JP2020023948A - プロテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】カラーと樹脂との隙間を通じたオイルの漏れを抑制することができるプロテクタを提供する。【解決手段】プロテクタ１６０は、底板１６１及び底板１６１から立ち上がっている壁板１６５を有し、樹脂製の底板１６１に、金属製のカラー１９０が埋め込まれており、高圧燃料ポンプ９０のフランジ９７と機関本体に設けられている取付座面との間に底板１６１を挟んだ状態で、カラー１９０に挿通させたボルト１８０で底板１６１がフランジ９７とともに取付座面に締結され、壁板１６５によって高圧燃料ポンプ９０を保護する。カラー１９０が、厚さ方向に離間した部位で外径が異なる形状をなしている。【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関の機関本体に取り付けられ、内燃機関の高圧燃料ポンプを保護するプロテクタに関するものである。

特許文献１には、高圧燃料ポンプを覆う金属製のプロテクタを内燃機関の機関本体に取り付けて高圧燃料ポンプなどの燃料供給系部品を保護する保護構造が開示されている。
カムシャフトによって駆動される高圧燃料ポンプは、プランジャをカムシャフトに設けられた駆動カムに当接させる必要がある。そのため、シリンダヘッドカバーに開口を設け、プランジャがこの開口を通過して駆動カムに当接するように機関本体に取り付けられる。

こうした高圧燃料ポンプを保護するプロテクタは、底板と同底板から立ち上がっていて高圧燃料ポンプを取り囲む壁板とを備えている。そして、底板にプランジャが挿通する貫通孔が設けられており、底板を取付座面と高圧燃料ポンプとの間に挟んだ状態で、シリンダヘッドカバーの開口を底板で塞ぐように取り付けられる。

特開２０１７−８７６９号公報

内燃機関の軽量化を図る上では、こうしたプロテクタを、鋳鉄などよりも軽量な樹脂で構成することが考えられる。しかし、樹脂製のプロテクタは金属製のプロテクタよりも剛性が低い。そのため、樹脂製のプロテクタをボルトで締結して使用していると、締結部の剛性が不足し、高圧燃料ポンプの稼働に伴う振動などによって締結部に隙間が生じ、ポンプの稼働に伴う放射音が外部に漏れやすくなる。また、樹脂製のプロテクタをボルトで締結し、高温環境下で使用すると、プロテクタにおけるボルトで締結されている部分がクリープ変形するおそれがある。クリープ変形が生じると、締結力が弱まり、緩みが生じやすくなる。

そこで、プロテクタにおけるボルトが挿通する部分に、樹脂よりも剛性が高く、クリープ変形もしにくい金属製のカラーを設けることが考えられる。しかし、この場合には、カラーと樹脂との隙間を通じてシリンダヘッドカバー内のオイルが外部に漏れる懸念がある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのプロテクタは、底板及び同底板から立ち上がっている壁板を有し、樹脂製の前記底板に、金属製のカラーが埋め込まれており、高圧燃料ポンプのフランジと機関本体に設けられている取付座面との間に前記底板を挟んだ状態で、前記カラーに挿通させたボルトで前記底板が前記フランジとともに前記取付座面に締結されて前記壁板によって前記高圧燃料ポンプを保護するプロテクタであり、前記カラーが、同カラーの厚さ方向に離間した部位で外径が異なる形状をなしている。

カラーが、外径が一律で厚さ方向において変化しない形状をなしている場合には、カラーと樹脂との隙間は、厚さ方向と平行なものになる。これに対して、上記構成では、カラーは厚さ方向において外径が変化する形状をなしている。そのため、カラーの外周面は厚さ方向と交差する面を有している。したがって、カラーと樹脂との隙間も厚さ方向と交差するものになり、この隙間をオイルが通り抜けて外部に到達するまでの経路は、隙間が厚さ方向と平行なものである場合よりも長くなる。すなわち、上記構成によれば、外径が一律で厚さ方向において変化しない形状をなしているカラーを備えたプロテクタよりも、オイルが通り抜けるまでの経路を長くすることができる。ひいては、カラーと樹脂との隙間を通じたオイルの漏れを抑制することができる。

