JPS6356429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、定ストロークで供給量を選択的に変
えることができる燃料噴射ポンプにおいて各燃料
噴射サイクルの終期に生ずる燃料噴射圧力の低下
を緩やかにするように、内燃機関の容積形燃料噴
射ジヤークポンプ、または同様な押上げポンプ、
あるいはラムポンプのために特別に設計された往
復動円筒形プランジヤーに関する。

〔従来技術〕

たとえば、デイーゼルエンジルのような圧縮に
よる自己点火内燃機関等の燃料噴射式内燃機関に
おいては、燃料噴射ジヤークポンプはたとえば単
気筒直線定ストローク可変バイパス形ポンプであ
つて、バレルすなわちシリンダの中でピストンが
往復運動を行うように、カム従動部材と復帰スプ
リングとを有するプランジヤーがエンジンのカム
により作動されるようになつている。このポンプ
のプランジヤーとシリンダは精密にラツプ仕上げ
されて、動作時の燃料が漏れないようになつてい
る。燃料入口はプランジヤーのストロークの下端
位置で開かれ、シリンダ内の圧力低下によつて燃
料がシリンダの中へ送り込まれる。ポンプはプラ
ンジヤーの上昇ストローク時には燃料を送出する
が、その送出は燃料入口がプランジヤーにより閉
じられ、あふれポートが開かれるまで行われる。
このようにして燃料は放出弁を通つてノズルまで
送られる。それから燃料はポンプのシリンダから
流れ出し、放出弁が閉じられるまでは管を通つて
流れて、次の噴射が行われるまでは管内を希望の
残留圧力に保つ。噴射される燃料の量は、バイパ
スタイミングすなわちプランジヤーのらせん状の
制御肩によりあふれポートが開かれるタイミング
を変えるように、シリンダ内でプランジヤーを回
して実効プランジヤーストロークを変化させるこ
とによつて、変えられる。プランジヤーの燃料戻
し用の溝の上側にある制御肩によりあふれポート
が開かれた時に、燃料のバイパスすなわち燃料戻
し作用が行われる。そうすると燃料の供給が止ま
り、特殊な放出弁が閉じると放出管から燃料が戻
されて燃料噴射を急速に停止させる。そのような
燃料供給の制御を行うために、プランジヤーはそ
の長手中心軸を中心として回動可能に作られ、実
効プランジヤーストローク毎に実際に放出される
液体燃料の量は、プランジヤーの瞬時相対角度位
置を、たとえばプランジヤーに同軸状にとりつけ
られている歯車にかみ合う通常の制御棒すなわち
ラツクにより、調節することによつて選択的に変
えられる。この目的のために、そのプランジヤー
の周壁面の中間部分には、直径が小さくされた周
方向に部分的に延在する周方向溝部分が設けられ
る。この周方向溝部分は、下側の円周方向肩部
と、上側の前述の制御肩の間を延び、プランジヤ
ーを上部すなわち流量調節部と、下部との２つの
部分に分割する。実効噴射の終期における過剰の
燃料が周方向溝部分を流れてあふれポートに戻さ
れるようにするため、プランジヤーの長手方向に
のびる長手凹部が設けられる。この長手凹部はプ
ランジヤーの前端面すなわち上端面に開かれ、そ
こから下方へ延びて下部は前記周方向溝部分に連
通している。従つて、長手凹部と周方向溝部分と
からなる燃料戻し用の溝は、プランジヤーの長手
中心軸に平行に前記流量調節部全体にわたつて延
びる長い直線肩部と、プランジヤーの上端面から
のびる他の対向肩部とを有する。この他の対向肩
部はプランジヤーの前記長手中心軸に平行に延び
る短い直線状部をなしており、ほぼらせん状の傾
斜肩部分を含む前述の上側の制御肩につながる。
燃料戻し用の溝は、その周方向溝部分が上側の制
御肩に沿つて延在するとともに、その長手凹部が
プランジヤーの流量調節部の底縁部、すなわち、
前記長い直線肩部の下端まで延びる。プランジヤ
ーの円形の上端面の縁かららせん状制御肩までの
長手方向の長さは、プランジヤーの実効ストロー
クすなわち燃料供給量を定め、したがつて制御孔
にすなわちシリンダの円筒壁を貫通した燃料を戻
すための半径方向のあふれポートに組合わされて
圧力逃しスタイミングを定める。プランジヤーに
は、そのような長手凹部およびらせん状の制御肩
がそれぞれ２つずつ、プランジヤーの長手中心軸
に関してほぼ対称に設けられることがしばしばあ
る。

