JP4983593B2 - 燃料ポンプの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ポンプの駆動装置、特にプランジャー式燃料ポンプの駆動装置に関するものである。

従来、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを駆動する駆動装置として、内燃機関の往復運動に対応して回転し、吸排気バルブ開閉用カムを備えたカム軸に設けられた燃料ポンプ用カムを燃料ポンプのリフタに当接して、燃料ポンプ用カムのプロフィールに対応したリフタの往復運動を行うものが知られている。燃料ポンプはリフタの往復動に基づいて加圧室内に燃料を吸引し、吸引した燃料を高圧化して燃料流路に供給するものである。

さらには、燃料ポンプ用カムを間に挟んでカムシャフトのジャーナルを回転自在に保持する少なくとも一対のシャフト軸受部をシリンダヘッド上に設け、カムシャフトによって回転駆動される燃料ポンプ用カムの回転力に基づいて燃料を燃料流路に供給する燃料ポンプの駆動装置も知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−３６７１１号公報

しかしながら、従来の燃料ポンプの駆動装置では、吸排気バルブ開閉用カムを備えたカム軸近傍の周辺部品とのレイアウト要件の成立が困難な場合があり、燃料ポンプの駆動装置を設置することができないという課題が生じる。

また、吸排気バルブ開閉用カムを備えたカム軸に設けた燃料ポンプ用カムによりリフタを往復運動するため、カム軸の回転数により燃料ポンプの吐出圧等の性能が決定され、要求される性能を達成することができない虞が生じる。

したがって、本発明の目的は、燃料ポンプの駆動装置のレイアウト性および性能向上を図ることのできる燃料ポンプの駆動装置を提供することである。

本発明は、プランジャーを往復動させて燃料の吸入と排出とを行う燃料ポンプの駆動装置において、前記プランジャーを往復動させるカムとこのカムに同軸的に設けられるスプロケットとを設けたカム部と、前記カム部を回転自在に軸支してエンジンのシリンダヘッドに固定される軸部とを備え、前記スプロケットは、エンジンのクランク軸の回転を伝達するチェーンに巻掛けられ、前記チェーンは、クランク軸と吸排気バルブを開閉するカムを備えたカム軸とをスプロケットを介して連結するチェーンであることを特徴とする燃料ポンプの駆動装置である。

本発明では、燃料ポンプのプランジャーを往復動する駆動装置をシリンダヘッドに固定して、そのカムをエンジンのクランク軸の回転を伝達するチェーンにより回転させるので、駆動装置のレイアウト性を向上し、またチェーンに巻掛けられるスプロケットの歯数を変更して、燃料ポンプの性能を最適にすることができる。

図１は、本発明の燃料ポンプの駆動装置をＶ型エンジンのタイミングチェーン駆動装置に適用した構成図を示す。

図において、１はシリンダブロック、２はクランク軸、３はクランク軸２の前端側に固定されたクランクスプロケット、４はシリンダブロック１の上方に固定されたそれぞれのシリンダヘッド、５及び５Ａはシリンダヘッド４内に配置され、吸気弁を開閉するための吸気カム軸と吸気カム軸の端部に固定されたスプロケット、６及び６Ａはシリンダヘッド４内に配置され、排気弁を開閉するための排気カム軸と排気カム軸の端部に固定されたスプロケットである。

さらに、エンジンはクランクスプロケット３に巻掛けられるとともに、吸気カム軸５および排気カム軸６のスプロケット５Ａ、６Ａに巻掛けられる一対のタイミングチェーン７Ａ、７Ｂを備える。タイミングチェーン７Ａ、７Ｂは、図中に矢印で示したように、エンジン前方から見て時計回りに回転している。これらのタイミングチェーン７Ａ、７Ｂは、駆動力を伝達するテンション側に固定のテンションガイド８Ａが夫々配置され、タイミングチェーン７Ａ、７Ｂの戻り側にチェーンテンショナ９により付勢されてタイミングチェーン７Ａ、７Ｂに当接される可動のスラックガイド８Ｂが夫々配置されている。前記クランクスプロケット３の下方には、これらタイミングチェーン７Ａ、７Ｂの歯飛びを防止する歯飛び防止構造のガイドブラケット１０が配置されている。

