JP6546807B2 - 燃料噴射ポンプ、燃料噴射装置、内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、船舶に搭載される内燃機関に用いられる燃料噴射ポンプ、燃料噴射ポンプが適用される燃料噴射装置、燃料噴射装置が適用される内燃機関に関するものである。

例えば、船舶に搭載される内燃機関に適用されるディーゼルエンジンの燃料噴射装置としては、下記特許文献に記載されたものがある。この特許文献１，２に記載された燃料噴射装置は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁に燃料を圧送するプランジャが設けられた燃料噴射ポンプと、プランジャの作動を制御する蓄圧管制弁ブロックとを備えている。そして、燃料噴射ポンプは、ポンプケースと、プランジャバレルと、プランジャと、吸入弁と、吐出弁とを備えている。

特開２００３−３２８８９７号公報 特開２０１３−１３９７３７号公報

上述した従来の燃料噴射ポンプは、ポンプケースの内側にプランジャバレルが装着され、このプランジャバレルの内側にプランジャが軸心方向に移動自在に支持されると共に、プランジャの前方であってプランジャバレルの内側に吸入弁と吐出弁が配置されている。即ち、ポンプケースとプランジャバレルと吸入弁及び吐出弁が径方向に三重構造となっている。そのため、燃料噴射ポンプの外径が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、小型化を可能とする燃料噴射ポンプ、燃料噴射装置、内燃機関を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の燃料噴射ポンプは、ポンプケースと、前記ポンプケース内に配置されるプランジャバレルと、前記プランジャバレル内で軸心方向に沿って移動自在に支持されるプランジャと、前記プランジャバレルと前記プランジャとにより燃料圧縮室を区画すると共に外部からの燃料を前記燃料圧縮室に吸入可能な吸入弁と、を備え、前記プランジャバレルと前記吸入弁は、前記ポンプケース内で長手方向に沿って直線状に配置されると共に、外壁面が前記ポンプケースの内壁面に支持される、ことを特徴とするものである。

従って、プランジャバレルと吸入弁がポンプケース内で直線状に配置されると共に外壁面がポンプケースに支持されることで、ポンプケースを小径化することが可能となり、燃料噴射ポンプ全体を小径として小型化することができる。

本発明の燃料噴射ポンプでは、前記プランジャは、リターンスプリングにより前記燃料圧縮室から離間する第１方向に付勢支持され、前記リターンスプリングは、前記ポンプケースと前記プランジャとの間に配置される圧縮コイルばねであり、一端部が前記ポンプケースにおけるばね受け部に弾圧し、他端部が前記プランジャのばね受け部材に弾圧することを特徴としている。

従って、プランジャを第１方向に付勢支持するリターンスプリングをポンプケースのばね受け部とプランジャのばね受け部材との間に介装することで、ポンプケースへのプランジャ、リターンスプリング、プランジャバレルなどの組付性を向上することができる。

本発明の燃料噴射ポンプでは、前記燃料圧縮室の燃料を外部に吐出可能な吐出弁を更に備え、前記プランジャバレルは、前記ポンプケースの内壁面に設けられたストッパにより前記第１方向への移動が拘束され、前記吸入弁と前記吐出弁が直線状に密着して配置された状態で、押え部材により圧縮保持されることを特徴としている。

従って、ポンプケース内でプランジャバレルと吸入弁と吐出弁を圧縮保持することで、プランジャバレルなどに引張応力が作用することはなく、疲労強度を向上することができる。

本発明の燃料噴射ポンプでは、前記プランジャバレルと前記吸入弁と前記吐出弁は、最大外径寸法が同寸法に設定されることを特徴としている。

従って、プランジャバレルと吸入弁と吐出弁の最大外径が同じであることから、ポンプケースの内径加工を簡素化して加工コストを低下することができると共に、ポンプケース内へプランジャバレルと吸入弁と吐出弁を容易に挿入して固定することができ、組付性を向上することができる。

