JP2017198103A - 複合機能装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアコンプレッサと高圧燃料供給ポンプとを同軸上に配置して駆動させる場合において、シャフトに掛かるトルクの変動を適切な状態に維持できるようにする。【解決手段】駆動シャフト９の駆動力が同軸で伝達される、エアコンプレッサ８と、高圧燃料供給ポンプ５を有するサプライポンプ４とを備える複合機能装置１において、エアコンプレッサ８は、駆動シャフト９の位相の一部の範囲において、駆動シャフト９にトルクを伝達する状態になるように構成されており、コモンレール６に圧送させる燃料の量を調整して、高圧燃料供給ポンプ５に供給可能な調量弁４２と、位相の一部の範囲におけるサプライポンプ４を駆動させるトルクが、エアコンプレッサ８による位相の一部の範囲における駆動シャフト９に伝達するトルク以上となるように、調量弁４２により高圧燃料供給ポンプ５に供給する燃料の量を調整する調量制御部２１とを備えるようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、シャフトに対して同軸上に配置される、エアコンプレッサと、コモンレールに燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプを有するポンプユニットとを備える複合機能装置に関する。

従来、トラック、バス等の車両においては、空気ブレーキやエアサスペンションに使用する圧縮空気を供給するエアコンプレッサや、エンジンに高圧燃料を供給するためのコモンレールに対して高圧燃料を圧送するポンプユニットを駆動させるために、エンジンの駆動力を用いているものがある。

例えば、エンジンの駆動力を、エアコンプレッサとポンプユニットとに利用する技術としては、エンジンの駆動力により回転するシャフトにより駆動する、エアコンプレッサとポンプユニットとを同軸で駆動可能なように一体的に組み付ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３２９９２６号公報

例えば、エアコンプレッサとポンプユニットとを同軸で駆動できるようにすることにより、装置サイズを小型化することができる。しかしながら、エアコンプレッサや、ポンプユニットにおいては、それぞれの構造によって、駆動させるためのトルクの特性が大きく異なる場合がある。このため、駆動力を伝達するための、シャフトやギヤ等の駆動用部材に対して、必要以上のトルクをかけてしまい破損させてしまう虞がある。

また、駆動させるためのトルクが負のトルクから正のトルクに変動する場合もあり、この場合において、動力源からギヤを介してシャフトに動力を伝達している場合には、ギヤ同士の接触により、異音（歯打ち音）を発生してしまう虞があり、また、動力源からベルトを介してシャフトに動力を伝達している場合には、ベルトの滑りを発生させて、動力の伝達が適切に行われない虞がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサとポンプユニットとを同軸上に配置して駆動させる場合において、シャフトに掛かるトルクの変動を適切な状態に維持することのできる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の一観点に係る複合機能装置は、所定の動力源による駆動力が入力される入力シャフトの駆動力が同軸で伝達される、エアを圧縮するエアコンプレッサと、高圧燃料を保持するコモンレールに高圧燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプを有するポンプユニットとを備える複合機能装置であって、エアコンプレッサは、入力シャフトの位相の一部の範囲において、入力シャフトにトルクを伝達する状態になるように構成されており、コモンレールに圧送させる燃料の量を調整して、高圧燃料供給ポンプに供給可能な調量弁と、位相の一部の範囲におけるポンプユニットを駆動させるトルクが、エアコンプレッサによる位相の一部の範囲における入力シャフトに伝達するトルク以上となるように、調量弁により高圧燃料供給ポンプに供給する燃料の量を調整する調量制御手段と、を備える。

上記複合機能装置において、エアコンプレッサは、ピストンを往復移動させてエアを圧縮するようにしてもよい。

また、上記複合機能装置において、入力シャフトの駆動力により、調量弁に対して燃料を供給するフィードポンプを更に有するようにしてもよい。

本発明によれば、シャフトに掛かるトルクを適切な状態に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る複合機能装置を示す模式的な構成図である。 本発明の一実施形態に係る複合機能装置の一部を詳細に示す模式的な構成図である。 図３（Ａ）は、エアコンプレッサのトルク、サプライポンプの標準動作時のトルク、及びそれらの合計トルクの変動の一例を示す模式図である。図３（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るサプライポンプの打消動作時のトルクの変動を説明する模式図である。図３（Ｃ）は、本実施形態に係るエアコンプレッサのトルク、サプライポンプの打消動作時のトルク、及びそれらの合計トルクの変動の一例を示す模式図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る複合機能装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合機能装置を示す模式的な構成図である。

