JPH09250447A - 流体供給ポンプ及び燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低粘度流体を作動流体として使用できる一流体
構造の燃料供給ポンプを提供する。 【解決手段】斜軸１と、該斜軸１とシリンダ３を連結さ
せ斜軸１の回転をシリンダ３に伝える継手５と、回転に
より複数のピストン７を往復運動させるシリンダ３と、
斜軸１とシリンダ３との間に設けられかつシリンダ３と
が回転することにより往復運動する複数のピストン３と
を有する駆動部で構成されたポンプに、シリンダ３の回
転中心軸と同一中心軸上でかつシリンダ３の反斜軸側
に、所定の容量の流体の吸入，吐出を制御するピントル
弁２２を設け、ピントル弁２２の外周に、シリンダ３と
連通するピントル弁溝２４，３０を設けると共に、ピン
トル弁溝２４，３０と連通しピントル弁溝２４，３０か
ら斜軸側へ所定の距離離れかつピントル弁溝２４，３０
に対し平行なバランス溝３２，３４を設けることを特徴
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、ガソリン自動車用
における、エンジン気筒内直接燃料噴射用の低粘度燃料
を供給する燃料供給ポンプの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射用の燃料を供給する燃料供給ポ
ンプ（燃料噴射ポンプ）としては、既にディーゼル用軽
油燃料噴射ポンプが実用化されてはいるが、この燃料供
給ポンプで供給する軽油の粘度は、ガソリンの５倍もあ
り、低粘度燃料を供給する燃料供給ポンプではない。

【０００３】一方、低粘度のガソリン対応の燃料供給ポ
ンプとしては、特開平４−２０９９８１号公報に記載さ
れているように、駆動部及びピストン往復動部には粘度
の高いオイルを満たして潤滑を行うと共にピストン洩れ
量を抑え、更にピストンとシリンダ間にべローズを架設
し、べローズでオイルとガソリンを区画し、ピストンの
往復動によるべローズ伸縮で、ガソリンの吸入、吐出を
行う二流体式ポンプが提案されている。

【０００４】また、油圧ポンプとしては、米国特許第５
１２９７９７号の明細書及び図面に記載されているよう
に、等速継手とピストンリングを有する斜軸ポンプが提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平４−２０９９８１号公報に記載されている技術は、
低粘度のガソリン対応のために二流体構造を取ってお
り、そのためにベローズ及びダイアフラムが必要であ
り、構造的では下記の問題を抱えていた。

【０００６】１．ベローズの強度に限界が有り、特にべ
ローズ自身を直接駆動させることが難しかった。（べロ
ーズ強度を抑えて規定ストロークを得るには、べローズ
の長さを長くし山の数を多くする必要があり、スペース
上で問題があった。） ２．同様にダイアフラム強度に対する吐き出し量を得る
には、ダイアフラム径を大きくする必要があり、やはり
ポンプスペースの問題があった。

【０００７】３．ベローズやダイアフラム内のオイル内
に気泡があると、プランジャが規定ストローク運動して
もべローズ自身には、必要なガソリン吐き出し量に相当
するストロークを与えられず性能がでない問題があっ
た。（初期状態でオイル内気泡を取り除いても、ポンプ
作動による摺動部の発熱によるオイル温度上昇で気泡が
発生してしまう問題があった。） また、上記米国特許第５１２９７９７号の明細書及び図
面に記載されている技術は、オイルの粘度、耐焼付き性
を前提に設計されているため、ガソリン用一流体に対応
するには下記の問題があった。

【０００８】１．液圧発生反力のスラスト力を弁板弁で
支持することは焼付きを発生させる恐れがあった。

【０００９】２．また、駆動部に発生する摺動抵抗を抑
える必要があった。

【００１０】３．ピストンのシール性の問題からピスト
ンリングを必要であり、また、ピストンとシリンダボア
間にピストンサイドフォースを直接支持する構造では、
ピストン自身の焼き付の問題があり、斜軸タイプの場合
は、等速継手を使ったシリンダ回転構造にする必要があ
った。

