JP2007512461A - 推進過程制御システムを備えた燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

内燃エンジンにおいて多段階の燃料噴射を行うための燃料噴射ポンプにおいて、ポンプピストン（１）とポンプシリンダ（２）上の周囲側にいずれも窪み部が形成されており、これらは軸方向において多段階の噴射を制御するための制御縁部によって仕切られており、ここで噴射の第１段階（“前噴射”）はポンプシリンダ（２）内の第１の窪み部（１８）のポンプ作用室と反対側の制御縁部（２３）とポンプピストン（１）内の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１１）との共同作用によるポンプ作用室（１６）から吸引孔部（１７）への液流式の第２の還流路の開放によって終了し、噴射の第２段階（“主噴射”）の開始はポンプピストン（１）内の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１２）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２０）との共同作用による第２の還流路の遮断によって制御される。

Description

発明の詳細な説明

この発明は、燃料推進過程を制御する能力を備えた自動車燃料噴射ポンプに関する。これは特に請求項１前段に記載の内燃エンジンにおける燃料の多段階噴射を行うための燃料噴射ポンプに関する。

従来の、大量生産において使用される燃料噴射装置において、前噴射、主噴射、および後噴射に分割することができる異なった段階が電子制御機構によって制御される。広く普及しているコモンレール技術において、電子制御された電磁あるいは圧電要素を使用して、約１０００バールの圧力で燃料が充填されている圧力ラインを燃料噴射のために噴射ノズルと液流接続する。この電子システムの問題点として、高い調達コスト、複雑な製造、運転中における故障頻度、高コストな保守作業が挙げられる。

従って、簡便に製造することができ、低コスト、頑強、かつ保守の必要性が少ない、純粋に機械的な多段階噴射制御を達成することが望まれている。

純粋に機械的な前噴射および主噴射の制御が、例えば１９６０年６月２２日付けの英国特許第８９３６２１号明細書に記載されている。そこに記載されている燃料噴射ポンプは、ポンプシリンダ内に軸方向および回転動作可能に配置されたポンプピストンを備えている。このポンプピストンは、その吸引ピストン動作に際して少なくとも１つの吸引孔部を介して吸引室からポンプピストン端面によって仕切られたポンプ作用室へ燃料を吸引する。ポンプピストンの推進行程に際してまず吸引室への接続を遮断してポンプ作用室からの推進が開始され、これは周囲方向において限定的に形成されたポンプピストン上の傾斜制御縁部（ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｄｇｅ）を使用した吸引孔部へ通じる還流路の開放によって終了する。加えて、ポンプピストン上およびポンプシリンダ上に周囲側に配置された窪み部が設けられており、これは前噴射および主噴射を制御するために軸方向において制御縁部によって仕切られている。この装置において前噴射は、ポンプシリンダ内の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部とポンプピストン内の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部との共同作用によるポンプ作用室から吸引孔部への溢流路の開放によって終了する。主噴射の開始は、ポンプシリンダ内の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部とポンプピストン上の制御縁部との共同作用によって制御される。

この英国特許第８９３６２１号明細書に従った燃料噴射ポンプの問題点は、２つの異なった孔部、すなわち吸引孔部およびこれと分離した制御孔部とが形成される点であり、ここで制御孔部はポンプ作用室への低圧流路を形成するために使用される。主噴射の開始はポンプシリンダ内の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部とポンプピストン端面の制御縁部との共同作用によって制御されるため、ポンプピストンが構造上の制約を伴ったものとなる。前噴射は量的には制御不可能であり；再噴射は実現不可能である。ゼロ推進は、従来と同様に、ポンプ作用室と吸引孔部とを液流式に接続している縦溝部によってのみ調節可能である。

従って、本発明の目的は、前述した問題点を克服することができる、機械式推進過程制御を備えた燃料ポンプを提供することである。この課題は、本発明に従って請求項１に記載の燃料噴射ポンプによって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が示されている。

本発明の提案によれば、内燃エンジンにおいて多段階の燃料噴射を行うための燃料噴射ポンプは、ポンプシリンダ内において軸方向および回転動作可能な少なくとも１つのポンプピストンを備えている。このポンプピストンは、その吸引ピストン動作に際して少なくとも１つの吸引孔部を介して吸引室からポンプピストン端面によって仕切られたポンプ作用室へ燃料を吸引する。ポンプピストンの推進ピストン動作に際して吸引室への接続がポンプピストン端面を被包している上方の主制御縁部によって遮断され、ポンプ作用室からの推進が開始される。このポンプ作用室からの推進は、ポンプピストン上に形成された縦溝部と周囲方向に仕切って形成された下方の傾斜主制御縁部の作用によって吸引孔部へ通じている第１の還流路を開放することによって終了する。

本発明は、ポンプピストンとポンプシリンダ上の周囲側にいずれも窪み部が形成されており、これらは軸方向において多段階の噴射を制御するための制御縁部によって仕切られていることを特徴とする。ここで、噴射の第１段階（“前噴射”）はポンプシリンダ内の第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部とポンプピストン内の第１の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部との共同作用によるポンプ作用室から吸引孔部への液流式の第２の還流路の開放によって終了する。さらに、噴射の第２段階（“主噴射”）の開始は、ポンプピストン内の第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室側の制御縁部との共同作用による第２の還流路の遮断によって制御される。

