JP2009036174A - 内燃機関の燃料ポンプ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関で駆動する燃料ポンプの能力を十分引き出すことを可能とし、カム軸への負荷低減を図ることができる燃料ポンプ駆動装置を提供する。
【解決手段】２つのスプロケットを有する中間スプロケット部６をチェーンケースに取付け、クランク軸５に固定したクランクスプロケット７と中間スプロケット部６の一方のスプロケットを第１タイミングチェーン８ａで連結し、中間スプロケット部６の他方のスプロケットと吸気弁駆動用カム軸に固定したカムスプロケット３ａとを第２タイミングチェーン８ｂで連結し、中間スプロケット部６をカム軸より高回転数で回転させ、燃料ポンプ９のポンプ駆動軸を中間スプロケット部６に連結してポンプ駆動軸を回転駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インジェクタに高圧燃料を供給する燃料ポンプを内燃機関の動力を利用して駆動する内燃機関の燃料ポンプ駆動装置に関する。

例えば、筒内噴射式内燃機関においては、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタに高圧な燃料を供給する高圧燃料ポンプが設けられている。かかる燃料ポンプの駆動方式として、従来では、カム軸に燃料ポンプの駆動軸を直結して駆動する方式が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、シリンダヘッドの側部とカムキャップの側部にそれぞれ対向して一体に設けたポンプ取付部に燃料ポンプを取り付け、シリンダヘッドのジャーナル軸受部にカムキャップにより回動可能に軸支した動弁機構のカム軸の後端部に、燃料ポンプの駆動軸を直結することにより、カム軸により燃料ポンプを直結駆動している。
特開平１１−３２４８４６号公報

しかしながら、従来のようにカム軸に直結して燃料ポンプを駆動する方式の場合、カム軸のクランク軸に対する回転比が１／２という原則により、燃料ポンプのポンプ駆動軸の回転入力範囲が制約され、燃料ポンプの能力を十分に引き出せないという問題点があった。このため、従来では必要燃圧確保のために必要以上の能力を備えた大型ポンプを、余力を残しつつ使用している。

また、カム軸に関しても、直結用カム軸にかかる負荷が大きいため、直結用カム軸の強度を他のカム軸より高くしようとすれば他のカム軸との材料・加工方法の共有ができず、逆に直結用カム軸と他のカム軸の材料・加工方法を共有しようとすれば直結用カム軸以外の他のカム軸が過剰品質になり、どちらにしても高コスト部品となっていた。更には、カム部品そのものの設計品質に加え、カム軸への負荷低減策としての燃料ポンプの固定位置及び固定方法等多くの問題点をかかえていた。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、燃料ポンプの能力を十分引き出すことが可能であると共に、カム軸への負荷低減を図ることができる内燃機関の燃料ポンプ駆動装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置は、２つのスプロケットを有する中間スプロケット部を設け、クランク軸に固定したクランクスプロケットと前記中間スプロケット部の一方のスプロケットとを第１タイミングチェーンで連結し、前記中間スプロケット部の他方のスプロケットと吸排気弁を駆動するカム軸に固定したカムスプロケットとを第２タイミングチェーンで連結し、前記中間スプロケット部を前記カム軸より高回転数で回転させる構成とし、インジェクタに高圧燃料を供給する燃料ポンプのポンプ駆動軸を前記中間スプロケット部に連結してポンプ駆動軸を回転駆動する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、中間スプロケット部のスプロケットの歯数は自由に設定可能なので、燃料ポンプの能力を最大限に引き出すための最適回転でポンプ駆動軸を駆動することができる。また、カム軸は燃料ポンプ駆動の負荷から開放され、直結用カムの設定が不要となるため、カム部品の設計仕様、材料、加工方法が均一化されコスト低減が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の燃料ポンプ駆動装置の第１実施形態の要部外観略図で、Ｖ型６気筒内燃機関に適用した例である。図２は燃料ポンプと中間スプロケット部の連結部断面図、図３は燃料ポンプと中間スプロケットの連結部分解斜視図である。尚、図１ではシリンダヘッド部分については図示省略してある。

