JPH09112388A - ラジアルプランジャポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧化に適したラジアルプランジャポンプを
提供する。 【解決手段】 ロータ２０は駆動軸とともに回転し、支
持部材３１により回転可能に支持されている。収容孔２
１はロータ２０の径方向に放射状に等角度間隔で、かつ
支持部材３１の径方向直線上に形成されている。収容孔
２１は、燃料ポート４５を介して燃料通路４３と連通可
能であり、プランジャ２２を往復移動可能に収容してい
る。ロータ２０の支持位置とプランジャ２２の収容位置
とがほぼ軸方向に等しいのでロータ２０の振れ回りを防
止できる。また、フィードポンプからの燃料供給量のピ
ークタイミングで各燃料ポート４５の中心軸線はそれぞ
れ対応する吸入孔２１の中心軸線とぼぼ一直線上に並ぶ
ので、フィードポンプから供給される燃料を効率良く加
圧室２５に吸入することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体を圧送するラジ
アルプランジャポンプに関し、特に燃料や油を高圧に圧
送するラジアルプランジャポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ロータの径方向に放射状に設
けらる収容孔に往復移動可能にプランジャを収容し、こ
のプランジャの外周にカムリングを設けたラジアルプラ
ンジャ式のポンプとして、特開昭５６−２３５５６号公
報および特開昭６０−２４９６７６号公報に開示されて
いるものが知られている。近年、例えばディーゼルエン
ジン等に用いられる高圧燃料供給ポンプ等においては燃
焼効率の向上および排気ガス中に排出される不純物の低
減等の要求により１００MPa 以上、さらには１５０MPa
に達する高圧に燃料を加圧して圧送することが要求され
るようになってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述した
特開昭５６−２３５５６号公報に開示されているもので
は、ロータの支持位置とプランジャの収容位置が軸方向
で異なるため、ロータのプランジャ収容部が振れ回りを
起こしロータとロータの回転支持部間の油膜が切れて部
材が焼きつく恐れがある。

【０００４】また特開昭６０−２４９６７６号公報に開
示されているものは、ロータとこのロータの外周に設け
られているガイドリングとが偏心しており、ロータの回
転に伴いロータに収容されたプランジャがガイドリング
の内壁と摺動することにより燃料を加圧している構造で
ある。このため、ロータの回転に伴いガイドリングの周
方向の一部は高圧および高荷重にされされ、他の部分は
低圧および低荷重となるためガイドリングに偏荷重が加
わる。このため圧送する燃料圧力が高圧になればなるほ
どロータとガイドリングとの摺動部において偏摩耗また
は損傷が部材に生じるという問題がある。

【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、高圧化に適したラジアルプランジ
ャポンプを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
ラジアルプランジャポンプによると、ロータの径方向に
放射状に設けられた摺動孔は、さらにロータ周方向に等
角度間隔で設けられるかまたは各一対の摺動孔がロータ
の径方向直線上に設けられており、かつロータの回転に
伴いカムリングがプランジャを同時にリフトさせること
により、プランジャの往復移動により生じる力の和はほ
ぼゼロとなる。したがって、流体の加圧圧力が高圧にな
ったとしても支持部材に働く偏荷重が小さいのでロータ
と支持部材との摺動部における部材の摩耗または損傷を
低減できる。

【０００７】また支持部材の周囲をロータが回転する構
成としているため、ロータの支持位置とプランジャの収
容位置とが軸方向でほぼ同じになることによりロータの
振れ回りを抑制することができる。これにより流体の加
圧圧力が高圧になったとしてもロータの良好な回転を保
持することができる。本発明の請求項２記載のラジアル
プランジャポンプによると、支持部材の直径を１２mm以
下にしたことにより、支持部材とロータとのクリアラン
スに入り込んだ高圧流体による摺動部のクリアランスの
広がりを抑えることができるので、摺動部からの流体リ
ークを低減しポンプの圧送効率が向上する。

