JP5377084B2 - 内燃機関用噴射ポンプおよび噴射ポンプを有する内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の、内燃機関用噴射ポンプおよび当該噴射ポンプを有する内燃機関に関する。

特許文献１からは、請求項１のおいて書きに記載の、当該分野に係る内燃機関用噴射ポンプであって、内燃機関用の燃料を調達するための吸引室を有する噴射ポンプが知られている。当該吸引室は、２つの吸引孔を介して高圧室と連通している。カム制御されるピストンが圧縮運動しながら高圧室に近づくと、当該ピストンは吸引室に対して、まず高圧室を遮断し、続いて、内燃機関の燃焼室に噴射するための、高圧室にある燃料を圧縮する。

カム制御されるピストンが一定のストローク運動を行う際、さまざまなポンプの容量を現実化するために、ピストンはその外周に、ピストンの圧縮運動方向に対して傾いている制御エッジを有する、高圧室と連通する空隙部を備えている。高圧室に対向する、ピストンの上部エッジが吸引室と高圧室を分離した後、制御エッジが吸引孔を通過するとすぐ、さらなる圧縮運動の際に空隙部が吸引室と高圧室とを再び互いに接続し、その結果、燃料が高圧室から吸引孔へと逆流する。運動軸を中心とするピストンの捩れによって、傾斜した制御エッジが吸引孔を通過するストローク位置が設定され、カム制御されるピストンが一定のストローク運動を行う際の、傾斜エッジ制御の当該ピストン噴射ポンプの噴射は、さまざまに変化させられ得る。

ピストンが圧縮運動において吸引室に対して高圧室を遮断すると、吸い込むプロセスが突然終了することにより、吸引孔における圧力が低下し、それによって吸引孔内にある燃料に気泡が発生しかねない。制御エッジが吸引孔を通過すると、燃料は上昇した圧力下で高圧室から吸引孔へと逆流し、吸引孔内にある気泡を内破させかねない。このようなキャビテーションは、吸引孔を損傷、特に侵食しかねない。

そのために特許文献１は、実施形態において１つの円筒形の部分と、当該部分に隣接し異なった開き角を有する円錐台形の２つの部分とで吸引孔を形成することを提案し、その結果、キャビテーションの発生領域における吸引孔の内壁が後退し、吸引孔で内破する気泡の損傷効果が軽減する。

特許文献２は別の手がかりを追求し、小さな気泡をすでに形成段階で減少させることを提案している。そのために、並行接続部が備えられている。当該並行接続部は、吸引孔と並行して設けられ、かつ、ピストンへの接続口の手前で、吸引孔の円筒部分に連通している。当該並行接続部によって、吸い込むプロセスが終了する間に燃料が円筒部分に流れ込み、圧力の低下を減少する。

独国特許出願公開第10 2005 025 601号明細書 独国特許出願公開第100 46 564号明細書

本発明の課題は、内燃機関の噴射ポンプの吸引孔の、キャビテーションによる損傷を減らすことである。

当該課題を解決するために、請求項１のおいて書きに記載の噴射ポンプが、請求項１の特徴によって改良されている。請求項１５は、当該噴射ポンプを有する内燃機関に保護を与える。

本発明に係る内燃機関用噴射ポンプ、特にディーゼル機関用高圧噴射ポンプは、燃料を準備するための吸引室を備えている。有利なことに、燃料は前供給システムを通って当該吸引室へと供給され得、好適には、このときすでに圧力が上げられている。噴射ポンプはさらに高圧室を備えており、当該高圧室において燃料は、ピストンによって噴射圧に至る。

吸引室と高圧室とは、１つあるいは２つあるいはそれ以上の吸引孔を有する吸引孔構造を介して連通している。当該連通はピストンによって遮断され得、当該ピストンは、高圧室に向かって行われる特にカム制御される圧縮運動の間、まずは吸引室に対して高圧室を遮断し、さらに続いて、高圧室にある燃料の圧力を吸引室に対して上昇させて、内燃機関の燃焼室に燃料を噴出させる。

