JP2000291511A - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴射ポンプにおいて、プランジャがバレ
ルポートを塞いで下降する期間のキャビティの発生を抑
制して、キャビテーションや潰食が発生しないようにす
る。 【解決手段】 燃料油流出入口４が形成されたバレル２
と、バレル２内に上下動可能に設けられ燃料油流出入口
４を開閉するプランジャ３２と、プランジャ３２を従動
子として上下動させるカムとを具備した燃料噴射ポンプ
３１において、カムは、プランジャ３２が燃料油流出入
口４を閉じてから再び開くまでの下降行程のうち、燃料
油流出入口４が開く直前の位置でプランジャ３２の上下
動を停止させる期間のプロフィルを有する。これによ
り、プランジャ３２とバレル２との間隙より燃料がバレ
ル２内に吸引され、プランジャ３２の下降行程で負圧と
なるバレル２内の圧力が回復され、発生したキャビティ
が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディーゼル
機関等の内燃機関に用いられる燃料噴射ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在一般的に内燃機関用に用いられてい
るボッシュ型燃料噴射ポンプは、機構上プランジャの下
降時にバレル内が負圧となり、キャビティが発生する機
構となっている。この種の従来の燃料噴射ポンプを図
４、図５を参照して説明する。図４及び図５は、従来の
ボッシュ型の燃料噴射ポンプの構造と作動を示す。この
燃料噴射ポンプは、円筒形のハウジング１内に固定され
たバレル２を有する。バレル２とハウジング１の間には
供給源から送られた燃料油が溜まる燃料室３が形成され
ている。バレル２の内周面には燃料油流出入口（以下、
「バレルポート」という）４が開口している。バレルポ
ート４はこの燃料室３に連通している。バレル２の上端
には等圧弁５が設けられている。等圧弁５は、加圧され
た燃料油の圧力で作動して燃料油をバレル２外に吐出さ
せる吐出側チェックバルブ６と、戻り側チェックバルブ
７を有している。

【０００３】バレル２の内部には、プランジャ８が上下
摺動可能に設けられている。開口したバレル２の下端か
ら突出したプランジャ８の下端にはプランジャガイド９
が設けられている。プランジャガイド９はハウジング１
内にあり、ハウジング１の下端の開口部に配置されてい
る。ハウジング１の下端の開口部から覗いているプラン
ジャガイド９の下面には、機関に同期して作動するカム
１０が接している。ハウジング１とプランジャガイド９
の上面との間には、プランジャガイド９を下方に付勢す
る復帰手段としてのばね１１が設けられている。

【０００４】プランジャ８の上端の周面には、バレルポ
ート４を適当なストロークで開閉するための切り欠き部
１２が形成されている。この切り欠き部１２は、プラン
ジャ８の上端面と螺旋状の下端縁に区画されてバレル２
の内周面に摺接する周面部１３と、周面部１３よりも凹
んだ略周状の逃げ部（以下、「リード」という）１４
と、プランジャ８の上端面とこのリード１４を連通する
縦溝１５とからなる。

【０００５】バレル２の下端には、ピニオン１６が回動
可能に装着されている。ピニオン１６は筒体１７と一体
であり、筒体１７の下端には二面取り部１８がある。プ
ランジャ８の下端には二面巾を有するつば部１９が設け
られており、筒体１７の二面取り部１８に係合してい
る。ハウジング１の内部にはピニオン１６に係合するラ
ック２０が設けられている。実際に燃料油を圧送するプ
ランジャ８の移動範囲の長さは有効ストロークと呼ぶ。
プランジャ８の有効ストロークは噴射量に比例する。ラ
ック２０を移動させてピニオン１６を回転させ、これに
よってプランジャ８を回転させて切り欠き部１２とバレ
ルポート４との位置関係を変えれば、有効ストロークを
変更することができるようになっている。

【０００６】このように構成された従来の燃料噴射ポン
プの作動を説明する。燃料噴射ポンプのプランジャ８の
作動は、次の（ａ）〜（ｆ）の６つの期間に分けられ
る。

【０００７】図５（ａ）に示す（ａ）の期間は、プラン
ジャ８の下限位置（カム１０のベースサークル）から、
バレル２のバレルポート４を塞ぐまでの上昇ストローク
でこの期間ではバレル２内の燃料油はバレルポート４よ
り燃料室３に逃げるため圧縮されない。この際、前期間
で生じたバレル２内のキャビティ２１がバレルポート４
より燃料室３に排出される。