複合機能装置１は、例えば、トラック等の車両に備えられている。複合機能装置１は、燃料タンク２と、燃料フィルタ３と、ポンプユニットの一例としてのサプライポンプ４と、コモンレール６と、１以上のインジェクタ７と、エアコンプレッサ８と、入力シャフトの一例としての駆動シャフト９と、入力ギヤ１０と、圧力制限弁１１と、制御部２０と、配管６１〜６５と、アクセル開度センサ９１と、エンジン回転数センサ９２と、圧力センサ９３と、を備える。

燃料タンク２は、燃料を貯溜する。燃料フィルタ３は、燃料タンク２から配管６１を介して吸い上げられた燃料中に含まれている異物を除去する。サプライポンプ４は、燃料タンク２に貯留されている燃料を吸い上げ、配管６３を介して高圧状態の燃料（高圧燃料）をコモンレール６に圧送する。サプライポンプ４の詳細については後述する。

コモンレール６は、高圧燃料を貯溜し、高圧燃料を各インジェクタ７に供給する。圧力制御弁１１は、コモンレール６内の圧力が所定の圧力よりも高くなった場合に、高圧燃料を配管６５に排出してコモンレール６内の圧力を低下させる。また、圧力制御弁１１は、配管６４を介してサプライポンプ４から供給される燃料を配管６５に排出する。

インジェクタ７は、エンジンの各気筒に対応して設けられており、制御部２０の制御に従って、コモンレール６から供給される高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する。

エアコンプレッサ８は、駆動シャフト９による駆動力により駆動されて、エアを圧縮して、図示しないエアタンクに供給する。エアタンクに貯留されたエアは、例えば、エアブレーキに使用される。エアコンプレッサ８の詳細については後述する。エアコンプレッサ８と、サプライポンプ４とは、駆動シャフト９に対して同軸に配置されており、サプライポンプ４も駆動シャフト９による駆動力により駆動される。

駆動シャフト９には、駆動シャフト９に固定された入力ギヤ１０を介して、エンジンのクランクシャフト１２（図２参照）からの駆動力が入力されるようになっている。

アクセル開度センサ９１は、アクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出する。エンジン回転数センサ９２は、エンジンのクランクシャフト１２の回転角及び回転数を検出する。圧力センサ９３は、コモンレール６内の圧力を検出する。

制御部２０は、エンジンの運転状態を制御する。具体的には、制御部２０は、各種センサからのセンサ値に基づいて、インジェクタ７による燃料の噴射時期、噴射量を制御する。また、制御部２０は、各種センサからのセンサ値に基づいて、サプライポンプ４によりコモンレール６に供給する燃料の量（調量）を制御する。

次に、複合機能装置におけるサプライポンプ４及びエアコンプレッサ８を含む一部の構成について詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る複合機能装置の一部を詳細に示す模式的な構成図である。

エアコンプレッサ８は、入力シャフトの一例としての駆動シャフト９と、クランアーム８１と、クランクピン８２と、コネクティングロッド８３と、シリンダ８４と、ピストン８５と、吸入管８６と、吐出管８７とを有する。

駆動シャフト９には、エアコンプレッサ８を機能させるための駆動力が入力される。駆動シャフト９は、入力ギヤ１０が一体回転可能に接続される。入力ギヤ１０には、図示しないエンジンからの駆動力が伝達される。具体的には、入力ギヤ１０には、エンジンのクランクシャフト１２に一体回転可能に接続されたギヤ１３、ギヤ１３に噛合するアイドルギヤ１４の第１ギヤ１５、第１ギヤ１５と一体化された第２ギヤ１６を介して駆動力が伝達される。

クランクアーム８１は、対向して駆動シャフト９に固定されている。クランクピン８２は、対向する一対のクランクアーム８１の間に取り付けられている。

コネクティングロッド８３の大端部は、クランクピン８２に回転可能な状態で取り付けられ、小端部は、ピストン８５の図示しないピストンピンに回転可能な状態で取り付けられている。