従って本発明に係る燃料噴射装置は、簡便な構造によってポンプ作用室への燃料の供給と吸引室とポンプ作用室との間の低圧路の形成の両方の機能を成す１つの吸引孔部のみを必要とするものとなる。さらに、英国特許第８９３６２１号明細書に記載された装置に比べて、主噴射の第２の段階の開始をポンプピストン内の第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室側の制御縁部との共同作用による第２の還流路の遮断によって制御するため、さらなる構造上の簡略化を達成することができる。

本発明に係る燃料噴射ポンプ内において、吸引孔部は非円形あるいは円形の断面を有することができる。いずれにしても、吸引孔部はポンプ作用室側の制御縁部とポンプ作用室と反対側の制御縁部とを備えている。円形の断面を有する吸引孔部の場合、“ポンプ作用室側の制御縁部”とは、制御孔部を包囲している円形の制御縁部のポンプ作用室側を向いている半円を意味しており、他方“ポンプ作用室と反対側の制御縁部”とは制御孔部を包囲している円形の制御縁部のポンプ作用室と反対側を向いている半円を意味している。

本発明は、上方の主制御縁部が吸引孔部のポンプ作用室側の制御縁部を遮蔽するポンプピストンの位置、すなわちポンプピストンの推進ピストン動作に際してこのポンプピストンによって吸引孔部が閉鎖されるポンプピストンの位置において、ポンプピストンの第１の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部とポンプシリンダの第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部との間に軸方向に計測して所定の離間距離を有することが好適である。前記の離間距離によって、前噴射のための第１の有効行程ｈ_Ｎ１が定義され、その間に前噴射が行われる。

さらに、本発明は、ポンプピストンの第１の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部がポンプシリンダの第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部を遮蔽するポンプピストンの位置において、ポンプピストンの第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室側の制御縁部との間に軸方向に計測して所定の離間距離を有することが好適である。この離間距離が第１のアイドリング行程ｈ_Ｌ１を定義し、これは前噴射と主噴射の間の時間間隔に相当するものとなる。

本発明の好適な構成形態において、ポンプピストンの第１の窪み部は、実質的にポンプピストン端面に並行に延在する第１の溝部の形状を有している。この第１の溝部は直角形状に形成することが好適である。加えて、ポンプシリンダの第１の窪み部と吸引孔部は周囲方向および軸方向において第１の溝部が下死点から開始したポンプピストンの推進行程に際してまず吸引孔部への液流性接続を形成し、これがその後のポンプピストンの推進行程に際してポンプシリンダの第１の窪み部および吸引孔部の双方への液流性接続に移行し、さらにその後の推進行程に際してポンプシリンダの第１の窪み部への液流性接続が保持される。この際ポンプシリンダの第１の窪み部は常にポンプ作用室と液流性接続を保持する。

この種の第１の溝部、ポンプシリンダの第１の窪み部および吸引孔部の機能的な構成は、ポンプシリンダの第１の窪み部および吸引孔部の周囲方向の突出部が重なり合う領域を有するようにこれらのポンプシリンダの第１の窪み部および吸引孔部を互いにずらして配置することによって実現することができ、ここでポンプシリンダの第１の窪み部はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて吸引孔部を越えるものとなり、吸引孔部はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいてポンプシリンダの第１の窪み部を下回るものとなる。言い換えると、ポンプシリンダの第１の窪み部と吸引孔部とは部分的に同じ軸方向の高さに配置されるように周囲方向および軸方向において互いにずらして配置されており、それによって吸引孔部とポンプシリンダの第１の窪み部との間の液流性接続が第１の溝部によって形成されることが保証される。加えて、ポンプシリンダの第１の窪み部および吸引孔部はその軸方向の高さに関してポンプシリンダの第１の窪み部が推進方向に見て吸引孔部よりも高くなるように配置されており、吸引孔部は軸方向の高さに関して推進方向に見てポンプシリンダの第１の窪み部よりも低くなるように設置されている。

本発明の好適な一構成形態において、第１の溝部の周囲方向の長さは実質的に傾斜した下方の制御縁部の軸方向における突出部の周囲方向の長さに相当する。このことによって、ポンプシリンダ内におけるポンプピストンの回転を通じた要求される制御状態に従って前噴射、主噴射および後噴射に際する燃料噴射量を簡便に変化させることができる。

本発明によれば、ポンプシリンダの第１の窪み部は円形、四角形、正方形、三角形、平行四辺形、台形またはアーチ型の断面を有する袋体形状とすることができる。

本発明の好適な構成形態において、ポンプピストン内の第２の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室と反対側の制御縁部との共同作用によってポンプ作用室から吸引孔部への液流性の第３の還流路の開放により主噴射が終了する。加えて、ポンプピストン内の第２の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部とポンプシリンダの第２の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部との共同作用により第３の還流路を遮断することによって噴射の第３段階（“後噴射”）が制御される。言い換えると、本発明に係る燃料噴射ポンプにより、前噴射および主噴射と並んで非常に簡便な方法で後噴射を制御することができる。

