JP3712502B2

JP3712502B2 - ディ−ゼル機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3712502B2
Application number: JP18175497A
Authority: JP
Inventors: 寛典坂部; 保雄加藤; 紀康稲永; 勝彦阪口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2017-06-23
Also published as: JPH1113589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ポンプを駆動する燃料カムを正・逆転両用に構成してなる自己逆転式ディ−ゼル機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型ディ−ゼル機関においては、カム軸に正転用カムと逆転用カムとを軸方向に並設し、機関を逆転する際には、該カム軸を移動装置によって正転位置から軸方向に移動させて、前記逆転用カムを作動位置に置いた後、起動空気を逆転させる方向（上死点別）にシリンダ内に投入してカム軸及びクランク軸を逆転させている。
【０００３】
かかる従来のディ−ゼル機関の逆転装置を図１１〜図１３に示す。
図１１〜図１３において、６はカム軸でその軸方向に沿って、かつシリンダ毎に燃料カム１と排気カム２とが配設されている。１３は燃料噴射ポンプで、これのすべり筒１４に枢支されたロ−ラ３に前記燃料カム１が転接され、該燃料カム１の回転によりロ−ラ３及びすべり筒１４を介して燃料噴射ポンプ１３のプランジャ１５が後述するようにリフトするようになっている。４は前記排気カム２に転接する排気弁（図示省略）用ロ−ラである。
【０００４】
図１２は前記燃料噴射ポンプ１３の概略構造詳細を示す。
この燃料噴射ポンプ１３は公知のジャ−ク式燃料噴射ポンプであり、図１２において、１３１はポンプ本体、１７は該ポンプ本体１３１に固定されたプランジャバレル、１５は該プランジャバレル１７内に往復摺動自在に嵌合されたプランジャ、１３２はプランジャスプリング、１８はプランジャ室、１６は給排油孔である。
【０００５】
前記燃料噴射ポンプ１３は、各シリンダ毎に前記燃料カム１に対応して設けられ、該燃料カム１がリフトすると、ロ−ラ３及びすべり筒１４を介してプランジャ１５が押し上げられ、該プランジャ１５の上端縁が給排油孔１６を閉じるとプランジャ室１８内の燃料を高圧に加圧して燃料弁（図示省略）に送るようになっている。
かかるプランジャ１５の上昇時において、該プランジャ１５の最下位置（即ちカムリフトが”０”）から噴射始めまでがプランジャ１５のプリストロ−クとなる。
【０００６】
５は前記カム軸６の軸端部に設けられたカム軸移動装置で、シリンダ１１と該シリンダ１１内に往復摺動可能に嵌合されたピストン１２とを有する。該ピストン１２は前記カム軸６の軸端に固定され、また前記シリンダ１１内には前記ピストン１２により区画形成された空気室１１ａが設けられている。９、１０は該空気室１１ａに連通する空気通路穴である。
【０００７】
前記燃料カム１には、その軸方向に沿って正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとが並設されている。（かかる燃料カム１における正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとの関係については後述。）
【０００８】
かかるディ−ゼル機関の運転時において、正転時には図１１のように正転用カム１ａが燃料噴射ポンプ１３のロ−ラ３に接触している。図示省略の運転制御装置からの逆転用指令が出力されると、エアタンク（図示省略）からの圧縮空気が空気通路穴９から空気室１１ａ内のピストン１２の背側に流入するとともに、ピストン１２の腹側の空気は空気通路穴１０から排出される。
この空気圧力によりカム軸６は図１１の左方向に移動せしめられ、逆転用カム１ｂの上に前記ロ−ラ３が載る。
これにより、カム軸６は逆転運転が可能な位置にセットされる。正転に戻すには上記と逆方向にピストン１２を移動せしめる。
【０００９】
７はカム歯車、８は該カム歯車７に噛合する中間歯車である。該中間歯車８は上記の様にカム軸６が軸方向に移動するため、その歯幅を、上記カム軸６の移動量に見合った量だけカム歯車７よりも大きく形成している。
