JP2013194551A

JP2013194551A - 燃料噴射ポンプ

Info

Publication number: JP2013194551A
Application number: JP2012060254A
Authority: JP
Inventors: Koyuki Komada; 耕之駒田; Koji Edo; 浩二江戸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30
Also published as: WO2013136964A1; CN104204502A; KR20140120943A

Abstract

【課題】プランジャバレルがポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動可能に構成された燃料噴射ポンプの小型化を図ること。
【解決手段】側面に燃料吸入口が設けられたポンプハウジングと、前記ポンプハウジング内に収容されて、前記ポンプハウジング内を軸方向に沿って往復移動するプランジャバレルと、前記プランジャバレルの内部に軸方向に沿って設けられたシリンダ内に収容される軸部を備えるとともに、前記ポンプハウジングの上端に位置する開口を塞ぐデリベリバルブシートと、カムの回転にあわせて前記シリンダ内を軸方向に沿って往復移動するプランジャと、を備えた燃料噴射ポンプであって、前記プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングと、前記プランジャバレルの移動量によって決まるＶＩＴタイミングとを足し合わせたものを燃料噴射タイミングとした。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼル機関等の内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ポンプに関するものである。

ディーゼル機関等の内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ポンプとしては、プランジャバレルがポンプハウジングに対して固定され、プランジャをプランジャバレルに対して回動させることによって燃料噴射量を増減させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３０１７６０号公報

また、近年では、ポンプハウジング、およびデリベリバルブを備えたデリベリバルブシートに対してプランジャバレルが相対移動可能に構成され、プランジャバレルをポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動させることにより、燃料噴射タイミングを変更（調整）することができるものが提案されている。
しかしながら、このような燃料噴射ポンプでは、プランジャバレルがポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動する分、プランジャバレルがポンプハウジングに対して固定された従来の燃料噴射ポンプよりも大型化してしまう。そのため、プランジャバレルがポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動可能に構成された燃料噴射ポンプの、可能な限りの小型化が求められていた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、プランジャバレルがポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動可能に構成された燃料噴射ポンプの小型化を図ることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る燃料噴射ポンプは、側面に燃料吸入口が設けられたポンプハウジングと、前記ポンプハウジング内に収容されて、前記ポンプハウジング内を軸方向に沿って往復移動するプランジャバレルと、前記プランジャバレルの内部に軸方向に沿って設けられたシリンダ内に収容される軸部を備えるとともに、前記ポンプハウジングの上端に位置する開口を塞ぐデリベリバルブシートと、カムの回転にあわせて前記シリンダ内を軸方向に沿って往復移動するプランジャと、を備えた燃料噴射ポンプであって、前記プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングと、前記プランジャバレルの移動量によって決まるＶＩＴタイミングとを足し合わせたものを燃料噴射タイミングとした。

本発明に係る燃料噴射ポンプによれば、プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングと、プランジャバレルの移動量によって決まるＶＩＴタイミングとを足し合わせたものが、燃料噴射タイミングとされている。すなわち、当該燃料噴射ポンプが搭載されるディーゼル機関において要求される合計タイミングからリードタイミングを差し引いたものがＶＩＴタイミングとされ、このＶＩＴタイミングからプランジャバレルの軸方向への移動量が算出されることになる。言い換えれば、プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングの分だけ、プランジャバレルの軸方向への移動量が少なくてすむ。
これにより、当該燃料噴射ポンプの小型化を図ることができる。

上記燃料噴射ポンプにおいて、前記リードタイミングは、過去に運転実績のある従来のリードタイミングのうち、当該燃料噴射ポンプが搭載されるディーゼル機関に適合するリードタイミングが採用されているとさらに好適である。

このような燃料噴射ポンプによれば、プランジャバレルが作動しなくなった場合（プランジャバレルをポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動させることができなくなった場合）でも、ディーゼル機関を支障なく継続して運転させることができる。

本発明に係るディーゼル機関は、上記燃料噴射ポンプのいずれかを具備している。

本発明に係るディーゼル機関によれば、従来の燃料噴射ポンプと同寸法の、あるいは従来の燃料噴射ポンプよりも小型化された燃料噴射ポンプが搭載されることになる。
これにより、ディーゼル機関の大型化を回避することができる。