従来はターボ過給機を備えた大型の内燃エンジンのみに標準的に使用されていた後噴射は、排気ガス内に残留している燃焼可能な成分を燃焼することができるため極めて有効であり、それによって環境汚染の原因となる排気ガス内の一酸化炭素および炭化水素成分を低減することができる。加えて、通常３００ないし３５０℃超の温度で始めて満足できる効果を発揮する、後置されている触媒を高温の排気ガスによって加熱することができる。このことは特に内燃エンジンがアイドリングあるいは部分的な負荷で稼動している際に重要であり、これはその際に排気ガスの温度が充分な触媒の性能を発揮するためには低過ぎるためである。

本発明に係る燃料噴射ポンプは、ポンプピストンの第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室側の制御縁部とが重複している際に、ポンプピストンの第２の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室と反対側の制御縁部との間に軸方向の離間距離を有している。前記の離間距離によって主噴射のための第２の有効行程ｈ_Ｎ２が定義され、その間に主噴射が実施される。

さらに、本発明に係る燃料噴射ポンプは、ポンプピストンの第２の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部と吸引孔部のポンプ作用室と反対側の制御縁部とが重複している際に、ポンプピストンの第２の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部とポンプシリンダの第２の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部との間に軸方向の離間距離を有している。前記の離間距離によって主噴射に後続する第２のアイドリング行程ｈ_Ｌ２が定義される。

さらに、本発明に係る燃料噴射ポンプは、ポンプピストンの第２の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部とポンプシリンダの第２の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部が重複している際に、吸引孔部のポンプ作用室と反対側の制御縁部と傾斜した下方の主制御孔部との間に軸方向の離間距離を有している。前記の離間距離によって後噴射のための第３の有効行程ｈ_Ｎ３が定義され、その間に後噴射が実施される。

本発明の好適な構成形態によれば、ポンプピストンの第２の窪み部は傾斜した下方の主制御縁部と実質的に平行に延在する第２の溝部として形成される。この第２の溝部は四角形状とすることができる。加えて、ポンプピストンの推進行程に際して第２の溝部がポンプシリンダの第２の窪み部に対して漸進的に液流性接続を形成し、これがさらなる推進行程に際してポンプシリンダの第２の窪み部ならびに吸引孔部の双方に対する液流性の接続に移行し、さらにその後の推進行程に際して吸引孔部に対する液流性結合が保持されるような方式で、ポンプシリンダの第２の窪み部と吸引孔部が周囲方向および軸方向において互いにずらして配置される。この際ポンプシリンダの第２の窪み部は常にポンプ作用室と液流性接続状態に保持される。

このポンプシリンダの第２の窪み部と吸引孔部との間の相対的な配置の機能的な特性は、ポンプシリンダの第２の窪み部の第２の溝部の方向への突出部と吸引孔部の第２の溝部の方向への突出部が重複する領域を有するようにして達成することができ、それによって推進行程中に第２の溝部が吸引孔部とポンプシリンダの第２の窪み部との間に液流性の接続を形成することが可能となる。加えて、吸引孔部はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて第２の溝部の方向におけるポンプシリンダの第２の窪み部の突出を越えるものとなり、ポンプシリンダの第２の窪み部はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて第２の溝部の方向における吸引孔部の突出を下回るものとなる。

本発明の好適な一構成形態において、第２の溝部の周囲方向の長さは傾斜した下方の制御縁部の軸方向における突出部の周囲方向の長さに実質的に相当し、従って吸引孔部に対するポンプピストンの回転によって負荷制御の全域にわたって後噴射を制御することができる。

本発明によれば、ポンプシリンダの第２の窪み部は円形、四角形、正方形、三角形、平行四辺形、台形またはアーチ型の断面を有する袋体とすることができる。

さらに、本発明によれば、上方主制御縁部が縦溝の方向に向かって第１の傾斜部を備えることが好適であり、すなわち上方制御縁部が推進行程の方向に向かって傾斜している。この種の傾斜部の作用によって、簡便な方式でポンプシリンダ内においてポンプピストンを回転して前噴射で推進される燃料の量の調整を達成することができる。特にこれによって好適な方法で、上方の主制御縁部が吸引孔部のポンプ作用室側制御縁部を遮蔽するポンプピストンの位置において、ポンプピストンの第１の窪み部のポンプ作用室側の制御縁部とポンプシリンダの第１の窪み部のポンプ作用室と反対側の制御縁部との間の軸方向に計測した離間距離が０となることが達成される。言い換えると、離間距離が０になることによって第１の前噴射のための有効行程ｈ_Ｎ１が０になる。これに続くアイドリング行程ｈ_Ｌ１をこのアイドリング行程ｈ_Ｌ１の間に第２の還流路の開放が行われるように選択すると、主噴射も実施されない。さらに、その後の第２のアイドリング行程ｈ_Ｌ２をこのアイドリング行程ｈ_Ｌ２中に下方の主制御縁部が吸引孔部に交合し縦溝を介した液流性接続が吸引孔部とポンプ作用室との間に形成されるように選択すると、後噴射が実施されない。従ってゼロ推進の状態が成立し、これは従来の方式においては縦溝を吸引孔部の向かい側の位置に移動することによってのみ達成可能であった。本発明に係る燃料噴射ポンプによれば、選択可能な負荷調整状態に従って標準制御内でゼロ推進まで噴射量を調節することができる。

