JP2005147096A - 燃料噴射ポンプのデリベリバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】デリベリホルダと環状スリーブとのシール面であるデリベリホルダ端面にかかる圧力を低減させ、キャビテーションエロージョンの発生を防ぐことができる構造を有する燃料噴射ポンプのデリベリバルブを提供すること。
【解決手段】筒状のデリベリホルダ３１と、該デリベリホルダ３１の内面に嵌合される環状スリーブ３２とを有する燃料噴射ポンプのデリベリバルブ３０において、前記環状スリーブ３２の外周面に外周溝４０を設け、該外周溝４０にダンパーリング４１を上下摺動自在に装着するとともに、前記ダンパーリング４１が前記外周溝４０の上面に圧接した状態で、前記デリベリホルダ３１の内周面３１ａと前記環状スリーブ３２の外周面との間に形成される空間のうち、前記ダンパーリング４１よりも上部の空間と、該ダンパーリング４１よりも下部の空間とを連通させるキリ穴４３を、前記環状スリーブ３２に設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料噴射ポンプにおけるデリベリバルブの構造に関する。

従来から、プランジャバレル内にてプランジャを上下摺動させることで圧送される燃料を、複数の吐出弁へ送出し、各吐出弁から燃料噴射ノズルへ圧送する構成とするディーゼル機関用の燃料噴射ポンプが知られている。
この燃料噴射ポンプにおいては、燃料の圧送を行うためや、燃料の噴射が終了した時、噴射ノズルへの通路の圧力を所定の圧力まで急激に下げ、燃料噴射ノズルの作動を確実にして噴射の切れを良くする吸い戻しを行うため、また、次の噴射が行われるまで噴射ノズルへの通路内の圧力を保つためにプランジャ室と噴射ノズルへの通路との間を遮断するため、プランジャ室と噴射ノズルへの通路との間にデリベリバルブが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

以下、特許文献１に開示されているデリベリバルブの構造について、図８を用いて説明する。図８はデリベリバルブの従来構造を示す断面図である。
デリベリバルブ１３０は、筒状のデリベリホルダ１３１と、このデリベリホルダ１３１の内面に嵌合される環状スリーブ１３２と、この環状スリーブ１３２内を摺動する逆止弁１３３とを備えている。

環状スリーブ１３２は、該環状スリーブ１３２の下部に形成されている大径部１３２ａの上面にデリベリホルダ１３１の下端面が接触するように、デリベリホルダ１３１に入口側（プランジャ側）から嵌合しており、この環状スリーブ１３２の大径部１３２ａの上面とデリベリホルダ１３１の下端面との間をシール面１Ｓとしている。すなわち、このデリベリバルブ１３０においては、デリベリホルダ１３１と環状スリーブ１３２とのシール面１Ｓにプランジャから圧送された燃料の圧力がかかるため、環状スリーブ１３２をデリベリホルダ１３１に嵌合した状態で、デリベリホルダ１３１を締め付け、塑性変形させて前記シール面１Ｓにおいてデリベリホルダ１３１と環状スリーブ１３２とをメタルシールしている。

また、環状スリーブ１３２の上開口端部の内周側には、コイルスプリング１３４を介して閉弁する方向に付勢された逆止弁１３３が着座している。逆止弁１３３には、その中心部を貫通して上下流を連通する燃料通路１３３ａが形成されており、この燃料通路１３３ａの入口側開口端部には、コイルスプリング１３５の張力により、シート部材１３７に着座した球状の等圧弁１３６が当接している。
また、環状スリーブ１３２の下部には、入口通路１３８が設けられている。

このような構成のデリベリバルブが、燃料噴射ポンプのプランジャ室と噴射ノズルへの通路との間に設けられ、ポンプの燃料圧送開始からその終了にかけての燃料の圧送と、その逆流防止及び吸い戻しを行っている。

