(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトと、
前記カムシャフトとともに回転するカムと、
前記カムの外周に前記カムに対して回転可能に組付けられ前記カムシャフトの中心軸周りを公転するカムリングと、
前記カムを収容し燃料加圧室を有するハウジングと、
前記カムリングの公転に追従して往復移動することより前記燃料加圧室に吸入した燃料を加圧し圧送するプランジャとを備え、
燃料圧送による反力が作用しない領域の前記カムの外周壁に形成され前記カムと前記カムリングとの間に潤滑液を導く凹部を有し、
前記凹部は、前記カムの回転軸方向一端から前記カムの回転軸方向他端まで延びる溝であることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
【請求項２】
前記溝は、その延びる方向が前記カムの回転軸と非平行であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ポンプ。
【請求項３】
前記カムが前記カムシャフトに対して偏心配置されており、前記溝は、前記カムの前記外周壁のうち、最も前記カムシャフトの中心軸から離れている位置と最も近い位置との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射ポンプ。
【請求項４】
前記溝は、前記カムの前記外周壁のうち、前記カムシャフトの中心軸に最も近い位置から遅角側に２７０°から２９０°の領域に設けられていることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射ポンプ。
【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の燃料噴射ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムシャフトに対しカムが偏心して組み付けられ、駆動軸の回転に伴い公転するカムリングがプランジャを往復駆動し、加圧室の燃料をプランジャが加圧し圧送する燃料噴射ポンプが知られている。このような燃料噴射ポンプにおいては、カムリングがカムに対して回転するためカムリングとカムとの摺動部分での摩耗及び焼き付きを防止する必要がある。例えばカムリングとカムとの間に環状のメタルブッシュを設け、カム及びメタルブッシュの材質を変更したり、カム及びメタルブッシュのカムシャフト中心軸方向の幅を広くして面圧を下げたりする対策が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、カムリングとカムとの摺動部分での摩耗及び焼き付きの防止のためにメタルブッシュ等の材質を変更することは製造コストの増大を招く。また、面圧を下げることはカム等の部材を大型化することになるため燃料噴射ポンプの小型化の要請に反することとなる。
【０００４】
ところで、内燃機関のクランクシャフト等と摺接するメタルブッシュの内壁に溝を形成し、この溝からクランクシャフトとメタルブッシュとの間に潤滑油を導き油膜を形成することにより、クランクシャフト、メタルブッシュ等の摩耗及び焼き付きを防止する技術が知られている。しかし、１つのカムの回転で複数気筒分のプランジャを駆動する燃料噴射ポンプにおいて、カムに摺接するメタルブッシュにこの技術をそのまま流用することはできない。なぜならば、プランジャが燃料を圧送する反力がカムの外壁及びこれに摺接するメタルブッシュの内壁に作用し、メタルブッシュの内壁に溝を形成した場合、溝の縁部分におけるエッジに反力が集中するためエッジでの摩耗及び焼き付きの危険がかえって増大するからである。その上、１つのカムの回転で複数気筒分のプランジャを駆動するため、プランジャが燃料を圧送する反力が作用しない領域がメタルブッシュの内壁に存在せず、溝を形成すべき領域がメタルブッシュの内壁に存在しないからである。
【０００５】
本発明は、カムとカムリングの相対回転による摩耗を低減し焼き付きを防止する燃料噴射ポンプを提供することを目的とする。
