JP2013517418A - 燃料噴射ポンプの噴射装置 - Google Patents

Abstract

本発明の噴射装置は、バレルのプランジャー室内部においてプランジャーが軸方向に往復摺動して燃料を圧縮する燃料噴射ポンプの噴射装置であって、前記プランジャーには、プランジャー室と連通する解除溝及び解除溝と連通するコントロールエッジが形成され、前記バレルの壁面には、プランジャー室と給排油室とを連通し、前記コントロールエッジに接することによりプランジャー室の圧力が抜けるようにするスピルポートが形成され、前記プランジャーには、プランジャーの上端面又は解除溝と連結して燃料の微細流動通路を提供するダンピンググルーブが前記コントロールエッジの上部外周面に形成され、プランジャーのコントロールエッジがスピルポートと交わって本格的に圧力が解除される前に、予めダンピンググルーブがスピルポートと交わってプランジャー室からスピルポートへ燃料の微細流動を形成することを特徴とする。

Description

本発明は、ディーゼル燃料噴射ポンプの噴射装置に関し、より詳細には、本格的な圧力解除が行われる直前に予め微細な流動を形成してスピルポート壁面を保護することにより、高速の流動ジェットがスピルポート壁面に衝突することを防止する一方、キャビテーションとこれにより発生した微細気泡が壁面近くで崩壊する現象を防止することにより、スピルポートの損傷を最小化した燃料噴射ポンプの噴射装置に関する。

ディーゼルを燃料として使用する内燃機関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置されたインジェクター（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）へ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、プランジャーとバレルからなる。こうした噴射装置は、ピストンの役割をするプランジャー（Ｐｌｕｎｇｅｒ）がシリンダの役割をするバレル（Ｂａｒｒｅｌ）内部で往復運動することにより燃料を圧縮して送出することになる。

図１及び図２を通じてプランジャーとバレルを具備する噴射装置の構造を見てみると、プランジャー１００は、バレル２００の内部に軸方向（すなわち、上下方向）に往復摺動可能に挿入されている。

前記プランジャー１００は、噴射ポンプに設置されたカムシャフト（図示せず）のカムにより往復駆動される。こうしたプランジャー１００には、プランジャー室２０２と連通する解除溝（Ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｏｏｖｅ）１０２が形成され、解除溝１０２と連通するコントロールエッジ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｄｇｅ）１０４が形成されている。

バレル２００は、内側と外側にそれぞれプランジャー室２０２と給排油室２０４が形成され、プランジャー室２０２と給排油室２０４とを連通するスピルポート（Ｓｐｉｌｌ Ｐｏｒｔ）２０６が形成されている。

図１及び図２において、プランジャー１００が下降してその上面がスピルポート２０６の下側にあるときには、スピルポート２０６を介してプランジャー室２０２へ燃料が流入され、プランジャー１００が上昇してその外周面がスピルポート２０６を閉じるときから燃料の圧縮が開始され、所定の圧力に達するとプランジャー室２０２上部のデリバリバルブ（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｖａｌｖｅ）が開いて圧縮された燃料がインジェクターへ送出される。

続いて、プランジャー１００がさらに上昇してコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わると、プランジャー室２０２の高圧の燃料が解除溝１０２とコントロールエッジ１０４を介してスピルポート２０６へ抜けて圧力が解除される。

このように、燃料の圧縮及び解除においては、燃料を約８００ｂａｒ以上に圧縮してから、約３ｂａｒ程度に解除する過程を周期的に反復することになる。
ここで、燃料圧力の解除は、前記したスピルポート２０６により行われることにより、スピルポート２０６が開放される瞬間には、前述したような大きな圧力差により高速の燃料流動が発生することになり、それにより高速流動する燃料がスピルポート２０６の壁面に衝突して壊蝕を誘発することになる。

また、燃料の高速流動により、燃料の静圧（Ｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が減少するようになって蒸気圧（Ｖａｐｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）以下に低くなると、微細気泡が発生するキャビテーション（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）現象が起こる。こうした気泡は、圧力回復とともにプランジャー１００の外周面、バレル２００の内面及びスピルポート２０６の表面で割れてしまうため、プランジャー１００、プランジャー室２０２、スピルポート２０６の表面にキャビテーション浸食を誘発して圧力漏れの原因となり、噴射装置の耐久性を低下させる。

本発明は、前記のような問題を解決するためのものであり、本発明の目的は、圧力解除時、プランジャーのコントロールエッジとスピルポートが開放される直前に、ダンピンググルーブにより予めスピルポートと平行な微細な流動が形成される。

こうした微細流動により、スピルポート及びプランジャーの壁面が一種の流動膜で覆われつつ保護される効果を有するようになる。
したがって、流動ジェットが高速で出入部に衝突することが防止され、キャビテーションにより発生した微細気泡が壁面近くで崩壊することが抑制されることにより、噴射装置の損傷が最小化され、耐久性が向上する。

