JPH10238437A

JPH10238437A - 内燃機関用ポンプ

Info

Publication number: JPH10238437A
Application number: JP9040248A
Authority: JP
Inventors: Taizo Kitada; 泰造北田; Akihito Miyamoto; 彰仁宮本; Hirobumi Azuma; 博文東; Hiromitsu Ando; 弘光安東
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関用ポンプにおいて、ポンプ効率の向
上を図ることで燃料供給の安定化を図る。【解決手段】ハウジング４１内にプランジャ４７を摺
動自在に支持することでシリンダ室５２を形成し、内燃
機関のクランク軸の回転力によって回転自在なカム軸５
０にプランジャ４７の一端部に当接するカム部５０ａを
設けて、このカム軸５０の回転によってカム部５０ａを
回転駆動してプランジャ４７を往復動させることで、シ
リンダ室５２への燃料の吸入及びシリンダ室５２からの
燃料の吐出を可能とし、このカム部５０ａを、高次数成
分を含まない１次成分及び２次成分（Ａsinθ＋Ｂsin２
θ）で形成されたカムプロフィールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のクラン
ク軸の回転力によって駆動して燃料の供給を行う内燃機
関用ポンプに関し、特に、筒内噴射式内燃機関にて適用
される高圧燃料ポンプに用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】燃料をシリンダ内で噴射する方式の内燃
機関としては、例えば、筒内噴射式内燃機関や直接噴射
式内燃機関（直噴式内燃機関）などと呼ばれるものがあ
り、ディーゼルエンジンが広く知られている。ところ
が、近年、火花点火式エンジン（一般には、ガソリンエ
ンジンが対応するので、以下、ガソリンエンジンと称す
る。）においても、筒内噴射式のものが提案されてい
る。

【０００３】このような筒内噴射式内燃機関では、機関
の性能向上や排出ガスの低減のために、燃料噴射圧力を
上げて燃料噴霧を微粒化し、燃料噴射期間を短縮化する
傾向にある。また、過給機構を有する機関では、過給時
には、過給圧に応じた高い燃料噴射圧力が要求される。
例えば、筒内噴射式内燃機関に適用される燃料供給装置
では、このように十分に高い（例えば数十気圧程度）燃
料噴射圧力が得られるように構成されている。

【０００４】このようなものとして、例えば、特開平７
−７７１１８号公報に開示されたものがある。図９に従
来の筒内噴射式内燃機関に適用される燃料供給装置の概
略、図１０に高圧燃料ポンプの一側要部断面、図１１に
従来の筒内噴射式内燃機関にこの高圧燃料ポンプを適用
した場合のクランク角に対するカムリフト速度及びポン
プ効率を表すグラフを示す。

【０００５】図９に示すように、101は燃料タンクであ
って、燃料フィルタ102及び低圧燃料ポンプ103を有して
いる。この低圧燃料ポンプ103から連結される燃料通路1
04の送給路104aには逆止弁105及び燃料フィルタ106を介
して高圧燃料ポンプ107が連結されている。そして、こ
の高圧燃料ポンプ107の下流には燃料噴射弁108が装着さ
れたデリバリパイプ109が連結されている。また、送給
路104aには高圧燃料ポンプ107を迂回させる第１バイパ
ス通路110が設けられており、この第１バイパス通路110
には逆止弁111が装着されている。

【０００６】デリバリパイプ109の下流側には高圧制御
弁112が連結され、燃料通路104の返送路104bによって燃
料タンク101に接続されている。この返送路104bには高
圧制御弁112を迂回させる第２バイパス通路113が設けら
れており、この第２バイパス通路113には電磁切換弁114
及び絞り弁115が装着されている。また、燃料通路104の
送給路104aにおける高圧燃料ポンプ107の上流側と返送
路104bの最下流側との間には連通路116が設けられてお
り、この連通路116には低圧制御弁117が装着されてい
る。

【０００７】また、高圧燃料ポンプとしては、例えば、
図１０に示すようなシングルプランジャタイプのものが
ある。この高圧燃料ポンプは、ハウジング201内にはス
リーブ202が固定されており、このスリーブ202にはプラ
ンジャ203が移動自在に支持されている。このプランジ
ャ203の軸方向一端部にはタペット204が固定され、他端
部には圧縮スプリング205が装着されており、このプラ
ンジャ203はタペット204がエンジンによって駆動回転自
在なカム206に当接している。また、スリーブ202とプラ
ンジャ203との間には燃料の漏洩を防止するベローズ207
が設けられている。そして、ハウジング201には燃料通
路104の送給路104aの下流端が連通する送給ポート208が
形成されると共に、デリパリパイプ109へ連通する送給
路104aの上流端が連通する吐出ポート209が形成されて
おり、この送給ポート208と吐出ポート209はそれぞれリ
ードバルブ210を介してシリンダ室211に連通している。

【０００８】従って、この図１０にて説明した高圧燃料
ポンプを図９にて説明した燃料供給装置に適用すると、
燃料タンク101の低圧燃料ポンプ103はある程度加圧され
た燃料を燃料通路104の送給路104aに送出し、この低圧
燃料は高圧燃料ポンプ107でさらに加圧されることで、
燃料の圧力が所定圧まで高められる。このとき、低圧燃
料ポンプ103からの吐出圧は低圧制御弁117によって所定
範囲に安定化され、更に、高圧燃料ポンプ107からの吐
出圧は高圧制御弁112によって所定範囲に安定化され
る。従って、デリバリパイプ109の燃料噴射弁108からは
所定圧力の燃料が噴射される。

