(57)【要約】【課題】吐出圧によりアウタロータ３が受けるケーシング２への押圧力を吐出圧を利用して相殺することにより、摩擦熱による加熱、焼き付きを低コストで防止できる内歯車ポンプの提供。【解決手段】内歯車ポンプ１は、シリンダ２０を有するケーシング２と、シリンダ２の軸と偏心して配されるとともに外歯４１を有し、ロータ駆動軸４０によって回転するインナロータ４と、シリンダ２０とインナロータ４との間に配されるとともに外周面３０がシリンダ２０の内周壁に摺動して回転するアウタロータ３とを備える。ケーシング２の側壁板２４には吸入口１３と吐出口１４が設けられている。シリンダ２０の吐出口１４側の内周面２Ａに吐出圧を導いたバランス溝５を設け、吐出圧によりアウタロータ３が受ける外力Ｆ１をバランス溝５内の吐出圧によりアウタロータ３に付与される外力Ｆ２で相殺している。【選択図】図１
2005233014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを有するケーシングと、前記シリンダの軸と偏心して配されるとともに外歯を有し、ロータ駆動軸によって回転するインナロータと、前記シリンダと前記インナロータとの間に配されるとともに外周が前記シリンダの内周壁に摺動して回転するアウタロータとを備え、前記ケーシングの側壁に吸込口と吐出口を有する内歯車ポンプにおいて、
前記シリンダの前記吐出口側の内周面に吐出圧を導いたバランス溝を設けたことを特徴とする内歯車ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の内歯車ポンプにおいて、前記吐出圧の導入路は、前記ケーシングの側壁および内周壁に設けられ、前記バランス溝と前記吐出口とを連通する導入溝であることを特徴とする内歯車ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の内歯車ポンプにおいて、前記導入溝は回転方向に複数箇所形成されたことを特徴とする内歯車ポンプ。
【請求項４】
中空のポンプハウジング、該ポンプハウジングの中空部に配されるとともに、先端部が駆動手段に連結され、中間部にカム機構が形成されたポンプ駆動軸および前記ポンプハウジングに形成され前記カム機構により駆動されるプランジャポンプを備えた燃料供給ポンプと、前記ポンプハウジングの後端に締結されるとともに前記ポンプ駆動軸の後端部をロータ駆動軸とする請求項１〜３のいずれかに記載の内歯車ポンプと、該内歯車ポンプと前記燃料供給ポンプとの間に設置された吸入調量弁とを有する内燃機関の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内（内歯）歯車ポンプ、および内歯車ポンプを使用した内燃機関用の燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
内歯車ポンプは、シリンダを有するケーシングと、シリンダの軸と偏心して配されるとともに外歯を有し、回転軸によって回転駆動されるインナロータ（外歯歯車）を有する。シリンダとインナロータとの間には、シリンダの軸心と同一軸心を有し、インナロータの外歯と噛み合う内歯を備え、全外周がシリンダに摺動して回転するアウタロータ（内歯歯車）が配されている。アウタロータとインナロータとの間には、略三日月状の隙間（以下、隙間）が形成されている。この隙間は、外歯と内歯とが噛み合った位置（始点）付近から１８０度回動位置（頂点）付近までが吸入室となっており、頂点を越えた位置から始点の前付近までが吐出室となっている。ケーシングの側壁には、吸入室に臨んで略扇状の吸込口が設けられ、吐出室に臨んで略扇状の吐出口が設けられている。
【０００３】
内歯車ポンプは、回転にともない吐出室の圧力が吸入室の圧力より大きくなるため、アウタロータは吐出室から外側方向の圧力（外力）を受け、シリンダの内周壁に圧接しながら摺動する。シリンダの内周面とアウタロータの外周面との潤滑は、作動流体（燃料ポンプでは燃料）によってなされているが、回転速度が増大し吸入圧と吐出圧との差が増大するにつれてアウタロータ外周部の面圧が高くなり、摩擦熱による焼き付きが生じ易くなる。