そのような従来の噴射ポンプのプランジヤーで
は、燃料戻し用の溝の直径はプランジヤーの正常
の外径の約70〜80％であるから、前記燃料戻し用
の溝の深さはプランジヤーの正常な外径の約15〜
10％である。一例を示せば、公知のプランジヤー
の公称外径は43mm、燃料戻し用の溝の深さは５mm
である。このポンプにより送られる燃料の量の調
節は、制御手段を介してプランジヤーの相対角度
位置を変えることにより行われる。戻される燃料
は、プランジヤーのらせん状で調節用の制御肩を
含む燃料戻し用の溝から（バイパス戻り路すなわ
ちプランジヤーの周囲を通つて）、ポンプのシリ
ンダの円筒壁を通つて延びていて過剰な燃料の戻
り路を構成する半径方向のあふれポートへ向つ
て、送られる。したがつてプランジヤーを回動さ
せると制御肩も回転し、あふれポートが開かれる
時点が早くなつたり、遅れたりする。そのあふれ
ポートは初め（プランジヤーの上昇ストロークの
最初の部分で）はプランジヤーの側壁により閉じ
られており、多少とも延長された時間（プランジ
ヤーの瞬時角度位置により設定されたポート閉鎖
の接続時間）の後で、プランジヤーの上昇ストロ
ークの終り近くの時点で燃料戻し用の溝によつて
開かれる。一方、燃料供給の開始はプランジヤー
の前端面が半径方向のあふれポートを通過するの
と常に同時であるから、あふれポートの開く時点
の調節により燃料供給量は増加または減少させら
れる。噴射期間の終期において（たとえば約1000
バールの供給圧力で）プランジヤーがあふれポー
トを開き始めた時に、プランジヤーの前端面によ
り閉じられていたシリンダの動作チヤンバはあふ
れポートを通じて燃料だめに突然連通させられ
る。この燃料だめは、ポンプのシリンダの周囲の
ポンプハウジング内に形成される（この燃料だめ
の燃料圧は数バールにすぎない）。この急激な連
通のために、ポンプの動作チヤンバ内の圧力が急
に低下する。そのために噴射ノズルに噴射ポンプ
を連結する燃料ポンプの中に大きな圧力変動が生
ずることになる。その結果として、噴射弁のニー
ドルが不適切に上昇させられると燃焼ガスが噴射
器の中に入つて噴射器が損傷をこうむる危険があ
る。

また、上記燃料パイプ中の大きな圧力変動に伴
う圧力振動に起因してポンプの閉じる動作が不適
切になると、自己点火内燃機関に不適切な動作を
行わせる不都合がある。

バイパス戻り路を流れる燃料の流れがバイパス
戻り路から受ける抵抗を大きくすることによつ
て、燃料噴射の終期での動作チヤンバにおける圧
力の降下速度を遅くさせてそのような欠点を解消
しようとする試みが行われている。燃料の流れが
受ける抵抗は、前記バイパス戻り路を絞ることす
なわちバイパス戻り路の自由横断面の面積を狭く
することによつて増大できる。したがつて、従来
の方法は、たとえばプランジヤーの外側面から
0.2mmの深さの所に中間段部を設けたり、ポンプ
のシリンダの壁の通常の燃料出口または入口より
下方に半径方向の小さな漏れ口を設けることによ
り、らせん状の制御肩の部分に少くとも２つの制
限段部を設けることにある。これらの方法は製作
誤差の非常に小さい正確な製作を必要とし、その
ために実施は比較的コスト高となる。また、この
方法ではプランジヤーの燃料戻し用の溝の肩部ま
たは底部に加えられる圧力のためにプランジヤー
に加わるトルクを全く、あるいはほとんど減少さ
せることがないから、そのトルクはプランジヤー
の角度位置調節のためにプランジヤーを回転させ
るラツクに伝えられて、ラツクの疲労を増大させ
る。

