(57)【要約】【課題】本発明の目的は、振動騒音の低減及び耐久性の向上を図ることができる燃料供給ポンプを提供する。【解決手段】燃料供給ポンプは、シリンダ内を摺動するプランジャの往復動により、流体を吸入する吸入弁とシリンダ内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ポンプである。燃料供給ポンプは、プランジャに周接して当該プランジャを往復動させるカムを備える。カムの形状は、カム曲線における加速度曲線は円滑に連続しており、カム曲線における躍度曲線は躍度の値が有限値に収まるように設定されている。【選択図】図３
2020051292.tif 000002
【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動により、流体を吸入する吸入弁とシリンダ内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、
前記プランジャに周接して当該プランジャを往復動させるカムを備え、
前記カムの形状は、カム曲線における加速度曲線は円滑に連続しており、
前記カム曲線における躍度曲線は躍度の値が有限値に収まるように設定されてい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、流体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動により、流体を吸入する吸入弁とシリンダ内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、シリンダ内を摺動するプランジャの往復動により、流体を吸入する吸入弁とシリンダ内で加圧された流体を吐出する吐出弁とを備えている。プランジャに周接してプランジャを往復動させるカムの形状は、プランジャの上死点と下死点とでプランジャの変位速度及び変位加速度を０とするカム曲線の形状である。
【０００４】
燃料供給ポンプは、吸入弁及び吐出弁が閉じた状態で、カムの回転によりプランジャが上昇するときにシリンダ内の流体が加圧される。燃料供給ポンプは、吸入弁を閉じた状態で、吐出弁を開いて流体を吐出させてプランジャは上死点に到達し、さらにプランジャが下降するときに吐出弁を閉じて吸入弁を開き流体を吸入する。吸入工程と吐出工程では、プランジャの上死点及び下死点でプランジャの変位速度及び変位加速度が０となり、吸入弁及び吐出弁は必ず閉じているので、吸入側から吐出側への流体が逃げることがなく、ポンプ性能が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６１５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料供給ポンプにおいては、流体を吐出するポンプ性能だけではなく、振動騒音及び耐久性も考慮することがある。しかし、特許文献１のカム曲線のように、速度曲線、加速度曲線を考慮するだけでは、振動騒音の低減及び耐久性の向上に不足する部分もあり改善の余地が残る。
【０００７】
かかる従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、振動騒音の低減及び耐久性の向上を図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】
【０００８】
［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動により、流体を吸入する吸入弁とシリンダ内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、
前記プランジャに周接して当該プランジャを往復動させるカムを備え、
前記カムの形状は、カム曲線における加速度曲線は円滑に連続しており、
前記カム曲線における躍度曲線は躍度の値が有限値に収まるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、燃料供給ポンプは、プランジャに周接して当該プランジャを往復動させるカムを備える。カムの形状は、カム曲線における加速度曲線は円滑に連続し、カム曲線における躍度曲線は躍度の値が有限値に収まるように設定されているので、加速度曲線に緩衝領域を与え、加速度一定、緩衝、加速度変化、緩衝、加速度一定のように加速度が円滑に繋がれる。このため、カムからのプランジャへの入力荷重に連続性が与えられ、仮に入力荷重が断続的に与えられる場合と比較して、振動騒音を低減することができる。さらに、カムの形状を上記構成とすることで、プランジャを含めた各部品への瞬間的な入力荷重の変動が抑えられるので、部品間の接触の負荷を軽減して燃料供給ポンプの耐久性を向上することができる。さらに部品間の接触の負荷を軽減することで、プランジャとシリンダとの接触部のフレッティング（表面損傷）を抑制することができる。
【００１０】
［２］また、本発明の燃料供給ポンプにおいて、
前記躍度曲線は、連続した曲線であるとともに、１次以上の次数の関数で構成されることが好ましい。
【００１１】
