JP4174199B2

JP4174199B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP4174199B2
Application number: JP2001257313A
Authority: JP
Inventors: 裕二芝; 賢廣谷
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003065186A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ディーゼルエンジンには、燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射装置が付設されており、該燃料噴射装置においては、高圧側の燃料ギャラリと低圧側の燃料タンクとの間に調圧弁が介装されている。
該調圧弁１００は、例えば、図８に示すように、嵌通孔１０１ａが形成される調圧弁本体１０１と、該調圧弁本体１０１の嵌通孔１０１ａ内に摺動自在に嵌装されるピストン１０２と、該ピストン１０２を摺動方向の一側に付勢するバネ１０３とで構成されている。
【０００３】
調圧弁本体１０１には、嵌通孔１０１ａ内と外部とを連通する本体孔１０１ｂが形成され、該本体孔１０１ｂはピストン１０２により開閉される。
嵌通孔１０１ａの一端側１０１ｃは燃料噴射ポンプの高圧側回路である燃料ギャラリに接続されており、本体孔１０１ｂは低圧側回路である燃料タンクに接続されている。
そして、本体孔１０１ｂがピストン１０２により閉じられている場合には、嵌通孔１０１ａの一端側１０１ｃと該本体孔１０１ｂとが分断され、開いている場合には、嵌通孔１０１ａの一端側１０１ｃと該本体孔１０１ｂとが連通するように構成されている。
【０００４】
この本体孔１０１ｂのピストン１０２による開閉は、ピストン１０２の摺動動作により行われ、燃料ギャラリ内の圧力が所定圧力以上となるまでは、ピストン１０２は、バネ１０３により本体孔１０１ｂが閉じる方向に付勢されている。逆に、燃料ギャラリ内の圧力が所定圧力以上となると、該圧力によりバネ１０３の付勢力に抗してピストン１０２が摺動し、本体孔１０１ｂが開いて燃料ギャラリ内の圧力を開放し、該燃料ギャラリ内の圧力を調整するように構成されている。
【０００５】
また、調圧弁本体１０１の嵌通孔１０１ａにおける、バネ１０３が収納される空間はバネ収納室１０１ｄに構成されており、ピストン１０２には、該バネ収納室１０１ｄと嵌通孔１０１ａの一端側１０１ｃとを連通するエア抜き孔１０２ａが形成されている。
エア抜き孔１０２ａは小径に形成されており、燃料ギャラリ内に発生する気泡を該エア抜き孔１０２ａから低圧側へ排出するように構成されている。また、エア抜き孔１０２ａからは、常時、燃料ギャラリ内の燃料油が徐々に低圧側へ漏出している。
尚、調圧弁本体１０１には、バネ収納室１０１ｄ内と低圧側とを連通する連通孔１０１ｅが形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く、燃料噴射ポンプには、燃料ギャラリ内の圧力を調整する調圧弁１００が設けられているが、燃料噴射ポンプ内でのキャビテーション・エロージョン（高速で流れる流体中に発生する気泡が崩壊する時に発生する衝撃力による材料表面の損傷）の発生を低減するためには、調圧弁１００が開く設定圧力をできるだけ高く、即ち燃料ギャラリ圧を高くすることが望ましい。
一方、エンストやハンチングを防ぐためには、調圧弁１００が開く設定圧力を低く、即ち燃料ギャラリ圧を低くすることが望ましい。
【０００７】
