| 【発明の名称】 |
エンジンの燃料ポンプ駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】原 幾朗
【氏名】浅利 大
【氏名】下山 和明
【氏名】棚橋 哲哉
|
| 【要約】 |
【課題】カムシャフトで燃料ポンプを駆動するエンジンにおいて、カムシャフトおよび該カムシャフトに接続された燃料ポンプを駆動する際の回転負荷のピーク値を低減する。
【解決手段】カムシャフトが回転すると動弁カムが吸気バルブおよび排気バルブを駆動する際に周期的な回転負荷（細い実線参照）が発生し、またカムシャフトで駆動される燃料ポンプのポンプシャフトが回転すると、そのプランジャを駆動する際に周期的な回転負荷（破線参照）が発生する。カムシャフトの回転負荷およびポンプシャフトの回転負荷の合成回転負荷（太い実線参照）のピーク値Ｆａが減少あるいは最小になるように両シャフトを結合する位相を設定すると［（Ａ）参照］、そのピーク値Ｆａを、前記位相を不適切に設定した場合［（Ｂ）参照］のピーク値Ｆｂよりも小さくすることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 吸気バルブ（１９）および排気バルブ（２０）から周期的な回転負荷を受けるエンジン（Ｅ）のカムシャフト（２１）の駆動力で、ポンプシャフト（５５）の回転に伴い周期的な回転負荷を受ける燃料ポンプ（４１）を駆動するエンジンの燃料ポンプ駆動装置において、カムシャフト（２１）の回転負荷のピーク値およびポンプシャフト（５５）の回転負荷のピーク値が重ならないように、カムシャフト（２１）およびポンプシャフト（５５）を連結する位相を設定したことを特徴とするエンジンの燃料ポンプ駆動装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸気バルブおよび排気バルブから周期的な回転負荷を受けるエンジンのカムシャフトの駆動力で、ポンプシャフトの回転に伴い周期的な回転負荷を受ける燃料ポンプを駆動するエンジンの燃料ポンプ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料直噴式エンジンにおいて、インジェクタに供給する燃料を高圧に加圧する高圧ポンプをエンジンのカムシャフトの軸端部に直接結合して駆動するものが、特開平９−６０５６３号公報により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンのカムシャフトに設けた動弁カムは、吸気バルブおよび排気バルブを開弁方向に駆動するときにはバルブスプリングを圧縮するために正の負荷を受け、また吸気バルブおよび排気バルブが閉弁するときにはバルブスプリングが復元する弾発力で負の負荷を受けることになり、その負荷の周期はエンジンの気筒数によって変化する。また、動弁カムとバルブとの間にはロッカーアームが介在し、また吸気バルブおよび排気バルブは新気や排気のガス圧を受けるため、動弁カムが受ける正の負荷および負の負荷はゼロ負荷ラインに対して非対称になる（図６のカムシャフトの回転負荷参照）。
【０００４】一方、カムシャフトにより駆動される高圧ポンプは、高圧を発生するためにポンプシャフトに設けたポンプカムでプランジャを駆動するプランジャポンプから構成されており、ポンプシャフトはポンプカムの１回転につきカム山の数に応じた回数の正の負荷を受けることになる。従って、カムシャフトが受ける回転負荷の総和は、カムシャフトに設けた動弁カムが受ける回転負荷とポンプシャフトに設けたポンプカムが受ける回転負荷とを合成したものとなる。
【０００５】図６（Ｂ）に示す例は、カムシャフトおよびポンプシャフトの結合位相が不適切な場合を示すもので、両シャフトの合成回転負荷のピーク値Ｐｂが大きな値となる場合があり、カムシャフトの駆動に要するトルクを充分に低減することができなかった。
【０００６】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、カムシャフトで燃料ポンプを駆動するエンジンにおいて、カムシャフトおよび該カムシャフトに接続された燃料ポンプを駆動する際の回転負荷のピーク値を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、吸気バルブおよび排気バルブから周期的な回転負荷を受けるエンジンのカムシャフトの駆動力で、ポンプシャフトの回転に伴い周期的な回転負荷を受ける燃料ポンプを駆動するエンジンの燃料ポンプ駆動装置において、カムシャフトの回転負荷のピーク値およびポンプシャフトの回転負荷のピーク値が重ならないように、カムシャフトおよびポンプシャフトを連結する位相を設定したことを特徴とするエンジンの燃料ポンプ駆動装置が提案される。
