JP3666085B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴射時期および噴射率を可変にできる燃料噴射ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
噴射時期および噴射率を可変に制御できるタイプの燃料噴射ポンプを図５および図６を用いて説明する。図示するように、この種の燃料噴射ポンプは、スリーブ内に収容されたプランジャ１が、ディーゼルエンジンのクランク軸に連動して回転駆動されるカム２によって上昇されるようになっており、次のようにして燃料を噴射ノズルに向けて圧送する。
【０００３】
まず、図５(a) のようにプランジャ１に形成された吸入ポート３がスリーブ４の下端５で塞がれる前は、油溜室６内の燃料が吸入ポート３およびオイル通路７を通って圧縮室８に導かれる。そして、図５(b) のようにプランジャ１の吸入ポート３がスリーブ４の下端５で塞がれると、圧縮が始まって噴射開始となる。図５(c) は燃料の圧送中を表している。その後、図５(d) のようにプランジャ１に形成されたリーク溝９がスリーブ４に形成されたスピルポート１０に符合すると、圧縮漏れとなって噴射終了となる。
【０００４】
ここで、図６(A) に示すように、スリーブ４をプランジャ１に対して上昇させた状態とすると、プランジャ１の吸入ポート３がスリーブ４の下端５で塞がれる噴射開始がカム２のノーズ部１１の先端側１１ａで行われることとなり、噴射タイミングが遅角される。このとき、プランジャ１１の下死点から噴射開始までのプリストロークは最大となる（図７参照）。他方、図６(B) に示すように、スリーブ４をプランジャ１に対して下降させた状態とすると、噴射開始がカム２のノーズ部１１の根元側１１ｂで行われることとなり、噴射タイミングが進角される。このとき、プリストロークは最小となる（図７参照）。
【０００５】
また、カム２のノーズ部１１は、例えば図６に示すようにその根元側１１ｂではリフト速度が遅く、先端側１１ａではリフト速度が速くなるように形成されている。従って、図６(B) のように、プリストロークを小さくして噴射タイミングを進角させると、噴射率が低くなる。他方、プリストロークを大きくして噴射タイミングを遅角させると、噴射率が高くなる。
【０００６】
これを利用して、エンジンの低回転域では図６(A) のように噴射時期を遅角させると共に噴射率を高くし、高回転域では図６(B) のように噴射時期を進角させると共に噴射率を低くするように制御している。これにより、ポンプ駆動用カム２の回転速度が遅いエンジンの低回転域でも高圧噴射が可能になり、全回転域で最適な噴射時期および噴射率を得ることができる。また、高回転時における失火を防止できる。
【０００７】
従来のカムは、図７に示すように可変プリストローク範囲１２では、カムアングルが増すに従ってリフト速度すなわち送油率(G.I.R：Geometric Injection Rato) が上昇する右上りカムとなっている。これは、初期噴射率を抑制してＮＯｘを低減し、後期噴射率をアップしてスモークの発生を抑制するためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、噴射圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑとの間には、Ｐ∝Ｎｅ×Ｑの関係があり、噴射ポンプ駆動トルクＴと噴射圧力Ｐと送油率ＧＩＲとの間には、Ｔ∝Ｐ×ＧＩＲの関係がある。従って、駆動トルクＴは、高回転であるほど、また燃料噴射量が多いほど大きくなる。よって、ポンプの駆動トルクＴが最大となるのは、高回転で燃料噴射量が最大となる、エンジンの最大馬力発生時である。
【０００９】
エンジンの最大馬力発生時（高回転・大噴射量時）には、前述の如くスリーブ４を図６(b) のように最進角側に移動させ、プリストロークを最小とするが、そのときの噴射開始から噴射終了までの区間５０のカムの使用域の形状も、図７に示すように送油率が上昇する右上りの形状になっている。そのため、ポンプの駆動トルクＴは、プランジャ１の上昇に伴う圧縮反力の増加と相俟って、瞬間的には最大馬力発生時における噴射終了時１４が最大となる。
【００１０】
さて、近年益々厳しくなる排気ガス規制に対応すべく、燃料微粒子化のために噴射ノズルの噴口絞りを行うと、出口絞りの状態となるため従来の送油率のカム２では高回転域での噴射期間が伸びてしまい、燃焼効率の悪化やスモークの発生や排気温度の上昇等の様々な性能劣化が生じる。特に、高過給大排気量エンジンでは著しい。