【０００９】即ち、図１０に示すように、高圧燃料ポン
プ107では、エンジンの作動と直接連動してカム206が回
転することでプランジャ203が往復駆動しており、図１
０(ａ)に示すように、プランジャ203が軸方向の一方
（図１０にて右方）に移動すると、シリンダ室211が負
圧となって低圧燃料が送給ポート208からリードバルブ2
10を介してシリンダ室211に吸入される。その後、図１
０(ｂ)に示すように、プランジャ203が軸方向の他方
（図１０にて左方）に移動すると、シリンダ室211内の
燃料が加圧され、この高圧燃料がリードバルブ210を介
して吐出ポート209から吐出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した高
圧燃料ポンプ107にあっては、エンジンの作動に連動し
てカム206が回転することでプランジャ203が往復動し、
所定圧力に加圧された高圧燃料を間欠的にデリバリパイ
プ109に連通する燃料通路104に供給している。この場
合、カム206の大きさや形状は、プランジャ203の一往復
動による吐出燃料量や燃料供給の安定性を確保するとこ
ろから、シリンダ室211内への燃料吸入時やシリンダ室2
11内からの燃料吐出時に対応するカム形状を緩やかに設
定している一方で、装置のコンパクト化を図るためにベ
ース円径をできるだけ小さく設定している。即ち、図１
１(ａ)に示すように、高圧燃料ポンプ107におけるプラ
ンジャ203の往復動時に、シリンダ室211内への燃料吸入
行程とシリンダ室211内からの燃料吐出行程でのカムリ
フト速度の変化が小さくなっている。

【００１１】ところが、一方、前述したように、装置の
コンパクト化を図るためにカム206のベース円径をでき
るだけ小さく設定する必要から、シリンダ室211内への
燃料吸入行程からシリンダ室211内からの燃料吐出行程
へ切り替わる切替行程が短くなってしまう。そのため、
シリンダ室211内への燃料充填効率が低くなってしま
い、所定量の燃料をデリバリパイプ109（燃料噴射弁10
8）に供給することができなくなってしまうという問題
がある。

【００１２】即ち、図１０に示すように、プランジャ20
3は圧縮スプリング205の弾性力によってタペット204が
カム206に常時圧接しており、このカム206の回転に伴っ
てこのプランジャ203が往復動する。従って、図１１
(ｂ)に細線で示すように、カム206（クランク軸）の回
転に伴ってプランジャ203が往動してシリンダ室211の容
積が増大（燃料吸入行程）し、このプランジャ203が下
死点に至るとシリンダ容積が最大となり、プランジャ20
3が復動することでシリンダ室211の容積が減少（燃料吐
出行程）していく。このとき、シリンダ室211の容積増
大に伴ってこのシリンダ室211内に燃料が流入するが、
エンジンが高回転になるとプランジャ203の往復動も高
速となり、図１１(ｂ)に太線で示すように、このプラン
ジャ203の往動（シリンダ室211の容積増大）時に燃料の
シリンダ室211内への流入が追従できず、プランジャ203
が下死点に至ってシリンダ室211の容積が最大となって
もこのシリンダ室211内を燃料で充満させることができ
ず真空領域が生じてしまう。そのため、高圧燃料ポンプ
107は所定量の燃料を吸入吐出することができずにポン
プ効率が低下してしまう。すると、デリバリパイプ109
の燃料噴射弁108はドライバの要求やエンジン運転状態
に応じた所定量の燃料を噴射することができず、出力低
下や燃費悪化等の問題を招いてしまう。

【００１３】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、ポンプ効率の向上を図ることで燃料供給の安定
化を図った内燃機関用ポンプを提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項２の発明の内燃機関用ポンプは、燃料が供給
される燃料室と、該燃料室の一部を構成するハウジング
と、該ハウジング内に摺動自在に支持されたプランジャ
と、該プランジャの一端部に当接するカム部を有して内
燃機関のクランク軸の回転力によって回転自在なカム軸
とを具え、該カム軸の回転によって前記カム部を回転駆
動して前記プランジャを往復動させることで、前記燃料
室への燃料の吸入及び該燃料室からの燃料の吐出を行う
内燃機関用ポンプにおいて、前記カム部は、高次数成分
を含まない１次成分及び２次成分で形成されたカムプロ
フィールを有することを特徴とするものである。

【００１５】従って、内燃機関のクランク軸の回転力に
よってカム軸が回転すると、このカム軸に形成されたカ
ム部がプランジャを往復動させることで、ハウジングに
設けられた燃料室への燃料の吸入及び燃料室からの燃料
の吐出が行われ、この場合、カム部は高次数成分を含ま
ない１次成分及び２次成分で形成されたカムプロフィー
ルを有することで、他の振動系との共振現象を生じるこ
とはなく、ポンプの耐久性が向上されると共に、内燃機
関の高回転域でのポンプ効率の低下が抑制されて燃料供
給の安定化が図れる。

【００１６】また、請求項２の発明の内燃機関用ポンプ
は、前記カム部によるプランジャのリフト速度をＡsin
θ＋Ｂsin２θに定義し、Ｂ／Ａを前記カム部の先端近
傍の曲率半径が９mm以上となる値に設定したことを特徴
とするものである。

