(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料ポンプのスリーブ内を往復摺動することにより上記スリーブとの間で燃料加圧室を形成して加圧された燃料を吐出させるプランジャと、このプランジャと当接して往復運動されるタペットと、このタペットと当接して上記タペット及び上記プランジャを往復運動させる駆動手段とを備えた高圧燃料供給装置であって、上記タペットは、上記プランジャとの当接面において、その中央部付近に凹部が形成され、上記プランジャの中心軸線と、上記タペットの凹部の中心軸線とが偏心していることを特徴とする高圧燃料供給装置。
【請求項２】
タペットの凹部の面積は、プランジャとの当接面の面積以内であることを特徴とする請求項１記載の高圧燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に筒内燃料噴射エンジンなどに用いられる高圧燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の高圧燃料供給装置を含む車両用内燃機関における燃料供給システムを示す構成図である。図において、燃料タンク１内の燃料２は、低圧ポンプ３によって燃料タンク１から送り出され、フィルタ４を通り低圧レギュレータ５によって調圧された後、高圧ポンプである高圧燃料供給装置６に供給される。燃料２は、高圧燃料供給装置６によって燃料噴射に必要な流量のみ高圧にされて図示しない内燃機関のデリバリーパイプ９内に供給される。余分な燃料２は、電磁弁１７によって低圧ダンパ１２と吸入弁１３との間にリリーフされる。
【０００３】
また、必要な燃料流量は図示しない制御ユニットが決定し、電磁弁１７の制御も行っている。このようにして供給された高圧の燃料は、デリバリーパイプ９に接続された燃料噴射弁１０から高圧の霧状となって内燃機関のシリンダ内に噴射される。フィルタ７及び高圧リリーフバルブ８はデリバリーパイプ９内が異常圧力（高圧リリーフバルブ開弁圧力）となった場合に開弁し、デリバリーパイプ９の破損を防止する。
【０００４】
高圧ポンプである高圧燃料供給装置６は、供給された燃料を濾過するフィルタ１１と、低圧燃料の脈動を吸収する低圧ダンパ１２と、吸入弁１３を通して供給された燃料を加圧して、吐出弁１４を通して高圧燃料を吐出する高圧燃料ポンプ１６とを備えている。
【０００５】
図７は、従来の高圧燃料供給装置を示す縦断面図である。図において、高圧燃料供給装置６は、ケーシング６１と、ケーシング６１内に設けられたプランジャポンプである高圧燃料ポンプ１６と、電磁弁１７と、低圧ダンパ１２とを一体に備えている。
【０００６】
高圧燃料ポンプ１６には、スリーブ１６０及びスリーブ１６０内を摺動可能に挿入されたプランジャ１６１によって囲まれた燃料加圧室１６３が形成されている。プランジャ１６１の他端は有底円筒状のタペット１６４と当接しており、タペット１６４は高圧燃料ポンプ１６を駆動させるための駆動手段としてのカム１００に当接されている。カム１００はエンジンのカムシャフト１０１と一体もしくは同軸上に設けられ、エンジンのクランクシャフトの回転に連動して、カム１００のプロフィールに従ってプランジャ１６１を往復運動させる。このプランジャ１６１の往復運動により燃料加圧室１６３の容積が変化し、加圧され高圧化された燃料が吐出弁１４から吐出する。
【０００７】
高圧燃料ポンプ１６は、ケーシング６１とスプリングガイド１６５の端面との間で、プレート１６２と吸入弁１３とスリーブ１６０とが挟持され、ボルト１８０で締結されている。プレート１６２は、低圧ダンパ１２から燃料加圧室１６３に燃料を吸入させる燃料吸入口１６２ａ、燃料加圧室１６３から燃料を吐出させる燃料吐出口１６２ｂを構成している。
【０００８】
薄板状の吸入弁１３は、燃料吸入口１６２ａに弁が形成されている。吐出弁１４は、燃料吐出口１６２ｂの上部に設けられ、ケーシング６１内に設けられた高圧燃料吐出通路６２によってデリバリーパイプ９と連通されている。また、燃料を吸入するため、燃料加圧室１６３を拡張する方向にプランジャ１６１を押し下げるスプリング１６７が、スプリングガイド１６５とスプリングホルダ１６８との間で縮設された状態で配置されている。
【０００９】
