JP2686612B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃料噴射ポンプに関するものである。 （従来技術） 近年、ディーゼルエンジンにおいては、噴射燃料の着
火遅れを短縮して燃焼騒音の低減を図る（エンジンの低
騒音化）という観点から、燃料噴射を一次噴射と二次噴
射の二段階に分けて行なう二段噴射が採用される傾向が
ある。 ところが、一次噴射ストロークを一定とした場合に
は、プランジャ式ポンプの特性上、エンジン速度の上
昇、即ちプランジャ速度の上昇につれて次第に一次噴射
量が増加し、燃焼性能の悪化を招くというおそれがあっ
た。 （発明の目的） 本発明は上記従来技術の項で指摘した問題点を解決し
ようとするもので、二段噴射を行なうようにした燃料噴
射ポンプにおいて、一次噴射量を全速度域で一定に保持
しもって燃焼性能の維持を図ることを目的としてなされ
たものである。 （目的を達成するための手段） 本発明は上記の目的を達成するための手段として、制
御スリーブ内にプランジャを相対摺動且つ相対回動可能
に嵌挿し、該プランジャを上記制御スリーブ内で往復動
させることによって該プランジャの頂面に開口する通油
孔と該通油孔に連通する燃料吸排口を介して上記プラン
ジャ頂面上に形成される加圧室内に燃料を吸入し且つこ
れを加圧圧送するとともに、上記プランジャと制御スリ
ーブとを相対回動させて上記プランジャの有効ストロー
クを調整することによって燃料の噴射量を調整するよう
にした燃料噴射ポンプにおいて、上記制御スリーブをプ
ランジャ軸方向に第１制御スリーブと第２制御スリーブ
を含む制御スリーブでもって構成するとともに、上記プ
ランジャの側周面には、斜溝で構成され且つ上記通油孔
と燃料吸排口を介して上記加圧室に連通するリードと上
記燃料吸排口及び上記リードよりも下方位置にあってプ
ランジャ周方向に平行に延び且つ上記通油孔を介して上
記加圧室に連通する周溝をそれぞれ形成する一方、上記
プランジャの上記リード部分の外側には該リードと重合
可能な第１ポートを備え且つポンプボデイ側に固定され
た第１制御スリーブが、また上記周溝部分の外側には該
周溝と重合可能な第２ポートを備え且つプランジャ軸方
向に変位可能とされた第２制御スリーブがそれぞれ嵌挿
され、さらに上記プランジャの上動時には先ず同プラン
ジャが上記第１ポートを閉塞することによって燃料の一
次噴射が開始され次いで上記周溝と第２ポートが連通す
ることによって上記燃料の一次噴射が終了し次いで同周
溝と第２ポートの連通が終了することによって燃料の第
二次噴射が開始されさらに次いで上記リードが第１ポー
トと連通することによって上記燃料の第二次噴射が終了
するようにされており、さらに上記第２制御スリーブは
エンジン速度の上昇につれて上記周溝と第２ポートの連
通が早まりエンジン速度の減少につれて同周溝と第２ポ
ートの連通が遅くなりそれによってエンジン速度の増減
に伴う上記燃料の第一次噴射量の増減が抑制されるよう
にプランジャ軸方向に変位制御されるように構成されて
いることを特徴とするものである。 （作 用） 本発明では上記の手段により、 （１） プランジャの周溝と第２制御スリーブの第２ポ
ートとが連通することにより燃料噴射が一時中断され、
その前段階における一次噴射と後段階における二次噴射
の二段噴射が実現される、 （２） プランジャと第１制御スリーブとの相対回動位
置が固定された状態であっても、エンジン速度が上昇す
ると第２制御スリーブがプランジャに対してその軸方向
に相対変位して一次噴射ストロークをエンジン速度の上
昇に対応して減少させる如く作用し、一次噴射量はエン
ジン速度の上昇にかかわらず常に一定に保持される、 （３） エンジン負荷の変化に対応して燃料噴射量（全
噴射量）を増減させる（プランジャを回動させる）場合
でも燃料の一次噴射の時期はエンジン速度にのみ依存
し、燃料噴射量（全噴射量）が変化しても燃料の一次噴
