JP3586052B2 - 内燃機関用燃料供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機械用燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に高圧燃料を圧送する高圧燃料供給装置として図９に示すような圧縮型の高圧燃料ポンプ１がある。この高圧燃料ポンプ１は、内蔵するスプリングと内燃機関により回転駆動されるカム６とによりポンプシリンダ２内でプランジャ３を往復運動させて吸入ポート１ａから燃料を吸入し、圧縮して吐出ポート１ｂから吐出する。
【０００３】
燃料ポンプ１の内部（燃料部）とカム６側（プランジャ駆動部）とを分割密閉するためにベローズ４が設けられており、このベローズ４は、ポンプシリンダ２とプランジャ３との間の摺動部から漏出した燃料がポンプ外部に漏出することを防止してドレンタンクに戻すと共に、プランジャ３の外部に充満している潤滑油（エンジンオイル）がポンプシリンダ２内の燃料に混入することを防止している。
【０００４】
ポンプシリンダ２とプランジャ３との間の摺動部から漏れた燃料が潤滑油に混入すると、当該潤滑油の粘度が低下し、内燃機関のクランクシャフト、カム軸、コンロッド等の回転部分の焼き付きの原因となる。また、燃料ポンプ１内部の燃料に潤滑油が混入すると、燃料の粘性が高くなり、燃料噴射弁の詰まりを発生する原因となる。このため、ベローズ４により燃料ポンプ１の内部とカム６側とを分割密閉して燃料と潤滑油との相互混入を防止している。このベローズ４は、耐ガソリン性、耐久性を必要とするために金属板により形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ベローズ４は、ばね系であり、カム６による強制振動により共振が発生する。そして、ベローズ４は、共振が発生すると、概ね２倍以上の共振倍率（共振時変位／設計変位）となり、最悪の場合、許容圧縮限度を超えて、或いは、疲労限界を超えて何れかにより破損に至る虞がある。ベローズ４の共振を抑えるためには、一般的に系の固有振動数を高くしてカム６の回転域即ち、内燃機関の常用回転域から外すことが常套手段である。
【０００６】
しかしながら、ベローズ４の固有振動数を高くすることは、蛇腹の山数を少なくすることを意味する。そして、ベローズ４の山数を少なくするということは、１山当たりの変位量を増やす結果となる。更に、カム６のプロフィールによっては、高次（３次以上）の高周波が乗ってくる可能性があり、ベローズ４の許容変位を超えて破損の可能性を大きくするという問題がある。
【０００７】
ベローズ４の共振を抑える他の手段として、ダンパによる共振倍率を低減する方法が考えられる。即ち、ベローズ４内にポンプシリンダ２とプランジャ３との間から漏出した燃料を溜めることにより、当該燃料でダンパ効果を得ようとすることが考えられる。
しかしながら、ポンプシリンダ２とプランジャ３との間から漏出する燃料は高圧であり、一方ベローズ４内は低圧であるために、ベローズ４内に漏出した少量の燃料は、瞬時に気化する。従って、ベローズ４の内部は、気液混合状態にあり、液体としての燃料は、殆ど溜まらず、燃料によるダンパ効果を期待することができない。また、ベローズ４のドレンポート側に例えば、逆止弁等を設けて燃料を溜めるようにすると、ベローズ４内の圧力が高くなり、却ってベローズ４に悪影響を及ぼすこととなる。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、ベローズを有する燃料圧送手段のベローズの外部においてダンパ作用を付与することで、ベローズの共振を抑制するようにした内燃機関用燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、燃料が供給される燃料室が形成され、前記燃料室より外側又は前記燃料室の一部を形成するように一端が固定され、他端が可動するように設けられて燃料が外部に漏洩しないように密閉するベローズを有し、前記ベローズの伸縮に伴い燃料の吸入及び吐出を行う燃料圧送手段と、少なくとも前記ベローズの外面の一部に流体を噴射することで塗布させて共振を防止する共振防止手段とを備えた構成としたものである。
【００１０】
ベローズの外面に流体を噴射させて塗布することで、各山の間に前記流体が介在され、ベローズが圧縮された際に流体の粘性によりダンパ作用が付与されて、振動が減衰される。これによりベローズの共振が抑制される。
ベローズは、耐ガソリン性、耐久性の点において金属製のベローズであることが好ましく、外面に塗布する流体は、燃料よりも粘性の高い液体、例えば、機関の潤滑油であることが好ましい。
