JP5285442B2

JP5285442B2 - 燃料噴射ポンプ

Info

Publication number: JP5285442B2
Application number: JP2009005157A
Authority: JP
Inventors: 崇紀江頭; 光義河原林
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-01-13
Also published as: JP2010163902A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに搭載される燃料噴射ポンプの技術に関する。詳しくはプランジャを往復運動させるカムに関する。

従来、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプは、エンジンと連動するカムによってバレルに内装されたプランジャを往復動させ、加圧室内の燃料を燃料噴射ノズルへ圧送する構成である。近年、このような燃料噴射ポンプにおいてディーゼルエンジンの燃料効率の向上や排気ガスエミッションの低減のために、燃料の噴射圧力を高圧化し、エンジンの状態に応じてパイロット噴射やメイン噴射等、複数回の燃料噴射や噴射量の変更を行い、燃焼効率をより向上させることが求められている。そこで、精度の高い燃料噴射を行うために、等速カムによってプランジャの圧送速度が等速となる区間を設け、燃料圧送量が一定となる等速区間でパイロット噴射やメイン噴射を行う燃料ポンプは知られている。前記燃料噴射ポンプは、パイロット噴射とメイン噴射等の複数の噴射を行うために等速期間を長くとる必要があり、カムの大型化や、パイロット噴射とメイン噴射との間隔に制約がある点で不利であった。

そこで、速度の異なる複数の等速区間を設けることでカムの大型化を抑制し、噴射の間隔の制約を広げるなどした燃料噴射ポンプの技術は公知である。たとえば特許文献１のごとくである。

しかし、上述した特許文献に開示された構成では、等速区間が設けられているために、カム速度を大きくし、燃料の噴射圧力を高くしようとするとカムの大型化が顕著であるため、更なる燃料の噴射圧力の高圧化が難しいという問題点があった。

特開２００８−２１５１４７号広報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、カムを大型化することなく、燃料の噴射圧力を高圧化することができる燃料噴射ポンプの提供を目的とする。

請求項１においては、プランジャ（１３）を往復運動させて燃料の吸入及び加圧を行うカム（１６）と、燃料の噴射制御を行う電磁スピル弁（２０）とを具備する燃料噴射ポンプ（１）において、
前記カム（１６）は、カム角度の第一区間（ａ１）ではプランジャ（１３）を加速しつつ一側方向へ移動させ、
プランジャ（１３）の速度が最大速度となるカム角度（θ１）以後の第二区間（ａ２）ではプランジャ（１３）を減速しつつ一側方向へ移動させ、
カム角度の第三区間（ａ３）ではプランジャ（１３）を減速しつつ一側方向へ移動させ、
カム角度の第四区間（ａ４）ではプランジャ（１３）を他側方向へ移動させ、プランジャ（１３）を最も他側の位置で停止させ、
前記第二区間（ａ２）の加速度の絶対値は、前記第一区間（ａ１）の加速度の絶対値および第三区間（ａ３）の加速度の絶対値より小さく構成し、
前記電磁スピル弁（２０）は、前記カム（１６）が前記所定のカム角度の区間に到達したときに燃料を噴射するよう制御し、
エンジン負荷が通常負荷の場合は、前記カム（１６）の第二区間（ａ２）でパイロット噴射とメイン噴射を行うように制御し、
エンジン負荷が小さい場合は、前記カム（１６）の第一区間（ａ１）で最高速度のカム角度（θ１）に到達する前に、パイロット噴射とメイン噴射を行うように制御する構成としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１の如く、請求項１においては、プランジャ（１３）を往復運動させて燃料の吸入及び加圧を行うカム（１６）と、燃料の噴射制御を行う電磁スピル弁（２０）とを具備する燃料噴射ポンプ（１）において、前記カム（１６）は、カム角度の第一区間（ａ１）ではプランジャ（１３）を加速しつつ一側方向へ移動させ、プランジャ（１３）の速度が最大速度となるカム角度（θ１）以後の第二区間（ａ２）ではプランジャ（１３）を減速しつつ一側方向へ移動させ、カム角度の第三区間（ａ３）ではプランジャ（１３）を減速しつつ一側方向へ移動させ、カム角度の第四区間（ａ４）ではプランジャ（１３）を他側方向へ移動させ、プランジャ（１３）を最も他側の位置で停止させ、前記第二区間（ａ２）の加速度の絶対値は、前記第一区間（ａ１）の加速度の絶対値および第三区間（ａ３）の加速度の絶対値より小さく構成したので、等速域を有さず、プランジャが最大速度に到達した後にすぐ減速を開始する。これにより、カムを大型化することなく、プランジャ速度を大きくして燃料の噴射圧力を高圧化することできる。

