JP3993841B2 - 低温始動進角機構を備える燃料噴射ポンプ - Google Patents

低温始動進角機構を備える燃料噴射ポンプ Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温始動進角機構を備えるディーゼル機関用の燃料噴射ポンプの構造に関するものであり、より詳しくは、低温始動時の燃料の噴射時期及び噴射量の適正化を図るための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、プランジャーバレル内にてプランジャーを上下摺動させることで、分配軸に圧送される燃料を、分配軸により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、前記プランジャーバレルに溢流用サブポートを形成し、進角用アクチュエータを作動させ、これにより前記溢流用サブポートの開閉を行うことによって噴射タイミングを変化させる低温始動進角機構(以下、「CSD」(Cold Start Device)とする)を備えるものが知られている。そして、このCSDにより、低温始動時において、前記溢流用サブポートを閉じることによる噴射時期を進める制御、即ち、進角制御を行うことでエンジンの始動性を向上させている(例えば、特許文献1参照。)。このようなCSDを作動させて進角制御を行う際は、常温時は開状態となっている溢流用サブポートを、進角用アクチュエータによって作動するピストンによって閉じ、これによりプランジャーが燃料圧室に対してメインポートを閉じると同時に、該燃料圧室から分配軸への燃料圧送を開始するようにしている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−234576号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の燃料噴射ポンプにおいては、溢流用サブポート開時(CSD非作動時)に対しての、溢流用サブポート閉時(CSD作動時)の進角量及び噴射量の変化量は、プランジャーバレルに形成される溢流用サブポートの、メインポートとの位置関係及び孔径によって一義的に決まってしまうため、CSD非作動時(常温時(暖態時))における性能の確保、及びCSD作動時(低温時(冷態時))の始動性の最適化を図ることが難しかった。
【0005】
【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。
【0006】
進角用アクチュエータ(38)により作動するタイマー用ピストン(35)によってプランジャーバレル(33)に設けたサブポート(36a)を開閉することで噴射タイミングを変化させる低温始動進角機構(30)を有し、該サブポート(36a)及びメインポート(39)と燃料圧室(17)との連通及び分断をプランジャー(32)の作動によって行う燃料噴射ポンプにおいて、前記プランジャーバレル(33)に、前記ピストン(35)の作動によらず常時開状態とした溢流専用サブポート(36b)を設け、該溢流専用サブポート(36b)を、前記プランジャー(32)の摺動方向に対して、前記メインポート(39)と、前記ピストン(35)にて開閉可能な前記サブポート(36a)との間に設け、該プランジャー(32)の上昇過程において、該プランジャー(32)がメインポート(39)を閉じてからサブポート(36a)を閉じるまでの距離をプランジャー段差(δA)とし、同じく該メインポート(39)を閉じてから溢流専用サブポート(36b)を閉じるまでの距離をプランジャー段差(δB)とすると、低温始動進角機構(30)の非作動時にはプランジャー段差(δA)によって、燃料の噴射時期及び噴射量を決定し、低温始動進角機構(30)作動時においてはプランジャー段差(δB)によって、燃料の噴射時期及び噴射量を決定し、該プランジャー段差(δA)との差(δA−δB)が、燃料噴射時期の進角量とすべく構成し、該溢流専用サブポート(36b)の位置の設定により低温始動進角機構(30)における進角量を(0<δA−δB<δA)の範囲で任意に設定可能としたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【0008】
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CSDの構成を示す断面図、図3はプランジャー上昇時におけるプランジャー上部を示す斜視図、図4はCSD作動時/非作動時それぞれにおける、プランジャー上昇時のプランジャー上部を示す一部断面側面図、図5はポンプ回転数に対する燃料の噴射タイミングを示すグラフ、図6はポンプ回転数に対する燃料の噴射量を示すグラフである。
【0009】
