JP2002070681A - 内燃機関の補機駆動用カップリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構造で、カムシャフト１０へ過度な応
力が作用することを防止する。 【解決手段】 内燃機関のカムシャフト１０の後端から
燃料ポンプ（補機）３の駆動軸４の先端へ駆動トルクを
伝達するカップリング装置に、カムシャフト１０の後端
外周に配設されるクラッチ機構１８と、このクラッチ機
構１８に隣設して駆動軸４の先端外周に配置されるオル
ダム継手５とを設ける。駆動トルクが所定の許容トルク
以上の場合に、クラッチ機構１８によりカムシャフト１
０と駆動軸４との相対回転が許容される。

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、燃料ポンプのような補機をカムシャフトの
一端で駆動するようにした内燃機関の補機駆動用カップ
リング装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】例えば、特開平１１−３２４８４５号公
報には、内燃機関の燃料ポンプのカム軸とドライブシャ
フトとの軸芯ズレを許容するために、両者間にラミネー
トカップリングを設けた補機駆動用カップリング装置が
開示されている。

【０００２】また、多気筒コモンレール式ディーゼルエ
ンジン等では、カムシャフトの後端と、高圧燃料を常時
供給する燃料ポンプ（サプライポンプ）の駆動軸の一端
との間に、高トルク対応型のオルダム継手を介装したカ
ップリング装置も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のカッ
プリング装置においては、補機としての燃料ポンプにお
けるバリ脱落や異物混入等に起因して、燃料ポンプの駆
動トルクが過度に上昇すると、ラミネートカップリング
やオルダム継手等の継手部分を介してカムシャフト側に
過大な応力が作用し、この結果、カムシャフト側の構成
部品の故障を招いたり、耐久性を低下させるおそれがあ
る。

【０００４】その対策として、上記の継手部分に過大な
駆動トルクが作用した際に折損するヒューズピンを設
け、このヒューズピンの折損により駆動トルクの伝達を
完全に遮断してカムシャフト側へ過大な応力が作用する
ことを確実に防止することも考えられる。しかしなが
ら、この場合、これ以降燃料ポンプが作動しなくなり、
現実的ではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に係る
発明は、内燃機関のカムシャフトの一端と、このカムシ
ャフトと略同軸上に配置される補機の駆動軸の先端とに
連結され、上記カムシャフトから駆動軸へ駆動トルクを
伝達する内燃機関の補機駆動用カップリング装置におい
て、上記駆動トルクが所定の許容トルク以上の場合に、
カムシャフトと駆動軸との相対回転を許容するクラッチ
機構を有することを特徴としている。

【０００６】これにより、補機の駆動トルクが異物混入
やバリ脱落等に起因して一時的に許容トルク以上に上昇
しても、クラッチ機構により両者が相対回転することに
より、カムシャフト側に過度な応力が作用することがな
く、従って、カム駆動チェーン等のカムシャフト側の各
部品の故障を招いたり耐久性が低下することを確実に回
避することができる。

【０００７】また、このようにクラッチ機構により動力
伝達が一時的に遮断された状態では、カムシャフト及び
駆動軸がそれぞれ回転可能であるため、異物の粉砕や各
部品の馴染み等により、補機の駆動トルクが正常な状態
へ戻り易く、かつ、駆動トルクが所期の状態まで低下し
た段階で、クラッチ機構による動力伝達の遮断が速やか
に解除されるため、通常の運転に迅速に復帰することが
できる。

【０００８】特に、補機がディーゼル機関のコモンレー
ルに常時高圧燃料を供給する高圧型の燃料ポンプである
場合、燃料の粘性が高い極低温時に、急加速等により燃
料ポンプの駆動トルクが簡単に上昇してしまうので、本
発明に係る装置の適用が特に有効である。

【０００９】上記の許容トルクは、例えば補機の最大負
荷トルクの約１．２倍程度に設定される。

【００１０】請求項２に係る発明は、上記カムシャフト
又は駆動軸とクラッチ機構とに連結されるオルダム継手
を有することを特徴としている。

【００１１】このオルダム継手は、好ましくは請求項３
に係る発明のように、上記カムシャフト又は駆動軸とス
ライド可能に嵌合する第１スライド部と、上記クラッチ
機構とスライド可能に嵌合する第２スライド部と、を有
し、これら第１，第２スライド部のスライド方向が、共
にカムシャフト又は駆動軸の軸直交方向に設定されると
ともに、互いに直交する方向に設定されている。