本発明に係る燃料噴射ポンプの設計手法は、側面に燃料吸入口が設けられたポンプハウジングと、前記ポンプハウジング内に収容されて、前記ポンプハウジング内を軸方向に沿って往復移動するプランジャバレルと、前記プランジャバレルの内部に軸方向に沿って設けられたシリンダ内に収容される軸部を備えるとともに、前記ポンプハウジングの上端に位置する開口を塞ぐデリベリバルブシートと、カムの回転にあわせて前記シリンダ内を軸方向に沿って往復移動するプランジャと、を備えた燃料噴射ポンプの設計手法であって、前記プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングとして、過去に運転実績のある従来のリードタイミングのうち、当該燃料噴射ポンプが搭載されるディーゼル機関に適合し、かつ、前記プランジャバレルが作動しなくなった場合でも、前記ディーゼル機関を支障なく継続して運転させることができるものを選択し、前記ディーゼル機関において要求される合計タイミングを算出して、この合計タイミングから前記リードタイミングを減算して、前記プランジャバレルの移動量によるＶＩＴタイミングを算出し、前記ＶＩＴタイミングから前記プランジャバレルの軸方向への移動量を算出して、この移動量に余裕代の移動量を加算して、前記プランジャバレルの実際の移動量を算出し、前記プランジャが最も下方に位置しているときに、所定量の燃料が前記プランジャバレルに設けられた吸入ポートを介して前記シリンダ内に流入し、かつ、前記プランジャが最も上方に位置しているときに、噴射後の高圧となった燃料が前記吸入ポートを介して所定量、前記シリンダ内から流出していくように設定された設計制約条件を満たすか否かを確認して、これら二つの条件をいずれか一つでも満たさないときには、これら二つの条件を二つとも満たすよう、前記カムのリフト量を見直し、前記プランジャバレルの実際の移動量を考慮して当該燃料噴射ポンプを設計して、当該燃料噴射ポンプの軸方向における寸法が所定の寸法内に収まっているか否かを確認して、当該燃料噴射ポンプの寸法が所定の寸法内に収まっていないときには、最初に選択した前記リードタイミングを見直し、上述の手順を繰り返すようにした。

本発明に係る燃料噴射ポンプの設計手法によれば、プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングと、プランジャバレルの移動量によって決まるＶＩＴタイミングとを足し合わせたものが、燃料噴射タイミングとされている。すなわち、当該燃料噴射ポンプが搭載されるディーゼル機関において要求される合計タイミングからリードタイミングを差し引いたものがＶＩＴタイミングとされ、このＶＩＴタイミングからプランジャバレルの軸方向への移動量が算出されることになる。言い換えれば、プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングの分だけ、プランジャバレルの軸方向への移動量が少なくてすむ。
これにより、当該燃料噴射ポンプの小型化を図ることができる。
また、本発明に係る燃料噴射ポンプの設計手法によれば、プランジャバレルが作動しなくなった場合（プランジャバレルをポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動させることができなくなった場合）でも、ディーゼル機関を支障なく継続して運転させることができる。

本発明に係るプランジャバレルがポンプハウジングおよびデリベリバルブシートに対して相対移動可能に構成された燃料噴射ポンプによれば、当該燃料ポンプの小型化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射ポンプの縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図１および図２に示すリード部を拡大し、かつ、展開して示す図である。本発明の一実施形態に係る燃料噴射ポンプの噴射タイミングを説明するための図であり、（ａ）はリードタイミングとエンジン負荷との関係を示す図表、（ｂ）はＶＩＴリードタイミングとエンジン負荷との関係を示す図表、（ｃ）は合計リードタイミングとエンジン負荷との関係を示す図表である。

以下、本発明の一実施形態に係る燃料噴射ポンプについて、図１から図４を参照しながら説明する。
図１または図２に示すように、本実施形態に係る燃料噴射ポンプ１は、ポンプハウジング２と、プランジャ３と、デリベリバルブシート４と、プランジャバレル５と、を備えている。
ポンプハウジング２は、その内部にプランジャバレル５を収容するケーシングであり、その一端（上端）に位置する開口は、デリベリバルブシート４により塞がれている。

プランジャ３は、プランジャバレル５の内部に、軸方向（図において上下方向）に沿って設けられたシリンダ１１内を軸方向に沿って摺動する丸棒状の部材であり、その頂部外周面には、リード（図示せず）が設けられている。また、プランジャ３の底面３ａは、カム（図示せず）により上下に動く燃料ポンプ駆動装置（図示せず）と接続されており、プランジャ３は、カムの回転にあわせてプランジャバレル５に設けられたシリンダ１１内を軸方向に往復移動する。

デリベリバルブシート４は、その内部に、軸方向（図において上下方向）に沿って一本の流路１２が設けられたものであり、流路１２の出口部に設けられた凹所１３内には、デリベリバルブ１４が収容されている。
なお、図中の符号１５は、デリベリバルブ１４を流路１２の入口側、すなわち、プランジャ３の側に付勢するデリベリバルブスプリングである。

