JPH11230025A - 高圧ポンプ、高圧ポンプの軸シール方法及び内燃機関の燃料供給用高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大容量の高圧ポンプを提供し、作動流体で摺動
部等を潤滑することを目的とする。 【解決手段】ベローズレスで、偏心した中心を持つ球体
継手を用いる構成とした。また、軸シールを２つ設け、
その間の空間を燃料タンクへ連通して軸シール１２の両
側の圧力差をなくすよう構成した。 【効果】吐出容量が大幅に向上すると共に、構造簡単で
製造コストを抑えることができる。また、燃料漏れが低
減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧ポンプに係り、
例えば自動車ガソリンエンジン用筒内直接噴射装置の高
圧ガソリンポンプとして使用するに好適な高圧ポンプに
関する。

【０００２】また、高圧ポンプに用いる軸シール方法に
係り、例えば自動車ガソリンエンジン用筒内直接噴射装
置の高圧ガソリンポンプに用いるに好適な軸シール方法
に関する。

【０００３】

【従来の技術】例えば自動車ガソリンエンジン用筒内直
接噴射装置では、気筒内の圧縮行程時にもガソリンを噴
射する必要があるため運転状態によっては１０［ＭＰ
ａ］あるいはそれ以上の高い圧力でガソリンを供給する
高圧ポンプが必要となる。また、ポンプ内に供給される
ガソリン自体も大気圧より高い圧力(例えば０.３［MP
a］)を有する。

【０００４】このような高圧ポンプは特開平9−112408
号公報等で知られるように本願出願人によって既に提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の高圧
ポンプでは、ポンプ機構のプランジャに作用する流体の
圧縮圧力が駆動機構の摺動部に大きな荷重として作用す
るので、転がり軸受に耐久性が要求され、径の大きな転
がり軸受を使用し、高精度の潤滑油で潤滑する必要があ
った。このため回転軸シール部を含む駆動機構の摺動部
と高圧の作動流体（上記従来例では、ガソリン）が供給
されるポンプ機構部とを金属ベローズで隔絶するよう構
成していた。

【０００６】このような構造では上記転がり軸受と金属
ベローズが共にポンプのコスト高，組立性の低効率，機
体の小型化に対する制約，部品点数の上昇を招いてい
た。

【０００７】そこで本発明の第１の目的は、作動流体
（例えば、ガソリン）で駆動機構の軸シール部や摺動部
を潤滑できるようにして上記問題点を除去する点にあ
る。

【０００８】また本発明の第２の目的は、大気圧より高
い圧力を有する低粘度の潤滑油（例えば、ガソリン）で
軸シール部を潤滑する内燃機関の燃料供給用高圧ポンプ
を提供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明では、筺体に回転可能に支承された駆動
軸と、前記駆動軸の回転に従って揺動する揺動体と、前
記揺動体の揺動運動に伴って往復動する少なくとも１つ
のプランジャを有するポンプ機構から成り、前記駆動軸
と前記揺動体との間に軸継手を有する高圧ポンプにおい
て、前記軸継手は、中心に軸挿通用の軸孔を有する球体
と、前記駆動軸若しくは前記揺動体の何れか一方に形成
された前記球体を受容する半球状の凹部を有する球体受
容部と、前記駆動軸と前記揺動体のうち前記球体受容部
を持たない方に形成され前記軸孔に回転可能に挿通され
る軸とから成り、前記駆動軸の回転軸心から前記球体の
中心が所定の寸法だけ偏心している構成とした。また、
第１の目的を達成するために別の発明では、作動流体を
貯留する容器から作動流体を吸入して給送する高圧ポン
プの駆動軸をシールする方法において、前記ポンプの回
転軸の周囲を少なくとも２つの軸シールでシールし、前
記軸シールの間に形成された空間に前記容器内の空間の
圧力を印加するように構成した。

【００１０】また、第２の目的を達成するために別の発
明では、外部から回転運動を動力として受け取り、燃料
タンクから燃料噴射装置へ高圧の燃料を供給する内燃機
関の燃料供給用高圧ポンプであって外部からの回転運動
を伝達するための軸を有するものにおいて、大気圧側に
設けられ前記軸の周囲をシールする第１の軸シールと、
燃料吸入圧側に設けられ前記軸の周囲をシールする第２
の軸シールとを備え、前記第１と第２の軸シール間に形
成された空間と前記燃料タンクとを連通した。

【００１１】このように構成した本発明によれば、球体
継手部の摺動部の最大ＰＶ値を従来の摺動部の１／１０
以下にすることが可能となった。よって低粘度の作動流
体（例えば、ガソリン）で潤滑できるようになった。つ
まり、ＰＶ値が低いので低粘度の作動流体でも摺動部の
焼き付きを防止でき、滑り軸受を用いて高圧ポンプ（例
えば、内燃機関の燃料供給用高圧ポンプ）の軸受を構成
することが可能となった。