上述した本発明の目的は、バレルのプランジャー室内部においてプランジャーが軸方向に往復摺動して燃料を圧縮する燃料噴射ポンプの噴射装置であって、前記プランジャーには、プランジャー室と連通する解除溝及び解除溝と連通するコントロールエッジが形成され；前記バレルの壁面には、プランジャー室と給排油室とを連通し、前記コントロールエッジに接することによりプランジャー室の圧力が抜けるようにするスピルポートが形成され；前記プランジャーには、プランジャーの上端面又は解除溝と連結して燃料の微細流動通路を提供するダンピンググルーブが前記コントロールエッジの上部外周面に形成され、プランジャーのコントロールエッジがスピルポートと交わって本格的に圧力が解除される前に、予めダンピンググルーブがスピルポートと交わってプランジャー室からスピルポートへ燃料の微細流動を形成することを特徴とする燃料ポンプの噴射装置を提供することにより達成される。

前記した本発明の噴射装置において、前記ダンピンググルーブは、２列以上形成することが好ましく、このとき、２列以上のダンピンググルーブの全体幅は、前記スピルポートの出入部の直径以内とすることが良い。

本発明による噴射ポンプは、プランジャーのコントロールエッジとスピルポートが開放されて圧力が本格的に解除される直前に、ダンピンググルーブにより予め微細な流動が形成される。

こうした微細流動により、プランジャー室からスピルポートへ急激な流動ジェットが形成されず、急激な圧力降下が防止される。
したがって、流動ジェットが高速で出入部に衝突することが防止され、圧力降下によるキャビテーションの発生が抑制されることにより、噴射装置の損傷が最小化され、耐久性が向上する。

従来の噴射装置の構造を示す断面斜視図である。 従来の噴射装置の構造を示す正面断面図である。 本発明に係る噴射装置の構造を示す断面斜視図である。 図３のプランジャーを示す斜視図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 ダンピンググルーブによる流動を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施例について具体的に説明する。図１及び図２と同一の部分については、同一の参照符号を付して説明する。
図３〜図６は、本発明に係る噴射装置を示すものであり、図３には断面斜視図が図示されており、図４にはプランジャーの斜視図が図示されており、図５には図４のＡ−Ａ断面図が、図６にはダンピンググルーブによる流動を説明するための図面が示されている。

まず、図３〜図５に示されたところのように、本発明に係る噴射装置において、プランジャー１００には、バレル２００のプランジャー室２０２と連通する解除溝１０２、そして解除溝１０２と連通するコントロールエッジ１０４が形成されており、バレル２００は、その内側にプランジャー室２０２が形成され、外側には給排油室２０４が形成され、プランジャー室２０２と給排油室２０４とを連通するスピルポート２０６が形成されている。

ここで、前記プランジャー１００には、そのコントロールエッジ１０４の上部外周面にダンピンググルーブ（Ｄａｍｐｉｎｇ Ｇｒｏｏｖｅ）１３０が形成されている。
前記ダンピンググルーブ１３０は、プランジャー１００の上端面又は解除溝１０２と連結される形態で構成され、それにより、ダンピンググルーブ１３０がスピルポート２０６と交わったときにプランジャー室２０２から圧力が抜けるようにする。

こうしたダンピンググルーブ１３０は、プランジャー１００のコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって本格的に圧力が解除される直前に、予めスピルポート２０６と交わってプランジャー室２０２をスピルポート２０６と連通させる。

前記ダンピンググルーブ１３０は、複数形成してよく、複数形成するときには、ダンピンググルーブ１３０の全体幅（Ｈ）（図５参照）がスピルポート２０６の出入部の直径（Ｄ）以内とする。

また、本実施例においては、ダンピンググルーブ１３０がコントロールエッジ１０４と並ぶように形成されているが、必ずしも例示された形態に限定されず、角度や方向を多様に構成してよい。

このように構成される本発明は、ダンピンググルーブ１３０により、プランジャー１００のコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって本格的に圧力が解除される直前に、予めスピルポート２０６と交わって微細流動を形成することにより、燃料がスピルポート２０６壁面に高速で衝突することを防止する一方、キャビテーションによる侵食の主原因である微細気泡の壁面近くでの崩壊を予め防止することにより、噴射装置の腐食損傷を防止するものである。

これについて図６を参照しつつ具体的に見てみると、次のとおりである。
（１）高速の流動ジェットによる直接的な衝撃による浸食
図６のように、プランジャー１００の圧縮行程末期にコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって開放されるとき、プランジャー室２０２と給排油室２０４との間の大きな圧力差により５００ｍ／ｓ以上の高速の流動ジェットが発生する。

