JP3783147B2

JP3783147B2 - 分配型燃料噴射ポンプ及び動力伝達装置

Info

Publication number: JP3783147B2
Application number: JP03988597A
Authority: JP
Inventors: 肇町田; 聡北村; 淳松原
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: US6004106A; JPH10220318A; DE19806363A1; KR19980071172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、機関に燃料を供給する分配型燃料噴射ポンプ、特に機関と同期して回転するロータにプランジャを径方向に摺動自在に設け、このプランジャをカムリングのカム面を移動させることによって往復動させることでロータに形成された圧縮室の容積を変化させる形式の分配型燃料噴射ポンプ（内面カム式燃料噴射ポンプ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内面カム式の分配型燃料噴射ポンプは、例えば、特開昭５９−１１９０５６号公報、特開昭６０−７９１５２号公報、特開平３−１７５１４３号公報等に示されているように、燃料分配回転部材４（ロータ）の周囲に同心状のインナカム１（カムリング）を配置し、このインナカム１の内側に形成されたカム面に転動体等を介して圧送プランジャ２１、２２をあてがい、圧送プランジャ２１、２２を燃料分配回転部材４の径方向に往復動するようにしている。燃料分配回転部材４には、圧送プランジャ２１、２２により容積が変化するポンプ室２（圧縮室）と、吸入工程時にポンプ室２へ燃料を吸入する吸入孔５１乃至５４、圧送工程時にポンプ室２で加圧された燃料を送出する分配ポート６、および燃料送出をカットオフする溢流ポート７１乃至７４が形成されている。また、燃料分配回転部材４には、溢流ポート７１乃至７４を覆うようにリング状部材７（コントロールスリーブ）が外嵌されており、このリング状部材７を軸方向へ動かすことで、圧送工程時のカットオフ時期を変更し噴射量を可変できるようになっている。
【０００３】
このような噴射ポンプの回転部材に回転動力を供給する動力伝達系としては、機関のクランクシャフト、吸排気弁用カムシャフト、噴射ポンプの駆動シャフトのそれぞれに装着されたドライブプーリをタイミングベルトで連結し、このタイミングベルトに所定のテンションをかけて機関の駆動力を確実に噴射ポンプの駆動シャフトに供給すると共に、機関のピストンと吸排気弁との動作タイミングを最適な状態で維持するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、噴射ポンプにあっては、噴射性能を高めるために、回転部材とこれに摺接する部材とのクリアランスに微妙な調整が必要とされる。このような摺接部分の潤滑は、圧縮するための燃料そのものを潤滑油として使用するため、十分に不純物を取り除いた燃料が用いられる。その管理は十分に行われるものであるが、仮に微細な異物が噴射ポンプ内に流入されてこれが回転部材の摺接部分に侵入すると、回動部材の摺接面を傷つけ、円滑な摺接が損なわれて回動部材がこれと摺接する部材に焼き付き、回動部材の回転運動を拘束してしまう恐れがある。
【０００５】
また、何らかの原因で回転部材やこれと摺接する部材が変形した場合にも、予め設定された摺接部分のクリアランスが保たれなくなり、同様にスティックの可能性がある。
【０００６】
このような回動部材のスティックは、通常起こるものではないが、万が一生じた場合には、機関への燃料噴射が停止されてしまうので機関も停止するが、噴射ポンプの回転軸の焼き付き（スティック）と同時に機関が即座に停止するわけではないので、噴射ポンプの駆動シャフトがロックして停止しているにもかかわらず、クランクシャフトからタイミングベルトに無理やり駆動力がかかり、タイミングベルトの歯飛びが生じてしまう。これによりクランクシャフトと吸排気弁用カムシャフトとの位相がずれ、機関のピストンと吸排気弁との動作タイミングがずれてこれらが干渉し、機関に大きな損傷を与える可能性がある。万が一にもこのような事態が生ずれば、噴射ポンプのみならず、機関そのものの大修理を余儀なくされる結果となる。