しかし、従来の調圧弁１００では、ピストン１０２を燃料ギャラリ圧により摺動させることで、本体孔１０１ｂを開いて燃料ギャラリ圧を開放するように構成しており、本体孔１０１ｂが開く圧力はバネ１０３の付勢力の大きさにより決定されるため、キャビテーション・エロージョンの減少と、エンストやハンチングの防止といった両方の要望を同時に満足させることが困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、エンジンの回転数により燃料吐出量が変化する燃料供給ポンプを有し、高圧側の燃料ギャラリと低圧側の燃料タンクとの間に調圧弁が介装され、該調圧弁は、調圧弁本体内を摺動動作するピストンを有し、調圧弁本体には燃料ギャラリと燃料タンクとの間を連通する本体孔が形成され、燃料ギャラリ圧力が所定圧力以下の場合にはピストンが本体孔を閉じ、燃料ギャラリ圧力が所定圧力以上になるとピストンが本体孔を開く、燃料噴射ポンプにおいて、
該ピストンには圧力逃がし孔が形成され、該圧力逃がし孔は、燃料ギャラリ圧力が所定圧力となるまでの範囲内で、エンジン回転数が低回転である時には開き、エンジン回転数が高回転である時には閉じる。
【００１０】
請求項２においては、前記圧力逃がし孔は、ピストンの摺動動作により開閉する。
【００１１】
請求項３においては、前記調圧弁は、ピストンの摺動方向における一側が燃料ギャラリに接続され、他側にはピストンを一側へ付勢する付勢手段の収納室が形成されており、前記圧力逃がし孔から燃料タンク側へ漏出する燃料が、該収納室へ浸入しない構造となっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の調圧弁が設けられる燃料噴射ポンプを示す側面断面図、図２は本体孔がピストンにより閉じられた状態の調圧弁を示す側面断面図、図３は本体孔がピストンにより開かれた状態の調圧弁を示す側面断面図、図４は調圧弁の開口面積とピストンのリフト量との関係を示す図、図５は燃料ギャラリ圧とエンジン回転数との関係を示す図、図６は従来調圧弁を用いた場合と本案調圧弁を用いた場合とのエンストしないローアイドル回転数の違いを示す図、図７はエンジンが船舶に搭載された場合における、従来調圧弁を用いたときと本案調圧弁を用いたときとのクラッシュアスターン操作によりエンストが発生しない最高船速の違いを示す図、図８は従来の調圧弁を示す側面断面図である。
【００１３】
本発明の調圧弁が設けられる燃料噴射ポンプの概略構成について説明する。
この燃料噴射ポンプは、ポンプ本体１に内嵌されたプランジャバレル２内にポンプ室３が形成され、プランジャバレル２の上部に取り付けられたデリベリホルダー４内にポンプ室３に連通するデリベリ油路５が穿設されていて、ポンプ室３内においてプランジャ６が往復摺動することによって、デリベリ油路５を介して燃料噴射バルブに燃料を圧送するものである。
【００１４】
プランジャバレル２には、プランジャ６の摺動方向と直角方向にバレルポート７・７が穿設され、このバレルポート７・７がポンプ本体１に形成された燃料ギャラリ８に連通している。
ポンプ本体１には、燃料ギャラリ８と外部とを連通させる燃料吸入通路１０及び燃料排出通路１１が設けられており、燃料は、燃料吸入通路１０より燃料ギャラリ８、バレルポート７を介してポンプ室３内に供給され、また逃がし油をバレルポート７、燃料ギャラリ８を介して燃料排出通路１１より燃料タンク（図示せず）側へ排出するようになっている。
燃料ギャラリ８に連通する燃料排出通路１１と燃料タンクとの間には、調圧弁２０が介装されており、ポンプ本体１に装着されている。
【００１５】
