DE69938615T2

DE69938615T2 - Hochdruckbrennstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69938615T2
Application number: DE69938615T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Automotive Products Divisio Yamada; Shigenori Hitachi Car Engineering Co Tahara; Atsuji Automotive Products Division Saito; Yukio Automotive Products Division Takahashi; Masami Hitachi Car Engineering Co. Abe
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2019-06-19
Also published as: EP1477665B1; JP5350451B2; EP1471247B1; JP2011247273A; JP6038241B2; EP1471247A3; JP2014148981A; DE69933714T2; JP6298775B2; EP1471248B1; EP1471248A1; JP2007146861A; JP2015172373A; DE69933593D1; JP6275885B2; JP2016153652A; JP6244394B2; EP1950411A1; JP4920060B2; EP1950411B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe und insbesondere auf eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe, die geeignet ist, Hochdruckkraftstoff unter Druck einem Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine zuzuführen.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe, die mit einem Mechanismus mit veränderlicher Kapazität zum Einstellen der Menge abgeführten Kraftstoffs versehen ist.
STAND DER TECHNIK

➀ In einer herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe, wie sie z. B. in der japanischen Patentschrift Nr. 2690734 gezeigt ist, wird Kraftstoff von einem Tank durch eine Niederdruckpumpe einer Hochdruckpumpe zugeführt, um seinen Druck auf einen hohen Druck zu erhöhen, und einer gemeinsamen Kraftstoffleitung zugeführt. In der Hochdruckpumpe sind ein Einlasskanal und ein Auslasskanal mit einer oberen Endoberfläche einer Druckbeaufschlagungskammer bzw. mit einer Zwischenseitenwand der Druckbeaufschlagungskammer verbunden.

Ferner stehen in der weiteren herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe, wie sie z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-318091 gezeigt ist, ein Einlasskanal und ein Auslasskanal mit einer Zwischenseitenwand oder mit einer oberen End oberfläche einer Druckbeaufschlagungskammer bzw. mit einer oberen Endoberfläche der Druckbeaufschlagungskammer in Verbindung.
Übrigens ist in einer Kraftstoffleitung Dampf aus Luft oder Kraftstoff vorhanden, wenn der Motor zum ersten Mal gestartet wird oder nach einem langen Halt erneut gestartet wird. Somit neigt die Druckzunahmecharakteristik der Hochdruckpumpe dazu, sich unmittelbar nach dem Start zu verschlechtern. Um dies zu verhindern, ist es notwendig, Luft oder Kraftstoffdampf in der Druckbeaufschlagungskammer der Hochdruckpumpe schnell abzuführen, um dadurch die Druckerhöhungscharakteristik der Hochdruckpumpe sicherzustellen, und in die gemeinsame Kraftstoffleitung durch eine Niederdruckpumpe mit großem Auslasskapazität schnell Kraftstoff zuzuführen.
Allerdings sind in der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe, die in der japanischen Patentschrift Nr. 2690734 beschrieben ist, ein Einlasskanal und ein Auslasskanal an einer oberen Endoberfläche einer Druckbeaufschlagungskammer bzw. an einer Zwischenseitenwand der Druckbeaufschlagungskammer vorgesehen, was somit ein Problem aufwirft, dass in dem Einlasshub wegen des Einlasskraftstoffs Dampf oder dergleichen auf der Seite des Einlasskanals schwer abzuführen sind und dass in dem Auslasstakt der Dampf oder dergleichen dazu neigen, in der Druckbeaufschlagungskammer über dem Auslasskanal zu bleiben, wodurch die Versorgungseigenschaft mit Kraftstoff verringert wird.
Außerdem ist in dem in 5 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-318091 erläuterten Aufbau an einem oberen Ende einer Druckbeaufschlagungskammer in der Hochdruckpumpe ein Auslass kanal vorgesehen, so dass Dampf in der Druckbeaufschlagungskammer dazu neigt, abgeführt zu werden.
Allerdings besteht in jedem der beiden genannten Fälle des Standes der Technik das Problem, dass selbst dann, wenn ein Versuch unternommen wird, der gemeinsamen Kraftstoffleitung Kraftstoff durch die Niederdruckpumpe zuzuführen, unmittelbar, nachdem der Motor gestartet ist, die Kolbenbewegung in der Druckbeaufschlagungskammer einen Widerstand erzeugt, der eine Zufuhr von Kraftstoff verzögert, da von der Niederdruckpumpe zugeführter Kraftstoff mit der Druckbeaufschlagungskammer in Verbindung steht, deren Volumen sich wegen der Kolbenbewegung in der Hochdruckpumpe ändert.
Da ferner in dem herkömmlichen Aufbau, der in 1 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-318091 beschrieben ist, eine obere flache Oberfläche eines Zylinderbefestigungsabschnitts komprimiert und eingepasst ist, fließt Kraftstoff in den Außenumfang eines Zufuhrventils, wobei er durch den Außenumfang eines Zylinders geht, wenn der Einlasskanal mit der Zwischenseitenwand der Druckbeaufschlagungskammer in Verbindung steht, weshalb zur Dichtung von außen ein O-Ring vorgesehen ist. Allerdings wirft dies ein Problem auf, dass sich ein O-Ring, wenn er aus einem elastischen Element gebildet ist, wegen der Druckänderung in der Druckbeaufschlagungskammer bewegt, so dass sich der Druckanstieg der Druckbeaufschlagungskammer verringert oder ein Reibungsverschleiß oder ein Bruch des O-Rings auftritt.