射の時期は変化することがない、 （４） 上記（３）の場合においても、燃料の一次噴射
の始期と終期の間のプランジャストロークはプランジャ
回動によっても変化しないから、燃料の一次噴射量は燃
料の全噴射量の変化にもかかわらず常に一定であり、安
定した一次噴射特性を維持することができ、延いては良
好な燃焼性能を維持することができる、 等の作用が得られる。 （実施例） 以下、第１図ないし第11図を参照して本発明の好適な
実施例を説明する。 （第１の実施例） 第１図（イ）及び第２図（イ）には本発明の第１の実
施例に係る燃料噴射ポンプの要部が示されており、該各
図において符号１はプランジャ、２は第１制御スリー
ブ、３は第２制御スリーブであり、この両制御スリーブ
で制御スリーブ20を構成している。 プランジャ１は、その側周面1aに斜溝で構成されるリ
ード11と径方向に切込むスリットで構成される周溝12と
をプランジャ軸方向に適宜離間して形成している。この
リード11と周溝12は、ともに通油孔10を介してプランジ
ャ頂面1b側に開口されている。リード11と通油孔10との
間は燃料吸排口21によって連通せしめられている。ま
た、このプランジャ１はカム（図示省略）のカム作用と
プランジャスプリング（図示省略）のバネ力との釣り合
いにより軸方向に往復動されるとともに、エンジンの負
荷に対応して作動する調量ラック（図示省略）により矢
印Ｃ−Ｄ方向に回動せしめられるようになっている。 第１制御スリーブ２は、上記プランジャ１のリード11
部分の外側に摺動且つ相対回動自在に嵌挿されるもので
あり、その周壁には該リード11に重合連通可能な第１ポ
ート４が形成されている。この第１制御スリーブ２はポ
ンプボディ（図示省略）に対して固定的に取付けられ
る。 第２制御スリーブ３は、上記プランジャ１の周溝12部
分の外側に摺動且つ相対回動自在に嵌挿されるものであ
り、その周壁には該周溝12に重合連通可能な第２ポート
５が形成されている。この第２制御スリーブ３は、制御
スリーブ移動機構（図示省略）に支持され且つプランジ
ャ軸方向（矢印Ｅ−Ｆ方向）に移動可能とされている。
また、この第２制御スリーブ３はエンジン速度が上昇す
るときには矢印Ｅ方向に漸次降下し、エンジン速度が低
下するときには矢印Ｅ方向に漸次上昇するようにその移
動方向が設定され、またその移動量はエンジン速度の変
化量に対応するように設定されている。また、制御スリ
ーブ20は、第１ポート４を備えた第１制御スリーブ２部
と第２ポート５を備えた第２制御スリーブ３部とから構
成されている。 続いて、この燃料噴射ポンプの作動を簡単に説明す
る。 A:低速時 エンジンの低速時には、第１図各図に示すように第２
制御スリーブ３が上昇し第１制御スリーブ２と接近して
いる。この第１制御スリーブ２と第２制御スリーブ３と
の相対関係はエンジン速度のみにより規定され、エンジ
ン負荷には無関係とされる。 低速時には、プランジャ１が第１図（イ）から第１図
（ヘ）まで移動する間に、まずプランジャ１により第１
制御スリーブ２の第１ポート４が閉塞され且つ同時にプ
ランジャ１のリード11が第１制御スリーブ２によりまた
周溝12が第２制御スリーブ３によりそれぞれ閉塞された
時点（第１図（ロ）に示す位置）から一次噴射が開始さ
れる。この一次噴射は、第１図（ハ）に示す如くプラン
ジャ１の周溝12が第２制御スリーブ３の第２ポート５に
連通する直前まで続けられる。この間のプランジャスト
ロークS₁が一次噴射ストロークである。 周溝12が第２ポート５と重合連通している間（第１図
（ニ）の状態）は燃料噴射が中断される。 プランジャ１が上動し、周溝12と第２ポート５との連
通が遮断された時点（第１図（ホ）の位置）から再び燃
料噴射（二次噴射）が開始される。この二次噴射はリー
ド11が第１ポート４に連通する直前（第１図（ヘ）の位
置）まで続けられる。この間のプランジャストロークS₂
が二次噴射ストロークである。 このようにして二段噴射が実現される（第３図参
照）。従って、低速の全負荷域において燃料の着火遅れ
