(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の高圧燃料ポンプを駆動するよう構成された燃料ポンプ駆動構造であって、
該燃料ポンプ駆動構造は、
一端部が前記内燃機関のシリンダヘッドによって直接または間接的に回転可能に支持されるよう構成されたカムシャフトと、
前記カムシャフトの前記一端部が圧入嵌合される嵌合孔を形成する内周面を有し、前記高圧燃料ポンプを駆動するために、前記高圧燃料ポンプに動作可能に係合されるよう構成されたポンプカム部材と、
を備え、
前記ポンプカム部材は、
前記高圧燃料ポンプを作動するよう構成された周方向に並んだ複数のリフト部と、前記高圧燃料ポンプを作動しないように構成された周方向に並んだ複数のベース円部と、を有するポンプカム部と、
周方向に関して前記複数のリフト部にオフセットする位置に配置される複数の部分であり、前記カムシャフトの前記一端部における外周面の径方向外方部分で前記カムシャフトの一部と該カムシャフトの軸方向において当接する当接部と、
を備える、燃料ポンプ駆動構造。
【請求項２】
前記カムシャフトの前記一端部は、前記シリンダヘッドのカムシャフト軸受部によって直接的に支持されるよう構成されたカムシャフトジャーナル部と、該カムシャフトジャーナル部から延出すると共に、前記カムシャフトジャーナル部の外周面との間に段差面が形成されるよう前記カムシャフトジャーナル部よりも小さい径に形成された延出先端部と、を有し、
前記複数の当接部は、前記段差面に当接する
請求項１に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項３】
前記カムシャフトにおける前記延出先端部の前記外周面は、スプライン突条を有し、
前記ポンプカム部材の前記内周面は、前記ポンプカム部材と前記カムシャフトとがスプライン嵌合によって固定的に一体接続されるよう前記カムシャフトの前記スプライン突条に対応するスプライン凹条を有する
請求項２に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項４】
前記ポンプカム部材は、前記ポンプカム部に隣接配置されるボス部をさらに有し、
該ボス部の外周面には、前記シリンダヘッドのポンプカム軸受部上に前記カムシャフトの前記一端部を間接的に支持するためのポンプカムジャーナル部が形成されており、
前記ボス部と前記ポンプカム部とが、単一部材として一体的に形成されている
請求項１に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項５】
前記複数の当接部は、前記ポンプカム部とは反対側に配置された前記ボス部の一面から軸方向に突出している請求項４に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項６】
前記カムシャフトは、径方向において外方に張り出す張出部を有し、
前記複数の当接部は、前記カムシャフトにおける前記張出部の軸端面に当接する請求項４または５に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項７】
前記カムシャフトは、該カムシャフトの前記一端部に、軸方向に近接して配置されたカムシャフトジャーナル部を有し、
該カムシャフトジャーナル部は、前記シリンダヘッドのカムシャフト軸受部によって支持されるよう構成されており、
前記ボス部の前記ポンプカムジャーナル部は、前記カムシャフトの前記カムシャフトジャーナル部の径と実質的に等しい径に形成されている
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項８】
前記カムシャフトにおける前記一端部の前記外周面は、スプライン突条を有し、
前記ポンプカム部材の前記内周面は、前記ポンプカム部材と前記カムシャフトとがスプライン嵌合によって固定的に一体接続されるよう前記カムシャフトの前記スプライン突条に対応するスプライン凹条を有する
請求項４ないし７のいずれか１項に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項９】
前記複数のリフト部は、３個であり、
前記３個のリフト部は、前記ポンプカム部の円周周りに等間隔に配置されており、
前記複数の当接部は３個であり、前記３個の当接部は、前記周方向に関して、前記３個のリフト部にオフセットする位置にそれぞれ配置されている
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料ポンプ駆動構造。
【請求項１０】
燃料‐空気混合気の爆発燃焼によって生じた燃焼エネルギに起因して、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するよう構成された内燃機関であって、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の前記燃料ポンプ駆動構造と、
前記燃料ポンプ駆動構造に動作可能に係合された前記高圧燃料ポンプと、
前記燃料ポンプ駆動構造を有する前記高圧燃料ポンプによって加圧された燃料を燃焼室に噴射するよう構成された燃料噴射部と、
前記燃料‐空気混合気の燃焼爆発を起こすために、前記燃料噴射部によって噴射された前記燃料を含む前記燃料‐空気混合気を前記燃焼室で点火するよう構成された点火部と、