傾斜した下方の制御縁部が縦溝の方向に向かってこの縦溝に隣接する位置まで第２の傾斜部を備えることが好適であり、すなわち傾斜した下方の制御縁部が推進方向に向かってさらに傾斜している。これによって第１のアイドリング行程ｈ_Ｌ１または第２のアイドリング行程ｈ_Ｌ２の間に下方の主制御縁部が吸引孔部に交合し縦溝を介した液流性接続が吸引孔部とポンプ作用室との間に形成されることによって簡便な方式でゼロ推進を達成することができる。

本発明に係る燃料噴射ポンプ内において第１の傾斜部および第２の傾斜部の両方が形成されていると、極めて好適な方式で制御空白または制御量の飛びを防止することができる。

次に、多様な制御状態について示された実施例および添付図面を参照しながら、以下に本発明をさらに詳細に説明する。図中において、同一の構成部品は同一の参照符号をもって示されている。

図１ないし図６を参照すると、本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面が示されている。図中において、燃料を低圧で保持している空間が大きな間隔を有している点線で示されており（この点線は左上から右下に延在している）、他方燃料を高圧で保持している空間は小さな間隔を有している点線で示されており（この点線は左下から右上に延在している）。

図１には、本発明に係る燃料噴射ポンプの主要な要素のみ、すなわちポンプピストン１とポンプシリンダ２のみが概略的な断面図で示されている。明瞭化のため図中にはポンプシリンダ２内に軸方向および回転動作可能に配置されたポンプピストン１の一部とポンプシリンダ２の内壁のみが重複平面図によって概略的に示されている。ポンプピストン１の推進行程の方向は矢印Ｆによって示されており、ポンプピストン１の吸引行程は矢印Ｓで示されている。

ポンプピストン１は、ポンプ作用室１６のポンプ側に接しているポンプピストン端面１５を備えている。このポンプピストン端面１５は上方の主制御縁部３によって縁取りされている。ポンプピストン１は傾斜した下方の主制御縁部４と、縦溝５と、上方の主制御縁部３の第１の傾斜部６と、傾斜した下方の制御縁部４の下方の傾斜部７と、開始スリット８とを備えている。加えて、ポンプピストン１の周囲側には第１の溝部９、ならびに第２の溝部１０が形成されている。

第１の溝部９は実質的に上方の主制御縁部３と平行に配置されていて四角形状となっており、ポンプ作用室１６側の制御縁部１１とポンプ作用室１６と反対側の制御縁部１２とを備えている。第１の溝部９の周囲方向の長さは実質的に傾斜した下方の主制御縁部４の軸方向の突出部の周囲方向の長さに相当する。

第２の溝部１０は実質的に傾斜した下方の主制御縁部４に平行に配置されていて四角形状となっており、ポンプ作用室１６側の制御縁部１３とポンプ作用室１６と反対側の制御縁部１４とを備えている。第２の溝部１０の周囲方向の長さは実質的に傾斜した下方の主制御縁部４の軸方向の突出部の周囲方向の長さに相当する。

ポンプシリンダ２の内壁内には、周囲側に吸引孔部１７と、第１の窪み部１８と、ならびに第２の窪み部１９とが形成されている。吸引孔部１７はポンプ作用室１６側の制御縁部２０ならびにポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２１とを備えており、ここで各制御縁部は単に吸引孔部を縁取っている部材として形成されている。第１の窪み部１８は四角形の断面を有する袋体形状に形成されており、ポンプ作用室１６側の制御縁部２２ならびにポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２３とを備えている。第２の窪み部１９は四角形の断面を有する袋体形状に形成されており、ポンプ作用室１６側の制御縁部２４ならびにポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２５とを備えている。

ポンプシリンダ２の第１の窪み部１８と吸引孔部１７とは周囲方向および軸方向において互いにずらして配置されている。これらは、その突出部が周囲方向において重複する領域を有していて従ってポンプピストン１が特定の位置にある際に第１の溝部９を通じて液流性に結合され得るように配置されている。さらに、ポンプシリンダ２の第１の窪み部１８は推進行程の方向に見たその軸方向の高さにおいて吸引孔部１７よりも高くなり、吸引孔部１７は推進方向に見たその軸方向の高さに関してポンプシリンダ２の第１の窪み部１８よりも低くなるように設置されている。

ポンプシリンダ２の第２の窪み部１９と吸引孔部１７とは周囲方向および軸方向において互いにずらして配置されている。これらは、ポンプシリンダ２の第２の窪み部１９の第２の溝部１０の方向への突出部と吸引孔部１７の第２の溝部１０の方向への突出部が重複する領域を有していて従ってポンプピストン１が特定の位置にある際に第２の溝部１０を通じて液流性に結合され得るように配置されている。加えて、吸引孔部１７はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて第２の溝部１０の方向におけるポンプシリンダ２の第２の窪み部１９の突出部を越えるものとなり、ポンプシリンダ２の第２の窪み部１９はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて第２の溝部１０の方向における吸引孔部１７の突出を下回るものとなる。

稼働中において、ポンプピストン１は推進行程に際してその下死点位置から（図示されていない）駆動シャフトの偏心カムによって駆動方向“Ｆ”に駆動され、他方吸引行程中には（図示されていない）戻しバネがポンプピストン１を“Ｓ”の方向に移動させる。

