JPH1122630A - ラジアルプランジャポンプ - Google Patents
ラジアルプランジャポンプInfo
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Abstract
うな場合であってもプランジャスリーブが損傷しないラ
ジアルプランジャポンプを提供する。 【解決手段】 シリンダの中央に配置されたカムシャフ
トを回転させることにより、シリンダに形成されたプラ
ンジャ穴内に摺動自在に保持されたプランジャを、前記
カムシャフトの偏心部を介してシリンダ内に押し込みこ
れにより当該シリンダ内の液体を加圧・吐出するラジア
ルプランジャポンプにおいて、プランジャはプランジャ
穴に嵌合するプランジャ部と偏心部により押圧されるヒ
ール部とを備え、プランジャ部93はプランジャインナ
98を備え、このプランジャインナ98にはヒール部9
4側に第一プランジャスリーブ101を設け、この第一
プランジャスリーブ101に圧力が作用しないように剛
性の高い圧力受け103を設け、先端部側に第二プラン
ジャスリーブ105を設け、且つ圧力受け103よりも
先端部側にシールリング111を設けたものである。
Description
えたラジアルプランジャポンプに関する。
ムシャフトを回転させることにより、シリンダに形成さ
れたプランジャ穴内に摺動自在に保持されたプランジャ
を、前記カムシャフトの偏心部を介してシリンダ内に押
し込み、これにより当該シリンダ内の液体を加圧・吐出
するラジアルプランジャポンプは知られている。
例えば筒内噴射型ガソリンエンジンの燃料ポンプ、電磁
燃料噴射弁等の実機試験用に供されることがある。
料の高圧化が時代の要請であり、従って、筒内噴射型ガ
ソリンエンジンの燃料ポンプ、電磁燃料噴射弁等の実機
試験用に供されるラジアルプランジャポンプにあって
も、近年では吐出圧力が200kgf/cm2以上のポンプが
要求されるようになっている。
性のないガソリン中で吐出圧力が前記のように高圧化さ
れると、プランジャ穴内に摺動自在に保持されたプラン
ジャの外周部に、摩耗や焼付きが生じるという問題があ
る。
ンジャ部を金属からなるプランジャインナで形成し、こ
のプランジャインナの外周部ほぼ全域に低摩擦材からな
るプランジャスリーブを外嵌したものが提案されてい
る。
構成では、吐出圧力が例えば200kgf/cm2を越えるよ
うな場合、プランジャインナの外周部に外嵌されたプラ
ンジャスリーブに当該高圧がそのままかかるので、プラ
ンジャスリーブが割れたり、プランジャインナの外周部
から剥がれたり或いは膨らんだりするといった問題があ
る。
術の課題を解消し、吐出圧力が例えば200kgf/cm2を
越えるような場合であってもプランジャスリーブが割れ
たりすることのないラジアルプランジャポンプを提供す
ることにある。
は、シリンダの中央に配置されたカムシャフトを回転さ
せることにより、シリンダに形成されたプランジャ穴内
に摺動自在に保持されたプランジャを、前記カムシャフ
トの偏心部を介してシリンダ内に押し込み、これにより
当該シリンダ内の液体を加圧・吐出するラジアルプラン
ジャポンプにおいて、前記プランジャはプランジャ穴に
嵌合するプランジャ部と前記偏心部により押圧されるヒ
ール部とを備え、前記プランジャ部はプランジャインナ
を備え、このプランジャインナには前記ヒール部側に第
一プランジャスリーブを設け、この第一プランジャスリ
ーブに圧力が作用しないように剛性の高い圧力受けを設
け、先端部側に第二プランジャスリーブを設け、前記圧
力受けよりも前記先端部側にシールリングを設けたもの
である。
ンプの吐出圧力は、まずシールリングに作用し、このシ
ールリングを介して剛性の高い圧力受けに作用する。こ
の圧力受けは、第一プランジャスリーブに圧力が作用し
ないように設けられているので、吐出圧力が例えば20
0kgf/cm2を越えるような場合であっても、この圧力が
第一プランジャスリーブに作用することはなく、この第
一プランジャスリーブが割れたりすることはない。
m2の圧力がそのまま作用することはないので、この第二
