JP5724303B2

JP5724303B2 - Ｄｍｅサプライポンプのシール構造

Info

Publication number: JP5724303B2
Application number: JP2010248431A
Authority: JP
Inventors: 高瀬　繁寿; 繁寿高瀬
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: JP2012097712A

Description

本発明は、ＤＭＥサプライポンプのシール構造に関するものである。

ＤＭＥ（ジメチルエーテル）を燃料としたディーゼルエンジンは、ＤＭＥ自体の粘性が低く、潤滑性に乏しいため、ＤＭＥ燃料中に潤滑性向上剤を数１００ｐｐｍ添加して使用している。この低粘性によりサプライポンプなどのプランジャ隙間からＤＭＥが漏れやすい状況となるため、一般的にはプランジャ部位にロッドシールなどのシール装置を用いている。また、サプライポンプのカム室はエンジンオイルによる潤滑を行い、ポンプカムとベアリングなどの潤滑を担う。

特開２００７−１２０４２３号公報

図３、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、プランジャ部位にロッドシールなどのシール装置５０を用いた場合、ＤＭＥ燃料をシールするためにリップ構造などを採るケースがある。このリップ構造は、リップ５１の材質、角度、スプリング初張力を適切に調整することでＤＭＥ燃料をシール可能である。しかし、プランジャ上昇行程中にプランジャ７に付着したエンジンオイルが逆にリップ５１を通過し、ＤＭＥ燃料中に吸い上げられることがある。エンジンオイルには、各種添加剤（酸化防止剤、摩耗防止剤、清浄分散剤、粘度指数向上剤、消泡剤、流動点降下剤）などが含まれる。ＤＭＥ燃料は洗浄作用もあり、エンジンオイルのベースオイル成分は金属表面に固着せず流されてしまうが、粘度指数向上剤などの高分子ポリマーは金属表面あるいは滞留箇所などに付着することがあり、金属摺動部などの固着を促進することがある。また、エンジンオイルの吸い上げを防ぐ目的でリップ５１のストローク行程時のリップ面圧を上げるとリップ摩耗が促進され、所望のシール性能を長く維持できないという問題が生じる。

なお、ＤＭＥ燃料に混入したエンジンオイルは、サプライポンプ以降の燃料噴射装置（コモンレール、インジェクタなど）へ流れ込み、インジェクタに入り込んだエンジンオイルは燃焼室内へＤＭＥ燃料と一緒に噴射され、燃焼してしまうが、Ｚ−ＤＴＰなど酸化防止剤などで用いられる成分にはＣａなどの金属成分が含まれているため、排気系統（ターボ、触媒など）へ付着し、ＰＭ排出の悪化を招くことになる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＤＭＥ燃料へのエンジンオイルの混入を防ぐことができるＤＭＥサプライポンプのシール構造を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、ＤＭＥ燃料の吸込口を有すると共に吐出口を有するシリンダ内にプランジャを往復動可能に設け、該プランジャにエンジンの駆動部を接続し、前記シリンダ又は前記プランジャの一方に、他方との間をシールするためのシール装置を設けたＤＭＥサプライポンプのシール構造において、前記シール装置が、前記シリンダからのＤＭＥ燃料をシールするＤＭＥ用ロッドシールと、該ＤＭＥ用ロッドシールよりも前記駆動部側に配置され前記シリンダ内へのエンジンオイルの浸入をシールするオイル用ロッドシールとを備え、該オイル用ロッドシールには、オイル用ロッドシールと前記ＤＭＥ用ロッドシールとの間の中間室に浸入したエンジンオイルを前記駆動部側に戻すための逆止弁が設けられるものである。

前記逆止弁が、入口より出口を窄めるように形成されたテーパ穴からなるとよい。

前記ＤＭＥ用ロッドシールと前記オイル用ロッドシールは、前記一方から前記他方に延びるリップ部を有すると共に該リップ部が先端を窄めるように形成され、前記リップ部のシールする側の面が前記プランジャのストローク方向に対して４０°の角度となるように形成され、前記シールする側とは反対側の面が前記プランジャのストローク方向に対して２０°の角度となるように形成されるとよい。