【０００８】上記構成によれば、カムシャフトの回転負荷のピーク値およびポンプシャフトの回転負荷のピーク値が重ならないようにカムシャフトおよびポンプシャフトを所定の位相で連結することにより、カムシャフトの回転負荷およびポンプシャフトの回転負荷の合成回転負荷のピーク値が低減するので、カムシャフトおよびポンプシャフトを駆動するトルクのピーク値を最小限に抑えることができる。従って、例えばクランクシャフトでタイミングチェーンを介してカムシャフトを駆動する場合には、タイミングチェーンに小型軽量な細いものを使用しても、その摩耗や伸びを防止して耐久性を高めるとともに、吸気バルブおよび排気バルブの駆動タイミングのずれを防止することができ、しかもカムシャフトを支持する軸受の数の減少や軸受の小型化を図ることができる。
【０００９】尚、実施例の高圧ポンプ４１は本発明の燃料ポンプに対応し、実施例のディーゼルエンジンＥは本発明のエンジンに対応する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１はディーゼルエンジンの全体構成を示す図、図２はシリンダヘッドに取り付けた高圧ポンプを示す図、図３は図２に示す高圧ポンプの縦断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は吸気バルブおよび排気バルブの作動タイミングを示す図、図６はカムシャフトが受ける合成回転負荷を示す図である。
【００１２】図１に示すように、直列４気筒のディーゼルエンジンＥは、クランクケース１１と、クランクケース１１の上部に一体に形成されたシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上部に結合されたシリンダヘッド１３と、シリンダブロック１２の下部に結合されたオイルパン１４とを備えており、クランクケース１１に回転自在に支持したクランクシャフト１５と、シリンダブロック１２の内部に形成したシリンダ１６に摺動自在に嵌合するピストン１７とが、コネクティングロッド１８を介して連接される。シリンダヘッド１３には各シリンダ１６に対応して２個の吸気バルブ１９，１９および２個の排気バルブ２０，２０が設けられており、これら吸気バルブ１９，１９および排気バルブ２０，２０はシリンダヘッド１３に設けられた１本のカムシャフト２１により、図示せぬロッカーアームを介して開閉駆動される。カムシャフト２１はクランクシャフト１５により図示せぬタイミングチェーンを介して駆動され、クランクシャフト１５の２回転につき１回転する。ピストン１７の頂面の中央部にはリエントラント型の燃焼室２２が凹設されており、この燃焼室２２の中心に臨むようにシリンダヘッド１３にインジェクタ２３が設けられる。
【００１３】吸気バルブ１９，１９から延びる吸気ポート２４に接続された吸気マニホールド２５は、その上流側にサージタンク２６が設けられる。排気バルブ２０，２０に連なる排気ポート２７には排気マニホールド２８が接続される。エアクリーナ２９から延びる吸気通路３０に吸入された空気は、ターボチャージャ３１の吸気側インペラ３２で加圧され、吸気通路３３を経て前記サージタンク２６に供給される。また排気マニホールド２８から出た排気ガスは、ターボチャージャ３１の排気側インペラ３４を駆動した後に、排気通路３５に設けた排気ガス浄化触媒装置３６を通過して外部に排出される。
【００１４】燃料タンク３７の内部に設けた低圧ポンプ３８から供給された燃料は低圧フィードパイプ３９に設けたフィルター４０を経てカムシャフト２１で駆動される高圧ポンプ４１に供給され、そこで加圧された燃料は高圧フィードパイプ４２を経てコモンレール４３に供給される。コモンレール４３に蓄圧された高圧の燃料は、４本の燃料噴射パイプ４４…を介して４個のインジェクタ２３に所定のタイミングで供給される。尚、符号４５は高圧ポンプ４１から余剰の燃料を燃料タンク３７に戻すリターンパイプである。
【００１５】吸気マニホールド２８の近傍には排気ガス還流バルブ４６が設けられており、排気ガスを排気ガス還流通路４７を経てサージタンク２６の上流位置に戻すようになっている。
【００１６】次に、図２〜図４に基づいて高圧ポンプ４１の構造を説明する。
