JP2009250078A - 燃料噴射ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の燃料噴射ポンプ装置では、プランジャー５の下端に取付けられているタペットローラの外輪が、軸方向に移動してカム表面を磨耗，損傷していた。また、該ローラの転動体はニードル転動体であったので、軸方向に突出して他の部分に接触したり、スキュー現象を起こしたりして、外輪にねじれた回転をさせ、磨耗，損傷やエネルギー損失を生じさせていた。
【解決手段】タペットローラ１８は、転動体を複列式ボール転動体とすると共に、外輪の外面部の断面形状を円弧とする。それと接触するカム１９の断面形状は、軸方向中央部を窪ませたゴシックアーク形状とする。このようにすると、タペットローラ１８はカム１９に対し安定した位置で回転するし、外輪がねじれて回転させられることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射するための燃料噴射ポンプ装置に関するものである。

エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射することは、ディーゼルエンジンでは古くから行われているが、ガソリンエンジンにおいても省エネとか排気ガス規制のための改善等から、次第に行われるようになって来ている。
図３は、燃料噴射ポンプ装置の概要を示す図である。図３において、１は燃料噴射ポンプ装置、２は電磁弁、３は弁体、４はチェックバルブ、５はプランジャー、６はタペットローラ、７はカム、８はポンプハウジングである。

電磁弁２は弁体３を開閉するためのものであり、電磁弁２の付勢，消勢は、別途設けられているコンピュータ（図示せず）からの信号によって行われる。弁体３が開かれたとき、燃料タンクから燃料をポンプハウジング８内に導き入れることが可能となる。
プランジャー５の下端にはタペットローラ６が取り付けられており、タペットローラ６はカム７と接触させられている。従って、カム７が回転すると、プランジャー５はポンプハウジング８内を上下に移動させられる。
チェックバルブ４は、所定の圧力がかかったら開くバルブである。

燃料タンクからの燃料は、弁体３が開けられているときプランジャー５が下げられることにより、ポンプハウジング８内に導き入れられる。弁体３が閉じられているときプランジャー５が上げられることにより、ポンプハウジング８内の燃料の圧力は高められる。燃料の圧力が所定以上の高圧になると、チェックバルブ４が開かれ、燃料はエンジンのインジェクターへ勢いよく送出され、シリンダ内へ噴射される。

図４は、従来の燃料噴射ポンプ装置のタペットローラ周辺を示す図である。符号は図３のものに対応し、９はスプリングシート、１０はスプリング、１１はスプリングシート、１２はタペット、１３はガイド溝、１４はタペットガイドキー、１５はカムシャフトである。
プランジャー５の下端にはタペット１２が取り付けられ、タペット１２のプランジャー５が取り付けられている側とは反対の側には、タペットローラ６が取り付けられている。 スプリング１０は、その弾発力によりタペットローラ６をカム７に押し付け、常に接触させておくためのものである。従って、カム７がタペットローラ６を押し上げるときは、この弾発力に抗しながら押し上げることになる。
なお、カム７のカムシャフト１５は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）と連動して回転させられる。

タペット１２の側面にはタペットガイドキー１４が設けられており、これは、ポンプハウジング８の内壁に設けられているガイド溝１３に係合されている。従って、カム７の回転によりタペット１２が上下に動かされるとき、タペットガイドキー１４はガイド溝１３内を上下に動く。
タペットガイドキー１４とガイド溝１３との係合関係は、タペット１２がポンプハウジング８に対して周方向に回るのを防止する役目を果している。

図５は、従来の燃料噴射ポンプ装置におけるタペットローラ部分の拡大図である。符号は図４のものに対応し、６Ａは外輪、６Ｂはニードル転動体、６Ｃはローラ軸、１２Ａ，１２Ｂはローラ支持部である。
従来、タペットローラ６としては、転動体としてニードル転動体を用いたローラが用いられていた。そのようなローラの構造は、周知のように、中心となるローラ軸６Ｃの周囲に、ニードル転動体６Ｂ，外輪６Ａがこの順に配設されている構造である。
タペット１２の一部であるローラ支持部１２Ａ，１２Ｂは、タペットローラ６を取り付ける側に設けられている支持部であるが、これにローラ軸６Ｃを取り付けることにより、タペットローラ６はタペット１２に取り付けられる。その外輪６Ａが、カム７と接触させられている。
特許出願公表番号 特表２００６−５１４２０４