かかる構成によれば、躍度曲線は、連続した曲線であるとともに、１次以上の次数の関数で構成されるので、より加速度が円滑に繋がれて、振動騒音を低減及び燃料供給ポンプの耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
[３] また、本発明の燃料供給ポンプにおいて、
前記躍度曲線は、前記カムのカム回転角が下死点から上死点までの間に２ヶ所の極値を有し、
前記加速度曲線は、前記２ヶ所の極値の間に加速度が０を通過することが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、カムのカム回転角が下死点から上死点までの間に２ヶ所の極値を有し、加速度曲線は、２ヶ所の極値の間に加速度が０を通過するので、プランジャの速度の最大値を抑制することができる。このため、シリンダとプランジャとの間の急激な摺動を抑えてプランジャ寿命を向上させることができる。さらにシリンダとプランジャの間の燃料の急激な圧力変化に伴うキャビテーションの発生を低減させてエロージョンを抑制することができる。
【００１４】
[４] また、本発明の燃料供給ポンプにおいて、
前記躍度曲線は、前記カムのカム回転角が上死点から下死点までの間に２ヶ所の極値を有し、
前記加速度曲線は、前記２ヶ所の極値の間に加速度が０を通過することが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、カムのカム回転角が上死点から下死点までの間に２ヶ所の極値を有し、加速度曲線は、２ヶ所の極値の間に加速度が０を通過するので、プランジャの速度の最大値を抑制することができる。このため、シリンダとプランジャとの間の急激な摺動を抑えてプランジャ寿命を向上させることができる。さらにシリンダとプランジャの間の燃料の急激な圧力変化に伴うキャビテーションの発生を低減させてエロージョンを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは本発明に係る燃料供給ポンプの模式的な構成図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本発明に係る燃料供給ポンプの要部拡大図である。
【図２】図２Ａは比較例に係るカム曲線における変位曲線を示す図である。図２Ｂは比較例に係るカム曲線における速度曲線を示す図である。図２Ｃは比較例に係るカム曲線における加速度曲線を示す図である。図２Ｄは比較例に係るカム曲線における躍度曲線（加加速度曲線）を示す図である。
【図３】図３Ａは実施例に係るカム曲線における変位曲線を示す図である。図３Ｂは実施例に係るカム曲線における速度曲線を示す図である。図３Ｃは実施例に係るカム曲線における加速度曲線を示す図である。図３Ｄは実施例に係るカム曲線における躍度曲線（加加速度曲線）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１Ａ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１Ａ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、燃料供給ポンプ１０について詳細に説明する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、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。
【００２１】
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２１ａ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に比較例のカム曲線について説明する。図２Ａは比較例のカム曲線における変位曲線であり、横軸がカム回転角（ｄｅｇ）で０°から９０°までを示し、縦軸が変位で変位量（リフト量）［ｍｍ］を示す。図２Ｂは比較例のカム曲線における速度曲線であり、横軸がカム回転角で０°から９０°までを示し、縦軸が速度［ｍｍ／ｄｅｇ］を示す。図２Ｃは比較例のカム曲線における加速度曲線であり、横軸がカム回転角で０°から９０°までを示し、縦軸が加速度［ｍｍ／ｄｅｇ2］を示す。図２Ｄは比較例のカム曲線における躍度曲線（加加速度曲線）であり、横軸がカム回転角で０°から９０°までを示し、縦軸が躍度（加加速度）［ｍｍ／ｄｅｇ3］を示す。
【００２６】
比較例のカムの表面形状を例えば単純な複数のＲ形状をつないだ形状とすると、図２Ａに示すように、変位曲線は連続した曲線に形成されている。図２Ｂに示すように、速度曲線は連続した曲線に形成されているが、下死点と上死点の間で速度が最も大きくなる部分において、速度変化が急激に切り換わり折れ曲がっている部分を有する。図２Ｃに示すように、加速度曲線は不連続部位を有する。また、図２Ｄに示すように、躍度曲線は有限の値を持たない部分を有する。
【００２７】
このような比較例に示すカム曲線では、プランジャの加速度の急激な変動により加振力の変動をもたらし、部品間の接触部分の急激な荷重変動を招く。これにより、比較例の燃料供給ポンプでは、振動・騒音の悪化と、部品間の接触部分のフレッティングの発生度合いの悪化を招く。