【００１１】本発明の目的は、上記問題を解決すべく、
低粘度流体を作動流体として使用できる一流体構造の流
体供給ポンプ及び燃料供給ポンプを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転軸となる斜軸と、該斜軸とシリンダ
を連結させ前記斜軸の回転をシリンダに伝える継手と、
回転により複数のピストンを往復運動させるシリンダ
と、前記斜軸とシリンダとの間に設けられかつ前記斜軸
と前記シリンダとが回転することにより前記シリンダの
軸方向に往復運動する複数のピストンとを有する駆動部
で構成され、前記ピストンが往復運動することにより、
所定の容量の流体を、ポンプ外から該ポンプ内の前記シ
リンダを介して吸入すると共に前記ポンプ外に吐出し、
外部機器に供給する流体供給ポンプにおいて、前記シリ
ンダの回転中心軸と同一中心軸上でかつ前記シリンダの
反斜軸側に、前記所定の容量の流体の吸入，吐出を制御
するピントル弁を設け、前記ピントル弁の外周に、前記
シリンダと連通するピントル弁溝を設けると共に、前記
ピントル弁溝と連通し前記ピントル弁溝から斜軸側へ所
定の距離離れかつ前記ピントル弁溝に対して平行なバラ
ンス溝を設けることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の他の特徴は、回転軸となる
斜軸と、該斜軸とシリンダを連結させ前記斜軸の回転を
シリンダに伝える継手と、回転により複数のピストンを
往復運動させるシリンダと、前記斜軸とシリンダとの間
に設けられかつ前記斜軸と前記シリンダとが回転するこ
とにより前記シリンダの軸方向に往復運動する複数のピ
ストンとを有する駆動部で構成され、前記ピストンが往
復運動することにより、所定の容量の燃料流体を、ポン
プ外から該ポンプ内の前記シリンダを介して吸入すると
共に前記ポンプ外に吐出し、エンジン機器に供給する燃
料供給ポンプにおいて、前記シリンダの回転中心軸と同
一中心軸上でかつ前記シリンダの反斜軸側に、前記所定
の容量の燃料流体の吸入，吐出を制御するピントル弁を
設け、前記ピントル弁の外周に、前記シリンダと連通す
るピントル弁溝を設けると共に、前記ピントル弁溝と連
通し前記ピントル弁溝から斜軸側へ所定の距離離れかつ
前記ピントル弁溝に対して平行なバランス溝を設けるこ
とにある。

【００１４】本発明によれば、所定の容量の流体の吸
入，吐出を制御するピントル弁を、シリンダの回転中心
軸と同一中心軸上でかつ前記シリンダの反斜軸側に設け
る。ピントル弁の外周に、ピントル弁溝をシリンダと連
通するように設ける。それと共に、バランス溝を、ピン
トル弁溝から斜軸側へ所定の距離離れかつピントル弁溝
と平行に設け、ピントル弁溝と連通させる。

【００１５】これにより、ポンプ構造を一流体構造とす
ることできるので、ポンプを小形にすることができる。

【００１６】また、駆動部を包含するクランク室内を作
動流体吸入通路の一部をなすように構成することによ
り、駆動部の摺動熱を作動流体で奪い焼付きを防止する
ことができる。また、各摺動部とクランク室の作動流体
充満部と連通する通路及び摺動部とクランク室の作動流
体充満部が、直接接触するように構成することにより、
焼付き防止を更に効果的にすることができる。

【００１７】さらに、弁構造にバランス溝を設けたピン
トル弁を用い、かつ軸受にころがり軸受を用い、そして
ポンプ構造を等速継手を使ったシリンダ回転構造とする
ことで、摺動抵抗を少なくすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る燃
料供給ポンプを、図を用いて説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例に係る燃料供給
ポンプの全体構造の断面を示す。駆動軸は斜軸１からな
り、シリンダ３は等速継手５により連結されており、ポ
ンプとしての必要容量を吸入、吐出するようにピストン
７が往復運動する。本実施例ではピストン７の本数は６
本で構成されているが３本以上であれば幾つでも良い。
ピストン７のストローク量は、斜軸１とシリンダ３の回
転軸に対する傾き角で規定されている。ピストン７の一
端は球面部を有し、この球面部が斜軸１に設けられた球
面部に勘合している。

