JPH11311164A - 耐スカッフィング、耐摩耗プランジャ、ジルコニアセラミックプランジャ、ユニット燃料インジェクタ、アキュムレ―タアセンブリ、及び電子燃料ポンプ - Google Patents

耐スカッフィング、耐摩耗プランジャ、ジルコニアセラミックプランジャ、ユニット燃料インジェクタ、アキュムレ―タアセンブリ、及び電子燃料ポンプ

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JPH11311164A
JPH11311164A JP11033536A JP3353699A JPH11311164A JP H11311164 A JPH11311164 A JP H11311164A JP 11033536 A JP11033536 A JP 11033536A JP 3353699 A JP3353699 A JP 3353699A JP H11311164 A JPH11311164 A JP H11311164A
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fuel
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scuffing
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ケイ．ヒッキー ダン
J Victor Perr
ペール ジェー．ビクター
David M Rix
エム．リックス デービッド
Joseph C Bentz
シー．ベンツ ジョゼフ
Thomas M Yonushonis
エム．ヨヌショニス トーマス
Malcolm G Naylor
ジー．ナイラー マルコム
Kazuhiro Shinosawa
和弘 篠沢
Iii John T Carroll
ティー．キャロル ３世 ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の高圧燃料装置構成要素で使用するた
めの耐摩耗および耐スカッフィングのプランジャを提供
する。 【解決手段】好ましくは６×１０-6／℃よりも大きい熱
膨張係数および好ましくは８００Ｋｇ／ｍｍ2よりも大
きい硬度を有する高熱膨張、高硬度セラミックで形成さ
れているプランジャは、燃料システム作動環境で受ける
高軸方向、側方負荷および圧力負荷ならびに可変品質燃
料の下で過剰の燃料漏れを避けながらスカッフィングあ
るいはスティッキングなしの効率的なプランジャ機能を
所望の最適最少直径方向クリアランスで保持する。好ま
しい高熱膨張、高硬度セラミックスはジルコニア、アル
ミナ‐ジルコニアおよびアルミナである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に高圧燃料シ
ステムおよび高圧燃料システム構成要素用プランジャ、
特に高硬度・高熱膨張セラミック材料で作られている耐
スカッフィングの高性能プランジャに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関燃料システムの構成要素、特に
シリンダへの調整された高圧燃料量の供給を要求するこ
れらのエンジンは数千時間も故障しないで理想的な機能
を果たさなければならない。燃料を加圧し、燃焼室に送
り出される燃料のタイミング及び／又は燃料の量を調整
するために使用されるプランジャは欠かせない統合燃料
システム構成要素である。
【０００３】燃料システムプランジャおよび他の構成要
素は、重い機械的負荷がプランジャおよび／または他の
構成要素の軸方向および横方向、すなわち側方向の両方
に加えられるかもしれない場合、インジェクタ、ポンプ
および他のアセンブリの広範囲の作動温度にわたる極端
に悪い環境下で作動することが必要である。プランジャ
がそのボアの中で軸方向に往復運動するにつれて、プラ
ンジャおよびボアの両方の温度が増加する。高圧燃料シ
ステムでは、プランジャは、エンジン動作中プランジャ
に加えられる軸方向負荷および横方向負荷、すなわち側
面負荷によってゆがめられたボア内で往復運動すること
が必要とされ得る。結果として、最初の直径クリアラン
スは保持されず、プランジャは、エンジン動作中にゆが
められたボア壁に押しつけられ、摩耗、スカッフィン
グ、スティッキング、最終的には故障を生じる。さら
に、低品質で汚染燃料は、悪い燃料システムプランジャ
作動環境の形成の一因となる。ますますディーゼルエン
ジンで使用される燃料、特に低潤滑性の燃料や代替燃料
および水で汚染されるかもしれない燃料の種類は、燃料
システムが最適に機能を果たすことができる特別の部品
あるいは調節装置を通常必要とする。理想的には、往復
運動プランジャ要素は、有効なエンジン動作を保持する
耐スカッフィングでなければならない。全ての種類の燃
料汚染物質、特に水の存在は、スティッキング、スカッ
フィングおよび焼付きを生じる従来のプランジャの傾向
を増加させる。
【０００４】燃料システムプランジャを形成するために
使用される材料は、耐スカッフィングィングおよび耐摩
耗の両方であり、燃料システム環境の悪条件の下で要求
通りに機能を果たすことができるプランジャを作ろうと
して数年間改良されてきた。金属プランジャは許容でき
ない修理レベルおよび故障レベルを経験した。さらに、
金属プランジャが高圧燃料システムで使用される場合、
サード本体(third body)砕片の存在は効率的な燃料を妨
害する。サード本体砕片は、燃料システム内にあること
を目的としていない燃料汚染物だけでなくプランジャあ
るいは燃料システム構成要素ボアからの粒子を含んでい
る。これらの粒子は、プランジャ表面の中に埋め込まれ
るようになり、直径クリアランスを有効に減少させ、最
終的にはプランジャがボア壁に押し込まれて、プランジ
ャがボアの中で往復運動できず、摩擦圧接あるいは焼付
きが生じる。燃料の水汚染で引き起こすことができ、い
くつかの代替燃料の特性である可能性がある燃料潤滑性
の減少は、燃料システム構成要素ボア内のプランジャの
摩擦圧接あるいは焼付きの一因となる主要な要因でも有
り得る。これが生じる場合、燃料システム動作は、もち
ろん妨げられる。
【０００５】燃料システムプランジャがそのボア内で自
由に往復運動することができることに加えて、プランジ
ャとボアとの間の最適最少直径クリアランスの保持は過
剰の燃料漏れを防止する。プランジャの周りのわずかの
燃料漏れは、プランジャが高圧燃料システムの動作中往
復運動する場合潤滑に必要である。しかしながら、効率
的なエンジン動作を防止し、さらにエンジン動作をさら
に完全に妨げるかもしれない過剰の燃料漏れは、効率的
な燃料分配および／または噴射を妨害する。
【０００６】先行技術は、内燃機関のいろいろな構造お
よび構成要素を形成するために耐摩耗材料および耐食材
料の使用を提案している。例えば、ジル（Gill）の米国
特許第4,794,894号およびベンツ（Bentz）の米国特許第
4,848,286号は、セラミック傾斜ピボットロッドに関す
るものであり、ジル（Gill）らの米国特許第4,806,040
号はセラミックボールおよびソケットジョイントに関す
る。クレケ（Kulke）らの米国特許第4,266,729号は、高
品質のスチール、セラミックあるいは工業ガラスのよう
な耐食材料からインジェクタ弁ニードルチップおよび／
またはディスクを形成することを開示している。クロル
３世（Carroll,III）らの米国特許第5,409,165号は、耐