を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ポンプ駆動構造およびこれを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関における燃料加圧装置としては、軸方向に延びるカムシャフトの一端に配置されたポンプカムで高圧燃料ポンプを駆動するものが提案されている（特許文献１参照）。この従来の装置では、高圧燃料ポンプがシリンダヘッドの端部壁近傍に配置されているため、ポンプを片持ち状に支持することが可能であり、これにより、当該装置のコンパクト化を図っている。しかしながら、近年、燃費向上を達成するために、高圧燃料ポンプには、ますます高い燃料加圧が要求されている。結果として、ポンプカムの耐久性を改善するために、ポンプカムに特別な焼き入れ処理を施したいという要望や、高い耐摩耗性を有する材料でポンプカムを形成したいという要望がある。それ故、ポンプカムとカムシャフトとを別部材で製造し、ポンプカムをカムシャフトに圧入固定する構造が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８４６８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポンプカムとカムシャフトとが別体に形成されるので、ポンプカムの耐久性の向上を図るために、特別な焼き入れ処理をポンプカムに施すことができ、また、高い耐摩耗性を有する材料でポンプカムを形成することができる。さらに、当該装置は、ポンプカム、カムシャフトおよびカムジャーナルを互いに極めて近接して配置することができるので、よりコンパクト化を図ることができる。しかしながら、カムシャフトにおけるポンプカムが圧入固定される部分は、ポンプカムのサイズにより制約を受けるため、この制約の中でカムシャフトにおけるポンプカムが圧入固定される部分の径を設計する必要がある。結果として、ポンプカムからの曲げ入力に対してカムシャフトの強度が不十分な場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
それ故、本発明の目的のひとつは、燃料加圧装置をよりコンパクトにしながらカムシャフトおよびポンプカム部材の耐久性を向上する燃料ポンプ駆動構造を提供することである。この目的の少なくとも一部を達成するために、燃料ポンプ駆動構造が、内燃機関の高圧燃料ポンプを駆動するために適応される。当該燃料ポンプ駆動構造は、カムシャフトとポンプカム部材とを備える。前記カムシャフトは、一端において前記内燃機関のシリンダヘッドに直接的または間接的に回転可能に支持されるよう構成されている。前記ポンプカム部材は、前記カムシャフトの前記一端が圧入嵌合される嵌合孔を形成する内周面を有すると共に、前記高圧燃料ポンプを駆動するために前記高圧燃料ポンプに動作可能に係合されるよう構成されている。前記ポンプカム部材は、ポンプカム部と複数の当接部とを備える。前記ポンプカム部は、前記高圧燃料ポンプを作動するよう構成された周方向に並んだ複数のリフト部と、前記高圧燃料ポンプを作動しないように構成された周方向に並んだ複数のベース円部とを有する。前記複数の第１当接部は、周方向に関して前記複数のリフト部にオフセットする位置に配置される複数の部分であり、前記カムシャフトの前記一端における外周面の径方向外方部分で前記カムシャフトの一部と該カムシャフトの軸方向において当接する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る燃料加圧装置を備えたエンジンを示す構成図である。
【図２】図２は、例示された実施例に係るポンプカム部材がカムシャフトの先端に一体的に連結されている燃料ポンプ駆動構造を示す拡大構成図である。
【図３】図３は、例示された実施例に係るポンプカム部材が部分的に断面で示された図２に対応する拡大構成図である。
【図４】図４は、例示された実施例に係るポンプカム部材の斜視図である。
【図５】図５は、例示された実施例に係るポンプカム部材を突当突起側から見た正面図である。
【図６】図６は、例示された実施例に係るカムシャフトとポンプカム部材との応力と歪みとの関係を示す応力歪み線図である。
【図７】図７は、例示された実施例に係る突当突起が段差面と当接する当接部における応力と歪みを説明する説明図である。
【図８】図８は、カムシャフトが回転した際にカムシャフトおよびポンプカム部材に付与される力を概略的に説明する。
【図９】図９は、第２実施例に係る燃料加圧装置を備えたエンジンの構成の特徴を示す図である。
【図１０】図１０は、カムシャフトの先端に一体的に取り付けられたポンプカム部材１０６の主な特徴を示す拡大図である。
【図１１】図１１は、ポンプカム部材１０６が部分的に断面で表わされた図１０に対応する拡大図である。
【図１２】図１２は、ポンプカム部材の斜視図である。
【図１３】図１３は、突当突起側から見たポンプカム部材の正面図である。
【図１４】図１４は、カムシャフトが回転した際にカムシャフトおよびポンプカム部材に付与される力を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
次に、選択された実施例を図面を参照して説明する。以下における実施例の記載は、単なる例示のために提供されるものであり、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定する目的のために提供されるものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。
