WO2001069075A1

WO2001069075A1 - Pompe a combustible et dispositif d'alimentation en combustible utilisant cette pompe

Info

Publication number: WO2001069075A1
Application number: PCT/JP2001/000844
Authority: WO
Inventors: Koutaro Ryuzaki
Original assignee: Bosch Automotive Systems Corporation
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2001-09-20
Also published as: JP2001263198A; EP1270929A1; US20030029424A1; US6763808B2; KR100689344B1; KR20020079997A; EP1270929A4

Description

明細書燃料ポンプ及びこれを用いた燃料供給装置技術分野

この発明は、複数のプランジャと、プランジャのそれそれに対応して設けられた複数の駆動カムを備えるカムシャフ卜とを有し、カムシャフトを回転させてプランジャを往復動させる形式の燃料ポンプ、及び、これを用いた燃料供給装置に関する。背景技術

燃料ポンプと、この燃料ポンプから圧送された高圧燃料を蓄積するコモンレールと、内燃機関の気筒毎に設けられてコモンレールに蓄積された高圧燃料を供給可能とする燃料噴射弁とを備えて構成される所謂コモンレールシステムと称される燃料供給装置において、燃料ポンプは、通常、 2つのプランジャを有し、これらプランジャをカムシャフトに設けられた別々の駆動カムによって往復動させ、コモンレールに加圧燃料を供給するようにしている。 2つのプランジャを用いて例えば 6気筒のェンジンに燃料を供給する通常のコモンレールシステムにあっては、特許第 2 7 9 7 7 4 5号の特許公報などに示されているように、それそれのブランジャを駆動させる各駆動カムに力ムローブを等間隔に 3つづつ設けると共に、各駆動カムの位相を互いに 6 0度ずらし、カムシャフトが 1回転する毎にそれそれのプランジャを 3回づっ交互に往復動させて 6 回の噴射を行うようにしている。

そして、上述のような燃料ポンプは、同公報の記述やカムリフト特性、カム形状からも把握されるように、第 7図（A ) に示されるような形状をなしているのが通常である。即ち、それそれの駆動カムひ、 ?に形成されるカムローブは、プランジャの往動工程と復動工程を担う部分を対称的な形状に形成し、全体として三角形状に形成されたものとなっていその結果、第 7図（B ) に示されるように、それそれの駆動カムひ、 ^によって駆動される各プランジャのリフト特性も、プランジャが下死点から上死点へ至る往動工程と上死点から下死点へ至る復動工程とで対称となる特性となっており、一方のプランジャのリフト特性と他方のプランジャのリフト特性とは互いに位相が 6 0度ずれた正弦波をなす特性となっている。このように、従来の構成にあっては、一方のプランジャが下死点から上死点までリフトして噴射が完了した時点で他方のブランジャが下死点から上昇し始める特性であることから、幾何学的送油率

( G . I . ) は、第 7図（C ) に示されるように、カム回転角（Cam Angle)にして 6 0度毎に零からピーク値まで連続的に変動する特性となつている。ここで、カム速度や駆動トルクは、この幾何学的送油率の特性とほぼ比例した関係にあることから、プランジャのリフト速度（即ちカム速度）、及び、駆動トルクにあっても、同様の特性をもって変動することとなる。

従来のコモンレールシステムに用いられる噴射ポンプにあっては、上述したような対称カムを備えた燃料ポンプが通常において用いられているものであつたが、このような燃料ポンプを用いた燃料供給装置においては、次のような数々の不都合がある。

即ち、前記第 7図（A ) に示される駆動カムを用いた場合には、幾何学的送油率（G . I . R ) が零からピーク値まで 6 0度毎に絶えず変動することとなるため、コモンレール内の圧力変動も大きなものとなる。また、駆動カムを 6 0度回転させる間にプランジャを最大リフト位置までリフトさせなければならないので、カム速度の変動も大きくならざるを得ず、このため、必然的に駆動トルクも大きなものとなる。

さらに、小さいカム回転角（上記例では 6 0度）でプランジャを最大リフト位置までリフ卜させなければならないことから、カムノ一ズの形状も自ずと曲率半径が小さなものとなり、プランジャをリフトさせる際にカム面に大きな力が作用することとなるため、面圧の点で不利となる: このように、従来の燃料ポンプでは、上述のような欠点を備えていることから、コモンレールシステムに用いられる場合には、エンジンへの適用範囲とシステム全体としての耐久性を制限することとなる。

即ち、製品の寿命を考慮して圧力変動の上限に対して十分に許容できるマージンを持たせた耐圧設計が通常行われているが、燃料ポンプから吐出する燃料の圧力変動が大きい場合には、燃料噴射弁やコモンレール、燃料ポンプとコモンレールとを接続する配管、コモンレールと燃料噴射弁とを接続する配管など、システム全体の耐圧値を必要以上に高めなければならなくなる。このため、圧力変動が大きい場合には、構成部品の肉厚化による重量の増加、耐圧設計に伴う構造の複雑化を招く不都合が生じる。

