JP2003148294A - 燃料ポンプ及び筒内噴射エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料室内の摺動機構部品が過酷環境下において
耐摩耗性の優れた燃料ポンプとそれを用いた筒内噴射エ
ンジンを提供することにある。 【解決手段】自動車エンジンの燃料噴射弁に燃料を加圧
して送給する燃料ポンプにおいて、潤滑油中で摺動する
斜板，スリッパ，プランジャと、燃料中で摺動するプラ
ンジャ，シリンダとの各摺動部材の互いに接触し上記燃
料を介して摺動する少なくとも一方の摺動面に、窒化
層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層のいずれからかなる硬
化層、あるいはその硬化層に対して耐食性が高く、硬質
な金属化合物層を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関における
燃料供給用の燃料ポンプ及び筒内噴射式エンジンに係わ
り、特に自動車エンジンの燃焼室に取り付けた燃料噴射
弁から燃焼室に直接燃料を噴射する自動車の筒内噴射エ
ンジン用燃料噴射装置の高圧ポンプに用いる燃料ポンプ
及び筒内噴射式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】筒内直接燃料噴射装置では、一般に、気
筒内の圧縮行程時にも直接ガソリンを噴射する必要があ
るために、内燃機関の気筒内に３Ｍｐａ以上の高圧でガ
ソリンを供給できる高圧燃料ポンプが必要となる。

【０００３】高圧ポンプの型式の一つに、ラジアルプラ
ンジャ高圧燃料ポンプがある。この型式の高圧燃料ポン
プは、例えば特開平１０−３１８０９１号公報に記載さ
れている。

【０００４】また、他の型式のポンプとして、シャフト
でハウジング内を回転する斜板の回転運動を揺動板によ
り揺動運動に変換し、この揺動板の揺動運動により往復
動するプランジャによって流体を吸入し、加圧して高圧
で吐出する方式の斜板アキシャルプランジャポンプがあ
る。これに関連しては、例えば、特開平９−236080号公
報がある。

【０００５】これらの構造の燃料ポンプにおいて、高圧
を発生させる機構部の燃料室内では、往復動する単数、
あるいは複数のピストンの運動により燃料の吸入がさ
れ、吐出がされて、それにより燃料は高圧になる。した
がって、燃料室の流体として存在するのは燃料のガソリ
ンのみである。そのため、各機構部の摺動部で潤滑油と
して作用するのはガソリンになる。また、燃料室以外で
は、回転運動を往復動に変換させる各種機構部において
は、高速（高周速），高面圧での摺動は潤滑油になる。

【０００６】耐摩耗性摺動部材として、例えば燃料噴射
ノズル装置の相手材と相対的に当接または摺動する部位
にプラズマ窒化処理により窒化皮膜を形成し、その上に
プラズマＣＶＤによりＴｉＣＮ皮膜を形成させた燃料噴
射ノズル装置の耐摩耗性摺動部材が、特開平７−２１６
５４８号公報に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以下、従来の技術の表
面処理層を説明する。皮膜の形成法はプラズマＣＶＤ、
その硬質皮膜材質はＴｉＣＮ被膜と記されている。ま
た、それらの表面処理層の厚さは、窒化皮膜では５〜２
０μｍ、ＴｉＣＮ皮膜は２〜１０μｍであり、したがっ
て、表面処理層の厚さの範囲は最少で７μｍ、最大で３
０μｍになる。プラズマＣＶＤでは、一般的に数Ｐａ程
度の圧力で皮膜が形成されるため、平均自由工程（気体
中で粒子が衝突しないで飛行する距離）の関係から狭隘
部への処理はＰＶＤよりは優れるものの、困難である点
は同様である。一方、皮膜に原料ガス成分の塩素が混入
するため、その混入量が多くなると耐食性，耐摩耗性，
硬さ等の特性が低下する課題がある。

【０００８】ＴｉＣＮ皮膜は、ＴｉＮとＴｉＣを合わせ
た特性を持ち、各々の課題を補うものである。皮膜の硬
さはＨｖ２５００〜３０００程度であるが、その摩擦係
数（乾式）は一般的に０.６ 程度と高い。それに対し
て、炭素系被膜（ＤＬＣ）は０.１ 以下と非常に低い値
である。窒化皮膜の形成は、ＴｉＣＮ被膜の表面粗さ
を細かくする。ＴｉＣＮ皮膜の膜剥離を向上させるた
めに、基材（母材）硬度を高める目的が記されている。
しかしその厚さを５〜２０μｍ規定した理由については
記述されていない。ＴｉＣＮ皮膜は、２μｍ以下におい
ては耐摩耗性皮膜として効果は充分でなく、１０μｍ以
上ではＴｉＣＮ皮膜の内部応力による悪影響が生じるこ
とが記されている。それに対して、炭素系被膜（ＤＬ
Ｃ）は膜厚０.５〜１.５μｍ程度においても優れた耐摩
耗性が得られる。

【０００９】近年、内燃機関、特に自動車用ガソリンエ
ンジンにおいては、燃料消費特性の向上，有害排気ガス
の削減，加速性等の運転応答性を向上させる等の目的か
ら筒内直接燃料噴射装置の適用が望まれている。

【００１０】これらの燃料ポンプにおいて、燃料室内の
ポンプ部（加圧部）においては、どうしても燃料（ガソ
リン）中での高面圧環境下での摺動になる。そのため、
高面圧で接触して摺動するためにこれらの部分が摩耗で
損耗する主な部分として考えられる。

【００１１】燃料室内のポンプ部における燃料（ガソリ
ン）を昇圧するプランジャとシリンダ等の機構部におい
ては、燃料中での摺動となる。摺動環境の潤滑油として
ガソリンが用いられると、ガソリンは、通常の潤滑油に
比べ粘度が極端に小さいため、上記の摺動機構部におい
ては互いの摺動面が摩耗し易いと考えられる。

【００１２】また、燃料には、ガソリンにメチルアルコ
ール，エチルアルコールを添加したもの、あるいは劣化
したガソリン等も使用される場合がある。そのようなガ
ソリンにおいては、水分の混入，酸成分の混入等によ
り、酸化摩耗の環境になる場合がある。その場合は摺動
機構部の接触部の摩耗に対する環境としては更に厳しく
なり、摺動部の損耗量が多くなると考えられる燃料室内
の摺動機構部、すなわち、シリンダ内を往復運動するプ
ランジャとの接触部が摩耗して損耗量が多くなると、吸
入・吐出の効率低下などの可能性があり、信頼性の低下
が考えられる。

【００１３】一方、ラジアルプランジャポンプではエン
ジンの駆動力が伝達されて高速で回転運動する駆動カム
と、その回転運動を往復動に変換するリフタは、潤滑油
（エンジンオイル）供給が不十分な環境で摺動する。そ
のため低速域から高速域における互いの部材の耐焼付き
性、及び耐摩耗性が求められる。

【００１４】また、回転斜板式アキシャルプランジャポ
ンプではシャフトの回転を往復運動に変換する斜板とス
リッパは、エンジンからの回転が伝達されて低速域から
高速域の領域において潤滑油（エンジンオイル）中で摺
動する。潤滑油（エンジンオイル）中での摺動であって
も、その摺動によっては材料に厳しい特性が要求され
る。すなわち、低速域から高速域における互いの部材の
耐焼付き性、及び耐摩耗性が求められる。

【００１５】すなわち、摺動機構部の斜板とスリッパ、
あるいは駆動カム，リフタ等の異常摩耗、すなわち焼付
きは燃料ポンプの稼動停止に至るという課題がある。

【００１６】そのため、摺動機構部における各部品は、
潤滑性の劣る燃料、あるいは酸化性成分が混入した燃
料、更にはエンジンオイル等の潤滑油中での耐久性、特
に耐摩耗性，耐食性が要求される。

【００１７】なお、特開平８−３５０７５号公報には、
イオン窒化層とその上にＰＶＤ法によりＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ及びＣｒの少なくとも１種の窒化
物，炭化物，炭窒化物からなる硬質層を形成させること
が示されているが、主に、密着力と耐久性を向上する金
型に適用することが開示されており、高温，高圧化での
耐焼きつき性，耐摩耗性及び耐食性については検討され
ていない。

【００１８】本発明の目的は、燃料室内の摺動機構部品
が潤滑油（エンジンオイル）、あるいは、潤滑性の劣る
燃料、更には酸化性成分が混入した燃料中での耐焼付き
性，耐摩耗性及び耐食性に優れた燃料ポンプ又はそれを
用いた筒内噴射エンジンを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一つの特徴は、自動車エンジンの燃料噴射
弁に、燃料を加圧して供給する燃料ポンプにおいて、互
いに接触して摺動する部材表面に耐食性と耐摩耗性とを
有する被膜が形成されている燃料ポンプにある。

【００２０】また、本発明の他の特徴は、潤滑油中で互
いに接触して摺動する部材は耐焼付き性，耐摩耗性及び
耐食性に優れた耐摩耗材料として、燃料中で互いに接触
して摺動する部材表面の内、荷重を受けて摺動する部材
に鉄系焼結材でその表面に酸化皮膜，部材自身の表面硬
さを高める表面処理、更に耐食性と耐摩耗性とを有する
被膜が形成されている燃料ポンプにある。

【００２１】また、本発明は、自動車エンジンの燃料噴
射弁に燃料を加圧して送給する燃料ポンプにおいて、互
いに接触し上記燃料あるいは潤滑油を介して摺動する少
なくとも一方の摺動面に、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸
炭窒化層の一つからなる硬化層と上記硬化層の表面に硬
化層より高硬度の炭素系被膜を有することを特徴とす
る。

【００２２】また、本発明は、自動車エンジンの燃料噴
射弁に燃料を加圧して送給する燃料ポンプにおいて、互
いに接触し上記燃料あるいは潤滑油を介して摺動する一
方の摺動面に、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の
一つからなる硬化層，対する他の一面には窒化層，浸炭
焼入れ層及び浸炭窒化層の一つからなる硬化層と上記硬
化層の表面に硬化層より高硬度の炭素系被膜を有するこ
とを特徴とする。

【００２３】また、本発明は、自動車エンジンの燃料噴
射弁に燃料を加圧して送給する燃料ポンプにおいて、互
いに接触し上記燃料あるいは潤滑油を介して摺動する互
いの摺動面に、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の
一つからなる硬化層と上記硬化層の表面に硬化層より高
硬度の炭素系被膜を有することを特徴とする。

【００２４】また、本発明は、エンジンの駆動によって
回転するシャフトと、上記シャフトの回転によって回転
するカムと、上記カムの回転運動をリフタ介してシリン
ダ内を往復運動するプランジャとを備え、燃料を加圧し
て自動車エンジンの燃料噴射弁に送給する燃料ポンプに
おいて、上記プランジャのシリンダとの互いに接触して
摺動する少なくとも一方の摺動面に、窒化層，浸炭焼入
れ層及び浸炭窒化層の一つからなる硬化層と上記硬化層
の表面に形成された硬化層より上記燃料に対する耐食性
が高い炭素系被膜とを有することを特徴とする。

【００２５】また、本発明は、エンジンの駆動によって
回転するシャフトと、上記シャフトの回転によって回転
するカムと、上記カムの回転運動をリフタ介してシリン
ダ内を往復運動するプランジャとを備え、燃料を加圧し
て自動車エンジンの燃料噴射弁に送給する燃料ポンプに
おいて、上記カムと潤滑油を介して接触して摺動するリ
フタの摺動面に、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層
の一つからなる硬化層と上記硬化層の表面に形成された
硬化層より硬質の炭素系被膜とを有することを特徴とす
る。

