(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を加圧する加圧室（１０ａ）を形成するシリンダ（１０）と、
前記加圧室の燃料を圧縮するプランジャ（２０）と、
燃料を圧縮する向きに前記プランジャを押し動かすカム（３０）と、
駆動歯車（５）と係合して回転し、前記駆動歯車の回転駆動力を前記カムへ伝達して前記カムを回転させる従動歯車（５０）と、を備え、
前記加圧室で加圧された燃料を吐出する燃料ポンプにおいて、
前記プランジャが前記カムにより押し動かされるリフト量を前記カムの回転角度で微分して得られる値をカム速度と呼び、前記回転角度のうち前記プランジャが燃料を圧縮する向きに押し動かされる角度範囲を加圧範囲（Ｔｃｏｍｐ）と呼び、前記加圧範囲の開始から前記カム速度のピークの最遅角位置となるまでの角度範囲をピーク到達範囲（Ｔａｃｃ）と呼ぶ場合に、前記ピーク到達範囲が前記加圧範囲の半分以下となるように、前記カムのプロフィールが設定されており、
さらに、前記回転角度のうち前記プランジャが燃料を吸入する向きに移動する角度範囲を吸入範囲（Ｔｓｕｃ）と呼ぶ場合に、前記加圧範囲が前記吸入範囲より大きくなるように前記プロフィールが設定されている燃料ポンプ。
【請求項２】
前記ピークに達した前記カム速度が前記ピークの値で保持されずに下降するように、前記プロフィールが設定されている請求項１に記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記加圧範囲での前記ピークの出現回数が１回となるように前記プロフィールが設定されている請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
【請求項４】
前記回転角度の変化に対する前記カム速度の変化を表した波形をカム速度波形（Ｗ）と呼び、前記カム速度波形のうち、前記ピークより所定角度だけ遅角した回転角度から前記加圧範囲の終了までの角度範囲の部分を加圧終末波形（Ｗａ）と呼ぶ場合に、
前記加圧終末波形の少なくとも一部が、前記ピークの点と前記加圧範囲の終了点とを結ぶ直線（Ｌ）よりも前記カム速度の大きい側に存在するように、前記プロフィールが設定されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。
【請求項５】
前記加圧終末波形の全体が前記直線よりも前記カム速度の大きい側に存在するように、前記プロフィールが設定されている請求項４に記載の燃料ポンプ。
【請求項６】
前記カム速度波形のうち前記ピークから前記加圧範囲の終了までの角度範囲の全体が、前記直線よりも前記カム速度の大きい側に存在するように、前記プロフィールが設定されている請求項５に記載の燃料ポンプ。
【請求項７】
前記ピークにおける前記カム速度をピーク速度（Ｖｐｅａｋ）と呼び、前記加圧範囲のうち前記ピーク速度の９０％以上となる範囲をピーク範囲（Ｔｐｅａｋ）と呼ぶ場合において、
前記ピーク範囲が前記加圧範囲の３分の１以下となるように前記プロフィールが設定されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。
【請求項８】
前記回転角度の変化に対する前記カム速度の変化を表した波形をカム速度波形（Ｗ）と呼び、前記カム速度波形のうち、前記ピークの点から、前記ピークより所定角度だけ遅角した回転角度までの角度範囲の部分をピーク直後波形（Ｗｂ）と呼び、前記カム速度を前記回転角度で微分して得られる値をカム加速度と呼ぶ場合に、
前記カム加速度が−０．００１ｍｍ／ｄｅｇ２以下となる部分が前記ピーク直後波形の中に存在するように、前記プロフィールが設定されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムで押し動かされたプランジャで燃料を加圧して吐出する燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の燃料ポンプは、燃料を加圧する加圧室を形成するシリンダと、加圧室の燃料を圧縮するプランジャと、燃料を圧縮する向きにプランジャを押し動かすカムと、を備え、加圧室で加圧された燃料を吐出するものである。また、上記燃料ポンプは、カムおよび従動歯車が固定された回転軸を備え、従動歯車を駆動歯車で回転させることで、回転軸とともにカムを回転させている。
【０００３】
プランジャがカムにより押し動かされる移動量（つまりリフト量）をカムの回転角度で微分して得られる値をカム速度と呼び、回転角度に対するカム速度の値を表した波形をカム速度波形と呼ぶ。カム速度波形は、カムの外形形状（つまりプロフィール）により特定される。
【０００４】
例えば、カムプロフィールのうちカムの回転中心から径方向外側への距離が急激に増加する形状の部分、つまり圧力角が大きい部分では、カムが僅かに回転しただけでプランジャが急激にリフトアップすることとなり、カム速度が大きい。一方、カムプロフィールのうち径方向外側へ緩やかに増加した形状の部分、つまり圧力角が小さい部分では、カムが大きく回転してもリフトアップ量は僅かであり、カム速度が小さい。つまり、カム速度波形は、大きい圧力角の部分でカム速度が大きく、小さい圧力角の部分でカム速度が小さい形状となる。
【０００５】
そして、特許文献１には、図３中段の一点鎖線に示すカム速度波形となるようにカムプロフィールを設定することで、図３中段の点線に示すカム速度波形である場合に比べて、プランジャ下降時の従動歯車と駆動歯車との噛み合わせで生じる歯打ち音を低減できる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
