JP2023127755A - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吸排ポート内に発生した気泡が潰されることなく吸排ポート外に押出され、プランジャバレルの吸排ポートに発生するキャビテーションエロージョンを低減可能な燃料噴射ポンプを提供する。
【解決手段】プランジャ（７）の往復動により加圧室（６）に燃料を導入し圧送する燃料噴射ポンプ（１）において、プランジャ（７）は、加圧室（６）に連通する軸方向燃料通路（７ｂ）と、軸方向燃料通路（７ｂ）に連通するとともに吸排ポート（５ｂ）に連通可能な傾斜リード（７ａ）と、を有し、加圧室（６）と燃料溜まり室（９）とを連通する吸排ポート（５ｂ）の内部に、吸排ポート（５ｂ）をプランジャ（７）の軸方向に仕切る仕切り（２１）を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射ポンプに関し、特にプランジャに形成したリードによって噴射量の制御を行う燃料噴射ポンプに関する。

内燃機関の燃料噴射システムに用いられる燃料噴射ポンプとして、ポンプハウジングとプランジャバレルとの間に燃料溜まり室が形成されているとともに、プランジャバレルの側壁に燃料溜まり室に連通する吸排ポートが形成されたものがある。当該燃料噴射ポンプでは、プランジャの外周面に、燃料の加圧室に連通するとともにプランジャバレルの吸排ポートと対向可能なリードが形成されている。このような燃料噴射ポンプは、プランジャの下降に伴い加圧室内に燃料を吸入する一方、プランジャの上昇に伴って吸排ポートが閉じられて加圧室内の燃料を加圧する。そして、加圧室内の圧力が開弁圧を超えたときにデリバリバルブが開弁し、高圧燃料が噴射ノズルに向けて圧送される。その後、プランジャがさらに上昇し、プランジャに形成されたリードと吸排ポートとが対向したときに、加圧室内の燃料が排出されて圧送を終了するようになっている。

このような燃料噴射ポンプでは、図５に示すように、プランジャ３０７が上昇する加圧工程においてプランジャ３０７の先端がプランジャバレル３０５の吸排ポート３０５ａを閉じる寸前に、加圧室３０６の燃料がプランジャ３０７に押されて吸排ポート３０５ａから燃料溜まり室３０９に溢流する。この溢流噴流は、吸排ポート３０５ａ内のプランジャ３０７の外周面に近い領域において急激に減圧され、これに伴って、吸排ポート３０５ａの当該領域に気泡が発生するとともに発生した気泡が拡大し、吸排ポート３０５ａ内に滞留する。

その後、プランジャ３０７が上昇し続け、噴射ノズルへの燃料の圧送が終了すると、図６に示すように、プランジャ３０７の外周面に形成されたリード３０７ａが吸排ポート３０５ａと対向し、加圧室３０６の燃料がリード３０７ａから吸排ポート３０５ａを介して燃料溜まり室３０９に戻される。このとき、図７に示すように、加圧室３０６内の高圧燃料がプランジャ３０７のリード３０７ａから斜め上方の高速噴流となって吸排ポート３０５ａに向けて排出される。この高速噴流によって、滞留していた気泡が潰され、破壊されることによって、プランジャバレル３０５の吸排ポート３０５ａにキャビテーションエロージョンが発生するという問題がある。

このようなキャビテーションエロージョンの発生を低減することを目的として、吸排ポートの形状を改良した燃料噴射ポンプが開示されている。例えば特許文献１には、吸排ポートが、一端にプランジャバレルの内部を覗く開口面を有する小径孔と小径孔の他端に連通する大径孔とからなり、早期制御孔の底部が開口面から離れる方向で上方に向かって傾斜して延びており、大径孔と小径孔との連通端部の内面が球面部となっている燃料噴射ポンプが提案されている。

また、特許文献２には、加圧室から吸排ポート（導入孔）に噴出される高圧の溢流噴流及び戻し噴流の流れを螺旋状の流れに変える螺旋溝を吸排ポートに設けたものも提案されている。