プランジャスリーブも割れたり、プランジャインナの外
周部から剥がれたり或いは膨らんだりすることはない。
のものにおいて、プランジャ部は金属からなるプランジ
ャインナに前記第一プランジャスリーブ、および前記第
二プランジャスリーブをコーティングしたものである。
ンジャは、その強度および剛性がプランジャインナによ
り比較的高く保たれるために折損や挫屈等が起こり難く
なる一方、プランジャ穴とはコーティングされた低摩擦
材が摺動するために摩耗や焼付きが生じ難くなる。
または2に記載のものにおいて、プランジャインナは前
記先端部側が細く前記ヒール部側が太い段付き状または
テーパ状に形成されているものである。
ではプランジャスリーブの肉厚を比較的大きくできるた
めに割れ等が起こり難くなる一方、ヒール部側では大き
な剪断力や曲げ力が作用してもプランジャに折損等が起
こり難くなる。
〜3のいずれか1項に記載のものにおいて、プランジャ
部の第二プランジャスリーブの外周部に、ラビリンス環
状溝が形成されているものである。
るラビリンス効果によって液体の漏洩が抑制される一
方、ラビリンス環状溝内の液体が摩擦熱等で沸騰・気化
すると、これがポンプ吸入行程で気泡となってプランジ
ャ穴内に流出し、ポンプ圧縮行程で新たな液体が環状溝
内に流入する。
に基づき詳細に説明する。
示せず)の燃料ポンプ、電磁燃料噴射弁等の実機試験用
に供される高圧ガソリン供給システムを示す。この高圧
ガソリン供給システムは、ラジアルプランジャポンプ
(以下、ポンプという。)1と電動機2とを鋼板製の架
台3に載置したもので、電動機2の回転力がラバーカッ
プリング4を介してポンプ1に伝達される。図1中、5
は脚であり、防震ゴム製のクッション6を介して架台3
の下面四隅に取り付けられている。7は鋼板製のポンプ
ブラケット、8は鋼メッシュ製のカップリングカバーで
あり、これらは溶接やボルト等により架台3の上面に固
着されている。
ート9と吐出ポート10とが形成されている。吸入ポー
ト9には、ジョイント11を介して図示しないガソリン
貯蔵槽からの低圧ガソリン配管12が接続されており、
吐出ポート10には、ジョイント13を介して、図示を
省略した前記の実機試験用耐圧試験機への高圧ガソリン
配管14が接続されている。
であり、同図に示すように、ポンプ1の外郭は、いずれ
も円形断面を有する、メインハウジング21と、吸入側
ハウジング22と、サイドカバー23とから形成されて
いる。
のテーパローラベアリング31を介して、偏心カムシャ
フト32が回動自在に保持されている。図2中、33は
ディスタンスカラー、34はベアリングナット、35は
ロックワッシャである。メインハウジング11の後端面
には、Oリング36の保持に供されるOリングホルダ3
7がボルト止めされ、更に、Oリングホルダ37の後端
面には、キャップシール38の保持に供されるキャップ
シールホルダ39がボルト止めされている。尚、両テー
パローラベアリング31はグリスにより潤滑されてお
り、グリス中への塵埃や水等の浸入がOリング36とキ
ャップシール39とにより防止される。
10に連通する円環状の集合路41と、この集合路41
と後述するポンプユニットとを連通する7本の連通路4
2とが形成されている。メインハウジング11の前端面
には、シールフランジ44とOリングホルダ45とがボ
ルト止めされ、これらにより、一対のキャップシール4
6とOリング47とが保持されている。
は、テーパローラベアリング31の潤滑用グリスにガソ
リンが浸入することを防止する。
に示したように、吸入側ハウジング22は円筒形状であ
り、その前後端部51,52がサイドカバー23の後端
面およびメインハウジング21の前端面の円環溝53,
54にそれぞれ嵌入し、これにより、ガソリン55の充
たされた液室56が形成されている。57は液封用のO
リングであり、58は吸入側ハウジング22およびサイ
ドカバー23をメインハウジング21に締結するボルト
であり、59はドレンプラグである。
のポンプユニット61と、偏心カムシャフト32の偏心
