(57)【要約】【課題】本発明の目的は、急激な容積変化に起因するエロージョンを防止すると共にすきま容積の増大を抑制してポンプの容積効率を向上することができる燃料供給ポンプを提供する。【解決手段】燃料供給ポンプ１０は、シリンダ１３内を摺動するプランジャ２０の往復運動により、流体を吸入する吸入弁１２と、シリンダ１３内の加圧室１４で加圧された流体を吐出する吐出弁１５とをそれぞれ開閉するポンプである。加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と加圧室１４の内壁との距離が、プランジャ２０の上死点側から下死点に向うにつれて大きくなるような形状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を摺動するプランジャの往復運動により、流体を吸入する吸入弁と、前記シリンダ内の加圧室で加圧された流体を吐出する吐出弁とをそれぞれ開閉する燃料供給ポンプにおいて、
前記加圧室の形状は、前記プランジャの外径方向における前記プランジャの外径部と前記加圧室の内壁との距離が、前記プランジャの上死点側から下死点に向うにつれて大きくなることを特徴とする燃料供給ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を吐出する燃料供給ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料供給ポンプとして、例えばシリンダ内を摺動するプランジャの往復運動により、流体を吸入する吸入弁と、シリンダ内の加圧室で加圧された流体を吐出する吐出弁とをそれぞれ開閉する直噴燃料供給装置用の高圧ポンプがある。この種の燃料供給ポンプは、プランジャの下端部にカムが周接され、回転するカムの形状に沿ってプランジャが往復動する。このようなカムによってプランジャが往復動することで流体を吐出する燃料供給ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の燃料供給ポンプは、大径部と内径部とが形成された２段筒状のポンプヘッドと、このポンプヘッドの大径筒部内に移動可能に収納された円筒状の入口弁と、この円筒状の入口弁内及びポンプヘッドの小径筒部内を摺動するプランジャと、ポンプヘッドに形成された出口弁とを備えている。
【０００４】
燃料供給ポンプでは、プランジャが後退すると、ポンプヘッドの大径筒部内で円筒状の入口弁も後退して入口弁が開き、円筒状の入口弁内のポンプ室に燃料が吸入される。プランジャが前進すると、ポンプヘッドの大径筒部内で円筒状の入口弁が前進して入口弁が閉じると共に、燃料が入口弁内のポンプ室で加圧される。さらにプランジャが入口弁内を前進すると、出口弁が開いてポンプ室の燃料が吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−９５３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１におけるポンプ室は、一般的な燃料供給ポンプでは、プランジャの動作によって容積の変動する加圧室に相当する。プランジャが上死点から下死点に移動する吸入行程で加圧室に燃料を吸入させ、プランジャが下死点から上死点に移動する加圧行程で燃料を加圧する。吸入行程では、強制的に加圧室の容積を拡大させて負圧を作り出し、燃料を吸入させる。
【０００７】
このとき、円柱状の加圧室の内壁面とプランジャとの隙間が狭い箇所では、急激な容積の拡大によって圧力が燃料の飽和蒸気圧以下になり、キャビテーションが発生し易くなる。キャビテーションの発生は、加圧室の時間当たりの容積減少量[ｃｃ／ｓｅｃ]が大きいほど顕著に発生し、プランジャの下降速度が速いほど発生し易くなる。プランジャの下降速度はカムのカム曲線によって決まるが、一般的に吸入行程における中盤（上死点と下死点の中間部）で最高速度となる。
【０００８】
キャビテーションの発生は、部品のエロージョンを引き起こす恐れがある。このため、プランジャの摺動部のコーティング剥離及び、母材の露出による摺動部のカジリの発生となり得る。また、加圧室の内壁面の摩耗粉の発生及び、摩耗によるプランジャと内壁面の隙間拡大による燃料漏れ（吐出流量低下）の発生となり得る。
【０００９】