衝撃摩耗のセラミックで作られているチップおよびセラ
ミックあるいは金属で作られてもよい本体を有する耐摩
耗の燃料インジェクタプランジャアセンブリを開示して
いる。チップおよび本体は、特に長いモータリングによ
って発生される高温および摩擦力に耐えるために一緒に
固定されるように構成される。しかしながら、これらの
２つの特許も発明者が知っている先行技術のどれも、利
用可能な燃料システム、特にディーゼルエンジンで使用
される利用可能な燃料システムで直面される高圧燃料シ
ステムプランジャのスカッフィングおよびスティッキン
グの特定の問題を扱っていない。さらに、先行技術は、
過剰の燃料漏れを防止するためにプランジャとボア壁と
の間の最適最少直径クリアランスを保持できる高圧燃料
システムプランジャも提供していない。
【０００７】したがって、先行技術は、特に頻発する修
理あるいは取り替えを必要としないで効率的に作動する
ためにサード本体砕片および低潤滑性燃料および汚染燃
料ならびに重い機械的負荷のような悪作動条件にさらさ
れている場合、十分耐スカッフィングおよび耐摩耗であ
る高圧燃料システム用プランジャを提供しない。このよ
うな高圧燃料システムプランジャに対する要求がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主目的は、先行技術の欠点を解決し、いろいろな品質の
燃料、特にいろいろな潤滑度を有する燃料によって駆動
供給される内燃機関用高圧燃料システムのための耐スカ
ッフィングのプランジャを提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、耐摩耗および耐スカ
ッフィングのセラミック材料から作られ、プランジャが
内部で広範囲の作動温度にわたる燃料システム動作中最
適最少直径方向クリアランスを保持するように往復運動
するボアに対する大きさに合うように作られている高圧
燃料システム往復運動プランジャを提供することにあ
る。
【００１０】本発明の他の目的は、プランジャへの高軸
方向負荷および／または側方負荷の存在下で、最少直径
方向クリアランスで信頼性のあるスカッフィングのない
動作ができるディーゼルエンジンのための高圧燃料シス
テムプランジャを提供することにある。
【００１１】本発明のさらにもう一つの目的は、信頼性
のある無修理の内燃機関高圧燃料システムプランジャを
提供することにある。
【００１２】本発明のさらにもう一つの目的は、８００
Ｋｇ／ｍｍ2よりも大きい硬度および６×１０-6／℃よ
りも大きい熱膨張係数を有するジルコニア、アルミナ‐
ジルコニアあるいはアルミナセラミックで作られている
内燃機関高圧燃料システム用耐摩耗および耐スカッフィ
ングのプランジャを提供することにある。
【００１３】本発明のさらにもう一つの目的は、変態強
化ジルコニアで作られている内燃機関高圧燃料システム
用セラミックプランジャを提供することにある。
【００１４】本発明のさらにもう一つの目的は、金属燃
料システムプランジャに関連するワニス堆積を避ける内
燃機関高圧燃料システム用耐摩耗および耐スカッフィン
グのセラミックプランジャを提供することにある。
【００１５】さらにもう一つの目的は、プランジャが、
燃料システムポンプ本体の軸方向ボア内の１インチの７
６／１０6〜１２８／１０6の最少最適直径方向クリアラ
ンスで往復運動し、所望の間隔で制御されたトラップ高
圧燃料量を１つあるいはそれ以上のエンジンシリンダに
直接あるいは間接に供給するように作動可能なように置
かれ、前記プランジャが、６×１０-6／℃よりも大きい
熱膨張係数および８００Ｋｇ／ｍｍ2よりも大きい硬度
を有する耐摩耗の高硬度・高熱膨張セラミック材料で作
られ、かつ前記プランジャが、軸方向ボアに対して前記
最適直径方向クリアランスを保持し、燃料システムポン
プ動作中にスティッキングを生じないで前記軸ボア内で
自由に往復運動するような大きさに前記ボアに対してさ
れている、高圧燃料を内燃機関のシリンダに直接あるい
は間接に供給する高性能燃料システム用耐スカッフィン
グおよび耐摩耗のプランジャを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前述の目的は、耐摩耗お
よび耐スカッフィングであり、プランジャが悪エンジン
作動条件の下でさえ、スティッキングなしで自由に往復
運動できるように置かれるボア内で十分な最少直径クリ
アランスを保持する、内燃機関の高圧アキュームレータ
および他の燃料システムのポンピングユニットで使用す
るための高圧燃料システムプランジャを提供することに
よって達成される。このプランジャは、８００Ｋｇ／ｍ
ｍ2よりも大きい硬度および６×１０-6／℃よりも大き
い熱膨張係数を有する耐スカッフィングィングセラミッ
ク材料から形成され、内部でプランジャがエンジン動作
中プランジャの周りに燃料漏れを防止するように往復運
動するボアの壁を有する１インチの７６／１０6〜１２
８／１０6の最少最適直径方向クリアランスを提供する
ような大きさにされる。
【００１７】他の目的および長所は、下記の説明、特許
請求の範囲および図面から明らかである。
【００１８】
【発明の実施の形態】高圧燃料システムの有効な動作
は、このシステムのプランジャが、プランジャが往復運
動するボアを有する最少直径クリアランスを保持してい
る間、スカッフィングおよびスティッキングしないで自
由に往復運動することが必要である。燃料システムプラ
ンジャのスカッフィングおよびスティッキングは、通常
ＲＰＨ、すなわち１００当たりの修理数として示されて
いる高燃料システム修理の一つの原因である。さらに、
高保証費用および高修理費用は、故障した不作動の燃料
システムプランジャの取り替えから生じる。本発明の高
圧燃料システムプランジャは、極端に悪用されたエンジ
ン作動条件および低潤滑性燃料にさらされる場合さえ、
スティッキングあるいはスカッフィングを生じない信頼
性のある耐摩耗のプランジャである。したがって、本発
明は、故障した不作動の燃料システムプランジャによっ
て引き起こされる修理費用および保証費用の両方の発生
を効果的に下げる。
【００１９】本発明のプランジャは、通常高圧燃料装置
の欠かせない構成要素であり、燃料を加圧し、エンジン
燃焼室に直接あるいは間接に供給される燃料のタイミン
グおよび／または燃料の量を調整するために使用され
る。このようなプランジャ全ては、プランジャが往復運
動するように位置決めされた“バレル”あるいはボア中
にトラップ燃料量を無理やり押し込み、トラップ燃料を
非常に高い水準に加圧する。本発明のプランジャによっ
て加圧された燃料は、２４，５００ｐｓｉあるいはそれ
以上の高圧に到達できる。高熱膨張、高硬度、耐スカッ
フィングのセラミックの燃料システムプランジャを形成
することによって、プランジャが、金属プランジャのス
ティッキング、スカッフィングあるいは焼付き特性がな
い燃料装置作動圧および温度の全範囲にわたって非常に
狭い作動クリアランスで金属本体に通常形成される相対
のボアの内部で往復運動できることが分かった。本発明
に対して好ましいセラミックスおよびプランジャが往復
運動するボアを含む燃料システム構成要素を形成するた
めに通常使用されるスチールの原子構造の相違によっ
て、セラミックプランジャおよび金属ボア壁は、プラン
ジャポンピングストローク中の直接接触の際の材料の往
復移送に抵抗する。スチールから形成されるプランジャ
は、偶発の接触中ボア壁とプランジャとの間で材料を前
後方向に移送する非常に顕著な傾向を有する。このよう