前記クランク軸２の前記クランクスプロケット３と同軸上に、図示しないオイルポンプを駆動するために設けた駆動用スプロケット１２が設置され、この駆動用スプロケット１２にチェーン１５が巻掛けられる。チェーン１５は、さらにシリンダブロック１の下方に固定される図示されていないオイルパン構成部材１１に配置したオイルポンプの駆動軸１３に固定のスプロケット１４に巻掛けられ、オイルポンプチェーン駆動装置を構成している。このオイルポンプチェーン駆動装置のチェーン１５の戻り側には、チェーン１５に接触してその緩みを調整するチェーンテンショナ１６が配置されている。

そして、タイミングチェーン７Ａに巻掛けられる燃料ポンプ３０の駆動装置２０がシリンダヘッド４に固定される。この燃料ポンプ３０の駆動装置２０は、吸気カム軸５のスプロケット５Ａに対してタイミングチェーン７Ａの回転方向下流側に配置される。また、燃料ポンプ３０の駆動装置２０は、タイミングチェーン７Ａの回転方向下流側がＶバンク内側になるバンク側（図１の左側バンク）に配置される。

次に本発明の特徴的な構成である燃料ポンプ３０の駆動装置２０の構成について説明する。本発明の燃料ポンプ３０の駆動装置２０は、吸排気カム軸５、６から独立してエンジンに設置され、クランク軸２の回転が伝達されるチェーン、例えばタイミングチェーン７Ａ、７Ｂにより駆動されることを特徴とする。

ここで、本発明の燃料ポンプ３０の駆動装置が適用される燃料ポンプの構成を図２を用いて説明する。

燃料ポンプ３０は、いわゆるプランジャー式ポンプであって、後述する本発明の駆動装置２０のカム２７のカム面２７ｂに摺接して往復動するプランジャー３１を備え、このプランジャー３１はハウジング３２に摺接可能に配置されている。ハウジング（例えばチェーンカバーが兼ねる）３２には、プランジャー３１の往復動により燃料が加圧される燃料室３３が形成されており、燃料室３３にはプランジャー３１が復動、つまり燃料室３３の容積が大きいときに燃料室３３に開口する燃料入口通路３４と、プランジャー３１が往動、つまり燃料室３３の容積が小さいときでも燃料室３３に開口する燃料出口通路３５とが連通している。さらに、燃料出口通路３５には逆止弁３６が設置され、燃料室３３からの燃料の排出のみを許容している。なお、図示していないが燃料室３３が拡張する方向にプランジャー３１を付勢する付勢手段が燃料ポンプ３０に備えられている。

このように形成されて、燃料が燃料室３３の容積が大きい場合には、逆止弁３６の作用により燃料室３３内は負圧の状態となり、燃料が燃料入口通路３４から燃料室３３内に吸入される。そして、プランジャー３１の往動により燃料入口通路３４を閉じつつ燃料室３３内の容積が減少して燃料が加圧され、燃料室３３内の燃料の圧力が逆止弁３６にて設定された圧力を超えたときに初めて逆止弁３６が開き、燃料が燃料出口通路３５を流れ、燃料噴射に供せられる。

次に図３を用いて燃料ポンプ３０のプランジャー３１を往復駆動する駆動装置２０の構成を説明する。

本発明の燃料ポンプの駆動装置２０は、相手部品、例えばシリンダヘッド４に取り付けられるフランジ部２１Ａを備えた軸部２１と、この軸部２１にベアリング２２を介して回転自在に支持されるカム部２３と、カム部２３を軸方向の所定位置に位置決めし、ボルト２８により軸部２１に固定されるスペーサ２４と、このスペーサ２４を軸方向に摺動可能に支持し、他の相手部品、例えばタイミングチェーンケース４０に取り付けられるブラケット２５とから構成される。