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、該燃料噴射ポンプ1の構成の一実施例について以下に説明する。なお、以下の説明においては図1の紙面左側を前側とする。図1に示すごとく、該燃料噴射ポンプ1は、ポンプハウジング45とハイドロリックヘッド46の部分を上下に接合して構成されている。ポンプハウジング45の部分の前側面には、電子制御ガバナ装置7のケーシング8が付設され、該ケーシング8の前側よりラックアクチュエータ40が挿嵌固定されている。なお、前記電子制御ガバナ装置7は、本実施例のように電子制御式のものに限定されず、機械式のガバナ装置であってもよい。前記ラックアクチュエータ40は、摺動軸3を前後方向に進退させるものであり、該摺動軸3の先端部は、ガバナレバー23の中途部に枢結されている。該ガバナレバー23は、その下部においてガバナレバー軸24を中心に回動自在に配される一方、上端部にはリンク6が枢結されており、前記摺動軸3が前後方向に進退すると、ガバナレバー23は、ガバナレバー軸24を回動中心として前後方向に回動し、これにより、リンク6が前後方向に移動して、プランジャー32を回動させる図示せぬ調量ラックが操作される、即ち、燃料噴射の増量・減量の制御が行われるものである。また、前記ケーシング8の下部には、前記ポンプカム軸2の回転数を検知するための回転センサー22が取り付けられている。
【0010】
また、図1及び図2に示すごとく、前記ハイドロリックヘッド46にはプランジャーバレル33が挿嵌されており、該プランジャーバレル33内にプランジャー32が上下摺動自在に内装され、ポンプカム軸2に形設したカム4の回転により、タペット11及び下部バネ受け12を介して、プランジャー32が上下移動するように構成され、該プランジャー32の上方が燃料圧室17となっており、該燃料圧室17で圧縮された燃料を分配軸9に供給するようにしている。また、ハイドロリックヘッド46におけるプランジャーバレル33の後方には、低温始動進角機構(以下、「CSD30」とする)が設けられ、該CSD30のピストンバレル34が挿嵌されており、該ピストンバレル34のピストン摺動部内には上下摺動自在にCSDタイマー用ピストン(以下、「ピストン35」とする)が設けられている。そして、該ピストン35を進角用アクチュエータ38にて上下摺動させる構成としている。この進角用アクチュエータ38は、水温センサ等が接続されたコントローラによって、水温によりその作動を電子制御される電磁アクチュエータや、温度変化を感知して伸縮するサーモスタット等の温感部材などである。
【0011】
そして、図2に示すごとく、前記プランジャーバレル33に形成した溢流用サブポート(以下、「サブポート36a」とする)は、ピストンバレル34内とドレン油路37を介して通じており、常温時(暖態時)においては前記CSD30を非作動状態としており、ピストン35が最下方に位置し、前記ドレン油路37を介してのサブポート36aと低圧室47とが連通され、プランジャー32によって圧縮される燃料の一部をハイドロリックヘッド46に形成されたこの低圧室47に溢流させることで、通常時の燃料噴射時期が設定されている。一方、低温始動時(冷態時)においては、前記CSD30を作動させて、前記進角用アクチュエータ38が作動されることによってピストン35が上方に移動し、前記ドレン油路37を介してのサブポート36aと前記低圧室47との連通が分断され、燃料噴射時期の進角制御が行われるのである。
【0012】
以上の構成により、低温時にエンジンを始動する場合、即ち低温始動時においては、前記CSD30の進角用アクチュエータ38を作動させて前記進角制御を行うのである。
【0013】
このような構成の燃料噴射ポンプ1の燃料噴射構造及びCSD30の構造の詳細について、図1及び図2を用いて以下において説明する。前記プランジャーバレル33に設けられたメインポート39には、図示せぬ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、前記プランジャー32が上下動範囲の下端部(下死点)に位置すると、プランジャーバレル33内にてプランジャー32の上方に形成される燃料圧室17とメインポート39とが連通して、該燃料圧室17に燃料が導入される。そして、プランジャー32がカム4により押し上げられて上昇すると、該プランジャー32の外壁によりメインポート39の燃料圧室17への連通口が閉ざされ、燃料圧室17内の燃料はプランジャー32の上昇に伴ってプランジャーバレル33を貫通する分配ポート49(図1)より前記分配軸9を介してデリベリバルブ18(図1)へ圧送され、該デリベリバルブ18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。
【0014】