本発明によれば、ＤＭＥ燃料へのエンジンオイルの混入を防ぐことができる。

本実施の形態に係るＤＭＥサプライポンプの概略説明図である。本実施の形態に係るＤＭＥサプライポンプのシール装置の側面断面図である。従来のシール装置の側面断面図である。（ａ）はプランジャ上昇行程のシール装置の説明図であり、（ｂ）はプランジャ下降行程のシール装置の説明図である。

図１に示すように、ＤＭＥサプライポンプ１は、ＤＭＥ燃料の吸込口２を有すると共に吐出口３を有するシリンダ４と、吸込口２に設けられた電磁弁５と、吐出口３に設けられた逆止弁６と、シリンダ４内に往復動可能に設けられたプランジャ７と、シリンダ４に設けられシリンダ４とプランジャ７との間をシールするためのシール装置８とを備える。

シリンダ４は、上下に延びるように配置されている。吸込口２は、シリンダ４の頂部に形成されている。吸込口２には、電磁弁５を介してポンプギャラリ９が接続されている。ポンプギャラリ９には、ＤＭＥ燃料を収容する燃料タンク１０が接続されている。電磁弁５は、吸込口２を開閉するための弁体１１と、弁体１１を駆動するソレノイド１２とからなる。ソレノイド１２は図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、プランジャ７が下降するとき電磁弁５を開き、プランジャ７が上昇するとき電磁弁５を閉じるようにソレノイド１２を制御する。吐出口３は、シリンダ４の上部に形成されており、逆止弁６を介してコモンレール（図示せず）に接続されている。逆止弁６は、シリンダ４側の圧力がコモンレール側の圧力より高いときにのみ開弁するようになっている。また、シリンダ４の側面には、プランジャ７とシリンダ４の間にリークした高圧のＤＭＥ燃料をポンプギャラリ９に戻すためのリーク回収路１３が接続されている。

プランジャ７は、シリンダ４下端からシリンダ４内に挿入されており、プランジャ７より上方のシリンダ４内にシリンダ室１４を形成するようになっている。シリンダ室１４は、プランジャ７が上下に移動することで容積が変化する。また、プランジャ７は、図示しないリターンスプリングにより常時下方に弾発付勢されるようになっている。プランジャ７には、エンジンの駆動部１５が接続されている。

エンジンの駆動部１５は、エンジンの動力で回転するカム１６と、プランジャ７に設けられると共にカム１６に当接されカム１６の回転に応じて上下動するカムフォロワー１７とからなる。カムフォロワー１７は、プランジャ７の下端に設けられたタペット１８と、タペット１８に設けられると共にカム１６に当接され、カム１６の回転に応じて回転するローラ１９とからなる。エンジンの駆動部１５は、エンジンに形成されたカム室２０内に収容されており、エンジンオイルにて潤滑されるようになっている。

図２に示すように、シール装置８は、シリンダ４の内周面に形成された凹部２１内に設けられている。凹部２１はシリンダ４の下端部の内径を段状に拡径するようにして形成されており、凹部２１の下端内周部には、シール装置８を保持するためのシール押さえ２２が設けられている。シール装置８は、自己潤滑性があるＰＴＦＥ等を用いた樹脂からなる上下二段のロッドシール２３、２４と、これらロッドシール２３、２４の先端をプランジャ７に向けて弾発付勢するスプリング２５とを備える。上側のロッドシール（ＤＭＥ用ロッドシール）２３は、シリンダ４からのＤＭＥ燃料をシールするためのものであり、下側のロッドシール（オイル用ロッドシール）２４は、シリンダ４内へのエンジンオイルの浸入をシールするためものである。

ＤＭＥ用ロッドシール２３は、凹部２１の内周面に沿うように環状に形成された基部２６と、基部２６の内周に沿って環状に形成されると共に径方向内方に突出して形成され先端がプランジャ７に液密に当接されるリップ部２７とを備える。基部２６には、スプリング２５を収容するための空隙２８が形成される。空隙２８は、リング状に形成されると共に上端が開放された溝状に形成されている。リップ部２７は、先端を窄めるように形成されており、上側（ＤＭＥ燃料をシールする側）に形成されたＤＭＥシール面２９を有すると共に、下側に形成された背面３０を有する。ＤＭＥシール面２９は、プランジャ７のストローク方向に対して４０°の角度αで傾斜されており、背面３０はプランジャ７のストローク方向に対して２０°の角度βで傾斜されている。