➁ Ferner wird in Bezug auf einen Dichtungsmechanismus gegen ein Entweichen von Hochdruckkraftstoff in der herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe Kraftstoff in der Druckbeauf schlagungskammer durch Hin- und Herbewegung eines Tauchkolbens auf hohen Druck erhöht. Da der Kraftstoffdruck, mit dem beaufschlagt wird, ein beträchtlich hoher Druck ist, entweicht hier möglicherweise Kraftstoff aus einem Zwischenraum zwischen dem Tauchkolben und dem Zylinder.

Wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-318068 und in der japanischen Offenlegungsschrift Hei 8-368370 beschrieben ist, ist angesichts des Vorstehenden in der herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe an dem Ende eines Gleitabschnitts eines Tauchkolbens ein Dichtungswerkstoff eines elastischen Elements angeordnet, um ein Entweichen von Kraftstoff zu verhindern. Auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungselements ist ein Kanal vorgesehen, der mit einem Kraftstofftank in Verbindung steht, der im Wesentlichen unter Luftdruck ist. Ferner ist ein Gleitabschnitt des Tauchkolbens darin mit einem Kraftstoffbehälter versehen, der zu einer Kraftstoffeinlassöffnung führt, die ein Niederdruckabschnitt ist. Durch die Bereitstellung dieser oben erwähnten Aufbaue steht dann, wenn ein Ende des Dichtungswerkstoffs mit dem Luftdruck in Kontakt ist, das andere Ende ebenfalls mit dem Kraftstofftank in Verbindung, so dass es im Wesentlichen unter Luftdruck ist, so dass der Dichtungswerkstoff nicht direkt mit dem Hochdruck der Druckbeaufschlagungskammer beaufschlagt wird, was ein Entweichen von Kraftstoff von dem Dichtungswerkstoff verhindert.
Allerdings besitzt die in 1 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-318068 beschriebene Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe ein Problem, dass möglicherweise eine große Menge Kraftstoff aus einem Zwischenraum des Tauchkolben-Gleitabschnitts nach außen fließt, wenn der Dichtungswerkstoff kaputt oder abgefallen ist, da die Strecke von dem Kraftstoffbehälter (einem Pulsationsverringerungsraum in 1) in Verbindung mit der Niederdruck-Kraftstoffkammer bis zu dem Gleitende des Tauchkolbens kurz ist.
Da andererseits in der in 1 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-68370 beschriebenen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe die Strecke von dem Kraftstoffbehälter (einem Gleitloch 11a eines Zylinders 11 in 1) in Verbindung mit der Niederdruck-Kraftstoffkammer bis zu dem Gleitende des Tauchkolbens lang ist, ist es möglich, die Menge des Kraftstoffs, der ausfließt, wenn der Dichtungswerkstoff kaputt oder abgefallen ist, klein zu machen. Da jedoch die Gleitstrecke des Tauchkolbens von der Druckbeaufschlagungskammer zu dem Kraftstoffbehälter nicht lang gemacht werden kann, wirft dies allerdings ein Problem auf, dass Kraftstoff, wenn er mit Druck beaufschlagt wird, aus einem Zwischenraum des Gleitabschnitts des Tauchkolbens in den Niederdruckabschnitt entweicht, was die Auslasseffizienz verschlechtert.
Ferner ist in der in 1 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-68370 beschriebenen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe die Strecke von dem Druckbeaufschlagungselement bis zu dem Kraftstoffbehälter verlängert, um dadurch zu ermöglichen, dass ein Entweichen von Kraftstoff verhindert wird, wobei es zu diesem Zweck aber notwendig ist, die volle Länge des Gleitabschnitts zu verlängern, was somit ein Problem aufwirft, dass die gesamte Pumpe eine große Größe erhält.
Da ferner in den herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpen, die in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. Hei 10-318068 und Nr. Hei 8-68370 beschrieben sind, beide Enden des Dichtungswerkstoffs so hergestellt sind, dass sie im Wesentlichen unter Luftdruck sind, ist es ist notwendig, auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs einen Kanal in Verbindung mit dem Kraftstofftank, der im Wesentlichen unter Luftdruck ist, vorzusehen, was es notwendig macht, einen Kanal für die Verbindung der Pumpe mit dem Kraftstofftank zu haben. Im Ergebnis gab es ein Problem, dass die Verarbeitung einer Pumpe kompliziert wurde und dass eine Rohrleitung für die Verbindung der Pumpe mit dem Tank notwendig war, was somit die Kosten erhöhte.

➂ Nachfolgend hat in Bezug auf den Mechanismus mit veränderlicher Kapazität eine zuvor bekannte Vorrichtung den Aufbau, in dem, wie z. B. im japanischen Patent Nr. 2690734 beschrieben ist, in einem Einlasskanal ein elektromagnetisches Ventil vorgesehen ist, wobei eine Zurückleitungsmenge zu der Einlassseite durch eine Öffnungs- und Schließoperation des elektromagnetisches Ventil gesteuert wird, um dadurch die Auslassmenge einzustellen.

Ferner ist z. B. aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-153157 der Aufbau bekannt, bei dem in einem Einlasskanal ein Rückschlagventil vorgesehen ist und bei dem in einem Kraftstoffauslaufkanal (Kraftstoffüberlaufkanal) in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagungskammer ein Auslaufventil (Überlaufventil) vorgesehen ist, wodurch die Menge des Kraftstoffauslaufs in einen Kraftstofftank durch Öffnen und Schließen des Ablaufventils gesteuert wird, um dadurch die Auslassmenge einzustellen.
Da die Drehung einer Pumpe um ein Vielfaches eines Nockens der Pumpe in Bezug auf die Drehzahl des Motors zunimmt, ist es not wendig, das Einlassventil oder das Auslaufventil in der Größenordnung von ms (Millisekunden) zu öffnen und zu schließen. Allerdings beeinflusst in einem solchen Zustand des schnellen Öffnens und Schließens die Masse des elektromagnetischen Ventils die Reaktion.
