JP6428361B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、プランジャの往復動によりポンプ室の容積を変化させて流体を加圧するポンプに関するものである。

従来、この種のポンプとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたポンプは、シリンダ内にプランジャが往復動自在に配設され、シリンダの端部にボディ（流路形成部材）が配置され、シリンダとプランジャとボディとによってポンプ室が区画されている。また、固定部材（電磁弁）をシリンダに螺合し、その軸力によりシリンダとボディとを密着させて、シール機能を発揮させるようになっている。

特許第５２４０２８４号明細書 特開２０１０−２２３２８０号公報

しかしながら、従来のポンプは、加圧する流体の設定圧力が高くなるに伴いシール面圧を高くする必要があり、軸力も高く設定する必要がある。その結果、ねじ部に発生する応力も高くなるため、ねじ部の破損、遅れ破壊などの懸念が生じる。

ところで、特許文献２には、高圧の燃料を噴射するインジェクタが記載されている。この特許文献２に記載されたインジェクタは、高圧燃料通路を有するチップパッキンと高圧燃料通路を有するノズルボディとをリテーニングナットとロアボディとの間に挟持し、リテーニングナットとロアボディとを螺合し、その軸力によりチップパッキンとノズルボディとを密着させている。

また、チップパッキンに、高圧燃料通路の外周側に延出するように凹部を形成し、凹部内に導入される高圧燃料の圧力によりチップパッキンの棚部をノズルボディに押し付けて、シール機能を発揮させるようになっている。

このように、燃料の圧力にてシール面圧を高めることにより、軸力を高くする必要がなくなるため、ねじ部の破損、遅れ破壊などを防止することができる。

そして、仮に特許文献２の技術思想（すなわち、流体圧力を利用してシール面圧を高めること）を従来のポンプに適用する場合、シリンダにおけるポンプ室を区画するシリンダ内壁面に、ポンプ室の外周側に延出するように凹部を形成することが考えられる。

しかしながら、シリンダに凹部を形成した場合、凹部の容積分だけポンプ室のデッドボリュームが増加し、ポンプ効率が低下してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、ポンプ効率を低下させることなく、また、ねじ部の破損や遅れ破壊を防止しつつ、所定のシール機能が得られるように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、シリンダ（１３）と、シリンダ内に往復動可能に配設されたプランジャ（１４）と、プランジャの往復動によって容積が変化するポンプ室（１５）と、シリンダの一端側に配置され、シリンダおよびプランジャと協働してポンプ室を区画するボディ（３１）と、シリンダに螺合されてボディをシリンダに固定する固定部材（３２）とを備え、ボディは、ポンプ室内に挿入され、シリンダにおけるポンプ室を区画するシリンダ内壁面（１３ｆ）にポンプ室内の流体の圧力によって押し付けられる筒状のシール筒部（３１ｂ）を有し、前記シール筒部の外周面と前記シリンダ内壁面の間に隙間が設定され、前記ポンプ室内の流体が加圧されるとき、前記シール筒部は前記ポンプ室内の流体の圧力を受けて径方向外側に変形し、前記外周面が前記シリンダ内壁面に押し付けられることを特徴とする。

これによると、シリンダ内壁面とシール筒部との密着によりシール機能が得られ、その際軸力ではなく流体の圧力にてシール面圧が確保されるため、軸力を高く設定する必要がなくなり、ねじ部の破損や遅れ破壊を防止することができる。また、ポンプ室のデッドボリュームは増加しないため、、ポンプ効率は低下しない。

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。

本発明の一実施形態に係るポンプを示す模式的な断面図である。 一実施形態に係るポンプの要部を拡大して示す断面図である。

本発明の一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（以下、単に内燃機関と称する。）に燃料を供給する燃料供給装置に適用され、より詳細には、軽油等の燃料を高圧化してコモンレールに供給するものである。

図１に示すように、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からハウジング１０の上方に向かって延びる円柱状空間のハウジング貫通孔１０ｂとが形成されている。このカム室１０ａおよびハウジング貫通孔１０ｂ内の空間には、後述するカム１２、摺動子１７、カムローラ１８等の潤滑を行うための潤滑油が充填されている。

カム室１０ａには、図示しない内燃機関にて駆動されるカム軸１１が配置され、このカム軸１１はハウジング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。

ハウジング貫通孔１０ｂには、ハウジング貫通孔１０ｂの上端側を塞ぐようにして、金属（例えば、ＳＣＭ）よりなるシリンダ１３が挿入されている。

このシリンダ１３には、円柱状空間のプランジャ挿入孔１３ａが形成されており、このプランジャ挿入孔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とシリンダ１３と後述する電磁弁３０の第１ボディ３１とにより円柱状空間のポンプ室１５が区画形成され、プランジャ１４の往復動によってポンプ室１５の容積が変化するようになっている。

