(57)【要約】  圧力プレナム３を有するシリンダ要素２であって、圧力プレナム３が、加圧された燃料を圧力プレナム３から追い出すための出口室５を備えたシリンダ要素２と、圧力プレナム３内で往復運動するように配置されたピストンと、圧力プレナム３の外側に配置された吸込み室７と、圧力プレナム３と吸込み室７の間に配置された少なくとも１つの吸込みチャネルとを含む容積式機関用の燃料噴射ポンプ１。圧力プレナム３と吸込み室７の間には、逆止め弁１０を備えた少なくとも１つの充填チャネル９が配置されており、この弁は、吸込み室７から圧力プレナム３に燃料が流れることは許すが、圧力プレナム３から吸込み室７に流れることは阻止する。
2009516804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力プレナム（３）を有するシリンダ要素（２）であって、前記圧力プレナム（３）が、加圧された燃料を前記圧力プレナム（３）から追い出すための出口チャネル（５）を備えたシリンダ要素（２）と、
前記圧力プレナム（３）内で往復運動するように配置されたピストン（４）と、
前記圧力プレナム（３）の外側に配置された吸込み室（７）と、
前記圧力プレナム（３）と前記吸込み室（７）の間に配置された少なくとも１つの吸込みチャネル（８）と
を含む容積式機関用の燃料噴射ポンプ（１）であって、
前記圧力プレナム（３）と前記吸込み室（７）の間に、逆止め弁（１０）を備えた少なくとも１つの充填チャネル（９）が配置され、前記逆止め弁が、前記吸込み室（７）から前記圧力プレナム（３）に燃料が流れることは許すが、前記圧力プレナム（３）から前記吸込み室（７）に流れることは阻止する
ことを特徴とする燃料噴射ポンプ（１）。
【請求項２】
前記逆止め弁（１０）が胴部（１７）を含み、前記胴部（１７）の内部には、遮断手段（１１）が、２つの限界位置間を自由に移動するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項３】
前記遮断手段（１１）が、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）のようなセラミック材料でできていることを特徴とする、請求項２に記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項４】
前記遮断手段（１１）の密度が最大でも５ｋｇ／ｄｍ３であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項５】
前記シリンダ要素（２）の周りに本体部品（６）が配置されており、前記シリンダ要素（２）と前記本体部品（６）の間に環状の吸込み室（７）があることを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項６】
吸込みチャネル（８）の数が２つであり、該２つのチャネルが、前記吸込み室（７）の反対側に開いていることを特徴とする、請求項５に記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項７】
充填チャネル（９）の数が２であり、該２つのチャネルが、前記吸込み室（７）の反対側に開いていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項８】
前記吸込みチャネル（８）と前記充填チャネル（９）が、互いに対して９０度の角度をなしていることを特徴とする、請求項６及び７に記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項９】
前記ピストン（４）の往復運動が、回転可能に配置されたカム軸（１５）のカム（１６）によって生み出され、上死点（Ｄ）と次の下死点（Ｅ）の間の前記カムの回転角（α）が少なくとも１００°であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれかに記載の噴射ポンプ（１）。
【請求項１０】