内燃機関における高圧燃料ポンプ及びプロテクタの搭載位置を示す模式図。 高圧燃料ポンプ及びプロテクタの上面図。 図２における３−３線矢視断面図。 プロテクタの斜視図。 図３におけるカラー近傍を拡大して示す断面図。 比較例のプロテクタの断面図。 変更例のプロテクタの断面図。 その他の変更例のプロテクタの断面図。 その他の変更例のプロテクタの断面図。

以下、内燃機関の機関本体に取り付けられるプロテクタの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示されているように、内燃機関１００のシリンダブロック３０の下部には、クランクケース２０が連結されている。クランクケース２０の下端には、オイルパン１０が取り付けられている。また、シリンダブロック３０の上端には、シリンダヘッド４０が取り付けられている。シリンダヘッド４０の上端には、カムハウジング５０が取り付けられている。そして、カムハウジング５０の上端には、シリンダヘッドカバー６０が取り付けられている。これらオイルパン１０、クランクケース２０、シリンダブロック３０、シリンダヘッド４０、カムハウジング５０及びシリンダヘッドカバー６０を組み合わせて機関本体が構成されている。

機関本体の上部には、高圧燃料ポンプ９０がプロテクタ１６０とともに取り付けられている。すなわち、高圧燃料ポンプ９０は、シリンダヘッドカバー６０の上部に位置している。高圧燃料ポンプ９０は燃料供給配管１３０を通じて供給された燃料を圧縮して高圧燃料配管１５０を通じて筒内燃料噴射弁に供給する。

カムハウジング５０内には、吸気カムシャフト１２０と排気カムシャフト１１０が収容されている。高圧燃料ポンプ９０は、排気カムシャフト１１０によって駆動されるプランジャポンプであり、排気カムシャフト１１０の上方に取り付けられている。

図１は、車両に搭載された状態の内燃機関１００の姿勢を示している。なお、図１では図面左側が車両前方であり、図面右側が車両後方である。内燃機関１００は、上方ほど車両後方側に位置するように、上部を車両後方側に傾けた状態で車両に搭載される。車両に搭載された状態において、高圧燃料ポンプ９０の車両後方側には、二点鎖線で示されているように、車体を構成する部品の１つであるカウルトップパネル２００が存在している。

車両が前方から衝突した場合には、衝突による車両前部の変形、すなわち内燃機関１００が収容されているエンジンルームの変形に伴い、内燃機関１００が車両後方側に移動する。プロテクタ１６０はその際にカウルトップパネル２００に当接し、高圧燃料ポンプ９０とカウルトップパネル２００との衝突を抑制する。すなわち、プロテクタ１６０は、高圧燃料ポンプ９０を保護するために設けられている。

図２に示されているように、燃料供給配管１３０は高圧燃料ポンプ９０の手前で高圧燃料ポンプ９０に通じる配管と低圧燃料配管１４０とに分岐しており、高圧燃料ポンプ９０に供給されなかった燃料は低圧燃料配管１４０を通じてポート燃料噴射弁に供給される。

図２〜図４に示されているように、プロテクタ１６０は、底板１６１と底板１６１から立ち上がっている壁板１６５とを有している。
図４に示されているように、底板１６１には貫通孔１６２が設けられている。そして、図３に示されているように、高圧燃料ポンプ９０のプランジャ９１はこの貫通孔１６２を通じてカムハウジング５０内に挿入されている。高圧燃料ポンプ９０と貫通孔１６２の内壁面との間は高圧燃料ポンプ９０に嵌め込まれているゴム製のシールリング１６３によってシールされている。

なお、図３に示されているように、カムハウジング５０は、金属製のカムキャップ７０を含んでいる。カムハウジング５０では、排気カムシャフト１１０に上方から被せられたカムキャップ７０によって排気カムシャフト１１０が回転可能に支持されている。

排気カムシャフト１１０には高圧燃料ポンプ９０を駆動するカム１１１が設けられている。カム１１１には高圧燃料ポンプ９０のリフタ９２に設けられたローラ９３が当接している。カムキャップ７０には、リフタ９２を収容し、リフタ９２の上下動をガイドするリフタガイド９４が嵌め込まれている。プランジャ９１の先端はリフタ９２に取り付けられており、プランジャ９１及びリフタ９２はスプリング９５によってカム１１１側に押し下げられている。

