JP5293331B2 - 燃料加圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下「エンジン」という）の燃焼室へ加圧された燃料を供給するための燃料加圧装置に関する。

従来、エンジンのカムシャフトと共に回転する回転軸を備え、当該回転軸の回転によって燃料を加圧する燃料加圧装置が知られている。

このような燃料加圧装置の中には、回転軸に偏心カムが設けられ、この偏心カムに支持されて公転運動を行うカムリングを備えるものがある。カムリングは、その外壁に平坦な部分を有し、当該平坦な部分に当接するタペット等の可動部材を往復運動させる。この可動部材の往復運動により、加圧室に吸入された燃料が加圧されることになる（例えば、特許文献１参照）。具体的には、図７に示すように、シリンダ８０１内を往復運動するタペット８０２が、シリンダ８０１内部を上昇することによって、吸入通路８０３から吸入される燃料が加圧室８０４内で加圧されるという具合である。

特開２００１−２４８５２０号公報

しかしながら、加圧室内の燃料の圧力は非常に大きなものとなる。また近年、加圧室内の燃料の圧力が一層大きくなる傾向にある。したがって、シリンダとタペット等の可動部材との摺動部からの燃料リークが無視できなくなっている。図７に示す例では、タペット８０２の摺動部８０２ａを経由する燃料リークが無視できなくなっている。燃料のリーク量が増えれば、燃料の吐出量が減ってしまい、輸送効率が低下してしまうためである。

一般的に、プランジャの円筒部の長さを大きくすることによって、また、プランジャの円筒部の断面積を小さくすることによって、リーク量の増大を抑えることは可能である。ただし、プランジャの円筒部の長さを大きくすれば、燃料加圧装置の体格が大きくなってしまう。また、プランジャの円筒部の断面積を小さくすれば当然に、１ストロークあたりの吐出量が減ってしまう。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダと可動部材との摺動部からの燃料リークを抑制可能な燃料加圧装置を提供することにある。

上述した課題を解決するためになされた請求項１の燃料加圧装置は、エンジンの燃焼室へ加圧された燃料を供給するためのものである。
本発明では、回転軸が、エンジンによって回転駆動される。この回転軸には、軸線に対し偏心する偏心カムが設けられている。この偏心カムに回転可能に支持されるのが、カムリングである。カムリングは、回転軸の回転によって当該回転軸を中心とする公転運動を行う。カムリングの公転運動は、可動部材の往復運動を作出する。可動部材は、カムリングの外壁に当接するよう付勢されている。可動部材を摺動可能に支持するのがシリンダである。シリンダは、可動部材の往復運動によって容積変化する加圧室を形成する。

ここで特に本発明では、可動部材が、当該可動部材の中心軸の一部を含み且つ当該可動部材の中心軸に沿った円柱状の空間として形成される。また、可動部材は、シリンダとの摺動面に開口する複数の開口部を具備する容積室を有している。
この場合、可動部材によって加圧室の容積が減少する加圧行程では、シリンダと可動部材との摺動部を経由して加圧室から容積室へ燃料の一部が流入する。一方、可動部材によって加圧室の容積が増加する吸入行程では、加圧室が負圧になることで、シリンダと可動部材との摺動部を経由して容積室から加圧室へ燃料の一部が流入する。つまり、高圧燃料を一時的に溜め込む部屋を作り、リーク量を減らすと共に充填効率の向上を図るのである。このようにすれば、シリンダと可動部材との摺動部からの燃料リークを抑制することができる。また、吸入行程における充填効率が向上する。

なお、従来、外周壁に異物除去等を目的とした溝を設けた可動部材がある。したがって、このような溝の軸方向の幅を大きくしたり、径方向の深さを大きくしたりする構成も考えられる。しかしながら、前者の構成では、容積室の容積を十分に確保できない虞がある。また、後者の構成では、剛性を十分に確保できない虞がある。

そこで、容積室は、可動部材の中心軸の一部を含み且つ可動部材の中心軸に沿った円柱状の空間として形成される。

具体的には、図２に示すように、タペット２１の中心軸に沿った円柱状の空間を容積室２１４とすることが例示される。このようにすれば、可動部材の剛性を確保しつつ、容積室に十分な容積を確保することができる。

また、可動部材は、容積室を形成する円筒状の基部と、当該基部の先端を閉塞するキャップ部とで形成されている。例えば、図２に示すように、タペット２１の小径部２１１の先端部の開口をキャップ２１３で閉塞するという具合である。このようにすれば、比較的簡単に容積室を形成することができる。