本発明の燃料噴射ポンプでは、前記吸入弁は、外径が前記ポンプケースの内径より小さい小径部が設けられることで、前記小径部と前記ポンプケースとの間に燃料給排室が形成され、前記燃料給排室は、燃料吸入通路を介して前記燃料圧縮室に連通されることを特徴としている。

従って、吸入弁に小径部を設けて燃料給排室を形成することで、ポンプケースの内壁面への凹部加工を不要として加工コストを低下することができると共に、ポンプケースの肉厚を薄くすることができ、燃料噴射ポンプ全体を更に小径として小型化することができる。

また、本発明の燃料噴射装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を供給する前記燃料噴射ポンプと、前記燃料噴射ポンプにおける前記プランジャの作動を制御する蓄圧管制弁装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、燃料噴射ポンプ全体を小径として小型化することで、燃料噴射装置の小型軽量化を図ることができる。

また、本発明の内燃機関は、前記燃料噴射装置を備えることを特徴とするものである。

従って、燃料噴射ポンプ全体を小径として小型化することで、内燃機関の小型軽量化を図ることができる。

本発明の燃料噴射ポンプ、燃料噴射装置、内燃機関によれば、燃料噴射ポンプ全体を小径として小型化することができる。

図１は、本実施形態の燃料噴射ポンプを表す概略断面図である。 図２は、本実施形態の燃料噴射ポンプにおける要部を表す断面図である。 図３は、図２のIII−III断面図である。 図４は、本実施形態の燃料噴射装置を表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃料噴射ポンプ、燃料噴射装置、内燃機関の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図４は、本実施形態の燃料噴射装置を表す概略構成図である。

本実施形態において、図４に示すように、燃料噴射装置１０は、船舶に搭載される舶用大型ディーゼルエンジン（内燃機関）に搭載されている。燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁１１と、燃料噴射ポンプ１２と、蓄圧管制弁ブロック１３とを備えている。

燃料噴射弁１１は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射するものである。燃料噴射ポンプ１２は、この燃料噴射弁１１に燃料を圧送するものであり、燃料配管１４を介して連結されている。蓄圧管制弁ブロック１３は、燃料噴射ポンプ１２を駆動制御するものであり、ディーゼルエンジンのシリンダブロック側面等に設置され、塔状に構成された燃料噴射ポンプ１２がこの蓄圧管制弁ブロック１３の上部に立設されている。

以下、本実施形態の燃料噴射ポンプ１２について詳細に説明する。図１は、本実施形態の燃料噴射ポンプを表す概略断面図、図２は、本実施形態の燃料噴射ポンプにおける要部を表す断面図、図３は、図２のIII−III断面図である。

本実施形態の燃料噴射ポンプ１２は、図１から図３に示すように、ポンプケース２１と、プランジャバレル２２と、プランジャ２３と、吸入弁２４と、吐出弁２５とを備えている。そして、このプランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５は、ポンプケース２１内で長手方向に沿って直線状をなすように直列に配置されると共に、外壁面がポンプケース２１の内壁面に支持されている。

ポンプケース２１は、円筒形状をなすケース本体３１と、円筒形状をなすケース取付台３２と、円柱形状をなす押え部材３３とを備えている。ケース本体３１は、プランジャバレル２２の大部分と吸入弁２４と吐出弁２５などを収容する第１収容部３４と、プランジャ２３などを収容する第２収容部３５とが設けられている。第１収容部３４及び第２収容部３５は、連続した空間部により構成され、第１収容部３４が第２収容部３５より上方に位置し、第１収容部３４の内径寸法より第２収容部３５の内径寸法が大きく設定されている。

ケース取付台３２は、上端部の外周面がケース本体３１における下端部（第２収容部３５）の内周面に嵌合して連結ボルト（図示略）により連結されている。ケース取付台３２は、径方向における中心部に軸心方向に沿ってプランジャ２３を移動自在に支持する支持孔３６が形成されている。そして、このケース取付台３２は、下端部が蓄圧管制弁ブロック１３（図４参照）の上面部に固定されている。

