JPH10252602A

JPH10252602A - 液体を供給するためのピストン・ポンプ装置及び同ピストン・ポンプ装置を有する内燃式往復ピストン・エンジン

Info

Publication number: JPH10252602A
Application number: JP10013679A
Authority: JP
Inventors: Klaus Heim; ハイムクラウス; Robert Hofer; ホーファーロベルト
Original assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Current assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1998-09-22
Also published as: CN1116517C; KR19980079899A; EP0863308A1; CN1192507A

Abstract

(57)【要約】【課題】供給する液体の量を簡単に制御でき、かつ高い
効率を有する経済的なピストン・ポンプ装置と、同ピス
トン・ポンプ装置を有する内燃式往復ピストン・エンジ
ンとを提供すること。【解決手段】液体、特に燃料、殊に重油を供給するため
のピストン・ポンプ装置は動作空間３及び可動ピストン
４を有するポンプ・ハウジング２を有し、可動ピストン
４は動作空間３を減少及び増大させる。更に、装置は液
体を動作空間３内へ供給するための少なくとも１つの入
口開口２１と、液体を動作空間３から排出するための出
口開口２２とを有する。動作空間３内へ流入する液体の
量を制御する手段はポンプ・ハウジング２の内部空間内
に設けられている。更に、内燃式往復ピストン・エンジ
ンは前記のピストン・ポンプ装置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体、特に燃料、殊
に重油を供給するためのピストン・ポンプ装置であっ
て、動作空間及び可動ピストンを有するポンプ・ハウジ
ングと、可動ピストンが動作空間を減少及び増大させる
ことと、液体を動作空間内へ供給するための少なくとも
１つの入口開口と、液体を動作空間から排出するための
出口開口とを含むピストン・ポンプ装置に関する。更
に、本発明は前記のピストン・ポンプ装置を有する内燃
式往復ピストン・エンジン（Hubkolbenbrennkraftmasch
ine）に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般的
に、ピストン・ポンプ装置はポンプ・ハウジング内の動
作空間の体積がピストンの往復直線運動を通じて周期的
に変化するという原理に基づいて動作する。ピストンは
中空シリンダ内をシールされた状態で前後方向へ摺動可
能である。また、ガイド・スリーブをポンプ・ハウジン
グの内壁及びピストンの間に配置し得る。以下、動作空
間の体積を減少させるピストンの移動を圧縮動作と称
し、動作空間の体積を拡大するピストンの移動を拡張動
作と称する。

【０００３】圧縮装置を以下のように設計することが知
られている。即ち、ピストンは拡張動作中に吸込管を開
放し、これによって供給する液体を動作空間内へ流入可
能にする。次の圧縮動作中、ピストンは吸込管を閉鎖
し、これによって動作空間内に存在する液体の圧力を増
大させる。次いで、液体は自動制御された逆止弁等を通
って高圧側の圧力管路内へ流入する。前記のピストン・
ポンプ装置は内燃式往復ピストン・エンジン、特にディ
ーゼル・エンジンの噴射装置の噴射ポンプ等として使用
される。噴射ポンプの役割は最大で約２０００バールに
達する圧力で燃料を噴射管路内へ圧送することにある。
更に、噴射ポンプによって動作サイクル毎に供給される
燃料の量は機械の所望の出力を実現するために約ゼロか
ら全負荷量の間で制御可能であることを要する。

【０００４】多く用いられている従来の燃料供給量を制
御する方法としては、傾斜エッジ制御（Schraegkantenr
egelung）が挙げられる。傾斜エッジ制御では、ピスト
ンのストローク動作の大きさは一般的に一定である。し
かし、ピストンはその長手方向軸線の周りで回動可能で
ある。ピストンはその外周に沿って延びる溝を有し、同
溝はフローオフ・チャネルを通じて動作空間に連通され
ている。溝はピストンの外周面上を同ピストンの長手方
向軸線に対して傾斜する方向に沿って延びるエッジによ
って画定されている。これにより、動作空間に隣接する
ピストンの端面と、溝の始めの部分との間の距離は一定
でなくなる。従って、回動可能ピストンの角位置に基づ
いて、傾斜エッジは入口開口または特別なオーバーフロ
ー・ボアを圧縮動作中の更に早い時期または更に遅い時
期に開放する。これによって、動作空間は吸込側に連通
され、動作空間内の高圧側に存在する燃料は低圧側へ流
動し、これによって燃料供給が停止する。従って、ピス
トンの長手方向軸線の周りでの同ピストンの回動を通じ
て、動作空間に隣接するピストンのエッジ及び傾斜エッ
ジの間の距離は入口開口または特別なオーバーフロー・
ボアにおいてそれぞれ変化する。最初に述べたエッジが
入口開口または特別なオーバーフロー・ボアを圧縮動作
中に閉鎖した際、燃料供給は開始される。更に、圧縮動
作が更に進行することにより、傾斜エッジが入口開口ま
たはオーバーフロー・ボアを開放した直後、燃料供給は
終了する。この方法では、効果的に供給される燃料の量
は高圧側における余剰燃料のフローオフによって変更で
きる。

【０００５】しかし、傾斜エッジ制御の原理に基づいて
動作する前記の種類のピストン・ポンプ装置は幾つかの
問題点を有する。例えば、高圧側における液体の流出に
起因して、この制御はエネルギーの観点において望まし
くない。全負荷オペレーションにおいて必要とされる量
に等しい実質的に均一な量の燃料がピストンの拡張動作
中の動作サイクル毎に動作空間内へ流入するため、使用
されなかった比較的多量の燃料が圧縮動作中、特に部分
負荷時またはアイドリング・オペレーション時に高圧側
から吸込側へ戻される。この場合、ピストンは動作空間
内に存在する全ての液体を最初に加圧する必要があり、
かつこの動作サイクルに不要な液体のリターン・フロー
を形成する必要があるため、この動作はエネルギーを必
要とする。エネルギーが実際の動作プロセスから損失す
るため、戻す液体の移動及び圧縮に必要な前記のエネル
ギーは非経済的であって、かつ望ましくない損失を意味
する。この損失はポンプ装置の効率に悪影響を及ぼす。
従って、供給する液体が船のエンジンの噴射ポンプ等に
用いる重油であるアプリケーションでの改善が特に必要
とされる。