具体的には、まず、プランジャが上昇して燃料の圧縮行程が開始され、プランジャからの噴射圧力が入口通路１３８を介して環状スリーブ１３２内において作用する。すると、逆止弁１３３がコイルスプリング１３４に抗して上昇し、図示しない噴射ノズルに向けてデリベリホルダ１３１に形成された出口通路１３９へと燃料を通過させ、燃料を圧送する。この燃料の噴射が終了し、入口側の圧力が低下すると、噴射ノズルの作動を確実にして燃料の噴射の切れを良くするための吸い戻しが行われる。そして、次の噴射が行われるまで噴射ノズルへの通路内の圧力を保つため、逆止弁１３３は環状スリーブ１３２の上端部に着座して、デリベリホルダ１３１と環状スリーブ１３２との連通を閉ざして燃料の逆流を阻止する。

また、噴射終了後の出口通路１３９内の圧力が設定値より高いときは、この高圧を受けてコイルスプリング１３５を押し縮めながら等圧弁１３６が下降し、燃料通路１３３ａを開いて高圧燃料の一部を入口通路１３８及びプランジャ側へと逃がすようになっている。これにより、噴射終了後の出口通路１３９を高圧状態に保持して、燃焼ガス圧力などの作用で噴射ノズルが不用意に開かないようにするとともに噴射特性を安定させている。

特開平１１−４４２７４号公報

しかし、上述のような従来のデリベリバルブの構造においては、近年のディーゼルエンジンにおける排気エミッション規制に対応する等のための、燃料噴射圧の高圧化にともない、前記シール面１Ｓにキャビテーションエロージョン（流体が高速で管内を流れる時に、継手近傍に負圧部分ができ、そのため流体中に気泡が発生し、この気泡が管壁面に衝突して崩壊する時に発生する衝撃力による材料表面の損傷）が発生する。

以下、従来のデリベリバルブの構造におけるキャビテーションエロージョンの発生の機構について、図９を加えて説明する。図９は従来のデリベリバルブにおけるデリベリホルダ下部圧力の変化を示すグラフである。

上述のようなデリベリバルブ１３０の一連の動作において、燃料を圧送する際、図９のＡ部に示すように、逆止弁１３３が上昇してデリベリホルダ１３１内が高圧となる。その後、吸い戻しを行うべく逆止弁１３３が下降する際、デリベリホルダ１３１内の圧力が急激に下がることとなる。この時、図９のＢ部に示すように、逆止弁１３３が下降しデリベリホルダ１３１内の空洞の容積が増加してデリベリホルダ１３１内が負圧となり、この負圧が原因でデリベリホルダ１３１内に気泡が発生する。すなわち、このデリベリホルダ１３１内における高圧から負圧への圧力差（図９におけるＡ部からＢ部）により生じる気泡によって、デリベリホルダ１３１の環状スリーブ１３２とのシール面１Ｓにおけるデリベリホルダ端面にキャビテーションエロージョンが発生する。そして、このキャビテーションエロージョンによる材料表面の損傷からシール性が悪化し、このシール部から油漏れが発生する等の不具合がある。

以上が従来構造においての不具合であり、このような不具合を解決すべく、本発明においては、デリベリバルブ内における圧力差を小さくすることによって、デリベリホルダと環状スリーブとのシール面であるデリベリホルダ端面にかかる圧力を低減させ、キャビテーションエロージョンの発生を防ぐことができる構造を有する燃料噴射ポンプのデリベリバルブを提供することを課題とする。

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。

即ち、請求項１においては、筒状のデリベリホルダと、該デリベリホルダの内面に嵌合される環状スリーブとを有する燃料噴射ポンプのデリベリバルブにおいて、前記環状スリーブの外周面に外周溝を設け、該外周溝にダンパーリングを上下摺動自在に装着するとともに、前記ダンパーリングが前記外周溝の上面に圧接した状態で、前記デリベリホルダの内周面と前記環状スリーブの外周面との間に形成される空間のうち、前記ダンパーリングよりも上部の空間と、該ダンパーリングよりも下部の空間とを連通させる連通路を、前記環状スリーブに設けたものである。