上死点（Ｄ）と次の下死点（Ｅ）の間の回転角（α）が最大でも２４０°であることを特徴とする、請求項９に記載の噴射ポンプ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容積式機関の燃料噴射ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
容積式機関の噴射ポンプは、加圧された燃料を定期的に噴射ノズルに導入し、この燃料をさらに、この噴射ノズルを通して機関のシリンダに導入するために使用される。この噴射ポンプは、圧力プレナム内に配置された往復動ピストンを有するシリンダ要素を含み、このピストンの移動が燃料の圧力の増大を引き起こす。シリンダ要素は通常、１つ又は２つの吸込みチャネルを含み、これらの吸込みチャネルを通して、ピストンが下死点にあるときに、圧力プレナムの外側の吸込み空間から圧力プレナム内に燃料が導入される。圧力プレナム内を上方へ移動するピストンは燃料吸込みチャネルを覆い、加圧された燃料が、圧力プレナムから、噴射ノズルに通じる圧力管に流れる。この噴射ノズルへの燃料の流れは、ピストン内のねじ状の切削部分が吸込みチャネルと出合い、吸込みチャネルを開いたときに止まる。
【０００３】
ピストンが圧力プレナム内を下方へ移動すると吸込みチャネルが閉じられるため、圧力プレナム内に真空が形成され、この真空は、ピストンが下死点に到達し、吸込みチャネルが開かれたときに、燃料供給装置の低圧側に解放される。この真空パルスは燃料供給装置の動作に影響を及ぼし、この真空パルスが、燃料供給装置の構成要素に損傷を与えるキャビテーションを引き起こすことさえある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、容積式機関の燃料噴射ポンプの動作を向上させることができる解決手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づく燃料噴射ポンプは、圧力プレナムを有するシリンダ要素を含む。この圧力プレナムは、往復動ピストンと、加圧された燃料を圧力プレナムから追い出すことができる出口チャネルとを備える。圧力プレナムの外側には吸込み室が配置されており、この吸込み室は、少なくとも１つの吸込みチャネルによって圧力プレナムに接続されている。さらに、圧力プレナムと吸込み室の間には少なくとも１つの充填チャネルが配置されており、この充填チャネルは、吸込み室から圧力プレナムに燃料が流れることは許すが、圧力プレナムから吸込み室に流れることは阻止する逆止め弁を備える。
【０００６】
本発明によって相当な利点が達成される。
【０００７】
充填チャネル内に位置する逆止め弁は、ピストンが圧力プレナム内を下方へ移動するとき、すなわちピストンが圧力プレナムから押し出されるときに、吸込み室と圧力プレナムの圧力差によって開く。したがって、圧力プレナム内を下方へ移動するピストンは、圧力プレナム内に真空を形成しないか、又は形成される真空は非常に小さい。そのため、ピストンが下死点に到達し、吸込みチャネルが開かれたときに燃料供給装置の低圧側へ伝えられる真空パルスの強度が低減される。この逆止め弁が開いているときには、充填チャネルを通して圧力プレナム内に燃料が流れ、それにより、圧力プレナムには以前よりもゆっくりと燃料が充填され、それによってさらに、燃料供給装置の低圧側に衝突する圧力パルスが低減する。
【０００８】
本発明の一実施例では、この逆止め弁の遮断手段として、この弁内の空間に位置するボールが使用される。このボールは、吸込み室と圧力プレナムの圧力差によって、２つの限界位置間を自由に移動することができる。このボールは、一般に最大でも５ｋｇ／ｄｍ３の低密度の材料でできている。したがって、この圧力差の影響を受けて、このボールは高速に移動し、弁は高速に開閉する。
【０００９】