【００２０】シリンダボア３ａとピストン７で構成され
たポンプ室で発生する液圧の反力は、ピストンサポート
５２、スラスト転がり軸受９ａを介して斜軸１に伝達さ
れる構造となっている。斜軸１に伝えられた液圧反力
は、固定部材の斜板１０に伝達されハウジング１２で支
持するように構成されている。

【００２１】一方、シリンダ３側に作用した液圧反力
は、シリンダ３に伝達され、シリンダ３とリヤカバ１４
との間に設けられたスラスト転がり軸受９ｂで支持され
る構造になっている。このように支持された液圧反力
を、ハウジング１２とリアカバー１４を４本のボルト５
０で固定することでポンプとしての力の釣合いを取って
いる。

【００２２】このように、駆動部の摺動部は、できるだ
け転がり軸受を利用すると共に荷重自身を低減できる構
造にしている。また、アキシャルポンプを前提にしてい
るので、駆動トルクの反力を低減できる斜軸ポンプを選
定し、同時に発生荷重の内で最も大きい影響を与える液
圧反力のスラスト力を支持するために、斜軸のスラスト
支持及びシリンダのスラスト支持に転がり軸受を設ける
構造にしている。

【００２３】また、ピストンサポート５２がシリンダ３
側への移動するのを防止のために、シリンダ３の中心に
はスプリング５３とセンタオサエ５１を設けて、ピスト
ンサポート５２を常に斜軸１側へ押している構造にして
いる。

【００２４】図２は、図１のＩ−Ｉ断面を示す。リヤカ
バ１４には、吸入口１６、吐出口１８を設けてあり、吸
入口１６は、ハウジング１２内に形成したクランク室２
０に通路４を介して連通しており、更に、シリンダ３の
中央でリヤカバ１４のスラスト軸受面に対し垂直に伸び
かつシリンダ３の回転軸と同軸のピントル弁２２へ連通
している。

【００２５】図３は、図１のII−II断面を示す。ピント
ル弁２２には、第一の吸入圧溝２４を設けると共に、第
一の吸入圧溝２４への連通路２２ａを設け、更に第一の
吐出圧溝３０からリヤカバ１４の吐出口１８への連通路
６０を設けている。

【００２６】図４は、図１のIII−III断面を示す。クラ
ンク室２０からシリンダボア３ａ内へ作動液を吸入する
連通路２２ａへの連通路２５をシリンダ３に設けている
構造を示している。このように連通路を設ける構造とす
るのは、クランク室２０内の摺動部で発生した熱を作動
流体で吸収しポンプ外に放出する目的のためである。

【００２７】したがって、各摺動部とクランク室２０と
を連通することは重要であり、図５は、斜軸１の摺動部
とクランク室２０との連通路の一例を示す。斜板１０に
は、クランク室２０内の作動流体の斜軸１からの洩れ防
止に設けたシャフトシール２６へ連通路１０ａを設け、
更にシャフトシール２６とクランク室２０とは、ラジア
ルころ軸受２８ａ，２８ｂとスラスト転がり軸受９ａと
のコロ間を通じて連通されている。

【００２８】この経路により、スラスト軸受９ａの回転
に伴う遠心力で作動流体はクランク室２０内のハウジン
グ１２の内壁面側に飛び出し、このために内壁面側の圧
力は高くなり、この圧力の高い部分に、連通路１０ａを
開放することで、実線矢印で示す作動流体の摺動部循環
系が成立する。ここで、斜軸１の傾き角度が、１０°以
下の小さな場合には、ラジアル軸受に転がり軸受を使用
せずに、滑り軸受を使用することができる。この場合
は、ラジアル軸受使用と同様に、作動流体の摺動部循環
の効果を期待できる。

