JP3981484B2 - 燃料噴射ポンプの脈動圧低減構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ポンプにおいて生じる脈動圧を低減し、オイルシールを保護する機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の分配型燃料噴射ポンプの全体構成について説明する。図８は従来の燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。図８において、カム軸４にはカム５が一体成形されており、該カム軸４の上方にはタペット１１が配設されている。タペット１１には垂直方向に配設されたプランジャ７が接続されており、プランジャ７の下部に装着されたスプリングにより下方に付勢されている。該タペット１１はカム軸４の回動により、前記カム５に当接して、上下に摺動する構成になっており、タペット１１の上下摺動にともないプランジャ７が上下に摺動する構成になっている。プランジャ７は高圧燃料ギャラリ４３に挿嵌された構成になっており、該高圧燃料ギャラリ４３より燃料を燃料室４４に導入して、分配軸９に燃料を圧送する構成になっている。
【０００３】
高圧燃料ギャラリ４３には、燃料タンク３２０より、第一フィードポンプ３０７、フィルタ３０８、低圧燃料ギャラリ３２１、第二フィードポンプ（トロコイドポンプ）３０３を介して、燃料が圧送される。プランジャ７には、制御スリーブ１７およびスピルリング３０９が挿嵌されている。制御スリーブ１７はプランジャ７に相対回動不可に挿嵌されており、図示せぬガバナ機構により摺動するラック２１に接続している。該ラック２１の摺動により、制御スリーブ１７とともにプランジャ７が回動し、該プランジャ７による燃料の圧送量が変化する構成になっている。前記スピルリング３０９はタイマーレバー機構３１０に接続され、該タイマーレバー機構３１０によりプランジャ７の側面において上下に摺動することにより燃料の噴射時期を調節する構成になっている。タイマーレバー機構３１０は、レバー３１２、タイマーピストン３１１及び該タイマーピストン３１１を下方に付勢するバネにより構成されており、制御された高圧燃料ギャラリ４３内の油圧変化に伴ってピストン３１１が摺動する。該ピストン３１１の摺動によりレバー３１２を介してスピルリング３０９が摺動される構成になっている。
【０００４】
高圧燃料ギャラリ４３には、アキュムレータ３１４およびドレイン５１が接続されており、該高圧燃料ギャラリ４３に過剰な圧力が掛かるのを、防止する構成になっている。また、前記第二フィードポンプ３０３には調圧弁３０４が接続されており、過剰な燃料は、該調圧弁３０４より低圧燃料ギャラリ３２１に排出される。第二フィードポンプ３０３は、分配軸９より下方に一体的に延設されるロータ軸９ａにより分配軸９とともに駆動される構成となっており、該ロータ軸９ａの下端にはベベルギヤ３１４が固設されている。該ベベルギヤ３１４はカム軸４に固設されたベベルギヤ３１３に噛合しており、カム軸４の回動によりベベルギヤ３１３、ベベルギヤ３１４を介してロータ軸９ａが回転し、これにより分配軸９が回転するとともに、第二フィードポンプ３０３が駆動される。
【０００５】
該分配軸９には気筒数分に応じた数のデリバリバルブ１８が油路により接続されており、プランジャ７により圧送される燃料が分配軸９を介して各デリバリバルブ１８に圧送される。該デリバリバルブ１８には高圧油路３０２を介してエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するノズル３０１が接続されており、該高圧油路３０２を介して燃料が圧送され、ノズル３０１よりエンジンの燃焼室内に燃料が噴射される。
【０００６】
