(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムの作用によるプランジャーのリフト運動によって燃料を圧送する内燃機関用燃料ポンプにおいて、内燃機関の一回転当たりの前記プランジャーのリフト運動の回数を変化させる手段を有していて、該手段はカムシャフトの一回転当たりの前記プランジャーのリフト運動の回数を複数通りの組合せで変化させる手段を含んでいることを特徴とする内燃機関用燃料ポンプ。
【請求項２】
内燃機関の一回転当たりのプランジャーのリフト運動の回数を変化させる前記手段が、前記ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じて前記リフト運動の回数を変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料ポンプ。
【請求項３】
内燃機関の一回転当たりのプランジャーのリフト運動の回数を変化させる前記手段が、カムシャフトの軸方向に沿って突起部の数が変化するカムと、該カムを前記カムシャフトの軸方向に沿って移動する手段とを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用燃料ポンプ。
【請求項４】
カムをカムシャフトの軸方向に沿って移動する前記手段が前記ポンプの吐出側配管内の燃料圧力を利用して駆動されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用燃料ポンプ。
【請求項５】
カムの作用によるプランジャーのリフト運動によって燃料を圧送する内燃機関用燃料ポンプにおいて、内燃機関の一回転当たりの前記プランジャーのリフト運動の回数を変化させる手段を有していて、該手段は内燃機関の回転をその回転数を変速してカムシャフトに伝達する変速機構であって、該変速機構は前記ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じて変速比を変化させるように該燃料圧力を直接利用して駆動されることを特徴とする内燃機関用燃料ポンプ。
【請求項６】
前記変速機構が、駆動側プーリーと、カムシャフトに取付けられた被動側プーリーと、前記駆動側プーリーと前記被動側プーリーとの間で回転を伝達するように掛けられた変速ベルトと、該変速ベルトを移動するベルト変動手段とを有していて、前記駆動側プーリーと前記被動側プーリーとは切頭円錐形状を有すると共に断面直径の大きい側同士が互いに反対向きになるように配置され、前記ベルト変動手段は前記ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じて前記変速ベルトを前記カムシャフトの軸方向に沿って移動して変速比を変化させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用燃料ポンプは、筒内直接噴射式内燃機関において高圧燃料供給システムとして広く使用されている。このような燃料ポンプにおいては一般に、カムの作用によって生ずるポンプのシリンダ内におけるプランジャーのリフト運動により燃料が圧送される。
【０００３】
図７に、従来技術による内燃機関用燃料ポンプの一例の略示断面図を示す。この燃料ポンプ１００においては、燃料は吸入口１０７から導入され、ポンプ中央のシリンダ１０６内に形成されるチャンバ１０１内でプランジャー１０２のリフト運動により圧縮されて吐出口１０８から吐出される。即ち、シリンダ１０６内に挿入されているプランジャー１０２はその底部にタペット１０９が取付けられると共に、通常はばねによってカム１０３側へ付勢されている。内燃機関（エンジン）の始動に伴って、燃料がシリンダ１０６内のチャンバ１０１へ導入され、燃料導入弁としての電磁弁１０５が閉じられる。内燃機関の回転、即ちクランクシャフトの回転がベルト等の動力伝達機構によりカムシャフト１０４に伝達されてカム１０３がタペット１０９に接触した状態で回転駆動される。カム１０３は、円形に１〜３個の突出した部分、即ち突起部が付加されたような一定の断面形状（カムプロフィール）を有するような形状に構成されている。従って、カム１０３のこの突起部が上記タペット１０９に接触して押上げることによってプランジャー１０２のリフト運動が生じ、上記チャンバ１０１の容積が減少されて燃料の圧縮及び吐出が行われる。更にカム１０３が回転し、タペット１０９からカム１０３の突起部が外れるに従ってプランジャー１０２がばねの作用によりカム１０３側へ戻され、チャンバ１０１の容積が増加する。この際、上記燃料導入弁１０５が開かれ、新たな燃料がチャンバ１０１内に導入される。
【０００４】
このような行程が繰り返されることにより燃料の圧送が行われるのであるが、従来の内燃機関用燃料ポンプでは、以下のような理由により、特に機関始動時のような機関の低回転時においては内燃機関の必要とする燃圧（噴射圧）を得るのに十分な吐出量が確保できない場合が多かった。
