(57)【要約】【課題】シリンダ内を摺動するプランジャの偏磨耗を抑制することのできる燃料ポンプを提供する。【解決手段】燃料ポンプは、断面円形のボア２１を有するシリンダ２０と、ボア２１内に摺動可能かつ回転可能な状態で挿入される円柱状のプランジャ３０とを備え、ボア２１に供給される燃料をプランジャ３０によって加圧して排出する。燃料ポンプのプランジャ３０の端面３１には、同端面３１に向かう燃料を同プランジャ３０の周方向に指向させる構造が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形のボアを有するシリンダと、前記ボア内に摺動可能かつ回転可能な状態で挿入される円柱状のプランジャとを備え、前記ボアに供給される燃料を前記プランジャによって加圧して排出する燃料ポンプにおいて、
前記プランジャの端面には、同端面に向かう燃料を同プランジャの周方向に指向させる構造が設けられてなる
ことを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料ポンプにおいて、
前記構造は、前記プランジャの端面が円錐状に突出するとともに螺旋状に形成されてなる
ことを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料ポンプにおいて、
前記プランジャは回転カムによって駆動される
ことを特徴とする燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボアを有するシリンダとボア内に摺動可能な状態で挿入されるプランジャとを備え、ボアに供給される燃料をプランジャによって加圧して排出する燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示すように、特許文献１に記載の燃料ポンプはボア１０１を有するシリンダ１００を備えている。このボア１０１には摺動可能な状態でプランジャ１１０が挿入され、このプランジャ１１０の端面１１１とシリンダ１００の内周面とによって加圧室１０２が形成されている。加圧室１０２には、燃料供給口１０３が形成されており、スピル弁１６０によって燃料供給口１０３の開閉が制御される。一方、加圧室１０２には、燃料排出口１０４が形成されており、チェック弁１６１を介して燃料排出口１０４から燃料が排出される。このチェック弁１６１は、加圧室１０２内の燃料圧力が所定値以上になると開弁する逆止弁である。また、シリンダ１００の下部には、リフタ１３０の摺動をガイドするリフタガイド１２０が設けられている。リフタ１３０の底板部１３１の一方の面にはプランジャ１１０の端面１１２が当接するとともに、同底板部１３１の他方の面にはカム１４０の外周面が当接している。シリンダ１００の下方には、リフタ１３０をカム１４０の方向に付勢するスプリング１５０が設けられている。このため、カム１４０が回転運動してもリフタ１３０の底板部１３１とカム１４０とを常に当接させることができる。
【０００４】
このような燃料ポンプにおいて、プランジャ１１０がカム１４０の方向に変位して加圧室１０２の容積が増加するとともにスピル弁１６０が開かれると、加圧室１０２に燃料供給口１０３から燃料が供給される（吸入行程）。一方、スピル弁１６０が閉じられた状態でプランジャ１１０が加圧室１０２側の方向へ変位すると、加圧室１０２の容積が縮小して燃料が加圧され、加圧室１０２内の燃料圧力が上記所定値以上になると燃料排出口１０４から燃料が排出される（排出行程）。
【特許文献１】特開２００１−２９５７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この燃料ポンプにおいては、プランジャ１１０の中心軸とリフタ１３０の中心軸とは吸入行程及び排出行程を通じてほぼ一致し、プランジャ１１０からリフタ１３０に作用する力Ｆ１の作用線上にほぼリフタ１３０の重心が位置することとなる。一方、カム１４０の外周面とリフタ１３０の底板部１３１とが当接する当接点Ｐはカム１４０の回転に伴って変化するため、カム１４０からリフタ１３０に作用する力Ｆ２の作用線上からリフタ１３０の重心がずれることとなる。このように力Ｆ２の作用線上からリフタ１３０の重心がずれると、以下のような問題が無視できないものとなる。
【０００６】