請求項２においては、前記デリベリホルダ内周面の、前記外周溝に対面する位置に内周溝を設け、該内周溝及び前記外周溝によって形成される空間に前記ダンパーリングを上下摺動自在に装着したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、プランジャから圧送される燃料の圧力の脈動が、ダンパーリングにより遮断され、デリベリホルダ端面、すなわちデリベリホルダと環状スリーブとのシール面において、キャビテーションエロージョンの発生を防止することができる。これにより、シール面のシール性が保たれ、油漏れの発生を防ぐことが可能となる。

請求項２においては、デリベリホルダが、該デリベリホルダの内周溝に装着されているダンパーリングによって環状スリーブに係止されるので、デリベリホルダの抜け（脱落）を防止することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る燃料噴射ポンプの構成を示す側面断面図、図２は本発明に係るデリベリバルブの構造を示す断面図、図３は環状スリーブを示す斜視図、図４はダンパーリングの作動説明図、図５は本発明に係るデリベリバルブにおけるデリベリホルダ下部圧力の変化を示すグラフ、図６はデリベリバルブにおけるデリベリホルダ下部圧力の変化の従来との比較を示す図、図７は本発明に係るデリベリバルブの別実施例を示す図である。

まず、本発明に係るデリベリバルブ３０を有する燃料噴射ポンプ１の概略構成について説明する。なお、本実施の形態では、プランジャと分配軸とを並設する二軸式構造の分配型燃料噴射ポンプを用いて説明するが、本発明はこの構造に限定されるものではない。また、以下の説明においては図１の紙面左側を前側とする。

本発明に係る燃料噴射ポンプ１はディーゼルエンジン機関に搭載されるものであり、この燃料噴射ポンプ１は、図１に示すごとく、ハイドロリックヘッド２とポンプハウジング３を上下に接合して構成されている。
また、ポンプハウジング３の前側には、ガバナ装置４が配されている。

前記ハイドロリックヘッド２には、プランジャバレル８が挿嵌されており、該プランジャバレル８内にプランジャ７が上下摺動自在に内装され、ポンプカム軸５に形設したカム６の回転により、タペットローラー１１及びタペット１２を介して、プランジャ７が上下移動するように構成されている。ポンプカム軸５にはカム軸フランジ１４が固設されており、該カム軸フランジ１４を介してエンジンからの駆動力が伝達される。

そして、プランジャ７の上方の空間は燃料圧室１９として、図示せぬ燃料供給部から圧送される燃料油をプランジャ７により圧縮するようにしている。
より詳しくは、プランジャバレル８に設けられるメインポートに、前記燃料供給部から圧送された燃料が常時供給される構成となっており、プランジャ７が上下動範囲の下端部（下死点）に位置すると、プランジャバレル８内にて燃料圧室１９と前記メインポートとが連通して、該燃料圧室１９に燃料が導入される。そして、プランジャ７がカム６により押し上げられて上昇すると、該プランジャ７の外壁により前記メインポートの燃料圧室１９への連通口が閉ざされ、燃料圧室１９内の燃料はプランジャ７の上昇に伴ってプランジャバレル８を貫通する分配ポート１７より分配軸９を介してデリベリバルブ３０へ圧送され、該デリベリバルブ３０からエンジンのシリンダヘッド部に設けられる燃料噴射弁などを介してエンジンのシリンダー内に噴射される構成となっている。

続いて、本発明に係るデリベリバルブの構成について図２から図４を用いて説明する。
図２に示すように、デリベリバルブ３０は、ハイドロリックヘッド２内に嵌装される筒状のデリベリホルダ３１と、このデリベリホルダ３１の内面に嵌合される環状スリーブ３２と、この環状スリーブ３２内を摺動する逆止弁３３とを備えている。

環状スリーブ３２は、該環状スリーブ３２の下部に形成されている大径部３２ａの上面にデリベリホルダ３１の下端面が接触するように、デリベリホルダ３１に入口側（プランジャ側）から嵌合しており、この環状スリーブ３２の大径部３２ａの上面とデリベリホルダ３１の下端面との間をシール面Ｓとしている。すなわち、このデリベリバルブ３０においては、デリベリホルダ３１と環状スリーブ３２とのシール面Ｓにプランジャから圧送された燃料の圧力がかかるため、環状スリーブ３２をデリベリホルダ３１に嵌合した状態で、デリベリホルダ３１を締め付け、塑性変形させて前記シール面Ｓにおいてデリベリホルダ３１と環状スリーブ３２とをメタルシールしている。