【０００８】図５（ｂ）に示す（ｂ）の期間は、プラン
ジャ８の上端がバレルポート４を塞いでから、プランジ
ャ８のリード１４がバレルポート４を開くまでの上昇ス
トロークで、この期間で燃料油は圧縮され任意の設定圧
力以上で圧送が行われる。そしてリード１４がバレルポ
ート４を開く時点でバレル２内の高圧に圧縮された燃料
油がプランジャ８の縦溝１５を経由し、バレルポート４
から燃料室３に噴出する。この際、前の期間で燃料室３
に排出され各部に残留しているキャビティ２１が圧潰さ
れ、潰食が生ずることになる。

【０００９】図５（ｃ）に示す（ｃ）の期間は、燃料油
圧送が終了し、バレル２内とバレルポート４がプランジ
ャ８の縦溝１５を経由して連通した状態での上昇ストロ
ークであり、バレル２内の燃料油はプランジャ８の上昇
に伴って、バレルポート４から燃料室３に逃げる。

【００１０】図５（ｄ）に示す（ｄ）の期間は、図５
（ｃ）に示す（ｃ）の期間の下り行程であり、バレル２
内の容積の増加に伴い、バレルポート４、縦溝１５を経
由し燃料室３から燃料油を吸引しながらプランジャ８が
下降する。

【００１１】図５（ｅ）に示す（ｅ）の期間は、図５
（ｂ）に示す（ｂ）の期間の下り行程であり、この期間
はバレルポート４が塞がれた状態でプランジャ８が下降
するため、バレル２内が負圧となり、バレル２内にキャ
ビティ２１が発生する。

【００１２】図５（ｆ）に示す（ｆ）の期間は、図５
（ａ）に示す（ａ）の期間の下り行程であり、この期間
にバレルポート４を通じて燃料油をバレル２内に吸入す
る。この際、急激なバレルポート４の開により燃料室３
内の圧力が変動するため、図５（ｅ）に示す（ｅ）の期
間で発生したキャビティ２１が燃料室３内に流出する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のボッシ
ュ型燃料噴射ポンプは、プランジャがバレルポートを塞
いで下降する期間、すなわち図５（ｅ）〜（ｆ）に示し
た期間において、バレルとプランジャの間隙から燃料油
がバレル内に吸い込まれるが、この間隙が３〜１５μｍ
程度と小さいため、バレル内への吸い込み量が追いつか
ずにキャビティが発生することになる。このため、バレ
ル、プランジャ、ハウジング等にキャビティの圧潰によ
る潰食（エロージョン）が発生し、亀裂や漏油を引き起
こす虞れがあった。

【００１４】このような不具合を防止する従来技術に
は、燃料噴射ポンプ内に生ずる燃料油の圧力変動を減衰
させる装置や、高圧噴流に対するデフレクター等がある
が、これらはいずれもキャビティの発生そのものを抑制
するものではなかった。

【００１５】一方、キャビティの発生そのものを抑制す
る方法としては、特開平１０−２２６５号公報に開示さ
れるプランジャに逆止吸込み弁を設ける方法があるが、
機構が複雑となり、小型の燃料噴射ポンプには採用が困
難となった。

【００１６】また、特許第２７６１２７４号公報に開示
される燃料噴射ポンプの制御装置は、燃料噴射ポンプの
プランジャ速度を、燃料カムのプロフィールを工夫する
ことによって制御するものであるが、プランジャがバレ
ルポートを塞いで下降する、図６の期間IIIにおいては
キャビティの発生が抑制できないため、キャビテーショ
ンの抑制に対する効果は少ない。

【００１７】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、プランジャがバレルポートを塞いで下降する期間の
キャビティの発生を抑制でき、キャビテーションや潰食
が発生しにくい燃料噴射ポンプを提供することを目的と
する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】次に、上記の課題を解決
するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照し
て説明する。本発明の請求項１記載の燃料噴射ポンプ３
１は、燃料油流出入口４が形成されたバレル２と、該バ
レル２の内周面に接して上下動可能に設けられ前記燃料
油流出入口４を開閉して該バレル２内に供給された燃料
油に圧力を加えるプランジャ３２と、前記バレル２に設
けられ該プランジャ３２によって加圧された燃料油を吐
出させる等圧弁５と、前記プランジャ３２を従動子とし
て上下動させるカムとを具備した燃料噴射ポンプ３１に
おいて、前記カムは、前記プランジャ３２が前記燃料油
流出入口４を閉じてから再び開くまでの下降行程のうち
前記燃料油流出入口４が開く直前の位置で前記プランジ
ャ３２の上下動を停止させる期間のプロフィルを有する
ことを特徴とする。