本発明の他の実施例では、ピストンの往復運動がカム軸によって生み出され、このカム軸のカムはピストンに動作可能な状態で接続されている。カム軸を回転させると、ピストンは、圧力プレナム内で往復運動する。ピストンを駆動するカムの輪郭は、上死点から下死点までのピストンの戻り運動が十分にゆっくりであるように設計されている。したがって、圧力プレナムが満たされるまでに十分な時間があり、圧力プレナムへの燃料の流入は、低圧側への真空パルスを引き起こさない。この実施例では、カムの上死点と次の下死点の開始点との間のカムの回転角が少なくとも１００°である。言い換えると、ピストンが上死点から下死点まで戻るのに、カムは、少なくとも１００°回転しなければならない。ここで、カムの上死点は、ピストンの上死点に対応するカムの外周上の点を意味する。同様に、カムの下死点は、ピストンの下死点に対応するカムの外周上の点を意味する。
【００１０】
以下では、添付図面に基づく実施例によって、本発明をより詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図面に示された燃料噴射ポンプ１は、燃料を加圧し、所望の時点で機関のシリンダ内に燃料を噴射するために使用される。噴射ポンプ１は、その中に円筒形の圧力プレナム３が形成されたシリンダ要素２を含む。圧力プレナム３内には往復動ピストン４が配置されている。図２及び３では、このピストンが、断面ではなしに示されている。ピストン４の移動は、圧力プレナム３内の燃料の加圧を引き起こす。このピストン４の往復運動は、ピストン４が動作可能な状態で接続された回転カム軸１５のカム１６によって引き起こされる。ピストン４は、ばね（図示せず）によってカム１６に押しつけられる。圧力プレナム３の上部には円形の末端溝１２が位置する。この溝の直径は、圧力プレナム３の他の位置の直径よりも大きい。シリンダ要素２はさらに、圧力プレナム３内へ開いた１つ又は複数の出口チャネル５を含み、この出口チャネル５を通して、エンジンシリンダ噴射ノズル２０などの燃料供給装置の高圧側に、加圧された燃料が導入される。出口チャネル５から噴射ノズル２０に至る供給チャネル２９は、圧力プレナム３内の圧力がある限界値を超えたときに開き、圧力プレナム３内の圧力がこの限界値よりも低下したときに閉じるメイン・フロー弁２１を備える。メイン・フロー弁２１は逆止め弁型の弁である。すなわち、メイン・フロー弁２１は、圧力プレナム３から噴射ノズル２０への流れは許すが、噴射ノズル２０から圧力プレナム３への流れは阻止する。この噴射ポンプは、定圧弁２８を備えた戻りチャネル３０を含み、戻りチャネル３０の第１の端部は、メイン・フロー弁２１と噴射ノズル２０の間のある点において、供給チャネル２９に接続されている。戻りチャネル３０の第２の端部は、出口チャネル５とメイン・フロー弁２１の間のある点において、供給チャネル２９に接続されている。定圧弁２８は、戻りチャネルの第１の端部の圧力がある限界値を超えたときに開き、戻りチャネルの第１の端部の圧力がこの限界値よりも低下したときに閉じる。定圧弁２８も逆止め弁型の弁である。すなわち、定圧弁２８は、供給チャネル３を通した第１の端部から第２の端部への流れは許すが、これとは反対方向の流れは阻止する。定圧弁２８は、噴射ポンプ２０による噴射が終わったときに、供給チャネル２９内の圧力を所望の限界値に維持するために使用される。
【００１２】
ピストン４の側面には、ピストンの縦軸と平行な縦溝１９が配置されている。ピストン４はさらに、その側面に、ねじ状の切削部分、すなわちコントロール・エッジ２５を含む。噴射ポンプ１はアクチュエータ（図示せず）を含み、このアクチュエータによって、ピストン４をその縦軸を中心に回転させることができ、それによって燃料噴射の持続時間を調整することができる。このアクチュエータは例えば、ピストン棒の周囲に配置された歯車と、この歯車と接続した状態に配置された歯の付いたバー（ｂａｒ）とを含み、このバーが縦方向に移動することによって、ピストン４は該ピストン４の縦軸を中心に回転する。
【００１３】