GB 2 094 941 A offenbart eine Kraftstoffeinspritz- und Ventilanordnung einschließlich einem Pumpe-Düse-Element mit einem Hauptpumpenkolben und einem Pendelkolben wahlweise verbunden mit dem Pumpenkolben mittels einer hydraulischen Verbindung, gesteuert durch ein kugelartiges, elektromagnetisch betriebenes Ventil. Das Ventil umfasst ein Gehäuse mit einem Ventilraum, in dem sich eine Kugel befindet für Bewegungen zwischen einer schließenden und einer öffnenden Position in weniger als einer Millisekunde zum Regeln der Timings- und Messfunktion des Kraftstoffeinspritzers. Die Kugel ist durch eine Feder in eine schließende Position vorgespannt und wird von einem Betätigerstössel in eine öffnende Position gebracht, wobei der Betätigerstössel von einer ihn umgebenden, stärker vorgespannten Feder vorbelastet wird. Der Betätigerstössel wird bei Einschalten des Elektromagneten zurückgezogen, um es der Kugel zu erlauben, durch die Kugelfeder in die schließende Position gebracht zu werden. Innere und Äußere Ventilgehäuseelemente sind angeordnet, um den Ventilraum zu bilden und ein Betätigergehäuse ist verbunden, um ein Anpassen der zurückgezogenen Position des Betätigerstössels durch eine einfache, relative Rotationsbewegung des Betätigers und des Ventilgehäuses zu erlauben.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe zu schaffen, die dazu geeignet ist, die Kraftstoffversorgungseigenschaft zu einer gemeinsamen Kraftstoff-leitung zu steigern.

(1) Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß Anspruch 1 zum Druckbeaufschlagen des Kraftstoffs, der, bereitgestellt von einem Kraftstoffeinlasskanal, durch ein Druckbeaufschlagungselement unter Druck zu einem Auslasskanal zugeleitet wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind wir folgt:
Ein Einlassventil ist an einem Einlassventilabschnitt vorgesehen, und eine kleine vorspannende Kraft wird auf das Einlassventil in eine schließende Richtung bis zu einem Grad aufgebracht, so dass das Einlassventil automatisch öffnet, sobald Kraftstoff in die Druckbeaufschlagungskammer fließt. Desweiteren ist ein Eingriffselement, das eine vorbelastende Kraft zum Halten in eine öffnende Richtung hat, im Eingriff mit dem Einlassventil, und das Eingriffselement steuert das Öffnen und Schließen des Einlassventils entsprechend des Betriebs-Timings eines Aktuators.
Dadurch kann das Einlassventil während des Einlasshubs der Pumpe unabhängig von dem Betrieb des Aktuators geöffnet werden. Weil das Einlassventil seinen geöffneten Zustand beibehält, außer wenn der Aktuator betrieben wird (EIN), wird überflüssiger Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer, erniedrigt als Ergebnis der Kompression, auch während des Kompressionshubs zu der Einlassseite zurückgeführt werden. Dementsprechend wird Kraftstoff nicht unter Druck zu dem Auslassabschnitt geführt weil der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer nicht erhöht wird. In diesem Zustand, wenn der Aktuator betrieben wird (EIN), wird das Einlassventil durch eine selbst-schließende Kraft geschlossen, so dass der Druck der Druckbeaufschlagungskammer ansteigt und der Kraftstoff unter Druck zu dem Auslassabschnitt geführt wird. Auf diese Weise kann die Auslassmenge durch Regeln des Betriebs-Timings des Aktuators angepasst werden.
Bei maximalem Auslassen wird der EIN-Zustand des Aktuators beibehalten, wodurch das Einlassventil synchron mit dem Druck der Druckbeaufschlagungskammer automatisch geöffnet und geschlossen wird, und somit der maximale Auslass ausgeführt werden kann, ohne von der Reaktion des Aktuators abzuhängen.
Desweiteren wird der Aktuator bei niedrigem Auslassen von der letzten Hälfte des Kompressionshubs auf EIN geschaltet und bis zum Beenden des Einlasshubs auf AUS geschaltet, weshalb eine hohe Reaktion nicht notwendig ist.
Desweiteren ist zum Zeitpunkt des Auslasses nur das Schließen des Einlassventils erforderlich, weshalb eine Ausströmung von Kraftstoff von dem Sitz reduziert werden kann.
Vorzugsweise kann die Steuerung einfach durch eine Motorsteuereinheit erfolgen, wenn ein elektromagnetischer Aktuator eingesetzt wird. Desweiteren kann auch ein Kraftstoffeinspritzventil für den Aktuator benutzt werden.
Weiterhin ist ein Eingriffsabschnitt zwischen einem Einlassventil und einem Eingriffselement vorzugsweise in der Form eines konkav-konvexen Eingriffs gefertigt, wodurch ein Abweichen, ein Herausrutschen oder derartiges des Eingriffselements verhindert werden kann um einen positiven Betrieb sicherzustellen.
Weiterhin wird für das Einlassventil oder das Auslassventil vorzugsweise ein Kugelventil benutzt, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit des Sitzabschnitts leicht erhöht werden kann. Weiterhin ist ein zylinderförmiges Element im Eingriff mit dem Kugelelement, und der äußere Umfang des zylinderförmigen Elements wird gehalten, geeignet um in dem Einlassabschnitt hin- und herbewegt und gleitbewegt zu werden, so dass die Schwingung des Kugelventils verhindert werden kann. Weil das zylinderförmige Element von dem Kugelventil getrennt ist, können beide desweiteren in einem einfachen Verfahren angefertigt werden.