また、 1 0気筒以上のエンジンの場合には、通常、エンジン燃焼室での爆発が不等間隔で行われるため、このような爆発が不等間隔のェンジンに上述のような 6気筒に対応した駆動カムを有する燃料ポンプが代用されることとなれば、エンジンへの燃料噴射タイミングと燃料ポンプからコモンレールへの燃料の供給タイミングとが同期しなくなってくる。このため、燃料ポンプの送油率が第 7図（C ) で示されるように大きく変動する構成にあっては、燃料噴射弁からの噴射が送油率が小さい時点で噴射される場合と送油率が大きい時点で噴射される場合とでは噴射特性にばらつきが生じることとなる。このため、従来の噴射ポンプ、及び、 4

これを用いた燃料供給装置にあっては、爆発が不等間隔のエンジンには利用することができないものであった。

この場合に、エンジンの気筒数が多くなるにしたがって、カムローブ数も気筒数に合わせて多くしたり、これが不可能である場合には、ブランジャと駆動カムの数を増やすことも考えられる。しかしながら、駆動カムのカムローブ数を多くする場合には、 1つのカム口一ブを形成するために十分な角度範囲を確保することができず、必要なリフト量を得るためには駆動カムの径を大きくしたり、カム面にかかる圧力を考慮して駆動カムの厚みを大きくしなければならなくなる。このため、駆動カムの径を大きくする構成を採用すれば、カムシャフトの径方向において寸法が大きくなり、また、駆動カムの厚みを大きくする構成を採用すれば、カムシャフトの軸方向の寸法が大きくなる不都合がでてくる。また、プランジャと駆動カムの数を増加する構成を採用した場合においても、力ムシャフトの軸方向の寸法が大きくなる不都合がでてくる。

さらに、上述した従来の駆動カムを用いた場合には、駆動トルクが零とピーク値との間を絶えず変動したものとなるので、駆動系の負担や騒音が大きくなり、また、駆動トルクの変動に対してマ一ジンを持たせた構造設計を余儀なくされることから、駆動系の構造をこのような駆動トルクの変動が許容されるように重厚にしなければならなくなる。

そこで、この発明においては、上述した数々の不都合を解消することができる駆動カムを備えた燃料ポンプ及びこれを用いた燃料供給装置を提供することを課題としている。発明の開示

上記課題を達成するために、この発明にかかる燃料ポンプは、複数のプランジャと、前記複数のプランジャのそれそれに対応して設けられた P T J 844

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複数の駆動カムを備えたカムシャフトとを有し、前記カムシャフトを外部からの動力で回転させて前記複数のプランジャを対応する前記駆動力ムによって往復動させ、それそれの前記プランジャの往動工程において燃料を加圧、圧送するようにした燃料ポンプにおいて、前記複数の駆動カムの全部又は一部は位相をずらして設けられており、それそれの前記駆動カムは、単位カム回転角に対する前記プランジャの変位量が該プンラジャの復動工程よりも前記往動工程において小さくなる非対称形状のカム口一ブを備えていることを特徴としている。

また、本発明に係る燃料供給装置は、燃料ポンプと、この燃料ポンプから圧送された高圧燃料を蓄積するコモンレールと、内燃機関の気筒毎に設けられて前記コモンレールに蓄積された高圧燃料を供給可能とする燃料噴射弁とを具備し、前記燃料ポンプが、複数のプランジャと、前記複数のプランジャのそれそれに対応して設けられた複数の駆動力ムを備えたカムシャフトとを有し、前記カムシャフトを外部からの動力で回転させて前記複数のプランジャを対応する前記駆動カムによって往復動させ、前記プランジャの往動工程において燃料を加圧、圧送する形式のものである燃料供給装置において、前記燃料ポンプの複数の駆動カムの全部又は一部は位相をずらして設けられており、それそれの前記駆動カムは、単位カム回転角に対する前記プランジャの変位量が該プンラジャの復動工程よりも前記往動工程において小さくなる非対称形状のカム口一ブを備えていることを特徴としている。

したがって、上述の駆動カムを有する燃料ポンプを用いれば、単位力ム回転角当たりのプランジャの変位量、即ち、リフト変化量が該プンラジャの復動工程よりも往動工程において小さくなる特性を持たせてあるので、駆動カムのカムローブ数が従来と同じ場合でも、往動工程においては、従来よりもゆつくりとプンラジャをリフトさせることができ、復 T JP 4

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動工程においては、速やかにプランジャを戻すことができる。その結果、燃料ポンプの幾何学的送油率やこれに比例する駆動トルクの最大値を従来の対象カムを用いた場合よりも小さくすることができる。

さらに、 1つのカムローブに割り当てられたカム回転角が小さい場合であっても、カムローブが単位カム回転角に対するプランジャの変位量を復動工程よりも往動工程で小さくする非対称形状となっているので、カムノーズの曲率半径を従来よりも大きくすることが可能となる。

ここで、駆動カムのカムローブは、プランジャの復動工程を担う部分がコンケ一ブ形状に形成されることが望ましい。

このような駆動カムの形状とすれば、復動工程で必要となる駆動カムの角度範囲をさらに小さくすることができ、速やかにプランジャの復動を確保しつつ、復動工程での角度範囲を小さくできる分、復動工程に割り当てることができる角度範囲を大きくとることができる。ここで、復動工程を担うカムローブの部分は、プランジャ若しくはプランジャとの間に介在される夕ぺットのジヤンビングを避けることができる程度の角度範囲で形成されることは言うまでもないが、特に、このような形状は、カムローブ数が多くなり、 1つのカムローブに割り当てられる角度範囲が小さい場合に往動工程の角度範囲をできるだけ大きくして、ゆっくりプランジャをリフ卜させたい要請に有効なものとなる。