部62に外嵌したカムローラ63とからなる圧縮機構が
配設されている。ポンプユニット61は、メインハウジ
ング21の前端面にボルト止めされている。また、カム
ローラ63は、ニードルローラ64とその内輪65とを
介し、偏心カムシャフト32の偏心部62に保持されて
いる。本実施形態の場合、ニードルローラ64の内輪6
5は、その内周面および外周面に二硫化モリブデンがコ
ーティングされ、偏心部62との間およびニードルロー
ラ64との間の摩擦係数が極めて小さくなっている。図
中で、66はニードルローラ64および内輪65の左右
方向の位置決めを行うスラストリングであり、偏心カム
シャフト32の偏心部62に嵌合している。
り示してある。本実施形態のスラストリング66は、カ
ーボン等のコンパウンドを含有した高潤滑性ナイロン樹
脂を素材としており、その内周面に軸方向に沿って4本
の円弧溝67が形成され、一方の側面にこれら円弧溝6
7に連続するかたちで4本の矩形溝68が放射状に形成
されている。サイドカバー23には、その中央部に円形
の窓穴71が形成されると共に、後端面にガラスホルダ
72を介して強化ガラスからなる観測窓73がボルト止
めされている。図中、74は液封用のOリングである。
示してある。同図に示したように、ポンプユニット61
は、プランジャ穴81を有するシリンダ82と、プラン
ジャ穴81内に摺動自在に保持されたプランジャ83
と、プランジャ83をカムローラ63に押し付けるプラ
ンジャスプリング84とを主要構成部材としている。シ
リンダ82には、共に鋼球85と円錐スプリング86と
からなる、吸入側逆止弁87と吐出側逆止弁88とが内
蔵されている。図中、89はねじ込み型バルブシート、
90はプランジャ83とプランジャスプリング84との
間に介装されたスプリングガイド、91はC形止め輪、
92は液封用のOリングである。
リイミド樹脂を切削加工したもので、プランジャ83の
貫通部位の内径がプランジャ83の外径より大きくさ
れ、プランジャ83とスプリングガイド90との接触面
積が小さくなっている。
ジャ83の構造に特徴を有する。このプランジャ83
は、プランジャ穴81に嵌合する円柱状のプランジャ部
93と、カムローラ63に接する円盤状のヒール部94
とからなっている。
インナ98を備えている。このプランジャインナ98は
ヒール部94と一体になっており、合金工具鋼(本実施
形態の場合、SKD1種)を切削成形し、真空焼き入れ
後に窒化処理を施こしたもので、このヒール部94側の
基端部98aの直径が最も大きく形成され、中間部98
bの直径がその次に大きく形成されこれを挟んで先端部
98cの直径が最も小さくいわゆる段付きに形成されて
いる。なおヒール部94と基端部98aとの間には応力
集中を避けるため周方向に延びる適度な曲部Rが形成さ
れている。
側(基端部98a)には第一プランジャスリーブ101
が外嵌され、中間部98bには第一プランジャスリーブ
101に圧力が作用しないように剛性の高い環状の圧力
受け103が外嵌されている。この圧力受け103には
剛性の高い例えば金属、或いはグラスファイバ、カーボ
ンファイバ樹脂等の素材が用いられる。プランジャイン
ナ98の先端部98cには第二プランジャスリーブ10
5が外嵌されている。
は、先端部側からほぼ等間隔で3本のラビリンス環状溝
106,107,108が形成され、更に圧力受け10
3側に環状の凹部109が形成され、この凹部109に
はポンプ1の吐出圧力を、図6の上面で受けるシールリ
ング111(図7)が設けられている。尚、シールリン
グ111は、凹部109の深さに対応し、比較的幅の狭
いものが用いられる。第一、第二プランジャスリーブ1
01,105は好ましくはポリイミド樹脂を切削加工し
たもので、プランジャインナ98との間に間隙ができな
いように形成され、両者は接着剤の塗布後に圧入により
強固に固着されている。好ましくはプランジャインナ9
8の外周部にローレット加工(図示せず)が施され、そ
の上に接着剤が塗布され、その上に第一、第二プランジ
ャスリーブ101,105が圧入により強固に固着され
ている。