歯車の噛み合わせで生じる歯打ち音について本発明者らが詳細に検討したところ、この歯打ち音には、以下に説明する駆動接触音と従動接触音とが存在することが明らかになった。駆動接触音は、カムがプランジャを押し動かして燃料を加圧させる際に、図２に示すように、駆動歯車５の正方向歯面５ａと従動歯車５０の正方向歯面５０ａとが衝突することにより生じる。従動接触音は、燃料を吸入させる向きに移動するプランジャがカムを押すことに起因して、駆動歯車５の逆方向歯面５ｂと従動歯車５０の逆方向歯面５０ｂとが衝突することにより生じる。そして、駆動接触音の方が従動接触音よりも大きいことが、本発明者らの試験により明らかとなった。特に高圧燃料ポンプの場合、加圧時のトルクが吸入時のトルクに比べて際立って大きい。つまり、歯打ち音を低減させるには駆動接触音を低減させることが効果的であるとの知見を本発明者らは得た。
【０００８】
この知見に基づき上記特許文献１に記載のカムプロフィールについて検討してみると、このプロフィールでは従動接触を緩慢にして従動接触音を低減できるものの、駆動接触音については十分に低減できておらず、改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ポンプの吐出能力を確保しつつ歯打ち音の十分な低減を図った燃料ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１１】
開示される発明のひとつは、
燃料を加圧する加圧室（１０ａ）を形成するシリンダ（１０）と、
加圧室の燃料を圧縮するプランジャ（２０）と、
燃料を圧縮する向きにプランジャを押し動かすカム（３０）と、
駆動歯車（５）と係合して回転し、駆動歯車の回転駆動力をカムへ伝達してカムを回転させる従動歯車（５０）と、を備え、
加圧室で加圧された燃料を吐出する燃料ポンプにおいて、
プランジャがカムにより押し動かされるリフト量をカムの回転角度で微分して得られる値をカム速度と呼び、回転角度のうちプランジャが燃料を圧縮する向きに押し動かされる角度範囲を加圧範囲（Ｔｃｏｍｐ）と呼び、加圧範囲の開始からカム速度のピークの最遅角位置となるまでの角度範囲をピーク到達範囲（Ｔａｃｃ）と呼ぶ場合に、
ピーク到達範囲が加圧範囲の半分以下となるように、カムのプロフィールが設定されており、
さらに、回転角度のうちプランジャが燃料を吸入する向きに移動する角度範囲を吸入範囲（Ｔｓｕｃ）と呼ぶ場合に、加圧範囲が吸入範囲より大きくなるようにプロフィールが設定されている燃料ポンプである。
【００１２】
さて、歯打ち音を低減させるには駆動接触音を低減させることが効果的であることは先述した通りである。そして、その駆動接触音を低減させるには、加圧範囲におけるカムトルクを小さくすれば良いことに加え、カムトルクがピーク到達範囲後に速やかに低下を開始すれば良いことに本発明者らは着目した。なお、カムトルクが速やかに低下するということは、カムトルクが低下を開始する時期が早いことを意味する。カムトルクは、カムがプランジャから受ける荷重（つまりプランジャ荷重）に圧力角を乗算した値となる。よって、プランジャ荷重および圧力角が小さいほど、カムトルクが小さくなって駆動接触音が小さくなる。  そして、先述した通り、カム速度が小さいほど圧力角が小さくなりカムトルクが小さくなる。一方、プランジャ荷重は、プランジャが加圧を開始してからリフトアップするにつれて徐々に上昇していくものであり、加圧範囲の初期であるほどプランジャ荷重は小さい。したがって、プランジャ荷重が小さい加圧初期のうちにカム速度を十分に上昇させておけば、駆動接触音を大きく生じさせることなくカム速度を十分に大きい値にまで上昇させておくことができる。また、加圧が進行してプランジャ荷重が大きくなってきた期間では、カム速度を低下させて小さくすることが、駆動接触音を低減させる上で有効である。
【００１３】
なお、カムの回転角度の変化に対するカム速度の変化を表した波形をカム速度波形と呼び、カム速度波形の面積がカムの仕事量と等価である。したがって、単にカム速度のピーク値を低くしただけでは、駆動接触音を低減できるものの、カム速度波形の面積が小さくなるので、カム仕事量を十分に確保できず、所望の圧力に対する吐出量が減少してしまう。
【００１４】
これらの知見を鑑みた上記発明では、上記のピーク到達範囲が加圧範囲の半分以下となるようにカムのプロフィールが設定されている。そのため、プランジャのリフトアップ開始以降の早いタイミングで、カム速度が上昇してピークに達することになり、ピーク後の加圧時間も長くなる。よって、プランジャ荷重が小さい加圧初期のうちにカム速度を十分に上昇させてカムトルクを上昇させておくことで、カム仕事量を確保しつつ駆動接触音を低減できる。また、ピーク到達範囲後もカム仕事量を確保しつつトルク低下開始時期を早くできるので、駆動接触音を低減することができる。したがって、燃料ポンプの吐出能力を確保しつつ、歯打ち音の十分な低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態において、燃料ポンプの構成を模式的に示す図。
【図２】第１実施形態において、駆動歯車と従動歯車との噛み合い状態を示す図。
【図３】第１実施形態において、カムリフト、カム速度およびカムトルクの、回転角度に対する変化を示す図。
【図４】第１実施形態に係るカムプロフィールによるカム速度波形であって、図３の中段の実線に示すカム速度波形の詳細を示す図。
【図５】歯面荷重およびトルクの、回転角度に対する変化を示す図。
【図６】最大リフト量と騒音レベルとの関係を示す図。
