(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置において、従来の軽油を燃料とした場合と同等のディーゼルエンジン出力が得られ、かつ、十分な耐久性能を有するインジェクションポンプを提供する。【解決手段】インジェクションポンプ１のカム１３のカムプロフィールは、従来の軽油を燃料とした場合のカム１３のカムプロフィールよりリフト始めのコンケーブ部１３１（Ｒ４０の凹部）からのアークの曲率減少率が小さくなるようにカムプロフィールが設定されている。リフト始めのコンケーブ部１３１からのアークの曲率がＲ１４→Ｒ８．５→Ｒ７．５→Ｒ５→Ｒ２となっており、最高リフト方向へ曲率が緩やかに（小さく）減少するカムプロフィールとなっている。【選択図】        図７
2005016471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タペットを介してプランジャを往復動させることによってディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルへ所望の量の燃料を圧送するインジェクションポンプエレメントと、前記プランジャが前記タペットを介して付勢された状態で配置されるカムが一体に構成され、前記ディーゼルエンジンの駆動回転が伝達されて一方向に回転するカムシャフトとを備え、前記カムシャフトの回転運動が前記カムと前記タペットを介して往復運動に変換されて前記プランジャに伝達される構成を成すインジェクションポンプであって、
前記カムのカムプロフィールは、前記プランジャの上昇に対する前記インジェクションポンプエレメント内の圧力の上昇特性に合わせて、前記タペットに従動回転可能に軸支されているタペットローラの外周面と前記カムの外周面との当接面に生じる接触応力より常に大きくなる如く設定される前記カムの耐圧限界が、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールよりリフト始めの接線部、またはコンケーブ部からのアークの曲率減少率を小さくすることで、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールより最高リフト側に設定されている、ことを特徴としたインジェクションポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記インジェクションポンプエレメントの１ストローク当たりの最大燃料噴射量が約２００ｍｍ３以下であり、前記カムのカムプロフィールは、前記インジェクションポンプが静的噴射始めとなる回転位置から回転方向に略１０〜１５度回転した回転位置近傍において、前記タペットに従動回転可能に軸支されているタペットローラの外周面と前記カムの外周面との当接面に生じる接触応力による前記カムの耐圧限界が４０ＭＰａ以上になるように設定されている、ことを特徴としたインジェクションポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインジェクションポンプを備えたＤＭＥ燃料の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ディーゼルエンジンのインジェクションポンプ、及び該インジェクションポンプを備えたディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ディーゼルエンジンの燃焼は、高温、高圧の空気中に燃料を霧状に噴射し、空気と燃料の混合による自然着火によって行われるが、このディーゼルエンジンによる大気汚染が近年問題となっており、その大気汚染対策として、軽油の代わりに排気がクリーンなＤＭＥを燃料とするものが注目されている。ＤＭＥ燃料は、セタン価が高く圧縮着火が可能なのでディーゼルエンジンの燃料として使用することが可能である。また、排出ガス中にスモークやＳＯｘが全く出ないので、人体に無害であり、オゾン層の破壊、温室効果への影響も皆無である。さらに、石油以外の多様な原料から比較的容易に合成することができるので、軽油並みの低価格で大量生産することができる。
【０００３】