さらに本発明は、カムとカムリングとの相対回転による焼き付きを防止し、かつ潤滑性の向上した燃料噴射ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る燃料噴射ポンプによると、燃料圧送による反力が作用しない領域のカムの外周壁に凹部が形成され、この凹部がカムとカムリングとの間に潤滑液を導く。カムは回転中心軸から輪郭までの距離がカム回転方向遅角側で長くなる領域の外周壁でカムリングの内壁を直接又は間接に押圧しカムリングを公転させる。燃料圧送による反力が作用しない領域は、回転中心軸から輪郭までの距離がカム回転方向遅角側で短くなる領域に対し、厳密には、一般にややカム回転方向遅角側に位置する。１つのカムの回転で複数気筒分のプランジャを駆動する燃料噴射ポンプにおいても、カムの外周壁には燃料圧送による反力が作用しない上記領域が存在する。このため、凹部を形成するカムの外周壁の領域を請求項１記載の領域に設定することにより、凹部の縁部分のエッジに集中する反力によるエッジでの摩耗及び焼き付きの危険の増大を防止できる。したがって、請求項１に係る燃料噴射ポンプによると、凹部でカムとカムリングとの間に潤滑液を導くことによりカムとカムリングの相対回転による摩耗を低減し焼き付きを防止することができる。
【０００７】
請求項１に係る燃料噴射ポンプのように、凹部はカムの回転軸方向一端からカムの回転軸方向他端まで延びる溝であることが望ましい。カムの周囲から溝に潤滑液が滞りなく出入りできるようにすることで潤滑液による潤滑効果を向上させるためである。
【０００８】
請求項２に係る燃料噴射ポンプのように、溝はその延びる方向がカムの回転軸と非平行であることが望ましい。溝内の潤滑液がカムの回転により強制的に流動させることで潤滑液による潤滑効果を向上させるためである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図に基づいて説明する。
本発明の第１実施例による燃料噴射ポンプを図１及び図２に示す。また、このポンプのカムシャフト２０の斜視図を図３に示す。燃料噴射ポンプ１０は、カムシャフト２０の外周に１２０°間隔でプランジャ３０が配置されている。図１は一つのプランジャ３０の軸断面を見る方向から見た燃料噴射ポンプ１０の構成を示している。
【００１０】
図１に示すように、燃料噴射ポンプ１０のポンプハウジングは、ハウジング本体１１、シリンダヘッド１２、軸受けカバー１４等から構成される。シリンダヘッド１２はプランジャ３０を往復移動自在に支持している。シリンダヘッド１２の内面と、逆止弁３５の逆止弁部材３６の端面と、プランジャ３０の端面とにより燃料加圧室５０が形成されている。
【００１１】
軸受カバー１４は、ボルト２９でハウジング本体１１に固定されており、カムシャフト２０の軸受けであるメタルブッシュ１５、１６を収容している。カムシャフト２０のもう１つの軸受けであるメタルブッシュ１７はハウジング本体１１に収容されている。軸受カバー１４とカムシャフト２０との間はオイルシール１３によりシールされている。
【００１２】
カムシャフト２０はハウジング本体１１および軸受カバー１４に収容され、メタルブッシュ１５、１６、１７に回転自在に支持されている。図２に示すようにカムシャフト２０には、カム輪郭が円形で、かつカムシャフト２０の中心軸に対し偏心するカム２１が形成されている。ハウジング本体１１及び軸受けカバー１４の内壁にはそれぞれカム２１の軸方向端面に摺接する環状の摺動プレート２３、２４が設けられている。カムシャフト２０の周囲には１２０°間隔でプランジャ３０が配置されている。カムリング１８は外側輪郭が直線と円弧曲線とからなる特殊な６角形状に形成され内側輪郭が円形に形成されている。カムリング１８の内周壁にカム２１と摺動自在に環状のメタルブッシュ１９が設けられている。メタルブッシュ１９はカムリング１８の内周壁に圧入固定され、特許請求の範囲に記載されたカムリングの一部を構成する。これらカムリング１８及びメタルブッシュ１９は、カム２１に回転可能に嵌め込まれている。プランジャ３０と対向するカムリング１８の外周面とプランジャヘッド３０ａの端面とは平面状に形成され互いに平面で接触している。カムリング１８およびプランジャ３０のそれぞれの接触面が平面状に形成されているので、カムリング１８とプランジャ３０との面圧が低下する。このようなカムシャフト２０、カム２１、メタルブッシュ１９及びカムリング１８の構成により、カムシャフト２０の回転によるカム２１の動きに従ってカムリング１８はカムシャフト２０の中心軸の周りを軌道運動、すなわち公転する。さらに、カム２１に対してカムリング１８は相対的に回転できるが、プランジャ３０に押さえつけられることでカムリング１８自体は回転せず、カム２１がカムリング１８内で回る。