そして、プランジャー32がさらに上昇すると、該プランジャー32に形成されたプランジャーリード32aと、メインポート39とが連通するとともに燃料圧室17とメインポート39とが連通し、該燃料圧室17内の燃料がメインポート39の燃料供給部側へ逆流する。なお、前記電子制御ガバナ装置7によりプランジャー32を軸心回りに回動させることで、プランジャーリード32aとメインポート39とが連通する際のプランジャー32の上下位置を変化させることができ、これにより燃料噴射弁からの燃料噴射量の調節を可能としている。
【0015】
また、前記メインポート39の対向位置には、上述したように、CSD30のピストン35の摺動によって開閉可能となっているサブポート36aが設けられており、該サブポート36aは、メインポート39よりも小径に構成されている。そして、低温始動時においては、始動性向上のため早期の燃料噴射時期が要求されるため、CSD30を作動させて噴射時期の進角制御を行う。つまり、常温時は開状態となっているサブポート36aのドレン油路37を介してのピストンバレル34内との連通を、進角用アクチュエータ38によって作動するピストン35によって閉じることで遮断し、これによりプランジャー32が燃料圧室17に対してメインポート39を閉じると同時に、該燃料圧室17から分配軸9への燃料圧送を開始するようにしている。一方、常温時においては、CSD30は非作動状態にあり、前記サブポート36aとピストンバレル34内とはドレン油路37を介して連通された状態にある。つまり、サブポート36aと低圧室47とが連通された状態となっており、該サブポート36aから燃料を排出して燃料圧室17からの燃料圧送の開始を遅らせることで遅角制御している。
【0016】
また、本実施例においては、図3などに示すごとく、CSD30の作動によって開閉可能としている前記サブポート36aに加えて、該CSD30の作動に関係無く常に開状態にある溢流専用のサブポートとして、溢流専用サブポート36bを設けている。該溢流専用サブポート36bは、プランジャーバレル33に形成され、その高さ位置を、メインポート39よりも上方かつ、サブポート36aよりも下方としている。すなわち、プランジャー32摺動方向において、メインポート39とサブポート36aとの間に設けられている。つまり、この溢流専用サブポート36bを設けることによって、CSD30非作動時に対する、CSD30作動時における進角量(噴射時期の変化)及び燃料噴射量の適正化を図っているのである。
【0017】
このように、溢流専用サブポート36bを設けることによって生じる燃料圧室17からの燃料の噴射量及び噴射時期の変化を、図4を用いて、CSD30作動時及び非作動時についてそれぞれ説明する。図4紙面左側に示すCSD30非作動時、つまり常温時においては、サブポート36aはピストン35によって閉じられていないので、該サブポート36aと低圧室47とは連通しており、該サブポート36a及び溢流専用サブポート36bは燃料が溢流されている状態にある。よって、プランジャー32上昇の際に、該プランジャー32の外壁によってメインポート39と燃料圧室17との連通が断たれた後、プランジャー32の外壁によってサブポート36aが閉じられるとともに、燃料圧室17内の燃料が、分配軸9へ圧送される。すなわち、CSD30非作動時における燃料の噴射量及び噴射時期の変化量は、サブポート36aを設ける位置によって決められ、溢流専用サブポート36bを設けたことによる燃料の噴射量及び噴射時期の変化はない。
【0018】
一方、図4紙面右に示すCSD30作動時、つまり低温始動時においては、サブポート36aは、ピストン35によって低圧室47との連通を断たれており、該サブポート36aからの燃料の溢流は行われておらず、前記溢流専用サブポート36bからの溢流のみとなっている。この場合においては、溢流専用サブポート36bが、CSD30非作動時におけるサブポート36aの役割を果たしており、該溢流専用サブポート36bが上昇してくるプランジャー32によって閉じられる位置によって燃料噴射時期が決定されるのである。すなわち、溢流専用サブポート36bによって燃料噴射時期の進角制御が行われることとなるので、該溢流専用サブポート36bを設ける位置(高さ)や孔径によって、燃料の噴射時期及び噴射量が決められるのである。
【0019】