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を介してスプリング１６によってプランジャ１４が摺動子１７に押し付けられている。

摺動子１７は、円筒状に形成されており、ハウジング貫通孔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内には、ポンプ室１５に供給する燃料を溜める環状の燃料ギャラリ１９が形成されている。この燃料ギャラリ１９は、シリンダ１３に形成された低圧通路孔１３ｂ、および低圧燃料配管４０を介して、燃料タンク４１に接続されている。低圧燃料配管４０中には、燃料タンク４１に溜められた燃料を吸入し低圧にて吐出するフィードポンプ４２が配置されており、燃料ギャラリ１９にはフィードポンプ４２によって燃料が圧送される。

燃料ギャラリ１９は、後述する電磁弁３０の第１ボディ３１に形成された連通孔３１ａを介して、ポンプ室１５に連通されている。

シリンダ１３には、ポンプ室１５に常時連通する高圧通路孔１３ｃが形成されている。そして、ポンプ室１５は、この高圧通路孔１３ｃ、吐出弁２０、および高圧燃料配管４５を介してコモンレール４３に接続されている。

吐出弁２０は、高圧燃料通路を開閉する弁体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で加圧された高圧燃料は、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４３に圧送されるようになっている。

プランジャ挿入孔１３ａの内壁には、プランジャ１４とシリンダ１３との間から漏れる燃料を回収するリーク回収溝２１が形成されている。このリーク回収溝２１は、シリンダ１３のプランジャ挿入孔１３ａの内壁を拡径した環状の溝で構成されている。また、リーク回収溝２１の下方側開口部は、カバー２２にて塞がれている。

リーク回収溝２１には、プランジャ１４の外周側を通ってポンプ室１５からハウジング貫通孔１０ｂ内の空間やカム室１０ａへ伝う燃料の漏れ、及び、ハウジング貫通孔１０ｂ内の空間やカム室１０ａからポンプ室１５へ伝う潤滑油の漏れを防止するプランジャシール部材２３が配置されている。

リーク回収溝２１は、シリンダ１３に形成された戻し通路孔１３ｄ、および戻し燃料配管４４を介して、燃料タンク４１に接続されている。これにより、リーク回収溝２１に流入した燃料が燃料タンク４１に戻されるようになっている。

低圧通路孔１３ｂは、シリンダ１３に形成されたリリーフ通路孔１３ｅを介して戻し通路孔１３ｄに接続されている。

リリーフ通路孔１３ｅの途中には、燃料ギャラリ１９内の最大圧力を規定する調圧弁２５が配置されている。

この調圧弁２５は、リリーフ通路孔１３ｅを開閉する弁体２５ａと、この弁体２５ａを閉弁向きに付勢するスプリング２５ｂとを備えている。そして、燃料ギャラリ１９内の圧力が基準圧力（例えば、０．５ＭＰａ）以上となった場合には、スプリング２５ｂに抗して弁体２５ａが開弁向きに移動してリリーフ通路孔１３ｅが開かれ、燃料ギャラリ１９や低圧通路孔１３ｂ側の燃料が燃料タンク４１に戻されるようになっている。

図１、図２に示すように、電磁弁３０は略円筒状の第１ボディ３１および略円筒状の第２ボディ３２を備えている。第１ボディ３１は、シリンダ１３の一端側に配置され、ポンプ室１５を閉塞するようにしてシリンダ１３に組み付けられている。

第１ボディ３１は、金属（例えば、ＳＣＭ）よりなり、固定部材としての第２ボディ３２がシリンダ１３に螺合されてシリンダ１３に固定されている。

第１ボディ３１には、一端がポンプ室１５に連通し他端が燃料ギャラリ１９に連通する連通孔３１ａが形成されている。

また、第１ボディ３１におけるポンプ室１５側の端部には、連通孔３１ａのポンプ室１５側開口部を囲むようにして、ポンプ室１５側に向かって突出する円筒状のシール筒部３１ｂが形成されている。このシール筒部３１ｂはポンプ室１５内に挿入されている。なお、シール筒部３１ｂの外周面と、シリンダ１３におけるポンプ室１５を区画するシリンダ内壁面１３ｆとの間の隙間は、数μｍに設定されている。

さらに、第１ボディ３１におけるポンプ室１５側の端部には、シール筒部３１ｂよりも径方向外側の位置に、リング状の溝３１ｃが形成されている。そして、この溝３１ｃにＯリング３９が挿入されている。なお、このＯリング３９が配置された部位は、第２ボディ３２の軸力により、第１ボディ３１がシリンダ１３に押し付けられて両者が密着している部位である。

また、電磁弁３０は、通電時に磁界を発生するコイル３３、コイル３３に通電された時に吸引力を発生するステータコア３４、コイル３３に通電された時にステータコア３４に吸引されるアーマチャ３５、アーマチャ３５と一体のロッド３５ａを有している。なお、ロッド３５ａは、第２ボディ３２に摺動自在に保持されている。