な接触は、例えば、プランジャへの高い曲げ負荷、ボア
のねじれ、潤滑膜の損失、および燃料システム動作中の
サード本体砕片の存在によって引き起こされる。さら
に、燃料の全ての種類の汚染物の存在は、スティッキン
グ、スカッフィングおよび焼付きを生じる従来のプラン
ジャの傾向を増加させる。水は、特にプランジャ動作に
ひどい影響を及ぼす燃料汚染物である。
【００２０】プランジャの最大直径長さとプランジャが
往復運動するように置かれたボアの壁との間の直径方向
クリアランスあるいは環状クリアランスは、クリアラン
スを通る燃料の流れを最適化するのに必要とされる程度
に小さく形成することができる。わずかな燃料は、プラ
ンジャとボア壁との間のクリアランスを通って流れ、プ
ランジャが燃料システム動作の高燃料圧および高外部負
荷特性でボア内部で往復運動できるのに必要な潤滑を与
えなければならない。しかしながら、クリアランスがと
ても大きいならば、過剰の燃料はプランジャの周りに漏
れ、効率的な燃料システム動作に必要な高燃料圧は保持
されない。たとえ最初の直径クリアランスが最適である
としても、時間経過に従って過剰の漏れを生じ得る先行
技術の金属プランジャも摩耗を受ける。
【００２１】図面は、本発明のセラミック燃料システム
プランジャの例示的な使用を示している。このセラミッ
クプランジャは、汚染されているかあるいは高外部力、
特に高軸方向負荷および／または高側方負荷の存在下で
低潤滑性を有し得る高圧燃料を直接的あるいは間接的に
プランジャがエンジン燃焼室あるいはシリンダに送り出
すのに必要とされる種々異なったエンジン燃料システム
環境で効率的に使用することができることが予想され
る。このようなプランジャは、例えば、ミッドレンジで
高出力およびヘビーデューティのエンジンのユニットイ
ンジェクタ上部プランジャあるいはインジェクタもしく
は燃料ポンプタイミングプランジャあるいはポンピング
プランジャとしての機能を果たすことができる。
【００２２】図面を参照すると、図１は、タイミングプ
ランジャ１４を含むタイプのタイミングアセンブリを有
するオープンノズル高圧ユニット燃料インジェクタ１０
における本発明のプランジャの１つの実施の形態を概略
断面で示している。米国特許第5,094,215号および米国
特許第5,611,317号は、図１に示されたタイプのユニッ
ト燃料インジェクタを開示している。これらの特許の開
示は、これによって参照してここに組み込まれる。図１
に示されているように、タイミングプランジャ１４は、
計量プランジャ１２を含むマルチ部品のプランジャアセ
ンブリの一部を形成する。タイミングプランジャ１４お
よび計量プランジャ１２は、燃料（あるいは他のタイプ
のタイミング流体）が燃料供給源（図示せず）から燃料
インジェクタ本体１６の燃料通路１５を通ってインジェ
クタノズル２０に向けられる燃料の送り出しのタイミン
グを調整するように毎サイクルに計量（調量）され得る
コラプシブル式のタイミング室を形成する。タイミング
プランジャの特定構成は重要でない。タイミングプラン
ジャ１４は、タイミングプランジャを上方に付勢するス
プリング（図示せず）を支持し得る突出部１８を含んで
いる。タイミングプランジャの他の構成は本発明により
セラミックで形成されてもよい。インジェクタノズル２
０および本体１６は、リテーナ２２によって軸方向に位
置合わせされ、一緒に保持される。軸方向のボア２４
は、本体１６の長さ全体にわたって延び、インジェクタ
ノズル２０と流体連通している。複数の離間された噴射
ボア（図示せず）は、エンジンシリンダ（図示せず）へ
の高圧燃料の噴射を最適化するようにインジェクタノズ
ル２０の終端に設けられている。
【００２３】タイミングプランジャ１４は、インジェク
タ本体１６のボア２４内で軸方向に往復運動する。下方
への力は、一方の端部３０がロッカーレバー３４によっ
て係合されるリンク２８によって計量プランジャ１２に
印加される。リンク２８の他方の端部３２は、エンジン
動作中計量プランジャ１２に直接あるいは間接に接触
し、それの間に形成される計量室で計量され、トラップ
されるタイミング流体によってタイミングプランジャ１
４に下方への力を加える。ロッカーレバー３４は、プッ
シュチューブ３８およびカムフォロワ４０を通してエン
ジンカムシャフト３６に動力を伝えるように接続されて
いる。ロッカーレバー３４は、一般的にはエンジン動作
中タイミングプランジャ１４に軸方向負荷および側方負
荷の両方を加える。矢印（Ａ）は、ロッカーレバー３４
によってプランジャ１４に加えられる軸方向負荷を示し
ている。矢印（Ｂ）は、ロッカーレバー３４によってプ
ランジャ１４に加えられる側面負荷を示している。タイ
ミングプランジャがインジェクタ本体１６で往復運動す
るときにタイミングプランジャ１４にロッカーレバー３
４によって加えられる軸方向負荷は２４００ポンドであ
ってもよい。これらの軸方向負荷および側面負荷に加え
て、２４，５００ｐｓｉおよびそれ以上の圧力は、タイ
ミングプランジャがインジェクタノズル２０の方へ移動
するときにタイミングプランジャの下方ストロークによ
って発生される。これは、タイミングプランジャと計量
プランジャとの間のキャビティ（Ｃ）にトラップされた
燃料を加圧し、上方の軸方向にタイミングプランジャ１
４に作用し、下方の軸方向に計量プランジャ１２に作用
する２４，５００ｐｓｉあるいはそれ以上の負荷を生じ
る。図１に示されているように、この圧力は、タイミン
グプランジャ突出部１８の面まで含むタイミングプラン
ジャ１４の面全体に加えられる。
【００２４】セラミックタイミングプランジャ１４は、
インジェクタ本体ボア２４の直径に対して最適最少直径
方向クリアランスを与えられるような大きさにされる。
好ましくは、この直径クリアランスは、１インチの７６
／１０6〜１２８／１０6（０．００００７６〜０．００
０１２８）（１．９３〜３．２５ミクロン）の範囲にあ
る。直径方向クリアランスは、現在使用可能なステンレ
ススチールプランジャと本発明のセラミックタイミング
プランジャ１４との間の熱膨張の差による従来公知のプ
ランジャ設計の直径クリアランスよりも小さくてもよ
い。前述のタイミングプランジャへの負荷およびインジ
ェクタ本体１６へのクランプ負荷は、直径クリアランス
を減少させる軸方向ボアをしばしばゆがめる。ロッカー
レバー発生側面負荷（矢印Ｂ）は、そのときボア２４の
壁にタイミングプランジャ１４を押しつける。プランジ
ャスカッフィングおよび摩耗は、このような環境の下で
生じる。インジェクタ本体ボアのサード本体砕片の存在
はこれらの負荷の下でプランジャ問題を構成する。
【００２５】図１のプランジャアセンブリのタイミング
プランジャ１４および計量プランジャ１２の両方は、同
じ種類および程度の軸方向負荷および側面負荷を受け
る。さらに、タイミングプランジャ１４と軸方向のボア
２４の壁との間および計量プランジャ１２と軸方向のボ
ア２４の壁との間の直径方向クリアランスは、過剰の燃
料漏れを避けるようにできるだけ小さくしなければなら
ない。前述のように、両方のプランジャに対して１イン
チの約７６／１０6〜１２８／１０6の直径方向クリアラ
ンスが望ましい。本発明による高熱膨張セラミックから
タイミングプランジャおよび計量プランジャの両方を形
成することは、低品質で低潤滑性燃料がある場合さえ、
スカッフィングなしにインジェクタ動作中に受ける高軸
方向負荷および高側方負荷の下でこの非常に小さい直径
方向クリアランスの保持を可能にする。