プランジャバレル５は、その内部に、軸方向（図において上下方向）に沿って一本のシリンダ１１が設けられたものであり、プランジャ３の側に位置するシリンダ１１内には、プランジャ３が収容され、デリベリバルブシート４の側に位置するシリンダ１１内には、デリベリバルブシート４の軸部４ａが収容されている。また、プランジャバレル５の一半部（上半部）における外周面と、それに対向するポンプハウジング２の内周面との間には、油溜まりを形成する凹所（空間）２１が周方向に沿って設けられており、プランジャバレル５の中央部には、シリンダ１１内と凹所２１内と連通する吸入ポート２２が１８０度の間隔をあけて設けられている。

プランジャバレル５の一端部（上端部）における外周面には、ポンプハウジング２の外周面に取り付けられたセットスクリュー２３の軸部先端部を受け入れる縦溝２４が１８０度の間隔をあけて設けられている。また、縦溝２４の底面には、縦溝２４内とシリンダ１１内（より詳しくは、デリベリバルブシート４の軸部４ａ外周面と、プランジャバレル５の内周面との間に形成される（僅かな）隙間とを連通する横穴２５が設けられている。

なお、図中の符号３１は、デリベリバルブシート４の軸部４ａ外周面に周方向に沿って設けられた周溝（リング溝）、符号３２は、周溝３１内に収容されたシールリング（オーリング）、符号３３は、プランジャ３を軸線まわりに回動させるコントロールスリーブ、符号３４は、プランジャバレル５を軸方向に沿って移動させるタイミングスリーブである。

また、ポンプハウジング２の一端部（上端部）における両側面に１８０度の間隔をあけて設けられた燃料吸入口４１からポンプハウジング２内に流入した燃料は、凹所２１を通って吸入ポート２２から、プランジャ３の頂面３ｂとデリベリバルブシート４の軸部下端面４ｂとの間に位置するシリンダ１１内に流入し、プランジャ３の頂面３ｂによって突き上げられる（圧縮される）。つぎに、プランジャ３の頂面３ｂによって突き上げられた高圧の燃料は、流路１２を通ってデリベリバルブ１４を押し上げた後、デリベリバルブホルダ４２に設けられた流路４３を通って、一端（上流端）が流路４３の出口部に接続され、他端（下流端）が燃料噴射弁（図示せず）に接続された燃料高圧管（図示せず）を介して燃料噴射弁に供給される。

さて、プランジャバレル５がポンプハウジング２およびデリベリバルブシート４に対して相対移動可能に構成された本実施形態に係る燃料噴射ポンプ１では、プランジャ３の頂部に、例えば、図１から図３に示すようなリード部５１が設けられている。
図３に示すように、リード部５１は、周方向に沿って二つ、１８０度毎に一つずつ設けられている。
リード部５１は、縦溝（縦方向燃料通路）５２と、上部リード（切り欠き）５３と、下部リード（切り欠き）５４と、それぞれ備えている。

縦溝５２は、プランジャ３の軸方向（図１から図３において上下方向）に沿って掘り下げられ、上部リード５３と下部リード５４とを連通するとともに、プランジャ３の回転角度が所定の範囲内にあるときに、吸入ポート２２と、プランジャ３の頂面３ｂとデリベリバルブシート４の軸部下端面４ｂとの間に位置するシリンダ１１内とを連通する、軸方向に延びる溝である。

上部リード５３は、第１の上部リード６１と、第２の上部リード６２と、を備えている。
第１の上部リード６１は、第１のリード面６３と、プランジャ３の外周面３ｃとにより形成され、第２の上部リード６２は、第２のリード面６４と、プランジャ３の外周面３ｃとにより形成されている。
また、下部リード５４は、第３のリード面６５と、プランジャ３の外周面３ｃとにより形成されている。

そして、第１のリード面６３と、第２のリード面６４と、第３のリード面６５と、縦溝５２と連続するようにして半径方向外側に延びる第１の端面７１および第２の端面７２とにより、吸入ポート２２と、プランジャ３の頂面３ｂとデリベリバルブシート４の軸部下端面４ｂとの間に位置するシリンダ１１内との連通を遮断する突出部（肉厚部）７３が形成されている。
なお、リード部５１の一端部（下端部）は、下部リード５４を形成するプランジャ３の外周面３ｃよりも少し低くなるように周方向に沿ってさらに掘り下げられている。