【００１１】
また、燃料圧送手段は、ベローズが容積室を形成し、当該ベローズの伸縮により燃料の吸入、吐出を行うよう構成されたものと、ハウジング内を往復摺動して燃料の吸入、吐出を行うプランジャを有し、ベローズの一端がハウジングに固定され、他端がプランジャと共に駆動するように固定され、当該ベローズは、ハウジングとプランジャとの摺動面を外部に対して密閉するように構成されたものとがある。
【００１２】
共振防止手段は、ベローズに粘性の高い流体を噴射する噴射手段（オイルジェット）であることが好ましい。
請求項２では、前記燃料圧送手段は、少なくとも前記燃料室の一部を形成するハウジング内を往復動し燃料の吸入、吐出を行うプランジャを有しており、前記ベローズは、一端が前記ハウジングに他端が前記プランジャと共に駆動するよう固定されると共に、前記ベローズは、前記ハウジングと前記プランジャとの摺動面を外部に対して密閉するよう構成したものである。
【００１３】
プランジャは、ハウジング内を往復摺動して燃料の吸入、吐出を行う。ベローズは、一端がハウジングに固定され、他端がプランジャと共に駆動するように固定されており、ハウジングとプランジャとの摺動面を外部に対して密閉する。プランジャ式の燃料圧送手段は、高圧の吐出圧が得られ、高圧が必要な燃料供給装置に好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の態様を実施例により説明する。
（実施例１）
図１及び図２に示すように内燃機関１０（例えば、４サイクル火花点火式筒内噴射型内燃機関）のシリンダヘッド１１の後端上部に燃料供給装置１５が装着されている。燃料供給装置１５は、ポンプ駆動機構１６と、このポンプ駆動機構１６に装着されて駆動される高圧燃料ポンプ１７とにより構成されている。ポンプ駆動機構１６は、シリンダヘッド１１内に収納されている動弁機構のカムシャフト（図示せず）に連結されて駆動され、高圧燃料ポンプ（以下「燃料ポンプ」という）１７を駆動する。燃料ポンプ１７は、プランジャの往復運動により燃料を吸入し、圧縮し、吐出する圧縮型の燃料ポンプである。この燃料ポンプは、特に特開平７−８３１３４号公報のような筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置に用いるのに好適である。
【００１５】
図３に示すように駆動機構１６のポンプカムケース１８にはカムシャフト１９が収納されている。カムシャフト１９は、両端にジャーナル１９ａ、１９ｂが、中央にカム１９ｃが設けられている。両端のジャーナル１９ａ、１９ｂは、ポンプカムケース１８の軸受１８ａ、１８ｂに回転自在に軸支されている。このカムシャフト１９は、基端１９ｄがカップリング２０を介して前記動弁機構のカムシャフトに連結される。ポンプカムケース１８の一側部には、カム１９ｃに臨んで取付孔１８ｃが設けられている。
【００１６】
図２及び図４に示すようにポンプカムケース１８の上部にはカムシャフト１９に沿ってボス１８ｄが設けられており、略中央にオイル通路１８ｅが長手方向に（カムシャフト１９に沿って）設けられている。更に、このボス１８ｄには、通路１８ｅと直交して斜め下方に延び、各上部が通路１８ｅに連通するオイル通路１８ｆ、１８ｇ、１８ｈが設けられている。オイル通路１８ｅは、基端側がシリンダヘッド１１に設けられているオイルギャラリ（図示せず）に連通され、先端が閉塞されている。また、各オイル通路１８ｆ〜１８ｈは、上端が閉塞されている。両側のオイル通路１８ｆ、１８ｈの各下端は、図示しない通路を介してカム１９ｃのカム面に臨んで開口されている。中央のオイル通路１８ｇの下端１８ｉは、燃料ポンプ１７のベローズ２９の前部近傍に臨んで開口されオイル通路１８ｇより径の細い噴射ノズル（以下「ノズル１８ｉ」という）とされている。
【００１７】
図５は、燃料ポンプ１７を示す。燃料ポンプ１７は、ポンプハウジング２２内にホルダ２３を介してポンプシリンダ２４が装着されており、当該ポンプシリンダ２４内にプランジャ２５が軸方向に摺動可能に嵌挿されている。ポンプシリンダ２４の基端とポンプハウジング２２との間にはリーフ弁２６が介装されている。プランジャ２５の基端にはポンプ室２５ａが設けられている。スプリング２７は、プランジャ２５とリーフ弁２６との間に縮設されており、一端がポンプ室２５ａ内に嵌挿されて当該ポンプ室２５ａの端面に圧接され、他端がリーフ弁２６に圧接されている。
【００１８】