そして、前記低圧燃料ギャラリ３２１と、ベベルギヤ３１４およびベベルギヤ３１３を配設した部分とは、オイルシール３０６により隔離されており、ベベルギヤ３１４およびベベルギヤ３１３を配設した部分に燃料が浸入して潤滑油に混入しない構成になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成において、高圧燃料ギャラリ４３には、プランジャ７の上下動や噴射終了に伴う脈動圧が発生する。その脈動圧は、調圧弁３０４等を介して低圧燃料ギャラリ３２１に伝播し、オイルシール３０６にもかかる。図９は、オイルシール３０６にかかる燃料圧変動を示すものである。圧力変動は急激な上方および降下を繰り返すため、該オイルシール３０６が抜けたり、そのリップ部の早期摩耗が発生し、燃料がシールできなくなって、ベベルギア３１４および３１３側に漏れ、エンジンの潤滑油内に混入して潤滑性を低下する可能性がある。これを回避すべく、低圧燃料ギャラリー３２１からオイルシール３０６への通路をなくせば、オイルシール３０６のエア抜きができず、燃料が浸透しないためにやはりリップ部が早期摩耗してしまう可能性があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
フィードポンプ（３０３）により低圧燃料ギャラリ（３２１）から高圧燃料ギャラリ（４３）へ燃料を圧送し、該フィードポンプ（３０３）に接続した調圧弁（３０４）により、過剰な燃料は低圧燃料ギャラリ（３２１）に排出し、プランジャ（７）の上下動に応じて、該高圧燃料ギャラリ（４３）からプランジャ圧室（４４）に燃料を連通または遮断するとともに、該プランジャ圧室（４４）より燃料を圧送する燃料噴射ポンプ（１）において、前記フィードポンプ（３０３）をロータ軸（９ａ）により駆動し、該ロータ軸（９ａ）の外周に燃料シール用オイルシール（３０６）を挿嵌し、該燃料シール用オイルシール（３０６）により前記低圧燃料ギャラリ（３２１）と潤滑油の充填されたハウジング部の間を密封し、該低圧燃料ギャラリ（３２１）と該燃料シール用オイルシール（３０６）とをつなぐ通路に、燃料の脈動圧を低減する手段として絞り通路（３２２）を構成し、該絞り通路（３２２）は、前記フィードポンプ（３０３）のロータ軸（９ａ）の外周の一部を加工して、燃料噴射ポンプハウジングにおける、該ロータ軸（９ａ）の内装部の壁面との間に、隙間又は溝（３２２ｃ）を形成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は燃料噴射ポンプを装着したエンジンの側面図、図２は同じく後面図、図３は第一参考例の脈動圧低減用の絞り通路を設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図、図４は第二フィードポンプ入口（低圧燃料ギャラリ）における燃料圧変動とオイルシール部における燃料圧変動を示す図。
【００１２】
図５は第二参考例の脈動圧低減用のアキュムレータを設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図、図６は第三参考例の脈動圧低減用の絞りピースを設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図、図７は本発明に係る脈動圧低減用として第二フィードポンプのロータ軸に絞り機構を設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。
【００１３】
図１、図２において本発明の燃料噴射ポンプを装着するエンジンの構成について説明する。エンジン６１は、クランクケース６２、シリンダー部６３およびシリンダヘッド部６４により構成されており、該エンジン６１のシリンダヘッド部６４の側方には排気装置６５が配設されている。エンジン６１の側部には燃料噴射ポンプ１が配設されており、図示しない燃料タンクより供給される燃料を各シリンダ内に高圧で供給可能に構成されている。該エンジン６１には燃料噴射ポンプ１より燃料が供給され、該燃料は空気とともにシリンダー部６３内に導入される。シリンダー部６３内には図示しない複数もしくは単数のシリンダおよびピストンが配設されており、前記導入された燃料と空気はシリンダにおいて図示しないピストンにより圧縮され、爆発した後に排気ガスとしてシリンダ部６３より排出される。該シリンダ部６３より排出される排気ガスはシリンダヘッド部６４より排出される。
【００１４】