期間が短縮され燃焼騒音が低下し、エンジンの低騒音化
が促進されることとなる。 B:高速時 エンジンの高速時には、第２図各図に示すように、第
２制御スリーブ３が上記低速運転時（第１図各図参照）
よりも降下し該第２制御スリーブ３と第１制御スリーブ
２とのプランジャ軸方向間隔が広くなっている。従っ
て、この場合には、低速時と同様に、一次噴射はプラン
ジャ１のリード11と周溝12及び第１制御スリーブ２の第
１ポート４がともに閉塞された時点（第２図（ロ））か
ら周溝12が第２ポート５に重合連通する直前時点（第２
図（ハ））までの間行なわれ、また二次噴射はプランジ
ャ１のリード11と周溝12と第１ポート４が再び閉塞され
た時点（第２図（ホ））からリード11が第１ポート４に
連通する直前時点（第２図（ヘ））までの間行なわれ、
これにより二段噴射が実現される。 ところが、この場合には、上述のように第２制御スリ
ーブ３が上記低速時よりも降下しているため、周溝12と
第２ポート５の連通遮断時期及びリード11と第１ポート
４との連通開始時期により規定される二次噴射の有効ス
トロークS₂は大きくなるが、周溝12と第２ポート５との
連通開始時期により規定される一次噴射の有効ストロー
クS₁は低速時の場合よりも短くなっている（S₁＋S₂＝一
定）。従って、プランジャの有効ストロークを固定した
場合にはプランジャ速度（即ち、エンジン速度）の上昇
に伴って噴射量が増大変化するという固有の噴射特性を
有するプランジャ式燃料噴射ポンプでありながら、エン
ジンの全速度域を通じて一次噴射を一定量に維持するこ
とが可能となる。 また、この実施例の燃料噴射ポンプにおいては、一次
噴射の開始時期は第１ポート４をプランジャ１で閉塞す
るタイミングで規定されるため全速度域を通じて一定で
あるが（第３図においてb₁＝b₂）、二次噴射の開始時期
は周溝12と第２ポート５との連通遮断タイミングによっ
て規定されるためエンジン速度の上昇に伴って次第に早
くなる（進角する）ことになる（第３図においてC₁＞
C₂）。 （第２の実施例） 第４図には本発明の第２実施例に係る燃料噴射ポンプ
の要部が示されており、同図において符号１はプランジ
ャである。このプランジャ１は、その側周面1a上に、そ
の頂面1bに臨む斜面状の第１リード11Aとその中段部に
位置する第２リード11Bよりなるリード11と、上記第２
リード11Bよりさらに下方に位置する周溝12とを有して
いる。そして、第２リード11Bと周溝12は、それぞれ通
油孔10を介してプランジャ頂面1b上の加圧室６に連通し
ている。第２リード11Bと通油孔10との間は燃料吸排口2
1によって連通せしめられている。 プランジャ１の第１リード11Aと第２リード11Bに対応
する位置には第１ポート４を有する第１制御スリーブ２
が嵌挿されている。そして、この第１制御スリーブ２は
ポンプ本体側に固定配置される。 またプランジャ１の周溝12に対応する位置には第２ポ
ート５を備えた第２制御スリーブ３が嵌挿されている。
そして、この第２制御スリーブ３は、エンジン回転数の
変化に対応して上下方向に移動するように構成されてお
り、具体的にはエンジン低速時には第４図に実線図示す
る如く第２制御スリーブ３の上面3aが位置B₁にあってこ
のとき第２ポート５と周溝12とは連通直前（非連通維
持）の状態とされている。エンジン中速時には第２制御
スリーブ３が下方へ移動しその上面3aが位置B₂に位置
し、周溝12はその約上半分が第２ポート５と重合連通し
ている。さらに、エンジン高速時においてはさらに第２
制御スリーブ３が下方へ移動しその上面3aが位置B₃に達
し、周溝12は第２ポート５に完全に重合連通する。 また、第２制御スリーブ３が位置B₁にあるエンジン低
速時においては、プランジャ１の頂面1bは第１制御スリ
ーブ２の第１ポート４よりも寸法S₁だけ上方に位置して
いる。 さらに、第１制御スリーブ２の第１ポート４とプラン
ジャ１の第１リード11Aと第２リード11Bの回動方向相対
