダー部材との間の境界面における摩耗の問題を低減または回避することを支援する。

代替的な実施形態では、タペットは設けられておらず、インターフェース部材が、ポンピングプランジャーの足部を含むことが可能であり、流体送達手段が、ポンプチャンバーからポンピングプランジャーの境界面側面へ燃料を送達する機能を果たし、それによって、ポンピングプランジャーの境界面側面とライダー部材との間の潤滑を提供することが可能である。

流体送達手段が、ポンプチャンバーからポンピングプランジャーの側面へ燃料を送達する機能を果たし、それによって、ポンピングプランジャーの側面とプランジャー穴との間の潤滑を提供することが可能である。このように、ポンピングプランジャーとプランジャー穴との間の滑り境界面における摩耗の問題は、低減または回避されることが可能である。１つの例では、流体送達手段が、ポンピングプランジャーの側面に燃料を送達するために、ポンピングプランジャーの中に１つまたは複数の半径方向に延びる通路を含む。

流体送達手段が、ポンピングプランジャーの側面に環状の溝部を含むことが可能であり、それは、潤滑剤のための貯蔵部としての役割を果たすことによって、境界面に潤滑剤を保持することを支援し、改善された冷却および潤滑の利益をさらに増加させる。半径方向に延びる通路は、存在するとき、環状の溝部に連通するか、または環状の溝部の中へ開口することが可能である。

同様に、本発明の他の実施形態では、流体送達手段が、ポンピングプランジャーの接触表面に、または接触表面のうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの凹部を含むことが可能である。凹部またはそれぞれの凹部は、流体送達手段によって燃料を給送され、潤滑剤のための貯蔵部としての役割を果たすことによって、接触表面における潤滑および冷却を支援する機能を果たす。

使用に際してポンピングプランジャーの接触表面、またはそれぞれの接触表面において作用する潤滑の様式は、好ましくは、境界潤滑または弾性流体潤滑であり、境界潤滑では、接触表面と隣接する表面との間の荷重は、表面接触（具体的には、アスペリティ（ａｓｐｅｒｉｔｙ）接触）によって支えられ、弾性流体潤滑では、接触表面と隣接する表面との間の荷重は、いくつかの表面接触に加えて、潤滑剤の粘性抵抗によって支持される。好ましくは、表面同士の間の荷重を受ける潤滑剤の薄膜によって表面が分離されている、流体静力学的なおよび流体力学的な潤滑などの流体薄膜潤滑様式は、ポンピングプランジャーの接触表面では作用しない。

本発明の第２の態様では、高圧燃料ポンプのポンプチャンバーの中の燃料を加圧するためのポンピングプランジャーが、提供される。ポンピングプランジャーは、ポンピング端部と、１つまたは複数の接触表面と、ポンプチャンバーから接触表面へ、またはそれぞれの接触表面へ燃料を送達するための流体送達手段とを含む。流体送達手段が、接触表面またはそれぞれの接触表面から離れている制限器を含む。

一実施形態では、ポンピングプランジャーが、第１の端部および反対側の第２の端部を有する円筒形状のプランジャーステムを含み、第１の端部が、ポンピング端部で構成され、第２の端部が、接触表面か、または接触表面のうちの１つを画定している。接触表面が、使用に際してタペットと協働し、流体送達手段が、ポンプチャンバーから接触表面へ燃料を送達するように構成され、プランジャーステムとタペットとの間の接触を潤滑する。

本発明の第１の態様の燃料ポンプ組立体は、本発明の第２の態様によるポンピングプランジャーを含むことが可能である。

本発明の第１の態様の好適なおよび／または最適な特徴は、単独で、または適当な組み合わせで、本発明の第２の態様にも含まれることが可能であり、その逆も同様である。

次に、本発明を、ほんの一例として、残りの添付の図面を参照して説明することとする。図面において、同様の参照数字は、同様の特徴に関して使用されている。

上記に既に参照された既知の燃料ポンプ組立体の断面図である。 本発明の第１の実施形態による、ポンピングプランジャーを有する燃料ポンプ組立体の一部の断面図である。 図３（ａ）は図２の燃料ポンプ組立体のポンピングプランジャーの断面図である。図３（ｂ）は図２の燃料ポンプ組立体のポンピングプランジャーの切欠き斜視図である。図３（ｃ）は図２の燃料ポンプ組立体のポンピングプランジャーの側面図である。 図４（ａ）は本発明の第２の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。図４（ｂ）は本発明の第２の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの側面図である。 図５（ａ）は本発明の第３の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。図５（ｂ）は本発明の第３の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの側面図である。 本発明の第４の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。 本発明の第５の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。 本発明の第６の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。 本発明の第７の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。 本発明の第８の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。 本発明の第９の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーおよびタペット組立体の断面図である。 本発明の第１０の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーおよびタペット組立体の断面図である。 本発明の第１１の実施形態で使用するためのポンピングプランジャーの断面図である。

