JP2003113757A - 燃料供給装置 - Google Patents

燃料供給装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料供給装置を大型化、高重量化することな
く、駆動カムやタペットの磨耗を軽減し得る燃料供給装
置を提供することを課題とするものである。 【解決手段】 エンジンの駆動カム41と接触して駆動
カム41の力を受ける受圧面28aを有すると共にピス
トン26に上記力を伝達するタペット28を備えた燃料
供給装置6において、受圧面28aの外周近傍のタペッ
ト側壁28cにタペット28における応力の局部的集中
を防止する、溝断面形状がV字状、半円状、U字状など
の溝5を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料供給装置に関
し、特に燃料噴射型の内燃機関、例えば自動車用エンジ
ン、に高圧で燃料を供給するための燃料供給装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】図8〜図14は、従来の燃料噴射型の内
燃機関における一般的な燃料供給システムを説明するも
のであって、図8は上記燃料供給システムに就いての概
略説明図、図9は上記燃料供給システムに含まれる燃料
供給装置の主要部の断面図、図10は図9におけるX−
X線に沿った断面図、図11は図9の部分拡大断面図で
あって、駆動カムと上記燃料供給装置のタペットとの当
接状況を説明するY−Z面の断面図、図12は図11の
Y−Z面に対するY−X面の断面図、図13は上記タペ
ットの上記駆動カムの力を受ける受圧面における変形の
状況を示すグラフ、図14は上記受圧面におけるヘルツ
応力の分布の状況を示すグラフである。
【0003】図8〜図9において、燃料供給システム
は、燃料タンク1、燃料供給装置6、および燃料噴射弁
10を主要要素として有し、燃料供給装置6は、フィル
ター11、低圧ダンパー12、吸入弁13、電磁弁1
7、ポンプ16、および吐出弁14を有する。
【0004】燃料タンク1内の燃料2は、低圧ポンプ3
によって送り出され、フィルター4を経由し、低圧レギ
ュレータ5によって調圧されて燃料供給装置6に供給さ
れる。かく供給された燃料2は、そのうちの燃料噴射に
必要な量のみが同装置6により高圧化され、内燃機関
(図示せず)のコモンレール9内に供給され、ついで燃
料噴射弁10から高圧の霧状とされて内燃機関のシリン
ダー(図示せず)内に噴射される。この際の必要燃料量
は、制御ユニット(図示せず)により決定され電磁弁1
7により制御されており、余分な燃料は、電磁弁17か
ら低圧ダンパー12と吸入弁13との間にリリーフされ
る。なお図8の7はフィルターであり、8は高圧リリー
フバルブであって、コモンレール9内が異常圧力となっ
た場合には高圧リリーフバルブ8が開弁されてコモンレ
ール9と燃料噴射弁10の破損が防止される。
【0005】燃料供給装置6の主要部を示す図9におい
て、ポンプ16は、ケーシング30内に組み込まれて燃
料の吸入口22と吐出口23を有する加圧室24を内部
に有するシリンダー25、シリンダー25内を軸方向に
摺動して加圧室24の内容積を変化させるピストン2
6、ピストン26に連接された円柱状のタペット28、
およびタペット28を摺動自在に勘合しケーシング30
に締結するネジ部を有するボルト29から構成されてい
る。また図10〜図12において、タペット28の図上
での下端の受圧面28aには、エンジンのカムシャフト
40の上に設けられた駆動カム41が当接し、カムシャ
フト40の回転による駆動カム41の回転力は受圧面2
8aを経由してタペット28およびピストン26に伝達
され、かく伝達された力によりピストン26が上下動し
て加圧室24の内容積が変化させられる。
【0006】ピストン26のタペット28と当接する面
261は、図11、12に示すようにタペット28の方
に僅かに膨らんだ凸状を呈する。凸状とする理由は、タ
ペット28が駆動カム41の回転により軸方向に摺動す
る際、タペット28とボルト29に設定された間隙によ
りタペット28に傾きが発生し、その傾きがタペット2
