JP5916397B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

この発明は、ディーゼルエンジン等に用いられ、プランジャバレルから給排燃料室に排出される燃料の噴流に起因するエロージョンの発生を抑制することが可能な燃料噴射ポンプに関する。

ディーゼルエンジン等に用いる燃料噴射ポンプは、給排ポートが貫通して形成された筒状のプランジャバレルと、プランジャバレル内に配置されプランジャバレルとともにプランジャ室を画成するプランジャと、プランジャバレルとの間で給排される燃料を貯留する給排燃料室とを備え、プランジャの往復動によりプランジャ周面に形成されたリードにより給排ポートを開閉することにより、給排燃料室からプランジャバレルへの燃料供給と、プランジャバレルから給排燃料室への燃料排出を行なうとともに、プランジャ室からエンジン本体に燃料を吐出するように構成されている。

このような燃料噴射ポンプでは、プランジャがプランジャバレルから給排燃料室に燃料を排出する際に、給排ポートを通じて給排燃料室に噴出される燃料にキャビテーションが発生し、このキャビテーションが給排ポートの壁部に衝突して、給排ポートの壁部にキャビテーションエロージョンを生じさせる原因となっている。

そこで、給排ポートへのキャビテーションエロージョンの発生を抑制することを目的として、給排ポートにデフレクタを設け、プランジャバレルから給排燃料室に排出される高速の燃料流をデフレクタに衝突させることにより、給排ポート等にキャビテーションエロージョンが発生するのを抑制するための技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２０００−１７９４２８号公報 特開２００８−１１５７９１号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の技術等を用いても、ディーゼルエンジン等の燃料噴射ポンプは使用条件が厳しく、設置したデフレクタを定期的に交換することが必要とされることから、キャビテーションエロージョンをより効率的に抑制し、ひいてはメンテナンス費用を削減することに対する強い技術的要請がある。

そこで、発明者らは、給排ポートに対するキャビテーションの衝突を、デフレクタを用いて抑制する技術につき、鋭意研究した結果、プランジャに形成されるグラダン角と、デフレクタの形態とを適切に対応させることにより、キャビテーションをデフレクタに効率的に衝突させて、給排ポート壁部へのキャビテーションの衝突を大幅に低減できることを掴んだ。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ディーゼルエンジン等の燃料噴射ポンプにおいて、プランジャバレルから給排燃料室に排出される燃料内に発生するキャビテーションに起因するエロージョンを効率的に抑制可能な燃料噴射ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、給排ポートが貫通して形成された筒状のプランジャバレルと、前記プランジャバレル内に配置され前記プランジャバレルとともにプランジャ室を画成するプランジャと、前記プランジャバレルとの間で給排される燃料を貯留する給排燃料室とを備え、前記プランジャの往復動により前記プランジャ周面に形成されたリードにより前記給排ポートを開閉することにより、前記給排燃料室から前記プランジャバレルへの燃料供給と、前記プランジャバレルから前記給排燃料室への燃料排出を行なうとともに、前記プランジャ室から燃料を吐出する燃料噴射ポンプであって、前記給排ポートには、前記プランジャ側に延伸する中実のデフレクタが配置され、前記プランジャには、前記リードより前記プランジャ室側にグラダンが形成され、前記グラダンには、前記プランジャの中心軸を含む断面においてグラダン角４５°以下の傾斜部が形成されていることを特徴とする。

この発明に係る燃料噴射ポンプによれば、グラダンに形成した傾斜部のグラダン角度を４５°以下と小さくすることにより噴流を上向き傾向とし、かつデフレクタを中実とすることによりキャビテーションエロージョンをデフレクタ上で発生させることができる。また、デフレクタが中実とされていて噴流が衝突する部位の厚さが厚いので、デフレクタを長期間にわたって使用することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料噴射ポンプであって、前記デフレクタは、前記給排ポートを通じて排出される燃料により回転可能に構成されていることを特徴とする。

