(57)【要約】【課題】水を吐出した後のプランジャを基準位置に復帰させるための圧縮ばねの水による腐食、損傷を回避しつつ小型かつ安価な注水ポンプを提供すること。【解決手段】本発明の一態様である注水ポンプは、ポンプケースとプランジャとを備え、ポンプケース内のプランジャを作動油の圧力を利用して吐出口側に移動させることにより、吐出対象の水を加圧して吐出するものである。ポンプケースは、プランジャの外周面とポンプケースの内周面との隙間を流下する水を排出するための排水ドレン部と、吐出対象の水を吐出した後のプランジャを、ポンプケースの吐出口側とは反対側に移動させることにより、吐出対象の水を吐出する前の基準位置に復帰させる空気ばねとを備える。空気ばねは、排水ドレン部よりも下側に位置でプランジャの外周面とポンプケースの内周面とに囲まれる空気室に、排水ドレン部の内部圧力よりも大きい圧力の空気を供給することによって構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケースと前記ポンプケース内に往復動可能に設けられるプランジャとを備え、作動油の圧力を利用して前記プランジャを前記ポンプケースの吐出口側に移動させることにより、前記ポンプケース内の吐出対象の水を加圧して吐出する注水ポンプにおいて、
前記ポンプケースは、
前記プランジャの外周面と前記ポンプケースの内周面との隙間を流下する水を排出するための排水ドレン部と、
前記吐出対象の水を吐出した後の前記プランジャを、前記ポンプケースの吐出口側とは反対側に移動させることにより、前記吐出対象の水を吐出する前の基準位置に復帰させる空気ばねと、
を備え、
前記空気ばねは、前記プランジャの外周面と前記ポンプケースの内周面とに囲まれる空間であって前記排水ドレン部よりも下側に位置する空気室に、前記排水ドレン部の内部圧力よりも大きい圧力の空気を供給することによって構成されることを特徴とする注水ポンプ。
【請求項２】
前記ポンプケースは、前記空気室よりも下側に、前記ポンプケース内に残留する作動油を排出するための作動油ドレン部を備え、
前記空気室は、上側の前記排水ドレン部と下側の前記作動油ドレン部との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の注水ポンプ。
【請求項３】
前記排水ドレン部と前記空気室との間に設けられ、前記プランジャの外周面と前記ポンプケースの内周面との隙間と前記空気室との連通を閉塞する第１のシール部材と、
前記空気室よりも下側に設けられ、前記ポンプケースの内部空間のうちの前記空気室よりも下側に位置する下側内部空間と前記空気室との連通を閉塞する第２のシール部材と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の注水ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注水ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンには、シリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ポンプが適用されている。一般に、燃料噴射ポンプは、中空円筒形状のポンプケースと、ポンプケース内に往復動可能に設けられるプランジャ（ピストン）とを備え、作動油の圧力を利用してプランジャをポンプケースの吐出口側に移動させることにより、燃料を加圧して吐出する。燃料噴射ポンプから吐出された燃料は、シリンダに設けられた燃料噴射弁に配管等を通じて圧送され、燃料噴射弁の噴射口からシリンダ内の燃焼室に噴射される。
【０００３】
また、燃料噴射ポンプは、例えば特許文献１に開示されるように、ポンプケースの吐出口側とは反対側にプランジャを付勢する圧縮ばね（コイルばね）をポンプケース内に備えている。プランジャは、上記のように燃料を吐出した後、圧縮ばねの付勢力によってポンプケース内から作動油を押し出す方向に移動しながら、燃料を吐出する前の元の位置（以下、基準位置と適宜いう）に復帰する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−３１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、船舶の分野においては、従来、舶用ディーゼルエンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する手法の一つとして、水技術が提案されている。この水技術は、シリンダ内の燃焼室に水を添加することにより、燃焼室内での燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘの排出量を低減するものである。このような水技術には、通常、噴射前の燃料（燃料噴射弁等の燃料流通路内に存在する燃料柱）中に水を注入する、または、燃焼室へ水を単独で注入（噴射）する等のために、作動油の圧力を利用した油圧駆動式の注水ポンプが適用される。