【００２６】図２は、開示が参照してここに組み込まれ
る、一般に本出願の譲受人に譲渡された名称が「コンパ
クト高性能燃料システム」(Compact High Performance
FuelSystem)であるＰＣＴ特許公報ＷＯ９４／２７０４
１に示されているタイプのアキュムレータ燃料ポンプシ
ステム５０を示している。このアキュムレータポンプタ
イプ燃料噴射システムは、分配デバイス、すなわち燃料
パルスを別個の供給ラインを介して各インジェクタに分
配するために高圧アキュムレータの下方に置かれたロー
タリディストリビュータと、噴射のタイミングおよび計
量を決定するためにアキュムレータと分配デバイスとの
間に燃料回路に沿って置かれたタイミング・計量デバイ
スとを含んでいる。高圧燃料ポンプは、エンジンの中に
噴射するために非常に高圧にアキュムレータの中の燃料
を保持するように作動する。高圧ポンプは、各々がアキ
ュムレータに接続されているポンプバレルに形成されて
いるそれぞれのボア６０、６２の最適最少直径方向クリ
アランスに相補的に取り付けられているポンププランジ
ャ５６および５８をそれぞれ含んでいる２つのポンプ装
置５２および５４を含んでいる。各ポンププランジャ
は、カムシャフト６４およびプランジャ５６、５８とカ
ムシャフト６４のカム７０、７２との間に置かれたそれ
ぞれのタペットアセンブリ６６、６８によって作動され
る。開示されたシステムは、セラミックポンピングプラ
ンジャ５６、５８の使用によって本発明により改良され
ている。ポンピングプランジャ５６、５８は、それぞれ
の軸方向のボア６０、６２内部で往復運動し、燃料がア
キュムレータ内部の所望の圧力を保持するのに十分な量
で高圧アキュムレータ７４の中および低圧アキュムレー
タ７６の中に非常に高い圧力で送り込まれるようにさせ
るために必要である。このタイプの装置のポンピングプ
ランジャは、エンジンのシリンダの全てに燃料を供給す
るのに必要な燃料の全てを供給するために必要であり、
３つあるいはそれ以上のシリンダに対して燃料を供給す
る必要が有り得る。高圧アキュムレータ７４内部の十分
な圧力（例えば、３０，０００ｐｓｉあるいはそれ以
上）の保持はシステムの満足な動作のために必須であ
る。ポンピングユニットのいずれかのユニットの故障は
燃料システムの深刻な誤動作を生じ得る。したがって、
保守工程あるいは修理工程を受けないで長い期間にわた
って各ポンピングユニットの予測可能な信頼性のある動
作が必要である。セラミックポンピングプランジャが取
り付けられるボア内部に近接した直径方向クリアランス
を有する本発明のセラミックポンピングプランジャの使
用は、この要件を満たすのに役立つことができる。アキ
ュムレータに蓄積された燃料は、エンジンの各シリンダ
に置かれた噴射ノズルにこのタイプの燃料システムポン
プによって分配される。軸方向ボア内部で往復運動する
ように置かれた同一のセラミックポンピングプランジャ
を含む追加のポンピングユニットは、図２のシステムに
含めることもできる。図１に示された燃料インジェクタ
におけるように、プランジャ５６および５８は、エンジ
ン動作のために必要に応じて高圧燃料を高圧アキュムレ
ータ７４の中に送り出すために、理想的には燃料漏れを
最適最少レベルに保持する最少直径方向クリアランスで
それぞれの軸方向のボア６０および６２内部で往復運動
することが必要である。ポンピングプランジャ５６およ
び５８を形成するためにここに開示されたようなセラミ
ックの使用は、プランジャへの高側面負荷によって引き
起こされるスカッフィングをほぼ除去する。
【００２７】図３、図４および図５は、２つの種類のソ
レノイド弁制御形燃料ディストリビュータポンプを示し
ている。これらのポンプは、それの開示が参照してここ
に組み込まれる名称が「ボッシュディーゼルディストリ
ビュータ噴射ポンプシステム‐モジュール概念および更
なる開発」(Bosch Diesel Distributor Injection Pump
System-Moduler Concept and Further Development)の
ＳＡＥ論文第９４５０１５号に記載されている。
【００２８】図３に示されたディストリビュータポンプ
６０はソレノイド弁制御形軸方向ピストンタイプの燃料
ディストリビュータポンプである。このタイプのポンプ
は、時間制御形燃料計量システムを使用し、約１３，０
００〜１４，０００ｐｓｉの範囲のノズルサイドインジ
ェクタ圧力を発生する。高圧ソレノイド弁６２は燃料計
量のために装備されている。このタイプのポンプも、ボ
ア７０の軸方向ピストン６８によって燃料送り出しを制
御するように作動されるタイミング装置ピストン６６を
制御するタイミング装置ソレノイド弁６４を含んでい
る。このタイプのポンプのピストンあるいはプランジャ
６８に働く軸方向負荷は、プランジャ６８を狭いクリア
ランスでボア７０の壁に押しつけ易い。タイミング装置
ピストン６６および軸方向ピストン６８は、両方が高硬
度、高熱膨張係数、耐スカッフィングのセラミックで作
られ、本発明によりそのそれぞれのボアに関して最適最
少直径方向クリアランスを保持するような大きさにされ
る。
【００２９】図４および図５は、ソレノイド弁制御形放
射方向ピストン燃料ディストリビュータポンプ８０の２
つの異なる図である。放射方向ピストン燃料ディストリ
ビュータポンプは、約２０，０００〜２１，０００ｐｓ
ｉの範囲の、図３に示される軸方向ピストン燃料ディス
トリビュータポンプのような軸方向ピストン燃料ディス
トリビュータポンプよりも、高いポンプ圧力およびした
がって高い噴射圧力を発生することができる。図４およ
び図５のポンプは、図３のポンプとは異なるエンジン用
途で使用するのに適している。図４および図５の放射方
向ピストンポンプは、内部カム輪郭を有するカムリング
８２を含むカム駆動機構を介して最短可能距離で支持す
ることができる圧力を発生する。必要とされる高圧油圧
性能は、ポンプの高圧領域の少ないむだな容量、送り出
しストローク中低油圧力損失、および軸方向ピストンス
トロークに比べて高い送り出し速度と結合された、ドラ
イブアップから圧力発生ステージまでの高レベルの伝達
要素剛性により達成される。図４のライン５‐５に沿っ
て切断したポンプ８０の図である図５に示されるよう
に、ポンプ駆動シャフト８４は、駆動シャフト８４の周
りに配置されたローラ８８を支持するローラシュー８６
のための案内スロットを有する。高圧送り出しピストン
９０は、各ローラ８８およびローラシュー８６と関連
し、回転ディストリビュータシャフト９２の関連ボア９
１内の最適最少直径方向クリアランスで置かれている。
各ピストンあるいはプランジャ９０は、そのボア９１内
部で往復運動し、高圧燃料をエンジンインジェクタに送
り出す。ソレノイド弁ニードル９４は、増進された燃料
送り出しの制御を行うディストリビュータシャフト９２
に一体化される。タイミング装置ピストン９６は、燃料
計量精度をさらに高める。高圧送り出しピストン９０
は、これらのポンプ構成要素の摩耗および／または故障
によるポンプの修理を実質的に除去するために高硬度、
高熱膨張係数、耐スカッフィングのセラミックで形成さ
れている。タイミング装置送り出しピストン９６は、非
常に高められた耐用年数を有する放射方向ピストン電子
燃料分配ポンプを製造するために本発明による高硬度、
高熱膨張係数、耐スカッフィングのセラミックで形成す
ることもできる。
【００３０】図６および図７は、本発明による高硬度、
高熱膨張係数、耐スカッフィングのセラミックプランジ