8の上面28bからピストン26に伝わる横力を低減す
るためである。
【0007】図11において、矢印a、矢印b、矢印c
は、いずれも駆動カム41による受圧面28aへの力付
与位置を示し、このうち矢印bは受圧面28aの中心付
近への、一方、矢印a、矢印cはいずれも受圧面28a
の外周から少し内側に入った個所への、それぞれ力付与
位置を示す。図11に示すように、一般的に駆動カム4
1はタペット28よりも広幅であり、且つ駆動カム41
の駆動当初においては、駆動カム41による受圧面28
aへの力付与状況は、受圧面28aの全面にわたって一
様であって、したがって矢印a、矢印b、矢印cで示さ
れる各力付与位置への付与力も一様である。
【0008】しかし前記したように、タペット28の上
面28bにおける矢印bの力付与位置辺りは、ピストン
26の面261の凸部と接しており、これに対して矢印
a、矢印cの力付与位置辺りは、上面28bと面261
との間に僅かながら隙間が存在する。受圧面28aは、
この隙間の存在のために図13の実線で示すように変形
し、その際のヘルツ応力の分布は図14の実線のように
なる。なお図13、14は、燃料の吐出圧力が15MP
aと高いときのデータである。
【0009】ここで図13、14について説明すると、
図13、14の各横軸は、タペット28のZ軸方向の位
置を示し、図13、14の各縦軸は、受圧面28aの変
形に基づく初期位置からの変位距離(μm)およびヘル
ツ応力(MPa)である。また図13、14の実線で示
された各曲線は、燃料の吐出圧力が15MPaであると
きの分布を示し、さらに各図中のa、b、cは、それぞ
れ前記矢印a、矢印b、矢印cの力付与位置における変
位距離(図13)およびヘルツ応力(図14)を示す。
図13から明らかな通り、矢印a、矢印c辺りで変位距
離は最大となり、さらに外周では変位距離が低減してい
る。その結果、図13から明らかな通り矢印a、矢印c
辺りの変位距離の変曲点でヘルツ応力が極大となる。
【0010】このように燃料の吐出圧力が高い場合、矢
印a、矢印c辺り、即ち受圧面28aの外周近傍での局
部的に発生する高ヘルツ応力により駆動カム41および
タペット28の磨耗が激しくなる問題がある。この問題
に対して従来技術では、タペット28の外径並びに駆動
カム41の幅および外径を大きくしてヘルツ応力を低減
する方法を採用していたが、この方法では燃料供給装置
6が大型化、高重量化する欠点があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける上記事情に鑑みて、燃料供給装置を大型化、高重
量化することなく、駆動カムやタペットの磨耗を軽減し
得る燃料供給装置を提供することを課題とするものであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
燃料供給装置は、燃料の吸入口と吐出口を有する燃料加
圧室を内臓するシリンダー、上記シリンダー内を軸方向
に摺動して上記燃料加圧室の容積を増減するピストン、
エンジンの駆動カムと接触して上記駆動カムの力を受け
る受圧面を有すると共に上記ピストンに上記力を伝達す
るタペットを備えた燃料供給装置において、上記受圧面
の外周近傍のタペット側壁に上記タペットにおける応力
の局部的集中を防止する溝が設けられたことを特徴とす
るものである。
【0013】本発明の請求項2に係る燃料供給装置は、
上記請求項1において、上記タペットは、上記シリンダ
ーを収容するボルトの開口端に設けられたタペットスト
ッパーに係留される大径部と上記タペットストッパーを
通過可能であると共に上記受圧面を有する小径部とから
構成されており、且つ上記溝は上記小径部の側壁に設け
られたことを特徴とするものである。
【0014】本発明の請求項3に係る燃料供給装置は、
上記請求項1または請求項2において、上記タペット
は、上記受圧面と上記溝との間に盤状部を有することを
特徴とするものである。
【0015】本発明の請求項4に係る燃料供給装置は、
上記請求項3において、上記大径部の外径は、10〜1
5mm程度であり、上記盤状部の厚みは、0.5〜1.
