(57)【要約】【課題】燃料噴射ポンプに具備される低温始動進角機構（ＣＳＤ）において、ピストンバレル内の圧力の均衡を図ることによってタイマーピストン作動の際の抵抗力を低減する。【解決手段】プランジャー３２により圧縮される燃料圧室１７内の燃料を、高圧室３７を介して低圧室４７に溢流させることにより噴射タイミングを変化させる燃料噴射ポンプの低温始動進角機構（ＣＳＤ３０）において、前記ＣＳＤ３０のピストンバレル３４に内装されるタイマーピストン３５の側面に、周方向の溝（３５ｘ及び３５ｙ）を一または複数設け、前記高圧室３７とピストンバレル３４内とを連通させる高圧連絡孔（３４ａ・３４ｂ）、及び低圧室４７とピストンバレル３４内とを連通させる低圧連絡孔（３４ｃ・３４ｄ）をそれぞれ複数設けた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャーにより圧縮される燃料圧室内の燃料を、高圧室を介して低圧室に溢流させることにより噴射タイミングを変化させる燃料噴射ポンプの低温始動進角機構において、前記低温始動進角機構のピストンバレルに内装されるピストンの側面に、周方向の溝を一または複数設けたことを特徴とする燃料噴射ポンプの低温始動進角機構。
【請求項２】
前記高圧室とピストンバレル内とを連通させる高圧連絡孔、及び低圧室とピストンバレル内とを連通させる低圧連絡孔を、それぞれ複数設け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低温始動進角機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子制御ガバナ装置と、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、低温始動進角機構の動作性向上の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、コントローラにて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。）。
前記溢流用サブポートは、燃料圧室を低圧室（低圧ポート）に連通させるためのポートであり、この燃料圧室と低圧室（低圧ポート）との連通／分断は、両室の間に介設されたＣＳＤタイマーピストン（以下、タイマーピストン）を進角用アクチュエータ等で動作させることにより行われている。このタイマーピストンの動作は、進角用アクチュエータに内装される電磁弁スプリングによるアーマチュアを介しての上からの押圧力（荷重）と、ピストンバレル内の下方に内装されるタイマースプリングによる下からの押圧力（荷重）によって行われている。
【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ＣＳＤにおいては、該ＣＳＤをＯＮにした状態、即ちタイマーピストンが最上位置にある状態から、ＣＳＤをＯＦＦにした際、即ちタイマーピストンを下げようとした時に、ピストンバレル内と低圧室との圧力差によってピストンバレル内の圧力に不均衡が生じ、タイマーピストンに横力がかかり、該タイマーピストンがピストンバレル内の摺動面に押し付けられ、タイマーピストンを作動する際の抵抗力が大きくなっていた。そのため、進角用アクチュエータに内装されている電磁弁スプリングの弾性力をタイマーピストンの下方に位置するタイマースプリングの弾性力よりも強く設定しているにも関わらず、タイマーピストンが最下位置まで下がらない、即ちＣＳＤがＯＦＦの状態にならない等の不具合が生じることがあった。
【０００５】
図５はタイマーピストンの摺動方向の位置と該タイマーピストンの作動荷重との関係を示すグラフであり、直線Ｅは前記電磁弁スプリングの下向きの押圧力を、実測値Ｂは従来のＣＳＤにおけるタイマーピストンを押し下げるために必要な荷重（タイマースプリングによる下からの押圧力を含む）の実測値を、そして点Ｋは燃料噴射量が減少し始める（溢流用サブポートが開き始める）ときのタイマーピストンの位置をそれぞれ示している。
このグラフによると、タイマーピストンが上方に位置しているときは直線Ｅを下回っていた実測値Ｂが、タイマーピストンがある位置（点Ｊ）まで下がったときに、前記直線Ｅと実測値Ｂとが交わり、その後実測値Ｂが直線Ｅを上回っていることがわかる。つまり、タイマーピストンがある位置より下に下がると、該タイマースプリングを作動する際の抵抗力が大きくなり、電磁弁スプリングの押圧力だけではタイマースプリングを押し下げるために必要な荷重を担えないことがわかる。