【００２６】また、本発明は、ハウジング内に、外部か
らの回転を伝達するシャフトと、上記シャフトの回転を
揺動運動に変換する斜板と、上記斜板の揺動運動を、ス
リッパを介してシリンダ内の往復運動に変換するプラン
ジャとを備えた燃料ポンプにおいて、上記スリッパは鉄
系焼結材からなり、その表面に酸化物層を有することを
特徴とする燃料ポンプにある。

【００２７】又、前述の燃料ポンプにおいて、上記プラ
ンジャの外周面とシリンダの内周面との互いに接触して
摺動する互いの摺動面に、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸
炭窒化層のいずれかの硬化層を有すること、又、互いに
接触し潤滑油あるいは燃料を介して摺動するシリンダの
内周面に窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層のいずれ
かの硬化層、上記プランジャの外周面に耐食性が高く高
硬度の炭素系被膜又は金属化合物層を有することを特徴
とする。

【００２８】また、本発明は、自動車エンジンの燃料噴
射弁に燃料を加圧して送給する燃料ポンプにおいて、互
いに接触し潤滑油あるいは燃料を介して摺動する一方の
部材の摺動面となる円筒内周面に窒化層，浸炭焼入れ層
及び浸炭窒化層のいずれかの硬化層及び他方の部材の摺
動面となる外周面に炭素系被膜又は金属化合物層を有
し、上記他方の部材の端面と摺動する他の部材が鉄系焼
結材からなり、その表面に酸化物層が形成されているこ
とを特徴とする。

【００２９】また、本発明は、燃料を燃焼室に直接噴射
する好ましくは空燃比が４５以上であるリーンバーン制
御噴射する燃料噴射手段と、上記燃料噴射手段に上記燃
料を送給する燃料ポンプとを備えた筒内噴射式エンジン
において、上記燃料ポンプは前述のいずれかに記載の燃
料ポンプからなることを特徴とする。

【００３０】また、本発明におけるスリッパ部材は鉄系
焼結材の浸炭焼入れ、あるいは500〜６００℃でのスチ
ーム処理によりＦｅ₃Ｏ₄を主とする酸化被膜が形成され
ているものがよい。鉄系焼結材は、重量で、Ｃ０.２〜
０.８％、又はＣ０.２〜１.０％及びＣｕ１〜５％、又
は、Ｃ０.２〜０.８％、Ｃｕ０.５〜３％及びＮｉ１ 〜
８％を含むＦｅ合金が好ましく、若干の空孔を有し、こ
の空孔に潤滑油を含浸して潤滑性を高めることが出来る
ものである。

【００３１】また、本発明における斜板は鋳鉄，機械構
造用合金鋼，合金工具鋼、あるいはマルテンサイト系ス
テンレス鋼の熱処理材、及びそれらの表面処理材である
ことが好ましい。

【００３２】また、本発明の硬化層は表面処理後に、表
面処理温度と同等かそれより高い温度で加熱して脆弱な
化合物を消失させる処理が好ましい。その拡散表面処理
層は、窒化層，浸炭窒化層，軟窒化層，塩浴軟窒化層，
浸炭焼入れ層、あるいはそれらを複層させた処理層に対
して行われる。拡散表面処理層の窒化層にはＦｅ₃Ｎ
（白色化合物層）が生成されていないことがよい。シリ
ンダの硬化層としての窒化層は、４５０℃以下の処理温
度で形成されるものが好ましい。

【００３３】また、本発明の耐食・耐摩耗性被膜とし
て、炭素系被膜又は金属化合物層が用いられ、後者に
は、炭化物，窒化物，炭窒化物から選ばれる金属化合物
が用いられ、いずれもＣＶＤ又はイオンプレーティング
によって形成する事が出来る。この炭素系被膜及び金属
化合物層は高硬度で損耗が少なく、また化学的に安定物
質であるため相手摺動材との反応性が低いことにより耐
食・耐摩耗性が顕著に改善される。また、炭素系被膜は
摩擦係数が小さい特徴があり、優れた摺動特性を示す。
炭素系被膜として、ダイヤモンド状又はダイヤモンドラ
イク被膜（ＤＬＣ），メタル含有ダイヤモンドライク被
膜（Ｍｅ−ＤＬＣ），ＷＣとＣの積層被膜（ＷＣ／Ｃ）
／が好ましい。

【００３４】また、本発明における互いに接して摺動す
る摺動部材には機械構造用鋼，鋳鉄，工具鋼，マルテン
サイト系ステンレス鋼，合金鋼、及び軸受鋼を用いるの
がよい。本発明におけるシリンダは、１つのブロックに
単数、あるいは複数個(３個)の孔が設けられ、Ｃ０.２
５〜０.５％（好ましくは０.３〜０.４５％）又は１〜
２％（好ましくは１.３〜１.６％），Ｃｒ５〜１３％
（好ましくは６.５〜８.５％），Ｍｏ２％以下（好まし
くは０.７〜１.５％），Ｖ１％以下（好ましくは０.１
〜０.６％）を含む合金工具鋼、あるいはマルテンサイ
ト系ステンレス鋼が好ましく、その硬化層としての窒化
層は、３５０〜５００℃の処理温度で形成され、厚さ２
０〜４０μｍの塩浴による処理が好ましい。又、プラン
ジャは、Ｃ１〜２％（好ましくは１.３〜１.６％），Ｃ
ｒ１０〜１１３.５％ （好ましくは１１〜１３％）、Ｍ
ｏ２％以下（好ましくは０.７〜１.５％），Ｖ１％以下
（好ましくは０.１〜０.６％）を含む合金工具鋼、ある
いはマルテンサイト系ステンレス鋼が好ましく、その硬
化層としての窒化層は、３５０〜６００℃の処理温度で
形成され、厚さ７０〜１３０μｍのイオン窒化による処
理が好ましい。

【００３５】また、燃料ポンプ室内の摺動機構部品が、
潤滑油（エンジンオイル）及び燃料（ガソリン）中で摺
動するに際して、各摺動部品の摺動条件に適した材質，
表面処理及びその組合せを最適に設定した。潤滑油（エ
ンジンオイル）中での各摺動部品は、特に高摺動速度
（高周速）域での耐焼付き性を考慮し、そのような特性
が得られる組織を呈した材質仕様とした。

【００３６】また、燃料（ガソリン）中で摺動する各摺
動部品は表面処理により耐摩耗性を高めた。

【００３７】その表面処理層として拡散表面処理層ある
いは耐食・耐摩耗性硬質被膜を形成した。拡散表面処理
層には、基材材質の特性を損なわない温度領域におい
て、主に窒素を拡散させ、微細窒化物を析出させて硬さ
を高める窒化系として窒化層，浸炭窒化層，軟窒化層，
塩浴軟窒化層がある。また、高温域で炭素を拡散させ、
焼入れ熱処理によって高硬度を得る浸炭処理等が適用さ
れる。窒化系は窒化物生成元素が窒化物を形成すること
により基材の硬さよりも高くなり、また凝着しにくい特
性が得られ、基材の摩擦・摩耗に対する反応性が改善さ
れる。また窒化層は基材と連続した処理層であるため高
面圧でも剥離しにくい特性がある。浸炭層は深い処理層
が形成でき、高面圧を受ける際の耐荷重性が優れる。

【００３８】また、拡散表面処理層は、耐食・耐摩耗性
の高硬度の炭素系被膜、あるいは金属化合物層を形成す
る際の下地層として形成されることにより、基材硬さを
高めて高面圧に対する耐荷重性が向上して硬質被膜の耐
剥離性も改善される。

【００３９】これらの構成により、摩擦抵抗が小さく、
しかも一方の材料が他方の材料へ付着することや、凝着
することがほとんど発生しない。したがって、初期摩
耗，定常摩耗および焼付き等が防止される。これにより
信頼性に優れた燃料ポンプが提供される。本発明の上記
特徴及びその他の特徴は、以下で更に説明される。

【００４０】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕本実施例はラジアル
プランジャ燃料ポンプ（１筒式）に関するものである。
エンジンの駆動力を伝達するシャフトと、上記シャフト
の回転運動を揺動運動に変換する駆動カムと、上記駆動
カムの回転運動、スリッパを介してシリンダ内の往復運
動に変換するプランジャと、上記プランジャと組合わさ
れて燃料を吸入吐出するシリンダボアを有するラジアル
プランジャ燃料ポンプで、燃料によって潤滑されて摺動
する前記機構部、及びポンプ部の部材の少なくとも一つ
以上の表面に、窒化層，浸炭焼入れ層、あるいは浸炭焼
入れ層の上に高硬度の炭素系被膜が形成されているもの
である。

【００４１】図１，図２に本実施例のラジアルプランジ
ャ燃料ポンプの詳細を示す。図１は、垂直断面図であ
り、図２は、本実施形態を用いた燃料噴射システム構成
を示す図である。

【００４２】ポンプ本体１００には、燃料吸入通路１１
０，吐出通路１１１，加圧室１１２を備えている。燃料
吸入通路１１０及び吐出通路１１１には、吸入弁１０
５，吐出弁１０６が設けられており、それぞればね１０
５ａ，１０６ａにて一方向に保持され、燃料の流通方向
を制限する逆止弁となっている。

【００４３】ここで、加圧室１１２には、加圧部材であ
るプランジャ１０２が摺動可能に保持されている。プラ
ンジャ１０２の下端に設けられたリフタ１０３は、ばね
104によってカム２００に圧接されている。プランジャ
１０２は、エンジンカムシャフト等により回転されるカ
ム２００により、往復運動して加圧室１１２内の容積を
変化させる。プランジャ１０２の圧縮工程中に吸入弁１
０５が閉弁すると、加圧室１１２の内圧力が上昇し、こ
れにより吐出弁１０６が自動的に開弁し、燃料をコモン
レール１５３に圧送する。吸入弁１０５は、加圧室１１
２の圧力が燃料導入口より低くなると自動的に開弁する
が、閉弁に関しては、ソレノイド３００の動作により決
定される。

【００４４】ポンプ本体１００には、ソレノイド３００
が取り付けられている。ソレノイド３００には、係合部
材３０１，ばね３０２が配されている。係合部材３０１
は、ソレノイド３００がＯＦＦ時は、ばね３０２によっ
て、吸入弁１０５を開弁する方向に付勢力がかけられて
いる。ばね３０２の付勢力は、吸入弁ばね１０５ａの付
勢力より大きくなっているため、ソレノイド３００がＯ
ＦＦ時は、図１のように、吸入弁１０５は開弁状態とな
っている。

【００４５】ポンプ本体１００から高圧燃料を供給する
場合には、ソレノイド３００がＯＮ（通電）状態とな
り、燃料供給を停止する場合には、ソレノイド３００が
ＯＦＦ（無通電）状態となるように、ソレノイド３００
への通電が制限される。

【００４６】ソレノイド３００がＯＮ（通電）状態を保
持した際は、ばね３０２の付勢力以上の電磁力を発生さ
せ、係合部材３０１をソレノイド３００側に引き寄せる
ため、係合部材３０１と吸入弁１０５は分離される。こ
の状態であれば、吸入弁105はプランジャ１０２の往復
運動に同期して開閉する自動弁となる。従って、圧縮工
程中は、吸入弁１０５は閉塞し、加圧室１１２の容積減
少分の燃料は、吐出弁１０６を押し開きコモンレール１
５３へ圧送される。