5mm程度であることを特徴とするものである。
【0016】本発明の請求項5に係る燃料供給装置は、
上記請求項1〜請求項4のいずれか一項において、上記
溝は、溝断面形状がV字状、半円状、またはU字状であ
ることを特徴とするものである。
【0017】本発明の請求項6に係る燃料供給装置は、
上記請求項4または請求項5において、上記溝は、上記
タペットの側壁表面からの深さが0.5〜2mm程度で
あることを特徴とするものである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下において,前記従来技術およ
び先行の実施の形態にて表示された部位と同じ部位に就
いては同じ符号を付して説明を省略することがある。
【0019】実施の形態1.図1〜図5は、本発明の燃
料供給装置における実施の形態1を説明するものであっ
て、図1は燃料供給装置の主要部の断面図、図2は図1
の部分拡大断面図であって、上記駆動カムと上記タペッ
トとの当接状況を説明するY−Z面の断面図、図3は図
2のY−Z面に対するY−X面の断面図、図4は上記タ
ペットの上記駆動カムの力を受ける受圧面における変形
の状況を示すグラフ、図5は上記受圧面におけるヘルツ
応力の分布の状況を示すグラフである。図4、5の各横
軸および縦軸、並びに図中のa、b、cの意味する内容
は、前記図13,14のそれらと同じである。なお図4
における太曲線G1および図5における太曲線G3は、
いずれも燃料の吐出圧力が15MPaであるときの実施
の形態1についてのものであり、図4における細曲線G
2および図5における細曲線G4は、いずれも前記図1
3、14に示された曲線の再現である。
【0020】図1〜図3、特に図3において、円柱状の
タペット28は、側壁28cを有し、大径部281と小
径部282からなり、小径部282における側壁28c
に同側壁の周囲を巡るリング状の溝5が形成されてい
る。溝5と受圧面28aとの間には盤状部284が存在
し、その図上での下面が受圧面28aとなっている。盤
状部284は、実質的に駆動カム41からの力を受け止
める受圧部として機能する。図2において、L1は大径
部281の長さ、L2は小径部282の長さ、R1は大
径部281の外径、R2は小径部282の外径、T1は
盤状部284の厚み、T2は溝5の底と盤状部284と
の間に存在する薄肉部283の厚み、Dは溝5の大径部
281における側壁28cの表面からの深さ、θは溝5
の盤状部284側の斜面、換言すると薄肉部283の傾
斜面の傾斜角度である。
【0021】つぎに溝5を設けることの作用について説
明する。溝5を設けることにより、小径部282に薄肉
部283および盤状部284が形成される。これら薄肉
部283と盤状部284の外周およびその近傍部(以
下、易変形部)は薄肉であって剛性が低く、このために
受圧面28aまたは盤状部284が駆動カム41から力
を受けると、上記易変形部、換言すると矢印aおよび矢
印cの力付与位置は、図2の矢印a、矢印cよりもさら
に外周が大きく変形する。図4の曲線G1は、この変形
の状態を示すものであって、曲線G2と比較すると矢印
a、矢印c辺りで変曲点は無く、外周に向かって単調に
増加し最外周で最大変位が発生することを明示してい
る。かかる大きな変曲点が無くなることにより図5の曲
線G3から明らかな通り、矢印aおよび矢印cの力付与
位置におけるヘルツ応力は曲線G4と対比して十分に小
さく、上記変形形状における応力緩和が達成されている
ことが分かる。この応力緩和は、溝5を設けたことによ
る作用であって、この作用により駆動カム41およびタ
ペット28の磨耗が軽減される効果が得られ、かくして
本発明の前記課題が達成されることなる。
【0022】タペット28は、燃料供給装置6の組み立
て時におけるボルト30からの脱落防止のために、ボル
ト30の開口部に設けられたタペットストッパー31の
内径より僅かに大きい外径を有する大径部281と上記
内径より僅かに小さい外径を有する小径部282とから
構成されていて、燃料供給装置6の組み立て時において
は、図では上からタペット28をボルト30内に挿通し
ている。かく挿通すると、大径部281のみがボルト3
0内に留まり、小径部282はタペットストッパー31
を通過して図1〜図3に示す状態となる。実施の形態1
においては、溝5は上記小径部282の側壁の、但し盤
状部284を除く略全域わたって設けられてV字状の溝
断面を有する。
【0023】なお溝5の深さDや開口部の大きさが小さ