【００１２】また別の発明では、ポンプ内低圧側圧力
（ポンプ吸入圧）により第２の軸シールから流体が漏れ
たとしても、第１の軸シールの両側は共に大気圧であ
り、第１と第２の軸シール間に設けた連通路で流体供給
源に流体が戻されるので、第１の軸シールからの流体漏
れが低減できる。

【００１３】また別の発明では、この発明を自動車の高
圧ガソリンポンプに実施した場合、第１の軸シールの大
気圧側は、エンジンカム軸側カバー内に第１・第２の軸
シール間を燃料タンクに接続するよう構成すれば大気中
に直接燃料漏れを起こすことがないので安全である。仮
に第２の軸シールからの漏れ量が多い場合、ポンプ内低
圧側圧力が燃料の気泡発生限界以下と低圧になるので、
燃料の発泡でエンジン駆動上十分な燃料をポンプ室内へ
供給できなくなる。つまりシリンダにも燃料を供給でき
ないことになるので、エンジンが不調となり遂にはエン
ジンが停止する。するとカム軸によって駆動されるポン
プもその機能を停止することとなり、第２の軸シールか
らの漏れもおさまる。従って、大気中に直接燃料漏れを
起こすことがないので安全である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜図５を用いて本発明の実施
例について説明する。

【００１５】図１に高圧ポンプの構造を示す。エンジン
カム軸からの駆動力を伝達するために回転する駆動軸２
にカップリング６がピン４を介して、駆動軸２に対して
ガタになるように連結されている。ピン４はカップリン
グ６側に圧入され、ピン４が剪断してもピンが飛び出さ
ないように嵌合されている。

【００１６】駆動軸２は第１・第２のラジアル軸受８・
１０で回転自在に支持されている。前記軸受８・１０の
間に第１・第２の軸シール１２・１４を設けている。駆
動軸２の軸方向の動きをある程度規制するために、駆動
軸２の前記軸受８のカップリング側に嵌合するトメワ１
６を設けると同時に、前記軸受１０の反カップリング側
にツバ４７（図４）を設けている。筺体（ボディ）１８
は前記軸受８・１０を支持すると共に前記軸シール１２
・１４を固定している。

【００１７】駆動軸２には球体２０が挿入できるように
球面孔(半球状の凹部，球体受容部)２−ａを設け、球体
２０を挿入する。球面孔２−ａの中心は、駆動軸２の軸
心から所定の寸法だけ偏心している。従って、挿入され
た球体２０の中心は駆動軸２の回転軸心から所定の寸法
だけ偏心することになる。この偏心量が大きいほど揺動
板の傾斜角も大きくなる。軸孔２０−ａには、揺動板２
２の片面（球面）側から伸びる揺動板軸２２−ａが挿通
している。この偏心配置された球体２０を用いた球体継
手構造により回転運動が揺動運動に変換される。

【００１８】本実施例では、駆動軸２に球体受容部が設
けられているが、逆に、揺動体２１に球体受容部が設け
られていても良い。その際には、軸孔２０−ａに挿通さ
れる軸を駆動軸２の方に、駆動軸２の回転軸心から偏心
させて設けなければならない。そのように構成すること
によって、球体２０の中心は常に駆動軸２の回転軸心か
ら偏心して配置される。

【００１９】揺動板２２はボディ１８側と接触する球面
部２２−ｂとスリッパ２４と接触するように平面部２２
−ｃからなっている。シリンダ２６に設けたボア２６−
ａ内でプランジャ２８は軸方向に動けるのでスリッパ２
４を用いることによって、揺動板２２の揺動運動はプラ
ンジャ２８の往復運動に変換される。ボディ１８には球
面部２２−ｂを支持する軸受が形成されている。これ
は、ボディ１８と球面部２２−ｂが接触することによっ
てプランジャ２８で発生するプランジャ内圧力による軸
力の一部をボディで支持することができ、駆動軸２に掛
かる負荷を分散する構造としている。軸力をボディで支
持するのであればボディ１８と球面部２２−ｂの間に別
部材（ベアリング等）を設けてもボディに軸受が形成さ
れているのと同様である。

【００２０】ボディ１８とシリンダ２６及び揺動板２２
間に形成された吸入空間３４からプランジャ２８に燃料
を供給できるように、揺動板２２には円周上の吸入溝２
２−ｄを設け、スリッパ２４の中央部には吸入孔２４−
ａを設け、プランジャ２８には吸入通路２８−ａを設
け、プランジャ２８へと燃料を導く吸入通路を形成し
た。プランジャ２８内にはボール３０とスプリング３２
から構成された吸入弁が設けてある。揺動板２２に設け
た吸入溝２２−ｄをスリッパ２４の底面に設けても機能
的には同様である。吸入空間３４とポンプ燃料入口部３
６とは燃料通路によって連通されている。