図１において、このＶ型内燃機関１は、図示しないがシリンダブロック２に第１、第２シリンダヘッドを載置すると共に、これら第１、第２シリンダヘッドにそれぞれ吸気弁及び排気弁駆動用の２本のカム軸を配設する。各シリンダヘッドの吸気弁駆動用カム軸と排気弁駆動用カム軸は、それぞれに取付けたカムスプロケット３ａ、３ａと３ｂ、３ｂが各カムチェーン４、４により連結されて連動する。尚、各カム軸は、シリンダヘッドのジャーナル軸受部にカムキャップにより回動可能に軸支されている。また、各吸気弁駆動用カム軸のカムスプロケットは２つあり、一方のスプロケットにカムチェーン４、４が連結し、他のスプロケットには後述する第２タイミングチェーン８ｂが連結する。

クランク軸５の上方には、中間スプロケット部６を配置し、この中間スプロケット部６を、２つのシリンダヘッド間のＶバンク位置に対応するチェーンケース１５のリアケース１５ａ部分に図２に示すように取付けてある。中間スプロケット部６は、図３に示すように２つのスプロケット６ａ、６ｂを有し、前側のスプロケット６ａをクランク軸５に取付けたクランクスプロケット７と第１タイミングチェーン８ａで連結し、後側のスプロケット６ｂを両側の吸気弁駆動用カム軸の他のカムスプロケット３ａ、３ａと第１タイミングチェーン８ａと同ピッチの第２タイミングチェーン８ｂで連結する。これにより、クランク軸５の回転を第１及び第２タイミングチェーン８ａ、８ｂを介して１／２に減速して吸気弁駆動用カム軸に伝達され、各カムチェーン４、４を介して各排気弁駆動用カム軸に伝達される。

前記中間スプロケット部６は、高圧燃料ポンプ９に連結されており、本実施形態の連結構造を図２及び図３を参照して説明する。

図２及び図３において、中間スプロケット部６は、ブッシュ１１を備えたスプロケットシャフト１２に取付けられ、スプロケットシャフト１２をワッシャ１３を介在させてスプロケットボルト１４によりチェーンケース１５のリアケース１５ａ側に締結する。これにより、中間スプロケット部６がスプロケットシャフト１２を介してチェーンケース１５内に回動可能に軸支される。中間スプロケット部６の前端には、連結部材としてのオルダムカップリング１６の中間スプロケット部を結合する第１カップリング部材１６Ａと係合するための係合溝１７が形成されており、前記係合溝１７に前記第１カップリング部材１６Ａの突起１６ａを係合させて中間スプロケット部６を第１カップリング部材１６Ａに結合する。オルダムカップリング１６のポンプ駆動軸９Ａを結合する第２カップリング部材１６Ｂは、ナット１８により燃料ポンプ９のポンプ駆動軸９Ａに結合され、この第２カップリング部材１６Ｂには中間スプロケット部６の係合溝１７と９０度角度をずらした位置に係合溝１９が形成されている。この係合溝１９と第１カップリング部材１６Ａの突起１６ｂを係合させて第１と第２カップリング部材１６Ａ、１６Ｂを互いに結合することにより、中間スプロケット部６とポンプ駆動軸９Ａがオルダムカップリング１６を介して結合され、燃料ポンプ９に駆動力が伝達される。燃料ポンプ９は、チェーンケース１５のフロントケース１５ｂに内燃機関１前方側から差込み、ボルト２０により締結される。

前記第１カップリング部材１６Ａには、中間スプロケット部結合側からポンプ駆動軸結合側へチェーンケース１５内の潤滑オイルを導入可能な潤滑オイル供給用油路としての連通孔２１が形成されており、この連通孔２１によって、チェーンケース１５内の潤滑オイルをオルダムカップリング１６部分に導入できる。このとき、燃料ポンプ９とチェーンケース１５との間は、Ｏリング２２によりシールされ、潤滑オイルの漏れを防止している。

