JPH0797967A - ターボチャージャー付きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブーコン（ブーストコンペンセーター）を
装備していないターボチャージャー付きディーゼルエン
ジンにおいて低回転数時に、燃料噴射量を積極的に低下
させることが可能な、つまりターボチャージャー付きデ
ィーゼルエンジンの急加速時および低速・高負荷時の黒
煙発生を抑制することが可能な、ターボチャージャー付
きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ２０を提供する
こと。 【構成】 ブーコンの代わりに、プリフロー効果を有
するプランジャ２５を用いることに着目したもので、よ
り大径のメインポート３２およびより小径のサブポート
３３を、このサブポート３３の上端縁がメインポート３
２の上端縁以下となるようにプランジャバレル２４に形
成し、プランジャ２５の頭部には、プランジャ２５の回
動にともなう所定範囲にわたってこのサブポート３３に
連通可能な上部サブリードを形成したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボチャージャー付き
ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプにかかるもので、
とくに燃料噴射補正機構を有するターボチャージャー付
きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ターボチャージャー付きディー
ゼルエンジンは、燃焼室（エンジンシリンダー）からの
排気ガスにより吸気を圧縮し、これを過給することによ
ってエンジンのパワーアップを図っている。

【０００３】従来のターボチャージャー付きディーゼル
エンジンにおいては、燃料噴射ポンプのポンプ回転数
（Ｎ）および燃料噴射量ないし負荷（Ｑ）により、ター
ボチャージャーによるその過給圧（ブースト圧）が変化
する。

【０００４】図７にもとづき、従来からの一般的なター
ボチャージャー付きディーゼルエンジン１について概説
する。上記ターボチャージャー付きディーゼルエンジン
１は、エンジン本体２と、ピストン３と、ターボチャー
ジャー４と、ガバナー５と、燃料噴射ポンプ６とを有す
る。

【０００５】ピストン３は、燃焼室７内を上下往復動す
ることによってクランクシャフト８を回転させる。

【０００６】ターボチャージャー４は、エグゾーストマ
ニホールド９からの排気ガスにより吸気を圧縮すること
によって過給圧空気をインテークマニホールド１０から
燃焼室７に供給する。

【０００７】ガバナー５は、ターボチャージャー付きデ
ィーゼルエンジン１の回転数に応じて燃料の噴射量を適
正に制御する。

【０００８】燃料噴射ポンプ６は、クランクシャフト８
により駆動するカムシャフト１１と、燃料噴射管１２
と、燃焼室７に臨む燃料噴射ノズル１３とを有する。

【０００９】一般に、ターボチャージャー付きディーゼ
ルエンジン１の性能を表す方法として、ローアイドリン
グから一挙にアクセルを踏み込んだ急加速時の状態にお
ける黒煙の発生のレベルによる評価があるが、こうした
ディーゼルエンジン１において、ローアイドリング状態
から急加速すると燃料噴射量が多くなりすぎて黒煙が発
生するという問題がある。以下、説明する。

【００１０】図８のグラフに示すように、ポンプ回転数
Ｎ（あるいはエンジンの回転数）に対する燃料噴射量Ｑ
との関係は、通常のターボチャージャー４なしのエンジ
ンでは図中点線のようになるが、ターボチャージャー４
付きのディーゼルエンジン１では燃料噴射量Ｑが増加す
るため図中実線のようになる。

【００１１】したがって、とくに低回転数時において適
正量より多い燃料が噴射される結果、黒煙が発生しまう
ことになるが、従来は、ブーストコンペンセーター（略
称「ブーコン」）と呼ばれる燃料補正装置（図示せず）
を用いることにより、このターボチャージャー４による
過給圧と、ポンプ回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑとの関係
を制御している。

【００１２】具体的には、図９のグラフに示すように、
上記ブーコンにより低回転数時の燃料噴射量Ｑを減少さ
せることにより黒煙の発生を抑制している（図９の「ブ
ーコンによる噴射量制御域」を参照）。

【００１３】すなわち、ブーコンにおいては、ターボチ
ャージャー４による過給圧が低いときに、コントロール
ラックの位置Ｒを押さえ込むことにより燃料噴射量Ｑの
制限を行うことによって、黒煙の発生をある一定値以下
にしている。