このような部品のエロージョンを抑制する策としては、プランジャが上死点あるときのすきま容積（プランジャと内壁面の間の空間）を大きくすることで、吸引行程における急激な容積変化を抑制する策が考えられる。しかし、特許文献１の燃料供給ポンプでは、単に円柱状の加圧室の径を大きくすること及び上死点の上方の空間を延長することですきま容積を大きくすることはできるが、単純にすきま容積を大きくするとポンプの容積効率が低下し、吐出流量が低下する。
【００１０】
かかる従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、急激な容積変化に起因するエロージョンを防止すると共にすきま容積の増大を抑制してポンプの容積効率を向上することができる燃料供給ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
［１］本発明に係る燃料供給ポンプは、
シリンダ内を摺動するプランジャの往復運動により、流体を吸入する吸入弁と、前記シリンダ内の加圧室で加圧された流体を吐出する吐出弁とをそれぞれ開閉する燃料供給ポンプにおいて、
前記加圧室の形状は、前記プランジャの外径方向における前記プランジャの外径部と前記加圧室の内壁との距離が、前記プランジャの上死点側から下死点に向うにつれて大きくなることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、シリンダ内の加圧室の形状は、プランジャの外径方向におけるプランジャの外径部と加圧室の内壁との距離が、プランジャの上死点側から下死点に向うにつれて大きくなる。吸入行程中における、加圧室内の減圧は加圧室の容積変化によって発生する。通常、この減圧を緩和するには、すきま容積からの燃料の再膨張が挙げられる。
【００１３】
加圧室容積は、行程容積とすきま容積との和である。吸入行程中は、プランジャが降下することで行程容積分の容積が増大し、プランジャの近辺にはその分の減圧が発生する。このとき周辺のすきま容積からの燃料の流入・再膨張により減圧が緩和される。プランジャの下降速度が速く、容積の増大が大きいときには、プランジャ周辺に比較的大きな容積がなければプランジャ付近の圧力を維持することができなくなる。
【００１４】
この点、本発明は、プランジャの外径部と加圧室の内壁との距離が、プランジャの上死点側から下死点に向うにつれて大きくなるので、プランジャの下降速度が速くなるにしたがって、プランジャ周辺のすきま容積が大きくなる。このため、加圧室内の減圧が抑制され、急激な容積変化に起因するエロージョンを防止することができる。さらに、プランジャの下降速度が遅い上死点の近くの位置では、プランジャの外径部と加圧室の内壁との距離が小さいので、不必要なすきま容積の増大を抑制してポンプの容積効率を向上することができる。このように、本発明では、急激な容積変化に起因するエロージョンを防止及びすきま容積の増大を抑制によるポンプの容積効率を向上の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明に係る燃料供給ポンプの模式図及び要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は燃料供給系統１に配置された燃料供給ポンプ１０を模式的に表した構成図である。図１に示すように、燃料供給ポンプ１０は、ディーゼルエンジン等の車両用の内燃機関の燃料供給系統１に用いられている。燃料供給系統１は、燃料タンク、低圧ポンプ、燃料配管２、燃料供給ポンプ１０、高圧配管３、燃料レール、インジェクタ、リリーフバルブ等を備えている。
【００１７】
燃料タンクには、低圧ポンプが設けられ、低圧ポンプには、燃料配管２を介して燃料供給ポンプ１０が接続されている。燃料供給ポンプ１０には、高圧配管３が接続されている。高圧配管３には、燃料レールが接続され、燃料レールにインジェクタが設けられている。
【００１８】
燃料供給ポンプ１０は、燃料配管２からの低圧の燃料を加圧し、高圧となった燃料を高圧配管３に吐出するものである。燃料レールは、高圧配管３からの高圧の燃料をインジェクタに送るものである。リリーフバルブは、所定値以上に高圧となった燃料レール内の燃料を逃がすものである。
【００１９】