【０００５】
即ち、プランジャーのリフト運動のリフト量は一定であり、且つプランジャーのリフト運動の頻度、即ち、時間当りのストローク数は機関の回転数で決定されるため、機関始動時のような低回転時には、時間当りの燃料吐出量が低下する。又、機関始動時のような低回転時には、プランジャーの圧縮行程の時間が長いのでプランジャーとシリンダとの間隙からの漏洩が多くなり、１ストローク当りの実際の燃料吐出量が低下する。更に、冷間始動時は通常運転時に比べ、要求噴射量が２〜４倍であり、より多くの燃料吐出量を必要とする。
【０００６】
この結果、機関始動時に良好な燃料噴霧を得ることが出来ず、始動性が悪いという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、機関始動時のような低回転時において燃料吐出量を増やして必要な燃圧（噴射圧）を得ることを可能とし、始動性を向上させる吐出量可変の内燃機関用燃料ポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関用燃料ポンプを提供する。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の一回転当たりのプランジャーのリフト運動の回数を変化させることが可能となるので、内燃機関の一回転当たりの吐出量を変化させ、機関回転数のみに決定されない、必要に応じたポンプの燃料吐出量制御が可能となる。従って、機関始動時のような低回転時においても燃料吐出量を増やして必要な燃圧（噴射圧）を得ることが可能となり、始動性を向上させることが出来る。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じて内燃機関の一回転当たりのプランジャーのリフト運動の回数を変化させ、ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じたポンプの燃料吐出量制御を行うことが可能となる。従って、機関始動時のような吐出側配管内の燃料圧力が低い状態では従来に比べて燃料吐出量が増加されて始動性が向上されると共に、通常運転時のような吐出側配管内の燃料圧力が十分に高い状態では必要以上の燃料の吐出が抑制される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、カムシャフトの軸方向に沿って突起部の数が変化するカムをカムシャフトの軸方向に沿って移動することによって内燃機関の一回転当たりのプランジャーのリフト運動の回数を変化させてポンプの燃料吐出量制御を行い、請求項１に記載の発明による作用及び効果、又は請求項２に記載の発明による作用及び効果と同様の作用及び効果が得られる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば更に、センサーやアクチュエーター等を使用せずにポンプの吐出側配管内の燃料圧力を直接利用してポンプの燃料吐出量制御を行うことが可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関の回転をその回転数を変速してカムシャフトに伝達し、ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じてこの変速比を変化させることによって内燃機関の一回転当たりのプランジャーのリフト運動の回数を変化させてポンプの燃料吐出量制御を行い、請求項２に記載の発明による作用及び効果と同様の作用及び効果が得られる。更に、センサーやアクチュエーター等を使用せずにポンプの吐出側配管内の燃料圧力を直接利用してポンプの燃料吐出量制御を行うことが可能となる。
又、請求項６に記載の発明によっても、請求項５に記載の発明による作用及び効果と同様の作用及び効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
【００１８】
図１は本発明に係る吐出量可変の内燃機関用燃料ポンプの第一実施形態の燃料ポンプ２００の略示断面図である。本実施形態の燃料ポンプ２００においても、カムの作用によるプランジャーのリフト運動によって燃料を圧送するという基本的原理は、図７に示された従来の燃料ポンプ１００と同様である。従って、本実施形態の燃料ポンプ２００も従来の燃料ポンプ１００と同様の基本構成を有する。つまり、本実施形態の燃料ポンプ２００は、カムシャフト２０４に取付けられたカム２０３と、上記カム２０３が係合するタペット２０９を一端部に有するプランジャー１０２と、内部にプランジャー１０２を受容すると共にチャンバ１０１を形成するシリンダ１０６と、チャンバ１０１に連通する吸入口１０７及び吐出口１０８と、吸入口１０７とチャンバ１０１とを繋ぐ経路の途中に配設された燃料導入弁としての電磁弁１０５とを有して構成される。又、プランジャー１０２及びそれに取付けられたタペット２０９はばね（図示無し）によりカム２０３側へ付勢されており、カム２０３はカムシャフト２０４に機関の回転、即ちクランクシャフトの回転が伝達されることにより回転駆動される。
