JP2004521220A - 内燃機関のための燃料噴射ポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
(技術分野)
本発明は、直接噴射機関のための液体燃料噴射システムに関する。
【0002】
(背景技術)
ディーゼル・サイクルで作動する内燃機関のための燃料吐出システムは、プランジャ・シリンダ内で往復動して、機関の各作動シリンダに燃料吐出をもたらすプランジャを備える機関駆動式燃料噴射ポンプを含む。ポンプのストローク周波数は、機関速度に正比例する。ソレノイド・アクチュエータ(electromagnetic solenoid actuator)の制御下にある燃料制御弁は、ポンプから燃料噴射ノズルへの制御された燃料吐出を確立する。直接噴射圧縮点火機関の場合は、燃料噴射ノズルは、各機関のシリンダの燃焼室内に配置される。弁用ソレノイド・アクチュエータは、デジタル式電子機関制御装置の駆動回路内の制御電流パルスに呼応し、それによって、ポンプがパルスに必要な圧力を生み出すときに、噴出ポンプからノズルへの燃料が調量される。
【0003】
通常プランジャは、機関のカムシャフトによって駆動され、そのカムシャフトは機関の弁の吸入および排出を操作する。カムシャフトは機関用シリンダ・ヘッドに配置され、そこで機関の潤滑油に曝される。プランジャとプランジャ・シリンダの隙間から漏れる燃料は、この機関の潤滑油と混合される傾向があるため、長期間の運転後に希釈の問題が起こる。
【0004】
プランジャとプランジャ・シリンダの隙間の寸法を縮小することによって、プランジャからの漏れを減少させることは可能である。しかし、寸法公差を縮小するとポンプ抑えに対する危険性が増す。特に燃料温度が比較的広い温度範囲にわたって変化するこうした適用例では、機械的摩擦損失の増大および摩耗の激化も、隙間の縮小から引き起こされることがある。さらに、プランジャとシリンダの間の近接した公差の嵌合に必要な機械加工は、製造コストが上がり、大量製造の運転のためのポンプおよび燃料供給システムが非実用的になるであろう。
【0005】
プランジャの長さを長くし、それによって高圧ポンプ室から機関のシャフト・キャビティへの漏れの流路の長さを長くすることによって、プランジャからの燃料の漏れによる油希釈を低減することもできる。しかしこの結果、漏れはわずかしか減少せず、ポンプおよび制御弁アセンブリ全体の寸法を大幅に増大することが必要になる。したがって、包装の制約のために幾つかの商用機関の適用が非実用的になるであろう。
【0006】
市販されているこの種のディーゼル機関用の従来技術によるポンプおよび制御弁アセンブリの例を、米国特許第6,019,091号を参照して見ることができる。さらに、1999年3月18日出願の同時継続出願第09/272,021号は、本発明に含まれる要素に対応する要素を備えた燃料ポンプおよび制御弁アセンブリを開示している。前記特許第‘091号および同時継続特許出願は、本発明の譲受人に譲渡される。
【0007】
(発明の開示)
本発明の目的は、噴射ポンプ・プランジャから機関の潤滑油回路への燃料の漏れを減少させることによって、機関用燃料による機関油の希釈を低減することである。この目的を実行するため、本発明のポンプおよび制御弁アセンブリは、往復移動するポンプ・プランジャを受けるためのポンプ・シリンダを有する燃料ポンプ本体を備える。ポンプ・プランジャばねは、通常プランジャを後退位置に移動させる。プランジャは、ストローク動作中、機関のクランクシャフトによって駆動され、機関のクランクシャフトの半速度で駆動される。
【0008】
プランジャおよびシリンダは、高圧作動室を画定し、高圧作動室は高圧燃料吐出通路を介して噴射ノズルに連通し、ポンプ流量制御弁がその通路を横切っている。燃料は、燃料供給ポンプからポンプの制御弁および作動室に供給される。制御弁は、機関制御モジュールによってソレノイド・アクチュエータに送信される命令に応じて、高圧燃料吐出通路を介して燃料の流れの開放および閉塞を行う。弁は、プランジャのストロークと時限式に関係して開閉されて、最初のパイロット・パルス(pilot pulse)が、ノズルによって機関燃焼室へ吐出される。次に、機関のシリンダの圧縮ストロークの開始時に、主なる燃料吐出圧パルスが続く。
【0009】