位置はエンジン負荷に対応して変化するようになってお
り、具体的には低負荷時には第７図において実線図示す
る位置にあり、高負荷時には鎖線図示する位置にある。 従って、この燃料噴射ポンプにおいては、エンジンの
低速・低負荷時（即ち、低速アイドル時）にのみ一次噴
射ストロークS₁が有効となり２段噴射が実現されるが、
それ以外の運転領域では一次噴射ストロークＳが無効と
され一段噴射となる。この時の噴射率パターンを第５図
に示している。 （第３の実施例） 第６図には本発明の第３の実施例に係る燃料噴射ポン
プの要部が示されている。この燃料噴射ポンプはエンジ
ン低速時においてのみ２段噴射を行ないこれ以外の運転
領域では全て１段噴射を行なうようにしたものである。
即ち、この燃料噴射ポンプは、プランジャ１の中段部の
外周面にリード11と周溝12とを該リード11を上側に位置
させた状態で形成するとともに、リード11の外側に第１
ポート４を備えた第１制御スリーブ２を、周溝12の外側
に第２ポート５を備えた第２制御スリーブ３をそれぞれ
嵌挿して構成されている。そして、この二つの制御スリ
ーブ2,3のうち、第１制御スリーブ２はこれをポンプケ
ーシング側に固定するが、第２制御スリーブ３はそれを
エンジン速度に応じて上下方向に移動させ得るようにし
ている。具体的には、エンジン低速時には第６図に実線
図示する位置B₁に位置し、エンジンの中速時には位置B₂
に、さらに高速時には位置B₃に位置する如くエンジン速
度の上昇につれて下動するようにその移動方向が設定さ
れている。 さらに、プランジャ１と２つの制御スリーブ2,3との
プランジャ軸方向相対位置は、次のように設定されてい
る。即ち、第２制御スリーブ３が低速時位置B₁にあり、
しかもプランジャ１の周溝12が第２制御スリーブ３の第
２ポート５と連通直前位置（非連通状態）にある時、プ
ランジャ１の頂面1bが第１制御スリーブ２の第１ポート
４よりも上方へ寸法S₁だけ突出されている。従って、低
速時においては一時噴射ストロークS₁が有効とされ２段
噴射が実現されるが、中・高速域では上記一時噴射スト
ロークS₁が無効とされるため一次噴射は行なわれず一段
噴射とされる。この燃料噴射ポンプの噴射率パターンを
第７図に示している。また、このパターン図からもわか
るように、この燃料噴射ポンプの場合には、低速時にの
み２段噴射が行なわれると同時に、エンジン速度の上昇
に伴って二次噴射の噴射時期が進角するようになってい
る（即ち、エンジン速度の上昇に伴って周溝12と第２ポ
ート５との連通遮断タイミングが次第に早まる構成であ
るため）。 叙上の実施例においてはストロークS₁とS₂の割合を変
え得ることから、エンジンの速度の増大に応じて第２制
御スリーブ３を下降させて噴射率制御を行うことも可能
である。即ち、周溝12と第２制御スリーブ３との連通部
最小断面積Aminの設定の仕方によって、第８図に示すよ
うな噴射率パターンが択一的に得られる。ここで、第８
図（イ）は、Aminが大のときで、全運転領域に亘って２
段噴射が行われ、第８図（ロ）はAminが中のときで、低
速時のみ２段噴射が行われ、中・高速時に初期噴射率の
制御が行われ、また第８図（ハ）は、Aminが小のとき
で、低速時のみ２段噴射、中速時のみ初期噴射率制御、
高速時に従来の１段噴射が行われることを各々示してい
る。このような噴射率制御によってディーゼル機関の低
騒音、低NO_X燃焼を実現することができる。 なお、第９図は、周溝12と第２制御スリーブ３との連
通部最小断面積Aminを構成する一実施例として、通油孔
10と連通するスリット1Cに、第２制御スリーブ３に列状
に穿孔した多数の細孔3a,3a・・・・を、プランジャ１
の往復動に応じて重合連通させるようにした場合を示
す。なお、第９図（イ）は同図（ロ）の平面図である。
また第10図は、細孔3a,3a・・・・に代えてその同じ位
置にスリットポート3bを削設してもよい場合の実施例を
示すものである。なお、第10図（イ）は同図（ロ）の平
