JP5316110B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

本願発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という）の燃料噴射ポンプに関する。

従来、例えばエンジンのカムシャフトと共に回転する駆動軸を備えた燃料噴射ポンプが公知である。具体的には、駆動軸に対しカムリングなどの駆動力を伝達する部材が偏心して設けられたカムに組み付けられ、駆動軸の回転にともない回転せずに公転運動するカムリングにより可動部材が往復駆動する燃料噴射ポンプが公知である。このような燃料噴射ポンプでは、可動部材が往復駆動することにより、燃料加圧室に吸入された燃料が加圧され給送される。

ところで、カムリングが可動部材と直接摺動し、可動部材が往復駆動するポンプの場合、カムリングの内周面とカムの外周面との接触面積の面圧が高いため、カムリングの内周面とカムの外周面との摩耗が生じ、摺動箇所が焼きつく虞がある。
また、近年、エンジンの出力向上並びにエンジンから排出される物質の低減を図るため、燃料の噴射圧力のさらなる向上が要求されている。したがって、カムリングの内周面とカムの外周面との接触面に作用する圧力がより大きくなる傾向にあり、この場合は特に、摺動箇所の焼き付きという問題が顕著となる。

このような問題を解決するための技術として、図４（ａ）に示すように、カムリングとカムとの間に、ブッシュを設け、カムリングの内周面とカムの外周面との間に形成される摺動面の摩耗及び焼き付きの低減を図っている。また、摺動面の摩耗ならびに焼き付きを低減するために、ブッシュの摺動面を軸方向の両端部から軸方向の中央部にかけて、ブッシュの径方向内側へ突出させる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−１９３９３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によっても、燃料の噴射圧力のさらなる向上を図る場合には、摺動面の面圧負荷及び摺動速度が増大するため、摺動面の焼き付きをもたらすことが懸念される。
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、耐摩耗性及び耐焼付き性が優れた燃料噴射ポンプを提供することにある。

上述した課題を解決するためになされた請求項１の燃料噴射ポンプは、駆動軸と、カムと、複数のブッシュと、カムリングと、可動部材と、ポンプハウジングとを備える。駆動軸は、エンジンによって駆動される。カムは、駆動軸に対し偏心して設けられ、駆動軸とともに回転する。カムリングは、カムの外周に回転自在に設けられ、駆動軸の回転によって公転運動を行う。複数のブッシュは、カムとカムリングとの間に設けられている。可動部材は、一端がカムリングの所定面に当接し、カムリングの公転運動により往復移動する。例えば、可動部材は、プランジャとして具現化することができる。ポンプハウジングは、可動部材を往復移動可能に支持すると共に、可動部材の他端によって燃料が加圧される燃料加圧室を形成する。

ここで特に本願発明では、カムとカムリングとの間の複数のブッシュが相互に回転可能になっている。複数のブッシュが相互に回転可能であることで、カムとカムリングとの間の相対周速を低減することができる。よって、カムと接触するカムリングの摺動面に加わる面圧が高くなっても、周速×面圧の値を低減させることができる。したがって、燃料の更なる高圧化及び粗悪燃料使用時のブッシュとカムとの間の摩耗及び焼き付きを防ぐことができる。すなわち、燃料噴射ポンプは、耐摩耗性及び耐焼付き性に優れたものとなる。

複数のブッシュは、例えば、カムリングに圧入されているカムリングブッシュと、カムリングブッシュに対し回転可能な少なくとも一つのローラブッシュとを含むことが好ましい。このようにすれば、ローラブッシュとカムとの間の摺動によって、カムとカムリングとの間の相対周速が緩衝される。よって、カムとカムリングとの間の相対周速が低減され、ブッシュとカムとの間の摩耗及び焼き付きを防ぐことができる。

また、例えば請求項２に示すように、カム、複数のブッシュ及びカムリングは、隣り合って接触する摺動面の材質が異なることが好ましい。このようにすれば、同じ材質の焼き付き易いことを防止することができる。さらに、例えば請求項３に示すように、ローラブッシュは、径方向の外側と、内側とが異なる材質からなっていてもよい。このようにすれば、二つの材質の特徴によって、ローラブッシュの硬度と潤滑性とを上昇させることができ、同じ材質を用いることで生ずる焼き付きを防止することもできる。