シリンダ要素２の周囲には、スリーブ状の本体部品６が配置されている。本体部品６とシリンダ要素２の間には環状の吸込み室７が配置されている。吸込み室は、燃料チャネル２２を介して燃料タンク２３などの燃料供給源に接続されている。燃料チャネル２２は、燃料供給源から吸込み室７へ燃料をポンピングするポンプ２４を備える。吸込み室７は、少なくとも１つの吸込みチャネル８によって圧力プレナム３と流れ接続されている。図面に示された実施例では、２つの吸込みチャネル８があり、これらの吸込みチャネル８は、互いに対して１８０度の角度で配置されており、その結果、２つの吸込みチャネルは、吸込み室７の反対側に開いている。
【００１４】
吸込み室７から燃料供給源まで、戻りチャネル２６が通じている。戻りチャネル２６は、それによって燃料の圧力がその所望の最大値に調整される圧力調整弁２７を備える。吸込みチャネル２２はさらに絞り３１を含み、戻りチャネル２６は絞り３１′を含み、それらによってチャネル２２、２６内の流れが絞られる。
【００１５】
噴射ポンプ１は、吸込み室７と圧力プレナム３の間に流れ接続を形成する少なくとも１つの充填チャネル９を含む。これらの図面に基づく一実施例では、２つの充填チャネル９がある。吸込み室７内の充填チャネル９の開口は充填チャネル内の流れは噴射ポンプ１の動作を妨害しないように、吸込みチャネル８の開口から可能な限り遠ざけられている。図面に基づくこの実施例では、２つの充填チャネル９が互いに対して１８０度の角度をなす。すなわち、２つの充填チャネル９は互いに、吸込み室７の反対側に開いている。充填チャネル９は、吸込みチャネル８に対して９０度の角度をなす。吸込み室７内の充填チャネル９の開口は、吸込みチャネル８の開口に対して９０度の角度をなす。３つ以上の充填チャネル９、例えば４つの充填チャネル９があってもよい。しかし、充填チャネルの数は偶数であることが好ましい。圧力プレナム３では、充填チャネル９が末端溝１２内に開いている。
【００１６】
それぞれの充填チャネル９は逆止め弁１０、すなわち一方向にだけ燃料が流れることができる弁を備える。図４に、弁１０の構造がより詳細に示されている。弁１０は胴部１７を含み、胴部１７の内部には、ボールなどの遮断手段１１を含む空間がある。遮断手段１１は、圧力プレナム３と吸込み室７の間の圧力差によって、第１の限界位置と第２の限界位置の間を自由に移動することができる。第１の限界位置では、遮断手段１１が密閉面１４に接し、遮断手段１１は、弁１０を通して圧力プレナム３から吸込み室７内に燃料が流入することを防ぐ。遮断手段１１が第１の限界位置にあるのは、圧力プレナム３内の圧力が吸込み室７内の圧力よりも高いときである。第２の限界位置では、遮断手段１１が支持面１３に接し、それにより、燃料は、弁１０を通して吸込み室７から圧力プレナム３内へ流れることができる。遮断手段１１が第２の限界位置にあるのは、吸込み室７内の圧力が圧力プレナム３内の圧力よりも高いときである。これらの限界位置間の遮断手段１１の行程は比較的に短い約１ｍｍであり、そのため、弁は高速に開閉することができる。大型のディーゼル機関で使用される噴射ポンプでは、遮断手段として使用されるボールの直径は３〜７ｍｍである。
【００１７】
ボール又は他の遮断手段は、この用途に適した、適当な低い密度を有するセラミック材料又は他の材料でできている。この低い密度のため、遮断手段１１は、吸込みチャネル７と圧力プレナム３の間の圧力差の影響を受けて、これらの限界位置間を高速に移動する。セラミック材料は例えば窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）とすることができる。窒化ケイ素でできた遮断手段１１の密度は、合金化及び製法に依存し、２．８〜３．５ｋｇ／ｄｍ３である。遮断手段１１の密度は一般に５ｋｇ／ｄｍ３未満であり、４ｋｇ／ｄｍ３未満であることが好ましい。しかし、遮断手段１１の密度は少なくとも３ｋｇ／ｄｍ３である。
【００１８】