さらに、開口部は、長円形の開口を形成している。例えば、軸方向に延びる長円形の開口とすることで、剛性の確保も容易になる。

以上は、可動部材に容積室を設けた燃料加圧装置の発明として説明してきたが、シリンダに容積室を設ける構成も考えられる。
すなわち、エンジンの燃焼室へ加圧された燃料を供給するための燃料加圧装置であって、エンジンによって回転駆動される回転軸と、回転軸の軸線に対し偏心して設けられる偏心カムと、偏心カムに回転可能に支持され、回転軸の回転によって当該回転軸を中心とする公転運動を行うカムリングと、カムリングの外壁に当接するよう付勢され、カムリングの公転運動により往復運動を行う可動部材と、可動部材を往復運動させるよう摺動可能に支持すると共に、可動部材の往復運動によって容積変化する加圧室を形成するシリンダと、を備え、シリンダは、可動部材との摺動面に開口部を具備する容積室を有していることを特徴とする燃料加圧装置である。

このような燃料加圧装置であっても、上述した構成の燃料加圧装置と同様の効果が奏される。

本発明の実施形態の燃料加圧ポンプを示す断面図である。 燃料加圧ポンプのタペットの構造を示す断面図である。 燃料加圧ポンプの加圧行程の作動を示す説明図である。 燃料加圧ポンプの吸入行程の作動を示す説明図である。 燃料加圧ポンプのタペットの変形形態（ｂ）、及び参考形態（ａ）を示す断面図である。 燃料加圧ポンプのタペットの変形形態（ａ）、及び参考形態（ｂ）を示す断面図である。 従来の燃料加圧ポンプの作動を示す説明図である。 従来の燃料加圧ポンプのタペットの構造を示す説明図である。 燃料加圧ポンプのタペットの比較形態を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態の燃料加圧ポンプを図に基づいて説明する。本形態の燃料加圧ポンプは、車両に搭載されて用いられ、燃料タンクから低圧燃料を汲み上げ加圧して、高圧燃料をコモンレールへ送り出すものである。
図１に示すように、本形態の燃料加圧ポンプ１は、その内部にカムシャフト１１を収容して支持するハウジング１２を備えている。カムシャフト１１には、その中心軸から偏心する偏心カム１３が設けられている。偏心カム１３の外周には、カムリング１４が支持されている。カムリング１４は、その内周面に固定されたリング状のブッシュ１４１を有している。これにより、カムリング１４は、偏心カム１３に対し、回転可能に支持されている。

また、カムシャフト１１の軸方向に垂直な方向に、シリンダ１５、１６が設けられている（図の上下方向）。シリンダ１５、１６には、タペット２１、２２が往復運動可能に支持されている。具体的には、タペット２１、２２の小径部２１１、２２１の径よりも僅かに大きな内径の空間をシリンダ１５、１６が形成しており、小径部２１１、２２１が支持されている。これにより、小径部２１１、２２１の先端側に、加圧室２３、２４が形成される。

また、タペット２１、２２は、小径部２１１、２２１に連続する大径部２１２、２２２を有している。大径部２１２、２２２の端面は平坦面となっており、カムリング１４の外壁に接している。大径部２１２、２２２とシリンダ１５、１６との間には、スプリング２５、２６が配置されている。これにより、タペット２１、２２は、カムリング１４の外周面に当接するように付勢されている。

シリンダ１５、１６の加圧室２３、２４側には、吸入部３１、３２が設けられている。これら吸入部３１、３２は、逆止弁３１１、３２１と吸入通路３１２、３２２とを有している。これにより、タペット２１、２２が下降して加圧室２３、２４の容積が増大する吸入行程では、吸入通路３１２、３２２から加圧室２３、２４へ燃料が吸入される。一方、タペット２１、２２が上昇して加圧室２３、２４の容積が減少する加圧行程では、逆止弁３１１、３２１により、加圧室２３、２４から吸入通路３１２、３２２に燃料が逆流することが防止される。

また、一方のシリンダ１５側には、吐出部４０が設けられている。吐出部４０の本体部４１は、円筒状部材であり、シリンダ１５に螺着されている。本体部４１は、その内部に、吐出通路４１１を有している。この吐出通路４１１と加圧室２３とは、逆止弁４２を介して接続されている。これにより、加圧室２３内の燃料圧力と逆止弁４２に対し閉弁方向に作用する力とのバランスによって、加圧室２３からコモンレールへ燃料が吐出されることになる。なお、他方のシリンダ１６側は、図示しない配管によって一方のシリンダ１５側の吐出部４０と合流している。

このように構成された燃料加圧ポンプ１は、タペット２１、２２の構造に特徴を有している。そこで次に、タペット２１、２２の構造について説明する。なお、２つのタペット２１、２２は同一構造となっているため、以下では、片方のタペット２１について図２に基づき説明することとする。