押え部材３３は、下端部の外周面がケース本体３１における上端部（第１収容部３４）の内周面に嵌合して固定されている。押え部材３３は、外径寸法がケース本体３１の外径寸法と同じであり、ケース本体３１における第１収容部３４の上端部に嵌合して吐出弁２５を押圧する嵌合部３７が設けられると共に、外周面側に軸心方向に沿う取付孔３８が周方向に所定間隔で複数形成されている。そして、押え部材３３は、嵌合部３７がケース本体３１の第１収容部３４に嵌合し、ケース本体３１の上端面に密着した状態で、複数の締結ボルト３９が各取付孔３８を貫通し、ケース本体３１に形成されたねじ穴４０に螺合することでケース本体３１に固定される。

プランジャバレル２２は、ポンプケース２１におけるケース本体３１内に配置されている。プランジャバレル２２は、上部側の大径部４１と下部側の小径部４２とが設けられ、大径部４１と小径部４２との間に大径部４１の外周面と小径部４２の外周面とを連続させる傾斜面４３が形成されている。一方、ポンプケース２１は、第１収容部３４の内周面において径方向の中心部側に突出する突出部（ストッパ）４４が設けられている。突出部４４は、リング形状をなし、上部に傾斜面４５が形成されている。この突出部４４の傾斜面４５は、プランジャバレル２２の傾斜面４３と同じ角度に設定されている。また、プランジャバレル２２は、径方向における中心部に軸心方向に沿ってプランジャ２３を移動自在に支持する支持孔４６が形成されている。

そのため、プランジャバレル２２は、ポンプケース２１内に配置され、傾斜面４３が突出部４４の傾斜面４５に当接することで位置決めがなされ、ここから第１方向（軸方向における下方）Ａへの移動が拘束される。

プランジャ２３は、上部側の小径部４７と下部側の大径部４８とが設けられ、小径部４７の上面が加圧面４９となり、大径部４８の下面が受圧面５０となる。プランジャ２３は、ポンプケース２１におけるケース本体３１内に配置され、小径部４７がプランジャバレル２２の支持孔４６内で軸心方向に沿って移動自在に支持されると共に、大径部４８がケース取付台３２の支持孔３６内で軸心方向に沿って移動自在に支持されている。

また、プランジャ２３は、リターンスプリング５１の付勢力により第１方向Ａに付勢支持されている。このリターンスプリング５１は、圧縮コイルばねであり、プランジャ２３とケース本体３１との間に配置されている。プランジャ２３は、小径部４７と大径部４８との段部にばね受け部材５２が固定されている。一方、ケース本体３１は、第１収容部３４の内壁面と第２収容部３５の内壁面との間の段部にばね受け部５３が形成されている。そして、リターンスプリング５１は、下端部がばね受け部材５２に弾圧し、上端部がばね受け部５３に弾圧することで、プランジャ２３を第１方向Ａに付勢している。なお、プランジャ２３は、蓄圧管制弁ブロック１３（図４参照）により第１方向Ａとは逆方向の第２方向Ｂ（軸方向における上方）に移動することができる。

吸入弁２４は、吸入弁本体６１と、弁体６２と、圧縮ばね６３とから構成されている。吸入弁本体６１は、上部側の小径部６４と下部側の大径部６５とが設けられ、径方向における中心部に軸心方向に沿って燃料通路６６が形成されている。吸入弁２４は、吸入弁本体６１の下面がプランジャバレル２２の上面に密着することで、吸入弁２４とプランジャバレル２２とプランジャ２３とにより径方向の中心部に位置して燃料圧縮室６７が区画されている。また、吸入弁２４における吸入弁本体６１の小径部６４とポンプケース２１におけるケース本体３１との間に燃料給排室６８が区画されている。この燃料給排室６８は、リング形状をなす空間部であり、吸入弁本体６１を径方向に貫通する複数の燃料吸入通路６９を介して燃料圧縮室６７に連通されている。また、ポンプケース２１は、ケース本体３１を径方向に貫通する燃料供給路７０と燃料排出路７１が周方向に所定間隔を空けて形成されており、燃料供給路７０及び燃料排出路７１は、一端部が燃料給排室６８に連通し、他端部が燃料供給装置（図示略）に連結されている。