【００４７】一方、ソレノイド３００がＯＦＦ（無通
電）を保持した際は、ばね３０２の付勢力により、係合
部材３０１は吸入弁１０５に係合し、吸入弁１０５を開
弁状態に保持する。従って、圧縮工程時においても、加
圧室１１２の圧力は燃料導入口部とほぼ同等の低圧状態
を保つため、吐出弁１０６を開弁することができず、加
圧室１１２の容積減少分の燃料は、吸入弁１０５を通り
燃料導入口側へ戻される。

【００４８】また、圧縮工程の途中で、ソレノイド３０
０をＯＮ状態とすれば、このときから、コモンレール１
５３へ燃料圧送される。また、一度圧送が始まれば、加
圧室１１２内の圧力は上昇するため、その後、ソレノイ
ド３００をＯＦＦ状態にしても、吸入弁１０５は閉塞状
態を維持し、吸入工程は始まりと同期して自動開弁す
る。

【００４９】次に、図２を用いて、本実施形態を用いた
燃料供給システムのシステム構成について説明する。

【００５０】タンク１５０内の燃料は、低圧ポンプ１５
１によって、ポンプ本体１００の燃料導入口に、プレッ
シャレギュレータ１５２にて一定の圧力に調圧されて、
導かれている。その後、ポンプ本体１００にて加圧さ
れ、燃料吐出口からコモンレール１５３に圧送される。
コモンレール１５３には、インジェクタ１５４，リリー
フ弁１５５，圧力センサ１５６が装着されている。イン
ジェクタ１５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着さ
れており、エンジンコントロールユニット（ECU)の信号
にて噴射する。また、リリーフ弁１５５は、コモンレー
ル１５３内の圧力が所定値を超えた際開弁し、配管系の
破損を防止する。

【００５１】このようなラジアルプランジャ燃料ポンプ
において、燃料中で稼働し、摺動する部材で、耐食・耐
摩耗性が要求される主なものとしては、ポンプ室の加圧
部材であるプランジャとそれを往復摺動可能に支持する
摺動孔を有するシリンダのシリンダボアがある。特に、
プランジャとシリンダボアの径ギャップは、加圧室から
の燃料漏れを最低限にするために１０μｍ以下としてい
る。そのため、摩耗による径ギャップの増大等によるポ
ンプ性能の低下が生じる。

【００５２】また、プランジャは燃料とオイルをシール
する軸シールとの摺動部においても、耐食・耐摩耗性が
要求される。この摺動部における摩耗は、オイルへ燃料
が漏洩すると、オイルが希釈され、潤滑性能の低下、更
に燃費の低下も生じるので、好ましくない。

【００５３】そこで、プランジャ及びシリンダブロック
の材料構成は以下の通りである。プランジャの外径とシ
リンダボアは初期的には線接触状態で摺動するため、高
い面圧（ヘルツ応力）になる。そのため、材料としては
高硬度であることが望ましい。シリンダブロックはプレ
ス加工等により製品形状に加工できて生産性がよいマル
テンサイト系ステンレス鋼のＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ４
２０Ｊ２材を焼入・焼戻しをして用いられる。また、合
金工具鋼（ＳＫＤ６１，ＳＫＤ１１材等）、軸受け鋼を
焼入・焼戻しをしても用いられる。

【００５４】ＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ４２０Ｊ２材は焼
入・焼戻しにより基材の硬さがＨｖ５００〜７００にな
る。また、ステンレス鋼のため耐食性がよい。

【００５５】プランジャの材料も同様である。しかし、
シリンダブロックよりも高面圧になることから、更に高
硬度にして耐摩耗性を得るため、表面処理が適用されて
供される。

【００５６】図３に本発明の表面構造を示す。表面構造
は、基材に窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層拡散表
面処理層を形成した後、その表面に耐食・耐摩耗性の高
硬度の炭素系被膜を設けた複合表面処理層になってい
る。

【００５７】図３（ａ）は炭素系被膜と拡散表面処理層
Ｉ、図３（ｂ）は炭素系被膜と拡散表面処理層ＩＩから
成っている。

【００５８】拡散表面処理層Ｉは窒化系で、基材材質の
特性を損なわない低温域処理において、主に窒素を拡散
させ、微細窒化物を析出させて硬さを高めるもので、窒
化層，浸炭窒化層，軟窒化層，塩浴軟窒化層がある。表
面硬さはＨｖ１０００以上の硬い表面層を容易に形成で
きるが、その処理層は比較的薄い。また、凝着しにくい
特性が得られ、基材の摩擦・摩耗に対する反応性が改善
される。

【００５９】拡散表面処理層ＩＩは浸炭系で、高温域で
炭素を拡散させ、焼入れ熱処理によって高硬度が得られ
る。拡散表面処理層Ｉより深い硬化層となり、高面圧を
受ける際の耐荷重性に優れる。

【００６０】これらの拡散表面処理層は、基材と連続し
た処理層であるため高面圧でも剥離しにくい特性があ
る。また、基材の硬さを高めて耐食・耐摩耗性硬質被膜
を形成することにより、高面圧に対する耐荷重性が向上
するとともに、硬質被膜の耐剥離性も改善される効果が
ある。

【００６１】以上の目的特性を満足させるためには、耐
食・耐摩耗性硬質被膜の下地となる拡散表面処理層Ｉの
組織，表面形態が重要になる。すなわち、窒化層表面は
硬質被膜の耐剥離性を損なう組織，形態でないことが必
須である。

【００６２】イオン窒化法は、減圧容器（陽極）内に処
理品を陰極側に配置し、窒素源ガス（Ｎ₂）と希釈ガス
（Ｈ₂）を導入して直流の高電圧を印加して直流放電
（グロー放電）を発生させ、直流プラズマでイオン化し
たＮを内部に拡散させるものである。

【００６３】一般的なイオン窒化処理によれば、最表面
部にはＦｅ窒化物の白色化合物層と言われる脆弱なε相
（Ｆｅ₂Ｎ，Ｆｅ₃Ｎ）が形成される。この脆弱な白色化
合物層を除去する方法として、窒化処理と拡散処理も適
用できる。その際に窒化層硬さも制御できる。

【００６４】図４は、本発明の実施例に用いた、窒化層
硬さを制御する処理工程をグラフで示した図である。こ
の場合、処理工程の中の窒化処理はガス窒化法等の適用
も可能である。しかし、表面層の化合物をガス組成によ
り広範囲に制御できるイオン窒化法（プラズマ窒化法）
がより適している。

【００６５】処理工程ａは、窒化処理と拡散工程を連続
して行うものである。イオン窒化処理法では、減圧容器
が冷却されており、処理品温度を入力電力（放電電力）
により任意に加熱保持できる。また、ガス組成を制御し
て窒化雰囲気、あるいは非窒化雰囲気（拡散）にできる
特徴がある。

【００６６】処理工程ｂは窒化処理と拡散工程を不連続
の工程で行うものである。窒化処理はイオン窒化法，拡
散工程は真空熱処理炉により加熱保持した。その他に非
酸化雰囲気中、例えば不活性ガスのＮ₂ ，Ａｒ等での雰
囲気熱処理炉による処理も適用できる。

【００６７】図５は一実施例のプランジャを構成する合
金工具鋼ＳＫＤ１１材の拡散表面処理層である窒化層硬
さの分布状態をグラフで示した図である。窒化層の表面
硬さはＨｖ１０００以上、硬化深さとしてＨｖ５００以
上で０.１mm以上を目標にした。処理条件は温度；５３
０℃，時間；８時間，ガス組成；Ｎ₂／Ｈ₂＝１／３，圧
力；４００Ｐａである。工具鋼ＳＫＤ１１への窒化のま
まの硬さ分布を見ると、表面から２５μｍの位置でＨｖ
１０６０を示し、表面から内部になるに従って漸次低下
して基材硬さになっている。

【００６８】この硬さの分布の処理品を拡散工程を用い
て行った。イオン窒化処理で、温度；５５０℃，時間；
２.５時間，ガス組成；Ｈ₂のみ、圧力；４００Ｐａであ
る。窒化処理後に拡散工程を行ったものの硬さ分布状態
は、表面部でＨｖ１０１０の値を示した後、内部になる
に従って漸次低下して基材硬さになっている。

【００６９】その表面層の解析結果では、白色化合物の
ε相であるＦｅ₂Ｎ，Ｆｅ₃Ｎが消失していた。この結果
により、窒化処理と拡散処理によれば、脆弱なε相の表
面を研削する必要がなく、且つ硬さが制御されて靭性の
ある窒化層が形成されている。

【００７０】この結果により、本発明法で適用した窒化
処理と拡散処理によれば、硬さが制御されて靭性のある
窒化層が形成されている。また、表面層の化合物も制御
できる。これにより、高硬度な炭素系被膜を形成させる
ための拡散表面層を提供できた。

【００７１】図６に各種材料の耐食性を示す。水にエチ
ルアルコール１３.５vol.％ と全酸価０.１３mgＫＯＨ
／ｇ の酸イオン濃度の溶液における自然電位と孔食電
位である。自然電位と孔食電位は共に高い方が耐食性に
優れている。各種ステンレス鋼は、自然電位と孔食電位
が高い領域にあり、耐食性が優れている。それに対して
合金工具鋼ＳＫＤ１１及びその窒化材は低い領域にあ
る。またステンレス鋼ＳＵＳ４４０窒化材も低い領域に
あり、窒化処理により耐食性が低下していることが分か
る。

【００７２】本発明の燃料ポンプでは、燃料のガソリン
にメチルアルコール，エチルアルコールを添加したも
の、あるいは劣化したガソリン等の使用を想定した。そ
のようなガソリンにおいては、水分の混入，酸成分の混
入等により、材料の酸化の影響を考慮する必要がある。
すなわち、摺動機構部の接触部が酸化環境であると腐食
摩耗の現象を生じる可能性がある。その場合は摩耗に対
する環境としては更に厳しくなり、摺動部の損耗量が多
くなる課題が考えられる。

【００７３】そこで、本発明では、図３に示すように、
最表面に耐食・耐摩耗性の高硬度の炭素系被膜を形成し
た。炭素系被膜はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬ
Ｃ）である。

【００７４】炭素系被膜のダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）は、例えば高周波プラズマＣＶＤ法，イオン
化蒸着法，アンバランスド・マグネトロンスパッタ法等
があり、方式にはとらわれない。

【００７５】このような方法により形成された炭素系被
膜は、緻密で非金属的物性により、耐食性が優れる。図
６で耐食性を見ると、自然電位と孔食電位が高い領域に
あり、耐食性が優れている。また、ＴｉＮ，ＴｉＡｌ
Ｎ，ＣｒＮ（基材ＳＫＤ１１）はＳＵＳ３０４以外の各
種ステンレス鋼よりも自然電位と孔食電位が高い領域に
あり、耐食性が優れている。このように、基材ＳＫＤ１
１に比較して著しく耐食性が改善されていることが分か
る。

【００７６】また、炭素系被膜は、相手材料との間に生
じる金属移着現象を抑え、凝着や焼付き現象を阻止する
効果があり、摩擦抵抗が小さく、初期摩耗，定常摩耗お
よび焼付き等が防止される。そのため、図７，図８に示
した各種材料の比摩耗量に比較して小さな値を示した。
また、耐食性が優れている。このことにより、腐食環境
が厳しい燃料中における摺動部材としての稼動ができ
る。

【００７７】そこで、プランジャ１０２を図３に示す表
面構成とした。図９に実施例１における一部詳細を示
す。燃料のガソリンは、吸入弁１０５から供給されて加
圧室１１２に導入される。加圧室１１２で加圧されるこ
とにより、シリンダ１０８の内径部の摺動孔１０８ａと
プランジャ１０２が摺動する際の径ギャップから外部へ
流出する。その流出をシール１２０でシールすることに
より漏洩を最小に抑えている。