請求項４に示すように、カムリングの軸方向の少なくとも一端に、ローラブッシュの抜けを抑制する側板が設けられていることが好ましい。このようにすれば、高速回転する時にローラブッシュが抜けることを抑制することができる。よって、ブッシュが抜けて、ポンプハウジングとの間に摩擦が生じることを抑制することができる。

また、請求項５に示すように、側板はカムリングの軸方向の両端に設けられていることとしてもよい。このようにしても、ブッシュが抜けることを抑制することができる。

本発明の一実施形態の燃料噴射ポンプを示す断面図である。 本発明の一実施形態の燃料噴射ポンプの駆動軸、カム、ブッシュ及びカムリングを示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 従来と本願発明の燃料ポンプのカム、ブッシュ及びカムリングの関係を示す模式図である。 本発明の他の実施形態の燃料噴射ポンプの駆動軸、カム、ブッシュ及びカムリングを示す断面図である。 本発明の他の実施形態の燃料噴射ポンプの駆動軸、カム、ブッシュ及びカムリングを示す断面図である。 本発明の他の実施形態の燃料噴射ポンプの駆動軸、カム、ブッシュ及びカムリングを示す断面図である。

以下、本発明の燃料噴射ポンプの複数の実施形態を図に基づいて説明する。本形態の燃料噴射ポンプは、車両に搭載されて用いられ、燃料タンクから低圧燃料を汲み上げ、加圧して高圧燃料をコモンレールへ送り出すものである。

（一実施形態）
本形態の燃料噴射ポンプを、図１に示す。図１に示すように、燃料噴射ポンプ１０は、ハウジング本体１１と２つのシリンダヘッド１２、１３とを有する。ハウジング本体１１はアルミ製であり、シリンダヘッド１２、１３は鉄製である。本形態では、シリンダヘッド１２とシリンダヘッド１３とはほぼ同一形状に形成されているものの、螺子穴や燃料通路などの形成位置が異なっている。これに対し、螺子穴や燃料通路などの形成位置を同一にし、シリンダヘッド１２及びシリンダヘッド１３の形状を同一にすることもできる。

ハウジング本体１１は、図１に示すように、駆動軸２０を回転可能に支持している。駆動軸２０は、カム２１を有している。カム２１は、図３に示すように、駆動軸２０に対して偏心しており、円形状の断面を有し、駆動軸２０と一体に形成されている。カム２１の外周には、略四角形状のカムリング２３が支持されている。カムリング２３とカム２１との間には、複数のブッシュ２２が介在している。この複数のブッシュ２２がカム２１に対して相対回転することにより、カムリング２３は、駆動軸２０の回転によって公転運動を行う。

次に、本形態の複数のブッシュ２２について詳細に説明する。図２及び図３に示すように、複数のブッシュ２２は、ローラブッシュ２２１と、カムリングブッシュ２２２とを含む。ローラブッシュ２２１は、リング状であり、カム２１とカムリング２３との間に摺動自在に設けられている。カムリングブッシュ２２２は、リング状の部材であり、カムリング２３の内周に固定されている。また、カムリングブッシュ２２２は、カムリング２３の内周に摺動自在に挿入されていてもよい。

図３に示すように、カム２１と、ローラブッシュ２２１と、カムリングブッシュ２２２と、カムリング２３とは、隣り合って密接している。隣り合って接触している部材は、互いに異なる材質で形成されていることが好ましい。また、カム２１、ローラブッシュ２２１、カムリングブッシュ２２２及びカムリング２３は、摩擦力を低減するために、硬度が高い材質（例えば鉄、銅、アルミ合金又はセラミック等）で作られることが好ましい。例えば、カム２１は鉄で作られ、ローラブッシュ２２１はアルミ又はセラミックで作られ、カムリングブッシュ２２２は銅で作られ、カムリング２３は鉄で作られる。

また、図４（ｂ）に示すように、ローラブッシュ２２１は、外層２２１ａと内層２２１ｂとに分けられ、二層構造とすることができる。ローラブッシュ２２１の外層２２１ａと、内層２２１ｂとが異なる材質で作られている。本形態の場合、カム２１は鉄で作られている。そして、ローラブッシュ２２１の内層２２１ｂは銅、アルミ又はセラミックで作られ、外側２２１ａは鉄で作られている。最後に、カムリングブッシュ２２２は銅又はアルミで作られ、カムリング２３は鉄で作られている。これで、カム２１、ローラブッシュ２２１、カムリングブッシュ２２２及びカムリング２３は、高い硬度を有し、及び異なる材質で隣り合うことができる。