【図７】リフト波形の変化に伴うカム仕事量の変化を表わす図。
【図８】カム速度波形の変化に伴うカム仕事量の変化を表わす図。
【図９】要求されるポンプ吐出量およびギヤ騒音と、エンジン回転数との関係を示す図。
【図１０】実加圧範囲とカムリフト波形との関係を示す図。
【図１１】実加圧範囲とカムトルク波形との関係を示す図。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【図１３】本発明の第１変形例に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【図１４】本発明の第２変形例に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【図１５】本発明の第３変形例に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【図１６】本発明の第４変形例に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【図１７】本発明の第５変形例に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【図１８】本発明の第６変形例に係るカムプロフィールによる、カム速度波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
【００１７】
（第１実施形態）
図１に示す燃料ポンプ１は、車両に搭載されたものであり、燃料タンク２内の燃料を加圧して吐出する高圧ポンプである。燃料ポンプ１から吐出された燃料は、コモンレール３で蓄圧された後、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁４へ分配され、燃料噴射弁４から高圧で噴射される。噴射された燃料は内燃機関での燃焼に用いられる。燃焼により得られた内燃機関の出力トルクの一部は、燃料ポンプ１の駆動に用いられる。燃料タンク２内に配置された低圧ポンプ２ａは電動モータにより駆動され、低圧状態の燃料を燃料ポンプ１へ供給する。
【００１８】
燃料ポンプ１は、以下に説明するシリンダ１０、プランジャ２０、カム３０、回転軸４０、従動歯車５０および調量弁６０等を備える。シリンダ１０は、燃料を加圧する加圧室１０ａを形成する。プランジャ２０は、シリンダ１０内を往復移動することで、加圧室１０ａへ燃料を吸入するとともに、吸入した燃料を圧縮して加圧する。
【００１９】
具体的には、プランジャ２０とカム３０の間にはタペット２１が配置されており、カム３０がタペット２１を介してプランジャ２０を押し動かすことで、プランジャ２０は、燃料を圧縮する向きに移動（つまりリフトアップ）する。また、弾性部材２２から付与される弾性力により、プランジャ２０は燃料を吸入する向きに移動（つまりリフトダウン）する。プランジャ２０がリフトアップする期間を加圧期間と呼び、リフトダウンする期間を吸入期間と呼ぶ。図１に示すように、本実施形態に係るカム３０は２つの山を有する形状であるため、カム３０が１回転するうちにプランジャ２０は２往復する。
【００２０】
回転軸４０には、カム３０および従動歯車５０が固定されており、カム３０および従動歯車５０は回転軸４０と一体となって回転する。従動歯車５０は、図２に示すように駆動歯車５と係合して回転し、回転軸４０を回転させる。つまり、駆動歯車５の回転駆動力は、従動歯車５０および回転軸４０を介してカム３０へ伝達され、プランジャ２０をリフトアップさせる駆動力となる。駆動歯車５は、内燃機関の出力トルクを駆動源として回転する。したがって、内燃機関の運転期間中には駆動歯車５は常時回転する。また、内燃機関の出力軸の回転速度の変動に応じて駆動歯車５の回転速度も変動し、ひいてはカム３０の回転速度も変動する。
【００２１】
なお、リフトアップ時には、駆動歯車５の正方向歯面５ａから、従動歯車５０の正方向歯面５０ａに回転トルクが伝達されて、駆動歯車５が従動歯車５０を回転させる。一方、リフトダウン時には、従動歯車５０の逆方向歯面５０ｂから駆動歯車５の逆方向歯面５ｂに回転トルクが伝達されて、従動歯車５０が駆動歯車５を回転させる。先述した通り、駆動歯車５および従動歯車５０の噛み合わせで生じる歯打ち音には、駆動接触音と従動接触音とが存在する。駆動接触音は、正方向歯面５ａ、５０ａ同士が衝突することにより生じ、従動接触音は、逆方向歯面５ｂ、５０ｂ同士が衝突することにより生じる。
【００２２】
調量弁６０は、図示しない電子制御装置により開閉作動する電磁式である。吸入期間には調量弁６０を開弁作動させて、加圧室１０ａへ低圧燃料を吸入させる。加圧期間には、所望のタイミングで閉弁作動させることで、実際に燃料が圧縮を開始するタイミングを制御する。
【００２３】
具体的には、加圧期間であっても調量弁６０が開弁作動している期間には、加圧室１０ａの燃料は、プランジャ２０がリフトアップするものの圧縮されず、調量弁６０を通じて燃料タンク２に戻される。その後、調量弁６０が閉弁作動した以降には、加圧室１０ａの燃料は、リフトアップするプランジャ２０により圧縮される。
【００２４】