特開２００５－２４８８７６号公報 特開２０００－３８９７３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された燃料噴射ポンプは、圧送終了時にプランジャのリードから吸排ポートに戻され始める瞬間の高圧燃料の流れが、吸排ポートの壁面のうち、プランジャが摺動する内部孔に近い側の壁面に向くようになっている。したがって、未だ滞留している気泡が吸排ポート内で潰され、プランジャのリード近傍の摺動面やプランジャバレルの吸排ポートにキャビテーションエロージョンが発生するおそれがある。

本発明は、吸排ポート内に発生した気泡が潰されることなく吸排ポート外に押出され、プランジャバレルの吸排ポートに発生するキャビテーションエロージョンを低減可能な燃料噴射ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ポンプハウジングと、ポンプハウジングに装着されたプランジャバレルと、プランジャバレルに軸方向へ往復摺動可能に挿入されたプランジャと、ポンプハウジングとプランジャバレルとの間に形成された燃料溜まり室と、プランジャバレルに形成され、燃料溜まり室に連通する吸排ポートと、プランジャバレルに形成され、プランジャの往復動により燃料が導入及び加圧される加圧室とを備え、プランジャの往復動により加圧室に燃料を導入し圧送する燃料噴射ポンプであって、プランジャは、加圧室に連通する軸方向燃料通路と、軸方向燃料通路に連通するとともに吸排ポートに連通可能な傾斜リードとを有し、吸排ポートの内部に、吸排ポートをプランジャの軸方向に仕切る仕切りを設けた燃料噴射ポンプが提供される。

以上説明したように本発明によれば、吸排ポート内に発生した気泡が潰されることなく吸排ポート外に押出され、プランジャバレルの吸排ポートに発生するキャビテーションエロージョンを低減することができる。

本発明の実施の形態に係る燃料噴射ポンプの構成例を示す断面図である。 同実施形態に係る燃料噴射ポンプの吸排ポートの周辺を拡大して示す断面図である。 同実施形態に係る仕切りを構成する嵌合部材を示す斜視図である。 同実施形態に係る仕切りが配置された吸排ポートを示す説明図である。 従来の燃料噴射ポンプにおける圧送開始直後に吸排ポートに戻される高圧燃料の流れを示す説明図である。 従来の燃料噴射ポンプにおける圧送終了時に吸排ポートに戻される高圧燃料の流れを示す説明図である。 従来の燃料噴射ポンプの吸排ポートの周辺を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の燃料噴射ポンプに関する実施形態について具体的に説明する。ただし、この実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

図１は、本実施形態に係る燃料噴射ポンプの構成例を示す断面図である。図１において、本発明の説明に不要な構成要素の図示は省略されている。

燃料噴射ポンプ１は、加圧された高圧燃料を内燃機関に噴射供給するためのものである。燃料噴射ポンプ１は、ポンプハウジング２、ポンプハウジング２内に嵌め込まれたプランジャバレル５、プランジャ７、及びプランジャバレル５とプランジャ７とによって区画された加圧室６とを備えている。また、プランジャバレル５の上方側にはデリバリバルブ４及びホルダ１７が装着されており、ホルダ１７はポンプハウジング２にねじ止めされている。

プランジャバレル５には燃料の吸排ポート５ｂが形成されている。ポンプハウジング２とプランジャバレル５との間には、吸排ポート５ｂに対向する位置に燃料溜まり室９が形成されている。プランジャ７は、プランジャバレル５のプランジャ挿入孔５ａ内に、軸回転方向に回転自在に、かつ、上下方向に摺動自在に挿入されている。プランジャ７には軸方向燃料通路７ｂと、当該軸方向燃料通路７ｂに連通する傾斜リード７ａが形成されている。

また、プランジャ７は、上側の上端エッジ部１１と下側の傾斜エッジ部１２とを有している。上端エッジ部１１は、プランジャ７の上端面の縁部により構成されている。傾斜エッジ部１２は、傾斜リード７ａの上端部により構成されている。プランジャ７の軸線方向の運動により、これらの上端エッジ部１１及び傾斜エッジ部１２が吸排ポート５ｂの開口部１４上を移動する。この場合、圧送開始を規定する上端エッジ部１１が吸排ポート５ｂの開口部１４を閉じることによって燃料圧送が開始され、圧送終了を規定する傾斜エッジ部１２が吸排ポート５ｂの開口部１４を開放することで、燃料圧送が終了する。