ピストンは、吸引室と高圧室とを接続するための制御エッジを備えており、当該制御エッジはさらに圧縮運動がなされると吸引孔を通過し、吸引室と高圧室とを再び互いに接続し、その結果、燃料が高圧室から吸引室へと逆流することができる。好ましくは、ピストンはその運動軸を中心に捩れ可能に形成され、制御エッジはピストンの移動方向に対して傾斜しており、その結果、制御エッジが吸引孔を通過するストローク位置が変化し、カム制御されるピストンが一定のストローク運動を行う際の噴射が設定され得る。好適にはピストンの制御エッジは、前制御エッジを備えていない。

吸引孔構造の吸引孔は、異なった開き角を有する少なくとも２つのほぼ円錐台形の部分を備えている。それによって吸引孔の内壁は、キャビテーション発生領域において後退している。好ましくは、吸引室と高圧室とを互いに接続する吸引孔は、上記構成に関しては同一に形成されている。しかしながら、別の幾何学形をし、したがって吸引孔構造の吸引孔とはならない、さらなる吸引孔も備えられていてよい。

本発明に従えば前逃がし孔が備えられており、当該前逃がし孔は、ピストンが圧縮運動を行う際に、制御エッジがまず第１に前逃がし孔を高圧室と接続させるように、前述の吸引孔構造の吸引孔の内部に形成されている。言い換えれば、吸引孔の中心線からの距離は、圧縮運動方向における前逃がし孔の下縁の方が、圧縮運動方向における吸引孔の下縁よりも大きくなっている。吸引孔構造が２つあるいはそれ以上の吸引孔を備えているならば、当該吸引孔のそれぞれが、上記のような前逃がし孔を備えていてよい。同様に、１つあるいは複数の吸引孔の内部に前逃がし孔を形成することも、１つあるいは複数の別の吸引孔の内部に前逃がし孔を形成しないことも可能である。

ピストンが圧縮運動を行う際に、制御エッジがまず第１に前逃がし孔を通過して当該前逃がし孔を高圧室と接続させることにより、より大きな圧力下で高圧室から逆流する燃料が、内壁が後退している吸引孔の部分に目標を定めて前逃がし孔を通って逃がし放出され得るため、吸引孔では気泡が内破しても損傷効果は軽減されているか、あるいは喪失している。しかも、開口し始める際に、最初に通過する前逃がし孔によって、まず、より小さな横断面が開口されることによって、損傷を与える逃がし放出の体積流量が、有利なことに減少される。異なった開き角を有する円錐台部分と、前逃がし孔との組み合わせによって、内燃機関の噴射ポンプの吸引孔の、キャビテーションによる損傷が軽減され得る。

しかも、本発明に従えば吸引孔内部に形成され、それゆえ特に吸引孔の軸方向の延伸に沿って吸引孔に向かって開かれている前逃がし孔における当該逃がし放出は、場合によっては気泡が発生している燃料を、内壁が後退している部分に引き込むことができるため、損傷をさらに軽減することができる。

特許文献２の並行接続部は、吸い込むプロセスが終了する間の圧力上昇に用いられ、それゆえ吸引孔に対して隔てられて設けられており、ピストンへの接続口の手前で吸引孔に連結しているが、当該並行接続部と比較して、吸引孔の内部に設けられた上記のような前逃がし孔は、容易に製造可能である。

好ましくは、前逃がし孔は、当該前逃がし孔が形成されている吸引孔の横断面において、円周方向においては周方向オフセット角の分だけずらされており、かつ、制御エッジの配向方向においては、圧縮運動の方向における最も奥の点に対してずらされている。当該周方向オフセット角は、好適には０度以上かつ４５度以下である。特に好ましくは、前逃がし孔が傾斜した制御エッジに対して、ほぼ対称的になるように、当該前逃がし孔が、圧縮運動の方向において最も奥の点に対して円周方向にずらされている。制御エッジの配向は、ピストンの移動方向に対する制御エッジの傾斜から生じるが、前逃がし孔が円周方向にずらされていることによって、制御エッジのさまざまな位置に対して逃がし放出が最適化される。

