三級海技士（機関）内燃限定｜燃料噴射ポンプ

はじめに

前回は、ディーゼル機関の始動に関係する、始動弁と始動空気装置について整理しました。
今回は、ディーゼル機関の燃料装置の中でも重要な、燃料噴射ポンプについて整理します。
ディーゼル機関では、燃料をシリンダ内へ直接噴射し、圧縮された高温の空気によって燃焼させます。
そのため、燃料を「いつ」「どれだけ」「どのような圧力で」噴射するかは、機関の出力、燃焼状態、排気温度、燃料消費率に大きく関係します。
この燃料噴射を支える中心的な装置が、燃料噴射ポンプです。

燃料噴射ポンプの役割

燃料噴射ポンプの役割は、燃料油を高圧にして、適切な時期に燃料噴射弁へ送り出すことです。
ディーゼル機関では、燃料を細かい霧状にしてシリンダ内へ噴射する必要があります。
そのためには、燃料に高い圧力を与える必要があります。
燃料噴射ポンプは、カムによってプランジャを押し上げ、燃料油を加圧して燃料噴射弁へ送ります。
試験では、燃料噴射ポンプそのものの構造に加えて、燃料制御機構、送出し弁、プランジャ、プランジャバレル、燃料カムの調整などが問われます。

燃料制御機構とは

燃料制御機構は、機関の出力に応じて燃料噴射量を調整するための機構です。
燃料ハンドル、調速機、燃料調整軸、リンク、ばね、燃料噴射ポンプのラックなどが関係します。
燃料噴射量は、機関の回転数や負荷に応じて変化させる必要があります。
たとえば、負荷が増えれば燃料を多くし、負荷が減れば燃料を少なくします。
この調整がうまくいかないと、回転数の不安定、出力不足、排気温度の不揃い、燃焼不良などにつながります。

連結棒の溝の役割

過去問では、燃料制御機構の図に関して、連結棒の溝が必要な理由が問われています。
この溝は、調速機が燃料を減らす方向に作用するときに重要です。
もしこの溝がないと、調速機が燃料減の方向へ動いても、燃料調整軸が十分に動かず、燃料噴射ポンプの噴射量を減少させることができません。
つまり、この溝は、調速機による燃料減の動きを確実に燃料噴射ポンプへ伝えるために必要なものです。

連結棒のばねの働き

燃料制御機構では、連結棒にばねが取り付けられている場合があります。
このばねには、運転中とハンドル操作時で、それぞれ役割があります。

状態	ばねの働き
燃料ハンドルを一定位置として運転している場合	機関回転の微小変動による衝撃を和らげる
調速機が燃料増の方向へ動いた場合	ばねが圧縮され、リンクに無理が生じるのを防ぐ
燃料ハンドルを停止位置へ動かした場合	ばねが圧縮され、リンクに無理が生じるのを防ぐ
低速から増速する場合	燃料調整軸を出力増の方向へ動かす働きを助ける

この問題では、ばねを単なる部品名として覚えるのではなく、リンク機構に無理を生じさせないための緩衝機能として理解すると分かりやすくなります。

ボッシュ式燃料噴射ポンプ

三級海技士（機関）では、ボッシュ式燃料噴射ポンプがよく出題されます。
ボッシュ式燃料噴射ポンプでは、プランジャが上下運動し、燃料を加圧します。
主な構成部品としては、次のようなものがあります。

部品	役割
プランジャ	上下運動して燃料を加圧する
プランジャバレル	プランジャが摺動する筒
送出し弁	加圧された燃料を燃料噴射管へ送り出す
送出し弁ばね	送出し弁を閉じる方向へ作用する
ラック・ピニオン	プランジャを回転させ、噴射量を調整する
スナップリング	部品が飛び出さないように保持する
セットボルト	プランジャバレルの位置を決める

図問題では、番号と部品名を対応させるだけでなく、それぞれの部品が何をしているかを理解しておくことが大切です。

送出し弁の役割

燃料噴射ポンプで特に重要なのが、送出し弁です。
送出し弁は、燃料噴射ポンプから燃料噴射管へ高圧燃料を送り出す部分に設けられています。
過去問では、送出し弁について、

燃料噴射弁の油の切れをよくするため、どのような形状としているか

という内容が問われています。
送出し弁には、小さいピストン状の部分が設けられています。
弁が閉じるとき、この小さいピストンの行程容積分だけ、高圧管内の燃料油を吸い戻し、油圧を下げます。
その結果、燃料噴射弁の噴射終わりの切れがよくなります。

なぜ油の切れが大切なのか

燃料噴射弁の油の切れが悪いと、噴射終わりに燃料がだらだらと出るような状態になります。
これを放置すると、

• あと燃え
• 燃焼不良
• 排気温度の上昇
• カーボン付着
• 燃料消費率の悪化

などにつながるおそれがあります。
そのため、送出し弁は、単に逆流を防ぐだけでなく、噴射終わりを明確にするためにも重要です。

ガスケットの役割

ボッシュ式燃料噴射ポンプでは、送出し弁座付近にガスケットが入る場合があります。
このガスケットは、プランジャバレル内の燃料油が、送出し弁座の周囲から外部へ漏れ出るのを防止します。
燃料噴射ポンプでは、高圧燃料を扱うため、油密が非常に重要です。
ガスケット不良があると、燃料漏れや噴射圧力の低下につながるおそれがあります。