吸引行程中において燃料は上方の主制御縁部３によって仕切られた吸引孔部１７を介して吸引室からポンプピストン端面１５によって仕切られたポンプ作用室１６に吸引される。ポンプピストン１の推進動作に際して、ポンプピストン端面１５を包囲している上方の主制御縁部３の作用によって吸引室への接続が遮断されてポンプ作用室１６からの推進が開始し、これはポンプピストン上に形成された縦溝部５と周囲方向に仕切って形成された下方の傾斜主制御縁部４の作用によって吸引孔部１７へ通じている還流路を開放することによって終了する。

図１には、ポンプピストン端面１５を包囲している上方の主制御縁部３の作用によって吸引室への接続が遮断されてポンプ作用室１６からの推進が開始されるポンプピストン１の推進行程中の一局面が示されている。この局面において、上方の主制御縁部３と吸引孔部１７のポンプ作用室１６側の制御縁部２０とが互いに重なり合った位置にある。燃料が充填されている空間には低圧の燃料が存在している。第１の溝部９および吸引孔部１７は互いに液流性に結合されている。

吸引孔部１７がポンプピストン１によって遮蔽されているため、図１に示されたポンプピストン位置からのポンプピストン１のさらなる推進行程に際してポンプ作用室からの燃料の推進が開始される。ここで推進は、第１の溝部９のポンプ作用室１６側の制御縁部１１がポンプシリンダ２の第１の窪み部１８のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２３と重なり合う状態に達するまで継続され、その後さらなる推進行程に際してポンプ作用室１６と第１の窪み部１８と第１の溝部９と吸引孔部１７との間の第２の還流路が開放される。図１に示されているように、第１の有効行程ｈ_Ｎ１の大きさのポンプピストン１の推進行程がこのために必要となる。

ポンプピストン１が第１の有効行程ｈ_Ｎ１にわたって移動した後第１の溝部９のポンプ作用室１６側の制御縁部１１がポンプシリンダ２の第１の窪み部１８のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２３と重なり合った燃料噴射ポンプの状態が図２に示されている。第２の還流路は未だ遮断されているため、ポンプ作用室１６は高圧の燃料によって充填されている。

ポンプピストン１のさらなる推進行程に際して、第２の還流路によってポンプ作用室１６と吸引孔部１７との間の低圧通路が開放されポンプ作用室１６からの推進が終了する。それによって前噴射が終了する。この第２の還流路は、さらなる推進行程によって第１のアイドリング行程ｈ_Ｌ１を定義するポンプピストン１の第１の溝部９のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部１２と吸引孔部１７のポンプ作用室１６側の制御縁部２０との間の軸方向の距離にわたって移動するまで開放されている。この燃料が充填された空間が低圧を有している燃料噴射ポンプの状態は、図３に示されている。

第２の還流路が遮蔽されているため、図３に示されたポンプピストン位置からのポンプピストン１のさらなる推進行程に際してポンプ作用室からの燃料の推進が開始される。ここで、推進は、主噴射のための第２の有効行程ｈ_Ｎ２を定義するポンプピストン１の第２の溝部１０のポンプ作用室１６側の制御縁部１３と吸引孔部１７のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２１との間の軸方向の距離にわたって移動し該当する制御縁部が重なり合った状態に達するまで継続される。ポンプピストン１のさらなる推進行程に際して、ポンプ作用室１６と第２の窪み部１９と第２の溝部１０と吸引孔部１７との間の第３の還流路が開放される。

ポンプピストン１が第１の有効行程ｈ_Ｎ２にわたって移動した後ポンプピストン１の第２の溝部１０のポンプ作用室１６側の制御縁部１３が吸引孔部１７のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２１と重なり合った燃料噴射ポンプの状態が図４に示されている。第３の還流路が遮断されているため、ポンプ作用室１６は高圧の燃料で充填されている。

ポンプピストン１のさらなる推進行程に際して、第３の還流路によってポンプ作用室１６と吸引孔部１７との間の低圧通路が開放されポンプ作用室１６からの推進が終了する。それによって主噴射が終了する。この第３の還流路は、さらなる推進行程によって第１のアイドリング行程ｈ_Ｌ２を定義するポンプピストン１の第２の溝部１０のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部１４とポンプシリンダ２の第２の窪み部１９のポンプ作用室１６側の制御縁部２４との間の軸方向の距離にわたって移動するまで開放されている。この燃料が充填された空間が低圧を有している燃料噴射ポンプの状態は、図５に示されている。

第３の還流路が遮蔽されているため、図５に示されたポンプピストン位置からのポンプピストン１のさらなる推進行程に際してポンプ作用室１６からの燃料の推進が開始される。ここで、推進は、後噴射のための第３の有効行程ｈ_Ｎ３を定義する吸引孔部１７のポンプ作用室と反対側の制御縁部２１と傾斜した下方主制御縁部との間の軸方向の距離にわたって移動し該当する制御縁部が重なり合った状態に達するまで継続される。ポンプピストン１のさらなる推進行程に際して、縦溝５の作用によってポンプ作用室１６と吸引孔部１７との間の低圧通路が開放され、従ってポンプ作用室１６からの推進が停止され後噴射が終了する。