【０００６】更に、開口における吸込に対するピストン
の角位置に基づいて、即ち、ポンプ装置がアイドル・モ
ード、部分負荷モード及び全負荷モードのうちのいずれ
のモードで運転されているかに基づいて、ピストン外壁
と、ガイド・スリーブまたはポンプ・ハウジングとの間
のシール面は比較的短くなる。この結果、無意味な漏れ
速度が発生し、同漏れ速度はポンプの効率に悪影響を及
ぼす。

【０００７】その一方、供給する液体の量の制御をポン
プの先に配置されている独立した制限装置を介して実施
するピストン・ポンプ装置が知られている。このポンプ
では、ピストンは実質的に滑らかな壁を有し、同ポンプ
の先に配置された制限装置は動作シリンダ内の動作空間
内へ流入する液体の量を負荷に基づいて制御する。しか
し、この場合、ポンプの動作空間及び制限装置の間のデ
ッド・ボリューム内に存在する液体は各動作サイクル中
に加圧されるため、同デッド・ボリュームは問題といえ
る。更に、重油は化学的に攻撃的であり、かつ制限装置
のバルブ等において非常に硬い付着物を形成する。そし
て、同付着物は大きな摩耗を招来し、かつ高い維持費及
び努力を必要とする。このため、従来の制限装置は重油
の供給に適さない。重油のために特別なバルブが開発さ
れているが、同バルブは構造的に複雑であって、かつ高
い出費を必要とするうえ、製造コストが比較的高い。

【０００８】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、供給する液体の量を簡単に制
御でき、かつ高い効率を有する経済的なピストン・ポン
プ装置と、同ピストン・ポンプ装置を有する内燃式往復
ピストン・エンジンとを提供することにある。特に、ピ
ストン・ポンプ装置は燃料、殊に重油の供給に適する必
要がある。ピストン・ポンプ装置はエネルギーを更に効
率的に消費し、かつ従来の装置（例：傾斜エッジ制御を
使用する装置）より更に高い効率を有する必要がある。
更に、デッド・ボリュームの形成を可能な限り回避する
必要がある。ピストン・ポンプ装置は簡単、かつ頑丈な
デザインを有し、かつ経済的であることを要する。特
に、本発明の目的はディーゼル原理に基づいて動作し、
かつ同ディーゼル原理において必要とされる高圧を形成
できる内燃式往復ピストン・エンジンの噴射システムに
適したピストン・ポンプ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に基づくピストン
・ポンプ装置は動作空間と、同動作空間の大きさを減少
及び増大させる可動ピストンとを有するポンプ・ハウジ
ングを含む。更に、本発明に基づくピストン・ポンプ装
置は液体を動作空間内へ供給するための少なくとも１つ
の入口開口と、液体を動作空間から排出するための出口
開口とを有する。本発明に基づくピストン・ポンプ装置
は、動作空間内へ流入する液体の量を制御する手段をポ
ンプ・ハウジングの内部空間内に有することによって特
徴付けられる。

【００１０】動作空間内へ流入する液体の量を本発明に
基づくピストン・ポンプ装置内で制御できるため、動作
空間からの液体の戻りを回避できる。この結果、供給さ
れたエネルギーは更に効果的に使用され、かつ効率が改
善される。液体の量を制御する手段がポンプ・ハウジン
グの内部空間内に設けられているため、望ましくないデ
ッド・ボリュームの形成を大幅に回避できる。更に、供
給する液体の量を制御するための外部メータリング・デ
バイスを必要としない、即ちメータリング・デバイスを
ピストン・ポンプ装置の先に配置する必要がないため、
簡単で堅牢な経済的デザインが可能である。特に、耐重
油型外部制限装置を吸込側に設ける必要がない。

【００１１】本発明の好ましい態様に基づくピストン・
ポンプ装置では、動作空間内へ流入する液体の量を制御
する手段はピストンに設けられている。例えば、ピスト
ンはその長手方向軸線の周りを回動できるようにジャー
ナルで取付けられている。更に、ピストンをその長手方
向軸線の周りで回動させるための制御装置が設けられて
いる。ピストンは実質的に円筒状をなし、動作空間内へ
流入する液体の量を制御する手段は少なくとも１つの凹
部を有する。同凹部はピストンの外周面に設けられ、か
つ動作空間に隣接するピストンの端面まで延びている。
拡張動作の最期、即ち、ピストンが動作空間を最大体積
とする折返し点にある時におけるポンプ・ハウジングに
対するピストンの角位置に基づき、入口開口の更に小さ
な開口面積または更に大きな開口面積を動作空間に対し
て連通するように凹部は幾何学的にデザインされてい
る。これにより、本態様では、動作空間内へ流入する液
体の量は簡単な方法、即ち、ピストンをその長手方向軸
線の周りで回動させることによって制御できる。凹部の
幾つかの幾何学的形状を以下に詳述する。

【００１２】可能な限り対称をなす圧力分布を実現すべ
く、動作空間内へ流入する液体の量を制御する手段はほ
ぼ同じ少なくとも２つの凹部をピストンの外周面に好ま
しくは有し、同少なくとも２つの凹部は好ましくは互い
に正反対の位置に配置され、かつ動作空間に隣接するピ
ストンの端面までそれぞれ延びている。