（問題点）
前記した従来の燃料噴射ポンプ装置には、次のような問題点があった。
第１の問題点は、外輪６Ａがカム７に対して左右方向に動く動きをし、これがカム７の表面を磨耗，損傷する原因の１つになっているという点である。
第２の問題点は、ニードル転動体６Ｂが左右方向へずれ、その端面がローラ支持部１２Ａ，１２Ｂの壁面に接触することがあり、それによりタペット１２やタペットローラ６を磨耗，損傷させたり、外輪６Ａにねじれた動きをさせ、タペット１２がポンプハウジング８に対して周方向に回転させたりすることがあるという点である。また、これによりエネルギー損失も大となる。
第３の問題点は、ニードル転動体６Ｂのスキュー現象が頻繁に起こり、磨耗，損傷が進行し易いという点である。

（問題点の説明）
まず第１の問題点について説明する。外輪６Ａの外面に接触しているカム７は、エンジンの回転に連動して高速回転している（例、１分間に数千回転）。ところが外輪６Ａは、図５によく示されているように、多くのニードル転動体６Ｂに接する形でその外側に配設されているから、高速回転中に左右方向（軸方向，図中矢印Ａ参照）に動く動きをする。即ち、外輪６Ａとカム７との間に、軸方向の滑り摩擦が生ずる。カム７は一般に鋳物で作られており、外輪６Ａはそれより硬度大のベアリング鋼で作られているので、前記摩擦によりカム７の表面が磨耗，損傷されることになる。

次に第２の問題点について説明する。ニードル転動体６Ｂは、ローラ軸６Ｃと外輪６Ａとの間に多数介在させられているが、高速回転しているうちに、左右方向（軸方向）へずれることがある。
図６は、ニードル転動体が側方へずれた状態を示す図であり、符号は図５のものに対応し、６Ｂ₁ は左方へずれたニードル転動体を表している。ずれて出たニードル転動体６Ｂ₁ の端面が、ローラ支持部１２Ａの壁面に瞬間的に接触することがある。

この接触により、ローラ支持部１２Ａの壁面およびニードル転動体６Ｂ₁ の端面は、磨耗_, 損傷される。また、この接触による摩擦力は、タペットローラ６の回転に対しブレーキ力として作用し、エネルギー損失をもたらす。
更に、ニードル転動体６Ｂ₁ の両端が同時に左右のローラ支持部１２Ａ，１２Ｂに平等に接触するわけではなく、どちらか片方のみと接触するから、ブレーキ力は片方からのみ加えられことになり、回転している外輪６Ａに瞬間的にねじれを生じさせる。外輪６Ａがまっすぐ正常に回転するのでなく、ねじられた姿勢で回転すると、外輪６Ａはカム７に対して瞬間的に僅かに交叉する形で接触することとなる。

図７は、外輪とカムとの接触関係を説明する図である。符号は図６のものに対応し、１６は接触箇所、１７は接触面である。図７（１）は正常な接触関係を示し、図７（２）はその時の接触面１７を示している。図７（３）は正常でない接触関係を示し、図７（４）はその時の接触面１７を示している。なお、両者の違いを分かり易く説明するため、図は多少誇張して描いてある。
図７（１）の場合は、外輪６Ａの外表面の軸方向部分は、カム７の軸方向部分に接触している。そのため、その場合の両者の接触面１７は、図７（２）に示すように、細長く大きなものとなっている。

これに対し図７（３）の場合は、外輪６Ａの外表面の軸方向部分は、カム７の軸方向部分に僅かに斜めに交叉して接触している。そのため、その場合の両者の接触面１７は、図７（４）に示すように、短くて小さなものとなっている。
その結果、カム７と外輪６Ａとの間に作用する力は、外輪６Ａがねじれて回転している瞬間には、小さな接触面に集中してかかることになり、磨耗，損傷を早めることになる。

外輪６Ａがねじられると、その力によりタペットローラ６全体もねじられ、図４のタペット１２全体を周方向に回転させようとする。しかし、その回転は、タペットガイドキー１４とガイド溝１３との係合構造により阻止される。即ち、タペット１２を回転させる力が発生すると、タペット１２に一体に設けられているタペットガイドキー１４が、ガイド溝１３の内壁面のうち上記回転方向の内壁面に押し付けられ、そこで回転が阻止されるからである。
内壁面に押し付けられた状態でタペットガイドキー１４が高速で上下運動をすると、内壁面での摩擦抵抗が大となり、エネルギー損失は大となる。