プランジャ２５の先端近傍には環状のホルダ２８が装着されて溶着固定されている。このホルダ２８は、ホルダ２３の外径と略同径とされており、当該ホルダ２３と対向している。ベローズ２９は、ホルダ２３と２８との間に、且つプランジャ２５を同心的に囲繞して配置されており、両端がこれらのホルダ２３と２８の対向する端面にロー付けされて液密に固定されている。このベローズ２９は、ポンプ内部（プランジャ２５）とポンプ外部の駆動側（カム１９ｃ側）とを液密に画成している。このベローズ２９は、金属薄板により形成されている。
【００１９】
ポンプハウジング２２の端面には吸入ポート２２ａ、吐出ポート２２ｂ、ドレーンポート２２ｃが設けられており、リーフ弁２６を介してポンプ室２５ａに連通可能とされている。リーフ弁２６は、プランジャ２５の移動に応じて開閉即ち、プランジャ２５が図中左方に移動するときには吸入ポート２２ａ側が開弁し、吐出ポート２２ｂ側が閉弁して燃料を吸入し、右方に移動するときには吸入ポート２２ａ側が閉弁し、吐出ポート２２ｂ側が開弁して高圧燃料を吐出する。
【００２０】
この燃料ポンプ１７は、ポンプハウジング２２の前部２２Ａが図３及び図５に示すようにポンプカムケース１８の取付孔１８ｃに嵌合装着される。この状態において、プランジャ２５の先端面２５ｂがカム１９ｃに圧接される。そして、オイル通路１８ｇのノズル１８ｉが、斜め上方位置からベローズ２９の前端近傍に臨み、オイルジェットを吹き付けるようになっている。また、燃料ポンプ１７の吸入ポート２２ａは、燃料通路に接続され、吐出ポート２２ｂは、内燃機関の燃料噴射弁（図示せず）に接続される。
【００２１】
以下に作用を説明する。
図３に示すようにカムシャフト１９は、シリンダヘッド１１に内在する動弁機構のカムシャフトにより回転駆動される。カム１９ｃは、回転に伴いスプリング２７と協働してプランジャ２５を往復駆動し、吸入ポート２２ａからポンプ室２５ａ内に燃料を吸入し、圧縮した高圧燃料を吐出ポート２２ｂから吐出する。そして、ベローズ２９は、プランジャ２５の往復動に応じて伸縮する。
【００２２】
一方、内燃機関１０の作動に伴いシリンダヘッド１１側のオイルギャラリから図４に示すポンプカムケース１８のオイル通路１８ｅを通してオイル通路１８ｆ〜１８ｈにオイルが供給される。オイル通路１８ｆ、１８ｈに供給されたオイルは、カム１９ｃとプランジャ２５の先端面２５ｂとの摺動面に供給されてこれら両者の摺動面を潤滑する。
【００２３】
オイル通路１８ｇに供給されたオイルは、ノズル１８ｉから噴射されてベローズ２９の前端部近傍に吹き付けられる。これにより、オイルがベローズ２９の各山の間に付着して流れ込む。また、噴射されたオイルは、ベローズ２９とポンプハウジング２２の先端部２２Ａとの間の隙間から入り込み、当該先端部２２Ａの内方のベローズ２９の各山の間にも入り込む。これによりベローズ２９の各山の間にオイルが付着する。そして、ベローズ２９にオイルが厚く塗布された状態となる。この結果、ベローズ２９は、各山の間にオイルが付着することで、オイルの粘性によるダンパ作用が発生して共振が大幅に抑制される。
（実施例２）
図６は、ポンプカムケース１８のカムシャフト１９よりも下方位置に燃料ポンプ１７を配置した構成としたものである。図に示すようにカムシャフト１９よりも下方にプランジャ２５、ベローズ２９を配置することで、カム１９ｃとプランジャ２５の先端面２５ｂとを潤滑したオイルをポンプカムケース１８内に溜めてオイル槽３１を形成し、このオイル槽３１にベローズ２９を浸すようにしたものである。これによりオイルの粘性によりダンパ作用が発生してベローズ２９の共振が極めて良好に抑制される。
【００２４】
因みに、内燃機関の回転数（カムシャフト１９の回転数の２倍に対応する）とベローズ２９の共振倍率との一例を図８に示す。図８において実線は、本発明を適用したベローズの共振倍率を示し、点線は、従来のベローズの共振倍率を示す。この図から明らかなように、点線で示す従来例の場合には、エンジン回転数が高回転（約６０００〜７０００ ｒｐｍ）において共振倍率が低回転（約１０００ ｒｐｍ）の約２倍に達するのに対し、本発明を適用した場合には約１．２倍程度であり、極めて有効に共振が抑制されていることが明らかである。
【００２５】
尚、この実施例２によれば、実施例１のようにベローズ２９に臨んでオイル通路１８ｇを特に設ける必要が無くなり、ポンプカムケース１８のオイル通路の構造を簡単にすることができる。
（実施例３）