【０００６】
油圧駆動式の注水ポンプは、例えば、上述した燃料噴射ポンプの構造を採用して吐出対象を燃料から水に置き換えることにより、簡易に構成することが可能である。しかしながら、このような注水ポンプでは、ポンプケース内に残留する水がプランジャの外壁面とポンプケースの内壁面との隙間を通って圧縮ばねと接触する場合があり、この場合、圧縮ばねが腐食して損傷する恐れがある。たとえ上記隙間をシール部材によって密閉したとしても、水の吐出毎に往復動を行うプランジャがシール部材上を繰り返し摺動することにより、シール部材が摩耗或いは損傷すると上記隙間の密閉を維持できなくなる恐れがある。このため、水を吐出した後のプランジャを基準位置に復帰させるための圧縮ばねに対して、水との接触に起因する腐食、損傷を防止するような対策をとる必要がある。例えば、圧縮ばねの材質をＳＵＳにする等の対策をとることによって上記圧縮ばねの腐食を防止することはできる。しかしながら、この場合、注水ポンプ本体が大型化し、これに起因して、注水ポンプに掛かるコストが増大してしまう。さらには、注水ポンプの配置スペースの自由度が下がるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、水を吐出した後のプランジャを基準位置に復帰させるための圧縮ばねの水による腐食、損傷を回避しつつ、小型かつ安価な注水ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る注水ポンプは、ポンプケースと前記ポンプケース内に往復動可能に設けられるプランジャとを備え、作動油の圧力を利用して前記プランジャを前記ポンプケースの吐出口側に移動させることにより、前記ポンプケース内の吐出対象の水を加圧して吐出する注水ポンプにおいて、前記ポンプケースは、前記プランジャの外周面と前記ポンプケースの内周面との隙間を流下する水を排出するための排水ドレン部と、前記吐出対象の水を吐出した後の前記プランジャを、前記ポンプケースの吐出口側とは反対側に移動させることにより、前記吐出対象の水を吐出する前の基準位置に復帰させる空気ばねと、を備え、前記空気ばねは、前記プランジャの外周面と前記ポンプケースの内周面とに囲まれる空間であって前記排水ドレン部よりも下側に位置する空気室に、前記排水ドレン部の内部圧力よりも大きい圧力の空気を供給することによって構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記ポンプケースは、前記空気室よりも下側に、前記ポンプケース内に残留する作動油を排出するための作動油ドレン部を備え、前記空気室は、上側の前記排水ドレン部と下側の前記作動油ドレン部との間に位置することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記排水ドレン部と前記空気室との間に設けられ、前記プランジャの外周面と前記ポンプケースの内周面との隙間と前記空気室との連通を閉塞する第１のシール部材と、前記空気室よりも下側に設けられ、前記ポンプケースの内部空間のうちの前記空気室よりも下側に位置する下側内部空間と前記空気室との連通を閉塞する第２のシール部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水を吐出した後のプランジャを基準位置に復帰させるための圧縮ばねの水による腐食、損傷を回避しつつ、小型かつ安価な注水ポンプを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの一構成例を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態における空気ばねの作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る注水ポンプの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、同一構成部分には同一符号が付されている。
【００１４】
（注水ポンプの構成）
図１は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの一構成例を示す断面模式図である。本実施形態では、この注水ポンプ１０が舶用ディーゼルエンジン（図示せず）の燃料流通路内に水を注入するものである場合を例示する。なお、舶用ディーゼルエンジンの燃料流通路は、特に図示しないが、燃料噴射ポンプの吐出口から配管を通じて燃料噴射弁の噴射口に至る燃料の流通路である。燃料噴射ポンプは、舶用ディーゼルエンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射弁に対して、配管等を通じて燃料を噴射する装置である。