要するに、加圧期間において実際に燃料が圧縮される期間は、調量弁６０が閉弁作動している期間である。そして、調量弁６０の閉弁作動開始のタイミングを制御することで、加圧室１０ａで圧縮される燃料の量が制御され、ひいては、燃料ポンプ１から吐出される高圧燃料の吐出量が制御される。例えばコモンレール３内の実圧力と目標圧力との偏差に応じて、調量弁６０の作動を制御して燃料ポンプ１の吐出量を制御する。ここで、図１に示す調量弁６０に替えて、吸入通路の絞りの大きさを制御する調量弁を採用し、絞りの大きさを制御することで吸入量を制御してもよい。  なお、燃料が圧縮されて加圧室１０ａの圧力が上限値を超えて高くなると、逆止弁７１が開弁し、圧縮された高圧燃料はコモンレール３へ供給される。なお、燃料噴射弁４の噴孔が詰まる故障が生じた場合等、高圧通路７３の圧力が異常値を超えて高くなると、逆止弁７２が開弁し、高圧通路７３の燃料は燃料タンク２へリリーフされる。
【００２５】
図３は、横軸をカム３０の回転角度として縦軸に各種物理量を示しており、図中の上段はカムリフト、中段はカム速度、下段はカムトルクの理論的な値の変化を示す。図中の実線は、本実施形態に係るカム３０のプロフィールによるものである。図中の点線は、第１比較例に係るカムのプロフィールによるものであり、一点鎖線は第２比較例によるものである。
【００２６】
カムリフトとは、カム３０の円周表面であるカム面３０ａに沿ってプランジャ２０が往復移動する移動量（つまりリフト量）のことである。カム速度とは、カム３０の回転角度でリフト量を微分して得られる値のことである。カムトルクとは、プランジャ荷重に圧力角を乗算して得られる値のことである。
【００２７】
また、回転角度の変化に対するカムリフトの変化を表した波形、つまり図中の上段に示す波形をリフト波形と呼ぶ。回転角度の変化に対するカム速度の変化を表した波形、つまり図中の中段に示す波形をカム速度波形Ｗと呼ぶ。回転角度の変化に対するカムトルクの変化を表した波形、つまり図中の下段に示す波形をカムトルク波形と呼ぶ。
【００２８】
リフト波形は、カム面３０ａの形状で特定される。具体的には、回転中心線方向から見たカム面３０ａの外形形状（図１参照）、つまりカム３０のプロフィールで特定される。したがって、カム速度波形Ｗおよびカムトルク波形についても、カム３０のプロフィールで特定されると言える。要するに、カムプロフィールが特定されればリフト波形が一義的に特定され、リフト波形が特定されればカム速度波形が一義的に特定され、カム速度波形が特定されればカムトルク波形が一義的に特定される。なお、図中の実線に示す各種の波形は、本実施形態に係るカム３０のプロフィールによるものであり、点線に示す波形は第１比較例、一点鎖線に示す波形は第２比較例のプロフィールによるものである。
【００２９】
プランジャ２０が下死点から上死点まで移動する回転角度の範囲は加圧範囲Ｔｃｏｍｐに相当し、プランジャ２０が上死点から下死点まで移動する回転角度の範囲は吸入範囲Ｔｓｕｃに相当する。図示されるように、第１比較例および第２比較例に係る加圧範囲Ｔｃｏｍｐは吸入範囲Ｔｓｕｃと同じであり９０度に設定されているのに対し、本実施形態に係る加圧範囲Ｔｃｏｍｐは吸入範囲Ｔｓｕｃよりも長くなるようにカムプロフィールが設定されている。
【００３０】
図４は、図３の中段の実線に示すカム速度波形Ｗの詳細を示す図であり、図示されるカム速度波形Ｗとなるようにカム３０のプロフィールは設定されている。図中の点Ｏは加圧範囲Ｔｃｏｍｐの開始点を示し、図中の点Ａは加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点つまり吸入範囲Ｔｓｕｃの開始点を示す。図中の点Ｂは吸入範囲Ｔｓｕｃの終了点つまり加圧範囲Ｔｃｏｍｐの開始点を示す。図中の点Ｐはカム速度Ｖの上昇ピーク点を示す。
【００３１】
加圧範囲Ｔｃｏｍｐの開始から上昇ピーク点Ｐの最遅角位置までの角度範囲をピーク到達範囲Ｔａｃｃと呼ぶ。図４の波形では、上昇ピーク点Ｐに達すると同時に下降を開始するので、上昇ピーク点Ｐの最遅角位置と上昇ピーク点Ｐの最進角位置（ピーク到達位置）とが一致する。上昇ピーク点Ｐにおけるカム速度をピーク速度Ｖｐｅａｋと呼び、加圧範囲Ｔｃｏｍｐのうちピーク速度Ｖｐｅａｋの９０％以上となる範囲をピーク範囲Ｔｐｅａｋと呼ぶ。上昇ピーク点Ｐより所定角度だけ遅角した回転角度から加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点Ａまでの角度範囲を加圧終末範囲Ｔａと呼び、カム速度波形Ｗのうち加圧終末範囲Ｔａの部分を加圧終末波形Ｗａと呼ぶ。上昇ピーク点Ｐから、上昇ピーク点Ｐより所定角度だけ遅角した回転角度までの角度範囲をピーク直後範囲Ｔｂと呼び、カム速度波形Ｗのうちピーク直後範囲Ｔｂの部分をピーク直後波形Ｗｂと呼ぶ。
【００３２】
本実施形態では、カム速度波形Ｗは、以下の条件１〜７を全て満たす形状である。
＜条件１＞ピーク到達範囲Ｔａｃｃが加圧範囲Ｔｃｏｍｐの半分以下である。
＜条件２＞上昇ピーク点Ｐに達したカム速度が、上昇ピーク点Ｐでの値で保持されずに下降する。
＜条件３＞加圧範囲Ｔｃｏｍｐでの上昇ピーク点Ｐの出現回数が１回である。
＜条件４＞ピーク範囲Ｔｐｅａｋが加圧範囲Ｔｃｏｍｐの３分の１以下である。
＜条件５＞カム速度Ｖを回転角度で微分したカム加速度ΔＶ（図４参照）が−０．００１ｍｍ／ｄｅｇ２以下となる部分が、ピーク直後波形Ｗｂの中に存在する。
＜条件６＞加圧終末波形Ｗａの少なくとも一部が、上昇ピーク点Ｐと加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点Ａとを結ぶ直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在する。
＜条件７＞加圧範囲Ｔｃｏｍｐが吸入範囲Ｔｓｕｃより大きい。
【００３３】