この発明に係る燃料噴射ポンプによれば、デフレクタが回転可能とされていて、噴流がデフレクタの周方向の特定部位に衝突することが抑制される。その結果、エロージョンがデフレクタの周方向に均一に発生して、デフレクタを長期間使用することができるので、メンテナンスコストが低減可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料噴射ポンプであって、前記プランジャは、前記リードを介して前記プランジャ室の反対側に形成された凹部側領域に、前記給排ポートに流通する燃料に圧損を生じさせる圧損発生手段を備えることを特徴とする。

この発明に係る燃料噴射ポンプによれば、排ポートに排出される燃料の圧力は、給排ポートの開度（ポート開度）に大きく支配される傾向があるが、グラダン上流部の凹部側領域に圧損発生手段を設けて、給排ポートに排出する燃料に圧力損失を発生させることにより、給排ポート部での噴流や静圧低下を抑制することができ、その結果、給排ポート前後の差圧が大きくても、キャビテーションの発生を抑制することができる。
また、給排ポート以外で圧力損失を発生させることにより、ポート開度に対する感度が低下し、微調整が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料噴射ポンプであって、前記圧損発生手段は、前記凹部側領域に形成された凸形状部を有していることを特徴とする。

この発明に係る燃料噴射ポンプによれば、圧損発生手段は、凹部側領域に形成された凸形状部を有しているので、簡単な構成により圧力損失を発生させることができ、キャビテーションの発生を効率的に抑制することができる。

本発明に係る燃料噴射ポンプによれば、給排ポートから排出された燃料内に生じるキャビテーションをデフレクタに衝突させることにより、給排ポートへのキャビテーションエロージョンの発生を抑制することができ、ひいてはメンテナンスコストを削減することができる。また、燃料噴射ポンプの信頼性を向上することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射ポンプの概略を説明する図である。 第１の実施形態に係る燃料噴射ポンプのグラダン角を説明する図である。 第１実施例に係るデフレクタの作用を説明する概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射ポンプを説明する図である。 第２実施例に係るデフレクタの作用を説明する概念図である。 第２実施例に係るデフレクタの変形例を示す図である。

以下、図１から図３を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るディーゼルエンジン用の燃料噴射ポンプ（ジャーク式燃料噴射ポンプ）の概略を示す図であり、符号１は燃料噴射ポンプを示している。

燃料噴射ポンプ１は、図１に示すように、プランジャバレル２と、プランジャバレル２内に配置されるプランジャ３と、プランジャバレル２との間で給排される燃料を貯留する給排燃料室４と、ポンプケース５と、デフレクタ４０とを備え、プランジャバレル２、プランジャ３、給排燃料室４、デフレクタ４０は、ポンプケース５内に配置されている。

プランジャバレル２は円筒状とされ、周壁部には、例えば、外周側が拡径するテーパ状の給排ポート１１が形成されており、プランジャバレル２内部をプランジャ３がその軸線方向に往復動するようになっている。

プランジャ３は、図１に示すように、略円柱状とされて周面にはリード３１が形成され、リード３１を介してプランジャ室の反対側に配置される凹部側領域３２と、リード３１を介してプランジャ室側に形成された凸部側領域３３とを有し、凹部側領域３２と凸部側領域３３とはリード３１により接続されている。

プランジャ３には、図２に示すように、リード３１よりもプランジャ室２１側にグラダン（段差）が形成され、グラダンには傾斜部３４が形成され、傾斜部３４は、プランジャ３の中心軸線を含む断面において、プランジャ３の往復動方向との交差角、いわゆるグラダン角αが４５°以下とされている。その結果、キャビテーションをデフレクタ４０に衝突させることにより給排ポート１１の壁部へのキャビテーションエロージョンが抑制されるようになっている。図２に示した矢印Ｆは、プランジャ３の往復動方向（プランジャ進行方向）を示しており、図２における上側がプランジャ進行方向前方側を、下側がプランジャ進行方向後方側を示している。

プランジャ３は、プランジャバレル２とともにプランジャバレル２上部にプランジャ室２１を画成するとともに、図示しないタペット及びタペットスプリングによりプランジャバレル２内を摺動しながら往復動するようになっている。

プランジャ３が往復動することにより、凹部側領域３２が給排ポート１１と重なる場合には給排ポート１１は開状態とされ、凸部側領域３３が給排ポート１１と重なる場合には給排ポート１１は閉状態とされ、給排ポート１１が開閉されることにより給排燃料室４からプランジャバレル２内への燃料供給と、プランジャバレル２から給排燃料室４への燃料の排出が行われるようになっている。

