JP6497594B2 - 燃料噴射ポンプのオイルタンクピストン - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンに関する。さらに詳しくは、船舶用エンジンに燃料を供給することのできる燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンに関する。
ディーゼルを燃料として用いるエンジンにおける燃料噴射ポンプは、燃料を高圧で圧縮して燃焼室に設けられたインジェクター（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）に送出するものであり、燃料を実質的に圧縮して送出する噴射装置は、プランジャー及びバレルからなる。
この種の噴射装置は、ピストンの役割を果たすプランジャー（Ｐｌｕｎｇｅｒ）がシリンダーの役割を果たすバレル（Ｂａｒｒｅｌ）の内部において往復運動することにより燃料を圧縮して送ることになる。
図１は、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置を示す断面図である。
図１を参照すると、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置１は、燃料を圧縮又は圧縮解除するためのピストン１０及び前記ピストン１０が係合されるバレル２０を備える。
前記ピストン１０は、前記バレル２０の内部に上下方向に往復運動自在に係合される。前記ピストン１０は、カム軸のカムにより往復駆動される。前記ピストン１０には、ピストン室２１と連通する逃げ溝（Ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｏｏｖｅ）（図示せず）が形成され、逃げ溝と連通するコントロールリード（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｅａｄ）（図示せず）が形成されている。
前記バレル２０は、内部及び外部にそれぞれピストン室２１及び排油室２２が形成され、前記ピストン室２１と前記排油室２２を連通させるカットオフ孔２３が形成されている。これにより、前記ピストン１０が上昇してそのの外周面が前記カットオフ孔２３を閉じるときから燃料の圧縮が始まり、所定の圧力に達すると、前記ピストン室２１の上部のデリバリーバルブ（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｖａｌｖｅ）（図示せず）が開かれて圧縮される燃料がインジェクターを介して噴射される。
ここで、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置１は、前記ピストン１０が下側から上側に向かって移動する場合、前記ピストン室２１の圧力が上昇することにより、内部の燃料が圧縮される。この状態で、前記ピストン１０が前記カットオフ孔２３を閉じた状態で上側から下側に向かって移動することにより、前記ピストン室２１の内部の燃料が膨張して低圧が形成される。この状態で、前記ピストン１０がさらに下降することにより、前記カットオフ孔２３が開かれると、前記排油室２２の燃料が急速に前記ピストン室２１に移動してキャビテーション（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）現象が起こる。
これにより、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置１は、燃料が圧縮された状態で前記ピストン１０が上側から下側に向かって移動することにより、前記ピストン１０の上側を基準として前記ピストン室２１と前記排油室２２との間に圧力差が生じる。このため、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置１は、前記ピストン室２１と前記排油室２２との間の圧力差により起こるキャビテーション現象により前記ピストン１０の外周面、前記バレル２０の内面及び前記カットオフ孔２３の表面が浸食される。
また、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置１は、キャビテーション現象により浸食された空間に圧力が漏れることにより、前記ピストン室２１の内部の圧力が低下する。これにより、従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置１は、燃料を噴射する作業の効率性が低下するだけではなく、キャビテーション現象により前記バレル２０及び前記カットオフ孔２２が浸食されることにより、噴射装置の寿命が短くなるという問題がある。
これを解消するために、大韓民国公開特許公報第１０−２０１５−００１０８７７号には、プランジャー内に流路を形成し、プランジャーの上側に流路を開閉する弁を設けることにより、プランジャー室の上側と下側との間の圧力差を減少させている。しかしながら、プランジャーに別途の流路を形成し、その流路を開閉する弁を設けることは構造を過度に複雑化させ、製造及び組立て工程にかかる時間及びコストを大幅に増大させてしまうという欠点がある。
大韓民国公開特許公報第１０−２０１５−００１０８７７号
本発明は、４行程用燃料噴射ポンプのピストンの長時間に亘っての往復運動及び高圧の燃料噴射特性に起因して発生し得る疲労と磨耗率の増加及び固着現象を解消するためのものである。
本発明は、ピストンに簡単な加工をさらに行うことにより、簡単な構造でピストンの周りの圧力や温度を均一にすることができ、摩擦係数を減らして部品の寿命を向上させ、噴射効率を向上させることのできる燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンを提供することを目的とする。
本発明は、シリンダー内に設けられて上下往復運動しながら燃料を圧縮する燃料噴射ポンプのピストンにおいて、ピストンの上段に形成され、燃料の噴射量が調節可能なコントロールエッジと、コントロールエッジの下部に配設され、シリンダーと接触しながら上下往復運動するピストンボディと、ピストンボディの上下方向両側から中央に進むにつれて直径が緩やかに小さくなるネック部と、ネック部に形成され、ピストンを軸と直交する方向に貫通し、複数が軸方向に沿って互いに平行に形成される貫通孔と、を備える燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンを提供する。
また、本発明の他の態様によれば、貫通孔は、一方の側の直径は大きく、他方の側に進むにつれて直径が次第に小さくなるテーパー孔であることを特徴とする燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンを提供する。