本発明のポンプおよび制御弁アセンブリは、シリンダ本体内のシリンダによって画定されるポンプ室を有するポンプ本体を備える。プランジャは、シリンダ内に配置されて、燃料噴射ノズルに連通する高圧燃料ポンプ・キャビティを画定する。本発明の一実施形態では、プランジャおよびシリンダは、通常の弁体またはハウジング内に配置される。本発明の他の実施形態では、シリンダは、第1のポンプ・ハウジング内に位置し、制御弁アセンブリは、別の弁ハウジング内に位置し、この2つのハウジングは、ハウジング部によって結合され、ハウジング部内には交差する燃料の流通路が位置する。各例では、単一の供給および戻りの燃料通路が、燃料ポンプからポンプおよび制御弁へ延びている。このため、この設計は通常、モノレール設計と呼ばれる。燃料が燃料供給ポンプへ往復するための流通路は、二重レール構成のように、別々の供給および戻り通路によって画定されてはいない。
【0010】
ポンプ・プランジャは、燃料が高圧燃料吐出通路を通って噴射ノズルへ吐出されるとき、ポンプ・キャビティ内の燃料を押しのける。
【0011】
少なくとも1つの低圧逃がし通路が、ポンプ・ハウジング内に形成された1つまたは複数の燃料漏れ口に連通する。プランジャとプランジャ・シリンダの所定の隙間によって画定される通路内の漏れの流路は、低圧逃がし通路に連通し、プランジャから漏れる燃料の流れは、機関のハウジング内のカムシャフトの領域へ流れずに、燃料供給ポンプ用の燃料溜めへ戻される。ポンプ・プランジャは、後退位置に移動した場合、漏れ口を覆う。したがって、燃料回路が、機関用潤滑油から独立しているため、油希釈が回避され、または大幅に低減される。この特性により、燃料噴射ポンプおよび制御弁アセンブリの耐久性が向上し、機関の整備コストが低減される。
【0012】
機関の通常の作動環境では、燃料の供給および戻り通路を、約5バールで押圧することができるが、燃料供給ポンプ用の燃料溜めに連通する低圧逃がし通路は、1バールなど、かなり低い値でもよい。この圧力差により、プランジャとピストンの隙間を通る漏れ流路を、機関のカムシャフト領域ではなく、低圧逃がし通路にそらすことができるようになる。
【0013】
(発明を実施するための最良の形態)
番号10は、燃料インジェクタおよび制御弁アセンブリ用のポンプ・ハウジングを示す。このハウジングは、シリンダ12を備え、シリンダ12内にプランジャ14が配置されている。シリンダ12およびプランジャ14は、圧力キャビティ(pressure cavity)16を画定し、キャビティ16は高圧通路18を介して制御弁室20に連通する。室20は、通路18を横切る。ハウジング10の上端に配置されたネジ嵌合要素23は、機関用燃焼室内に配置された燃料噴射ノズル(図示せず)との間の流体連結に適応する。中空の弁要素22は、弁室20内に取り付けられる。弁要素22の左端部は、止め具24と係合可能であり、止め具24は、止め具開口26内でハウジング10内に固定される。この止め具は、リテーナ・プレート28によって定位置に固定される。
【0014】
開口26と止め具24の間の環状空間を30で示す。環状空間は、ハウジング10内の内部通路32に連通する。通路32は、概略的に34で示した供給および戻り通路に連通する。
【0015】
通路34は、ハウジング10の外側表面上に形成された環状の溝36を介して通路32に連通する。通路34は、図で示したO字型リング・シールによって封止される。
【0016】
ハウジング10は、ハウジング10を取り囲むスリーブ37内で受けられる。
スリーブ37は、機関のシリンダを画定する機関のハウジングの一部を形成し、またはそれに連結することができる。
【0017】
ピストン14は、図2で見られるように、下方に延び、ばね座40を支持する。カムシャフト(図2では図示せず)は、ローラ・フォロワ・アーム(図示せず)と係合するカムを支持し、ローラ・フォロワ・アームは、プランジャ14の下端部と係合し、シリンダ12内で弁ばね42の力に対してプランジャ14を駆動する。弁ばね42の上端部は、44で示したように、ハウジング10上に形成された肩部上に台座している。
【0018】
中空の弁要素22の右端部は、アーマチュア46に固定される。このアーマチュアは、ソレノイド・アクチュエータ48によって弁要素22の軸方向に作動する。
【0019】
図4の拡大詳細図で弁要素22の左端部を見ることができる。弁要素22は環状の溝50を備え、この溝50は、52で示した弁要素22の左端部に延びる。弁端部52は、弁要素を取り囲む弁座54と係合する。座54は弁ハウジング10によって画定される。
【0020】
弁端部52が弁座54上に台座する場合、弁要素22の左端部と止め具26の間に空間が設けられる。この空間を参照番号56で示す。
【0021】
図3は、弁要素22の右端部の拡大詳細図である。この右端部は、ねじ58など、適当な取付要素によってアーマチュアに固定される。図3の60で示したばね座は弁ばね62と係合し、弁ばね62は図2で示した弁座64上に台座する。この弁座は、中空の弁要素22上に形成された環状の肩部上に固定されるため、弁要素22は通常、止め具26に対して左方向に移動する。止め具24が弁要素22と係合する場合、図4で示したように、環状の空間が、弁端部52と環状の弁座54の間に確立される。