図２は、圧縮点火内燃エンジンの燃料噴射システムで使用するのに適した高圧燃料ポンプ２００の一部を示している。とりわけ、燃料ポンプ２００は、コモンレール燃料噴射システム（図示せず）のコモンレールに高圧燃料を送達するときの使用に適している。

図２の燃料ポンプ２００の多くの態様が、例えば、図１に示されているタイプの燃料ポンプ、ならびにＥＰ−Ｂ−１７０５３６８、ＥＰ−Ａ−２０５０９５２、およびＥＰ−Ａ−２０４８３５９に説明されているタイプの燃料ポンプから知られており、これらの部品は、簡単にだけ説明されることとなる。しかし、燃料ポンプ２００は、改善されたポンピングプランジャー２０１を含み、それは、ポンプの中の摩擦摩耗を低減させることを助ける。有利には、摩擦摩耗を低減させることによって、ポンプ２００は、既知のポンプ設計で可能な出力圧力を超える出力圧力で作動することが可能であり、ポンプ２００の耐久性および信頼性が、改善されることが可能である。

ポンプ２００の概括的な構成は、図１に示されている通りである。したがって、図２のポンプ２００は、主ポンプハウジング２０２を含み、主ポンプハウジング２０２を通って、エンジン駆動の駆動シャフト（図示せず）が延在している。駆動シャフトは、円筒形状のカム２０４（図２では部分的にだけ示されている）を担持しており、カム２０４は、図面の紙面に対して垂直方向に延びる中心カム軸に沿って延在している。カム２０４は、カムライダー（またはカムリング）２０６（繰り返しになるが、図２において部分的にだけ示されている）の形態のライダー部材を担持しており、カムライダー２０６には、複数の平坦部２０６ａが設けられており、そのうちの１つだけが図２に示されている。

複数のポンプヘッド２０８ａ（そのうちの１つだけが図２に示されている）が、カム軸の周りの半径方向の場所において、主ポンプハウジング２０２に取り付けられており、カム２０４が、主ポンプハウジング２０２の中に設けられている内部チャンバーまたは容量部２１０を通って延在している。それぞれのポンプヘッド２０８ａが、それぞれのポンプヘッドハウジング２１２ａを含む。

この例では、３つのポンプヘッドが、（図１に示されているように）設けられており、ポンプヘッドは、互いに実質的に同一である。１つのポンプヘッド２０８ａの構造が、ここで説明されることとなり、当業者は、この説明が他のポンプヘッドにも適用されるということを認識することとなる。

ポンプヘッド２０８ａは、ポンピングプランジャー２０１を含み、ポンピングプランジャー２０１は、有底のプランジャー穴２１６の中で往復運動可能であり、ポンピングストローク（または前進ストローク）と、ばねを使った戻りストロークとを有するポンピングサイクルを実施する。プランジャー穴２１６は、部分的にポンプヘッドハウジング２１２ａの中に画定されており、かつ部分的にプランジャー支持チューブ（換言すれば、管状部材）２１８の中に画定されており、プランジャー支持チューブ２１８は、ポンプヘッドハウジング２１２ａの下側表面から延在している。穴２１６の有底の端部は、ポンプヘッドハウジング２１２ａと一緒に、ポンプチャンバー２２０を画定している。穴２１６の中のプランジャー２０１の往復運動は、ポンピングストロークの間にポンプチャンバー２２０の中の燃料の加圧を生じさせる。燃料は、プランジャー２０１の充填ストロークの間に入口弁（図示せず）を通してポンプチャンバー２２０に入れられ、燃料は、ポンピングストロークの間に出口弁（図示せず）を通してポンプチャンバー２２０から高圧で送達される。

図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）を追加的に参照すると、プランジャー２０１は、概括的に、プランジャー軸Ａ（図３（ａ）参照）を画定する概して円筒形状のステム２２２を含む。プランジャー２０１の第１の端部または上側端部２２４は、ポンプチャンバー２２０に面し、第１の端部の反対側の、プランジャー２０１の第２の端部または下側端部２２６は、接触面２２７を画定しており、接触面２２７は、以下により詳細に説明されることとなるように、タペット２５０の形態の中間駆動部材と協働する。