【００１９】この燃料噴射ポンプ３１では、プランジャ
３２の下降を止めて、所定時間を経過させることによ
り、プランジャ３２とバレル２との間隙より燃料がバレ
ル２内に吸引される。これにより、プランジャ３２の下
降行程で負圧となるバレル２内の圧力が、燃料室３から
流入する燃料によって回復され、発生したキャビティ２
１が減少する。

【００２０】また、本発明の請求項２記載の燃料噴射ポ
ンプ３１は、前記プランジャ３２の上下動を停止させる
期間のプロフィルが、前記カムの回転角度１００〜２０
０度の範囲で形成されることを特徴とする。

【００２１】この燃料噴射ポンプ３１では、プランジャ
３２が、カムの一回転に相当する周期の少なくとも１／
３以上の長い期間で停止され、バレル２内に多くの燃料
が吸引され、バレル２内の圧力が十分に回復される。

【００２２】さらに、本発明の請求項３記載の燃料噴射
ポンプ３１は、前記カムは、前記プランジャ３２が前記
燃料油流出入口４を開く直前に前記等圧弁５から燃料油
を吐出させない上昇量で前記プランジャ３２を上昇させ
る期間のプロフィルを有することを特徴とする。

【００２３】この燃料噴射ポンプ３１では、プランジャ
３２が燃料油流出入口４を開く直前に、プランジャ３２
が等圧弁５から燃料油を吐出させない上昇量で上昇さ
れ、燃料油が加圧されて、バレル２内に発生したキャビ
ティ２１が積極的に消滅される。

【００２４】また、本発明の請求項４記載の燃料噴射ポ
ンプ３１は、前記プランジャ３２の上部先端部分に先細
のテーパ部３３が形成され、前記プランジャ３２が前記
燃料油流出入口４を開く直前の位置では、該プランジャ
３２のテーパ部３３が前記燃料油流出入口４を塞ぐこと
を特徴とする。

【００２５】この燃料噴射ポンプ３１では、プランジャ
３２が燃料油流出入口４を開く直前の位置で、燃料油流
出入口４がプランジャ３２のテーパ部３３によって塞が
れ、プランジャ３２とバレル２との間に間隙が確保され
る。これにより、キャビティ２１の燃料室３への流出が
防止されつつ、バレル２内への燃料の流入が容易にな
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料噴射ポン
プの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明に係る燃料噴射ポンプの要部断面図、
図２は本発明に係る燃料噴射ポンプのカム一回転に対応
するプランジャ行程図、図３はプリストロークを示す燃
料噴射ポンプの要部拡大図である。なお、図４、図５に
示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複す
る説明は省略するものとする。

【００２７】従来の燃料噴射ポンプにおいては、図５
（ｅ）〜（ｆ）に示す期間（図２に示す（ｅ’）〜
（ｆ’）の期間）に、バレル２内が負圧となって、キャ
ビティ２１が発生し、そのキャビティ２１がバレルポー
ト４を経由して燃料室３に流出する（図５（ｆ）〜
（ａ）に示す期間及び図２における（ｆ’）〜（ａ’）
の破線で示される期間）。そして、図５（ｂ）〜（ｃ）
に示す期間の終了時に高圧噴流がバレルポート４を経由
して燃料室３に噴出し、各部のキャビティ２１を圧潰
し、バレルポート４部、デフレクタ２２（図４参照）、
プランジャ８等に潰食を生じさせる。

【００２８】従って、燃料噴射ポンプのキャビテーショ
ンによる不具合の防止は、図５（ｅ）〜（ｆ）に示す期
間におけるキャビティ２１の発生を防止するか、抑制す
ることによって可能となる。

【００２９】本実施の形態による燃料噴射ポンプ３１
は、図２に示す従来での期間（ｆ’）〜（ａ’）にキャ
ビティ２１がバレルポート４及び燃料室３に流出するの
を防ぐものであり、図２における実線で示す行程でプラ
ンジャを作動させる燃料カム（カム）を使用する。ま
た、これと合わせて、本実施の形態による燃料噴射ポン
プ３１には、頭部（上部先端部分）に先細のテーパ部３
３が形成されたプランジャ３２が使用される。

【００３０】テーパ部３３が形成されるプランジャ先端
からの距離Ｌは、図３に示したプリストローク（すなわ
ち、プランジャ３２の下死点からバレルポート４を完全
閉鎖するまでのプランジャ３２の移動距離）Ｓの（５／
１０）〜（８／１０）の距離が実用的に好適となる。な
お、本実施の形態による燃料噴射ポンプ３１では、この
距離Ｌが例えば５〜８ｍｍの範囲で設定される。