図７ないし図１２には、図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面が示されている。図７ないし図１２に示された燃料噴射ポンプの状態は、図１ないし図６に示された燃料噴射ポンプの状態に相当する。

まず図７を参照する。高域の制御状態に対応するため、図１に示された制御状態に比べて推進方向においてさらに下方に位置する傾斜した下方の主制御縁部４の部分が吸引孔部１７に交合するように、ポンプシリンダ２内のポンプピストン１が回転される。

不要な繰り返しを回避するために、高域の制御状態における燃料噴射ポンプの機能については図１ないし図６の実施例に関して説明したものを参照することとし、ここでは必要最小限の動作方式を記述する。図７には、ポンプピストン端面１５を包囲している上方の主制御縁部３の作用によって吸引室への接続が遮断されてポンプ作用室１６からの推進が開始されるポンプピストン１の推進行程中の一局面が示されている。吸引孔部１７がポンプピストン１によって遮蔽されているため、図７に示されたポンプピストン位置からのポンプピストン１のさらなる推進行程に際してポンプ作用室からの燃料の推進が開始される。燃料の推進は有効行程ｈ_Ｎ１の間にわたって実施される。ポンプピストン１が第１の有効行程ｈ_Ｎ１にわたって移動した後の燃料噴射ポンプの状態が図８に示されている。ポンプピストン１のさらなる推進行程に際して、第２の還流路によってポンプ作用室１６と吸引孔部１７との間の低圧通路が開放されるポンプ作用室１６からの推進が終了する。それによって前噴射が終了する。第２の還流路が遮蔽されているため、第１のアイドリング行程ｈ_Ｌ１が完了した後、図９に示されたポンプピストン位置からのポンプピストン１のさらなる推進行程に際してポンプ作用室からの燃料の推進が開始される（主噴射）。燃料の推進は第２の有効行程ｈ_Ｎ２の間にわたって継続される。ポンプピストン１のさらなる推進行程に際して、第３の還流路によってポンプ作用室１６と吸引孔部１７との間の低圧通路が開放されポンプ作用室１６からの推進が終了する。それによって主噴射が終了する（図１０）。第２のアイドリング行程ｈ_Ｌ２の間は推進が実施されない（図１１）。第３の還流路が遮蔽されているため、図１１に示されたポンプピストン位置からのポンプピストン１のさらなる推進行程に際してポンプ作用室１６からの燃料の推進が開始される（後噴射）。燃料の推進は第３の有効行程ｈ_Ｎ３の間にわたって継続される。ポンプピストン１が第３の有効行程ｈ_Ｎ３にわたって移動した後、縦溝５の作用によってポンプ作用室１６と吸引孔部１７との間の低圧通路が開放され、従ってポンプ作用室１６からの推進が停止され後噴射が終了する（図１２）。

図１３には、図１ないし図１２に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの実施例の少量の前噴射に対する制御状態が示されている。図１３に示されているように、上方の主制御縁部３の第１の傾斜部６が吸引孔部１７と接合するような位置に、ポンプシリンダ２内において回転可能なポンプピストン１が移動されている。これによって、上方の主制御縁部３と吸引孔部１７のポンプ作用室１６側の制御縁部２０とが重なり合う際に、ポンプピストン１の第１の溝部９のポンプ作用室１６側の制御縁部１１とポンプシリンダ２の第１の窪み部１８のポンプ作用室１６と反対側の制御縁部２３との間の軸方向の離間距離が小さくなるため、前噴射の第１の有効行程ｈ_Ｎ１が小さくなり、従ってこの有効行程ｈ_Ｎ１に推進される燃料の量が低減する。言い換えると、上方の主制御縁部３の第１の傾斜部６によってポンプピストン１の推進行程に際して第１の傾斜部６以外の部分の上方の主制御縁部３に比べてより遅く吸引孔部１７をポンプピストン１によって遮蔽することが可能になる。この方式によって、前噴射中に推進される燃料の量をポンプピストン１の回転によって制御することができる。

図１４には、図１ないし図１３に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの実施例の少量のゼロ推進に対する制御状態が示されている。図１４に示されているように、上方の主制御縁部３の第１の傾斜部６が吸引孔部１７と接合し、上方の主制御縁部３と吸引孔部１７のポンプ作用室１６側の制御縁部２０とが重なり合う際に既に第２の還流路によって溝部９がポンプシリンダの第１の窪み部１８と液流性に接続するような位置に、ポンプシリンダ２内において回転可能なポンプピストン１が移動されている。従って、有効行程ｈ_Ｎ１は０となる。前噴射のための燃料推進は実施されない。加えて、ポンプピストン１のさらなる“推進行程”において第１のアイドリング行程ｈ_Ｌ１中に既に第３の還流路による液流性の接続が開放され、従って主噴射も実施されない。加えて、ポンプピストン１のさらなる“推進行程”において第２のアイドリング行程ｈ_Ｌ２中に既に傾斜した下方の主制御縁部が吸引孔部１７に交合し、従って後噴射も実施されない。この方式によって、燃料のゼロ推進をポンプピストン１の回転によって標準制御において制御することができる。