【実施例１】
【０００８】
まず、図１に示すように、燃料ポンプ駆動構造を備えた燃料加圧装置が、第１実施例に従って説明される。
図１は、本発明の実施例に係る燃料ポンプ駆動構造を有する燃料加圧装置２０を備えたエンジンＥを示す構成図である。本実施例の燃料加圧装置２０を備えるエンジンＥは、例えば、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料を使って動力を出力するよう構成された内燃機関である。清浄された空気と燃料インジェクタＩＪから噴射されたガソリンが、空気とガソリンとの混合気を形成するよう混合され、当該混合気が燃焼室（図示せず）に吸入される。点火プラグＰは、空気‐燃料混合気を点火するように電気火花を発生し、空気‐燃料混合気を爆発燃焼させる。その燃焼エネルギが、ピストンを下方へ押し下げ、当該ピストンの往復運動がクランクシャフト（図示せず）の回転運動に変換される。図示するように、本実施例に係る燃料加圧装置２０は、ヘッドカバー４のうち気筒配列方向を向く端部壁４ａに取り付けられた高圧燃料ポンプ５と、シリンダヘッド１に回転可能に支持されたカムシャフト３と、カムシャフト３の一方の軸端部に圧入嵌合によって固定されたポンプカム部材６と、を備える。カムシャフト３とポンプカム部材６とは、シリンダヘッド１の上部に取り付けられるヘッドカバー４により覆われている。カムシャフト３とポンプカム部材６とは、本実施例の燃料ポンプ駆動構造を好適に構成する。
【０００９】
ポンプカムチャンバーＰＣを形成するよう構成されたチャンバー形成部４ｂが、ヘッドカバー４の端部壁４ａに設けられている。また、当該チャンバー形成部４ｂは、端部壁４ａに設けられると共に、端部壁４ａよりも外方（図１における右側）に突出するよう構成されている。高圧燃料ポンプ５は、チャンバー形成部４ｂにボルトで固定される。
【００１０】
高圧燃料ポンプ５は、プランジャ（図示せず）を往復運動することによって加圧された燃料を更に加圧し、当該燃料を燃料インジェクタ（図示せず）に供給するよう構成された周知の高圧燃料ポンプである。高圧燃料ポンプ５は、当該技術分野において周知の従来型の構成をしている。高圧燃料ポンプ５は、当該技術分野においては周知であるため、便宜上、その構造についての詳細な説明は、ここでは省略する。
【００１１】
カムシャフト３を回転可能に支持するための複数のカムシャフト軸受部２ａがシリンダヘッド１に形成されている。また、ポンプカムチャンバーＰＣを形成するよう構成されたチャンバー形成部１ｂが、シリンダヘッド１の端部壁１ａ（気筒配列方向における端部）に設けられており、当該端部壁１ａよりも外方（図１における右側）に突出するよう構成されている。カムシャフト軸受部２ａのうち最もポンプカムチャンバーＰＣに近接して配置されたカムシャフト軸受部２ｂは、チャンバー形成部１ｂ内の端部壁１ａに対応する位置（端部壁１ａの延長線上）に形成されている。言い換えると、図１に示すように、カムシャフト軸受部２ｂは、端部壁１ａの平面方向に沿って整列されている。
【００１２】
図２は、ポンプカム部材６が圧入嵌合によって固定されたカムシャフト３の一部分を拡大して示す拡大図であり、図３は、一部分が断面で示されている点以外は図２と同じである。図１，図２および図３に示すように、カムシャフト３は、吸気弁（図示せず）や排気弁（図示せず）を開閉する複数のカム３ａと、カムシャフト軸受部２ａに支持されるカムシャフトジャーナル部３ｂと、カムシャフト３の一方の軸端部に形成され、かつ、カムシャフト軸受部２ｂに支持されるカムシャフトジャーナル部３ｃと、カムシャフトジャーナル部３ｃの一方の軸端部（図２，３中における右端）に滑らかな移行をもって一体的に形成された延出部３０と、から構成されている。ポンプカム部材６は、カムシャフト３に対して同軸となるように延出部３０に圧入嵌合されている。延出部３０は、カムシャフトジャーナル部３ｃよりも小径に形成され、かつ、その外周面にスプライン（スプライン突条）が形成された軸スプライン部３ｄを有している。カムシャフト３は、好ましくは、鋳鉄製であり、例えば、球状黒鉛鋳鉄により形成されている。
【００１３】
図４はポンプカム部材６の斜視図であり、図５はポンプカム部材６を突当突起６ｂ（当接部の一例）側から視た正面図である。図４および図５に示すように、ポンプカム部材６は、高圧燃料ポンプ５のプランジャ（図示せず）に接触してプランジャを往復駆動するよう構成された回転カムである。ポンプカム部材６は、耐摩耗性を高めるために、例えば、オーステンパー処理等を施した非鉄金属の焼結材により形成されている。図６は、カムシャフト３とポンプカム部材６との応力と歪みとの関係を示す応力歪み線図である。ポンプカム部材６は、図６に示すように非鉄金属による焼結材で形成されているため、応力歪特性は、破断に至る前に降伏点を示さない。一方、カムシャフト３の応力歪特性は、降伏点を有しており、降伏点を経てから破断に至る。カムシャフト３は、同じ応力下においては、ポンプカム部材６よりも大きな歪みを示す。
【００１４】
ポンプカム部材６は、内部にスプライン凹条を有するように構成されたスプライン孔部６ａ（嵌合孔の一例）を有している。また、ポンプカム部材６は、高圧燃料ポンプ５のプランジャを往復駆動可能なリフト部８ａと、高圧燃料ポンプ５のプランジャを往復駆動しないベース円部８ｂとを有するカム部８を備えている。リフト部８ａは、ポンプカム部材６の円周周りに等間隔に配置された第１リフト部、第２リフト部および第３リフト部を有している。ベース円部８ｂは、第１リフト部と第２リフト部との間、第２リフト部と第３リフト部との間、第３リフト部と第１リフト部との間に形成されている。