【００２９】また、上記と同じ遠心力により、作動流体
は、破線矢印で示すように、等速継手５のボール外径部
５ａと軸部５ｂの摺動部の潤滑も行う。

【００３０】図６は、図１のピントル弁２２の拡大構成
を示す。図６に示すように、ピントル弁２２の外周に
は、作動流体をシリンダボア３ａとピストン７で構成さ
れたポンプ室に吸入する溝とポンプ室から吐出する溝と
が設けられている。図７、図８に溝の断面形状を示す。

【００３１】図７は、図６のＡ−Ａ断面を示す。Ａ−Ａ
断面部には、ピントル弁溝である第一の吸入圧溝２４及
び第一の吐出圧溝３０が設けられている。第一の吸入圧
溝２４は開始点から終了点で構成され、第一の吐出
圧溝３０は、始点から終了点で構成されている。

【００３２】図８は、図６のＢ−Ｂ断面を示す。図７の
Ａ−Ａ断面部と平行であり、斜軸１側に近いＢ−Ｂ断面
部には、第一の吸入圧溝２４に連通する同圧の第二の吸
入圧溝３２及び第一の吐出圧溝３０に連通する同圧の第
二の吐出圧溝３４からなるバランス溝が設けられてい
る。第二の吸入圧溝３２は開始点(3)から終了点(4)で構
成され、第二の吐出圧溝３４は開始点(1)から終了点(2)
で構成されている。

【００３３】第一の吸入圧溝２４の開始点から終了点
を結んだ直線距離Ｌｓ１と溝幅Ｂｓ１と吸入圧の掛け
算からなるラジアル力Ｆｓ１と第一の吐出圧溝３０の開
始点から終了点を結んだ直線距離Ｌｄ１と溝幅Ｂｄ
１と吐出圧の掛け算からなるラジアル力Ｆｄ１とのベク
トル合成力と、第二の吸入圧溝３２の開始点(3)から終
了点(4)を結んだ直線距離を同じく設定し吸入圧による
各溝からのラジアル力をバランスさせ、シリンダへのラ
ジアル力の発生を押える構造にしている。

【００３４】同様に、第一の吐出圧溝３０の開始点か
ら終了点を結んだ直線距離と第二の吐出圧溝３４の開
始点(1)から終了点(2)を結んだ直線距離を同じく設定
し、吐出圧による各溝からのラジアル力をバランスさ
せ、シリンダへのラジアル力の発生を押える構造にして
いる。

【００３５】また、ピントル弁２２のＢ−Ｂ断面部の第
一の吸入圧溝２４と第一の吐出圧溝３０の反斜軸側、及
びＡ−Ａ断面部の第二の吸入圧３２と第二の吐出圧溝３
４の斜軸側、同時にＢ−Ｂ断面部溝（第一の吸入圧溝２
４、第一の吐出圧溝３０）とＡ−Ａ断面部溝（第二の吸
入圧溝３２、第二の吐出圧溝３４）の間に、それぞれシ
リンダ３との円周隙間をシールするシールリング３５を
設け、ピントル弁外周部での漏れ量を低減している。

【００３６】図９は、ピントル弁回りのシリンダに作用
する力関係を示す。ラジアル方向にかかる力Ｆｐは、軸
方向に距離Ｌずらしてバランス溝を設けることでＦｐに
よるモーメントＭ２（Ｆｐ×Ｌ）が発生し、このモーメ
ントＭ２は、各シリンダボア３ａ内に発生するピストン
液圧合力ＦｌによるモーメントＭ１（Ｆｌ×Ｒ）とキャ
ンセルする方向になり、これによりスラスト軸受に作用
する反力Ｆｔは、Ｆｌに対しＦｐ×Ｌ／Ｒ分小さくな
り、その分摺動抵抗を少なくすることができる。