タペット２１が、小径部２１１及び大径部２１２を有していることは既に述べた。図２はタペット２１の縦断面図であるが、小径部２１１の先端側は、開口となっている。この開口は、キャップ２１３によって閉塞されている。キャップ２１３は、溶接又は圧入によって小径部２１１に取り付けられる。これにより、タペット２１の内部には、中心軸に沿った容積室２１４が形成される。容積室２１４は、４つの開口部２１５を具備してなる。開口部２１５は、小径部２１１に、９０度間隔で設けられている。結果として、容積室２１４は、シリンダ１５（図１参照）との摺動面に開口する。

次に、燃料加圧ポンプ１の作動とタペット２１による作用を説明する。図３及び図４は、タペット２１の作用を説明するための模式図である。図１に示すカムシャフト１１が回転駆動されると、偏心カム１３によって、カムリング１４が公転運動を行う。これにより、タペット２１は往復運動を行う。なお、図３及び図４では、偏心カム１３及びカムリング１４による作用を模式的なカム５１にて示している。

図３は、カム５１の作用により、矢印Ｕで示すように、タペット２１が上昇する加圧行程を示している。このときは、加圧室２３の容積が減少する。また、逆止弁３１１は閉弁状態に維持されるため、吸入通路３１２への燃料の逆流が防止される。したがって、加圧室２３の圧力が上昇し、閉弁側へ付勢されている逆止弁４２を押し開くと、加圧された燃料が吐出通路４１１からコモンレールへ吐出される。

一方、図４は、カム５１の作用により、矢印Ｄで示すように、タペット２１が下降する吸入行程を示している。このときは、加圧室２３の容積が増加する。また、加圧室２３が負圧となるため、逆止弁３１１は開弁状態に維持されて、吸入通路３１２から加圧室２３へ燃料が吸入される。もちろん、このときは、吐出部４０の逆止弁４２が押し開かれることはなく、コモンレールへの燃料の吐出は行われない。

そして特に本形態では、開口部２１５を具備する容積室２１４が形成されているため、図３に示す加圧行程においては、加圧室２３から摺動面を経由して容積室２１４へ燃料が流入する。一方、図４に示す吸入行程においては、容積室２１４から摺動面を経由して加圧室２３へ燃料が流入する。

さらに言えば、加圧行程の直後は容積室２１４への燃料の流入によって容積室２１４の圧力は比較的高圧となっているため、吸入行程では、負圧となった加圧室２３へ容積室２１４から燃料が流入し易い状態となる。一方、吸入行程の直後は容積室２１４からの燃料の流出によって容積室２１４の圧力は比較的低圧となっているため、加圧行程では、高圧となった加圧室２３から容積室２１４へ燃料が流入し易い状態となる。

以上詳述したように、本形態では、高圧燃料を一時的に溜め込む容積室２１４を作り、リーク量を減らすと共に充填効率の向上を図るのである。これにより、シリンダ１５、１６とタペット２１、２２との摺動部からの燃料のリークを抑制することができる。また、吸入行程における充填効率が向上する。

なお、従来、図８に示すように、外周壁に異物除去等を目的とした溝９０１を設けたタペット９００がある。したがって、図９（ａ）に示すように、一時的に燃料を溜める構成として、軸方向の幅を大きくした溝９１１を設けたタペット９１０を構成したり、図９（ｂ）に示すように、径方向の深さを大きくした溝９２１を設けたタペット９２０を構成したりすることが考えられる。しかしながら、前者の構成では、容積室の容積を十分に確保できない虞がある。また、後者の構成では、剛性を十分に確保できない虞がある。

この点、本形態では、容積室２１４が、中心軸に沿った円柱状の空間となっている。これによって、タペット２１の剛性を確保しつつ、容積室２１４に十分な容積を確保することができる。

また、本形態では、容積室２１４が、円筒状の小径部２１１と、当該小径部２１１の先端を閉塞するキャップ２１３とで形成されている（図２参照）。これにより、比較的簡単に容積室２１４を形成することができる。

なお、本形態におけるカムシャフト１１が「回転軸」を構成し、偏心カム１３が「偏心カム」を構成し、カムリング１４が「カムリング」を構成し、タペット２１、２２が「可動部材」を構成し、加圧室２３、２４が「加圧室」を構成し、シリンダ１５、１６が「シリンダ」を構成し、容積室２１４が「容積室」を構成する。また、小径部２１１、２２１が「基部」を構成し、キャップ２１３が「キャップ部」を構成する。

以上、本発明は、上記形態に何等限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施可能である。
以下、（ロ）、（ハ）は変形形態を示し、（イ）、（ニ）、（ホ）は参考形態を示す。

（イ）例えば、図５（ａ）に示すようなタペット６００を採用してもよい。タペット６００は、「基部」としての小径部６０１の先端部の開口が「キャップ部」としてのキャップ６０２で閉塞されて容積室６０３が形成されている。上記形態のタペット２１は小径部２１１の周壁に４つの開口部２１５を備えていたが、本形態のタペット６００では、小径部６０１の周壁に１つの開口部６０４が形成されている。このようなタペット６００を採用しても、上記形態と同様の効果が奏される。また、開口部６０４の数を減らすことで、タペット６００の剛性を一層大きくすることができる。