【００１５】
図４および図５に示すように、３つの突当突起６ｂ（当接部の一例）は、カムシャフトジャーナル部３ｃに対向するポンプカム部材６の端面上に形成されている。突当突起６ｂは、周方向においてリフト部８ａの位置にオフセットする位置、即ち、ベース円部８ｂが周方向に沿って形成された位置に対応する位置に形成されている。リフト部８ａと突当突起６ｂの数は、燃料加圧装置２０への要求に基づき設定される。例示した実施例では、３つのリフト部８ａと３つの突当突起６ｂを設ける構成としたが、リフト部８ａと突当突起６ｂの数は３つに限らず、燃料加圧装置２０への要求に基づいて決定すれば良い。
【００１６】
次に、上述のように構成されたポンプカム部材６のカムシャフト３上における圧入嵌合の状態を説明する。カムシャフト３における延出部３０の軸スプライン部３ｄの中心軸を、ポンプカム部材６におけるスプライン孔部６ａの軸中心に一致させる。ポンプカム部材６は、軸スプライン部３ｄのスプライン突条がスプライン孔部６ａのスプライン凹条と係合するように、圧入嵌合によってカムシャフトに３に取り付けられる。圧入嵌合は、ポンプカム部材６の３つの突当突起６ｂが、カムシャフト３のカムシャフトジャーナル部３ｃの段差面３ｅに当接するのに十分な深さまで行われる。
【００１７】
図７は、カムシャフト３の軸スプライン部３ｄがポンプカム部材６のスプライン孔部６ａへ挿入されて、ポンプカム部材６の突当突起６ｂの１つがカムシャフト３の段差面３ｅに接触し始めた時点から、ポンプカム部材６の３つの突当突起６ｂの全てがカムシャフト３の段差面３ｅに当接して圧入嵌合が完了される時点までにおける、突当突起６ｂが当接する段差面３ｅの部分の応力と歪みの関係を示す。突当突起６ｂに当接する段差面３ｅの部分における応力と歪みは、カムシャフト３の軸スプライン部３ｄのポンプカム部材６のスプライン孔部６ａへの挿入が開始されてから、ポンプカム部材６の３つの突当突起６ｂのいずれか１つがカムシャフトジャーナル部３ｃの段差面３ｅに当接するまでは変化しない。図７に示すように、ポンプカム部材６の３つの突当突起６ｂの１つがカムシャフト３の段差面３ｅに当接し始めると、応力と歪の両方が増加し（弾性変形域）、やがて降伏点に達して段差面３ｅの塑性変形が生じる。３つの突当突起６ｂの１つが弾性変形あるいは塑性変形を生じている間に、残る２つの突当突起６ｂの１つが段差面３ｅに当接し、続いて最後の突当突起６ｂが段差面３ｅに当接して、全ての接触部が弾性変形域から降伏点を経て塑性変形へと移行する。突当突起６ｂが当接する段差面３ｅの３箇所において塑性変形が確認された時点で、カムシャフト３の軸スプライン部３ｄのポンプカム部材６のスプライン孔部６ａへの圧入嵌合を終了する。突当突起６ｂが当接する段差面３ｅの当接部における塑性変形の発生を確認することによって、突当突起６ｂの全てが段差面３ｅに確実に着座したことを確認できる。この結果、突当突起６ｂの先端面に機械加工を施して、３つの突当突起６ｂのポンプカム部材６の端面からの突出量を精度良く管理する必要がない。これにより、生産性が向上すると共に加工コストを抑えることができる。
【００１８】
続いて、カムシャフト３の回転中にカムシャフト３およびポンプカム部材６に作用する力について説明する。図８は、カムシャフト３の回転中にカムシャフト３およびポンプカム部材６に作用する力を概略的に説明するために用いられる。カムシャフト３は、カムシャフトジャーナル部３ｂ，３ｃがカムシャフト軸受部２ａ，２ｂで支持されることにより、シリンダヘッド１に回転可能に支持される。一方、図８に示すように、ポンプカム部材６は、カムシャフトジャーナル部３ｃがカムシャフト軸受部２ｂで支持されただけの片持支持とされている。こうした状態でカムシャフト３が回転すると、ポンプカム部材６もカムシャフト３と一体で回転し、ポンプカム部材６のリフト部８ａが高圧燃料ポンプ５を駆動する際に、結果として反力Ｆ１がカムシャフト３に作用する。延出部３０がカムシャフト３のカムシャフトジャーナル部３ｃに接続する接続部３０ａに、反力Ｆ１による曲げ力が作用する。ポンプカム部材６は、ポンプカム部材６とカムシャフトジャーナル部３ｃとが互いに隣接配置されるように構成されているため、カムシャフトジャーナル部３ｃからの突出量が最小限に抑えられており、これにより、ポンプカム部材６のリフト部８ａからの大きな反力Ｆ１が片持でも支持され得る。また、ポンプカム部材６の３つの突当突起６ｂが、接続部３０ａの径方向外方部分でカムシャフト３の段差面３ｅに当接するため、接続部３０ａに作用する曲げ力の大きさが、効果的に低減され得る。
【００１９】
以上説明した実施例に係る燃料加圧装置２０では、ポンプカム部材６とカムシャフト３とが別部材として形成される。この結果、ポンプカム部材６を耐摩耗性の高い材料で形成したり、ポンプカム部材６に特殊な焼き入れを行うことができ、ポンプカム部材６の耐久性を向上することができる。また、ポンプカム部材６は、カムシャフトジャーナル部３ｃに極めて近接して配置されるように構成されると共に、カムシャフトジャーナル部３ｃからの突出量が、カムシャフト軸受部２ｂで片持支持させることが可能な量となるように構成されており、装置のコンパクト化が図られ得る。
【００２０】