【００１２】このようなオルダム継手を用いることによ
り、補機の取付位置の僅かな誤差が許容され、駆動軸を
円滑に回転させることができる。また、クラッチ機構に
作用する曲げ応力が適宜に吸収されるため、クラッチの
誤作動をより確実に防止できる。

【００１３】請求項４に係る発明は、上記クラッチ機構
及びオルダム継手が、カムシャフトの一端及び駆動軸の
先端の外周に互いに隣設して配置されていることを特徴
としている。

【００１４】これにより、カムシャフトの一端と駆動軸
の先端とを十分に近接させることができ、機関全体の軸
方向寸法の短縮化，コンパクト化を図ることができる。
また、オルダム継手とクラッチ機構とが隣設配置されて
いるため、装置全体の小型化を図ることができ、機関搭
載性が向上する。

【００１５】上記クラッチ機構は、好ましくは請求項５
に係る発明のように、潤滑油が供給されるハウジング内
に、上記カムシャフト又は駆動軸の一方とともに回転す
る第１ディスクと、上記カムシャフト又は駆動軸の他方
とともに回転する第２ディスクと、上記駆動トルクが低
い場合に上記第１，第２ディスクが一体的に回転するよ
うに、両者を軸方向に互いに押し付ける付勢手段と、が
収容された湿式多板クラッチ機構である。

【００１６】このような湿式多板型のクラッチ機構は、
簡素かつコンパクトな構造でありながら、大きなトルク
にも対応可能な点で優れている。また、予め組み立てて
ユニット化できるため、機関への組付行程における部品
点数や工数の低減化を図ることが可能で、コスト的にも
有利である。

【００１７】また、ディスクの枚数や付勢手段の押し付
け力等を変更することにより、上記の許容トルクを容易
に調整できるため、エンジン機種の相違や仕様変更にも
容易に対応できる。

【００１８】請求項６に係る発明は、上記クラッチ機構
のハウジングが、機関本体側に回転可能に支持されてい
ることを特徴としている。

【００１９】このように、慣性モーメントが比較的大き
いクラッチ機構（及びオルダム継手）を機関本体側に回
転可能に支持させることにより、カムシャフトや駆動軸
に不要な曲げモーメントが作用することをより確実に防
止することができる。

【００２０】請求項７に係る発明は、上記ハウジングを
回転可能に支持する軸受部に、ハウジング内へ潤滑油を
供給する油路の一部が形成されていることを特徴として
いる。

【００２１】この場合、軸受部の油路を介してクラッチ
機構のハウジング内へ潤滑油をより確実に供給すること
ができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、仮に補機の駆動トルク
が許容トルク以上に上昇しても、クラッチ機構によりカ
ムシャフトと補機の駆動軸とが相対回転するために、カ
ムシャフト側に過度な応力が作用することはなく、この
結果、カム駆動チェーン等のカムシャフト側の各部品の
故障や耐久性の低下を確実に回避することができる。よ
り詳しくは、仮に補機の駆動軸が焼き付き等により固着
しても、カムシャフト側の故障を招くおそれがなく、補
機の交換修理のみにて復旧が可能となる。

【００２３】また、クラッチ機構が湿式多板クラッチ機
構の場合には、比較的簡素かつコンパクトな構成で大き
な駆動トルクにも対応可能である。加えて、クラッチ機
構をユニット化することで、機関組立行程における部品
点数や工数の低減化を図ることができる。

【００２４】特に、コモンレール式燃料噴射装置におけ
る燃料ポンプ（補機）に本発明を適用した場合、リリー
フバルブ等の部品を別途設けることなく、過度な燃料の
高圧化を防ぐことができ、燃費の向上を図ることができ
る。また、燃料ポンプが故障し、クラッチ機構が滑り始
めてコモンレール圧が低下すると、運転者が出力不足を
感じるだけで修理工場まで自走できるため、道路上で立
ち往生する等のトラブルを招くおそれがない。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２６】図１および図２は、この発明の第１実施例
に係るカップリング装置を備えたディーゼル式内燃機関
の燃料ポンプ駆動装置を示しており、図１はシリンダヘ
ッド１後端部分の断面図、図２は図１の要部拡大図であ
る。