【００７８】このようなシリンダとプランジャ，プラン
ジャとシールの摺動により摩耗が生じる。そこで、シー
ル１２０とプランジャ１０２（弾性体、例えばゴム）の
摩耗，プランジャ１０２とシリンダ摺動孔１０８ａとの
摩耗に対処するために、プランジャ１０２に拡散表面処
理層と耐食・耐摩耗性を有する高硬度の炭素系被膜の表
面処理層１０２ａが形成されているものである。

【００７９】本実施例では、プランジャ１０２の表面処
理層１０２ａは、図３(ａ)の耐食・耐摩耗性硬質被膜と
拡散表面処理層Ｉを形成した。基材は合金工具鋼ＳＫＤ
１１とし、拡散表面処理層Ｉは図５に示す窒化層を１０
０μｍ形成した。その表面にＤＬＣを膜厚１.５μｍ形
成した。

【００８０】本実施形態において、プランジャ１０２の
外周部には、カム２００を潤滑するためのオイルポンプ
内に流入することを防止するとともに、ポンプ内の燃料
が外部に流出することを防止するため、弾性体で製作さ
れたシール１２０が設けられている。本実施形態では、
シール１２０は金属管１２０ａと一体成形されており、
ポンプ本体１００に圧入嵌合されているが、固定方法に
ついて限定するものではない。

【００８１】また、加圧室１１２は、プランジャ１０２
を往復摺動可能に支持する摺動孔を有するシリンダ１０
８にて形成されている。シリンダ１０８の内径部は、プ
ランジャ１０２との径ギャップを、加圧室からの燃料漏
れを最低限とするため、１０μｍ以下としている摺動孔
１０８ａと、加圧室を形成する拡張内壁１０８ｂからな
っている。

【００８２】また、シリンダ１０８の外周部には、摺動
孔１０８ａに連通している縦通路１０９が設けられてお
り、この縦通路１０９は、横通路１１０ｂにて燃料導入
口１１０ａに通じる燃料吸入通路１１０に連通してい
る。この横通路１１０ｂの入り口には、燃料吸入通路１
１０側から縦通路１０９側への流通方向を規制する逆止
弁４００が設けられている。

【００８３】これにより、加圧工程時に加圧室１１２か
ら摺動孔１０８ａとプランジャ102とのギャップを通っ
てくる燃料は、低圧部である燃料吸入通路１１０側に流
れることができるため、シール１２０の燃料室側の圧力
は燃料吸入通路１１０と同等となり、シール１２０の剛
性を大幅に増加する必要なしに、燃料の外部漏れを抑え
ることができる。

【００８４】また、上述のように、プランジャ摺動部ギ
ャップからの加圧室１１２の燃料の流出を最小限に抑え
られるため、通常運転時においては、ポンプの吐出効率
を向上することができる。

【００８５】本実施例において、燃料中で稼働し、摺動
する部材で、耐食・耐摩耗性が要求される主なものとし
ては、燃料吸入通路１１０及び吐出通路１１１に設けら
れている吸入弁１０５，吐出弁１０６、及び加圧室１１
２の加圧部材であるプランジャ１０２とそれを往復摺動
可能に支持する摺動孔を有するシリンダ１０８がある。

【００８６】特に、プランジャ１０２とシリンダ１０８
の径ギャップは、加圧室からの燃料漏れを最低限にする
ために１０μｍ以下としている。そのため、焼付きによ
る固着、あるいは異常摩耗による径ギャップの増大等に
よるポンプ性能の低下が生じる。

【００８７】次に、本実施例における他の摩耗部への適
用を示す。図１０は吸入弁１０５、図１１は吐出弁１０
６の一部詳細を示す。

【００８８】図１０の吸入弁１０５部においては、燃料
は燃料吸入通路１１０から供給され、プランジャロッド
１４０が往復運動した際にボール１４２と吸入弁１０５
との間隙から加圧室１１２に吸入される。その際に摩耗
が課題になる部位としては、Ａ：ボール１４２と吸入弁
１０５との接触部，Ｂ：吸入弁１０５とチェック弁ガイ
ド１４３の摺動部，Ｃ：プランジャガイド１４１と吸入
弁１０５のシート部，Ｄ：プランジャロッド１４０の支
持部がある。

【００８９】図１１の吐出弁１０６部においては、燃料
は加圧室１１２で加圧されて吐出弁１０６が開閉して吐
出される。その際に摩耗が課題になる部位としては、
Ｅ：チェック弁シート１０７と吐出弁１０６との接触
部，Ｆ：吐出弁１０６とチェック弁ホルダ１３０の接触
がある。

【００９０】このような各部位の摩耗に対処するため
に、それぞれの部品に拡散表面処理層と耐食・耐摩耗性
を有するの高硬度の炭素系被膜の表面処理層を形成し
た。本実施例では、図１０では吸入弁１０５に、図１１
ではチェック弁シート１０７に、表面処理層１０５ｂ，
１０７ａを、図３（ａ）の耐食・耐摩耗性硬質被膜と拡
散表面処理層Ｉを形成した。基材はステンレス鋼ＳＵＳ
４２０Ｊとし、拡散表面処理層Ｉは窒化層を５０μｍ形
成した。その表面にＷＣ／Ｃを２μｍ形成した。

【００９１】燃料室内が以上の構成からなる、図１のラ
ジアルプランジャポンプの実機耐久試験を行った。その
結果、ポンプは異常なく稼働し、ガソリン吐出流量性能
も安定した値が得られた。試験後、分解して燃料室内の
各部品の検査結果、上記のいずれの部品においても異常
摩耗の発生は認められず、定常摩耗状態であった。ま
た、吸入弁１０５，吐出弁１０６において、摩耗部位の
部品の損耗は少なかった。一方、無処理のものでは、プ
ランジャ１１外径面とシール１７の摺動部において、摩
耗による若干の減肉が見られた。

【００９２】以上の結果により、本発明法で構成したポ
ンプでは、摺動部品間での凝着しにくく、耐摩耗性が改
善された。耐食・摩耗性硬質被膜と拡散表面処理層で構
成した表面処理層を形成したために高面圧でも剥離しに
くく、耐食性に優れた特性がある。これらの特性によっ
て過酷環境下における耐摩耗性が改善され、目的の燃料
ポンプが可能になった。

【００９３】〔実施例２〕図１２は図１の一部拡大した
詳細を示す断面図である。図１のラジアルプランジャ燃
料ポンプにおいて、更に耐食，耐摩耗性の要求される摺
動機構部を構成する際の他の実施例を説明する。図１２
はエンジンの駆動力が伝達されて回転する駆動カムと、
その駆動カムの回転運動をプランジャへの往復動に変換
させるリフタとの摺動部についての実施例である。

【００９４】この駆動カムとリフタ部は、エンジンオイ
ルが噴霧状に供給される可能性があり、潤滑が十分では
ない可能性がある。駆動カムはエンジン回転数と同じか
１／２回転の高速で運動するため、リフタ面の相対すべ
り速度は＋３０ｍ／ｓ〜−４ｍ／ｓ程度になる。また、
駆動カムとリフタ部は５００Ｍｐａ以上の圧力で接触し
ている。そのため、高周速，高面圧の条件で摺動する機
構部であり、耐摩耗性が要求される。そこで、駆動カム
とリフタ部の耐摩耗性を図るために、リフタの表面に窒
化層を設け、その上に高硬度の炭素系被膜が形成されて
いるものである。

【００９５】本実施例では、リフタ１０３の表面処理層
１０３ａは、図３（ａ）の耐食・耐摩耗性硬質被膜と拡
散表面処理層Ｉを形成した。基材は合金工具鋼ＳＫＤ１
１とし、拡散表面処理層Ｉは図５に示す窒化層を１００
μｍ形成した。その表面にＤＬＣ被膜を膜厚１.５μｍ
形成した。駆動カムは鋳鉄を用いた。

【００９６】駆動カムとリフタ部が以上の構成からな
る、図１のラジアルプランジャポンプの実機耐久試験を
行った。その結果、ポンプは異常なく稼働し、ガソリン
吐出流量性能も安定した値が得られた。試験後、分解し
て燃料室内の各部品の検査結果、上記のいずれの部品に
おいても異常摩耗の発生は認められず、定常摩耗状態で
あった。また、駆動カム２００とリフタ部１０３におい
て、摩耗部位の部品の損耗は少なかった。一方、無処理
のリフタ部１０３において、フレーキングが生じ、摩耗
による減肉が見られた。

【００９７】以上の結果により、本発明法で構成したポ
ンプでは、摺動部品間での凝着しにくく、耐摩耗性が改
善された。耐食・摩耗性の高硬度の炭素系被膜と拡散表
面処理層で構成した表面処理層を形成したために高周
速，高面圧でも剥離しにくく、耐食性に優れた特性があ
る。これらの特性によって過酷環境下における耐摩耗性
が改善され、目的の燃料ポンプが可能になった。 〔実施例３〕図１３は斜板式アキシャルプランジャの燃
料ポンプ（３筒式）の例を示す断面図である。ハウジン
グ内に外部からの駆動を伝達するシャフト１と、シャフ
トを介して回転運動を揺動運動に変換する斜板９と、斜
板の回転運動を、スリッパ１０を介して往復運動へ変換
させるプランジャ１１と、プランジャ１１と組合わされ
て燃料を吸入吐出するシリンダボア１３を有する斜板式
アキシャルプランジャ燃料ポンプである。潤滑油（エン
ジンオイル）によって潤滑される斜板９とスリッパ１０
の平滑面は高摺動速度（高周速）域での耐焼付き性，ス
リッパ１０とプランジャ１１の球面座部は線接触による
高面圧摺動での耐摩耗性を考慮した材質仕様とした。ス
リッパ１０は鉄系焼結部材に酸化層を有するもの、燃料
（ガソリン）によって潤滑されるプランジャ１１とシリ
ンダボア１３の円筒面摺動部の摺動面として、いずれも
その表面に窒化層，浸炭窒化層，浸炭焼入れのいずれか
の硬化層、又は、プランジャ１１の外表面に窒化層，浸
炭窒化層，浸炭焼入れのいずれかの硬化層、あるいは耐
食・耐摩耗性を有する炭化物，窒化物及び炭窒化物のい
ずれかの被膜が形成されている。シリンダボア１３の内
周面には窒化層，浸炭窒化層，浸炭焼入れのいずれかの
硬化層が形成されているものである。

【００９８】この燃料ポンプ構造は、従来の潤滑油と燃
料を隔離するベローズが不要で、且つ駆動機構部の潤滑
が十分なように、プランジャ１１とシリンダボア１３の
摺動部端部にシール部材を設けたことにより、ガソリン
中での摺動部材を少なくしたものである。

【００９９】図１３に示すように、エンジンのカム軸か
ら伝達される駆動力を伝えるカップリング２はカップリ
ング２に嵌合したピン３で連結されたシャフト１を有し
ている。シャフト１には、半径方向に広がり且つ端面部
は斜めの平面を形成した斜板９とが一体になっている。
斜板９にはスリッパ１０が接触し、スリッパ１０の斜板
９側外周部にはオイルによる斜板９とスリッパ１０との
間の油膜形成を補助するテーパが設けられている。また
スリッパ１０のもう一方側は球面形状になっており、シ
リンダボア１３内を摺動するプランジャ１１に形成され
た球面に支持され、斜板９が回転することで発生する揺
動運動は、プランジャ１１の往復運動に変換される。