さらに、電磁弁３０は、ロッド３５ａに当接し、アーマチャ３５およびロッド３５ａと一体に移動して連通孔３１ａとポンプ室１５との間を開閉する弁体３６、弁体３６に圧入にて一体化されたスプリングシート３６ａ、弁体３６およびスプリングシート３６ａをアーマチャ３５側に向かって付勢する第１スプリング３７、アーマチャ３５および弁体３６を反吸引側に向かって付勢する第２スプリング３８を有している。なお、弁体３６は、第１ボディ３１に摺動自在に保持されている。

上記構成の燃料供給装置の作動を説明する。先ず、電磁弁３０のコイル３３に通電されていないときには、電磁弁３０の弁体３６は第２スプリング３８の付勢力により開弁位置に移動されて、連通孔３１ａとポンプ室１５とが連通状態になっている。

そして、連通孔３１ａとポンプ室１５とが連通している状態で、且つプランジャ１４が下降する吸入工程では、フィードポンプ４２から吐出される低圧の燃料が、低圧燃料配管４０、低圧通路孔１３ｂ、燃料ギャラリ１９、および連通孔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が上昇する吐出工程では、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、コイル３３に通電されておらず、連通孔３１ａとポンプ室１５とが連通しているため、ポンプ室１５内の燃料は、連通孔３１ａを介して燃料ギャラリ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コイル３３に通電されると、アーマチャ３５は第２スプリング３８に抗してステータコア３４に吸引される。また、弁体３６は、第１スプリング３７に付勢されてアーマチャ３５に追従し、閉弁位置に移動して連通孔３１ａとポンプ室１５との間を遮断する。

これにより、燃料ギャラリ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、高圧の燃料がコモンレール４３に圧送される。

ポンプ室１５内の燃料が加圧される圧送工程では、シール筒部３１ｂはポンプ室１５内の高圧の燃料圧力を受けて径方向外側に変形し、シール筒部３１ｂの外周面がシリンダ内壁面１３ｆに押し付けられる。したがって、シール筒部３１ｂの外周面とシリンダ内壁面１３ｆとの密着により、ポンプ室１５と燃料ギャラリ１９間の燃料漏れが防止される。しかも、ポンプ室１５内の燃料圧力が高くなるほど密着部（すなわち、シール部）の面圧が高くなって、シール性能も高くなる。

なお、ポンプ室１５内の燃料圧力が低い作動領域では、シール筒部３１ｂとシリンダ内壁面１３ｆとの密着によるシール機能は得られない。したがって、そのときには、Ｏリング３９により、ポンプ室１５と燃料ギャラリ１９間の燃料漏れが防止される。

以上述べたように、本実施形態によると、シール筒部３１ｂとシリンダ内壁面１３ｆとの密着によりシール機能が得られ、その際軸力ではなくポンプ室１５内の燃料圧力にてシール面圧が確保されるため、軸力を高く設定する必要がなくなり、第２ボディ３２やシリンダ１３のねじ部の破損や遅れ破壊を防止することができる。また、ポンプ室１５のデッドボリュームは増加しないため、ポンプ効率は低下しない。

（他の実施形態）
上記実施形態では、本発明を軽油等の燃料を高圧化してコモンレールに供給するポンプに適用したが、本発明は他の用途のポンプにも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１３ シリンダ
１４ プランジャ
１５ ポンプ室
３１ 第１ボディ（ボディ）
３２ 第２ボディ（固定部材）
１３ｆ シリンダ内壁面
３１ｂ シール筒部

Claims (2)

1. シリンダ（１３）と、
   前記シリンダ内に往復動可能に配設されたプランジャ（１４）と、
   前記プランジャの往復動によって容積が変化するポンプ室（１５）と、
   前記シリンダの一端側に配置され、前記シリンダおよび前記プランジャと協働して前記ポンプ室を区画するボディ（３１）と、
   前記シリンダに螺合されて前記ボディを前記シリンダに固定する固定部材（３２）とを備え、
   前記ボディは、前記ポンプ室内に挿入され、前記シリンダにおける前記ポンプ室を区画するシリンダ内壁面（１３ｆ）に前記ポンプ室内の流体の圧力によって押し付けられる筒状のシール筒部（３１ｂ）を有し、
   前記シール筒部の外周面と前記シリンダ内壁面の間に隙間が設定され、
   前記ポンプ室内の流体が加圧されるとき、前記シール筒部は前記ポンプ室内の流体の圧力を受けて径方向外側に変形し、前記外周面が前記シリンダ内壁面に押し付けられることを特徴とするポンプ。
2. 前記シリンダおよび前記ボディにおける前記固定部材の軸力により密着される部位に、Ｏリング（３９）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。

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