電磁弁１７は、高圧燃料供給装置６のケーシング６１内に組み込まれて内部に燃料流路１７２を有する電磁弁本体１７０と、この電磁弁本体１７０の燃料流路１７２内に設けられた弁座１７３と、電磁弁本体１７０内で弁座１７３に対して離接して燃料流路１７２を開閉するバルブ１７４と、バルブ１７４を弁座１７３に対して押圧する圧縮スプリング１７５を備えている。
【００１０】
高圧燃料ポンプ１６の吐出行程中に図示しない制御ユニットから要求された流量を吐出した時点で、電磁弁１７のソレノイドコイル１７１を励磁することによりバルブ１７４を開弁し、燃料加圧室１６３内の燃料２を低圧ダンパ１２と吸入弁１３との間の低圧側に放出することにより、燃料加圧室１６３内の圧力をデリバリーパイプ９の圧力以下まで低下させ、吐出弁１４は閉弁する。その後、電磁弁１７のバルブ１７４は、高圧燃料ポンプ１６が吸入行程に移行するまで開弁する。この電磁弁１７の開弁タイミングを制御することによりデリバリーパイプ９に吐出される燃料の量を調整できるようにしてある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高圧燃料供給装置は以下のような問題点があった。図８は、従来の高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるプランジャ１６１とタペット１６４との当接部付近を拡大した図であり、図８（ａ）は縦断面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ線における断面図、図８（ｃ）は下面図である。また図９は、タペットとカムとの当接面における面圧分布を示すグラフである。図において、縦軸は面圧（ＭＰａ）、横軸はカムシャフトの軸方向長さ、実線は高燃圧時（１５ＭＰａ）、点線は低燃圧時（７ＭＰａ）をそれぞれ示している。
【００１２】
図８に示すように、タペット１６４におけるプランジャ１６１との当接面は、全面で当接させた円形状である。この場合、タペット１６４とカム１００との当接面で発生する面圧分布は、図９に示すように、中央部が最大値となる山型形状となる。比較的低燃圧（例えば７ＭＰａ）においては、タペット１６４底部の板厚の剛性により小さな変形に留まり、比較的平坦な面圧分布になっているものの、高燃圧（例えば１５ＭＰａ）では、タペット１６４底部の変形が大きく、面圧分布が明確な山型となり、タペット１６４の中央部に磨耗が発生するという問題点があった。タペット１６４の中央部に磨耗が生じた場合、カム１００側も磨耗し、カムリフトの低下による吐出量不足で、エンジンが停止する可能性があった。
【００１３】
このような問題点を解決するために、タペット１６４底部の板厚を上げることにより変形を低減することが考えられるが、装置の重量が増すという問題点がある。
【００１４】
また、カム１００の曲率半径を大きくすることにより、カム１００におけるタペット１６４との当接部の接触面積を拡大して、タペット１６４中央部の磨耗を防ぐことも考えられるが、カム１００が大径化して、装置の大型化、重量増を招くという問題点がある。
【００１５】
さらに、プランジャ１６１の外径を縮小することによりタペット１６４を押付ける荷重の低減を図る対策も考えられるが、逆にカムリフトの増加が著しく、プランジャ移動速度が著しく増加して、プランジャ１６１が焼き付くなどの問題点が発生する。
【００１６】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、タペットとカムとの当接面における面圧分布を調整し、小型、軽量の高圧燃料供給装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高圧燃料供給装置は、高圧燃料ポンプのスリーブ内を往復摺動することによりスリーブとの間で燃料加圧室を形成して加圧された燃料を吐出させるプランジャと、このプランジャと当接して往復運動されるタペットと、このタペットと当接してタペット及びプランジャを往復運動させる駆動手段とを備えた高圧燃料供給装置であって、タペットは、プランジャとの当接面において、その中央部付近に凹部が形成され、プランジャの中心軸線と、タペットの凹部の中心軸線とが偏心しているものである。
【００１９】