ャあるいはピストンを取り付けることができるミッドレ
ンジ・ディーゼルエンジンに適している高圧ディストリ
ビュータポンプを示している。図７は、図６のライン７
‐７に沿って切断した図６のポンプの断面である。この
タイプのポンプは、その開示が参照してここに組み込ま
れるジョルジュビック（Djordjevic）らの名称が「ミッ
ドレンジ・ディーゼルエンジン用新型の高圧ディストリ
ビュータポンプ」(A new high pressure distributor p
ump for mid-range diesel engines) のＳＡＥ論文第９
５４１２６号に記載されている。
【００３１】図６および図７の燃料ポンプは、３、４、
５および６シリンダのミッドレンジ・ディーゼルエンジ
ン用高圧（１４０ｍＰａ）電子制御ロータリ分配ポンプ
である。このポンプは、放射方向ポンピング要素および
集中制御弁をヘッドアセンブリの適所に固定することが
できる分配ポートとして働くために一度にポンピング要
素の１つを使用する。図６および図７のポンプ１００
は、内部カムリング１０２を使用してシュー１０４およ
びローラ１０６を作動させるように動作する。各シュー
１０４およびローラ１０６は、ボア１０９の中で往復運
動するポンピングプランジャ１０８を駆動し、プランジ
ャ１０８は、ボアに対して最適最少直径方向クリアラン
スを保持するようなサイズにされる。シュー／ローラ／
プランジャのセットの数は、ポンプ排出口の数に等しい
かあるいは比例する。シュー、ローラおよびプランジャ
は、ポンプ１００の静止油圧ヘッドアセンブリ部１１０
に含まれる。シュー１０４およびローラ１０６は、ヘッ
ドのスロット（図示せず）にガイドされる。高圧プラン
ジャ１０８は、ヘッド１１０内部のスリーブ１１２のボ
ア１０９の中に高精度に嵌め込まれる。カムリング１０
２は、ベアリング１１６によって支持される駆動シャフ
ト１１４にボルト止めにされて一緒に回転する。高圧プ
ランジャ１０８は、低保守燃料ポンプを製造するために
本発明による高硬度、高熱膨張係数、耐スカッフィング
のセラミックで形成されている。
【００３２】図６のポンプ１００は、カムリング１２０
の外部プロファイルによって駆動される移送ポンプピス
トン１２０を有する移送ポンプ部１１８も含んでいる。
移送ポンプピストン１２０は、本発明による高硬度、高
熱膨張係数のセラミックで形成されることも好ましい。
高硬度、高熱膨張係数のセラミックの図６および図７の
燃料分配ポンプのプランジャおよびピストンの全てを形
成することは、実質的に無修理、効率的なポンプを製造
することになる。
【００３３】本発明のセラミックプランジャの前述の使
用は例として役立つだけであることを目的としている。
高圧燃料をポンプで送るために望ましくない高軸方向負
荷および／または側面負荷を受けるプランジャを使用す
る他の燃料システム構成要素は、金属プランジャを取り
替えるためにここに記載されたようなセラミックプラン
ジャの使用からも利益を得る。特定の例は、その開示が
これによって参照してここに組み込まれる米国特許第5,
423,302号に示され、記載されている油圧作動燃料イン
ジェクタのインテンシファイアピストンに関連したプラ
ンジャである。耐スカッフィングのセラミックからこの
プランジャを形成することは、後述されるようなタイミ
ングプランジャに対して得られた同じ有益な結果を得る
べきである。本発明のセラミックプランジャに対する他
の燃料システムの使用および用途は本発明によって包含
されることを目的としている。
【００３４】燃料システムプランジャ作動環境の厳しさ
は、低硫黄燃料およびまたは低潤滑性燃料ならびに水で
汚染された燃料によってさらに増加される。本発明ま
で、耐スカッフィングおよび耐摩耗であり、燃料システ
ム作動環境で受ける悪条件の下でスティッキングあるい
は故障なしで機能を果たすことができる燃料システムプ
ランジャは使用できなかった。本発明は、現在使用され
ているプランジャよりもスカッフィングおよびスティッ
キングに対しておおいに高い耐久性を有する内燃機関燃
料システム用プランジャアセンブリを提供する。硬い耐
摩耗のセラミック材料のプランジャを形成することが、
スチールプランジャおよび他の金属プランジャを悩まし
たスカッフィングおよびスティッキングの問題を回避
し、さらに、エンジン動作中高圧燃料システムプランジ
ャに加えられる軸方向負荷および側方負荷に現在使用で
きるプランジャよりもより効果的に耐えることが分かっ
た。セラミックプランジャは多数の長所を示している。
本発明による燃料システムプランジャに適していると分
かったこの種のセラミック材料は、プランジャあるいは
プランジャを含むボアを囲むプランジャあるいは燃料シ
ステム構成要素のいずれかのために現在使用される材料
よりも非常に硬い。さらに、好ましいプランジャセラミ
ック材料は、石油潤滑金属逆面(petroleum lubricated
metal counterfaces) と低反応度および低溶接親和力を
有する。しかしながら、最適表面仕上げは、最良すべり
摩耗性能のためにセラミックプランジャ上に形成されね
ばならない。
【００３５】ジルコニア、アルミナ‐ジルコニアおよび
アルミナを含む高硬度、高熱膨張のセラミックスから作
られている高圧燃料システムプランジャは、金属から作
られているプランジャよりも著しく優れている耐スカッ
フィング性を示すことが実証された。他のセラミック
ス、すなわち最も有名な窒化シリコンは、優れた耐スカ
ッフ性も示すけれども、高熱膨張のセラミックスは、高
圧燃料システムプランジャを形成する際に使用するのに
適していることが分かった。この目的のための特に有効
なセラミックは、変態強化ジルコニアとして知られてい
る安定化ジルコニアである。このジルコニアセラミック
は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化セリウム
および／または酸化イットリウムで安定化されることが
好ましい。好ましいジルコニアセラミックは、このジル
コニアセラミックから形成されるプランジャが往復運動
するボアを摩滅しないために、このボアは再調整しない
で再使用できる。８００Ｋｇ／ｍｍ2（ヌープスケール
で１０００）よりも大きい硬度および６×１０-6／℃よ
りも大きい熱膨張係数を有する安定化ジルコニアセラミ
ックスは、クアーズセラミックコーポレーションおよび
京セラファインセラミックスから入手できる。
【００３６】エンジン動作中プランジャの周りに最適最
少の燃料漏れを達成することは重要である。低熱膨張を
有するセラミックスは過剰の漏れを許容にするので、高
熱膨張セラミックスだけは、許容できるパラメータ以内
あるいは望ましいパラメータ以内にさえ燃料漏れを保持
できる。好ましいセラミック材料は、６×１０-6／℃よ
りも大きい、好ましくは９〜１１×１０-6／℃の熱膨張
係数および８００Ｋｇ／ｍｍ2よりも大きい、好ましく
は９００〜１２００Ｋｇ／ｍｍ2の硬度を有するセラミ
ック材料である。高圧燃料システムプランジャを形成す
るために現在使用されるスチールは、燃料システム動作
中好ましいセラミック材料よりも高速で膨張する。した
がって、プランジャ外径とボア壁との距離は、プランジ
ャの周りのクリアランスからの燃料漏れをさらに最少に
するセラミックプランジャが使用される場合、より小さ
くてもよい。プランジャのために選択されたセラミック
の熱膨張係数は、燃料システム動作中プランジャの周り
にほぼ一定のクリアランスあるいはギャップを保持する