また、環状スリーブ３２の上開口端部の内周側には、コイルスプリング３４を介して閉弁する方向に付勢された逆止弁３３が着座している。逆止弁３３には、その中心部を貫通して上下流を連通する燃料通路３３ａが形成されており、この燃料通路３３ａの入口側開口端部には、コイルスプリング３５の張力により、シート部材３７に着座した球状の等圧弁３６が当接している。
また、環状スリーブ３２の下部には、入口通路３８が設けられている。

以下、本発明に係るデリベリバルブの構成の特徴的な部分について説明する。
本発明に係るデリベリバルブ３０は、前記環状スリーブ３２の外周面に外周溝４０を設け、該外周溝４０にダンパーリング４１を上下摺動自在に装着するとともに、前記ダンパーリング４１が前記外周溝４０の上面４０ａに圧接した状態で、前記デリベリホルダ３１の内周面３１ａと前記環状スリーブ３２の外周面との間に形成される空間のうち、前記ダンパーリング４１よりも上部の空間と、該ダンパーリング４１よりも下部の空間とを連通させる連通路としてのキリ穴４３を、前記環状スリーブ３２に設けたことを特徴としている。

外周溝４０は、デリベリホルダ３１と環状スリーブ３２のシール面Ｓの上方において環状スリーブ３２の外周面に全周に亘って水平に形成される。そして、この外周溝４０には、円環状のダンパーリング４１が上下摺動自在に装着されている。すなわち、外周溝４０は、この外周溝４０における環状スリーブ３２の外径が、ダンパーリング４１の内径よりも小さくなるようにその深さが形成されることでダンパーリング４１を装着しており、また、外周溝４０の上下幅は、ダンパーリング４１の厚さよりも広く形成され、ダンパーリング４１は、外周溝４０の上面４０ａと下面４０ｂの間の範囲内で上下方向に摺動可能に装着されている。

また、この外周溝４０は、後に詳細に説明するが、高圧流体を逃がすための連通路としての複数のキリ穴４３を有している。このキリ穴４３は、ダンパーリング４１が外周溝４０の上面４０ａに接触した状態で、環状スリーブ３２の外周面とデリベリホルダ３１の内周面との間の空間を、ダンパーリング４１によって分断しないようにするために設けられるものである。そのため、キリ穴４３は、外周溝４０がその上面４０ａ側にのみ広くなるように該外周溝４０と一体的に形成され、また、外周溝４０の深さよりも深くなるように、環状スリーブ３２の軸心に向けて形成される。

また、キリ穴４３は、外周溝４０において周方向に等間隔を隔てて複数形成されるのが好ましい。本実施の形態においては、環状スリーブ３２の軸心に対して対称に２箇所設けられている。これにより、キリ穴４３において環状スリーブ３２にかかる圧力が、軸心に対して均等に加わることとなり、環状スリーブ３２に横向きの応力が加わることのないようにしている。なお、キリ穴４３の形状や設ける個数は、本実施の形態に限定されるものではない。

ダンパーリング４１は、耐熱性や耐油性を有するフッ素樹脂などの合成樹脂やゴムなどを素材とする弾性を有する環状部材である。
また、ダンパーリング４１は、その内径を、環状スリーブ３２の外径よりも小さく、外周溝４０における環状スリーブ３２の外径よりも大きく形成され、その外径を、該ダンパーリング４１が装着される位置のデリベリホルダ３１の内径と略同一に形成される。つまり、ダンパーリング４１は、その外周面をデリベリホルダ３１の内周面３１ａに接触した状態で、外周溝４０内において上下方向に摺動可能に装着されている。

以上のような構成で装着されたダンパーリング４１の作動について、図４を用いて説明する。なお、本説明においては便宜上、デリベリホルダ３１の内周面と環状スリーブ３２の外周面とで形成される空間のうち、ダンパーリング４１よりも上部の空間を上部空間４６ａ、下部の空間を下部空間４６ｂとする。