ピストン８５は、シリンダ８４内に上下方向に移動可能なように挿入されている。

このエアコンプレッサ８によると、入力ギヤ１０を介してエンジンからの駆動力が駆動シャフト９に伝達されると、駆動シャフト９が回転して、駆動シャフト９に固定されたクランクアーム８１が回転する。これにより、クランクアーム８１に取り付けられたクランクピン８２及びコネクティングロッド８３を介してピストン８５がシリンダ８４内を上下方向に移動し、吸入管８６から空気が吸い込まれ、ピストン８５により圧縮された圧縮空気が吐出管８７から図示しないエアタンクに吐出される。

このような動作を行うので、エアコンプレッサ８は、駆動シャフト９の位相（回転角）に応じて必要となるトルクが変動するトルク特性（例えば、図３（Ａ）参照）を有している。エアコンプレッサ８のトルク特性については後述する。

サプライポンプ４は、高圧燃料供給ポンプ５と、フィードポンプ４１と、調量弁４２と、を備える。

高圧燃料供給ポンプ５は、調量弁４２により調量された燃料をコモンレール６に圧送するポンプであり、シャフト５１と、カム５２と、タペット５３と、スプリング５４と、プランジャバレル５５と、プランジャ５６と、配管４５とを備える。

シャフト５１は、駆動シャフト９と同軸に配置され、駆動シャフト９にカップリング部材１７を介して一体回転可能なように接続されている。

この高圧燃料供給ポンプ５によると、シャフト５１が回転されると、シャフト５１に固定されたカム５２が回転する。これにより、カム５２に当接しているタペット５３がカム５２の形状に従って上下方向に移動するので、プランジャ５６がプランジャバレル５５内を上下方向に移動する。これにより、調量弁４２によりプランジャバレル５５内に供給される燃料が高圧状態とされて、配管４５及び配管４５の先端に接続されている配管６３を介してコモンレール６に供給される。なお、配管４５には、プランジャバレル５５側に高圧燃料が逆流しないようにする逆止弁５７が設けられている。

フィードポンプ４１は、例えば、ギヤポンプ又はトロコイドポンプであり、燃料タンク２から配管６２を介して燃料を吸い上げて下流側（調量弁４２等）に排出する。なお、フィードポンプ４１においては、調量弁４２を介して高圧燃料供給ポンプ５に供給できない分の燃料は、図示しない配管を介して、配管６４に排出される。本実施形態では、フィードポンプ４１は、シャフト５１から駆動力の伝達を図示しない駆動軸に受けて、内部の図示しないギヤを回転させて、燃料タンク２から配管６２を介して燃料を吸い上げる。

調量弁４２は、フィードポンプ４１により吸い上げられた燃料の量を調整して、配管４４を介して高圧燃料供給ポンプ５に供給する。配管４４の途中には、調量弁４２側に燃料が流れないように逆止弁５８が設けられている。

このサプライポンプ４では、シャフト５１が回転すると、高圧燃料供給ポンプ５が駆動されるとともに、フィードポンプ４１が駆動される。サプライポンプ４は、シャフト５１の位相に応じて駆動させるために必要となるトルクが変動するトルク特性（例えば、図３（Ｂ）参照）を有している。サプライポンプ４を駆動させるトルクは、高圧燃料供給ポンプ５を駆動させるトルクと、フィードポンプ４１を駆動させるトルクとを合計させたトルクとなっている。高圧燃料供給ポンプ５を駆動させるトルクは、調量弁４２により高圧燃料供給ポンプ５に供給される燃料の量、すなわち調量に応じて変動させることができる。例えば、燃料の量を増加させると、高圧燃料供給ポンプ５がより早いタイミングから高圧燃料を供給することとなり、早いタイミングから必要なトルクが大きくなる。フィードポンプ４１を駆動させるトルクは、略一定のトルクとなっている。サプライポンプ４のトルク特性については後述する。

制御部２０は、サプライポンプ４の制御に関わる構成として、調量制御手段の一例としての調量制御部２１を備える。

調量制御部２１は、調量弁４２を制御して、高圧燃料供給ポンプ５に供給される燃料の量、すなわち、コモンレール６に供給される燃料の量を調整する。本実施形態では、調量制御部２１は、コモンレール６に必要な量を満たしつつ、サプライポンプ４及びエアコンプレッサ８を駆動させるための合計トルクが０以上となるように、すなわち、エアコンプレッサ８から駆動シャフト９に対してトルクが伝達される位相の範囲において、サプライポンプ４を駆動させるトルクが、エアコンプレッサ８から駆動シャフト９に対して伝達されるトルクを打ち消すことができるように、燃料の量を調整する。

