(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の吸入口と吐出口を有する燃料加圧室を内蔵するシリンダー、上記シリンダー内を軸方向に摺動して上記燃料加圧室の容積を増減するピストン、エンジンの駆動カムと接触して上記駆動カムの力を受ける受圧面を有すると共に上記ピストンに上記力を伝達するタペットを備えた燃料供給装置において、上記ピストンの上記タペットと直接当接する面は、上記タペットの方に向かう膨らみがあって上記膨らみの周囲に間隙が形成されており、上記タペットは、上記ピストンに連接されて上記ピストンと略同径の円柱状のものであって上記ピストンと直接当接する面は平坦であり、且つ上記受圧面の外周近傍のタペット側壁に上記タペットにおける応力の局部的集中を防止する溝が設けられたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
上記タペットは、上記シリンダーを収容するボルトの開口端に設けられたタペットストッパーに係留される大径部と上記タペットストッパーを通過可能であると共に上記受圧面を有する小径部とから構成されており、且つ上記溝は上記小径部の側壁に設けられたことを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
【請求項３】
上記タペットは、上記受圧面と上記溝との間に盤状部を有することを特徴とする請求項２記載の燃料供給装置。
【請求項４】
上記大径部の外径は、１０〜１５ｍｍ程度であり、上記盤状部の厚みは、０．５〜１．５ｍｍ程度であることを特徴とする請求項３記載の燃料供給装置。
【請求項５】
上記溝は、溝断面形状がＶ字状、半円状、またはＵ字状であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の燃料供給装置。
【請求項６】
上記溝は、上記タペットの側壁表面からの深さが０．５〜２ｍｍ程度であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料供給装置に関し、特に燃料噴射型の内燃機関、例えば自動車用エンジン、に高圧で燃料を供給するための燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８〜図１４は、従来の燃料噴射型の内燃機関における一般的な燃料供給システムを説明するものであって、図８は上記燃料供給システムに就いての概略説明図、図９は上記燃料供給システムに含まれる燃料供給装置の主要部の断面図、図１０は図９におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図、図１１は図９の部分拡大断面図であって、駆動カムと上記燃料供給装置のタペットとの当接状況を説明するＹ−Ｚ面の断面図、図１２は図１１のＹ−Ｚ面に対するＹ−Ｘ面の断面図、図１３は上記タペットの上記駆動カムの力を受ける受圧面における変形の状況を示すグラフ、図１４は上記受圧面におけるヘルツ応力の分布の状況を示すグラフである。
【０００３】
図８〜図９において、燃料供給システムは、燃料タンク１、燃料供給装置６、および燃料噴射弁１０を主要要素として有し、燃料供給装置６は、フィルター１１、低圧ダンパー１２、吸入弁１３、電磁弁１７、ポンプ１６、および吐出弁１４を有する。
【０００４】
燃料タンク１内の燃料２は、低圧ポンプ３によって送り出され、フィルター４を経由し、低圧レギュレータ５によって調圧されて燃料供給装置６に供給される。かく供給された燃料２は、そのうちの燃料噴射に必要な量のみが同装置６により高圧化され、内燃機関（図示せず）のコモンレール９内に供給され、ついで燃料噴射弁１０から高圧の霧状とされて内燃機関のシリンダー（図示せず）内に噴射される。この際の必要燃料量は、制御ユニット（図示せず）により決定され電磁弁１７により制御されており、余分な燃料は、電磁弁１７から低圧ダンパー１２と吸入弁１３との間にリリーフされる。なお図８の７はフィルターであり、８は高圧リリーフバルブであって、コモンレール９内が異常圧力となった場合には高圧リリーフバルブ８が開弁されてコモンレール９と燃料噴射弁１０の破損が防止される。
【０００５】
