CN101371032A - 内燃发动机的燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

提供一种燃料喷射系统，能够高效地对于内燃发动机的燃料喷射部供给高压燃料，且通过简化机械的结构而使设计及制造简单，修理、更换安装拆卸时等的维护性良好。在内燃发动机的燃料喷射系统中，具备：可在具备凸轮的内燃发动机上安装拆卸、利用随着凸轮的旋转往复运动的柱塞将燃料高压化并压送的盒式泵；储存从盒式泵压送的高压燃料且对于多个燃料喷射部供给高压燃料的共轨；调整共轨内的压力的压力调整部；及控制压力调整部使共轨内的压力值还原的压力控制机构。

Description

内燃发动机的燃料喷射系统

技术领域

本发明涉及内燃发动机的燃料喷射系统，主要是涉及用于农用机械或建筑机械等的产业用发动机的内燃发动机的燃料喷射系统。

背景技术

以往，在搭载在农用机械或建筑机械等上的产业用发动机中，作为从柴油发动机的燃料喷射部喷射燃料的燃料喷射系统，使用了具有盒式泵和燃料喷射喷嘴的燃料喷射系统。该燃料喷射系统利用安装在发动机上的盒式泵压送高压化后的燃料，且从燃料喷射喷嘴将所压送的燃料喷射至柴油发动机的气缸内。

在这样的燃料喷射系统中，燃料喷射喷嘴使用在燃料的压力超过既定值时开放、而在低于既定值时关闭的单向阀构造的阀，主要在盒式泵侧控制燃料的喷射量及喷射时序。

作为这样的盒式泵，如图12所示，是在具备凸轮的柴油发动机上可安装拆卸的泵300，该泵具备：保持在壳体301内的圆筒状的柱塞套303；可自由往复运动地配置在柱塞套303内而用于根据凸轮的旋转将燃料加压的柱塞305；向着与将燃料加压的方向的相反的方向对柱塞305施力的弹簧307；以及用于将利用柱塞305加压后的燃料排出的排出阀309(例如，参照专利文献1及2)。

该盒式泵在柱塞下降的状态下经由设置在壳体上的燃料通路而将燃料送入燃料加压室，且柱塞伴随着发动机所具备的凸轮的旋转而上升，关闭吸入口而使燃料加压室内的燃料高压化。并且，在燃料超过既定压力时，燃料经由排出阀被压送至对应的燃料喷射喷嘴。

在这样的盒式泵中，使用由设置在柱塞上的沿相对于轴方向倾斜的方向形成的槽构成的导通路、以及用于使该柱塞以轴为中心旋转的齿条机构来进行压送的燃料的流量控制。详细地说，由于在柱塞上设置有导通路，因此在柱塞上升至既定位置时燃料加压室和燃料通路连通，燃料加压室内的燃料经由导通路溢出至燃料通路侧，限制所压送的燃料的流量。并且，由于导通路沿相对于柱塞的轴方向倾斜的方向设置，因此利用柱塞的旋转位置来限制燃料加压室内的燃料返回的时刻下的燃料加压室内的容量，将排出的燃料的流量控制为所期望的值。这样的柱塞的旋转位置，是通过由与发动机连接的调节机构等控制齿条机构来决定的。

并且，在这样的盒式泵中，燃料的喷射时序的控制是通过例如设置定时器、使凸轮轴具有前置角而实现柱塞的上升时序的调整来进行的。

这样，以往的产业用发动机中的燃料喷射系统是利用泵的机械的结构来控制燃料的喷射量及喷射时序的，与用于汽车或大型车用的其他的燃料喷射系统相比，成为小型且机械的结构。

另一方面，作为用于汽车或大型车用的发动机的燃料喷射系统，提出了各种使用了储压器(共轨)的储压式燃料喷射系统(下面，有时称为共轨系统)。该储压式燃料喷射系统如图13所示，具备泵本体411、进料泵407、调量阀419，且具备：在泵410自身上具备凸轮415的燃料供给用泵410；将从泵410压送的高压燃料储存且对于多个喷射器进行压送的储压器420；以及对于内燃发动机的气缸喷射所压送的燃料的喷射器(未图示)。

在这样的储压式燃料喷射系统400中，通过电磁地控制燃料供给用泵410的调量阀或喷射器的开阀程度来进行燃料的喷射量控制。并且，通过电磁地控制开放喷射器的喷射孔的时序来进行燃料的喷射时序的控制。

这样的储压式燃料喷射系统能够将燃料的压力进一步高压化，且能够精密地控制燃料的喷射量及喷射时序，因此能够容易地实现发动机的运转状态的控制及所排出的排气的清洁化。

【专利文献1】特公平7-117017号公报(图6)

【专利文献2】特开平11-343944号公报(图1)

但是，专利文献1中所记载的使用盒式泵的燃料喷射系统是利用盒式泵的机械的结构来进行喷射量及喷射时序的控制的，为了更高精度地进行控制，各个部件的构造需要复杂化，另一方面，要求泵或凸轮的高精度的设计。

并且，为了适应与近年来的排气限制的高度化对应的燃料的更加高压化的要求，需要增大柱塞的直径或冲程量，或改良发动机侧的凸轮峰部的形状。并且，以往的盒式泵需要提供防止由高压燃料溢出造成的磨损或损伤的对策，为了适应进一步的高压化，需要使部件的构造进一步复杂化。另一方面，在使这些部件的结构复杂化时，有时强度降低且耐久性降低，或燃料的高压化达到极限。