【００１３】本発明の別の態様に基づくピストン・ポン
プ装置では、ピストンを案内するためのガイド・スリー
ブがポンプ・ハウジングの内部空間内に設けられてい
る。ガイド・スリーブは供給する液体が通過する少なく
とも１つの通路開口を有する。ポンプ・ハウジングに対
するガイド・スリーブの位置は制御装置によって変更可
能である。本態様では、動作空間内へ流入する液体の量
の制御はピストンの長手方向軸線の周りにおけるガイド
・スリーブの回動によって実施するか、またはガイド・
スリーブをピストンの長手方向軸線に沿って移動させる
ことによって実施する。これらの手段によって、ガイド
・スリーブの通路開口の位置をポンプ・ハウジングの入
口開口に対して変更できる。これにより、ピストンが動
作空間の体積を最大にする同ピストンの折返し点に位置
する際、動作空間内へ流入する液体が通過する断面積も
変化する。そして、ガイド・スリーブの位置に基づい
て、入口開口の更に小さな面積または更に大きな面積が
閉鎖される。これによって、動作空間内へ流入する液体
の量を簡単に制御できる。

【００１４】負荷に基づく燃料、特に重油の量を本発明
のピストン・ポンプ装置によって簡単に制御できるた
め、同ピストン・ポンプ装置は内燃式往復ピストン・エ
ンジンの噴射システムの噴射ポンプに特に適する。更
に、ディーゼル・エンジンに必要とされる高圧を形成で
きる。本発明の優れた点としては、本発明に基づくピス
トン・ポンプ装置の改善された効率が挙げられる。これ
は経済的、かつコスト的に好ましいオペレーションと、
動作空間内へ流入する液体の量を制御するための耐重油
型外部制限装置を必要としない能力とを実現可能にす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図面に基づく以下の実施の形態の
詳細な説明において、互いに等しい機能を有する複数の
同一部品または同一部分は同一の符号を用いて示す。図
１に示すように、液体、特に燃料、殊に重油を供給する
ための本発明に基づくピストン・ポンプ装置１は動作空
間３及び可動ピストン４を有するポンプ・ハウジング２
と、可動ピストン４が動作空間３を減少及び増大させる
ことと、液体を動作空間３内へ供給するための少なくと
も１つの入口開口２１と、液体を動作空間３から排出す
るための出口開口２２とを含む。本発明に基づき、動作
空間３内へ流入する液体の量を制御する手段がポンプ・
ハウジング２の内部空間内に設けられている。

【００１６】重油に適するピストン・ポンプ装置であっ
て、かつ船のエンジン等のディーゼル原理に基づいて動
作する大型内燃式往復ピストン・エンジンの噴射ポンプ
としてのピストン・ポンプ装置の特別な実施の形態に基
づいて本発明を以下に詳述する。更に、供給する液体が
重油である前記のピストン・ポンプ装置の使用について
も以下に詳述する。但し、本発明はこれらの用途に限定
されるものではない。供給する媒体は別の燃料または一
般的な液体であり得る。更に、本発明に基づくピストン
・ポンプ装置は噴射システムへの使用に限定されるもの
ではなく、制御可能な量の液体の供給を行う他の分野の
用途にも適する。

【００１７】本発明に基づくピストン・ポンプ装置は従
来の原理、即ちポンプ・ハウジング２内の動作空間３の
体積がピストン４の往復直線運動を通じて周期的に変化
するという原理に基づいて動作する。以下、動作空間３
の体積を減少させるピストン４の移動を圧縮動作と称
し、動作空間３の体積を拡大するピストン４の移動を拡
張動作と称する。更に、動作空間３の体積が最大となっ
た際にピストン４が位置する死点、即ち折返し点を第１
の死点と称し、動作空間３の体積が最小となった際にピ
ストン４が位置する死点、即ち折返し点を第２の死点と
称する。従って、図１に示す例では、圧縮動作はピスト
ン４の上昇であり、拡張動作はピストン４の下降であ
り、ピストン４の第１の死点は下側に位置する死点であ
り、第２の死点は上側に位置する死点である。

【００１８】図１では、本発明の第１の実施の形態に基
づくピストン・ポンプ装置１の複数の構成部品の概略を
縦断面図に示す。本実施の形態を分かり易くするため
に、ポンプ技術において十分知られている多数の詳細部
分は省略してある。ブロッキング・オイルのための管
路、入口及び出口、ピストン・バネ、シール並びに調節
ネジに代表されるこれらの詳細部分は傾斜エッジ制御の
原理に基づいて動作する市販の噴射ポンプ等におけるデ
ザインのような従来のデザインを使用できる。従って、
これらの詳細部分の説明は省略する。

【００１９】図１に示す実施の形態において、ピストン
４は実質的に円筒状をなし、かつその長手方向軸線Ａの
周りを回動できるようにジャーナルで取付けられてい
る。制御棒６を有する制御装置を使用することにより、
ピストン４をその長手方向軸線Ａの周りにおいて矢印Ｃ
で示すように左右両方向へそれぞれ回動させ得る。制御
棒６はピストン４に面する側面上に複数の歯を有し、同
複数の歯はピストン４の外周面上に設けられた歯配列７
に対して係合している。従って、制御棒６を矢印Ｂで示
す左方向及び右方向へそれぞれ移動させることに応じ
て、ピストン４はその長手方向軸線Ａの周りで矢印Ｃで
示すように両方向へそれぞれ回動し得る。ピストン４を
回動させるための前記の制御装置は知られているため、
更なる詳細な説明を必要としない。動作空間３を減少及
び／または増大させるためのピストン４のストローク動
作は同様に従来の方法で行い得る。被駆動カム・シャフ
ト１０が回動し、同回動により、カム１１が伝達装置１
２を図１の上方へ移動させる。これによって、ピストン
４は図示していないピストン・バネの付勢力に対抗して
図１の上方へ移動し、かつ動作空間３を圧縮する。カム
１１が伝達装置１２を通過した後、ピストン４は下方へ
移動する。これにより、動作空間３が拡大される。