【０１００】この構造のポンプにおいて、燃料の吸入・
吐出は次のように行われる。複数のシリンダボア１３と
プランジャ１１とによって、シリンダ１２内にポンプ室
１４を形成している。このポンプ室１４へ燃料を供給す
るように、シリンダ１２の中央部に各プランジャ１１へ
連通する吸入空間１５を設けている。この吸入空間１５
に燃料を導くため、リアボディ２０にポンプ外部の燃料
配管が取り付けられ、リアボディ２０内の吸入通路を通
り、リアボディ２０の中央部の吸入室３０を上記シリン
ダ１２に設けた吸入空間１５とが繋がるようになってい
る。

【０１０１】プランジャ１１内には、燃料を吸入するた
めの吸入バルブ２４（チェックバルブ）がボール２１と
スプリング２２及びスプリング２２を支持するストッパ
２３で形成されている。プランジャスプリング２５は、
プランジャ１１を常に上記斜板９側へ押し付け、スリッ
パ１０と共にプランジャ１１を斜板９に追従させる目的
で挿入されている。

【０１０２】プランジャ１１内の吸入バルブ２４への連
通路Ａ１６は、シリンダボアに設けたザグリ５１と吸入
空間１５との連通路として形成されている。ザグリ５１
はシリンダボア１３径より大きい径であり、常にプラン
ジャ１１内に燃料を導入できるように、ポンプ室１４が
十分小さくなった時（プランジャ位置が上死点の時）に
も導入孔１９とザグリ５１とが連通する程度の深さまで
形成されている。

【０１０３】図１４は、吸入及び吐出行程を説明するプ
ランジャ１１の拡大図を示す。吸入行程（ポンプ室１４
の空間が大きくなる方向にプランジャ１１が移動する行
程）において、プランジャ１１内に設けたポンプ室１４
内の圧力が規定の圧力以下になった時点で、プランジャ
１１内に設けた上記吸入バルブ２４は開口し、燃料をポ
ンプ室１４に吸い込む構造になっている。また上記吸入
行程間にポンプ室１４に吸入された燃料は、吐出行程
（ポンプ室１４の空間が小さくなる方向にプランジャ１
１が移動する行程）に移ると、吸入バルブ２４と同様に
ポンプ室１４が規定の圧力に達した時点で、ボール２６
とスプリングで構成された吐出バルブ２８が開口し、燃
料をポンプ室１４から上記リアボディ２０に設けた吐出
室２９に送り出す構造になっている。ここでリアボディ
２０に設けた吸入室３０と吐出室２９はＯリング３１で
分割され、吸入室３０を吐出室２９より中央側に設け
て、ポンプ自身の通路構成をコンパクトにしている。

【０１０４】ポンプ室の燃料圧力により発生する荷重
は、プランジャ１１及びスリッパ１０を介して上記シャ
フト１の斜板９へ伝達される。つまり斜板９へは複数あ
るプランジャ１１の荷重分の合力が作用する。この合力
は、軸方向の荷重と斜板角分のラジアル荷重として作用
する。これらの荷重を支持しスムーズな回転を達成する
ために、シャフト１にはラジアル軸受７及びスラスト軸
受８が嵌合し、その荷重をボディ５で支持する構造とし
ている。

【０１０５】これらの荷重を支持する部分（スリッパ１
０／斜板面９，スリッパ１０／プランジャ球面及び軸受
部）は、回転による相対速度と荷重を支持する部分であ
り、オイル潤滑とすることで、摺動摩耗を低減できる。
このためにはボディ５とシリンダ１２の間に形成される
斜板室３８にオイルを貯留させる構造が必要になる。

【０１０６】本実施例では、プランジャ１１の往復運動
時に燃料とオイルをシールするシール１７をシリンダ１
２に設けている。この往復摺動するシール１７は、プラ
ンジャ１１とシリンダボア１３との隙間をシールしてお
り、このシール１７が燃料とオイルのシール部材とな
る。なお本実施例ではシール１７へ作用する圧力は、シ
ール１７とポンプ室１４の間に連通路１６が存在するた
め、常に低圧の上記吸入圧となり、シール１７には高圧
室の圧力が付加されない構造となっている。このことに
よりシール１７の耐久性及び信頼性を高めている。

【０１０７】図１５は、オイル循環経路及び循環方法に
ついて説明するエンジン部の斜視図である。軸中心にオ
イル経路３４を設けたエンジンカム６のカップリング嵌
合部３３に、軸シール３５とカップリング２を貫通した
シャフト１を嵌着し、シャフト１の中心に設けた斜板室
３８との連通路４を通じてエンジンからオイルを導入す
る構造とした。上記軸シール３５はオイルを完全にはシ
ールせず、エンジン側より斜板室３８への必要最低限の
流量を確保する程度とした。これにより、軸シール３５
を介して駆動軸にエンジンカム６とシャフト１との芯ず
れによる偏芯荷重を極力抑えることができ、ラジアル軸
受７の耐久性を向上させている。また斜板室３８に流入
するオイルを必要最低限とすることにより、斜板室３８
の温度上昇を抑制しつつ、上記シール１７より斜板室３
８へ漏洩する燃料によって希釈されたオイルの置換を達
成している。また、シャフト１の中心よりオイルを導入
することにより、エンジン側に新規にオイル通路を設定
することなく目的を達成しているため、エンジンとの適
合性及びエンジンの小型化を達成している。

【０１０８】本実施例では、シャフト中心に設けた連通
路４よりオイルを導入しているが、オイル導入路はエン
ジンの油圧源とポンプの斜板室３８とを連通するように
設ける。次に、エンジンから斜板室３８に供給されたオ
イルをエンジンに戻すための通路について説明する。こ
の通路は斜板室３８よりエンジンカム室３９への戻り通
路３６によって構成している。この戻り通路３６はポン
プのボディ５に設けたエンジンとの取り付けフランジ面
３７よりカップリング２側に設けた。これによりエンジ
ン側に特別な通路を設けることなく斜板室３８内のオイ
ルをエンジンに戻すことができる。戻り通路３６によ
り、斜板室３８から流出するオイル量が流入するオイル
量を下回らないようにし、斜板室３８内の圧力が上昇し
ないように配設することによりシール１７の信頼性を高
めている。斜板室３８内の圧力が上昇せず、常に燃料の
吸入圧より低くなることにより、オイルが燃料側に漏れ
るのを防止している。

【０１０９】以上の構成で、従来の斜板式アキシャルプ
ランジャポンプと大きく異なっている点は、斜板が回転
するため、斜板とスリッパは潤滑油中において高周速で
摺動することになる。この斜板の回転運動がスリッパを
介することで揺動運動に変換されてプランジャが往復運
動する。この際、プランジャとシリンダボア間の摺動部
にシール部材が設けられていて、潤滑油と燃料を隔離す
るようになっている。これによりガソリン中で摺動する
構成部材の点数が少なくなっている。

【０１１０】これらの摺動部材として、始めに、潤滑油
（エンジンオイル）によって潤滑される斜板９とスリッ
パ１０の平滑面の材料構成について説明する。

【０１１１】エンジンからの駆動力がシャフトに伝達さ
れて斜板は回転する。その回転数はエンジン回転数の１
／２であり、アイドリングから高速域までの回転数にな
る。その際、斜板とスリッパの摺動速度は０.３〜５ｍ
／ｓ となり、またその面圧は吐出圧力によって異なる
が８ＭＰａ程度になる。したがって、高周速で摺動する
ことで、斜板とスリッパの焼付きを生ぜず、且つ定常摩
耗量も少ない材料構成が要求される。そこで各種材料の
特性を評価し、斜板とスリッパの材料構成を検討した。

【０１１２】図１６，図１７は、斜板とスリッパの材料
構成を耐焼付き性試験により検討した結果を示すグラフ
である。斜板用材料には駆動力伝達のシャフトとしての
機能もあるため、曲げ、及び疲労強度も必要になる。そ
こで斜板用材料として、機械構造用鋼の肌焼き鋼ではＳ
ＣＭ４１５等の浸炭焼入れ材，調質鋼のＳＣＭ４３５で
は窒化処理材、ステンレス鋼ではＳＵＳ４０３，ＳＵＳ
４２０Ｊ２の窒化材、鋳鉄ではオーステンパー処理によ
り高強度，高靭性とした球状黒鉛鋳鉄(ＡＤＩ)を供し
た。

【０１１３】スリッパに要求される材料仕様は、耐摩
耗，耐焼付き性，圧縮強度（球面側最大発生面圧以上）
である。スリッパ用材料には、ステンレス鋼のＳＵＳ４
０３窒化材，合金工具鋼のＳＫＤ１１焼入材，アルミニ
ウム合金ではＡｌ−Ｓｉ合金（Ａ３９０）、銅系合金で
は、珪化物分散のアルミニウム青銅合金，高力黄銅合
金、及び鉄系焼結材(ＳＭＦ４種，引っ張り強さ４００
〜５００Ｎ／mm²）の焼結材のまま、浸炭焼入れ材，酸
化被膜形成材（５５０℃のスチ−ム中で酸化処理）を用
いた。酸化被膜形成材はＦｅ₃Ｏ₄を主とする被膜を有す
るものである。またＳＵＳ４０３窒化材及びＳＫＤ１１
窒化材を基材とし、イオンプレーティングによりＴｉＮ
及びＣｒＮ被膜（膜厚３〜５μｍ）を形成したスリッパ
も供した。

【０１１４】これらの斜板とスリッパの耐焼付き性の要
素試験を、回転摺動摩耗により、行った。方式は回転円
板（斜板）にスリッパを押し付けて、摺動運動させるも
のである。可動片はφ１００×８mm、固定片はスリッパ
である。荷重は、初期なじみの５min間は０.９８ＭＰａ
とし、それ以後は２min経過毎に０.９８ＭＰａ増加さ
せ、２９.４ＭＰａ まで加えた。摩擦環境は潤滑油（エ
ンジンオイル）を用いた。

【０１１５】図１６及び図１７の耐焼付き性試験結果を
見ると、スリッパ材料間の優劣、あるいは斜板材料との
組合せの影響が現れている。ＳＵＳ４０３窒化材スリッ
パ(Ｈｖ７５０)の場合では、可動片が高硬度で同種材の
組合せになるＳＵＳ４０３窒化材（Ｈｖ１１００）では
焼付き面圧は６.９ＭＰａと低くなる。硬さが同程度の
ＳＣＭ４３５窒化材（Ｈｖ６６０）では低速では２９.
４ＭＰａにおいても焼付きは生ぜず、高速でも２７.４
ＭＰａの値であり優れている。硬さが低いＦＣＤ５００
ＡＤＩ材では低速では２９.４ＭＰａにおいても焼付き
はないが、高速では９.８ＭＰａで焼付いており、高速
域では球状黒鉛の固体潤滑性や保油効果よりも基地の硬
さの低いことが影響している。

【０１１６】合金工具鋼のＳＫＤ１１焼入れ材スリッパ
（Ｈｖ６１３〜６９７）では、可動片がＦＣＤ５００Ａ
ＤＩ材で低速の場合には２９.４ＭＰａでも焼付きはな
い。しかし、高速になるとＳＣＭ４１５浸炭焼入れ材
（Ｈｖ７００）あるいはＦＣＤ５００高周波焼入れ材
(Ｈｖ５５０〜６５０)のいずれでも、焼付き面圧は低い
範囲にある。したがって、硬い基地に硬質炭化物が分散
している組織のＳＫＤ１１材は、高速摺動の耐焼付き性
が劣ることが分かった。