（ロ）例えば、図５（ｂ）に示すようなタペット６１０を採用してもよい。タペット６１０は、「基部」としての小径部６１１の先端部の開口が「キャップ部」としてのキャップ６１２で閉塞されて容積室６１３が形成されている。本形態のタペット６１０では、小径部６１１の周壁に８つの開口部６１４が形成されている。このようなタペット６１０を採用しても、上記形態と同様の効果が奏される。また、開口部６１４の数を増やすことで、燃料の流入及び、流出がスムーズになり、容積室６１３を十分に機能させることができる。

（ハ）例えば、図６（ａ）に示すようなタペット６２０を採用してもよい。タペット６２０は、「基部」としての小径部６２１の先端部の開口が「キャップ部」としてのキャップ６２２で閉塞されて容積室６２３が形成されている。本形態のタペット６２０では、小径部６２１の周壁に、４つの開口部６２４が形成されている。ここでは開口部６２４が、長円形の開口を形成している。このようなタペット６２０を採用しても、上記形態と同様の効果が奏される。また、開口部６２４が長円形の開口を形成しているため、燃料の流入及び、流出がスムーズになり、容積室６２３を十分に機能させることができる。さらにまた、開口部６２４は、軸方向に延びる長円形の開口を形成しているため、剛性の確保も容易である。

（ニ）例えば、図６（ｂ）に示すようなタペット６３０を採用してもよい。この場合、容積室６３３は、小径部６３１の中心軸に垂直な円柱状の空間として形成されている。また、開口部６３４が形成する開口は、容積室６３３の径と同一径となっている。このようなタペット６３０を採用しても、上記形態と同様の効果が奏される。また、このときは、容積室６３３をより簡単に形成することができる。

（ホ）上記形態はいずれもタペットの構造を工夫するものであったが、シリンダに、タペットとの摺動面に開口する容積室を形成してもよい。このようにしても、上記形態と同様の効果が奏される。

１：燃料加圧ポンプ（燃料加圧装置）、１１：カムシャフト（回転軸）、１２：ハウジング、１３：偏心カム（偏心カム）、１４：カムリング（カムリング）、１４１：ブッシュ、１５、１６：シリンダ、２１、２２：タペット（可動部材）、２１１：小径部（基部）、２１２：大径部、２１３：キャップ（キャップ部）、２１４：容積室（容積室）、２１５：開口部（開口部）、２３、２４：加圧室（加圧室）、２５、２６：スプリング、３１、３２：吸入部、３１１、３２１：逆止弁、３１２、３２２：吸入通路、４０：吐出部、４１：本体部、４１１：吐出通路、４２：逆止弁、５１：カム、６００、６１０、６２０、６３０：タペット（可動部材）、６０１、６１１、６２１：小径部（基部）、６３１：小径部、６０２、６１２、６２２：キャップ（キャップ部）、６０３、６１３、６２３、６３３：容積室（容積室）、６０４、６１４、６２４、６３４：開口部（開口部）、８０１：シリンダ、８０２：タペット、８０２ａ：摺動部、８０３：吸入通路、８０４：加圧室、９００、９１０、９２０：タペット、９０１、９１１、９２１：溝

Claims (1)

1. エンジンの燃焼室へ加圧された燃料を供給するための燃料加圧装置であって、
   エンジンによって回転駆動される回転軸と、
   前記回転軸の軸線に対し偏心して設けられる偏心カムと、
   前記偏心カムに回転可能に支持され、前記回転軸の回転によって当該回転軸を中心とする公転運動を行うカムリングと、
   前記カムリングの外壁に当接するよう付勢され、前記カムリングの前記公転運動により往復運動を行う可動部材と、
   前記可動部材を往復運動させるよう摺動可能に支持すると共に、前記可動部材の往復運動によって容積変化する加圧室を形成するシリンダと、を備え、
   前記可動部材は、当該可動部材の中心軸の一部を含み且つ当該可動部材の中心軸に沿った円柱状の空間として形成され前記シリンダとの摺動面に複数の開口部を具備する容積室を有しており、
   前記可動部材は、前記容積室を形成する円筒状の基部と、当該基部の先端を閉塞するキャップ部とで形成されており、
   前記開口部は、長円形の開口を形成しており、
   前記可動部材によって前記加圧室の容積が減少する加圧行程では、前記シリンダと前記可動部材との摺動部を経由して前記加圧室から前記容積室へ燃料の一部が流入し、前記可動部材によって前記加圧室の容積が増加する吸入行程では、前記シリンダと前記可動部材との摺動部を経由して前記容積室から前記加圧室へ燃料の一部が流入することを特徴とする燃料加圧装置。

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