【００１１】
この対策として、図７に仮想線１３で示すように従来より高い送油率のカムを用い、さらに高圧噴射にして噴射期間を短縮することが考えられるが、従来の右上りカムでは噴射終了時１４のときの駆動トルクが過大となり、エンジンの耐久性が著しく悪化してしまう。
【００１２】
そこで、噴射期間の短縮化を図るべく送油率を高めても、高回転・大噴射量・最進角状態における噴射終了時の駆動トルクを小さくできる燃料噴射ポンプの実現が要望されていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、スリーブ内のプランジャを上昇させるカムを有し、上記スリーブをプランジャに対して軸方向に上下に移動させることにより、噴射開始時期を可変とすると共に噴射開始から噴射終了までのカムの使用域をずらすようにした燃料噴射ポンプにおいて、上記スリーブを下方に移動させて噴射開始時期を最進角としたとき、噴射開始から噴射終了までのカムの使用域の形状を送油率が下降する形状にすると共に、噴射終了時以降の部分のカム形状を送油率が増加する形状にし、高回転・大噴射量時に上記スリーブを下方に移動させて噴射開始時期を最進角状態としたとき、上記カムの最大駆動トルク発生時である上記噴射終了時に送油率が最も低くなるように上記カムの送油率線の形状をＭ型とすることで、上記カムの駆動トルクの低減を図ったものである。
【００１４】
前述したように、カムの駆動トルクが最大となるのは、エンジン高回転時にスリーブを下方に移動させて噴射開始時期を最進角とした際の噴射終了時である。本発明は、この最進角時における噴射開始から噴射終了までのカムの使用域が、送油率が下降する右下がりの形状になっているため、従来の右上りの形状のものと比べると噴射終了時のカムの駆動トルクが低減する。すなわち、本発明の燃料噴射ポンプによれば、たとえ噴射開始から噴射終了までの平均の送油率を高めても、高回転・最進角時における最大駆動トルクを低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る燃料噴射ポンプにおける、カムアングルと送油率(G.I.R) および噴射圧力の関係を示す。図中、プリストローク最小の位置２０は、図６(B) のようにスリーブ４を下げたときであり、噴射時期が最進角となり、高回転時に使用される。プリストローク最大の位置２１は、図６(A) のようにスリーブ４を上げたときであり、噴射時期が最遅角となり、低回転時に使用される。
本実施形態の特長とするところは、スリーブ４を下方に移動させてプリストロークを最小として（２０の位置）噴射時期を最進角としたとき、噴射開始２２から噴射終了２３までのカム２の使用域の形状を、送油率が下降する形状にした点である。すなわち、この最進角時における噴射開始２２から噴射終了２３までの間、カム２の送油率（リフト速度）は右下がりとなっている。
【００１７】
詳しくは、本実施形態のカム２は、噴射開始２２時の送油率が従来の右上りのカムの送油率より大きく、噴射終了２３時の送油率が従来のカムの送油率より小さく、かつ噴射開始２２から噴射終了２３までの平均の送油率が従来のカムより大きくなっている。図１中、矢印２４は送油率アップによる高圧噴射を示し、矢印２５は最大駆動トルク発生時を示している。また、噴射開始２２は図５(b) に相当し、噴射終了２３は図５(d) に相当することは勿論である。
【００１８】
送油率とカム形状との対応を図１および図２を用いて説明する。図１の噴射開始点２６は図２のカム２のノーズ部１１の湾曲凸部２７の頂点近傍点２８に相当し、図１の噴射終了点２９は図２のカム２のノーズ部１１の湾曲凹部３０の底点近傍点３１に相当する。すなわち、図２において、頂点近傍点２８から底点近傍点３１は徐々に送油率が下がっているのである。
【００１９】
上述の如く、カム２の最大駆動トルク発生時２５（高回転・大噴射量時に最進角状態としたときの噴射終了時）の送油率を従来並みかそれ以下に設定することにより、噴射開始２２から噴射終了２３までの平均送油率を従来のものよりも大きくしても、カム２の駆動トルクは低減することになる。このように、カム２の駆動トルクが大きくならないので、エンジン側での耐久性向上対策等が不要となる。
【００２０】