ここで、複数の駆動カムに形成される非対称形状のカムローブは、力ム回転角に対する送油率の合計をほぼ一定とするように形成されるとよい。

カム回転角に対する送油率の合計がほぼ一定となるように、駆動カムのカム口一ブを単位カム回転角当たりのプランジャのリフト変化量が該プンラジャの復動工程よりも往動工程において小さくなる非対称形状に形成すれば、爆発が不等間隔であるエンジンのためにこの燃料ポンプを用いる場合にあっても、プランジャの往復動をエンジンの爆発に同期させる必要がなくなる。つまり、コモンレールシステムにこのような燃料ポンプを用いる場合には、コモンレールへの送油量の変動が殆どなくなることから、コモンレール内の圧力変動を低減させることができるので、爆発が不等間隔となるエンジンにこのシステムを用いた場合にあっても、噴射特性に大きな乱れを生じることがなくなる。図面の簡単な説明

第 1図は、蓄圧式燃料供給装置の全体構成を示す図であり、第 2図は、第 1図の蓄圧式燃料供給装置に用いられる燃料ポンプを示す一部分を切り欠いた断面図であり、第 3図は、第 2図に示す燃料ポンプのカムシャフトの部分を拡大した図であり、図 4は、図 2又は図 3の A— A線で切断した断面図であり、図 5は、この発明に係る燃料ポンプに用いられる駆動力ムの例とその駆動カムを用いた場合の特性線図を示し、第 5図 ( A ) は駆動カムの形状を軸方向から見た状態を示す図であり、第 5図 ( B ) はカム回転角に対するプランジャのリフト変化を示す特性線図であり、第 5図（C ) はカム回転角に対する幾何学的噴射率を示す特性線図であり、第 6図は、この発明に係る燃料ポンプに用いられる他の駆動カムの例とその駆動カムを用いた場合の特性線図を示し、第 6図（A ) は駆動カムの形状を軸方向から見た状態を示す図であり、第 6図（B ) はカム回転角に対するプランジャのリフト変化を示す特性線図であり、第 6図（C ) はカム回転角に対する幾何学的噴射率を示す特性線図であり、第 7図は、従来の燃料ポンプに用いられる駆動カムとその駆動カムを用いた場合の特性線図を示し、第 7図（A ) は駆動カムの形状を軸方向から見た状態を示す図であり、第 7図（B ) はカム回転角に対するプランジャのリフト変化を示す特性線図であり、第 7図（C ) はカム回転角に対する幾何学的噴射率を示す特性線図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。第 1図にコモンレールシステムと称する蓄圧式の燃料供給装置の全体構成が示されており、この燃料供給装置は、燃料を加圧供給する燃料ポンプ 1、燃料を蓄積するコモンレール 2、内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁 3を有して構成されている。

燃料ポンプ 1は、後述する 2つのプランジャを有し、導入される燃料を加圧して圧送するサプライポンプ 4と、このサプライポンプ 4に供給される燃料油量を調節するフューエルメ一夕リングュニット（F M U ) 5と、燃料を吸い上げて F M U 5へ供給するフィードポンプ 6とが組み付けられて構成されており、燃料供給装置は、燃料タンク 7とフィードポンプ 6とを接続する配管 1 0、フィ一ドポンプ 6と F M U 5とを接続する配管 1 1、燃料ポンプ 1のサプライポンプ 4とコモンレール 2とを接続する配管 1 2、コモンレール 2と各燃料噴射弁 3とを接続する配管 1 3とを備え、燃料タンク 7からフィードポンプ 6によって吸い上げられた燃料油がフューエルメ一夕リングユニット（F M U ) 5に供給され、この F M U 5によってサプライポンプ 4に供給される燃料油量の調整が行われ、 2つのプランジャによって交互に加圧された燃料油をコモンレール 2へ圧送し、このコモンレール 2から各燃料噴射弁 3へ燃料が供給される構成となっている。

また、燃料供給装置は、燃料ポンプ 1に設けられた図示しないオーバ一フローバルブ、コモンレール 2に設けられてレール内の燃料油圧力が規定圧以上になるとレール内の燃料油を排出するプレッシャリミッティ

8、及び、各燃料噴射弁 3の図示しない制御室に通じる燃料出口のそれそれを燃料タンク 7に接続する配管 1 4を有しており、フィ —ドポンプ 6から F M U 5を介してサプライポンプ 4へ送られる所定圧以上の燃料油を燃料タンク 7に戻すと共に、コモンレール 2内の規定圧以上の燃料油を燃料タンク 7に戻してコモンレール内の圧力上昇を防止し、燃料噴射弁 3の図示しない制御室の高圧燃料油を噴射開始時に燃料タンク 7へ流出させてこの燃料噴射弁 3を開成する構成となっている。そして、燃料噴射弁 3は、図示しない各種センサ類、スィッチ類で検出されたエンジン回転数などの各種情報信号に基づいて電子式コント口 —ルユニット（E C U ) 1 5で演算処理された制御信号によって動作し、コモンレール内の高圧燃料を最適な噴射時期、噴射量で噴射するようになっている。