好ましい実施形態においては、前逃がし孔の中心軸は、当該前逃がし孔が形成されている吸引孔の中心軸と傾斜角を成し、当該傾斜角は好適には０度以上かつ３０度以下、特に１５度以下、特に好ましくは５度以下である。好ましくは前逃がし孔および／または吸引孔は回転対称的に形成されており、その結果、当該孔の対称軸は当該孔の中心軸を形作る。横断面が回転対称的でない場合、中心軸はたとえば、軸方向に離された２つの横断面の、面の２つの中心点を通る直線であってもよい。当該傾斜角によって逃がし放出は、ピストンからさらに離れていく、内壁が後退した吸引孔の部分に対して特に都合よく向けられ得る。

好ましくは、吸引孔の最小直径、つまりたとえば小さい方の円錐台部分の小さい方の直径は、前逃がし孔の最小直径の最大１０倍、特に好ましくは最大６倍である。それによって、特に都合のよい逃がし放出が達成され得る。

ピストンにより近い円錐台部分の開き角は、好適には、ピストンからより離れた円錐台部分の開き角よりも大きい。それにより、ピストンに対する吸引孔の接続口近傍の内壁は、急激に後退し、その結果、当該吸引孔では逃がし放出によって損傷効果は軽減されて、あるいは損傷効果なく、気泡の内破がもたらされ得る。さらに、吸引孔での流れの条件が改善される。

特に、逃がし放出によって、ピストンにより近い円錐台部分で気泡の内破がもたらされる場合、吸引室に隣接する円錐台部分の開き角は、ほぼ０度に等しいものとなってもよい。本発明では純粋に円筒状の部分は一般化して、開き角０度の円錐台部分と呼ばれる。

吸引孔構造の吸引孔は、一般に、１つあるいは複数の円筒形の部分を有していてもよい。当該円筒形の部分は、０度とは異なる開き角を持つ２つの円錐台部分の、特に手前および／あるいは間に形成されていてもよい。吸引孔は円筒状の部分でピストンに向かって開口しているが、特に好ましくは、当該円筒状の部分に連続して、より大きな開き角、たとえば１０度から７０度の間の領域内、好ましくは２０度から６０度の間の領域内、特に好ましくはおよそ２５度の開き角を持つ円錐台部分が常に隣接し、当該より大きな開き角を持つ円錐台部分に連続して、より小さな開き角、たとえば０度から４０度の間の領域内、好ましくは０度から２０度の領域内、特に好ましくはおよそ０度の開き角を持つ円錐台部分が常に隣接している。

吸引孔構造の吸引孔には、消耗用要素としてそれぞれ１つの突起状防食ボルトが突き出ていてもよい。

さらなる特徴と利点は、従属請求項と実施例より明らかとなる。それに関して、部分的に概略化されて示されるのは以下である。

本発明の実施形態に基づいた噴射ポンプの一部の軸方向の断面図である。 図１の矢印IIの方向における図１の噴射ポンプの一部を示す図である。 図２のIII‐III線に沿った、図１の噴射ポンプの一部の断面図である。

図１は、本発明の実施形態に基づいた内燃機関(図示せず)用噴射ポンプの一部の軸方向の断面図を示しており、当該噴射ポンプは、前供給システム(図示せず)によって、高圧で燃料を入れられる吸引室１を有している。噴射ポンプはさらに高圧室３を備えており、当該高圧室３において燃料は、ピストン４によって噴射圧に上げられ、導管１０を通って内燃機関の燃焼室(図示せず)へと運ばれる。

吸引室と高圧室とは、２つの吸引孔２を有する吸引孔構造を介して連通している。上記の構成において同一に形成されている吸引孔２は、２つの円錐台形の部分８,９を備えている。ピストン４のより近くにある円錐台部分８の開き角αはおよそ２５度で、ピストンからより遠くの円錐台部分９の開き角βよりも大きく、実施例においては、当該開き角βは、およそ９度となっている。それによって、ピストン４に対する吸引孔２の接続口近傍の内壁は、急激に後退している。図示されていない別の実施例では、開き角βは、およそ０度となっている。