【０００７】
そこで、この発明においては、生じ得る上記事態に備え、万が一噴射ポンプの回転系部材が焼き付いた場合には、噴射ポンプ側のみの破損にとどめ、機関の破損の恐れを大幅に低減することができる分配型燃料噴射ポンプとこれに動力を伝達する動力伝達装置とを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本願発明にかかる分配型燃料噴射ポンプは、機関からの動力を受けて回転し、ハウジングの内部で回転自在に支持される回転系部材と、前記回転系部材の径方向に摺動自在に設けられ、前記回転系部材に形成された圧縮室の容積を可変するプランジャと、前記回転系部材の周囲に同心状に設けられ、前記回転系部材の回転に伴って前記プランジャを前記回転系部材の径方向へ往復動させるカムリングとを備え、前記回転系部材に強度が相対的に弱い脆弱部を設け、この脆弱部は、前記回転系部材との摺接部分を動力供給側と反対側に残す位置に形成されると共に前記摺接部分の最も駆動軸寄りの位置に形成され、前記回転系部材の前記動力供給側と反対側の部分で回転が阻害された場合に前記動力供給側の部分の回転が阻害されないうちに破断されるものであることを特徴としている（請求項１）。また、本願発明にかかる分配型燃料噴射ポンプは、機関からの動力を受けて回転し、ハウジングの内部で回転自在に支持される回転系部材と、前記回転系部材の径方向に摺動自在に設けられ、前記回転系部材に形成された圧縮室の容積を可変するプランジャと、前記回転系部材の周囲に同心状に設けられ、前記回転系部材の回転に伴って前記プランジャを前記回転系部材の径方向へ往復動させるカムリングと、前記回転系部材に摺接可能に外嵌されて軸方向の相対位置を調節することによって噴射量を制御するコントロールスリーブとを備え、前記回転系部材に強度が相対的に弱い脆弱部を設け、この脆弱部は、前記回転系部材との摺接部分を動力供給側と反対側に残す位置に形成されると共に前記摺接部分の最も駆動軸寄りの位置に形成され、前記回転系部材の前記動力供給側と反対側の部分で回転が阻害された場合に前記動力供給側の部分の回転が阻害されないうちに破断されるものであることを特徴としている（請求項２）。
【０００９】
このような分配型燃料噴射ポンプに動力を伝達する動力伝達装置は、上述の分配型噴射ポンプの回転系部材にドライブプーリを設け、このドライブプーリと機関のクランクシャフトに装着されたドライブプーリとを伝達部材によって連結し、機関の動力を伝達部材を介して分配型噴射ポンプの回転系部材に伝達するものであり（請求項４）、伝達部材としては、各ドライブプーリに噛み合う歯付きベルト（タイミングベルト）や歯車等が用いられる。
【００１０】
したがって、噴射ポンプの回転系部材には、動力が供給される側と反対側に摺接部分を残して脆弱部が形成されているので、脆弱部から見て動力が供給される側と反対側の摺接部分が回転系部材の回転中に何らかの原因で焼き付き、回転が拘束された場合には、回転系部材全体に回転を拘束する力がかかり、機関からの動力の伝達が阻害されようとするが、動力供給側の部分の回転が阻害されないうちに脆弱部が破断され、回転系部材の全体がロックしてしまう事態が回避される。よって噴射ポンプは回転系部材の破損で燃料の噴射機能が損なわれるが、回転系部材の全体がロックして伝達部材が破損し、結果として機関の故障を誘発するような事態を避けることができる。
【００１１】
ここで、噴射ポンプの回転系部材は、機関の動力が伝達される駆動シャフトと、この駆動シャフトに連結されて前記コントロールスリーブが摺接可能に外嵌されるロータとによって構成される場合が多いが、この場合には、前記脆弱部を、ロータに形成されたくびれによって構成し、ロータと摺接する全ての部分を前記動力供給側と反対側に残すような位置に形成すると共に前記ロータと摺接する全ての部分の最も駆動軸寄りの位置に形成するとよい（請求項３）。ロータに形成されるくびれは、ロータ表面を切削して形成された環状溝などによって構成すればよい。
