JP2006118380A - 液体用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 リフタが容易に回転することが可能な液体用ポンプを提供する。
【解決手段】 液体用ポンプとしての高圧燃料ポンプ１は、燃料１５０を溜める内部空間５２０を有する本体５０２と、内部空間５２０に嵌まり合い、往復運動をすることで内部空間５２０の燃料１５０を圧送するプランジャ５０３と、プランジャ５０３と接触する中央領域５４４と、プランジャ５０３から離隔する外周領域５４５とを有し、外面５４２がポンプ用カム４によって押圧されることで内面５４１に接触するプランジャ５０３を往復運動させることが可能なリフタ５０４と、リフタ５０４の中央領域５４４においてリフタ５０４の内面５４１と接触し、リフタ５０４の外周領域５４１においてリフタ５０４の内面５４１と離隔するプレート５０５と、本体５０２とプレート５０５との間に介在してプレート５０５を本体５０２から遠ざかる方向に付勢するスプリング５０６とを備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は液体用ポンプに関し、特に、自動車用の燃料を圧送するための高圧ポンプに関するものである。

従来液体用ポンプは、たとえば特開２００２−３１０１７号公報（特許文献１）および発明協会公開技報公技番号２００３−５０２９１６号（非特許文献１）に開示されている。
特開２００２−３１０１７号公報 発明協会公開技報公技番号２００３−５０２９１６号

特許文献１では、リフタの偏摩耗防止のため、リフタを回転させなければならない課題が開示している。

非特許文献１では、プランジャの偏摩耗防止のため、プランジャ首部とプレートの間に軸方向のクリアランスを設けるとともに、コイルスプリングの捩れ力によりプランジャを回転させる技術が開示されている。

従来の高圧ポンプではリフタが回転しにくい構造となっていたため、耐摩耗性確保のため高価な材料や高価な表面処理が必要であった。その原因として、プランジャ型高圧ガソリンポンプは従来カムで駆動されており、吐出量を確保するためカム１回転で複数回駆動するように２つの山または３つの山のカムが用いられている。このため、従来動弁系ではベース縁部で接触を開放し、これにより慣性でリフタは回転していた。高圧ポンプではベース縁でも接触する設計をとらざるを得なくなり、動弁系に比較してリフタが回転しにくいという問題があった。

さらに、プランジャの首部とプレートのクリアランス確保のため、リフタ底面とプレートばね受け部が接触構造をとっており、回転が困難であった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、リフタが回転することが可能な液体用ポンプを提供することを目的とする。

この発明に従った液体用ポンプは、液体を溜める内部空間を有する本体と、内部空間に嵌まり合い、往復運動をすることで内部空間の液体を圧送するプランジャと、プランジャと接触する中央領域と、プランジャから離隔する外周領域とを有し、外面が押圧部材によって押圧されることで内面に接触するプランジャを往復運動させることが可能なリフタと、リフタの中央領域においてリフタの内面と接触し、リフタの外周領域においてリフタの内面と離隔する中間部材と、本体と中間部材との間に介在して中間部材を本体から遠ざかる方向に付勢する付勢部材とを備える。

このように構成された液体用ポンプでは、中間部材は、リフタの中央領域においてリフタの内面と接触し、リフタの外周領域においてリフタの内面と離隔するため、リフタ外周領域に負荷がかからず、リフタを中間部材およびプランジャに対して回転させることが容易となる。その結果リフタが回転しやすい構造の液体用ポンプを提供することができる。

より好ましくは、リフタの中央領域の内面は凸形状であって、プランジャおよび中間部材と接触する。この場合、リフタの中央領域の内面が凸形状であり、この凸部分とプランジャとの接触を確実に図ることができる。

より好ましくは、リフタはプランジャを回転軸として回転することが可能であり、リフタの外面に押圧部材が接触して回転するとリフタも回転する。

この発明に従えば、リフタの回転が容易となり、リフタの摩耗を防止することができる液体用ポンプを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照番号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明に従った高圧燃料ポンプを有するエンジンの断面図である。図１を参照して、この発明に従った燃料ポンプの駆動構造では、ヘッドカバー２に燃料ポンプ（液体用ポンプ）としての高圧燃料ポンプ１が取付けられている。ヘッドカバー２はシリンダヘッド３に固定されており、シリンダヘッド３に設けられるカムなどの部材を覆う役割を果たす。シリンダヘッド３では、燃焼室近傍にエンジンバルブ６１，６２が設けられる。エンジンバルブ６１はインテークバルブであり、エンジンバルブ６２はエキゾーストバルブである。エンジンバルブ６１，６２はバルブスプリング１１により押し上げられており、この押上げ力はバルブ用ロッカアーム９を介してハイドロラッシュアジャスタ１０へ伝えられる。また押上げ力はバルブ用カム１２１，１２２へ伝えられる。バルブ用カム１２１，１２２はそれぞれカムシャフト５７，５８に取付けられており、カムシャフト５７，５８とともに回転する。バルブ用カム１２１，１２２はそれぞれローラ１４と接触しており、ローラ１４はバルブ用カム１２１，１２２が回転することで、バルブ用カム１２１，１２２の回転方向と逆方向に回転する。これにより摩擦を低減する。バルブ用カム１２１，１２２の山部分がローラ１４と接触することでローラ１４がバルブ用ロッカアーム９を介してエンジンバルブ６１，６２を押下げるように動作をする。