【００１３】
プランジャ３０は、スプリング３１によりカムリング１８側に付勢されているため、カムリング１８の公転に追従し、燃料流入通路５１から逆止弁３５を通り燃料加圧室５０に吸入した燃料を加圧する。逆止弁３５は燃料加圧室５０から燃料流入通路５１に燃料が逆流することを防止する。
【００１４】
シリンダヘッド１２にそれぞれ配管接続用の接続部材４１が接続されている。シリンダヘッド１２および接続部材４１により燃料吐出通路５２が形成されている。燃料吐出通路５２の途中に逆止弁部材３８を有する逆止弁が構成されている。この逆止弁は燃料吐出通路５２から燃料加圧室５０に燃料が逆流することを防止する。各燃料加圧室５０で加圧された燃料は、接続部材４１から燃料配管を介し図示しないコモンレールに供給される。
【００１５】
ここでカム２１とメタルブッシュ１９との摺動について詳細に説明する。カム２１及びメタルブッシュ１９は前述したように相手部材に対して回転可能に組み付けられている。これらの部材間の潤滑性を確保するため、図１、３に示す如く、本実施例ではカム２１の外周壁に溝２２を形成している。カム２１等はハウジング本体１１の内部空間に満たされた潤滑液としての燃料に浸っている。このため、溝２２には燃料が満たされ、溝２２内の燃料がカム２１の外壁面とメタルブッシュ１９の内壁面との間に燃料膜を形成する。この燃料によりカム２１とメタルブッシュ１９の潤滑性が確保される。
【００１６】
溝２２はカム２１の回転軸方向一端からカム２１の回転軸方向他端に到るように形成し、溝２２内の燃料を流通させることが望ましい。溝２２内の燃料を流通させることは、金属粉等の異物が溝２２内に滞留することを防止し潤滑性を向上させるためである。また、溝２２はカム２１の回転軸と平行でないことが望ましい。カム２１の回転速度の変動に伴い生ずる慣性力により溝２２内の燃料を強制的に流通させることができるため、溝２２内の燃料の流通量を増大させ潤滑性を向上させることができるためである。溝２２の断面積は潤滑性を確保するために必要な大きさとすればよい。断面積をある程度大きく設定すれば溝２２は１本で足りる。また、断面積を小さく設定し溝２２を複数本形成しても良い。
【００１７】
溝２２を形成することで溝２２の縁部にはエッジが形成されるため、エッジ部分でカム２１とメタルブッシュ１９の潤滑性が低下しないように溝２２を形成する領域を設定する。すなわち、カム２１の外周壁のうち他の領域に比べてメタルブッシュ１９から受ける圧力が低い領域に溝２２を形成する。また、溝２２の縁部にＲ加工する等してエッジを目立たなくすることも有効である。図４はカム２１の外周壁におけるＡ〜Ｆの各領域についてメタルブッシュ１９から受ける圧力を説明するための図である。図５は１つのプランジャについてみたときカム２１の回転角度とプランジャの変位とカム２１がメタルブッシュ１９から受ける力との関係を示す図である。領域Ｃの真上にプランジャ３０があるとき、カム２１はカムリング１８とともにプランジャ３０を上昇させる。領域Ｂの真上にプランジャ３０があるとき、プランジャ３０はカムリング１８に追従して下降する。領域Ｄの真上にプランジャ３０があるとき、燃料加圧室５０内の燃料圧力によって、プランジャ３０が領域Ａの真上にあるときよりメタルブッシュ１９から高い圧力を受ける。プランジャ３０が領域Ａの真上にあるとき、メタルブッシュ１９からカム２１に作用する燃料圧送による反力は実質的に生じない。領域Ｄが領域Ｃよりカム２１の回転方向の遅角側にあり、領域Ａが領域Ｂよりカム２１の回転方向の遅角側にあるのはプランジャ３０の上昇行程の初期段階では逆止弁３５の閉弁遅れ等により燃料が圧送されず、また、プランジャ３０の下降行程の初期段階では燃料加圧室５０内の燃料圧力が十分に低下していないからである。
【００１８】
特許請求の範囲でいう「燃料圧送による反力が作用しない領域」とは、本実施例では領域Ａに相当する。尚、領域Ａにおいてカム２１がメタルブッシュ１９から受ける圧力は均一ではないため、領域Ｇの中央付近に溝２２を形成することが望ましい。より具体的には、領域Ｃの最進角位置（図４のＨ）を基準として遅角側に２７０°から２９０°程度の領域に溝２２をカム２１の中心軸に対して傾斜させて形成することが望ましい。