図７は、図６に示すレイアウトが困難な場合に適用するようにしたものである。即ち、燃料ポンプ１７のポンプハウジング２２の先端部２２Ａにキャップ３２を装着してベローズ２９を囲繞する。そして、このキャップ３２の上部にオイル通路１８ｇのノズル１８ｉに臨んで切欠３２ａを設けて開口させる。これにより、ノズル１８ｉから噴射されたオイルは、キャップ３２の切欠３２ａを通してベローズ２９の前端部に吹き付けられると共に、キャップ３２内に溜まる。そして、このキャップ３２内に溜まったオイルにベローズ２９が浸される。これにより、実施例２の場合と同様にベローズ２９の共振が良好に抑制される。
【００２６】
尚、上記各実施例１においては、ベローズ２９の外面に塗布し、実施例２及び３においてはベローズ全体をオイルに浸すようにしたが、例えば、粘性の高いグリス等を塗布しても良い。また、ベローズ２９に塗布し、又はベローズ２９を浸す液体としては、燃料（ガソリン）よりも粘度の高いものであれば良く、エンジンオイルに限るものではない。しかしながら、内燃機関において潤滑油として使用しているエンジンオイルを使用することで同一の給油系を使用することが出来るために好適である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、極めて簡単な構造で、燃料ポンプのベローズのダンパ作用を得ることができ、前記ベローズの共振を極めて有効に抑制することができ、耐久性の大幅な向上を図ることができる。
また、プランジャの往復動により燃料の吸入・吐出を行うため、簡素な構造で、吐出燃料を高圧にでき、特に筒内噴射式内燃機関のように高圧燃料が要求される燃料供給系に有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料供給装置を装着したシリンダヘッドの側面図である。
【図２】図１の燃料供給装置の側面図である。
【図３】図２の矢線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う要部断面図である。
【図４】図２の矢線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図５】図１に示す燃料供給装置の圧縮型高圧燃料ポンプの断面図である。
【図６】本発明の実施例２における高圧燃料ポンプのベローズにダンパを付与するための説明図である。
【図７】本発明の実施例３における高圧燃料ポンプのベローズにダンパを付与するための説明図である。
【図８】本発明を適用した燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるエンジン回転数とベローズの共振倍率との関係を示す図である。
【図９】従来の圧縮型の高圧燃料ポンプの断面図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１１ シリンダヘッド
１５ 燃料供給装置
１６ ポンプ駆動機構
１７ 高圧燃料ポンプ
１８ ポンプカムケース
１８ｄ ボス
１８ｅ〜１８ｇ オイル通路
１８ｉ ノズル
１９ カムシャフト
１９ｃ カム
２０ カップリング
２２ ポンプハウジング
２３、２８ ホルダ
２４ ポンプシリンダ
２５ プランジャ
２６ リーフ弁
２７ スプリング
２９ ベローズ
３１ オイル槽
３２ キャップ

Claims (3)

1. 燃料が供給される燃料室が形成され、前記燃料室より外側又は前記燃料室の一部を形成するように一端が固定され、他端が可動するように設けられて燃料が外部に漏洩しないように密閉するベローズを有し、前記ベローズの伸縮に伴い燃料の吸入及び吐出を行う燃料圧送手段と、
   少なくとも前記ベローズの外面の一部に流体を噴射することで塗布させて共振を防止する共振防止手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関用燃料供給装置。
2. 前記燃料圧送手段は、少なくとも前記燃料室の一部を形成するハウジング内を往復動し燃料の吸入、吐出を行うプランジャを有しており、前記ベローズは、一端が前記ハウジングに他端が前記プランジャと共に駆動するよう固定されると共に、前記ベローズは、前記ハウジングと前記プランジャとの摺動面を外部に対して密閉するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用燃料供給装置。
3. 前記流体は前記内燃機関において潤滑油として使用しているエンジンオイルであることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関用燃料供給装置。

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