カム部２３には、タイミングチェーン７Ａに巻掛けられるスプロケット２６と、燃料ポンプ３０のプランジャー３１に摺接するカム２７とが同軸上に形成される。カム２７のプロフィールが、燃料ポンプ３０のプランジャー３１の往復動のストローク量を規定することになる。本発明の駆動装置２０に用いられるベアリング２２は、図のようにニードルベアリングのような転がり軸受に限らずメタルベアリングのような滑り軸受でもよい。

次に、図４と図５を用いて駆動装置２０の取付状態を説明する。図４は駆動装置２０のシリンダヘッド４への取付状態を示す構成図であり、図５は駆動装置２０の要部取付図である。

図５に示すようにスプロケット２６にタイミングチェーン７Ａが巻掛けられるように、フランジ部２１Ａがシリンダブロック１やシリンダヘッド４の端面に取り付けられる。一方、軸部２１の他端側を支持するブラケット２５は、タイミングチェーンケース４０に固定される。タイミングチェーンケース４０は、シリンダヘッド４に固定され、タイミングチェーン７Ａ、７Ｂを覆う部材である。このようにして駆動装置２０はシリンダヘッド４とタイミングチェーンケース４０とにより両端を確実に支持される。駆動装置２０の支持方法として、ブラケット２５を廃止して片持ち支持構造としてもよいことは言うまでもない。

なお、本発明の駆動装置２０は、スプロケット２６がタイミングチェーン７Ａに巻掛けられるようにシリンダヘッド４に取り付けられる場合に限らず、他のエンジン本体部品であるシリンダブロック１へ取り付けてもよい。また、タイミングチェーン７Ａに巻掛けられる場合に限らずクランク軸２の回転と同期的に回転するチェーン、例えばオイルポンプチェーン駆動装置のチェーン１５に巻掛けられるように構成してもよい。

図６は、駆動装置２０を構成する軸部２１に形成される油路５０を説明する図である。この油路５０は、ベアリング２２と、カム２７のプランジャー３１と摺接するカム面２７ｂに潤滑油を供給するためのものである。

油路５０は、軸部２１の内部にその中心線に沿って形成され、軸部２１の端面に開口して潤滑油が供給される第１油路５１と、第１油路５１の軸部２１内の底部と連通し、ベアリング２２との摺動面２１Ｂに開口する第２油路５２とから構成される。さらに第２油路５２の開口部には軸部２１の摺動面２１Ｂを接線方向に凹状に切り欠いた切り欠き部５３が形成される。第１油路５１のブラケット２５側開口部は、ボルト２８により閉止される。

このような構成により、第１油路５１に供給された潤滑油は、第２油路５２から切り欠き部５３へと導かれて貯留し、切り欠き部５３に溜まった潤滑油はさらにベアリング２２及び後述の構成によりカム２７のカム面２７ｂへ供給され、各部の潤滑に供せられる。

次に図７を用いて軸部２１の油溜りとしての切り欠き部５３に貯留する潤滑油をカム面２７ｂへ供給する構成を説明する。なお、図７では、ベアリング２２には潤滑油が流通する油路としての貫通孔を設ける必要があり、そのためベアリング２２は貫通孔を形成しやすいメタルベアリング２９として説明する。

駆動装置２０は、軸部２１とカム部２３との間にベアリング２２としてのメタルベアリング２９を配置して構成され、メタルベアリング２９が軸部２１に嵌合し、メタルベアリング２９と軸部２１との間で相対回転が生じる。メタルベアリング２９には軸部２１の切り欠き部５３に開口する貫通孔２８ａが径方向へ形成される。さらにカム２７にはメタルベアリング２９の貫通孔２８ａに連通すると共にカム面２７ｂに開口する貫通孔２７ａが形成される。貫通孔２７ａは、カム２７がプランジャー３１を燃料室３３内の容積が減少する方向に押し上げない、いわゆるベースサークル径の領域の、プランジャー３１の押し上げを開始する近傍に設置する。このため、潤滑油は、軸部２１の切り欠き部５３とメタルベアリング２９の貫通孔２８ａとカム２７の貫通孔２７ａとが連通する場合にのみ、つまり、カム２７がプランジャー３１をリフトする直前に潤滑油をカム面２７ｂに供給する。