さらに、ローラブッシュ２２１は、複数個有することができる。例えば、カム２１とカムリング２３との間のスペースが十分である場合、異なる材質で作られた複数個のローラブッシュ２２１を設けることができる。また、薄く形成されても硬度が十分に高い異なる材質で作られたローラブッシュ２２１を複数個設けることができる。

ローラブッシュ２２１が、カム２１とカムリング２３との間から抜けることを抑制するために、カムリング２３の軸方向の両端には、側板２５１が設けられている。側板２５１は、カムリング２３の両側端部に、環状で形成されている。本形態の場合、図２に示すように、側板２５１の断面はＬ字となっており、円板部２５１ａの周縁から軸方向に突出部２５１ｂが突出している。この突出部２５１ｂにより、側板２５１はカムリング２３に嵌合し、ローラブッシュ２２１の抜けを抑制する。

なお、図５に示すように、側板２５２は、断面がＩ字となっており、カムリング２３の内周壁に直接に嵌入されていてもよい。

さらに、図６に示すように、側板２５３は、カムリング２３の一端の片側のみに設けられていてもよい。この場合、カムリング２３の他端側の内周壁縁部に、径方向を向いて、突出板２３ａを形成することができる。
図７に示すように、側板２５１、２５２、２５３を有しないことにしてもよい。

駆動軸２０の直交方向には、２つのプランジャ２４が配置されている。これらプランジャ２４は、カムリング２３を挟んで対峙している。プランジャ２４は、プランジャヘッド２４３を有している。また、プランジャヘッド２４３は、プランジャ２４から径方向に張り出している。このプランジャヘッド２４３の張り出し部とシリンダヘッド１２、１３との間には、スプリング２６が配置されている。スプリング２６は、カムリング２３側にプランジャヘッド２４３を付勢する。スプリング２６に付勢されているプランジャヘッド２４３の端面とカムリング２３の外壁面とは相互に接触し、摺動面を形成する。ハウジング１１の内部は燃料により満たされており、カムリング２３とプランジャヘッド２４３とにより形成される摺動面は燃料による潤滑が図られている。

各シリンダヘッド１２、１３の内部には、シリンダ１２ａ、１３ａが形成されている。これらのシリンダ１２ａ、１３ａには、可動部材としてのプランジャ２４が往復移動可能に支持されている。シリンダ１２ａ、１３ａの内周面と、逆止部材３１の端面と、プランジャ２４の他端とにより、燃料加圧室４０が形成されている。図１に示すように、燃料加圧室４０には、燃料流入部３０と燃料吐出部５０とが接続されている。

燃料流入部３０は、逆止部材３１と燃料流入通路３２とを有する。燃料は、燃料流入通路３２から燃料加圧室４０に吸入される。逆止部材３１は、燃料加圧室４０から燃料流入通路３２に燃料が逆流することを防止する。

図１に示すように、一方のシリンダヘッド１２側の燃料吐出部５０は、駆動軸２０の軸方向に設けられ、逆止部材５１と燃料吐出通路５２とを有する。加圧された燃料は、燃料加圧室４０から燃料吐出通路５２を経由して吐出される。逆止部材５１は、燃料吐出通路５２から燃料加圧室４０に燃料が逆流することを防止する。他方のシリンダヘッド１３側は、図示しない配管によって一方のシリンダヘッド１２側の燃料吐出部５０と合流している。

次に、燃料噴射ポンプ１０の作動について説明する。駆動軸２０の回転に伴いカム２１が回転し、カム２１の回転に伴って、カムリング２３が自転することなく公転する。このカムリング２３の公転に伴い、カムリング２３の外壁面とプランジャヘッド２４３の端面とは左右に摺動し、プランジャ２４は上下に往復駆動される。

図１は、カムリング２３の公転によってプランジャ２４が上死点に位置する状態を示す。カムリング２３の公転に伴い上死点にあるプランジャ２４が下死点側へ移動すると、内部のフィードポンプから吐出された燃料が、燃料流入通路３２から逆止部材３１を通ってシリンダヘッド１２側の燃料加圧室４０に流入する。