【００２１】図２〜図４で各機構部への燃料供給による
潤滑法について説明する。吸入空間３４内燃料は各部の
摺動部に供給され、摺動部の潤滑および冷却に使用され
る。このため揺動板軸２２−ａへ燃料導入穴３８を設
け、この導入穴３８と軸孔２０−ａに燃料を導入するた
め、揺動板軸２２−ａに半径方向の貫通孔４０を設けて
いる。駆動軸２の球面孔２−ａには、第２の軸シール４
４へ連通する連通穴４２を設け、軸シール潤滑及び冷却
を行っている。

【００２２】また、駆動軸２の一部を図４のように切り
欠いた通路４６を設け、第２の軸シール室４４から吸入
空間３４への戻り通路を兼ねた潤滑経路を形成してい
る。更に前記潤滑経路は、駆動軸２と揺動板球面部２２
−ｂとボディ１８とで形成された揺動板空間へ導入さ
れ、前記揺動板空間と揺動板２２に設けた吸入溝２２−
ｄとを連通する連通路５０を設け、スリッパ２４からの
燃料吸入時に、前述の潤滑燃料通路構成で各摺動部を燃
料で潤滑する構成としている。

【００２３】このような燃料経路構成をとることで潤滑
面での燃料循環が可能になるが、前記燃料経路構成では
全て吸入燃圧が作用するため第２の軸シール室４４にも
吸入燃圧（０.３［ＭＰａ］程度)が作用する。前記軸シ
ール１４から燃料漏れが発生したときのポンプ外への燃
料漏れを防止するため、前記軸シール１４と前記軸シー
ル１２との間に形成された空間とタンクとを連通する大
気圧連通路５２をボディ１８内部に設けている。前記軸
シール１４と前記軸シール１２との間に形成された空間
とタンクとを連通するという意味は、システム図５の示
すように低圧プレッシャレギュレータ６３からタンクへ
と燃料を戻す通路に連通することを含め、前記軸シール
１４と前記軸シール１２との間に形成された空間にタン
ク内の燃圧を印加することである。

【００２４】前記軸シール１２のカップリング側はエン
ジンのカム軸側カバー内に位置し、エンジンのカム軸潤
滑用のエンジンオイルが供給されるようになっている。
燃料タンク内の圧力は、エンジンの熱で燃料が温められ
ること等によって圧力に多少の変動はあるが、高圧ポン
プボディ内部でほぼ大気圧に保たれている。よって、こ
のタンク内圧力を大気圧とみなす。このためポンプの外
部に繋がる前記軸シール１２の内側の圧力が外側の大気
圧と同じ圧力になり、つまり前記軸シール１２は内外の
圧力差がなくなり、燃料漏れを低減できる構造になって
いる。

【００２５】図５は、自動車用ガソリンエンジンへの燃
料供給システム図を示しており、前記軸シール１２と前
記軸シール１４との間に設けた燃料タンクへの燃料戻し
大気圧連通路５２のシステム図上での構成を示してい
る。このシステム図を使って燃料系を説明する。

【００２６】燃料は、燃料タンク６０から電動の低圧ポ
ンプ６１で昇圧され、高圧ポンプ６２の吸入側に導かれ
る。この吸入側圧力を燃料タンク６０側へ戻す途中に低
圧のプレッシャレギュレータ６３を設け、高圧ポンプ６
２の吸入側圧力を設定圧（一般的に０.３［ＭＰａ］程
度)に制御している。

【００２７】破線内が高圧ポンプの構成になるが、ポン
プ仕事部６２−ａとポンプ吐出側の圧力を制御する高圧
プレッシャレギュレータ６２−ｂが並列に位置し、規定
の圧力以上になったときにポンプ吐き出し燃料を低圧側
に戻す構成になっている。また、高圧プレッシャレギュ
レータ６２−ｂの固着等により異常高圧を防止するため
にポンプ内に安全弁６２−ｃを設けている。前記安全弁
は図１の中のシリンダ中央に設けたボール弁で開弁する
ように設定している。大気圧連通路５２は一点鎖線で示
したように連通されており燃料をタンクに戻すようにな
っている。

【００２８】従来の構成では要求仕様を満たすためには
プランジャが５ヶ必要であり、吐出容量はＱ［mm³／re
v］であった。これはベローズの強度に起因している。
ベローズの厚さは通常０.１［mm］ 程度しかなく、揺動
板の傾斜角は最大でも数度であり、プランジャのストロ
ークを大きくすることはできない。この構成で吐出容量
を大きくするとすればベローズの径を太くし、軸方向の
長さを長くするしかない。すると高圧ポンプが大きくな
ってしまう。