另一方面，如图13所示的储压式燃料喷射系统是可借助调量阀419或喷射器等进行更精密的喷射时序及喷射量的控制的系统，是所使用的泵是具备进料泵407、泵本体411、调量阀419等的比较大型的泵。由此，在产业用发动机的领域中，与盒式泵相比，存在搭载时的布局设计困难，修理或更换安装拆卸等的维护费事，因此难以采用的问题。

并且，在图13所示的储压式燃料喷射系统的情况下，泵410独自地具备凸轮415，作为布满在柱塞和柱塞套的滑动面、或凸轮和挺杆等的滑动面上的润滑油，需要使发动机燃料循环或另外投入润滑油。由此，在使用发动机燃料时，该发动机燃料需要高的润滑性及清洁度，在燃料的润滑性及清洁度不满足所期望的标准时，存在泵的耐久可靠性降低的可能。另一方面，在另外投入润滑油时，在发动机燃料和发动机油之外，还需要润滑油的管理，所以不适用于期望以尽量简单的结构实现高度耐久性的产业用发动机的领域中。

发明内容

因此，本发明的发明者们锐意讨论的结果是，认为通过下述方式能够解决这样的问题，即在包含主要用于产业用发动机的盒式泵的燃料喷射系统中采用储压式燃料喷射系统，且具备调整共轨内的压力的压力调整部。

即，本发明的目的在于提供一种燃料喷射系统，能够省略盒式泵的机械的结构，设计及制造简单且耐久性良好，并且修理、更换安装拆卸时等的维护性良好，能够对内燃发动机的燃料喷射部稳定地供给既定的高压燃料。

根据本发明，提供一种内燃发动机的燃料喷射系统，从而解决上述的问题，其特征在于，具备：可在具备凸轮的内燃发动机上安装拆卸、利用随着凸轮的旋转而往复运动的柱塞将燃料高压化并进行压送的盒式泵；储存从盒式泵压送的高压燃料且对多个燃料喷射部供给高压燃料的共轨；调整共轨内的压力的压力调整部；以及基于共轨内的压力值来控制压力调整部的压力控制机构。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选燃料喷射部是电磁阀，且具备控制该电磁阀的燃料喷射量或燃料喷射时序的喷射控制机构。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选具备多个盒式泵。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选在盒式泵的上游侧的燃料路径上具备节流部。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选盒式泵具备：具有两端开放的圆柱空间的壳体；插入该壳体的圆柱空间中的圆筒状的柱塞套；可自由往复地保持在该柱塞套内而用于根据凸轮的旋转而对燃料加压的柱塞；向着与将燃料加压的方向的相反的方向对该柱塞施力的弹簧；用于将利用柱塞被加压后的燃料排出的排出阀，优选在柱塞套的外周面上具备凸缘部，且通过利用壳体和固定用板夹持该凸缘部而将柱塞套固定在壳体上。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选壳体的插入内燃发动机中的主体部的沿与圆柱空间的轴方向相交的方向切断的切断面的外形实质上是正圆形。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选凸缘部与柱塞套的外周成同心圆状。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选固定用板的平面形状为长方形或椭圆形。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，盒式泵优选具备多个柱塞套及柱塞。

并且，在构成本发明的内燃发动机的燃料喷射系统中，优选是用于建筑机械、农用机械、小型船舶、发电机的任意一个的燃料喷射系统。

根据本发明的燃料喷射系统，在内燃发动机的燃料喷射系统中，通过采用具备机械构造简化了的既定构造的盒式泵、共轨、既定的压力调整部的共轨系统，能够成为盒式泵的设计制造容易、与以往的共轨系统相比使系统整体简化的燃料喷射系统。由此，在产业用发动机的领域中，即使在供给更高压的燃料时，也能够实现机械的强度的提高及耐久性的提高。

并且，通过具备共轨及压力调整部，在盒式泵侧不需要燃料流量及压力的控制，能够进行高精度的喷射量及喷射压的控制。由此，能够实现低温时等的启动性的提高，降低内燃发动机的运转时的噪音。

并且，通过采用盒式泵作为共轨系统的泵，能够实现修理、更换安装拆卸时等的维护性的提高。并且，若是盒式泵，则由于在内燃发动机中配备用于使泵的柱塞往复运动的凸轮，所以在泵安装时可以省略令泵与内燃发动机的齿轮等同步的工时，能够使安装操作高效化，且能够使泵的动作稳定性提高。并且，由于泵是盒式的，所以可以根据内燃发动机的使用用途自由地选择泵的数目及柱塞的数目，供给至共轨的燃料流量等的调整变得容易。

并且，通过采用盒式泵作为共轨系统的泵，作为布满在凸轮和柱塞、弹簧座、挺杆的接触面或挺杆的滑动面上的润滑油，能够利用投入至内燃发动机内的发动机油，因此能够与使用的发动机燃料的清洁度无关地确保润滑性。并且，因为提高各自部位的润滑性，即使在供给比以往高压的燃料时，也能够成为耐久性良好的泵。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式的燃料喷射系统的结构而提供的图。