したがって、排ガスによる環境問題、石油資源の枯渇、不測の石油危機に備えた燃料多様化の必要性等の社会的要請から、軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジン車両が法規制によって走行、保有を禁止されることは、近い将来現実のものとなる可能性が高く、また現時点おいて、ＤＭＥ以外の軽油に変わるディーゼルエンジンの代替燃料としてＤＭＥに勝るメリットを有するものが無く、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンシステムの開発が進んだ今、ディーゼルエンジンの燃料が軽油からＤＭＥに取って代わるのは、そう遠い将来のことではなくなってきていると言える。このようなＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンシステムは、既に多くの従来技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１０６８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者がＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンシステムのさらなる研究・開発を鋭意押し進めていく過程において、ＤＭＥ特有の性質によって生じる問題点が明らかになってきた。すなわち、上述したようにＤＭＥは、ディーゼルエンジンの燃料として多くのメリットを有しているが、軽油と比較して発熱量が低く、密度も低いので、同じ量の燃料から得られるエネルギーが小さくなり、軽油と同量の燃料噴射量では軽油よりエンジン出力が小さくなってしまうという問題がある。そのため、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンと同等のエンジン出力を得るためには、約２倍の燃料噴射量が必要になる。また、ＤＭＥは、粘性が低く体積弾性率が小さいので、ＤＭＥを燃料とした場合、プランジャの上昇に対するインジェクションポンプエレメント内の圧力の上昇が軽油を燃料とした場合と比較して遅くなってしまう。
【０００６】
したがって、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンと同等のエンジン出力を得るためにＤＭＥ燃料の燃料噴射量を２倍にすると、プランジャを押し上げるカムに掛かる負荷が大きくなるとともに、燃料噴射タイミングが遅れることになる。また、ＤＭＥを燃料とした場合には、軽油を燃料とした場合と比較してインジェクションポンプ内の圧力の上昇が遅れるので、その分さらに燃料噴射タイミングが遅れてしまうことになる。軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンの燃料供給装置におけるインジェクションポンプのカムは、軽油を燃料とした場合において、十分な耐圧が得られるカムプロフィールに設定されているので、ＤＭＥを燃料とした場合に、上述した理由によってプランジャを押し上げる際にカムに作用する負荷の大きさも負荷がピークになるタイミングも異なってきてしまう。そのため、十分な耐圧が得られず、カムが摩耗してしまったり、カムが破損してしまったりしてインジェクションポンプの燃料噴射特性が劣化する虞が生じる。
【０００７】
本願発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、インジェクションポンプ、及び該インジェクションポンプを備えたディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置において、従来の軽油を燃料とした場合と同等のディーゼルエンジン出力が得られ、かつ、十分な耐久性能を有するインジェクションポンプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願発明の第１の態様は、タペットを介してプランジャを往復動させることによってディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルへ所望の量の燃料を圧送するインジェクションポンプエレメントと、前記プランジャが前記タペットを介して付勢された状態で配置されるカムが一体に構成され、前記ディーゼルエンジンの駆動回転が伝達されて一方向に回転するカムシャフトとを備え、前記カムシャフトの回転運動が前記カムと前記タペットを介して往復運動に変換されて前記プランジャに伝達される構成を成すインジェクションポンプであって、前記カムのカムプロフィールは、前記プランジャの上昇に対する前記インジェクションポンプエレメント内の圧力の上昇特性に合わせて、前記タペットに従動回転可能に軸支されているタペットローラの外周面と前記カムの外周面との当接面に生じる接触応力より常に大きくなる如く設定される前記カムの耐圧限界が、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールよりリフト始めの接線部、またはコンケーブ部からのアークの曲率減少率を小さくすることで、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールより最高リフト側に設定されている、ことを特徴としたインジェクションポンプである。
【０００９】