吸入弁２４は、外部から燃料供給路７０を通して燃料給排室６８に供給された燃料を燃料吸入通路６９から燃料圧縮室６７に吸入することができる。即ち、弁体６２は、吸入弁本体６１における燃料通路６６に配置され、軸心方向に移動自在であると共に、圧縮ばね６３の付勢力により吸入弁座に押圧され、燃料吸入通路６９と燃料圧縮室６７の連通を遮断している。そのため、燃料供給装置により燃料供給路７０から燃料給排室６８に供給され、燃料吸入通路６９から弁体６２に作用する燃料の圧力が高くなると、弁体６２が圧縮ばね６３の付勢力に抗して上昇して吸入弁座から離れ、燃料吸入通路６９と燃料圧縮室６７が連通する。すると、燃料給排室６８の燃料が燃料吸入通路６９を通して燃料圧縮室６７に吸入される。

吐出弁２５は、吐出弁本体８１と、弁体８２と、圧縮ばね８３とから構成されている。吐出弁本体８１は、径方向における中心部に軸心方向に沿って燃料通路８４が形成されており、下面が吸入弁２４の上面に密着することで、各燃料通路６６，８４が直列に連通している。吐出弁２５は、燃料圧縮室６７に供給された燃料を外部に吐出することができる。即ち、弁体８２は、吐出弁本体８１における燃料通路８４に配置され、軸心方向に移動自在であると共に、圧縮ばね８３の付勢力により吐出弁座に押圧し、燃料通路６６と燃料通路８４の連通を遮断している。

また、押え部材３３は、径方向における中心部に燃料吐出通路８５が設けられると共に、燃料吐出通路８５の周囲にばね収容部８６が設けられている。燃料吐出通路８５は、一端部が燃料通路８４に連通し、他端部に連結プラグ８７が連結されている。ばね収容部８６は、吐出弁２５側に開口し、圧縮ばね８３が収容されている。

そのため、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動し、燃料圧縮室６７内の燃料圧力が上昇すると、燃料圧縮室６７内の燃料圧力が燃料通路６６を通して弁体８２に作用する。そして、燃料圧縮室６７内の燃料圧力が更に高くなると、弁体８２が圧縮ばね８３の付勢力に抗して上昇して吐出弁座から離れ、燃料通路６６と燃料通路８４が連通する。すると、燃料圧縮室６７内の燃料が燃料通路６６を通して燃料通路８４に流れ、燃料吐出通路８５を通して外部に吐出される。

そして、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５は、ケース本体３１内で直列に配置され、互いに密着して配置された状態で、押え部材３３により圧縮保持されている。即ち、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５は、ケース本体３１の内径に合わせて最大外径寸法が同寸法に設定されていることから、ケース本体３１の上部から容易に挿入できる。すると、プランジャバレル２２は、ケース本体３１内で傾斜面４３が突出部４４の傾斜面４５に当接して第１方向Ａへの移動が拘束される。吸入弁２４は、ケース本体３１内でこのプランジャバレル２２の上面に当接して位置決めされ、吐出弁２５は、ケース本体３１内でこの吸入弁２４の上面に当接して位置決めされる。このとき、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５は、外周面がケース本体３１の内周面に支持されることで、径方向の位置決めがなされる。そして、押え部材３３は、嵌合部３７がケース本体３１に嵌合すると共に、吐出弁２５の上面を押圧した状態で、複数の締結ボルト３９によりケース本体３１に固定される。