図４に、本実施形態によるクランク軸からカム軸までの駆動力伝達の概略図を示す。

クランク軸５の回転は第１タイミングチェーン８ａにより中間スプロケット部６に伝達され、中間スプロケット部６の回転は第１タイミングチェーン８ａと同ピッチの第２タイミングチェーン８ｂを介して各吸気弁駆動用カム軸３Ａ、３Ａに伝達され、各カム軸３Ａ、３Ａの回転は各カムチェーン４、４を介して排気弁駆動用カム軸３Ｂ、３Ｂに伝達される。

かかる本実施形態の構成では、中間スプロケット部６の各スプロケット６ａ、６ｂの直径ＤＸは、クランク軸５とカム軸３のギア比（１／２）で決まるクランクスプロケットの直径Ｄ１とカムスプロケットの直径Ｄ２に影響を与えずに任意に設定可能である。言い換えれば、クランク軸５とカム軸３Ａのギア比に影響を与えずに、中間スプロケット部６のスプロケットの歯数を任意に設定することができ、中間スプロケット部６に結合する燃料ポンプ９のポンプ駆動軸９Ａの回転数をカム軸の回転数より高回転に設定できるので、ポンプ駆動軸９Ａの回転数を最適に設定して燃料ポンプ９の能力を最大限に引き出すことが可能となる。

これに対して従来のカム軸直結構成の場合は、図５に示すように、クランク軸５の回転は第１タイミングチェーン８により各吸気弁駆動用カム軸３Ａ、３Ａに伝達され、各カム軸３Ａ、３Ａの回転は各カムチェーン４、４を介して排気弁駆動用カム軸３Ｂ、３Ｂに伝達される。この場合、クランク軸５の回転を１／２に減速してカム軸３Ａに伝達する必要があり、燃料ポンプをカム軸で駆動する構成では、燃料ポンプ回転数はクランク軸とカム軸のギア比によって決まり、燃料ポンプの駆動が制約されて燃料ポンプ９の能力を最大限に引き出すことができない。尚、図中のＤ３は、排気弁駆動用カム軸のカムスプロケットの直径である。

また、本実施形態のように内燃機関１の前方側から中間スプロケット６に連結する構成とすれば、燃料ポンプ９の脱着作業性が向上すると共に、現状の内燃機関１のフロント周りの補機及び補機ベルトレイアウトを含む部品構成をそのまま容易に設計変更が可能であるという利点がある。

また、オルダムカップリング１６の第１カップリング部材１６Ａに連通孔２１を設けたことにより、チェーンケース１５内の潤滑用オイルを各部品伝いにカップリング機構へ十分に供給することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図６は本発明の第２実施形態の要部外観略図であり、図７は燃料ポンプと中間スプロケット部の連結部断面図、図８は燃料ポンプと中間スプロケットの連結部分解斜視図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、図６に示すように、燃料ポンプ９をＶ型内燃機関１のＶバンク間に配置して内燃機関１後方側から中間スプロケット部６に連結する構成である。

第２実施形態における中間スプロケット部６と燃料ポンプ９の連結構造を図７及び図８を参照して説明する。

図７及び図８において、中間スプロケット部６とブッシュ１１を備えたスプロケットシャフト１２とでチェーンケース１５のリアケース１５ａを挟み込み、中間スプロケット部６を、ワッシャ１３を介在させてスプロケットボルト１４によりスプロケットシャフト１２に締結する。これにより、スプロケットシャフト１２がリアケース１５ａにブッシュ１１を介して回転可能に支持され、中間スプロケット部６はスプロケットシャフト１２を軸部としてリアケース１５ａに回転可能に軸支される。

スプロケットシャフト１２の後端には、オルダムカップリング１６の第１カップリング部材１６Ａと係合するための係合溝１２ａが形成されており、前記係合溝１２ａに第１カップリング部材１６Ａの突起１６ａを係合させてスプロケットシャフト１２を介して中間スプロケット部６を第１カップリング部材１６Ａに結合する。