【００１４】しかしながら、一般にブーコンを装備して
いないとくに産業用などのターボチャージャー付きディ
ーゼルエンジン１については燃料噴射量Ｑが過大とな
り、すべて黒煙となってしまってエンジン評価の上で大
きな問題となっていた。

【００１５】なお、こうしたターボチャージャー付きデ
ィーゼルエンジン１では、一般に小型のものも多く、ブ
ーコンを新たにディーゼルエンジン１に装備するにはガ
バナー５とのリンク機構（図示せず）を変更する必要が
あり、燃料噴射ポンプ６自体にガバナー５を直結せずに
ディーゼルエンジン１側に設けてあるターボチャージャ
ー付きディーゼルエンジン１においては、ブーコンの新
設はスペース的にも困難である。

【００１６】したがって、ブーコンを装備していない、
ないし装備することが困難なターボチャージャー付きデ
ィーゼルエンジン１において、ローアイドリング状態か
らの急加速時の黒煙発生の問題を解決する何らかの手段
が要請されていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、ブーコンを装備して
いないターボチャージャー付きディーゼルエンジンにお
いて低回転数時に、燃料噴射量を積極的に低下させるこ
とが可能な、つまりターボチャージャー付きディーゼル
エンジンの急加速時および低速・高負荷時の黒煙発生を
抑制することが可能なターボチャージャー付きディーゼ
ルエンジン用燃料噴射ポンプを提供することを課題とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、上述
のブーコンの代わりに、燃料噴射ポンプにおけるプリフ
ロー効果を有するプランジャを用いることに着目したも
ので、ターボチャージャーと、このターボチャージャー
により圧縮過給された吸気を燃焼室において燃焼するこ
とにより駆動するピストンと、このピストンの駆動によ
り回転するクランクシャフトと、このクランクシャフト
の回転数と目標設定回転数との差分に応じて燃料の噴射
量を制御可能なガバナーと、を有するターボチャージャ
ー付きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプであって、
ポンプハウジングと、上記クランクシャフトの回転によ
り駆動されるカムと、上記ポンプハウジングに取り付け
るとともに、燃料溜まり室に連通する燃料の吸排孔を形
成したプランジャバレルと、上記カムによりこのプラン
ジャバレル内に往復摺動可能に、かつ上記ガバナーと連
係動作可能なコントロールラックにより回動可能に挿入
するとともに、上記吸排孔に連通可能な位置に傾斜リー
ドを形成したプランジャとを有し、このプランジャと上
記プランジャバレルとの間に燃料圧室を形成し、このプ
ランジャの往復摺動により、上記燃料溜まり室からこの
燃料圧室内に燃料を吸い込み、圧送するとともに、上記
プランジャバレルに上記吸排孔として、より大径のメイ
ンポートおよびより小径のサブポートを、このサブポー
トの上端縁が上記メインポートの上端縁以下となるよう
に形成し、上記プランジャの頭部には、該プランジャの
回動にともなう所定範囲にわたってこのサブポートに連
通可能な上部サブリードを形成し、かつ上記メインポー
トが上記プランジャの上端縁により閉鎖されても、上記
サブポートが上記上部サブリードに連通可能となるよう
に該サブリードを形成したことを特徴とするターボチャ
ージャー付きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプであ
る。

【００１９】すなわち、プランジャバレルには、より大
径のメインポートおよびより小径のサブポートを形成す
るとともに、プランジャには、サブポートに連通可能な
上部サブリードを形成したターボチャージャー付きディ
ーゼルエンジン用燃料噴射ポンプである。

【００２０】

【作用】本発明によるターボチャージャー付きディーゼ
ルエンジン用燃料噴射ポンプにおいては、ブーコンの代
わりに、プランジャバレルにおけるメインポートおよび
サブポートの形成とともに、プランジャにおける上部サ
ブリードの形成によって、高速回転における上記サブポ
ートによる燃料の絞り効果を利用し、同一コントロール
ラック位置で高速回転に対して低速回転では燃料噴射量
を低下させて、ブーコンと同等の機能を発揮することが
できるようにしたので、ディーゼルエンジンないし燃料
噴射ポンプにおける従来からの主要な部分の機構自体を
変更することなしにその性能向上が可能である。