図１５には、本発明に係る燃料噴射ポンプの推進グラフが示されている。この推進グラフは６枚の個別のグラフＡ−Ｆからなっていて、それらは燃料噴射ポンプの異なった制御状態に対応している。各グラフにはいずれも微分噴射量ｄＱｅ／ｄαがクランク軸角αの角度（°ＫＷ）に対して示されている。ＴＤＣは上死点を示している。

個別グラフＡは、図１４に関して説明したゼロ推進の場合に相当する。

個別グラフＢは、図１３に関して説明した少量の前噴射の場合に相当する。ａによって前噴射の開始が示されており、これは推進行程中において吸引孔部がポンプピストンによって遮蔽されている、燃料噴射ポンプの状態に相当する（図１３）。ｂによって前噴射の終了が示されており、これはさらなる推進行程によって第２の還流路が開放されている燃料噴射ポンプの状態に相当する。

個別グラフＣは、図１ないし図１２に関して説明した大きな前噴射量の制御の場合に相当する。ａによって前噴射の開始が示されており、これは推進行程中において吸引孔部がポンプピストンによって遮蔽されている、燃料噴射ポンプの状態に相当する（図１、図７）。ｂによって前噴射の終了が示されており、これはさらなる推進行程によって第２の還流路が開放されている燃料噴射ポンプの状態に相当する（図２、図８）。

個別グラフＤは、大きな前噴射量および主噴射の制御の場合に相当する。記号ａおよびｂはそれぞれ前噴射の開始と終了に相当する。記号ｃおよびｄはそれぞれ主噴射の開始と終了に相当する。

個別グラフＥは、図１ないし図６に関して説明した部分負荷の際の大きな前噴射量および主噴射の制御に場合に相当する。個別グラフＦは、図６ないし図１２に関して説明した全負荷の際の大きな前噴射量および主噴射の制御に場合に相当する。ａによって前噴射の開始が示されており、これは推進行程中において吸引孔部がポンプピストンによって遮蔽されている、燃料噴射ポンプの状態に相当する（図１、図６）。ｂによって前噴射の終了が示されており、これはさらなる推進行程によって第２の還流路が開放される燃料噴射ポンプの状態に相当する（図２、図７）。ｃによって主噴射の開始が示されており、これは第２の還流路が閉鎖されている燃料噴射ポンプの状態に相当する（図３、図８）。ｄによって主噴射の終了が示されており、これは第３の還流路が開放される直前の燃料噴射ポンプの状態に相当する（図４、図１０）。ｅによって後噴射の開始が示されており、これは第３の還流路が閉鎖されている燃料噴射ポンプの状態に相当する（図５、図１１）。ｆによって後噴射の終了が示されており、これは傾斜した下方の主制御縁部が吸引孔部と未だ交合していない、燃料噴射ポンプの状態に相当する（図６、図１２）。

本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 本発明に係る燃料噴射ポンプの低域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図６に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの高域の制御状態における実施例においてポンプピストンの連続する推進行程局面を示した説明図である。 図１ないし図１２に示された本発明に係る燃料噴射ポンプの少量の前噴射に対する制御状態を示した説明図である。 図１ないし図１３に示された本発明に係る燃料噴射ポンプのゼロ推進に対する制御状態を示した説明図である。 本発明に係る燃料噴射ポンプの推進グラフを示した説明図である。

Claims (20)