【０００４】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関に搭載されるコモンレール式燃料噴射システム（蓄圧式燃料噴射装置）は、燃料タンクから燃料を汲み上げる低圧ポンプ（フィールドポンプ）と、該低圧ポンプから吐出された燃料を高圧に加圧してコモンレールに吐出する高圧ポンプとからなる燃料ポンプを備えている。低圧ポンプおよび高圧ポンプは、エンジンによって回転駆動されるポンプ駆動軸（カムシャフト）によって駆動され、低圧ポンプは内歯車（インナカム式）ポンプが使用されている。
【０００５】
近年、コモンレールから燃料噴射弁を経てエンジンの気筒に噴射される燃料の噴射圧はより高い噴射圧が要求される傾向にあり、これに伴い内歯車ポンプ（低圧ポンプ）の吐出圧（フィード圧）も高い圧力が要求されている。このため、内歯車ポンプにおいて、上記のアウタロータの焼き付き防止対策が重要となっている。アウタロータの焼き付き防止には、ケーシング側に熱処理や表面処理を施し、耐焼き付き製を向上させる方法があるが、加工コストが増大する。
【０００６】
なお、特許文献については記載致しません。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、内歯車ポンプの吐出圧によりアウタロータが受けるケーシングへの押圧力を吐出圧を利用して相殺することにより、アウタロータの摩擦熱による加熱、焼き付きを低コストで防止できる内歯車ポンプの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１または請求項２に記載の発明では、シリンダの吐出口側の内周面に吐出圧が導かれたバランス溝を設けている。このため、内歯車ポンプの吐出圧によりアウタロータが受けるケーシングへの押圧力を、バランス溝の吐出圧による逆押圧力で相殺している。このため、アウタロータの外周面とシリンダの内周面との摩擦による発熱が低減でき、加熱による焼き付きなどの不具合を有効に防止できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、導入溝を回転方向に複数箇所形成している。この構成により導入溝内の作動液体が吐出室との間で循環し、冷却されるため、摺動面の加熱を防止する効果が増大できる。
【００１０】
請求項４の発明では、高い燃料噴射圧を必要とするディーゼルエンジンなど内燃機関の燃料ポンプに組み込んだ低圧ポンプとして請求項１〜３に記載の内歯車ポンプを採用することにより、耐久性に優れた燃料ポンプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の最良の実施形態を、実施例１〜実施例４とともに説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１の（イ）は、この発明の実施例１にかかる内歯車ポンプ１を示し、円筒状のシリンダ２０が形成されたケーシング２内に、同一中心を有するアウタロータ３と、図示下方に距離Ｈだけ中心が偏心したインナロータ４とを配している。インナロータ４の中心には、ロータ駆動軸４０が嵌合され、キー４Ｋで固定されており、インナロータ４は駆動軸４０に駆動されて矢印に示す如く左回転する。
【００１３】
ケーシング２は、図１の（ロ）に示す如く、筒部２１と、該筒部２１の一側を塞ぐ側壁部２２とを有する本体２３と、筒部２１の他側に接合されて他方の側壁を形成する側壁板２４とからなる。側壁板２４の中心には、駆動軸孔２５が開けられている。本体２３と側壁板２４とは、４つのネジ（図示せず）により締結されている。
【００１４】