ここで、燃料噴射ポンプ１２及び燃料噴射装置１０の作動について説明する。

図１及び図４に示すように、燃料噴射ポンプ１２において、燃料供給装置により燃料供給路７０から燃料給排室６８及び燃料吸入通路６９を通して吸入弁２４の弁体６２に所定圧力の燃料が供給されると、この弁体６２が圧縮ばね６３の付勢力に抗して移動することで燃料吸入通路６９と燃料圧縮室６７が連通するため、燃料給排室６８の燃料が燃料吸入通路６９から燃料圧縮室６７に吸入される。この状態で、蓄圧管制弁ブロック１３によりプランジャ２３を第２方向Ｂに移動して燃料圧縮室６７内の燃料が加圧され、燃料圧力が所定圧力を超えると、吐出弁２５の弁体８２が圧縮ばね８３の付勢力に抗して移動することで燃料通路６６と燃料通路８４が連通するため、燃料圧縮室６７内の燃料が燃料通路６６を通して燃料通路８４に流れ、燃料吐出通路８５を通して外部に吐出される。すると、燃料噴射弁１１は、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射することができる。

このように本実施形態の燃料噴射ポンプにあっては、ポンプケース２１と、ポンプケース２１内に配置されるプランジャバレル２２と、プランジャバレル２２内で軸心方向に沿って移動自在に支持されるプランジャ２３と、プランジャバレル２２とプランジャ２３とにより燃料圧縮室６７を区画すると共に外部からの燃料を燃料圧縮室６７に吸入可能な吸入弁２４と、燃料圧縮室６７の燃料を外部に吐出可能な吐出弁２５とを備え、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５をポンプケース２１内で長手方向に沿って直列に配置すると共に外壁面をポンプケース２１の内壁面に支持する。

従って、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５がポンプケース２１内で直列に配置されると共に外壁面がポンプケース２１に支持されることで、従来のように、吸入弁２４と吐出弁２５をプランジャバレル２２により支持する必要がなく、プランジャバレル２２を小型化することができると共に、ポンプケース２１を小径化することができる。この結果、燃料噴射ポンプ１２全体を小径として小型化することができる。

本実施形態の燃料噴射ポンプでは、リターンスプリング５１によりプランジャ２３を燃料圧縮室６７から離間する第１方向Ａに付勢支持し、リターンスプリング５１を圧縮コイルばねとし、一端部をポンプケース２１のケース本体３１におけるばね受け部５３に弾圧し、他端部をプランジャ２３のばね受け部材５２に弾圧している。従って、ポンプケース２１に対してプランジャ２３とリターンスプリング５１を容易に組付けることができ、ポンプケース２１へのプランジャバレル２２、プランジャ２３、リターンスプリング５１などの組付性を向上することができる。また、ばね受け部５３がケース本体３１に設けられることにより、プランジャバレル２２をケース本体３１に固定するためのボルト等の締結手段が不要となるため、燃料噴射ポンプ１２の全体を小径として小型化することができる。

本実施形態の燃料噴射ポンプでは、プランジャバレル２２をポンプケース２１の内壁面に設けられた突出部４４により第１方向Ａへの移動を拘束し、吸入弁２４と吐出弁２５を直線状に密着して配置した状態で、押え部材３３により圧縮保持している。従って、ポンプケース２１内でプランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５が圧縮保持されることとなり、プランジャバレル２２などに引張応力が作用することはなく、疲労強度を向上することができる。

本実施形態の燃料噴射ポンプでは、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５の最大外径寸法を同寸法に設定している。従って、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５をポンプケース２１内に容易に挿入することができると共に、プランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５を支持するポンプケース２１の内壁面の内径寸法を同寸法に設定することができ、ポンプケース２１の内径加工を簡素化して加工コストを低下することができると共に、ポンプケース２１内でプランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５を容易に固定することができ、組付性を向上することができる。