また、前記電磁スピル弁（２０）は、前記カム（１６）が前記所定のカム角度の区間に到達したときに燃料を噴射するよう制御し、エンジン負荷が通常負荷の場合は、前記カム（１６）の第二区間（ａ２）でパイロット噴射とメイン噴射を行うように制御し、プランジャが最大速度に到達したときに燃料を噴射するので燃料の噴射圧力が上昇する。これにより、カムを大型化することなく、プランジャ速度を大きくして燃料の噴射圧力を高圧化することができる。

また、エンジン負荷が小さい場合は、前記カム（１６）の第一区間（ａ１）で最高速度のカム角度（θ１）に到達する前に、パイロット噴射とメイン噴射を行うように制御する構成としたので、プランジャの最大速度を大きくしても、燃料の噴射量を抑制することができるので、エンジン負荷が小さくても安定した燃焼が可能になる。これにより、カムを大型化することなく、プランジャ速度を大きくして燃料の噴射圧力を高圧化することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射ポンプを示す断面図。本発明の実施形態に係る燃料噴射ポンプのカム角度に対するプランジャ速度のグラフを示す図。本発明の実施形態に係る燃料噴射ポンプの低負荷時と通常負荷時のカム角度に対する燃料噴射時期のグラフを示す図。本発明の実施形態に係る燃料噴射ポンプのカム形状を示す側面図。本発明の別実施形態に係る燃料噴射ポンプを示す断面図。

次に、図１を用いて本発明に係る燃料噴射ポンプの第一実施形態である燃料噴射ポンプ１について説明する。

燃料噴射ポンプ１は、図示しない低圧ポンプ（フィードポンプ）と連結され、低圧ポンプからの燃料を燃料噴射ポンプ１で加圧し、図示しない燃料噴射ノズルへ供給してディーゼルエンジンの燃焼室へ噴射するものである。燃料噴射ポンプ１は、主にポンプ本体部１０と、電磁スピル弁２０と、等圧弁部３０とから構成される。

ポンプ本体部１０は、燃料噴射ポンプ１を構成する主な構造体である。ポンプ本体部１０は、主にポンプ本体１１と、バレル１２と、プランジャ１３と、プランジャばね１４と、タペット１５、カム１６等を具備する。

ポンプ本体１１は、ポンプ本体部１０を構成する主な構造体である。ポンプ本体１１は、略円筒状に形成される。ポンプ本体１１は、軸心部の一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）にプランジャばね１４およびタペット１５等を内装するプランジャばね室１１ａが一側端部を開放して形成され、軸心部の他側（吐出口３２ａ側）にバレル１２を保持するバレル保持孔１１ｂがプランジャばね室１１ａと連通するとともに他側端部を開放して形成される。また、ポンプ本体１１は、燃料供給ポート１１ｃが形成され、図示しない低圧ポンプと連結される。

バレル１２は、プランジャ１３を摺動自在に内装するものである。バレル１２は、略円筒状で一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）をバレル保持孔１１ｂに隙間なく挿入できる程度の外径に形成され、他側（吐出口３２ａ側）端部にフランジを有する。バレル１２は、バレル保持孔１１ｂに挿入されフランジを介してポンプ本体１１の他側端部にボルト等で固設される。また、バレル１２は、軸心部にプランジャ１３を内装するプランジャ孔１２ａが一側端部を開放して形成されるとともに他側端面とプランジャ孔１２ａとが燃料供給路１２ｂで連通され、他側端面と燃料供給ポート１１ｃとがバレル油排出路１２ｃで連通される。