第 2図乃至第 4図に前記燃料ポンプが示され、この燃料ポンプ 1を構成するサプライポンプ 4は、プランジャ 2 1、プランジャバレル 2 2、夕ペット 2 3、カムシャフト 2 4を有して構成されているもので、カムシャフト 2 4は、ポンプハウジング 2 5に支承され、一端がポンプハウジング 2 5から外部に突出して図示しない機関からの駆動トルクを受け、この機関と同期して回転するようになっている。

ポンプハウジング 2 5は、プランジャバレル 2 2が装着される縦孔 2 7を備えたハウジング部材 2 5 aと、このハウジング部材 2 5 aにボルトなどによって固定されてカムシャフト 2 4の両端近傍を回転自在に保持するハウジング部材 2 5 b， 2 5 cとを有して構成されている。

この例においては、ハウジング部材 2 5 aに形成される縦孔 2 7は 2 つ形成されており、それそれの縦孔内でプランジャバレル 2 2がハウジング部材 2 5 aに固定され、このプランジャバレル 2 2にプランジャ 2 1が往復動自在に挿入されている。

また、カムシャフト 2 4は、その両端近傍がラジアル軸受 2 8， 2 9 を介して軸方向の遊びが許容されるよう前記ハウジング部材 2 5 b， 2 5 cに支承されており、このカムシャフト 2 4には、これら軸受間においてプランジャ毎に設けられた 2つの駆動カム 3 1 , 3 2が位相をずらして形成されている。

それそれのプランジャ 2 1の下端は、駆動カム 3 1、 3 2に当接する夕ぺットローラ 2 3 aが保持された夕ぺット 2 3を介して当接され、また、ハウジング部材 2 5 aに設けられたばね受け 3 3とプランジャ 2 1 の下部に設けられたばね受け 3 4との間にスプリング 3 5が弾装されており、カムシャフト 2 4が回転すると、このスプリング 3 5と協動してプランジャ 2 1を駆動カム 3 1、 3 2の輪郭に沿って往復動させるようになっている。

各プランジャバレル 2 2の上部には、デリバリバルブホルダ 3 6との間に組み付けられた I 0バルブ（インレット .アウトレツトバルブ） 3 7が設けられている。この I 0バルブ 3 7とプランジャ 2 1 との間には、プランジャ室 3 8が形成され、 I 0バルブ 3 7の上方には、デリバリバルブホルダ 3 6に形成された燃料出口 3 9が設けられている。

ここで、 1 0バルブ 3 7は、後述するフユ一エルメ一夕リングュニット（F M U ) 5から送られてきた燃料油をプランジャ室 3 8に供給し、プランジャ 2 1によって圧縮された燃料油を F M U 5に逆流しないように燃料出口 3 9から送出する機能を有するもので、プランジャバレル 2 2の上部に取り付けられたバルブボディ 4 0と、一端が F M U 5に連通し、他端がプランジャ室 3 8に連通するバルブボディ 4 0に形成された燃料通路 4 1を開閉し、 F M U 5からの燃料圧に杭した付勢力により燃料通路 4 1を閉方向に常時付勢しているィンレツトバルブ 4 2と、一端がプランジャ室 3 8に連通し、他端が燃料出口 3 9に連通する燃料通路 4 3を開閉し、プランジャ室 3 8からの燃料圧に杭した付勢力により燃料通路 4 3を閉方向に常時付勢しているァゥトレットバルブ 4 4とを有して構成され、プランジャ 2 1が下降工程に入ると、アウトレットノレブ 4 4が閉じて F M U 5からの燃料油によりインレットバルブ 4 2が押し上げられ、プランジャ室 3 8に燃料油が流入し、プランジャ 2 1が上昇工程に入ると、加圧された燃料油により、インレットバルブ 4 2が閉じてァゥトレツトバルブ 4 4が押し上げられ、燃料出口 3 9から燃料油が圧送されるようになっている。

また、燃料ポンプのフューエルメータリングユニット（F M U ) 5は、フィードポンプ 6から送られてきた燃料油をエンジンの要求する燃料圧力となるように燃料油量の調節を行なった上で前記 I 0バルブ 3 7に送り込む機能を有しているもので、フィードポンプ 6から送られてきた燃料を燃料入口 4 5から各プランジャ毎に設けられた I 0バルブ 3 7へ導くそれそれの燃料通路 4 6の途中にスロットルバルブ 4 7を設け、このスロットルバルブ 4 7の一端に設けられた圧力室 4 8にオリフィス 4 9 を介してフィードポンプ 6から送られてきた燃料油を供給し、圧力室 4 8の圧力とスロットルバルブ 4 7の他端に設けられたスプリング 5 0のばね力とが釣り合った位置にこのスロットルバルブ 4 7を停止させ、圧力室 4 8の圧力を前記電子式コントロールユニット（E C U ) 1 5で制御される電磁弁 5 1によって調節し、これにより燃料通路 4 6の絞りを制御して I 0バルブ 3 7へ供給される燃料油量を調節するようになっている。