さらに、本発明のさらに他の態様によれば、貫通孔は、テーパー孔の直径がさらに大きい側とテーパー孔の直径がさらに小さい側の方向が交互に形成されることを特徴とする燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンを提供する。
本発明に係る燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンは、ピストンに簡単な構造を追加してシリンダーの内部においてピストンの周りの温度及び圧力を均一にすることにより、耐摩耗性を向上させてピストン及びシリンダーの固着現象を防ぐことができる。
また、本発明が提供する燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンは、中央にネック部を形成してシリンダーと接触しない領域を形成することにより、摩擦係数を減らして噴射効率を向上させ、部品の寿命も向上させることができる。
さらに、本発明が提供する燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンは、シリンダー内の上下側間の圧力差を減らしてキャビテーション現象の発生を防ぐことができる。
従来の技術による燃料噴射ポンプの噴射装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態による燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンを示す図である。 従来の技術による燃料噴射ポンプを用いてノズル噴射テストを行った写真である。 本発明の一実施形態によるオイルタンクピストンを備える燃料噴射ポンプを用いてノズル噴射テストを行った写真である。
以下、添付図面に基づいて本発明について詳述する。
図２は、本発明の一実施形態による燃料噴射ポンプのオイルタンクピストンを示す図である。
本発明の一実施形態による燃料噴射ポンプのオイルタンクピストン１００は、上部から順番に、最上段にシリンダーのカットオフ孔（図示せず）と遭遇する時期を調節することにより噴射量が調節可能なコントロールエッジ１１０が配設され、その下にシリンダー（図示せず）の内周面と接した状態で上下運動しながら燃料を圧縮するピストンボディ１２０が配設され、最下段にカム（図示せず）と接していてカム（図示せず）から動力が伝わるタベット１３０が配設される。
コントロールエッジ１１０は、オイルタンクピストン１００の円周面に沿って所定の長さに見合う分だけ螺旋状に傾いた面を有することにより、シリンダーのカットオフ孔（図示せず）と遭遇する時期を調節することができて噴射量を調節することができる。
ピストンボディ１２０は、シリンダー（図示せず）と接触したままで上下運動することにより、シリンダー内に流入した燃料を圧縮することができる。このとき、ピストンボディ１２０の中央に凹状に勾配を形成することにより、シリンダーと接触しない領域、すなわち、ネック部１２６が形成される。すなわち、ピストンボディ１２０は、シリンダー（図示せず）と接触する上段１２２と下段１２４、シリンダーと接触しない中段のネック部１２６からなる。
たとえ中段のネック部１２６がシリンダー（図示せず）と接触しないとしても、上段１２２と下段１２４がシリンダー（図示せず）と接触しているため、燃料を圧縮するのに影響しない。また、シリンダー（図示せず）と接触する面積が狭まることにより、全体的な摩擦係数を減らすことができて噴射効率を向上させ、部品の寿命を向上させることができる。なお、ネック部１２６には潤滑油が充填されてピストンボディ１２０とシリンダー（図示せず）との間の潤滑及び冷却の役割を果たしてもよい。
また、中段のネック部１２６には、ピストンボディ１２０を貫通する貫通孔１２８、１２９が形成される。貫通孔１２８、１２９はピストン１００の軸を通過し、ピストン１００の軸と直交する。また、複数の貫通孔１２８、１２９が軸に沿って、すなわち、上下に配置されることにより、ピストンボディ１２０の上下部間の圧力差が生じたときに上下に配置された貫通孔１２８、１２９に沿ってネック部１２６の潤滑油が流動することにより、キャビテーション現象を防ぐことができる。
一方、貫通孔１２８、１２９の一方の端は直径が大きくて他方の端は直径が小さく、直径が次第に減少するテーパー孔である。貫通孔１２８、１２９がテーパー孔であるとき、ネック部１２６に充填された潤滑油は貫通孔１２８、１２９の直径の大きい側に潤滑油が流入して直径の小さい側に排出される。このため、複数の貫通孔１２８、１２９は互いに平行に形成され、直径の大きい側及び直径の小さい側が交互に同じ側に配置されることが好ましい。このように直径の大きい側及び直径の小さい側が交互に形成されると、ネック部１２６とシリンダー（図示せず）との間の隙間における潤滑油の円滑な流動が行われ、これにより、ピストンの冷却、潤滑がなお一層効率よく行われる。
したがって、ピストンの摩擦熱及びキャビテーション現象による固着を防ぐことができるというメリットがある。また、上下に配置された貫通孔１２８、１２９を介して潤滑油が流通可能になるので、シリンダーの内部の上下側の圧力が均一に保たれてキャビテーション現象の発生が防がれる。なお、シリンダーの内部の温度及び圧力が均一に保たれるので、耐摩耗性が向上する。
図３は、従来の技術による燃料噴射ポンプを用いてノズル噴射テストを行った写真であり、図４は、本発明の一実施形態によるオイルタンクピストンを備える燃料噴射ポンプを用いてノズル噴射テストを行った写真である。
テスト結果を比較すると、従来の燃料噴射ポンプに比べて、本発明の一実施形態によるピストンを備える燃料噴射ポンプを用いた場合、ノズルの噴射性能が格段に向上することを確認することができる。

Claims (3)

  1. シリンダー内に設けられて上下往復運動しながら燃料を圧縮する燃料噴射ポンプのピストンにおいて、
    ピストンの上段に形成され、燃料の噴射量が調節可能なコントロールエッジと、
    コントロールエッジの下部に配設され、シリンダーと接触しながら上下往復運動するピストンボディと、
    ピストンボディの上下方向両側から中央に進むにつれて直径が緩やかに小さくなるネック部と、
    ネック部に形成され、ピストンを軸と直交する方向に貫通し、複数が軸方向に沿って互いに平行に形成される貫通孔と、
    を備える燃料噴射ポンプのオイルタンクピストン。
  2. 貫通孔は、一方の側の直径は大きく、他方の側に進むにつれて直径が次第に小さくなるテーパー孔であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプのオイルタンクピストン。
  3. 互いに平行に形成された複数の貫通孔は、直径の大きい側及び直径の小さい側が交互に同じ側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射ポンプのオイルタンクピストン。
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