次に燃料供給ポンプ１０の構成について説明する。燃料供給ポンプ１０は、ポンプ本体１１と、吸入弁１２と、シリンダ１３と、加圧室１４、吐出弁１５と、プランジャ２０と、カム２１と、付勢部材２２と、タペット２３と、リフター２４とを備えている。
【００２０】
プランジャ２０は、当該プランジャ２０の先端部がシリンダ１３の一部を構成する加圧室１４に突出するように、ポンプ本体１１に進退可能に設けられている。燃料供給ポンプ１０の近傍にカム２１が回転可能に設けられている。カム２１は例えばエンジンのカム軸に設けられている。プランジャ２０は、付勢部材２２によりカム２１の方向へ付勢されている。プランジャ２０は、タペット２３及びリフター２４を介してカム２１に接されており、軸方向に往復移動される。
【００２１】
カム２１は、板カムである。リフター２４は、ローラリフターであり、その下端部に回転可能にローラー２４ａを備えている。カム２１及びリフター２４からなる機構は、カム２１の周りをリフター２４のローラー２４ａが転がる、いわゆる円端直動従節板カムの形態である。
【００２２】
燃料供給ポンプ１０は、エンジンバルブ用カムと共通の軸に設けられたポンプ用のカム２１によって駆動する。カム２１にリフター２４を介して周接するプランジャ２０をシリンダ１３内で往復動させる。これにより、流体を吸入する吸入弁１２とシリンダ１３の加圧室１４内で加圧された流体を吐出する吐出弁１５とをそれぞれ開閉し、流体である燃料を燃料配管２から高圧配管３へ高圧にして供給する。
【００２３】
カム２１のカム曲線は、ローラー２４ａの径とカム２１の表面形状を変えることで自由に設定することができ、リフト量、速度、加速度などの力学的パラメータが所望の値となるように設定されている。
【００２４】
次に加圧室１４の形状について説明する。図１の要部拡大図に示すように、燃料供給ポンプ１０は、プランジャ２０と、シリンダ１３とを備えている。想像線で示すプランジャ２０ａは、プランジャ２０が上死点の位置にあることを示している。想像線で示すプランジャ２０ｂは、プランジャ２０が下死点の位置にあることを示している。
【００２５】
シリンダ１３は、プランジャ２０を摺動可能に支持するバレル１６と、加圧室１４を形成する内壁としての拡径傾斜面１３ａ、中間面１３ｂ、及び縮径傾斜面１３ｃとを備えている。
【００２６】
拡径傾斜面１３ａは、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と、加圧室１４の内壁との距離が、プランジャ２０の上死点側から下死点（中間点）に向かうにつれて大きくなるように形成されている。
【００２７】
中間面１３ｂは、プランジャ２０の速度が最も速くなり定速になった中間点におけるプランジャ２０の上端部の外径方向に形成され、拡径傾斜面１３ａと連続している。
【００２８】
縮径傾斜面１３ｃは、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と、加圧室１４の内壁との距離が、プランジャ２０の中間点側から下死点に向かうにつれて小さくなるように形成されている。換言すると、縮径傾斜面１３ｃは、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と加圧室１４の内壁との距離が、プランジャの下死点側から上死点（中間点）に向うにつれて大きくなるように形成されている。
【００２９】
プランジャ２０外径部と加圧室１４の内壁との距離は、プランジャ２０の中間点で最も大きくなるように形成され、プランジャ２０の上死点近傍及び下死点近傍で最も小さくなるように形成されている。このように加圧室１４の形状は、２つの円錐台の面積が広い部分を向かい合わせに張り合わせたような形状となっている。
【００３０】
なお、カム２１のカム曲線における速度曲線は例えば、プランジャ２０の上死点の位置でカム回転角０°、速度０であり、プランジャ２０が上死点から中間点に向かうにつれて速度が大きくなる。このとき加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と、加圧室１４の内壁との距離が、徐々に大きくなっている。
【００３１】