图2是本实施方式的盒式泵的剖面图。

图3是用于说明以往的盒式泵的壳体的形状而提供的图。

图4是用于说明作用在盒式泵上的应力而提供的图。

图5是用于说明本实施方式的盒式泵的壳体的截面形状而提供的图。

图6是壳体的一部分成为缩颈状的盒式泵的剖面图。

图7是用于说明本实施方式的盒式泵的凸缘部的形状而提供的图。

图8是用于说明柱塞中的润滑油难以绕入的区域而提供的图。

图9是示出具备多个盒式泵的燃料喷射系统的图。

图10是在来自盒式泵的燃料回流路径中具备溢流阀的燃料喷射系统的构成例。

图11是使自盒式泵的燃料回流路径与自压力调整阀的燃料回流路径合流的燃料喷射系统的构成例。

图12是用于说明以往的盒式泵的结构而提供的图。

图13是用于说明以往的共轨系统的结构而提供的图。

具体实施方式

下面，参照附图具体地说明关于本发明的内燃发动机的燃料喷射系统的实施方式。但是，这样的实施方式示出了本发明的一个方式，本发明并不限定于此，可以在本发明的范围内任意地变更。

本发明的实施方式是一种内燃发动机的燃料喷射系统(下面，有时简称为燃料喷射系统)，其特征在于，具备：可在具备凸轮的内燃发动机上安装拆卸、利用随着凸轮的旋转而往复运动的柱塞将燃料高压化并进行压送的盒式泵(下面，有时简称为泵)；储存从盒式泵压送的高压燃料且对于多个燃料喷射部供给高压燃料的共轨；调整共轨内的压力的压力调整部；以及基于共轨内的压力值而控制压力调整部的压力控制机构。

下面分开各个部分具体地说明这样的内燃发动机的燃料喷射系统。

1.燃料喷射系统的整体结构

首先，参照图1说明本实施方式的燃料喷射系统10的整体结构。该燃料喷射系统10是用于将燃料供给给柴油发动机等内燃发动机所具备的燃料喷射部(有时称为喷射器)15并使其喷射的系统，基本上，包含下述部分而构成：燃料箱17、在具备凸轮19的内燃发动机(未图示)上可安装拆卸的盒式泵(下面，有时简称为泵)20；作为储压器的共轨11；用于调整共轨11内的压力的压力调整部13；控制压力调整部的控制机构14；以及作为将从共轨11侧供给的高压燃料喷射至内燃发动机的气缸内的燃料喷射部的喷射器15。

并且，燃料箱17和盒式泵20之间、盒式泵20和共轨11之间、及共轨11和喷射器15之间分别利用燃料供给路径连接。并且，在盒式泵20、共轨11上所具备的压力控制阀13、及喷射器15上，分别连接有用于使剩余的燃料回流至燃料箱17的燃料回流路径。在该图1中，低压侧的路径用白色表示，高压侧的路径用黑色表示。

并且，本发明的这样的燃料喷射系统，主要是以用于驱动建筑机械或农用机械、小型船舶、发电机，还有车载的冷冻机用的压缩机等而使用的小型产业用发动机中所用的燃料喷射系统为对象。在上述的产业领域中使用的发动机需要高度的耐久可靠性，为了以燃料润滑方式来满足这样的要求，在泵侧需要高价的对策。即，通过像本发明这样采用安装在内燃发动机上的盒式泵，可以使用润滑性高的发动机油作为润滑油，能够不伴随成本的上升而使泵的耐久可靠性提高。

2.内燃发动机

未图示的内燃发动机具备经由齿轮等与曲柄轴连接的凸轮轴18。并且，在凸轮轴18上连接有与安装在内燃发动机上的盒式泵20的柱塞的总数对应的数目的凸轮19。并且，虽然未图示，在内燃发动机的壳体上设置有与凸轮19的位置对应而成为盒式泵20的安装位置的一个或多个开口。例如，如后述那样，盒式泵的壳体的外形形状为正圆形时，该开口部实质上也成为正圆形。

并且，本发明的燃料喷射系统10是由于凸轮19配备在内燃发动机侧而不是配备在泵20侧的结构，因此与配备在泵侧的以往的凸轮相比，凸轮的底径的选择范围大，可以使凸轮的设计简单。并且，由于能够使凸轮的底径大，所以能够缓和使泵驱动时所受的应力。

并且，在本发明的燃料喷射系统中，如后所述，盒式泵仅要求将燃料高压化并压送的功能，因此能够省略以往的盒式泵中采用的凸轮峰部的复杂的设计。由此，即使在为了增加燃料流量而使凸轮高速旋转时，也可提高凸轮的耐久性而使可靠性提高。并且，由于在内燃发动机侧配备凸轮，因此可以省略在泵的安装时使凸轮与内燃发动机的齿轮等同步的工时，能够使安装操作高效化，能够使泵的动作稳定性提高。

3.盒式泵

(1)基本结构

盒式泵20是用于将燃料高压化并压送至共轨11的部位。本实施方式的燃料喷射系统10中使用的盒式泵20的结构例如图2所示。

图2是从箭头方向看图1中示出的盒式泵20的XX剖面的剖面图，具备：具有两端开放的圆柱空间21a的壳体21；插入该壳体21的圆柱空间21a中的实质上圆筒状的柱塞套23；被该柱塞套23可自由往复运动地保持而用于根据配备在内燃发动机中的凸轮19的旋转而对燃料加压的柱塞25；向着与将燃料加压的方向的相反的方向对该柱塞25施力的弹簧27；以及用于将利用柱塞25加压后的燃料排出的排出阀29。