【００１７】アキシャルプランジャポンプからなる高圧ポンプ４１は概略三角形のポンプハウジング４９を備えており、その前面にフロントカバー５０がボルト５１…で固定され。ポンプハウジング４９の中心に円形のポンプカム室５２が形成される。ポンプカム室５２の前後に設けた一対の軸受けメタル５３，５４に、ポンプシャフト５５の一対のジャーナル部５５ａ，５５ｂが回転自在に支持される。ポンプシャフト５５は、一対のジャーナル部５５ａ，５５ｂに挟まれる位置に、ポンプシャフト５５の軸線Ｌに対して偏心した円形断面の偏心部５５ｃが形成される。偏心部５５ｃの外周に固定した軸受けメタル５６の外周に回転自在に嵌合するポンプカム５７は、円筒の外周面の１２０°ずつ離れた３個所に平坦に切り欠かれたプランジャ駆動面５７ａ…が形成される。ポンプカム室５２からシール部材５８を介して突出するポンプシャフト５５を回転駆動すると、ポンプカム室５２の内部で偏心部５５ｃが軸線Ｌまわりに偏心回転するが、ポンプカム５７は回転せずに軸線Ｌまわりに偏心運動のみを行う。
【００１８】ポンプハウジング４９の内部に１２０°間隔で３本のシリンダ５９…が放射状に形成されており、これらシリンダ５９…にそれぞれ摺動自在に嵌合する３本のプランジャ６０…の基端に一体に形成したスリッパ６０ａ…は、ポンプハウジング４９との間に配置したスプリング６１…でポンプカム５７のプランジャ駆動面５７ａ…に当接する方向に付勢される。３個のシリンダ５９…の先端に形成された３個のポンプ室６２…には、それぞれ吸入弁６３…および吐出弁６４…が形成されており、それらポンプ室６２…は３個の吸入弁６３…を介して共通の吸入ポート６５に連通するとともに、３個の吐出弁６４…を介して共通の吐出ポート６６に連通する。
【００１９】シリンダヘッド１３に形成されたジャーナル支持部１３ａと、その上面に固定されたキャップ６８との間には、前記カムシャフト２１の軸端部が回転自在に支持されるとともに、高圧ポンプ４１のフロントカバー５０の突出部５０ａが嵌合する。高圧ポンプ４１は、ポンプハウジング４９およびフロントカバー５０に一体に形成された３個のフランジ４９ａ…，５０ｂ…を貫通する３本のボルト６９…でシリンダヘッド１３およキャップ６８に固定される。カムシャフト２１の軸端部とポンプシャフト５５の軸端部とは同軸に対向してオルダム継ぎ手７０により結合されており、従ってポンプシャフト５５はカムシャフト２１により直接回転駆動される。
【００２０】図５に示すように、直列４気筒のディーゼルエンジンＥは♯１，♯２，♯３，♯４の４個のシリンダを備えており、クランクシャフト１５が２回転する間（つまりカムシャフト２１が１回転する間）に、各シリンダは吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程をクランク角が１８０°ずれたタイミングで順次行うようになっている。本実施例では、クランク角が０°〜１８０°の間に♯４シリンダおよび♯２シリンダがそれぞれ吸気行程および排気行程を行い、クランク角が１８０°〜３６０°の間に♯２シリンダおよび♯１シリンダがそれぞれ吸気行程および排気行程を行い、クランク角が３６０°〜５４０°の間に♯１シリンダおよび♯３シリンダがそれぞれ吸気行程および排気行程を行い、クランク角が５４０°〜７２０°の間に♯３シリンダおよび♯４シリンダがそれぞれ吸気行程および排気行程を行うようになっている。
【００２１】従って、クランク角が０°から７２０°まで変化してカムシャフト２１が１回転する間に、該カムシャフト２１が吸気バルブ１９…および排気バルブ２０…から受ける回転負荷は４つのピークを持つことになる（図６の細い実線参照）。
【００２２】カムシャフト２１にオルダム継ぎ手７０を介して接続された高圧ポンプ４１のポンプシャフト５５が回転すると、ポンプシャフト５５の偏心部５５ｃの外周の支持されたポンプカム５７が、ポンプカム室５２の内部で回転せずに偏心運動する。ポンプカム５７が偏心運動すると、その外周に形成した３個のプランジャ駆動面５７ａ…にそれぞれ当接する３本のプランジャ６０…のスリッパ６０ａ…がプランジャ駆動面５７ａ…を滑りながら、プランジャ６０…がシリンダ５９…内を往復動する。
【００２３】各プランジャ６０がスプリング６１の弾発力で半径方向内側に移動すると、吐出弁６４が閉弁して吸入弁６３が開弁し、吸入ポート６５からポンプ室６２に燃料が吸入される。続いて前記プランジャ６０がポンプカム５７に押圧されて半径方向外側に移動すると、吸入弁６３が閉弁して吐出弁６４が開弁し、ポンプ室６２の燃料が吐出ポート６６に圧送される。上記作用が、３組のシリンダ５９…およびプランジャ６０…について、カムシャフト２１が１２０°回転する毎に順次行われるため、ポンプカム５７がプランジャ６０…から受ける回転負荷、つまりポンプシャフト５５が受ける回転負荷は、クランク角が０°から７２０°まで変化してカムシャフト２１が１回転する間に３つのピークを持つことになる（図６の破線参照）。