前述したように、ＤＭＥ燃料は、軽油と比較して発熱量が低く同じ量の燃料から得られるエネルギーが小さいので、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンと同等のエンジン出力を得るためにＤＭＥ燃料の燃料噴射量を多くすると、燃料噴射時のインジェクションポンプエレメント内の圧力が大きくなり、プランジャを押し上げるカムに掛かる負荷が大きくなる。そのため、燃料噴射時にタペットローラとカムの外周面との当接面に作用する接触応力が大きくなり、カムの耐久限界を超えてしまって、カムの外周面が摩耗したり破損したりする虞が生じる。そのため、ディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置のインジェクションポンプにおいては、プランジャの上昇に対するインジェクションポンプエレメント内の圧力の上昇特性に合わせて、カムの耐圧限界がタペットローラの外周面とカムの外周面との当接面に生じる接触応力より常に大きくなるようにカムのカムプロフィールを設定する必要がある。
【００１０】
また、前述したように、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンと同等のエンジン出力を得るためにＤＭＥ燃料の燃料噴射量を多くすると、プランジャを押し上げるカムに掛かる負荷が大きくなるばかりでなく、燃料噴射タイミングも遅れることになる。さらに、ＤＭＥ燃料は、軽油と比較して密度が低いので、軽油を燃料とした場合と比較してインジェクションポンプ内の圧力の上昇が遅れるので、その分さらに燃料噴射タイミングが遅れてしまうことになる。
【００１１】
タペットローラとカムの外周面との当接面に作用する接触応力は、曲面同士が接触しているのでヘルツの公式によって求めることができるが、曲面の曲率半径が大きくなるほど接触応力は小さくなっていく。したがって、一定の曲率半径を有するタペットローラに当接するカムの外周面に作用する接触応力は、カムの外周面の曲率半径が大きくなるほど小さくなる。そこで、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールよりリフト始めの接線部、またはコンケーブ部からのアークの曲率減少率を小さくなるようにカムのカムプロフィールを設定する。それによって、インジェクションポンプエレメント内でＤＭＥ燃料が圧縮される領域、つまり、カムがプランジャを押し上げる領域において、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールよりタペットローラが当接するカムの外周面の曲率半径が大きくなり、耐圧限界を大きく設定することができるとともに、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールより耐圧限界を最高リフト側に設定することができる。尚、コンケーブは、へこんだ凹形になっている表面のことであり、アークは、円弧曲線の一部分のことを意味している。
【００１２】
これによって、軽油を燃料とした場合のカムプロフィールよりカムの耐圧限界をプランジャの上昇に対するインジェクションポンプエレメント内の圧力の上昇特性に合わせて、つまり、前述したＤＭＥ燃料の特性による燃料噴射タイミングの遅れに合わせて、最高リフト側に設定しつつ、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンと同等のエンジン出力を得るためにＤＭＥ燃料の燃料噴射量を多くすることによって大きくなるタペットロータとカムの外周面との当接面の接触応力に合わせて、カムの耐圧限界を大きく設定することができる。したがって、ＤＭＥ燃料の特性に合わせて効率良くカムのカムプロフィールを設定することができるので、軽油を燃料とした場合に対するカムプロフィールの変更を最小限に止めることができる。それによって、カムのカムプロフィールをインジェクションポンプの燃料噴射特性をほとんど損なうことなく、ＤＭＥ燃料に応じた耐圧限界を備えたカムプロフィールに設定することができる。
【００１３】
これにより、本願発明の第１の態様に示したインジェクションポンプによれば、インジェクションポンプの燃料噴射特性を損なうことなく、ＤＭＥ燃料に応じた耐圧限界を備えたカムプロフィールを有するカムを備えているので、ディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置において、従来の軽油を燃料とした場合と同等のディーゼルエンジン出力が得られ、かつ十分な耐久性能を得ることができるという作用効果が得られる。
【００１４】