アウタロータ３は、外周面３０がシリンダ２０の内周壁に摺動するとともに、７個の内歯３１（３１１〜３１７）を有し、内歯３１間は谷３２（３２１〜３２７）となっている。インナロータ４は、６個の外歯４１（４１１〜４１６）を有し、外歯４１間は谷４２（４２１〜４２６）となっている。内歯３１と外歯４１との隙間１０は、下位で小さく上位で大きく、下端で最小（ゼロ）、上端で最大となっている。
【００１５】
図１の（イ）に示す回転位置では、インナロータ４の最下位に位置する外歯４１１の先端と、最下位に位置するアウタロータ３の谷３２１の底とが摺接し、インナロータ４の最上位に位置する外歯４１４の先端とアウタロータ３の最上位に位置する内歯３１４の先端とが摺接している。また、内歯３１３の中間と外歯４１３の先端付近とが近接し、内歯３１５の先端付近と外歯４１５の先端付近とが近接している。隙間１０は、外歯４１４の先端と内歯３１４の先端との摺接位置の、右側が吸込み行程にある吸入室１１、左側が吐出行程にある加圧室１２となっている。
【００１６】
ケーシング２の側壁板２４の右側および左側には、吸入室１１および加圧室１２に対応して、いずれも略扇型を呈する吸入口１３および吐出口１４が開口している。ケーシング２の側壁部２２の内側壁面には、吸入口１３および吐出口１４に対応する位置に、略同一形状の扇形凹所２６、２７が形成され、アウタロータ３およびインナロータ４が受ける軸方向圧力のバランスが図られている。側壁部２２の内側壁面の中央には、ロータ駆動軸４０の端面との干渉を防止するための円形凹所２８が形成されている。
【００１７】
ロータ駆動軸４０が左回転すると、インナロータ４およびアウタロータ３が左回転し、外歯４１１と谷３２１との隙間１０は拡大していくため、吸入口１３から吸入室１１に液体が吸引される。１８０度だけ回転した位置においては、外歯４１１の歯先と内歯３１１の歯先とが摺接し、１８０度を越えると隙間１０は狭まる行程に移行する。隙間１０の減縮で加圧された液体は、吐出口１４から吐出される。
【００１８】
内歯車ポンプ１の運転により吸入室１１の圧力に較べ加圧室１２は高圧となり、回転速度の増大に伴い吐出圧力が増大するため圧力差も増大する。このため、アウタロータ３は図示左方向に差圧による合力としてバランス溝５から付勢される外力Ｆ１を受ける。この外力Ｆ１により、アウタロータ３の外周面３０は、シリンダ２０の左側内周面（摺動面）に圧接しながら摺動する。摺動面の潤滑は作動液体によってなされているが、内歯車ポンプ１の吐出圧が高く設定されていたり、作動液体の潤滑性が低い場合には、摺動面の摩擦抵抗が大きくなる。このため大きな摩擦力が発生し、摺動摩擦によりアウタロータ３の外周面３０またはシリンダ２０の内周面に摩耗が生じたり、必要動力の増大および発熱の原因となる。
【００１９】
この発明では、シリンダ２０の内周面の吐出側（左側）部分２Ａに、バランス溝５を設けている。この実施例のバランス溝５は、幅が内周面の略１／２〜３／４の大きさの帯状を有し、シリンダ２０の内周面の吐出側部分２Ａに、１６０度〜１２０度の範囲で帯状に形成されている。バランス溝５は、吐出側部分２Ａの中央部分で、内周面と、側壁部２２および側壁板２４の内側壁面とに連通して設けた溝からなる導通路５１、５１により、吐出口１４と扇形凹所２７とに連通している。
【００２０】
内歯車ポンプ１の運転時には導通路５１、５１を通じて吐出圧が導かれ、バランス溝５は、加圧室１２とほぼ同一の圧力になる。このため、アウタロータ３にバランス溝５から付勢される外力Ｆ１と、アウタロータ３にバランス溝５から逆方向に付勢される外力Ｆ２とは、ほぼ同一の大きさでバランスする。この結果、アウタロータ３の外周面がシリンダ２０の図示左側の内周面に圧接しながら回転して発熱量が増大する不具合は解消できる。また、アウタロータ３の外周面３０またはシリンダ２０の図示左側の内周面の摩耗が低減できる。さらに、内歯車ポンプ１が摩擦抵抗の低減により円滑に回転するため、必要な動力を低減できる。
【実施例２】
【００２１】