〔発明の目的〕

従つて、本発明の目的は、往復定ストロークプ
ランジヤーを有し、燃料噴射の終期に動作チヤン
バから燃料を排出する時期を選択的に調節するこ
とにより燃料の実効供給時間を設定する燃料噴射
押上げポンプまたはジヤークポンプにおいて、各
噴射期間の終期に動作チヤンバ内の圧力を徐々に
低下させ、もつて圧力の急激な低下により生じる
圧力振動をおさえて、前記欠点を解消するととも
に、燃料戻し用の溝の底部に摩耗をもたらすキヤ
ビテーシヨン（これについては後述する）の発生
を防止することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、前記部分的に環状の周方向溝部分の
直径がプランジヤーの直径の約88〜95％であり、
そのためにプランジヤーの側壁に形成される溝は
その深さが長手凹部の一部（深い部分）を除きプ
ランジヤーの直径の約６〜2.5％であり、長手凹
部はプランジヤーの前端面に開いている部分の近
傍に深い部分を有するようなプランジヤーを提供
するものである。このプランジヤーにより、プラ
ンジヤーの長手凹部の深い部分の断面と、あふれ
ポートの周縁のシリンダ内方への仮想延長部の制
御肩より下にある部分の面積すなわちあふれポー
トへの半径方向断面と、制御肩より下にあるあふ
れポートの断面とによる絞り通路が直列に組合わ
されて、燃料の流れに複数の流体抵抗を与えると
いう利点が生ずる。

そのために、各流体抵抗発生部分の機械加工に
必要とされる精度を低くし、許容製作誤差を大き
く（たとえば５倍に）することによつて、ポンプ
をより低コストで製作できるようになつた。たと
えば、外径が43mmのプランジヤーの場合には、溝
（長手凹部の深い部分を除く）の深さを1.5mmにす
ると有利であり、その時の製作許容誤差は±0.1
mmでよいが、この許容誤差は、従来のプランジヤ
ーに設ける中間段部の深さを0.5mmとした時の±
0.02mmという許容誤差と比較すると非常に大きい
から低コストの製作ができる。

しかして、溝の底部は以下に説明するキヤビテ
ーシヨンが生じるとそれによつて早く摩耗すると
いう不都合が見出された。このキヤビテーシヨン
の発生機構を検討した結果、各噴射期間の終期に
高圧の燃料があふれポートへ突然戻される時に、
動作チヤンバからの燃料が前記溝の長手凹部に沿
つて高速流として進行する場合にはキヤビテーシ
ヨンが発生されることが判明した。すなわち、長
手凹部に沿う燃料の高速流すなわち流体ジエツト
によつて、その高速流に隣接する溝の部分（相対
的に遅い流れしかない部分）に局部的な真空（す
なわち相当に低い圧力）が生じ、その結果とし
て、溝のうち長手凹部に近い、らせん状の制御肩
の下の部分と、更にはその制御肩自体を形成する
壁面とに、キヤビテーシヨンが生ずることにな
る。

本発明は、前述のようにキヤビテーシヨンを阻
止することにより、上記の不都合を解消すること
もその目的に含む。

本発明によれば、らせん状の制御肩の長手凹部
に近い端部の近傍に、戻される燃料の高速流に乱
流を生じさせる段つき部を設ける。段つき部は長
手凹部の深い部分から浅い部分への移行部として
設け、その段つき部の下側の溝部分の全体にわた
つて流体ジエツトを拡散させるようにする。段つ
き部はらせん状の制御肩の前記端部の附近に設け
られることを特徴とする。

