(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの燃料吸入孔（１４）を有するポンプシリンダ（１３）内に同軸かつ回転可動式に配設されるとともに制御溝（６）を備えるポンプピストン（１）を備え、この制御溝はポンプピストン（１）上にピストン軸と平行に設けられた燃料注入遮断用の停止溝（５）に接続し、さらにポンプピストン（１）の上端面と側面（３）との間の周回縁部領域内において幾何学的な接続がなされ、噴射の開始制御に流体力学的な作用をもたらすため、上端部（８）に対して一定の距離をおくとともにこれに対して平行あるいは斜めに延在し、またポンプピストン（１）の停止溝（５）の一端に接続する細い横断スリット（７）を設けてなる特に単気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関の噴射用の燃料噴射ポンプにおいて、
周回縁部内に切開される細い縦断スリット（２）を設け、
細い横断スリット（７）を停止溝（５）と細い縦断スリット（２）との間に配置し、
ポンプピストン（１）がアイドリング、半負荷および全負荷稼動時のいずれにおいても一回のピストンの上下動作中に細い縦断スリット（２）が吸入孔（１４）と交差する角度位置を有し、
ポンプピストン（１）が始動運転時における一回のピストンの上下動作中に細い縦断スリット（２）が吸入孔（１４）と交差する角度位置を有し、この際縦断スリット（２）の軸は吸入孔（１４）のほぼ中央に延在し、
細いスリットの半径の深さ（ｔ）が各場合のポンプピストンの直径（ｄ）の５ないし１０％、特に８％であり、
細いスリットの幅（ｂ）が各場合のポンプピストンの直径（ｄ）の２ないし６％、特に４％であることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
【請求項２】
横断スリット（７）が縦断スリット（２）に接続することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ポンプ。
【請求項３】
ポンプシリンダを制御ケースと一体的に構成することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ポンプ。
【発明の詳細な説明】
この発明は、内燃機関の噴射用の燃料噴射ポンプに係り、特に、少なくとも一つの燃料吸入口を有するポンプシリンダ内に軸平行かつ回転可動式に配設されたポンプピストンと、ポンプピストン上に設けられた制御溝とを備え、この制御溝はピストン軸と平行にポンプピストン上に設けられた燃料注入遮断用の停止溝と接続し、さらにポンプピストンの上端面と側面の間に幾何学的な接続がなされ、噴射の開始制御に流体力学的な作用をもたらすため、前端部に対して一定の距離をもって平行となるか、あるいはこれに対して斜めに延在し、またポンプピストンの停止溝の一端に接続する細い横断スリットを設ける単気筒ディーゼルエンジン等の燃料噴射ポンプに関する。
この種の燃料噴射ポンプは、従来の技術水準において知られている。特に直噴式のディーゼルエンジンにおいては、通常いわゆるモノ−、またはブロック挿入ポンプが使用され、これにおいては、その小型の構造から、機械的制御噛合（制御レバーまたは制御バー）およびカム機構を介した持ち上げ動作以外には、噴射開始調整に関する電気的あるいは電子的制御信号を適用することができない。既存のいかなる噴射開始調整技術においても、駆動装置に前後または上下接続可能な噴射制御装置を低コストに実現することは不可能である。
ディーゼルエンジンにおいて、出力、燃費、排気ガスおよび騒音の発生に関する動作性能を向上させるためには、高回転における噴射開始を早めることが必要である。大型のディーゼルエンジンにおいて、この早期化は、電子制御または高価な機械式制御要素によって実行され、これは例えばボッシュ社による１９８９年発行の“技術講座、ディーゼル噴射技術の概要”に記載されている。この早期化およびそれにともなった効果は小型のエンジンにおいても当然好適または必要なものとなる。このことは特に低温時における始動に際して有効であり、この際最初の点火については遅い噴射開始が要求され、その後の連続的な継続もしくは高速運転において回転数が上昇しても可能な限り炭化水素排出を低下させるために、より早期の噴射開始が必要となる。単気筒ディーゼルエンジンの場合、容積およびコストの問題から、高性能かつ高価な従来型の電子制御装置を使用することは不可能である。