ピストン４の往復運動は、回転カム軸１５のカム１６によって生み出される。ピストン４の下端は、カム軸１５のカム１６の外周に接している。ピストン４はさらに、戻り運動の間ピストン４をカム１６に押しつけるばねと動作可能な状態で接続している。ピストン４と協動するカム１６の輪郭は、上死点から下死点までピストン４が十分にゆっくりと戻るように設計されている。したがって、圧力プレナム３が燃料で満たされるまでに十分な時間があり、圧力プレナム３への燃料の流入は、燃料供給装置の低圧側への大きな真空パルスを引き起こさない。図５には、このような１つのカムの輪郭がより詳細に示されている。カム１６の回転方向は矢印Ｇによって示されている。カム１６は軸１８の周りを回転する。ピストン４の上死点に対応するカム１６の外周上の点が、文字Ｄによって示されている。この点では、外周１６から回転軸１８までの距離が最大である。文字Ｅは、カム１６が回転し、ピストン４が、上死点Ｄの後に次に下死点に到達する時のカム１６の外周上の点を表す。この点では、カム１６の外周と回転軸１８の間の距離が最小である。本発明で使用されるカム１６では、点ＤとＥの間の回転角αが少なくとも１００°であることが好ましく、少なくとも１６０°であることが好ましい。回転角αは、最大でも２４０°であり、さらに好ましくは最大でも２００°である。回転角αは一般に約１８０°である。したがって、ピストン４が上死点から下死点まで戻るのに、カム１６は回転角αだけ回転しなければならない。
【００１９】
噴射ポンプ１の動作を以下により詳細に説明する。カム軸１５及びカム１６は軸１８の周りを回転する。ピストン４が下死点にあるとき（すなわちピストン４の下部がカム１６の外周上の点Ｅ〜Ｄ間にあるとき）、吸込みチャネル８及び充填チャネル９を通して、吸込み室７から圧力プレナム３に燃料が流れる。ピストン４が、下死点（カムの外周上の点Ｆ）から上方へ移動し始めると、逆止め弁１０が閉じ、充填チャネル９を通した圧力プレナム３への燃料の流れが止まる。上方へ移動するピストン４は吸込みチャネル８を覆い、それにより、吸込みチャネル８を通した吸込み室７から圧力プレナム３への燃料の流れが止まる。圧力プレナム３内を上方へ移動するピストン４は、圧力プレナム３内の燃料を加圧し、燃料は、出口チャネル５及びメイン・フロー弁２１を通して、圧力プレナム３から流出する。出口チャネル５を通した燃料の流れは、ピストン４のコントロール・エッジ１８が吸込みチャネル８の開口と合致して、開口の覆いがとれる（すなわち開口を露わにする）まで続く。次いで、圧力プレナム３内の燃料の圧力が、ピストン４の縦溝１９及び吸込みチャネル８を通して吸込み室７内へ解放される。ピストン４をその縦軸を中心に回転させた場合、コントロール・エッジ１８は、その回転方向に応じて、吸込みチャネル８の開口とより早く又はより遅く合致し、それにより、出口チャネル５内への燃料の供給は、より早く又はより遅く終わる。したがって、ピストン４の回転は、出口チャネル５内への注入の持続時間を調整する。
【００２０】
ピストン４は上死点Ｄに到達し、次いで、圧力プレナム３内を下方へ移動し始める（ピストンの下部はカム１６の外周上の点Ｄ〜Ｅ間にある）。ピストン４は再び吸込みチャネル８の開口を覆い、下方へ移動するピストン４は圧力プレナム３内に真空を形成する。圧力プレナム３内の圧力が吸込み室７内の圧力よりも低いと、弁１０が開き、充填開口９を通して圧力プレナム３内に燃料が流れる。下死点Ｅの近くで、ピストン４は、吸込みチャネル８の開口の覆いを解き、吸込みチャネルからも圧力プレナム３に燃料が流れる。ピストン４は下死点の開始点Ｅに到達し、しばらくの間（ピストンの下部がカム１６の外周上の点Ｅ〜Ｆ間にある間）下死点に留まり、それにより、吸込みチャネル８及び充填チャネル９を通して圧力プレナム３内に燃料が流れる。ピストン４は、上死点から下死点まで、下死点から上死点までよりもゆっくりと移動する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に基づく噴射ポンプの平面図である。
【図２】図１の噴射ポンプの部分断面図Ａ−Ａである。
【図３】図１の噴射ポンプの部分断面図Ｂ−Ｂである。
【図４】図３の部分拡大図Ｃである。
【図５】図１の噴射ポンプのピストンを駆動するカム軸の輪郭を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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