该排出阀29是在被柱塞25加压后的燃料加压室33内的高压燃料超过既定的压力值时开放、而在燃料加压室33内的压力低于既定值时关闭的所谓单向阀型的阀，通过从上方利用螺栓28旋紧而固定。

这样的盒式泵20在柱塞25利用弹簧27的作用力而被压下的状态下，从燃料箱压送来的燃料经由设置在壳体21上的燃料通路35流入由壳体21的圆柱空间21a和柱塞套23的外周面的槽部23a形成的压力导入室31中，且经由将设置在柱塞套23上的燃料加压室33和压力导入室31连接起来的燃料通路37流入燃料加压室33内。

并且，在柱塞25随着内燃发动机上所具备凸轮19的旋转而被推起时，对着燃料加压室33的柱塞套23的燃料通路37被柱塞25关闭，且燃料加压室33内的燃料被高压化。其后，在燃料加压室33内的燃料的压力超过既定的阈值时，排出阀29开放，燃料压送至共轨侧。

这样的本发明的燃料喷射系统中使用的盒式泵仅要求将燃料高压化并继续地压送的功能，没有必要像以往的盒式泵那样，为了进行流量控制或压力调整而在柱塞上设置导通路或设置用于控制柱塞的旋转位置的齿条或调节机构。由此，不需要实施高压燃料的溢出对策，或精密地控制柱塞的冲程量及喷射时序。由此，能够省略构成泵的各个部件的机械的结构而显著地简化，因此机械的强度提高，即使在供给更高压的燃料时，也能够减少磨损或损伤。并且，由于能够显著地使泵的结构简化，因此能够不局限于内燃发动机的种类、式样等而使构成泵的部件通用化，能够实现经济的设计及生产。

并且，若是盒式泵，则与以往的共轨系统中使用的那样的独立方式的泵相比，搭载空间小，因此能够比较容易地进行泵的布局设计。并且，由于能够容易地安装拆卸泵，因此能够高效地进行泵的修理、更换安装拆卸等的维护操作。

并且，通过采用盒式泵作为共轨系统的泵，作为布满在凸轮和柱塞、弹簧座、挺杆的接触面或挺杆的滑动面上的润滑油，能够利用投入至内燃发动机内的发动机油。由此，与以往的共轨系统中使用的独立型的泵相比，润滑油的管理、维护变得容易。并且，作为以往的润滑油有使用发动机燃料的燃料润滑方式，但通过使用发动机油作为润滑油，不需要考虑发动机燃料的润滑性。并且，由于提高各个部位的润滑性，即使在供给比以往高压的燃料时，也能够成为耐久性良好、可靠性高的泵。

(2)壳体

图2所示的盒式泵的壳体21的外形并不是特别地限制的，但通过即使柱塞直径等不同也将壳体21的外形统一为既定形状且使作为设置在内燃发动机上的泵20的安装位置的开口形状与壳体21的外形相对应，可以得到在不同种类的内燃发动机中可自由地选择使用式样等不同的泵的优点。例如，图2所示的盒式泵的壳体具有插入至内燃发动机中的主体部21c、安装固定在内燃发动机上的凸缘部21d，且在内部设置有两端开放且插入柱塞套23的圆柱空间21a。该圆柱空间21a为了使形成时的加工性容易，优选在内周面上不设置台阶或槽。

在这里，盒式泵是插入设置在内燃发动机的壳体上的开口中而使用的，要求嵌合时的间隙精度，但如图3所示，在是长方形或矩形的截面形状的壳体301时，存在加工性差、操作效率低、外形的尺寸精度低的问题。其结果，在采用本发明这样的燃料喷射系统而为了大量地压送高压的燃料而使凸轮高速旋转时，应力与来自柱塞的反作用应力相结合而集中在壳体外形的一部分上，有会在盒式泵的壳体或内燃发动机的壳体上产生裂纹或异常磨损的问题。因此，需要提高盒式泵的壳体和内燃发动机的壳体的间隙精度，且使应力分散。

更具体地说，使泵驱动时，借助由凸轮产生的柱塞的推起力和从加压后的燃料受到的柱塞的反作用力，在与柱塞的轴方向交差的方向上对于盒式泵作用应力。此时，盒式泵的壳体的外形是如图3所示那样的矩形时，如图4(a)所示，在壳体401的一部分上应力集中，具有泵的壳体401或内燃发动机的壳体430损伤的问题。

因此，本实施方式的燃料喷射系统中使用的盒式泵如图2(b)所示，在与圆柱空间21a的轴方向交差的方向上切断壳体的主体部21c的切断面的外形最好实质上是正圆形。由此，加工成形壳体时的加工性容易，能够使加工精度提高，因此能够使插入至设置在内燃发动机的壳体上的实质上是正圆形的开口部中时的间隙精度显著提高。其结果，即使在共轨系统中采用、为了压送高压燃料而使凸轮高速旋转、使柱塞高速地往复运动时，也能使应力分散而防止应力部分地作用在壳体的一部分上，泵的壳体或内燃发动机的壳体磨损或产生裂纹的情况变少。这样一来，能够期望长期可靠性优良、可进行高压燃料的稳定的喷射的燃料喷射系统的实现。