本願発明の第２の態様は、前述した第１の態様において、前記インジェクションポンプエレメントの１ストローク当たりの最大燃料噴射量が約２００ｍｍ３以下であり、前記カムのカムプロフィールは、前記インジェクションポンプが静的噴射始めとなる回転位置から回転方向に略１０〜１５度回転した回転位置近傍において、前記タペットに従動回転可能に軸支されているタペットローラの外周面と前記カムの外周面との当接面に生じる接触応力による前記カムの耐圧限界が４０ＭＰａ以上になるように設定されている、ことを特徴としたインジェクションポンプである。
【００１５】
前述したように、ＤＭＥ燃料は、軽油と比較して発熱量が低く同じ量の燃料から得られるエネルギーが小さいので、ＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、軽油を燃料とした場合と同じディーゼルエンジン出力を得るためには、軽油を燃料とした場合と比較して、インジェクションポンプの燃料噴射量を約２倍にする必要がある。また、前述したように、ＤＭＥ燃料は、軽油と比較して密度が低いので、軽油を燃料とした場合と比較してインジェクションポンプ内の圧力の上昇が遅れるので、燃料噴射タイミングが遅れてしまうことになる。
【００１６】
これらのことから、ＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射装置においては、インジェクションポンプが静的噴射始めとなる回転位置から回転方向に略１０〜１５度回転した回転位置近傍において、タペットローラの外周面とカムの外周面との当接面に生じる接触応力が略最大となり、その回転位置近傍におけるカムの耐圧限界は、インジェクションポンプエレメントの１ストローク当たりの最大燃料噴射量を約２００ｍｍ３とすると、少なくとも４０ＭＰａ以上に設定する必要がある。
【００１７】
したがって、インジェクションポンプエレメントの１ストローク当たりの最大燃料噴射量を約２００ｍｍ３以下とした場合には、インジェクションポンプが静的噴射始めとなる回転位置から回転方向に略１０〜１５度回転した回転位置近傍において、タペットローラの外周面とカムの外周面との当接面に生じる接触応力によるカムの耐圧限界が４０ＭＰａ以上になるようにカムプロフィールを設定することによって、ディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置において、従来の軽油を燃料とした場合と同等のディーゼルエンジン出力が得られ、かつ十分な耐久性能を得ることができるという作用効果が得られる。
【００１８】
本願発明の第３の態様は、前述した第１の態様又は第２の態様に記載のインジェクションポンプを備えたＤＭＥ燃料の燃料供給装置である。
本願請求項３に記載の発明に係るディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置によれば、ディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置において、前述した第１の態様又は第２の態様に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、ディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置の概略構成について説明する。図１は、本願発明に係るディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置の概略構成を示したシステム構成図である。
【００２０】
ディーゼルエンジン２００にＤＭＥ燃料を供給するＤＭＥ燃料供給装置１００は、本願発明に係るインジェクションポンプ１を備えている。インジェクションポンプ１は、ディーゼルエンジン２００が有するシリンダ３１の数と同じ数のインジェクションポンプエレメント２を備えている。フィードポンプ５は、燃料タンク４に貯留されているＤＭＥ燃料を、所定の圧力に加圧してフィードパイプ５２へ送出する。燃料タンク４のＤＭＥ燃料送出口は、燃料タンク４内のＤＭＥ燃料の液面より下に設けられており、フィードポンプ５を燃料タンク４のＤＭＥ燃料の送出口近傍に配設されている。フィードパイプ５２へ送出されたＤＭＥ燃料は、フィルタ５１でろ過され、３方電磁弁７１を介してインジェクションポンプ１へ送出される。３方電磁弁７１は、噴射状態時（ディーゼルエンジン２００の運転時）にはＯＮ状態で、符号Ａで示した矢印の方向に連通している。燃料タンク４のＤＭＥ燃料送出口が、燃料タンク４内のＤＭＥ燃料の液面より下に設けられており、フィードポンプ５を燃料タンク４のＤＭＥ燃料の送出口近傍に配設して、ＤＭＥ燃料をインジェクションポンプ１へ送出する構成となっているので、燃料タンク４内の圧力の低下を少なくすることができる。そして、それによって、燃料タンク４内のＤＭＥ燃料が、燃料タンク４内の圧力の低下によって気化してしまう虞を少なくすることができる。
【００２１】