およびプランジャスリーブ101,105の素材たるポ
リイミド樹脂は、以下に列挙する物性を有する。ただ
し、最も重要な物性は動摩擦係数にあるため、すべり性
がよければ、ポリイミド樹脂に限定されるものでないこ
とはあきらかである。
n), ≦0.08(at PV=3,000 kgf/cm2・m/min) 限界PV値:≧3,000 kgf/cm2・m/min 曲強さ:≧1,800 kgf/cm2(at 23℃) 引張強さ:≧1,500 kgf/cm2(at 23℃),≧500 kgf/
cm2(at 250℃) 連続使用温度:≧250℃ 線膨張係数:≦4.0×10-5cm/cm/℃ 以下、本実施形態に係るガソリン加圧システムの作用を
説明する。
験作業者は、高圧ガソリン供給システムに接続された耐
圧試験機に被試験機器をセットした後、図示しないコン
トロール装置を介して電動機2を起動する。すると、電
動機2に連結されたポンプ1の偏心カムシャフト32が
回転駆動され、これにより、偏心カムシャフト32の偏
心部62に嵌合したカムローラ63は、所定の偏心量を
もって偏心回転して、各ポンプユニット61のプランジ
ャ83を順次シリンダ82のプランジャ穴81に押し込
む。この際、カムローラ63は、ニードルローラ64を
介して偏心部62に回動自在に保持されているため、偏
心部62に対しては偏心回転量に等しい分だけ逆方向に
回転し、プランジャ83のヒール部94は殆ど摺動しな
い。
3により押し込まれる際の面圧の不均一等により、プラ
ンジャ穴81に対する僅かな回転力が作用する。そし
て、本実施形態ではスプリングガイド90がポリイミド
樹脂により形成され、かつ、プランジャ83とスプリン
グガイド90との接触面積が小さくされているために、
プランジャ83とスプリングガイド90との間の摺動抵
抗がごく小さくなり、回転力によってプランジャ83が
徐々にかつ円滑に回転する。その結果、プランジャ83
のヒール部94は、長時間の運転によりカムローラ63
に対して均一に接触することになり、その偏摩耗が起こ
らなくなる。
が押し込まれることにより、プランジャ穴81内に溜ま
っていたガソリンが加圧され、所定の圧力(本実施形態
では、200kgf/cm2以上)となった時点で吐出側逆止
弁88から連通路42内に流入する。高圧のガソリン
は、連通路42から集合路41を経て吐出ポート10に
至り、高圧ガソリン配管14を介して耐圧試験機に供給
される。また、プランジャ83は、カムローラ63がシ
リンダ82に対して離間すると、プランジャスプリング
84のばね力により元位置に復帰し、その際に液室56
内のガソリン55が吸入側逆止弁87からプランジャ穴
81内に流入する。そして、この作動が7つのポンプユ
ニット61で順次行われることにより、液室56内のガ
ソリン55が耐圧試験機に連続的に圧送され、精度の高
い耐圧試験が実現される。
されると、ガソリン中の不揮発成分が固化してスラッジ
を生成したり、外部(ガソリン貯蔵槽の給油口等)から
ガソリン中に塵埃が侵入することがある。そして、これ
らスラッジや塵埃が異物としてニードルローラ64内
(ケージとローラとの隙間等)に噛み込まれると、前述
したように、ニードルローラ64が一瞬転動しなくなる
ことがある。
された二硫化モリブデンにより内輪65の偏心部62と
の間およびニードルローラ64との間の摩擦係数が極め
て小さいため、カムローラ63の偏心部62に対する回
転が確保される。
ラ63とニードルローラ64とが一体となって内輪65
に対して回動したり、あるいは、図9に示したように、
カムローラ63とニードルローラ64と内輪65とが一
体となって偏心部62に対して回動することで、カムロ
ーラ63が偏心部62に対して偏心回転量に等しい分だ
け逆方向に回転する。これにより、カムローラ63の外
周面とプランジャ83のヒール部94との間で摺動が起
こり難くなり、従来装置で生じていた摩耗や焼付き等が
防止される。尚、異物によるニードルローラ64の転動
不良は、通常、装置の運転に伴うガソリン55の流れに
よりごく短時間で解消されることが多く、その後はニー