図示されている例では、ステム２２２の直径は、おおよそ６．５ｍｍであるが、異なるステム直径が選択されることも可能である。例えば、別の実施形態は、おおよそ７．５ｍｍのプランジャーステム直径を有する。一般的に、プランジャーステム直径は、好ましくは、おおよそ６ｍｍからおおよそ８ｍｍの間である。

プランジャー２０１は、炭素鋼（例えば、１６ＭｎＣｒ５）、合金鋼（例えば、ＥＮ ＩＳＯ ６８３−１７ １００Ｃｒ６＋ＡＣ）、または高速度鋼（例えば、Ｍ５０、Ｍ２）から作製されており、より耐摩耗性にし、かつ摩擦を低減させるために、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）コーティングでコーティングされることが可能である。コーティングは常に必須ではないが、高圧または高速ポンプにおいてとりわけ有益である。また、代替的な材料およびコーティングも、ポンプの構造およびその用途に応じて、適当なものとして使用されることが可能である。

プランジャー２０１は、軸方向に延びる貫通穴または軸方向通路２２８を含む。制限オリフィスまたは制限器２３０は、軸方向通路２２８の低減された直径断面を含んでおり、プランジャー２０１の第１の端部２２４に隣接して設けられており、制限器２３０がポンプチャンバー２２０の中へ開口するようになっている。プランジャー２０１の第２の端部２２６では、軸方向通路２２８が、プランジャー２０１の接触面２２７に設けられている切欠き部または凹部２３２の中へ開口している。また、プランジャー２０１は、第１のクロス（換言すれば、交差）通路２３４も含み、第１のクロス通路２３４は、プランジャーステム２２２の幅を横切って延在しており、プランジャーステム２２２の幅は、プランジャー軸Ａに対して垂直であり、プランジャー軸Ａと交差している。したがって、クロス通路２３４は、軸方向通路２２８と交差している。その端部のそれぞれにおいて、クロス通路２３４は、プランジャー２０１のステム２２２の概して円柱形状の側面２３８にあるそれぞれの凹部２３６の中へ開口している。

第２のクロス通路２３４ａ（図３（ｃ）に見ることができる）は、図２および図３（ａ）の紙面に垂直の方向に、第１のクロス通路２３４と軸方向通路２２８の両方に対して垂直方向に延在している。第２のクロス通路２３４ａは、第１のクロス通路２３４と同じ軸方向位置において、軸方向通路２２８と交差している。第１のクロス通路２３４に関して、第２のクロス通路２３４ａは、その端部のそれぞれにおいて、プランジャーステム２２２の側面２３８にある凹部２３６の中へ開口している。

図２を再び参照すると、また、上述されているように、プランジャー２０１の接触面２２７が、プランジャー２０１とライダー２０６との間で中間駆動部材としての機能を果たすタペット２５０と協働する。タペット２５０は、概してカップ形状であり、円盤状のベース部材２５２と、ベース部材２５２から直立する概して円筒形状の壁部材２５４とを含む。ベース部材２５２は、ライダー接触表面２５６と、対向するプランジャー接触表面２５８とを画定している。ライダー接触表面２５６は、ライダー２０６と滑り接触しており、プランジャー２０１の接触面２２７は、プランジャー接触表面２５８に当接している。このように、タペット２５０のベース部材２５２は、ライダー２０６からプランジャー２０１へ駆動を伝達する。

環状のインサートまたはワッシャーの形態のばね座部材２６０が、タペット２５０の中に受け入れられている。プランジャーの第２の端部２２６は、ばね座部材２６０を通って延在し、タペット２５０のベース部材２５２に接触している。ばね座部材２６０は、らせんばね２３４を受け入れるための段付きのばね座を画定している。ばね２３４は、ばね座部材２６０とポンプヘッドハウジング２１２ａとの間に配設されている。ばね２３４は、ポンピングプランジャー２０１が、ポンピングストロークに続いて、戻りまたは充填ストロークを行うことを支援する。

タペット２５０の壁部材２５４は、容量部２６２を画定しており、容量部２６２の中に、ばね２３４が部分的に受け入れられている。壁部材２５４は、主ポンプハウジング２０２の中の穴２６４の中で滑り嵌めされている。壁部材２５４と穴２６４との間の間隙は、製造公差に依存するが、好ましくは、おおよそ４０μｍから８０μｍの間である。