【００１５】
注水ポンプ１０は、作動油の圧力を利用して水を吐出する油圧駆動式の注水ポンプであり、図１に示すように、ポンプケース１と、プランジャ６と、ポンプケース１とプランジャ６との隙間を閉塞するためのシールリング７、８と、プランジャ６の移動量（リフト量）を検出するための検出部９と、ポンプケース１内に水を供給するための給水部１７とを備える。また、ポンプケース１は、排水ドレン部１１と、作動油ドレン部１２と、プランジャ６に付勢力を与える空気ばね１３と、この空気ばね１３を構成するための空気室１４、空気流路１５ａおよび空気入出口１５ｂとを備える。
【００１６】
ポンプケース１は、例えば、中空の円筒形状をなすポンプ用ケースであり、中空の円筒形状をなす複数の円筒状部材を組み合わせることによって構成される。本実施形態において、ポンプケース１は、図１に示すように、吐出部２と、取付台部３と、支持部４と、吐出弁部５とによって構成される。
【００１７】
吐出部２は、図１に示すように、プランジャ６の水ピストン部６ａを往復動可能に収容し得る内部空間を有する中空の円筒状部材である。吐出部２は、この内部空間のうち、吐出弁部５の下端部と水ピストン部６ａの上端部とに囲まれる空間部分を吐出室２ａとして有する。吐出室２ａは、吐出対象の水を一時貯留する空間である。特に図示しないが、吐出部２は、ボルト等の連結部材によって支持部４と連結されている。
【００１８】
取付台部３は、作動油の圧力を蓄積する蓄圧部等の作動油供給設備（図示せず）に注水ポンプ１０を取り付けるためのケース部分である。図１に示すように、取付台部３は、例えば中空の円筒形状に形成され、プランジャ６を作動させる作動油を受け入れるための内部空間である作動油室３ａを有する。作動油室３ａは、プランジャ６の作動油ピストン部６ｂを往復動可能に収容し得るように形成される。特に図示しないが、取付台部３は、ボルト等の連結部材によって支持部４と連結されている。
【００１９】
支持部４は、ポンプケース１に設けられるプランジャ６および検出部９を支持するためのケース部分である。図１に示すように、支持部４は、例えば中空の円筒形状に形成され、プランジャ６の中途部（本実施形態では水ピストン部６ａの下側部分、規制部６ｃおよび受力部６ｄ）を往復動可能に収容し得る内部空間を有する。支持部４は、この内部空間のうち、上側のシールリング７と下側のシールリング８との間に位置する空間部分を空気室１４として有し、この空気室１４よりも下側に位置する空間部分を下側内部空間４ａとして有する。支持部４は、プランジャ６の規制部６ｃおよび受力部６ｄが空気室１４内に面するように、シールリング７、８を介してプランジャ６を軸方向Ｆ１に摺動可能に支持する。また、支持部４は、検出部９の検出端子が下側内部空間４ａに収容されるように検出部９を支持する。
【００２０】
吐出弁部５は、図１に示すように、吐出部２の上端部に嵌合等によって取り付けられている。例えば、吐出弁部５は、中空の円筒形状に形成され、吐出部２の吐出室２ａに通じる逆止弁５ａと、逆止弁５ａの出口側に通じる吐出口５ｂとを有する。また、吐出弁部５には、吐出口５ｂに通じる注水管（図示せず）が設けられている。逆止弁５ａは、注水ポンプ１０による水の吐出方向を所定の方向（図１では吐出室２ａ側から吐出口５ｂ側への方向）に規制するとともに、この水の逆流を防止する。吐出口５ｂは、逆止弁５ａを介して吐出室２ａから吐出された水を注水管内へ導く。
【００２１】
プランジャ６は、作動油の圧力を利用して吐出対象の水を加圧して吐出するためのものである。図１に示すように、プランジャ６は、水ピストン部６ａと、作動油ピストン部６ｂと、規制部６ｃと、受力部６ｄと、テーパ部６ｅとによって構成される円柱状部材であり、ポンプケース１内に往復動可能に設けられる。
【００２２】
水ピストン部６ａは、吐出対象の水を加圧して吐出するための部分である。水ピストン部６ａは、プランジャ６の軸方向Ｆ１の一端側（図１では上側）に設けられる。図１に示すように、水ピストン部６ａは、吐出部２から支持部４に亘って連続するポンプケース１の内部空間に収容され、シールリング７を介して支持部４に支持される。水ピストン部６ａは、シールリング７上を摺動しながらプランジャ６の軸方向Ｆ１に往復動する。この際、水ピストン部６ａは、吐出室２ａを圧縮する方向に移動して、吐出室２ａ内の水（すなわち吐出対象の水）を吐出すべく加圧する。本実施形態では、水ピストン部６ａの上端面が吐出対象の水を加圧する加圧面となっている。
【００２３】