上記条件６について、詳細には、加圧終末波形Ｗａの全体が直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在する（条件６Ａ）。より詳細には、カム速度波形Ｗのうち上昇ピーク点Ｐから加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点までの角度範囲の全体、つまり加圧終末範囲Ｔａおよびピーク直後範囲Ｔｂの全体が、直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在する（条件６Ｂ）。
【００３４】
カム速度波形Ｗのうちピーク到達範囲Ｔａｃｃは、上側を凸とする向きに湾曲した形状であり、上昇ピーク点Ｐに向けて徐々にカム速度が上昇する形状である。カム速度波形Ｗのうち加圧終末範囲Ｔａおよびピーク直後範囲Ｔｂは、上側を凸とする向きに湾曲した形状であり、カム速度ゼロに向けて徐々にカム速度が低下する形状である。
【００３５】
次に、条件１を満たすことによる技術的意義について、図５〜図８を用いて説明する。
【００３６】
図５の横軸は回転角度を示し、図中の実線Ｌ１は、リフトアップするプランジャ２０からカム３０が受ける実トルク、つまり加圧範囲Ｔｃｏｍｐにおいてプランジャ２０をリフトアップさせるのに要したカムトルクの大きさを示す。この実線Ｌ１は、図３の下段の符号Ｌ１に示す第１比較例のカムトルクを詳細に表したものであり、カム速度波形Ｗにより特定される。図５においてＬ１が脈動している理由は、回転軸４０がねじれ共振によって回転変動しているからである。
【００３７】
図中の実線Ｌ２は、駆動歯車５の正方向歯面５ａから従動歯車５０の正方向歯面５０ａに付与される荷重、つまり加圧範囲Ｔｃｏｍｐにおいて駆動接触音の原因となる歯面荷重の大きさを示す。実線Ｌ１および実線Ｌ２から、カムトルクが大きいほど歯面荷重が大きくなっていることが分かる。また、カムトルクの脈動とは無関係に、歯面荷重は激しく変動していることが分かる。
【００３８】
図中の実線Ｌ３は、駆動歯車５と従動歯車５０とが噛み合う歯数の変化を示す。つまり、駆動歯車５の２つの正方向歯面５ａの各々が、従動歯車５０の２つの正方向歯面５０ａの各々に、同時に接触している２歯かみ合い状態と、１つの正方向歯面５ａ、５０ａ同士が噛み合う１歯かみ合い状態との移り変わりを示す。実線Ｌ２および実線Ｌ３から、歯面荷重が激しく変動することと噛み合い状態とは無関係であることが分かる。
【００３９】
これらの実線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から、以下のバウンド現象が生じていることに起因して歯面荷重が激しく変動していると本発明者らは推察した。すなわち、１回の加圧期間の間に、従動歯車５０の正方向歯面５０ａが駆動歯車５の正方向歯面５ａ上でバウンドして、正方向歯面５０ａ、５ａ同士が何度も衝突する現象である。そして、このバウンドに起因した衝突荷重が繰り返しのピーク値となって、歯面荷重が激しく変動していると推察され、これらのピーキーな衝突荷重を低減すれば、駆動接触音を低減できる筈である。
【００４０】
さて、この衝突荷重のピーク値を低減するためには、最大リフト量を低減させることにより、カム３０がプランジャ２０から受ける荷重（つまりプランジャ荷重）を低減させればよい。これによれば、歯面荷重が低減されて、衝突荷重のピーク値が低減し、駆動接触音が低減される。例えば、図６中の点線に示すように、点Ａ１から点Ａ２へと最大リフト量を低減させれば、歯打ち音による騒音レベルを目標値ＴＨａよりも小さくできる。但し、最大リフト量が目標値ＴＨｂよりも小さくなってしまい、カム仕事量を十分に確保できなくなる。
【００４１】
カム仕事量は、図７に示すリフト波形の面積および図８に示すカム速度波形の面積と等価である。つまり、最大リフト量を低減させれば、図７中の矢印に示すようにリフト波形のピーク値が低減し、ひいては図８中の矢印に示すようにカム速度波形が縮小し、斜線に示す面積が低下、つまりカム仕事量が低下する。したがって、単に最大リフト量を低くしてカム速度を低下させただけでは、駆動接触音を低減できるものの、カム仕事量を十分に確保できず、燃料ポンプ１の吐出能力が低下する。
【００４２】
これに対し、上述した条件１〜７を満たす本実施形態のカム３０によれば、図６の実線に示す特性にできるので、点Ｂ１に示すように最大リフト量を大きく低下させることなく騒音レベルを低減できる。つまり、最大リフト量を目標値ＴＨｂ以上にしつつ、騒音レベルを目標値ＴＨａよりも小さくできる。
【００４３】
次に、上述した条件１〜７を満たすようにカムプロフィールを設定することの技術的意義、および作用効果について説明する。
【００４４】
条件１では、ピーク到達範囲Ｔａｃｃが加圧範囲Ｔｃｏｍｐの半分以下である。これによれば、プランジャ２０のリフトアップ開始以降の加圧範囲Ｔｃｏｍｐの半分以下といった早いタイミングで、カム速度が上昇ピーク点Ｐに達することになる。一方、プランジャ荷重は、リフトアップ量が増大して加圧が進んでいくにつれて増大していく。そのため、条件１によれば、プランジャ荷重が小さい加圧初期のうちにカム速度を十分に上昇させておくことで、衝突荷重のピーク値を低減させることを、リフト波形の面積を大きく低下させること無く実現できる。つまり、カム仕事量を確保しつつ駆動接触音を低減できる。
【００４５】
条件２の技術的意義に関し、上昇ピーク点Ｐに達したカム速度が、上昇ピーク点Ｐでの値で保持されずに下降するということは、ピーク到達範囲Ｔａｃｃ後もカム仕事量を確保しつつトルクを速やかに下げるようにできるので、駆動接触音を低減することができる。したがって、条件２に反して上昇ピーク点Ｐが比較的長く保持されるカム速度波形にした場合には、駆動接触音低減にとって不利である。以上により、上昇ピーク点Ｐでの値で保持されない条件２によれば、上昇ピーク点Ｐに達してから速やかにカム速度が低下するので、駆動接触音の低減を促進できる。