【００３７】すなわち、ピストン液圧合力（スラスト合
力）がシリンダ軸芯から吐き出し側の偏心した位置に作
用するので、シリンダのピストン上死点とピストン上死
点を結ぶ軸線に対しモーメント力Ｍ１が作用する。この
モーメント力Ｍ１に対抗するように、ピントル弁とピン
トル弁溝に作用する液圧をバランスさせるためのバラン
ス溝をピントル弁の外周に設ける。

【００３８】このバランス溝は、シリンダ中央部間のラ
ジアル力もバランスさせ、かつピントル弁溝に対抗する
圧力関係となるように溝投影面積をピントル弁溝と同じ
にし、ピントル弁溝に平行し所定の距離離れた位置に設
けられている。このバランス溝に液圧がかかると、モー
メント力Ｍ１に対抗する方向のモーメントＭ２が発生
し、ピストン液圧合力（スラスト合力）は、モーメント
Ｍ２に相当する分だけ低減出来る。

【００３９】これにより、液圧反力によるシリンダの反
駆動軸側のリアカバとの間のピストン液圧合力（スラス
ト合力）の作用を低減することができる。

【００４０】また本実施例では、斜軸１とシリンダ３と
を等速継手５で連結しているため、ポンプの振動騒音を
低く抑えることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、ポンプ構造を一流体構
造とすることで、ベローズ及びダイアフラムなどが不要
となり、ポンプを小形にすることができる。また、駆動
部を包含するクランク室内を作動流体吸入通路の一部に
することにより、駆動部の摺動熱を作動流体が奪い、焼
き付きを防止することができる。

【００４２】さらに、弁構造にバランス溝を設けたピン
トル弁を用い、かつ軸受にころがり軸受を用い、そして
ポンプ構造を等速継手を使ったシリンダ回転構造とする
ことで、摺動抵抗を少なくすることができ、耐焼き付き
性を更に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る燃料供給ポンプの全体
構造の断面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ断面で作動流体の吸入吐出口の説
明図である。