面図である。さらにまた、第11図（イ）、（ロ）、
（ハ）で示す例は、プランジャ１の頂部からその軸方向
に穿設され且つ横穴11aを介してリード11に連通する深
穴1dと、プランジャ１に同軸に適宜深さに削設され且つ
プランジャ１の往復動に応じて第２制御スリーブ３の第
２ポート５に連通する小幅スリット1eとの交差重合部に
最小断面積Aminを構成するようにした場合を示す。この
第11図の場合の深穴1dは小幅スリット1eに部分的に交差
重合させるようにしているが、全部交差重合させてもよ
い。なお、第11図（イ）は同図（ロ）の平面図、第11図
（ハ）は同図（ロ）のＸ−Ｘ断面図である。 （発明の効果） 本発明は、制御スリーブ内にプランジャを相対摺動且
つ相対回動可能に嵌挿し、該プランジャを上記制御スリ
ーブ内で往復動させることによって該プランジャの頂面
に開口する通油孔と該通油孔に連通する燃料吸排口を介
して上記プランジャ頂面上に形成される加圧室内に燃料
を吸入し且つこれを加圧圧送するとともに、上記プラン
ジャと制御スリーブとを相対回動させて上記プランジャ
の有効ストロークを調整することによって燃料の噴射量
を調整するようにした燃料噴射ポンプにおいて、上記制
御スリーブをプランジャ軸方向に第１制御スリーブと第
２制御スリーブを含む制御スリーブでもって構成すると
ともに、上記プランジャの側周面には、斜溝で構成され
且つ上記通油孔と燃料吸排口を介して上記加圧室に連通
するリードと上記燃料吸排口及び上記リードよりも下方
位置にあってプランジャ周方向に平行に延び且つ上記通
油孔を介して上記加圧室に連通する周溝をそれぞれ形成
する一方、上記プランジャの上記リード部分の外側には
該リードと重合可能な第１ポートを備え且つポンプボデ
イ側に固定された第１制御スリーブが、また上記周溝部
分の外側には該周溝と重合可能な第２ポートを備え且つ
プランジャ軸方向に変位可能とされた第２制御スリーブ
がそれぞれ嵌挿され、さらに上記プランジャの上動時に
は先ず同プランジャが上記第１ポートを閉塞することに
よって燃料の一次噴射が開始され次いで上記周溝と第２
ポートが連通することによって上記燃料の一次噴射が終
了し次いで同周溝と第２ポートの連通が終了することに
よって燃料の第二次噴射が開始されさらに次いで上記リ
ードが第１ポートと連通することによって上記燃料の第
二次噴射が終了するようにされており、さらに上記第２
制御スリーブはエンジン速度の上昇につれて上記周溝と
第２ポートの連通が早まりエンジン速度の減少につれて
同周溝と第２ポートの連通が遅くなりそれによってエン
ジン速度の増減に伴う上記燃料の第一次噴射量の増減が
抑制されるようにプランジャ軸方向に変位制御されるよ
うに構成されていることを特徴とするものである。 従って、本発明の燃料噴射ポンプによれば、 （１） プランジャの周溝と第２制御スリーブの第２ポ
ートとの連通により燃料噴射が一時中断されることか
ら、その前段階における一次噴射と後段階における二次
噴射の二段噴射が実現され、エンジンの低騒音化が促進
される、 （２） プランジャと第１制御スリーブとの相対回動位
置が固定された状態であっても、エンジン速度が上昇す
ると第２制御スリーブがプランジャに対してその軸方向
に相対変位して一次噴射ストロークをエンジン速度の上
昇に対応して減少させる如く作用するため、一次噴射量
はエンジン速度の上昇にかかわらず常に一定に保持さ
れ、燃焼性能が高水準に維持される、 （３） エンジン負荷の変化に対応して燃料噴射量（全
噴射量）を増減させる（プランジャを回動させる）場合
でも燃料の一次噴射の時期はエンジン速度にのみ依存
し、燃料噴射量（全噴射量）が変化しても燃料の一次噴
射の時期は変化することがない、 （４） 上記（３）の場合においても、燃料の一次噴射
の始期と終期の間のプランジャストロークはプランジャ
回動によっても変化しないから、燃料の一次噴射量は燃
料の全噴射量の変化にもかかわらず常に一定であり、安
定した一次噴射特性を維持することができ、延いては良