ポンプカム部材６のリフト部８ａの反力によって、カムシャフト３の延出部３０がカムシャフトジャーナル部３ｃに接続される接続部３０ａに作用する曲げ力が生じても、当該曲げ力を接続部３０ａの径方向外方部分において３個の突当突起６ｂによって支えることができるため、延出部３０の曲げ変形を抑制することができる。結果として、カムシャフト３の軸中心線に対するポンプカム部材６の倒れを抑制することができ、ポンプカム部材６とカムシャフト３の両方の耐用年数を向上することができる。
【００２１】
本実施例では、カムシャフト３の段差面３ｅが塑性変形するまで突当突起６ｂを当該段差面３ｅに押し付ける構造であるため、突当突起６ｂに何ら機械加工を施す必要はない。
【実施例２】
【００２２】
次に、本発明の第２実施例に係る燃料ポンプ駆動構造を備えた燃料加圧装置１２０を搭載したエンジンＥについて説明する。図９は、第２実施例に係る燃料ポンプ駆動構造を有する燃料加圧装置１２０を搭載したエンジンＥ１の構成の特徴を示す図であり、図１０は、ポンプカム部材１０６がカムシャフト１０３に圧入嵌合される部分を示す拡大図であり、図１１は、一部が断面で示された図１０に対応する拡大図である。第２実施例に係る燃料加圧装置１２０を搭載したエンジンＥは、燃料加圧装置２０を燃料加圧装置１２０に変えた点を除いて第１実施例に係る燃料加圧装置２０を搭載したエンジンＥと同一の構成をしている。したがって、第２実施例のエンジンＥの構成のうち第１実施例のエンジンＥと同一の構成については同一の符号を付し、便宜上、その説明を省略する。
【００２３】
図９に示すように、第２実施例に係る燃料加圧装置１２０は、気筒配列方向を向くヘッドカバー４の端部壁４ａに取り付けられた高圧燃料ポンプ５と、シリンダヘッド１に回転可能に支持されたカムシャフト１０３と、カムシャフト１０３の一方の軸端部に圧入嵌合によって固定されたポンプカム部材１０６とを備える。カムシャフト１０３とポンプカム部材１０６とが、本実施例の燃料ポンプ駆動構造を好適に構成する。
【００２４】
図９，図１０および図１１に示すように、カムシャフト３は、吸気弁（図示せず）や排気弁（図示せず）を開閉する複数のカム１０３ａと、カムシャフト軸受部１０２ａに支持されるカムシャフトジャーナル部１０３ｂとを備えている。ポンプカム部材１０６は、カムシャフト１０３に対して同軸となるようにカムシャフト１０３における軸端部に圧入嵌合により固定されている。カムシャフト１０３は、気筒配列方向一端側（図９における右側）の最端部に形成されたカム１０３ａよりも更に延出する延出部１３０を有している。延出部１３０は、最端部のカム１０３ａからカムシャフト１０３の先端側に向かう際にカムシャフト１０３の径が一端減少した後に増大する突当フランジ部１０３ｃ（張出部の一例）と、突当フランジ部１０３ｃよりも小さい径を有すると共に外周面にスプライン突条を有する軸スプライン部１０３ｄと、から構成されている。カムシャフト１０３は鋳鉄、例えば、球状黒鉛鋳鉄で形成されている。
【００２５】
図１２は、ポンプカム部材１０６の斜視図であり、図１３は、ポンプカム部材１０６を突当突起１０７ｃ側から見た正面図である。図１２および図１３に示すように、ポンプカム部材１０６は、ポンプカム部１０８と、ボス部１０７とから構成されている。ポンプカム部１０８は、高圧燃料ポンプ５のプランジャに接触して当該プランジャを往復駆動するように構成されている。また、ボス部１０７は、ポンプカム部１０８に隣接かつ同軸となるようにポンプカム部１０８に一体形成されている。ポンプカム部材１０６は、例えば、耐摩耗性を高めるためにオーステンパー処理等が施された非鉄金属の焼結材により形成されている。第２実施例に係る燃料加圧装置１２０においても、第１実施例に係る燃料加圧装置２０と同様、ポンプカム部材１０６が非鉄金属による焼結材で形成されているため、カムシャフト１０３の応力‐歪特性は降伏点を有さず、降伏点を経た後に破断に至る（図６参照）。カムシャフト１０３は、同じ応力下においてはポンプカム部材１０６よりも大きな歪みを示す。
【００２６】
ポンプカム部１０８は、高圧燃料ポンプ５のプランジャを往復駆動可能なリフト部１０８ａと、高圧燃料ポンプ５のプランジャを往復駆動しないベース円部１０８ｂとを有している。リフト部１０８ａは、ポンプカム部１０８の円周周りに等間隔に配置された第１リフト部，第２リフト部，第３リフト部を有している。ベース円部１０８ｂは、第１リフト部と第２リフト部との間，第２リフト部と第３リフト部との間，第３リフト部と第１リフト部との間に形成されている。
【００２７】
ボス部１０７の外周面は、シリンダヘッド１に形成されたポンプカム軸受部１０２ｂに支持されるポンプカムジャーナル部１０７ａとして機能するよう構成されており、スプライン凹条を有するスプライン孔部１０７ｂ（嵌合孔の一例）がボス部１０７の内部に形成されている。ポンプカムジャーナル部１０７ａは、カムシャフト１０３のカムシャフトジャーナル部１０３ｂとほぼ同じ径となるように構成されている。これにより、シリンダヘッド１のカムシャフト軸受部１０２ａとポンプカム軸受部１０２ｂとを、同じ工具により同時に加工することができ、製造効率の向上を図ることができる。また、図１２および図１３に示すように、ボス部１０７のポンプカム部１０８が形成された側とは反対側の端面には、３つの突当突起１０７ｃ（当接部の一例）が形成されている。そして、突当突起１０７ｃは、ポンプカム部１０８が形成された側とは反対方向に突出している。突当突起１０７ｃは、周方向位置においてリフト部１０８ａが形成された位置にオフセットする位置、即ち、ベース円部１０８ｂが周方向位置に沿って形成された位置に対応する位置に配置されている。