【０００８】本発明の請求項３記載のラジアルプランジ
ャポンプによると、フィードポンプを内蔵し、フィード
ポンプによる流体供給量のピーク時期と吸入行程におけ
る流体吸入量のピーク時期とがほぼ一致することによ
り、フィードポンプから供給される流体を効率よく吸入
できる。これによりフィードポンプの体格を小さくまた
軽量にできるのでフィードポンプの消費動力を小さくす
ることができる。

【０００９】本発明の請求項４記載のラジアルプランジ
ャポンプによると、吸入行程の１／４から３／４の角度
範囲内で流体通路が支持部材の外壁に開口していること
により、流体通路と収容孔との連通部における圧力損失
が小さくなるので、吸入行程において十分量の流体を吸
入できる。また流体を効率良く吸入できるのでフィード
ポンプの流体供給能力を低減できるためフィードポンプ
を小型化できる。

【００１０】本発明の請求項５記載のラジアルプランジ
ャポンプによると、支持部材の径方向に放射状に流体通
路を形成し、流体通路が収容孔と直線上で連通すること
により、流体通路と収容孔との連通部における圧力損失
が小さくなるので、吸入行程において十分量の流体を吸
入でき。また流体を効率良く吸入できるのでフィードポ
ンプの流体供給能力を低減できるためフィードポンプを
小型化できる。

【００１１】本発明の請求項６記載のラジアルプランジ
ャポンプによると、流体通路を互いに軸方向にずらして
形成することにより、支持部材の同一断面内に形成され
る流体通路の数を減少させることができるので支持部材
の径方向における強度が向上する。また、同一径なら
ば、流体通路の径を大きくできるので流体の圧力損失を
低減可能である。

【００１２】本発明の請求項７記載のラジアルプランジ
ャポンプによると、流体通路の開口部をカムリングのカ
ム山と同数形成することにより、全ての収容孔と流体通
路の開口部とが直接連通可能である。したがって、流体
通路と収容孔との連通部における圧力損失が小さくなる
ので、吸入行程において十分量の流体を吸入でき、圧送
行程において加圧された高圧流体の圧力を極力低下させ
ることなく吐出することができる。また流体を効率良く
吸入できるのでフィードポンプの流体供給能力を低減で
きるためフィードポンプを小型化できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 （第１実施例）本発明のラジアルプランジャポンプをデ
ィーゼルエンジンの高圧燃料供給ポンプに適用した第１
実施例を図１、図２および図３に示す。

【００１４】図２に示すように、高圧燃料供給ポンプ１
０の駆動軸１１は図示しないベルトによりエンジンから
回転駆動され、軸受部材１３およびベアリング１４を介
してハウジング１２に回転可能に支持されている。フィ
ードポンプ１６は駆動軸１１周囲のハウジング１２内に
配設されている。図３に示すように、フィードポンプ１
６のロータ１７は連結ピン１１ａにより駆動軸１１に連
結され駆動軸１１とともに回転する。ロータ１７の外壁
には放射状にベーン１８が配設されており、ロータ１７
の外周を取り巻く円筒状の支持部材１９とロータ１７と
は偏心している。駆動軸１１の回転に伴いベーン１８が
遠心力により支持部材１９の内周壁と摺動しながら回転
すると、燃料通路４１から吸入した燃料が加圧され、こ
の燃料が燃料通路４２から後述する加圧室２５に供給さ
れる。フィードポンプ１６には、フィード圧が所定圧力
例えば２MPa 以上になった場合吸入側に燃料を還流する
図示しないリリーフ弁が備えられている。

【００１５】図２に示すように、ロータ２０は駆動軸１
１とともに回転し、軸方向に摺動孔２０ａを形成してい
る。支持部材３１は摺動孔２０ａを形成するロータ２０
の内壁と摺動し、ロータ２０を回転可能に支持してい
る。図１に示すように、６個の収容孔２１はロータ２０
の径方向に放射状に等角度間隔で、かつ支持部材３１の
径方向直線上に形成されている。収容孔２１は、流体通
路としての燃料ポート４５を介して燃料通路４３と連通
可能であり、プランジャ２２を往復移動可能に収容して
いる。このように、ロータ２０の支持位置とプランジャ
２２の収容位置とが軸方向でほぼ同じであるためロータ
２０の振れ回りを防止できるので、ロータ２０と支持部
材３１間の油膜が保たれ摺動部の焼き付きを抑制でき
る。