プランジャ１３は、燃料を加圧するものである。プランジャ１３は、略円柱状でプランジャ孔１２ａに隙間なく挿入でき、かつ摺動自在な程度の外径に形成され、バレル１２に内装される。プランジャ１３は、一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）端部にプランジャばね１４が掛止され、他側（吐出口３２ａ側）端部とプランジャ孔１２ａとで加圧室１８を形成する。

プランジャばね１４は、圧縮ばねでありプランジャ１３を一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）に付勢するものである。プランジャばね１４は、一側端部をプランジャばね受け１４ａを介してプランジャ１３に掛止され、他側端部をプランジャばね受け１４ｂを介してポンプ本体１１に掛止される。プランジャばね１４は、プランジャ１３が最も一側に移動した位置においても、一側に付勢するように構成される。

タペット１５は、カム１６からの付勢力をプランジャ１３に伝えるものである。タペット１５は、一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）端部を閉口した略円筒状でプランジャばね室１１ａに隙間なく挿入でき、かつ摺動自在な程度の外径に形成され、内径にプランジャ１３に掛止されたプランジャばね１４を内装している。また、タペット１５は、一側端部にローラ１５ａが回動自在に支持され、プランジャばね１４の付勢力によってプランジャ１３、ローラ１５ａを介してカム１６に当接している。

カム１６は、プランジャ１３を往復運動させて燃料の吸入及び圧送を行うものである。カム１６は、ポンプ本体１１の一側に配置される図示しないカム室内に回転自在に支持されるカム軸１６ａに固設される。カム軸１６ａの一側端部は、図示しない駆動ギヤが設けられ、該駆動ギアを介して伝達される図示しないディーゼルエンジンの動力によって回動される。すなわち、カム軸１６ａに固設されたカム１６は、図示しないディーゼルエンジンのクランク軸が回動される動力によって回動されることで、カム１６に当接しているローラ１５ａを介してプランジャ１３を往復運動させる。

ここで、図２および図４を用いてカム１６の構成ついて説明する。

カム１６は、プランジャ１３を燃料が加圧される方向（一側方向）へ移動させる加圧行程において、カム角度θ０からカム角度θ１までの第一区間ａ１と、カム角度θ１からカム角度θ２までの第二区間ａ２と、カム角度θ２からカム角度θ３までの第三区間ａ３と、を有する。また、カム１６は、プランジャ１３を燃料が吸入される方向（他側方向）へ移動させる吸入行程としてカム角度θ３からカム角度θ０までの第四区間ａ４を有する。この際、第二区間ａ２の加速度の絶対値は、第一区間ａ１の加速度の絶対値および第三区間ａ３の加速度の絶対値より小さく構成される。

カム１６は、第一区間ａ１においてプランジャ１３を加速しつつ一側方向へ移動させる。カム１６は、第二区間ａ２においてプランジャ１３を減速しつつ一側方向へ移動させる。カム１６は、第三区間ａ３においてプランジャ１３を減速しつつ一側方向へ移動させる。カム１６は、カム角度θ３においてプランジャ１３を最も一側の位置で停止させた後、第四区間ａ４においてプランジャ１３を他側方向へ移動させ、カム角度θ０においてプランジャ１３を最も他側の位置で停止させる。

電磁スピル弁２０は、燃料噴射ポンプ１の燃料噴射を制御するものである。電磁スピル弁２０は、主に電磁スピル弁本体２１と、スピル弁体２２と、ソレノイド２３等を具備する。

電磁スピル弁本体２１は、電磁スピル弁２０を構成する主な構造体である。電磁スピル弁本体２１は、略直方体に形成される。電磁スピル弁本体２１は、一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）端面の中心位置と他側（吐出口３２ａ側）端面の中心位置とが燃料供給路２１ａで連通される。電磁スピル弁本体２１は、スピル弁孔２１ｂが燃料供給路２１ａと垂直に交差するように（図１で水平方向に）形成される。燃料供給路２１ａは、スピル弁孔２１ｂ、スピル油排出路２１ｃおよびバレル油排出路１２ｃを介して、燃料供給ポート１１ｃと連通している。また、電磁スピル弁本体２１は、他側端面の燃料供給路２１ａを中心とする位置に等圧弁ばね室２１ｄが形成される。電磁スピル弁本体２１は、一側端面とバレル１２の他側端面とを密着させてボルト等で固設される。