図３は実施例２を示す。この実施例では、導通路５１を、それぞれ加圧室１２の始点付近に形成した始点側連通路５２と、終点付近に形成した終点側連通溝５３とで構成している。この構成では、加圧室１２の加圧速度の相違により加圧室１２の吐出圧の相違を利用し、バランス溝５内を作動流体が流動するようにしている。このため、摺動による発熱を作動流体の循環で放出でき冷却効果が大きい。
【実施例３】
【００２２】
図４は実施例３を示す。この実施例では、バランス溝５は、回転方向の両端部分５Ａ、５Ｂが幅広で、中間部５Ｃの幅が狭くなっている。この構成により、アウタロータ３にバランス溝５から逆方向に付勢される外力Ｆ２は、上下に分散でき、２点支持による安定したバランスが得られる。
【実施例４】
【００２３】
図５は、ディーゼルエンジン用の蓄圧式（コモンレール式）燃料噴射システム１００の概略構成を示し、この発明の内歯車ポンプ１を装着した燃料ポンプ６を備えている。コモンレール式燃料噴射システム１００は、高圧燃料を蓄圧するコモンレール１０１を備えている。コモンレール１０１には、エンジンの各気筒に燃料を噴射する複数のインジェクタ１０２が接続されている。また、コモンレール式燃料噴射システム１００は、複数のインジェクタ１０２の電磁弁１０３および燃料ポンプ６の吸入調量弁１０５を電子制御するエンジン制御ユニットＥＣＵとを備えている。
【００２４】
コモンレール１０１には、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を常時蓄圧する必要があるために、燃料ポンプ６から高圧燃料配管１０６を経て高圧燃料が圧送されている。コモンレール１０１には、コモンレール１０１内の燃料圧力（コモンレール圧力）を検出する圧力センサ、およびコモンレール圧力が限界設定圧力を超えた際に開弁して限界設定圧力以下に抑えるためのプレッシャリミッタ１０７が設置されている。
【００２５】
燃料ポンプ６は、燃料タンク１０４から燃料フィルタ１１１が付設された燃料配管１１０を経て低圧燃料を汲み上げるフィードポンプとしての内歯車ポンプ１と、該内歯車ポンプ１から吐出された中圧（１０気圧程度）燃料を吸入調量弁１０５を介して吸入して高圧（１８００気圧程度）に加圧し、コモンレール１０１に吐出する燃料供給ポンプ（サプライポンプ）７とを備えている。
【００２６】
図６に示す如く、燃料ポンプ６は、低圧ポンプである内歯車ポンプ１と、高圧ポンプである燃料供給ポンプ７とからなる。燃料供給ポンプ７は、公知の構成を有し、中空のポンプハウジング７０と、中空のポンプハウジング７０を前後方向に貫通したポンプ駆動軸（カムシャフト）７１とを備えている。ポンプハウジング７０の図示上下には、対向して２つのプランジャポンプ７Ａ、７Ｂが設けられている。
【００２７】
ポンプ駆動軸７１は、ポンプハウジング７０から先方に突き出している先端部にドライブプーリ７２が取り付けられている。ドライブプーリ７２は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられたクランクプーリとベルトを介して連結されている。ポンプ駆動軸７１の中間部にはプランジャポンプ７Ａ、７Ｂを駆動するためのカム機構７Ｃが設けられている。
【００２８】
カム機構７Ｃは、ポンプ駆動軸７１の中間部に偏心して設けられた円形のエキセンカム７３を有する。エキセンカム７３の外周には、外径形状が略４角形状のカムリング７４が円環状のブッシュを介して摺動自在に保持されている。エキセンカム７３およびカムリング７４は、ポンプハウジング７０の中空部に形成されたカム室９Ｄ内に回転自在に収容されている。
【００２９】
ポンプハウジング７０の後端（図示右端）面には、この発明の内歯車ポンプ１のケーシング２の本体２３と、側壁板２４とが締結されている。ポンプ駆動軸７１の後端部は、内歯車ポンプ１のロータ駆動軸４０となっている。ケーシング２のシリンダ２０の内周面の加圧室１２側には、バランス溝５が形成されている。
【００３０】