【００２８】
次に、カムシャフト１０３上におけるポンプカム部材１０６(上述のように構成されたポンプカム部材１０６)の圧入嵌合の状態について説明する。カムシャフト１０３における延出部１３０の軸スプライン部１０３ｄの中心軸が、ポンプカム部材１０６におけるスプライン孔部１０７ｂの軸中心に同軸とされる。軸スプライン部１０３ｄのスプライン突条がスプライン孔部１０７ｂのスプライン凹条と係合するように、ポンプカム部材１０６が圧入嵌合によりカムシャフト１０３に取り付けられる。圧入嵌合は、ポンプカム部材１０６の３つの突当突起１０７ｃがカムシャフト１０３の突当フランジ部１０３ｃに当接するのに十分な深さまで行われる。
【００２９】
図７は、突当突起１０７ｃに当接する突当フランジ部１０３ｃの部分における応力と歪みとの関係を示す。突当突起１０７ｃに当接する突当フランジ部１０３ｃの部分における応力と歪みは、第１実施例の燃料加圧装置２０のときと同様、カムシャフト１０３の軸スプライン部１０３ｄのポンプカム部材１０６のスプライン孔部１０７ｂへの挿入が開始された時点から、ポンプカム部材１０６の３つの突当突起１０７ｃのいずれか１つがカムシャフト１０３の突当フランジ部１０３ｃに当接する時点までの全期間中において変化しない。しかしながら、ポンプカム部材１０６の３つの突当突起１０７ｃの１つがカムシャフト１０３の突当フランジ部１０３ｃに当接し始めると、応力および歪みの両方が増加し（弾性変形域）、やがて降伏点に達して突当フランジ部１０３ｃの塑性変形が生じる。３つの突当突起１０７ｃのうちの１つが弾性変形中あるいは塑性変形中に、残る２つの突当突起１０７ｃの一方が突当フランジ部１０３ｃに当接し始め、続いて最後の突当突起１０７ｃの突当フランジ部１０３ｃに当接して、全ての当接部が弾性変形域から降伏点を経て塑性変形へと移行する。突当フランジ部１０３ｃにおける突当突起１０７ｃが当接する３箇所において塑性変形が確認された時点で、カムシャフト１０３の軸スプライン部１０３ｄのポンプカム部材１０６のスプライン孔部１０７ｂへの圧入嵌合を終了する。突当突起１０７ｃが当接する突当フランジ部１０３ｃにおける当接部の塑性変形の発生を確認することにより、突当突起１０７ｃの全てが突当フランジ部１０３ｃに確実に着座したことを確認できる。この結果、突当突起１０７ｃの先端面に機械加工を施して３つの突当突起１０７ｃのボス部１０７の端面からの突出量を精度良く管理する必要がない。これにより、生産性が向上すると共に加工コストを抑えることができる。
【００３０】
続いて、カムシャフト１０３の回転中にカムシャフト１０３およびポンプカム部材１０６に作用する力について説明する。図１４は、カムシャフト１０３の回転中にカムシャフト１０３およびポンプカム部材１０６に作用する力を概略的に説明するために用いられる。カムシャフト１０３は、カムシャフトジャーナル部１０３ｂが複数のカムシャフト軸受部１０２ａで支持されると共に延出部１３０がポンプカム部材１０６のポンプカムジャーナル部１０７ａを介してポンプカム軸受部１０２ｂで支持されることにより、シリンダヘッド１に回転可能に支持される。一方、図１４に示すように、ポンプカム部材１０６は、ポンプカムジャーナル部１０７ａがポンプカム軸受部１０２ｂによって支持されたのみで、ポンプカム部１０８が配置された側が自由端とされた片持支持状態で支持される。こうした状態で、カムシャフト１０３が回転すると、ポンプカム部材１０６もカムシャフト１０３と一体で回転し、ポンプカム部１０８が高圧燃料ポンプ５を駆動する際に、結果として反力Ｆ１がポンプカム部１０８に作用する。また、カム１０３ａがバルブリフタＢＬを駆動する際に、結果として反力Ｆ２がカムシャフト１０３に作用する。当該反力Ｆ１，Ｆ２によって、カムシャフト１０３およびポンプカム部材１０６に、延出部１３０における突当フランジ部１０３ｃと軸スプライン部１０３ｄとが互いに接続する接続部１３０ａ付近に変極点を有するほぼＶ字状の曲げ変形（図１４中の二点鎖線）が生じる。ポンプカム部材１０６は、ポンプカム部１０８とボス部１０７（ポンプカムジャーナル部１０７ａ）とが互いに隣接して配置されると共に一体形成されるように構成されているため、ポンプカムジャーナル部１０７ａからの突出量が最小限に抑えられる。これにより、ポンプカム部１０８からの大きな反力Ｆ１が片持でも支持され得る。また、ポンプカム部材１０６の３つの突当突起１０７ｃが、接続部１３０ａの径方向外方部分においてカムシャフト１０３の突当フランジ部１０３ｃに当接するため、接続部１３０ａ付近に変極点を有する曲げ変形が、効果的に抑制され得る。
【００３１】
以上説明した第２実施例に係る燃料加圧装置１２０では、ポンプカム部材１０６とカムシャフト１０３とが別部材として形成される。この結果、ポンプカム部材１０６を耐摩耗性の高い材料で形成したり、ポンプカム部材１０６に特殊な焼き入れを行うことができ、ポンプカム部１０８の耐久性を向上させることができる。図１４に示すように、カムシャフト１０３の複数のカムシャフトジャーナル部１０３ｂがシリンダヘッド１のカムシャフト軸受部１０２ａに回転可能に支持されると共に、ポンプカム部材１０６のポンプカムジャーナル部１０７ａがポンプカム軸受部１０２ｂに回転可能に支持される。一方、ポンプカム部材１０６は、ポンプカム部１０８とボス部１０７とは互いに極めて近接して配置されると共に、一体形成されるよう構成される。この結果、ポンプカムジャーナル部１０７ａがシリンダヘッドのポンプカム軸受部１０２ｂに支持されるときに、ポンプカムジャーナル部１０７ａからポンプカム部１０８までの距離を短くでき、ポンプカム部１０８をポンプカム軸受部１０２ｂで片持状に支持することができる。