ポンプ２００の使用時に、主ポンプハウジングの内部容量部２１０が、燃料を含有し、燃料が、ポンプ２００の構成要素のための潤滑剤としての機能を果たす。この目的のために、タペット２５０は、ベントスロット２６６を含み、ベントスロット２６６は、主ポンプハウジングの内部容量部２１０とタペット２５０の内部の容量部２６２との間を燃料が流れることを可能にする。それによって、燃料は、プランジャーステム２２２とプランジャー穴２１６との間の滑り境界面、ならびにプランジャー２０１の接触面２２７とタペット２５０のプランジャー接触表面２５８との間の境界面を潤滑する機能を果たす。

ポンプ２００の作動中に、カムライダー２０６がエンジン駆動のカム２０４の上に乗せられているので、軸方向の駆動が、タペット２５０のベース部材２５２に付与され、プランジャー２０１をプランジャー穴２１６の中で往復運動させる。ポンピングストロークの間に、プランジャー２０１は、シャフトから半径方向外向きに駆動され、ポンプチャンバー２２０の容積を低減させる。ばね２３４によって達成されるプランジャー戻りストロークの間に、プランジャー２０１は、半径方向内向きの方向に押圧され、ポンプチャンバー２２０の容積を増加させる。

タペット２５０のライダー接触表面２５６が、半径方向外向きの方向に駆動され、その中心軸Ａに沿ったプランジャー２０１の運動をもたらすと、ある程度の相対的に横方向のライダー接触表面２５６の滑り運動が、ライダー２０６の平坦部２０６ａを横切って、往復方式で発生する。この運動は、従来技術において周知であり、カムライダー２０６を担持するカム２０４の運動から生じる。タペット２５０は、戻りストロークの間に、同様の方式で平坦部２０６ａを横切って摺動する。

本発明では、プランジャー２０１の中に設けられている軸方向通路２２８およびクロス通路２３４、２３４ａ、ならびに対応する凹部２３２、２３６は、共に流体送達手段を備え、特定のおよび方向性のある（ｄｉｒｅｃｔｅｄ）方式で潤滑燃料を境界面に供給することによって、プランジャー２０１とタペット２５０との間の境界面、ならびにプランジャー２０１とプランジャー穴２１６との間の境界面を潤滑することを支援する。

とりわけ、プランジャー２０１のポンピングストロークの間に、ポンプチャンバー２２０の中の燃料圧力の増加は、燃料を、制限器２３０を経由して軸方向通路２２８の中へ押し込む。軸方向通路２２８から、燃料が、プランジャー２０１の下側端部２２６において、接触面２２７にある凹部２３２に送達され、したがって、プランジャー２０１とタペット２５０のプランジャー接触面２５８との間の接触範囲を潤滑することを助ける。このように、有利には、本発明は、例えば、使用中のプランジャー２０１に対するタペット２５０の傾斜によって生じさせられ得るような、プランジャーがタペットと接する場所において、摩耗および局部的な加熱を低減させる。

同様に、燃料が、クロス通路２３４、２３４ａを経由して、プランジャーステム２２２の側面２３８にある凹部２３６に送達され、それによって、プランジャー２０１の側面２３８とプランジャー穴２１６との間の滑り接触を潤滑する機能を果たす。このように、有利には、本発明は、例えば、使用中にプランジャー２０１に作用する側方荷重によって生じさせられ得るような、プランジャー２０１がプランジャー穴２１６の中で摺動する場所において、摩耗および局部的な加熱を低減させる。

図２では、ポンプ２００は、ポンピングストロークの始まり（または同等には、戻りストロークの終わり）に対応する位置にあるプランジャー２０１とともに示されているということが留意されるべきである。この位置では、クロスドリル穴２３４、２３４ａが、プランジャー支持チューブ２１８の下側端部を越えて位置付けられている。しかし、プランジャー２０１が、ポンピングストロークの間に、ポンプチャンバー２２０の容積を低減させるように移動すると、クロスドリル穴２３４、２３４ａは、プランジャー穴２１６の中へ上向きに移動し、プランジャー２０１の上の側方荷重がそのピーク時にあるときに、燃料が、ポンピングストロークの間に、プランジャーと穴との境界面に送達されることが可能であるようになっている。