燃料供給装置６の主要部を示す図９において、ポンプ１６は、ケーシング３０内に組み込まれて燃料の吸入口２２と吐出口２３を有する加圧室２４を内部に有するシリンダー２５、シリンダー２５内を軸方向に摺動して加圧室２４の内容積を変化させるピストン２６、ピストン２６に連接された円柱状のタペット２８、およびタペット２８を摺動自在に勘合しケーシング３０に締結するネジ部を有するボルト２９から構成されている。また図１０〜図１２において、タペット２８の図上での下端の受圧面２８ａには、エンジンのカムシャフト４０の上に設けられた駆動カム４１が当接し、カムシャフト４０の回転による駆動カム４１の回転力は受圧面２８ａを経由してタペット２８およびピストン２６に伝達され、かく伝達された力によりピストン２６が上下動して加圧室２４の内容積が変化させられる。
【０００６】
ピストン２６のタペット２８と当接する面２６１は、図１１、１２に示すようにタペット２８の方に僅かに膨らんだ凸状を呈する。凸状とする理由は、タペット２８が駆動カム４１の回転により軸方向に摺動する際、タペット２８とボルト２９に設定された間隙によりタペット２８に傾きが発生し、その傾きがタペット２８の上面２８ｂからピストン２６に伝わる横力を低減するためである。
【０００７】
図１１において、矢印ａ、矢印ｂ、矢印ｃは、いずれも駆動カム４１による受圧面２８ａへの力付与位置を示し、このうち矢印ｂは受圧面２８ａの中心付近への、一方、矢印ａ、矢印ｃはいずれも受圧面２８ａの外周から少し内側に入った個所への、それぞれ力付与位置を示す。図１１に示すように、一般的に駆動カム４１はタペット２８よりも広幅であり、且つ駆動カム４１の駆動当初においては、駆動カム４１による受圧面２８ａへの力付与状況は、受圧面２８ａの全面にわたって一様であって、したがって矢印ａ、矢印ｂ、矢印ｃで示される各力付与位置への付与力も一様である。
【０００８】
しかし前記したように、タペット２８の上面２８ｂにおける矢印ｂの力付与位置辺りは、ピストン２６の面２６１の凸部と接しており、これに対して矢印ａ、矢印ｃの力付与位置辺りは、上面２８ｂと面２６１との間に僅かながら隙間が存在する。受圧面２８ａは、この隙間の存在のために図１３の実線で示すように変形し、その際のヘルツ応力の分布は図１４の実線のようになる。なお図１３、１４は、燃料の吐出圧力が１５ＭＰａと高いときのデータである。
【０００９】
ここで図１３、１４について説明すると、図１３、１４の各横軸は、タペット２８のＺ軸方向の位置を示し、図１３、１４の各縦軸は、受圧面２８ａの変形に基づく初期位置からの変位距離（μｍ）およびヘルツ応力（ＭＰａ）である。また図１３、１４の実線で示された各曲線は、燃料の吐出圧力が１５ＭＰａであるときの分布を示し、さらに各図中のａ、ｂ、ｃは、それぞれ前記矢印ａ、矢印ｂ、矢印ｃの力付与位置における変位距離（図１３）およびヘルツ応力（図１４）を示す。図１３から明らかな通り、矢印ａ、矢印ｃ辺りで変位距離は最大となり、さらに外周では変位距離が低減している。その結果、図１３から明らかな通り矢印ａ、矢印ｃ辺りの変位距離の変曲点でヘルツ応力が極大となる。
【００１０】
このように燃料の吐出圧力が高い場合、矢印ａ、矢印ｃ辺り、即ち受圧面２８ａの外周近傍での局部的に発生する高ヘルツ応力により駆動カム４１およびタペット２８の磨耗が激しくなる問題がある。この問題に対して従来技術では、タペット２８の外径並びに駆動カム４１の幅および外径を大きくしてヘルツ応力を低減する方法を採用していたが、この方法では燃料供給装置６が大型化、高重量化する欠点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における上記事情に鑑みて、燃料供給装置を大型化、高重量化することなく、駆動カムやタペットの磨耗を軽減し得る燃料供給装置を提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料供給装置は、燃料の吸入口と吐出口を有する燃料加圧室を内蔵するシリンダー、上記シリンダー内を軸方向に摺動して上記燃料加圧室の容積を増減するピストン、エンジンの駆動カムと接触して上記駆動カムの力を受ける受圧面を有すると共に上記ピストンに上記力を伝達するタペットを備えた燃料供給装置において、上記ピストンの上記タペットと直接当接する面は、上記タペットの方に