次に作用を説明する。

タイミングチェーン７Ａが掛け渡された駆動装置２０のスプロケット２６が、タイミングチェーン７Ａの回転とともに回転し、一体的に形成されたカム２７を回転させる。これによりカム２７のカム面２７ｂに摺接する燃料ポンプ３０のプランジャー３１がカム２７のプロフィールに応じて往復動し、この往復動に伴って燃料が吸入、排出される。

スプロケット２６やカム２７を備えた駆動装置２０は、スプロケット２６がタイミングチェーン７Ａに巻掛け可能な位置、例えばシリンダヘッド４やシリンダブロック１にフランジ部２１Ａを介して固定される。このように本発明の燃料ポンプ３０の駆動装置２０は、吸排気カム軸５、６と独立して配置することが可能なため、レイアウト自由度を高めることができる。また、吸排気カム軸５、６に配置する場合に比してスプロケット２６の寸法自由度も大きくなるため、駆動装置２０のカム２７の回転数をスプロケット２６の歯数により容易に調整することができ、結果として燃料ポンプ３０の燃料供給量の調整自由度を向上できる。

駆動装置２０の軸部２１内に形成した油路５０を通じて潤滑油をベアリング２２及びカム２７のカム面２７ｂに供給する。このため、ベアリング２２の潤滑及びカム２７のカム面２７ｂの潤滑を良好に維持することができる。

潤滑油をカム２７のカム面２７ｂに供給する貫通孔２７ａは、カム２７のベースサークル領域の、カムがプランジャー３１の押し上げを開始する近傍に設けられたので、カム２７がプランジャー３１をリフトする前に適宜潤滑油をカム面２７ｂに供給し、潤滑油の消費の抑制と、カム面２７ｂとプランジャー３１と間の潤滑との両立を図ることができる。

軸部２１内部に油路５０を形成したため、エンジン停止状態でも油路５０内に潤滑油を貯留させ、エンジン始動時に確実にカム２７とプランジャー３１間に潤滑油を供給することができる。

なお、図８に示すように、軸部２１に形成される油路５４をキー溝状に形成してもよく、この形状では、切削加工を容易として加工費の低減を図ることができる。

また、駆動装置２０は、シリンダヘッド４とタイミングチェーンケース４０との間で両端支持されるため確実に支持される。また、スペーサ２４を介して軸部２１をタイミングチェーンケース４０に支持するブラケット２５は、スペーサ２４を軸方向に摺動可能に支持しているため、タイミングチェーンケース４０と駆動装置２０との間の熱膨張に差が生じる場合に、ブラケット２５に対してスペーサ２４が軸方向に変位することで熱膨張差を吸収することができる。

また、駆動装置２０は、吸気カム軸５のスプロケット５Ａに対してタイミングチェーン７Ａの回転方向下流側に配置される。

タイミングチェーン７Ａはクランク軸２の回転による引張力によって伸びが生じる。タイミングチェーン７Ａの伸び量は、クランク軸２を出発点としてタイミングチェーン７Ａの回転方向の下流側から上流側に進むにつれて大きくなる。つまり、固定テンションガイド８Ａが配置される側よりも、チェーンテンショナ９が配置される側の方がチェーン伸び量は大きくなる。タイミングチェーン７Ａの伸び量が大きくなると、クランク軸２と燃料ポンプ３０とのタイミングの位相ずれにより燃料ポンプ３０の燃料供給タイミングが遅れ、燃料噴射時に要求する燃圧が得られない。

そのため、本実施形態のように、駆動装置２０をタイミングチェーン７Ａの伸び量が小さいタイミングチェーン７Ａの回転方向下流側（固定テンションガイド８Ａが配置される側）に配置することで、クランク軸２と燃料ポンプ３０との位相ずれを少なくすることができる。