ドルローラ64の転動によりカムローラ63が円滑に回
転することになる。尚、本実施形態では、内輪65の内
外周面に二硫化モリブデンをコーティングしたが、四弗
化エチレン等をコーティングしてもよいし、内輪65自
体をナイロン系樹脂や四弗化エチレン系樹脂、ポリイミ
ド系樹脂等により製作してもよく、これらの場合にも同
様の効果が得られる。
る。
ーラ63によりシリンダ82のプランジャ穴81にプラ
ンジャ83が押し込まれ、プランジャ83には吐出側の
燃料圧力に応じた大きな軸力(例えば200kgf/cm2)
が作用する。
ポンプ1の吐出圧力は、まずシールリング111に作用
し、このシールリング111を介して剛性の高い圧力受
け103に作用する。この圧力受け103は、プランジ
ャインナ98の中間部98bに外嵌され、当該圧力受け
103はプランジャインナ98の基端部98aの肩部9
8dに当接するので、ポンプ1の吐出圧力は全てこの圧
力受け103で受けられる。すなわちこの圧力受け10
3は、第一プランジャスリーブ101に圧力が作用しな
いように設けられるので、吐出圧力が例えば200kgf
/cm2を越えるような場合であっても、この圧力が第一
プランジャスリーブ101に直接作用することはなく、
第一プランジャスリーブ101の損傷は防止される。
kgf/cm2の圧力がそのまま作用することはないので、こ
の第二プランジャスリーブ105も割れたり、プランジ
ャインナ98の基端部98aから剥がれたり或いは膨ら
んだりすることはない。
3とプランジャ83のヒール部94との位置関係等によ
っては、プランジャ部93に大きな曲げ力が作用する。
しかし、本実施形態では、プランジャインナ98の素材
に高強度の合金工具鋼が用いられ、更に基端部98aが
太い段付きとなっているため、長期間に亘る使用が行わ
れてもプランジャ部93が曲げ変形することがない。
動する際には、多少なりとも摩擦熱が発生し、両者の間
に存在するガソリンの温度が上昇する。
ンジャスリーブ105の外周にほぼ等間隔で3本のラビ
リンス環状溝106,107,108が形成されている
ため、摺動面が少なくなることで摩擦熱の発生が抑制さ
れると同時に、ラビリンス環状溝106,107,10
8内でガソリンの沸騰・気化が生じた場合には、これが
シリンダ82およびプランジャ83を冷却するように作
用する。
5の近傍におけるシリンダ82およびプランジャ83の
拡大縦断面を示してあるが、図10から判るように、ラ
ビリンス環状溝95内で沸騰・気化したガソリンは、そ
の体積が急激に膨張することも相俟って、プランジャ8
3の吸込行程でプランジャ穴81(図中上方)内に気泡
となって放出される。これにより、ラビリンス環状溝9
5には、図11に示したように、プランジャ83の圧縮
行程で新たなガソリンが流入するので、シリンダ82お
よびプランジャ83の温度が低下する。
常に高い圧力を発生するため、シリンダ82からのガソ
リンのリークが問題となる。
1との間の軸封は、環状溝106,107,108によ
るラビリンスシール作用と、凹部109に嵌合したシー
ルリング111とに依っており、その他の部位の液封は
Oリングによってなされている。シールリング111
は、背圧によりプランジャ穴81の壁面に押し付けられ
るが、その押付力Fが過大である場合には、長期間に亘
る運転によりプランジャ穴81の壁面が摩耗する。ま
た、押付力Fが大きい場合、プランジャ83が回転し難
くなり、ヒール部94に偏摩耗が起こる虞がある。
を深く形成し、幅の狭いシールリング111を用いるこ
とにより、シールリング111がプランジャ穴81の壁
面に強く押し付けられることを防止し、これによりプラ
ンジャ83が容易に回転してヒール部94の偏摩耗が起
こり難くしている。
1の内径をD1,外径をD2,厚みをt1、圧縮行程にお
けるガソリンの圧力をP(kgf/cm2)とすると、シール
リング111のプランジャ穴81への押付力F(kgf/c
m2)は下記式で求められる。
外径D2に対して十分に小さくし、かつ、厚みt1を比
較的大きく(2mm以上)したことにより、押付力Fが必