プランジャポンプ７Ａ、７Ｂは、図示上下に対向して形成された第１、第２シリンダ６１、６２を有し、第１、第２シリンダ６１、６２の上下端部には第１、第２シリンダヘッド６３、６４が装着されている。第１、第２シリンダ６１、６２内には、第１、第２プランジャ６５、６６が往復摺動自在にそれぞれ収容されている。第１プランジャ６５と第１シリンダヘッド６３との間は燃料の第１加圧室６７となっている。第２プランジャ６６と第２シリンダヘッド６４との間は燃料の第２加圧室６８となっている。
【００３１】
第１、第２加圧室６７、６８は、吸入調量弁１０５の出口部から燃料吸入経路１１２、第１、第２シリンダヘッド６３、６４に設けた吸入弁を経て内歯車ポンプ（低圧ポンプ）１から吐出された低圧燃料が流入するように構成されている。カムリング７４の図示上下には、第１、第２プランジャ６５、６６と一体化された第１、第２プレート部材７５、７６が、第１、第２プランジャ６５、６６の外周に配された第１、第２のコイルスプリング７７、７８の付勢力によって、カムリング７４の図示上下端面に押し付けられている。
【００３２】
この構成により、ポンプ駆動軸７１と一体化されたエキセンカム７３が回転すると、カムリング７４が所定の円形経路に沿って公転し、第１、第２プレート部材７５、７６がカムリング７４の図示上下面を往復摺動する。これに伴い、２つの第１、第２プランジャ６５、６６が２つの第１、第２シリンダ６１、６２内の摺動面を図示上下方向に往復摺動して第１、第２加圧室６７、６８内の燃料を加圧して高圧に昇庄させる。
【００３３】
第１加圧室６７内にて加圧された燃料は、第１吐出弁１０８より吐出され、第１燃料圧送経路１１３を経てコモンレール１０１に供給される。また、第２加圧室６８内にて加圧された燃料は、図示しない第２燃料圧送経路を経て図示しない第２吐出弁より吐出される。これらの第１吐出弁１０８および第２吐出弁は、第１吐出孔１０９および図示しない第２吐出孔から第１加圧室６７および第２加圧室６８方向への燃料の逆流を防止する逆止弁として機能するもので、ボール弁およびコイルスプリングを有している。
【００３４】
実施例４の如く、この発明の内歯車ポンプ１を、内燃機関の燃料ポンプ６のフィードポンプ（低圧ポンプ）として使用することにより、耐久性に優れ、低燃費の燃料噴射システムが実現できる。
【００３５】
［他の実施例］
バランス溝５は、シリンダ２０の内周面の吐出側（左側）部分２Ａに、周方向または軸方向に複数または多条に形成されていてもよく、平面形状は波形など他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】内歯車ポンプの正面図（イ）および断面図（ロ）である。（実施例１）
【図２】内歯車ポンプのケーシングの斜視図である。（実施例１）
【図３】内歯車ポンプのケーシングの斜視図である。（実施例２）
【図４】内歯車ポンプのケーシングの正面図（イ）および断面図（ロ）である。（実施例３）
【図５】燃料ポンプの一部を展開した構成図である。（実施例４）
【図６】燃料ポンプの断面図である。（実施例４）
【符号の説明】
【００３７】
１    内歯車ポンプ
１０  ロータ間の隙間
１１  吸入室
１２  加圧室
１３  吸入口（吸込口）
１４  吐出口
２    ケーシング
２０  シリンダ
３    アウタロータ
４    インナロータ
４０  ロータ駆動軸
４１  外歯
５    バランス溝
５１  加圧室と吐出圧室との導通路
６    燃料ポンプ
７    燃料供給ポンプ
７０  ポンプハウジング
７１  ポンプ駆動軸（カムシャフト）
７Ａ  プランジャポンプ
７Ｂ  プランジャポンプ
７Ｃ  カム機構
【図１】
2005233014.tif 000003
【図２】
2005233014.tif 000004
【図３】
2005233014.tif 000005
【図４】
2005233014.tif 000006
【図５】
2005233014.tif 000007
【図６】
2005233014.tif 000008