また、燃料ギャラリ８への燃料の供給は、燃料噴射ポンプに付設される燃料供給ポンプ（図示せず）により行われ、該燃料供給ポンプは、エンジン回転数により燃料吐出量が変化するように構成されている。即ち、エンジン回転数が低いときには吐出量が少なく、エンジン回転数が高いときには吐出量が多くなるように構成されている。
【００１６】
次に、調圧弁２０の構成について説明する。
図２、図３に示すように、調圧弁２０は、嵌通孔２１ａが形成される調圧弁本体２１と、該調圧弁本体２１の嵌通孔２１ａ内に摺動自在に嵌装されるピストン２２と、該ピストン２２を摺動方向の一側に付勢するバネ２３とで構成されている。
【００１７】
調圧弁本体２１には、嵌通孔２１ａ内と外部とを連通する本体孔２１ｂが形成され、該本体孔２１ｂはピストン２２により開閉される。
調圧弁本体２１の嵌通孔２１ａにおける、バネ２３が収納される空間はバネ収納室２１ｄに構成されている。
嵌通孔２１ａの一端側２１ｃは、燃料噴射ポンプの高圧側回路である燃料ギャラリと連通する前記燃料排出通路１１に接続されており、本体孔２１ｂは低圧側回路である燃料タンクに接続されている。
【００１８】
そして、図２に示すように、ピストン２２がバネ２３により付勢されて一端側２１ｃに摺動している場合には、本体孔２１ｂがピストン２２により閉じられ、逆に、図３に示すように、ピストン２２がバネ２３の付勢力に抗してバネ収納室２１ｄ側に摺動すると、本体孔２１ｂがピストン２２により開いて、嵌通孔１０１ａの一端側１０１ｃと該本体孔１０１ｂとが直接連通するように構成されている。
【００１９】
この本体孔２１ｂのピストン２２による開閉は、ピストン２２の摺動動作により行われ、燃料ギャラリ８内の圧力が所定圧力以上となるまでは、ピストン２２は、バネ２３により本体孔２１ｂが閉じる方向に付勢された状態を保持する。
逆に、燃料ギャラリ８内の圧力が所定圧力以上となると、該圧力によりバネ２３の付勢力に抗してピストン２２が摺動し、本体孔２１ｂが開いて燃料ギャラリ８内の圧力が開放される。
これにより、燃料ギャラリ８内の圧力が所定圧力以上にならないように調整される。
【００２０】
前記ピストン２２には、ピストン２２により閉じられている本体孔２１ｂと嵌通孔２１ａの一端側２１ｃとの間を連通する、圧力逃がし孔２２ａが形成されている。
圧力逃がし孔２２ａは本体孔２１ｂよりも小径に形成されており、本体孔２１ｂがピストン２２により閉じられている状態においても、該圧力逃がし孔２２ａから、燃料ギャラリ８内の燃料が徐々に低圧側へ漏出するように構成している。
【００２１】
即ち、ピストン２２がバネ２３により一端側２１ｃに摺動している状態においては（図２に示す状態）、ピストン２２により本体孔２１ｂが閉じられているが、圧力逃がし孔２２ａと本体孔２１ｂとが連通しているので、燃料ギャラリ８内の燃料が、圧力逃がし孔２２ａを通じて本体孔２１ｂから低圧側へ、漏出されることとなる。
【００２２】
この状態から、燃料ギャラリ８内の圧力が上昇して、ピストン２２がバネ収納室２１ｄ側へ摺動する場合、ある摺動量（以降「リフト量」という）までは、即ち本体孔２１ｂと圧力逃がし孔２２ａとが重なり合っている範囲では、ピストン２２により本体孔２１ｂが閉じられるとともに、圧力逃がし孔２２ａと本体孔２１ｂとが連通した状態が保持される。
燃料ギャラリ８内の圧力が所定の圧力以上に上昇して、図３に示す状態にまでピストン２２がさらに摺動すると、ピストン２２の端部が本体孔２１ｂ内にかかって該本体孔２１ｂが開くとともに、圧力逃がし孔２２ａが閉じて、該圧力逃がし孔２２ａと本体孔２１ｂとが分断される。
【００２３】
このように、本調圧弁２０は、ピストン２２の摺動位置によって、本体孔２１ｂにより直接高圧側と低圧側とが直接連通する状態と、圧力逃がし孔２２ａを介して高圧側と低圧側とが連通する状態が切り換わるように構成されている。