すなわち、一般に、剛体に力が作用している場合、その力の作用線上に剛体の重心が位置しないと剛体にモーメントが生じる。このため、リフタ１３０にはモーメントが作用し、リフタ１３０に当接するプランジャ１１０を傾けようとする力が発生する。その結果、ボア１０１が形成されるシリンダ１００の内周面をプランジャ１１０の外周面が押圧して、その部分においてシリンダの内周面とプランジャ１１０の外周面との間の摩擦力が増大する。このような摩擦力の増大はプランジャ１１０の先端部に偏磨耗を生じさせ、ひいてはシリンダの内周面とプランジャ１１０の外周面とに焼き付きを生じさせるおそれがある。
【０００７】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダ内を摺動するプランジャの偏磨耗を抑制することのできる燃料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】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、断面円形のボアを有するシリンダと、前記ボア内に摺動可能かつ回転可能な状態で挿入される円柱状のプランジャとを備え、前記ボアに供給される燃料を前記プランジャによって加圧して排出する燃料ポンプにおいて、前記プランジャの端面には、同端面に向かう燃料を同プランジャの周方向に指向させる構造が設けられてなることを要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、プランジャの端面には、同端面に向かう燃料をプランジャの周方向に指向させる構造が設けられているため、プランジャは燃料を周方向に指向させる際にその反力を受ける。ここで、プランジャは、ボア内に回転可能な状態で挿入されているため、上記反力によって回転させられることとなる。その結果、プランジャにこれを傾けるような力が作用したとしても、シリンダの内周面を押圧するプランジャの外周面の部分を回転によって移動させることができるため、シリンダ内を摺動するプランジャの偏磨耗を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料ポンプにおいて、前記構造は、前記プランジャの端面が円錐状に突出するとともに螺旋状に形成されてなることを要旨としている。
【００１１】
同構成によれば、プランジャの端面に向かう燃料をプランジャの周方向に指向させる構造は、プランジャの端面が円錐状に突出するとともに螺旋状に形成されているため、燃料は螺旋状の面に沿って滑らかに流れることとなる。その結果、プランジャの回転を促すような燃料の流れを促進することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料ポンプにおいて、前記プランジャは回転カムによって駆動されることを要旨としている。
プランジャは回転カムによって駆動されるため、カムの回転に伴ってプランジャに伝達される力の作用点はプランジャの中心軸に対して相対移動する。このため、プランジャにはこれを傾けようとする力が作用して、プランジャが偏摩耗し易くなる。
【００１３】
この点、請求項３に記載の発明によれば、プランジャにこれを傾けようとする力が作用する燃料ポンプにおいて、シリンダ内を摺動するプランジャの偏磨耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
図１に示すように、この燃料ポンプは、内部にシリンダ２０が配置されたハウジング１０を備えている。このハウジング１０の端部にはブラケット１１が配置され、ボルト１２によりハウジング１０とブラケット１１とが組み付けられている。シリンダ２０はブラケット１１によりハウジング１０の内部に固定されている。このシリンダ２０の内部には断面円形のボア２１が形成されている。ボア２１には円柱状のプランジャ３０が摺動可能、且つ回転可能な状態で挿入されている。このプランジャ３０の端面３１とシリンダ２０の内周面とによって加圧室２２が形成されている。シリンダ２０には、加圧室２２と接続する燃料供給口２３及び燃料排出口２４が形成されている。
【００１５】
この燃料供給口２３には電磁ソレノイドを備えたスピル弁７０が設置されている。スピル弁７０は電磁ソレノイドに電圧を印加することにより開弁し、これにより燃料供給口２３と加圧室２２とが連通する。また、燃料排出口２４には加圧室２２内の燃料圧力が所定値以上になると開弁する逆止弁からなるチェック弁７１が設置されている。なお、電磁ソレノイドへの電圧の印加は、電子制御装置によって制御されている。
【００１６】