【００１２】
このような構成によれば、ロータとの摺接部分がロータを支持する部材やコントロールスリーブとの間に形成されるが、脆弱部から見てロータと摺接する全ての部分が動力供給側と反対側に設けられているので、摺接部分のどの部分で焼き付きが生じてもロータをくびれ部分で破断させることができ、動力供給側の回転が噴射ポンプの焼き付きで阻害されることがなくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。図１及び図２において、内面カム式の分配型燃料噴射ポンプが示され、分配型燃料噴射ポンプ１は、ポンプハウジング２に駆動軸（ドライブシャフト）３が挿入され、ポンプハウジング２の外部に突出した駆動軸（ドライブシャフト）３の一端にドライブプーリ４が取り付けられている。このドライブプーリ４は、機関のクランクシャフト５に装着されたドライブプーリ６や吸排気弁用カムシャフト７に装着されたドライブプーリ８と共に歯付きベルト９によって連結されて動力伝達系を構成しており、この系は、歯付きベルト９にテンションをかけて、機関の動力を吸排気弁用カムシャフト７や駆動軸（ドライブシャフト）３に伝達すると共に各シャフトを所定の位相関係を維持しながら回転させるようにしている。
【００１４】
噴射ポンプ１の駆動軸３にはポンプハウジング２の内側においてフィードポンプ１０が外装され、このフィードポンプ１０によりハウジング内に供給される燃料を幾分加圧した状態で燃料チャンバ１１へ送るようになっている。ポンプハウジング２は、駆動軸３が挿通された第１のハウジング部材２ａと、この第１のハウジング部材２ａに組付けられ、送出弁１２等が設けられたハウジング部材２ｂと、このハウジング部材２ｂの開口部を閉塞してロータ１３の延長線上に設けられたハウジング部材２ｃとからなり、燃料チャンバ１１は、ハウジング部材２ｂに挿嵌されたロータ支持部材１４で囲まれた空間によって形成されており、この燃料チャンバ１１はガバナハウジング１５によって画成されるガバナ収納室と連通している。
【００１５】
ロータ１３は、ロータ支持部材１４に形成された挿通孔１６に油密よく且つ回転自在に支持されており、その基端部１３ａがカップリング（連結部）１７を介して駆動軸３に連結され、駆動軸３の回動に伴って回転のみが許されるようになっている。このロータ１３の基端部１３ａには、径方向（放射方向）にプランジャ１８が摺動自在に挿入されている。このプランジャ１８は、同一面上に１８０度（又は、９０度）の間隔をおいて２つ（又は、４つ）設けられており、それぞれのプランジャ１８の先端は、ロータ１３の基端部中央に設けられた圧縮室１９を閉塞するように臨み、該プランジャ１８は、シュー２０及びローラ２１を介してカムリング２２の内面を摺接するようになっている。このカムリング２２は、ロータ１３の周囲に同心状に設けられたリング状のもので、機関の気筒数に対応したカム面が内側に形成され、ロータ１３が回転すると、各プランジャ１８がロータ１３の径方向（放射方向）に往復動し、圧縮室１９の容積を可変するようになっている。
【００１６】
即ち、カムリング２２は、４気筒に対応して形成されているものであれば、カムリング２２の内側に凸曲面が９０度毎に形成されており、したがって、２つ（又は、４つ）のプランジャ１８は、圧縮室１９を挟み付けるように同時に移動し、またカムリング２２の中心から同時に遠ざかるようになっている。
【００１７】
ロータ１３の基端部１３ａとロータ支持部材１４との間にはワッシャ２３が設けられ、ロータ１３が直接ロータ支持部材１４に摺接するのを避け、ワッシャ２３の両面に摺接部分を形成することでロータ１３の磨耗を低減するようにしている。また、ロータ１３の基端部１３ａと駆動軸３との連結部１７にはスプリング収納室２５が形成され、このスプリング収納室２５に弾装されたスプリング２６によってロータ１３を駆動軸３から遠ざける方向に常時付勢するようにしている。