従来、小型のディーゼルエンジンにおいては、ポンプピストンのヘッド上をピストン直径の約０．５％の深さで周回状かつ放射状に切削することによって噴射開始の変更を発生させる燃料噴射装置が用いられていた。しかしながら、これでは通常運転と始動／高速運転の間の差違化は不可能である。別の構成例として、部分的に仕切られたピストン直径の約１．３％の深さを有する弦状切削を施すものがある。
ドイツ特許第ＤＥ３４２４９８９Ｃ２号には、内燃機関に使用される燃料噴射ポンプのポンプピストンが記載されており、これにおいては、その構造的な特徴により、点火時期の遅延を縮小し、それによって内燃機関の燃焼室内における燃焼圧力の低下が達成される。そのために、ポンプピストン上にポンプピストンの全回転領域にわたって作用する周回溝が設けられる。
前述の全ての構成例は、噴射開始時期の変移がポンプピストンとポンプシリンダとの間の遊びに相当に依存し、異なった回転速度領域の間での差違化は不可能であるという難点を有する。
したがって、本発明の目的は、流体力学機械式の制御によって、始動、アイドリングおよび高回転数時において改善された噴射開始制御を可能にする燃料噴射ポンプを低コストに提供することである。
前記の目的は、本発明にしたがって、請求項１の特徴を有する燃料噴射ポンプによって解決される。
本発明に係る燃料噴射ポンプにおいて、ポンプピストンはポンプピストン軸に平行に延在し周囲端部と交差する細い縦スリットを備え、停止溝と細い縦断スリットとの間に細い横断スリットを備えるよう形成される。
これによって、驚くほど簡便な方式で、始動、アイドリングおよび最高回転に対応する流体力学的調整が小型かつ低コストに提供される。これは、大きな寸法許容性または組み立て許容性ならびに摩耗率においても小さな感応性を示し、これは従来技術において知られている許容範囲より極めて高いものとなり、従ってコストを大幅に削減することができる。さらに、本発明に係る燃料ポンプは改良された噴射開始制御を特徴とする。これは特に回転応答式のスリット断面の作用によるものであり、低い回転数において高回転数時よりも多くの燃料を逆流させ、これは流入時間がより短くなるからである。この効果を利用することにより、全ての回転数に際してほぼ理想的な噴射開始が可能になる。横断スリットを幾何学的に配設することにより、ポンプピストンの回転領域において所要の噴射量最適化が制御される。
縦断スリットを単純かつ低コストに形成することにより、低温のエンジンの始動および高回転局面における噴射開始を簡単な方式で制御することができる。
単純かつ低コストに製造可能な細い横断スリットの構造的配置により、アイドリング、半負荷および全負荷稼動時における流体力学的な制御が可能になる。さらに、この構造により、噴射開始特性に影響を及ぼすことなく製造および稼動時において大きな許容性が得られる。
本発明に係る別の構成例においては、横方向に延在する第一の細いスリットが縦方向に延在する第二の細いスリットに接続するよう構成される。
この単純かつ低コストなポンプピストンの構成において、ピストンの角度を機械的に調整することにより、始動運転時ならびにアイドリングおよび全負荷稼動時に対する最適な流体力学的制御が達成される。さらに、この制御方式により、全ての回転領域における最大限のトルクが達成され、小さな炭化水素排出が保持される。従来の技術に対する顕著な利点は、驚くほど単純かつ低コストな方式で低温始動後の連続的な継続運転および高速運転が可能となることである。この際、例えば、バイメタルで制御された制御棒がポンプピストン上に設けられた制御バーを移動させ、これによってピストン角またはピストンの回転位置を変更することによって制御を行うことができる。
細いスリットの半径の深さをポンプピストンの直径の５ないし１０％、特に８％とすれば、好適かつ有効な構成が得られる。
このスリットの深さによれば、少量の生産時において低コストな切削作業が可能となる。
さらに、細いスリットの幅をポンプピストン直径の約２ないし６％、特に４％とすれば好適である。