特に、燃料噴射ポンプにおいては、こうした流動ジェットがプランジャー１００の往復により周期的に発生する特徴があるため、スピルポート２０６の長さが長くなるほど、流動ジェットが直接的に衝突するスピルポート内壁面は、疲労が累積されて、結果的に侵食による損傷を被ることになる。

こうした損傷を避けるためには、高速の流動ジェットがスピルポート２０６の壁面に触れずに流れ出ていくようにすることが一つの方法であるものと研究された。
本発明によれば、プランジャー１００の圧縮行程末期にコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって本格的に開放される前に、予めダンピンググルーブ１３０がスピルポート２０６と交わってプランジャー室２０２とスピルポート２０６とを連結するようになり、それにより、ダンピンググルーブ１３０に沿って微細な流動（少量の細い流動）がスピルポートと平行な方向にまず形成される。

こうした少量の燃料の微細な高速流動は、スピルポート２０６内部壁面を一種の流動膜で保護する効果を示すことになり、それ以降、コントロールエッジが開きながら発生する大量の高速流動ジェットがスピルポート壁面に直接的に衝突することを防ぐようになり、流動ジェットがスピルポート２０６の壁面に到達するときには速度が懸隔に減少することになり、強度は弱まり、流動方向がスピルポート２０６の半径方向外側に偏向されるようになり、結果的に、スピルポート２０６の壁面の侵食を防ぐことができようになる。
（２）キャビテーション発生による間接的な衝撃による浸食
図６のように、プランジャー１００の圧縮行程末期にコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって開放されるとき、プランジャー室２０２と給排油室２０４との間の大きな圧力差により５００ｍ／ｓ以上の高速の流動ジェットが発生し、こうした高速流動ジェットの速度により圧力が降下しつつキャビテーションが発生する。

本発明によれば、ダンピンググルーブ１３０により、プランジャー１００のコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって本格的に圧力が解除される直前に、予めスピルポート２０６と交わって微細流動を形成することにより、プランジャー室２０２の高い圧力が予め徐々に解除されるだけでなく、微細流動がスピルポートとプランジャー壁面を保護する一種の流動膜を形成することになる。

したがって、コントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わる時点では、既にプランジャー室２０２の圧力が多く解消された状態となるため、燃料の速度が著しく減少することになり、急激な圧力降下も生じなくなり、キャビテーションによる侵食の主な原因と知られている微細気泡の発生と微細気泡の壁面近くでの崩壊が流動膜によって防がれることになり、結果的に、キャビテーション及びそれによる損傷を減らすことができるようになる。

以上においては、添付図面に示された本発明の具体的な実施例について詳細に説明したが、これは本発明の好ましい形態についての例示に過ぎないものであり、本発明の保護範囲がこれらに限定されるものではない。また、以上のような本発明の実施例は、本発明の技術的思想の中で、当該分野における通常の知識を有する者により多様な変形及び均等な他の実施が可能なものであり、こうした変形及び均等な他の実施例は、本発明に添付された特許請求の範囲に属する。

本発明による噴射ポンプは、プランジャーのコントロールエッジとスピルポートが開放されて圧力が本格的に解除される直前に、ダンピンググルーブにより予め微細な流動が形成される。

こうした微細流動により、プランジャー室からスピルポートへの急激な流動ジェットが形成されず、また急激な圧力降下が防止される。
したがって、流動ジェットが高速で出入部に衝突することが防止され、圧力降下によるキャビテーションの発生が抑制されることにより、噴射装置の損傷が最小化され、耐久性が向上する。

Claims (3)

1. バレル２００のプランジャー室２０２内部においてプランジャー１００が軸方向に往復摺動して燃料を圧縮する燃料噴射ポンプの噴射装置であって、
   前記プランジャー１００には、プランジャー室２０２と連通する解除溝１０２及び解除溝１０２と連通するコントロールエッジ１０４が形成され、
   前記バレル１００の壁面には、プランジャー室２０２と給排油室２０４とを連通し、前記コントロールエッジ１０４に接することによりプランジャー室２０２の圧力が抜けるようにするスピルポート２０６が形成され、
   前記プランジャー１００には、プランジャー１００の上端面又は解除溝１０２と連結して燃料の微細流動通路を提供するダンピンググルーブ１３０が前記コントロールエッジ１０４の上部外周面に形成され、プランジャー１００のコントロールエッジ１０４がスピルポート２０６と交わって本格的に圧力が解除される前に、予めダンピンググルーブ１３０がスピルポート２０６と交わってプランジャー室２０２からスピルポート２０６へ燃料の微細流動を形成することを特徴とする燃料ポンプの噴射装置。
2. 前記ダンピンググルーブ１３０は、２列以上形成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料ポンプの噴射装置。
3. 前記２列以上のダンピンググルーブ１３０の全体幅（Ｈ）は、前記スピルポート２０６の出入部の直径（Ｄ）以内であることを特徴とする、請求項２に記載の燃料ポンプの噴射装置。