ここで、リード部５１は、例えば、図４（ａ）に示すような度（°）で表されるリードタイミング（進角・遅角）、すなわち、燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関（例えば、舶用の大型ディーゼル機関）の負荷が０％のときにリードタイミングが０°、負荷が２５％のときにリードタイミングが０．５°、負荷が５０％のときにリードタイミングが１°、負荷が７５％のときにリードタイミングが１°、負荷が８５％のときにリードタイミングが１°、負荷が１００％のときにリードタイミングが０°となるようにして切り欠かれている。
なお、リードタイミングの正（＋）、負（−）はそれぞれ、進角、遅角を表している。

一方、プランジャバレル５は、例えば、図４（ｂ）に示すような度（°）で表されるＶＩＴタイミング（プランジャバレル５をポンプハウジング２およびデリベリバルブシート４に対して相対移動させることにより変更する燃料噴射タイミング）、すなわち、燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関の負荷が０％のときにＶＩＴタイミングが０°、負荷が２５％のときにＶＩＴタイミングが−２．６°、負荷が５０％のときにＶＩＴタイミングが１．５°、負荷が７５％のときにＶＩＴタイミングが０．６５°、負荷が８５％のときにＶＩＴタイミングが０．１°、負荷が１００％のときにＶＩＴタイミングが−２．６°となるように、ポンプハウジング２およびデリベリバルブシート４に対して相対移動させられる。
なお、リードタイミングの正（＋）、負（−）はそれぞれ、進角、遅角を表している。
また、ＶＩＴとは、Variable Injection Timingのことである。

そして、リード部５１（の形状）によるリードタイミングと、プランジャバレル５（の移動量）によるＶＩＴタイミングとが加算されて、結果的に、燃料噴射ポンプ１からは、図４（ｃ）に示すような度（°）で表される合計タイミング（燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関において要求される燃料噴射タイミング）、すなわち、燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関の負荷が０％のときにＶＩＴタイミングが０°、負荷が２５％のときにＶＩＴタイミングが−２．１°、負荷が５０％のときにＶＩＴタイミングが２．５°、負荷が７５％のときにＶＩＴタイミングが１．６５°、負荷が８５％のときにＶＩＴタイミングが１．１°、負荷が１００％のときにＶＩＴタイミングが−２．６°となるような燃料噴射タイミングで燃料油が噴射（吐出）されることになる。

つぎに、リード部５１によるリードタイミング、およびプランジャバレル５によるＶＩＴタイミングの決め方（設計手法）を説明する。
まず、リード部５１によるリードタイミングとして、過去に運転実績のある従来のリードタイミングのうち、燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関に適合し、かつ、プランジャバレル５が作動しなくなった場合（プランジャバレル５をポンプハウジング２およびデリベリバルブシート４に対して相対移動させることができなくなった場合）でも、当該ディーゼル機関を支障なく継続して運転させることができるものを選択する。
つづいて、燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関において要求される合計タイミングを算出し、この合計タイミングからリード部５１によるリードタイミングを減算して、プランジャバレル５によるＶＩＴタイミングを算出する。

そして、プランジャバレル５によるＶＩＴタイミングからプランジャバレル５の軸方向への移動量を算出し、この移動量に余裕代の移動量を加算して、プランジャバレル５の実際の移動量を算出する。
つぎに、プランジャ３が最も下方に位置しているとき、すなわち、プランジャ３の頂面３ｂとデリベリバルブシート４の軸部下端面４ｂとの距離が最大のときに、所定（所望）量の燃料が吸入ポート２２を介してシリンダ１１内に流入し、かつ、プランジャ３が最も上方に位置しているとき、すなわち、プランジャ３の頂面３ｂとデリベリバルブシート４の軸部下端面４ｂとの距離が最小のときに、噴射後の高圧となった燃料が吸入ポート２２を介して所定量、シリンダ１１内から流出していくように設定された設計制約条件を満たすか否かを確認する。
これら二つの条件をいずれか一つでも満たさないときには、これら二つの条件を二つとも満たすよう、カムのリフト量（カムプロファイル）を見直す。

つづいて、プランジャバレル５の実際の移動量を考慮して燃料噴射ポンプ１を設計して、燃料噴射ポンプ１の寸法（軸方向：上下方向における寸法）が所定（所望）の寸法内に収まっているか否かを確認する。
燃料噴射ポンプ１の寸法が所定の寸法内に収まっていないときには、最初に選択したリード部５１によるリードタイミング（すなわち、リード部５１の形状）を見直し、上述の手順を繰り返す。