スピル弁体２２は、燃料供給路２１ａの圧力の加圧と放圧とのタイミングを制御するものである。スピル弁体２２は、略円柱状でスピル弁孔２１ｂに隙間なく挿入でき、かつ、摺動自在な程度の外径に形成され、電磁スピル弁本体２１に内装される。スピル弁体２２は一側端部に磁性体で構成されるアーマチュア２２ａが固設され、スピル弁ばね２２ｂによって他側に付勢されている。また、スピル弁体２２は、一側に移動している場合は燃料供給路２１ａ内の燃料圧力を維持し、他側に移動している場合は燃料供給路２１ａが燃料噴射ポンプ１の外部と連通し、燃料供給路２１ａ内の燃料圧力を放圧するように、途中部分の外径をスピル弁孔２１ｂより小さく形成される。

ソレノイド２３は、磁力を発生させるものである。ソレノイド２３は、吸着面がスピル弁孔２１ｂが形成されている電磁スピル弁本体２１の端面と相対するように固設される。ソレノイド２３は、図示しない制御装置からの信号を取得することにより磁力を発生するように構成される。

等圧弁部３０は、燃料の吐出および噴射終了後の燃料圧力を所定の値に維持するものである。等圧弁部３０は、等圧弁本体３２と、吐出弁３３と、等圧弁３４等を具備する。また、等圧弁部３０は、高圧管継手３５が接続される。

等圧弁本体３２は、等圧弁部３０を構成する主な構造体である。等圧弁本体３２は、一側（反吐出口３２ａ側）端面形状を電磁スピル弁本体２１の他側端面と略同一に形成され、他側の中心位置に高圧管継手３５を締結するための雌ねじ部３２ｂとが形成される。また、等圧弁本体３２は、一側端面の等圧弁ばね室２１ｄと重複する位置に吐出弁ばね室３２ｃが等圧弁ばね室２１ｄの内径より大きい内径で形成され、雌ねじ部３２ｂと吐出弁ばね室３２ｃとが吐出口３２ａで連通される。等圧弁本体３２は、一側端面と電磁スピル弁本体２１の他側端面とを密着させてボルト等で固設される。

吐出弁３３は、吐出口３２ａから燃料を吐出するものである。吐出弁３３は、吐出弁体３３ａおよび吐出弁ばね３３ｂから構成される。吐出弁体３３ａは、略円筒状で吐出弁ばね室３２ｃと吐出弁体３３ａとの間に高圧燃料が通過可能な隙間ができる程度の外径に形成され、吐出弁ばね室３２ｃに内装される。吐出弁体３３ａは、一側（反吐出口３２ａ側）端面を電磁スピル弁本体２１の他側端面に着座して、他側端面を吐出弁ばね室３２ｃに内装される吐出弁ばね３３ｂによって一側方向に付勢されている。また、吐出弁体３３ａは、一側端面の中心位置に等圧弁室３３ｃが形成され、他側端面と等圧弁室３３ｃとが等圧弁通路３３ｄで連通される。

等圧弁３４は、等圧弁通路３３ｄを開閉するものである。等圧弁３４は、等圧弁体３４ａおよび等圧弁ばね３４ｂから構成される。等圧弁体３４ａは、ボールと受部材で構成され、受部材は略円筒状で等圧弁室３３ｃと等圧弁体３４ａとの間に燃料が通過可能な隙間が形成される程度の外径に形成され、等圧弁室３３ｃに内装される。等圧弁体３４ａは、ボールを等圧弁室３３ｃの他側（吐出口３２ａ側）に着座して、一側（反吐出口３２ａ側、図１下側）端面を受部材を介して等圧弁ばね室２１ｄに内装される等圧弁ばね３４ｂによって他側（吐出口３２ａ側）に付勢されている。