【００１０】
かかる燃料カム１において正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとは次のようにして形成される。
【００１１】
図７は、前記燃料カム１の正転用カム１ａのリフト線図（カムリフト〜カム回転角）及び速度線図（カム速度〜カム角）を示す。
図７において、正転時にはａ点からスタ−トし、カム角が大きくなるにつれ、カムリフトつまり燃料噴射ポンプ１３のプランジャリフト（以下プランジャリフトをカムリフトと読みかえる）が増加し、上記のようにプランジャ１５が給排油孔１６を閉じた時点つまりｂ点から加圧燃料が燃料弁から機関のシリンダ内に噴射される。
この噴射始め時期は、大型ディ−ゼル機関においては、上死点前２°程度が好適である。さらにカム角が進みｃ点になると噴射が制御される。
【００１２】
その後プランジャ１５は燃料カム１の正転用カム１ａのプロファイルに沿って下がり、燃料噴射ポンプ１３内に燃料を吸い込み、次の噴射に備える。カムリフトの下降時には、燃料カム１のプロファイルは、次の噴射までプランジャ１５が下降していればよく、タイミングや期間は自由に設定できる。
【００１３】
かかる特性を有する燃料カム１を単純に逆転すると、図７においてカム角のｄ点からカムリフトが増加してプランジャ１５が上昇し、ｅ点（上死点前１８０°程度）にて燃料を噴射することとなり実用に供し得ない。
【００１４】
そこで、かかる従来の燃料噴射装置においては、図８に示すように、リフト線図がＳ₁ となる正転用カム１ａとリフト線図がＳ₁ から所定の位相を存して設定されたＳ₂ となる逆転用カム１ｂとを並設し、逆転用カム１ｂのリフト始めを、逆転時の噴射始めが最適噴射タイミング、例えば前記正転時のように、上死点（ＴＤＣ）前２°程度となるような点ｄ’に設定する。
【００１５】
そして、かかる逆転用カム１ｂを正転用カム１ａに並べて設け、両者の表面をロ−ラ３が軸方向に滑らかに移動できるように結合する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術にかかる自己逆転式デイ−ゼル機関の燃料噴射装置には次のような問題点がある。
【００１７】
（１）正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとは、カム軸の軸方向に並設され、正・逆転切り換え時に双方の面上を燃料噴射ポンプ１３のロ−ラ３が軸方向に転動されるため、前記両カム１ａ、１ｂの結合面の曲面成形加工が必要となり、カム軸６の加工工数が増加しコストが高くなる。
【００１８】
（２）カム軸６を軸方向に移動せしめるため、カム歯車７と噛み合う中間歯車８の歯幅を該カム軸６の移動分に見合う量だけ大きく形成することを要し、該中間歯車が大型化するとともに重量も増大し、機関が大型化する。
【００１９】
（３）正・逆転の切り換え時にカム軸６を移動させるためのカム軸移動装置５を装備する必要があり、装置が大型化するとともに、部品点数が増加し高コストとなる。
【００２０】
（４）カム軸６を移動させる際に、ロ−ラ３がカム面上を転動するため、カム面に損傷が発生し易い。
【００２１】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、カム軸を移動することなく正・逆転の切り換えを可能として、機械加工工数が低減されるとともに部品点数が低減され、また、装置が小型化、軽量化され、さらにはカム面の損傷等の発生が無く強度的な信頼性の高い自己逆転式ディ−ゼル機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、クランク軸に連動されるカム軸に形成された燃料カムに燃料噴射ポンプのプランジャを接触させて該燃料カムの回転（正転及び逆転を含む）により、前記プランジャを揺動させ、該プランジャの端部と該プランジャが嵌合するプランジャバレルの内周との間に形成されたプランジャ室内の燃料を燃料弁に圧送するように構成されたディーゼル機関において、前記燃料噴射ポンプのプランジャの最下ストローク位置と接触するカムリフト”０”（ゼロ）位置と接するカム中心に対して同心円からなる仮想円をベース円と設定し、前記燃料カムは、前記ベース円上の一点の両側に、正転用カムと逆転用カムとを同一円周上に形成するとともに、該正転用カムと逆転用カムとの前記カムリフト”０”のベース円以外の部位は最大カムリフトの同心円で結合されてなり、上記プランジャバレルに設けられた給排油孔側には、前記カムリフトの”０”から逆転用カムのリフト位置においてプランジャがプランジャバレルの給排油孔を閉じるまでの期間前記給排油孔を閉じて燃料の噴射を可能とする給油孔開閉弁を設けてなることを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射装置を提案する。