【０１１７】Ａｌ−Ｓｉ合金スリッパでは、可動片の鋳
鉄の熱処理に関わらず、全般的に優れた耐焼付き性を示
した。このように、軟質材であるＡｌ−Ｓｉ合金は一様
に分布した硬質の塊状の初晶Ｓｉや微細な共晶Ｓｉが相
手材と接触し、軟らかい基地は凹形状になって油膜を維
持できる組織の効果によって耐焼付き性が優れている。

【０１１８】銅合金スリッパの焼付き面圧は、可動片が
ＦＣＤ５００高周波焼入れ材（Ｈｖ５５０〜６５０）の
場合に、低速，高速共に２９.４ＭＰａ においても焼付
きは生じなく、優れた耐焼付き性を示す。この銅合金で
は自己潤滑性の六方晶のＭｎ₅Ｓｉ₃珪化物が相手材と接
触し、軟らかい基地は凹形状になって油膜を維持できる
組織効果がある。

【０１１９】鉄系焼結材スリッパの浸炭焼入れ材、ある
いは焼結のままの焼付き面圧は、低速，高速共に２９.
４ＭＰａ においても焼付きは生じなく、優れた耐焼付
き性を示している。焼結材に存在する特有の空孔によっ
て油保持効果が得られ耐摩耗，耐焼付き性に優れる特徴
を呈している。

【０１２０】酸化被膜形成材の焼付き面圧は、高速にお
いて僅かに低下している。これは、スチ−ム処理により
焼結材特有の空孔が封孔されてしまうために、保油効果
の減少により特に高速域での潤滑性の低下、及び酸化膜
が破壊した際にそれが硬質の異物となって焼付きの起点
になる可能性が考えられる。しかし、実機最大想定面圧
以上の焼付き性は満足している。

【０１２１】ＴｉＮ及びＣｒＮ被膜を形成したスリッパ
の焼付き面圧は、窒化基材スリッパに比べて２〜３倍向
上し、その効果が顕著に現れている。これはＴｉＮやＣ
ｒＮがＨｖ２０００〜３０００の超硬質であり、また化
学的に安定であることから、摺動面において凝着を生じ
にくいことに起因している。なお、基材の窒化層は、基
材の硬さを高めることにより摺動面に発生する高応力に
よるＴｉＮやＣｒＮの座屈を防ぐ作用がある。

【０１２２】以上の結果により、スリッパ及び斜板用材
料として、スリッパはＳＵＳ４０３窒化材，Ａｌ−Ｓｉ
合金，銅合金，鉄系焼結材，ＴｉＮ，ＣｒＮ被膜，斜板
にはＳＣＭ４３５窒化，鋳鉄の組合せは、実機ポンプで
の最大発生面圧(７.９Ｍｐa)における耐焼付き性を満足
することを見い出した。

【０１２３】これらのスリッパ及び斜板用材料の組合わ
せにおいて実機ポンプでの摩耗試験を行った。台上エン
ジン試験により、実機ポンプにおいて種々の材料からな
る斜板，スリッパを組込み，耐摩耗性を評価した。試験
条件は燃温：９５℃，潤滑油油温：１３５℃，燃圧：７
ＭＰａ，ポンプ回転数：４００ｒ／min で試験した。そ
の結果、これらのスリッパ用材料と斜板との摺動による
摩耗は殆どなく、ポンプとして課題にならない値（０〜
２μｍ）であった。

【０１２４】次に、スリッパ１０とプランジャ１１の球
面座部の耐摩耗性を評価した。その結果、スリッパ球面
側はプランジャ（ＳＫＤ１１窒化）との摺動により摩耗
が生じ、材料間に顕著な差が現れた。

【０１２５】図１８は、スリッパ用材料としてＳＵＳ４
０３窒化材，Ａｌ−Ｓｉ合金，鉄系焼結材（酸化膜形
成）と斜板にＦＣＤ４５０ＡＤＩを組合せた実機ポンプ
での摩耗試験結果で、スリッパ球面側の球面高さ変化
(摩耗量)と耐久時間との関係を示す図である。各材料の
スリッパ球面側の摩耗量と耐久時間との関係を見ると、
材料間に顕著な差が出ている。すなわち、Ａｌ−Ｓｉ合
金の摩耗量は４０〜１４０μｍで多く、鉄系焼結材、及
びＳＵＳ４０３窒化材は少ない。Ａｌ−Ｓｉ合金の球面
側摩耗量が多い要因としては、球面側は硬質なＳＫＤ１
１窒化プランジャと線接触での摺動によるため、軟質な
Ａｌ−Ｓｉ合金に摩耗が生じる。その際、硬質の塊状の
初晶Ｓｉや微細な共晶Ｓｉ粒子が摩耗粉となり、アブレ
シブ摩耗が促進されてしまうことによると考えられる。
このアブレシブ摩耗を少なくすることが重要になり、そ
ためには、スリッパ材質の硬さを高くすることである。
図１８の評価結果もそれを示すものである。

【０１２６】スリッパ１０とプランジャ１１の球面座部
の摺動における耐摩耗性への影響因子として、雰囲気温
度、すなわち潤滑油であるエンジンオイルの温度があ
る。実機ポンプでのエンジンオイル保証温度は１４０℃
である。しかし、安全率を考えるとこれ以上の温度域に
おいても耐摩耗性を維持することが必要である。そこ
で、台上エンジンでの実機ポンプの材料組合せにおいて
耐摩耗性に優れていた鉄系焼結材（酸化被膜形成）、及
びＳＵＳ４０３窒化材スリッパについて、エンジンオイ
ル温度を変化させた際の耐摩耗性に及ぼす影響を、要素
摩耗試験により評価した。

【０１２７】試験は松原式摩耗試験機を用い、密閉容器
内でスリッパを回転側治具，プランジャを固定治具に組
込み、固定治具に荷重を負荷した。雰囲気は窒素ガスと
し、圧力は３.５ＭＰａ に制御した。試験条件は、スリ
ッパ回転数：１５及び６０ｒ／min，試験時間：１２０m
in，荷重：１.０８ｋＮ とし、潤滑油温度を３０〜１６
０℃に変化させた。

【０１２８】図１９は、鉄系焼結材（酸化被膜形成）及
びＳＵＳ４０３窒化材スリッパと、ＳＫＤ１１窒化材プ
ランジャの摩擦係数に及ぼすエンジンオイル温度の影響
を示す。摩擦係数に及ぼすエンジンオイル温度の影響を
見ると、ＳＵＳ４０３窒化材スリッパではエンジンオイ
ル温度が高くなるにつれて摩擦係数も高くなる傾向にあ
る。それに対し、鉄系焼結材（酸化被膜形成）は温度が
上昇しても摩擦係数の大きな変化はなく摩擦係数は０.
１程度で一定である。

【０１２９】図２０は、本発明で用いた鉄系焼結材（酸
化被膜形成）スリッパの一例の断面組織を示す。表面及
び内部の空孔に接した基材表面に灰色をした酸化被膜が
形成され、基材はパーライト組織を呈している。この鉄
系焼結材（酸化被膜形成）は、スチ−ム処理による酸化
膜の存在による摩擦力の低減、及び温度が上昇して摩擦
面の油膜の減少を焼結材特有の空孔の保油効果により補
う潤滑効果によると考えられる。一方、平滑面同士の摩
擦面となるＳＵＳ４０３窒化材ではそのような潤滑効果
がないため、摩擦力の増加を生じることになる。図に示
すように、鉄系焼結材には、１００μｍ×７０μｍの視
野の中に５〜２０μｍ前後の大きさの空孔が５個存在し
ていた。

【０１３０】この結果から、鉄系焼結材(酸化被膜形成)
からなるスリッパは、ＳＵＳ４０３窒化材からなるスリ
ッパより高温域まで安定であることが分かった。したが
って、スリッパ材質としては、実機ポンプの保証温度
（１４０℃）より高温域まで耐摩耗性に優れている鉄系
焼結材（酸化被膜形成）スリッパが適当である。また鉄
系焼結材は量産性に優れ、廉価であることから、生産性
の観点からも望ましいものである。

【０１３１】一方、斜板の材料仕様としてはＦＣＤ４５
０ＡＤＩが用いられる。他の斜板部材は機械構造用合金
鋼の表面処理材、及びその表面処理材が適用できる。機
械構造用合金鋼の表面処理材としては、例えばクロムモ
リブデン鋼ＳＣＭ４１５の浸炭焼入れ、クロムモリブデ
ン鋼ＳＣＭ４３５の窒化等が用いられる。これにより、
燃料ポンプとして要求される斜板９とスリッパ１０との
高周速摺動による耐焼付き性、スリッパ１０とプランジ
ャ１１の球面座部の摺動における耐摩耗性を満足する材
料仕様を見出した。

【０１３２】次に、燃料中で稼働し、摺動する部材で、
耐食・耐摩耗性が要求される主なものとしては、ポンプ
室の加圧部材であるプランジャとそれを往復摺動可能に
支持する摺動孔を有するシリンダのシリンダボアがあ
る。特に、プランジャとシリンダボアの径ギャップは、
加圧室からの燃料漏れを最低限にするために１０μｍ以
下としている。そのため、摩耗による径ギャップの増大
等によるポンプ性能の低下が生じる。

【０１３３】また、プランジャは燃料とオイルをシール
する軸シールとの摺動部においても、耐食・耐摩耗性が
要求される。この摺動部における摩耗は、オイルへ燃料
が漏洩すると、オイルが希釈され、潤滑性能の低下、更
に燃費の低下も生じるので、好ましくない。

【０１３４】そこで、プランジャ及びシリンダブロック
の材料構成は次の通りである。プランジャの外径とシリ
ンダボアは初期的には線接触状態で摺動するため、高い
面圧（ヘルツ応力）になる。そのため、材料としては高
硬度であることが望ましい。シリンダブロックはプレス
加工等により製品形状に加工できて生産性がよいマルテ
ンサイト系ステンレス鋼のＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ４２
０Ｊ２材を焼入・焼戻しをして用いられる。また、ＳＫ
Ｄ６１，ＳＫＤ１１材等その他の合金工具鋼も焼入・焼
戻しをしても用いられる。ＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ４２
０Ｊ２材は焼入・焼戻しにより基材の硬さがＨｖ５００
〜７００になる。また、ステンレス鋼のため耐食性がよ
い。

【０１３５】しかし、プランジャ材質との組合せの種類
によって摺動条件が過酷になるなどした場合によっては
シリンダブロックの上記材質の基材硬さが不足により、
プランジャとシリンダボアの間で異常摩耗を生じる可能
性がある。そこで、上記材質の基材硬さより更に高硬度
にして耐摩耗性を得るため、表面処理が適用されて供さ
れる。プランジャの材料も同様である。シリンダブロッ
クよりも高面圧になることから、更に高硬度にして耐摩
耗性を得るため、表面処理が適用されて供される。

【０１３６】本実施例では、シリンダブロックのシリン
ダボア及びプランジャの表面構造は、基材に拡散表面処
理層が形成されている。

【０１３７】その表面処理としてイオン窒化は、シリン
ダボアを有しているその形状ため狭隘部にグロー放電が
発生しない領域が生じることから、均一に窒化層を形成
する目的には不適である。そこで、シリンダボアの拡散
表面処理層の窒化層形成には塩浴による低温域窒化処理
を適用した。

【０１３８】すなわち、拡散表面処理層の窒化層形成に
おいて耐食性を低下させない窒化処理（以下、低温域窒
化処理）を適用した。窒化温度を４５０℃以下で行うこ
とにより、基地のＣｒが窒化物を形成することを抑制
し、Ｓ相が形成されるものである。その処理にはガスあ
るいは塩浴による処理法がある。しかし、この処理で形
成される窒化層は窒化温度が低いことから処理深さは薄
い。したがって高い負荷（応力）がかかる摺動機構部に
は不適である。