シリンダヘッドカバー６０は、カムキャップ７０の上面が露出するように開口しており、プロテクタ１６０及び高圧燃料ポンプ９０は、この開口を塞ぐように取り付けられている。なお、シリンダヘッドカバー６０とカムハウジング５０とのシール部には第１オイルシール６１が嵌め込まれており、プロテクタ１６０の底板１６１とシリンダヘッドカバー６０とのシール部には第２オイルシール６２が嵌め込まれている。

なお、プロテクタ１６０は、樹脂で構成された樹脂成形部品である。そして、図３及び図４に示されているように、底板１６１には２つの金属製のカラー１９０が埋め込まれている。

図３に示されているように、プロテクタ１６０は、カムキャップ７０の上面に嵌め込まれた２つの筒状のリテーナ１７０を２つのカラー１９０に各々挿通させて位置合わせを行った状態でボルト１８０で高圧燃料ポンプ９０とともにカムキャップ７０の取付座面に締結されている。より詳しくは、プロテクタ１６０は、高圧燃料ポンプ９０のカバー９６に設けられているフランジ９７とカムキャップ７０に設けられている取付座面との間に底板１６１を挟み、フランジ９７を底板１６１とともにカムキャップ７０の取付座面にボルト１８０で締結することによって固定されている。これにより、高圧燃料ポンプ９０は、燃料室を取り囲んでいるカバー９６に設けられているフランジ９７とカムキャップ７０の取付座面との間に樹脂製のプロテクタ１６０を挟んだ状態で、機関本体の外側に締結されている。

図２及び図４に示されているようにプロテクタ１６０の壁板１６５は、車両後方側に位置していて図１に示されているようにカウルトップパネル２００と対向する正面壁１６６と、正面壁１６６の両端から車両前方側に向かってそれぞれに延びている第１側壁１６７及び第２側壁１６８とからなっている。

図４に示されているように第１側壁１６７及び第２側壁１６８は、車両前方側ほど低くなっている。これにより、図２に示されているように第１側壁１６７及び第２側壁１６８は、燃料配管との干渉を避けながら正面壁１６６とともに高圧燃料ポンプ９０のカバー９６を取り囲んでいる。

こうした第１側壁１６７及び第２側壁１６８が設けられていることにより、正面壁１６６の車両前後方向への変形が抑制されており、プロテクタ１６０の強度が高められている。

ところで、このプロテクタ１６０のように、樹脂製の底板１６１に金属製のカラー１９０を埋め込んだ構成を採用している場合、カラー１９０と樹脂とが離間してカラー１９０と樹脂との間に隙間が生じることがある。そして、こうした隙間が生じると、この隙間を通じてシリンダヘッドカバー６０内のオイルが外部に漏れる懸念がある。

そこで、図５に示されているように、このプロテクタ１６０では、カラー１９０と樹脂との隙間を通じてオイルが漏れ出てしまうことを抑制するために、カラー１９０の形状を、厚さ方向において離間した部位で外径が異なる形状、換言すれば、厚さ方向において外径が変化する形状にしている。

具体的には、カラー１９０は、表面１９４側ほど外径が小さく、厚さ方向に沿って裏面１９５側に向かうほど外径が大きくなる円錐台状の形状をなしている。また、カラー１９０の外周面１９６は、図５に二点鎖線で示されているように、ボルト１８０の頭部とフランジ９７とが当接している部分の外縁上に位置する点からカラー１９０及びフランジ９７の厚さ方向に対して４５°の角度で広がる直線に沿って延びる傾斜面になっている。

なお、このプロテクタ１６０では、機関本体に取り付けられたときにフランジ９７と当接する面を底板１６１の表面１６１ａとし、機関本体側の面を裏面１６１ｂとしている。そして、カラー１９０においては、底板１６１の表面１６１ａに露出している面を表面１９４とし、底板１６１の裏面１６１ｂに露出している面を裏面１９５としている。また、カラー１９０の厚さ方向とは、円錐台状のカラー１９０の径方向と直交する方向のことである。