【００１９】
次に、燃料噴射ポンプ１０の作動について説明する。
カムシャフト２０の回転に伴いカム２１が回転し、カム２１の回転に伴いカムリング１８が公転する。このカムリング１８の公転に追従しプランジャ３０が往復移動する。カムリング１８の公転に伴い上死点にあるプランジャ３０が下降すると、図示しないフィードポンプからの吐出燃料が図示しない調量弁によって調整され、その調整された燃料が燃料流入通路５１から逆止弁３５を経て燃料加圧室５０に流入する。下死点に達したプランジャ３０が再び上死点に向けて上昇すると逆止弁３５が閉じ、燃料加圧室５０の燃料圧力が上昇する。燃料加圧室５０の燃料圧力が逆止弁部材３８の下流側の燃料圧力よりも上昇するとプランジャ３０ごとに設けられた各逆止弁部材３８が交互に開弁する。接続部材４１から燃料配管を通りコモンレールに供給された燃料はコモンレールで畜圧され一定圧に保持される。そして、コモンレールから図示しないインジェクタに高圧燃料が供給される。
【００２０】
カム２１に形成されている溝２２をカム２１の回転軸方向一端からカム２１の回転軸方向他端まで形成し溝２２をカム２１の回転軸方向両端で開口させることにより、カム２１の回転軸方向の端部から溝２２に燃料を流入させることができる。溝２２内の燃料はメタルブッシュ１９の内壁面とカム２１の外壁面の間に漏れだし、メタルブッシュ１９の内壁面とカム２１の外壁面の間に燃料膜が形成される。燃料は潤滑液として機能するため、メタルブッシュ１９とカム２１との潤滑性が向上する。これにより、カム２１とカムリング１８の相対回転によるメタルブッシュ１９及びカム２１の摩耗を低減し焼き付きが防止される。
【００２１】
また、溝２２をカム２１の回転軸方向両端で開口させることにより、溝２２内に十分な燃料を満たすことができ、さらにその燃料を入れ替えることができるためメタルブッシュ１９とカムリング１８の摩擦により溝２２内にスラッジが堆積することがなく、メタルブッシュ１９とカムリング１８の摩擦により生ずるスラッジをメタルブッシュ１９とカムリング１８の間から排出することができる。
【００２２】
さらに、溝２２をカム２１の回転軸と平行にならないように形成することにより、カム２１の回転速度の変動による慣性力で溝２２内の燃料を強制的に流動させることができる。これにより、燃料による潤滑効果をさらに向上させることができる。
【００２３】
尚、カムシャフト２０の外周壁に溝を形成することによりカムシャフト２０の外周壁面とメタルブッシュ１５、１６、１７の内周壁面との間に燃料を供給し、カムシャフト２０の外周壁面とメタルブッシュ１５、１６、１７の内周壁面との間に燃料膜を形成する構成を採用しても良い。これにより、カムシャフト２０とメタルブッシュ１５、１６、１７との潤滑性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による燃料噴射ポンプを示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例による燃料噴射ポンプを示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるカムシャフトの斜視図である。
【図４】本発明の一実施例によるカム及びカムシャフトを示す平面図である。
【図５】本発明の一実施例によるカムの回転角度とプランジャの変位との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    燃料噴射ポンプ
１１    ハウジング本体（ハウジング）
１２    シリンダヘッド（ハウジング）
１４    軸受カバー（ハウジング）
１８    カムリング
１９    メタルブッシュ（カムリング）
２０    カムシャフト
２１    カム
２２    溝
３０    プランジャ
３１    スプリング
５０    燃料加圧室
５１    燃料流入通路
５２    燃料吐出通路
【図１】
0003852756.tif 000002
【図２】
0003852756.tif 000003
【図３】
0003852756.tif 000004
【図４】
0003852756.tif 000005
【図５】
0003852756.tif 000006