このような状態では、タイマーピストンを摺動させるためにより大きな作動力が必要となり、このタイマーピストンを作動するための進角用アクチュエータの大型化を招く等の問題が生じる。
そこで本発明は、燃料噴射ポンプに具備されるＣＳＤにおいて、ピストンバレル内の圧力の均衡を図ることによってタイマーピストン作動の際の抵抗力を低減し、該タイマーピストンの円滑な作動によるＣＳＤのＯＮ／ＯＦＦ動作の確実化、及び、タイマーピストンの作動力低減による進角用アクチュエータの小型化、それに伴う省スペース化及び低コスト化を図ろうとするものである。
【０００６】
【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。
【０００７】
即ち、請求項１においては、プランジャーにより圧縮される燃料圧室内の燃料を、高圧室を介して低圧室に溢流させることにより噴射タイミングを変化させる燃料噴射ポンプの低温始動進角機構において、前記低温始動進角機構のピストンバレルに内装されるピストンの側面に、周方向の溝を一または複数設けたものである。
【０００８】
請求項２においては、前記高圧室とピストンバレル内とを連通させる高圧連絡孔、及び低圧室とピストンバレル内とを連通させる低圧連絡孔を、それぞれ複数設けたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は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はＣＳＤ  ＯＮ時におけるＣＳＤの構成を示す断面図、図３は同じくＯＦＦ時を示す図、図４は制御装置の構成を示すブロック図、図５はタイマーピストンの摺動方向の位置と作動荷重との関係を示すグラフである。
【００１０】
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。
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、リンクレバー２３の中途部に枢結されている。
該リンクレバー２３は、その下部において基部ピン２４を中心に回動自在に配される一方、上端部にはコントロールレバー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、リンクレバー２３は、基部ピン２４を回動中心として前後方向に回動する。これにより、コントロールレバー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。
【００１１】
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（図１）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、プランジャーバレル３３に設けられた分配ポート等を介して燃料圧室１７で圧縮された燃料を分配軸９（図１）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３４ｓ内には上下摺動自在にＣＳＤタイマー用ピストン（以下、「タイマーピストン３５」とする）が設けられている。そして、該タイマーピストン３５を前記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。
【００１２】
そして、図２及び図３に示すごとく、前記ＣＳＤ３０において、進角用アクチュエータ３８のケース３８ａ内には、励磁コイル５３・５３の通電により上下動するアーマチュア５５が配されており、該アーマチュア５５の下端面とタイマーピストン３５の上端面がホルダ５６を介して当接している。また、ケース３８ａ内には、アーマチュア５５の上端面に当接し、該アーマチュア５５を下方に押圧する電磁弁スプリング５１が配されている。また、ピストンバレル３４のピストン摺動部３４ｓの下部には、タイマーピストン３５の下端面を上方向に押圧するタイマースプリング５９が配されている。そして、前記電磁弁スプリング５１による押圧力は、該タイマースプリング５９の押圧力よりも強く設定されている。
【００１３】