【００２８】
次に実施例のカム曲線について説明する。図３Ａは実施例のカム曲線における変位曲線であり、横軸がカム回転角（ｄｅｇ）で０°から９０°までを示し、縦軸が変位で変位量（リフト量）［ｍｍ］を示す。図３Ｂは実施例のカム曲線における速度曲線であり、横軸がカム回転角で０°から９０°までを示し、縦軸が速度［ｍｍ／ｄｅｇ］を示す。図３Ｃは実施例のカム曲線における加速度曲線であり、横軸がカム回転角で０°から９０°までを示し、縦軸が加速度［ｍｍ／ｄｅｇ2］を示す。図３Ｄは実施例のカム曲線における躍度曲線（加加速度曲線）であり、横軸がカム回転角で０°から９０°までを示し、縦軸が躍度（加加速度）［ｍｍ／ｄｅｇ3］を示す。図３Ａ〜図３Ｄでは、実線が実施例を示し、破線が比較例を示す。
【００２９】
図３Ａに示すように、実施例の変位曲線は連続した曲線である。図３Ｂに示すように、実施例の速度曲線は連続した曲線であり、比較例の速度曲線に比較して、実施例の速度曲線は下死点と上死点の間で最も速度が大きくなる部分において、速度変化が緩やかであり、円滑に連続した部分を有している。
【００３０】
図３Ｄに示すように、実施例の躍度曲線は躍度の値が有限値に収まるように設定されており、連続した曲線であるとともに、１次以上の次数の関数で構成される。また、カムのカム回転角が下死点から上死点までの間に２ヶ所の極値Ｐ１、Ｐ２を有すると共に、カムのカム回転角が上死点から下死点までの間に２ヶ所の極値Ｐ３、Ｐ４を有する。
【００３１】
図３Ｃに示すように、実施例の加速度曲線は、円滑に連続した曲線である。また、実施例の加速度曲線は、２ヶ所の極値Ｐ１、Ｐ２の間に加速度が０を通過しており、さらに、２ヶ所の極値Ｐ３、Ｐ４の間に加速度が０を通過している。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、カム２１の形状は、カム曲線における加速度曲線は円滑に連続し、カム曲線における躍度曲線は躍度の値が有限値に収まるように設定されているので、加速度曲線に緩衝領域を与え、加速度一定、緩衝、加速度変化、緩衝、加速度一定のように加速度が円滑に繋がれる。このため、カム２１からのプランジャ２０への入力荷重に連続性が与えられ、仮に入力荷重が断続的に与えられる場合と比較して、振動騒音を低減することができる。
【００３３】
さらに、カム２１の形状を上記構成とすることで、プランジャ２０を含めた各部品への瞬間的な入力荷重の変動が抑えられるので、部品間の接触の負荷を軽減して燃料供給ポンプ１０の耐久性を向上することができる。さらに部品間の接触の負荷を軽減することで、プランジャ２０とシリンダ１３との接触部のフレッティング（表面損傷）を抑制することができる。
【００３４】
さらに、躍度曲線は、連続した曲線であるとともに、１次以上の次数の関数で構成されるので、より加速度が円滑に繋がれて、振動騒音を低減及び燃料供給ポンプ１０の耐久性の向上を図ることができる。
【００３５】
さらに、カム２１のカム角が下死点から上死点までの間に２ヶ所の極値Ｐ１、Ｐ２を有し、加速度曲線は、２ヶ所の極値Ｐ１、Ｐ２の間に加速度が０を通過するので、プランジャ２０の速度の最大値を抑制することができる。このため、シリンダ１３とプランジャ２０との間の急激な摺動を抑えてプランジャ寿命を向上させることができる。さらにシリンダ１３とプランジャ２０の間の燃料の急激な圧力変化に伴うキャビテーションの発生を低減させてエロージョンを抑制することができる。
【００３６】
さらに、カム２１のカム角が上死点から下死点までの間に２ヶ所の極値Ｐ３、Ｐ４を有し、加速度曲線は、２ヶ所の極値Ｐ３、Ｐ４の間に加速度が０を通過するので、プランジャ２０の速度の最大値を抑制することができる。このため、シリンダ１３とプランジャ２０との間の急激な摺動を抑えてプランジャ寿命を向上させることができる。さらにシリンダ１３とプランジャ２０の間の燃料の急激な圧力変化に伴うキャビテーションの発生を低減させてエロージョンを抑制することができる。
【００３７】
なお、実施形態では、カム２１が９０°回転することで、下死点、上死点、下死点の１サイクルとしたが、これに限定されず、カム２１が１８０°回転することで下死点、上死点、下死点の１サイクルとしてもよく、カム２１の１サイクルの回転角はいずれに設定しても差し支えない。
【００３８】
また、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。
【００３９】
また、躍度曲線は、連続した曲線であるとともに、１次以上の次数の関数としたが、躍度（加加速度）に使用する関数は、指数、対数、三角関数、インボリュート関数など、既知のいかなる関数を用いてもよい。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
１０…燃料供給ポンプ、１２…吸入弁、１３…シリンダ、１５…吐出弁、２０…プランジャ、２１…カム。
【図１Ａ】
2020051292.tif 000003
【図１Ｂ】
2020051292.tif 000004
【図２】
2020051292.tif 000005
【図３】
2020051292.tif 000006