【００２３】
かかる発明によれば、同一円周上に正転用カムと逆転用カムとをカムリフト”０”のベ−ス円の両側に形成しているので、機関の逆転時において逆転用カムを使用する際にはプランジャの上昇開始つまりカムリフト”０”の状態から該プランジャがプランジャバレルの給排油孔を閉じるまでの期間、すなわち従来のブリストロ−ク期間中、給油孔開閉弁により給油孔（給排油孔）を閉じて燃料の噴射を行ない、プランジャが給排油孔を閉じて従来のような燃料噴射始めとなると同時に前記給油孔開閉弁を開いてプランジャのリ−ドによる通常の燃料制御を行なう。
【００２４】
これにより、逆転時においてはプランジャがカムリフト”０”から上昇し始めると同時に燃料の噴射が開始されることとなり、正転用カムと逆転用カムとを連設したことによる逆転時の噴射タイミング遅れが無くなり、逆転時においても正転時と同様な噴射タイミングで以って噴射がなされる。
従って、かかる発明によれば、同一円周上に正転用カムと逆転用カムとを設ければ、上記給油孔開閉弁との共働により容易に逆転運転が可能となり、従来技術のようにカム軸を軸方向に移動することを要しない。
これにより、従来技術のようなカム軸移動装置が不要となるとともに、カム軸駆動用中間歯車の歯幅も拡くすることを要さず、構造が簡単化され、さらには機関の全長が短縮されるとともに軽量化され、製造コストが低減される。
【００２５】
またカム軸の同一円周上に正転用カムと逆転用カムとを形成するので、従来技術のような正転用カムと逆転用カムを軸方向に並設することによって形成されるロ−ラの軸方向への転動面が不要となり、曲面加工が不要となってカムの機械加工が容易化され、加工コストが低減される。また、上記転動面をロ−ラが移動する際における転動面の損傷の発生も無く、耐久性、信頼性の大なる燃料カムが得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
図１は本発明の第１実施形態に係るディ−ゼル機関の燃料噴射装置の燃料カム軸心に直角方向の断面図、図２は給油孔開閉弁取付部（図１のＹ部）の拡大断面図、図３は図１のＡ矢視図、図４は給気孔開閉弁の開閉タイミング線図、図５は給気孔開閉弁の制御ブロック図である。
【００２８】
図１において、６はカム軸で、その軸方向に沿って、かつシリンダ毎に燃料カム１と排気カム２（図１１参照）とが配設されている。１３は燃料噴射ポンプで、これのすべり筒１４に枢支されたロ−ラ３に前記燃料カム１が転接され、該燃料カム１の回転によりロ−ラ３及びすべり筒１４を介して燃料噴射ポンプ１３でのプランジャ１５が後述するようにリフトするようになっている。Ｍはカム軸６の軸心である。
【００２９】
この燃料噴射ポンプ１３は公知のジャ−ク式燃料噴射ポンプであり、図１において、１３１はポンプ本体、１７は該ポンプ本体１３１に固定されたプランジャバレル、１５は該プランジャバレル１７内に往復摺動自在に嵌合されたプランジャ、１３２はプランジャスプリング、１８はプランジャ室、１６は給排油孔である。
前記燃料噴射ポンプ１３は、各シリンダ毎に前記燃料カム１に対応し設けられ、該燃料カム１がリフトすると、ロ−ラ３及びすべり筒１４を介してプランジャ１５が押し上げられ、該プランジャ１５の上端像が給排油孔１６を閉じるとプランジャ室１８内の燃料を高圧に加圧して燃料弁（図示省略）に送るようになっている。
かかるプランジャ１５の上昇時において、該プランジャ１５の最下位置（即ちカムリフトが”０”）から噴射始めまでが、プランジャ１５のプリストロ−クとなる。
【００３０】
１９は上記燃料噴射ポンプ１３に取付けられた給油孔開閉弁である。
該給油孔開閉弁１９はプランジャバレル１７の給排油孔１６に対向して設けられている。かかる給油孔開閉弁１９の詳細を示す図２において、１９５は弁ケ−スで燃料噴射ポンプ１３のポンプ本体１３１にねじ込まれ固定されている。１９１は弁体で前記弁ケ−ス１９５内に摺動自在に嵌合され、先端の斜状部がプランジャバレル１７の給排油孔１６に進入し該給排油孔１６を完全に閉塞可能となっている。