作動油ピストン部６ｂは、プランジャ６を作動させる作動油の圧力を受けるための部分である。作動油ピストン部６ｂは、プランジャ６の軸方向Ｆ１の他端側（図１では下側）に設けられる。図１に示すように、作動油ピストン部６ｂは、プランジャ６の軸方向Ｆ１に往復動し得るように取付台部３の内部空間（作動油室３ａ）に収容される。作動油ピストン部６ｂは、作動油室３ａに供給された作動油の圧力を受け、この作動油の圧力によって、基準位置Ｐｓからプランジャ６の軸方向Ｆ１一端側に移動（上昇）する。本実施形態では、作動油ピストン部６ｂの下端面が作動油の圧力を受ける受圧面となっている。また、作動油ピストン部６ｂは、作動油室３ａ内の作動油を作動油供給設備側に押し出しながらプランジャ６の軸方向Ｆ１他端側に移動（下降）して、基準位置Ｐｓに復帰する。
【００２４】
なお、基準位置Ｐｓは、注水ポンプ１０が水を吐出する前におけるプランジャ６の元の位置である。プランジャ６は、基準位置Ｐｓを起点として軸方向Ｆ１に往復動する。本実施形態において、基準位置Ｐｓは、例えば、プランジャ６の下端面（すなわち作動油ピストン部６ｂの下端面）の高さ位置によって決められる。
【００２５】
規制部６ｃ、受力部６ｄおよびテーパ部６ｅは、プランジャ６の軸方向Ｆ１に沿って水ピストン部６ａと作動油ピストン部６ｂとの間に設けられる。図１に示すように、規制部６ｃは、水ピストン部６ａよりも大きい外径を有するように水ピストン部６ａの下端部に形成される。規制部６ｃは、プランジャ６がポンプケース１の吐出口５ｂ側（軸方向Ｆ１の上側）に移動する際、空気室１４の内壁面に当接することによって、プランジャ６の吐出口５ｂ側への移動範囲を規制する。
【００２６】
受力部６ｄは、図１に示すように、規制部６ｃよりも大きい外径を有するように規制部６ｃの下端部に形成される。本実施形態では、この受力部６ｄの上側縁部が、空気ばね１３の付勢力を受ける部分となる。受力部６ｄは、プランジャ６がポンプケース１の吐出口５ｂ側に移動する際、空気ばね１３の付勢力に抗して吐出口５ｂ側に移動する。また、受力部６ｄは、プランジャ６が基準位置Ｐｓに復帰する際、空気ばね１３の付勢力を受けて基準位置Ｐｓ側に移動する。
【００２７】
テーパ部６ｅは、図１に示すように、プランジャ６の軸方向Ｆ１の上側から下側に向かって外径が減少変化するように受力部６ｄと作動油ピストン部６ｂとの間に形成される。テーパ部６ｅは、検出部９によるプランジャ６のリフト量の検出に用いられる。
【００２８】
上述したような構成を有するプランジャ６は、作動油ピストン部６ｂによって作動油の圧力を受けることにより、この作動油の圧力を利用してポンプケース１の吐出口５ｂ側に移動する。これにより、プランジャ６は、水ピストン部６ａによって吐出室２ａ内の水を吐出すべく加圧する。また、プランジャ６は、受力部６ｄによって空気ばね１３の付勢力を受けることにより、この付勢力を利用して吐出口５ｂ側とは反対側に移動する。これにより、プランジャ６は、作動油ピストン部６ｂによって作動油室３ａ内の作動油を押し出して基準位置Ｐｓに復帰する。
【００２９】
シールリング７、８は、ポンプケース１の内周面とプランジャ６の外周面との隙間（以下、ポンプケース内の隙間と適宜略す）を閉塞するためのシール部材である。図１に示すように、シールリング７（第１のシール部材）は、例えばポンプケース１の支持部４の内周面に沿って形成された凹部に嵌め込む等により、排水ドレン部１１（例えば排水収集部１１ａ）と空気室１４との間に設けられる。ここで、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８は、ポンプケース１の内部空間において、プランジャ６の中途部の外周面とポンプケース１の支持部４の内周面とに囲まれた空間である空気室１４と連続している。シールリング７は、このようなポンプケース１内の隙間１８と空気室１４との連通を閉塞する。これにより、シールリング７は、排水ドレン部１１と空気室１４との間の位置において、ポンプケース１内の隙間１８と空気室１４とを気密に分離する。
【００３０】
また、図１に示すように、シールリング８（第２のシール部材）は、例えばプランジャ６の受力部６ｄの外周面に沿って形成された凹部に嵌め込む等により、空気室１４よりも下側に設けられる。ここで、空気室１４の下側は、ポンプケース１の支持部４における下側内部空間４ａと連続している。シールリング８は、このような下側内部空間４ａと空気室１４との連通を閉塞する。これにより、シールリング８は、図１に示すように作動油ドレン部１２に面する下側内部空間４ａと空気室１４とを気密に分離する。
【００３１】