本実施形態のプロテクタ１６０の作用について説明する。
車両が前方から衝突し、車両前部が車両後方に向かって変形した場合、車両前部の変形に伴って内燃機関１００が車両後方に移動する。プロテクタ１６０を備えた内燃機関１００では、高圧燃料ポンプ９０の車両後方側にプロテクタ１６０の壁板１６５の正面壁１６６が設けられている。そのため、内燃機関１００が車両後方に移動した際には、正面壁１６６がカウルトップパネル２００に当接し、高圧燃料ポンプ９０とカウルトップパネル２００が衝突することを防ぐ。すなわち、高圧燃料ポンプ９０はプロテクタ１６０によって保護され、高圧燃料ポンプ９０が直接カウルトップパネル２００に衝突してしまうことが抑制される。

また、図６に示されている比較例のカラー５９０のように、カラーが、外径が一律で厚さ方向において変化しない形状をなしている場合には、カラーと樹脂との隙間は、厚さ方向と平行なものになる。

図５に示されているように、これに対して、プロテクタ１６０では、カラー１９０は厚さ方向において外径が変化する形状をなしている。そして、カラー１９０の外周面１９６は厚さ方向と交差する面になっている。したがって、プロテクタ１６０では、カラー１９０と樹脂との隙間も厚さ方向と交差するものになり、この隙間をオイルが通り抜けて外部に到達するまでの経路は、図６の比較例のような隙間が厚さ方向と平行なものである場合よりも長くなる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）外径が一律で厚さ方向において変化しない形状をなしているカラーを備えたプロテクタよりも、オイルが通り抜けるまでの経路を長くすることができる。ひいては、カラー１９０と樹脂との隙間を通じたオイルの漏れを抑制することができる。

（２）樹脂製の部材をボルトで締結し、高温の環境下で使用し続けると、樹脂製の部材がクリープ変形してしまう。クリープ変形が生じると、締結力が弱まり、緩みも生じやすくなる。これに対して、プロテクタ１６０では、底板１６１における、カムキャップ７０に設けられている取付座面とフランジ９７とに挟まれている部分であり且つボルト１８０が挿通する部分が、金属製のカラー１９０で構成されている。すなわち、底板１６１において特に締結による荷重が作用しやすい部分であるボルト１８０が挿通する部分が、樹脂よりもクリープ変形しにくい金属製のカラー１９０で構成されている。そのため、クリープ変形によって締結力が弱まってしまうことを抑制することができる。

（３）レッチェルの影響円錐の考え方によれば、ボルトの頭部と当接している部分の外縁上に位置する点から４５°の角度で広がる円錐内の範囲に締結による応力が作用する。プロテクタ１６０においては、このレッチェルの影響円錐の形状にあわせて金属のカラー１９０の形状を設計している。すなわち、プロテクタ１６０では、レッチェルの影響円錐の考え方に基づき、応力が作用する範囲にあわせてカラー１９０を設計している。そのため、無闇な重量の増加を抑制しつつ、締結による応力が作用する範囲を樹脂よりも剛性の高い金属で構成し、締結部の補強を効果的に行うことができる。これにより、締結部の剛性が不足し、高圧燃料ポンプ９０の稼働に伴う振動などによって締結部に隙間が生じて高圧燃料ポンプ９０の稼働に伴う放射音が外部に漏れやすくなってしまうことを抑制することができる。

（４）プロテクタ１６０が金属よりも軽量な樹脂で構成されているため、金属製のプロテクタを設けて高圧燃料ポンプ９０を保護する内燃機関よりも、軽量化することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・カラーの形状は、カラー１９０のように円錐台状でなくてもよい。厚さ方向に離間した部位で外径が異なる形状をなしているカラーを備えているプロテクタであれば、外径が一律で厚さ方向において変化しない形状をなしているカラーを備えたプロテクタよりもオイルが通り抜けるまでの経路を長くしてカラーと樹脂との隙間を通じたオイルの漏れを抑制できる。

例えば、図７に示されているカラー２９０を、カラー１９０に替えて採用してもよい。カラー２９０は、小径部２９４と小径部２９４よりも外径の大きい大径部２９５とから構成されている。カラー２９０では、大径部２９５の外周面と、小径部２９４の外周面と、大径部２９５と小径部２９４との段差面と、によって樹脂と接する外表面２９６が構成されている。そのため、外表面２９６と樹脂との隙間によって構成されるオイルが通り抜けるまでの経路は、段差面と樹脂との隙間の分だけ、図６に示されているような比較例のカラー５９０を備えるプロテクタに比べて長くなる。したがって、この構成であっても、オイルの漏れを抑制することができる。