ブラケット１１には、ハウジング１０と当接する端面の反対側の端面に円筒状のリフタガイド１３が設けられている。このリフタガイド１３の内部には、凹形状のリフタ４０が摺動可能に挿入されている。リフタ４０の底板部４１における一方の端面には、プランジャ３０の端面３２が当接するとともに、他方の端面にはカム５１が当接している。このカム５１は断面楕円形状をなし、カムノーズ５２を有している。また、カム５１にはカムシャフト５０が接続されており、カム５１はカムシャフト５０と一体回転する。なお、ブラケット１１とリフタ４０との間には、リフタ４０をカム５１に圧接するスプリング６０が圧縮挿入されている。
【００１７】
ここで、本実施形態にかかるプランジャ３０の形状の詳細について図２を参照して説明する。
図２（ａ）はプランジャ３０の端面３１の平面図、図２（ｂ）は同端面３１の正面図である。
【００１８】
図２に示すように、端面３１は円錐状に突出して形成されるとともに、その表面にはプランジャ３０の中心軸を中心として時計回りの方向に螺旋状をなす２つの螺旋面３１ａが形成されている。螺旋面３１ａは、端面３１へと向かう流れ方向を有する燃料があるとき（図２（ｂ）の一点鎖線Ｌ１）、この燃料の流れの一部を螺旋面３１ａに沿った流れ方向へと変化させる（図２（ｂ）の一点鎖線Ｌ２）。すなわち、端面３１は、同端面３１に向かう燃料の流れの一部をプランジャ３０の周方向に指向させる。
【００１９】
次に、上記のような構成を有する燃料ポンプの動作態様について説明する。
カム５１が図１に一点鎖線で示す位置Ｒ１、すなわちカムノーズ５２がプランジャ３０の中心軸上に位置するときには、リフタ４０がスプリング６０の付勢力に抗して摺動範囲内で摺動して、リフタ４０はシリンダ２０に最も近づいた最上昇位置となる。このとき、プランジャ３０は摺動範囲内で最もシリンダ２０の内部へと摺動した位置Ｐ１まで摺動し、加圧室２２内の容積が最小となる。
【００２０】
この状態からカム５１が反時計回りの方向（図面の矢印の方向）に回転する（Ｒ１→Ｒ２）と、カム５１の外周面に当接するリフタ４０がカムプロフィールに従って下降する。リフタ４０が下降するとプランジャ３０もボア２１内を下降し、加圧室２２の容積が次第に大きくなる。このとき、電子制御装置は、スピル弁７０の電磁ソレノイドに電圧を印加して同スピル弁７０を開弁する。これにより、燃料供給口２３と加圧室２２とが連通し、加圧室２２内に燃料が供給される（吸入行程）。また、同電子制御装置は、カム５１が位置Ｒ２まで回転したときにスピル弁７０の電磁ソレノイドへの印加を停止してスピル弁７０を閉弁する。
【００２１】
この吸入行程において、カム５１が図１に一点鎖線で示す位置Ｒ２、すなわちカムノーズ５２がプランジャ３０の中心軸から最も離れる位置まで回転したときには、リフタ４０は摺動範囲内でシリンダ２０から最も離れる最下降位置まで摺動する。このとき、プランジャ３０は、摺動範囲内で最もカムシャフト５０側へと摺動した位置Ｐ２まで摺動し、加圧室２２内の容積が最大となる。
【００２２】
この状態からカム５１が反時計回りの方向に更に回転する（Ｒ２→Ｒ１）と、リフタ４０がカムプロフィールに従って上昇する。リフタ４０が上昇するとプランジャ３０もボア２１内を上昇し、加圧室２２の容積が次第に小さくなる。このようなプランジャ３０の上昇により加圧室２２の容積が小さくなると、加圧室２２内に供給された燃料が加圧される。燃料が加圧されて加圧室２２内の燃料の圧力が所定圧以上になると燃料排出口２４に設けられるチェック弁７１が開弁して加圧室２２内の燃料が燃料排出口２４から排出される（排出行程）。なお、本実施形態にかかる燃料ポンプにおける吸入行程と排出行程とは、カム５１の回転により繰り返し行われる。
【００２３】
ここで、排出行程における本実施形態にかかるプランジャ３０の動作態様について図３を参照して説明する。図３は、燃料ポンプにおけるシリンダ２０内部のプランジャ３０近傍の部分断面斜視図である。
【００２４】
図３に示すように、排出行程においてプランジャ３０がボア２１内を上昇するとき、加圧室２２内の燃料はプランジャ３０の端面３１に沿うように流れる。このとき、燃料の流れの一部は、端面３１の螺旋面３１ａによりプランジャ３０の周方向、すなわち時計回りの方向に指向され（図３の一点鎖線Ｌ３）、プランジャ３０には燃料を周方向に指向させる際の反力が作用する。そして、このような反力により、プランジャ３０は反時計回り（図３の一点鎖線Ｌ４）に回転することとなる。
【００２５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に列記する作用効果が得られる。