【００２７】図１に示すように、シリンダヘッド１に
は、吸気弁（又は排気弁）１５を開閉するカムシャフト
１０がカムブラケット１６等を介して回転自在に支持さ
れている。このシリンダヘッド１には、その上面を覆う
シリンダヘッドカバー（ロッカーカバー）１７が取り付
けられるとともに、その後端面に、フランジ状のポンプ
アダプタ２を介して、補機としての高圧対応型の燃料ポ
ンプ（サプライポンプ）３がボルト等により固定されて
いる。この燃料ポンプ３は、いわゆるコモンレール式燃
料噴射装置におけるサプライポンプとして用いられるも
のである。なお、ポンプアダプタ２とシリンダヘッド１
との接合面ならびに燃料ポンプ３との接合面には、それ
ぞれＯ−リング８，７が配設されている。

【００２８】そして、本実施例の補機駆動用カップリン
グ装置は、カムシャフト１０の後端と、このカムシャフ
ト１０と略同軸上に配置される燃料ポンプ３の駆動軸４
の一端とに連結されており、カムシャフト１０から駆動
軸４へ駆動トルクを伝達する機能を有している。

【００２９】このカップリング装置は、図２にも示すよ
うに、カムシャフト１０の後端外周に同軸上に配設され
るクラッチ機構１８と、このクラッチ機構１８に直列に
隣設配置されるとともに、駆動軸４の先端外周に同軸上
に配設されるオルダム継手５と、により構成されてい
る。

【００３０】図２〜５にも示すように、オルダム継手５
の中央部には、二面幅の第１スライド溝（第１スライド
部）２７が貫通形成されており、この第１スライド溝２
７に、駆動軸４の先端に形成された二面幅の第１スライ
ド突起２８がスライド可能に嵌合している。つまり、第
１スライド溝２７が第１スライド突起２８よりもスライ
ド方向に長く設定されている。また、オルダム継手５に
は、二面幅の第２スライド突起（第２スライド部）２６
が径方向外方へ向けて張出形成されており、この第２ス
ライド突起２６が、クラッチ機構１８のケース３０（図
６，７参照）に形成された二面幅の第２スライド溝２３
にスライド可能に嵌合している。

【００３１】第１スライド突起２８，第１スライド溝２
７のスライド方向と、第２スライド突起２６，第２スラ
イド溝２３のスライド方向とは、共にカムシャフト１０
や駆動軸４の軸直角方向に設定されるとともに、互いに
直交する方向に設定されている。

【００３２】このようなオルダム継手５により、カムシ
ャフト１０と駆動軸４との軸芯ズレがある程度吸収され
るため、燃料ポンプ３の取付位置の僅かな誤差が許容さ
れ、駆動軸４を円滑に回転させることができる。また、
クラッチ機構１８に作用する曲げ応力が抑制されるた
め、クラッチの誤作動をより確実に防止できる。

【００３３】上記のクラッチ機構１８には、比較的簡素
かつコンパクトな構造で大きなトルクに対応可能な湿式
多板型のクラッチ機構が採用されている。すなわち、ク
ラッチ機構１８は、互いに螺合するケース３０及びキャ
ップ６１の内部における精密に加工された対向面６８，
６９間に、交互に積層された駆動ディスク６２及び被駆
動ディスク６３がスペーサ６４を介して皿バネ６５によ
り互いに軸方向に押し付けられた状態で収容されてい
る。

【００３４】駆動ディスク６２は、図２，８に示すよう
に、スプライン６６，７２を介してカムシャフト１０の
外周に軸方向に移動可能に噛み合っており、このカムシ
ャフト１０とともに軸回りに回転する。被駆動ディスク
６３は、図２，９に示すように、スプライン６７，７３
を介してケース３０の内周に軸方向に移動可能に噛み合
っており、このケース３０，オルダム継手５及び駆動軸
４とともに軸回りに回転する。

【００３５】駆動ディスク６２と被駆動ディスク６３と
が互いに面接触する部分には、皿バネ６５の付勢力に応
じた摩擦抵抗が与えられているため、燃料ポンプ３の駆
動トルクが低い状態では、駆動ディスク６２と被駆動デ
ィスク６３とが一体的に回転し、カムシャフト１０から
駆動軸４へ駆動トルクが伝達される。

【００３６】一方、燃料ポンプ３の駆動トルクが所定の
許容トルク以上の場合には、皿バネ６５のバネ力に抗し
て駆動ディスク６２と被駆動ディスク６３とが相対回転
し、カムシャフト１０から駆動軸４への駆動トルクの伝
達が遮断される。つまり、カムシャフト１０が空転す
る。