【００１７】従って、カム部のカムプロフィールにおけ
る１次成分と２次成分の比率を、Ａsinθ＋Ｂsin２θで
定義してＢ／Ａをカム部の先端近傍の曲率半径が９mm以
上となる値に設定したことで、カム軸の径の拡大を抑制
してカム部の先端の曲率半径を許容値内に収め、カム部
とプランジャとの接触面圧を低下させてポンプの耐久性
を確保できる。

【００１８】また、請求項３の発明の内燃機関用ポンプ
は、一端部が前記プランジャに他端部が前記ハウジング
に連結されて前記プランジャの往復動に伴って伸縮自在
であると共に前記燃料室からの燃料を漏洩を防止するベ
ローズが設けられ、該ベローズの固有振動数と前記カム
部によって駆動する前記プランジャの固有振動数とを異
ならせたことを特徴とするものである。

【００１９】従って、ベローズによって燃料室からの燃
料の漏洩が防止され、ベローズの固有振動数とカムによ
ってプランジャを駆動する運動に含まれる周波数とを異
ならせたことで、ベローズとプランジャとの共振が防止
され、ポンプの耐久性が向上される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２１】図１に本発明の一実施形態としての内燃機
関用ポンプを燃料供給装置に適用したものの概略、図２
に本実施形態の内燃機関用ポンプとしての高圧燃料ポン
プ装置の断面、図３にクランク角に対するカムリフト速
度、カム曲率半径、ポンプ効率を表すグラフ、図４にカ
ムベース円半径に対するＢ／Ａ値を表すグラフ、図５に
カム角に対するカム曲率半径を表すグラフ、図６乃至図
８にクランク角に対する燃料圧力、ポンプ効率、カムリ
フト速度を表すグラフを示す。

【００２２】本実施形態では、内燃機関として４サイク
ルガソリンエンジン、特に、燃料をシリンダ内に直接噴
射する筒内噴射式の直列型４気筒エンジンを用いて説明
し、本発明の内燃機関用ポンプをこの筒内噴射式エンジ
ンに用いられる燃料供給装置の高圧燃料ポンプに適用し
ている。

【００２３】本実施形態の高圧燃料ポンプが用いられた
燃料供給装置において、図１に示すように、１１は燃料
タンクであって、燃料フィルタ１２及び低圧燃料ポンプ
１３を有している。この低圧燃料ポンプ１３から連結さ
れる燃料通路１４の送給路１４ａには逆止弁１５及び燃
料フィルタ１６を介して高圧燃料ポンプ１７が連結され
ている。そして、この高圧燃料ポンプ１７には燃料噴射
弁１８が装着されたデリバリパイプ１９が連結されてい
る。また、送給路１４ａには高圧燃料ポンプ１７を迂回
させてデリバリパイプ１９へ燃料を送給できる第１バイ
パス通路２０が設けられており、この第１バイパス通路
２０には逆止弁２１が装着されている。この逆止弁２１
は高圧燃料ポンプ１７が十分に作動しないで、高圧燃料
ポンプ１７の上流側よりも下流側の方が燃料圧力が低け
れば、第１バイパス通路２０を開放し、高圧燃料ポンプ
１７が十分に作動して高圧燃料ポンプ１７の上流側より
も下流側の方が燃料圧力が高くなれば、第１バイパス通
路２０を閉鎖するようになっている。

【００２４】この低圧燃料ポンプ１３は燃料通路１４の
送給路１４ａの上流部の燃料タンク１１内に設けられた
フィードポンプであって、電動式ポンプが用いられてお
り、作動時には燃料フィルタ１２で濾過しながら燃料タ
ンク１１内の燃料を送給路１４ａの下流側へ流動するよ
うになっている。このときの低圧燃料ポンプ１３による
燃料の加圧は、大気圧の状態から数気圧程度まで行われ
るようになっている。また、この低圧燃料ポンプ１３
は、エンジンの始動と共に起動して、エンジンの停止時
には停止するようになっているが、もちろん、エンジン
の回転速度に依存することなく所定の吐出圧を発生でき
るようになっている。

【００２５】一方、高圧燃料ポンプ１７はこの低圧燃料
ポンプ１３から吐出された燃料を数十気圧程度まで加圧
するものであって、送給路１４ａの途中に介装された逆
止弁１５によって低圧燃料ポンプ１３からの吐出圧が維
持され、また、燃料フィルタ１６によって燃料が更に濾
過されるようになっている。この高圧燃料ポンプ１７に
は、ポンプ効率やコストの面で高圧ポンプとして有利
な、例えば、往復動型圧縮ポンプなどの機関駆動式ポン
プ（以下、エンジン駆動ポンプという）が用いられてお
り、当然ながら、エンジンの作動と直接連動して作動
し、エンジンの回転速度に応じて吐出圧を発生するよう
になっている。

【００２６】また、この高圧燃料ポンプ１７の上流側に
は逆止弁２２とスプリングダンパ２３が設けられる一
方、高圧燃料ポンプ１７の下流側には逆止弁２４を介し
て燃料通路１４よりも大きな流路断面積を有する緩衝容
器２５及び第１レゾネータ２６が設けられている。そし
て、この高圧燃料ポンプ１７と共に、逆止弁２２，２４
とスプリングダンパ２３と緩衝容器２５と第１レゾネー
タ２６とが一体に形成されることで、高圧燃料ポンプ装
置２７を構成している。