また、タペットの凹部の面積は、プランジャとの当接面の面積以内である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による高圧燃料供給装置を示す縦断面図である。また図２は、図１の高圧燃料ポンプのプランジャとタペットとの当接部付近を拡大した図であり、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図、図２（ｃ）は下面図である。なおここで、この高圧燃料供給装置を含む燃料供給システムは、基本的に上記従来例と同様なものであり、詳細な説明を省略する。また、電磁弁１７の構成も基本的に上記従来例と同様であるので、詳細な説明を省略する。また、高圧燃料ポンプ１６の構成は、以下に詳述する箇所を除き基本的に上記従来例と同様である。
【００２１】
すなわち、本実施の形態では、図１及び図２に示すように、タペット１６４におけるプランジャ１６１との当接面の中央部に、円形状の凹部１６４ａが形成されている。これにより、プランジャ１６１により発生する荷重は、凹部１６４ａの外縁を介してカム１００との当接面に伝わる。従って、凹部１６４ａの直下、すなわちタペット１６４とカム１００との当接面中央部は、プランジャ１６１からの荷重を直接受けることなく、発生する面圧を低減することができる。また、凹部１６４ａ直下のカム１００と当接する面は、プランジャ１６１から受ける力よりも、カム１００からの反力によって面圧が発生するため、凹部１６４ａ直下の板厚の剛性による影響が支配的となる。従って、凹部１６４ａ直下の板厚を調整することによって、タペット１６４とカム１００との当接面中央部に発生する面圧最大値を所望の値に制御することができる。
【００２２】
図３は、上記図２におけるタペットとカムとの当接面における面圧分布を示すグラフであり、高燃圧時（１５ＭＰａ）の面圧分布を示している。図において、縦軸は面圧（ＭＰａ）、横軸はカム１００の軸方向長さ、実線は本実施の形態における高圧燃料ポンプ、一点鎖線は従来の高圧燃料ポンプ（上記図８に示すものと同様）をそれぞれ示している。
【００２３】
図３に示すように、本実施の形態によれば、上記従来例よりも、タペット１６４におけるカム１００との当接面中央部で発生する面圧が低くなっていることが分かる。従って、タペット１６４の中央部における磨耗の発生を防ぎ、タペット１６４の耐久性を向上させることができる。そして、これにより、カム１００側の磨耗も防ぐことができ、カムリフトの低下による吐出量不足は解消し、高圧燃料供給装置の大流量化が可能となる。
【００２４】
また、上記従来例のようにタペット１６４底部の板厚を上げる、カム１００の曲率半径を大きくするといった対策の必要がなく、タペット１６４の形状のみで面圧分布を調整することができるので、装置を小型、軽量化することができる。さらに、プランジャ１６１の外径を縮小するといった対策の必要もないので、プランジャ１６１の焼き付きを防ぐこともできる。
【００２５】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるプランジャとタペットとの当接部付近を拡大した図であり、図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線における断面図、図４（ｃ）下面図である。また図５は、この発明の実施の形態２による高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるタペットとカムとの当接面の面圧分布を示すグラフであり、縦軸は面圧（ＭＰａ）、横軸はカム１００の軸方向長さ、点線は本実施の形態における高圧燃料ポンプ、実線は上記実施の形態１における高圧燃料ポンプ、一点鎖線は従来の高圧燃料ポンプ（上記図９に示すものと同様）をそれぞれ示している。
【００２６】
上記実施の形態１では、プランジャ１６１の中心軸線と、タペット１６４のプランジャ１６１との当接面における凹部１６４ａの中心軸線とが同一である構成で説明したが、本実施の形態では、図４に示すように、プランジャ１６１の中心軸線と、タペット１６４の凹部１６４ａの中心軸線とが偏心している構成である。例えば、本実施の形態では、偏心量を０．５〜１．０ｍｍに設定している。
【００２７】
このような構成とすることにより、図５に示すように、タペット１６４とカム１００との当接面の面圧分布が、上記実施の形態１によるものと比べて、タペット１６４の中心軸に対して左右非対称となる。従って、カム１００の回転力によりタペット１６４が自転を行い、タペット１６４とカム１００とが当接することによる負荷が、同一箇所に発生するのを分散させることで、タペット１６４の耐久性を向上させることができる。