また、プランジャ３が往復動して、プランジャ室２１の上部に配置されたバルブ（不図示）２３が燃料の圧力で開いた場合には、吐出口２４を通じてディーゼルエンジン（不図示）に燃料が吐出されるようになっている。

また、プランジャ３の凹部側領域３２には、プランジャ３の周方向に延在するリブ３５がプランジャ３の軸線方向に複数形成されていて、プランジャ３がプランジャ室２１側に移動して給排ポート１１を開状態として給排ポート１１から燃料を排出する際に、給排ポート１１に排出される燃料に圧力損失が発生するようになっている。

その結果、給排ポート１１での噴流や静圧低下が抑制されて、給排ポート１１前後の差圧が大きい場合であってもキャビテーションの発生を抑制することができるようになっている。また、給排ポート１１以外のグラダン上流側にて圧力損失を発生させることにより、ポート開度に対する感度が低下して、微調整可能とされている。

デフレクタ４０は、先端がテーパ状に縮径されるとともに膨出する曲面を有する中実な構成とされていて、ポンプケース５に固定された固定部材５２を介して給排燃料室４に配置され、先端部が給排ポート１１の内部に挿入されている。
また、デフレクタ４０は、先端が給排ポート１１内においてプランジャ３の外周面との間に隙間が形成されるとともに、給排ポート１１との間に燃料が流通する流路が形成されるようになっており、プランジャ３が給排ポート１１を開いたときに、給排ポート１１に噴出される高圧の燃料をデフレクタ４０の先端近傍に衝突させることにより、給排ポート１１内のエロージョンを抑制するようになっている。

図３は、デフレクタ４０周囲におけるキャビテーションを示す概念図であり、例えば、傾斜部３４を通過した噴流によるキャビテーションは、図３に示すように給排ポート１１の下側及び上側の壁部と衝突することなく、デフレクタ４０の先端近傍に衝突するようになっている。符合Ｃはキャビテーションを示している。ここでいう給排ポート１１の上側とは図３における上側であり、前述の通り、プランジャ進行方向前方側を、下側とは図３における下側であり、プランジャ進行方向後方側を意味する。

燃料噴射ポンプ１によれば、プランジャグラダン角度を４５°以下と小さくして噴流を上向き傾向とするとともに、デフレクタ４０を中実とすることによりキャビテーションエロージョンをデフレクタ４０の先端近傍で発生させることができる。また、デフレクタ４０が中実とされていて噴流が衝突する部位の厚さが厚いので、デフレクタ４０を長期間にわたって使用することが出来る。