・上記実施形態では、底板１６１に埋め込まれたカラーにおいては、表面１６１ａ側よりも裏面１６１ｂ側の外径が大きくなっている構成を例示したが、カラーの外径が厚さ方向で変化していればオイルが通り抜けるまでの経路を長くすることができる。そのため、外径の大小関係は上記のような向きになっていなくてもよい。

例えば、図８に示されているように、カラー２９０を上下逆さまに配設し、裏面１６１ｂ側よりも表面１６１ａ側の外径が大きくなるようにした構成であっても、オイルが通り抜けるまでの経路を長くしてオイルが漏れ出てしまうことを抑制することができる。

・また、カラーは、表面１６１ａ側若しくは裏面１６１ｂ側の一方の外径が大きくなっている形状でなくてもよい。
例えば、図９に示されているカラー３９０では、底板１６１の表面１６１ａ側に位置する第１小径部３９４と、底板１６１の裏面１６１ｂ側に位置する第２小径部３９６との間に、第１小径部３９４及び第２小径部３９６よりも外径の大きな大径部３９５が設けられている。こうしたカラー３９０も、厚さ方向に離間した部位で外径が異なる形状をなしているカラーである。そのため、カラー３９０と樹脂との隙間によって構成されるオイルが通り抜けるまでの経路は、図６に示されているような比較例のカラー５９０を備えるプロテクタに比べて長くなる。したがって、この構成であっても、オイルの漏れを抑制することができる。なお、こうした形状のカラーはインサート成形によって樹脂に埋め込むことができる。

・プロテクタ１６０の壁板１６５が正面壁１６６と第１側壁１６７と第２側壁１６８とによって構成されている例を示したが、壁板１６５の構成や形状は適宜変更することができる。例えば、第２側壁１６８を設けずに正面壁１６６と第１側壁１６７によって壁板１６５を構成するようにしてもよい。さらには、第１側壁１６７も設けずに正面壁１６６のみによって壁板１６５を構成するようにしてもよい。

・高圧燃料ポンプ９０が排気カムシャフト１１０によって駆動されるプランジャポンプである例を示したが、高圧燃料ポンプ９０は吸気カムシャフト１２０によって駆動されるものであってもよい。

１０…オイルパン、２０…クランクケース、３０…シリンダブロック、４０…シリンダヘッド、５０…カムハウジング、６０…シリンダヘッドカバー、６１…第１オイルシール、６２…第２オイルシール、７０…カムキャップ、９０…高圧燃料ポンプ、９１…プランジャ、９２…リフタ、９３…ローラ、９４…リフタガイド、９５…スプリング、９６…カバー、９７…フランジ、１００…内燃機関、１１０…排気カムシャフト、１１１…カム、１２０…吸気カムシャフト、１３０…燃料供給配管、１４０…低圧燃料配管、１５０…高圧燃料配管、１６０…プロテクタ、１６１…底板、１６１ａ…表面、１６１ｂ…裏面、１６２…貫通孔、１６３…シールリング、１６５…壁板、１６６…正面壁、１６７…第１側壁、１６８…第２側壁、１７０…リテーナ、１８０…ボルト、１９０…カラー、１９４…表面、１９５…裏面、１９６…外周面、２００…カウルトップパネル、２９０…カラー、２９４…小径部、２９５…大径部、３９０…カラー、３９４…第１小径部、３９５…大径部、３９６…第２小径部、５９０…カラー。

Claims (1)

1. 底板及び同底板から立ち上がっている壁板を有し、
   樹脂製の前記底板に、金属製のカラーが埋め込まれており、
   高圧燃料ポンプのフランジと機関本体に設けられている取付座面との間に前記底板を挟んだ状態で、前記カラーに挿通させたボルトで前記底板が前記フランジとともに前記取付座面に締結され、前記壁板によって前記高圧燃料ポンプを保護するプロテクタであり、
   前記カラーが、同カラーの厚さ方向に離間した部位で外径が異なる形状をなしているプロテクタ。