【００１９】
本実施形態においても、従来の燃料ポンプ１００と同様に、カム２０３が回転することにより上記タペット２０９を上昇させ、プランジャー１０２をシリンダ１０６内でリフト運動させて燃料の圧送が行われるのであるが、本実施形態においては、従来の燃料ポンプ１００のカム１０３がそのカムシャフト１０４の軸方向に沿って同一の（即ち一定の）カムプロフィール（断面形状）を有するのとは対照的に、カム２０３はそのカムシャフト２０４の軸方向に沿って変化するカムプロフィールを有している。より詳細には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにカムの突起部の高さ（寸法）が変化しているカムプロフィールを有している。
【００２０】
このようなカムの形状とすることにより、カム２０３をそのカムシャフト２０４の軸方向に沿って移動することによってプランジャー１０２のリフト量を変化させることが可能になり、従って燃料の吐出量を変化させることが出来る。つまり、突起部の高さの高い部分がタペット２０９に係合するように移動すればリフト量が大きくなって吐出量が増加し、逆に突起部の高さの低い部分がタペット２０９に係合するように移動すればリフト量が小さくなって吐出量が減少する。図１に示した配置構成では、カム２０３が右側に移動すれば吐出量が増加し、左側に移動すれば吐出量が減少する。尚、本実施形態においてタペット２０９のカム２０３との係合部分は、カム２０３のカムシャフト２０４の軸方向に沿った移動を妨げることなく、回転するカム表面に追従する構成とされる。
【００２１】
本実施形態は更に、図１に略図で示したように燃料ポンプ２００の吐出側配管２０６内の燃料圧力に応じてカム２０３をそのカムシャフト２０４の軸方向に沿って移動する手段２１５を備えている。この手段２１５は、可動壁２０２を有する箱状であって、箱の内部空間は燃料ポンプの吐出側配管２０６と連通している。又、可動壁２０２はカムシャフト２０４が回転可能に取付けられると共に、ばね２０５によって上記箱の内部空間の容積を縮小する方向へ付勢されている。図１に示したような配置構成においては、燃料ポンプ２００の吐出側配管２０６内の燃料圧力が上昇すると可動壁２０２が燃料圧力とばね力のバランスにより図１で左側に移動され、その結果、カム２０３も左側に移動される。逆に、燃料ポンプ２００の吐出側配管２０６内の燃料圧力が下降すれば、可動壁２０２は燃料圧力とばね力のバランスにより図１で右側に移動され、カム２０３も右側に移動される。
【００２２】
以上の説明から明らかなように、図１に示した本発明の第一実施形態の燃料ポンプ２００においては、燃料ポンプ２００の吐出側配管２０６内燃料圧力が低い場合にはカム２０３が右側に移動して燃料の吐出量が増し、燃料ポンプ２００の吐出側配管２０６内燃料圧力が高い場合にはカム２０３が左側に移動して燃料の吐出量が減少する。つまり、上記のような構成とすることで、センサーやアクチュエーター等を使用せずに単純な構造を付加するだけで燃料圧力に応じた燃料吐出量制御が可能となる。
【００２３】
上記のような構成により、機関始動時のような燃料の圧力が低い状態ではカム２０３が図１で右側に移動してプランジャー１０２のリフト量が増加し、燃料の吐出量が増加される。一方、通常運転時のような燃料の圧力が十分高い状態においては、カム２０３が図１で左側に移動してプランジャー１０２のリフト量が減少し、必要以上の燃料を吐出しなくなる。
【００２４】
次に本発明の第二実施形態の内燃機関用燃料ポンプについて説明する。本実施形態の燃料ポンプは、その全体構成においては図１に示された第一実施形態の燃料ポンプ２００と同じであるが、カムの形状が異なっている。具体的には、本実施形態のカム２１０は、そのカムシャフト２０４の軸方向に沿って、図３（ａ）〜（ｃ）に示すようにカムの突起部の数が変化しているカムプロフィールを有している。
【００２５】
このようなカムの形状とすることにより、カム２１０をそのカムシャフト２０４の軸方向に沿って移動することによって、カムシャフト２０４の一回転当たりのプランジャー１０２のリフト運動の回数を変化させることが可能になり、従って燃料の吐出量を変化させることが出来る。つまり、突起部の数の多い部分がタペット２０９に係合するように移動すればリフト回数が多くなって吐出量が増加し、逆に突起部の数が少ない部分がタペット２０９に係合するように移動すればリフト回数が少なくなって吐出量が減少する。図３（ａ）に示した配置構成では、カム２１０が右側に移動すれば吐出量が増加し、左側に移動すれば吐出量が減少する。ここで、カムシャフト２０４はクランクシャフトの回転、即ち機関の回転が一定の変速比で伝達されて回転駆動されているので、カムシャフト２０４の一回転当たりのプランジャー１０２のリフト運動の回数を変化させるということは、内燃機関の一回転当たりのプランジャー１０２のリフト運動の回数を変化させると言い換えることが出来る。