【００４６】
条件３の技術的意義に関し、カム速度の上昇回数、つまりカム加速度が大きくなる回数を少なくすることは、駆動接触音低減にとって有利である。したがって、条件３に反して上昇ピーク点Ｐの出現回数が複数回である場合には、１回の加圧範囲Ｔｃｏｍｐにおいてカム速度が上昇する回数が複数回になるので、駆動接触音低減にとって不利である。以上により、上昇ピーク点Ｐの出現回数が１回である条件３によれば、カム速度の上昇回数、つまりカム加速度が大きくなる回数が最低限の回数にできるので、駆動接触音の低減を促進できる。
【００４７】
条件４の技術的意義に関し、ピーク範囲Ｔｐｅａｋが小さいということは、カム速度が上昇ピーク点Ｐにまで速やかに上昇し、かつ、上昇ピーク点Ｐから速やかに低下することを意味する。したがって、ピーク範囲Ｔｐｅａｋが小さいほど、早いタイミングでカム速度を上昇ピーク点Ｐにすることによる条件１の効果が顕著に発揮され、かつ、上昇ピーク点Ｐに達してから速やかにカム速度を低下させることによる条件２の効果が顕著に発揮される。以上により、ピーク範囲Ｔｐｅａｋが加圧範囲Ｔｃｏｍｐの３分の１以下である条件４によれば、ピーク範囲Ｔｐｅａｋが十分に小さくなるので、条件１および条件２の効果が顕著に発揮され、駆動接触音の低減を促進できる。
【００４８】
条件５の技術的意義に関し、ピーク直後波形Ｗｂにおいてカム加速度が小さいということは、カム速度が上昇ピーク点Ｐから速やかに低下する、即ち、トルクの微分値を小さくできることを意味する。ピーク直後波形Ｗｂでは、加圧終末波形Ｗａに比べてカム速度の値が大きいので、ピーク直後範囲Ｔｂでは加圧終末範囲Ｔａに比べて駆動接触音が大きくなりやすい。したがって、ピーク直後波形Ｗｂでのカム加速度を小さくすることは、ピーク直後範囲Ｔｂで駆動接触音が大きくなりやすいといった懸念を低減する上で有効である。以上により、カム加速度が−０．００１ｍｍ／ｄｅｇ２以下となる部分が、ピーク直後波形Ｗｂの中に存在する条件５によれば、ピーク直後範囲Ｔｂでのカム加速度を小さくして、ピーク直後範囲Ｔｂで駆動接触音が大きくなりやすいといった懸念を低減でき、駆動接触音の低減を促進できる。
【００４９】
条件６の技術的意義に関し、加圧終末波形Ｗａでは、ピーク直後波形Ｗｂに比べてカム速度の値が小さいので、加圧終末範囲Ｔａではピーク直後範囲Ｔｂに比べて駆動接触音の懸念が小さい。したがって、加圧終末波形Ｗａでのカム速度を大きくすることは、駆動接触音を大きく増大させることなく、カム速度波形の面積を増大させて、カム仕事量を十分に確保させる上で有効である。以上により、加圧終末波形Ｗａの少なくとも一部が、上昇ピーク点Ｐと加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点Ａとを結ぶ直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在する条件６によれば、駆動接触音を大きく増大させることなくカム仕事量を増大できる。さらに本実施形態では、加圧終末波形Ｗａの全体が直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在するといった条件６Ａを満たす。よって、駆動接触音を大きく増大させることなくカム仕事量を増大できるといった条件６による効果が、より顕著に発揮される。
【００５０】
条件７の技術的意義に関し、加圧範囲Ｔｃｏｍｐが長いほど、カム速度波形の面積を十分に確保させつつ、上昇ピーク点Ｐでのカム速度の値を低減でき、しかも、上昇ピーク点Ｐからのカム速度の低下を緩やかにできる。つまり、カム速度に加えてカム加速度も低減でき、そのため、衝突荷重のピーク値低減をより一層促進できる。以上により、加圧範囲Ｔｃｏｍｐが吸入範囲Ｔｓｕｃより大きい条件７によれば、カム仕事量を確保しつつ、カム速度およびカム加速度を低下させて衝突荷重を低減でき、駆動接触音の低減を促進できる。
【００５１】
ここで、図９の下段は、一般的な内燃機関に用いられる燃料ポンプ１に要求されるポンプ吐出量と、内燃機関の出力軸の回転速度を表したエンジン回転数との関係を示す。縦軸に示す１００％は、燃料ポンプ１の最大吐出量を意味し、５０％は、最大吐出量の半分の吐出量を意味する。図示されるように、エンジン回転数の低回転領域では、要求されるポンプ吐出量は高回転数であるほど多くなる。その一方で、高回転領域では、要求されるポンプ吐出量は高回転数であるほど少なくなる。換言すると、要求されるポンプ吐出量は、高回転数であるほど多くなる訳ではなく、ある回転数でのポンプ吐出量をピークとした値になる。
【００５２】
また、燃料ポンプ１の駆動源が内燃機関の出力であることに起因して、エンジン回転数が高回転数であるほど、カム３０の回転速度は速くなる。そのため、図９の上段に示すように、エンジン回転数が高回転領域であるか否かに拘らず、エンジン回転数が高回転数であるほど歯打ち音によるギヤ騒音は大きくなる。したがって、ギヤ騒音が顕著に大きくなる高回転領域（例えば領域Ｗ１０）において、低回転領域よりも優先してギヤ騒音の低減を図ることが望まれている。
【００５３】
そして、図９の上段と下段の両方から検討すると、ギヤ騒音を優先して低減させたい高回転の領域Ｗ１０では、ポンプ吐出量が１００％よりも少ないことが分かる。よって、ポンプ吐出量が少ないエンジン回転数の領域Ｗ１０において、１００％近傍の領域よりも優先してギヤ騒音の低減を図ることが望ましいと言える。