高圧管継手３５は、高圧燃料を図示しない燃料噴射ノズルへ供給するものである。高圧管継手３５は、パイプ状部材の一側（吐出口３２ａ側）に円柱状の雄ねじ部３５ａが形成される。高圧管継手３５は、雄ねじ部３５ａの中心位置と他側（反吐出口３２ａ側）端部とが燃料供給路３５ｂで連通される。高圧管継手３５は、雄ねじ部３５ａの端面と等圧弁本体３２の他側端面とを密着させて、雄ねじ部３５ａが等圧弁本体３２の雌ねじ部３２ｂに脱着自在に螺合される。

このような構成により、燃料噴射ポンプ１が燃料を吐出する場合、燃料は、図示しない低圧ポンプから加圧室１８に送給される。プランジャ１３は、カム１６の第一区間ａ１により一側方向に加速しつつ移動される。このとき、電磁スピル弁２０のソレノイド２３は励磁せずスピル弁体２２は他側に移動している。すなわち電磁スピル弁２０は開弁されているため、加圧室１８内の燃料は、プランジャ１３の移動に応じてスピル油排出路２１ｃから排出される。プランジャ１３の速度は、カム１６がカム角度θ１に到達すると、カム１６の当該回転速度における最大速度となる。このとき、電磁スピル弁２０のソレノイド２３が励磁してスピル弁体２２は一側に移動する。すなわち電磁スピル弁２０は閉弁され、加圧室１８内の燃料は、プランジャ１３の移動に応じて高圧に加圧される。続いて、プランジャ１３は、カム１６の第二区間ａ２により一側方向に減速しつつ移動される。このとき、電磁スピル弁２０は閉弁されているため、加圧室１８内の燃料は、プランジャ１３の移動に応じて更に高圧に加圧される。吐出弁体３３ａは、燃料圧力が吐出弁体３３ａを一側方向に付勢している吐出弁ばね３３ｂの付勢力より大きくなると、他側方向に移動して開弁する。その結果、高圧燃料は、吐出弁３３を通過して吐出口３２ａから燃料供給路３５ｂへ吐出される。この際、プランジャ１３は、カム１６の当該回転速度における最大速度から第一区間ａ１における加速度の絶対値より小さい加速度の絶対値で減速しつつ燃料を噴射するので、燃料圧力を高圧化し高い噴射率を維持しつつ安定したパイロット噴射やメイン噴射等を行う。

また、図示しないエンジンの負荷が小さい場合、例えばシリンダ内圧が基準値以下の場合や排気温度が基準値以下の場合は、カム１６がカム角度θ１に到達するより前に電磁スピル弁２０を閉弁する。つまり、プランジャ１３がカム１６の当該回転速度における最大速度に達する前（区間ａ１内）で燃料を噴射するように制御する（図３参照）。よって、プランジャ１３は、カム１６の当該回転速度における最大速度より小さい速度でパイロット噴射やメイン噴射等を行うので、エンジン出力に応じて噴射率を小さくした燃料噴射率を行う。ここで、エンジン負荷の検出は本実施形態に限定するものではない。

燃料噴射ポンプ１が燃料の吐出を停止する場合、電磁スピル弁２０のソレノイド２３は励磁を停止する。すなわちスピル弁体２２は他側に移動して燃料供給路２１ａが燃料噴射ポンプ１の燃料供給ポート１１ｃと連通し、加圧室１８および燃料供給路１２ｂ・２１ａ内の燃料圧力を放圧する。これにより燃料圧力によって吐出弁体３３ａに加わる力が、吐出弁体３３ａを一側方向に付勢している吐出弁ばね３３ｂの付勢力より小さくなり、吐出弁体３３ａは吐出弁ばね３３ｂの付勢力によって急激に閉弁する。その結果、高圧燃料は、吐出弁体３３ａを通過して吐出口３２ａから燃料供給路３５ｂへ吐出されない。この際、吐出弁３３より下流の燃料供給路３５ｂから図示しない燃料噴射ノズルに残留している燃料圧力に脈動が発生する。発生した燃料圧力の脈動によって等圧弁体３４ａに加わる力が、等圧弁体３４ａを他側方向に付勢している等圧弁ばね３４ｂの付勢力より大きい場合、等圧弁体３４ａが一側方向に移動して開弁する。これにより燃料圧力の脈動により昇圧した燃料圧力が放圧され、所定の値まで降圧される。