（１）プランジャ３０の端面３１には、同端面３１に向かう燃料をプランジャ３０の周方向に指向させる螺旋面３１ａが設けられているため、プランジャ３０は燃料を周方向に指向させる際にその反力を受ける。ここで、プランジャ３０は、ボア２１内に回転可能な状態で挿入されているため、上記反力によって回転させられることとなる。その結果、プランジャ３０にこれを傾けるような力が作用したとしても、シリンダ２０の内周面を押圧するプランジャ３０の外周面の部分を回転によって移動させることができるため、シリンダ２０内を摺動するプランジャ３０の偏磨耗を抑制することができる。
【００２６】
（２）プランジャ３０の端面３１に向かう燃料をプランジャ３０の周方向に指向させる螺旋面３１ａは、プランジャ３０の端面３１が円錐状に突出するとともに螺旋状に形成されているため、燃料は螺旋状の面に沿って滑らかに流れることとなる。その結果、プランジャ３０の回転を促すような燃料の流れを促進することができる。
【００２７】
（３）プランジャ３０はカム５１によって駆動されるため、カム５１の回転に伴ってプランジャ３０に伝達される力の作用点はプランジャ３０の中心軸に対して相対移動する。このため、プランジャ３０にはこれを傾けようとする力が作用して、プランジャ３０が偏磨耗し易くなる。
【００２８】
この点、本実施形態によれば、プランジャ３０にこれを傾けようとする力が作用する燃料ポンプにおいて、シリンダ２０内を摺動するプランジャ３０の偏磨耗を抑制することができる。
【００２９】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、プランジャ３０の端面３１に２つの螺旋面３１ａが形成されていたが、このような螺旋面３１ａが１つ形成されるような構成であってもよい。
【００３０】
・また、プランジャ３０の端面３１に２つ以上の螺旋面３１ａが形成されているような構成であってもよい。このように端面３１に複数の螺旋面が形成されることにより、端面３１へと向かう燃料をプランジャ３０の周方向に指向させる効果を向上させることができる。その結果、同燃料からプランジャへと作用する反力が増大するため、プランジャ３０をさらに容易に回転させることができるようになる。
【００３１】
・上記実施形態では、プランジャ３０を回転させるために端面３１に螺旋面３１ａを形成するようにしていたが、図４に示すように突起３３を設けてもよい。突起３３は、プランジャ３０の中心軸方向に対して傾斜した面を有し、且つ端面３１の外周近傍に設けられている。このような突起３３を設けることによっても、同端面３１へと向かう燃料があるとき、この燃料の流れの一部をプランジャ３０の周方向に指向させることができる。要は、プランジャ３０の端面３１に、端面３１に向かう燃料をプランジャ３０の周方向に指向させる構造が設けられていればよい。
【００３２】
なお、螺旋面３１ａや突起３３が複数設けられている場合には、これらで指向された燃料のプランジャ３０の周方向成分が同一方向となるようにその各々を配設するのが望ましい。このように配設することにより、燃料からプランジャへと作用する反力が増大するため、プランジャ３０を一層容易に回転させることができるようになる。
【００３３】
・上記実施形態では、プランジャ３０はカム５１によって駆動される構成であったが、他の機構、例えば電動アクチュエータで駆動するような構成であってもよい。このような構成であっても、プランジャ３０をシリンダ２０内で回転させることによりプランジャ３０の偏磨耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にかかる燃料ポンプの一実施例についてその構成を示す断面図。
【図２】（ａ），（ｂ）図１の燃料ポンプにおけるプランジャの端部の構造を示す平面図及び正面図。
【図３】図１の燃料ポンプにおけるシリンダ内部のプランジャ近傍の部分断面斜視図。
【図４】本発明にかかる燃料ポンプの変形例を示す斜視図。
【図５】従来の燃料ポンプの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１０…ハウジング、１１…ブラケット、１２…ボルト、１３，１２０…リフタガイド、２０，１００…シリンダ、２１，１０１…ボア、２２，１０２…加圧室、２３，１０３…燃料供給口、２４，１０４…燃料排出口、３０，１１０…プランジャ、３１，３２，１１１，１１２…端面、３１ａ…螺旋面、３３…突起、４０，１３０…リフタ、４１，１３１…底板部、５０…カムシャフト、５１，１４０…カム、５２…カムノーズ、６０，１５０…スプリング、７０，１６０…スピル弁、７１，１６１…チェック弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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