向かう膨らみがあって上記膨らみの周囲に間隙が形成されており、上記タペットは、上記ピストンに連接されて上記ピストンと略同径の円柱状のものであって上記ピストンと直接当接する面は平坦であり、且つ上記受圧面の外周近傍のタペット側壁に上記タペットにおける応力の局部的集中を防止する溝が設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係る燃料供給装置は、上記請求項１において、上記タペットは、上記シリンダーを収容するボルトの開口端に設けられたタペットストッパーに係留される大径部と上記タペットストッパーを通過可能であると共に上記受圧面を有する小径部とから構成されており、且つ上記溝は上記小径部の側壁に設けられたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項３に係る燃料供給装置は、上記請求項２において、上記タペットが、上記受圧面と上記溝との間に盤状部を有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係る燃料供給装置は、上記請求項３において、上記大径部の外径は、１０〜１５ｍｍ程度であり、上記盤状部の厚みは、０．５〜１．５ｍｍ程度であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項５に係る燃料供給装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれか一項において、上記溝は、溝断面形状がＶ字状、半円状、またはＵ字状であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項６に係る燃料供給装置は、上記請求項４または請求項５において、上記溝は、上記タペットの側壁表面からの深さが０．５〜２ｍｍ程度であることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下において，前記従来技術および先行の実施の形態にて表示された部位と同じ部位に就いては同じ符号を付して説明を省略することがある。
【００１９】
実施の形態１．
図１〜図５は、本発明の燃料供給装置における実施の形態１を説明するものであって、図１は燃料供給装置の主要部の断面図、図２は図１の部分拡大断面図であって、上記駆動カムと上記タペットとの当接状況を説明するＹ−Ｚ面の断面図、図３は図２のＹ−Ｚ面に対するＹ−Ｘ面の断面図、図４は上記タペットの上記駆動カムの力を受ける受圧面における変形の状況を示すグラフ、図５は上記受圧面におけるヘルツ応力の分布の状況を示すグラフである。図４、５の各横軸および縦軸、並びに図中のａ、ｂ、ｃの意味する内容は、前記図１３，１４のそれらと同じである。なお図４における太曲線Ｇ１および図５における太曲線Ｇ３は、いずれも燃料の吐出圧力が１５ＭＰａであるときの実施の形態１についてのものであり、図４における細曲線Ｇ２および図５における細曲線Ｇ４は、いずれも前記図１３、１４に示された曲線の再現である。
【００２０】
図１〜図３、特に図３において、円柱状のタペット２８は、側壁２８ｃを有し、大径部２８１と小径部２８２からなり、小径部２８２における側壁２８ｃに同側壁の周囲を巡るリング状の溝５が形成されている。溝５と受圧面２８ａとの間には盤状部２８４が存在し、その図上での下面が受圧面２８ａとなっている。盤状部２８４は、実質的に駆動カム４１からの力を受け止める受圧部として機能する。図２において、Ｌ１は大径部２８１の長さ、Ｌ２は小径部２８２の長さ、Ｒ１は大径部２８１の外径、Ｒ２は小径部２８２の外径、Ｔ１は盤状部２８４の厚み、Ｔ２は溝５の底と盤状部２８４との間に存在する薄肉部２８３の厚み、Ｄは溝５の大径部２８１における側壁２８ｃの表面からの深さ、θは溝５の盤状部２８４側の斜面、換言すると薄肉部２８３の傾斜面の傾斜角度である。
【００２１】