また、傾斜エッジ部１２は、プランジャ７の軸方向に対して傾斜して設けられており、プランジャ７の軸回転方向の位相を変えることによって、傾斜エッジ部１２が吸排ポート５ｂの開口部１４を開放するタイミングが変化し、ポンプによる燃料圧送量を調節することができる。なお、本実施形態においては、吸排ポート５ｂ、燃料溜まり室９及び傾斜エッジ部１２は１８０°の位相差をもって二組設けられている。

また、プランジャバレル５の外周にはコントロールスリーブＳ１が嵌合され、コントロールスリーブＳ１の下部には、プランジャ７のつば部７ｃが嵌合される溝Ｓｔが形成されている。したがって、コントロールスリーブＳ１をコントロールラックＬ１によって回動させることで、プランジャ７が軸回転方向に変位し、吸排ポート５ｂに対する軸方向燃料通路７ｂや傾斜リード７ａの相対位置が変化する。

また、プランジャ７の下端部７ｄにはスプリングシート８が係止されており、プランジャ７は、スプリングシート８を介してスプリング２９の弾性力により下方へ付勢されている。また、プランジャ７の下端部７ｄ及びスプリングシート８はタペット３０に押圧接触させられ、さらにタペット３０が図示しないカム軸に固定されたカムに押圧接触させられている。カム軸及びカムの回転に伴って、カム山によりタペット３０が押し上げられ、スプリング２９の弾性力によりタペット３０が押し下げられる。これにより、プランジャ７が軸方向に往復移動する。

図２は、図１における一点鎖線で囲んだ領域Ｑの拡大図である。図２は、従来の高圧噴射ポンプの説明において参照した図７に対応する図を示している。
本実施形態に係る燃料噴射ポンプ１は、吸排ポート５ｂ内に、吸排ポート５ｂをプランジャ７の軸方向に仕切る仕切り２１が設けられている。本実施形態では、仕切り２１と、当該仕切り２１と一体にされて吸排ポート５ｂの内周に嵌合される支持部２３とを有する嵌合部材２０が吸排ポート５ｂに固定されることで、吸排ポート５ｂ内に仕切り２１が設けられている。具体的に、吸排ポート５ｂは、仕切り２１によって、上側の第１領域５ｂａと下側の第２領域５ｂｂとに仕切られている。

図３は、嵌合部材２０の構成例を示す斜視図であり、図４は、嵌合部材２０が配置された吸排ポート５ｂを軸方向に見た説明図である。
嵌合部材２０は、吸排ポート５ｂの内周の断面形状と相似形を成し、吸排ポート５ｂに圧入される環状の支持部２３と、環状の支持部２３の内周面に一体に形成されて、支持部２３の軸方向長さよりも長い板状の仕切り２１とを備えている。嵌合部材２０は、プランジャバレル５の外周面側から吸排ポート５ｂに圧入され、支持部２３は、吸排ポート５ｂの内部のうちのプランジャバレル５の外周面側に固定される。仕切り２１は、支持部２３の位置よりもさらに吸排ポート５ｂの奥側（開口部１４側）まで延び、開口部１４付近を含む吸排ポート５ｂ全体を第１領域５ｂａ及び第２領域５ｂｂに仕切る。

仕切り２１及び嵌合部材２０を構成する材料は、加圧室６あるいは傾斜リード７ａから吸排ポート５ｂに戻される高圧燃料の流れあるいは圧力に耐え得る強度を有するものであれば、特に限定されない。

このような嵌合部材２０を用いて吸排ポート５ｂ内を第１領域５ｂａ及び第２領域５ｂｂに仕切ることで、既存の燃料噴射ポンプの設計変更を伴わずに、吸排ポート５ｂ内に仕切り２１を設けることができる。また、仕切り２１が破損等した場合には、嵌合部材２０のみを交換することで、容易に修理を行うことができる。