プランジャー２０１の接触面２２７は、タペット２５０のプランジャー接触表面２５８と密接な接触をしている。さらに、プランジャー２０１が、そのポンピングストロークにおいて移動すると、接触面２２７は、ポンプチャンバー２２０の中の燃料の弾性力に対抗して、タペット２５０のプランジャー接触表面２５８に対して、より強く押し付けられる。したがって、燃料の最小限の漏洩が、ポンピングストロークの間に、プランジャー２０１の接触面２２７とタペット２５０のプランジャー接触表面２５８との間に発生する。したがって、ポンプ２００の容積効率は、ポンプチャンバー２２０をプランジャー２０１の接触面２２７に接続する制限器２３０、軸方向通路２２８、および凹部２３２の形態の流体送達手段を提供することによって、過度に妥協されることはない。

同様に、プランジャーステム２２２の側面２３８は、プランジャー穴２１６の表面と密接な滑り接触をしている。プランジャー穴２１６に対するプランジャーステム２２２の間隙は、製造公差に依存するが、好ましくは、おおよそ３．５からおおよそ７．５μｍの間である。したがって、ポンプチャンバー２２０をプランジャーステム２２２の側面２３８に接続する、制限器２３０、軸方向通路２２８、クロス通路２３４、２３４ａ、および凹部２３６の形態の流体送達手段の提供の結果として、ポンプチャンバー２２０からの燃料の最小限の追加的な漏洩だけが発生する。

したがって、本発明では、プランジャー２０１の中に設けられている流体送達手段は、ポンプチャンバー２２０から出てくる燃料の相当な量の流れを引き起こさないということが留意されるべきである。その代わりに、流体送達手段は、少量の潤滑燃料をそれぞれのプランジャー表面に送達し、対応する境界面を潤滑することを支援する機能だけを果たす。しかし、境界面における潤滑のタイプまたは様式は、好ましくは、流体送達手段の存在によって変化していない。例えば、プランジャー２０１とタペット２５０との間の境界面における潤滑様式は、好ましくは、境界潤滑または弾性流体潤滑である。追加的な潤滑剤を境界面に供給する流体送達手段の存在は、潤滑の有効性を改善する機能を果たすが、境界面において流体静力学的な流体薄膜潤滑条件を作り出すことはない。

通路２２８、２３４、２３４ａ、および凹部２３２、２３６は、ポンプチャンバー２２０に流体連通しているので、通路２２８、２３４、２３４ａ、および凹部２３２、２３６の中に収容されている量の燃料は、ポンピングストロークの間に、ポンプチャンバー２２０の中の燃料とともに加圧されている。しかし、通路２２８、２３４、２３４ａ、および凹部２３２、２３６の中の燃料は、その後にポンプ２００の出力として送達されないので、通路２２８、２３４、２３４ａ、および凹部２３２、２３６によって画定される容量部は、ポンプの効率を低減させる、いわゆる「死容積」である。制限器２３０は、軸方向通路２２８への進入点において圧力降下を作り出すことによって、この効率の低減を最小化する機能を果たす。このように、高いポンピング圧力は、ポンプチャンバー２２０に閉じ込められ、通路２２８、２３４、２３４ａ、および凹部２３２、２３６の中の圧力上昇は、それに対応して低くなる。別の言い方をすれば、制限器２３０は、ポンプチャンバー２２０から軸方向通路２２８、２３４、２３４ａ、および凹部２３２、２３６に到達する燃料の量を制限する。

図示されている例では、軸方向通路２２８は、おおよそ１ｍｍの直径を有しており、制限器は、おおよそ０．５ｍｍの直径を有している。他の例では、制限器は、ポンプ作動パラメーターおよび所望の性能要件に応じて、例えば、おおよそ０．０５ｍｍからおおよそ０．５ｍｍの範囲にある値の異なる直径を有することが可能である。

通路２２８、２３４、２３４ａがその中に開口している、プランジャー表面にある凹部２３２、２３６は、境界面において潤滑剤の貯蔵部を提供することによって、境界面の冷却および潤滑を支援する。追加的に、凹部２３２、２３６は、接触している表面の上に潤滑燃料を広げることを助けるように形状付けされることが可能である。

本発明の多くの変形例および修正例が可能である。例として、本発明のいくつかの代替的な実施形態および変形形態が、ここで、説明されることとなる。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の第２の実施形態で使用するためのポンピングプランジャー３０１を示しており、それは、第２の実施形態では、クロスドリル穴２３４、２３４ａが、プランジャーステム２２２の周りに延在する環状の凹部または溝部３０２の中へ開口しているという点を除いて、本発明の第１の実施形態のポンピングプランジャー２０１と同様である。この実施形態では、環状の溝部３０２は、図２のプランジャー２０１にある凹部２３６と同様の方式で作用し、プランジャーステム２２２とプランジャー穴との間の境界面において潤滑燃料の貯蔵部を提供している。