次いで、プランジャ２０の中間点近傍でカム回転角２２．５°、速度が最速で略定速となり、さらにプランジャ２０が中間点から下死点に向かうにつれて速度が小さくなる。そして、プランジャ２０の下死点の位置でカム回転角４５°、速度０となる。このとき加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と、加圧室１４の内壁との距離が、徐々に小さくなっている。以上の行程が吸入行程である。
【００３２】
また、圧縮行程におけるカム２１のカム曲線における速度曲線は例えば、プランジャ２０の下死点の位置でカム回転角４５°、速度０であり、プランジャ２０が下死点から中間点に向かうにつれて速度が大きくなる。このとき加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と、加圧室１４の内壁との距離が、徐々に大きくなっている。
【００３３】
プランジャ２０の中間点近傍でカム回転角６７．５°、速度が最速で略定速となり、さらにプランジャ２０が中間点から上死点に向かうにつれて速度が小さくなる。そして、プランジャ２０の上死点の位置でカム回転角４５°、速度０となる。このとき加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と、加圧室１４の内壁との距離が、徐々に小さくなっている。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、シリンダ１３内の加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と加圧室１４の内壁との距離が、プランジャ２０の上死点側から下死点に向うにつれて大きくなるので、プランジャの下降速度が速くなるにしたがって、プランジャ周辺のすきま容積が比例的に大きくなり、プランジャ２０の中間点のおける、すきま容積部分の断面が領域Ｓ１のようになる。
【００３５】
すなわち、プランジャ２０の速度が小さい領域では、すきま容積の増大率を小さくし、プランジャ２０の速度が大きい領域では、すきま容積の増大率が大きくなる。このため、加圧室１４内の減圧が抑制され、急激な容積変化に起因するエロージョンを防止することができる。
【００３６】
さらに、プランジャ２０の下降速度が遅い上死点の近くの位置では、プランジャ２０の外径部と加圧室の内壁との距離が小さいので、不必要なすきま容積の増大を抑制してポンプの容積効率を向上することができる。このように、本発明では、急激な容積変化に起因するエロージョンの防止及びすきま容積の増大を抑制によるポンプの容積効率を向上の両立を図ることができる。
【００３７】
なお、実施形態では、燃料供給ポンプ１０の吸入弁１２をシリンダ１３内（加圧室１４内）が所定の負圧以下になったときに付勢部材の閉弁する方向への付勢力に勝り、開弁するものとしたが、これに限定されず、吸入弁１２をソレノイドバルブとして、制御部により弁の開閉を制御するものとしてもよい。
【００３８】
また、実施形態では、リフター２４をローラリフターとしたが、これに限定されず、カム２１に摺接する形式のリフター２４としてもよい。
【００３９】
また、実施形態では、加圧室１４の形状は、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と加圧室１４の内壁との距離が、上死点と下死点との中間部側から下死点に向うにつれて小さくなるようにしたが、これに限定されず、プランジャ２０の外径方向におけるプランジャ２０の外径部と加圧室１４の内壁との距離が、上死点と下死点との中間部側から下死点まで一定であってもよい。
【００４０】
また、実施形態では、拡径傾斜面１３ａ及び縮径傾斜面１３ｃのプランジャ２０の軸に沿った断面を直線状としたが、これに限定されず、拡径傾斜面１３ａ及び縮径傾斜面１３ｃのプランジャ２０の軸に沿った断面を湾曲状などにしてもよく、カム曲線に合わせてプランジャ２０の外径部と加圧室１４の内壁の距離を任意に設定した面としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…燃料供給ポンプ、１２…吸入弁、１３…シリンダ、１３ａ…拡径傾斜面、１３ｂ…中間面、１３ｃ…縮径傾斜面、１５…吐出弁、２０…プランジャ、２０ａ…上死点の位置のプランジャ、２０ｂ…下死点の位置のプランジャ、２１…カム。
【図１】
2020051293.tif 000003