【００３１】テーパ部３３は、基本的に、バレルポート
４の近傍にクリアランスＣが形成されればその目的を達
成するものであるが、好ましくはプランジャ３２の先端
全周に形成されることが好ましい。これは、実際の燃料
噴射ポンプでは、プランジャ３２がダブルリードとなっ
ており、更に負荷により燃料の噴射量が異なることに伴
ってプランジャ３２の回転角が変わってバレルポート４
に対応するプランジャ３２の位置が変化するためであ
る。

【００３２】また、テーパ部３３のテーパ量は、（１０
〜２０μｍ）／〔（５／１０）〜（８／１０）〕×Ｓｍ
ｍが実用的に好適となる。

【００３３】図２には、図５（ａ）〜（ｆ）に示す期間
と同一の期間に同一の符号（ａ）〜（ｆ）を付して示し
てある。また、図２の縦軸はプランジャ行程（プランジ
ャリフト）を表し、横軸はカムの回転角度を表す。燃料
噴射ポンプ３１に使用されるカムは、プランジャ３２が
バレルポート４を閉じてから再び開くまでの下降行程の
うち、バレルポート４が開く直前の位置で、プランジャ
３２の上下動を停止させる期間（ｅ）〜（ｆ）のプロフ
ィルを有する。ここで、プロフィルとは、従動子に接触
して、従動子に周期運動を付与するカムの曲縁（輪郭）
を言う。

【００３４】プランジャ３２の上下動を停止させる期間
（ｅ）〜（ｆ）では、プランジャ３２のテーパ部３３で
バレルポート４を塞ぐ。この結果、テーパ部３３によっ
て、バレル２とプランジャ３２との間の間隙が増やされ
ることになる。

【００３５】また、この際のバレルポート４の上端とプ
ランジャ３２先端までの距離Ｈは、短く、例えば本実施
の形態では、Ｈ＝２〜３ｍｍ程度に設定される。これに
より、バレル２内のキャビティ２１の燃料室３への流出
を防ぎながら、バレル２内への燃料油の吸入が容易にな
る。

【００３６】すなわち、期間（ｅ）〜（ｆ）でバレル２
内が負圧となり、キャビティ２１が発生するので、
（ｆ）の直前でプランジャ３２の下降を止めて時間をか
せぐことにより、プランジャ３２とバレル２との間隙よ
り燃料油をバレル２内に吸引させる。この吸引は、燃料
室３に作用している燃料供給圧力を利用して行う。これ
により、バレル２内が圧力回復し、発生したキャビティ
２１が減少することになる。

【００３７】プランジャ３２の上下動を停止させる期間
のプロフィルは、カムの回転角度１００〜２００度の範
囲で形成されることが好ましい。これにより、カムの一
回転に相当する周期の少なくとも略１／３の長い期間で
プランジャ３２が停止されることになり、バレル２内に
多くの燃料が吸引され、バレル２内の圧力が十分に回復
されることになる。

【００３８】また、カムは、プランジャ３２がバレルポ
ート４を開く直前に等圧弁５から燃料油を吐出させない
上昇量で、プランジャ３２を上昇させる期間（図２の斜
線部参照）のプロフィルを有する。

【００３９】従って、カムは、プランジャ３２を停止さ
せた後、再度プランジャ３２を上昇させ、バレル２内の
キャビティ２１を消滅させてからプランジャ３２を再下
降させてバレルポート４を開く。この際の上昇量は、非
常に小さく設定される。上述したテーパ部３３は、クリ
アランスＣを大きくするので、このプランジャ３２の上
昇時において燃料が再噴射されないようにも作用する。

【００４０】このように、上述した燃料噴射ポンプ３１
によれば、プランジャ３２がバレルポート４を閉じてか
ら再び開くまでの下降行程のうちバレルポート４が開く
直前の位置でプランジャ３２の上下動を停止させ、プラ
ンジャ３２とバレル２との間隙より燃料をバレル２内に
吸引させて、バレル２内の圧力を回復させることができ
るので、発生したキャビティ２１を減少させることがで
きる。

【００４１】また、プランジャ３２がバレルポート４を
開く直前に、プランジャ３２を上昇させるので、バレル
ポート４を開く直前に、燃料油を加圧して、バレル２内
に発生したキャビティ２１を積極的に消滅させることが
できる。そして、このプランジャ作動期間では、クリア
ランスＣが大きく、ポンプ効率が低下し、圧縮時の圧力
上昇も少なく、下降時の圧力低下も少なくなるため、燃
料の再噴射やキャビティ２１の再発生が抑制される。