該シリンダヘッド部６４には、図示しないバルブ機構が配設されており、該シリンダ部６４内において生成した排気ガスが、バルブ機構を介してシリンダヘッド部６４に配設された排気マニホールド６６内に排出される。各シリンダより排出された排気ガスは排気マニホールド６６に集合し、該排気マニホールド６６には前記排気装置６５が接続されている。該構成において排気マニホールド６６に集合させられた排気ガスが該排気装置６５内に導入される構成になっている。該燃料噴射ポンプ１にはエンジン６１よりの駆動力が伝達されており、該エンジン６１の各シリンダに対する燃料の噴射タイミングは燃料噴射ポンプ１において調節される。該燃料噴射ポンプ１に伝達される動力はエンジン６１のクランクケース６２内に内包されるクランク軸に同期しており、燃料噴射ポンプ１において燃料噴射時期を調節することにより、シリンダー部６３に内装されるピストンの摺動に対応した燃料の噴射をおこなうことできる。燃料噴射ポンプ１より噴射された燃料はシリンダ部６３に内装される各シリンダ内に図示しない噴油弁を介して噴射される。
【００１５】
次に、本発明の構造を具備する分配型燃料噴射ポンプの全体構成について説明する。図３の第一参考例において、カム軸４にはカム５が一体成形されており、該カム軸４の上方にはタペット１１が配設されている。タペット１１には垂直方向に配設されたプランジャ７が接続されており、プランジャ７の下部に装着されたスプリングにより下方に付勢されている。該タペット１１はカム軸４の回動により、前記カム５に当接して、上下に摺動する構成になっており、タペット１１の上下摺動にともないプランジャ７が上下に摺動する構成になっている。プランジャ７は、高圧燃料ギャラリ４３に挿嵌された構成になっており、該高圧燃料ギャラリ４３より燃料をプランジャ圧室４４に導入して、分配軸９に燃料を圧送する構成になっている。
【００１６】
高圧燃料ギャラリ４３には燃料タンク３２０より、第一フィードポンプ３０７、フィルタ３０８、低圧燃料ギャラリ３２１、第二フィードポンプ（トロコイドポンプ）３０３を介して、燃料が圧送される。プランジャ７には、制御スリーブ１７およびスピルリング３０９が挿嵌されている。制御スリーブ１７はプランジャ７に相対回動不可に挿嵌されており、図示せぬガバナ機構により摺動するラック２１に接続している。該ラック２１の摺動により、制御スリーブ１７とともにプランジャ７が回動し、該プランジャ７による燃料の圧送量が変化する構成になっている。前記スピルリング３０９はタイマーレバー機構３１０に接続され、該タイマーレバー機構３１０によりプランジャ７の側面において上下に摺動することにより燃料の噴射時期を調節する構成になっている。タイマーレバー機構３１０は、レバー３１２、タイマーピストン３１１及び該タイマーピストン３１１を下方に付勢するバネにより構成されており、制御された高圧燃料ギャラリ４３内の油圧変化に伴ってピストン３１１が摺動する。該ピストン３１１の摺動によりレバー３１２を介してスピルリング３０９が摺動される構成になっている。
【００１７】
高圧燃料ギャラリ４３には、アキュムレータ３１４およびドレイン５１が接続されており、該高圧燃料ギャラリ４３に過剰な圧力が掛かるのを、防止する構成になっている。また、前記第二フィードポンプ３０３には調圧弁３０４が接続されており、過剰な燃料は、該調圧弁３０４より低圧燃料ギャラリ３２１に排出される。第二フィードポンプ３０３は、分配軸９より下方に一体的に延設されるロータ軸９ａにより分配軸９とともに駆動される構成となっており、該ロータ軸９ａの下端にはベベルギヤ３１４が固設されている。該ベベルギヤ３１４はカム軸４に固設されたベベルギヤ３１３に噛合しており、カム軸４の回動によりベベルギヤ３１３、ベベルギヤ３１４を介してロータ軸９ａが回転し、これにより分配軸９が回転するとともに、第二フィードポンプ３０３が駆動される。
【００１８】
該分配軸９には気筒数分のデリバリバルブ１８が油路により接続されており、プランジャ７により圧送される燃料が分配軸９を介して該デリバリバルブ１８に圧送される。該デリバリバルブ１８には高圧油路３０２によりエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するノズル３０１が接続されており、該高圧油路３０２を介して燃料が圧送され、ノズル３０１よりエンジンの燃焼室内に燃料が噴射される。