本実施形態の燃料噴射ポンプでは、吸入弁２４の外径がポンプケース２１の内径より小さい小径部を設けることで、小径部６４とポンプケース２１との間に燃料給排室６８を形成し、燃料給排室６８を燃料吸入通路６９を介して燃料圧縮室６７に連通している。従って、吸入弁２４に小径部６４を設けて燃料給排室６８を形成することで、ポンプケース２１の内壁面への凹部加工を不要として加工コストを低下することができると共に、ポンプケース２１の肉厚を薄くすることができ、燃料噴射ポンプ１２全体を更に小径として小型化することができる。

また、本実施形態の燃料噴射装置にあっては、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１１と、燃料噴射弁１１に燃料を供給する燃料噴射ポンプ１２と、燃料噴射ポンプ１２におけるプランジャ２３の作動を制御する蓄圧管制弁ブロック１３とを備えている。従って、燃料噴射ポンプ１２全体を小径として小型化することで、燃料噴射装置１０の小型軽量化を図ることができる。

また、本実施形態の内燃機関にあっては、燃料噴射装置１０を備えるので、燃料噴射ポンプ１２全体を小径として小型化すること、ディーゼルエンジンの小型軽量化を図ることができる。

１０ 燃料噴射装置
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃料噴射ポンプ
１３ 蓄圧管制弁ブロック
２１ ポンプケース
２２ プランジャバレル
２３ プランジャ
２４ 吸入弁
２５ 吐出弁
３１ ケース本体
３２ ケース取付台
３３ 押え部材
４３，４５ 傾斜面
４４ 突出部
５１ リターンスプリング
５２ ばね受け部材
５３ ばね受け部
６１ 吸入弁本体
６２ 弁体
６３ 圧縮ばね
６６ 燃料通路
６７ 燃料圧縮室
６８ 燃料給排室
６９ 燃料吸入通路
７０ 燃料供給路
７１ 燃料排出路
８１ 吐出弁本体
８２ 弁体
８３ 圧縮ばね
８４ 燃料通路
８５ 燃料吐出通路

Claims (6)

1. ポンプケースと、
   前記ポンプケース内に配置されるプランジャバレルと、
   前記プランジャバレル内で軸心方向に沿って移動自在に支持されるプランジャと、
   前記プランジャバレルと前記プランジャとにより燃料圧縮室を区画すると共に外部からの燃料を前記燃料圧縮室に吸入可能な吸入弁と、
   を備え、
   前記プランジャバレルと前記吸入弁は、前記ポンプケース内で長手方向に沿って直線状に配置されると共に、外壁面が前記ポンプケースの内壁面に支持され、
   前記プランジャは、リターンスプリングにより前記燃料圧縮室から離間する第１方向に付勢支持され、前記リターンスプリングは、前記ポンプケースと前記プランジャとの間に配置される圧縮コイルばねであり、一端部が前記ポンプケースにおけるばね受け部に弾圧し、他端部が前記プランジャのばね受け部材に弾圧する、
   ことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 前記燃料圧縮室の燃料を外部に吐出可能な吐出弁を更に備え、前記プランジャバレルは、前記ポンプケースの内壁面に設けられたストッパにより前記第１方向への移動が拘束され、前記吸入弁と前記吐出弁が直線状に密着して配置された状態で、押え部材により圧縮保持されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプ。
3. 前記プランジャバレルと前記吸入弁と前記吐出弁は、最大外径寸法が同寸法に設定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。
4. 前記吸入弁は、外径が前記ポンプケースの内径より小さい小径部が設けられることで、前記小径部と前記ポンプケースとの間に燃料給排室が形成され、前記燃料給排室は、燃料吸入通路を介して前記燃料圧縮室に連通されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射ポンプ。
5. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁に燃料を供給する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射ポンプと、
   前記燃料噴射ポンプにおける前記プランジャの作動を制御する蓄圧管制弁装置と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載の燃料噴射装置を備えることを特徴とする内燃機関。
   

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