【００２１】なお、ブーコンによる低速回転における燃
料噴射量の低下は、機械的にコントロールラック位置を
制御することによるものであるのに対して、本発明では
コントロールラック位置が一定のときの、静的有効スト
ローク（低速）と動的有効ストローク（高速）の違いに
より燃焼噴射量特性を積極的に可変とするものである。

【００２２】

【実施例】つぎに、本発明の一実施例によるターボチャ
ージャー付きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ２０
を図１ないし図６にもとづき説明する。ただし、図７な
いし図９と同様の部分には同一符号を付し、その詳述は
これを省略する。

【００２３】図１はターボチャージャー付きディーゼル
エンジン用燃料噴射ポンプ２０の縦断面図、図２は図１
のＩＩ部要部縦断面図である。燃料噴射ポンプ２０は、
ポンプハウジング２１と、前記カムシャフト１１（図
７）に取り付けたカム２２と、噴射量のコントロールラ
ック２３と、プランジャバレル２４と、プランジャ２５
と、デリバリバルブ２６と、デリバリバルブホルダー２
７とを有する。

【００２４】カム２２は、カムシャフト１１を介してデ
ィーゼルエンジン１のクランクシャフト８の駆動を受
け、タペットローラー２８を介してプランジャ２５を上
下方向に往復動させる。

【００２５】コントロールラック２３は、前記ガバナー
５（図７）を介してアクセル（図示せず）にこれを連結
してあり、紙面に直角な方向に移動することによって噴
射量のコントロールスリーブ２９を介し、プランジャ２
５をその軸心を回転軸として所定角度だけ回動させる。

【００２６】プランジャバレル２４は、ポンプハウジン
グ２内に固定してこれを取り付け、その内部にプランジ
ャ２５を往復動かつ回動可能に収容するとともに、ポン
プハウジング２との間に燃料溜まり室３０を、デリバリ
バルブ２６との間に燃料圧室３１を形成している。

【００２７】とくに図２に拡大して示すように、プラン
ジャバレル２４には、燃料の吸排孔として、メインポー
ト３２と、サブポート３３とを形成してある。

【００２８】メインポート３２の上端縁３２Ａとサブポ
ート３３の上端縁３３Ａとは同一高さないし同一水平位
置にあり、かつ周方向において１８０度の間隔を開けて
これを形成してある。

【００２９】なお、メインポート３２の上端縁３２Ａと
サブポート３３の上端縁３３Ａとの位置関係としては、
必要に応じてサブポート３３の上端縁３３Ａがメインポ
ート３２の上端縁３２Ａより下方に位置するように形成
することもできる。

【００３０】プランジャ２５は、プランジャバレル２４
内において往復動することにより燃料を燃料溜まり室３
０から吸い込み、燃料圧室３１で圧縮し、デリバリバル
ブ２６を開き、燃料噴射管１２（図７）を介して燃料噴
射ノズル１３に燃料を圧送する。

【００３１】図３は、プランジャ２５の頭部のリード展
開図であり、メインポート３２およびサブポート３３の
互いの間の相対位置関係を示している。

【００３２】このプランジャ２５の頭部の周面には、燃
料圧室３１に連通する縦方向燃料通路３４と、縦方向燃
料通路３４に連通する傾斜リード３５と、燃料圧室３１
に連通する上部サブリード３６とを形成してある。

【００３３】図示のように、上部サブリード３６は常用
時および始動時にわたってサブポート１５と対向可能で
あり、メインポート３２はプランジャ２５の上端縁２５
Ａと対向可能としてある。

【００３４】なお、「常用時」とは、アイドリング等の
低速回転から高速回転およびハイアイドリング（高速・
高負荷の定格回転領域をこえたときにガバナー５により
燃料噴射量を低下させること）を含む、始動時以外の低
負荷時および高負荷時を示す。

【００３５】プランジャ２５はカム２２の作用によって
プランジャバレル２４内を上下往復運動するため、図３
において、上部サブリード３６、縦方向燃料通路３４、
傾斜リード３５とともに、定位置状態のメインポート３
２およびサブポート３３に対して上下に移動する。