オイル用ロッドシール２４は、凹部２１の内周面に沿うように環状に形成された基部３１と、基部３１の内周に沿って環状に形成されると共に径方向内方に突出して形成され先端がプランジャ７に液密に当接されるリップ部３２とを備える。基部３１には、スプリング２５を収容するための空隙３３が形成される。空隙３３は、リング状に形成されると共に下端が開放された溝状に形成されている。リップ部３２は、先端を窄めるように形成されており、下側（エンジンオイルをシールする側）に形成されたオイルシール面３４を有すると共に、上側に形成された背面３５を有する。オイルシール面３４は、プランジャ７のストローク方向に対して４０°の角度αで傾斜されており、背面３５はプランジャ７のストローク方向に対して２０°の角度βで傾斜されている。また、ＤＭＥ用ロッドシール２３のリップ部２７とオイル用ロッドシール２４のリップ部３２との間には、中間室３６が形成されており、オイル用ロッドシール２４を通過したエンジンオイルを収容するようになっている。

また特に、オイル用ロッドシール２４には、中間室３６に浸入したエンジンオイルを駆動部１５側に戻すための逆止弁たるテーパ穴４０が複数設けられている。テーパ穴４０は、入口３７より出口３８を窄めるように形成されている。テーパ穴４０の入口３７はリップ部３２の背面３５に形成されており、出口３８は基部３１の空隙３３に連通されている。出口３８は極めて小さな径に形成されており、エンジンオイルが空隙３３からテーパ穴４０に浸入しないようになっている。また、シール押さえ２２には、空隙３３内からカム室２０にエンジンオイルを排出するためのオイル排出穴３９が上下に貫通して形成されている。

次に本実施の形態の作用を述べる。

カム１６の回転に応じてプランジャ７が下降すると共に電磁弁５が開弁すると、ポンプギャラリ９内のＤＭＥ燃料がシリンダ室１４内に吸い込まれる。このとき、ＤＭＥ用ロッドシール２３のリップ部２７はＤＭＥ燃料をシールしやすい状態となるため、シリンダ室１４内のＤＭＥ燃料がシール装置８を通過してリークすることはない。

また、プランジャ７が上昇すると共に電磁弁５が閉弁すると、シリンダ室１４内のＤＭＥ燃料が加圧される。シリンダ室１４内の圧力がコモンレール圧より高くなると、逆止弁６が開き、シリンダ室１４内のＤＭＥ燃料が吐出口３からコモンレール側に吐出される。このとき、シリンダ室１４内のＤＭＥ燃料がシリンダ４とプランジャ７との間隙にリークすることもあるが、このＤＭＥ燃料はリーク回路１３を通じてポンプギャラリ９に戻るため、シール装置８にシリンダ室１４内の圧力が作用することはない。また、プランジャ７と共に上昇するエンジンオイルがオイル用ロッドシール２４のリップ部３２にて掻き落とされる一方、プランジャ７表面に付着した極薄いエンジンオイル油膜はリップ境界面を通じて中間室３６に入り込むことがある。中間室３６に入り込んだエンジンオイルは、プランジャ７の往復動に応じてＤＭＥ用ロッドシール２３及びオイル用ロッドシール２４が変形したときテーパ穴４０からオイル用ロッドシール２４の空隙３３に排出され、オイル排出穴３９からカム室２０内に戻る。

テーパ穴４０は、出口３８を小径に形成されているため、空隙３３内のエンジンオイルが出口３８からテーパ穴４０に入ることは難しい。また、オイル用ロッドシール２４のリップ部３２にはエンジンオイル油膜が存在することにより、リップ面の境界潤滑膜が維持される。ＤＭＥ用ロッドシール２３のリップ部２７にはＤＭＥ燃料として混入する潤滑性向上剤にてリップ面の境界潤滑膜は維持される。すなわち、両リップ部２７、３２の境界潤滑膜を維持しつつ、ＤＭＥ燃料中へのエンジンオイルの混入を抑制することができる。