【００３２】
ポンプカム部１０８およびカム１０３ａの反力によって、カムシャフト１０３およびポンプカム部材１０６が図１４に示すように変形する際に、ポンプカム部１０８が高圧燃料ポンプ５を駆動する際に生ずるリフト部１０８ａからの反力Ｆ１と、カム１０３ａがバルブリフタＢＬを駆動する際に生ずるカムシャフト１０３のカム１０３ａからの反力Ｆ２とを、３個の突当突起１０７ｃによって支えることができる。この結果、カムシャフト１０３に対するポンプカム部材１０６の倒れを抑制することができて、ポンプカム部１０８およびカムシャフト１０３の両方の耐用年数を向上することができる。
【００３３】
３つの突当突起１０７ｃが、カムシャフト１０３の径方向外方に張り出した突当フランジ部１０３ｃに当接するように構成されているため、リフト部１０８ａからの反力Ｆ１をより安定して支えることができる。また、３つの突当突起１０７ｃが、等間隔で配置されるため、各リフト部１０８ａからの反力を確実に支えることができる。
【００３４】
ポンプカム部材１０６のポンプカムジャーナル部１０７ａの径と、カムシャフト１０３のカムシャフトジャーナル部１０３ｂの径とが略同じであるため、シリンダヘッド１のカムシャフト軸受部１０２ａとポンプカム軸受部１０２ｂとを、同時に開口することができる。
【００３５】
本実施例では、突当フランジ部１０３ｃが塑性変形するまで、３個の突当突起１０７ｃをカムシャフト１０３の突当フランジ部１０３ｃに押し付ける構造であるため、３個の突当突起１０７ｃには何ら加工を行う必要がない。
【００３６】
なお、例示した実施例の一態様に係る燃料ポンプ駆動構造では、ポンプカム部材とカムシャフトとが、別部材として形成される。この結果、ポンプカム部の耐久性を向上する措置、例えば、ポンプカム部材を高い耐摩耗性を有する材料で形成したり、ポンプカム部材に特殊な焼き入れ処理を行うことを簡易に行うことができる。また、ポンプカム部材が、カムシャフトの一端部に圧入嵌合されるため、軸受部からポンプカム部材までの距離を短くでき、ポンプカム部材を片持ち状態で支持することができる。この結果、装置をよりコンパクトにすることができる。また、ポンプカム部材がカムシャフトの一端部に圧入嵌合される際に、ポンプカム部材の当接部が、周方向においてリフト部にオフセットする位置であって、カムシャフトの一端部の外周面の径方向外方で、カムシャフトと軸方向において当接する。このように、ポンプカム部材のリフト部からの反力に起因するカムシャフトの一端部に与えられる曲げ力を、当接部によって支えることができ、当該カムシャフトによって支えられる負荷を低減することができる。この結果、装置をよりコンパクトにしながらも、カムシャフトおよびポンプカム部材の寿命を向上することができる。
【００３７】
別の態様に係る燃料ポンプ駆動構造では、カムシャフトの一端部が、軸受部に直接支持されるよう構成されたジャーナル部と、ジャーナル部よりも小さい径を有すると共に段差状にジャーナル部から延出するよう配置された延出部と、を備える。当接部は、ジャーナル部の外周面と延出部の外周面とを接続する段差面においてカムシャフトと当接する。この方法では、ポンプカム部材の当接部が、カムシャフトの一端部の外周面の径方向外方位置においてカムシャフトの一部と軸方向に当接する構造を簡易に確保することができる。
【００３８】
別の態様に係る燃料ポンプ駆動構造では、スプライン突条が延出部の外周に形成されると共に、当該スプライン突条に対応するスプライン凹条が嵌合孔内に形成される。これにより、ポンプカム部材とカムシャフトとをスプライン圧入嵌合によって一体的に接続することができる。この態様では、ポンプカム部材とカムシャフトとを簡易な構造で一体的に確実に接続することができる。
【００３９】
別の態様に係る燃料ポンプ駆動構造では、ポンプカム部材は、ポンプカムに極めて近接配置されると共に当該ポンプカムに一体的に形成されたボス部を有している。ポンプカムは、リフト部と、ベース円部と、ジャーナル部と、を備える。ジャーナル部は、軸受部に支持されると共に、ボス部の外周上に形成されるよう構成されている。カムシャフトの一端部は、ポンプカム部材のジャーナル部を介して軸受部に間接的に支持される。この態様では、ポンプカム部材とカムシャフトとの間の挿入量をより大きく確保できると共に、軸受部からポンプカム部材までの距離を短くすることができる。
【００４０】
別の態様に係る燃料ポンプ駆動構造では、当接部は、ボス部のポンプカムとは反対側に配置されたボス部の端面から軸方向に突出する。この態様では、ポンプカム部材の当接部が、カムシャフトの一端部の外周面の径方向外方部分においてカムシャフトの一部と軸方向に当接する構造を簡易に達成することができる。
【００４１】
別の態様に係る燃料ポンプ駆動構造では、カムシャフトは径方向外方に張り出す張出部を有するよう構成されており、当接部は、張出部と当接するように構成される。この態様では、当接部が、径方向外方に張り出すよう構成された張出部においてカムシャフトと当接するため、リフト部からの反力を安定して支えることができる。
【００４２】