インジェクションポンプ１内のカム室１６は、ディーゼルエンジン２００の潤滑系と分離された専用潤滑系となっており、オイルセパレータ６は、インジェクションポンプ１内のカム室１６に漏れだしたＤＭＥ燃料が混入したカム室１６内の潤滑油を、ＤＭＥ燃料と潤滑油とに分離し、潤滑油をカム室１６に戻す。オイルセパレータ６で分離されたＤＭＥ燃料は、カム室１６内の圧力が大気圧以下になるのを防止するチェック弁６２を介して、カム室１６内のカムによって駆動されるコンプレッサー６１へ送出され、コンプレッサー６１で加圧された後、チェック弁６３、及びクーラー４１を介して燃料タンク４へ戻される。チェック弁６３は、ディーゼルエンジン２００の停止時に、燃料タンク４からＤＭＥ燃料がカム室１６へ逆流するのを防止するために設けられている。インジェクションポンプ１のカム室１６が、ディーゼルエンジン２００の潤滑系と分離された専用潤滑系になっているので、インジェクションポンプエレメント２からカム室１６に漏れたＤＭＥ燃料が、ディーゼルエンジン２００の潤滑系に侵入する虞がない。そして、それによって、ディーゼルエンジン２００の潤滑系に侵入したＤＭＥ燃料が気化し、気化したＤＭＥ燃料がエンジンのクランク室に侵入して引火するといった虞をなくすことができる。
【００２２】
また、カム室１６に配設されたオイルセパレータ６によって、ＤＭＥ燃料が混入した潤滑油からＤＭＥ燃料を分離し、分離されたＤＭＥ燃料がコンプレッサー６１によって燃料タンク４へ送出されるので、ＤＭＥ燃料の混入による潤滑油の潤滑性能の低下等を防止することができる。そして、それによって、潤滑油の潤滑性能の低下等によるインジェクションポンプ１の性能低下を防止することができる。さらに、コンプレッサー６１は、カム室１６内のカムによって駆動されるので、電動モータ等の駆動源が必要なく、それによって、より省電力なインジェクションポンプ１が可能になる。
【００２３】
燃料タンク４からフィードポンプ５によって所定の圧力に加圧されて送出されたＤＭＥ燃料は、インジェクションポンプ１の各インジェクションポンプエレメント２からインジェクションパイプ３を経由して、所定のタイミングで所定の量だけディーゼルエンジン２００の各シリンダ３１に配設されている燃料噴射ノズル３２へ圧送される。インジェクションポンプ１からオーバーフローしたＤＭＥ燃料は、オーバーフロー燃料パイプ８を経由し、オーバーフロー燃料の圧力を決めるチェック弁９１、及びクーラー４１を介して燃料タンク４へ戻される。また、各燃料噴射ノズル３２からオーバーフローしたＤＭＥ燃料は、オーバーフロー燃料パイプ９を経由し、チェック弁９１及びクーラー４１を介して燃料タンク４へ戻される。
【００２４】
さらに、ＤＭＥ燃料供給装置１００は、ディーゼルエンジン停止時に、インジェクションポンプ１内の油溜室１１、オーバーフロー燃料パイプ８、及びオーバーフロー燃料パイプ９に残留しているＤＭＥ燃料を、燃料タンク４へ回収する「残留燃料回収手段」の構成要素として、アスピレータ７、３方電磁弁７１、及び２方電磁弁７２を備えている。
【００２５】
アスピレータ７は、入口７ａと出口７ｂと吸入口７ｃとを有している。入口７ａと出口７ｂは真っ直ぐに連通しており、吸入口７ｃは、入口７ａと出口７ｂとの間の連通路から、略垂直方向に分岐している。３方電磁弁７１がＯＦＦの時に連通する連通路（符号Ｂの矢印で示した連通方向）の出口側が入口７ａに接続されており、クーラー４１を介して燃料タンク４への経路へ出口７ｂが接続されている。また、吸引口７ｃは、噴射状態時（ディーゼルエンジン２００の運転時）にはＯＦＦ状態となっている２方電磁弁７２に接続されている。
【００２６】
無噴射状態時（ディーゼルエンジン２００の停止時）には、３方電磁弁７１をＯＦＦして符号Ｂの矢印で示した方向の連通路を構成するとともに、２方電磁弁７２をＯＮして、オーバーフロー燃料パイプ８及びオーバーフロー燃料パイプ９とアスピレータ７の吸入口７ｃとの間を連通させる（符号Ｃで示した矢印の方向）。したがって、フィードポンプ５から送出されたＤＭＥ燃料は、インジェクションポンプ１へ送出されずに、アスピレータ７へ送出され、入口７ａから出口７ｂへ抜け、クーラー４１を介して燃料タンク４へ戻り、再びフィードポンプ５からアスピレータ７へ送出される。つまり、アスピレータ７を介してＤＭＥ燃料液が環流する状態となる。そして、インジェクションポンプ１内の油溜室１１、オーバーフロー燃料パイプ８、及びオーバーフロー燃料パイプ９に残留しているＤＭＥ燃料は、入口７ａと出口７ｂを流れるＤＭＥ燃料液の流れによって、吸引口７ｃから吸引されて燃料タンク４へ回収されることになる。フィードポンプ５を駆動源としてアスピレータ７によって、油溜室１１、オーバーフロー燃料パイプ８、及びオーバーフロー燃料パイプ９のＤＭＥ燃料を吸引して燃料タンク４へ回収する構成を成しているので、新たに残留燃料回収用のポンプ等を設ける必要がない。
【００２７】
次に、本願発明に係るインジェクションポンプ１を構成するインジェクションポンプエレメント２の概略構造について説明する。