また、図２に示すごとく、前記プランジャーバレル３３に形設した溢流用サブポート３６は、ハイドロリックヘッド４６の高圧室３７、及びピストンバレル３４の高圧連絡孔３４ａを介して、ピストンバレル３４内と通じている。また、ピストンバレル３４において、前記高圧連絡孔３４ａの下方には、低圧連絡孔３４ｃが開口しており、該低圧連絡孔３４ｃはハイドロリックヘッド４６の低圧室４７と連通している。そして、ＣＳＤ３０がＯＦＦの際、つまり、タイマーピストン３５が最下位置にある際に、高圧連絡孔３４ａと低圧連絡孔３４ｃとを連通させるべく、該タイマーピストン３５の上下略中央部は、ピストン径を小さくした中央小径部３５ｂで構成されている。また、タイマーピストン３５の下部は、ＣＳＤ３０がＯＮの際、つまり、該タイマーピストン３５が最上位置にある際に、低圧連絡孔３４ｃを閉じるべく、ピストン径をピストンバレル３４のピストン摺動部３４ｓの内径と略同一とする下大径部３５ｃで構成されている。
この構成で、前記進角用アクチュエータ３８の作動時（ＣＳＤ３０がＯＮの時（図２））では、前記アーマチュア５５が電磁弁スプリング５１の押圧力に抗して上方へ移動（スプリングが収縮）され、これによりタイマーピストン３５がタイマースプリング５９の押圧力によって上方へ移動して、前記高圧室３７を介しての溢流用サブポート３６とハイドロリックヘッド４６の低圧室４７との連通が分断され、即ち燃料圧室１７と低圧室４７との連通が分断され、噴射時期の進角制御が行われるものである。
一方、図３に示すごとく、前記進角用アクチュエータ３８の非作動時（ＣＳＤ３０がＯＦＦの時（図３））では、前記アーマチュア５５が電磁弁スプリング５１の押圧力によりタイマースプリング５９の押圧力に抗して下方へ移動し、これに伴ってタイマーピストン３５が下方に移動して、前記高圧室３７を介しての溢流用サブポート３６とハイドロリックヘッド４６の低圧室４７とが連通される。
即ち、燃料圧室１７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前記低圧室４７に溢流させることで通常時の噴射時期の設定とするものである。
【００１４】
また、図４に示すごとく、前記電子制御ガバナ装置７のラックアクチュエータ４０、及びＣＳＤ３０の進角用アクチュエータ３８は、コントローラ２０に接続されている。また、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、及びエンジンの冷却温水を検知するための水温センサー２５がコントローラ２０に接続されている。
以上の構成により、エンジンを始動する際において、水温センサー２５により検知した冷却水温が規定値よりも低い場合、即ち、低温始動時においては、コントローラ２０は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。
【００１５】
ところで、前記ＣＳＤ３０のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うために上下摺動するタイマーピストン３５にかかる力は、電磁弁スプリング５１による上からの押圧力、タイマースプリング５９による下からの押圧力、及びこれら押圧力以外のタイマーピストン３５移動の際にかかる抵抗力である。この抵抗力は、タイマーピストン３５とピストン摺動部３４ｓとの間の摩擦力や、ピストンバレル３４内と低圧室４７との圧力差による圧力バランスの悪化によって生じる、タイマーピストン３５がピストン摺動部３４ｓに押し付けられる力（横力）などである。
そこで本発明は、タイマーピストン３５及びピストンバレル３４を改良することによって、このようなタイマーピストン３５に係る抵抗力を緩和すべく提案されるものであり、以下、これらの改良例を説明する。
【００１６】
まず、前記タイマーピストン３５について説明する。
図２、図３に示すように、タイマーピストン３５は、ＣＳＤ３０において、ピストンバレル３４のピストン摺動部３４ｓに摺動可能に設けられ、その摺動によってプランジャーバレル３３に設けた溢流用サブポート３６からの燃料の溢流を停止または開始させるとともに前記燃料圧室１７と低圧室４７との連通及び分断を行うためのものであり、それぞれ略円筒形の上大径部３５ａ、中央小径部３５ｂ及び下大径部３５ｃから構成されている。
前記上大径部３５ａ及び下大径部３５ｃは、それぞれの外径をピストンバレル３４に形成されたピストン摺動部３４ｓの内径と略同一とすることで、該ピストン摺動部３４ｓにタイマーピストン３５が隙間なく摺動することができるようにするとともに、下大径部３５ｃによって、ＣＳＤ３０がＯＮ（タイマーピストン３５最上位置）の際、低圧連絡孔３４ｃが閉じられるようになっている。