図４（ａ）は、前記上部空間４６ａが高圧時におけるダンパーリング４１の状態を示す図である。すなわち、デリベリバルブ３０による燃料圧送時などである。この上部空間４６ａの高圧時には、上部空間４６ａからの圧力がダンパーリング４１に下方に向けて作用し、ダンパーリング４１は下方に向けて押し付けられる。すなわち、ダンパーリング４１の底面４１ｂが外周溝４０の下面４０ｂに圧接することによって、デリベリホルダ３１の内周面と環状スリーブ３２の外周面とで形成される空間が分断される。すなわち、下部空間４６ｂが、ダンパーリング４１の底面４１ｂと、環状スリーブ３２の外周溝４０より下側の外周面と、デリベリホルダ３１の内周面３１ａとで囲まれた閉空間を形成する。これにより、上部空間４６ａから下部空間４６ｂへ高圧気体が流入するのをシールし、シール面Ｓに高圧力がかかるのを防ぐことができる。

一方、図４（ｂ）は、上部空間４６ａが低圧時におけるダンパーリング４１の状態を示す図である。すなわち、燃料噴射後のデリベリバルブ３０による吸い戻し時などである。この上部空間４６ａの低圧時には、ダンパーリング４１は、低圧となった上部空間４６ａの圧力と、下部空間４６ｂにおける上述の閉空間内の圧力との圧力差によって上昇し、該ダンパーリング４１の上面４１ａが外周溝４０の上面４０ａに圧接した状態となる。この状態においては、キリ穴４３が設けられているため、上部空間４６ａと下部空間４６ｂとが分断されることはない。つまり、ダンパーリング４１が上昇することによって、キリ穴４３を介して上部空間４６ａと下部空間４６ｂとが連通した状態となる。これにより、図４（ａ）で示した上部空間４６ａの高圧時において、閉空間となった下部空間４６ｂ内にだんだんと溜まっていく高圧流体を、低圧状態となった上部空間４６ａへとキリ穴４３を通じて逃がすことができる。

このように、ダンパーリング４１を設けることによって、デリベリホルダ３１の下部にかかる圧力は、図５に示すグラフのように変化する。すなわち、図６に示すように、図９に示した従来のデリベリバルブの場合と比較すると、デリベリバルブ３０における燃料圧送時などのように、デリベリホルダ３１の内周面と環状スリーブ３２の外周面とで形成される空間が高圧となる時の、デリベリホルダ３１の下部にかかる圧力は小さくなり（図中Ａ部）、また、デリベリバルブ３０による吸い戻しが行われる時などのように、デリベリホルダ３１の内周面と環状スリーブ３２の外周面とで形成される空間が低圧となる時の、デリベリホルダ３１の下部にかかる圧力は大きくなり、従来のように負圧となることもない（図中Ｂ部）。つまり、ダンパーリング４１を設けることにより、デリベリバルブ３０内の高圧時及び低圧時それぞれにおいてデリベリホルダ３１の下部にかかる圧力差を小さくすることがでる。

以上のような構成により、プランジャ７から圧送される燃料の圧力の脈動が、ダンパーリング４１により遮断され、デリベリホルダ３１端面、すなわちデリベリホルダ３１と環状スリーブ３２とのシール面Ｓにおいて、キャビテーションエロージョンの発生を防止することができる。これにより、シール面Ｓのシール性が保たれ、油漏れの発生を防ぐことが可能となる。

また、本発明に係るデリベリバルブ３０は、次のように構成することもできる。以下、デリベリバルブ３０の別実施例について説明する。
本実施例におけるデリベリバルブ３０は、デリベリホルダ３１内周面の、前記外周溝４０に対面する位置に内周溝４５を設け、該内周溝４５及び前記外周溝４０によって形成される空間に前記ダンパーリング４１を上下摺動自在に装着したことを特徴としている。