ためにプランジャが往復運動するボアを含む燃料システ
ム構成要素を形成する金属の熱膨張係数にできるだけぴ
ったりと一致させるべきであることが好ましい。
【００３７】図８は、インジェクタ本体ボア２４（図
１）の直径と、エンジン作動温度の範囲にわたる異なる
直径方向クリアランスを有する現在使用中の金属タイミ
ングプランジャおよび２つのセラミックプランジャの直
径とを比較する。曲線Ａは精査された温度の範囲にわた
るインジェクタ本体ボアの直径を示している。インジェ
クタ本体はスチールで形成される。曲線Ｂは、タイミン
グプランジャ１４が現在使用されている材料であるスチ
ールから形成される場合のプランジャ直径の変化を示し
ている。スチールタイミングプランジャと試験されたア
センブリのインジェクタボアとの間の直径方向クリアラ
ンスは５．０ミクロンである。曲線ＣおよびＤは、イン
ジェクタ本体に対して異なる直径方向クリアランスの２
つのセラミックタイミングプランジャに対するタイミン
グプランジャ直径の直径変化を示している。曲線Ｃによ
って示されるセラミックタイミングプランジャとアセン
ブリのためのボアとの直径方向クリアランスが２．５ミ
クロンに対して、曲線Ｄのセラミックタイミングプラン
ジャアセンブリのためのクリアランスは５．０ミクロン
であり、スチールプランジャとインジェクタ本体との間
のクリアランスと同じである。温度が増加するにつれ
て、セラミックプランジャ直径は、スチールプランジャ
よりも低速で膨張する。これは、プランジャとボア壁と
の間の接触の発生率、したがってスカッフィングを最少
にする。図８は、本発明によるセラミックタイミングプ
ランジャが現在使用されるスチールプランジャよりも小
さいインジェクタボアの直径方向クリアランスを有する
ことができ、エンジン動作中タイミングプランジャに加
えられた高軸方向負荷および側方負荷の存在下でなお効
率的に機能を果たすことをはっきりと示している。
【００３８】図９は、本発明によるセラミックタイミン
グプランジャおよび金属プランジャに対して３４ｋｓｉ
の噴射圧力で作動する図１に示されたタイプの燃料イン
ジェクタのタイミングプランジャの周りの燃料漏れを比
較する。２５０時間後にエンジンオイルの５％を越える
燃料を生じる漏れレベルは過剰であるとみなされる。セ
ラミックプランジャは、８００Ｋｇ／ｍｍ2よりも大き
い硬度および０．６７の正規化熱膨張を有する安定化ジ
ルコニアセラミックから形成され、インジェクタボア壁
に対して３．２ミクロンの直径方向クリアランスを有し
た。金属プランジャは、８５０〜９００Ｋｇ／ｍｍ2の
硬度および０．８９の正規化熱膨張を有する５０１スチ
ールとして公知のスチールから形成され、インジェクタ
ボア壁に対して４．０ミクロンの直径クリアランスを有
した。クリアランスの差は、インジェクタ動作中２つの
材料に対して等しい、プランジャとボア壁との間のギャ
ップを形成するために必要である。セラミックの膨張は
金属の膨張よりも非常に小さいので、２つのプランジャ
が同じ初期直径方向クリアランスを有しているならば、
漏れはセラミックプランジャに関して非常に大きい。金
属プランジャは、わずか５０時間後に許容できない高い
レベルの漏れを示し、この漏れのレベルは試験の長さに
わたって保持された。セラミックプランジャの周りの漏
れは５０〜１００時間まで増加しなく、漏れのレベル
は、金属プランジャ場合よりも低くおよび許容できる限
界内に留まった。
【００３９】図１０は、３つのグループのプランジャ、
すなわち１つのグループは５０１スチールで作られ、２
つのグループは２つの異なるソースからのジルコニアセ
ラミックで作られているプランジャのプランジャ等級
（グレード）の可視比較の結果を示している。これらの
３つのグループのプランジャは、殆ど潤滑性がないかあ
るいは全然潤滑性がない非常にざらざらした流体のＶｉ
ｓｃｏｒ‐１６Ａで１０時間の潤滑油試験を受けた。ス
チールプランジャの可視等級は、焼付きに対する限界性
能を示す５〜１０の範囲に及ぶ。セラミックプランジャ
の可視等級は、２より小さく、申し分のないプランジャ
性能を示した。
【００４０】スチール燃料システムプランジャおよび本
発明によるセラミック燃料システムプランジャを有する
エンジンのコールドスタート特性が比較された。０°Ｆ
で、＃１ディーゼル燃料を使用すると、金属燃料システ
ムプランジャを有するエンジンは、起動にトラブルを有
し、３０秒間のクランキング後蓄電池を焼付きした。セ
ラミック燃料システムプランジャを有するエンジンは、
２８．５秒後に、起動し、未アシストであった。エーテ
ルでアシストされた、金属燃料システムプランジャエン
ジンは、０°Ｆで、３．２秒で起動した。１０°Ｆで、
＃１ディーゼル燃料の場合、金属燃料システムプランジ
ャエンジンは起動するのに９．８秒かかったのに対し
て、セラミック燃料システムプランジャエンジンは起動
するのに６．２秒であった。３２°Ｆで、＃２ディーゼ
ル燃料の場合、金属燃料システムプランジャエンジンは
起動するのに３．４秒かかるのに対して、セラミック燃
料システムプランジャエンジンは起動するのに２．２秒
であった。
【００４１】接着ワニスは、セラミック燃料システムプ
ランジャに関して見られない金属燃料システムプランジ
ャに関する問題である。燃料インジェクタ動作中、例え
ば、タイミングプランジャはボアに完全に入らない。す
なわちプランジャのわずかな部分がボアの上に残る。こ
の上の部はオーバーへッドから潤滑油で被覆されるよう
になる。長いエンジン動作中、プランジャの温度は増加
し、潤滑油はプランジャの上部にワニスを生成する。エ
ンジンオーバーへッドがリセットされると、インジェク
タは、”インジェクタを底につけること”によってリセ
ットされる。これを行うために、プランジャは、できる
だけ遠くインジェクタのボアの中に押し下げられ、それ
から選択された所定の距離まで後ろに戻される。ワニス
が生成されたプランジャの上部は、ボアの中にワニスを
押し込むこのプロセス中ボアに無理やり入れられる。ワ
ニスは、それから接着剤の役目を果たし、プランジャを
ボアに付着させる。本発明によるセラミックで形成され
たプランジャはこのワニス生成を示さない。スチールプ
ランジャおよびセラミックプランジャが３５０°Ｆで４
日間使用済みエンジンオイルで焼かれた場合、スチール
プランジャは、著しいワニス生成を示したのに対して、
セラミックプランジャは少しのワニス生成も示していな
い。
【００４２】前述の範囲の熱膨張係数および硬度特性を
有するセラミック高圧燃料システムプランジャは、標準
スチールタイミングプランジャを破壊した極端に乱用さ
れたベンチテストおよびエンジンテストに耐えた。
【００４３】金属プランジャが、セラミックプランジ
ャ、特に本発明による熱膨張係数および硬度を有するジ
ルコニアセラミックプランジャと取り替えられた高圧燃
料システムは、目覚ましい修理の削減によって意外にも
特徴付けられる。本発明のセラミック燃料システムプラ
ンジャによって達成されることが望まれる目的の中の１
つは、燃料システム修理の主要因のプランジャスカッフ
ィングを減らすことにあった。プランジャスカッフィン
グの減少は、プランジャ摩耗、焼付きおよび故障を付随
して減少させる。本発明の譲受人によって開発されたエ
ンジンの２つのモデルの燃料システムにおける高圧ユニ
ット燃料インジェクタの金属プランジャの代わりにセラ
ミックタイミングプランジャを使用することは、プラン
ジャスカッフィングによって起因するインジェクタ修理
を単に減少させるだけでなく、実際上除去した。燃料イ