【００１８】
図示しない燃料流入口からハウジング内に流入される燃料は、ロータ支持部材１４の周囲に形成される空間、カムリング２２とロータ１３との間に形成される空間、カップリング１７の周囲等を介してフィードポンプ１０の吸引側に導かれるようになっており、フィードポンプ１０によって圧縮された燃料は、ポンプハウジング２とこれに組付られるガバナハウジング１５とに形成される通路２７を介してガバナ収納室に導かれるようになっている。
【００１９】
ロータ１３には、図３にも示されるように、その軸方向に形成されて圧縮室１９に通じる縦孔２８、この縦孔２８に連通し、ロータ１３の周面に開口する流出入ポート２９、及び、一端が前記縦孔２８に接続され他端がロータ支持部材１４やハウジング部材２ｂに形成された燃料送出通路３０と断続的に連通する分配ポート３１が形成されている。
【００２０】
ロータ１３に形成された流出入ポート２９は、気筒数に対応した数だけ等間隔に位相をずらして形成され、燃料チャンバ１１に位置する部分でロータ１３の表面に開口し、この開口部分がロータ１３に油密よく外嵌されたコントロールスリーブ３２によって覆われている。このコントロールスリーブ３２には、上部表面の周方向に所定の角度範囲にわたって第１の係合溝３３が形成され、この係合溝３３には、エレクトリックガバナのシャフト３４の先端に形成されている係合ボール３５が係合されている。この係合ボール３５は、シャフト３４に対して偏心して設けられており、外部からの信号によってシャフト３４が回転すると、コントロールスリーブ３２がロータ１３の軸方向に移動するようになっている。そしてこのコントロールスリーブ３２には、流出入ポート２９と連通可能な通孔が形成されている。
【００２１】
また、コントロールスリーブ３２には、軸方向に延びる第２の係合溝３６が形成され、ロータ支持部材１４に回動自在に支持された連結ロッド３７に係止部材３８を固装し、この係止部材３８を第２の係合溝３６に係止させている。連結ロッド３７は、その径方向に延びるアーム部３９がカムリング２２に固定された連結片４０に係止されており、したがって、コントロールスリーブ３２は、カムリング２２が回動すると所定の関係をもって回動するようになっている。
【００２２】
尚、カムリング２２の回動量はタイマ装置４１によって制御されるようになっており、タイマ装置４１は、ポンプハウジング２の下部に設けられたシリンダに摺動自在にタイマピストン４２を収納し、このタイマピストン４２をカムリングから延びるレバー４３に連結し、タイマピストン４２の動きをカムリング２２の回動に変換するようになっている。即ち、タイマピストン４２の一端には、チャンバ側の燃料が導入される高圧室が、また他端には、フィードポンプより上流側と連通する低圧室が形成されている。さらに、低圧室には、タイマスプリングが弾装され、このタイマスプリングによりタイマピストン４２が常時高圧室側に付勢され、タイマピストン４２がタイマスプリングのスプリング圧と高圧室内の燃料圧との釣り合った位置で停止するようになっている。そして、高圧室圧をタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）４４で調節することでカムリング２２の回動量、即ち、要求される進角量を形成するようになっている。
【００２３】
このような噴射ポンプ１にあっては、ロータ１３が回転すると、気筒数に対応した流出入ポート２９がコントロールスリーブ３２の通孔に順次連通し、プランジャ１８がカムリング２２の中心から遠ざかる方向へ移動する吸入工程にあっては、ロータ１３の流出入ポート２９とコントロールスリーブ３２の通孔とが整合し、チャンバ１１内の燃料が圧縮室１９に吸入される。
【００２４】
その後、プランジャ１８がカムリング２２の中心に向かって移動する圧送工程に入ると、流出入ポート２９とコントロールスリーブ３２の通孔との連通が断たれ、分配ポート３１と燃料送出通路３０の１つとが整合し、圧縮された燃料がこの燃料送出通路３０を介して送出弁１２へ送出されるようになる。尚、送出弁１２から送出された燃料は、図示しない噴射管を介して噴射ノズルへ送られ、この噴射ノズルから機関の気筒内へ噴射するようになっている。