【００４２】上述の燃料噴射ポンプ３１は、カムのプロ
フィルとプランジャ先端部分のテーパ加工のみであるの
で、小型機関にも容易に適用することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る請求項１記載の燃料噴射ポンプによれば、プランジャ
が燃料油流出入口を閉じてから再び開くまでの下降行程
のうち燃料油流出入口が開く直前の位置でプランジャの
上下動を停止させる期間のプロフィルを、カムが有する
ので、プランジャの下降を止めて時間をかせぐことによ
り、プランジャとバレルとの間隙より燃料をバレル内に
吸引させて、バレル内の圧力を回復させることができ、
発生したキャビティを減少させることができる。

【００４４】この結果、プランジャがバレルポートを塞
いで下降する期間のキャビティの発生を抑制でき、キャ
ビテーションやエロージョンが発生せず、損傷しにくく
なる効果を得られる。そしてこのことから、寿命の長い
燃料噴射ポンプを得ることができる。

【００４５】また、請求項２記載の燃料噴射ポンプによ
れば、プランジャの上下動を停止させる期間のプロフィ
ルが、カムの回転角度１００〜２００度の範囲で形成さ
れるので、カムの一回転に相当する周期の少なくとも略
１／３の期間でプランジャの上下動を停止させることが
でき、燃料がバレル内に吸引される時間を長くして、バ
レル内圧力を十分に回復させることができる。この結
果、キャビティの発生を抑制することができる効果が得
られる。

【００４６】さらに、請求項３記載の燃料噴射ポンプに
よれば、プランジャが燃料油流出入口を開く直前に等圧
弁から燃料油を吐出させない上昇量でプランジャを上昇
させる期間のプロフィルを、カムが有するので、燃料油
流出入口を開く直前に、燃料油を加圧して、バレル内に
発生したキャビティを積極的に消滅させることができ
る。

【００４７】また、請求項４記載の燃料噴射ポンプによ
れば、プランジャの上部先端部分に先細のテーパ部を形
成し、プランジャが燃料油流出入口を開く直前の位置で
は、このテーパ部によって燃料油流出入口を塞ぐので、
プランジャとバレルとの間に間隙が確保でき、キャビテ
ィの燃料室への流出を防ぎつつ、バレル内への燃料の流
入を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射ポンプの要部断面図

【図２】本発明に係る燃料噴射ポンプのカム一回転に対
応するプランジャ行程図

【図３】プリストロークを示す燃料噴射ポンプの要部拡
大図

【図４】従来の燃料噴射ポンプの断面図

【図５】従来の燃料噴射ポンプの作動を示す一部を切り
欠いた斜視図

【図６】従来の燃料噴射ポンプのカム一回転に対応する
プランジャ行程図

【符号の説明】

２…バレル ４…燃料油流出入口（バレルポート） ５…等圧弁 ３１…燃料噴射ポンプ ３２…プランジャ ３３…テーパ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料油流出入口が形成されたバレルと、
   該バレルの内周面に接して上下動可能に設けられ前記燃
   料油流出入口を開閉して該バレル内に供給された燃料油
   に圧力を加えるプランジャと、前記バレルに設けられ該
   プランジャによって加圧された燃料油を吐出させる等圧
   弁と、前記プランジャを従動子として上下動させるカム
   とを具備した燃料噴射ポンプにおいて、 前記カムは、前記プランジャが前記燃料油流出入口を閉
   じてから再び開くまでの下降行程のうち前記燃料油流出
   入口が開く直前の位置で前記プランジャの上下動を停止
   させる期間のプロフィルを有することを特徴とする燃料
   噴射ポンプ。
2. 【請求項２】 前記プランジャの上下動を停止させる期
   間のプロフィルが、前記カムの回転角度１００〜２００
   度の範囲で形成されることを特徴とする請求項１記載の
   燃料噴射ポンプ。
3. 【請求項３】 前記カムは、前記プランジャが前記燃料
   油流出入口を開く直前に前記等圧弁から燃料油を吐出さ
   せない上昇量で前記プランジャを上昇させる期間のプロ
   フィルを有することを特徴とする請求項１記載の燃料噴
   射ポンプ。
4. 【請求項４】 前記プランジャの上部先端部分に先細の
   テーパ部が形成され、前記プランジャが前記燃料油流出
   入口を開く直前の位置では、該プランジャのテーパ部が
   前記燃料油流出入口を塞ぐことを特徴とする請求項１，
   ２又は３のいずれか１項に記載の燃料噴射ポンプ。