図２は、本願発明に係るインジェクションポンプ１のインジェクションポンプエレメント２の近傍を示した要部斜視図である。
【００２８】
デリバリバルブホルダ２１は、デリバリバルブ挿設孔２１１を有する形状を成しており、インジェクションポンプ１の基体に固定されている。デリバリバルブ挿設孔２１１と連通している燃料液送出口２１２には、インジェクションパイプ３が接続される。デリバリバルブ挿設孔２１１には、デリバリバルブ２３が往復動可能に挿設されており、デリバリバルブ２３は、デリバリスプリング２２によって、デリバリバルブホルダ２１と一体に配設されているデリバリバルブシート２４のバルブシート部２４ａに、バルブ部２３１が当接する如く付勢されている。
【００２９】
プランジャバレル２５は、デリバリバルブシート２４と一体に配設され、デリバリバルブシート２４に連通している液圧室２５ａを有している。液圧室２５ａには、プランジャ２６が往復動可能に挿設されており、その一端側がデリバリバルブ２３に面している。プランジャ２６は、プランジャスプリング２７によって、タペット２８を介してカム１３側に付勢されている。プランジャ２６は、ディーゼルエンジン２００の駆動軸に連結され、ディーゼルエンジン２００の駆動力で符号Ｘにて示した回転方向に回転するカムシャフト１２のカム１３によって、タペット２８を介してデリバリバルブ２３側（符号Ｄの矢印で示した方向）に押し上げられる。タペット２８には、タペットローラ２８１が従動回転可能に軸支されており、カム１３の外周面とタペットローラ２８１の外周面とが当接している。プランジャ２６のつば部２６１は、コントロールラック１４と係合して回転するピニオン２９と一体の円筒状の部材であるスリーブ２９１と係合しており、ガバナ１５（図１）によって位置が調節されるコントロールラック１４の往復動によってピニオン２９が回転し、プランジャ２６が周方向に回転する構成を成しており、このプランジャ２６の回転位置によってＤＭＥ燃料の噴射量が増減する。
【００３０】
図３は、プランジャバレル２５に挿設されているプランジャ２６の一部を拡大して示した斜視図である。
インジェクションポンプ１において、インジェクションポンプエレメント２は、ＤＭＥ燃料を高圧にし、かつ噴射量を増減できる重要な部品である。そのため、プランジャ２６とデリバリバルブ２３の摺動部は、超精密な仕上げが施されている。プランジャバレル２５の側壁面には、油溜室１１と液圧室２５ａとを連通させる吸排口２５１が形成されている。プランジャ２６には、切り欠き部２６２が形成されている。切り欠き部２６２は、プランジャ２６の外周面に図示の如く斜めに切り欠かれた溝であり、溝部分は、プランジャ２６の中央に形成されている孔２６３に連通している。
【００３１】
ここで、プランジャ２６の作動について、図４〜図７を参照しながら説明する。
図４は、インジェクションポンプエレメント２の断面を示した要部正面図であり、噴射状態時（ディーゼルエンジン２００の運転時）における吸入工程を示したものである。また、図５は、噴射状態時における噴射工程の噴射始めを示したものであり、図６は、噴射状態時における噴射工程の噴射終わりを示したものである。
【００３２】
カム１３の下降工程においてプランジャ２６が下降し（符号Ｅで示した矢印の方向）、プランジャ２６の上端面２６４がプランジャバレル２５の吸排口２５１に覗くと、油溜室１１内のＤＭＥ燃料が吸排口２５１から液圧室２５ａ内に送られてくる。そして、カム１３の下死点でＤＭＥ燃料の吸引が終了する（吸入工程）。カム１３が上昇行程になるとプランジャ２６も上昇し、プランジャ２６の上端面２６４が吸排口２５１を塞いだとき、油溜室１１と液圧室２５ａの連通が遮断される（噴射工程の噴射始め）。カム１３の上昇につれてＤＭＥ燃料は、デリバリバルブを押し上げて開き、インジェクションパイプ３を介してディーゼルエンジン２００の噴射ノズルへ圧送されていく。そして、プランジャ２６の切り欠き部２６２が吸排口２５１に到達したときに、液圧室２５ａ内のＤＭＥ燃料は、プランジャ２６の孔２６４から切り欠き部２６２、吸排口２５１を介して、その液圧によって油溜室１１に流れ込む。それによって、液圧室２５ａ内のＤＭＥ燃料の液圧は低下して、デリバリバルブ２３は、デリバリスプリング２２の付勢力によって下降し、バルブ部２３２がデリバリバルブシート２４のバルブシート部２４ａに当接した時点で閉弁状態となる（噴射工程の噴射終わり）。
【００３３】
上述した噴射始め（図５）から噴射終わり（図６）までのプランジャ２６のストロークを有効ストロークと言う。ＤＭＥ燃料の圧送は、この有効ストロークの間だけ行われ、有効ストロークの長さを変えることによって、圧送されるＤＭＥ燃料の量の増減が行われる。切り欠き部２６２は、図示の如く周方向に斜めに形成されているので、前述したように、コントロールラック１４（図２）の位置を変えることによって、プランジャ２６を周方向に回転させることで、プランジャ２６の切り欠き部２６２が吸排口２５１に到達する位置を変えることができる。そして、それによって、有効ストロークの長さを変えることができる構成となっている。