次に、高圧燃料ポンプ１の働きについて説明する。この発明に従った高圧燃料ポンプ１は筒内直接噴射方式で用いられ、燃料タンク内の燃料ポンプから送られた燃料がヘッドカバー２に取付けられた高圧燃料ポンプ１へ送られ、運転状態に応じて燃料が高圧燃料ポンプ１で昇圧されて高圧燃料インジェクタへ送られる。燃料インジェクタへ送られた燃料は筒内（燃焼室内）に噴射された後、点火されることで爆発する。

高圧燃料ポンプ１のリフタ５０４を押圧することで燃料が昇圧される。リフタ５０４を昇圧する機構がポンプ用カム４である。ポンプ用カム４はエキゾースト側のカムシャフト５８に取付けられる。カムシャフト５８およびバルブ用カム１２２と共にポンプ用カム４が回転する。ポンプ用カム４には３つの山が設けられているが、ポンプ用カム４の山の数はこれに限定されるものではなく、３つ以上または３つ以下の山が設けられていてもよい。

ポンプ用カム４が回転してポンプ用カム４の山部分がリフタ５０４に近づくと、リフタ５０４が押上げられる。この押上げ力により、燃料が昇圧される。

図２は、図１で示す高圧燃料ポンプの断面図である。図２を参照して、高圧燃料ポンプ１は液体としての燃料１５０を溜める内部空間５２０を有する本体５０２と、内部空間５２０に嵌まり合い、往復運動をすることで内部空間５２０の燃料１５０を圧送するプランジャ５０３と、プランジャ５０３と接触する中央領域５４４と、プランジャ５０３から離隔する外周領域５４５とを有し、外面５４２が押圧部材としてのポンプ用カム４によって押圧されることで内面５４１に接触するプランジャ５０３を往復運動させることが可能なリフタ５０４と、リフタ５０４の中央領域５４４においてリフタ５０４の内面５４１と接触し、リフタ５０４の外周領域５４５においてリフタ５０４の内面５４１と離隔する中間部材としてのプレート５０５と、本体５０２とプレート５０５との間に介在してプレート５０５を本体５０２から遠ざかる方向に付勢する付勢部材としてのスプリング５０６とを備える。

リフタ５０４の中央領域５４４の内面５４１は凸形状５４７であってプランジャ５０３および中間部材としてのプレート５０５と接触する。

リフタ５０４はプランジャ５０３を回転軸として回転することが可能であり、リフタ５０４の外面５４２にポンプ用カム４が接触して回転するとリフタ５０４も回転する。

本体５０２は筐体として作用し、その内部空間５２０には燃料１５０が溜められる。燃料１５０はこの実施の形態ではガソリンである例を示すが、これに限られるものではなく、軽油、灯油、重油などのさまざまな燃料を用いることが可能である。燃料１５０はピストンとしてのプランジャ５０３により圧送される。プランジャ５０３は内部空間５２０に嵌まり合い、内部空間５２０の体積を変更させることが可能である。これにより、プランジャ５０３が燃料１５０を押出すことが可能である。

プランジャ５３０にはオイルシール５０８が設けられている。オイルシール５０８により液体の漏れを防止することが可能となる。

プランジャ５０３の先端部はリフタ５０４の中央領域５４４と接触している。プランジャ５０３は、リフタ５０４の凸形状５４７と接触しており、プランジャ５０３を中心としてリフタ５０４が回転可能な形状となっている。プランジャ５０３は円柱形状であり、リフタ５０４の回転軸となる。リフタ５０４は円筒形状であり、中央領域５４４において内面５４１が盛り上がった形状となっている。この盛り上がり部分においてプランジャ５０３およびプレート５０５と接触する。リフタ５０４は底を有する円筒状であり、プランジャ５０３を取囲むように設けられる。プランジャ５０３の外周には、スプリングにより応力を受けるためのプレート５０５が配置される。プレート５０５は中央領域５４４でリフタ５０４の内面５４１と接触しているが、外周領域５４５ではリフタ５０４の内面５４１と接触していない。中央領域５４４は円状、外周領域５４５はドーナツ状である。プレート５０５と本体５０２とに接触するようにコイルばねにより構成されるスプリング５０６が配置される。スプリング５０６はプレート５０５をポンプ用カム４に近づくように押圧する。これにより、ポンプ用カム４とリフタ５０４との接触が保たれる。