【００１９】
前記低圧燃料ギャラリ３２１とベベルギヤ３１４、ベベルギヤ３１３を配設した部分はオイルシール３０６により隔離されており、ベベルギヤ３１４、ベベルギヤ３１３を配設した部分に燃料を侵入させない構成になっている。すなわち、ロータ軸９ａの下部にはオイルシール３０６が挿嵌されており、該オイルシール３０６をロータ軸９ａの側面と図示しないベベルギヤ３１４、ベベルギヤ３１３の配設部分のハウジング間に配設し、低圧燃料ギャラリ３２１に対して、潤滑油の充填されたベベルギヤ３１４やベベルギヤ３１３の配設部を密封し、潤滑油内に燃料を混入させない構成になっている。
【００２０】
上記構成において低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６とをつなぐ油路に燃料の脈動を低減する手段を設け、該脈動を低減する手段により脈動を低減もしくは解消することにより、オイルシール３０６を燃料の脈動より保護することができる。該燃料の脈動を低減する手段としては、図３に示すごとく、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間に、絞り通路３２２を構成することがあげられる。低圧燃料ギャラリ３２１には、プランジャ７の上下動や噴射終了に伴って発生する高圧燃料ギャラリ４３内の脈動圧が、調圧弁３０４等を介して伝播する。しかし、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間に、絞り通路３２２を構成して、低圧燃料ギャラリ３２１内の燃料を、絞り通路３２２を介してオイルシール３０６に送ることにより、該オイルシール３０６付近では、低圧燃料ギャラリ３２１にて生じる脈動圧を均一化することが可能である。
【００２１】
上記の構成により、オイルシール３０６にかかる脈動圧を低減できる。上記の構成による圧力変動の低減の効果について説明する。低圧燃料ギャラリ３２１およびオイルシール３０６付近において燃料の圧力変動を計測し、比較した。該燃料の圧力変動の計測結果を図４に示す。図４において、曲線Ｐ１は低圧燃料ギャラリ３２１における燃料圧の変動を示すものであり、曲線Ｐ２はオイルシール３０６における燃料圧の変動を示すものである。図４に示すごとく、曲線Ｐ１は圧力変動を示しているが、曲線Ｐ２においては曲線Ｐ１に同期した圧力変動が認められない。すなわち、前記のごとく、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間に燃料の脈動を低減する手段を設けたので、低圧燃料ギャラリ３２１における燃料圧の変動が、前記燃料の脈動を低減する手段により、低減され、オイルシール３０６における燃料圧の変動が略解消されるものとなる。これにより、燃料の圧力変動の影響をオイルシール３０６が受けることがなくなり、オイルシール３０６の耐久性を向上できる。また、容易な構成によりオイルシール３０６よりの燃料漏れを防止可能である。
【００２２】
また、図５の第二参考例に示すごとく、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間にアキュムレータ３２２ａを構成することにより、該低圧燃料ギャラリ３２１における燃料の圧力変動をオイルシール３０６の付近において解消することが可能である。これにより、オイルシール３０６を、燃料の脈動より保護することができる。
図５において、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間の油路にはアキュムレータ３２２ａが配設されている。本参考例においては、アキュムレータ３２２ａとしてガスを封入した金属ベローズにより構成される容積可変形アキュムレータを用いているが、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間において、該低圧燃料ギャラリ３２１よりの圧力変動を吸収出来るものであれば良く特に限定するものではない。
【００２３】