図４のプランジャーの残りの特徴は、図３のプランジャーを参照して説明されている通りのものである。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、本発明の第３の実施形態で使用するためのプランジャー４０１を示している。この実施形態では、軸方向通路２２８が、プランジャーステム２２２の第２の端部２２６において、接触面２２７の上に直接的に開口している。凹部または同様の特徴は、設けられていない。同様に、クロス通路２３４、２３４ａは、凹部、溝部、または同様の特徴がない状態で、プランジャーステム２２２の側面２３８の上に直接的に開口している。接触表面に凹部がないことに起因して、図５のプランジャー４０１は、潤滑の観点から、図３および図４のプランジャー２０１、３０１よりも少ない利益を与えることとなる。しかし、従来技術（例えば、図１）を上回る改善は、依然として相当な量であり、図５のプランジャー４０１は、より低コストで製造することができる。

図５のプランジャーの残りの特徴は、図３のプランジャーを参照して説明されている通りのものである。

図６から図８は、本発明の３つのさらなる実施形態で使用するためのポンピングプランジャーを示している。それぞれの場合では、プランジャーには、クロス通路２３４との交差点までだけに延びる軸方向通路３２８が設けられている。したがって、これらの実施形態では、プランジャーステム２２２の側面２３８だけが、追加的な潤滑剤を供給される。プランジャーステム２２２の第２の端部２２６における接触面２２７は、追加的な潤滑剤を供給されない。この構成は、プランジャーとタペットとの間の境界面において、本来的に低い摩耗速度を有する用途において有用である可能性があり、その境界面における追加的な潤滑が必要でないようになっている。

具体的には、図６は、本発明の第４の実施形態で使用するためのプランジャー５０１を示しており、第４の実施形態では、クロス通路２３４（図６では、そのうちの１つだけを見ることができる）が、図５に示されている本発明の第４の実施形態のように、プランジャーステム２２２の側面２３８の上に直接的に開口している。

図７は、本発明の第５の実施形態で使用するためのプランジャー６０１を示しており、第５の実施形態では、クロス通路２３４（図７では、そのうちの１つだけを見ることができる）が、図３に示されている本発明の第１の実施形態のように、プランジャーステム２２２の側面２３８にある凹部２３６の中へ開口している。

図８は、本発明の第６の実施形態で使用するためのプランジャー７０１を示しており、第６の実施形態では、クロス通路２３４（図８では、そのうちの１つだけを見ることができる）が、図４に示されている本発明の第２の実施形態のように、プランジャーステム２２２の側面２３８にある環状の溝部３０２の中へ開口している。

本発明の第４、第５、または第６の実施形態で使用するためのプランジャーの短い（truncated）軸方向通路３２８を形成する１つの方法は、第一に、プランジャーステム２２２の下側端部２２６まで延びる軸方向通路を形成し、次いで、例えば鋼製の適切な盲栓（blanking）プラグで、クロス通路２３４と下側端部２２６との間に延びる通路の部分を塞ぐことである。次いで、ステム２２２の下側端部２２６は、接触面２２７を形成させるために研磨されることが可能である。

図６から図８のプランジャーの残りの特徴は、図３のプランジャーを参照して説明されている通りのものである。

図９および図１０は、本発明の２つのさらなる実施形態で使用するためのプランジャーを示している。これらの場合では、本発明の先述の実施形態のクロス通路が、省略されており、その代わりに、潤滑燃料が、プランジャーシャフト２２２の下側端部２２６における接触面２２７にだけ送達されている。本発明のこれらの実施形態は、例えば、プランジャーの上の側面荷重が相対的に低い用途で有用であり、プランジャーとプランジャー穴との間の追加的な潤滑が必要でないようになっている。

具体的には、図９は、本発明の第７の実施形態で使用するためのプランジャー８０１を示しており、第７の実施形態では、軸方向通路２２８が、図５に示されている本発明の第３の実施形態のように、プランジャーステム２２２の接触面２２７に延在し、その上に開口している。

図１０は、本発明の第８の実施形態で使用するためのプランジャー９０１を示しており、第８の実施形態では、軸方向通路２２８が、図３に示されている本発明の第１の実施形態のように、プランジャーステム２２２の接触面２２７にある凹部２３２の中へ開口している。