【００３４】
つづいて、カム１３のカムプロフィールについて説明する。
図７は、本願発明に係るインジェクションポンプ１のカム１３の側面図である。図８は、燃料噴射時にカム１３に作用する圧力曲線と、カム１３の耐圧限界とを示したカム１３の耐圧線図である。図９は、従来の軽油を燃料とした場合のカム１３の側面図である。
【００３５】
図８に示したカム１３の耐圧線図は、横軸がカム１３の回転角度（°）を示しており、縦軸が圧力（ＭＰａ）を示している。Ｑ＝１００で示した曲線は、インジェクションポンプエレメント２の１ストローク当たりのＤＭＥ燃料の燃料噴射量が１００ｍｍ３のときのカム１３に作用する圧力の変化を示した曲線であり、カム１３の回転位置に対して図示の如く変化している。Ｑ＝２００で示した曲線は、インジェクションポンプエレメント２の１ストローク当たりのＤＭＥ燃料の燃料噴射量が２００ｍｍ３のときのカム１３に作用する圧力の変化を示した曲線であり、カム１３の回転位置に対して図示の如く変化している。ＰＬ１で示した線図は、当該実施の形態におけるカム１３の耐圧限界を示した耐圧線図であり、ＰＬ２で示した線図は、従来の軽油を燃料としたカム１３の耐圧限界を示した耐圧線図である。
【００３６】
前述したように、ＤＭＥ燃料は、軽油と比較して発熱量が低く同じ量の燃料から得られるエネルギーが小さいので、ディーゼルエンジン２００のＤＭＥ燃料供給装置１００においては、軽油を燃料とした場合と同じエンジン出力を得るためには、軽油を燃料とした場合と比較して、インジェクションポンプ１の燃料噴射量を約２倍にする必要がある。例えば、軽油を燃料とした場合の最大燃料噴射量が１００ｍｍ３の場合、燃料をＤＭＥにした場合、最大燃料噴射量を約２００ｍｍ３とすることになる。また、前述したように、ＤＭＥ燃料は、軽油と比較して密度が低いので、軽油を燃料とした場合と比較してインジェクションポンプエレメント２内の圧力の上昇が遅れることによって、燃料噴射タイミングが遅れることになる。例えば、図８に示したように、インジェクションポンプエレメント２の１ストローク当たりのＤＭＥ燃料の燃料噴射量が１００ｍｍ３のときは（Ｑ＝１００）、カム１３の回転角度が略１０°のところでインジェクションポンプエレメント２内の圧力が最大（約３０ＭＰａ）となり、インジェクションポンプエレメント２の１ストローク当たりのＤＭＥ燃料の燃料噴射量が２００ｍｍ３のときは（Ｑ＝２００）、カム１３の回転角度が略１５°のところでインジェクションポンプエレメント２内の圧力が最大（約４０ＭＰａ）となる。
【００３７】
インジェクションポンプエレメントの１ストローク当たりの最大燃料噴射量を約２００ｍｍ３以下とすると、図８から明らかなように、インジェクションポンプ１が静的噴射始めとなる回転位置（０°）から回転方向に略１５°回転した回転位置近傍において、タペットローラ２８１の外周面とカム１３の外周面との当接面に生じる接触応力が略最大となり、その回転位置近傍におけるカムの耐圧限界は、少なくとも４０ＭＰａ以上に設定する必要がある。従来の軽油を燃料としたカム１３（図９）の耐圧限界は（耐圧線図ＰＬ２）、インジェクションポンプ１が静的噴射始めとなる回転位置（０°）から回転方向に略１５°回転した回転位置近傍における耐圧限界が約２５ＭＰａしかないので、カム１３に作用する圧力がカム１３の耐圧限界を超えてしまうことになり、カム１３の摩耗や破損が生じる虞がある。
【００３８】
カム１３の摩耗や破損が生じる虞をなくすためには、カム１３のカムプロフィールは、プランジャ２６の上昇に対するインジェクションポンプエレメント２内の圧力の上昇特性に合わせて、カム１３の耐圧限界がタペットローラ２８１の外周面とカム１３の外周面との当接面に生じる接触応力より常に大きくなるように設定する必要がある。当該実施の形態におけるカム１３のカムプロフィール（図７参照）は、従来の軽油を燃料とした場合のカム１３のカムプロフィール（図９参照）よりリフト始めのコンケーブ部１３１（Ｒ４０の凹部）からのアークの曲率減少率が小さくなるようにカムプロフィールが設定されている。つまり、従来の軽油を燃料とした場合のカム１３のカムプロフィールは、リフト始めの接線部１３２からアークの曲率がＲ２５→Ｒ４．５→Ｒ３．５→Ｒ２となっており、最高リフト方向へ曲率が大きく減少するカムプロフィールとなっているのに対して、当該実施の形態におけるカム１３のカムプロフィールは、リフト始めのコンケーブ部１３１（Ｒ４０の凹部）からのアークの曲率がＲ１４→Ｒ８．５→Ｒ７．５→Ｒ５→Ｒ２となっており、最高リフト方向へ曲率が緩やかに（小さく）減少するカムプロフィールとなっている。尚、当該実施の形態においては、カム１３は、接線カムと偏心カムとを組み合わせた組み合わせカムとなっているが、接線カムや円弧カムであっても良い。