【００２７】そして、デリバリパイプ１９の下流側の燃
料通路１４の返送路１４ｂには、第２レゾネータ２８と
高圧燃料ポンプ１７からの吐出圧を設定圧に調整する高
圧制御弁２９が設けられており、この返送路１４ｂは燃
料タンク１１に接続されている。この高圧制御弁２９
は、高圧燃料ポンプ１７からの吐出圧が設定圧（例え
ば、５０気圧）を越えるまでは閉鎖していて、吐出圧が
この設定圧を越えると、この越えた圧力分の燃料につい
ては返送路１４ｂを通して燃料タンク１１へ返送し、燃
料噴射弁１８，２０における燃料圧力を所定圧に安定さ
せるようにしている。

【００２８】また、この返送路１４ｂには、燃料噴射弁
１８の燃料を高圧制御弁２９を迂回させて燃料タンク１
１へ排出させることができるように、高圧制御弁２９の
上流側部分と下流側部分とを接続する第２バイパス通路
３０が設けられている。この第２バイパス通路３０は、
燃料通路１４内の燃料噴射弁１７の近傍に含有したベー
パ（気泡）をエンジン始動初期に排出するためのもので
ある。そこで、第２バイパス通路３０には、この第２バ
イパス通路３０を開閉する電磁切換弁３１が設けられて
いる。この電磁切換弁３１は、電力を受けた作動時に第
２バイパス通路３０を開放し、電力を絶たれた停止時に
は第２バイパス通路３０を閉鎖するようになっている。
そして、図示しないイグニッションキースイッチがスタ
ータ位置に操作されると、これに連動して起動して第２
バイパス通路３０を開放し、これにより、燃料噴射弁１
８の近傍に含有したベーパの排出が完了する所定時間を
経過したら停止して、第２バイパス通路３０を閉鎖する
ようになっている。

【００２９】更に、第２バイパス通路３０が合流した燃
料通路１４の返送路１４ｂには低圧制御弁３２が設けら
れており、第２レゾネータ２８と高圧制御弁２９と第２
バイパス通路３０及び電磁切換弁３１とこの低圧制御弁
３２とが一体に形成されることで、高圧制御弁装置３３
を構成している。

【００３０】また、燃料通路１４の送給路１４ａと返送
路１４ｂとの間、即ち、送給路１４ａの燃料フィルタ１
６の下流側で高圧燃料ポンプ装置２８よりも上流側の部
分と返送路１４ｂの最下流部分との間には、連通路３４
が設けられている。そして、この連通路３４には、低圧
燃料ポンプ１３からの吐出圧を設定圧に調整する低圧制
御弁３５が設けられている。この低圧制御弁３５は、低
圧燃料ポンプ１３からの吐出圧が設定圧（例えば、３気
圧）を越えるまでは閉鎖していて、吐出圧が設定圧を越
えると、この越えた圧力分の燃料については燃料タンク
１１側へ直接返送することで、高圧燃料ポンプ装置２７
へ送給する燃料圧力を設定圧付近に安定させるようにし
ている。もちろん、この設定圧が得られるように、低圧
燃料ポンプ１３はその吐出圧がこの設定圧以上になるよ
うに設定されている。

【００３１】ここで、上述した燃料供給装置の作用につ
いて説明する。図１に示すように、図示しないイグニッ
ションキースイッチをスタータオン位置に入れてエンジ
ンを始動させると、このエンジンの始動と共に低圧燃料
ポンプ１３及び高圧燃料ポンプ１７が作動する。低圧燃
料ポンプ１３は始動後は速やかに所定圧（数気圧）の出
力圧状態になるが、エンジン始動直後はエンジンの回転
も上がらないので、高圧燃料ポンプ１７は十分な吐出圧
は発生しない。

【００３２】このため、エンジン始動直後に高圧燃料ポ
ンプ１７は、むしろ、低圧燃料ポンプ１３からの吐出圧
による燃料通路１４内の燃料の流通の抵抗になってしま
うが、本装置では、高圧燃料ポンプ１７と並列に設けら
れた第１バイパス通路２０を通じてデリバリパイプ１９
側へ燃料が供給されるので、燃料噴射弁１８からは低圧
制御弁３５で調整される圧力程度の燃料圧力で燃料噴射
を行うことができる。つまり、第１バイパス通路２０に
は逆止弁２１が設けられているが、この逆止弁２１は高
圧燃料ポンプ１７の上流側よりも下流側の方が燃料圧力
が低ければ、第１バイパス通路２０を開放するので、高
圧燃料ポンプ１７が十分に吐出圧を発生しなければ、デ
リバリパイプ１９側へ低圧制御弁３５の調整レベル程度
の圧力で燃料が供給されるようになる。