【０１３９】図２１は、合金工具鋼（７％Ｃｒ−Ｍｏ−
Ｖ鋼）のシリンダブロックを塩浴によって低温域窒化処
理したシリンダボア部の硬さ分布を示す図である。処理
条件は温度４５０℃で２時間である。表面から１０μｍ
の位置で約Ｈｖ１２００の高い値を示し、全硬化深さは
０.０３mm 程度の窒化層が形成されている。その表面に
は脆弱で白色化合物と言われるＦｅ窒化物のε相は形成
されていない。したがって、プランジャとの摺動に際し
ての耐摩耗性が確保される。

【０１４０】その耐食性は、図６に記した。低温域窒化
処理したＳＫＤ１１，SUS420J2の自然電位，孔食電位は
いずれも他の比較材、あるいは一般的な窒化処理材に比
較して貴な電位であり、したがって耐食性が優れてい
る。

【０１４１】以上の構成からなる、図１３の斜板式アキ
シャルプランジャポンプの実機耐久試験を行った。その
結果、ポンプは異常なく稼働し、ガソリン吐出流量性能
も安定した値が得られた。試験後、分解して燃料室内の
各部品の検査結果、上記のいずれの部品においても異常
摩耗の発生は認められず、定常摩耗状態であった。

【０１４２】以上の結果により、本実施例の鋳鉄の斜
板，鉄系焼結材（酸化被膜形成）のスリッパ，ＳＫＤ１
１窒化プランジャ，低温域窒化合金工具鋼のシリンダで
構成したポンプでは、摺動部品間での凝着しにくく、耐
摩耗性が優れた特性がある。これらの特性によって過酷
環境下における摺動耗性が改善され、目的の燃料ポンプ
が可能になった。

【０１４３】〔実施例４〕図２２は図１３の一部拡大し
た詳細を示す断面図である。図１３の斜板式アキシャル
プランジャ高圧燃料ポンプにおいて、更に耐食，耐摩耗
性の要求され摺動機構部を構成する際の他の実施例を説
明する。ガソリンはシリンダ１２に設けられた吸入空間
１５，連通路Ａ１６，ザグリ５１からプランジャ１１内
のへの連通路Ａ１６，導入孔１９，吸入バルブ２４の順
で流入し、加圧される。その際、シリンダ１２に設けら
れたシール１７により、プランジャ１１の往復運動時の
燃料とオイルをシールする。このシール１７（弾性体、
例えばゴム）とプランジャ１１の摩耗，プランジャ１１
とシリンダボア１３との摩耗に対処するものである。耐
食，耐摩耗性の要求され摺動機構部として、プランジャ
１１に最表面に耐食・耐摩耗性硬質被膜１１ａを形成し
た。耐食・耐摩耗性硬質被膜としては、低温域で緻密な
被膜を高密着力で形成できる物理蒸着法のイオンプレー
ティング等が適用でき、例えばアークイオンプレーティ
ング，ホローカソード方式，アーク放電方式、あるいは
スパッタリング方式であってもよく、方式にはとらわれ
ない。被膜は、炭化物ではＴｉＣ，ＷＣ，ＳｉＣ、窒化
物ではＴｉＮ，ＣｒＮ，ＢＮ，ＴｉＡｌＮ、炭窒化物で
はＴｉＣＮ等が、目的により選定されて形成される。

【０１４４】図６において耐食・耐摩耗性硬質被膜の耐
食性を見ると、硬質被膜の自然電位、孔食電位は貴な電
位であり、したがって耐食性が優れている。硬質被膜
は、相手材料との間に生じる金属移着現象を抑え、凝着
や焼付き現象を阻止する効果があり、摩擦抵抗が小さ
く、初期摩耗，定常摩耗および焼付き等が防止される。
そのため、腐食摩耗の影響が少なかった。このことによ
り、腐食環境が厳しい燃料中における摺動部材としての
稼動ができる。

【０１４５】本実施例では、プランジャ１１の表面処理
層１１ａは、耐食・耐摩耗性硬質被膜を形成した。基材
は合金工具鋼ＳＫＤ１１とし、その表面にＣｒＮを３μ
ｍ形成した。他の摺動部は実施例１と同様とした。この
構成からなる、図１３の斜板式アキシャルプランジャポ
ンプの実機耐久試験を行った。その結果、ポンプは異常
なく稼働し、ガソリン吐出流量性能も安定した値が得ら
れた。試験後、分解して燃料室内の各部品の検査結果、
上記のいずれの部品においても異常摩耗の発生は認めら
れず、定常摩耗状態であった。一方、無処理のもので
は、プランジャ１１外径面とシール１７の摺動部におい
て、若干摩耗が生じでいた。

【０１４６】以上の結果により、本実施例で構成したポ
ンプでは、摺動部品間での凝着しにくく、耐摩耗性が改
善された。耐食・摩耗性硬質被膜と拡散表面処理層で構
成した表面処理層を形成したために高面圧でも剥離しに
くく、耐食性に優れた特性がある。これらの特性によっ
て過酷環境下における耐摩耗性が改善され、目的の燃料
ポンプが可能になった。

【０１４７】〔実施例５〕図２３は、実施例１〜４の燃
料ポンプを用いた本実施例の自動車用ガソリン筒内直接
燃料噴射式内燃機関の断面図である。シリンダヘッド７
０に備えられている燃料噴射弁６１は燃料ギャラリから
供給された燃料を燃焼室７４内に直接燃料を噴射するよ
うに、その先端部を開口している。本実施例では超リー
ンバーンにてガソリンを超微粒化して気筒内に直接燃料
を燃料噴射弁６１へ燃料を供給する高圧燃料ポンプを備
えたエンジンで構成されている。

【０１４８】点火プラグ６３は吸気弁６４と排気弁６５
の間に備わっており、吸気弁６４が開いている間にフラ
ットピストン６８の動きにより吸気ポート６６から吸入
した吸気と噴射弁６１から噴射された燃料の混合気に対
して電気火花による点火で燃焼を開始させる。燃焼後の
ガスは排気弁６５が開いている間にピストン６８の動き
により排気弁６５から排出される。

【０１４９】燃料噴射弁６１の噴射弁駆動信号端子７１
には燃料噴射弁駆動回路６２が電気的に接続されてい
る。また、燃料噴射弁駆動回路６２には燃料噴射弁駆動
トリガ信号、および弁体の動作遅れを短縮するように燃
料噴射弁を駆動するかしないかの信号を出力する電子制
御ユニット（ＥＣＵ）６９が電気的に接続されている。
なお、電子制御ユニット６９にはエンジンの各運転状態
が入力され、その運転状態に応じた燃料噴射弁駆動トリ
ガ信号を決定する。

【０１５０】吸気ポート６６からの空気量はアクセルに
連動して動く２個所の電磁的手段Ｍによってコントロー
ルされる。燃焼後の排気ガスは低酸素ストレージ型三元
触媒７２により炭化水素，一酸化炭素及びＮＯｘを除去
し、更にリーンＮＯｘ触媒７３によってＮＯｘが除去さ
れる。本実施例においては、燃料噴射弁６１から燃料を
粒径２５μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、より好ま
しくは１０μｍ以下に気液超微粒化して筒内に噴射させ
るとともに空燃比５０の超リーンバーンにて駆動させる
ものである。

【０１５１】三元触媒７２にはアルミナ担体にＰｔ又は
それにＣｅを担持、ＮＯｘ触媒７３にはアルミナ担体に
Ｐｔ又はそれにＮａ，Ｔｉの酸化物を担持させたものが
用いられる。

【０１５２】燃料噴射弁６１の全体構造は次の通りであ
る。それはシリンダヘッド７０に装着される。即ち、燃
料噴射弁６１は、ハウジングに固定され、コア，コイル
ASSY，アマチュア，スワラー弁装置を有し、この弁装置
はハウジングの一端にかしめにより支持されている。ま
た弁装置は、小径円筒部および大径円筒部を持つ段付中
空円筒形の弁本体と、この弁本体内で中心孔先端に固着
されて燃料噴射孔を有する弁座と、ソレノイド装置によ
り弁座に離接して燃料噴射孔を開閉する弁体であるニー
ドルバルブとを備えている。コイルＡＳＳＹの下端面に
接して上記ハウジングとコアを囲む空間で、燃料圧力印
加側に配置された２個のＯリングを有する。燃料噴射孔
の直径は０.８mmである。

【０１５３】次に動作について説明する。コイルに通電
すると、アマチュア，コア，ハウジングで構成される磁
気回路に磁束が発生し、アマチュアはコア側へ吸引動作
し、アマチュアと一体構造であるニードルバルブが弁座
から離れて間隙が形成されると、高圧の燃料は弁本体か
ら弁座の噴射孔内に入ってその先端出口から前述の如く
超微粒化して噴霧される。

【０１５４】また、燃料噴射弁６１はシリンダヘッド筒
内に対し２〜１０mm突出している。

【０１５５】特に、弁本体，弁座，ニードルバルブ及び
スワラーはＪＩＳ規格ＳＵＳ４４Ｃの１％Ｃ，１６％Ｃ
ｒフェライト系ステンレス鋼の冷間塑性加工後焼鈍し、
最終形状への切削加工によって製造したものである。噴
射孔の直径は０.８mmであり、その内径の真円度は０.５
μｍ以下である。

【０１５６】燃料噴射弁６１の先端部分へ以下の様に有
機皮膜を形成する方法、及びその効果を以下説明する。
本実施例は、燃料噴射孔とその周辺近傍に厚さ１.５ 〜
８ｎｍの有機皮膜を設けたこと、或いは、燃料噴射孔表
面に有機皮膜を設けた燃料噴射弁であって、上記噴射孔
は燃料を粒径２０μｍ以下に噴霧する口径を有するこ
と、上記噴射孔の口径が０.３〜０.８mmであること、上
記噴射孔とその周辺近傍が重量で、Ｃ０.６〜１.５％，
Ｓｉ１％以下，Ｍｎ１.５％ 以下及びＣｒ１５〜２０％
を含むフェライト系ステンレス鋼からなることの１つ又
は２つ以上の組合せによって得られる。

【０１５７】そして、その有機皮膜は、ベース金属との
共有結合によって結合されているものであり、その厚さ
は１.５ 〜３０ｎｍが好ましく、より１.５ 〜１０ｎｍ
が好ましく、最も１.５〜７ｎｍが好ましい。

【０１５８】また、有機皮膜として、パーフルオロポリ
エーテル化合物，４弗化エチレンモノマー，珪素樹脂，
ポリアミド樹脂等のグロー放電下での形成，テフロン
（登録商標）樹脂，金属アルコキシドとフルオロアルキ
ル基置換アルコキシドとの溶液によって得られる膜等が
使用可能である。

【０１５９】本実施例は、燃焼室内に吸気手段及び排気
手段を有するシリンダヘッドと、上記シリンダヘッド内
を往復運動するピストンと、上記燃焼室に燃料を噴射す
るように設置した燃料噴射手段と、上記燃料噴射手段か
ら噴射した燃料に着火する点火手段とを備えた筒内噴射
式エンジンにおいて、上記燃料ポンプ及び前述の燃料噴
射弁を用いることができる。

【０１６０】更に、本実施例は、燃焼室内に吸気手段及
び排気手段を有するシリンダヘッドと、上記シリンダヘ
ッド内を往復運動するピストンと、上記燃焼室に燃料を
空燃比４５以上のリーンバーン制御噴射するように設置
した燃料噴射手段と、上記燃料噴射手段から噴射した燃
料に着火する点火手段とを備えた筒内噴射式エンジンに
おいて、上記燃料噴射手段は上記燃料を噴霧する噴出孔
とその周辺近傍の表面に有機皮膜が設けられていること
及び前述の燃料ポンプを用いるものである。