つぎに溝５を設けることの作用について説明する。溝５を設けることにより、小径部２８２に薄肉部２８３および盤状部２８４が形成される。これら薄肉部２８３と盤状部２８４の外周およびその近傍部（以下、易変形部）は薄肉であって剛性が低く、このために受圧面２８ａまたは盤状部２８４が駆動カム４１から力を受けると、上記易変形部、換言すると矢印ａおよび矢印ｃの力付与位置は、図２の矢印ａ、矢印ｃよりもさらに外周が大きく変形する。図４の曲線Ｇ１は、この変形の状態を示すものであって、曲線Ｇ２と比較すると矢印ａ、矢印ｃ辺りで変曲点は無く、外周に向かって単調に増加し最外周で最大変位が発生することを明示している。かかる大きな変曲点が無くなることにより図５の曲線Ｇ３から明らかな通り、矢印ａおよび矢印ｃの力付与位置におけるヘルツ応力は曲線Ｇ４と対比して十分に小さく、上記変形形状における応力緩和が達成されていることが分かる。この応力緩和は、溝５を設けたことによる作用であって、この作用により駆動カム４１およびタペット２８の磨耗が軽減される効果が得られ、かくして本発明の前記課題が達成されることなる。
【００２２】
タペット２８は、燃料供給装置６の組み立て時におけるボルト３０からの脱落防止のために、ボルト３０の開口部に設けられたタペットストッパー３１の内径より僅かに大きい外径を有する大径部２８１と上記内径より僅かに小さい外径を有する小径部２８２とから構成されていて、燃料供給装置６の組み立て時においては、図では上からタペット２８をボルト３０内に挿通している。かく挿通すると、大径部２８１のみがボルト３０内に留まり、小径部２８２はタペットストッパー３１を通過して図１〜図３に示す状態となる。実施の形態１においては、溝５は上記小径部２８２の側壁の、但し盤状部２８４を除く略全域わたって設けられてＶ字状の溝断面を有する。
【００２３】
なお溝５の深さＤや開口部の大きさが小さくて、上記易変形部が厚肉であると、易変形部の剛性が未だ大きいので上記した変形の程度（応力緩和の程度）が不十分となって溝５の作用が乏しくなり、逆に溝５の深さＤが過大で上記易変形部の厚みが過小であると、その個所が駆動カム４１の力により破損することがある。よって溝５の深さＤや開口部の大きさは、上記過大値と過少値の中間値であることが望ましく、かかる中間値は、タペット２８のサイズが決定されれば一般的に試行錯誤的もしくは有限要素法による解析にて決定することができる。
【００２４】
上記した試行錯誤的決定はさておき、タペット２８のサイズや薄肉部２８３の厚みＴ２、およびその他の寸法の最適値について図２に基づき一例を示すと、タペット２８の大径部２８１の長さＬ１が１５〜２０ｍｍ程度、Ｒ１が１０〜１５ｍｍ程度である場合、長さＬ２は４〜５ｍｍ程度、Ｒ１とＲ２との差は０．０５〜０．２ｍｍ程度、厚みＴ１は０．５〜１．５ｍｍ程度、好ましくは０．５〜１．２ｍｍ程度、傾斜角度θは３０〜６０度程度、薄肉部２８３の厚みＴ２は１〜２ｍｍ程度、Ｄは０．５〜２ｍｍ程度である。
【００２５】
本発明において、溝５は、基本的に受圧面２８ａの外周に近いタペット側壁２８ｃ上に設けられる。しかし、溝５が上記外周に過度に近接して設けられると、盤状部２８４の厚みが過少となって、駆動カム４１の力によりそれが容易に破損する問題が生じる。よって溝５は、盤状部２８４が上記した程度の厚みを確保し得る位置に設けられることが好ましい。
【００２６】
実施の形態２．
図６は、本発明の燃料供給装置における実施の形態２を説明するものであって、タペット２８のみの断面図である。実施の形態２における燃料供給装置の主要部の断面図は、タペット２８の断面部分以外は前記図１〜図３と同じであるのでここでは省略する。
【００２７】
実施の形態２は、タペット２８の小径部２８２の断面形状が実施の形態１のそれと異なるのみで、その他の構成は同じである。実施の形態２での溝５は、溝断面が半円形を呈しており、深さＤは実施の形態１でのそれと同じであるが、実施の形態１のそれと対比して、開口部の大きさを少し小さくし且つ盤状部２８４の厚みＴ１は少し大きくして０．８〜１．５ｍｍ程度としているが、実施の形態１と同様の作用並びに効果が得られる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は、本発明の燃料供給装置における実施の形態３を説明するものであって、タペット２８のみの断面図である。実施の形態３における燃料供給装置の主要部の断面図は、タペット２８の断面部分以外は前記図１〜図３と同じであるのでここでは省略する。
【００２９】