【００３３】このように高圧燃料ポンプ１７がある程度
作動し始めると、高圧燃料ポンプ１７の上流側よりも下
流側の方が燃料圧力が高くなり、逆止弁２１が第１バイ
パス通路２０を閉鎖するようになり、高圧燃料ポンプ１
７の吐出圧はロスすることなくこの高圧燃料ポンプ１７
の下流側の燃料圧力を高めていき、高圧制御弁２９の調
整圧以上に燃料圧力を高めるようになる。この結果、高
圧燃料ポンプ１７の吐出圧が十分なレベルに上昇し、高
圧制御弁２９の調整圧程度の高い燃料圧力で各燃料噴射
弁１８から燃料噴射を行うことができる。このようにし
てエンジン始動直後から滑らかにエンジン回転速度を高
めていきながら、例えば、筒内噴射式の内燃機関におい
て、燃料噴射期間（即ち、燃料噴射のパルス幅）を短縮
化するために要求されたり、過給時に過給圧に応じて要
求されている、高い燃料噴射圧力を得られるようにな
る。

【００３４】一方、例えば、自動車用内燃機関などで
は、エンジンの停止後に、エンジン冷却系の停止によっ
て生じるエンジンルーム内の温度上昇や、圧力制御弁２
９，３５や燃料噴射弁１８における燃料リークにより、
燃料通路１４内にベーパ（気泡）が発生する。本装置で
は、燃料通路１４の返送路１４ｂに設けられた高圧制御
弁２９は燃料圧力が高くないと遮断するが、この高圧制
御弁２９と並列に設けられた第２バイパス通路３０の電
磁切換弁３１がエンジン始動後所定期間は開通するの
で、燃料流と共にこのベーパは第２バイパス通路３０を
通じて返送路１４ｂの下流側へ流通する。そして、この
第２バイパス通路３０の下流側の返送路１４ｂに設けら
れた低圧制御弁３２が燃料噴射弁１８の付近の燃料圧力
を少なくとも低圧制御弁３５で制御される設定圧に近い
程度に保持するので、ベーパを排出しながらも燃料噴射
弁１８からの燃料噴射圧力はエンジン始動時に十分なだ
けは確保される。

【００３５】ところで、本装置にて上記のような燃料の
流通があるとき、つまり、低圧燃料ポンプ１３によって
低加圧された燃料が高圧燃料ポンプ１７で高加圧されて
所定圧まで高められ、燃料通路１４に吐出されるとき、
この高圧燃料ポンプ１７はエンジン回転速度に基づいて
燃料通路１４に間欠的な燃料供給を行うため、あるエン
ジン回転速度にて共振によって圧力振幅が極端に高くな
る。そのため、高圧燃料ポンプ装置２７には、高圧燃料
ポンプ１７の上流側にスプリングダンパ２３が、下流側
に緩衝容器２５及び第１、第２レゾネータ２６，２８が
それぞれ設けられている。

【００３６】高圧燃料ポンプ１７が高圧燃料を吐出する
と同時に圧力波が発生し、この圧力波は燃料通路１４を
下流側に伝搬し、デリバリパイプ１９の下流端に衝突し
て反射する。すると、デリバリパイプ１９の上流端で
は、高圧燃料ポンプ１７の燃料吐出時に発生する圧力波
と、この反射して戻ってきた圧力波とが重なった高い振
幅の圧力波が発生する。そのため、高圧燃料ポンプ装置
２７において、高圧燃料ポンプ１７の吐出口に設けられ
た第１レゾネータ２６の固有振動数を高圧燃料ポンプ１
７からデリバリパイプ２０の下流端までの燃料通路１４
の固有振動数に基づいて設定している。従って、デリバ
リパイプ２０の下流端で反射した圧力波は燃料通路１４
を上流側に伝搬して高圧燃料ポンプ１７近傍に至るが、
ここで第１レゾネータ２６の固有振動数によって打ち消
される。そのため、燃料通路１４内でこの反射した圧力
波と高圧燃料ポンプ１７が高圧燃料を吐出するときに発
生する圧力波との共振が抑制される。

【００３７】また、この高圧燃料ポンプ１７の吐出口に
は第１レゾネータ２６と共に緩衝容器２５が取付けられ
ている。高圧燃料ポンプ１７が高圧燃料を吐出するとき
に発生する圧力波は、前述したように、デリバリパイプ
２０の下流端などに衝突して反射し、高圧燃料ポンプ１
７の吐出口に戻ってくる。このとき、デリバリパイプ２
０より下流側の高圧制御弁２９などの影響により、高圧
燃料ポンプ１７の吐出口に戻ってくる圧力波の波形は若
干ずれている。緩衝容器２５はこのずれた圧力波の波形
の周期をほぼ一致させると共に、全ての回転領域での圧
力振幅を低く抑えることができる。従って、燃料の適正
なメータリング（流量調整）が行われることで、高圧燃
料ポンプ１７は適圧、適量の燃料を吐出することができ
る。

【００３８】更に、低圧燃料ポンプ１３が高圧燃料ポン
プ１７に至る送給路１４ａに低圧燃料を吐出するとき、
低圧燃料の吐出と共に低圧の圧力波が発生する。そのた
め、この高圧燃料ポンプ１７の上流側にはスプリングダ
ンパ２３が取付けられている。従って、低圧燃料ポンプ
１３が低圧燃料を吐出するときに発生する圧力波は、こ
の低圧燃料ポンプ１３と高圧燃料ポンプ１７との間の燃
料通路１４の送給路１４ａに作用するが、この圧力波は
スプリングダンパ２３によって吸収される。