【0022】
座60は図2および3の66で示した保持リングによって定位置に固定される。
【0023】
ソレノイド48を付勢すると、アーマチュア46が右方向に移動し、それによって弁要素22が閉塞位置に移動し、供給通路34と圧力室16の間の連通が妨げられる。同時に、溝50は圧力室16とインジェクタ・ノズルに通じる高圧通路18の間の連通を維持する。
【0024】
第2の燃料供給通路68は、供給通路34と弁要素22内部の間の連通を確立する。これを図3および4の70で示す。この弁要素内部70と第2の通路68の間の連通は、ハウジング10内に形成された内部ポーティングによって確立される。図7の断面図の72でこのポーティングを部分的に示す。
【0025】
図2で見られるように、プランジャを上方向に駆動すると、制御装置がソレノイドを付勢して、弁要素22が弁座54に対して台座する。反対方向にプランジャがストロークすると、ソレノイド・アクチュエータ48が制御装置によって命令されて、弁要素22を左に移動させ、それによって燃料が、通路34、通路32、止め具32を取り囲む空間30を介して、また弁端部52と弁座54の間の環状空間を介して流れることができるようになる。このため、キャビティ16を満たすことができる。燃料は同時に、通路68を介して、また弁要素22の内部を介して通路18に、次いでキャビティ16に供給される。
【0026】
低圧逃がし通路38は、図2で示したように、ハウジング10内の環状の溝74に連通する。溝74は、燃料逃がし口76および78に連通し、これらはプランジャ14とシリンダ12の壁の間の隙間空間に連通する。
【0027】
プランジャの圧縮ストローク中、プランジャ14から漏れる燃料は、隙間空間を通って低圧口76および78へ通過する。その後漏れは、燃料供給溜めに戻る。プランジャ14は、図2で示したように、環状の空間または環状部86を備えることができる。プランジャ14が図2で示した後退位置にある場合、環状部86は、口78および76の下にある。プランジャ14を燃料吐出中にストロークさせる場合は、環状部86は口78および76と連通し、それによって漏れ流体が、機関のカムシャフト室への漏れ通路を存続させず、低圧逃がし通路38内へ通過させる。
【0028】
図8の実施形態は、図2の実施形態と同様に機能する。図8の実施形態は、ポンプ・ハウジング82で往復動するプランジャ80を備える。制御弁要素86は、ハウジング82内にシリンダ部を有する。このシリンダ部は、プランジャ80に関してわずかな隙間を有する。制御弁要素86は、シリンダ・ハウジング82から離れて位置する弁ハウジング88内に配置されているが、このハウジングは90で示したように連結されている。ソレノイド・アクチュエータ90は、付勢されると、弁要素86に連結されたアーマチュア92を移動させる。このアーマチュアの力によって、弁要素を弁ばね94の力に対して移動させる。
【0029】
燃料は、供給および戻り燃料通路96を介して供給され、この通路96は、内部通路構造98を介して、止め具102を取り囲む環状空間100に連通する。止め具102は、図2の実施形態の止め具の場合と同様に、ソレノイド・アクチュエータ90を付勢しない場合は、可動弁要素88と係合する。
【0030】
燃料は、内部通路構造104を介して通路96から弁要素86の内部へも供給される。
【0031】
燃料逃がし口106は、プランジャ88とシリンダ84の間の隙間空間から低圧逃がし通路108へ延びる。同様に、逃がし口は、110で示したように、プランジャ80とシリンダ84の間の環状空間の間を逃がし通路108へ延びる。
【0032】
図8の実施形態は、図2の実施形態と同様に、単一レールの設計であり、燃料はシリンダ圧力室に供給され、96で示した単一通路を介して燃料ポンプに戻される。これは、たとえば上記で論じた特許第‘091号で述べた二重レールの設計とは異なる。
【0033】
図2および図8を参照して述べた各実施形態では、燃料の漏れが低減され、それによって、油の粘度が増大して機関の耐久性が損なわれる傾向が低減される。
【0034】
図9は、本発明の作動中の実施形態のためのプランジャの隙間とプランジャの漏れの関係のテスト・プロットを示す。従来の2重レールの設計についての漏れを112で示す。従来の2重レールの設計についての図9で示した最大隙間に対する最大の漏れは、10分間約65mlと測定されている。これは、図2および8のモノレール燃料通路の設計を用いることによって大幅に低減される。この設計では、押圧されない、または低圧逃がし通路に直接連通する漏れ口によって、漏れの流れが妨げられる。本発明の設計での漏れを114で示す。
【0035】