【００２４】図６（Ｂ）は、オルダム継ぎ手７０によるカムシャフト２１とポンプシャフト５５との結合位相を、カムシャフト２１の回転負荷のピーク値とポンプシャフト５５の回転負荷のピーク値とが重なるように設定した不適切な場合である。太い実線はカムシャフト２１が受ける回転負荷とポンプシャフト５５が受ける回転負荷とを合成したものであり、この場合、合成した回転負荷のピーク値は最大値であるＦｂとなる。
【００２５】一方、図６（Ａ）は、カムシャフト２１の回転負荷のピーク値とポンプシャフト５５の回転負荷のピーク値とが重ならないように、オルダム継ぎ手７０によるカムシャフト２１とポンプシャフト５５との結合位相を設定した場合である。このように両シャフト２１，５５の回転負荷のピーク値をずらすことにより、合成した回転負荷のピーク値を下げることができる。なぜならば、両シャフト２１，５５の回転負荷のピーク値が一致した場合に、合成した回転負荷のピーク値が前記最大値Ｆｂになるからである。特に、両シャフト２１，５５の回転負荷のピーク値をずらす場合に、図６（Ａ）に示すように、合成した回転負荷のピーク値が最小値Ｆａになるように両シャフト２１，５５の結合位相を設定すれば、最も大きな効果を得ることができる。
【００２６】而して、カムシャフト２１および高圧ポンプ４１のポンプシャフト５５を所定の位相で連結することにより、クランクシャフト１５でカムシャフト２１を駆動する際の回転負荷のピーク値が減少するので、クランクシャフト１５でカムシャフト２１を駆動するタイミングチェーンに細くて軽量なものを使用しても、その摩耗や伸びを防止し耐久性を高め、かつ吸気バルブ１９…および排気バルブ２０…の駆動タイミングのずれを防止することができる。しかもカムシャフト２１を支持する軸受部の数や強度を減少させてシリンダヘッド１３の軽量化に寄与することができる。
【００２７】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２８】例えば、実施例ではディーゼルエンジンＥを例示したが、本発明はガソリンエンジンに対しても適用することができ、エンジンの気筒数や気筒の配置形態も適宜変更可能である。また高圧ポンプ４１の構造は実施例のラジアルプランジャポンプに限定されるものではない。また実施例ではカムシャフト２１およびポンプシャフト５５をオルダム継ぎ手７０で結合しているが、他の任意の継ぎ手を採用することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明によれば、カムシャフトの回転負荷のピーク値およびポンプシャフトの回転負荷のピーク値が重ならないようにカムシャフトおよびポンプシャフトを所定の位相で連結することにより、カムシャフトの回転負荷およびポンプシャフトの回転負荷の合成回転負荷のピーク値が低減するので、カムシャフトおよびポンプシャフトを駆動するトルクのピーク値を最小限に抑えることができる。従って、例えばクランクシャフトでタイミングチェーンを介してカムシャフトを駆動する場合には、タイミングチェーンに小型軽量な細いものを使用しても、その摩耗や伸びを防止して耐久性を高めるとともに、吸気バルブおよび排気バルブの駆動タイミングのずれを防止することができ、しかもカムシャフトを支持する軸受の数の減少や軸受の小型化を図ることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１２年２月１８日（２０００．２．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１８７０
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 健 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−２２７４２５（Ｐ２００１−２２７４２５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月２４日（２００１．８．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−４６８１４（Ｐ２０００−４６８１４） |
|