検出部９は、注水ポンプ１０による水の１回の吐出におけるプランジャ６のリフト量を検出するための装置である。図１に示すように、検出部９は、プランジャ６のテーパ部６ｅと面するようにポンプケース１の支持部４に支持されている。本実施形態では、一対の検出部９が、ポンプケース１の下側内部空間４ａにおいてテーパ部６ｅを挟んで互いにプランジャ６の径方向Ｆ２に対向するように配置されている。検出部９は、プランジャ６の移動（リフト）によって変化するテーパ部６ｅとの距離を検出（計測）する。プランジャ６のリフト量は、この検出された距離とテーパ部６ｅの傾斜角度とをもとに算出される。なお、上記リフト量は、注水ポンプ１０による１回の水吐出において吐出対象の水を加圧する方向（本実施形態では上方向）に移動するプランジャ６の移動量の一例である。
【００３２】
排水ドレン部１１は、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８を流下する水を排出するためのものである。図１に示すように、排水ドレン部１１は、排水収集部１１ａと排水路１１ｂとによって構成され、ポンプケース１の空気室１４よりも上側の部位に設けられる。排水収集部１１ａは、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８と通じるように、ポンプケース１の支持部４（本実施形態では吐出部２と支持部４との接合の境界部分）に設けられる。排水収集部１１ａは、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８を流下する水を収集する。排水路１１ｂは、排水収集部１１ａとポンプケース１の外部とを連通させるように支持部４に設けられる。特に図示しないが、この排水路１１ｂの出口部には排水管が接続されている。排水ドレン部１１は、吐出室２ａ内の水のうち、注水ポンプ１０から吐出されずにポンプケース１内の吐出室２ａから隙間１８に漏れて隙間１８を流下する水を排水収集部１１ａに収集し、収集した水をポンプケース１内から排水路１１ｂを通じて外部の配水管に排出する。
【００３３】
作動油ドレン部１２は、ポンプケース１内に残留する作動油を排出するためのものである。図１に示すように、作動油ドレン部１２は、作動油収集部１２ａと作動油排出路１２ｂとによって構成され、ポンプケース１の空気室１４よりも下側の部位に設けられる。作動油収集部１２ａは、ポンプケース１の下側内部空間４ａと通じるように、ポンプケース１の所定部位（本実施形態では支持部４と取付台部３との接合の境界部分）に設けられる。作動油収集部１２ａは、作動油室３ａから作動油ピストン部６ｂの外周面を伝わって下側内部空間４ａに漏れた作動油を収集する。作動油排出路１２ｂは、作動油収集部１２ａとポンプケース１の外部とを連通させるようにポンプケース１（本実施形態では取付台部３）に設けられる。特に図示しないが、この作動油排出路１２ｂの出口部には作動油排出管が接続されている。作動油ドレン部１２は、作動油室３ａ内の作動油のうち、注水ポンプ１０から押し出されずにポンプケース１の下側内部空間４ａに残留する作動油を作動油収集部１２ａに収集し、収集した作動油をポンプケース１内から作動油排出路１２ｂを通じて外部の作動油排出管に排出する。本実施形態では、作動油排出管に排出された利用済みの作動油は、再利用せずに廃棄される。
【００３４】
空気ばね１３は、基準位置Ｐｓ側に付勢する付勢力をプランジャ６に与えるためのものである。図１に示すように、空気ばね１３は、ポンプケース１内に形成された空気室１４内の空気によって構成される。空気室１４は、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面とに囲まれる空間であって、排水ドレン部１１よりも下側（例えば排水収集部１１ａよりも下側）に位置する。本実施形態では、空気室１４は、上側の排水ドレン部１１と下側の作動油ドレン部１２との間に位置する。また、空気室１４の上側はシールリング７によって閉塞され、空気室１４の下側はシールリング８によって閉塞されている。空気ばね１３は、排水ドレン部１１の内部圧力よりも大きい圧力の空気を空気室１４に供給することによって構成される。例えば、排水ドレン部１１の内部圧力が大気圧である場合、空気室１４には０．５ＭＰａの空気が供給される。このような空気ばね１３は、プランジャ６の受力部６ｄに対して上記の付勢力を与える。空気ばね１３は、吐出対象の水を吐出した後のプランジャ６（すなわち吐出室２ａを圧縮する方向に移動した後のプランジャ６）を、この受力部６ｄに与えた付勢力によってポンプケース１の吐出口５ｂ側とは反対側に移動させる。これにより、空気ばね１３は、このプランジャ６を吐出対象の水を吐出する前の基準位置Ｐｓに復帰させる。
【００３５】