さらに、本実施形態では、駆動装置２０を、タイミングチェーン７Ａの回転方向下流側がＶバンク内側になるバンク側（図１の左側バンク）に配置している。これは、駆動装置２０を、図１の右側バンクの吸気カム軸５のスプロケット５Ａに対してタイミングチェーン７Ｂの回転方向下流側に配置しようとすると、シリンダヘッド４に配置スペースの余裕がない。そのため、シリンダヘッド４を大きくする必要があり、エンジンが幅方向に広がってしまうからである。

このように本発明のプランジャー式燃料ポンプの駆動装置は、エンジンに固定された軸部に回転自在に支持されたカムが、カムと同軸的に設けられたスプロケットを介してクランク軸の回転を伝達するチェーンにより回転されるので、カム軸に設けられる場合に比して、駆動装置をエンジンに固定するためレイアウト性を向上することができる。また、チェーンが巻掛けられるスプロケットの歯数を調整してカムの回転数を変更し、燃料ポンプの燃料吐出量を最適にすることが可能となる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

本発明の燃料ポンプの駆動装置をＶ型エンジンのタイミングチェーン駆動装 置に適用した構成図である。 燃料ポンプの構成図である。 燃料ポンプのプランジャーを往復駆動する駆動装置の構成図である。 駆動装置のシリンダヘッドへの取付状態を示す構成図である。 駆動装置の要部取付図である。 軸部に形成される油路を説明する図である。 潤滑油をカム面とプランジャーとの間へ供給する構成図である。 軸部に形成される油路の他の形状を説明する図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ クランク軸
３ クランクスプロケット
４ シリンダヘッド
７Ａ タイミングチェーン
２０ 駆動装置
２１ 軸部
２１Ａ フランジ部
２１Ｂ 摺動面
２２ ベアリング
２３ カム部
２４ スペーサ
２５ ブラケット
２６ スプロケット
２７ カム
２７ａ 貫通孔
２７ｂ カム面
２８ ボルト
２８ａ 貫通孔
２９ メタルベアリング
３０ 燃料ポンプ
３１ プランジャー
３２ ハウジング
３３ 燃料室
３４ 燃料入口通路
３５ 燃料出口通路
３６ 逆止弁
４０ タイミングチェーンケース
５０ 油路
５１ 第１油路
５２ 第２油路
５３ 切り欠き部
５４ 油路

Claims (6)

1. プランジャーを往復動させて燃料の吸入と排出とを行う燃料ポンプの駆動装置において、
   前記プランジャーを往復動させるカムとこのカムに同軸的に設けられるスプロケットとを設けたカム部と、前記カム部を回転自在に軸支してエンジンのシリンダヘッドに固定される軸部とを備え、
   前記スプロケットは、エンジンのクランク軸の回転を伝達するチェーンに巻掛けられ、前記チェーンは、クランク軸と吸排気バルブを開閉するカムを備えたカム軸とをスプロケットを介して連結するチェーンであることを特徴とする燃料ポンプの駆動装置。
2. 前記クランク軸のスプロケットへチェーンが戻ってくる側をチェーン回転の最下流としたとき、前記燃料ポンプの駆動装置のスプロケットを、前記カム軸のスプロケットよりも、前記チェーンの回転方向下流側に設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプの駆動装置。
3. 前記燃料ポンプの駆動装置のスプロケットを、Ｖ型エンジンのＶバンク内側に設けた
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプの駆動装置。
4. 前記軸部は、前記エンジン本体と前記チェーンを覆うカバーとの間に支持される
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の燃料ポンプの駆動装置。
5. 前記軸部の一方に固定されるスペーサが軸方向に摺動可能に支持される
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料ポンプの駆動装置。
6. 前記軸部の内部に潤滑油が流通する油路を設け、この油路は前記カム部との回転部に開口し、
   前記カム部は、前記プランジャーに摺接するカム面と前記軸部の油路とを連通する貫通孔を備え、
   前記貫通孔は、前記カムのベースサークル領域の、前記カムが前記プランジャーのリフトを開始する近傍に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプの駆動装置。

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