プランジャとプランジャバレル

プランジャとプランジャバレルは、燃料噴射ポンプの中心的な部品です。
プランジャは、カムによって押し上げられ、プランジャバレル内の燃料を加圧します。
プランジャとバレルのすき間は非常に小さく、高い精度が求められます。
この部分に摩耗や傷、異物のかみ込みがあると、燃料の油密が悪くなり、噴射圧力や噴射量に影響します。

プランジャとバレルを取り外すときの考え方

過去問では、プランジャ及びプランジャバレルを取り外す手順も出題されています。
細かい順番は図の番号により異なることがありますが、考え方としては次のように整理できます。

段階	作業の考え方
上部部品を外す	送出し管継手、送出し弁ばね、送出し弁などを取り外す
送出し弁座を外す	抜出し工具を用いて弁座を取り外す
下部部品を外す	スナップリング、プランジャばね、プランジャなどを取り外す
回転機構を外す	プランジャ回転用の筒、ラック・ピニオン関係の部品を確認する
バレルを抜き出す	位置決め部品を外し、プランジャバレルを抜き出す

ここでは、作業手順そのものの丸暗記も必要ですが、高圧燃料を扱う精密部品を順序よく取り外すという意識が大切です。

燃料カムの調整

燃料噴射ポンプは、燃料カムによって駆動されます。
燃料カムの位置を調整できるようにしてある理由も、過去問で問われています。
主な理由は次のとおりです。

理由	内容
燃料カムは摩耗しやすい	燃料噴射ポンプの圧力が高いため、燃料カムは他のカムより摩耗しやすい
噴射始めの時期を調整する必要がある	使用燃料油や運転状態によって、噴射時期を多少変更する必要がある

燃料カムの位置を調整することで、燃料噴射ポンプの作動時期、つまり噴射始めの時期を調整できます。

燃料カム調整の要領

燃料カムの調整では、カムと調整金具のかみ合い位置を変えて、カムの位置を調整します。
基本的な流れは、次のように整理できます。

手順	内容
合いマークを付ける	カムとカム軸にキー止めされている調整金具に、かみ合い位置をマークする
ナット・セットボルトを緩める	固定を緩め、カムを動かせる状態にする
かみ合いを外す	カムと調整金具のかみ合いを外す
必要角度だけ回す	調整する方向へ必要角度だけカムを回す
再びかみ合わせる	調整後、両者を再びかみ合わせる
締め付ける	ナットとセットボルトを締め付ける

この作業は、燃料噴射時期に直接関係します。
そのため、調整後は、インジケータ線図や筒内圧力計測装置などで、燃焼状態を確認することが重要です。

燃料噴射ポンプの調整と機関状態

燃料噴射ポンプの状態は、機関の運転状態に大きく影響します。
たとえば、

現象	燃料噴射ポンプとの関係
最高圧が不揃い	噴射始めの時期が不揃いである可能性がある
排気温度が不揃い	噴射量が不揃いである可能性がある
出力不足	噴射量不足や油密不良が関係する場合がある
燃焼不良	噴射時期、噴射圧力、噴射量の異常が関係する
あと燃え	噴射終わりの切れが悪い場合などに起こる

したがって、燃料噴射ポンプは、単なる部品ではなく、機関の燃焼状態を左右する重要な装置です。

試験で押さえるポイント

今回のテーマでは、次の点を押さえておくとよいと思います。

テーマ	押さえるポイント
燃料制御機構	連結棒の溝、ばねの働き、調速機との関係
ボッシュ式燃料噴射ポンプ	プランジャ、プランジャバレル、送出し弁、ラック、スナップリング
送出し弁	小さいピストンにより燃料を吸い戻し、油の切れをよくする
ガスケット	プランジャバレル内の燃料油漏れを防ぐ
取外し手順	上部部品、送出し弁座、下部部品、バレルの順に整理する
燃料カム調整	噴射始めの時期を調整するために行う

特に、送出し弁については、燃料を送り出すだけでなく、噴射終わりの切れをよくする働きがあるという点が重要です。

実船では

実船では、燃料噴射ポンプの状態は、機関の調子に直接現れます。
燃料噴射ポンプの調整不良や摩耗があると、

• 最高圧の不揃い
• 排気温度の不揃い
• 燃焼不良
• 出力不足
• 燃料消費量の増加
• 排気色の悪化

などにつながることがあります。
また、燃料噴射ポンプは高圧燃料を扱う精密機器です。
開放・整備時には、清浄な環境で、異物の混入や部品の傷付きに十分注意する必要があります。
試験問題としては、図の部品名や作業手順が問われることがありますが、実務では「燃焼状態を整えるための装置」として理解しておくことが大切です。

おわりに

今回は、燃料噴射ポンプについて整理しました。
ポイントは、次の3つです。

• 燃料噴射ポンプは、燃料を高圧にして燃料噴射弁へ送る装置である
• 送出し弁は、噴射終わりの油の切れをよくする重要な働きを持つ
• 燃料カムや燃料制御機構の調整は、燃焼状態や出力に大きく関係する

燃料噴射ポンプは、構造が少し複雑ですが、燃料の流れと部品の役割を順番に整理すれば理解しやすくなります。
次回は、燃料を実際にシリンダ内へ噴射する、燃料噴射弁と燃焼状態について整理します。

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