In einer Pumpe vom Hin- und Herbewegungs- und Gleit-Plungerkolben-Typus ist ein Gleitabschnitt eines Plungerkolbens vorzugsweise weiterhin als zylinderförmiges, vom Pumpenkörper getrenntes Element gefertigt, wodurch nur das Gleitelement aus einem Material, das zur Gleitbewegung geeignet ist, gefertigt sein kann. Weiterhin ist eine Innenwand des zylinderförmigen Elements mit einem Gleitloch eines Plungerkolbens und mit einem erweiterten Innenwandabschnitt mit einem größeren Innendurchmesser als letztere geformt, und nur der äußere periphere Abschnitt der verbreiteten Innenwand kann in den Pumpenkörper gedrückt und eingepasst werden, wodurch es verhindert wird, dass das Gleitloch verformt wird. Entsprechend ist es nicht notwendig das Gleitloch wieder zu bearbeiten, nach dem Einpassen des zylinderförmigen Elements, so dass eine Fertigung bei niedrigen Kosten ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist weiterhin eine Aussparung an einer anderen Position, als an dem Abschnitt an dem das zylinderförmige Element in den Pumpenkörper eingepasst ist, vorgesehen, und ein ringförmiger Kanal ist auf dem äußeren peripheren Abschnitt des zylinderförmigen Elements geformt, wobei der ringförmige Kanal gefertigt ist, um mit einem Ende des Gleitlochs des Plungerkolbens und einem Kraftstoffeinlasskanal verbunden zu sein, wodurch Kraftstoffeinlassdruck in den ringförmigen Kanal geführt wird, um einen Druckunterschied relativ zu der Druckbeaufschlagungskammer zu reduzieren, und somit eine Erniedrigung der Ausströmungsmenge von Kraftstoff, der von der Druckbeaufschlagungskammer durch den Einpassungsabschnitt und den Gleitabschnitt leitet, zu ermöglichen. Weiterhin ist es möglich den Gleitabschnitt zu kühlen, da der Kraftstoff den äußeren Umfang des Gleitabschnitts überdeckt.
Außerdem ist vorzugsweise in dem Kraftstoffkanal ein Element im Eingriff mit dem Pumpenkörper und dem zylinderförmigen Element vorgesehen, wodurch das Herausfallen des zylinderförmigen Elements verhindert werden kann, während ein Aussickern von Kraftstoff von dem Eingriffsabschnitt zu der Außenseite der Pumpe oder ein Auftreten davon verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine horizontale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Systemaufbauansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems, das eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
4 ist eine vertikale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine vergrößerte Teilansicht von 4.
6 ist eine vergrößerte Teilansicht, die eine vertikale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Gesamtsystemaufbauansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems, das eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
8 ist eine Längsschnittansicht, die den Aufbau einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Schnittansicht, wenn ein Rückschlagventil geöffnet ist, unter Verwendung einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Schnittansicht, wenn ein Rückschlagventil geschlossen ist, unter Verwendung einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Konzeption eines Mechanismus mit veränderlicher Kapazität gemäß der vorliegenden Erfindung, indem konzeptionell die 2 und 8 gezeigt sind.
12 bis 14 sind jeweils Ansichten, die weitere Ausführungsformen eines Auslaufventils (eines Überlaufventils) oder eines Einlassventils einer weiteren Ausführungsform zeigen.
15 ist eine konkrete vergrößerte Schnittansicht des Einlassventils aus 2 und 8 und eines Abschnitts, der einem Elektromagnetansteuerabschnitt entspricht.
16 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts P aus 15.
17 ist eine Seitenansicht eines Halters.
18 ist eine Querschnittsansicht eines Halters.
19A ist eine Schnittansicht eines Einlassventils, während 19B eine rechte Seitenansicht davon ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Anhand der 1 bis 3 wird im Folgenden der Aufbau einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine horizontale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform, 2 ist eine vertikale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 3 ist eine Systemaufbauansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems, das eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Es wird angemerkt, dass die gleichen Bezugszeichen in der Zeichnung die gleichen Teile bezeichnen.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Pumpenkörper 1 einen Kraftstoffeinlasskanal 10, einen Auslasskanal 11 und eine Druckbeaufschlagungskammer 12. Der Einlasskanal 10 ist mit einem Einlassventil 5 in Form eines Rückschlagventils versehen, das durch eine Feder 5a in einer Richtung gehalten wird, um eine Flussrichtung des Kraftstoffs von dem Kraftstoffeinlasskanal 10 zu einem Kraftstoffeinlasskanal 5b zu beschränken. Der Auslasskanal 11 ist mit einem Auslassventil 6 in Form eines Rückschlagventils versehen, das durch eine Feder 6a in einer Richtung gehalten wird, um eine Flussrichtung des Kraftstoffs von einem Kraftstoffauslasskanal 6b zu dem Kraftstoffauslasskanal 11 zu beschränken.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Druckbeaufschlagungskammer 12 in eine Haupt-Druckbeaufschlagungskammer 12a und in eine ringförmige Neben-Druckbeaufschlagungskammer 12b, die an dem Außenumfang davon positioniert ist, unterteilt, die durch ein Verbindungsloch 12c miteinander in Verbindung stehen. Die Neben-Druckbeaufschlagungskammer 12b ist für die Verbindung zwischen dem Kraftstoffeinlasskanal 5b und dem Kraftstoffauslasskanal 6b vorgesehen.