尚、調圧弁２０における調圧弁本体２１には、バネ収納室２１ｄ内部と外部の低圧側とを連通する連通孔２１ｅが形成されており、ピストン２２がバネ収納室２１ｄ側へ摺動する場合に、該バネ収納室２１ｄ内の燃料が低圧側へ逃げることができるように構成している。これにより、バネ収納室２１ｄ内の燃料がピストン２２の摺動に対する抵抗となることを防止するようにしている。
【００２４】
以上のように構成される調圧弁２０は、エンジン停止時には、ピストン２２は一端側２１ｃに摺動しており、該ピストン２２のリフト量がゼロの状態にある。ピストン２２のリフト量がゼロの状態では、ピストン２２に形成される圧力逃がし孔２２ａは全開口しており、該圧力逃がし孔２２ａを通じて高圧側と低圧側とが連通している。
この場合、図４に示すように、調圧弁２０の開口面積Ｓは、圧力逃がし孔２２ａの全開口面積Ｓ₁に等しい。
【００２５】
この状態から、エンジンが始動して、エンジンの燃料供給ポンプは、エンジン回転数の上昇に伴って吐出量が増加していくので、エンジン回転数が上昇していくと、燃料噴射ポンプの燃料ギャラリ８内の圧力も上昇していき、ピストン２２は該圧力によりバネ収納室２１ｄ側へ摺動していく。
そして、ピストン２２のリフト量がａとなるまでの間は、圧力逃がし孔２２ａが全開口状態を保持するため、調圧弁２０の開口面積Ｓは、Ｓ₁で一定である。
【００２６】
ピストン２２のリフト量がａからｂまでの範囲では、ピストン２２のリフト量が増加するに従って、圧力逃がし孔２２ａが徐々に閉じて開口面積が減少していき、本体孔２１ｂはピストン２２により閉じられたままであるので、調圧弁２０の開口面積Ｓは減少し、リフト量がｂの時点では最小のＳ₂となる。
【００２７】
さらに、ピストン２２のリフト量がｂを越えると、圧力逃がし孔２２ａは完全に閉じ、その代わりに本体孔２１ｂが開き始め、リフト量の増加に伴ってその開口面積が大きくなるため、調圧弁２０の開口面積Ｓは増加していく。
【００２８】
これに対し、図８に示した従来の調圧弁１００は、ピストン１０２が一定のリフト量に達するまで（即ち燃料ギャラリ内圧力が所定の圧力に達するまで）は開口面積Ｓは極僅かなエア抜き孔１０２ａ分の面積であり、そのリフト量を超えると本体孔１０１ｂが開口し始めて、ピストン１０２のリフト量に応じて開口面積が増加していく。
【００２９】
このように、従来の調圧弁１００においては、エンジン回転数が低いときには開口面積Ｓが殆どゼロに近い状態であるので、燃料供給ポンプからの燃料圧が殆ど全て燃料ギャラリ内に蓄圧され、図５に示すように、エンジン回転数がローアイドル時の低い回転数Ｎ₁であるときから、燃料ギャラリ内の圧力は、ある程度高い圧力Ｐ₁となっている。
そして、エンジン回転数が増加していくと、それに伴って燃料ギャラリ内の圧力も増加し、定格運転時の回転数Ｎ₂となると、燃料ギャラリ内の圧力はＰ₂となる。
【００３０】
一方、本案の調圧弁２０においては、エンジン回転数が低いときでも、ある程度の大きさの開口面積を有する圧力逃がし孔２２ａが全開口状態にあるので、燃料供給ポンプからの燃料圧の一部が圧力逃がし孔２２ａから低圧側へ逃げていくこととなり、ローアイドル時の低い回転数Ｎ₁には、燃料ギャラリ８内の圧力は、前記圧力Ｐ₁よりもかなり低い圧力Ｐ₃となっている。
そして、エンジン回転数が増加していくと、それに伴って燃料ギャラリ内の圧力も増加し、定格運転時の回転数Ｎ₂となると、圧力逃がし孔２２ａが殆ど閉じた状態となって、燃料ギャラリ内の圧力は前記調圧弁１００の場合と同様にＰ₂となる。
【００３１】