次に、標準動作時と、打消動作時（調量制御部２１により燃料の量を調整して、エアコンプレッサ８から駆動シャフト９に対してトルクが伝達される位相の範囲において、サプライポンプ４を駆動させるトルクが、エアコンプレッサ８から駆動シャフト９に対して伝達されるトルクを打ち消すようにする動作時）とにおけるエアコンプレッサ８によるトルク変動と、サプライポンプ４のトルク変動と、その合計トルクの変動とについて説明する。

図３（Ａ）は、エアコンプレッサのトルク、サプライポンプの標準動作時のトルク、及びそれらの合計トルクの変動の一例を示す模式図である。図３（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るサプライポンプの打消動作時のトルクの変動を説明する模式図である。図３（Ｃ）は、本実施形態に係るエアコンプレッサのトルク、サプライポンプの打消動作時のトルク、及びそれらの合計トルクの変動の一例を示す模式図である。

まず、エアコンプレッサのトルク、サプライポンプの標準動作時のトルク、及びそれらの合計トルクの変動について説明する。

エアコンプレッサ８のトルク変動は、図３（Ａ）の二点鎖線に示すようになる。すなわち、エアコンプレッサ８のトルクは、駆動シャフト９の位相が０度では０となっており、角度が増加すると徐々に減少していき、３０度近傍で最小値となり、その後、６０度近傍で負から正となり徐々に増加し、２００度近傍で最大値となり、３６０度で０となる。エアコンプレッサ８は、０度以上６０度以下の範囲では、駆動シャフト９にトルクを与える状態となる。

一方、標準動作時のサプライポンプ４のトルク変動は、例えば、図３（Ａ）の破線に示すようになる。すなわち、サプライポンプ４のトルクは、駆動シャフト９（シャフト５１）の位相が０度では、正のトルクであり、６０度近傍で増加し、１０５度近傍で最大値となり、１５０度近傍で最小値となり、また、２４０度近傍で増加し、２８５度近傍で最大値となり、角度３３０度近傍で最小値となる。サプライポンプ４のトルクは常に正のトルクとなっている。

サプライポンプ４が標準動作を行っている際における、サプライポンプ４のトルク変動とエアコンプレッサ８のトルク変動とを合計したトルク変動は、例えば、図３（Ａ）の実線に示すようになる。この場合には、合計トルクは、駆動シャフト９の位相が１０度から５０度の範囲では、負のトルクとなっており、この位相の範囲においては、駆動シャフト９に対してサプライポンプ４及びエアコンプレッサ８側からトルクが伝達される状態となっている。

このように、サプライポンプ４とエアコンプレッサ８との合計トルクが負のトルクとなると、負のトルクから正のトルクに変わる時点においては、駆動シャフト９に接続された入力ギヤ１０と、アイドルギヤ１４の第２ギヤ１６との間で作用するトルクの方向が変わることとなり、ギヤの歯が接触する方向が変わることに起因する歯打ち音が発生することとなる。

次に、サプライポンプ４の打消動作時のトルク変動について説明する。

打消動作時のサプライポンプ４のトルク変動は、例えば、図３（Ｂ）の長破線に示すようになる。サプライポンプ４のトルクは、駆動シャフト９（シャフト５１）の位相が０度では、正のトルクであり、それから標準動作時のトルク変動よりも早期に増加を開始し、１０５度近傍で最大値となり、１５０度近傍で最小値となり、また、２４０度近傍で増加し、２８５度近傍で最大値となり、角度３３０度近傍で最小値となる。サプライポンプ４のトルクは常に正のトルクとなっている。