図３から図５は、高圧燃料ポンプの駆動方法を説明するための図である。図３を参照して、高圧燃料ポンプ１は燃料の入口としてのポンプ入口１９と、燃料の逆流を防止する電磁スピル弁１８と、燃料を昇圧（加圧）するためのプランジャ５０３および高圧燃料を吐出するチェックバルブ１６とを有する。ポンプ入口１９からプランジャ５０３およびチェックバルブ１６へ連なるように燃料経路が構成されている。プランジャ５０３が上下動することにより燃料を加圧することが可能な構造とされている。図３で示す吸入時には、ポンプ用カム４の山部分から平坦な部分がリフタ５０４と接触する。これにより、リフタ５０４およびプランジャ５０３が下降してプランジャ５０３に向かって燃料が吸い込まれる。

図４を参照して、ポンプ用カム４の平坦部分がリフタ５０４と接触している場合には、リフタ５０４が最も押下げられた位置となり、これに伴い、プランジャ５０３も最も押下げられた状態となる。この状態で、プランジャ５０３による燃料１５０の吸入量は最大となる。

図５を参照して、図４で示す位置からさらにポンプ用カム４が回転すると、ポンプ用カム４とリフタ５０４との接触部分がポンプ用カム４の山部分に近づく。これにより、リフタ５０４が押上げられるとともに、プランジャ５０３も押上げられる。このとき、燃料１５０が高圧となる。また、昇圧時には、電磁スピル弁１８は閉じられており、ポンプ入口１９側へ燃料１５０が逆流することはない。燃料１５０の圧力が所定の圧力を越えると、チェックバルブ１６から燃料１５０が吐出される。吐出された燃料はデリバリパイプを通じてインジェクタへ送られた後、燃焼室で噴射される。

以上が高圧燃料ポンプ１の基本動作であるが、電磁スピル弁１８を閉じるタイミングについては、適宜変更することが可能である。すなわち、加圧工程中の最適なタイミングで電磁スピル弁１８を閉じることにより、必要な燃料圧力および燃料量に制御することが可能となる。早いタイミングで電磁スピル弁１８を閉じた場合には、プランジャ５０３の有効ストローク長が長くなり、燃料をより多く加圧することができる。デリバリパイプに設定した燃圧センサにより燃圧を検出し、狙いの値になるようにエンジンコントロールコンピュータを用いて電磁スピル弁１８の閉じるタイミングを設定することが可能となる。

また、吐出される高圧燃料の圧力は運転状態に応じて変更することが可能となる。これにより、フリクションロスの低減を図ることができる。

図６は、リフタの回転を説明するための図である。図６（Ａ）中の矢印ＶＩＢで示す方向から見たリフタを図６（Ｂ）で示す。図６の（Ａ）および（Ｂ）を参照して、ポンプ用カム４とリフタ５０４中心とにオフセットが付けられているため、リフタ５０４の底面においてポンプ用カム４が接触して回転する。これに伴い、リフタ５０４も回転するため、リフタ５０４が回転しない場合に比べて、リフタ５０４とポンプ用カム４との摩擦抵抗を低減させることが可能となる。リフタ５０４はプランジャ５０３を中心として回転する。

図７は、傾斜したプランジャを示す図である。運転時に、プランジャ５０３に横方向の力がかかり、図２で示す位置に比べてプランジャ５０３が傾斜する場合がある。プランジャ５０３とプレート５０５との間にクリアランスＢ，Ｃを設け、プランジャ５０３と本体５０２との間の過大な応力を低減することができる。

リフタ５０４とプレート５０５の接触を、リフタ５０４の中央領域５４４のみとし、外周領域５４５においては、プレート５０５とリフタ５０４の内面５４１との間にクリアランスＡを確保する。これにより、プレート５０５によるリフタ５０４の拘束力を低減する。

リフタ５０４の中央領域５４４に凸形状５４７を設け、プレート５０５を富士山型とすることにより、プランジャ５０３の本体５０２からの吐出量を低減させる。これによりモーメントを低減することにより、プランジャ５０３と本体５０２間の応力を低減する。かつ、スプリング５０６のセット長を確保しスプリング５０６の設計の自由度を向上させることができる。

図８は、本発明品と従来品におけるカム軸回転数とリフタ回転数との関係を示すグラフである。本発明品では、従来品に比べてリフタ回転数が向上していることがわかる。これは、リフタ５０４の回転抵抗が低減されていることによる。

以上のような本発明では、プランジャ型の高圧ガソリンポンプとしての高圧燃料ポンプ１をポンプ用カム４で駆動する場合において、リフタ５０４の回転性を向上させるため、プレート５０５とリフタ５０４の接触部を中央領域５４４に集中させている。これにより、ブレーキ力を低減する。さらに、ブレーキ力が低減されることでリフタ５０４が回転しやすくなり、耐摩耗性が向上し、ポンプ駆動部の信頼性を向上させることができる。また、プランジャ５０３と本体５０２の摺動部に大きな横力が働かないように、プランジャ５０３とプレート５０５との間にクリアランスＢ，Ｃを設け、プランジャ５０３が燃料を圧縮する間はプランジャ５０３がプレート５０５と接触しない構造とする。さらに、リフタ５０４が回転しやすいようにプレート５０５によるブレーキ力を低減させるため、外周領域５４５においてリフタ５０４とプレート５０５との間にクリアランスＡを設ける。これを実施するために、たとえばリフタ５０４の中央領域５４４に凸形状５４７を設ける。この構造とすることで、リフタ５０４の外周部の摩耗を防止でき、リフタ５０４とポンプ用カム４との摺動部により安価な材料または表面処理を用いることができる。

さらに、リフタ５０４の中央領域５４４を突起形状とし、プレート５０５を富士山型にすることで、プランジャ５０３の突き出し量を短くし、横力を低減できる。その結果、スプリングのセット長を確保し、設計の自由度を確保した構造を採用することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。

まず、エンジンバルブ６１，６２を駆動するためにバルブ用ロッカアーム９を設けたが、このバルブ用ロッカアーム９を設けずに、バルブ用カム１２１，１２２がロッカアームを介さず直接エンジンバルブ６１，６２を押下げてもよい。

この実施の形態では、エキゾースト側のカムシャフト５８にポンプ用カム４を設けたが、これに限定されるものではなく、インテーク側のカムシャフト５７にポンプ用カム４を設けてもよい。

この実施の形態では、２本のカムシャフト５７，５８を有する、いわゆるダブルオーバヘッド型のエンジンを示したが、これに限定されるものではなく、１本のカムシャフトにより構成されるオーバヘッドカム型のエンジンに本発明を適用してもよい。さらに、オーバヘッドバルブ型のエンジンに本発明を適用することも可能である。

また、エンジンの型式として、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまなエンジンに本発明を適用することが可能である。

さらに、車両に搭載されるエンジンだけでなく、発電機などのエンジンに本発明を適用することも可能である。また、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれの燃料ポンプにも本発明を適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、高圧燃料ポンプを有するエンジンの分野で利用することが可能である。

この発明に従った高圧燃料ポンプを有するエンジンの断面図である。 図１で示す高圧燃料ポンプの断面図である。 高圧燃料ポンプの駆動方法を説明するための図である。 高圧燃料ポンプの駆動方法を説明するための図である。 高圧燃料ポンプの駆動方法を説明するための図である。 リフタの回転を説明するための図である。 傾斜したプランジャを示す図である。 本発明品と従来品におけるカム軸回転数とリフタ回転数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 高圧燃料ポンプ、２ ヘッドカバー、３ シリンダヘッド、４ ポンプ用カム、１５０ 燃料、５０２ 本体、５０３ プランジャ、５０４ リフタ、５０５ プレート、５０６ スプリング、５２０ 内部空間、５４１ 内面、５４２ 外面、５４４ 中央領域、５４５ 外周領域、５４７ 凸形状。

Claims (3)

1. 液体を溜める内部空間を有する本体と、
   前記内部空間に嵌まり合い、往復運動をすることで前記内部空間の液体を圧送するプランジャと、
   前記プランジャと接触する中央領域と、前記プランジャから離隔する外周領域とを有し、外面が押圧部材によって押圧されることで内面に接触する前記プランジャを往復運動させることが可能なリフタと、
   前記リフタの中央領域において前記リフタの内面と接触し、前記リフタの外周領域において前記リフタの内面と離隔する中間部材と、
   前記本体と前記中間部材との間に介在して前記中間部材を前記本体から遠ざかる方向に付勢する付勢部材とを備えた、液体用ポンプ。
2. 前記リフタの中央領域の内面は凸形状であって前記プランジャおよび前記中間部材と接触する、請求項１に記載の液体用ポンプ。
3. 前記リフタは前記プランジャを回転軸として回転することが可能であり、
   前記リフタの外面に押圧部材が接触して回転すると前記リフタも回転する、請求項１または２に記載の液体用ポンプ。

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