本発明の実施形態を開示してきたが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができることは明らかであろう。本発明のこうした変更および等価のものは、頭記の特許請求の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明のポンプおよび制御弁アセンブリの側面図である。
【図2】
図1の破線2−2の平面に沿って切り取った断面図である。
【図3】
図1のポンプおよび制御弁アセンブリのための制御弁アセンブリの一端部の詳細図である。
【図4】
図3で示した制御弁の反対側の端部の部分詳細図である。
【図5】
図2で示したポンプ・シリンダのためのハウジング部の詳細断面図である。
【図6】
図2で示したシリンダ・ハウジングの拡大側面図である。
【図7】
内部交差通路を示す、図6の破線7−7の平面に沿って切り取った断面図である。
【図8】
本発明の代替実施形態のためのシリンダとプランジャ・アセンブリ、および制御弁アセンブリの断面図である。
【図9】
油希釈の研究におけるプランジャの漏れとプランジャの隙間の関係を示すグラフである。
Claims (7)
- 内燃機関のための燃料噴射ポンプ・アセンブリであって、円筒型の燃料ポンプ・キャビティを画定するポンプ本体と、前記ポンプ・キャビティ内での往復動のために取り付けられたポンプ・プランジャと、前記ポンプ・キャビティからインジェクタ・ノズルに延びる高圧燃料吐出通路と、
前記燃料吐出通路内のポンプ制御弁、前記ポンプ・キャビティから前記インジェクタ・ノズルへの燃料の吐出を確立および防止するためのポンプ制御弁用アクチュエータと、
前記ポンプ・プランジャに駆動可能に連結されたカムを備える前記機関によって駆動され、前記ポンプ・プランジャをストロークして、前記インジェクタ・ノズルに高圧燃料吐出をもたらし、前記機関の潤滑油に連通するカム機構と、
前記ポンプ本体内の燃料吐出通路と、
前記ポンプ本体内の低圧逃がし通路と、
前記ポンプ・キャビティと連通し、前記低圧逃がし通路へ延びる前記ポンプ本体内の少なくとも1つの燃料逃がし口と、
後退位置に移動される場合、前記逃がし口を覆う前記ポンプ・プランジャと、
燃料が前記高圧燃料吐出通路を通って前記噴射ノズルへ吐出されるときに、前記ポンプ・キャビティ内の燃料を押しのける前記ポンプ・プランジャと、
前記ポンプ・プランジャが前記カム機構によるポンプ・ストロークで前進し、
それによって燃料と機関の潤滑油の混合が回避されるとき、前記逃がし口へ通じる逃がし流路を画定する前記ポンプ・プランジャと前記ポンプ・キャビティの間の所定の寸法の隙間とを備える燃料噴射ポンプ・アセンブリ。 - 前記制御弁用の前記アクチュエータが、前記弁が前記アクチュエータによって開放位置に移動する場合は、前記ポンプ室から前記弁および前記高圧燃料吐出通路を通る燃料の流れを確立し、前記弁が閉塞位置に移動する場合は、前記燃料吐出通路から前記弁を介して前記ポンプ・キャビティへの燃料吐出を確立するための、電磁弁、および機関の動作変数に呼応する電子制御装置を備える、請求項1に記載の燃料噴射ポンプ・アセンブリ。
- 前記逃がし流路が、前記ポンプ・プランジャの一端部にある前記寸法の隙間によって作り出される環状の流路によって部分的に画定される、請求項1に記載の燃料噴射ポンプ・アセンブリ。
- 前記逃がし流路が、前記ポンプ・プランジャの一端部にある前記寸法の隙間によって作り出される環状の流路によって部分的に画定される、請求項2に記載の燃料噴射ポンプ・アセンブリ。
- 前記逃がし通路が、前記ポンプ・プランジャ内に形成された環状部によって部分的に画定され、前記ポンプ・プランジャが前記カム機構によってストロークするときに前記環状部が前記燃料逃がし口に連通し、前記ポンプ・プランジャの周囲の燃料の漏れが前記逃がし口を介して逃げる、請求項1に記載の燃料噴射ポンプ・アセンブリ。
- 前記逃がし通路が、前記ポンプ・プランジャ内に形成された環状部によって部分的に画定され、前記ポンプ・プランジャが前記カム機構によってストロークするときに前記環状部が前記燃料逃がし口に連通し、前記ポンプ・プランジャの周囲の燃料の漏れが前記逃がし口を介して逃げる、請求項2に記載の燃料噴射ポンプ・アセンブリ。
- 前記逃がし流路が、前記ポンプ・プランジャ内に形成された環状部によって部分的に画定され、前記ポンプ・プランジャが前記カム機構によってストロークするときに前記環状部が前記燃料逃がし口に連通し、前記ポンプ・プランジャの周囲の燃料の漏れが前記逃がし口を介して逃げる、請求項3に記載の燃料噴射ポンプ・アセンブリ。
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