【００３９】以下、このように構成された燃料供給装置
に適用された本実施形態の高圧燃料ポンプ装置２７につ
いて具体的に説明する。

【００４０】本実施形態の高圧燃料ポンプ装置２７にお
いて、図２に示すように、ハウジング４１には、低圧燃
料ポンプ１３からの燃料通路１４の送給路１４ａの下流
端が連通する送給ポート４２が形成され、この送給ポー
ト４２に連通する流通路４３はスプリングダンパ（パル
セーションダンパ）２３に連通されている。一方、高圧
燃料ポンプ１７において、ハウジング４１にはスリーブ
４４が固定リング４５及びインシュレータ４６によって
固定されており、このスリーブ４４にはプランジャ４７
が移動自在に支持されている。このプランジャ４７の軸
方向一端部にはタペット４８が固定され、他端部には圧
縮スプリング４９が装着されており、この圧縮スプリン
グ４９によってプランジャ４７のタペット４８が、エン
ジンの作動と直接連動するカム軸５０カム部５０ａに圧
接している。また、スリーブ４４とプランジャ４７との
間には燃料の漏洩を防止するベローズ５１が設けられて
いる。

【００４１】このスリーブ４４内をプランジャ４７が往
復移動することで形成されるシリンダ室（燃料室）５２
には吸引路５３と吐出路５４の一端が連通しており、そ
の間にリードバルブ５５ａ，５５ｂが設けられている。
そして、吸引路５３の他端はスプリングダンパ２３に連
通し、吐出路５４の他端は緩衝容器２５に連通してい
る。第１レゾネータ２６は、ある所定の容積をもった容
積室２６ａと、吐出路５４（燃料通路１４）とこの容積
室２６ａとを連通するオリフィス２６ｂとから構成され
ている。そして、この第１レゾネータ２６はオリフィス
２６ｂによって緩衝容器２５の下流側の吐出路５４に連
通しており、緩衝容器２５は連通路５６を介して吐出ポ
ート５７に連通し、この吐出ポート５７はデリパリパイ
プ１９へ連通する送給路１４ａに連通している。

【００４２】なお、この高圧燃料ポンプ装置２８におい
て、高圧燃料ポンプ１７を迂回するように吸引路５１と
吐出路５２とを接続する第１バイパス通路２０及び逆止
弁２１が設けられ、また、高圧燃料ポンプ１７の前後の
送給路１４ａに逆止弁２２，２４が設けられているが、
ここでは各説明を省略する。

【００４３】従って、上述した高圧燃料ポンプ装置２７
において、エンジンの作動と直接連動してカム軸５０が
回転することで、各カム部５０ａによってプランジャ４
７が軸方向に往復駆動しており、低圧燃料ポンプ１３か
ら燃料通路１４の送給路１４ａを通して低圧燃料が送給
ポート４２に供給されている。このとき、プランジャ４
７が軸方向の一方（図２にて左方）に移動すると、シリ
ンダ室５２が負圧となり、流通路４３及び吸引路５３内
の低圧燃料がリードバルブ５５ａを介してシリンダ室５
１に吸入される。そして、プランジャ４７が軸方向の他
方（図２にて右方）に移動すると、シリンダ室５２が加
圧されることで内部の燃料が所定の圧力まで加圧され、
高圧燃料がリードバルブ５５ｂを介して吐出路５４に吐
出され、緩衝容器２５及び連通路５６を介して吐出ポー
ト５７に流動し、この吐出ポート５７からデリパリパイ
プ１９へ連通する送給路１４ａに流動する。

【００４４】ところで、本実施例の高圧燃料ポンプ装置
２７の高圧燃料ポンプ１７にあっては、カム軸５０のカ
ム部５０ａは、高次数成分を含まない１次成分及び２次
成分で形成されたカムプロフィールに設定されている。
即ち、図３(ａ)に示すように、カム部５０ａのカムプロ
フィールを正弦波（ＳＩＮ波）から構成し、カム部５０
ａによるプランジャ４７のリフト速度をＡsinθとＢsin
２θとの和で定義している。そして、図３(ｂ)に示すよ
うに、カム部５０ａの先端が鋭角とならないようにカム
曲率半径を所定の許容値内に収めている。

【００４５】この場合、カムリフト速度が、Ａsinθ＋
Ｂsin２θで定義されているが、係数Ａと係数Ｂの関係
は、カム部５０ａの先端近傍の曲率半径が許容値内とな
るように、Ｂ／Ａ値が設定されている。図４に示すグラ
フは、カムベース円半径に対するＢ／Ａ値を表したもの
であり、実験及び演算によって求めたものである。この
グラフにおいて、太線で囲まれた領域はカム曲率半径が
許容値となる範囲を示しており、例えば、カムベース円
半径を最小の２２．５mmとしたとき、Ｂ／Ａ値が約０．
１７になるようにＢとＡの大きさを規定すればよいこと
がわかる。また、図５に示すグラフは、カムベース円半
径を２２．５mmとしたときのカム角に対するカム曲率半
径を示したものである。ここで、Ｂ／Ａ値を０．３３、
０．１７、０の３つの値とした場合を考えると、各カム
曲率半径はそれぞれ図５のグラフに示すものとなる。こ
のとき、Ｂ／Ａ＝０ではカム曲率半径がカム部５０ａの
先端で約５mmとなって先端部形状が鋭角になりすぎ、Ｂ
／Ａ＝０．３３ではカム曲率半径がカム部５０ａの先端
で約８mmとなって先端部形状がやや緩やかになるものの
２つの山型ができてしまう。一方、Ｂ／Ａ＝０．１７で
はカム曲率半径がカム部５０ａの先端で約１１mmとなっ
て先端部形状が緩やかになった適正なものとなる。つま
り、Ｂ／Ａ値を調整することで最小となるカム曲率半径
を大きく保つことができ、適正なカムリフト速度とする
には、カム曲率半径の許容値が９mm以上になるようにＢ
／Ａ値を設定すればよい。