すなわち、図７に示すように、内周溝４５は、デリベリホルダ３１内周面３１ａの、環状スリーブ３２に設けられた外周溝４０と対面する位置に全周に亘って水平に形成される。そして、この内周溝４５は、その上下幅を環状スリーブ３２の外周溝４０と略同一、またはそれよりも広く形成され、ダンパーリング４１が上昇した際に、該ダンパーリング４１の上面４１ａが外周溝４０の上面４０ａに接触するのを妨げないようにしている。

このように、デリベリホルダ３１の内周面に内周溝４５を設けた場合、ダンパーリング４１は、環状スリーブ３２の外周溝４０及びデリベリホルダ３１の内周溝４５によって形成される空間内に装着されることとなる。つまりこの場合、ダンパーリング４１は、その外周面を内周溝４５の底面４５ａに接触した状態で上下方向に摺動自在に装着されることとなる。

すなわち、本実施例においてダンパーリング４１は、その外径をデリベリホルダ３１の内周溝４５が設けられている位置の内径と略同一としており、環状スリーブ３２をデリベリホルダ３１に嵌合する際に、ダンパーリング４１の弾性を利用して、該ダンパーリング４１を縮めた状態で環状スリーブ３２とともにデリベリホルダ３１内部に嵌合し、ダンパーリング４１が前記内周溝４５に達した際に通常の状態に弾性復帰して、ダンパーリング４１の外周が内周溝４５の底面４５ａに接触した状態となる。

このような構成とすることにより、デリベリホルダ３１内が高圧となった場合などに、該デリベリホルダ３１が環状スリーブ３２から抜けるような状態が発生した際、ダンパーリング４１の上面４１ａが環状スリーブ３２の外周溝４０の上面４０ａに、ダンパーリング４１の底面４１ｂがデリベリホルダ３１の内周溝４５の下面４５ｂに、それぞれ当接することによって、デリベリホルダ３１の抜けを防止することができる。
つまり、デリベリホルダ３１が、該デリベリホルダ３１の内周溝４５に装着されているダンパーリング４１によって環状スリーブ３２に係止されるので、デリベリホルダ３１の抜けを防ぐことができ、デリベリホルダ３１がハイドロリックヘッド２から脱落することを防止することができる。

本発明は、プランジャと分配軸とを並設する二軸式構造の分配型燃料噴射ポンプはもちろんのこと、プランジャが往復摺動及び回転運動し、それ自体に分配機能を持たせた一軸式構造のものや、さらに、列型燃料噴射ポンプにも広く適用可能である。

本発明に係る燃料噴射ポンプの構成を示す側面断面図。 本発明に係るデリベリバルブの構造を示す断面図。 環状スリーブを示す斜視図。 ダンパーリングの作動説明図。 本発明に係るデリベリバルブにおけるデリベリホルダ下部圧力の変化を示すグラフ。 デリベリバルブにおけるデリベリホルダ下部圧力の変化の従来との比較を示す図。 本発明に係るデリベリバルブの別実施例を示す図。 デリベリバルブの従来構造を示す断面図。 従来のデリベリバルブにおけるデリベリホルダ下部圧力の変化を示すグラフ。

符号の説明

１ 燃料噴射ポンプ
３０ デリベリバルブ
３１ デリベリホルダ
３２ 環状スリーブ
４０ 外周溝
４１ ダンパーリング
４３ キリ穴
４５ 内周溝

Claims (2)

1. 筒状のデリベリホルダと、該デリベリホルダの内面に嵌合される環状スリーブとを有する燃料噴射ポンプのデリベリバルブにおいて、前記環状スリーブの外周面に外周溝を設け、該外周溝にダンパーリングを上下摺動自在に装着するとともに、前記ダンパーリングが前記外周溝の上面に圧接した状態で、前記デリベリホルダの内周面と前記環状スリーブの外周面との間に形成される空間のうち、前記ダンパーリングよりも上部の空間と、該ダンパーリングよりも下部の空間とを連通させる連通路を、前記環状スリーブに設けたことを特徴とする燃料噴射ポンプのデリベリバルブ。
2. 前記デリベリホルダ内周面の、前記外周溝に対面する位置に内周溝を設け、該内周溝及び前記外周溝によって形成される空間に前記ダンパーリングを上下摺動自在に装着したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ポンプのデリベリバルブ。