【００２０】図１に示す第１の実施の形態では、動作空
間３内へ流入する液体の量（重油の量）を制御する手段
は少なくとも１つの凹部５を有し、同凹部５はピストン
４の外周面に設けられ、かつ動作空間３に隣接するピス
トン４の端面４９まで延びている。可能な限り対称な圧
力分布を実現すべく、好ましくはほぼ同じ少なくとも２
つの凹部５がピストン４の外周面に設けられており、同
少なくとも２つの凹部５は好ましくは互いに正反対の位
置に配置され、かつ動作空間３に隣接するピストン４の
端面４９までそれぞれ延びている。勿論、２つを越す数
量の凹部５を設けることが可能であり、同複数の凹部５
はピストン４の外周面上に均等に離間させて配置するこ
とが好ましい。この場合、即ち、複数の凹部５をピスト
ンの外周面上に設ける場合、１つを越す数の入口開口２
１をポンプ・ハウジング内に設け得る。本発明を理解す
るためには複数の凹部５のうちの１つのみを知れば十分
であるため、同複数の凹部５のうちの１つのみを以下に
詳述する。

【００２１】動作状態において、凹部５は動作空間３内
への重油流入の制御に使用される。図１に示す例では、
ピストン４は同ピストン４の第１の折返し点（動作空間
３の最大体積を実現する点）付近に位置している。この
状態において、凹部５は入口開口２１及び動作空間３の
間の連通部を形成している。符号ＢＥで示すように、燃
焼のために準備された重油は入口開口２１に連通された
吸込管１３を通じて入口開口２１へ到達し、さらには入
口開口２１から凹部５を通って動作空間３内へ流入す
る。次いで実施される圧縮動作において、ピストン４は
入口開口２１を閉鎖し、かつ動作空間３を圧縮する。こ
れにより動作空間３内の重油は加圧される。加圧された
重油は出口開口２２及び逆止弁１４を通じて圧力管路１
５内へ流入する。圧力管路１５は噴射ノズルに接続され
た圧力コンテナ（図示略）等へ連通されている。続いて
実施されるピストン４の拡張動作では、入口開口２１及
び動作空間３の間が凹部５を介して再び連通される。こ
の結果、重油は次の動作サイクルのために動作空間３内
へ流入し得る。従って、動作空間内への重油の流入はピ
ストン４の拡張動作中、即ち、ピストン４が第１の折返
し点の領域に位置する際に発生する。

【００２２】本発明に基づくピストン・ポンプ装置で
は、負荷に基づいた供給重油量の制御は動作空間３内へ
流入する重油の量の制御によって行われる。同制御は動
作サイクル毎の重油流入量が実質的に一定であって、か
つ制御を高圧側におけるリターン・フローによって実現
する傾斜エッジ制御を用いるポンプ等の従来のポンプと
は異なる。

【００２３】図１に示す実施の形態では、動作空間３内
へ流入する重油の量の制御はピストン４をその長手方向
軸線Ａの周りで矢印Ｃの方向へ回動させることによって
行われる。ピストン４がその第１の折返し点の領域内に
位置する際に、ポンプ・ハウジング２に対するピストン
４の角位置に基づいて更に多くの量または更に少ない量
の重油を動作空間３内へ流入させるべく、ピストン４の
外周面に設けられた凹部５は幾何学的にデザインされて
いる。“角位置"という用語はピストンの長手方向軸線
の周りでの同ピストンの回動位置を意味し、同位置は方
位角を用いて円柱座標系等において説明できる。

【００２４】図２（ａ）〜図２（ｄ）は凹部５のデザイ
ンの幾つかの例を示し、各例は第１のプロジェクション
面上における垂直プロジェクションとして示す。第１の
プロジェクション面はピストン４の長手方向軸線Ａに対
して平行に延びている。前記の複数のプロジェクション
は符号５１ａ〜５１ｄで示す。このプロジェクションは
ピストン４の長手方向軸線Ａに直交する方向からピスト
ン４の外周面を見た状態を表す。更に分かり易いよう
に、ピストン４の長手方向軸線Ａを同ピストン４ととも
に図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す。更に、ポンプ・ハウ
ジング２及び入口開口２１の位置（破線で表示）を示
す。図２（ａ）〜図２（ｄ）は第１の折返し点、即ち、
第１の死点（動作空間３の最大体積を実現する点）付近
に位置し、かつ供給する重油の中間量、即ち最大量及び
最小量の中間の量に対応する角位置にあるピストン４を
示す。

【００２５】図２（ａ）に示すプロジェクション５１ａ
において、凹部５は動作空間３に隣接するピストン４の
端面４９から長手方向軸線Ａに平行に延びる外周面に沿
って延びる溝５１１ａの形態を最初はなし、次いで実質
的なＶ字形部５１２ａへ変化し、同Ｖ字形部５１２ａの
開口側はピストン４の長手方向軸線Ａにほぼ平行に延び
ている。従って、凹部５はピストン４の周方向に沿って
縮まる。即ち、凹部５は図２（ａ）の右側に向かって狭
くなる。

【００２６】例えば、接続されている内燃式往復ピスト
ン・エンジンを用いて更に高い出力を形成（負荷増大）
すべく更に多量の重油をサイクル毎に供給する場合、制
御棒６（図１参照）を用いてピストン４を長手方向軸線
Ａの周りで図２（ａ）に示す矢印Ｃ１の方向へ右側に回
動させる。従って、ピストン４が第１の死点の領域内に
位置する際、Ｖ字形部５１２ａは入口開口２１の更に広
い面積を開放する。この結果、更に多くの重油が凹部５
を通じて動作空間３内へ流入し得る。これとは逆に、サ
イクル毎に供給する重油の量を減少させる場合、制御棒
６を移動させることによって、ピストン４をその長手方
向軸線Ａの周りで矢印Ｃ２（図２（ａ）参照）の方向へ
回動させる。ピストン４がその第１の死点の領域内に位
置する際、凹部５によって開放された入口開口２１の面
積は減少する。この結果、動作サイクル毎に動作空間３
内へ流入する重油の量は減少する。ピストン・ポンプ装
置１を最大供給量にセットした場合、ピストン４がその
第１の死点の領域内に位置する際、即ち、図２（ａ）の
凹部５に対する入口開口２１の位置を示す破線の円がプ
ロジェクション５１ａ内にほぼ完全に配置されている
際、凹部５はほぼ完全に入口開口２１を開放する。これ
とは逆に、例えば、接続されている内燃式往復ピストン
・エンジンを停止させるべく重油を全く供給しない場
合、ピストン４をその長手方向軸線Ａの周りにおいて矢
印Ｃ２（図２（ａ）参照）の方向へ回動させることによ
って、凹部５に対する入口開口２１の位置を示す破線の
円がほぼ完全にプロジェクション５１ａの外側に位置す
る角位置までピストン４を回動させる。従って、ピスト
ン４が第１の死点の領域内に位置する場合であっても入
口開口２１は閉鎖された状態に維持され、かつ重油は動
作空間３内へ全く流入できない。この簡単な方法によ
り、即ち、ピストン４の回動により、供給する重油の量
を最小値及び最大値の間で制御できる。これにより、動
作空間３内へ流入する重油の量を制御し得ることが本発
明の重要な効果といえる。