上記のごとく、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間にアキュムレータ３２２ａを配設することにより、燃料の圧力変動が生じても該アキュムレータ３２２ａにより圧力の変動が吸収され、オイルシール３０６付近においては燃料の圧力変動がなくなる。即ち、図４図示の燃料圧変動の低減効果が同様に得られる。このため、オイルシール３０６は燃料の急激な圧力変動にさらされることなく、シール部材としての役割を果たすことができる。上記のごとく、オイルシール３０６が燃料の急激な圧力変動にさらされることがなくなるため、オイルシール３０６の耐久性を向上できる。また、前記ベベルギヤ３１４、ベベルギヤ３１３の配設部における潤滑の低減を防止でき、燃料噴射ポンプの耐久性が向上する。
【００２４】
また、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間の油路にピースを配設し、該ピースにより絞り効果を得ることも可能である。図６に示す第三参考例のごとく、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の間の油路にはピース３２２ｂがねじ込みまたは圧入されており、該ピース３２２ｂには小径の孔が設けられている。ピース３２２ｂに低圧燃料ギャラリ３２１より燃料の圧力変動が伝達された場合には該ピース３２２ｂに設けた孔により、該燃料の圧力変動が低減される。これにより、オイルシール３０６が燃料の急激な圧力変動にさらされることがなくなるため、オイルシール３０６の耐久性を向上できる。また、前記ベベルギヤ３１４、ベベルギヤ３１３の配設部における潤滑の低減を防止でき、燃料噴射ポンプの耐久性が向上する。また、容易な構成によりオイルシール３０６を燃料の圧力変動より保護可能であるため、燃料ポンプの製造コストを低減可能である。また、ピース３２２ｂが別体により構成されているため、装着及び取り外しが容易であり、整備性が良い。
【００２５】
また、図７の本発明の図面に示すごとく、ロータ軸９ａの側面に環状の溝３２２ｃを設けて径小部を形成し、ロータ軸９ａを内装するポンプハウジングの壁面との間に隙間を設け、低圧燃料ギャラリ３２１とオイルシール３０６の配設部が該溝３２２ｃにより接続されるように構成することも可能である。低圧燃料ギャラリ３２１よりオイルシール３０６の配設部には該溝３２２ｃを介して燃料が流入するため、該溝３２２ｃによりオリフィス効果が生じ、低圧燃料ギャラリ３２１から伝達される燃料の圧力変動がオイルシール３０６には伝達されない。これにより、オイルシール３０６が燃料の急激な圧力変動にさらされることがなくなるため、オイルシール３０６の耐久性を向上できる。また、前記ベベルギヤ３１４、ベベルギヤ３１３の配設部における潤滑の低減を防止でき、燃料噴射ポンプの耐久性が向上する。また、容易な構成によりオイルシール３０６を燃料の圧力変動より、保護可能であるため、燃料ポンプの製造コストを低減可能である。また、径小部は必ずしも上記のような環状の溝３２２ｃで形成する必要はなく様々な形状で形成すればよい。更に、ロータ軸９ａの外周面の一部を断面視で弦状に切り欠いて、ロータ軸９ａ内装部のポンプハウジングの壁面との間に隙間を形成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のごとく構成したので、次のような効果を奏するのである。
フィードポンプ（３０３）により低圧燃料ギャラリ（３２１）から高圧燃料ギャラリ（４３）へ燃料を圧送し、該フィードポンプ（３０３）に接続した調圧弁（３０４）により、過剰な燃料は低圧燃料ギャラリ（３２１）に排出し、プランジャ（７）の上下動に応じて、該高圧燃料ギャラリ（４３）からプランジャ圧室（４４）に燃料を連通または遮断するとともに、該プランジャ圧室（４４）より燃料を圧送する燃料噴射ポンプ（１）において、前記フィードポンプ（３０３）をロータ軸（９ａ）により駆動し、該ロータ軸（９ａ）の外周に燃料シール用オイルシール（３０６）を挿嵌し、該燃料シール用オイルシール（３０６）により前記低圧燃料ギャラリ（３２１）と潤滑油の充填されたハウジング部の間を密封し、該低圧燃料ギャラリ（３２１）と該燃料シール用オイルシール（３０６）とをつなぐ通路に燃料の脈動圧を低減する手段として絞り通路（３２２）を構成し、該絞り通路（３２２）は、前記フィードポンプ（３０３）のロータ軸（９ａ）の外周の一部を加工して、燃料噴射ポンプハウジングにおける、該ロータ軸（９ａ）の内装部の壁面との間に、隙間又は溝（３２２ｃ）を形成したので、オイルシールが燃料の急激な圧力変動にさらされることがなくなるため、オイルシールの耐久性を向上できる。