【００３１】
１９２は前記弁体１９１の端部に固定されたピストンで、シリンダ１９６内に摺動自在に嵌合されている。１９４は前記ピストン１９２の作動面が臨む油室で弁駆動装置３３（図５参照）からの作動油が作動油管２０を経て導入され、あるいは排出されるようになっている。１９３は前記ピストン１９２の戻しばねである。
【００３２】
次に前記燃料カム１は次のように構成されてる。
図１において、１ａは正転用カム、１ｂは逆転用カムであり、該正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとは、カムのベ−ス円１Ｃ、つまりカムリフトが”０”（ゼロ）の円に滑らかに接するように設けられている。そして該正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとは図３に示すようにカム軸６の長手方向において従来技術のように軸方向に並設されることなく同一円周上に設けられる。
【００３３】
上記燃料カム１のプロファイルは、図９（ａ）に示すように正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとをカムリフト”０”のベ−ス円１Ｃ（図１参照）、図９（ｂ）のａ点において結合している。また正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとは最大リフト：Ｌ₀ 到達後はこの最大リフト期間を保持して１回転中に２回のリフトがなされないようにしている。
【００３４】
かかる燃料噴射装置を備えたディ−ゼル機関の逆転運転を行う際の動作を図１〜図２及び図５に示す制御ブロック図を参照して説明すると、図５において正逆転切換スイッチ３１から逆転運転の指令信号が弁制御装置１００の正逆転判定部１０１に入力されると、該正逆転判定部１０１は逆転運転を判定し、その判定信号を弁開閉時期算出部１０２に入力する。
【００３５】
ここで該弁開閉時期算出部１０２にはクランク角検出器３２から機関クランク角の検出信号が入力されている。
また、前記弁開閉時期算出部１０２には、基準開閉時期設定部１０３から前記給油孔開閉弁１９の最適開閉タイミングが入力されている。かかる、給油孔開閉弁１９の最適開閉タイミングは、図４に示すように、逆転用カム１ｂがリフトを始め、つまりプランジャ１５が上昇過程に入ると、給油孔開閉弁１９が給油孔１６を閉じ、プランジャ１５の頂面が給排油孔１６を閉じる位置に来たとき、つまり通常の噴射始め位置にきたときに開き、以後は上記逆転用カム１ｂのリフト始めまで開放されるように設定されている。
【００３６】
前記弁開閉時期算出部１０２においては、前記基準開閉時期設定部１０３に設定された給油孔開閉弁１９の最適開閉タイミングとクランク角検出器３２にて検出された機関のクランク角即ちカム角とにより、最適開閉タイミング（大型２サイクルディ−ゼル機関においては）のカム角において前記給油孔開閉弁１９を開くような制御信号を弁駆動装置３３に出力する。
該弁駆動装置３３は給油孔開閉弁１９の駆動油圧を該給油孔開閉弁１９に送る。
【００３７】
このように、かかる実施形態においては、燃料カム１を正転用カム１ａと逆転用カム１ｂとが図９に示すようにカムリフト”０”（ゼロ）の点ａをはさんで滑らかに結合する。
そして、この状態では図１０に示すように、正転時の噴射開始がＡ₁ 点（ＴＤＣ（上死点）前５°程度）であるのに対し、逆転時の噴射開始がＡ₂ 点となり噴射タイミングに大幅な遅れが生ずるので逆転用カム１ｂのリフト開始時、つまりプランジャ１５の上昇開始時に給油孔開閉弁１９により給排油孔１６を閉じて燃料噴射を行なうようにする。
これによって逆転時の噴射開始は図１０のＡ₃ 点となり、逆転時にも正常な燃料噴射がなされる。
【００３８】
図６は本発明の第２実施形態を示す。
この実施形態においては、図１に示す第１実施形態における油圧式の給油孔開閉弁１９に代えて電磁弁２１を用いている。即ち図６において２１は電磁弁でありＯＮ動作となったとき前記給排油孔１６を全閉にし、ＯＦＦ動作となったとき該給排油孔１６を全開とする。
【００３９】
この電磁弁２１の開閉制御は図５に示す制御ブロック図の弁駆動装置３３及び給排油孔開閉弁１９を電磁弁２１に置き換えることにより、前記第１実施形態と同様な開閉制御が可能となる。