【０１６１】本実施例によれば、ガソリン燃焼によるデ
ポジットがその直噴エンジンの燃料噴射弁の表面に付着
が顕著に防止され、特に空燃比が４５以上である超リー
ンバーン制御を可能にし、燃費のより高い自動車が得ら
れる。

【０１６２】

【発明の効果】本発明によれば、燃料ポンプにおいて燃
料中での摺動部品、特にプランジャとの材料構成の組合
わせにより、摺動する各々の機構部品に耐焼付き性，耐
摩耗性及び耐食性の被膜を形成したことにより、特に、
焼付き，異常摩耗を防止することができるという顕著な
効果が得られる。従って、信頼性の高い高圧燃料ポンプ
が提供され、特にリーンバーン燃焼による自動車エンジ
ンの筒内直接噴射において顕著な効果が発揮されるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃料ポンプの一部断
面図。

【図２】本発明の一実施例における燃料噴射システム構
成を示す図。

【図３】本発明の一実施例における表面処理層の構成の
説明図。

【図４】本発明の一実施例における窒化層形成の処理工
程を示すグラフ。

【図５】本発明の一実施例における合金工具鋼の窒化層
硬さ分布を示すグラフ。

【図６】本発明の一実施例における各種表面処理材の耐
食性を示す図。

【図７】各種表面処理材の摩耗試験結果を示すグラフ。

【図８】各種表面処理材の摩耗試験結果を示すグラフ。

【図９】実施例１に係る図１のプランジャの表面処理層
を示す一部拡大図。

【図１０】実施例１に係る図１の吸入弁の表面処理層を
示す一部拡大図。

【図１１】実施例１に係る図１の吐出弁の表面処理層を
示す一部拡大図。

【図１２】実施例２に係る図１の駆動カムとリフタの表
面処理層を示す一部拡大図。

【図１３】本発明に係る燃料ポンプの二実施例を示す断
面図。

【図１４】本発明に係る燃料ポンプの二実施例を示す行
程図。

【図１５】エンジンオイルの循環経路を示す斜視図。

【図１６】各種斜板材とスリッパ材の耐焼付け性試験結
果を示すグラフ。

【図１７】各種斜板材とスリッパ材の耐焼付け性試験結
果を示すグラフ。

【図１８】摩耗試験によるスリッパ球面側の摩耗量を示
す図。

【図１９】スリッパとプランジャ摺動時の摩擦係数とエ
ンジンオイル温度との関係を示す線図。

【図２０】本実施例で用いたスリッパの断面を示す顕微
鏡写真。

【図２１】本発明に係る合金工具鋼の窒化層硬さ分布を
示すグラフ。

【図２２】実施例４に係る図１０のプランジャの表面処
理層を示す部分拡大図。

【図２３】本発明の実施例に係る直噴ガソリンエンジン
の構成図。

【符号の説明】

１…シャフト、２…カップリング、３…ピン、４…連通
路Ｃ、５…ボディ、６…エンジンカム、７…ラジアル軸
受、８…スラスト軸受、９…斜板、１０，245…スリッ
パ、１１，１０２，２３１…プランジャ、１２，１０
８,２５０,１０８…シリンダ、１３…シリンダボア、１
４…ポンプ室、１５…吸入空間、１６…連通路Ａ、１７
…シール、１８…空間、１９…導入孔、２０…リアボデ
ィ、２１，２６…ボール、２２，２７，２５６…スプリ
ング、２３…ストッパ、２４…吸入バルブ、２５…プラ
ンジャスプリング、２８…吐出バルブ、２９…吐出室、
３０…吸入室、３１…Ｏリング、３３…カップリング嵌
合部、３４…オイル経路、３５…軸シール、３６…オイ
ル戻り通路、３７…フランジ面、３８…斜板室、３９…
エンジンカム室、４０…プレッシャレギュレータ（Ｐ／
Ｒｅｇ）、４１…ボールバルブ、４２…連通路Ｂ、４
３，１０１…吸入通路、４４…オイル導入路、４５…絞
り、４６…戻り通路、５０…孔、５１…ザグリ、６１…
燃料噴射弁、６２…燃料噴射弁駆動回路、６３…点火プ
ラグ、６４…吸気弁、６５…排気弁、６６…吸気ポー
ト、６７…排気ポート、６８…ピストン、６９…電子制
御ユニット、７０…シリンダヘッド、７１…噴射弁駆動
信号端子、７２…三元触媒、７３…ＮＯｘ触媒、７４…
燃焼室、１００…ポンプ本体、１０３…リフタ、１０
４，１０５ａ，３０２…ばね、１０５，５１０…吸入
弁、１０６，１０６ａ…吐出弁、１０８ａ…摺動孔、１
０８ｂ…拡張内壁、１０９…縦通路、１１０…燃料吸入
通路、１１０ａ…燃料導入口、１１０ｂ…横通路、１１
１…吐出通路、１１２…加圧室、１２０…シール、１２
０ａ…金属管、１５０…タンク、１５１…低圧ポンプ、
１５２…プレッシャレギュレータ、１５３…コモンレー
ル、１５４…インジェクタ、１５５…リリーフ弁、１５
６…圧力センサ、２００…カム、３００…ソレノイド、
３０１…係合部材、４００…逆止弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｂ 9/04 Ｆ０４Ｂ 9/04 Ｃ 53/00 Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｘ // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２ Ｆ０４Ｂ 21/00 Ｎ (72)発明者 成澤 敏明 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 寺門 一佳 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 鍵山 新 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 町村 英紀 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 山田 裕之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 高橋 由起夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 小瀧 理好 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 小島 和夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G066 AA01 AA02 AB02 AB04 BA49 BA50 CA08 CA09 CD03 CD15 CD21 CE02 3H071 AA07 BB01 CC26 EE02 EE03 3H075 AA03 BB03 CC19 DA03 DA04 DB24 4K044 AA02 AB10 BA02 BA06 BA18 BB03 BC01 BC02 BC06 CA12 CA13

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車エンジンの燃料噴射弁に燃料を加圧
   して送給する燃料ポンプであって、互いに接触し上記燃
   料あるいは潤滑油を介して摺動する少なくとも一方の摺
   動面には、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の少な
   くとも一つからなる硬化層と上記硬化層の表面に硬化層
   より高い硬度の炭素系被膜を有することを特徴とする燃
   料ポンプ。
2. 【請求項２】自動車エンジンの燃料噴射弁に燃料を加圧
   して送給する燃料ポンプであって、互いに接触し上記燃
   料あるいは潤滑油を介して摺動する一方の摺動面には、
   窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の一つからなる硬
   化層を、上記一方の摺動面対する他方の摺動面には窒化
   層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の少なくとも一つから
   なる硬化層を有し、上記一方の摺動面及び上記他方の摺
   動面は、それぞれの上記硬化層の表面に上記硬化層より
   高硬度の炭素系被膜を有することを特徴とする燃料ポン
   プ。
3. 【請求項３】エンジンの駆動によって回転するシャフト
   と、上記シャフトの回転によって回転するカムと、上記
   カムの回転運動をリフタ介してシリンダ内を往復運動す
   るプランジャとを備え、燃料を加圧して自動車エンジン
   の燃料噴射弁に送給する燃料ポンプにおいて、上記プラ
   ンジャのシリンダとの互いに接触して摺動する少なくと
   も一方の摺動面に、窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化
   層の少なくとも一つからなる硬化層と上記硬化層の表面
   に形成された硬化層より上記燃料に対する耐食性が高い
   炭素系被膜とを有することを特徴とする燃料ポンプ。
4. 【請求項４】エンジンの駆動によって回転するシャフト
   と、上記シャフトの回転によって回転するカムと、上記
   カムの回転運動をリフタ介してシリンダ内を往復運動す
   るプランジャとを備え、燃料を加圧して自動車エンジン
   の燃料噴射弁に送給する燃料ポンプにおいて、上記カム
   と潤滑油を介して接触して摺動するリフタの摺動面に、
   窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の少なくとも一つ
   からなる硬化層と上記硬化層の表面に形成された硬化層
   より硬質の炭素系被膜とを有することを特徴とする燃料
   ポンプ。
5. 【請求項５】外部からの回転を伝達するシャフトと、上
   記シャフトの回転を揺動運動に変換する斜板と、上記斜
   板の揺動運動を、スリッパを介してシリンダ内の往復運
   動に変換するプランジャとを備えた燃料ポンプにおい
   て、上記スリッパは鉄系焼結材からなり、その表面に酸
   化物層が形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
6. 【請求項６】外部からの回転を伝達するシャフトと、上
   記シャフトの回転を揺動運動に変換する斜板と、上記斜
   板の揺動運動を、スリッパを介してシリンダ内の往復運
   動に変換するプランジャとを備えた燃料ポンプにおい
   て、上記スリッパは鉄系焼結材からなり、その表面に酸
   化物層が形成され、上記シリンダの内周面及び上記プラ
   ンジャの外周面に窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層
   のいずれか少なくとも一つの硬化層が形成されているこ
   とを特徴とする燃料ポンプ。
7. 【請求項７】外部からの回転を伝達するシャフトと、上
   記シャフトの回転を揺動運動に変換する斜板と、上記斜
   板の揺動運動を、スリッパを介してシリンダ内の往復運
   動に変換するプランジャとを備えた燃料ポンプにおい
   て、上記シリンダの内周面に窒化層，浸炭焼入れ層及び
   浸炭窒化層のいずれか少なくとも一つの硬化層と、上記
   プランジャの外周面に炭素膜又は金属化合物層とが形成
   されていることを特徴とする燃料ポンプ。
8. 【請求項８】外部からの回転を伝達するシャフトと、上
   記シャフトの回転を揺動運動に変換する斜板と、上記斜
   板の揺動運動を、スリッパを介してシリンダ内の往復運
   動に変換するプランジャとを備えた燃料ポンプにおい
   て、上記スリッパは鉄系焼結材からなり、その表面に酸
   化物層が形成され、上記シリンダの内周面に窒化層，浸
   炭焼入れ層及び浸炭窒化層のいずれか少なくとも一つの
   硬化層と、上記プランジャの外周面に炭素膜又は金属化
   合物層とが形成されていることを特徴とする燃料ポン
   プ。
9. 【請求項９】自動車エンジンの燃料噴射弁に燃料を加圧
   して送給する燃料ポンプにおいて、互いに接触し潤滑油
   あるいは燃料を介して摺動する一方の部材の摺動面とな
   る円筒内周面に窒化層，浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層の
   いずれか少なくとも一つの硬化層と、他方の部材の摺動
   面となる外周面に炭素膜又は金属化合物層とを有し、上
   記他方の部材の端面と摺動する他の部材が鉄系焼結材か
   らなり、その表面に酸化物層が形成されていることを特
   徴とする燃料ポンプ。
10. 【請求項１０】シリンダと、上記シリンダ内を往復運動
    するピストンと、燃料を上記シリンダ内に直接噴射する
    燃料噴射手段と、上記燃料噴射手段に上記燃料を送給す
    る燃料ポンプとを備えた筒内噴射式エンジンであって、
    上記燃料ポンプは請求項１〜９のいずれかに記載の燃料
    ポンプからなることを特徴とする筒内噴射式エンジン。
11. 【請求項１１】請求項１０において、上記燃料噴射手段
    は空燃比が４５以上であるリーンバーン制御において上
    記燃料を噴射することを特徴とする筒内噴射式エンジ
    ン。