つまり、プランジャー32上昇過程において、該プランジャー32がメインポート39を閉じてからサブポート36aを閉じるまでの距離をプランジャー段差δA、同じくメインポート39を閉じてから溢流専用サブポート36bを閉じるまでの距離をプランジャー段差δBとすると、CSD30非作動時にはプランジャー段差δAによって、CSD30作動時においてはプランジャー段差δBによって、それぞれの時における燃料の噴射時期及び噴射量が決定される。すなわち、CSD30非作動時のプランジャー段差δAと、CSD30作動時のプランジャー段差δBとの差(δA−δB)が、燃料噴射時期の進角量となるのである。こうした場合、CSD30非作動時においては、溢流専用サブポート36bの有無に関わらずプランジャー段差はδAとなる。一方、CSD30作動時においては、従来のように溢流専用サブポート36bを設けてなかった場合は、プランジャー段差は発生せず、即ちδB=0となるが、本実施例のように溢流専用サブポート36bを設けた場合は、プランジャー段差δBが発生するのである。つまり、溢流専用サブポート36bを設けることにより、CSD30作動時の燃料圧室17からの圧送し始めるプランジャー32の位置が、プランジャー段差がδAとなる位置からプランジャー段差がδBの位置になるまで下がったことになる。言い換えると、CSD30を作動させることによって発生する燃料噴射時期の進角量が、従来はサブポート36aを設ける位置によって一義的にδAと決められていたが、本実施例のように溢流専用サブポート36bを設けることで、溢流専用サブポート36bを設ける位置を任意に設定することによってプランジャー段差δBを変えることが可能となり、この場合におけるプランジャー段差δA−δBを任意に設定できるのである。すなわち、CSD30作動時における進角量を0<δA−δB<δAの範囲で任意に設定できるのである。
【0020】
このように、溢流専用サブポート36bを設けた場合の燃料噴射量Q及び噴射タイミングTと、燃料噴射ポンプ1の回転数Nとの関係を示したグラフの、従来の場合と比較したものを図5及び図6に示す。図5において、CSD30非作動時における、ポンプ回転数Nに対する噴射タイミングTを表すタイミング特性50はほぼ一定の値を示している。そして、CSD30を作動させることによって、噴射タイミングTが早くなっている、即ち進角している。このCSD30作動時において、本実施例におけるCSD30作動時のタイミング特性51bは、従来のタイミング特性51aと比較して、その傾きは略同一となっているが、CSD30非作動時のタイミング特性50に対する噴射タイミングTの変化量(進角量)が少なくなっていることがわかる。つまり、CSD30を作動させたときの進角量が、従来と比較して少なくなっているのである。
【0021】
また、図6においても同様に、本実施例の溢流専用サブポート36bを設けた場合のポンプ回転数Nに対する噴射量Qを示す特性曲線61bは、CSD30非作動時における特性曲線60及び従来のCSD30作動時における特性曲線61aと形状は略同一となっているものの、そのCSD30非作動時から作動時にかけての噴射量Qの変化量が、従来と比較して少なくなっていることがわかる。つまり、従来はサブポート36aを設ける位置などによって一義的に決められていたポンプ回転数Nに対する燃料の噴射時期の進角量及び噴射量が、溢流専用サブポート36bを設ける位置などによって任意に設定することが可能となっているのである。
【0022】
本実施例においては、溢流専用サブポート36bを一箇所設けている。すなわち、前記サブポート36aが設けられる位置などによって確保される、CSD30非作動時に対するCSD30作動時の進角量や燃料の噴射量の範囲内において、溢流専用サブポート36bを設ける位置や孔径等を調整することによって燃料の噴射時期や該溢流専用サブポート36bから燃料を溢流させる量を調整し、CSD30作動時における適正な燃料の噴射時期の進角量及び噴射量を設定可能としているのである。
【0023】
このように、プランジャーバレル33に設ける溢流専用サブポート36bの位置などの設定によって、燃料の噴射量及び噴射時期を任意に設定することができるので、燃料噴射ポンプ1においてCSD30及びサブポート36aが同一規格で設けられて製造される場合であっても、適用するエンジンの違いによって、適正な燃料の噴射時期及び噴射量を設定することが可能となる。つまり、燃料噴射ポンプ1において、CSD30非作動時(常温時(暖態時))における特性を確保しつつ、CSD30作動時(低温始動時(冷態時))における燃料の噴射時期及び噴射量の、CSD30非作動時に対する変化量を従来と比較して少なくすることができ、暖態時の性能確保及び低温始動時の適正化を図ることができるのである。よって、低温始動時におけるNOx及び黒煙の排出量の低減や騒音の低減が図れるとともに、始動時間の短縮が可能となり、エンジン全般の性能の向上が図れる。
【0024】
【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。
【0025】