最後に第３の問題点について説明する。ニードル転動体が持つ特有の欠点であるが、ニードル転動体を用いている以上、スキュー現象が起こることは避けられない。
図８は、ニードル転動体のスキュー現象を説明する図である。図８（１）のように、ニードル転動体６Ｂが、ローラ軸方向に対して平行になっている場合は正常である。図８（２）のように傾いている場合が、スキュー現象を起こしている場合である。
ニードル転動体６Ｂがスキュー現象を起こすと、これも外輪６Ａの回転にねじれを生じさせる原因となり、第２の問題点の説明で述べたのと同じ理屈により、磨耗，損傷をもたらすことになる。このスキュー現象と第２の問題点のところで述べたニードル転動体の端面接触とが相加わると、外輪６Ａのねじれ回転はいよいよひどいものとなり、磨耗，損傷もひどくなる。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、エンジンに連動して回転されるカムと、燃料を噴射する圧力を生ずるためのプランジャーと、該プランジャーの一端に取り付けられ、前記カムに従動されるタペットローラを具備したタペットとを具えた燃料噴射ポンプ装置において、前記タペットローラは、転動体をボール転動体とすると共に、外輪の外面部の断面形状を円弧としたものとし、前記カムの断面形状は、該カムの軸方向中央部を窪ませたゴシックアーク形状とすることとした。

本発明の燃料噴射ポンプ装置によれば、次のような効果を奏する。
１．タペットローラの外輪の外面部の断面形状を円弧とし、それと接触するカムの断面形状を軸方向中央部が窪んだゴシックアーク形状とした。そのため、外輪がカムに対して軸方向に移動するような動きをすることがなく、そのような動きによりカムの表面を磨耗，損傷することがない。
２．タペットローラとしてボール転動体を具えたローラを用いたので、転動体が軸方向へずれることがなく、ローラ支持部に接触することがない。そのため、タペットやタペットローラを磨耗，損傷させたり、外輪をねじれて回転させたりすることがなく、それらによりエネルギー損失をこうむることもない。
３．タペットローラの転動体がボール転動体であるので、スキュー現象が起こることがなく、スキュー現象に起因するローラ各部の磨耗，損傷も発生しない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の燃料噴射ポンプ装置のタペットローラ周辺を示す図である。符号は図３のものに対応し、１８はタペットローラ、１９はカムである。
図３の従来例と構造的に相違する第１の点は、タペットローラとして、従来とは異なった構造のローラを用いた点である。第２の相違点は、タペットローラと接触するカムとして、従来とは異なった構造のカムを用いた点である。第３の相違点は、タペットの回り止めの作用をする構造を具えていない（不用とした）という点である。

図２は、本発明の燃料噴射ポンプ装置におけるタペットローラ部分の拡大図である。符号は図１，図５のものに対応し、１８Ａは外輪、１８Ｂはボール転動体、１８Ｃは保持器、１８Ｄはローラ軸である。
本発明の燃料噴射ポンプ装置では、タペットローラ１８として、ボール転動体を複列に具えたローラを使用すると共に、外輪１８Ａの形状を、その外面部の断面が円弧とされている形状とする。
なお、ボール転動体であるから、ニードル転動体とは異なり、下記のような性質を有している。
（１）転動体の端部がローラの軸方向へ突出することがなく、ローラ支持部と接触することがない。
（２）スキュー現象を起こすことがない。

一方、タペットローラ１８と接触する相手のカム１９としては、軸方向中央部が窪められ、その断面がいわゆるゴシックアーク形状とされたカムを使用することとする。ゴシックアーク（Ｇｏｔｈｉｃ Ａｒｃ）形状とは、２つの円弧が組み合わされ、全体としては尖った頂点を有する弧となるような形状であり、ゴシック建築等によく見られる形状である。
このようなカム１９と前記したような外輪１８Ａを有するタペットローラ１８とを接触させると、図２に示すように両者は２点Ａ，Ｂで接触する。カム１９からタペットローラ１８に加えられる力は、この２点において加えられる（従来例では図７（２），（４）の接触面１７の１箇所において加えられていた）。