好な燃焼性能を維持することができる、 等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図（イ）〜（ヘ）及び第２図（イ）〜（ヘ）は本発
明の第１の実施例に係る燃料噴射ポンプの構造及び作動
説明図、第３図は第１の実施例に係る燃料噴射ポンプの
噴射率パターン図、第４図は本発明の第２の実施例に係
る燃料噴射ポンプの構造説明図、第５図は第４図に示し
た燃料噴射ポンプの噴射率パターン図、第６図は本発明
の第３の実施例に係る燃料噴射ポンプの構造説明図、第
７図は第６図に示した燃料噴射ポンプの噴射率パターン
図、第８図は噴射率制御を行った場合の噴射率パターン
図、第９図、第10図および第11図は、周溝と第２制御ス
リーブとの連通部最小断面積を構成する場合の各々の実
施例に係る部分拡大図である。 １……プランジャ ２……第１制御スリーブ ３……第２制御スリーブ ４……第１ポート ５……第２ポート ６……加圧室 10……通油孔 11……リード 12……周溝 20……制御スリーブ 21……燃料吸排口

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．制御スリーブ（20）内にプランジャ（１）を相対摺
   動且つ相対回動可能に嵌挿し、該プランジャ（１）を上
   記制御スリーブ（20）内で往復動させることによって該
   プランジャ（１）の頂面（1b）に開口する通油孔（10）
   と該通油孔（10）に連通する燃料吸排口（21）を介して
   上記プランジャ頂面（1b）上に形成される加圧室（６）
   内に燃料を吸入し且つこれを加圧圧送するとともに、上
   記プランジャ（１）と制御スリーブ（20）とを相対回動
   させて上記プランジャ（１）の有効ストロークを調整す
   ることによって燃料の噴射量を調整するようにした燃料
   噴射ポンプであって、上記制御スリーブがプランジャ軸
   方向に第１制御スリーブ（２）と第２制御スリーブ
   （３）を含む制御スリーブでもって構成されるととも
   に、上記プランジャ（１）の側周面（1a）には、斜溝で
   構成され且つ上記通油孔（10）と燃料吸排口（21）を介
   して上記加圧室（６）に連通するリード（11）と上記燃
   料吸排口（21）及び上記リード（11）よりも下方位置に
   あってプランジャ周方向に平行に延び且つ上記通油孔
   （10）を介して上記加圧室（６）に連通する周溝（12）
   がそれぞれ形成される一方、上記プランジャ（１）の上
   記リード（11）部分の外側には該リード（11）と重合可
   能な第１ポート（４）を備え且つポンプボデイ側に固定
   された第１制御スリーブ（２）が、また上記周溝（12）
   部分の外側には該周溝（12）と重合可能な第２ポート
   （５）を備え且つプランジャ軸方向に変位可能とされた
   第２制御スリーブ（３）がそれぞれ嵌挿され、さらに上
   記プランジャ（１）の上動時には先ず同プランジャ
   （１）が上記第１ポート（４）を閉塞することによって
   燃料の一次噴射が開始され次いで上記周溝（12）と第２
   ポート（５）が連通することによって上記燃料の一次噴
   射が終了し次いで同周溝（12）と第２ポート（５）の連
   通が終了することによって燃料の第二次噴射が開始され
   さらに次いで上記リード（11）が第１ポート（４）と連
   通することによって上記燃料の第二次噴射が終了するよ
   うにされており、さらに上記第２制御スリーブ（３）は
   エンジン速度の上昇につれて上記周溝（12）と第２ポー
   ト（５）の連通が早まりエンジン速度の減少につれて同
   周溝（12）と第２ポート（５）の連通が遅くなりそれに
   よってエンジン速度の増減に伴う上記燃料の第一次噴射
   量の増減が抑制されるようにプランジャ軸方４向に変位
   制御されるように構成されていることを特徴とする燃料
   噴射ポンプ。