ンジェクタタイミングプランジャがボアに付着し、往復
運動できない時、従って燃料インジェクタを不作動とす
る時に、このような修理が一般的には必要である。燃料
システムプランジャスカッフィングおよびスティッキン
グは本発明による高硬度、高熱膨張ジルコニアセラミッ
クから燃料システムプランジャを形成することによって
実際上除去されたので、１００当たりインジェクタ修理
数（ＲＰＨ）はゼロに低下し、これらのセラミックプラ
ンジャを使用するエンジンではゼロに留まった。
【００４４】図１１の(A) および図11の(B) は、本発明
によるセラミックタイミングプランジャがエンジンの高
圧ユニットインジェクタで従来使用されている金属プラ
ンジャに取り替えた２つの異なる種類の内燃機関に対す
る１００当たりユニットインジェクタ修理数（ＲＰＨ）
の発生率をグラフで示している。図１１の(A) におい
て、セラミックタイミングプランジャは週２７で開始す
る金属タイミングプランジャに取り替え、図11の(B) に
おいて、セラミックタイミングプランジャは週１９で開
始する金属タイミングプランジャに取り替えた。両方の
エンジンの種類において、スティッキングされ、非作動
のインジェクタタイミングプランジャに対する修理数
は、セラミックの導入で意外にもゼロになり、そこに留
まった。これは保証費用および修理費用を実質的に減少
した。
【００４５】ここに記載されているようなセラミックか
ら形成された高圧燃料システムプランジャは、非常に信
頼性があると分かったし、著しい費用節約を生じた。他
の高圧燃料システム構成要素、例えば、燃料噴射ポン
プ、ディストリビュータポンプ、アキュムレータポンプ
等の金属プランジャを取り替える高圧膨張セラミックプ
ランジャは、高軸方向負荷および側方負荷の下で高圧で
作動でき、劣った品質がある場合、潤滑性燃料を効率的
に減少させた耐スカッフィングの非常に信頼性のあるプ
ランジャを提供することによって修理費用および保証費
用の同様な削減を生じることが予想される。
【００４６】プランジャあるいはピストンがメディアム
・ヘビーデューティおよび他の種類の圧縮点火エンジン
あるいはディーゼルエンジンを含む広範囲のタイプの内
燃機関におけるボア内部の狭いクリアランスで往復運動
する必要がある場合はいつでも、本発明の耐スカッフィ
ングセラミックプランジャは、高圧燃料システムの一体
構成要素としてその主要な用途がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイミングプランジャおよび計量プランジャの
両方が本発明によるセラミックで作られている耐スカッ
フィングのスティッキング防止プランジャであるディー
ゼルエンジンの高圧燃料インジェクタアセンブリの概略
断面図である。
【図２】本発明によるセラミックポンピングプランジャ
を組み込むエンジン燃料システムアキュームレータポン
プシステムの断面図である。
【図３】本発明によるセラミックポンププランジャを有
するソレノイド弁制御燃料ディストリビュータポンプを
示す図である。
【図４】本発明によるセラミックポンププランジャを有
するソレノイド弁制御燃料ディストリビュータポンプを
示す図である。
【図５】図４のライン５−５に沿った、本発明によるセ
ラミックポンププランジャを有するソレノイド弁制御燃
料ディストリビュータポンプを示す図である。
【図６】本発明によるセラミックポンププランジャを有
する高圧燃料ディストリビュータポンプを示す図であ
る。
【図７】図６のライン７−７に沿った、本発明によるセ
ラミックポンププランジャを有する高圧燃料ディストリ
ビュータポンプを示す図である。
【図８】異なる温度の異なる材料に対する図１の燃料イ
ンジェクタ本体およびタイミングプランジャの寸法の変
化を示すグラフである。
【図９】金属から作成されたプランジャおよび高噴射圧
の燃料インジェクタにおける本発明によるセラミックか
ら作成されたプランジャに対する燃料漏れの比較を示す
グラフである。
【図１０】潤滑性が殆どないかあるいは全然ない流体と
長く接触した後２つの供ソースからのセラミックスで作
られているプランジャおよびスチールで作られているプ
ランジャの可視等級比較を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）は本発明によるセラミックタイミング
プランジャの導入前および導入後の異なる種類の内燃機
関用の１００当たりのユニットインジェクタ修理数の発
生を示すグラフであり、（Ｂ）は本発明によるセラミッ
クタイミングプランジャの導入前および導入後の異なる
種類の内燃機関用の１００当たりのユニットインジェク
タ修理数の発生を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ユニット燃料インジェクタ １２ 計量プランジャ １４ タイミングプランジャ １６ 燃料インジェクタ本体 １８ 突出部 ２０ インジェクタノズル ２４ ボア ２８ リンク ３４ ロッカーレバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェー．ビクター ペール アメリカ合衆国 46143 インディアナ州 グリーンウッド ノース グラハム ロ ード 487 (72)発明者 デービッド エム．リックス アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス ロートン アベニュー 1492 (72)発明者 ジョゼフ シー．ベンツ アメリカ合衆国 47203 インディアナ州 コロンバス オリオール ドライブ 3530 (72)発明者 トーマス エム．ヨヌショニス アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス マラード ポイント 4412 (72)発明者 マルコム ジー．ナイラー アメリカ合衆国 47247 インディアナ州 コロンバス パインウッド ドライブ 1933 (72)発明者 篠沢 和弘 日本国 105−01 東京都港区芝浦１丁目 １−１ (72)発明者 ジョン ティー．キャロル ３世 アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス カーヤ スクエア 730

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧燃料を内燃機関のシリンダに直接あ
    るいは間接に供給する高性能燃料装置ポンプ用耐スカッ
    フィング・耐摩耗プランジャであって、前記プランジャ
    が、燃料システムポンプ本体の軸方向穴内の１インチの
    ７６／１０6〜１２８／１０6の最少最適直径方向クリア
    ランスで往復運動し、所望の間隔で制御されたトラップ
    高圧燃料量を１つあるいはそれ以上のエンジンシリンダ
    に直接あるいは間接に供給するために作動可能なように
    配置され、前記プランジャが、６×１０-6／℃よりも大
    きい熱膨張係数および８００Ｋｇ／ｍｍ2よりも大きい
    硬度を有する耐摩耗の高硬度、高熱膨張セラミック材料
    で作られ、かつボアに対して前記最適直径クリアランス
    を保持し、燃料システムポンプ動作中にスティッキング
    しないで前記軸方向ボア内で自由に往復運動するような
    前記ボアに対するサイズにされていることを特徴とする
    高性能燃料システムポンプ用耐スカッフィング・耐摩耗