【図３】図１のII−II断面で作動流体のシリンダへの吸
入吐出通路の説明図である。

【図４】図１のIII−III断面でクランク室からのシリン
ダ吸入通路の説明図である。

【図５】摺動部潤滑経路の説明図である。

【図６】図１のピントル弁の拡大構成図である。

【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。

【図８】図６のＢ−Ｂ断面図である。ピントル弁回りの
力の釣合い説明図である。

【図９】ピントル弁回りのシリンダに作用する力関係の
説明図である。

【符号の説明】

１…斜軸、３…シリンダ、３ａ…シリンダボア、４…通
路、５…等速継手、６…吐出連通路、７…ピストン、９
ａ，９ｂ…スラスト軸受、１０…斜板、１２…ハウジン
グ、１４…リアカバ、１６…吸入口、１８…吐出口、２
０…クランク室、２２…ピントル弁、２２ａ…連通路、
２４…第一の吸入圧溝、２６…シャフトシール、２８
ａ，２８ｂ…ラジアル軸受、３０…第一の吐出圧溝、３
２…第二の吸入圧溝、３４…二の吐出圧溝、３５…シ−
ルリング、５０…ボルト、５１…センタオサエ、５２…
ピストンサポート、５３…スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 尚信 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事業部内 (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事業部内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸となる斜軸と、該斜軸とシリンダを
   連結させ前記斜軸の回転をシリンダに伝える継手と、回
   転により複数のピストンを往復運動させるシリンダと、
   前記斜軸とシリンダとの間に設けられかつ前記斜軸と前
   記シリンダとが回転することにより前記シリンダの軸方
   向に往復運動する複数のピストンとを有する駆動部で構
   成され、前記ピストンが往復運動することにより、所定
   の容量の流体を、ポンプ外から該ポンプ内の前記シリン
   ダを介して吸入すると共に前記ポンプ外に吐出し、外部
   機器に供給する流体供給ポンプにおいて、 前記シリンダの回転中心軸と同一中心軸上でかつ前記シ
   リンダの反斜軸側に、前記所定の容量の流体の吸入，吐
   出を制御するピントル弁を設け、前記ピントル弁の外周
   に、前記シリンダと連通するピントル弁溝を設けると共
   に、前記ピントル弁溝と連通し前記ピントル弁溝から斜
   軸側へ所定の距離離れかつ前記ピントル弁溝に対して平
   行なバランス溝を設けることを特徴とする流体供給ポン
   プ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ピントル弁溝は、
   前記所定の容量の流体を前記シリンダを介して吸入する
   第一の吸入圧溝と吐出する第一の吐出圧溝で構成され、
   前記バランス溝は、前記第一の吸入圧溝に連通しかつ前
   記第一の吸入圧溝に発生する圧力とバランスするような
   圧力を発生させる第二の吸入圧溝と、前記第一の吐出圧
   溝と連通しかつ前記第一の吐出圧溝に発生する圧力とバ
   ランスするような圧力を発生させる前記第二の吐出圧溝
   とで構成されることを特徴とする流体供給ポンプ。
3. 【請求項３】請求項１において、前記駆動部の摺動部
   は、前記ポンプ内を流れる前記流体で直接冷却されるこ
   とを特徴とする流体供給ポンプ。
4. 【請求項４】回転軸となる斜軸と、該斜軸とシリンダを
   連結させ前記斜軸の回転をシリンダに伝える継手と、回
   転により複数のピストンを往復運動させるシリンダと、
   前記斜軸とシリンダとの間に設けられかつ前記斜軸と前
   記シリンダとが回転することにより前記シリンダの軸方
   向に往復運動する複数のピストンとを有する駆動部で構
   成され、前記ピストンが往復運動することにより、所定
   の容量の燃料流体を、ポンプ外から該ポンプ内の前記シ
   リンダを介して吸入すると共に前記ポンプ外に吐出し、
   エンジン機器に供給する燃料供給ポンプにおいて、 前記シリンダの回転中心軸と同一中心軸上でかつ前記シ
   リンダの反斜軸側に、前記所定の容量の燃料流体の吸
   入，吐出を制御するピントル弁を設け、前記ピントル弁
   の外周に、前記シリンダと連通するピントル弁溝を設け
   ると共に、前記ピントル弁溝と連通し前記ピントル弁溝
   から斜軸側へ所定の距離離れかつ前記ピントル弁溝に対
   して平行なバランス溝を設けることを特徴とする燃料供
   給ポンプ。
5. 【請求項５】請求項４において、前記ピントル弁溝は、
   前記所定の容量の燃料流体を前記シリンダを介して吸入
   する第一の吸入圧溝と吐出する第一の吐出圧溝で構成さ
   れ、前記バランス溝は、前記第一の吸入圧溝に連通しか
   つ前記第一の吸入圧溝に発生する圧力とバランスするよ
   うな圧力を発生させる第二の吸入圧溝と、前記第一の吐
   出圧溝と連通しかつ前記第一の吐出圧溝に発生する圧力
   とバランスするような圧力を発生させる前記第二の吐出
   圧溝とで構成されることを特徴とする燃料供給ポンプ。
6. 【請求項６】請求項４において、前記駆動部の摺動部
   は、前記ポンプ内を流れる前記燃料流体で直接冷却され
   ることを特徴とする燃料供給ポンプ。
7. 【請求項７】請求項４において、前記シリンダの反斜軸
   側にスラスト転がり軸受を設けることを特徴とする燃料
   供給ポンプ。
8. 【請求項８】請求項４において、前記シリンダのシリン
   ダボア内に発生する圧力による反力を前記ピントル弁と
   一体成形された垂直面で支持することを特徴とする燃料
   供給ポンプ。
9. 【請求項９】請求項４において、前記ピントル弁の外周
   表面で、前記ピントル弁溝の反斜軸側と、前記バランス
   溝の斜軸側と、前記ピントル弁溝と前記バランス溝の間
   に、シリンダとの円周隙間をシールするシールリングを
   設けることを特徴とする燃料供給ポンプ。