具有这样的正圆形的主体部的壳体的一例如图5(a)～(c)所示。该图5(a)～(c)示出了在与滑动保持柱塞25的圆柱空间的轴方向交差的方向上切断盒式泵的切断面(与图2(b)相同的切断面)中的壳体21A、21B、21C及柱塞25、25A、25B、25C的状态。图5(a)及图5(c)是收容一根柱塞25、25C的壳体21A、21C，图5(b)是收容两根柱塞25A、25B的壳体21B。特别是，图5(b)及图5(c)是安装有盒式泵的内燃发动机的开口部共通化、仅改变盒式泵数目的结构例。

为了加工为这样的正圆状，可以用例如侧铣加工或机械加工来进行。通过用这样的方法来加工，能够高精度且高效率地将壳体的外形正圆化。

此外，在本发明中，当壳体的主体部实质上为正圆形时，至少仅在主体部的发动机的压紧部分为正圆形即可。

例如，如图6(a)所示，在主体部21c的一部分(图中22)成为缩颈状的壳体21’时，如图6(b)所示，至少使除了缩颈状的部分22以外的与发动机的壳体24相接的位置的外形成为正圆形，如图6(c)所示，可以使缩颈状的部分22的外形成为非正圆形。

此外，图6(b)是从箭头向图6(a)中的YY截面看去的剖面图，图6(c)是从箭头向图6(a)中的ZZ截面看去的剖面图。

并且，对于成为向内燃发动机的安装部的凸缘部21d，可以成为图7(a)～(c)中所示的平面形状。该图7(a)～(c)是分别从下侧观察盒式泵的图，省略了壳体、柱塞套、柱塞、凸缘部以外的部件。

即，图7(a)是实质长方形的凸缘部21d’，图7(b)是整体为矩形且对应于主体部21c的形状而形成了凸部X的凸缘部21d”，图7(c)是整体形状为圆形的凸缘部21d’”。其中，通过形成图7(c)所示的圆形的凸缘部，能够缩小凸缘部的大小，因此能够实现盒式泵及燃料喷射系统的小型化。

另一方面，若是图7(a)所示的凸缘部21d’，则能够缩短从泵的中心到凸缘部的端部的距离，所以能够比较容易地避免与发动机的干涉。并且，若考虑在能够容易地确定将泵安装在发动机中时的安装方向，以及发电机、燃料过滤器、空气过滤器等的其他部件多是圆形，则有一看就能够区别的优点。

此外，设置在凸缘部21d’～21d’”上的多个孔是用于将盒式泵固定在内燃发动机上的螺纹孔。

(3)柱塞套

图2所示的柱塞套23是具有适合壳体21的圆柱空间21a的外形的实质上是圆筒状的部件。在该柱塞套23的外周面上具备：与壳体21的内周面一起形成压力导入室的第1槽部23a；以及，用于防止来自与壳体21的内周面之间的燃料泄漏的多个密封环用槽部23b。并且，在柱塞套23的内部具有：插入柱塞25且作为形成燃料加压室33的要素的小径空间23c；以及配置有排出阀29的大径空间23d。并且，柱塞25从下方侧插入并可滑动地保持在小径空间23c中，另一方面，排出阀29从上方侧插入且从上方通过旋紧螺栓而固定在大径空间23d中。

这里，在图12所示的以往的盒式泵中，由于是在靠近柱塞305滑动的小径空间的位置、利用螺栓306和壳体301从上下方向夹持可滑动地将柱塞305保持在内部的柱塞套303的结构，因此存在柱塞套303受到在固定排出阀309时作用的应力而变形的问题。该柱塞套303的变形产生时，柱塞305滑动的小径空间变形，阻碍柱塞305的往复运动。

即，在柱塞套和柱塞之间，为了抑制在它们的滑动面上的磨损而设置有空隙并布满润滑油，但姑且不论像以往的小型产业发动机那样所压送的燃料的压力是比较低压的情况，在与以往相比要求1.5倍以上的压力值的本发明的燃料喷射系统中，由于柱塞套的小径空间的变形，柱塞和柱塞套之间的间隙变窄时，利用作为润滑油的燃料油形成的油膜缺少而不足而产生烧结的可能变大。特别是，在本发明的燃料喷射系统中，认为在泵上产生的应力变大，或泵的驱动速度变快，柱塞套及柱塞的损伤的可能性变高。

因此，用于本实施方式的燃料喷射系统的盒式泵如图2所示，在柱塞套23的外周面具备凸缘部30，通过利用壳体21和固定用板40夹持该凸缘部30，将柱塞套23固定在壳体21上。由此，仅在凸缘部30上作用应力，此外柱塞套23的上方侧及下方侧开放，因此能够防止来自固定板40的应力或固定排出阀29时的应力影响至柱塞25往复运动的小径空间23c。由此，由于小径空间23c不变形，不阻碍柱塞25的往复运动，因此即便在共轨系统中采用、在随着凸轮19的高速旋转大量压送高压燃料时，也能够提高泵的耐久性。因此，在本发明的燃料喷射系统中，尽可能减小柱塞套所受的应力，防止小径空间的变形。