ここで、燃料噴射ポンプ内でのキャビテーション・エロージョンの発生を低減するためには燃料ギャラリ圧を高くすることが望ましく、エンストやハンチングを防ぐためには燃料ギャラリ圧を低くすることが望ましいが、本案の調圧弁２０では、燃料供給ポンプの吐出量が少ない低回転時には燃料ギャラリ８の圧力を低くするとともに、燃料供給ポンプの吐出量が多い高回転時には燃料ギャラリ８の圧力を高くすることができる。
従って、調圧弁２０が設けられる燃料噴射ポンプにおいては、高負荷高回転時に燃料ギャラリ内の圧力を高く設定してキャビテーション・エロージョンの発生を抑えることができるとともに、低回転時には燃料ギャラリ圧を低く設定してエンストやハンチングを防止することが可能となり、キャビテーション・エロージョンの低減と、エンストやハンチングの防止との両方を実現することが可能となる。
【００３２】
これにより、例えば、調圧弁２０が設けられる燃料噴射ポンプを、船舶用のエンジンに装着した場合、図６に示すように、従来の調圧弁１００を用いた場合よりも、エンストが発生する最低回転数（ローアイドル回転数）を低くすることが可能となる。
また、図７に示すように、従来の調圧弁１００を用いた場合に比べて、本案の調圧弁２０を用いた場合の方が、クラッチを前進側から後進側へ急速に切り換えるクラッシュアスターンを行うことが可能な最高船速を上昇させることが可能となる。
【００３３】
また、調圧弁２０において、本体孔２１ｂの開閉、及び圧力逃がし孔２２ａの開閉は、ピストン２２の摺動動作により行うように構成しているので、簡単な構造且つ低コストでキャビテーション・エロージョンの低減と、エンストやハンチングの防止とを両立させることができ、信頼性の向上を図ることもできる。
【００３４】
また、高圧側の燃料ギャラリ８内の燃料を、低圧側の燃料タンクへ流出させるための圧力逃がし孔２２ａは、低圧側に対しては本体孔２１ｂのみと連通し、バネ収納室２１ｄとは連通しないように構成されている。
これにより、燃料ギャラリ８からの燃料圧が、バネ収納室２１ｄ内に浸入してピストン２２の背面（バネ収納室２１ｄ側面）にかかり、該ピストン２２の摺動動作の妨げとなることがないようにして、低回転時に燃料ギャラリ８の圧力を低くできるようにしている。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３６】
即ち、請求項１に示す如く、エンジンの回転数により燃料吐出量が変化する燃料供給ポンプを有し、高圧側の燃料ギャラリと低圧側の燃料タンクとの間に調圧弁が介装され、該調圧弁は、調圧弁本体内を摺動動作するピストンを有し、調圧弁本体には燃料ギャラリと燃料タンクとの間を連通する本体孔が形成され、燃料ギャラリ圧力が所定圧力以下の場合にはピストンが本体孔を閉じ、燃料ギャラリ圧力が所定圧力以上になるとピストンが本体孔を開く、燃料噴射ポンプにおいて、
該ピストンには圧力逃がし孔が形成され、該圧力逃がし孔は、燃料ギャラリ圧力が所定圧力となるまでの範囲内で、エンジン回転数が低回転である時には開き、エンジン回転数が高回転である時には閉じるように構成したので、
燃料供給ポンプの吐出量が少ない低回転時には燃料ギャラリの圧力を低くするとともに、燃料供給ポンプの吐出量が多い高回転時には燃料ギャラリの圧力を高くすることができる。
従って、調圧弁が設けられる燃料噴射ポンプにおいては、高負荷高回転時に燃料ギャラリ内の圧力を高く設定してキャビテーション・エロージョンの発生を抑えることができるとともに、低回転時には燃料ギャラリ圧を低く設定してエンストやハンチングを防止することが可能となり、キャビテーション・エロージョンの低減と、エンストやハンチングの防止との両方を実現することが可能となる。これにより、例えば、調圧弁が設けられる燃料噴射ポンプを、船舶用のエンジンに装着した場合、従来の調圧弁を用いた場合よりも、エンストが発生する最低回転数（ローアイドル回転数）を低くすることが可能となる。