【００４６】なお、上述の図５を用いた説明では、カム
ベース円半径が２２．５mmのときのカム曲率半径及びそ
の許容値を表したものであるが、このカム曲率半径の許
容値＝９mmの値はカムベース円半径に関係なく設定され
るものである。また、本実施形態で説明した筒内噴射式
エンジンに用いられる燃料供給装置の高圧燃料ポンプ装
置２７は、その吐出圧がほぼ５ＭＰａに設定されてお
り、この吐出圧の設定値が大きくなれば、カム曲率半径
の許容値も比例して大きくなるものである。

【００４７】このようにカムリフト速度を、Ａsinθ＋
Ｂsin２θで定義し、Ｂ／Ａ値を、カム部５０ａの先端
近傍の曲率半径が許容値＝９mmの以上となるように設定
すると、内燃機関が高回転時、カム軸５０（クランク
軸）の回転に伴ってカム部５０ａによりプランジャ４７
が往動すると、図３(ｃ)にて細線で示すように、シリン
ダ室５２の容積が増大するが、図３(ｃ)にて太線で示す
ように、シリンダ容積変化に対して完全にこのシリンダ
室５２内への燃料の流入を追従させることはできない
が、本装置では、カム部５０ａによるプランジャ４７の
リフト速度を前述したように設定したことで、プランジ
ャ４７が吸入行程から吐出行程に切り替わる切替行程
（時間）が長くなっている。そのため、この切替行程時
にシリンダ室５２（真空領域）内へ燃料が流入すること
で、このシリンダ室５２は燃料でほぼ充満状態となり、
シリンダ室５２の容積と同等である所定量の燃料を吐出
することができ、ポンプ効率の低下を抑制できる。

【００４８】このことを図６乃至図８のグラフを用いて
具体的に説明する。ここでは、カムベース円半径を２
３．０mmとし、カムリフト速度を、３sinθ＋０．５sin
２θ（Ｂ／Ａ≒０．１７）に設定している。図６に示す
ように、エンジンの回転数が３０００ｒｐｍのとき、カ
ム軸５０（クランク軸）の回転に伴ってカム部５０ａに
よりプランジャ４７が往動し、シリンダ室５２の容積が
増大すると、プランジャ４７の往動速度がそれ程高くな
いことから、燃料はプランジャ４７の移動に追従してシ
リンダ室５２内へ流入することができ、プランジャ４７
が下死点に至ってシリンダ室５２の容積が最大となる
と、このシリンダ室５２内は燃料で充満され、プランジ
ャ４７の復動時に、シリンダ室５２内の容積と同等の所
定量の燃料を吐出することができる。

【００４９】一方、図７に示すように、エンジンの回転
数が５０００ｒｐｍのとき、カム部５０ａによりプラン
ジャ４７が往動してシリンダ室５２の容積が増大する
と、プランジャ４７の往動速度が高いことから、燃料は
プランジャ４７の移動に追従してシリンダ室５２内へ流
入せず、プランジャ４７が下死点に至ってシリンダ室５
２の容積が最大となっても、燃料は充満しないで満たさ
れていない領域が生じていると考えられる。しかし、プ
ランジャ４７が往動（吸入）行程から復動（吐出）行程
に切り替わる切替行程時に、この燃料が満たされていな
い領域に燃料が流入してシリンダ室５２内は燃料で充満
され、プランジャ４７の復動時に、シリンダ室５２内の
容積と同等の所定量の燃料を吐出することができる。ま
た、図８に示すように、エンジンの回転数が６０００ｒ
ｐｍになっても、プランジャ４７が往動して下死点に至
ってシリンダ室５２の容積が最大となると、燃料は充満
しないで燃料が満たされていない領域が生じるが、プラ
ンジャ４７の切替行程時に、この真空領域に燃料が流入
してシリンダ室５２内は燃料で充満され、プランジャ４
７の復動時にはシリンダ室５２内の所定量の燃料を吐出
することができる。

【００５０】また、本実施形態の高圧燃料ポンプ装置２
７では、カム部５０ａのカムプロフィールを１次成分の
正弦波に２次成分の正弦波を組み合わせて形成したこと
で、カム部５０ａの先端が緩やかな形状となり、このカ
ム部５０ａとプランジャ４７との接触面圧が低下し、ポ
ンプ耐久性を確保できる。更に、この高圧燃料ポンプ装
置２７には、スリーブ４４とプランジャ４７との間にベ
ローズ５１が設けられており、シリンダ室５４内の燃料
の外部漏洩を防止している。このベローズ５１は耐久性
を考慮することから金属製であるため、プランジャ４７
の往復動時に伸縮して高周波振動してしまう。一方、カ
ム部５０ａによるプランジャ４７の往復動時にも振動波
が発生し、両者が共振現象を起こしてしまう虞がある。
ところが、本実施形態のカム部５０ａは、前述したよう
に、高次数成分を含まない１次成分及び２次成分で形成
されたカムプロフィールとなっており、ベローズ５１の
伸縮時に発生する高周波と共振することはなく、ポンプ
の耐久性が向上する。