Wie in 2 gezeigt ist, wird in der Haupt-Druckbeaufschlagungskammer 12a der Druckbeaufschlagungskammer 12 gleitfähig ein Tauchkolben 2 als ein Druckbeaufschlagungselement gehalten. Ein Heber 3, der an dem unteren Ende des Tauchkolbens 2 vorgesehen ist, wird mittels einer Feder 4 gegen einen Nocken 100 gedrückt. Der Tauchkolben 2 wird durch den Nocken 100, der durch eine Motornockenwelle oder dergleichen gedreht wird, hin und her bewegt, um die Kapazität in der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu ändern. Wenn das Einlassventil 5 während des Verdichtungshubs des Tauchkolbens 2 geschlossen ist, steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12, wodurch das Auslassventil 6 automatisch geöffnet wird, um einer gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff unter Druck zuzuführen. Während das Einlassventil 5 automatisch geöffnet wird, wenn der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 12 niedriger als der einer Kraftstoffeinleitungsöffnung wird, wird sein Ventilschließbetrieb durch Betätigung eines Elektromagneten 200 entschieden.
Der Elektromagnet 200 ist in den Pumpenkörper 1 eingebaut. An dem Elektromagneten 200 sind ein Eingriffselement 201 und eine Feder 202 vorgesehen. Wenn der Elektromagnet 200 AUSgeschaltet ist, wird das Eingriffselement 201 mittels einer Feder 202 in einer Richtung der Öffnung des Einlassventils 5 vorbelastet. Die Vorbelastungskraft der Feder 202 ist größer als die der Einlassventilfeder 5a, so dass das Einlassventil 5 in dem offenen Zustand ist, wenn der Elektromagnet 200, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, AUSgeschaltet ist.
Die Erregung des Elektromagneten 200 wird so gesteuert, dass der Elektromagnet 200 einen EIN-Zustand (Erregungszustand) annimmt, wenn Hochdruckkraftstoff von dem Pumpenkörper 1 zugeführt wird, und dass der Elektromagnet 200 einen AUS-Zustand (Nichterregungszustand) annimmt, wenn eine Zufuhr von Kraftstoff beendet ist.
Wenn der Elektromagnet 200 den EIN-Zustand (Erregungszustand) aufrechterhält, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die größer als die Vorbelastungskraft der Feder 202 ist, um das Eingriffelement 201 zu dem Elektromagneten 202 zu ziehen, so dass das Eingriffselement 201 von dem Einlassventil 5 getrennt wird. In diesem Zustand dient das Einlassventil 5 als ein ungesteuertes Ventil, das synchron zur Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 2 geöffnet und geschlossen wird. Dementsprechend wird das Einlassventil 5 während des Verdichtungshubs geschlossen, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringerter Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer 12 das Auslassventil 6 aufschiebt und unter Druck der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt wird.
Wenn der Elektromagnet 200 andererseits einen AUS-Zustand (Nichterregungszustand) aufrechterhält, ist das Eingriffselement 201 durch die Vorbelastungskraft der Feder 202 mit dem Einlassventil 5 in Eingriff, um das Einlassventil 5 in einem offenen Zustand zu halten. Dementsprechend hält der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 12 auch in dem Verdichtungstakt einen Niederdruckzustand aufrecht, der im Wesentlichen gleich dem der Kraftstoffeinleitungsöffnung ist, so dass das Auslassventil 6 nicht geöffnet werden kann, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringerter Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu der Kraftstoffeinleitungsöffnung zurückgeleitet wird, wobei er durch das Einlassventil 5 geht.
Falls der Elektromagnet 200 inmitten des Verdichtungstakts in den EIN-Zustand geschaltet wird, wird der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 von diesem Zeitpunkt an Kraftstoff unter Druck zugeführt. Wenn die Druckzufuhr einmal begonnen hat, steigt der Druck in der Druckbeauschlagungskammer 12 und somit, selbst, wenn der Elektromagnet 200 später in den AUS-Zustand geschaltet wird, behält das Einlassventil 5 seinen geschlossenen Zustand bei, wobei der Einlasshub mit dem Beginn synchronisiert ist, um das Ventil automatisch zu öffnen.
Im Folgenden wird anhand von 3 der Systemaufbau eines Kraftstoffversorgungssystems beschrieben, das eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet.
Der Kraftstoff in einem Tank 50 wird durch eine Niederdruckpumpe 51 zu einem Kraftstoffversorgungsanschluss 10 des Pumpenkörpers 1 geführt. Der Druck des zu dem Kraftstoffversorgungsanschluss 10 geführten Kraftstoffs wird mittels eines Druckreglers 52 so geregelt, dass er einen festen Wert hat. Der dem Pumpenkörper 1 zugeführte Kraftstoff wird durch den Pumpenkörper 1 mit Druck beaufschlagt und unter Druck von einem Kraftstoffauslassanschluss 11 der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt. An der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 sind eine Einspritzdüse 54, ein Überdruckventil 55 und ein Drucksensor 56 angebracht. Die Einspritzdüse 54 ist so angebracht, dass ihre Anzahl auf die Anzahl der Zylinder des Motors eingestellt ist, wobei sie zu dem Zeitpunkt und mit der Menge gemäß einem Kraftstoffeinspritzsteuersignal einer Motorsteuereinheit ECU einspritzt. Wenn der Druck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 einen festen Wert übersteigt, öffnet das Überdruckventil 55, um einen Bruch des Rohrleitungssystems zu verhindern.
Wenn der Motor erstmals startet oder für eine lange Zeitdauer angehalten wird, sind in der Kraftstoffrohrleitung (einschließlich des Innern einer Hochdruckpumpe und einer gemeinsamen Kraftstoffleitung) Luft oder Kraftstoffdampf vorhanden. Somit ist es notwendig, die gemeinsame Kraftstoffleitung 53 schnell mit Kraftstoff zu füllen, wenn der Motor gestartet wird.