また、ベベルギヤの配設部における潤滑の低減を防止でき、燃料噴射ポンプの耐久性が向上する。従って、高耐久性のシールを使用する必要がなくなり、燃料噴射ポンプの低コストに貢献できる。
そして、燃料混入によって生じるベルギヤの配設部における潤滑の低減を防止でき、燃料噴射ポンプの耐久性が向上する。
また、ロータ軸を加工するのは、ポンプハウジングそのものを加工するのに比べて容易であり、他の絞り通路用の部品を不要とし、燃料噴射ポンプの製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料噴射ポンプを装着したエンジンの側面図である。
【図２】 同じく後面図である。
【図３】 第一参考例の脈動圧低減用の絞り通路を設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。
【図４】 低圧燃料ギャラリおよびオイルシール部の圧力変動を示す図である。
【図５】 第二参考例の脈動圧低減用のアキュムレータを設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。
【図６】 第三参考例の脈動圧低減用の絞り通路を形成するピースを設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。
【図７】 本発明に係る脈動圧低減用として第二フィードポンプのロータ軸に絞り機構を設けた燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。
【図８】 従来の燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。
【図９】 従来の燃料噴射ポンプの構成においてオイルシールのうける圧力変動を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射ポンプ
７ プランジャ
９ 分配軸
９ａ ロータ軸
４３ 高圧燃料ギャラリ
３０３ 第二フィードポンプ（トロコイドポンプ）
３０４ 調圧弁
３０６ オイルシール
３０７ 第一フィードポンプ
３２１ 低圧燃料ギャラリ
３２２ 絞り通路
３２２ａ アキュムレータ
３２２ｂ ピース
３２２ｃ 溝

Claims (1)

1. フィードポンプ（３０３）により低圧燃料ギャラリ（３２１）から高圧燃料ギャラリ（４３）へ燃料を圧送し、該フィードポンプ（３０３）に接続した調圧弁（３０４）により、過剰な燃料は低圧燃料ギャラリ（３２１）に排出し、プランジャ（７）の上下動に応じて、該高圧燃料ギャラリ（４３）からプランジャ圧室（４４）に燃料を連通または遮断するとともに、該プランジャ圧室（４４）より燃料を圧送する燃料噴射ポンプ（１）において、前記フィードポンプ（３０３）をロータ軸（９ａ）により駆動し、該ロータ軸（９ａ）の外周に燃料シール用オイルシール（３０６）を挿嵌し、該燃料シール用オイルシール（３０６）により前記低圧燃料ギャラリ（３２１）と潤滑油の充填されたハウジング部の間を密封し、該低圧燃料ギャラリ（３２１）と該燃料シール用オイルシール（３０６）とをつなぐ通路に、燃料の脈動圧を低減する手段として絞り通路（３２２）を構成し、該絞り通路（３２２）は、前記フィードポンプ（３０３）のロータ軸（９ａ）の外周の一部を加工して、燃料噴射ポンプハウジングにおける、該ロータ軸（９ａ）の内装部の壁面との間に、隙間又は溝（３２２ｃ）を形成したことを特徴とする燃料噴射ポンプの脈動圧低減構造。

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