なお、仕切り２１は、少なくとも開口部１４付近から、プランジャバレル５の外周面側に向かって所定範囲を第１領域５ｂａ及び第２領域５ｂｂに仕切っていればよい。より具体的には、傾斜エッジ部１２が吸排ポート５ｂの開口部１４を開放し、燃料の圧送が終了するときに、傾斜リード７ａから吸排ポート５ｂに戻され始める瞬間の高圧燃料の流れが向く範囲を第１領域５ｂａ及び第２領域５ｂｂに仕切っていればよい。また、第１領域５ｂａと第２領域５ｂｂとは、完全に液密に仕切られていなくてもよく、仕切り２１が吸排ポート５ｂの内周面から離間していてもよい。つまり、傾斜リード７ａから吸排ポート５ｂに戻され始める瞬間の高圧燃料の流れを遮るように仕切り２１が設けられていればよい。

これにより、加圧工程においてプランジャ７の先端が吸排ポート５ｂを閉じる寸前に、加圧室６の燃料が吸排ポート５ｂに溢流する際に発生し、吸排ポート５ｂ内の上部に滞留した気泡に対して、圧送終了時に傾斜リード７ａから吸排ポート５ｂに戻される高圧燃料が勢いよく衝突することを抑制することができる。したがって、気泡が潰れてキャビテーションエロ―ジョンが生じるおそれを低減することができる。

なお、本実施形態の燃料噴射ポンプ１では、ポンプハウジング２には、吸排ポート５ｂと対向する位置で燃料溜まり室９に臨むように、プラグ１５が装着されている。このプラグ１５は、例えば肌焼鋼を浸炭焼入れして製造されるものをはじめとして高硬度を有するものであり、吸排ポート５ｂから燃料溜まり室９に吐き出されてくる気泡が衝突しても、キャビテーションエロージョンを生じて損傷を受けにくくされている。また、プラグ１５が損傷した場合であっても、当該プラグ１５のみを交換することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る燃料噴射ポンプ１は、吸排ポート５ｂを、プランジャ７の軸方向に仕切る仕切り２１を備えている。このため、圧送開始時に加圧室６から吸排ポート５ｂに戻される高圧燃料の溢流噴流により発生し、吸排ポート５ｂの上部に滞留する気泡が、圧送終了時に傾斜リード７ａから吸排ポート５ｂに戻される高圧燃料により潰されることを抑制することができる。したがって、吸排ポート５ｂがキャビテーションエロ―ジョンにより損傷するおそれを低減することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが本発明はこのような例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施形態で説明した燃料噴射ポンプの構成は一例にすぎず、各構成要素の構成や形状が異なっていてもよい。

１：燃料噴射ポンプ、２：ポンプハウジング、４：デリバリバルブ、５：プランジャバレル、５ａ：プランジャ挿入孔、５ｂ：吸排ポート、５ｂａ：第１領域、５ｂｂ：第２領域、６：加圧室、７：プランジャ、７ａ：傾斜リード、７ｂ：軸方向燃料通路、９：燃料溜まり室、１１：上端エッジ部、１２：傾斜エッジ部、１４：開口部、１５：プラグ、２０：嵌合部材、２１：仕切り、２３：支持部

Claims (2)

1. ポンプハウジング（２）と、前記ポンプハウジング（２）に装着されたプランジャバレル（５）と、前記プランジャバレル（５）に軸方向へ往復摺動可能に挿入されたプランジャ（７）と、前記ポンプハウジング（２）と前記プランジャバレル（５）との間に形成された燃料溜まり室（９）と、前記プランジャバレル（５）に形成され、前記燃料溜まり室（９）に連通する吸排ポート（５ｂ）と、前記プランジャバレル（５）に形成され、前記プランジャ（７）の往復動により燃料が導入及び加圧される加圧室（６）と、を備え、
   前記プランジャ（７）の往復動により前記加圧室（６）に燃料を導入し圧送する燃料噴射ポンプ（１）において、
   前記プランジャ（７）は、前記加圧室（６）に連通する軸方向燃料通路（７ｂ）と、前記軸方向燃料通路（７ｂ）に連通するとともに前記吸排ポート（５ｂ）に連通可能な傾斜リード（７ａ）と、を有し、
   前記吸排ポート（５ｂ）の内部に、前記吸排ポート（５ｂ）を前記プランジャ（７）の軸方向に仕切る仕切り（２１）を設けた、ことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 前記仕切り（２１）と、前記仕切り（２１）と一体にされて前記吸排ポート（５ｂ）の内周に嵌合される支持部（２３）と、を有する嵌合部材（２０）が前記吸排ポート（５ｂ）内に固定される、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
   

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