また、従来の調圧弁を用いた場合に比べて、クラッシュアスターンを行うことが可能な最高船速を上昇させることが可能となる。
【００３７】
請求項２に示す如く、前記圧力逃がし孔は、ピストンの摺動動作により開閉するので、
簡単な構造且つ低コストでキャビテーション・エロージョンの低減と、エンストやハンチングの防止とを両立させることができ、信頼性の向上を図ることもできる。
【００３８】
請求項３に示す如く、前記調圧弁は、ピストンの摺動方向における一側が燃料ギャラリに接続され、他側にはピストンを一側へ付勢する付勢手段の収納室が形成されており、前記圧力逃がし孔から燃料タンク側へ漏出する燃料が、該収納室へ浸入しない構造となっているので、
燃料ギャラリからの燃料圧が、付勢部材の収納室内に浸入してピストンの背面（収納室側面）にかかり、該ピストンの摺動動作の妨げとなることがないようにして、低回転時に燃料ギャラリの圧力を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の調圧弁が設けられる燃料噴射ポンプを示す側面断面図である。
【図２】本体孔がピストンにより閉じられた状態の調圧弁を示す側面断面図である。
【図３】本体孔がピストンにより開かれた状態の調圧弁を示す側面断面図である。
【図４】調圧弁の開口面積とピストンのリフト量との関係を示す図である。
【図５】燃料ギャラリ圧とエンジン回転数との関係を示す図である。
【図６】従来調圧弁を用いた場合と本案調圧弁を用いた場合とのエンストしないローアイドル回転数の違いを示す図である。
【図７】エンジンが船舶に搭載された場合における、従来調圧弁を用いたときと本案調圧弁を用いたときとのクラッシュアスターン操作によりエンストが発生しない最高船速の違いを示す図である。
【図８】従来の調圧弁を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１ポンプ本体
８燃料ギャラリ
１１燃料排出通路
２０調圧弁
２１調圧弁本体
２１ｂ本体孔
２１ｄバネ収納室
２２ピストン
２２ａ圧力逃がし孔
２３バネ

Claims

エンジンの回転数により燃料吐出量が変化する燃料供給ポンプを有し、高圧側の燃料ギャラリと低圧側の燃料タンクとの間に調圧弁が介装され、該調圧弁は、調圧弁本体内を摺動動作するピストンを有し、調圧弁本体には燃料ギャラリと燃料タンクとの間を連通する本体孔が形成され、燃料ギャラリ圧力が所定圧力以下の場合にはピストンが本体孔を閉じ、燃料ギャラリ圧力が所定圧力以上になるとピストンが本体孔を開く、燃料噴射ポンプにおいて、
該ピストンには圧力逃がし孔が形成され、該圧力逃がし孔は、燃料ギャラリ圧力が所定圧力となるまでの範囲内で、エンジン回転数が低回転である時には開き、エンジン回転数が高回転である時には閉じることを特徴とする燃料噴射装置。
前記圧力逃がし孔は、ピストンの摺動動作により開閉することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記調圧弁は、ピストンの摺動方向における一側が燃料ギャラリに接続され、他側にはピストンを一側へ付勢する付勢手段の収納室が形成されており、前記圧力逃がし孔から燃料タンク側へ漏出する燃料が、該収納室へ浸入しない構造となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射装置。