【００３６】また、プランジャ２５はコントロールラッ
ク２３の作用によってプランジャバレル２４内で回動す
るため、図３において、上部サブリード３６、縦方向燃
料通路３４、傾斜リード３５とともに、定位置状態のメ
インポート３２およびサブポート３３に対して左右に移
動する。

【００３７】こうした構成の燃料噴射ポンプ２０におい
て、プランジャ２５の下降にともない、燃料溜まり室３
０の燃料をメインポート３２およびサブポート３３から
燃料圧室３１内に吸い込む。

【００３８】プランジャ２５の上昇にともない、プラン
ジャ２５の上端縁２５Ａないし上部サブリード３６の上
端縁３６Ａによって、メインポート３２ないしサブポー
ト３３が閉鎖されたときから燃料の圧縮を開始し、メイ
ンポート３２が傾斜リード３５と係合したときに燃料の
圧送を終了する。

【００３９】すなわち、プランジャ２５の下死点から燃
料の圧送開始までのストロークがプリストロークであ
り、上部サブリード３６の深さないし高さがプリフロー
ストロークＬ１である。

【００４０】また、サブポート３３の閉鎖からメインポ
ート３２の開放までのストロークが静的（低速時）有効
ストロークＬ２であり、メインポート３２の閉鎖から開
放までのストロークが動的（高速時）有効ストロークＬ
３である。

【００４１】エンジンの常用時時における運転にあって
は、メインポート３２はプランジャ２５の上端縁２５Ａ
に、サブポート３３は上部サブリード３６にそれぞれ対
向している。

【００４２】アイドリングなど、より低速運転状態で
は、メインポート３２が傾斜リード３５の図３において
より左方に位置するため、有効ストロークが小さいとと
もに、図４に示すように、サブポート３３が上部サブリ
ード３６と係合するため、サブポート３３が上部サブリ
ード３６の上端縁３６Ａにより閉鎖されてから実質的な
燃料圧送が開始される。

【００４３】回転数が上昇して高速運転となったときに
は、メインポート３２が傾斜リード３５の右方向に移動
した状態となり、有効ストロークは増加するとともに、
図５に示すように、サブポート３３における絞り効果に
よってサブポート３３が上部サブリード３６の上端縁３
６Ａにより完全に閉鎖される前に燃料の圧送が開始され
る（プリフロー効果）ため、燃料の噴射タイミングが進
む（進角する）。

【００４４】図６は、こうしたプリフロー効果のプラン
ジャ２５を有する当該燃料噴射ポンプ２０のＮ−Ｑ特性
図である。

【００４５】プリフロー効果のプランジャ２５では、上
述のような作用によって、図６の実線に示すようにＮ−
Ｑ特性が右上がり（同一コントロールラック２３の位置
において高速側で噴射量が増加する）となる。なお、点
線は、上部サブリード３６を形成していない従来のプラ
ンジャの場合を示す。

【００４６】したがって、当該ターボチャージャー付き
ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ２０においては、
図９の「ブーコンによる噴射量制御域」に示したような
ブーコンによる燃料噴射量抑制作用に相当する燃料噴射
量抑制作用があり、とくにローアイドリング状態などか
ら急加速して回転数が上昇する場合に、燃料の噴射量を
適正に押さえ込むことにより、噴射燃料過多に起因する
黒煙の発生を防止することができる。

【００４７】しかも、こうした黒煙発生防止作用を有す
る燃料噴射ポンプ２０とするために、従来の基本的な構
造を変更することなく、プランジャ２５ないしプランジ
ャバレル２４のみの交換ですむという利点がある。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、サブポー
トに対する上部サブリードを形成したプランジャによっ
てブーコンの代わりをさせたので、燃料噴射ポンプおよ
びディーゼルエンジンの外観上変化をともなうことな
く、標準的なプランジャとの互換性があり、黒煙の発生
を低レベルに抑えたままで、ターボチャージャー付きデ
ィーゼルエンジンのブーコンを省略可能で、ガバナーの
リンクを単純化可能である。

【００４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるターボチャージャー付
きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ２０の縦断面図
である。