また、前記中央小径部３５ｂは、その外径を、前記上大径部３５ａ及び下大径部３５ｃよりも小さくすることで、この中央小径部３５ｂにおいてタイマーピストン３５とピストン摺動部３４ｓとの間に隙間を持たせることにより、ＣＳＤ３０がＯＦＦ（タイマーピストン３５最下位置）の際、高圧連絡孔３４ａと低圧連絡孔３４ｃとを連通させるとともに高圧室３７と低圧室４７とを連通させるようにしている。
【００１７】
そして、前記タイマーピストン３５の摺動面である大径部、即ち上大径部３５ａ及び下大径部３５ｃの側面には、一または複数の周方向の溝３５ｘ及び３５ｙがそれぞれ設けられている。
これら溝３５ｘ及び３５ｙは、タイマーピストン３５がピストン摺動部３４ｓを摺動する際の抵抗力を低減させるために設けられている。図２及び図３に示す本実施例においては、タイマーピストン３５の上大径部３５ａの側面には３本、下大径部３５ｃの側面には４本それぞれピストン摺動方向に対して垂直に側面全周に亘って形成されている。
【００１８】
このように、タイマーピストン３５に溝３５ｘ及び３５ｙを設けることによって、ピストンバレル３４のピストン摺動部３４ｓとタイマーピストン３５の大径部の側面との隙間（ピストンクリアランス）には流体である燃料が介在しており、この流体が前記溝３５ｘ及び３５ｙに流れ込むことによって流体による力が作用し、タイマーピストン３５の摺動方向及び円周方向に対する圧力が均衡化されるとともに、ピストンバレル３４内と低圧室４７との圧力差によってタイマーピストン３５にかかる横力が緩和される。よって、タイマーピストン３５作動の際の抵抗力が低減されるのである。
【００１９】
なお、本実施例では、タイマーピストン３５の上大径部３５ａ及び下大径部３５ｃに設けられた溝３５ｘ及び３５ｙは、該タイマーピストン３５摺動方向に対して垂直な面と平行となる方向に複数周設されているが、タイマーピストン３５に設ける溝の数や幅や深さは限定されるものではなく、また螺旋状とする等、同様の効果が得られるものであればよい。
【００２０】
次に、ピストンバレル３４に設けられる連絡孔について説明する。
図２、図３に示すように、ピストンバレル３４は、プランジャーバレル３３とともにハイドロリックヘッド４６に挿嵌されており、該ピストンバレル３４内は、高圧連絡孔３４ａ及び低圧連絡孔３４ｃを介してハイドロリックヘッド４６に設けられている高圧室３７及び低圧室４７とそれぞれ連通されている。高圧室３７及び低圧室４７は、ハイドロリックヘッド４６においてピストンバレル３４を囲むように形成されている。つまり、ピストンバレル３４に内装されるタイマーピストン３５を中心として平面視で環状となっている。そして、この高圧室３７及び低圧室４７とピストンバレル３４内とを連通させる前記高圧連絡孔３４ａ及び低圧連絡孔３４ｃの、タイマーピストン３５を介して略反対側、即ち該高圧連絡孔３４ａ及び低圧連絡孔３４ｃにそれぞれ対向する位置には、高圧連絡孔３４ｂ及び低圧連絡孔３４ｄがそれぞれピストンバレル３４に設けられており、これら高圧連絡孔３４ｂ及び低圧連絡孔３４ｄによっても、高圧室３７及び低圧室４７と、ピストンバレル３４内が連通されている。つまり、タイマーピストン３５が内装されるピストンバレル３４内と、高圧室３７及び低圧室４７とを、それぞれ複数（本実施例では２箇所）設けられた連絡孔によって連通しているのである。
【００２１】
このように、ピストンバレル３４内と、高圧室３７及び低圧室４７とを、それぞれ複数の連絡孔によって連通することによって、ピストンバレル３４内と、高圧室３７及び低圧室４７との圧力の差から生じるピストンバレル３４内の圧力不均衡に伴う、タイマーピストン３５に対する横力が緩和される。よって、タイマーピストン３５がピストン摺動部３４ｓに押し付けられる力の発生も抑えられ、タイマーピストン３５作動の際の抵抗力が低減されるのである。
なお、ピストンバレル３４に設けるこれら複数の連絡孔は、その数や形状、及び配置などは限定されるものではなく、ＣＳＤ３０の良好な作動が行える程度にピストンバレル３４内の圧力の均衡が保て、タイマーピストン３５摺動の際の抵抗力が低減されるように設けられればよい。好ましくは、平面視でタイマーピストン３５を中心に等間隔（等角度間隔）に配置される。
【００２２】
以上説明した本実施例において、タイマーピストン３５に溝３５ｘ及び３５ｙを設け、さらに、ピストンバレル３４と高圧室３７及び低圧室４７とをそれぞれ連通する複数の連絡孔（高圧連絡孔３４ａ、３４ｂ及び低圧連絡孔３４ｃ、３４ｄ）を設けた場合の具体的な効果を上述した図５を用いて示す。