このように、シール装置８が、シリンダ４からのＤＭＥ燃料をシールするＤＭＥ用ロッドシール２３と、ＤＭＥ用ロッドシール２３よりも駆動部１５側に配置されカム室２０からシリンダ４内へのエンジンオイルの浸入をシールするオイル用ロッドシール２４とを備え、オイル用ロッドシール２４には、中間室３６に浸入したエンジンオイルを駆動部１５側（カム室２０）に戻すための逆止弁（テーパ穴４０）が設けられるものとしたため、ＤＭＥシール性能を維持しつつ、エンジンオイルの吸い上げを防ぐことができ、ＤＭＥ燃料へのエンジンオイルの混入を防ぐことができる。またこれにより、燃料噴射装置の部品の固着化、摺動不良を防ぐことができ、気筒間の噴射量バラツキやアイドル振動などを防ぐことができる。また、シール性能を継続的に維持できる。

上記逆止弁が、入口３７より出口３８を窄めるように形成されたテーパ穴４０からなるものとしたため、簡易な構造で逆止弁効果を発揮でき、プランジャ径が数ミリのＤＭＥサプライポンプ１のシール装置８に容易に適用できる。

ＤＭＥ用ロッドシール２３とオイル用ロッドシール２４は、シリンダ４からプランジャ７に延びるリップ部２７、３２を有すると共にリップ部２７、３２が先端を窄めるように形成され、リップ部２７、３２のシールする側の面（ＤＭＥシール面２９またはオイルシール面３４）がプランジャ７のストローク方向に対して４０°の角度となるように形成され、シールする側とは反対側の面（背面３０、３５）がプランジャ７のストローク方向に対して２０°の角度となるように形成されるものとしたため、ＤＭＥ用ロッドシール２３にあってはＤＭＥ燃料をシールでき、オイル用ロッドシール２４にあってはエンジンオイルの吸い上げを良好に抑えることができる。

なお、シール装置８はシリンダ４に設けるものとしたが、プランジャ７に設けるものとしてもよい。

また、駆動部１５はカム機構であるものについて説明したがこれに限るものではない、エンジンオイルを使用する他の機構からなるものであってもよい。

オイル用ロッドシール２４には、テーパ穴４０が複数設けられるものとしたが、単数であってもよい。

１サプライポンプ
２吸込口
３吐出口
４シリンダ
７プランジャ
８シール装置
１５駆動部
２３ＤＭＥ用ロッドシール
２４オイル用ロッドシール
２７リップ部
２９ＤＭＥシール面（シールする側の面）
３０背面（シールする側とは反対側の面）
３２リップ部
３４オイルシール面（シールする側の面）
３５背面（シールする側とは反対側の面）
３６中間室
４０テーパ穴（逆止弁）

Claims

ＤＭＥ燃料の吸込口を有すると共に吐出口を有するシリンダ内にプランジャを往復動可能に設け、該プランジャにエンジンの駆動部を接続し、前記シリンダ又は前記プランジャの一方に、他方との間をシールするためのシール装置を設けたＤＭＥサプライポンプのシール構造において、前記シール装置が、前記シリンダからのＤＭＥ燃料をシールするＤＭＥ用ロッドシールと、該ＤＭＥ用ロッドシールよりも前記駆動部側に配置され前記シリンダ内へのエンジンオイルの浸入をシールするオイル用ロッドシールとを備え、該オイル用ロッドシールには、オイル用ロッドシールと前記ＤＭＥ用ロッドシールとの間の中間室に浸入したエンジンオイルを前記駆動部側に戻すための逆止弁が設けられ、前記逆止弁が、入口より出口を窄めるように形成されたテーパ穴からなることを特徴とするＤＭＥサプライポンプのシール構造。
前記ＤＭＥ用ロッドシールと前記オイル用ロッドシールは、前記一方から他方に延びるリップ部を有すると共に該リップ部が先端を窄めるように形成され、前記リップ部のシールする側の面が前記プランジャのストローク方向に対して４０°の角度となるように形成され、前記シールする側とは反対側の面が前記プランジャのストローク方向に対して２０°の角度となるように形成された請求項１記載のＤＭＥサプライポンプのシール構造。