かくして、戻される燃料の流れは、燃料戻し用
の溝の長手凹部の段つき部から出るとき、段つき
部のために全ての方向に曲げられ、すなわち分布
させられるから、局部的な真空の発生が防止さ
れ、従つてキヤビテーシヨンの発生が防止され
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図および第２図に示す実施例で、ほぼ垂直
な長手中心軸２を有し、外径がＤのポンプ用円筒
形ピストンすなわちプランジヤー１は、横断面が
小さくされた、すなわち小さな直径ｄを有する燃
料戻し用の溝１９を含む。この燃料戻し用の溝１
９は周方向溝部分および長手凹部２２，２３を含
む。この周方向溝部分は深さが略ｅであり、垂直
方向に離間した２つの部分的に平行な下側の肩部
４および上側の制御肩２０，２１の間に形成さ
れ、プランジヤー１を上部すなわち流量調節部６
と、下部７とに分割する。

長手凹部２２，２３はそれぞれ深さが略ｅの浅
い部分と深さがｅ＋e′の深い部分とを含む。第１
図には、長手凹部２２について、浅い部分２４と
深い部分２９とが示されている。その浅い部分２
４は、周方向溝部分の深さと略同じ深さｅを有
し、その半径方向内方壁はプランジヤー１の燃料
戻し用の溝１９の底部を成し、かつプランジヤー
の長手中心軸２に平行に、流量調節部６の全体に
わたつて延びる直線肩部９を有する。それによつ
て長手凹部２２は周方向溝部分の延びる周方向に
ほぼ直角に垂直方向に延びるほぼ平らな底部を形
成する。直線肩部９に向いあう対向肩部１０は、
プランジヤー１の前端面１１から長手中心軸２に
平行に延びて制御肩２０に移行する。制御肩２０
は、２０′で示されるように更にのびる。すなわ
ち、上側の制御肩２０は、プランジヤーの流量調
節部６の底縁部まで延びているので燃料戻し用の
溝１９は周方向に延在する。長手凹部２２の深い
部分２９の上端部はプランジヤーの前端面１１に
開いている。

本発明によれば、プランジヤーの寸法は次の範
囲になければならない。

0.88D≦ｄ≦0.95D 0.025D≦ｅ≦0.06D 前記したように、これらの寸法の一例は次のよ
うなものである。

Ｄ＝43mm、ｄ＝40mm、ｅ＝1.5mmで38mm＜ｄ＜
41mmである。

この実施例によれば、プランジヤー１には２つ
のらせん状の上側の制御肩２０，２１と、長手凹
部２２，２３とは、プランジヤー１の長手中心軸
２に関してほぼ対称的に配置されるが、これらは
１つずつであつても良い。燃料戻し用の溝１９に
は、らせん状の上側の制御肩２０に対応する周方
向溝部分とともに、これにほぼ位置が合う垂直方
向に平らにされた長手凹部の浅い部分２４が形成
され、平らであることから機械加工が容易にな
る。燃料戻し用の溝１９の深さは長手凹部２２の
深い部分２９を除いては、近似的にほぼ一定であ
つて、前記の値ｅに等しいものと考えられる。本
発明の好適な実施例によれば、その垂直な深い部
分２９の深さはe′だけ深くされるから、らせん状
の上側の制御肩２０の端部２５の近くのほぼ同じ
レベルの所にＵ字状の段つき部２７が形成され
る。この部分は流体の戻り流を乱すためのもので
ある。深さがe′の円孤状、なるべくなら半円弧状
の特殊な弧状部をもつ段つき部２７により、戻さ
れる燃料のジエツト流を第２図に矢印で示すよう
にあらゆる方向に散乱させることができる。