進角用アクチュエータ(38)により作動するタイマー用ピストン(35)によってプランジャーバレル(33)に設けたサブポート(36a)を開閉することで噴射タイミングを変化させる低温始動進角機構(30)を有し、該サブポート(36a)及びメインポート(39)と燃料圧室(17)との連通及び分断をプランジャー(32)の作動によって行う燃料噴射ポンプにおいて、前記プランジャーバレル(33)に、前記ピストン(35)の作動によらず常時開状態とした溢流専用サブポート(36b)を設け、該溢流専用サブポート(36b)を、前記プランジャー(32)の摺動方向に対して、前記メインポート(39)と、前記ピストン(35)にて開閉可能な前記サブポート(36a)との間に設け、該プランジャー(32)の上昇過程において、該プランジャー(32)がメインポート(39)を閉じてからサブポート(36a)を閉じるまでの距離をプランジャー段差(δA)とし、同じく該メインポート(39)を閉じてから溢流専用サブポート(36b)を閉じるまでの距離をプランジャー段差(δB)とすると、低温始動進角機構(30)の非作動時にはプランジャー段差(δA)によって、燃料の噴射時期及び噴射量を決定し、低温始動進角機構(30)作動時においてはプランジャー段差(δB)によって、燃料の噴射時期及び噴射量を決定し、該プランジャー段差(δA)との差(δA−δB)が、燃料噴射時期の進角量とすべく構成し、該溢流専用サブポート(36b)の位置の設定により低温始動進角機構(30)における進角量を(0<δA−δB<δA)の範囲で任意に設定可能としたので、該溢流専用サブポートを設ける位置などの設定によって、CSD非作動時(常温時(暖態時))に対するCSD作動時(低温始動時(冷態時))の燃料の噴射量や噴射時期の変化量を任意に設定可能となり、CSD非作動時における特性を確保しつつ、CSD作動時における燃料の噴射量や噴射時期の適正化を図ることができる。
【0026】
また、常時開状態とした前記溢流専用サブポートを、前記プランジャー摺動方向に対して、前記メインポートと、前記ピストンにて開閉可能な前記サブポートとの間に設けたので、燃料噴射ポンプにおいて、CSD非作動時(常温時(暖態時))における特性を確保しつつ、CSD作動時(低温始動時(冷態時))における燃料の噴射時期及び噴射量の、CSD非作動時に対する変化量を従来と比較して少なくすることができ、暖態時の性能確保及び低温始動時の適正化を図ることができる。
よって、低温始動時におけるNOx及び黒煙の排出量の低減や騒音の低減が図れるとともに、始動時間の短縮が可能となり、エンジン全般の性能の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用する燃料噴射ポンプの構成を示す側面断面図。
【図2】 CSDの構成を示す断面図。
【図3】 プランジャー上昇時におけるプランジャー上部を示す斜視図。
【図4】 CSD作動時/非作動時それぞれにおける、プランジャー上昇時のプランジャー上部を示す一部断面側面図。
【図5】 ポンプ回転数に対する燃料の噴射タイミングを示すグラフ。
【図6】 ポンプ回転数に対する燃料の噴射量を示すグラフ。
【符号の説明】
1 燃料噴射ポンプ
17 燃料圧室
30 CSD
32 プランジャー
33 プランジャーバレル
34 ピストンバレル
35 ピストン
36a サブポート
36b 溢流専用サブポート
38 進角用アクチュエータ
39 メインポート

Claims (1)

  1. 進角用アクチュエータ(38)により作動するタイマー用ピストン(35)によってプランジャーバレル(33)に設けたサブポート(36a)を開閉することで噴射タイミングを変化させる低温始動進角機構(30)を有し、該サブポート(36a)及びメインポート(39)と燃料圧室(17)との連通及び分断をプランジャー(32)の作動によって行う燃料噴射ポンプにおいて、前記プランジャーバレル(33)に、前記ピストン(35)の作動によらず常時開状態とした溢流専用サブポート(36b)を設け、該溢流専用サブポート(36b)を、前記プランジャー(32)の摺動方向に対して、前記メインポート(39)と、前記ピストン(35)にて開閉可能な前記サブポート(36a)との間に設け、該プランジャー(32)の上昇過程において、該プランジャー(32)がメインポート(39)を閉じてからサブポート(36a)を閉じるまでの距離をプランジャー段差(δA)とし、同じく該メインポート(39)を閉じてから溢流専用サブポート(36b)を閉じるまでの距離をプランジャー段差(δB)とすると、低温始動進角機構(30)の非作動時にはプランジャー段差(δA)によって、燃料の噴射時期及び噴射量を決定し、低温始動進角機構(30)作動時においてはプランジャー段差(δB)によって、燃料の噴射時期及び噴射量を決定し、該プランジャー段差(δA)との差(δA−δB)が、燃料噴射時期の進角量とすべく構成し、該溢流専用サブポート(36b)の位置の設定により低温始動進角機構(30)における進角量を(0<δA−δB<δA)の範囲で任意に設定可能としたことを特徴とする低温始動進角機構を備える燃料噴射ポンプ。
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