1. ポンプシリンダ（２）内において軸方向および回転動作可能に配置された少なくとも１つのポンプピストン（１）を備えており、このポンプピストンはその吸引ピストン動作に際して制御縁部によって仕切られた少なくとも１つの吸引孔部（１７）を介して吸引室からポンプピストン端面（１５）によって仕切られたポンプ作用室（１６）へ燃料を吸引するとともにその推進ピストン動作に際してポンプピストン端面（１５）を被包している上方の主制御縁部（３）の作用によって吸引室への接続を遮断してポンプ作用室（１６）からの推進を開始し、このポンプ作用室からの推進はポンプピストン（１）上に形成された縦溝部（５）と周囲方向に仕切って形成された下方の傾斜主制御縁部（４）の作用によって吸引孔部（１７）へ通じている第１の還流路を開放することによって終了する、少なくとも１つのポンプピストンを備えた、内燃エンジンにおいて多段階の燃料噴射を行うための燃料噴射ポンプであり、
   ポンプピストン（１）とポンプシリンダ（２）上の周囲側にいずれも窪み部が形成されており、これらは軸方向において多段階の噴射を制御するための制御縁部によって仕切られており、ここで噴射の第１段階（“前噴射”）はポンプシリンダ（２）内の第１の窪み部（１８）のポンプ作用室と反対側の制御縁部（２３）とポンプピストン（１）内の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１１）との共同作用によるポンプ作用室（１６）から吸引孔部（１７）への液流式の第２の還流路の開放によって終了し、噴射の第２段階（“主噴射”）の開始はポンプピストン（１）内の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１２）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２０）との共同作用による第２の還流路の遮断によって制御されることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 上方の主制御縁部（３）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２０）が重なり合っている際に、ポンプピストン（１）の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１１）とポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（２３）との間に前噴射を定義する軸方向の離間距離（ｈ_Ｎ１）を有することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ポンプ。
3. ポンプピストン（１）の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１１）とポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（２３）が重なり合っている際に、ポンプピストン（１）の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１２）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２０）との間に第１のアイドリング行程（ｈ_Ｌ１）を定義する軸方向の離間距離を有することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射ポンプ。
4. ポンプピストンの第１の窪み部（９）は実質的にポンプピストン端面（１５）に並行に延在する第１の溝部（９）の形状を有しており、ポンプピストンの推進行程に際して第１の溝部（９）がまず吸引孔部（１７）に対する液流性接続を、続いてポンプ作用室（１６）と液流性接続されたポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）に対する液流性接続を前後して形成するように、ポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）と吸引孔部（１７）が周囲方向および軸方向に互いにずらして配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
5. ポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）および吸引孔部（１７）の周囲方向の突出部が重なり合う領域を有し、ここでポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて吸引孔部（１７）を越えるものとなり、吸引孔部（１７）はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいてポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）を下回るように、ポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）と吸引孔部（１７）が周囲方向および軸方向に互いにずらして配置されることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射ポンプ。
6. 第１の溝部（９）の周囲方向の長さは実質的に傾斜した下方の制御縁部（４）の軸方向における突出部の周囲方向の長さに相当することを特徴とする請求項４または５記載の燃料噴射ポンプ。
7. 第１の溝部（９）は実質的に四角形状であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
8. 上方の主制御縁部（３）が縦溝（５）の方向に向かってこの縦溝に隣接して第１の傾斜部（６）を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
9. 第１の前噴射のための第１の有効行程（ｈ_Ｎ１）を定義する離間距離が０になることを特徴とする請求項８記載の燃料噴射ポンプ。
10. ポンプシリンダ（２）の第１の窪み部（１８）は円形、四角形、正方形、三角形、平行四辺形、台形またはアーチ型の断面を有する袋体形状とすることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
11. 傾斜した下方の主制御縁部（４）が縦溝（５）の方向に向かってこの縦溝に隣接して第２の傾斜部（７）を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
12. ポンプピストン（１）内の第２の窪み部（１０）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１３）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（２１）との共同作用によってポンプ作用室（１６）から吸引孔部（１７）への液流性の第３の還流路の開放により主噴射が終了し、ポンプピストン（１）内の第２の窪み部（１０）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１４）とポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２４）との共同作用により第３の還流路を遮断することによって噴射の第３段階（“後噴射”）が制御されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
13. ポンプピストン（１）の第１の窪み部（９）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１２）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２０）とが重なり合っている際に、ポンプピストン（１）の第２の窪み部（１０）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１３）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（２１）との間に主噴射のための第２の有効行程（ｈ_Ｎ２）を定義する軸方向の離間距離を有していることを特徴とする請求項１２記載の燃料噴射ポンプ。
14. ポンプピストン（１）の第２の窪み部（１０）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（１３）と吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（２１）が重なり合っている際に、ポンプピストン（１）の第２の窪み部（１０）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１４）とポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２４）との間に第２のアイドリング行程（ｈ_Ｌ２）を定義する軸方向の離間距離を有することを特徴とする請求項１３記載の燃料噴射ポンプ。
15. ポンプピストン（１）の第２の窪み部（１０）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（１４）とポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）のポンプ作用室（１６）側の制御縁部（２４）とが重なり合っている際に、吸引孔部（１７）のポンプ作用室（１６）と反対側の制御縁部（２１）と傾斜した下方の主制御縁部（４）との間に第３の有効行程（ｈ_Ｎ３）を定義する軸方向の離間距離を有していることを特徴とする請求項１４記載の燃料噴射ポンプ。
16. ポンプピストン（１）の第２の窪み部（１０）は傾斜した下方の主制御縁部（４）に実質的に並行に延在する第２の溝部（１０）の形状を有しており、ポンプピストン（１）の推進行程に際して第２の溝部（１０）がまずポンプ作用室（１６）と液流性接続されたポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）に対する液流性接続を、続いて吸引孔部（１７）に対する液流性接続を前後して形成するように、ポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）と吸引孔部（１７）が周囲方向および軸方向において互いにずらして配置されることを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
17. ポンプシリンダ（２）の第２の溝部（１０）への突出部および吸引孔部（１７）の第２の溝部（１０）の方向への突出部が重なり合う領域を有し、ここで吸引孔部（１７）はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて第２の溝部（１０）の方向におけるポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）の突出部を越えるものとなり、ポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）はその推進行程の方向に見た軸方向の高さにおいて第２の溝部（１０）の方向における吸引孔部（１７）の突出を下回るものとなることを特徴とする請求項１６記載の燃料噴射ポンプ。
18. 第２の溝部（１０）の周囲方向の長さは実質的に傾斜した下方の制御縁部（４）の軸方向における突出部の周囲方向の長さに相当することを特徴とする請求項１６または１７記載の燃料噴射ポンプ。
19. 第２の溝部（１０）は実質的に四角形状であることを特徴とする請求項１５ないし１８のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。
20. ポンプシリンダ（２）の第２の窪み部（１９）は円形、四角形、正方形、三角形、平行四辺形、台形またはアーチ型の断面を有する袋体形状とすることを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれかに記載の燃料噴射ポンプ。

Images