その他の構成は図１に示す第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号にて示す。
【００４０】
かかる第２実施形態においては、電磁弁２１によって給排油孔１６を開閉するので、図１に示す第１実施形態における油圧式給油孔開閉弁１９に較べ応答性が向上するとともにシステム全体が小型コンパクト化される。
【００４１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、同一円周上に設けられた正転用カムと逆転用カムと、上記給油孔開閉弁との協働により容易に逆転運転が可能となり、従来技術のようにカム軸を軸方向に移動することを要しない。
これにより、従来技術のようなカム軸移動装置が不要となるとともに、カム軸駆動用中間歯車の歯幅も拡くすることを要さず、構造が簡単化され、さらには機関の全長が短縮されるとともに軽量化され、製造コストを低減することができる。
【００４２】
またカム軸の同一円周上に正転用カムと逆転用カムとを形成するので、従来技術のような正転用カムと逆転用カムを軸方向に並設することによって形成されるロ−ラの軸方向への転動面が不要となり、曲面加工が不要となってカムの機械加工が容易化され、加工コストが低減される。
また、上記転動面をロ−ラが移動する際における転動面の損傷の発生も無く、耐久性、信頼性の大なる燃料噴射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自己逆転式ディ−ゼル機関の燃料噴射装置のカム軸心線に直角方向の断面図である。
【図２】上記第１実施形態における給油孔開閉弁の拡大断面図（図１のＹ部詳細図）である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】本発明の第１・第２実施形態における給油孔開閉弁の弁開閉タイミング説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態における弁制御装置の制御ブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す図１に応当する図である。
【図７】燃料カムの速度及びリフト線図である。
【図８】燃料カムの正転用カムと逆転用カムの結合態様の１例を示すリフト線図である。
【図９】本発明の第１・第２実施形態に係る燃料カム（ａ）とそのリフト線図（ｂ）である。
【図１０】正転用燃料カムと逆転用燃料カムの速度線図である。
【図１１】従来技術に係る自己逆転式ディ−ゼル機関のカム軸の断面図である。
【図１２】上記従来例おける燃料噴射ポンプの要部断面図である。
【図１３】上記従来例における燃料カムのプロファイル図である。
【符号の説明】
１燃料カム
１ａ正転用カム
１ｂ逆転用カム
１Ｃベ−ス円
３ロ−ラ
６カム軸
１３燃料噴射ポンプ
１４すべり筒
１５プランジャ
１６給排油孔
１７プランジャバレル
１８プランジャ室
１９給油孔開閉弁
２１電磁弁
３２クランク角検出器
１３１ポンプ本体
１３２プランジャスプリング
１９１弁体
１９２ピストン
１９３ばね
１９４油室
１９６シリンダ

Claims

クランク軸に連動されるカム軸に形成された燃料カムに燃料噴射ポンプのプランジャを接触させて該燃料カムの回転（正転及び逆転を含む）により、前記プランジャを揺動させ、該プランジャの端部と該プランジャが嵌合するプランジャバレルの内周との間に形成されたプランジャ室内の燃料を燃料弁に圧送するように構成されたディーゼル機関において、
前記燃料噴射ポンプのプランジャの最下ストローク位置と接触するカムリフト”０”（ゼロ）位置と接するカム中心に対して同心円からなる仮想円をベース円と設定し、前記燃料カムは、前記ベース円上の一点の両側に、正転用カムと逆転用カムとを同一円周上に形成するとともに、該正転用カムと逆転用カムとの前記カムリフト”０”のベース円以外の部位は最大カムリフトの同心円で結合されてなり、上記プランジャバレルに設けられた給排油孔側には、前記カムリフトの”０”から逆転用カムのリフト位置においてプランジャがプランジャバレルの給排油孔を閉じるまでの期間前記給排油孔を閉じて燃料の噴射を可能とする給油孔開閉弁を設けてなることを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射装置。