実施の形態３は、タペット２８の小径部２８２の断面形状が実施の形態１、２のそれらと異なるのみで、その他の構成は同じである。また実施の形態３での溝５は、盤状部２８４の厚み分を除く小径部２８２の残余の部分の全域にわたっており、溝断面がＵ字状の、特に平底を有するＵ字状溝となっている。盤状部２８４の厚みは、実施の形態２の場合と同じ０．８〜１．５ｍｍ程度であって、盤状部２８４の外周部のみが前記した易変形部として機能し、実施の形態１と同様の作用並びに効果が得られる。
【００３０】
本発明は、前記した実施の形態１〜３に限定されるものではなく、本発明の課題並びに解決手段の精神に沿った種々の変形形態を包含する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る燃料供給装置は、以上説明した通り、燃料の吸入口と吐出口を有する燃料加圧室を内蔵するシリンダー、上記シリンダー内を軸方向に摺動して上記燃料加圧室の容積を増減するピストン、エンジンの駆動カムと接触して上記駆動カムの力を受ける受圧面を有すると共に上記ピストンに上記力を伝達するタペットを備えた燃料供給装置において、上記ピストンの上記タペットと直接当接する面は、上記タペットの方に向かう膨らみがあって上記膨らみの周囲に間隙が形成されており、上記タペットは、上記ピストンに連接されて上記ピストンと略同径の円柱状のものであって上記ピストンと直接当接する面は平坦であり、且つ上記受圧面の外周近傍のタペット側壁に上記タペットにおける応力の局部的集中を防止する溝が設けられたことを特徴とするものである。従来のタペットにはかかる溝がないので、前記図１４のａ部およびｃ部で大きなヘルツ応力が生じていたが、溝を設けることにより受圧面の近傍のタペット側壁に低剛性の易変形部が形成されて、この易変形部がヘルツ応力を緩和する作用をなし、この作用により駆動カムおよびタペットの磨耗が軽減される効果が得られる。
【００３２】
また上記タペットは、上記シリンダーを収容するケーシングの開口端に設けられたタペットストッパーに係留される大径部と上記タペットストッパーを通過可能であると共に上記受圧面を有する小径部とから構成されており、且つ上記溝は上記小径部の側壁に設けられたものであって、さらに上記タペットは、上記受圧面と上記溝との間に盤状部を有するものであると、この盤状部が駆動カムの力を受ける受圧部として機能する。
【００３３】
また上記大径部の外径は、１０〜１５ｍｍ程度であり、上記盤状部の厚みは、０．５〜１．５ｍｍ程度であると、上記盤状部は駆動カムの力を受けても破損する問題がなく受圧部として機能する。
【００３４】
また上記溝は、溝断面形状がＶ字状、半円状、またはＵ字状であり、さらに上記タペットの側壁表面からの深さが０．５〜２ｍｍ程度であると、前記した易変形部は、低剛性を維持しながら、しかも駆動カムの力を受けても破損する問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料供給装置における実施の形態１の断面図。
【図２】図１の部分拡大断面図。
【図３】図１の他の部分拡大断面図。
【図４】タペットの受圧面における変形の状況を示すグラフ。
【図５】受圧面におけるヘルツ応力の分布状況を示すグラフ。
【図６】本発明の燃料供給装置における実施の形態２で用いられるタペットの断面図。
【図７】本発明の燃料供給装置における実施の形態３で用いられるタペットの断面図。
【図８】従来の燃料供給システムに就いての概略説明図。
【図９】従来の燃料供給装置の断面図。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図１１】図９の部分拡大断面図。
【図１２】図９の他の部分拡大断面図。
【図１３】従来のタペットの受圧面における変形の状況を示すグラフ。
【図１４】従来の受圧面におけるヘルツ応力の分布状況を示すグラフ。
【符号の説明】
６  燃料供給装置、３０  ケーシング、２４  加圧室、２６  ピストン、
２８  タペット、２８ａ  受圧面、２８ｃ  側壁、２８１  大径部、
２８２  小径部、２８４  盤状部、４０  カムシャフト、４１  駆動カム、
５  溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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