吸引孔２は円筒形の部分７を備えている。当該円筒形の部分７は、２つの円錐台部分８,９の手前に設けられており、かつ、当該円筒形の部分７で吸引孔がピストンに向かって開口している。

吸引孔構造の吸引孔には、消耗用要素として、それぞれ１つの突起状防食ボルトが突き出ている(図示せず)。

まず第１に吸引室１と連通して当該吸引室１から燃料で満たされる高圧室３を、ピストン４はカム制御される圧縮運動(図１の上方に向かって)の間、吸引室１に対して遮断し、続いて、高圧室に上記のようにして吸引された燃料の圧力を上げて、最後に燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する(図示せず)。

ピストンは、吸引室と高圧室とを接続するための制御エッジ５を備えている。当該制御エッジ５はさらに圧縮運動が行われた場合、吸引孔２を通過し、吸引室と高圧室とを再び互いに接続し、その結果、燃料が高圧室から吸引孔へと逆流して、噴射ポンプの圧縮プロセスと噴射プロセスが終了される。ピストンはその運動軸を中心にして捩れ可能に形成されており、その結果、ピストンの運動方向に対して傾斜している制御エッジ５が吸引孔２を通過するストローク位置が変化し、カム制御されるピストン４が一定のストローク運動を行う際の噴射が設定され得る。

図１において左側の吸引孔２の内部に、すなわち吸引孔２の軸方向の延伸に沿って(図１の左から右へ)吸引孔２に向かって開口する状態で、前逃がし孔６が形成されており、それによってピストン４が圧縮運動を行う際に制御エッジ５が、まず、前逃がし孔６を高圧室３と接続する。そのために、吸入孔２の中心軸２.１から前逃がし孔６の中心軸６.１までは、軸方向に距離ａが取られており、当該距離ａは、吸引孔２の円筒部分７の半径Ｄ／２よりも大きい。

ピストン４が圧縮運動を行う際に、制御エッジ５がまず第１に前逃がし孔６を通過して当該前逃がし孔６を高圧室３と接続させることにより、より大きな圧力下で高圧室から逆流する燃料が、内壁が後退している吸引孔の円錐台部分８,９に目標を定めて逃がし放出されるため、吸引孔では気泡が内破しても損傷効果は軽減されているか、あるいは喪失している。

前逃がし孔６は、図２から分かるように、当該前逃がし孔６が形成されている吸引孔２の横断面において、円周方向においては、およそ３０度の周方向オフセット角γの分だけずらされており、かつ、制御エッジの配向方向においては(図２では時計回りに)、圧縮運動の方向における最も奥の吸引孔２の点に対してずらされており、その結果、前逃がし孔６は、制御エッジ５に対して対称的に設けられている。

図３に表されているように、回転対称的に形成される前逃がし孔６の中心軸もしくは対称軸６.１は、当該前逃がし孔６が形成されている、回転対称的な吸引孔２の中心軸もしくは対称軸２.１と、およそ２.５度の傾斜角δを成している。当該傾斜角によって逃がし放出は、ピストン４からさらに離れていく、内壁が後退した吸引孔２の円錐台部分８,９に対して特に都合よく向けられる。

吸引孔の円筒部分７の直径Ｄは、前逃がし孔６の直径ｄの５倍となっている。それによって特に都合よく、逃がし放出が達成され得る。

図１の右側の吸引孔２は、上述の左側の吸引孔２とほぼ同構造で形成されており、特に、図１の軸方向の断面図の位置からでは、当該断面図では見えない、前逃がし孔を備えており、当該前逃がし孔は、左側の吸引孔２の上述の前逃がし孔と同じである。

１ 吸引室
２ 吸引孔
２.１ 吸引孔の中心線
３ 高圧室
４ ピストン
５ 制御エッジ
６ 前逃がし孔
６.１ 前逃がし孔の中心線
７ 円筒部分
８ 第１円錐台部分
９ 第２円錐台部分
１０ 孔
ａ 前逃がし孔の中心線と吸引孔の中心線との距離
ｄ 前逃がし孔の直径
Ｄ 吸引孔の直径
α 第１円錐台部分の開き角
β 第２円錐台部分の開き角
γ 周方向オフセット角
δ 傾斜角