【００２５】
そして、圧送工程の途中で、コントロールスリーブ３２の通孔と次の流出入ポート２９とが再び連通すると、圧縮された燃料がチャンバ１１に流出し、噴射ノズルへの送出が停止されて噴射が終了する。そして、このような工程が順次繰り返され、ロータ６の１回転当たりに上記構成例では４サイクル行われる。
【００２６】
前記ロータ１３には、その基端部１３ａの近傍においてロータ１３の周面を切削して形成された環状溝４５が形成されている。このロータ１３は、上述した構成によりロータ支持部材１４との間に第１及び第２の２箇所の摺接部分４６、４７が形成され、さらにコントロールスリーブ３２との間に第３の摺接部分４８が形成され、全体として３箇所で摺接している。前記環状溝４５は、第１の摺接部分４６の最も駆動軸寄りの部分に形成されており、したがって、環状溝４５から見て第１〜第３のいずれの摺接部分４６、４７、４８も駆動軸側と反対側に形成されている。
【００２７】
この環状溝４５は、ロータ１３の強度をこの部分で相対的に弱くするために設けられており、摺接面を研磨するためにロータ上に設けられる凹部とは異なり、摺接部分で焼き付きが生じた場合に、機関からの駆動トルクでねじ切れるような溝幅や溝の深さに設定されている。しかも、この溝幅や溝の深さは、通常の運転時において不必要にロータ１３が破断されることのないように、予め実験を重ねて設定される必要がある。また、環状溝４５の形成位置を第１の摺接部分４６の最も駆動軸寄りの部分としているのも、環状溝４５よりも駆動軸側に摺接部分が形成されないように配慮すると共に、基端部１３ａとロータ支持部材１４との間に介在されるワッシャ２３が環状溝４５に嵌入しないようにする配慮からである。
【００２８】
上記構成において、第１〜第３のいずれかの摺接部分４６〜４８で何らかの原因によりロータ１３が焼き付きを起し、回転が拘束されると、ロータ１３とこれに連結している駆動軸３までもが回転を拘束され、この駆動軸３に取り付けられるドライブプーリ４と機関のクランクシャフト５のドライブプーリ６とを連結するタイミングベルト９に制動方向に大きな負荷がかかる。この際、機関は即座に停止するわけではないので、噴射ポンプの駆動軸３には、ロータ１３の回転が拘束されているにもかかわらずクランクシャフト５から駆動力が伝達される。この結果、駆動軸３にかかる駆動トルクによりロータ１３の環状溝４５はねじ切れ、このねじ切れた環状溝４５よりも駆動軸側の部分は回転を阻害されることなく機関に同期して回転を続ける。よって、歯付きベルト９の歯飛びや、それに伴って生じうる機関の故障を防ぐことができ、噴射ポンプのみの破損で済ますことができる。
【００２９】
尚、環状溝４５を駆動軸３に形成し、万が一の場合には駆動軸３を破断させる構成も考えられるが、圧縮工程のようにプランジャ１８がリフトする際には、連結部１７や駆動軸３に回動方向の大きな負荷がかかるので、駆動軸３に環状溝を形成して強度の弱い部分を形成すると、ロータ１３の焼き付きと関係なくこの部分が不必要に破断されてしまう可能性がある。また、ロータ１３に環状溝４５を形成する箇所は、第２の摺接部分４７や第３の摺接部分４８の最も駆動軸側に寄った部分、或いは、これら摺接部分から外れたチャンバ１１に表出する部分に形成するようにしてもよいが、環状溝４５から見て駆動軸側にも摺接部分４６が残るので、ロータの焼き付きに伴う動力伝達系への影響を完全に除去することができない。よって、環状溝４５の形成箇所は、ロータ１３とするのが望ましく、しかも、上述のように第１の摺接部分４６の最も駆動軸側に寄った箇所とするのが望ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、噴射ポンプの回転系部材に強度が相対的に弱い脆弱部を設け、この脆弱部を摺接部分が動力供給側と反対側に残るような位置に形成し、脆弱部から見て動力供給側と反対側の部分で回転が阻害された場合に動力供給側の部分の回転が阻害されないうちに脆弱部が破断されるようにしたので、万が一噴射ポンプの回転系部材に焼き付きが生じた場合には、噴射ポンプ側のみの破損にとどめ、機関の破損の恐れが大幅に低減される。