燃料ポンプのフィードポンプ 6は、燃料油を燃料タンク 7から吸い上げて前記フューエルメ一夕リングユニット（F M U ) 5へ供給するもので、ポンプハウジング 2 5のハウジング部材 2 5 cの開口部を閉塞するようにボルトなどによって取り付けられている。このフィードポンプ 6 は、カムシャフト 2 4の回転によって図示しない主動ギアと従動ギアとによって構成されるギアポンプによって燃料油を燃料タンク 7から吸い込み、図示しない燃料フノル夕を介して前記フユ一エルメータリングュニット（F M U ) 5に供給するようになっている。

このような燃料ポンプに用いられる 2つの駆動カム 3 1， 3 2は、同じ形状をなしており、第 5図（A ) にも示されるように、それそれ 1 2 0度毎にカムローブ 3 1 a , 3 2 aが形成され、一方の駆動カムと他方の駆動カムとは、位相を 6 0度ずらしてあり、一方の駆動カムによるプランジャの往動工程が他の駆動カムによるプランジャの復動工程に差し掛かるようになつている。

より具体的に説明すると、それぞれのカムローブ 3 1 a， 3 2 aは、第 5図（B ) に示されるようなプランジャのリフト特性を持たせてありそれそれの駆動カム 3 1， 3 2に設けられるカムローブ 3 1 a， 3 2 a は、単位カム回転角当たりのプランジャ 2 1のリフト変位量が該プンラジャ 2 1の復動工程よりも往動工程において小さくなる特性を備えた非対称形状となっている。即ち、プランジャ室の容積を小さくするプランジャの往動工程（上昇工程）の時間（カム回転角）をプランジャ室の容積を大きくする復動工程（下降工程）の時間（カム回転角）よりも長くし、できるだけ往動工程に利用するカムローブ 3 1 a , 3 2 aの角度範囲を大きくするように構成されており、それそれのカムローブ 3 1 a , 3 2 aは、第 5図（A ) に示されるように、往動工程では緩やかなコンベックス形状に形成され、復動工程では、コンケ一ブ形状に形成されている。ここで、コンベックス形状をなす復動工程を担うカムローブの部分は、プランジャ若しくは夕ぺヅトがジヤンビングしない範囲で形成されるものであればよいが、ジヤンビングしない可能な限り小さい角度範囲で形成されることが望ましい。この実施例では、それそれのカム口一ブ 3 1 a， 3 2 aに対して割り当てられた 1 2 0度の角度範囲のうち、約 8 0度を往動工程に利用する部分、残り約 4 0度を復動工程に利用する部分として割り当ててある。

したがって、駆動カム 3 1 , 3 2には、単位カム回転角当たりのブランジャ 2 1の変位量が該プンラジャ 2 1の復動工程よりも往動工程において小さくなる特性を持たせてあるので、カムローブ数を同じくする第 7図の従来の構成と比べ、往動工程でのカム速度を遅くしてプランジャをゆっくりリフトさせることができる。また、復動工程をコンケープ形状としたことから、復動工程で使用される角度範囲をできるだけ小さくすることができ、その分、往動工程の角度範囲を大きくすることが可能となる。このため、第 5図（C ) に示されるように、幾何学的噴射率 ( G . I . R ) の最大値を、第 7図（C ) で示す従来の対象カムの場合に比べて小さくすることができる。

このため、燃料ポンプ 1の送油率の変動は従来よりも小さなものとなり、コモンレール 2の圧力変動を低減することができる。また、送油率は、駆動トルクに比例した関係にあることから、駆動トルクの変動も従来に比べて低減することができ、駆動トルクを低減することができる分、駆動系の負担や騒音も低減することが可能となる。

また、プランジャ 2 1が最大リフト位置に至るまでの時間を長くすることができるので（往動工程でのカム回転角を大きくとることができるので）、カムノーズの曲率半径を大きくすることができ、カム面にかかる力を小さくすることができ、もって、夕ペットローラ 2 3 aの径を小さくすることが可能とあり、引いては、ポンプ全体の小型化を図ることができる。

また、第 5図（A ) に示される夫々の駆動カム 3 1 , 3 2のカム口一ブ 3 l a , 3 2 aは、カム回転角に対するそれそれのプランジャ 2 1による送油率の合計がほぼ一定となるように調節されている。即ち、一方の駆動カムによって駆動されるプランジャ 2 1がピーク値 (この例では、 1 2 mm) に達して送油が完了するよりも前の段階から他方の駆動カムによって駆動されるプランジャがリフトし始めて送油を開始するようになっており、両プランジャによって燃料を圧送する重複部分を形成すると共に、それそれのカムローブ 3 1 a， 3 2 aの往動ェ程を担う部分のコンベックス状の形状と復動工程を担う部分のコンケ一ブ状の形状との適宜調整することにより、カムシャフト 2 4がー回転して駆動カムを 3 6 0度回転させた場合の 2つのプランジャの合成送油率 (合成速度）、つまり、カム回転角に対する送油率の合計を第 5図 ( C ) の太線に示されるように、ほぼ一定となるようにしてある。