本実施形態に係る燃料噴射ポンプ１および燃料噴射ポンプ１の設計手法によれば、プランジャ３の頂部に設けられたリード部５１の形状によって決まるリードタイミングと、プランジャバレル５の移動量によって決まるＶＩＴタイミングとを足し合わせたものが、燃料噴射タイミングとされている。すなわち、当該燃料噴射ポンプ１が搭載されるディーゼル機関において要求される合計タイミングからリードタイミングを差し引いたものがＶＩＴタイミングとされ、このＶＩＴタイミングからプランジャバレル５の軸方向への移動量が算出されることになる。言い換えれば、プランジャ３の頂部に設けられたリード部５１の形状によって決まるリードタイミングの分だけ、プランジャバレル５の軸方向への移動量が少なくてすむ。
これにより、当該燃料噴射ポンプ１の小型化を図ることができる。
また、本実施形態に係る燃料噴射ポンプ１および燃料噴射ポンプ１の設計手法によれば、プランジャバレル５が作動しなくなった場合（プランジャバレル５をポンプハウジング２およびデリベリバルブシート４に対して相対移動させることができなくなった場合）でも、ディーゼル機関を支障なく継続して運転させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。

１燃料噴射ポンプ
２ポンプハウジング
３プランジャ
４デリベリバルブシート
４ａ軸部
５プランジャバレル
１１シリンダ
２２吸入ポート
４１燃料吸入口
５１リード部

Claims

側面に燃料吸入口が設けられたポンプハウジングと、
前記ポンプハウジング内に収容されて、前記ポンプハウジング内を軸方向に沿って往復移動するプランジャバレルと、
前記プランジャバレルの内部に軸方向に沿って設けられたシリンダ内に収容される軸部を備えるとともに、前記ポンプハウジングの上端に位置する開口を塞ぐデリベリバルブシートと、
カムの回転にあわせて前記シリンダ内を軸方向に沿って往復移動するプランジャと、を備えた燃料噴射ポンプであって、
前記プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングと、前記プランジャバレルの移動量によって決まるＶＩＴタイミングとを足し合わせたものを燃料噴射タイミングとしたことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
前記リードタイミングは、過去に運転実績のある従来のリードタイミングのうち、当該燃料噴射ポンプが搭載されるディーゼル機関に適合するリードタイミングが採用されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
請求項１または２に記載の燃料噴射ポンプを具備してなることを特徴とするディーゼル機関。
側面に燃料吸入口が設けられたポンプハウジングと、
前記ポンプハウジング内に収容されて、前記ポンプハウジング内を軸方向に沿って往復移動するプランジャバレルと、
前記プランジャバレルの内部に軸方向に沿って設けられたシリンダ内に収容される軸部を備えるとともに、前記ポンプハウジングの上端に位置する開口を塞ぐデリベリバルブシートと、
カムの回転にあわせて前記シリンダ内を軸方向に沿って往復移動するプランジャと、を備えた燃料噴射ポンプの設計手法であって、
前記プランジャの頂部に設けられたリード部の形状によって決まるリードタイミングとして、過去に運転実績のある従来のリードタイミングのうち、当該燃料噴射ポンプが搭載されるディーゼル機関に適合し、かつ、前記プランジャバレルが作動しなくなった場合でも、前記ディーゼル機関を支障なく継続して運転させることができるものを選択し、
前記ディーゼル機関において要求される合計タイミングを算出して、この合計タイミングから前記リードタイミングを減算して、前記プランジャバレルの移動量によるＶＩＴタイミングを算出し、
前記ＶＩＴタイミングから前記プランジャバレルの軸方向への移動量を算出して、この移動量に余裕代の移動量を加算して、前記プランジャバレルの実際の移動量を算出し、
前記プランジャが最も下方に位置しているときに、所定量の燃料が前記プランジャバレルに設けられた吸入ポートを介して前記シリンダ内に流入し、かつ、前記プランジャが最も上方に位置しているときに、噴射後の高圧となった燃料が前記吸入ポートを介して所定量、前記シリンダ内から流出していくように設定された設計制約条件を満たすか否かを確認して、
これら二つの条件をいずれか一つでも満たさないときには、これら二つの条件を二つとも満たすよう、前記カムのリフト量を見直し、
前記プランジャバレルの実際の移動量を考慮して当該燃料噴射ポンプを設計して、当該燃料噴射ポンプの軸方向における寸法が所定の寸法内に収まっているか否かを確認して、
当該燃料噴射ポンプの寸法が所定の寸法内に収まっていないときには、最初に選択した前記リードタイミングを見直し、上述の手順を繰り返すようにしたことを特徴とする燃料噴射ポンプの設計手法。