カムリング２３の公転により下死点に達したプランジャ２４が再び上死点に向けて上昇し、シリンダヘッド１２側の逆止部材３１が閉塞されると、燃料加圧室４０の燃料圧力が上昇する。燃料加圧室４０の燃料圧力が燃料吐出通路５２内の燃料圧力よりも上昇すると、逆止部材５１が開弁する。逆止部材５１が開弁すると、燃料加圧室４０で加圧された燃料は、燃料吐出通路５２に送出され、燃料吐出通路５２から図示しないコモンレールに供給される。なお、他方のシリンダヘッド１３側の燃料吐出部は、図示していないが、上述したシリンダヘッド１２側の燃料吐出部５０と同様の構成で交互に作動する。

コモンレールは燃料ポンプ１０から供給される圧力変動のある燃料を蓄圧し、一定圧力に保持する。コモンレールに蓄えられた燃料は、図示しないインジェクタへ供給される。

以上、説明したように本形態の燃料ポンプ１０では、カム２１とカムリング２３との間に、ローラブッシュ２２１とカムリングブッシュ２２２とが設けられ、複数のブッシュが相互に回転可能である。よって、カムリング面の周速が低減され、カム２１と接触するカムリング２３の摺動面に加わる面圧が高くなっても、周速×面圧の値を低減させることができる。したがって、燃料の更なる高圧化及び粗悪燃料使用時のブッシュとカムとの間の摩耗及び焼き付きを防ぐことができる。

また、本形態によると、カム２１は鉄で作られている。そして、ローラブッシュ２２１の内層２２１ｂは銅、アルミ又はセラミックで作られ、外層２２１ａは鉄で作られている。最後に、カムリングブッシュ２２２は銅又はアルミで作られ、カムリングは鉄で作られている。よって、カム２１と、ローラブッシュ２２１と、カムリングブッシュ２２２と、カムリング２３とが異なる材質で接触することができる。したがって、ローラブッシュの硬度と潤滑性とを上昇させることができ、同じ材質を用いることで生じる焼き付きを抑制することもできる。

カムリング２３の軸方向の端部に、側板２５１を有することによって、ローラブッシュ２２１が挟まれる。よって、高速回転する時にローラブッシュが抜けることを抑制することができる。したがって、ローラブッシュ２２１が抜けて、ポンプハウジングとの間に摩擦が生じることを抑制することができる。

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。

１０：燃料噴射ポンプ、１１：ハウジング本体（ポンプハウジング）、１２：シリンダヘッド（ポンプハウジング）、１２ａ：シリンダ、１３：シリンダヘッド（ポンプハウジング）、１３ａ：シリンダ、２０：駆動軸、２１：カム、２２：複数のブッシュ、２２１：ローラブッシュ、２２２：カムリングブッシュ、２３：カムリング、２４：プランジャ、２４３：プランジャヘッド、２５１、２５２、２５３：側板、３０：燃料流入部、３１：逆止部材、３２：燃料流入通路、４０：シリンダ、４１：燃料加圧室、５０：燃料吐出部、５１：逆止部材、５２：燃料吐出通路

Claims (5)

1. 内燃機関に高圧燃料を供給する燃料噴射ポンプであって、
   内燃機関によって駆動される駆動軸と、
   前記駆動軸に対し、偏心して設けられたカムと、
   前記カムの外周に回転自在に設けられ、前記駆動軸の回転によって公転運動を行うカムリングと、
   前記カムと前記カムリングとの間に設けられ、相互に回転可能な複数のブッシュと、
   一端が前記カムリングの所定面に当接し、前記カムリングの公転運動により往復移動する可動部材と、
   前記可動部材を往復移動可能に支持すると共に、前記可動部材の他端によって燃料が加圧される燃料加圧室を形成するポンプハウジングとを備え、
   前記複数のブッシュは、前記カムリングに圧入されているカムリングブッシュと、当該カムリングブッシュに対し回転可能な少なくとも一つのローラブッシュとを含むことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 請求項１に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   前記カム、前記複数のブッシュ及び前記カムリングは、隣り合って接触する摺動面の材質が異なることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   前記ローラブッシュは、径方向の外側と、内側とが異なる材質からなることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   前記カムリングの軸方向の少なくとも一端に、前記ローラブッシュの抜けを抑制する側板が設けられていることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
5. 請求項４に記載の燃料噴射ポンプにおいて、
   前記側板は、前記カムリングの軸方向の両端に設けられていることを特徴とする燃料噴射ポンプ。

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