【００１６】プランジャ２２の径方向内側端面、収容孔
２１を形成するロータ２０の内周壁および支持部材３１
の外周壁により加圧室２５が形成されている。加圧室２
５は収容孔２１の一部であり、ロータ２０の回転に伴い
燃料ポート４５と連通可能である。プランジャ２２の径
方向外側端面にはローラ２３を回動可能に支持するシュ
ー２４が当接しており、ローラ２３はカムリング２９の
内周壁と摺動可能である。カムリング２９の内周壁には
６個のカム山２９ａが形成されているので、各プランジ
ャ２２はロータが１回転するごとに収容孔２１内を６往
復する。ガイド２６は支持部２６ａおよび図２に示す平
板部２６ｂよりなり、ロータ２０とともに回転してシュ
ー２４を往復移動可能に案内している。

【００１７】ポンプヘッド３０は円柱状に形成された支
持部材３１を有している。ポンプヘッド３０の軸方向に
燃料通路４３が形成されており、この燃料通路４３に吐
出通路４４が連通している。燃料通路４３は後述する電
磁弁６０が開弁することにより燃料通路４２と連通可能
である。燃料ポート４５は燃料通路４３と連通し、支持
部材３１の径方向に放射状に等角度間隔で形成されてい
る。図４に示す支持部材３１の展開図から判るように、
隣り合う燃料ポート４５は支持部材３１の軸方向にずれ
て形成されており、支持部材３１の同一断面上に存在し
ない。これにより、燃料ポート４５を除いた支持部材３
１の断面積を十分確保することができるので支持部材３
１の機械的強度を保持することができるとともに、支持
部材３１の径を小さくすることができる。また同一径の
支持部材ならば、全ての燃料ポートが同一断面に存在す
るものに較べ燃料ポートの径を拡大できるので圧損が低
減する。

【００１８】図２に示すように、デリバリバルブ５０は
吐出通路４４に接続してポンプヘッド３０に取付けられ
ている。デリバリバルブ５０の弁部材５１はスプリング
５２により燃料上流側に付勢されており、逆止弁の機能
を有している。圧送行程時、吐出燃料の圧力によりデリ
バリバルブ５０が開弁すると高圧燃料が図示しないコモ
ンレールに供給される。

【００１９】電磁弁６０は燃料通路４３の同軸上でポン
プヘッド３０に取付けられている。電磁弁６０の弁部材
６２はスプリング６３により弁座６１から離座する方向
に付勢されており、コイル６４への通電オフ時、弁部材
６２は弁座６１から離座して電磁弁６０が開弁するの
で、燃料通路４２と燃料通路４３とが連通する。コイル
６４への通電オン時、コイル６４に発生する磁力により
アーマチャ６５が吸引されると弁部材６２は弁座６１に
着座する。これにより燃料通路４２と燃料通路４３との
連通が遮断される。

【００２０】本実施例のようなディーゼルエンジンの高
圧燃料供給ポンプの場合、ポンプの供給圧力は２０MPa
から１５０MPa もの高圧に達するので、ロータ２０と支
持部材３１との摺動部から燃料がリークしないように摺
動クリアランスは１〜２μｍとごく微小にする必要があ
る。しかしながら、この摺動クリアランスに燃料が入り
込むと、燃料圧力はロータ２０の内径を押し広げるよう
に作用しクリアランスが拡大する。クリアランスの増加
量δ１は、内径をＤ、圧力をＰ、ロータ２０の材質（本
実施例では鋼材）の弾性係数をＥ、ポアソン比をνとし
た場合、ほぼ次式(1) で表される。ただし、ロータ２０
の外径ｄはロータ２０の内径Ｄに対し、ｄ≧２×Ｄを満
たす程度に大きいものとする。