【００５４】
さて、先述した通り、調量弁６０の閉弁開始タイミングを制御することで、プランジャ２０による加圧開始のタイミングが制御され、ひいてはポンプ吐出量が制御される。したがって、ポンプ吐出量が少ないということは、加圧範囲Ｔｃｏｍｐのうち実際に加圧が開始されるタイミングが遅いと言うことである。
【００５５】
具体的には、図１０に示すように、ポンプ吐出量が１００％の場合には、カム３０のリフトアップ開始と同時に調量弁６０が閉弁して加圧が開始されるので、加圧範囲Ｔｃｏｍｐと実加圧範囲Ｔ１００とは一致する。つまり、図１１に示すように、カムトルクの上昇開始がリフトアップ開始と一致する。一方、ポンプ吐出量が５０％の場合には、リフトアップを開始してからカム３０が所定角度回転したタイミングで調量弁６０が閉弁して加圧が開始される。そのため、実加圧範囲Ｔ５０は加圧範囲Ｔｃｏｍｐよりも短くなり、かつ、加圧開始タイミングがリフトアップ開始時点よりも遅くなる（図１０参照）。つまり、カムトルクの上昇開始がリフトアップ開始よりも遅くなる（図１１参照）。そして、ポンプ吐出量が２０％の場合には、さらに実加圧範囲Ｔ２０が短くなり、かつ、加圧開始タイミングがさらに遅くなる。
【００５６】
これら図９〜図１１の説明を要約すると、エンジン回転数の高回転領域において、低回転領域よりも優先してギヤ騒音の低減を図ることが望まれている。そして、この高回転領域では、要求ポンプ吐出量が最大ではなく（例えば５０％以下）、その場合にはカムトルクの上昇開始タイミングが遅くなる。したがって、図４に示すカム速度波形Ｗにおいて、加圧範囲Ｔｃｏｍｐの初期ではカムトルクが上昇開始していない機会が多い。よって、加圧範囲Ｔｃｏｍｐの初期では、カム速度やカム加速度が大きくても駆動接触音が増大する機会は少ない。一方、加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点に近い回転角度であるほど、カム速度やカム加速度が大きいと駆動接触音増大を招く蓋然性が高い。
【００５７】
そして、先述した条件１のカムプロフィールによれば、加圧範囲Ｔｃｏｍｐの初期においてカム速度が迅速に上昇するので、初期におけるカム速度およびカム加速度は大きくなる。しかし、初期においてはカム速度やカム加速度が大きくても駆動接触音が増大する機会は少ないので、条件１により駆動接触音が増大する懸念は小さい。一方、条件１によれば、初期以降の駆動接触音が懸念される期間において、初期以降のカム速度低下期間が長くなるので、駆動接触音を効果的に低減できる。
【００５８】
要するに、条件１の技術的思想は、騒音低減の懸念が小さい初期においてカム速度を迅速に上昇させておき、騒音低減の懸念が大きい初期以降においてカム速度を緩やかに低下させることで、カム仕事量を確保しつつ騒音低減を図るものである。
【００５９】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図４に示すように、加圧範囲Ｔｃｏｍｐが吸入範囲Ｔｓｕｃより大きいといった条件７を満たすようにカムプロフィールが設定されている。これに対し、図１２に示す本実施形態では、上記条件７に替えて、加圧範囲Ｔｃｏｍｐが吸入範囲Ｔｓｕｃと同じ大きさであるといった条件８を満たすようにカムプロフィールが設定されている。なお、他の条件１〜６については、本実施形態においても上記第１実施形態と同様に満たしている。
【００６０】
さらに本実施形態では、カム３０を正回転させた場合に得られるカム速度波形Ｗと、カム３０を逆回転させた場合に得られるカム速度波形Ｗとが同じ形状になるように、カムプロフィールが設定されている（条件９）。具体的には、図１２に示すように、Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｓｕｃであり、かつ、加圧範囲Ｔｃｏｍｐでの波形と吸入範囲Ｔｓｕｃでの波形とが、図中の点Ａを中心に点対称になっている。
【００６１】
以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１〜６による効果が発揮される。さらに本実施形態によれば、条件８、９を満たすので、カム３０の回転軸４０への取り付け向きが特定されず、いずれの向きに取り付けても同じカム速度波形Ｗが得られる。よって、カム３０を回転軸４０へ取り付ける作業性を良好にできる。
【００６２】
（第１変形例）
本変形例では、上昇ピーク点Ｐに達したカム速度が上昇ピーク点Ｐでの値で保持されずに下降するといった条件２を満たしておらず、図１３に示すように、上昇ピーク点Ｐでのピーク速度Ｖｐｅａｋが所定角度範囲だけ保持される。この場合のピーク到達範囲Ｔａｃｃは、加圧範囲Ｔｃｏｍｐの開始から、保持されている回転角度の範囲のうち最も大きい回転角度、つまり上昇ピーク点Ｐの最遅角位置までの範囲として定義される。  なお、他の条件１および条件３〜７については、本変形例においても上記第１実施形態と同様に満たしている。したがって、本変形例によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１および条件３〜７による効果が発揮される。
【００６３】
（第２変形例）
本変形例では、加圧範囲Ｔｃｏｍｐでの上昇ピーク点Ｐの出現回数が１回であるといった条件３を満たしておらず、図１４に示すように、上昇ピーク点Ｐの出現回数が複数回（２回）である。この場合のピーク到達範囲Ｔａｃｃは、加圧範囲Ｔｃｏｍｐの開始から、最も大きい回転角度の上昇ピーク点Ｐまでの範囲として定義される。また、本変形例ではピーク速度Ｖｐｅａｋの９０％以上となる範囲が複数箇所（２箇所）に存在することとなり、この場合のピーク範囲Ｔｐｅａｋの大きさは、各々のピーク範囲Ｔｐｅａｋ１、Ｔｐｅａｋ２を合算した大きさとして定義される。