図９および図１０のプランジャー残りの特徴は、図３のプランジャーを参照して説明されている通りのものである。

図１１は、本発明の第９の実施形態で使用するためのプランジャーおよびタペット組立体１０００を示している。組立体１０００は、本発明の第１の実施形態によるポンピングプランジャー２０１と、タペット１０５０とを組み合わせて含む。

タペット１０５０は、図２を参照して説明されているタペット２５０と多くの特徴を共有しており、それらの特徴は、さらに説明しないこととする。追加的に、本発明の実施形態では、タペット１０５０は、流体通路１０５２を含み、流体通路１０５２は、ベース部材２５２を通って軸方向に延在しており、プランジャー接触表面２５８をライダー接触表面２５６に接続している。

組立体１０００では、タペット１０５０の中の流体通路１０５２は、プランジャー２０１の軸方向通路２２８に流体連通している。したがって、タペット１０５０の中の流体通路１０５２は、追加的な潤滑剤をタペット１０５０とライダーとの間の境界面に送達するように作用し、さらに、ポンプの摩耗性能を改善する。プランジャー２０１の接触面２２７にある凹部２３２は、プランジャー２０１とタペット１０５０との間の任意の軸方向の不整合が生じた場合には、プランジャー２０１の軸方向通路２２８とタペット１０５０の通路１０５２との間の流体連通を維持することを助ける。

図１２は、本発明の第１０の実施形態で使用するためのプランジャーおよびタペット組立体１１００を示している。組立体１１００は、本発明の第１の実施形態によるポンピングプランジャー２０１と、タペット１１５０とを組み合わせて含んでおり、タペット１１５０は、図１２のタペット１１５０の中の流体通路１１５２がベース部材２５２のライダー接触表面２５６にある凹部１１５４の中へ開口しているという点を除いて、図１１に示されているタペット１０５０と同一である。

図１３は、本発明の第１１の実施形態で使用するためのプランジャー１２００を示している。プランジャー１２００は、タペットはないが、図２に示されているようなポンプで使用するために設計されている。その代わりに、プランジャー１２００は、プランジャー足部１２０２の形態の一体型のインターフェース部材を含む。足部１２０２は、下側側面１２０４と上側側面１２０８とを有し、下側側面１２０４は、接触面１２０６を含み、接触面１２０６は、使用に際してポンプのライダーに滑り接触しており、上側側面１２０８は、戻りばねのために段付きのばね座１２１０を提供している。

プランジャー１２００は、プランジャーステム１２１２をさらに含み、プランジャーステム１２１２は、足部１２０２の上側側面１２０８から延在している。ステム１２１２の上側端部１２１４は、ポンプチャンバーの中に受け入れられる。

プランジャー１２００は、プランジャー１２００の上側端部１２１４から足部の下側側面１２０４へ延びる軸方向通路１２１６の形態の流体送達手段を含む。軸方向通路１２１６は、接触面１２０６の上に開口し、追加的な潤滑燃料をプランジャーとライダーとの境界面に送達する。

また、流体送達手段は、２つの垂直方向のクロス通路１２２０（図１３には、その１つだけが示されている）も含み、クロス通路１２２０は、プランジャーステム１２１２の側面１２２２の上に開口し、追加的な潤滑流体をプランジャーと穴との境界面に送達する。

本発明の先述の実施形態にあるように、制限器１２２４が、プランジャー１２００の上側端部１２１４に隣接して、軸方向通路１２１６の端部に設けられている。

また、上記には明確に説明されていないさらなる修正例および変形例も、添付の特許請求の範囲に定義されているような本発明の範囲を逸脱することなくなされることが可能である。

Claims (12)