【図２】同、図１のＩＩ部要部縦断面図である。

【図３】同、プランジャ２５の頭部のリード展開図であ
る。

【図４】同、アイドリングなど低速運転状態におけるタ
ーボチャージャー付きディーゼルエンジン用燃料噴射ポ
ンプ２０の動作を説明する要部縦断面図である。

【図５】同、ポンプの回転数が上昇して高速運転状態に
おけるターボチャージャー付きディーゼルエンジン用燃
料噴射ポンプ２０の動作を説明する要部縦断面図であ
る。

【図６】同、プリフロー効果のプランジャ２５を有する
当該ターボチャージャー付きディーゼルエンジン用燃料
噴射ポンプ２０のＮ−Ｑ特性図である。

【図７】従来からの一般的なターボチャージャー付きデ
ィーゼルエンジン１の概略説明図である。

【図８】同、ポンプ回転数Ｎ（あるいはエンジンの回転
数）に対する燃料噴射量Ｑとの関係を示すＮ−Ｑ特性図
である。

【図９】同、ブーコンにより低回転数時の燃料噴射量Ｑ
を減少させることにより黒煙の発生を抑制している状態
を示す、ポンプ回転数Ｎ（あるいはエンジンの回転数）
に対する燃料噴射量Ｑとの関係を示すＮ−Ｑ特性図であ
る。

【符号の説明】

１ ターボチャージャー付きディーゼルエンジン ２ エンジン本体 ３ ピストン ４ ターボチャージャー ５ ガバナー ６ 燃料噴射ポンプ ７ 燃焼室 ８ クランクシャフト ９ エグゾーストマニホールド １０ インテークマニホールド １１ カムシャフト １２ 燃料噴射管 １３ 燃料噴射ノズル ２０ ターボチャージャー付きディーゼルエンジン用燃
料噴射ポンプ ２１ ポンプハウジング ２２ カム ２３ 噴射量のコントロールラック ２４ プランジャバレル ２５ プランジャ ２５Ａ プランジャ２５の上端縁２５Ａ ２６ デリバリバルブ ２７ デリバリバルブホルダー ２８ タペットローラー ２９ 噴射量のコントロールスリーブ ３０ 燃料溜まり室 ３２ 燃料圧室 ３２ メインポート ３２Ａ メインポート３２の上端縁 ３３ サブポート ３３Ａ サブポート３３の上端縁 ３４ 縦方向燃料通路 ３５ 傾斜リード ３６ 上部サブリード ３６Ａ 上部サブリード３６の上端縁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターボチャージャーと、 このターボチャージャーにより圧縮過給された吸気を燃
   焼室において燃焼することにより駆動するピストンと、 このピストンの駆動により回転するクランクシャフト
   と、 このクランクシャフトの回転数と目標設定回転数との差
   分に応じて燃料の噴射量を制御可能なガバナーと、 を有するターボチャージャー付きディーゼルエンジン用
   燃料噴射ポンプであって、 ポンプハウジングと、 前記クランクシャフトの回転により駆動されるカムと、 前記ポンプハウジングに取り付けるとともに、燃料溜ま
   り室に連通する燃料の吸排孔を形成したプランジャバレ
   ルと、 前記カムによりこのプランジャバレル内に往復摺動可能
   に、かつ前記ガバナーと連係動作可能なコントロールラ
   ックにより回動可能に挿入するとともに、前記吸排孔に
   連通可能な位置に傾斜リードを形成したプランジャとを
   有し、 このプランジャと前記プランジャバレルとの間に燃料圧
   室を形成し、 このプランジャの往復摺動により、前記燃料溜まり室か
   らこの燃料圧室内に燃料を吸い込み、圧送するととも
   に、 前記プランジャバレルに前記吸排孔として、より大径の
   メインポートおよびより小径のサブポートを、このサブ
   ポートの上端縁が前記メインポートの上端縁以下となる
   ように形成し、 前記プランジャの頭部には、該プランジャの回動にとも
   なう所定範囲にわたってこのサブポートに連通可能な上
   部サブリードを形成し、かつ前記メインポートが前記プ
   ランジャの上端縁により閉鎖されても、前記サブポート
   が前記上部サブリードに連通可能となるように該サブリ
   ードを形成したことを特徴とするターボチャージャー付
   きディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ。