JP3316155B2 - 分配型燃料噴射ポンプの燃料加圧用プランジャ - Google Patents

分配型燃料噴射ポンプの燃料加圧用プランジャ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内面カム式の分配
型燃料噴射ポンプに用いられる燃料加圧用プランジャに
関する。
【0002】
【従来の技術】内面カム式の分配型燃料噴射ポンプは、
ハウジング内において駆動シャフトと分配シャフトが同
軸をなして連結されている。分配シャフトの駆動シャフ
ト側の端部には径方向に延びる複数のスライド孔が形成
され、これらスライド孔にはプランジャが径方向スライ
ド可能に収容されている。この分配シャフトの端部を囲
むようにしてカムリングが配置されており、このカムリ
ングのカム作用で、分配シャフトの回転に伴い、一対の
プランジャが径方向,内方向に移動した時に、燃料が加
圧されて噴射ノズルへと圧送されるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記構成のポンプで
は、プランジャの直径をD,長さをLとした時、その比
D/Lを十分に小さくする必要がある。なぜなら、長さ
Lが短いほど、スライドの際のプランジャの傾きが大と
なり、直径Dが大きいほど傾き状態のプランジャに付与
される回動モーメントが大きくなり、その結果、プラン
ジャのエッジにおいて局所的に接触圧が高くなり、焼き
付き,摩耗が生じるからである。
【0004】しかし、D/Lを十分に小さくするために
は、カムリング内に配置されるプランジャを長くしなけ
ればならない。また、プランジャの径Dを小さくしなけ
ればならない。この径Dを小さくすると、必要な燃料の
圧送量を確保するためにプランジャの往復動ストローク
を長くせざるを得ない。上記のように、プランジャが長
くなり、プランジャのストロークが長くなる結果、この
プランジャを囲むカムリングが大径化し、ひいてはポン
プの大型化を招く。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、
(イ)ハウジングと、(ロ)上記ハウジングを貫通して
一端がハウジングの内部空間に臨むドライブシャフト
と、(ハ)ハウジング内において上記ドライブシャフト
と同軸をなして連結され、軸方向に沿って延びる主燃料
通路と、ドライブシャフト側に形成され上記主燃料通路
から径方向に延びる複数のスライド孔とを有する分配シ
ャフトと、(ニ)上記ハウジングに装着され、上記分配
シャフトの回転に伴い上記主燃料通路に順次選択的に連
通される複数のデリバリバルブと、(ホ)上記分配シャ
フトのスライド孔に径方向スライド可能に収容された複
数の燃料加圧用プランジャと、(ヘ)上記分配シャフト
を囲むようにして配置され、内周にカム面を有し、この
カム面のカム作用により、分配シャフトの回転に伴って
上記プランジャを径方向に往復動させるカムリングと、
を備えた分配型燃料噴射ポンプの上記プランジャにおい
て、少なくとも上記スライド孔の内周に摺接する円柱形
状のスライド部の外周面に、非晶質硬質炭素皮膜を形成
し、この非晶質硬質炭素皮膜が、窒素及び珪素を含有し
おり、上記スライド部の径をD,長さをLとした時、
D/Lが0.6〜1.0であることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。まず、分配型燃料噴射ポンプの概
要を、図1,図2を参照しながら説明する。図1に示す
ように、分配型燃料噴射ポンプは、ハウジング1を有し
ている。このハウジング1の図中左端部には、エンジン
から回転トルクを受ける駆動シャフト2が貫通されてお
り、駆動シャフト2の右端部がハウジング1の内部空間
3に臨んでいる。ハウジング1内にフィードポンプ4が
収容されており、このフィードポンプ4は駆動シャフト
2の回転によって駆動され、燃料を数気圧の圧力で内部
空間3に供給するようになっている。
【0007】上記ハウジング1内において、駆動シャフ
ト2の右端部には、駆動シャフト2と同軸をなす分配シ
ャフト5の左端部が連結されている。ハウジング1の右
端部には支持筒6が貫通固定されており、この支持筒6
に分配シャフト5の右端部が回転可能に支持されてい
る。分配シャフト5は、軸方向に延びる主燃料通路5a
を有している。また、分配シャフト5の外周面には、主
燃料通路5aの中途部に連なる吸引,スピル用のポート
5bと、主燃料通路5aの右端部に連なる分配用のポー
ト5cが、開口している。
【0008】上記分配シャフト5の左端部は大径をなし
ており、この左端部には、主燃料通路5aの左端から径
方向に延びる複数の断面円形のスライド孔5xと、この
スライド孔5xの径方向外端に連なり分配シャフト5の
外周面に開口する断面矩形の支持孔5yが形成されてい
る。
【0009】上記ハウジング1内において、分配シャフ
ト5の中途部の外周にはコントロールスリーブ7が装着
されている。上記吸引,スピル用のポート5bは、コン
トロールスリーブ7に塞がれており、分配シャフト5の
回転に伴って、コントロールスリーブ7に形成された斜
めに延びる孔(図示しない)を介してハウジング1の内
部空間3と連通したり、この内部空間3から遮断された
りする。このコントロールスリーブ7は、噴射量制御用
アクチュエータ8により軸方向に位置調節されるように
なっている。
【0010】上記ハウジング1の右端部には、複数のデ
リバリバルブ9(1つのみ示す)が取り付けられてい
る。これらデリバリバルブ9は、分配シャフト5の回転
に伴って上記分配ポート5cに順次1つずつ選択的に連
通するようになっている。
【0011】上記スライド孔5xには、プランジャ10
が、径方向スライド可能に収容されている。上記支持孔
5yには、シュー11が径方向スライド可能に収容され
ている。このシュー11には、円柱形状のローラ12が
回転可能に支持されている。
【0012】上記ハウジング1内には、分配シャフト5
の左端部を囲むようにして分配シャフト5と同軸をなす
カムリング15が配置されている。図2に良く示されて
いるように、このカムリング15の内周面にはカム面1
6が形成されている。このカム面16に上記ローラ12
が接するようになっている。カム面16は、径方向,内
方向への突出部16aと、後退部16bとを有してい
る。なお、このカムリング15は、噴射時期制御用アク
チュエータ17により、分配シャフト5の軸の回りに回
動調節されるようになっている。
【0013】上記構成の分配型燃料噴射ポンプにおい
て、駆動シャフト2が回転すると、これに追随して分配
シャフト5も回転する。この分配シャフト5の回転に伴
う遠心力で、プランジャ10,シュー11,ローラ12
は径方向,外方向に付勢され、プランジャ10の外端と
シュー11が接し、ローラ12とカムリング15のカム
面16が接する。
【0014】上記分配シャフト5の回転に伴い、ローラ
12の接触位置がカム面16の突出部16aから後退部
16bへ移行する過程で(プランジャ10が径方向外方
向へ移動する過程で)、分配シャフト5の吸引,スピル
用ポート5bがコントロールスリーブ7の遮蔽状態を外
れ、これによりハウジング1の内部空間3内の燃料が、
上記ポート5bを介して主燃料通路5aおよびスライド
孔5xへと吸引される。
【0015】上記ローラ12の接触位置がカム面16の
後退部16bから突出部16aへ移行する過程で、この
カム面16のカム作用により、ローラ12,シュー11
を介してプランジャ10が径方向,内方向へと押圧,移
動される。この過程の初期に、分配シャフト5の吸引,
スピル用ポート5bがコントロールスリーブ7によって
遮蔽され、これによりスライド孔5x内の高圧燃料が、
主燃料通路5aを介して、分配用ポート5cで選択され
たデリバリバルブ9へと圧送され、さらに、このデリバ
リバルブ9から、エンジンに装着された噴射ノズルへと
圧送され、エンジンへの燃料噴射が実行される。なお、
この過程の後半において、分配シャフト5の吸引,スピ
ル用ポート5bがコントロールスリーブ7の遮蔽状態を
外れるため、主燃料通路5a内の高圧燃料が吸引,スピ
ル用ポート5bを介して内部空間3へとスピルし、上記
燃料噴射が終了する。
【0016】次に、本発明の特徴部である、上記分配型
燃料噴射ポンプのプランジャ10について、図3を参照
しながら説明する。このプランジャ10は、SKH51
等の高速度工具鋼からなり、円柱形状のスライド部10
aと、その両端の突出部10bとを有している。スライ
ド部10aの直径をDとし、長さをLとした時、その比
D/Lは0.6〜1.0となっている。本実施形態では、
直径Dが9.5mm,長さLが12mmであり、D/L
は、0.79となっている。
【0017】上記D/Lは従来例に比べてはるかに大き
い。すなわち、従来例に比べて直径Dが大きく、長さL
が小さい。特に長さLが小さい。プランジャ10の長さ
Lを短くできるため、このプランジャ10を囲むカムリ
ング15の径を小さくでき、ひいてはポンプを径方向に
小型にすることができる。また、直径Dを大きくするこ
とにより、必要な燃料圧送量を得るためのプランジャ1
0のストロークを短くできるので、この点からもカムリ
ング15の径を小さくでき、ひいてはポンプを径方向に
小型にすることができる。
【0018】上記プランジャ10は、高圧燃料のリーク
を無くすために、非常に狭いクリアランスで分配シャフ
ト5のスライド孔5xに収容されており、両者の間に油
膜が殆ど形成されない。しかも高速で往復動するので、
摺動条件が苛酷である。したがって、上記のようにプラ
ンジャ10のD/Lを大きくすると、このような苛酷な
摺動条件では、プランジャ10のスライド部10aのエ
ッジ部に非常に高い接触圧が付与され、ここに焼き付
き,摩耗が生じてしまう。
【0019】しかし、本実施形態では、プランジャ10
のスライド部10aの外周面に、DLC皮膜(ダイヤモ
ンドライクカーボン皮膜,非晶質硬質炭素皮膜)を形成
したため、このような焼き付きや摩耗を防止することが
できる。このDLC皮膜は、炭素なので溶着を起こさ
ず、摩擦係数が低く、しかも高面圧に耐えることができ
るからである。本実施形態ではDLC皮膜は、母材との
密着性および摺動特性(低μ)をより一層高めるため