【００２９】本実施例では傾斜角を最大で数十度にもす
ることができ、プランジャ往復運動のストロークを大き
くできるので、プランジャ数を３ヶに減らしても、吐出
容量は２Ｑ［mm³／rev］程度にすることができる。

【００３０】このように容量を増やすという効果の他に
も、従来に比べて構造が簡単でポンプの小型化を図るこ
とができ、製造コストを低減できるという効果もある。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、ベローズレス構造を実現
でき、また転がり軸受の代わりに滑り軸受を用いること
ができるので、ポンプの吐出容量を大きくすることがで
きると共にポンプを小型化できる。また別の発明によ
り、ポンプ内の燃圧と大気圧との差圧をなくすことで、
燃料漏れを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の断面図。

【図２】実施例の潤滑経路。

【図３】実施例の揺動体形状。

【図４】実施例の軸形状。

【図５】燃料供給システム図。

【符号の説明】

２…駆動軸、２−ａ…球面孔（球体受容部）、４…ピ
ン、６…カップリング、８…第１のラジアル軸受、１０
…第２のラジアル軸受、１２…第１の軸シール、１４…
第２の軸シール、１６…トメワ、１８…ボディ、２０…
球体、２０−ａ…軸孔、２１…揺動体、２２…揺動板、
２２−ａ…揺動板軸、２２−ｂ…揺動板球面部、２２−
ｃ…揺動板平面部、２２−ｄ…揺動板吸入溝、２４…ス
リッパ、２６…シリンダ、２６−ａ…シリンダボア、２
８…プランジャ、２８−ａ…プランジャ吸入通路、３０
…ボール、３２…スプリング、３４…吸入空間、３６…
ポンプ燃料入口、３８…燃料導入穴、４０…貫通穴、４
２…連通穴、４４…第２の軸シール室、４６…切欠通
路、４７…ツバ、６０…燃料タンク、６１…低圧ポン
プ、６２…高圧ポンプ、６２−ａ…ポンプ仕事部、６２
−ｂ…高圧プレッシャレギュレータ、６２−ｃ…安全
弁、６３…低圧プレッシャレギュレータ、６４…インジ
ェクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 武史 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筺体に回転可能に支承された駆動軸と、前
   記駆動軸の回転に従って揺動する揺動体と、前記揺動体
   の揺動運動に伴って往復動する少なくとも１つのプラン
   ジャを有するポンプ機構から成り、前記駆動軸と前記揺
   動体との間に軸継手を有する高圧ポンプにおいて、 前記軸継手は、 中心に軸挿通用の軸孔を有する球体と、 前記駆動軸若しくは前記揺動体の何れか一方に形成され
   た前記球体を受容する半球状の凹部を有する球体受容部
   と、 前記駆動軸と前記揺動体のうち前記球体受容部を持たな
   い方に形成され前記軸孔に回転可能に挿通される軸とか
   ら成り、 前記駆動軸の回転軸心から前記球体の中心が所定の寸法
   だけ偏心していることを特徴とする高圧ポンプ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記球体より外側で前記筺体に前記揺動体の一端面を支
   持する軸受が形成されていることを特徴とする高圧ポン
   プ。
3. 【請求項３】請求項２において、前記軸受は、 前記揺動体の前記球体側の前記球体より外側の外周部に
   形成された半球面と、 前記筺体に形成された前記半球面に当接する摺接面から
   成ることを特徴とする高圧ポンプ。
4. 【請求項４】作動流体を貯留する容器から作動流体を吸
   入して給送する高圧ポンプの駆動軸をシールする方法に
   おいて、 前記ポンプの回転軸の周囲を少なくとも２つの軸シール
   でシールし、 前記軸シールの間に形成された空間に前記容器内の空間
   の圧力を印加することを特徴とする高圧ポンプの軸シー
   ル方法。
5. 【請求項５】外部から回転運動を動力として受け取り、
   燃料タンクから燃料噴射装置へ高圧の燃料を供給する内
   燃機関の燃料供給用高圧ポンプであって外部からの回転
   運動を伝達するための軸を有するものにおいて、 エンジン側に設けられ前記軸の周囲をシールする第１の
   軸シールと、 燃料吸入圧側に設けられ前記軸の周囲をシールする第２
   の軸シールとを備え、 前記第１と第２の軸シール間に形成された空間と前記燃
   料タンクとを連通したことを特徴とする内燃機関の燃料
   供給用高圧ポンプ。
6. 【請求項６】請求項１乃至３の何れかにおいて、 エンジン側に設けられ前記軸の周囲をシールする第１の
   軸シールと、 燃料吸入圧側に設けられ前記軸の周囲をシールする第２
   の軸シールとを備え、 前記第１と第２の軸シールの間に形成された空間と前記
   燃料タンクとを連通したことを特徴とする内燃機関の燃
   料供給用高圧ポンプ。