くて、上記易変形部が厚肉であると、易変形部の剛性が
未だ大きいので上記した変形の程度(応力緩和の程度)
が不十分となって溝5の作用が乏しくなり、逆に溝5の
深さDが過大で上記易変形部の厚みが過小であると、そ
の個所が駆動カム41の力により破損することがある。
よって溝5の深さDや開口部の大きさは、上記過大値と
過少値の中間値であることが望ましく、かかる中間値
は、タペット28のサイズが決定されれば一般的に試行
錯誤的もしくは有限要素法による解析にて決定すること
ができる。
【0024】上記した試行錯誤的決定はさておき、タペ
ット28のサイズや薄肉部283の厚みT2、およびそ
の他の寸法の最適値について図2に基づき一例を示す
と、タペット28の大径部281の長さL1が15〜2
0mm程度、R1が10〜15mm程度である場合、長
さL2は4〜5mm程度、R1とR2との差は0.05
〜0.2mm程度、厚みT1は0.5〜1.5mm程
度、好ましくは0.5〜1.2mm程度、傾斜角度θは
30〜60度程度、薄肉部283の厚みT2は1〜2m
m程度、Dは0.5〜2mm程度である。
【0025】本発明において、溝5は、基本的に受圧面
28aの外周に近いタペット側壁28c上に設けられ
る。しかし、溝5が上記外周に過度に近接して設けられ
ると、盤状部284の厚みが過少となって、駆動カム4
1の力によりそれが容易に破損する問題が生じる。よっ
て溝5は、盤状部284が上記した程度の厚みを確保し
得る位置に設けられることが好ましい。
【0026】実施の形態2.図6は、本発明の燃料供給
装置における実施の形態2を説明するものであって、タ
ペット28のみの断面図である。実施の形態2における
燃料供給装置の主要部の断面図は、タペット28の断面
部分以外は前記図1〜図3と同じであるのでここでは省
略する。
【0027】実施の形態2は、タペット28の小径部2
82の断面形状が実施の形態1のそれと異なるのみで、
その他の構成は同じである。実施の形態2での溝5は、
溝断面が半円形を呈しており、深さDは実施の形態1で
のそれと同じであるが、実施の形態1のそれと対比し
て、開口部の大きさを少し小さくし且つ盤状部284の
厚みT1は少し大きくして0.8〜1.5mm程度とし
ているが、実施の形態1と同様の作用並びに効果が得ら
れる。
【0028】実施の形態3.図7は、本発明の燃料供給
装置における実施の形態3を説明するものであって、タ
ペット28のみの断面図である。実施の形態3における
燃料供給装置の主要部の断面図は、タペット28の断面
部分以外は前記図1〜図3と同じであるのでここでは省
略する。
【0029】実施の形態3は、タペット28の小径部2
82の断面形状が実施の形態1、2のそれらと異なるの
みで、その他の構成は同じである。また実施の形態3で
の溝5は、盤状部284の厚み分を除く小径部282の
残余の部分の全域にわたっており、溝断面がU字状の、
特に平底を有するU字状溝となっている。盤状部284
の厚みは、実施の形態2の場合と同じ0.8〜1.5m
m程度であって、盤状部284の外周部のみが前記した
易変形部として機能し、実施の形態1と同様の作用並び
に効果が得られる。
【0030】本発明は、前記した実施の形態1〜3に限
定されるものではなく、本発明の課題並びに解決手段の
精神に沿った種々の変形形態を包含する。
【0031】
【発明の効果】本発明の燃料供給装置は、以上説明した
通り、 本発明の請求項1に係る燃料供給装置は、燃料
の吸入口と吐出口を有する燃料加圧室を内臓するシリン
ダー、上記シリンダー内を軸方向に摺動して上記燃料加
圧室の容積を増減するピストン、エンジンの駆動カムと
接触して上記駆動カムの力を受ける受圧面を有すると共
に上記ピストンに上記力を伝達するタペットを備えた燃
料供給装置において、上記受圧面の外周近傍のタペット
側壁に上記タペットにおける応力の局部的集中を防止す
る溝が設けられたものである。従来のタペットにはかか
る溝がないので、前記図14のa部およびc部で大きな
ヘルツ応力が生じていたが、溝を設けることにより受圧
面の近傍のタペット側壁に低剛性の易変形部が形成され
て、この易変形部がヘルツ応力を緩和する作用をなし、
この作用により駆動カムおよびタペットの磨耗が軽減さ
れる効果が得られる。
【0032】また上記タペットは、上記シリンダーを収
容するケーシングの開口端に設けられたタペットストッ
パーに係留される大径部と上記タペットストッパーを通