スリット幅をこのように固定することにより、スロットル断面積を最適化することができる。
さらに、アイドリング、半負荷および全負荷稼動時においてピストンの上下動作中に細い横断スリットが吸入孔と交差する角度位置をポンプピストンが有することが好適である。
この設定により、前記の稼動範囲において、スロットル断面積が予め計算された方式で回転数に応じて変化し、所要の最適な噴射開始時期変更を設定することが保持される。ここで、吸入孔は、例えば円形、楕円形、偏菱形、または三角形等の多様な断面形状を有することができる。
さらに、始動運転時においてピストンの上下動作中に細い横断スリットが吸入孔と交差する角度位置をポンプピストンが有することが好適であり、ここで縦断スリットの軸は吸入孔のほぼ中央に延在する。
このことは、始動時および低温のエンジンの高速運転時においてもスロットル面積が最適となり、これにより所要の噴射開始変更の達成が保持される。
ポンプシリンダを制御ケースと一体的に形成することにより、本発明の最適な構成形態を得ることができる。
この方式により、制御ケース内のポンプ要素および圧力弁等の高価な嵌合部品を規格化することができ、これによって追加的なシリンダの製造コストならびに組み立て場所を節約することができる。
以下に、本発明の実施例につき添付図面を参照しながら詳細に説明する。ここで：
図１は、通常稼動時のピストンの構成例をともなった本発明に係る燃料噴射ポンプの部分断面図、
図２は、図１のポンプピストンの始動運転時を示す説明図、
図３は、本発明に係るポンプピストンの別の実施例を示す透視図、
図４は、エンジン回転数ｎに対する噴射開始αｓを示す説明図、
図５は、スロットル断面積との関連におけるエンジン回転数ｎに対する噴射開始αｓを示す説明図である。
図１は、本発明に係る燃料噴射ポンプの部分断面図であり、吸入孔１４を有するポンプシリンダ１３内で縦方向および回転動作可能なポンプピストン１を備えている。シリンダ１３およびポンプピストン上面４によってポンプ作用空間１５が仕切られている。ポンプピストン１は、さらにその側面３に細い縦断スリット２、横断スリット７、停止溝５および制御溝６を備えている。横断スリット７は停止溝５と縦断スリット２との間に配置されている。
ピストン１の上下動は、図示されていないカムによって駆動される。ポンプピストン１の機械的な角度変移は、図示されていないギア棒として形成された制御棒によって実施され、これは同様に図示されていない外歯型の制御スリーブを介してポンプピストンを始動運転位置、もしくはここに示された通常運転位置に移動させる。ポンプピストン１が下方に移動する際、燃料は吸入孔１４を介してポンプ作動室１５内に吸入され、上方移動に際してはポンプピストン１の上端面４によって吸入孔１４を閉じた後図示されていない噴射管を備える圧力弁を介して同様に図示されていない噴射弁に対して推進される。この推進は、斜めの制御端面１０が吸入孔１４を開放し、燃料がポンプ作用室１５から停止溝５および制御溝６を介し吸入孔１４を通じて逆流し得るようになると同時に終了する。ポンプピストン１の上端面４と細い横断スリット７の下端面１７との間の距離は、吸入孔１４の直径よりも小さなものとなる。これによって、ポンプピストン１の上端面４による吸入孔１４の閉鎖後に、燃料が停止溝５および細い横断スリット７を介して吸入孔１４内に逆流することができる。細いスリット７の小さな断面積により、逆流が絞られる。細いスリット７の下端面がピストンの上下動により吸入孔１４の上端面に到達すると、絞られた燃料逆流が停止し、従来方式の推進が続行される。この流体力学的な作用、すなわち絞られた燃料逆流は、回転数に依存するものである。回転数が高いほど細い横断スリット７の吸入孔１４の領域での滞留時間が短くなり、より少量の燃料が逆流する。すなわち、噴射弁の前方におけるより迅速な圧力形成を意味し、回転数の上昇にしたがって噴射開始がより早くなる。
図２は、図１の燃料噴射ポンプを始動および高速運転時の動作位置において示した部分断面図である。ここで、ポンプピストン１は、ポンプシリンダ１３内において、細い縦断スリット２の中心線Ｘが吸入孔１４の中心Ｚを通じて延在する角度位置を有する。低温のエンジンにおいては、このポンプピストン位置は従来の機械方式で調整され、これは最初の点火に際して遅延した噴射開始をもたらす。