并且，凸缘部30最好是与该柱塞套23的外周成同心圆状的实质的正圆状的凸缘部30。若是该形状，则能够显著容易地进行制造加工。即，凸缘部是椭圆形或多边形时制造时的加工费事，但由于凸缘部的外周是实质的正圆状，因此能够显著提高制造时的加工性，且能够使加工精度提高。

(4)固定用板

图2所示的固定用板40是用于通过将形成在柱塞套23的外周面的凸缘部30压入并对于壳体21旋紧而将柱塞套23对于壳体21固定的部件。该固定用板与柱塞套23的外周形状对应，另一方面具有直径比设置在柱塞套23上的凸缘部30的直径小的开口部40a及插入螺钉41的多个固定孔40b。

并且，固定用板的平面形状并不特别地限制，但例如可以是纵长的椭圆形状或长方形状的平面形状，在中央部设置开口部、在两端部设置固定孔。由此，即使在多个柱塞25并列配置时，邻接的柱塞间的距离近而能够实现空间节省化。

此外，该固定用板在以往的泵上没有而是新附加的部件，但不需要复杂的设计，能够通过例如使用压延材料压延成形等来容易地制造，没有生产成本的上升。

(5)柱塞、弹簧及弹簧座

图2所示的柱塞25是具有适合柱塞套23的小径空间23c的外形的棒状部件。并且，在与燃料加压室33侧相反一侧的端部具备轴环部25a，弹簧座43卡止在该轴环部25a上，通过利用该弹簧座43和柱塞套23的下方端夹持弹簧27，柱塞25被向下方侧(与将燃料加压的方向相反的方向)施力。

并且，在图2所示的盒式泵的柱塞25的外周设置有多个凹槽25b(图2中是4条)，在柱塞套23的内周面和柱塞25的外周面之间夹有燃料油，能够保持润滑性。即，在本发明的燃料喷射系统的盒式泵20中，由于不进行燃料的流量及压送时序的控制，仅向共轨侧完全压送燃料，因此与以往的盒式泵相比，将柱塞25的长度设计得相对长。其结果，如图8(a)～(b)所示，即使柱塞25在上止点(图8(a)的位置)及下止点(图8(b)的位置)之间往复运动，在柱塞25的滑动面的一部分上也会有燃料油难以绕入的区域A。因此，通过具备该凹槽25b，使燃料油贮存在凹槽25b内，对于润滑油难以绕入的区域使燃料油达到，能够保持润滑性。该凹槽25b的数目可以是一条或多条。

此外，如上所述，本实施方式的燃料喷射系统是用压力控制阀调整燃料的压力的，因此与以往的盒式泵不同，没有在柱塞上设置导通路。由此，由于在燃料加压室内高压化了的燃料不经由导通路返回低压侧，因此能够杜绝由燃料压力造成的柱塞或柱塞套、壳体的磨损或损伤。并且，由于不需要在柱塞上设置导通路，因此不需要在泵上具备用于控制柱塞的旋转位置的齿条机构，并且，即使作为系统整体，也不需要具备使齿条机构动作的调节机构。由此，能够使盒式泵或系统整体的机械的结构简化，且能够实现机械强度及耐久性的提高。

这里，在盒式泵中所具备的柱塞的数目可以是一个，也可以如图1所示那样是多个(图1中是两个)。通过具有多个柱塞，可以根据内燃发动机的曲柄轴和凸轮轴的齿轮比或内燃发动机的转数等来调整供给至共轨的燃料流量。并且，在齿轮比或转数等相同的条件下，随着柱塞的数目的增加，能够使燃料流量增加。由此，能够使喷射的燃料更加高压化。

并且，在柱塞的数目是多个时，可以是图1所示的一个盒式泵20具备多个柱塞的结构，或图9所示的具备多个盒式泵20本身的结构。即，由于在共轨系统中采用盒式泵，因此可以对应于燃料流量、压力、发动机输出等而自由地选择所使用的柱塞或盒式泵的数目。

并且，在具备多个柱塞时，即使是为了压送大流量的高压燃料而使凸轮高速旋转时，也如上所述，在泵的壳体的外形正圆化时，能够使壳体所受的应力分散，防止在一个位置集中。由此，能够稳定地压送大流量的高压燃料。

(6)挺杆

图2所示的挺杆45是夹在内燃发动机所具备的凸轮19和盒式泵20上具备的柱塞25或弹簧座43之间而用于随着凸轮19的上下运动推起柱塞25的部位。该挺杆45具有适合于泵20的壳体21的圆柱空间21a的内周面的外周形状，还具有进行柱塞25和柱塞套23的小径空间23c的定心的功能。并且，挺杆45还可以是为了降低因与凸轮19的接触而造成磨损而包含挺杆辊47的结构。

在本发明的燃料喷射系统中，可以使该挺杆连接在泵侧的柱塞或弹簧座上，并且，也可以配备在内燃发动机侧。另一方面，也可以是完全不使用挺杆的结构。

3.共轨(储压器)

如图1所示，共轨11是将从盒式泵20压送来的高压燃料存储，且对于多个喷射器15以均等的压力进行供给的部位。该共轨可以适当的使用公知的技术。

并且，构成为在共轨11的一部分上安装有压力传感器12、将检测信号送至后述的控制压力调整部13的控制机构(ECU)14。

利用这样的共轨，能够储压高压燃料并总是对于各个喷射器供给高压的燃料，因此盒式泵仅具有压送燃料的功能即可，能够使泵的结构显著地简化。并且，由于能够喷射更高压的燃料，所以能够降低内燃发动机的运转时的噪音。