【００２６】
本実施形態においても、図１に示され、第一実施形態に関連して説明された、燃料ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じてカム２１０をそのカムシャフト２０４の軸方向に沿って移動する手段が設けられているので、カム２１０を適切な向きでカムシャフト２０４に取付けることにより、第一実施形態と同様な燃料ポンプの吐出側配管内燃料圧力に応じた吐出量制御が可能となる。即ち、図１に示された燃料ポンプにおいて、カム２０３がカム２１０と、カム２１０が図３（ａ）に示された向きとなるようにして置き換えられた場合には、機関始動時のような燃料の圧力が低い状態ではカム２１０が図１で右側に移動してプランジャー１０２のリフト回数が増加し、燃料の吐出量が増加される。一方、通常運転時のような燃料の圧力が十分高い状態においては、カム２１０が図１で左側に移動してプランジャー１０２のリフト回数が減少し、必要以上の燃料を吐出しなくなる。
【００２７】
本実施形態においては、図３（ｂ）に示したような突起部が３つのカムプロフィールの部分と図３（ｃ）に示したような突起部が２つのカムプロフィールの部分との二つの部分を有するカム２１０を用いて説明したが、カムプロフィールの有する突起部の数は自由に選択することが可能であり、又、異なる突起部を有する部分の数も自由に選択することが可能である。図４（ａ）〜（ｄ）は本実施形態の一つ変形例のカム２２０を示したものであり、このカム２２０の場合には、突起部の数が夫々３つ、２つ、１つであるカムプロフィールを有する３つの部分を含んでいる。尚、突起部の数が４つ以上となるカムプロフィールを有する部分がある場合には、突起部が４つ以上あるとカムが常にタペットに一点接触した状態を保って回転することが出来ないので、図５に示すようにカム２３０とタペット２３５の間にもう１つ別の円形カム２４０を設置する必要が生ずる。
【００２８】
次に本発明の第三実施形態の内燃機関用燃料ポンプ７００について説明する。
【００２９】
本実施形態の燃料ポンプ７００の構成は、内燃機関の回転、即ちクランクシャフト７０５の回転をカムシャフト７０１に伝達する手段を除いて従来の燃料ポンプとほぼ同じである。上述したように従来技術による燃料ポンプでは一般に、クランクシャフトの回転はベルト等によりカムシャフトに伝達されるのであるが、この際、クランクシャフト回転数とカムシャフト回転数の間の変速比は一定である。このため、燃料ポンプのプランジャーのリフト運動の頻度はクランクシャフト回転数、即ち機関回転数のみによって決定され、燃料吐出量も同様に機関回転数のみによって決定される。一方、本実施形態においては、クランクシャフト７０５の回転のカムシャフト７０１への伝達の過程において変速機構７０２が設けられており、クランクシャフト回転数とカムシャフト回転数の間の変速比を変化させることが出来る。
【００３０】
本実施形態の変速機構７０２は、クランクシャフト７０５に取付けられた駆動側プーリー７０７と、カムシャフト７０１に取付けられた被動側プーリー７０９と、これら二つのプーリー間で回転を伝達するように掛けられた変速ベルト７０４と、この変速ベルト７０４をカムシャフト７０１の軸方向に沿って移動するベルト変動手段７１５とを有している。本実施形態においては、上記ベルト変動手段７１５は、吐出側配管７０６内の燃料圧力に応じて変速ベルト７０４をカムシャフト７０１の軸方向に沿って移動する。
【００３１】
駆動側プーリー７０７と被動側プーリー７０９はどちらも断面直径が回転軸に沿って徐々に大きくなる、あるいは小さくなる形状、即ち切頭円錐形状を有しており、図６に示したように直径の大きい側同士、あるいは小さい側同士が互いに反対向きになるように取付けられる。変速ベルト７０４は両プーリー７０７、７０９の斜めの側面に掛けられる。
【００３２】
このような構成とすることにより、変速ベルト７０４をカムシャフト７０１の軸方向に沿って移動することによって、内燃機関、即ちクランクシャフトの一回転当たりのカムシャフト７０１の回転数、即ちカム７１１の回転数を変化させることが可能となり、プランジャー１０２のリフト回数を変化させて燃料の吐出量を変化させることが出来る。即ち、図６に示した配置構成では、変速ベルト７０４が図６中で右側に移動すると、駆動側プーリー７０７の直径が大きい部分と被動側プーリー７０９の直径が小さい部分とが変速ベルト７０４で繋がれるので、変速比はカムシャフト７０１が高回転となるように変化し、その結果プランジャー１０２のリフト回数が増加し、燃料吐出量が増加する。一方、変速ベルト７０４が図６中で左側に移動すると、駆動側プーリー７０７の直径が小さい部分と被動側プーリー７０９の直径が大きい部分とが変速ベルト７０４で繋がれるので、変速比はカムシャフト７０１が低回転となるように変化し、その結果プランジャー１０２のリフト回数が減少し、燃料吐出量が減少する。