Claims (15)

1. 内燃機関用噴射ポンプであって、
   吸引室（１）と、
   高圧室（３）と、
   前記吸引室と前記高圧室とを接続する少なくとも１つの吸引孔（２）を有する吸引孔構造と、
   前記吸引室と前記高圧室とを接続するための制御エッジ（５）を有し、前記吸引室に対して前記高圧室を遮断するためのピストン（４）と、を備えており、
   前記吸引孔構造の前記吸引孔は、異なる開き角（α≠β）を持つほぼ円錐台形の少なくとも２つの部分（８，９）を備える噴射ポンプにおいて、
   前逃がし孔（６）が、前記ピストン（４）の圧縮運動の際に前記制御エッジ（５）がまず前逃がし孔（６）を前記高圧室と接続するように、前記吸引孔構造の吸引孔（２）内に形成されており、
   前記ピストン（４）はその運動軸を中心にして捩れ可能に形成されており、その結果として、前記ピストン（４）の運動方向に対して傾斜している前記制御エッジ（５）が前記吸引孔（２）を通過するストローク位置が変化し、前記ピストン（４）が一定のストローク運動を行う際の噴射が設定され、
   前記高圧室（３）において燃料は、前記ピストン（４）によって噴射圧に上げられ、前記噴射ポンプの長手方向において延在している導管（１０）を通って内燃機関の燃焼室に運ばれることを特徴とする噴射ポンプ。
2. 前記前逃がし孔（６）は、該前逃がし孔（６）が形成されている前記吸引孔（２）の横断面において、円周方向においては周方向オフセット角（γ）の分だけずらされており、かつ、前記制御エッジ（５）の配向方向においては、圧縮運動の方向における最も奥の点に対してずら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。
3. 前記周方向オフセット角（γ）が、０度から４５度の間であることを特徴とする請求項２に記載の噴射ポンプ。
4. 前記前逃がし孔（６）の中心軸（６．１）が、該前逃がし孔が形成されている前記吸引孔（２）の中心軸（２．１）に対し、前記ピストン（４）に対する前記吸引孔（２）の接続口の油圧半径（Ｄ／２）よりも大きい距離（ａ）を取っていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
5. 前記前逃がし孔（６）の中心軸（６．１）は、該前逃がし孔（６）が形成されている前記吸引孔（２）の中心軸（２．１）と傾斜角（δ）をなしていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
6. 前記傾斜角（δ）が、０度から３０度、特に０度から１５度の間であることを特徴とする請求項５に記載の噴射ポンプ。
7. 前記前逃がし孔（６）の最小油圧直径（ｄ）が、該前逃がし孔（６）が形成されている前記吸引孔（２）の最小油圧直径（Ｄ）の少なくとも０．１倍、特に少なくとも０．２倍に相当することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
8. 前記吸引孔構造が、少なくとも２つの吸引孔（２）を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
9. 少なくとも１つの吸引孔（２）内に前逃がし孔（６）が形成され、少なくとも１つの別の吸引孔（２）内には前逃がし孔（６）が形成されていないか、あるいは前記吸引孔構造のそれぞれの吸引孔（２）内に前逃がし孔（６）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の噴射ポンプ。
10. 前記ピストン（４）により近い円錐台部分（８）の開き角（α）が、前記ピストンからより遠い円錐台部分（９）の開き角（β）よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
11. 前記吸引室（１）に隣接する円錐台部分（９）の開き角（β）が、ほぼ０度であることを特徴とする請求項１０に記載の噴射ポンプ。
12. 前記吸引孔構造の前記吸引孔が、２つの円錐台部分（８，９）の特に手前あるいは間に設けられている、円筒形の部分（７）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
13. 前記吸引孔構造の前記吸引孔（２）に、それぞれ１つの突起状防食ボルトが突き出ていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
14. 前記制御エッジ（５）が、前制御エッジなしに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の噴射ポンプ。
15. 内燃機関、特にディーゼル内燃機関であって、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の噴射ポンプが配設されている、少なくとも１つのシリンダーを備えている内燃機関。

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