【００２７】図２（ａ）に類似する図２（ｂ）〜図２
（ｄ）は凹部５の別例におけるプロジェクション５１ｂ
〜５１ｄを示す。動作原理は図２（ａ）に基づいて詳述
した動作原理と同じである。従って、図２（ａ）に対す
る説明は図２（ｂ）〜図２（ｄ）に対しても同様に適用
される。

【００２８】図２（ｂ）及び図２（ｃ）にそれぞれ示す
例において、ピストン４の長手方向軸線Ａに平行に延び
る第１のプロジェクション面上における凹部５の垂直プ
ロジェクション５１ｂまたは５１ｃは実質的に三角形を
なす。図２（ｂ）は凹部５のプロジェクション５１ｂが
三角形をなす例を示し、同三角形の１つの側面はピスト
ン４の端面４９内に位置する。この三角形は特には直角
三角形であり、同直角三角形の２つの側面は互いにほぼ
直角をなす。更に、同２つの側面は凹部５がピストン４
の少なくとも１つの角位置においてほぼ完全に入口開口
２１を開放する長さまで少なくともそれぞれ延びてい
る。図２（ｃ）に示す凹部５の別例において、プロジェ
クション５１ｃは同様に実質的に三角形をなす。しか
し、三角形の１つの側面はピストン４の端面４９によっ
て切断されている。ピストン４の少なくとも１つの角位
置において、凹部５が入口開口２１をほぼ完全に開放す
るように三角形の大きさは設定されている。

【００２９】図２（ｄ）に示す別例において、ピストン
４の長手方向軸線Ａに平行に延びる第１のプロジェクシ
ョン面上における凹部５の垂直プロジェクション５１ｄ
は実質的に四角形、特には矩形をなす。ピストン４の少
なくとも１つの角位置において、凹部５が入口開口２１
をほぼ完全に開放するように四角形の大きさは設定され
ている。

【００３０】放射方向、即ち、ピストン４の長手方向軸
線Ａに直交する方向における凹部５の形成に関して幾つ
かの例が可能である。図３（ａ）〜図３（ｄ）は放射方
向における凹部５の形状の幾つかの例を示す。そして、
図３（ａ）〜図３（ｄ）はピストン４の長手方向軸線Ａ
に平行に延び、かつ第１のプロジェクション面に対して
直行する方向に延びる第２のプロジェクション面上にお
ける垂直プロジェクションを凹部５の各種の形状につい
て示す。このプロジェクションとしての表示はピストン
４の長手方向軸線Ａに直交する方向からピストン４の外
周面を見た様子を示す。ピストン４の外周面を見る方向
は図２（ａ）〜図２（ｄ）における外周面を見る方向か
らピストン４の長手方向軸線Ａの周りを周方向に９０度
回動した位置にある。符号５２ａ〜５２ｄは第２のプロ
ジェクション面上における垂直プロジェクションをそれ
ぞれ示す。分かり易くするために、ピストン４の一部及
び同ピストン４の長手方向軸線Ａを図３（ａ）〜図３
（ｄ）に示す。更に、ポンプ・ハウジング２及び入口開
口２１を示す。図３（ａ）〜図３（ｄ）は第１の死点
（動作空間３の最大体積を実現する点）付近に位置する
ピストン４をそれぞれ示す。

【００３１】図３（ａ）においてプロジェクション５２
ａで示す凹部５の放射方向の形状は図２（ａ）に示す凹
部５に特に適するが、これに限定されるものではない。
周方向に沿ってＶ字形をなす部分５１２ａ（図３（ａ）
において破線で示す）は放射方向に沿ってテーパーが付
いている。従って、同部分５１２ａは図３（ａ）におい
て三角形に見える。Ｖ字形部５１２ａをピストン４の端
面４９に対して連通する溝５１１ａはプロジェクション
５２ａにおいて矩形をなす。

【００３２】図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示すように、第
２のプロジェクション面上における垂直プロジェクショ
ン５２ｂ〜５２ｄが実質的に矩形（図３（ｂ）のプロジ
ェクション５２ｂ参照）、三角形（図３（ｃ）のプロジ
ェクション５２ｃ参照）または円形セグメント等の少な
くとも部分的に曲線で画定された領域（図３（ｄ）のプ
ロジェクション５２ｄ参照）をなすように凹部５を放射
方向に形成し得る。