【００３３】
上述したように本実施形態においては更に、変速ベルト７０４を吐出側配管７０６内の燃料圧力に応じてカムシャフト７０１の軸方向に沿って移動するベルト変動手段７１５を有しているので、上述の吐出量制御は吐出側配管７０６内の燃料圧力に応じて行われる。本実施形態のベルト変動手段７１５は、基本的な構成は本発明の第一実施形態及び第二実施形態に関連して説明した燃料ポンプの吐出側配管内の燃料圧力に応じてカムをそのカムシャフトの軸方向に沿って移動する手段２１５と同様であるが、可動壁７０３にはカムシャフトの代わりに変速ベルト７０４へ可動壁７０３の変位を伝達する伝達手段７１２が取付けられている。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、図６に示した本発明の第三実施形態の燃料ポンプ７００においては、燃料ポンプ７００の吐出側配管７０６内燃料圧力が低い場合には変速ベルト７０４が図６中で右側に移動して燃料の吐出量が増し、燃料ポンプ７００の吐出側配管７０６内燃料圧力が高い場合には変速ベルト７０４が図６中で左側に移動して燃料の吐出量が減少する。
【００３５】
このような構成とすることで、機関始動時のような燃料の圧力が低い状態では、燃料の吐出量が増加される一方、通常運転時のような燃料の圧力が十分高い状態においては、必要以上の燃料を吐出しなくなる。
【００３６】
尚、上記説明から明らかなように、本実施形態において、駆動側プーリー７０７と被動側プーリー７０９の取付けの向きは、ベルト変動手段７１５の燃料ポンプ吐出側配管内燃料圧力変化に対する移動方向を考慮して決定される。
【００３７】
又、上記各実施形態で説明されたようなプランジャーのリフト量を変化させる手段及びリフト回数を変化させる手段を好適に組み合わせて燃料吐出量制御を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態の内燃機関用燃料ポンプの構成を示す略示断面図である。
【図２】図２は、図１の内燃機関用燃料ポンプのカム部分の拡大図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中の断面線Ｂ−Ｂに沿った断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）中の断面線Ｃ−Ｃに沿った断面図を夫々示す。
【図３】図３は、本発明の第二実施形態の内燃機関用燃料ポンプのカム部分の拡大図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の断面線Ｂ−Ｂに沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）中の断面線Ｃ−Ｃに沿った断面図を夫々示す。
【図４】図４は、本発明の第二実施形態の内燃機関用燃料ポンプのカム部分の変形例の拡大図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中の断面線Ｂ−Ｂに沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）中の断面線Ｃ−Ｃに沿った断面図、図４（ｄ）は図４（ａ）中の断面線Ｄ−Ｄに沿った断面図を夫々示す。
【図５】図５は、本発明の第二実施形態の内燃機関用燃料ポンプのカム部分の他の変形例の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第三実施形態の内燃機関用燃料ポンプの構成を示す略示断面図である。
【図７】図７は、従来技術による内燃機関用燃料ポンプの構成を示す略示断面図である。
【符号の説明】
１０１…チャンバ
１０２…プランジャー
１０５…電磁弁
１０６…シリンダ
１０７…吸入口
１０８…吐出口
２００、７００…内燃機関用燃料ポンプ
２０２、７０３…可動壁
２０３、２１０、２２０、２３０、７１１…カム
２０４、７０１…カムシャフト
２０５…ばね
２０６、７０６…吐出側配管
２０９…タペット
２１５…移動手段
７０２…変速機構
７０４…変速ベルト
７０７…駆動側プーリー
７０９…被動側プーリー
７１５…ベルト変動手段
【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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