ナット１８によりポンプ駆動軸９Ａに結合されるオルダムカップリング１６の第２カップリング部材１６Ｂには、スプロケットシャフト１２の係合溝１２ａと９０度角度をずらした位置に係合溝１９が形成されており、この係合溝１９と第１カップリング部材１６Ａの突起１６ｂを係合させて第１と第２カップリング部材１６Ａ、１６Ｂを互いに結合する。これにより、中間スプロケット部６とポンプ駆動軸９Ａが、スプロケットシャフト１２及びオルダムカップリング１６を介して結合され、燃料ポンプ９に駆動力が伝達される。燃料ポンプ９は、ボルト３１で固定したアダプタ３２を介してボルト３３によってチェーンケース１５のリアケース１５ａに内燃機関１の後方側から取付ける。チェーンケース１５とアダプタ３２及び燃料ポンプ９との間は、潤滑オイルの漏れを防止するＯリング３４、２２によりシールされている。

チェーンケース１５のリアケース１５ａには、チェーンケース１５内部から摺動するブッシュ１１部分に潤滑オイルを導く潤滑オイル導入用油路として油孔３５が形成されると共に、オルダムカップリング１６の収納空間からチェーンケース１５内部へ潤滑オイルを戻す潤滑オイル戻し用油路としての油孔３６が形成されている。

かかる第２実施形態も第１実施形態と同様で、クランク軸５とカム軸３Ａのギア比に影響を与えずに、中間スプロケット部６のスプロケットの歯数を任意に設定することができ、中間スプロケット部６に結合する燃料ポンプ９のポンプ駆動軸９Ａの回転数を任意に設定できるので、ポンプ駆動軸９Ａの回転数を最適に設定して燃料ポンプ９の能力を最大限に引き出すことが可能となる。

また、本実施形態のように内燃機関１のＶバンク空間に燃料ポンプ９を配置すれば、Ｖバンク空間を有効活用して内燃機関１のコンパクトレイアウトが可能となる。横置き内燃機関の場合、内燃機関１の車載方法によってはレイアウト上のメリットはさらに増す。

更に、チェーンケース１５のリアケース１５ａに油孔３５，３６を形成したことにより、リアケース１５ａに軸支されるスプロケットシャフト１２及びブッシュ１１の摺動部分へ十分な潤滑オイルを供給できると共に、供給した潤滑オイルをチェーンケース１５内へ回収することができる。

上述の第１及び第２実施形態では、中間スプロケット６の２つのスプロケット６ａ、６ｂは同一の歯数であるが、本発明の第３実施形態として図９に示すようにスプロケット６ａ、６ｂの歯数が異なる構成としてもよい。第１タイミングチェーン８ａによりクランク軸５側に連結するスプロケット６ａ（直径ＤＸ）に対して、第２タイミングチェーン８ｂによりカム軸３Ａ側に連結するスプロケット６ｂ（直径Ｄ２−１）の歯数を少なく設定する。このように、クランク軸５の回転をカム軸３Ａへ２段減速して伝達することにより、吸気弁駆動用カム軸３Ａのカムスプロケット３ａの直径Ｄ２−２を従来より小さくできるので、カムスプロケット３ａをコンパクト化でき、内燃機関１のコンパクトレイアウトが可能となる。

また、本発明の第４実施形態として、中間スプロケット６とポンプ駆動軸９ａとの間に変速手段として例えば電制ギアを介在させ、ポンプ駆動軸９Ａの回転を、機関回転数の低回転域では増速し機関回転数の高回転域では減速する構成とするとよい。