In Bezug auf diesen Punkt umfasst die Druckbeaufschlagungskammer 12 in der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben die Haupt-Druckbeaufschlagungskammer 12a für die Druckbeaufschlagung von Kraftstoff durch Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 2 und die Neben-Druckbeaufschlagungskammer 12b für die Verbindung zwischen dem Kraftstoffeinlasskanal 5b und dem Kraftstoffauslasskanal 6b.
Dementsprechend kann durch die Druckbeaufschlagungskammer 12b selbst dann ein ausreichender Durchlass zwischen dem Einlasskanal 5b und dem Auslasskanal 6b gebildet werden, wenn der Tauchkolben 2 in dem oberen Totpunkt angehalten wird und gleitfähig bewegt wird. Somit kann der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 durch die Niederdruckpumpe 51 Kraftstoff unter niedrigem Druck zugeführt werden und die gemeinsame Kraftstoffleitung 53 augenblicklich mit Kraftstoff gefüllt werden, bevor die Hochdruckpumpe Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen beginnt. Wenn der Motor wie oben erwähnt startet, ist der Druck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 nahe dem Luftdruck, so dass das Auslassventil 6 selbst dann öffnet, wenn der Kraftstoffdruck des Kraftstoffauslassanschlusses 6b in dem Zustand des Auslassdrucks der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 51 ist, so dass Kraftstoff von dem Kraftstoffauslassanschluss 6 zu dem Kraftstoffauslassanschluss 11 fließt und der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff zugeführt werden kann.
Wenn der Kraftstoff in der Rohrleitung durch die Niederdruckpumpe 61, deren Auslasskapazität hoch ist, der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt wird, können ferner Luft und Dampf der gemeinsamen Kraftstoffleitung gleichzeitig unter Druck zugeführt werden.
Wie in 2 gezeigt ist, stehen in der vorliegenden Ausführungsform ferner der Kraftstoffeinlasskanal 5b und der Kraftstoffauslasskanal 6b mit der oberen Endseitenwand in Verbindung, wobei in der Druckbeaufschlagungskammer 12 kein Dampfbehälter vorgesehen ist. Somit werden Dampf oder dergleichen der Seite der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 von dem Auslasskanal 6b unter Druck zugeführt, wobei sie nicht in der Druckbeaufschlagungskammer 12 bleiben. Dementsprechend wird die Druckbeaufschlagungskammer augen blicklich mit Kraftstoff gefüllt, was es ermöglicht, Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen, wobei es möglich ist, Luft und Kraftstoffdampf in der Druckbeaufschlagungskammer sicher abzuführen.
Ferner werden der Einlasskanal 5b und der Auslasskanal 6b, wenn der Tauchkolben 2 im oberen Totpunkt positioniert ist, nicht nur lediglich dadurch gesperrt, dass ein angemessener Zwischenraum (1 bis 2 mm) vorgesehen ist, um eine Störung zwischen dem oberen Ende des Tauchkolbens 2 und der oberen Oberfläche der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu verhindern, wobei infolgedessen das Totvolumen der Druckbeaufschlagungskammer (das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer in dem oberen Totpunkt) minimiert werden kann, ohne eine Versorgung der Druckbeaufschlagungskammer mit Kraftstoff zu beeinträchtigen, was eine Miniaturisierung einer Pumpe ermöglicht.
Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben wurde, der gemeinsamen Kraftstoffleitung Kraftstoffdruck mit niedrigem Druck zugeführt werden kann, ohne die Kolbenbewegung der Hochdruckpumpe zu beeinträchtigen, wenn der Motor startet oder dergleichen, kann die Kraftstoffversorgungseigenschaft für die gemeinsame Kraftstoffleitung unmittelbar nach dem Start des Motors verbessert werden.
Im Folgenden wird anhand der 4 und 5 der Aufbau einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
4 ist eine vertikale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 5 ist eine vergrößerte Teilansicht von 4. In den 4 und 5 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene der 1 bis 3 die gleichen Teile.
Außerdem ist die Druckbeaufschlagungskammer 12 in der vorliegenden Ausführungsform mit der Haupt-Druckbeaufschlagungskammer 12a und mit der Neben-Druckbeaufschlagungskammer 12b versehen. Das Merkmal der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden der Druckbeaufschlagungskammer 12.
Die Druckbeaufschlagungskammer 12 ist mit einem Zylinder 20, der einen Gleitabschnitt eines Tauchkolbens 2 aufweist und ebenso ein Druckbeaufschlagungskammer-Bildungsabschnitt ist, und mit einem Befestigungselement 30 zum Befestigen des Zylinders 20 gebildet. Die Innenoberfläche eines oberen Endabschnitts 20a des Zylinders 20 besitzt eine konisch zulaufende Form, in der das Befestigungselement 30 komprimiert und gehalten wird, wodurch der obere Endabschnitt 20a, wie in 5 gezeigt ist, aus einem Zustand (vor der Verformung) in einen Zustand (nach der Änderung) nach außen verformt und in den Pumpenkörper 1 eingepasst ist. Dadurch sind die Druckbeaufschlagungskammer 12, der Einlasskanal 5b und der Auslasskanal 6b durch den oberen Endabschnitt 20a des Zylinders von der äußeren Umgebung der Pumpe getrennt, so dass eine Druckbeaufschlagungskammer ohne Verwendung eines elastischen Elements wie etwa Gummi gebildet werden kann.
Da kein elastisches Element wie im Stand der Technik verwendet wird, tritt dementsprechend selbst dann keine durch Bewegung des elastischen Elements verursachte Volumenänderung der Druckbeaufschlagungskammer auf, wenn sich der Druck in der Druckbeauf schlagungskammer ändert, wobei die Druckzunahmecharakteristik der Pumpe nicht verringert wird.