カム１９の断面は中央部が窪んだゴシックアーク形状とされ、外輪１８Ａの外面部断面が円弧とされているので、点Ａ，Ｂで加えられる力Ｆ_A ，Ｆ_B は、斜め内側に向かう力となる。力Ｆ_A は、ローラ軸方向への分力Ａ₁ と、それと直角方向の分力Ａ₂ とに分解することが出来る。同様に力Ｆ_B は、ローラ軸方向への分力Ｂ₁ と、それと直角方向の分力Ｂ₂ とに分解することが出来る。

外輪１８Ａを軸方向（図の左右方向）にずらす力は、軸方向の力、即ち分力Ａ₁ と分力Ｂ₁ である。これらは互いに反対方向となっているから、打ち消し合う。仮にＡ₁ ＞Ｂ₁ となったとすると、その差の力で外輪１８Ａは点Ｂの方へ押される。点Ｂが押されると、点Ｂがカム１９から受ける力Ｆ_B が大となり、その分力Ｂ₁ も大となる。その結果、外輪１８Ａを点Ａの方へ押し返すことになり、結局、外輪１８Ａは自動的にＡ₁ ＝Ｂ₁ となる位置で安定して回転することになり、いわゆる自動調芯作用が働くことになる。
本発明での外輪１８Ａは、上記のようにして安定した位置で回転するから、外輪１８Ａの外表面がカム１９の表面を軸方向に摩擦するということはない（図５の矢印Ａの方向に摩擦することなし）。

本発明の燃料噴射ポンプ装置では、タペットローラの転動体にボール転動体を用いているので、前記（１）で述べたように、転動体がローラ軸方向に突出してローラ支持部と接触することがない。また、ボール転動体であるから、前記（２）で述べたように、スキュー現象を起こすことがない。従って、ローラ支持部との接触やスキュー現象を原因とする外輪１８Ａのねじれ回転は、発生することがない。
外輪１８Ａの回転がねじれることがないから、それに起因してタペット１２を周方向に回転させようとする力も発生しない。従って、タペット１２の回り止め作用をする構造（図４のガイド溝１３，タペットガイドキー１４）を設ける必要もなくなる。それに伴い、この構造で生じていた摩擦によるエネルギー損失も生じることがなく、また、コストダウンをはかることができる。
以上の通りであるから、従来の燃料噴射ポンプ装置が有していた問題点は、本発明では悉く解消される。

本発明の燃料噴射ポンプ装置のタペットローラ周辺を示す図 本発明の燃料噴射ポンプ装置におけるタペットローラ部分の拡大図 燃料噴射ポンプ装置の概要を示す図 従来の燃料噴射ポンプ装置のタペットローラ周辺を示す図 従来の燃料噴射ポンプ装置におけるタペットローラ部分の拡大図 ニードル転動体が側方へずれた状態を示す図 外輪とカムとの接触関係を説明する図 ニードル転動体のスキュー現象を説明する図

符号の説明

１…燃料噴射ポンプ装置、２…電磁弁、３…弁体、４…チェックバルブ、５…プランジャー、６…タペットローラ、６Ａ…外輪、６Ｂ…ニードル転動体、６Ｃ…ローラ軸、７…カム、８…ポンプハウジング、９…スプリングシート、１０…スプリング、１１…スプリングシート、１２…タペット、１３…ガイド溝、１４…タペットガイドキー、１５…カムシャフト、１６…接触箇所，１７…接触面、１８…タペットローラ、１８Ａ…外輪、１８Ｂ…ボール転動体、１８Ｃ…保持器、１８Ｄ…ローラ軸、１９…カム

Claims (1)

1. エンジンに連動して回転されるカムと、燃料を噴射する圧力を生ずるためのプランジャーと、該プランジャーの一端に取り付けられ、前記カムに従動されるタペットローラを具備したタペットとを具えた燃料噴射ポンプ装置において、
   前記タペットローラは、転動体をボール転動体とすると共に、外輪の外面部の断面形状を円弧としたものとし、
   前記カムの断面形状は、該カムの軸方向中央部を窪ませたゴシックアーク形状とした
   ことを特徴とする燃料噴射ポンプ装置。

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