例示した実施例に係る燃料ポンプ駆動構造では、カムシャフトは、カムシャフトの一端部以外の部分に形成されると共に、シリンダヘッドの軸受部によって支持されるように構成されたカムジャーナル部を有している。また、ポンプカム部材におけるボス部のポンプカムジャーナル部は、カムジャーナル部の径と略同じ径を有する。この態様では、カムシャフトのカムジャーナル部を支持するよう構成されているシリンダヘッドの軸受部の加工と、ポンプカム部材のポンプカムジャーナル部を支持するよう構成されているシリンダヘッドの軸受部の加工とを、同時に行うことができる。この結果、加工性を向上することができる。
【００４３】
別の態様の燃料ポンプ駆動構造では、スプライン突条が、カムシャフトの一端部の外周面に形成されており、スプライン突条に対応するスプライン凹条が、嵌合孔内に形成されている。これにより、ポンプカムとカムシャフトとがスプライン嵌合によって一体的に接続される。この態様では、ポンプカム部材とカムシャフトとを、簡易な構造で確実に一体的に接続することができる。
【００４４】
別の態様の燃料ポンプ駆動構造では、複数のリフト部が設けられ、当該リフト部がポンプカム部材の円周周りに等間隔に配置される。また、複数の当接部が設けられ、当該当接部が周方向において各リフト部にオフセットする位置に配置される。この態様では、リフト部からの反力を当接部によって支えることができる。
【００４５】
例示した実施例に係る内燃機関は、燃料噴射部と、点火部とを備える。燃料噴射部は、上述した燃料ポンプ駆動構造を備える高圧燃料ポンプによって加圧された燃料を燃焼室内へ噴射するように構成されている。点火部は、燃焼室内に噴射された燃料を含む空気‐燃料混合気を点火するよう構成されている。空気‐燃料混合気が点火部によって点火されると、空気‐燃料混合気の燃焼エネルギによってピストンが往復運動され、当該ピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される。
【００４６】
例示した実施例のいずれか１つに係る内燃機関は、上述した発明の態様のいずれか１つに係る燃料ポンプ駆動構造に動作可能に係合された燃料加圧装置を備える。これにより、上述したような効果を奏する。例えば、装置をよりコンパクトにすることができるために、カムシャフトおよびポンプカムの寿命を向上することができる。この結果、自動車の燃費を向上することができる。
【００４７】
用語の一般的な解釈
本発明の範囲を理解する上で、“comprising”という用語およびこれの派生語は、ここで使われる場合、記載されていない他の特徴や要素、構成、集合、整数値および／または手順の存在を除外するものではなく、記載された特徴や要素、構成、集合、整数値および／または手順の存在を明記するオープンエンドの用語として用いられている。こうした考え方は、“comprising”と同様の意味を有する用語である“including”、“having”およびこれらの派生語にも適用される。また、単数で使われる“part”、“section”、“portion”、“member”あるいは“element”という用語は、単一の部分あるいは複数の部分の２つの意味を有し得る。また、上記実施例の記載において、次の方向を表す用語“above”、“downward”、“vertical”、“horizontal”そして“below”および方向を表す他のあらゆる用語は、内燃機関が図１に示すように向いているときに、内燃機関のそれらの方向を表すものとする。ここで使われる“substantially”、“about”そして“approximately”のような程度を表す用語は、最終結果が大きく変更されないように変更された条件の合理的な逸脱量を意味する。
【００４８】
唯一選択された実施例が、本発明を説明するために選択されているが、様々な変更および修正が、添付の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく本明細書になされ得ることは、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、必要に応じておよび/または所望に応じて、種々の構成要素の大きさ、形状、配置、向きを変更することができる。直接接続された又は互いに当接している構成要素は、それらの間に中間構造を有することができる。一つの要素の機能が、二つの要素によって行われ、また、その逆も可能である。一つ実施例の構造及び機能は、別の実施例で採用することができる。すべての利点が特定の実施例に同時に存在する必要はない。また、従来技術にはない全ての特徴は、単独で又は他の特徴との組み合わせで、そのような特徴によって具体化される構造的および/または機能的概念を含んでいるため、出願人によるさらなる発明の別の記載が考慮されるべきである。従って、本発明に係る実施例の前述の記載は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を説明する目的のためだけに提供されるものであり、当該本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１  シリンダヘッド
３  カムシャフト
５  高圧燃料ポンプ
６  ポンプカム部材
６ａ  スプライン孔部
６ｂ  突当突起
８  ポンプカム部
８ａ  リフト部
８ｂ  ベース円部
【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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