なお、本発明に係る燃料噴射ポンプの第一実施形態である燃料噴射ポンプ１は、燃料噴射ポンプ本体部１０にタペット１５およびローラ１５ａを具備するタイプの燃料噴射ポンプであるが当該ポンプに限定されるものではない。図５に示すように、燃料噴射ポンプ本体部１０がポンプ取付け台１５ｂを介して図示しないエンジンに固設され、タペット１５およびローラ１５ａがエンジン側に具備されるタイプの燃料噴射ポンプ１でもよい。

以上の如く、プランジャ１３を往復運動させて燃料の吸入及び加圧を行うカム１６と、燃料の噴射制御を行う電磁スピル弁２０と、を具備する燃料噴射ポンプ１において、カム１６は、プランジャ１３を燃料が加圧される方向へ所定のカム角度θ１まで加速させ、所定のカム角度θ１以降はプランジャ１３を減速させることを特徴とするものである。このように構成することで、等速域を有さず、プランジャ１３が最大速度に到達した後にすぐ減速を開始する。これにより、カム１６を大型化することなく、プランジャ速度を大きくして燃料の噴射圧力を高圧化することができる。

また、電磁スピル弁２０は、カム１６が所定のカム角度θ１に到達したときに燃料を噴射するよう制御することを特徴とするものである。このように構成することで、プランジャ１３が最大速度に到達したときに燃料を噴射するので燃料の噴射圧力が上昇する。これにより、カム１６を大型化することなく、プランジャ速度を大きくして燃料の噴射圧力を高圧化することができる。

また、電磁スピル弁２０は、エンジン負荷が小さい場合、カム１６が所定のカム角度θ１に到達する前に燃料を噴射するよう制御することを特徴とするものである。このように構成することで、プランジャ１３の最大速度を大きくしても燃料の噴射量を抑制することができるのでエンジン負荷が小さくても安定した燃焼が可能になる。これにより、カムを大型化することなく、プランジャ速度を大きくして燃料の噴射圧力を高圧化することができる。

１燃料噴射ポンプ
１３プランジャ
１６カム
２０電磁スピル弁

Claims

プランジャ（１３）を往復運動させて燃料の吸入及び加圧を行うカム（１６）と、燃料の噴射制御を行う電磁スピル弁（２０）とを具備する燃料噴射ポンプ（１）において、
前記カム（１６）は、カム角度の第一区間（ａ１）ではプランジャ（１３）を加速しつつ一側方向へ移動させ、
プランジャ（１３）の速度が最大速度となるカム角度（θ１）以後の第二区間（ａ２）ではプランジャ（１３）を減速しつつ一側方向へ移動させ、
カム角度の第三区間（ａ３）ではプランジャ（１３）を減速しつつ一側方向へ移動させ、
カム角度の第四区間（ａ４）ではプランジャ（１３）を他側方向へ移動させ、プランジャ（１３）を最も他側の位置で停止させ、
前記第二区間（ａ２）の加速度の絶対値は、前記第一区間（ａ１）の加速度の絶対値および第三区間（ａ３）の加速度の絶対値より小さく構成し、
前記電磁スピル弁（２０）は、前記カム（１６）が前記所定のカム角度の区間に到達したときに燃料を噴射するよう制御し、
エンジン負荷が通常負荷の場合は、前記カム（１６）の第二区間（ａ２）でパイロット噴射とメイン噴射を行うように制御し、
エンジン負荷が小さい場合は、前記カム（１６）の第一区間（ａ１）で最高速度のカム角度（θ１）に到達する前に、パイロット噴射とメイン噴射を行うように制御する構成とした
ことを特徴とする燃料噴射ポンプ。