に、窒素,珪素を含有している。ここで窒素は15at
%以下であり、珪素は10〜35at%である。皮膜厚
さは、1μm以上とし、強度の面から5μm以上とする
のが望ましい。
【0020】上記DLCコーティングのプランジャ10
の焼き付き,摩耗の試験を、超仕上げのプランジャ、P
TFE分散Ni−Pメッキのプランジャととともに、行
った。試験条件は、下記の通りである。 プランジャスピード: 4m/sec 燃料 : 軽油(低硫黄) 温度 : 室温 クリアランス : 2μm (スライド孔とプランジャとの間) ポンプ回転数 : 2250rpm 試験時間 : 1000時間
【0021】試験結果は、図4に示す通りである。図4
において縦軸は表面状態を示し、Aは、焼き付き,摩
耗,剥離(なお、剥離は、上記メッキ,コーティングの
場合にのみ生じる可能性がある)のいずれも発生しない
状態を意味し、Bは、摩耗,一部剥離が生じた状態、C
は、焼き付き,大きな摩耗,剥離が生じた状態を意味す
る。すなわち、超仕上げの場合、D/Lが0.55以上
で焼き付き,大きな摩耗が生じており、PTFE分散N
i−Pメッキの場合、D/Lが0.6〜0.7で摩耗,
一部剥離が生じ、0.7以上で焼き付き,大きな摩耗,
剥離が生じている。これに対して、DLCコーティング
では、D/Lが1.0になっても、焼き付き,大きな摩
耗,剥離のいずれも発生しなかった。
【0022】上記試験結果に基づいて、本実施形態で
は、DLCコーティングによる利点を最大限享受するた
め、プランジャ10のD/Lを、他の表面処理やメッキ
等では摩耗や焼き付き等が生じる0.6以上にしたので
ある。なお、プランジャ10のD/Lは、分配型燃料噴
射ポンプの構造上の限界から1.0以下とした。
【0023】なお、DLC皮膜は、プランジャ10の突
出部10bに形成してもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、プランジャのスライド部の外周面に窒素及び珪
素を含有する非晶質硬質炭素皮膜を形成し、プランジャ
のD/Lを0.6〜1.0としたので、ポンプの小型化
を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の分配型燃料噴射ポンプの縦断面図であ
る。
【図2】図1においてIIーII線に沿う断面図である。
【図3】プランジャの拡大正面図である。
【図4】プランジャの摺動試験結果を示す図である。
【符号の説明】
1 ハウジング 2 駆動シャフト 3 ハウジングの内部空間 5 分配シャフト 5a 主燃料通路 5x スライド孔 9 デリバリバルブ 10 プランジャ 10a スライド部 15 カムリング 16 カム面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−54150(JP,A) 実開 昭62−193173(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 41/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(イ)ハウジングと、 (ロ)上記ハウジングを貫通して一端がハウジングの内
    部空間に臨むドライブシャフトと、 (ハ)ハウジング内において上記ドライブシャフトと同
    軸をなして連結され、軸方向に沿って延びる主燃料通路
    と、ドライブシャフト側に形成され上記主燃料通路から
    径方向に延びる複数のスライド孔とを有する分配シャフ
    トと、 (ニ)上記ハウジングに装着され、上記分配シャフトの
    回転に伴い上記主燃料通路に順次選択的に連通される複
    数のデリバリバルブと、 (ホ)上記分配シャフトのスライド孔に径方向スライド
    可能に収容された複数の燃料加圧用プランジャと、 (ヘ)上記分配シャフトを囲むようにして配置され、内
    周にカム面を有し、このカム面のカム作用により、分配
    シャフトの回転に伴って上記プランジャを径方向に往復
    動させるカムリングと、 を備えた分配型燃料噴射ポンプの上記プランジャにおい
    て、 少なくとも上記スライド孔の内周に摺接する円柱形状の
    スライド部の外周面に、非晶質硬質炭素皮膜を形成し、
    この非晶質硬質炭素皮膜が、窒素及び珪素を含有して
    り、上記スライド部の径をD,長さをLとした時、D/
    Lが0.6〜1.0であることを特徴とする分配型燃料
    噴射ポンプの燃料加圧用プランジャ。
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US6715693B1 (en) 2000-02-15 2004-04-06 Caterpillar Inc Thin film coating for fuel injector components
KR100936724B1 (ko) * 2008-01-16 2010-01-14 (주)모토닉 인-탱크 펌프

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