【００２１】 δ１≒（１＋ν）×Ｄ×Ｐ／（２×Ｅ）・・・(1) 式(1) から判るようにロータ２０の外径ｄを大きくして
もクリアランスの増加量δ１は変化せず、増加量δ１は
内径Ｄに比例する。本実施例の場合Ｄ＝１０mm、Ｐ＝１
５０MPa とすると、δ１＝５μｍであるが、Ｄ＝１４mm
とするとδ１＝８μｍとなる。

【００２２】一方、クリアランスからの漏れ量ｑは次式
(2) で示されるようにクリアランスの広がり量δの３乗
に比例する。 ｑ＝（π×Ｄ×δ³ ×Ｐ）／（１２×μ×Ｌ）・・・(2) π：円周率、μ：燃料の粘性係数、Ｌ：クリアランス部
分の軸長 δは、圧力Ｐ≒０のときの初期クリアランスδ０と圧力
増加にともなうクリアランスの増加量δ１との和であ
り、次式(3) で表される。

【００２３】δ＝δ０＋δ１・・・(3) 式(1) 、(2) および(3) より漏れ量ｑはＤの４次関数と
して表される。圧力Ｐが増加してδ０≪δ１になると、
式(1）、(2) および(3) よりδを消去して漏れ量ｑは次
式(4) で表される。 ｑ＝π×Ｄ⁴ ×（（１＋ν）／（２×Ｅ））³ ×Ｐ⁴ ／（１２×μ×Ｌ）・・・(4) クリアランスからの漏れ量ｑは内径Ｄの４乗に比例する
ことになるため、内径Ｄは体積効率に影響を与える重要
な設計パラメータである。

【００２４】次に内径Ｄと漏れ量ｑとの関係を図５に示
す。図５から判るように、内径が大きい場合（Ｄ＝１４
mm）には、デッドボリューム損失に加え圧力の増加に伴
い漏れ量が急増するため圧送量が急激に少なくなり、１
５０MPa 付近では圧送量が幾何学的圧送量の１／３以下
になる。しかし、内径が小さい場合（Ｄ＝１０mm）に
は、１５０MPa 付近においても幾何学的圧送量の半分以
上を圧送できる。支持部材３１の直径はロータ２０の内
径Ｄとほぼ等しく、支持部材３１の直径が１２mm以下で
あればクリアランスの増加量δ１を抑制できるので、圧
力が増加しても漏れ量ｑは実用上問題がない程度に低減
可能である。

【００２５】次に、高圧燃料供給ポンプ１０の作動につ
いて説明する。 (1) 吸入行程 図１に示す状態におけるロータ２０の回転角を０°と規
定する。この状態においてプランジャ２２は径方向内側
に移動中であり圧送行程の最中である。ロータ２０が回
転し吸入孔２１の中心軸線が図１の１５°と記した位置
に達するとプランジャ２２のリフト量が最大となり圧送
行程から吸入行程に切り替わる。ロータ２０の回転に伴
いプランジャ２２が径方向外側に移動しているときコイ
ル６４への通電はオフされている。コイル６４への通電
をオフした状態では弁部材６２は弁座６１から離座して
いるので、燃料通路４２と燃料通路４３とが連通してい
る。そして、プランジャ２２が径方向外側に移動し加圧
室２５の容積が増加することにより加圧室２５内の圧力
が低下するとフィードポンプ１６から供給される燃料が
燃料通路４２、燃料通路４３、燃料ポート４５を介して
加圧室２５に吸入される。さらにロータ２０が回転し吸
入孔２１の中心軸線が図１の３０°と記した位置まで達
すると加圧室２５への吸入流量は最大量となる。第１実
施例では、吸入孔２１の中心軸線が図１の１５°〜４５
°の範囲内にあるときが吸入行程に対応する。