【００６４】
なお、他の条件１、２、４〜７については、本変形例においても上記第１実施形態と同様に満たしている。したがって、本変形例によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１、２、４〜７による効果が発揮される。
【００６５】
（第３変形例）
本変形例では、ピーク範囲Ｔｐｅａｋが加圧範囲Ｔｃｏｍｐの３分の１以下であるといった条件４を満たしておらず、図１５中の点線に示すように、ピーク範囲Ｔｐｅａｋが加圧範囲Ｔｃｏｍｐの３分の１以上である。図中の実線は、第１実施形態に係るカム速度波形を示しており、条件４を満たすことに起因して、加圧範囲Ｔｃｏｍｐにおいて三角形に近い形状の波形になっている。これに対し、図中の点線に示す本変形例の場合には、条件４を満たしていないことに起因して、台形に近い形状の波形になっている。
【００６６】
なお、他の条件１〜３、５〜７については、本変形例においても上記第１実施形態と同様に満たしている。したがって、本変形例によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１〜３、５〜７による効果が発揮される。
【００６７】
（第４変形例）
本変形例では、カム加速度ΔＶが−０．００１ｍｍ／ｄｅｇ２以下となる部分が、ピーク直後波形Ｗｂの中に存在するといった条件５を満たしていない。つまり、図１６中の点線に示すように、ピーク直後波形Ｗｂのいずれの部分においてもカム加速度ΔＶが−０．００１ｍｍ／ｄｅｇ２より大きくなっている。要するに、ピーク直後波形Ｗｂでは、カム速度が緩やかに低下していき、その分、加圧終末波形Ｗａではカム速度が急速に低下していくといったカム速度波形である。
【００６８】
なお、他の条件１〜４、６、７については、本変形例においても上記第１実施形態と同様に満たしている。したがって、本変形例によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１〜４、６、７による効果が発揮される。
【００６９】
（第５変形例）
本変形例では、加圧終末波形Ｗａの少なくとも一部が、上昇ピーク点Ｐと加圧範囲Ｔｃｏｍｐの終了点Ａとを結ぶ直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在するといった条件６を満たしていない。つまり、図１７中の点線に示すように、加圧終末波形Ｗａのいずれの部分においてもカム速度が直線Ｌよりも小さくなっている。
【００７０】
なお、他の条件１〜５、７については、本変形例においても上記第１実施形態と同様に満たしている。したがって、本変形例によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１〜５、７による効果が発揮される。
【００７１】
（第６変形例）
本変形例では、加圧終末範囲Ｔａおよびピーク直後範囲Ｔｂの全体が、直線Ｌよりもカム速度の大きい側に存在するといった条件６Ｂを満たしていない。つまり、図１８中の点線に示すように、ピーク直後範囲Ｔｂの一部または加圧終末範囲Ｔａの一部が、カム速度が直線Ｌよりも小さくなっている。
【００７２】
なお、他の条件１〜７については、本変形例においても上記第１実施形態と同様に満たしている。したがって、本変形例によれば、上記第１実施形態と同様にして条件１〜７による効果が発揮される。
【００７３】
（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００７４】
図１に示す実施形態では、カム３０が２つの山を有する形状であるため、カム３０が１回転するうちにプランジャ２０は２往復する。したがって、リフト波形やカム速度波形において、加圧範囲Ｔｃｏｍｐおよび吸入範囲Ｔｓｕｃの合計である１周期の回転角度は１８０度となる。これに対し、３つの山を有する形状のカム３０を採用し、１周期の回転角度が１２０度となるにしてもよい。また、カム山が１つである場合や４つ以上となる場合でも同様に適用可能である。
【００７５】
図１に示す実施形態では、内燃機関の出力をカム３０の駆動源としているが、電動モータの出力をカム３０の駆動源としてもよい。
【００７６】
上記第１実施形態では、条件１〜７の全てを満たすようにカムプロフィールが設定されているが、少なくとも条件１を満たしていれば、他の条件２〜７は満たしていなくてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…燃料ポンプ、５…駆動歯車、１０…シリンダ、１０ａ…加圧室、２０…プランジャ、３０…カム、５０…従動歯車、Ｔａｃｃ…ピーク到達範囲、Ｔｃｏｍｐ…加圧範囲。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006620628.tif 000004
【図４】
0006620628.tif 000005
【図５】
0006620628.tif 000006
【図６】
0006620628.tif 000007
【図７】
0006620628.tif 000008
【図８】
0006620628.tif 000009
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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