【００３７】従って、駆動トルクが許容トルク以上とな
っても、カムシャフト１０に過度な応力が作用するおそ
れがなく、図外のカム駆動チェーン等のカムシャフト１
０側の各部品の故障や耐久性の低下を招くおそれはな
い。

【００３８】なお、カムシャフト１０の内部には、その
軸中心に沿って潤滑油通路１２が貫通形成されており、
この潤滑油通路１２に図示せぬ軸受面の油孔等を通して
供給された潤滑油は、流量を規制するオリフィス１４を
通して、クラッチ機構１８のハウジング（ケース３０及
びキャップ６１）の内部やオルダム継手５のスライド部
分等に適宜に供給されるようになっている。

【００３９】上記のクラッチ機構１８の組立手順につい
て説明すると、略有底円筒形をなすケース３０内に駆動
ディスク６２と被駆動ディスク６３を交互に挿入し、更
にスペーサ６４及び皿バネ６５を挿入した後に、キャッ
プ６１の内周ネジ部をケース３０外周のネジ部６０に螺
合し、精密加工されたキャップ６１の底面６９とケース
３０の先端面６７とが突き当たるまで、キャップ６１を
皿バネ６５等を圧縮しながらケース３０に締め付け固定
すれば良い。

【００４０】このように、クラッチ機構１８を予めユニ
ット化しておくことができるため、機関への組付時にお
ける部品点数や工数の低減化を図ることができ、コスト
的に有利である。

【００４１】なお、上記の許容トルクは、皿バネ６５の
バネ定数やつぶし量等に応じて変化する。従って、皿バ
ネ６５のつぶし高さが均一となるように、厚さの異なる
複数のスペーサから選ばれたスペーサ６４を選択的に用
いることにより、ディスク６２，６３の厚さのバラツキ
等を容易に修正することができる。その後、単体試験機
等でクラッチ機構の伝達トルク性能が要求を満たしてい
れば、機関に組み付ければ良い。

【００４２】また、カムシャフト１０の後端外周にクラ
ッチ機構１８を配置し、オルダム継手５を駆動軸４の先
端外周に配置させているため、カムシャフト１０後端と
駆動軸４先端との軸方向隙間を十分に小さく、例えば約
２ｍｍ程度まで抑えることができる。これにより、燃料
ポンプ３を搭載した状態での機関軸方向寸法を効果的に
抑制することができる。

【００４３】更に言えば、オルダム継手５とクラッチ機
構１８とが同軸上に隣設配置されるため、装置全体のコ
ンパクトを図ることができ、機関搭載性にも優れてい
る。

【００４４】図１０，１１は第２実施例を示している。
なお、上記第１実施例の構成と実質的に同じ部分には同
じ参照符号を付し、類似する部分には参照符号の後にａ
を追記して、重複する説明を適宜省略する。

【００４５】この第２実施例では、オルダム継手５ａが
カムシャフト１０ａの後端外周に配置され、クラッチ機
構１８ａが駆動軸４ａの先端外周に配置されている。つ
まり、オルダム継手５ａの第１スライド溝２７ａに、カ
ムシャフト１０ａの後端に形成された二面幅の第１スラ
イド突起２８ａがスライド可能に嵌合しており、オルダ
ム継手５ａの第２スライド突起２６ａが、ケース３０ａ
に形成された第２スライド溝２３ａにスライド可能に嵌
合している。

【００４６】また、この第２実施例では、クラッチ機構
１８ａのハウジングを構成するキャップ６１ａの外周面
８７が、シリンダヘッド１ａに固定されるポンプアダプ
タ２ａの軸受面８８に回転可能に支持されている。

【００４７】このように、慣性モーメントが比較的大き
いクラッチ機構１８ａ及びオルダム継手５ａが、軸受部
としてのポンプアダプタ２を介してシリンダヘッド１ａ
側へ回転可能に支持されているため、カムシャフト１０
や駆動軸４ａに不要な曲げモーメントが作用することを
より確実に防止することができる。