この例では、一方のプランジャのリフト開始時点が他方のプランジャの最大リフ卜に至る時点よりも、カム回転角にして約 2 0度早くなるように設定されている。

よって、このような駆動カム 3 1， 3 2を有する噴射ポンプ 1においては、往動工程においてプランジャ 2 1をゆっくり上昇させることができるので、カムノーズの曲率半径を第 7図（A ) の対称カムを用いた場合と比べて大きくすることができ、駆動カムの面圧の点でも有利な構造となる。即ち、往動工程でのカムローブの形状を緩やかなコンベックス形状とすることで、夕ペットローラ 2 3 aと駆動カム 3 1， 3 2との当接部分での接触圧が大きくなることを避けることができるので（カム面が夕ペットローラ 2 3 aから受ける力を抑えることができるので）、このようなカム面に対する面圧を考慮して夕ぺットロ一ラ 2 3 aの径を大きくする必要がなく、夕ぺットロ一ラ 2 3 aの径を小さくすることができるようになる。

しかも、カムローブの復動工程を担う部分がコンケ一ブ形状に形成されているので、復動工程で必要となる角度範囲を小さくすることができ復動工程の角度範囲を小さくすることができる分、できるだけ往動肯定でのカム速度を抑えてプランジャをゆつくりとリフ卜させることができると共に、復動工程でのプランジャの復動を速やかに行うことができる ₍ つまり、復動工程の部分をコンケープ形状としたことで、往動工程での角度範囲を大きくとることができることから、プランジャのリフト速度、即ち、カム速度を速くしなければならない不都合がなくなり、駆動トルクも小さなものとなる。

そして、このような噴射ポンプ 1を用いた第 1図に示される燃料供給装置においては、噴射ポンプ 1からの送油量が一定であることから、コモンレール 2内の圧力変動を小さくすることができる。

このため、製品の寿命を考慮して圧力変動の上限に対して十分に許容できるマ一ジンを持たせた耐圧設計を行う場合にあっても、圧力変動を小さくすることができる分、燃料噴射弁やコモンレール 2、配管 1 2などのシステム全体の耐圧を下げることが可能となり、構成部品の薄肉化による重量の減少が図れ、また、耐圧設計に伴う構造の複雑化を回避することができる。逆に、システムの耐圧を従来と同様に設定した場合であれば、燃料の噴射圧を高めることができるようになる。

また、爆発が不等間隔のエンジンに上述のような燃料ポンプ 1を用いる場合にあっても、エンジンへの燃料噴射タイミングと燃料ポンプ 1からコモンレール 2への燃料の供給タイミングとが同期しなくなることによる不都合がなくなる。つまり、燃料ポンプ 1の合成送油率が第 6図 ( C ) で示されるように、カム回転角に対してほぼ一定であることから- 2つの駆動カム 3 1， 3 2のカムローブ 3 1 a， 3 2 aの合計数がェンジンの気筒数に一致しない場合であっても、コモンレール内の圧力変動を抑えて燃料ポンプからの燃料供給タイミングに拘わらずに安定した噴射特性を得ることができるようになる。換言すれば、エンジンの燃焼夕ィミングと無関係な非同期運転が可能になることから、本燃料ポンプ 1 及び燃料供給装置を爆発が不等間隔となるエンジンなどに対しても利用することが可能となる。

さらに、エンジンの気筒数が多くなるにしたがって、駆動カム 3 1， 3 2のカムローブ数やプランジャ 2 1の数を多くする必要がなくなるので、駆動カムの径ゃ厚みを大きくしたり、駆動カムを増やしてカムシャフト 2 4の軸方向の寸法が大きくしなければならなくなる不都合もなくなり、噴射ポンプ 1の小型化、引いては、燃料供給装置の小型化を図ることができる。

第 6図に駆動カム 3 1 , 3 2の他の例が示され、この例では、それそれの駆動カムに 1 8 0度毎にカムローブ 3 l a , 3 2 aが形成され、一方の駆動カムと他方の駆動カムとは、位相を 9 0度ずらしてあり、一方の駆動力ムによるプランジャの往動工程が他の駆動力ムによるプランジャの復動工程に差し掛かるようになつている。

それそれのカムローブ 3 1， 3 2は、第 6図（B ) に示されるようなプランジャのリフト特性を持たせてあり、それそれの駆動カム 3 1， 3 2に設けられるカムローブ 3 1 a , 3 2 aは、前記構成例と同様、単位カム回転角当たりのプランジャ 2 1のリフト変位量が該ブンラジャ 2 1 の復動工程よりも往動工程において小さくなる特性を備えた非対称形状となっている。即ち、プランジャ室の容積を小さくするプランジャの往動工程（上昇工程）の時間（カム回転角）をプランジャ室の容積を大きくする復動工程（下降工程）の時間（カム回転角）よりも長くし、できるだけ往動工程に利用するカムローブ 3 1 a , 3 2 aの角度範囲を大きくするように構成され、それぞれのカムローブ 3 1 a , 3 2 aは、第 6 図（A ) に示されるように、往動工程では緩やかなコンベックス形状に形成され、復動工程では、コンケープ形状に形成されている。この例においても、コンベックス形状をなす復動工程を担うカムローブの部分は、プランジャ若しくは夕ぺットがジヤンビングしない範囲で形成されるものであればよいが、ジヤンビングしない可能な限り小さい角度範囲で形成されることが望ましい。