かかる構成では、図１０に示すように中間スプロケット６の回転数を基準とし、電制ギアによる変速操作により、図中の点線で示すように機関低回転域では燃料ポンプ回転数を増速し、機関高回転域では燃料ポンプ回転数を減速する。これにより、図の太い実線で示す従来のポンプ回転数特性と点線で示す本実施形態のポンプ回転数制御特性とで囲まれる回転数領域Ｒが使用可能となり、常に燃料ポンプを最適動作状態に制御可能となり、燃料ポンプの能力をより一層引き出すことが可能となり、燃料ポンプの小型化によりレイアウトの自由度が増すことにより、内燃機関１のコンパクト化にも繋がる。

本発明に係る内燃機関の燃料ポンプ駆動装置の第１実施形態の要部外観略図 第１実施形態の燃料ポンプと中間スプロケット部の連結部断面図 第１実施形態の燃料ポンプと中間スプロケットの連結部分解斜視図 第１実施形態のクランク軸からカム軸への駆動力伝達概略図 従来のクランク軸からカム軸への駆動力伝達概略図 本発明の第２実施形態の要部外観略図 第２実施形態の燃料ポンプと中間スプロケット部の連結部断面図 第２実施形態の燃料ポンプと中間スプロケットの連結部分解斜視図 本発明の第３実施形態のクランク軸からカム軸への駆動力伝達概略図 本発明の第４実施例の燃料ポンプ回転数制御の一例を示す機関回転数とポンプ回転数との関係図

符号の説明

１ 内燃機関
３Ａ、３Ｂ カム軸
３ａ、３ｂ カムスプロケット
４ カムチェーン
５ クランク軸
６ 中間スプロケット部
６ａ、６ｂ スプロケット
７ クランクスプロケット
８ａ 第１タイミングチェーン
８ｂ 第２タイミングチェーン
９ 燃料ポンプ
９Ａ ポンプ駆動軸
１２ スプロケットシャフト
１５ チェーンケース
１６ オルダムカップリング
２１ 連通孔
３５、３６ 油孔

Claims (7)

1. ２つのスプロケットを有する中間スプロケット部を設け、クランク軸に固定したクランクスプロケットと前記中間スプロケット部の一方のスプロケットとを第１タイミングチェーンで連結し、前記中間スプロケット部の他方のスプロケットと吸排気弁を駆動するカム軸に固定したカムスプロケットとを第２タイミングチェーンで連結し、前記中間スプロケット部を前記カム軸より高回転数で回転させる構成とし、インジェクタに高圧燃料を供給する燃料ポンプのポンプ駆動軸を前記中間スプロケット部に連結してポンプ駆動軸を回転駆動する構成としたことを特徴とする内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。
2. 前記ポンプ駆動軸は、内燃機関前方側から前記中間スプロケット部に連結する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。
3. 内燃機関がＶ型内燃機関であって、前記燃料ポンプは、前記Ｖ型内燃機関のＶバンク間に配置してポンプ駆動軸を前記Ｖ型内燃機関後方側から前記中間スプロケット部に連結する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。
4. 前記中間スプロケット部と前記ポンプ駆動軸とを連結する連結部材に、当該連結部材の中間スプロケット部結合側からポンプ駆動軸結合側へチェーンケース内の潤滑オイルを導入可能な潤滑オイル供給用油路を形成する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。
5. 前記中間スプロケット部の軸部をチェーンケースに回転可能に軸支し、前記チェーンケース外側のポンプ取付部に取付けた前記燃料ポンプのポンプ駆動軸と前記軸部とを連結部材を介して連結する構成とし、前記チェーンケースに、前記チェーンケース内部から前記軸部とチェーンケースとの摺動部へ潤滑用オイルを導入可能な潤滑オイル導入用油路と、前記連結部材の収納空間からチェーンケース内部へ潤滑オイルを戻す潤滑オイル戻し用油路とを形成する構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。
6. 前記中間スプロケット部は、２つのスプロケットの歯数を互いに異ならせる構成としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。
7. 前記ポンプ駆動軸と前記中間スプロケット部との間に変速手段を介装し、該変速手段によって前記ポンプ駆動軸の回転を、機関回転数の低回転域では増速し機関回転数の高回転域では減速する構成としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料ポンプ駆動装置。

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