【００３１】
特に、噴射ポンプの回転系部材を機関からの動力が伝達される駆動シャフトとこの駆動シャフトに連結されてコントロールスリーブを外嵌するロータとによって構成し、脆弱部を、ロータに形成されたくびれをもって構成する場合には、ロータの加工も容易であり、簡易なロータ形状をもってフェイルセーフ機能を実現することが可能となる。また、ロータの全ての摺接部分をくびれよりも動力供給側と反対側に位置させることで、摺接部分のどの部分で焼き付きが生じてもロータを破断させることができ、動力伝達系の保護を強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明に係る分配型燃料噴射ポンプの断面図である。
【図２】図２は、図１に示すロータとその周辺の部材を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の分配型燃料噴射ポンプに用いられるロータを示し、図３（ａ）は、その斜視図であり、図３（ｂ）は、その断面図である。
【符号の説明】
１噴射ポンプ
３駆動軸
４、６、８ドライブプーリ
５クランクシャフト
７吸排気弁用カムシャフト
９歯付きベルト
１３ロータ
１４ロータ支持部材
１８プランジャ
１９圧縮室
２２カムリング
３２コントロールスリーブ
４５環状溝（くびれ）
４６、４７、４８摺接部分

Claims

機関からの動力を受けて回転し、ハウジングの内部で回転自在に支持される回転系部材と、前記回転系部材の径方向に摺動自在に設けられ、前記回転系部材に形成された圧縮室の容積を可変するプランジャと、前記回転系部材の周囲に同心状に設けられ、前記回転系部材の回転に伴って前記プランジャを前記回転系部材の径方向へ往復動させるカムリングとを備え、前記回転系部材に強度が相対的に弱い脆弱部を設け、この脆弱部は、前記回転系部材との摺接部分を動力供給側と反対側に残す位置に形成されると共に前記摺接部分の最も駆動軸寄りの位置に形成され、前記回転系部材の前記動力供給側と反対側の部分で回転が阻害された場合に前記動力供給側の部分の回転が阻害されないうちに破断されるものであることを特徴とする分配型燃料噴射ポンプ。
機関からの動力を受けて回転し、ハウジングの内部で回転自在に支持される回転系部材と、前記回転系部材の径方向に摺動自在に設けられ、前記回転系部材に形成された圧縮室の容積を可変するプランジャと、前記回転系部材の周囲に同心状に設けられ、前記回転系部材の回転に伴って前記プランジャを前記回転系部材の径方向へ往復動させるカムリングと、前記回転系部材に摺接可能に外嵌されて軸方向の相対位置を調節することによって噴射量を制御するコントロールスリーブとを備え、前記回転系部材に強度が相対的に弱い脆弱部を設け、この脆弱部は、前記回転系部材との摺接部分を動力供給側と反対側に残す位置に形成されると共に前記摺接部分の最も駆動軸寄りの位置に形成され、前記回転系部材の前記動力供給側と反対側の部分で回転が阻害された場合に前記動力供給側の部分の回転が阻害されないうちに破断されるものであることを特徴とする分配型燃料噴射ポンプ。
前記回転系部材は、機関の動力が伝達される駆動シャフトと、この駆動シャフトに連結されて前記コントロールスリーブが摺接可能に外嵌されるロータとによって構成され、前記脆弱部は、前記ロータに形成されたくびれによって構成され、前記ロータと摺接する全ての部分を前記動力供給側と反対側に残すような位置に形成されると共に前記ロータと摺接する全ての部分の最も駆動軸寄りの位置に形成される請求項２記載の分配型燃料噴射ポンプ。
請求項１乃至３のいずれかに記載の分配型噴射ポンプの回転系部材にドライブプーリを設け、このドライブプーリと機関のクランクシャフトに装着されたドライブプーリとを伝達部材によって連結し、機関の動力を前記伝達部材を介して分配型噴射ポンプの回転系部材に伝達する動力伝達装置。