Da ein Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des oberen Endabschnitts 20a des Zylinders und dem Pumpenkörper 1 sehr klein ist, wird ferner selbst dann, wenn an dem Außenumfang des Befestigungselements 30 ein O-Ring als eine Sicherung der Dichtung angeordnet ist, der O-Ring nicht direkt mit der Druckänderung der Druckbeaufschlagungskammer beaufschlagt, so dass in dem O-Ring kein Reibungsverschleiß oder Bruch auftritt.
Da der obere Endabschnitt des Zylinders durch das Befestigungselement 30 gehalten wird und eine hohe Starrheit aufweist, ist ferner selbst dann, wenn für den Körper 1 und für den Zylinder 20 Elemente verwendet werden, die verschiedene lineare Ausdehnungskoeffizienten haben, und selbst dann, wenn sich der obere Endabschnitt des Zylinders wegen Wärmezusammenziehung zusammenzieht, der Betrag der Verformung klein, wobei kein Reiben oder dergleichen wegen der Verformung eines Gleitlochs des Tauchkolbens 2 auftritt.
Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben, der gemeinsamen Kraftstoffleitung Niederdruckkraftstoff zugeführt werden kann, ohne die Kolbenbewegung der Hochdruckpumpe zu gefährden, wenn der Motor startet, kann die Kraftstoffversorgungseigenschaft für die gemeinsame Kraftstoffleitung unmittelbar nach dem Start des Motors verbessert werden und kann die Druckerhöhungscharakteristik der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe verbessert werden.
Anhand von 6 wird nun der Aufbau einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
6 ist eine vergrößerte Teilansicht, die eine vertikale Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Gesamtaufbau der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe ist ähnlich dem in 4 gezeigten. Die gleichen Bezugszeichen wie jene aus den 1 bis 5 bezeichnen die gleichen Teile.
Außerdem ist die Druckbeaufschlagungskammer 12 in der vorliegenden Ausführungsform mit der Haupt-Druckbeaufschlagungskammer 12a und mit der Neben-Druckbeaufschlagungskammer 12b versehen. Das Merkmal der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden der Druckbeaufschlagungskammer 12, das das weitere Beispiel der in den 4 und 5 gezeigten ist.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Umfang der Druckbeaufschlagungskammer ein Element zum Bilden einer Druckbeaufschlagungskammer 21, das ein von dem Zylinder 20 verschiedenes Element ist. Ein oberer Endabschnitt 21a des Druckbeaufschlagungskammer-Bildungselements 21 besitzt eine ähnliche Funktion wie der obere Endabschnitt 20a des in 5 gezeigten Zylinders.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Verformung eines Gleitlochs eines Tauchkolbens des Zylinders 20 zu unterdrücken.
In den in den 4 bis 6 gezeigten Beispielen ist der Außenumfang des Befestigungselements 30 mit einem Gewinde gebildet, das in Gewindeeingriff ist, um dadurch eine Druckkraft auf den Zylinder 20 auszuüben, ohne aber auf das Gewinde beschränkt zu sein.
Da der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben Niederdruckkraftstoff zugeführt werden kann, ohne die Kolbenbewegung der Hochdruckpumpe zu gefährden, wenn der Motor startet oder dergleichen, kann die Kraftstoffversorgungseigenschaft für die gemeinsame Kraftstoffleitung unmittelbar nach dem Start des Motors verbessert werden und kann die Druckerhöhungscharakteristik der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Kraftstoffversorgungseigenschaft für die gemeinsame Kraftstoffleitung unmittelbar nach dem Start des Motors verbessert werden.
Ferner kann die Druckerhöhungseigenschaft für die gemeinsame Kraftstoffleitung unmittelbar nach dem Start des Motors in der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe verbessert werden.
Im Folgenden wird anhand der 7 bis 10 der Aufbau eines Dichtungsmechanismus einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird anhand von 7 der Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Der Kraftstoff in einem Tank 50 wird durch eine Niederdruckpumpe 51 zu einem Kraftstoffeinlasskanal 110 eines Pumpenkörpers 100 geführt. Zu jener Zeit wird der zu dem Kraftstoffeinlasskanal 110 geführte Kraftstoff mittels eines Druckreglers 52 auf einen festen niedrigen Druck geregelt. Zu dieser Zeit wird der Kraftstoffdruck zusammen mit dem Luftdruck als eine Referenz z. B. auf 0,3 MPa Relativdruck geregelt. Der zu der Pumpe 100 geführte Kraftstoff wird durch den Pumpenkörper 100 mit Druck beaufschlagt und unter Druck von dem Kraftstoffauslasskanal 111 der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt. Zum Beispiel wird der von dem Kraftstoffauslasskanal 111 entladene Kraftstoff in Verbindung mit dem Luftdruck als eine Referenz auf 7 bis 10 MPa Relativdruck mit Druck beaufschlagt.
An der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 sind eine Einspritzdüse 54, ein Überdruckventil 55 und ein Drucksensor 56 angebracht. Die Einspritzdüse 54 ist so angebracht, dass ihre Anzahl auf die Anzahl der Zylinder des Motors eingestellt ist, wobei sie zu einem festen Zeitpunkt gemäß einem Signal einer Motorsteuereinheit (ECU) eine feste Menge Kraftstoff einspritzt. Wenn der Druck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 einen festen Wert übersteigt, öffnet das Überdruckventil 56, um einen Bruch eines Rohrleitungssystems zu verhindern.
Im Folgenden wird der schematische Aufbau des Pumpenkörpers 100 beschrieben. Der ausführliche Aufbau des Pumpenkörpers 100 wird später anhand von 8 beschrieben.