【００３３】更に、凹部５の放射方向深度Ｔ（図４
（ａ）参照）、即ち、ピストン４の長手方向軸線Ａに直
交する方向に沿った凹部５の幅がピストン４の周方向に
沿って変化するように凹部５を形成することが可能であ
る。これは油が流入する際に入口開口２１に対向する凹
部の放射方向深度Ｔが、ピストン４をその長手方向軸線
Ａの周りで回動させた際に変化することを意味する。こ
れは図４（ａ）〜図４（ｄ）に示されており、同図４
（ａ）〜図４（ｄ）は長手方向軸線Ａの方向からピスト
ン４の端面４９を見た平面図であり、ピストン４の長手
方向軸線Ａに直交する方向に沿って延びる凹部５の断面
を示す。複数の凹部５の断面は符号５３ａ〜５３ｄでそ
れぞれ示す。更に、ピストン４の外周面にそれぞれ設け
られたほぼ同じ少なくとも２つの凹部５を有し、同少な
くとも２つの凹部５が互いに正反対の位置に配置されて
いる本発明の好ましい実施の形態を理解し易くするため
に、２つの凹部５を図４（ａ）〜図４（ｄ）にそれぞれ
示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、凹部５は
ピストン４の長手方向軸線Ａに直交する方向に沿って延
びる断面５３ａまたは５３ｂを有する。断面５３ａまた
は５３ｂは実施的に矩形をなし、同矩形の１つの側面は
ピストン４の外周面上に位置する。ピストン４の長手方
向軸線Ａに近い方の矩形の側面は図４（ａ）に示すよう
に真っ直ぐであるか、または図４（ｂ）に示すように湾
曲させ得る。これにより、実質的に矩形をなす断面領域
５３ｂの少なくとも２つの側面が湾曲している。従っ
て、断面領域５３ｂはピストン４の外周に一致、即ち整
合している。更に、図４（ｃ）に示すように、ピスト
ン４の長手方向軸線Ａに直交する方向に沿って延びる凹
部５の断面領域５３ｃがピストン４の外周面上に位置す
る境界線を有する実質的に円形セグメントの形態を有す
るように凹部５を形成し得る。

【００３４】図４（ｄ）は別の例を示し、同例は図２
（ａ）に示すプロジェクション５１ａと併用し得る。実
質的に三角形の断面領域５３ｄ（破線で示す）は図４
（ｄ）の紙面の真下に位置し、かつピストン４の端面４
９に対して溝を通じて連通されている。

【００３５】図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す断面領域５
３ａ〜５３ｄに共通する点としては、入口開口２１に対
向する領域内の凹部の放射方向深度Ｔが、ピストン４を
その長手方向軸線Aの周りで回動させた際に変化するこ
とが挙げられる。図４（ｂ）に示す断面において、例え
ば、凹部５の放射方向深度Ｔはピストンの周方向に沿っ
て減少する。前記の放射方向深度Ｔの例は、更に大きい
深度または更に小さい深度を放射方向に沿って有する凹
部の部分がピストン４の角位置に基づいて入口開口を少
なくとも部分的に開放するという結果を招来する。この
方法、即ち、凹部の放射方向深度Ｔを周方向に沿って変
化させることにより、動作空間３内へ流入する重油の量
は、長手方向軸線Ａの周りにおけるピストン４の回動に
よって簡単に制御できる。

【００３６】凹部５の三次元形状についての多くの可能
性が存在する。例えば、これらの可能性は図２（ａ）〜
図２（ｄ）に示す第１のプロジェクション面上における
複数のプロジェクション５１ａ〜５１ｄのうちの１つ
と、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す第２のプロジェクシ
ョン面上の複数のプロジェクション５２ａ〜５２ｄのう
ちの１つと、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す複数の断面
領域５３a〜５３ｄのうちの１つとを組み合わせること
等によって実現される。従って、例えば、動作サイクル
毎に動作空間内へ流入する重油の量は、ピストンの周方
向に沿った凹部５の幾可学的形状（図２（ａ）〜図２
（ｄ）参照）を通じて単独で制御することと、凹部５の
放射方向深度Ｔの変化（図４（ａ）〜図４（ｄ）参照）
を通じて単独で制御することと、前記の周方向に沿った
幾何学形状及び放射方向深度Ｔの変化の組み合わせを通
じて制御することのうちのいずれか１つによって制御で
きる。

【００３７】図２（ａ）〜図２（ｄ）、図３（ａ）〜図
３（ｄ）及び図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す凹部５のコ
ーナーまたはエッジ（例：図２（ａ）のＶ字形部５１２
ａの先端）は僅かに丸く形成し得る。これは製造上の理
由から特に効果的であり得る。

【００３８】制御棒６の移動（矢印Ｂ）によって決定さ
れるピストン４の回動と、動作空間３内へ流入する重油
の量との間の異なる複数の機能的関係を可能にする点に
おいて、前記の凹部５の形状に関する多数の可能性は特
に効果的である。従って、例えば、動作空間３内へ流入
する重油の量が制御棒６の移動にともなってほぼ直線的
に変化するように凹部５を形成し得る。例えば、凹部５
が図２（ａ）及び図３（ａ）に示す各プロジェクション
と、図４（ｄ）に示す断面領域とを有する場合、動作空
間３内へ流入する重油の量の変化は制御棒６の移動にほ
ぼ二次方程式の関係で依存する。この種の多数の機能的
関係は凹部５の幾何学的形状を通じて実現し得る。従っ
て、本発明に基づくピストン・ポンプ装置は所望の制御
特性（制御棒６の移動及び液体の量の変化の間の関係）
に関する高い柔軟性を有し、かつジェネレータ、プロペ
ラ駆動装置または車両駆動装置のオペレーション等の異
なる多数の使用目的における要件に適合させ得る。

【００３９】特に効果的な点としては、本発明に基づく
ピストン・ポンプ装置の高い効率が挙げられる。効率は
入力に対する使用可能な出力の比である。本発明に基づ
くピストン・ポンプ装置では、実際に供給しなければな
らない液体の量のみが動作空間３内へそれぞれ供給され
る。即ち、動作サイクル毎に動作空間３内へ流入する液
体の量は変化可能、即ち制御可能であるため、高圧側に
おける液体のリターン・フローは不必要である。これは
供給しない液体を移動及び／または加圧することを大幅
に回避する。従って、このようなプロセスに使用する必
要のあるエネルギーをセーブできる。これにより、効率
が増大し、かつ運転コストが低減する。