このピストン位置において、一回のピストン上下動中に吸入孔１４と細いスリット２との間の交差が生じる。ポンプピストン１が上下動作に際して上端面４で吸入孔１４を閉鎖した際、燃料は部分的にポンプ作用室１５から細いスリット２を介して絞られ吸入孔１４を通じて逆流し得る。これにおいても、逆流量は回転数に依存し、すなわち回転数の上昇にしたがってより早期の噴射開始がなされる。細い縦断スリット２の下端面が吸入孔１４の上端に到達すると、燃料の逆流が停止し推進が通常に続行される。噴射開始の変動特性は、スリット２の断面積を適宜に設定することによって調整することができる。
図３は、本発明に係るポンプピストンの別の実施例を示し、これは側面３上に細い縦断スリット２と細い横断スリット７を備える。縦断スリット２は、ポンプピストン１の上端面４まで延在している。横断スリット７の下端部１７から上端部８までの距離は吸入孔の直径よりも小さいものとなる。横断スリット７は、停止溝５に対する開口部９とともに細いスリット２に対する別の開口部１１を備える。したがって、横断スリット７は、図１および２の実施例と同様に、停止溝と縦断溝との間に配置される。この実施例において、スリット幅ｂはポンプピストン直径ｄの４％となり、スリットの深さｔはポンプピストン直径の８％となる。さらに、ポンプピストン１上には、制御縁部１０を備えた制御溝６と、始動量制御縁部１６とが設けられる。
図３に示されたポンプピストンは、簡便な方式で切削製造できる。これは、ポンプシリンダ内に取り付けられた後、上端面４と逆の端部においてカム駆動される。上下動速度はエンジン回転数に比例する。ピストンは、アイドリングと全負荷との間における始動および通常運転を制御するために、従来の技術により知られている端部（制御端面１０、始動量制限端面１６）を備えている。細いスリットを追加することにより、高い組み立て許容性および摩耗を縮小する許容性が得られる。
図４は、エンジン回転数ｎに対する噴射開始αｓの変化が示されている。ここで、曲線Ａは、本発明に係る細いスリットを備えない従来方式のポンプピストンにおける噴射開始の変化を示している。この際、ピストンは、最高回転数３に対して最適になるように設定されている。曲線Ｂは、同様に低い回転数２に対して最適に設定された従来方式のポンプピストンを示している。さらに、曲線Ｃは、始動回転数１に対して最適に設定された従来方式のポンプピストンを示している。曲線Ｄは、流体力学的な噴射開始変更を備えた本発明のピストンを使用した際の噴射開始の変化を示しており、これはエンジンの要求にしたがって通常運転、すなわち暖機されたエンジンにおいては低い回転数２と最高回転数３との間に設定されている。噴射開始変化曲線Ｄにおいて、本発明に係るポンプピストンを適用することにより、曲線が低い回転数に対する最適点IIと暖機されたエンジンにおける最大回転数に対する最適点Ｉとを通過することが明らかに示されている。さらに、曲線Ｅにおいては、始動から高速運転（低温のエンジンにおける回転１ないし３）までの噴射開始の変化が示されている。これにより、本発明に係るポンプピストンをこの状態において適用した場合、始動時の最適点IIIと低温のエンジンにおける最大回転数に対する最適点IVとを通過することが示されている。
従来の技術方式によるものを示す曲線Ａ，ＢおよびＣは平均的に漸減する変移を有し、他方、本発明に係る燃料噴射ポンプの曲線ＤおよびＥは平均的に漸増する変移を有する。
図５には、スロットル断面積を変化させた場合のエンジン回転数ｎに対する噴射開始αｓの曲線変移が示されている。これは、細いスリットの断面積の変化によって調整される。曲線ａは、小さなスロットル面積における噴射開始の変移を示しており、これは低回転数領域において急傾斜の早期化を有し、他方、曲線ｃは大きなスロットル断面積における噴射開始の変移を示している。曲線ｂは、図４の曲線ＥおよびＤの噴射開始の変移に相当し、同様にＳ字状の変移を有する。これは、低速回転領域における遅延した噴射開始およびエンジン回転数の上昇にしたがった早期化を示している。
【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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