【００２６】フィードポンプ１６には６枚のベーン１８
が配設されているため、フィードポンプ１６の１回転に
つきフィードポンプ１６から燃料通路４２に供給される
燃料流量は図６の１０１に示すように６個の山を有する
脈動波形をなしている。一方、加圧室２５に吸入される
燃料流量は図６の１０２の実線で示す断続波形となる。
１０２の点線は加圧室２５から排出される燃料流量を示
す。フィードポンプ１６から供給される燃料量はロータ
２０が図１に示す３０°の回転位置に達したときに最大
供給量になるように設定されており、このとき各燃料ポ
ート４５の中心軸線はそれぞれ対応する吸入孔２１の中
心軸線とぼぼ一直線上に並ぶように支持部材３１に設定
されている。したがって、フィードポンプ１６からの燃
料供給量のピークタイミングで圧損が一番小さくなるの
で、図６に示すように、フィードポンプ１６からの燃料
供給量のピークタイミングで加圧室２５への燃料吸入量
が最大になることにより、フィードポンプ１６から供給
される燃料を効率良く加圧室２５に吸入することができ
る。このためフィードポンプ１６の体格を小さくかつ軽
量にできるので、フィードポンプ１６の製造コストを低
減できる。さらに駆動軸１１から発生する駆動力がフィ
ードポンプ１６により消費される動力量を小さくするこ
ともできる。

【００２７】吸入行程において加圧室２５への吸入流量
がピークになるロータ２０の回転角の範囲は、カムリン
グ２９のカムプロフィールの幾何学的制約から吸入行程
の中央を中心として前後に吸入行程の１／４から３／４
の範囲になることが多い。したがって燃料ポート４５の
設定角度はこの範囲内にあれば実用上さしつかえない。
第１実施例では、吸入行程はロータ２０の回転角度にお
いて１５°〜４５°の範囲に対応するので、燃料ポート
４５の中心軸線は３０°±７．５°の範囲内に設定され
ていればよい。

【００２８】(2) 圧送行程 コイル６４への通電がオフされた状態でプランジャ２２
が径方向内側に移動を開始すると、燃料通路４２と燃料
通路４３とが連通されたままであるので加圧室２５内の
燃料は吸入時と逆に燃料通路４３から燃料通路４２に排
出される。プランジャ２２が径方向内側に移動している
任意のタイミングでコイル６３への通電をオンすると、
燃料通路４２と燃料通路４３との連通が遮断され加圧室
２５内の燃料が加圧される。加圧された加圧室２５内の
燃料はデリバリバルブ５０の弁部材５１を押し下げデリ
バリバルブ５０から図示しないコモンレールへ圧送され
る。コイル６４への通電オン時期を調整することにより
圧送される燃料流量を制御できる。

【００２９】プランジャ２２の直径を５mm、圧送圧力を
１５０MPa とした場合、圧送行程時各プランジャ２２あ
たり約２５００Ｎもの大きな力が働くこととなる。第１
実施例では、各一対の収容孔２１を支持部材３１の周方
向に等角度間隔で、かつ支持部材３１の径方向直線上に
形成するとともに、カムリング２９のカム山２９ａを等
角度間隔に６個形成したことにより、ロータ２０の回転
に伴いプランジャ２２が同時にリフトされるのでプラン
ジャ２２の往復移動に伴いプランジャ２２に働く力の和
がほぼゼロとなる。これによりプランジャ２２の往復移
動により支持部材３１に偏荷重が働くことを防止でき
る。したがって、圧送圧力が例えば１５０MPa もの高圧
になってもロータ摺動部における部材の摩耗または損傷
を低減できる。

【００３０】（第２実施例）本発明の第２実施例を図７
に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符
号を付す。ロータ７０には放射状に４個の収容孔２１が
形成されている。４個の収容孔２１の内、各一対の収容
孔２１はロータ７０の径方向直線上に形成されている。
収容孔２１はロータ７０の周方向に等角度間隔に形成さ
れてはいないが、ロータ７０の回転に伴い４個のプラン
ジャ２２が同時に径方向内側に移動する構成となってい
る。したがって、第１実施例と同様にプランジャ２２に
働く力の和がほぼ０となるので、ロータ摺動部における
部材の偏摩耗および損傷を低減できる。また第１実施例
と同様にカムリング２９の内周には６個のカム山２９ａ
が形成されているので、ロータ７０の１回転ごとに各プ
ランジャ２２は６往復することになる。