4.压力调整部及压力控制机构

压力调整部13例如使用公知的电磁阀(压力控制阀)等构成，根据利用上述的共轨11上具备的压力传感器12检测出的压力值，基于从控制机构(ECU)14送来的信号而设定阀体的开度。并且，通过将盒式泵20压送来的燃料的一部分适当地放出，调整共轨内的压力为所期望的值。

即，本发明的燃料喷射系统是下述系统：不在盒式泵侧进行流量、喷射时序及压力的控制，而仅持续压送高压燃料，而用压力调整部将共轨内压力调整为所期望的压力值并供给至喷射器，且用喷射器一边计量喷射量及喷射时序一边进行用于将燃料供给至内燃发动机的气缸内的喷射。

通过具备这样的压力调整部，不需要在盒式泵侧控制压送的高压燃料的压力或燃料流量，在泵中仅持续压送高压化后的燃料即可。由此，与以往的共轨系统相比，能够省略在泵中的复杂的电子控制，另一方面仅进行凸轮和柱塞的设计就能够进行来自泵的压送量的调整，能够使泵的结构显著地简化。

并且，通过改变凸轮的旋转速度或凸轮峰部的设计，能够控制来自泵的燃料排出量，因此关于盒式泵本身，不管内燃发动机的式样而能够通用化，所以能够实现经济的设计、生产。

并且，能够自由地调整燃料压力，因此能够提高低温时的启动性及运转状态的稳定性。

关于安装这样的压力调整部的位置，只要在泵的排出阀和燃料喷射部之间即可，并不特别地限制，但例如可以安装在共轨的端部位置上。通过安装在共轨的本体上，能够直接地使共轨压力变化。

此外，放出的剩余的燃料经由燃料循环通路回流至燃料箱中。

5.燃料喷射部(喷射器)及喷射控制机构

燃料喷射部15是与共轨11连接，用于喷射从共轨11压送的高压燃料而将燃料供给至内燃发动机的气缸内的部位。喷射器15的形态并不特别地限制，但也可以例如构成为具备具有针阀体就位的就位面、和在比该就位面的阀体搭接部位再下游侧形成的喷孔的喷嘴体，在针阀体的上升时将从就位面的上游侧供给的燃料向喷孔传导。

此外，虽然未图示，但也可以以不过度地大型化共轨，且能够在任意时期利用具有共轨压力的燃料有效地按压机械式活塞的方式设置增压机构。

上述的喷射器15可以是总是利用弹簧等将针阀体向着就位面施力，利用电磁线圈的通电、非通电的切换来开关针阀体的电磁阀型。在这种情况下，利用用于控制电磁阀的通电的时序及通电时间的控制机构(ECU)14，能够容易地控制喷射量及喷射时序。更具体地说，内燃发动机的喷射器的燃料喷射时序可以通过凸轮传感器和喷射器和ECU的控制任意地对应。由此，能够降低发动机运转时的噪音、包含在排气中的粒子状物质NO_X(氮氧化物)等。

6.入口侧节流部及出口侧节流部

并且，在图1所示的燃料喷射系统10中，在盒式泵20的上游侧的燃料供给路径上具备有入口侧节流部55，在燃料从盒式泵20向燃料箱17返回的燃料回流路径上具备有出口侧节流部57。

其中，入口侧节流部55特别地用于限制内燃发动机的转数变大时流入泵20的燃料的流量、降低向共轨11的没用的燃料的压送。

即，作为本发明的燃料喷射系统10的主要的对象的产业用发动机，要求低成本性且喷射至内燃发动机的气缸内的燃料量比较少。因此，从泵20压送大流量的燃料时，由于利用上述的压力调整阀13使压力释放，所以向燃料箱17返回的燃料的量变多，导致燃料费用的降低。另一方面，在使用电磁控制的可变节流机那样的节流机构时，成本上升且与燃料流量无关都需要进行控制。

因此，在本实施方式的燃料喷射系统10中，通过使用入口侧节流部55，抑制成本的上升且减少没用的燃料的压送。即，在产业用发动机中所使用的燃料喷射系统那样的要求更低成本的领域中，通过使用这样的入口侧节流部55，取得成本方面和泵的功能方面的平衡。更具体地说，直到来自泵20的压送量达到既定量之前都没有节流部的节流效果，可以不需要在泵20侧特别地进行控制而仅仅持续压送，另一方面，在来自泵20的压送量超过既定量时，利用孔的节流效果，流入泵20的燃料量被节流，抑制燃料费用的损失。

并且，出口侧节流部57节流从泵20返回至燃料箱17的燃料量，用于将流入泵20的燃料的压力维持为更高压，将所压送的燃料压力进一步高压化。即，本发明的燃料喷射系统10不需要在泵20侧的复杂的控制，泵20只是用于将燃料压送至共轨11的而使用的，因此通过节流从泵20返回的燃料的量而将流入泵20的燃料的压力维持的较高，实现燃料费用的效率化。

8.燃料喷射系统的动作

参照图1及图2，下面来说明以上说明的本实施方式的燃料喷射系统中的燃料的流动。

首先，燃料箱17内的燃料经由捕获异物的预滤器(未图示)利用供给泵51被抽上，且进一步经由主滤器53被压送至盒式泵20的压力导入室31中。此时，若利用供给泵51的压送量变得比较多则利用入口侧节流部55节流燃料流量，减少来自泵20的没用的燃料的压送。