【００３９】
ヘルツの公式によって求められるタペットローラ２８１とカム１３の外周面との当接面に作用する接触応力は、カム１３の外周面の曲率半径が大きくなるほど接触応力は小さくなっていく。したがって、タペットローラ２８１に当接するカム１３の外周面に作用する接触応力は、カム１３の外周面の曲率半径が大きくなるほど小さくなる。前述したように、当該実施の形態におけるカム１３（図７）は、従来の軽油を燃料とした場合のカム１３のカムプロフィール（図９参照）よりリフト始めのコンケーブ部（Ｒ４０の凹部）からのアークの曲率減少率が小さくなるようにカムプロフィールが設定されている。そのため、当該実施の形態におけるカム１３（図７）の耐圧限界（耐圧線図ＰＬ１）は、図８に示したように、従来の軽油を燃料とした場合のカム１３の耐圧限界（耐圧線図ＰＬ２）より最高リフト側に設定され、かつ、インジェクションポンプエレメント２が静的噴射始めとなる回転位置から回転方向に略１０〜１５度回転した回転位置近傍において、耐圧限界が４０ＭＰａより十分大きい約５０ＭＰａとなる。カム１３の耐圧限界（耐圧線図ＰＬ１）は、図示の如くタペットローラ２８１の外周面とカム１３の外周面との当接面に生じる接触応力より常に大きくなる。
【００４０】
このようにして、ＤＭＥ燃料の特性に合わせて効率良くカム１３のカムプロフィールを設定することができるので、軽油を燃料とした場合に対するカムプロフィールの変更を最小限に止めることができる。それによって、カム１３のカムプロフィールをインジェクションポンプ１の燃料噴射特性をほとんど損なうことなく、ＤＭＥ燃料に応じた耐圧限界を備えたカムプロフィールに設定することができるので、従来の軽油を燃料とした場合と同等のエンジン出力が得られ、かつ、十分なインジェクションポンプ１の耐久性能を有するＤＭＥ燃料供給装置１００を実現することができる。
【００４１】
尚、本願発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本願発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本願発明によれば、ディーゼルエンジンにおいて、従来の軽油を燃料とした場合と同等のディーゼルエンジン出力が得られ、かつ、十分な耐久性能を有するインジェクションポンプ、及び該インジェクションポンプを備えたＤＭＥ燃料供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料供給装置の概略構成を示したシステム構成図である。
【図２】本願発明に係るインジェクションポンプのインジェクションポンプエレメントの近傍を示した要部斜視図である。
【図３】インジェクションポンプエレメントのプランジャバレルに挿設されているプランジャの一部を拡大して示した斜視図である。
【図４】インジェクションポンプエレメントの断面を示した要部正面図であり、噴射状態時における吸入工程を示したものである。
【図５】インジェクションポンプエレメントの断面を示した要部正面図であり、噴射状態時における噴射工程の噴射始めを示したものである。
【図６】インジェクションポンプエレメントの断面を示した要部正面図であり、噴射状態時における噴射工程の噴射終わりを示したものである。
【図７】本願発明に係るインジェクションポンプのカムの側面図である。
【図８】燃料噴射時にカムに作用する圧力曲線と、カムの耐圧限界とを示した耐圧線図である。
【図９】従来の軽油を燃料とした場合のカムの側面図である。
【符号の説明】
１    インジェクションポンプ
２    インジェクションポンプエレメント
３    インジェクションパイプ
４    燃料タンク
５    フィードポンプ
６    オイルセパレータ
７    アスピレータ
８、９  オーバーフロー燃料パイプ
１１  油溜室
１２  カムシャフト
１３  カム
１４  コントロールラック
１５  ガバナ
１６  カム室
２１  デリバリバルブホルダ
２２  デリバリスプリング
２３  デリバリバルブ
２４  デリバリバルブシート
２５  プランジャバレル
２６  プランジャ
２７  プランジャスプリング
２８  タペット
３１  シリンダ
３２  燃料噴射ノズル
４１  クーラー
５１  フィルタ
６１  コンプレッサー
１００  ＤＭＥ燃料供給装置
２００  ディーゼルエンジン
２８１  タペットローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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