また、一方の駆動カムによるプランジャの往動工程は、他方の駆動力ムによるプランジャのリフトがピークに達する前から開始され、換言すれば、一方の駆動カムによって駆動されるプランジャによる送油が完了するより前の段階から他方の駆動カムによって駆動されるプランジャによる送油が開始されるようになっており、カムシャフト 2 4がー回転して駆動カムを 3 6 0度回転させた場合の 2つのプランジャの合成送油率 (合成速度）、つまり、カム回転角に対する送油率の合計を第 6図 ( C ) の太線に示されるように、ほぼ一定となるようにしてある。

この実施例においては、それぞれのカムローブ 3 l a , 3 2 aに対して割り当てられた 1 8 0度の角度範囲のうち、約 1 2 0度を往動工程に利用する部分とし、残り約 6 0度を復動工程に利用する部分としてあるまた、一方にプランジャのリフト開始時点が他方のプランジャの最大リフトに至る時点よりも、カム回転角にして 3 0度早くなるように設定されており、全体として、幾何学的な燃料噴射率を第 5図で示される駆動カムを用いた場合よりも更に低い値でほぼ一定にし、コモンレール内の圧力変動を抑えるようにしている。

尚、その他の構成については、前記構成例と同様であるので、同一箇所に同一番号を付して説明を省略する。

したがって、このような駆動カム 3 1 , 3 2を有する噴射ポンプ 1においても、前記構成例と同様の作用効果を有する。即ち、往動工程においてプランジャ 2 1をゆっくり上昇させることができるので、カムノ一ズの曲率半径も第 7図（A ) の対称カムを用いた場合と比べて大きくすることができ、このため、前記例と同様に夕ペットローラ 2 3 aの径を小さくすることができる。しかも、カムローブの復動工程を担う部分がコンケ一ブ形状に形成されているので、復動工程で必要となる角度範囲を小さくすることができ、できるだけ往動肯定での角度範囲を大きくしてプランジャをゆつくりとリフトさせることができると共に、復動工程でのプランジャの復動を速やかに行うことができ、駆動トルクを小さくすることができる。

また、このような噴射ポンプ 1を用いた第 1図に示される燃料供給装置においては、噴射ポンプ 1からの送油量が一定であることから、コモンレール 2内の圧力変動を小さくすることができ、このため、燃料噴射弁やコモンレール 2、配管 1 2などのシステム全体の耐圧を下げることが可能となり、構成部品の薄肉化による重量の減少、耐圧設計に伴う構造の簡素化を図ることができ、システムの耐圧を従来と同様に設定する場合であれば、燃料の噴射圧を高めることができるようになる。

また、爆発が不等間隔のエンジンに上述のような燃料ポンプ 1を利用した燃料供給装置を用いることが可能となり、さらに、エンジンの気筒数が多くなるにしたがって、駆動カム 3 1， 3 2のカム口一ブ数ゃブランジャ 2 1の数を多くする必要がなくなるので、駆動カムの径ゃ厚みを大きくしたり、駆動カムを増やしてカムシャフト 2 4の軸方向の寸法が大きくしなければならなくなる不都合もなくなり、噴射ポンプ 1の小型ィ匕、引いては、燃料供給装置の小型化を図ることができる。産業上の利用可能性

以上述べたように、この発明に係る燃料ポンプによれば、複数のブランジャと、複数のプランジャのそれそれに対応して設けられた複数の駆動カムを備えたカムシャフ卜とを有し、複数の駆動カムの全部又は一部 JP01/

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を位相をずらして設け、それそれの駆動カムに形成されるカムローブを. 単位カム回転角当たりのプランジャのリフト変化量が該プンラジャの復動工程よりも往動工程において小さくなる非対称形状としたので、 1つのカムローブ当たりに割り当てられた角度範囲が小さい場合でも、往動工程においては、従来よりもゆつくりとプンラジャをリフ卜させることができ、復動工程においては、速やかにプランジャを戻すことができるようになり、駆動カムのカムローブ数が従来と同じ場合であっても、幾何学的噴射率や駆動トルクの最大値を従来に比べて小さくすることが可能となる。

したがって、このような燃料ポンプを用いて、この燃料ポンプから圧送された高圧燃料をコモンレールに蓄積し、コモンレールから内燃機関の気筒毎に設けらた燃料噴射弁へ高圧燃料を供給可能とする燃料供給装置を構成する場合においては、噴射ポンプからの送油率の変動が小さくなることからコモンレール内の圧力変動を小さくすることができる。

このため、製品の寿命を考慮して圧力変動の上限に対してマ一ジンを持たせた耐圧設計を行なう場合にあっても、燃料ポンプから吐出する燃料の圧力変動が小さくなることから、燃料噴射弁やコモンレール、配管などのシステム全体の耐圧を下げることができ、構成部品の薄肉化によりシステム全体の重量低減を図ることができると共に、耐圧設計に伴う構造の複雑化を避けることができる。この場合に、設定されたシステム全体の耐圧を同じに設定するのであれば、圧力変動が低減される分、噴射圧を上げることが可能となる。

また、このような燃料ポンプを用いれば、コモンレール内の圧力変動を小さくすることができるので、本燃料供給装置を爆発が不等間隔のェンジンに用いるような場合においても、燃料ポンプをエンジンの爆発と無関係に非同期運転させることができると共に噴射特性のばらつきを低減することができ、爆発が不等間隔のエンジンにも適した燃料ポンプ及び燃料供給装置を提供することができる。