また、ポンプケース１（本実施形態では支持部４）には、空気室１４に対する空気の出し入れを行うための空気流路１５ａおよび空気入出口１５ｂが設けられる。図１に示すように、ポンプケース１の空気入出口１５ｂが形成された部分には、空気配管１６が連結されている。空気流路１５ａは、空気入出口１５ｂを介して空気室１４と空気配管１６とを連通する。空気入出口１５ｂは、例えばオリフィス等の開口寸法が小さい開口部材によって構成される。空気入出口１５ｂは、空気室１４内の空気の圧力（すなわち空気ばね１３の空気圧）を所定値以上に保ちながら、空気流路１５ａを介した空気室１４と空気配管１６との空気の出し入れを可能にする。本実施形態では、空気室１４内の空気の圧力は、排水ドレン部１１に通じるポンプケース１内の隙間１８の内部圧力や作動油ドレン部１２に通じる下側内部空間４ａの内部圧力よりも大きい。
【００３６】
給水部１７は、ポンプケース１の吐出室２ａ内に水を供給するためのものであり、吐出室２ａに通じるようにポンプケース１に設けられる。吐出対象の水は、水タンク（図示せず）の配管等を通じて給水部１７から吐出室２ａに供給される。吐出室２ａには、注水ポンプ１０による水の吐出が行われる都度、給水部１７を通じて吐出対象の水が供給（補給）される。
【００３７】
（注水ポンプの動作）
図２は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作を説明するための図である。本実施形態において、注水ポンプ１０は、作動油の圧力を利用してプランジャ６をポンプケース１の吐出口５ｂ側に移動させることにより、ポンプケース１内の吐出対象の水を加圧して吐出する。
【００３８】
詳細には、図２に示すように、注水ポンプ１０は、水の吐出を行う前の段階において、プランジャ６を基準位置Ｐｓに位置させた状態（状態１）となっている。この際、ポンプケース１の吐出室２ａには、給水部１７を介して吐出対象の水が供給される。これにより、吐出室２ａは、吐出対象の水で満たされた状態となっている。また、空気室１４には、空気配管１６から空気入出口１５ｂと空気流路１５ａとを通じて所定値以上の圧力の空気が供給される。これにより、空気室１４内には、プランジャ６を基準位置Ｐｓ側に付勢する空気ばね１３が構成される。
【００３９】
続いて、注水ポンプ１０が水の吐出を行う際、ポンプケース１の作動油室３ａには、作動油供給設備の制御弁（図示せず）等を通じて作動油が供給される。プランジャ６は、作動油室３ａ内の作動油の圧力を作動油ピストン部６ｂで受け、この作動油の圧力を利用して、ポンプケース１の吐出口５ｂ側に移動（図１に示す軸方向Ｆ１に上昇）する。この際、プランジャ６は、水ピストン部６ａの外周面をポンプケース１の内周面のシールリング７に摺動させ且つ受力部６ｄのシールリング８をポンプケース１の内周面に摺動させながら、受力部６ｄに与えられる空気ばね１３の付勢力に抗して移動する。これにより、プランジャ６は、吐出室２ａ内の水（吐出対象の水）を水ピストン部６ａで加圧（例えば１５ＭＰａ程度に加圧）する。加圧された吐出対象の水は、逆止弁５ａを押し開けて吐出口５ｂに流れ、吐出口５ｂから注水管（図示せず）を通じて舶用ディーゼルエンジンの燃料流通路内（図示せず）に注入される。このような注水ポンプ１０による水の吐出は、作動油室３ａに作動油が供給されている期間、すなわち、作動油の圧力を利用してプランジャ６が移動して吐出室２ａ内の水を加圧している期間、継続して行われる。この水の吐出により、柱状の燃料と柱状の水とが上記燃料流通路に沿って交互に存在した状態になる。この結果、舶用ディーゼルエンジンのシリンダ内に燃料と水とを層状に噴射することが可能となる。
【００４０】
上述したプランジャ６の移動に伴い、空気ばね１３は、受力部６ｄによって押圧される。この際、空気ばね１３を構成する高圧の空気は、空気室１４から空気流路１５ａと空気入出口１５ｂとを通じて空気配管１６に流出する。プランジャ６は、基準位置Ｐｓからリフト位置Ｐ１まで移動した状態（状態２）となる。このプランジャ６の移動量（リフト量）は、検出部９によって検出される。また、このプランジャ６の移動は、規制部６ｃと空気室１４との接触によって規制される。
【００４１】
その後、作動油室３ａ内への作動油の供給が停止された場合、注水ポンプ１０による１回分の水の吐出が終了する。この際、空気室１４には、再び、空気配管１６から空気入出口１５ｂと空気流路１５ａとを通じて所定値以上の圧力の空気が供給される。この空気室１４内に供給された空気によって構成される空気ばね１３は、基準位置Ｐｓ側への付勢力を受力部６ｄに与えることにより、プランジャ６を基準位置Ｐｓ側へ移動させる。プランジャ６は、この空気ばね１３の付勢力により、作動油室３ａ内の作動油（上述した水の吐出に利用された後の作動油）を作動油室３ａからポンプケース１の外部（作動油供給設備側）へ押し出しながら、リフト位置Ｐ１から基準位置Ｐｓに向かって移動する。この結果、プランジャ６は、水ピストン部６ａによる吐出室２ａの圧縮（水の加圧）を解除するとともに、図２に示す状態１のように、水の吐出が行われる前の基準位置Ｐｓに復帰する。吐出室２ａには、給水部１７を介して吐出対象の水が供給され、これにより、吐出室２ａは、吐出対象の水で満たされた状態に戻る。