ここで、第３図および第４図を参照する。これ
らの図には、第１図のプランジヤーに、制御孔す
なわちあふれポートを模式的に書き加えて示して
ある。本発明によるプランジヤーのバイパス戻り
路は、第３図にクロスハツチングで示した長手凹
部の断面Ａと、横方向ハツチングで示した、制御
肩２０より下方のあふれポートの半径方向断面Ｂ
と、右さがりのハツチングで示した、制御肩２０
より下にあるあふれポートの断面Ｃとをそれぞれ
もつ通路が直列に組合わされたもので構成され
る。そして、これらの断面Ａ，ＢおよびＣの変化
と、これらが直列に組合わされた結果を等価的に
一つの断面として表した等価断面CAの変化とが、
第５図および第６図に示されている。これらの図
において、あふれポートが制御肩２０によつて開
き始める時点を原点として、プランジヤーが2.2
ｍ／ｓの速度の上昇ストロークで動かされていると
きの時刻が横座標にとられている。縦座標はmm²で
表わした断面にとられており、「2X」とあるの
は、断面がそれぞれ２つあることを示す。

これらの図から、断面Ａは上昇ストロークのど
の位置でも一定であり深さｅ，e′にのみ依存する
ことがわかる（ｅ＝e′＝３％時の第５図に示され
る値の２倍の値を、第６図（ｅ＝e′＝６％時）は
示している）。一方、断面Ｃはあふれポートが開
き始めた後の上昇ストロークにのみ依存して増大
することがわかる。断面Ｂは、第５図、第６図の
何れにおいても、あふれポートが開き始めた後の
上昇ストロークに伴つて増大するが、深さが大き
い方の第６図では第５図の場合に比べてその増大
率が全体として大である。

第５図に示すように、ｅ＝e′＝３％であつて断
面Ａと断面Ｂの影響が等価断面CAに全体として
大きく現われ、等価断面CAが上昇ストロークに
伴つて徐々にしか増大しない場合には、あふれポ
ートが開かれることにより生じる圧力降下の速度
は遅くなる。これは他方で、動作チヤンバの圧力
の低下に時間がかかることを意味するから、ｅの
値が2.5％より小さくなると燃料放出弁の閉動作
に支障が生じる。特に過速度での運転状態では、
プランジヤーの上昇ストロークの開始時点でもま
だ放出弁が開状態のままになつてしまうことが実
験により判明した。従つて、0.025D≦ｅである
必要がある。

第６図に示すように、ｅ＝e′＝６％であつて断
面Ａが大きい場合には、等価断面CAは、断面Ｂ，
Ｃに強く依存する傾向を示す（カーブＣの太線部
分とカーブＢの太線部分とを参照されたい）。こ
の状態ではあふれポートが開かれることにより生
じる圧力低下は、第５図の場合に比して、急速に
行われる。深さｅが大きくなりすぎれば従来の欠
点を生じてしまう。実験の結果、ｅ≦0.06Dでな
いと、急激な圧力低下を防止する効果が得られな
いことが判明した。

段つき部の形状は図示のように湾曲させること
もできれば、あるいは同じくぼみ度を有するもの
であれば多角形状にすることもできる。この段つ
き部の深さ方向の表面は、図示の実施例において
は、２つの平らな部分２４，２９に対して垂直で
あつて、部分２４，２９を分離させる。他の形状
がキヤビテーシヨンの生ずるおそれをより少くす
るのに有利であることが判明した場合には、その
形を用いることができる。

ｅ＝e′の時に最良の結果が得られることが判明
している。いいかえれば、長手凹部２２の深い部
分２９の深さは、プランジヤーの燃料戻し用の溝
１９のその他の部分（らせん状の上側の制御肩２
０および段つき部２７の下の方の部分）の深さの
２倍である。