次に、エアコンプレッサのトルクと、サプライポンプの打消動作時のトルクとの合計トルクの変動について説明する。

サプライポンプ４が打消動作を行っている際における、サプライポンプ４のトルク変動とエアコンプレッサ８のトルク変動とを合計したトルク変動は、例えば、図３（Ｃ）の実線に示すようになる。この場合における合計トルクは、駆動シャフト９の位相がエアコンプレッサ８のトルクが負のトルクとなる範囲である０度から６０度の範囲においても、常に０以上のトルクとなっており、駆動シャフト９に対してサプライポンプ４及びエアコンプレッサ８側からトルクが伝達される状態とはなっていない。このため、駆動シャフト９に接続された入力ギヤ１０と、アイドルギヤ１４の第２ギヤ１６との間で作用するトルクの方向が変わることがなく、歯打ち音が発生しない。また、トルクの方向が変わらないので、各ギヤの歯に対する損傷の発生を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る複合機能装置１によると、エアコンプレッサ８により駆動シャフト９にトルクが伝達される駆動シャフト９の位相の一部の範囲において、その位相の一部の範囲におけるサプライポンプ４を駆動させるトルクが、エアコンプレッサ８による位相の一部の範囲における駆動シャフト９に伝達するトルク以上となるように、調量弁４２により高圧燃料供給ポンプ５に供給する燃料の量を調整するようにしたので、エアコンプレッサ８とサプライポンプ４との合計トルクを常に正のトルクに維持することができる。このため、駆動シャフト９に接続された入力ギヤ１０と、アイドルギヤ１４の第２ギヤ１６との間で作用するトルクの方向が変わることがなく、これらギヤにおいて発生する歯打ち音を防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、動力源として、エンジンを例にあげたが、本発明はこれに限られず、動力源としては、電動モータや油圧モータであってもよい。

また、上記実施形態では、駆動シャフト９とクランクシャフト１２との間の駆動力の伝達経路をギヤにより構成していたが、一部にベルトを備えるようにしてもよい。一部にベルトを備えるようにした場合には、上記したようにエアコンプレッサ８及びサプライポンプ４を駆動させるトルクを負のトルクとならないようにすることにより、ベルトの滑り等の発生を低減することができる。

また、上記実施形態では、サプライポンプ４は、駆動シャフト９から伝達される駆動力により、高圧燃料供給ポンプ５と、フィードポンプ４１とを駆動させる構成としていたが、本発明はこれに限られず、フィードポンプ４１を駆動シャフト９から伝達される駆動力と異なる駆動力により駆動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、エアコンプレッサ８と、サプライポンプ４との間を同軸で接続する際に、それぞれにおける軸の回転数が同一となる様に接続していたが、本発明はこれに限られず、例えば、エアコンプレッサ８と、サプライポンプ４とを接続する接続部材に、ギヤ機構を備えるようにし、エアコンプレッサ８とサプライポンプ４との間で軸の回転数を異ならせるようにしてもよい。

１ 複合機能装置
２ 燃料タンク
４ サプライポンプ
５ 高圧燃料供給ポンプ
６ コモンレール
７ インジェクタ
８ エアコンプレッサ
９ 駆動シャフト
１０ 入力ギヤ
１２ クランクシャフト
１３ ギヤ
１４ アイドルギヤ
１５ 第１ギヤ
１６ 第２ギヤ
１７ カップリング部材
４１ フィードポンプ
４２ 調量弁
４３，４４ 配管
５１ シャフト
５２ カム
５３ タペット
５４ スプリング
５５ プランジャバレル
５６ プランジャ
５７，５８ 逆止弁
６１，６２，６３，６４ 配管
８１ クランクアーム
８２ クランクピン
８３ コネクティングロッド
８４ シリンダ
８５ ピストン
８６ 吸入管
８７ 吐出管

Claims (3)

1. 所定の動力源による駆動力が入力される入力シャフトの駆動力が同軸で伝達される、エアを圧縮するエアコンプレッサと、高圧燃料を保持するコモンレールに高圧燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプを有するポンプユニットとを備える複合機能装置であって、
   前記エアコンプレッサは、前記入力シャフトの位相の一部の範囲において、前記入力シャフトにトルクを伝達する状態になるように構成されており、
   前記コモンレールに圧送させる燃料の量を調整して、前記高圧燃料供給ポンプに供給可能な調量弁と、
   前記位相の一部の範囲における前記ポンプユニットを駆動させるトルクが、前記エアコンプレッサによる前記位相の一部の範囲における前記入力シャフトに伝達する前記トルク以上となるように、前記調量弁により前記高圧燃料供給ポンプに供給する燃料の量を調整する調量制御手段と、
   を備える複合機能装置。
2. 前記エアコンプレッサは、ピストンを往復移動させてエアを圧縮する
   請求項１に記載の複合機能装置。
3. 前記ポンプユニットは、
   前記入力シャフトの駆動力により、前記調量弁に対して燃料を供給するフィードポンプを更に有する
   請求項１又は請求項２に記載の複合機能装置。

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