【００４８】更に、ディスク６２，６３やスペーサ６４
及び皿バネ６５が収容されるクラッチ機構１８のハウジ
ング３０ａ，６１ａの内部に、互いに連通する潤滑油路
８０〜８６を通して強制的に潤滑油を供給するようにな
っている。つまり、シリンダヘッド１ａに、潤滑油が導
入される導入油路８０と径方向油路８１とが形成されて
いる。このシリンダヘッド１ａに固定されるポンプアダ
プタ２ａに、径方向油路８１に連通する径方向油路８２
と周方向油路８３とが形成されている。このポンプアダ
プタ２ａの内周側に支持されるキャップ６１ａに、周方
向油路８３に連通する径方向油路８４と周方向油路８５
とが形成されている。このキャップ６１ａの内周側に螺
合するケース３０ａに、周方向油路８５とハウジング内
部とに連通する径方向油路８６が形成されている。

【００４９】従って、これらの油路８０〜８６を介して
クラッチ機構１８ａのハウジング内部へより確実に潤滑
油を供給することができ、その潤滑性能が更に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る補機駆動用カップリ
ング装置を示す内燃機関の一部断面図。

【図２】図１の要部拡大図。

【図３】補機としての燃料ポンプの駆動軸の先端を示す
側面図。

【図４】同じく駆動軸の先端を示す正面図。

【図５】上記カップリング装置のオルダム継手の正面
図。

【図６】上記カップリング装置のクラッチ機構の側面
図。

【図７】同じくクラッチ機構の正面図。

【図８】上記クラッチ機構の駆動ディスクの正面図。

【図９】上記クラッチ機構の被駆動ディスクの正面図。

【図１０】本発明の第２実施例に係る補機駆動用カップ
リング装置を示す内燃機関の一部断面図。

【図１１】図１０の要部拡大図。

【符号の説明】

３…燃料ポンプ（補機） ４…駆動軸 ５…オルダム継手 １０…カムシャフト １８…クラッチ機構 ２７…第１スライド溝（第１スライド部） ２６…第２スライド突起（第２スライド部） ３０…ケース（ハウジング） ６１…キャップ（ハウジング） ６２…駆動ディスク（第１又は第２ディスク） ６３…被駆動ディスク（第１又は第２ディスク） ６５…皿バネ（付勢手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｄ 3/04 Ｆ１６Ｄ 3/04 Ａ 7/02 7/02 Ｆ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のカムシャフトの一端と、この
   カムシャフトと略同軸上に配置される補機の駆動軸の先
   端とに連結され、上記カムシャフトから駆動軸へ駆動ト
   ルクを伝達する内燃機関の補機駆動用カップリング装置
   において、 上記駆動トルクが所定の許容トルク以上の場合に、カム
   シャフトと駆動軸との相対回転を許容するクラッチ機構
   を有することを特徴とする内燃機関の補機駆動用カップ
   リング装置。
2. 【請求項２】 上記カムシャフト又は駆動軸とクラッチ
   機構とに連結されるオルダム継手を有することを特徴と
   する請求項１に記載の内燃機関の補機駆動用カップリン
   グ装置。
3. 【請求項３】 上記オルダム継手は、上記カムシャフト
   又は駆動軸とスライド可能に嵌合する第１スライド部
   と、上記クラッチ機構とスライド可能に嵌合する第２ス
   ライド部と、を有し、これら第１，第２スライド部のス
   ライド方向が、共にカムシャフト又は駆動軸の軸直交方
   向に設定されるとともに、互いに直交する方向に設定さ
   れていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の
   補機駆動用カップリング装置。
4. 【請求項４】 上記クラッチ機構及びオルダム継手が、
   カムシャフトの一端及び駆動軸の先端の外周に互いに隣
   設して配置されていることを特徴とする請求項２又は３
   に記載の内燃機関の補機駆動用カップリング装置。
5. 【請求項５】 上記クラッチ機構は、潤滑油が供給され
   るハウジング内に、上記カムシャフト又は駆動軸の一方
   とともに回転する第１ディスクと、上記カムシャフト又
   は駆動軸の他方とともに回転する第２ディスクと、上記
   駆動トルクが低い場合に上記第１，第２ディスクが一体
   的に回転するように、両者を軸方向に互いに押し付ける
   付勢手段と、が収容された湿式多板クラッチ機構である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃
   機関の補機駆動用カップリング装置。
6. 【請求項６】 上記クラッチ機構のハウジングが、機関
   本体側に回転可能に支持されていることを特徴とする請
   求項６に記載の内燃機関の補機駆動用カップリング装
   置。
7. 【請求項７】 上記ハウジングを回転可能に支持する軸
   受部に、ハウジング内へ潤滑油を供給する油路の一部が
   形成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃
   機関の補機駆動用カップリング装置。