【００４２】
（空気ばねの作用）
図３は、本発明の実施形態における空気ばねの作用を説明するための図である。本実施形態において、空気ばね１３は、上述したように、プランジャ６の受力部６ｄに付勢力を作用させ、これにより、プランジャ６をポンプケース１の吐出口５ｂ側とは反対側に移動させて基準位置Ｐｓに復帰させる。この作用に加え、空気ばね１３は、吐出室２ａからプランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８を流下する水がポンプケース１内の作動油と混ざり合うことを防止する。
【００４３】
詳細には、図３に示すように、空気室１４には、所定値以上の圧力の空気が供給されることによって空気ばね１３が構成されている。空気ばね１３の空気圧は、排水ドレン部１１の内部圧力よりも大きい。すなわち、空気ばね１３の空気圧は、排水ドレン部１１の排水収集部１１ａおよび排水路１１ｂに通じるポンプケース１内の隙間１８の内部圧力よりも大きい。また、空気ばね１３の空気圧は、作動油ドレン部１２の内部圧力よりも大きい。すなわち、空気ばね１３の空気圧は、作動油ドレン部１２の作動油収集部１２ａおよび作動油排出路１２ｂに通じるポンプケース１内の下側内部空間４ａの内部圧力よりも大きい。
【００４４】
また、図３に示すように、空気室１４の上側はシールリング７によって閉塞され、空気室１４の下側はシールリング８によって閉塞されている。上側のシールリング７は、排水ドレン部１１よりも下側の位置において、ポンプケース１内の隙間１８と空気室１４とを液密（好ましくは気密）に分離している。下側のシールリング８は、作動油ドレン部１２よりも上側の位置において、ポンプケース１の下側内部空間４ａと空気室１４とを液密（好ましくは気密）に分離している。
【００４５】
ここで、ポンプケース１内では、吐出室２ａ（図１参照）内に供給された吐出対象の水の一部が、吐出されずに吐出室２ａからプランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８に漏れる場合がある。このポンプケース１内の隙間１８に漏れた水１９は、図３に示すように、空気室１４側に向かって隙間１８を流下する。隙間１８内の水１９の流下は、通常、上側のシールリング７の作用によって塞き止められる。この結果、隙間１８内の水１９は、空気室１４内に侵入することなく排水収集部１１ａ内に流入し、排水路１１ｂを通じてポンプケース１の外部に排出される。すなわち、ポンプケース１内では、隙間１８内の水１９が空気室１４を通過することもなければ下側内部空間４ａに流入することもない。したがって、隙間１８内の水１９は、下側内部空間４ａに面する検出部９と接触することもなければ、作動油ドレン部１２内の作動油や作動油室３ａ内の作動油と混ざり合うこともない。
【００４６】
仮に、上側のシールリング７がプランジャ６の摺動等によって摩耗或いは損傷した場合、上側のシールリング７は、ポンプケース１内の隙間１８を流下する水１９を塞き止めきれない恐れがある。このような場合であっても、空気ばね１３は、その空気圧によって隙間１８内の水１９の流下を塞き止めるとともに、この隙間１８から排水収集部１１ａ側へ水１９を押し流すことができる。このようにして、空気ばね１３は、隙間１８内の水１９が空気室１４を通過して下側内部空間４ａに流入することを防止する。この結果、検出部９が水１９と接触して故障する事態を防止できるとともに、ポンプケース１内の作動油に水１９が混入する事態を防止することができる。また、下側のシールリング８がプランジャ６の摺動等によって損傷した場合であっても、空気ばね１３は、その空気圧によって下側内部空間４ａから空気室１４への作動油の侵入を防止することができる。この場合も、空気ばね１３は、ポンプケース１内の作動油と水１９との混合を防止することができる。
【００４７】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る注水ポンプ１０では、ポンプケース１内のうち、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面との隙間１８を流下する水１９を排出する排水ドレン部１１よりも下側の位置に、プランジャ６の外周面とポンプケース１の内周面とに囲まれる空気室１４を形成し、この空気室１４に排水ドレン部１１の内部圧力よりも大きい圧力の空気を供給することによって空気ばね１３を構成し、吐出対象の水を吐出した後のプランジャ６を、空気ばね１３の付勢力により、吐出対象の水を吐出する前の基準位置Ｐｓに復帰させるようにしている。