次に、図４、図５を参照して、この発明の第２の実施形態に係る燃料噴射ポンプ１について説明する。第２の実施形態に係る燃料噴射ポンプ１が第１の実施形態と異なるのは、デフレクタ４０に代えて、回転可能とされたデフレクタ５０が配置されている点である。
デフレクタ５０は、基端側が、例えば、軸受等の回転支持部材５５により支持されるとともに、先端側にはキャビテーションが衝突することによりデフレクタ５０の先端に回転を付与するための螺旋凹部５６が形成された構成とされている。その結果、図５に示すように、キャビテーションＣが螺旋凹部５６と衝突することにより、デフレクタ５０が矢印Ｇ方向に回転するようになっている。その他は第１の実施形態と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態に係る燃料噴射ポンプ１によれば、デフレクタ５０の先端が回転可能とされていて、噴流がデフレクタ５０の周方向の特定部位に衝突することが抑制される。その結果、エロージョンがデフレクタ５０の周方向に均一に発生して、デフレクタ５０を長期間使用することができるので、メンテナンスコストが低減可能となる。また、燃料噴射ポンプ１としての信頼性を向上することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、デフレクタの形状は一例を示すものであり、発明の趣旨の範囲内において、任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、給排ポート１１に流通する燃料に圧損を生じさせる圧損発生手段として、プランジャ３のリード３１を介して凹部側領域３２に、プランジャ３の複数のリブ３５を形成する場合について説明したが、リブが延在する方向をプランジャの周方向と交差する方向としてもよいし、これらリブ３５に切込みを形成し、又は複数のピンにより圧損発生手段を構成してもよい。また、プランジャ３に圧損発生手段を設けない構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、噴流が、デフレクタ５０の周面に形成された螺旋凹部５６と衝突して、デフレクタが回転する場合について説明したが、例えば、図６（A）〜図６（E）に例示する構成を用いてもよい。図６（A）〜図６（E）は、軸受等の回転支持部材５５により支持された構成とされている。
図６（Ａ）に示すデフレクタ６０は、表面に複数のディンプル６１を備えた構成とされ、デフレクタ６０周囲を通過する燃料が、ディンプル６１に作用してデフレクタ６０を回転させるようになっている。
また、図６（Ｂ）に示すデフレクタ７０は、図示しない吸込みから取入れた燃料を回転軸からオフセットした方向に開口するスピル孔７１を介して噴射することで回転する構成とされている。
また、図６（Ｃ）に示すデフレクタ８０は、回転軸を中心としデフレクタ８０表面に沿って軸線方向に伸びる放射状溝８１を備えており、燃料が放射状溝８１に作用して回転する構成とされている。
また、図６（Ｄ）に示すデフレクタ８５は、回転軸を中心としデフレクタ８５表面に沿って軸線方向に伸びる放射状フィン８６を備えており、燃料が放射状フィン８６に作用して回転する構成とされている。
また、図６（Ｅ）に示すデフレクタ９０は、回転軸を中心としデフレクタ９０表面に沿って螺旋状に伸びる螺旋フィン９１を備えており、燃料が螺旋フィン９１に作用して回転する構成とされている。
その他、周知の他の構成を用いてもよい。なお、図６（Ｂ）の右側の図は左図のＸ−Ｘ断面、図６（Ｃ）〜（Ｅ）の右側の図は、デフレクタ80、８５、９０を軸線方向先端側から見た図である。

本発明によれば、キャビテーションをデフレクタに衝突させることにより、給排ポート等におけるキャビテーションエロージョンの発生を抑制することができるので、産業上利用可能である。

α グラダン角
２ プランジャバレル
３ プランジャ
４ 給排燃料室
１１ 給排ポート
２１ プランジャ室
３１ リード
３２ 凹部側領域
３３ 凸部側領域
３４ 傾斜部
３５ リブ（凸形状部）
４０、５０、６０、７０、８０、８５、９０ デフレクタ

Claims (3)

1. 給排ポートが貫通して形成された筒状のプランジャバレルと、
   前記プランジャバレル内に配置され前記プランジャバレルとともにプランジャ室を画成するプランジャと、
   前記プランジャバレルとの間で給排される燃料を貯留する給排燃料室と、を備え、
   前記プランジャの往復動により前記プランジャ周面に形成されたリードにより前記給排ポートを開閉することにより、前記給排燃料室から前記プランジャバレルへの燃料供給と、前記プランジャバレルから前記給排燃料室への燃料排出を行なうとともに、前記プランジャ室から燃料を吐出する燃料噴射ポンプであって、
   前記給排ポートには、前記プランジャ側に延伸する中実のデフレクタが配置され、
   前記プランジャには、前記リードより前記プランジャ室側にグラダンが形成され、前記グラダンには、前記プランジャの中心軸を含む断面においてグラダン角４５°以下の傾斜部が形成され、
   前記デフレクタは、前記給排ポートを通じて排出される燃料により回転可能に構成され、
   前記デフレクタの表面には、前記デフレクタを前記燃料により回転させるように螺旋凹部、ディンプル、放射状溝、放射状フィン又は螺旋フィンが設けられている
   ことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 請求項１に記載の燃料噴射ポンプであって、
   前記プランジャは、前記リードを介して前記プランジャ室の反対側に形成された凹部側領域に、前記給排ポートに流通する燃料に圧損を生じさせる圧損発生手段を備えることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
3. 請求項２に記載の燃料噴射ポンプであって、
   前記圧損発生手段は、前記凹部側領域に形成された凸形状部を有していることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
   

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