【００５１】なお、上述の実施形態にあっては、内燃機
関として燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式の
直列型４気筒エンジンを用いて説明したが、本発明の内
燃機関用ポンプはこのタイプのエンジンに限るものでは
なく、筒内噴射式ではなくてポート噴射式エンジンでも
よく、また、直列型４気筒エンジンをでくなくてＶ型６
気筒エンジンでもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように、請求項１の発明の内燃機関用ポンプによれば、
内燃機関のクランク軸によってカム軸が回転し、このカ
ム軸のカム部が回転駆動してプランジャを往復動させる
ことで、ハウジングに形成された燃料室への燃料の吸入
及び燃料室からの燃料の吐出を可能とし、このカム部
を、高次数成分を含まない１次成分及び２次成分で形成
されたカムプロフィールから構成したので、他の振動系
との共振現象を生じることはなく、ポンプの耐久性を向
上することができると共に、内燃機関の高回転域で燃料
室への燃料を流入を確実に行ってポンプ効率の低下を抑
制することで、燃料供給の安定化を図ることができる。
その結果、内燃機関の出力低下や燃費悪化等を防止する
ことができる。

【００５３】また、請求項２の発明の内燃機関用ポンプ
によれば、カム部によるプランジャのリフト速度をＡsi
nθ＋Ｂsin２θで定義し、Ｂ／Ａをカム部の先端近傍の
曲率半径が９mm以上となる値に設定したので、カム軸の
径の拡大を抑制してカム部の先端の曲率半径を許容値内
に収め、カム部とプランジャとの接触面圧を低下させて
ポンプの耐久性を確保することができる。

【００５４】また、請求項３の発明の内燃機関用ポンプ
によれば、プランジャの往復動に伴って伸縮自在である
と共に燃料室からの燃料を漏洩を防止するベローズを設
けたので、ベローズによって燃料室からの燃料を漏洩が
防止され、また、ベローズの固有振動数とカムによって
プランジャを駆動する運動に含まれる周波数とを異なら
せたことで、ベローズとプランジャとの共振を防止して
ポンプの耐久性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関用ポンプ
を燃料供給装置に適用したものの概略図である。

【図２】本実施形態の内燃機関用ポンプとしての高圧燃
料ポンプ装置の断面図である。

【図３】クランク角に対するカムリフト速度、カム曲率
半径、ポンプ効率を表すグラフである。

【図４】カムベース円半径に対するＢ／Ａ値を表すグラ
フである。

【図５】カム角に対するカム曲率半径を表すグラフであ
る。

【図６】クランク角に対する燃料圧力、ポンプ効率、カ
ムリフト速度を表すグラフである。

【図７】クランク角に対する燃料圧力、ポンプ効率、カ
ムリフト速度を表すグラフである。

【図８】クランク角に対する燃料圧力、ポンプ効率、カ
ムリフト速度を表すグラフである。

【図９】従来の筒内噴射式内燃機関に適用される燃料供
給装置の概略図である。

【図１０】高圧燃料ポンプの一側要部断面図である。

【図１１】従来の筒内噴射式内燃機関にこの高圧燃料ポ
ンプを適用した場合のクランク角に対するカムリフト速
度及びポンプ効率を表すグラフである。

【符号の説明】

１１燃料タンク１３低圧燃料ポンプ１４燃料通路１７高圧燃料ポンプ１８燃料噴射弁１９デリバリパイプ２５緩衝容器２６，２８レゾネータ２７高圧燃料ポンプ装置３３高圧制御弁装置４１ハウジング４７プランジャ４８タペット４９圧縮スプリング５０カム軸５０ａカム部５１ベローズ５２シリンダ室（燃料室）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安東弘光東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料が供給される燃料室と、該燃料室の
一部を構成するハウジングと、該ハウジング内に摺動自
在に支持されたプランジャと、該プランジャの一端部に
当接するカム部を有して内燃機関のクランク軸の回転力
によって回転自在なカム軸とを具え、該カム軸の回転に
よって前記カム部を回転駆動して前記プランジャを往復
動させることで、前記燃料室への燃料の吸入及び該燃料
室からの燃料の吐出を行う内燃機関用ポンプにおいて、
前記カム部は、高次数成分を含まない１次成分及び２次
成分で形成されたカムプロフィールを有することを特徴
とする内燃機関用ポンプ。
【請求項２】請求項１記載の内燃機関用ポンプにおい
て、前記カム部によるプランジャのリフト速度はＡsin
θ＋Ｂsin２θで定義され、Ｂ／Ａは前記カム部の先端
近傍の曲率半径が９mm以上となる値に設定されたことを
特徴とする内燃機関用ポンプ。
【請求項３】請求項１記載の内燃機関用ポンプにおい
て、一端部が前記プランジャに他端部が前記ハウジング
に連結されて前記プランジャの往復動に伴って伸縮自在
であると共に前記燃料室からの燃料を漏洩を防止するベ
ローズが設けられ、該ベローズの固有振動数と前記カム
部によって駆動する前記プランジャの固有振動数とを異
ならせたことを特徴とする内燃機関用ポンプ。