【００３１】（第３実施例）本発明の第３実施例を図８
に示す。第３実施例のフィードポンプ８０はトロコイド
式のフィードポンプである。インナギア８１の歯数を
６、アウタギア８２の歯数を７とすれば、インナギア８
１の１回転あたり６山の流量脈動が発生する。

【００３２】以上説明した本発明の実施例では、本発明
のラジアルプランジャポンプをディーゼルエンジンの高
圧燃料供給ポンプに適用したが、本発明のラジアルプラ
ンジャポンプは流体を高圧に圧送する用途に用いるので
あればどのような分野に用いることも可能であり、例え
ば作動油を高圧に供給するポンプとして用いることも可
能である。

【００３３】また本実施例ではロータの１回転ごとにプ
ランジャが６往復する構成を採用したが、本発明ではロ
ータの１回転ごとに往復するプランジャの往復移動回数
は６に限定されるものではなく用途に応じ選択すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による高圧燃料供給ポンプ
を示す図２のＩ−Ｉ線断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による高圧燃料供給ポンプ
を示す縦断面図である。

【図３】本発明の第１実施例による高圧燃料供給ポンプ
を示す図２のIII −III 線断面図である。

【図４】第１実施例の支持部材の展開図である。

【図５】第１実施例の高圧燃料供給ポンプにおける圧力
と圧送量との関係を示す特性図である。

【図６】第１実施例において、フィードポンプから供給
される燃料流量と加圧室に吸入される燃料流量との関係
を示す特性図である。

【図７】本発明の第２実施例によるプランジャ部分の横
断面図である。

【図８】本発明の第３実施例によるフィードポンプ部分
の横断面図である。

【符号の説明】

１０ 高圧燃料供給ポンプ（ラジアルプランジャポ
ンプ） １１ 駆動軸 １２ ハウジング ２０ ロータ ２０ａ 摺動孔 ２１ 収容孔 ２２ プランジャ ２５ 加圧室 ４３ 燃料通路 ４４ 吐出通路 ４５ 燃料ポート（流体通路）

フロントページの続き (72)発明者 高橋 徹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 径方向に放射状に収容孔を形成し、前記
   収容孔は周方向に等角度間隔に設けられるかまたは各一
   対の前記収容孔は径方向直線上に設けられ、前記収容孔
   と連通する摺動孔を軸方向に形成したロータと、 前記収容孔に往復移動可能に収容され、吸入した流体を
   加圧するプランジャと、 前記プランジャの外周に配設され前記ロータの回転に伴
   い前記プランジャを同時にリフトさせるカムリングと、 前記摺動孔を形成する前記ロータの内壁と摺動して前記
   ロータを回転可能に支持し、前記収容孔と連通可能な流
   体通路を有する支持部材と、 を備えることを特徴とするラジアルプランジャポンプ。
2. 【請求項２】 前記摺動孔内の前記支持部材の直径は１
   ２mm以下であることを特徴とする請求項１記載のラジア
   ルプランジャポンプ。
3. 【請求項３】 前記収容孔に流体を供給可能なフィード
   ポンプを内蔵し、前記フィードポンプから供給される流
   体流量のピーク時期は、吸入行程において吸入する流体
   流量のピーク時期にほぼ一致することを特徴とする請求
   項１または２記載のラジアルプランジャポンプ。
4. 【請求項４】 前記流体通路は吸入行程の１／４から３
   ／４の角度範囲内において前記支持部材の外壁に開口し
   ていることを特徴とする請求項１、２または３記載のラ
   ジアルプランジャポンプ。
5. 【請求項５】 前記流体通路は前記支持部材の径方向に
   放射状に形成され、前記吸入孔と直線上で連通すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のラジア
   ルプランジャポンプ。
6. 【請求項６】 前記流体通路は前記支持部材の軸方向に
   互いにずらして形成されていることを特徴とする請求項
   ５記載のラジアルプランジャポンプ。
7. 【請求項７】 前記流体通路は前記支持部材の外壁に前
   記カムリングのカム山と同数開口していることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれか一項記載のラジアルプラン
   ジャポンプ。