図５に示すグラフの説明を追加すると、このグラフにおいて、本発明を適用した場合の、タイマーピストン３５の摺動方向の位置と該タイマーピストン３５を押し下げるために必要な荷重（タイマースプリング５９による下からの押圧力を含む）との関係の実測値を示したものが実測値Ａであり、直線Ｔはタイマースプリング５９のタイマーピストン３５に対する上向きの押圧力を示すものである。このグラフによると、本発明を適用した場合の実測値Ａは、タイマースプリング５９のタイマーピストン３５に対する上向きの押圧力を示す直線Ｔと略同一となっている。つまり、実測値Ａはタイマースプリング５９による荷重を含んでいることから、タイマーピストン３５を下方に押し下げるために必要な荷重は、タイマースプリング５９のタイマーピストン３５に対する押圧力と略同一となっていることを示唆している。言い換えると、タイマーピストン３５を作動させる際に、該タイマーピストン３５には、タイマースプリング５９からの押圧力以外の抵抗力がほとんどかかっていない。即ち、従来のＣＳＤ３０において生じていたピストンバレル３４内と、高圧室３７及び低圧室４７との圧力の差から生じるピストンバレル３４内の圧力不均衡に伴う、タイマーピストン３５に対する横力がほとんど解消されている。
具体的な数値として、本発明を適用した場合のＣＳＤ３０におけるタイマーピストン３５の作動に必要な荷重は、従来の改善前のＣＳＤ３０におけるタイマーピストン３５の作動に必要な荷重と比較して約１／１０以下に低減することが実証されている。
【００２３】
このように、燃料噴射ポンプ１に具備されるＣＳＤ３０において、本発明を適用することによって、ピストンバレル３４内の圧力の均衡が図れ、タイマーピストン３５の摺動に伴う抵抗力が低減されるので、該タイマーピストン３５の円滑な作動が可能となる。よって、ＣＳＤ３０のＯＮ／ＯＦＦ動作の確実化、及び、タイマーピストン３５の作動力低減による進角用アクチュエータ３８の小型化、それに伴う省スペース化及び低コスト化が図れるのである。
【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】
即ち、請求項１に示す如く、プランジャーにより圧縮される燃料圧室内の燃料を、高圧室を介して低圧室に溢流させることにより噴射タイミングを変化させる燃料噴射ポンプの低温始動進角機構において、前記低温始動進角機構のピストンバレルに内装されるピストンの側面に、周方向の溝を一または複数設けたので、ピストンの摺動方向及び円周方向に対する圧力が均衡化されるとともに、ピストンバレル内と低圧室との圧力差によってピストンにかかる横力が緩和される。よって、タイマーピストン３５作動の際の抵抗力が低減され、ピストンの円滑な作動が可能となり、ＣＳＤのＯＮ／ＯＦＦ動作の確実化、及び、ピストンの作動力低減によるアクチュエータの小型化、それに伴う省スペース化及び低コスト化が図れる。
【００２６】
請求項２に示す如く、前記高圧室とピストンバレル内とを連通させる高圧連絡孔、及び低圧室とピストンバレル内とを連通させる低圧連絡孔を、それぞれ複数設けたので、ピストンバレル内と、高圧室及び低圧室との圧力の差から生じるピストンバレル内の圧力不均衡に伴う、ピストンに対する横力が緩和される。よって、ピストンがピストン摺動面に押し付けられる力の発生も抑えられ、ピストン作動の際の抵抗力が低減される。従って、ピストンの円滑な作動が可能となり、ＣＳＤのＯＮ／ＯＦＦ動作の確実化、及び、ピストンの作動力低減によるアクチュエータの小型化、それに伴う省スペース化及び低コスト化が図れる。
【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  ＯＮ時におけるＣＳＤの構成を示す断面図。
【図３】同じくＯＦＦ時を示す図。
【図４】制御装置の構成を示すブロック図。
【図５】タイマーピストンの摺動方向の位置と作動荷重との関係を示すグラフ。
【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
３４  ピストンバレル
３４ａ・３４ｂ  高圧連絡孔
３４ｃ・３４ｄ  低圧連絡孔
３５  タイマーピストン
３５ｘ・３５ｙ  溝
３７  高圧室
４７  低圧室
【図１】
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【図２】
2004339955.tif 000004
【図３】
2004339955.tif 000005
【図４】
2004339955.tif 000006
【図５】
2004339955.tif 000007