要以上に大きくならず、これによって、プランジャ穴8
1の壁面の摩耗をごく少なく抑えることができたもので
ある。
径はプランジャ穴81の穴壁との間に隙間(例えばt2
=0.05mm)があくように形成される。このように
設定すれば仮に第一プランジャスリーブ101、第二プ
ランジャスリーブ105が磨耗しても圧力受け103が
プランジャ穴81の穴壁に当接することはなく当該プラ
ンジャ穴81の穴壁の損傷を防止することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では第一プランジャスリーブ101と第二
プランジャスリーブ105とを別部品として形成した
が、これに限定されるものではなく、例えば両者を一対
物として形成してもよい。ただし第一プランジャスリー
ブ101に圧力が作用しないようにプランジャ83に圧
力受け103を設けることは必要である。また、プラン
ジャインナ98の素材として、合金工具鋼(SKD等)
を用いたが、ニッケルクロームモリブデン鋼(SNCM
3やSNCM等)を始め、軸受鋼(SUJ2等)や高速
度工具鋼(SKH9等)等の強靭な鋼種を用いてもよ
い。また、上記実施形態は本発明をガソリン加圧システ
ムに適用したものであるが、ガソホール(ガソリンとア
ルコールの混合物)や軽油等の加圧に供されるラジアル
プランジャポンプに適用してもよい。その他、ラジアル
プランジャポンプの具体的構成や各部品の形状等につい
ても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更可能
である。
ルリングに作用し、このシールリングを介して剛性の高
い圧力受けに作用する。この圧力受けは、第一プランジ
ャスリーブに圧力が作用しないように設けられているの
で、吐出圧力が例えば200kgf/cm2を越えるような場
合であっても、この圧力が第一プランジャスリーブに作
用することはなく、このプランジャスリーブの損傷は防
止される。
ば200kgf/cm2の圧力がそのまま作用することはない
ので、この第二プランジャスリーブも割れたり、プラン
ジャインナの外周部から剥がれたり或いは膨らんだりす
ることはない。
ムを示す側面図である。
断面図である。
る。
動状態を示す説明図である。
動状態を示す説明図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 シリンダの中央に配置されたカムシャフ
トを回転させることにより、シリンダに形成されたプラ
ンジャ穴内に摺動自在に保持されたプランジャを、前記
カムシャフトの偏心部を介してシリンダ内に押し込み、
これにより当該シリンダ内の液体を加圧・吐出するラジ
アルプランジャポンプにおいて、 前記プランジャはプランジャ穴に嵌合するプランジャ部
と前記偏心部により押圧されるヒール部とを備え、前記
プランジャ部はプランジャインナを備え、このプランジ
ャインナには前記ヒール部側に第一プランジャスリーブ
を設け、この第一プランジャスリーブに圧力が作用しな
いように剛性の高い圧力受けを設け、先端部側に第二プ
ランジャスリーブを設け、前記圧力受けよりも前記先端
部側にシールリングを設けたことを特徴とするラジアル
プランジャポンプ。 - 【請求項2】 前記プランジャ部は金属からなるプラン
ジャインナに前記第一プランジャスリーブ、および前記
第二プランジャスリーブをコーティングしたものである
ことを特徴とする請求項1に記載のラジアルプランジャ
ポンプ。 - 【請求項3】 前記プランジャインナは前記先端部側が
細く前記ヒール部側が太い段付き状またはテーパ状に形
成されていることを特徴とする請求項1または2に記載
のラジアルプランジャポンプ。 - 【請求項4】 前記プランジャ部の第二プランジャスリ
ーブの外周部にラビリンス環状溝が形成されていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のラジ
アルプランジャポンプ。
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