【００４０】本発明に基づくピストン・ポンプ装置の別
の効果としては、ピストン壁及び入口開口２１の間のシ
ール面が傾斜エッジ制御を用いて運転される従来のポン
プ等のシール面と比べて大きくなる事実が挙げられる。
これにより、更に低い漏れ速度が実現される。これは効
率を高め、かつエネルギーの効率的な使用に貢献する。

【００４１】ピストン４上に複数の凹部５が設けられて
いる場合、動作空間３内へ流入する液体の量を制御すべ
く複数の凹部５のうちの少なくとも１つがポンプ・ハウ
ジング内の１つを越す数の入口開口２１と協働するよう
に本発明の第１の実施の形態に基づくピストン・ポンプ
装置を形成し得る。

【００４２】図示する入口開口２１の実質的に円形の横
断面は本発明を例示するためのものであり、別の形状を
有し得る。従って、所望の制御特性を実現するために、
入口開口２１をスロットまたは楕円形に形成することは
効果的であり得る。

【００４３】前記の第１の実施の形態において、供給す
る液体が通る少なくとも１つの通路開口を有するガイド
・スリーブをピストン４の外壁及びポンプ・ハウジング
の間に設け得る。液体の量の制御は前記の方法と同様に
実施される。例えば、ピストン４がその第１の死点の領
域内に位置する際に、凹部５が通路開口の更に大きな面
積または更に小さな面積を開放することによって液体の
量を制御できる。

【００４４】図５は本発明の第２の実施の形態に基づく
ピストン・ポンプ装置の重要な部分を示す縦断面図であ
る。同ピストン・ポンプ装置では、供給する液体が通る
少なくとも１つの通路開口８１を有するガイド・スリー
ブ８がピストン４の案内のためにポンプ・ハウジング２
の内部空間内に設けられている。更に、ポンプ・ハウジ
ング２に対するガイド・スリーブ８の位置を変更すべく
制御装置９が提供されている。第１の実施の形態に関連
して前記したように、少なくとも２つの通路開口８１を
ガイド・スリーブ８内に形成し、同複数の通路開口８１
をガイド・スリーブ８の外周上に一定間隔で設けること
は対称な圧力分布を実現する点において第２の実施の形
態においても好ましい。図５において、ピストン４の圧
縮動作及び拡張動作のための駆動機構は図示していな
い。これは前記の既に知られている方法と同様に実現し
得る。図５に示す第２の実施の形態において、ピストン
４は実質的に滑らかな壁を有し、かつその長手方向軸線
Ａの周りでは回動しない。動作空間３内へ流入する重油
の量の制御はガイド・スリーブ８によって行われる。ガ
イド・スリーブ８は制御装置９によって符号Ｄで示すよ
うにピストン４の長手方向軸線Ａに沿って移動される。
例えば、この移動は伝達棒によって実現し得る。これに
より、ピストン４がその第１の死点の領域内に位置する
際、通路開口８１は入口開口２１の更に多くの面積また
は更に小さな面積を開放する。図５は第１の死点付近に
位置するピストン４を示す。図示するガイド・スリーブ
８の位置において、油の中間量、即ち最大量及び最小量
の中間の量が動作空間３内へ流入する。動作空間内へ流
入する液体の量を増大する場合、ガイド・スリーブ８を
図５の上方へ移動させる。これとは逆に、量を減少させ
る場合、ガイド・スリーブを下方へ移動させる。最大量
の液体を供給する場合、ピストン４がその第１の死点の
領域内に位置する際に、ガイド・スリーブ８は通路開口
８１が入口開口２１をほぼ完全に開放する位置にある。
液体を供給しない場合、ガイド・スリーブ８が入口開口
２１をほぼ完全に閉鎖するまで同ガイド・スリーブ８を
図５における下方へ移動させる。これにより、動作空間
内へ流入する液体の量を簡単に制御できる。

【００４５】第２の実施の形態の別例はガイド・スリー
ブ８を有し、同ガイド・スリーブ８はピストン４の長手
方向軸線Ａの方向に移動不能である一方で、ピストン４
の長手方向軸線Ａの周りで回動可能である。制御装置９
は第１の実施の形態におけるピストン４を回動させるた
めの制御装置と同様に形成可能である。この別例では、
通路開口８１の幾何学的形状を通じて所望の制御特性を
実現できる。即ち、通路開口８１は第１の実施の形態に
おいてピストン４の外周面に設けられた凹部５に関連し
て説明したのと同様に形成可能である。

【００４６】更に、動作空間３内へ流入する液体の量を
ガイド・スリーブ８内の通路開口８１及び凹部の協働を
通じて制御するために、凹部を第２の実施の形態に基づ
くピストン４の外周面に設け得る。

【００４７】本発明に基づくピストン・ポンプ装置は内
燃式往復ピストン・エンジン、特にディーゼル原理に基
づいて動作し、かつ燃料として重油を使用する内燃式往
復ピストン・エンジンの噴射装置の噴射ポンプに特に適
する。この種の機械は船のエンジン等に使用される。高
圧側における重油に必要とされる約１０００〜２０００
バールの圧力は本発明に基づくピストン・ポンプ装置を
使用することにより問題なく形成できる。本発明に基づ
くピストン・ポンプ装置はその高い効率により、エネル
ギーの効率的な使用を可能にし、これによって、内燃式
往復ピストン・エンジンの経済的、かつ低コストなオペ
レーションに大きな貢献を果たす。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ピストン・ポンプ装置から供給する液体の量を簡単に制
御でき、かつ同ピストン・ポンプ装置の高い効率及び経
済性を実現するという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に基づくピストン・
ポンプ装置の主要部分を示す縦断面図。

【図２】（ａ）ピストンの第１のプロジェクション面上
における凹部の垂直プロジェクションを示す部分縦断面
図。（ｂ）ピストンの第１のプロジェクション面上にお
ける別の凹部の垂直プロジェクションを示す部分縦断面
図。（ｃ）ピストンの第１のプロジェクション面上にお
ける更に別の凹部の垂直プロジェクションを示す部分縦
断面図。（ｄ）ピストンの第１のプロジェクション面上
における更に別の凹部の垂直プロジェクションを示す部
分縦断面図。