また、本実施形態においては、図１に示すように、最進角状態における噴射終了時２９以降の部分のカム形状を、送油率が増加する形状（右上り）にしている。すなわち、カム２の送油率線は、最進角状態における噴射終了時２９を中心としてＭ型の形状となっている。このように、最進角時における噴射終了時２９以降の送油率を右上りにすることにより、プリストローク最大（２１の位置）とする低回転時における噴射波形は、従来通りの初期噴射率抑制および後期噴射率増大となる。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態のカム２のノーズ部１１は、図２に示すように、湾曲凹部３２と湾曲凸部２７と湾曲凹部３０とが接続されて構成されている。そして、湾曲凹部３２の立上点３３から湾曲凸部２７の頂点近傍点２８まで送油率が上がり、その頂点近傍点２８から湾曲凹部３０の底点近傍点３１まで送油率が下がり、その底点近傍点３１から湾曲凹部３０の終了点３４まで送油率が上がるようになっている。つまり、図１および図２において、２６が２８に、２９が３１に、３５が３４にそれぞれ相当する。
【００２２】
なお、図３および図４に示すように、送油率線をＭ型とせずに右下がりのままとしても、カム２の最大駆動トルク発生時２５（高回転時に最進角状態としたときの噴射終了２３時）の駆動トルクを小さくできることは勿論である。この場合、カム２のノーズ部１１は、小さな湾曲凹部３６と大きな湾曲凸部３７とから構成される。そして、図３の噴射開始点３８は図４の湾曲凹部３６の終了近傍点３９に相当し、図３の角点４０は図４の湾曲凸部３７の終了近傍点４１に相当する。すなわち、図４において、湾曲凹部３６の終了近傍点３９から湾曲凸部３７の終了近傍点４１までは、送油率が右下がりとなっている。
【００２３】
また、本発明と関連する技術として実開平4-107478号公報「燃料噴射ポンプ」が知られているが、これは図８に示すように、高負荷側Ｅの噴射をリフト速度の高い高速域で行うものであり、噴射開始後一旦リフト速度が上昇した後に下がるため、駆動トルクの低減に繋がらない。本発明は、高負荷時（高回転時）にプリストローク最小位置２０から噴射を開始した後に、徐々にリフト速度（送油率）を下げることで、駆動トルクの低減を図るものである。すなわち、本発明のカムは、高負荷時（高回転時）は常に右下がりのリフト速度（送油率）特性を持っている点で大きく相違し、この相違点により駆動トルクの低減を達成しているのである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る燃料噴射ポンプによれば、カムの駆動トルクが最大となる最進角状態における噴射終了時の駆動トルクを小さくすることができる。よって、さらに送油率を高めることができ、高噴射率化を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射ポンプのカムアングルと送油率および噴射圧力の関係を示す図である。
【図２】図１の特性を有するカムの形状を示す図である。
【図３】別の実施形態に係る燃料噴射ポンプのカムアングルと送油率および噴射圧力の関係を示す図である。
【図４】図３の特性を有するカムの形状を示す図である。
【図５】燃料噴射ポンプの噴射の様子を示す図である。
【図６】燃料噴射ポンプの進角および遅角状態を示す図である。
【図７】従来の燃料噴射ポンプのカムアングルと送油率および噴射圧力の関係を示す図である。
【図８】関連技術を示す図である。
【符号の説明】
１ プランジャ
２ カム
４ スリーブ
２２ 噴射開始
２３ 噴射終了

Claims (2)

1. スリーブ内のプランジャを上昇させるカムを有し、上記スリーブをプランジャに対して軸方向に上下に移動させることにより、噴射開始時期を可変とすると共に噴射開始から噴射終了までのカムの使用域をずらすようにした燃料噴射ポンプにおいて、
   上記スリーブを下方に移動させて噴射開始時期を最進角としたとき、噴射開始から噴射終了までのカムの使用域の形状を送油率が下降する形状にすると共に、噴射終了時以降の部分のカム形状を送油率が増加する形状にし、
   高回転・大噴射量時に上記スリーブを下方に移動させて噴射開始時期を最進角状態としたとき、上記カムの最大駆動トルク発生時である上記噴射終了時に送油率が最も低くなるように上記カムの送油率線の形状をＭ型とすることで、上記カムの駆動トルクの低減を図ったことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 低回転時に上記スリーブを上方に移動させて噴射開始時期を最遅角としたとき、噴射開始から噴射終了までのカムの使用域を、上記送油率が増加する形状を含むようにした請求項１記載の燃料噴射ポンプ。

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