しかも、送油率の変動、コモンレール内の圧力変動を低減できることから、気筒数の多いエンジンのために用いる場合にあっても、噴射ポンプの駆動カムに形成されるカムローブ数をわざわざ気筒数に合わせて多角形状とする必要がなくなる。即ち、従来においては、エンジンの気筒数の増大に伴って駆動カムのカムローブ数を増やすと、駆動カムの幅や径を大きくしなければならなくなり、それが不可能な場合には、プランジャとこれに対応する駆動カムの数を多くすることで対処しなければならなかったが、本燃料ポンプを利用すれば、エンジンの気筒数にあわせて設計変更する必要がなくなるので、駆動カムの径ゃ厚みの増大を避けることができ、また、プランジャとこれに対応する駆動カムの数を多くする必要もなくなる。

その結果、カムシャフトの径方向や軸方向での寸法の増大を避けることができ、燃料ポンプの小型化、引いては、燃料供給装置の小型化を図ることができ、また、エンジンの種類に拘わらず、共通の噴射ポンプ、燃料噴射装置を利用することが可能となる。

さらに、上述のような駆動カムを用いた燃料ポンプとすれば、駆動トルクの最大値を低減できることから、駆動系の負担や騒音を低減することができ、また、駆動トルクの変動に対してマージンを持たせた設計を行う場合においても、駆動系の構造の複雑化、重厚化を避けることがでぎる。

また、駆動カムのカムローブ数が従来と同じ場合でも、従来の対称力ムに比べてより大きい角度範囲でプランジャを最大リフト位置までゆつくりリフトさせることができるので、カムノ一ズの曲率半径を大きくすることができ、面圧の点で有利な構造とすることができる。即ち、カム面が受ける力を小さくすることができ、その結果、駆動カムとプランジャとの間に介在される夕ぺットロ一ラの径を小さくすることができ、燃料ポンプ全体の小型化、引いては、燃料供給装置の小型化を図ることができる。

さらに、駆動カムのカムローブが、プランジャの復動工程を担う部分でコンケープ形状に形成される場合には、復動工程に要する角度範囲をさらに小さくすることができる。特に、このような形状は、カムローブ数が多くなり、 1つのカムローブに割り当てられた角度範囲が小さくなるような場合に、できるだけ往動工程のリフト速度を遅くしたい等の要請を満たすために有益なものとなる。

そして、このような複数の駆動カムに形成される非対称形状のカム口 —ブを利用して、カム口一ブの形状がカム回転角に対する送油率の合計がほぼ一定となるように形成される場合にあっては、常に安定した燃料ポンプの送油量を確実に得ることができ、このような噴射ポンプをコモンレールシステムに利用すれば、コモンレール内の圧力変動をさらに低減させて、噴射特性のばらつきを低減することができ、爆発が不等間隔のエンジンにも適した燃料ポンプ及び燃料供給装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数のプランジャと、前記複数のプランジャのそれそれに対応して設けられた複数の駆動カムを備えたカムシャフトとを有し、前記カムシャフトを外部からの動力で回転させて前記複数のプランジャを対応する前記駆動カムによって往復動させ、それそれの前記プランジャの往動工程において燃料を加圧、圧送するようにした燃料ポンプにおいて、前記複数の駆動カムの全部又は一部は位相をずらして設けられておりそれそれの前記駆動カムは、単位カム回転角に対する前記プランジャの変位量が該プンラジャの復動工程よりも前記往動工程において小さくなる非対称形状のカムローブを備えていることを特徴とする燃料ポンプ。

2 . 前記駆動カムのカムローブは、前記プランジャの復動工程を担う部分がコンケ一ブ形状に形成されていることを特徴とする請求項 1記載の燃料ポンプ。

3 . 前記複数の駆動カムのカムローブは、カム回転角に対する送油率の合計がほぼ一定となるように形成されていることを特徴とする請求項

1又は 2記載の燃料ポンプ。

4 . 燃料ポンプと、この燃料ポンプから圧送された高圧燃料を蓄積するコモンレールと、内燃機関の気筒毎に設けられて前記コモンレールに蓄積された高圧燃料を供給可能とする燃料噴射弁とを具備し、前記燃料ポンプが、複数のプランジャと、前記複数のプランジャのそれそれに対応して設けられた複数の駆動カムを備えたカムシャフトとを有し、前記カムシャフトを外部からの動力で回転させて前記複数のブランジャを対応する前記駆動カムによって往復動させ、前記プランジャの往動工程において燃料を加圧、圧送する形式のものである燃料供給装置において、前記燃料ポンプの複数の駆動カムの全部又は一部は位相をずらして設けられており、それぞれの前記駆動カムは、単位カム回転角に対する前記プランジャの変位量が該プンラジャの復動工程よりも前記往動工程において小さくなる非対称形状のカムローブを備えていることを特徴とする燃料供給装置。

5 . 前記駆動カムのカムローブは、前記プランジャの復動工程を担う部分がコンケ一ブ形状に形成されていることを特徴とする請求項 4記載の燃料供給装置。

6 . 前記複数の駆動カムのカムローブは、カム回転角に対する送油率の合計がほぼ一定となるように形成されていることを特徴とする請求項 4又は 5記載の燃料供給装置。