1. 内燃エンジンで使用するための高圧燃料ポンプ組立体（２００）であって、
   プランジャーポンピングストロークの間に、ポンプチャンバー（２２０）の中の燃料を加圧するためのポンピングプランジャー（２０１；１２００）であって、プランジャー穴（２１６）の中に摺動可能に受け入れられている、ポンピングプランジャー（２０１；１２００）と、
   駆動部と協働可能なライダー部材（２０６）と、
   前記プランジャーポンピングストロークを行うために、前記ライダー部材（２０６）から前記ポンピングプランジャー（２０１；１２００）へ駆動力を付与するためのインターフェース部材（２５０）であって、前記ライダー部材（２０６）と協働可能である境界面側面（２５６；１２０４）を有している、インターフェース部材（２５０）と
   を備え、
   前記ポンピングプランジャー（２０１；１２００）が、前記ポンプチャンバー（２２０）から前記ポンピングプランジャー（２０１；１２００）の１つまたは複数の接触表面（２２７、２３８；１２０６、１２２２）へ燃料を送達することによって前記接触表面（２２７、２３８；１２０６、１２２２）を潤滑するための流体送達手段（２２８、２３０、２３２、２３４、２３６；１２１６、１２２０、１２２４）を備えており、
   前記インターフェース部材が、前記ポンピングプランジャー（２０１）の接触面（２２７）と協働するプランジャー接触表面（２５８）を有するタペット（２５０；１１５０）を備えており、
   前記流体送達手段（２２８、２３０、２３２）が、前記ポンプチャンバー（２２０）から前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記接触面（２２７）へ燃料を送達するように作用し、これにより、前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記接触面（２２７）と前記タペット（２５０；１１５０）の前記プランジャー接触表面（２５８）との間の潤滑を提供する、
   ポンプ組立体（２００）。
2. 前記流体送達手段が、前記ポンピングストロークの間に、前記流体送達手段（２２８、２３２、２３４、２３６）の中の燃料の圧力を制限するための制限器（２３０）を含む、請求項１に記載のポンプ組立体。
3. 前記制限器（２３０）が、前記接触表面（２２７、２３８）またはそれぞれの接触表面（２２７、２３８）から離れている、請求項２に記載のポンプ組立体。
4. 前記ポンピングプランジャー（２０１）の第１の端部（２２４）が、前記ポンプチャンバー（２２０）の中に受け入れられており、前記制限器（２３０）が、前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記第１の端部（２２４）において、前記ポンプチャンバー（２２０）内へ開口している、請求項３に記載のポンプ組立体。
5. 前記流体送達手段が、前記ポンプチャンバー（２２０）から前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記接触面（２２７）へ燃料を送達するために、前記ポンピングプランジャー（２０１）の中に軸方向に延びる通路（２２８）を含む、請求項１に記載のポンプ組立体。
6. 前記タペット（１１５０）が、前記プランジャー接触表面（２５８）と前記タペット（２５０）の前記境界面側面（２５６）との間の流体連通を提供することにより前記タペット（２５０）の前記境界面側面（２５６）と前記ライダー部材（２０６）との間の潤滑を提供するための通路手段（１０５２；１１５２）を含む、請求項１に記載のポンプ組立体。
7. 前記インターフェース部材が、前記ポンピングプランジャー（１２００）の足部（１２０８）を含み、前記流体送達手段（１２１６、１２２０、１２２４）が、前記ポンプチャンバー（２２０）から前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記境界面側面（１２０４）へ燃料を送達するように作用し、これにより、前記ポンピングプランジャー（１２００）の前記境界面側面（１２０４）と前記ライダー部材（２０６）との間の潤滑を提供する、請求項１から４のいずれか一項に記載のポンプ組立体。
8. 前記流体送達手段（２２８、２３４；１２１６、１２２０）が、前記ポンプチャンバー（２２０）から前記ポンピングプランジャー（２０１；１２００）の側面（２３８；１２２２）へ燃料を送達するように作用し、これにより、前記ポンピングプランジャー（２０１；１２００）の前記側面（２３８；１２２２）と前記プランジャー穴（２１６）との間の潤滑を提供する、請求項１から７のいずれか一項に記載のポンプ組立体。
9. 前記流体送達手段が、前記側面（２３８；１２２２）に燃料を送達するために、前記ポンピングプランジャー（２０１；１２００）の中に１つまたは複数の半径方向に延びる通路（２３４；１２２０）を含む、請求項８に記載のポンプ組立体。
10. 前記流体送達手段が、前記側面（２３８）に環状の溝部（３０２）を含む、請求項８または９に記載のポンプ組立体。
11. 前記流体送達手段が、前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記接触表面のうちの少なくとも１つ（２２７、２３８）に、少なくとも１つの凹部（２３２、２３６）を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のポンプ組立体。
12. 使用に際して前記ポンピングプランジャー（２０１）の前記接触表面（２２７、２３８；１２０６、１２２２）、またはそれぞれの接触表面（２２７、２３８；１２０６、１２２２）において作用する前記潤滑の様式は、境界潤滑または弾性流体潤滑である、請求項１から１１のいずれか一項に記載のポンプ組立体。

Images