【図３】（ａ）ピストンの第２のプロジェクション面上
における凹部の垂直プロジェクションを示す部分縦断面
図。（ｂ）ピストンの第２のプロジェクション面上にお
ける別の凹部の垂直プロジェクションを示す部分縦断面
図。（ｃ）ピストンの第２のプロジェクション面上にお
ける更に別の凹部の垂直プロジェクションを示す部分縦
断面図。（ｄ）ピストンの第２のプロジェクション面上
における更に別の凹部の垂直プロジェクションを示す部
分縦断面図。

【図４】（ａ）ピストン端面上に位置する凹部の断面を
示す部分平面図。（ｂ）ピストン端面上に位置する別の
凹部の断面を示す部分平面図。（ｃ）ピストン端面上に
位置する更に別の凹部の断面を示す部分平面図。（ｄ）
ピストン端面上に位置する更に別の凹部の断面を示す部
分平面図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に基づくピストン・
ポンプ装置の主要部分を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…ピストン・ポンプ装置、２…ポンプ・ハウジング、
３…動作空間、４…可動ピストン、５…凹部、２１…入
口開口、２２…動作空間、４９…ピストンの端面、５１
ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ…第１のプロジェクション
面上における凹部の垂直プロジェクション、５２ａ，５
２ｂ，５２ｃ，５２ｄ…第２のプロジェクション面上に
おける凹部の垂直プロジェクション、５３ａ，５３ｂ，
５３ｃ，５３ｄ…ピストンの長手方向軸線に直交する方
向に延びる凹部の断面、５１１ａ…溝、５１２ａ…Ｖ字
形部、Ａ…ピストンの長手方向軸線、Ｔ…放射方向深
度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロベルトホーファースイス国ツェーハー−8353 エルクシュッツェンハウスシュトラーセ 15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体、特に燃料、殊に重油を供給するた
めのピストン・ポンプ装置であって、動作空間（３）及
び可動ピストン（４）を有するポンプ・ハウジング
（２）と、前記可動ピストン（４）が動作空間（３）を
減少及び増大させることと、前記液体を動作空間（３）
内へ供給するための少なくとも１つの入口開口（２１）
と、前記液体を動作空間（３）から排出するための出口
開口（２２）とを含むピストン・ポンプ装置において、
前記動作空間（３）内へ流入する液体の量を制御する手
段をポンプ・ハウジング（２）の内部空間内に有するピ
ストン・ポンプ装置。
【請求項２】前記動作空間（３）内へ流入する液体の
量を制御する手段をピストン（４）に設けた請求項１に
記載のピストン・ポンプ装置。
【請求項３】前記ピストン（４）は実質的に円筒状を
なし、かつその長手方向軸線（Ａ）の周りを回動できる
ようにジャーナルで取付けられ、前記ピストン（４）を
その長手方向軸線（Ａ）の周りで回動させるための制御
装置を有し、前記動作空間（３）内へ流入する液体の量
を制御する手段は少なくとも１つの凹部（５）を有し、
前記凹部（５）はピストン（４）の外周面に設けられ、
かつ動作空間（３）に隣接するピストンの端面（４９）
まで延びている請求項２に記載のピストン・ポンプ装
置。
【請求項４】ピストン（４）の長手方向軸線（Ａ）に
平行に延びる第１のプロジェクション面上における凹部
（５）の垂直プロジェクション（５１ａ，５１ｂ，５１
ｃ，５１ｄ）は実質的に三角形または四角形、特に矩形
をなしている請求項３に記載のピストン・ポンプ装置。
【請求項５】ピストン（４）の長手方向軸線（Ａ）に
平行に延び、かつ前記第１のプロジェクション面に対し
て直行する方向に延びる第２のプロジェクション面上に
おける凹部（５）の垂直プロジェクション（５２ａ，５
２ｂ，５２ｃ，５２ｄ）は実質的に四角形、三角形また
は円弧をなしている請求項４に記載のピストン・ポンプ
装置。
【請求項６】ピストン（４）の長手方向軸線（Ａ）に
直交する方向に延びる凹部の断面（５３ａ，５３ｂ，５
３ｄ）は実質的に三角形をなし、同三角形の側面はピス
トン（４）の外周面上に位置する請求項３乃至５のいず
れか一項に記載のピストン・ポンプ装置。
【請求項７】前記実質的に三角形の断面の少なくとも
２つの側面は曲線をなし、前記断面（５３ｂ，５３ｄ）
はピストン（４）の外周に一致する請求項６に記載のピ
ストン・ポンプ装置。
【請求項８】前記凹部（５）は動作空間（３）に隣接
するピストン（４）の端面（４９）から溝（５１１ａ）
の形態で延びており、かつ実質的なＶ字形部（５１２
ａ）に連通している請求項３に記載のピストン・ポンプ
装置。
【請求項９】前記凹部（５）の放射方向深度（Ｔ）は
ピストン（４）の周方向に沿って減少する請求項３乃至
８のいずれか一項に記載のピストン・ポンプ装置。
【請求項１０】前記動作空間（３）内へ流入する液体
の量を制御する手段はほぼ同じ少なくとも２つの凹部
（５）をピストン（４）の外周面に有し、前記少なくと
も２つの凹部（５）は好ましくは互いに正反対の位置に
配置され、かつ動作空間（３）に隣接するピストン
（４）の端面（４９）までそれぞれ延びている請求項１
乃至９のいずれか一項に記載のピストン・ポンプ装置。
【請求項１１】燃料を噴射するための噴射装置を有す
る内燃式往復ピストン・エンジンにおいて、前記噴射装
置は請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の少なくと
も１つのピストン・ポンプ装置（１）を有する内燃式往
復ピストン・エンジン。