压送至压力导入室31内的燃料经由设置在泵20的柱塞套23上的燃料通路37被送至燃料加压室33内。并且，通过随着内燃发动机上所具备的凸轮19的旋转推起柱塞25，与燃料加压室33面对的柱塞套23的燃料通路37关闭，且燃料加压室33内的燃料被高压化，并经由排出阀29压送至共轨11。所压送的高压燃料储蓄在共轨11内，且在利用压力调整阀13调整压力的状态下，分别对于喷射器15以均等的压力进行供给。在该状态下，通过放开喷射器15的喷射孔，能够喷射高压燃料，因此能够以所期望的时序将高压燃料供给至内燃发动机的气缸内。

即，在盒式泵中，由于仅重复高压化燃料并排出至共轨侧的操作，因此能够将共轨内的压力总是保持在高压状态。并且，能够利用压力调整部比较容易地将成为高压状态下的共轨压力调整为所期望的压力值，供给至喷射器。除此之外，通过控制喷射器中的喷射时序及喷射时间，能够实现以往的盒式泵中不能得到的高压及多级喷射。

并且，由于泵的结构简化，因此能够发挥对于高压燃料的压力的优良的耐久性，可稳定地喷射燃料。

9.变形例

本发明的内燃发动机的燃料喷射系统并不限于以上说明的方式，可以进行各种变形。

例如，在图1的例子中，在从泵20通向燃料箱17的回流路径上具备出口侧节流部57，但可以变化该出口侧节流部，而如图10所示配置溢流阀59。这样地构成时，虽然在成本方面是不利的，但直到流入泵20的燃料的压力超过既定值之前燃料都不返回燃料箱17，另一方面，在超过既定值时，通过将一部分燃料快速地返回至燃料箱17，能够抑制向着泵20的流入量，能够使燃料费用更加高效化。

并且，如图11所示，可以使从泵20通向燃料箱17的回流路径与从压力调整阀13通向燃料箱17的回流路径合流(图中用圆圈出的位置)。这样地构成时，在共轨11内的燃料变成高温时，能够使从压力调整阀13排出的燃料冷却，能够防止压力调整阀13由于热而受到损伤。

根据以上说明的本发明的内燃发动机的燃料喷射系统，作为主要用于产业用发动机的燃料喷射系统，通过具备省略了机械的结构的盒式泵、共轨、既定的压力调整部、压力控制机构，能够成为盒式泵的设计制造容易、与以往的共轨系统相比使系统整体简化的燃料喷射系统。由此，能够实现在产业用发动机的领域中所要求的那样的机械强度的提高及耐久性的提高。

并且，通过具备共轨及压力调整部等，在盒式泵中不需要流量及压力的调整，另一方面，能够进行高精度的喷射压控制。由此，能够实现低温时等的启动性的提高、降低内燃发动机的运转时的噪音。

从相反的观点来说，通过在以往使用了主要用于产业用发动机的盒式泵燃料喷射系统中采用共轨，能够稳定地以更良好的喷射精度供给更高压的燃料。

Claims (10)

1.一种内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，具备：

可在具备凸轮的内燃发动机上安装拆卸、利用随着上述凸轮的旋转而往复运动的柱塞将燃料高压化并压送的盒式泵；

储存从上述盒式泵压送的高压燃料且对于多个燃料喷射部供给高压燃料的共轨；

调整上述共轨内的压力的压力调整部；

基于共轨内的压力值而控制上述压力调整部的压力控制机构。

2.如权利要求1所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，上述燃料喷射部是电磁阀，具备控制该电磁阀的燃料喷射量或燃料喷射时序的喷射控制机构。

3.如权利要求1或2所述的内燃发动机的燃料喷射系统时，其特征在于，具备多个上述盒式泵。

4.如权利要求1～3中的任意一项所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，在上述盒式泵的上游侧的燃料路径上具备节流部。

5.如权利要求1～4中的任意一项所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，上述盒式泵具备：具有两端开放的圆柱空间的壳体；插入该壳体的圆柱空间中的圆筒状的柱塞套；可自由往复地保持在该柱塞套内而用于根据上述凸轮的旋转将上述燃料加压的柱塞；向着与将燃料加压的方向的相反的方向对该柱塞施力的弹簧；用于将被上述柱塞加压后的燃料排出的排出阀，

在上述柱塞套的外周面上具备凸缘部，且通过利用上述壳体和固定用板夹持该凸缘部而将上述柱塞套固定在上述壳体上。

6.如权利要求5所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，上述壳体的插入上述内燃发动机中的主体部的在与上述圆柱空间的轴方向相交差的方向上切断的切断面的外形实质上是正圆形。

7.如权利要求5或6所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，上述凸缘部与上述柱塞套的外周成同心圆状。

8.如权利要求5～7中的任意一项所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，上述固定用板的平面形状成为长方形或椭圆形。

9.如权利要求5～8中的任意一项所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，上述盒式泵具备多个上述柱塞套及柱塞。

10.如权利要求1～9的任意一项所述的内燃发动机的燃料喷射系统，其特征在于，是用于建筑机械、农用机械、小型船舶、发电机中的任意一个的燃料喷射系统。

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