ポンプが動作する時に、プランジヤー１に段つ
き部２７が設けられていないとすると、ポンプの
供給サイクルの終期に生ずる、戻される燃料のジ
エツト流は、長手凹部２２に平行な方向に沿つて
ほぼ垂直な方向に流れようとする。その場合に
は、らせん状の上側の制御肩２０の端部２５の下
方部分、とくに第２図でハツチングを施した部分
C₀に局部的に大きな圧力低下すなわち真空が生
ずる傾向となる。この真空発生が各供給サイクル
ごとにくり返えし生ずると、キヤビテーシヨンの
ためにその部分の損耗がひどくなる。しかし、本
発明によつて、段つき部２７（第２図）から出た
流体ジエツトは散乱させられるから、領域C₀ま
たはその附近に真空は生じない。すなわち、流れ
の遅い部分が高速の流体ジエツトに接するという
状態の発生が阻止されるから、局部的真空の発生
も阻止され、従つて段つき部２７によつてキヤビ
テーシヨン発生の防止が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は対称的に配置されたらせん状の制御肩
を設けられた本発明のプランジヤーの実施例の斜
視図、第２図はプランジヤーの上昇ストローク時
の実際の供給期間の終りにおいて戻される燃料の
ジエツト流が散乱させられている状態を示すもの
で第１図において矢印の向きに見た正面図、第
３図および第４図は動作説明のために用いるそれ
ぞれ第１図に対応した斜視図、第５図および第６
図は第１図のプランジヤーを説明するためのグラ
フである。 １…プランジヤー、１９…溝、４…下側の肩
部、２２，２３…長手凹部、２０…制御肩、２４
…浅い部分、２５…制御肩の端部、２７…段つき
部、２９…深い部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の燃料噴射のための、往復運動を
   し、かつ燃料噴射量調節の目的で回転自在にされ
   ているプランジヤーであつて、ポンプシリンダー
   内のポンプ動作チヤンバを閉じるプランジヤー前
   端面から離間していて、プランジヤー周囲の制御
   面を限定するとともに斜めになつていて、ポンプ
   シリンダ壁内の制御孔と共働する制御肩が形成さ
   れており、その制御肩はプランジヤー周囲にわた
   り延在する対応の溝で形成されており、その溝は
   周縁方向でこの溝に隣接配置されているプランジ
   ヤーの長手凹部を介してポンプ動作チヤンバに連
   通しており、その連通領域は制御面に対向する一
   定深さのへこみとして形成されて制御肩と直列に
   接続され、周縁方向で長手凹部に隣接する面が噴
   射の最後にポンプ動作チヤンバから長手凹部を通
   じて制御孔へと戻る燃料のための絞り経路をポン
   プシリンダ内壁とともに形成するプランジヤーに
   おいて、周縁方向で長手凹部２２と隣接し、か
   つ、絞り経路を形成するための制御肩２０に接続
   する面は、すべての溝１９にわたつて延在し、こ
   の溝はその全域においてプランジヤーの直径の
   2.5％〜６％の略一定の深さを有するとともに、
   長手凹部２２はプランジヤー１の前端面１１から
   溝１９の領域に達する深い部分２９を有し、それ
   により長手凹部２２の浅い部分２４に移行する段
   つき部２７が長手凹部の深い部分２９に連なる制
   御肩２０の端部２５の近傍に形成され、制御孔へ
   戻る燃料がこの段つき部２７を通して長手凹部の
   深い部分２９に連なる制御肩２０の端部２５の下
   方へ偏向させられるようにされていることを特徴
   とするプランジヤー。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   長手凹部２２の異なる深さの２つの部分２９，２
   ４の間の移行をなす段つき部２７は、浅い部分２
   ４に対してＵ字状をなしていることを特徴とする
   プランジヤー。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、
   段つき部２７は半円形状をなしていることを特徴
   とするプランジヤー。 ４ 特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、
   段つき部２７は多角形状をなしていることを特徴
   とするプランジヤー。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れか
   １項に記載のものにおいて、長手凹部２２の深い
   部分２９は、長手凹部２２のそれに連なつている
   浅い部分２４の２倍の深さであるとともに、溝１
   ９の深さｅの略２倍であることを特徴とするプラ
   ンジヤー。