    のプランジャ。
  2. 【請求項２】 前記プランジャが、６×１０-6／℃より
    も大きい熱膨張係数および８００Ｋｇ／ｍｍ2よりも大
    きい硬度を有するジルコニア、アルミナ‐ジルコニアお
    よびアルミナセラミックスからなるグループから選択さ
    れたセラミックで作られていることを特徴とする請求項
    １に記載の耐スカッフィング・耐摩耗プランジャ。
  3. 【請求項３】 前記プランジャが変態強化ジルコニアセ
    ラミックから形成されることを特徴とする請求項２に記
    載の耐スカッフィング・耐摩耗プランジャ。
  4. 【請求項４】 内燃機関燃料システム構成要素用の耐ス
    カッフィング・耐摩耗高熱膨張、高硬度ジルコニアセラ
    ミックプランジャであって、前記プランジャが、選択さ
    れた高圧燃料量をエンジン燃焼室に直接あるいは間接に
    供給するように燃料システム構成要素の軸方向ボア内に
    作動可能なように完全に置かれ、かつ前記タイミングプ
    ランジャが、プランジャへの高軸方向負荷および付加的
    側方負荷の下で燃料システム構成要素の軸方向ボア内で
    往復軸方向運動でき、過度の燃料漏れを回避しながら所
    望の最適最少直径方向作動クリアランスを保持し、かつ
    燃料システム作動環境で受ける高軸方向、側方負荷およ
    び圧力負荷ならびに可変品質燃料下でスカッフィングあ
    るいはスティッキングなしに有効なプランジャ摩擦を保
    持するように前記軸方向ボア内の７６／１０6〜１２８
    ／１０6のインチの直径方向クリアランスを有するボア
    の中に組み込まれることを特徴とするジルコニアセラミ
    ックプランジャ。
  5. 【請求項５】 前記ジルコニアセラミックプランジャ
    が、６×１０-6／℃よりも大きい熱膨張係数および８０
    ０Ｋｇ／ｍｍ2よりも大きい硬度を有することを特徴と
    する請求項４に記載のジルコニアセラミックプランジ
    ャ。
  6. 【請求項６】 前記プランジャが変態強化ジルコニアセ
    ラミックで形成されることを特徴とする請求項５に記載
    のジルコニアセラミックプランジャ
  7. 【請求項７】 ディーゼルエンジンのエンジンシリンダ
    に高圧燃料を噴射するユニット燃料インジェクタであっ
    て、前記インジェクタが、スカッフィングなしでインジ
    ェクタの軸方向ボア内で往復運動する複数の軸方向に置
    かれたインジェクタ列作動プランジャを含み、各前記プ
    ランジャが、過度の燃料漏れを回避しながら所望の最適
    最少直径方向作動クリアランスを保持し、かつ燃料シス
    テム作動環境で受ける高軸方向、側方負荷および圧力負
    荷ならびに可変品質燃料の下でスカッフィングあるいは
    スティッキングなしに有効なプランジャ摩擦を保持し、
    選択された間隔で制御されたトラップ高圧燃料量をシリ
    ンダに噴射するように前記軸方向ボア内に１インチの７
    ６／１０6〜１２８／１０6の直径方向クリアランスを有
    するボアの中に組み込まれ、前記複数のプランジャの少
    なくとも１つが、高硬度、高熱膨張係数の耐スカッフィ
    ングのジルコニアセラミックから形成されていることを
    特徴とするユニット燃料インジェクタ。
  8. 【請求項８】 インジェクタ列作動構造体と計量プラン
    ジャとの間に置かれたタイミングプランジャが前記ジル
    コニアセラミックで形成されていることを特徴とする請
    求項７に記載のユニット燃料インジェクタ。
  9. 【請求項９】 前記タイミングプランジャおよび前記計
    量プランジャが前記ジルコニアセラミックで形成されて
    いることを特徴とする請求項８に記載のユニット燃料イ
    ンジェクタ。
  10. 【請求項１０】高圧燃料をディストリビュータを通して
    内燃機関の複数のユニット燃料インジェクタに分配する
    ように構成されたエンジン燃料分配システム用のアキュ
    ームレータアセンブリであって、前記アキュームレータ
    アセンブリは、各々が、過度の燃料漏れを回避しながら
    所望の最適最少直径方向作動クリアランスを保持し、か
    つ燃料システム作動環境で受ける高軸方向、側方負荷お
    よび圧力負荷ならびに可変品質燃料の下でスカッフィン
    グあるいはスティッキングなしに有効なプランジャ摩擦
    を保持し、所望の間隔で制御されたトラップ高圧燃料量
    を送り込むように前記それぞれのボア内に１インチ７６
    ／１０6〜１２８／１０6の直径方向クリアランスで組み
    込まれる一対のポンププランジャを含み、前記ポンププ
    ランジャが、高硬度、高熱膨張係数の耐スカッフィング
    のジルコニアセラミックで形成され、かつ前記最少直径
    方向クリアランスを保持するような大きさにされること
    を特徴とするアキュムレータアセンブリ。
  11. 【請求項１１】高圧燃料の供給量を内燃機関の燃料分配
    構成要素に送り込む電子燃料ポンプであって、前記燃料
    ポンプが、所望の間隔で制御されたトラップ高圧燃料量
    を分配する少なくとも１つの燃料分配プランジャを含
    み、前記少なくとも１つのプランジャが、過度の燃料漏
    れを回避しながら所望の最適最少直径方向作動クリアラ
    ンスを保持し、かつ燃料システム作動環境で受ける高軸
    方向、側面負荷および圧力負荷ならびに可変品質燃料の
    下でスカッフィングあるいはスティッキングなしに有効
    なプランジャ摩擦を保持するように１インチの７６／１
    ０ 6〜１２８／１０6の直径クリアランスのボア内に組み
    立てられ、かつ前記プランジャが、高硬度、高熱膨張の
    耐スカッフィングィングのジルコニアセラミックで形成
    されていることを特徴とする電子燃料ポンプ。
  12. 【請求項１２】前記ユニット燃料分配プランジャが、前
    記燃料ポンプの縦軸に対して軸方向に取り付けられてい
    ることを特徴とする請求項１１に記載の電子燃料ポン
    プ。
  13. 【請求項１３】前記ポンプが、前記燃料ポンプの縦軸に
    対して半径方向に取り付けられている複数の燃料分配プ
    ランジャを含み、各前記プランジャがそれぞれのエンジ
    ンシリンダに関連していることを特徴とする請求項１１
    に記載の電子燃料ポンプ。
  14. 【請求項１４】前記ポンプが、少なくとも１つの燃料分
    配プランジャボアから分離されているボアに取り付けら
    れているタイミングピストンをさらに含み、前記プラン
    ジャが、前記ボアに対して前記最少直径方向クリアラン
    スを保持するような大きさにされ、かつ高硬度、より高
    い熱膨張係数の耐スカッフィングジルコニアセラミック
    で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の
    電子燃料ポンプ。
JP11033536A 1998-02-10 1999-02-10 耐スカッフィング、耐摩耗プランジャ、ジルコニアセラミックプランジャ、ユニット燃料インジェクタ、アキュムレ―タアセンブリ、及び電子燃料ポンプ Pending JPH11311164A (ja)

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