【００４８】
このため、コイルばね等の圧縮ばねを用いなくとも、水を吐出すべく吐出口側へ移動させたプランジャを移動前の基準位置に復帰させることが可能な注水ポンプを簡易に構成することができる。この結果、水を吐出した後のプランジャを基準位置に復帰させるために従来用いられる圧縮ばねに対する腐食・損傷の対策をとる必要が無く、小型かつ安価な注水ポンプを提供することができる。
【００４９】
また、空気ばね１３は、排水ドレン部１１の内部圧力よりも大きい圧力の空気によって構成されている。このため、たとえ空気室１４の上側に設けられたシールリング７が損傷した場合であっても、排水ドレン部１１に通じるポンプケース１内の隙間１８を流下する水１９を、空気ばね１３の空気圧によって塞き止めることができる。これにより、隙間１８内の水１９が空気室１４を通過してポンプケース１の下側内部空間４ａに流入することを防止することができる。この結果、下側内部空間４ａに面する検出部９等の設備が水１９と接触して故障する事態を防止できるとともに、ポンプケース１内の作動油に水１９が混入する事態を防止することができる。
【００５０】
また、本発明の実施形態に係る注水ポンプ１０では、ポンプケース１内のうちの空気室１４よりも下側の位置に、ポンプケース１内に残留する作動油を排出するための作動油ドレン部１２を設け、空気室１４が上側の排水ドレン部１１と下側の作動油ドレン部１２との間に位置するようにしている。このため、ポンプケース１内の隙間１８を流下する水１９が空気室１４を通過して作動油ドレン部１２内に侵入することを、空気ばね１３の空気圧によって防止することができる。これにより、たとえ空気室１４の上下に設けられたシールリング７、８が損傷した場合であっても、作動油ドレン部１２内の作動油に水１９が混入することを防止することができる。
【００５１】
また、本発明の実施形態に係る注水ポンプ１０では、排水ドレン部１１と空気室１４との間に、ポンプケース１内の隙間１８と空気室１４との連通を閉塞するシールリング７を設け、空気室１４よりも下側に、ポンプケース１の下側内部空間４ａと空気室１４との連通を閉塞するシールリング８を設けている。このため、排水ドレン部１１よりも下側の位置でポンプケース１内の隙間１８と空気室１４とを上側のシールリング７によって液密（好ましくは気密）に分離することができ、作動油ドレン部１２よりも上側の位置でポンプケース１の下側内部空間４ａと空気室１４とを下側のシールリング８によって液密（好ましくは気密）に分離することができる。この結果、所定値以上の空気圧を有する空気ばね１３を空気室１４内に簡易に構成することができる。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、空気室１４の上下にシールリング７、８を設けていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ポンプケース１内の隙間１８を流下する水１９を、シールリング７、８を用いずに空気ばね１３の空気圧によって塞き止めるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した実施形態では、作動油ドレン部１２から作動油排出管に排出された利用済みの作動油を再利用せずに廃棄する場合を例示していたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、作動油ドレン部１２から作動油排出管に排出された利用済みの作動油は、タンク等に回収して注水ポンプ１０等の油圧駆動式の設備を作動させる作動油として再利用してもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１  ポンプケース
２  吐出部
２ａ  吐出室
３  取付台部
３ａ  作動油室
４  支持部
４ａ  下側内部空間
５  吐出弁部
５ａ  逆止弁
５ｂ  吐出口
６  プランジャ
６ａ  水ピストン部
６ｂ  作動油ピストン部
６ｃ  規制部
６ｄ  受力部
６ｅ  テーパ部
７、８  シールリング
９  検出部
１０  注水ポンプ
１１  排水ドレン部
１１ａ  排水収集部
１１ｂ  排水路
１２  作動油ドレン部
１２ａ  作動油収集部
１２ｂ  作動油排出路
１３  空気ばね
１４  空気室
１５ａ  空気流路
１５ｂ  空気入出口
１６  空気配管
１７  給水部
１８  隙間
１９  水
Ｆ１  軸方向
Ｆ２  径方向
Ｐ１  リフト位置
Ｐｓ  基準位置
【図１】
2019157711.tif 000003
【図２】
2019157711.tif 000004
【図３】
2019157711.tif 000005