過可能であると共に上記受圧面を有する小径部とから構
成されており、且つ上記溝は上記小径部の側壁に設けら
れたものであって、さらに上記タペットは、上記受圧面
と上記溝との間に盤状部を有するものであると、この盤
状部が駆動カムの力を受ける受圧部として機能する。
【0033】また上記大径部の外径は、10〜15mm
程度であり、上記盤状部の厚みは、0.5〜1.5mm
程度であると、上記盤状部は駆動カムの力を受けても破
損する問題がなく受圧部として機能する。
【0034】また上記溝は、溝断面形状がV字状、半円
状、またはU字状であり、さらに上記タペットの側壁表
面からの深さが0.5〜2mm程度であると、前記した
易変形部は、低剛性を維持しながら、しかも駆動カムの
力を受けても破損する問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の燃料供給装置における実施の形態1
の断面図。
【図2】 図1の部分拡大断面図。
【図3】 図1の他の部分拡大断面図。
【図4】 タペットの受圧面における変形の状況を示す
グラフ。
【図5】 受圧面におけるヘルツ応力の分布状況を示す
グラフ。
【図6】 本発明の燃料供給装置における実施の形態2
で用いられるタペットの断面図。
【図7】 本発明の燃料供給装置における実施の形態3
で用いられるタペットの断面図。
【図8】 従来の燃料供給システムに就いての概略説明
図。
【図9】 従来の燃料供給装置の断面図。
【図10】 図9におけるX−X線に沿った断面図。
【図11】 図9の部分拡大断面図。
【図12】 図9の他の部分拡大断面図。
【図13】 従来のタペットの受圧面における変形の状
況を示すグラフ。
【図14】 従来の受圧面におけるヘルツ応力の分布状
況を示すグラフ。
【符号の説明】
6 燃料供給装置、30 ケーシング、24 加圧室、
26 ピストン、28 タペット、28a 受圧面、2
8c 側壁、281 大径部、282 小径部、284
盤状部、40 カムシャフト、41 駆動カム、5
溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津上 弘道 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 3G066 AA07 AB02 AC06 AC09 AD02 BA29 BA49 CA01S CA08 CA09 CD30 CE05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料の吸入口と吐出口を有する燃料加圧
    室を内臓するシリンダー、上記シリンダー内を軸方向に
    摺動して上記燃料加圧室の容積を増減するピストン、エ
    ンジンの駆動カムと接触して上記駆動カムの力を受ける
    受圧面を有すると共に上記ピストンに上記力を伝達する
    タペットを備えた燃料供給装置において、上記受圧面の
    外周近傍のタペット側壁に上記タペットにおける応力の
    局部的集中を防止する溝が設けられたことを特徴とする
    燃料供給装置。
  2. 【請求項2】 上記タペットは、上記シリンダーを収容
    するボルトの開口端に設けられたタペットストッパーに
    係留される大径部と上記タペットストッパーを通過可能
    であると共に上記受圧面を有する小径部とから構成され
    ており、且つ上記溝は上記小径部の側壁に設けられたこ
    とを特徴とする請求項1記載の燃料供給装置。
  3. 【請求項3】 上記タペットは、上記受圧面と上記溝と
    の間に盤状部を有することを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の燃料供給装置。
  4. 【請求項4】 上記大径部の外径は、10〜15mm程
    度であり、上記盤状部の厚みは、0.5〜1.5mm程
    度であることを特徴とする請求項3記載の燃料供給装
    置。
  5. 【請求項5】上記溝は、溝断面形状がV字状、半円状、
    またはU字状であることを特徴とする請求項1〜請求項
    4のいずれか一項記載の燃料供給装置。
  6. 【請求項6】上記溝は、上記タペットの側壁表面からの
    深さが0.5〜2mm程度であることを特徴とする請求
    項4または請求項5記載の燃料供給装置。
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