【００２８】
なお、上記各実施の形態における、タペット１６４の凹部１６４ａの形状、タペット１６４底部の板厚及びプランジャ１６１の中心軸線とタペット１６４の凹部１６４ａの中心軸線との偏心量の設定は、有限要素法を用いた解析により、設計・検討、試作、耐久試験といった試行錯誤により調整をする必要がなく、計画段階でほぼ妥当な面圧分布の把握が可能であり、短期間での開発が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、高圧燃料ポンプのスリーブ内を往復摺動することによりスリーブとの間で燃料加圧室を形成して加圧された燃料を吐出させるプランジャと、このプランジャと当接して往復運動されるタペットと、このタペットと当接してタペット及びプランジャを往復運動させる駆動手段とを備えた高圧燃料供給装置であって、タペットは、プランジャとの当接面において、その中央部付近に凹部が形成され、プランジャの中心軸線と、タペットの凹部の中心軸線とが偏心しているので、タペットとカムとが当接することによる負荷が、同一箇所に発生するのを分散させて、タペットの耐久性を向上させることができる効果が得られる。
【００３１】
また、請求項２記載の発明によれば、タペットの凹部の面積は、プランジャとの当接面の面積以内であるので、タペットの中央部における磨耗の発生を防ぎ、タペットの耐久性を向上させることができ、小型、軽量の高圧燃料供給装置を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による高圧燃料供給装置を示す縦断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるプランジャとタペットとの当接部付近を拡大した断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１及び従来の高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるタペットとカムとの当接面の面圧分布を示すグラフである。
【図４】  この発明の実施の形態２による高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるプランジャとタペットとの当接部付近を拡大した断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態２による高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるタペットとカムとの当接面の面圧分布を示すグラフである。
【図６】  従来の高圧燃料供給装置を含む車両用内燃機関における燃料供給システムを示す構成図である。
【図７】  従来の高圧燃料供給装置を示す縦断面図である。
【図８】  従来の高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるプランジャとタペットとの当接部付近を拡大した断面図である。
【図９】  従来の高圧燃料供給装置の高圧燃料ポンプにおけるタペットとカムとの当接面における面圧分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１  燃料タンク、２  燃料、３  低圧ポンプ、４  フィルタ、５  低圧レギュレータ、６  高圧燃料供給装置、９  デリバリーパイプ、１０  燃料噴射弁、１２低圧ダンパ、１３  吸入弁、１４  吐出弁、１４ａ  スプリング、１６  高圧燃料ポンプ、１７  電磁弁、１００  カム、１０１  クランクシャフト、１６０スリーブ、１６１  プランジャ、１６２  プレート、１６２ａ  燃料吸入口、１６２ｂ  燃料吐出口、１６３  燃料加圧室、１６４  タペット、１６４ａ  凹部、１６５  スプリングガイド、１６７  スプリング、１６８  スプリングホルダ、１７０  電磁弁本体、１７１  ソレノイドコイル、１７２  燃料流路、１７３  弁座、１７４  バルブ、１７５  圧縮スプリング、１８０  ボルト
【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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