JP2001227425A - エンジンの燃料ポンプ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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２
１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１
７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３
０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４
１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５
２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５
７ａ…に当接する方向に付勢される。３個のシリンダ５
９…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°〜１８
０°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３
６０°〜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。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの全体構成を示す図

【図２】シリンダヘッドに取り付けた高圧ポンプを示す
図

【図３】図２に示す高圧ポンプの縦断面図

【図４】図３の４−４線断面図

【図５】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】カムシャフトが受ける合成回転負荷を示す図

【符号の説明】

１９ 吸気バルブ ２０ 排気バルブ ２１ カムシャフト ４１ 高圧ポンプ（燃料ポンプ） ５５ ポンプシャフト Ｅ ディーゼルエンジン（エンジン）

フロントページの続き (72)発明者 下山 和明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 棚橋 哲哉 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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。