Der Pumpenkörper 100 ist mit einem Kraftstoffeinlasskanal 110, mit einem Kraftstoffauslasskanal 111 und mit einer Druckbeaufschla gungskammer 112 versehen. Der Kraftstoffeinlasskanal 110 und der Kraftstoffauslasskanal 111 sind mit einem Einlassventil 105 bzw. mit einem Auslassventil 106 versehen, die in Form eines Rückschlagventils zur Beschränkung einer Flussrichtung des Kraftstoffs durch Federn 105a bzw. 106a in einer Richtung gehalten sind.
Ein Tauchkolben 102 ist so unterstützt, dass er in einem Zylinder 108 hin und her bewegt und gleitfähig bewegt werden kann. Zwischen einem oberen Abschnitt in dem Zylinder 108 und einem Ende des Tauchkolbens 102 ist eine Druckbeaufschlagungskammer 112 gebildet.
In dem Außenumfangsabschnitt des Tauchkolbens 102 ist ein Dichtungswerkstoff 120 vorgesehen, der aus einer elastischen Substanz hergestellt ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff in der Pumpe nach außen ausfließt. Der Außenumfangsabschnitt des Dichtungswerkstoffs 120 ist an dem Zylinder 108 befestigt. Der Innenumfangsabschnitt des Dichtungswerkstoffs 120 hält gleitfähig den Tauchkolben 102.
Der Tauchkolben 102 wird hin und her bewegt, wodurch das Volumen in der Druckbeaufschlagungskammer 112 geändert wird. Wenn das Einlassventil 105 während des Verdichtungshubs des Tauchkolbens 102 geschlossen wird, steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 112, wodurch das Auslassventil 106 automatisch geöffnet wird, um der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff unter Druck zuzuführen. Während das Einlassventil 105 automatisch geöffnet wird, wenn der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 112 niedriger als der der Kraftstoffeinleitungsöffnung wird, wird ein Schließen des Ventils durch den durch die ECU 60 gesteuerten Betrieb eines Elektromagneten 130 entschieden.
Der Elektromagnet 130 ist an dem Pumpenkörper 100 angebracht. Der Elektromagnet 130 ist mit einem Eingriffselement 131 und mit einer Feder 132 versehen. Wenn der Elektromagnet 130 AUSgeschaltet wird, wird das Eingriffselement 131 mittels einer Feder 132 mit einer Vorbelastungskraft in einer Richtung des Öffnens des Einlassventils 105 angewendet. Da die Vorbelastungskraft der Feder 132 höher als die einer Einlassventilfeder 105a ist, ist das Einlassventil 105 in dem offenen Zustand, wenn der Elektromagnet 130 AUSgeschaltet ist.
Die Erregung für den Elektromagneten wird so begrenzt, dass der Elektromagnet 130 in dem EINgeschalteten Zustand (Erregungszustand) ist, wenn Hochdruckkraftstoff von dem Pumpenkörper 100 zugeführt wird, während der Elektromagnet 130 in dem AUS-Zustand (Nichterregungszustand) ist, wenn eine Zufuhr von Kraftstoff angehalten ist. Wenn der Elektromagnet 130 den EIN-Zustand (Erregungszustand) aufrechterhält, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die die Vorbelastungskraft der Feder 132 übersteigt, um das Eingriffselement 131 zu dem Elektromagneten 132 zu ziehen, so dass das Eingriffselement 131 von dem Einlassventil 105 getrennt wird. In diesem Zustand hat das Einlassventil 105 die Form eines ungesteuerten Ventils, das synchron zur Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 102 geöffnet und geschlossen wird. Dementsprechend ist das Einlassventil 105 während des Verdichtungshubs geschlossen, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringertem Volumen in der Druckbeaufschlagungskammer 112 das Auslassventil 106 aufschiebt und unter Druck der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt wird.
Wenn der Elektromagnet 130 andererseits den AUS-Zustand (Nichterregungszustand) aufrechterhält, ist das Eingriffselement 131 durch die Vorbelastungskraft der Feder 132 mit dem Einlassventil 105 in Eingriff, um das Einlassventil 105 in dem offenen Zustand zu halten. Da dementsprechend auch in dem Verdichtungshub der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 112 den Niederdruckzustand aufrechterhält, der im Wesentlichen gleich dem der Kraftstoffeinleitungsöffnung ist, kann das Auslassventil 106 nicht geöffnet werden, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringertem Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 112 an die Seite der Kraftstoffeinleitungsöffnung zurückgeleitet wird, wobei er durch das Einlassventil 105 geht.
Falls der Elektromagnet 130 ferner inmitten eines Verdichtungshubs in einen EIN-Zustand geschaltet wird, wird von diesem Zeitpunkt an der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff unter Druck zugeführt. Ferner steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 112, wenn die Kraftstoffzufuhr einmal begonnen wurde, so dass das Einlassventil 105 selbst dann seinen geschlossenen Zustand aufrechterhält und synchron mit dem Start des Einlasshubs automatisch geöffnet wird, wenn der Elektromagnet 130 in einen AUS-Zustand geschaltet wird.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Raum 107 auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 über einen Verbindungskanal 109 und ein Rückschlagventil 113 mit dem Kraftstoffeinlasskanal 110 verbunden. Das Rückschlagventil 300 ist so vorgesehen, dass es eine Flussrichtung des Kraftstoffs von der Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110 zu dem Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer steuert. In dem Zustand, in dem das Rückschlagventil 112 geöffnet ist, wird niedriger Druck (z. B. Druck der um 0,3 MPa höher als der Luftdruck ist), der dem Kraftstoffeinlasskanal 110 zugeführt wird, an den Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 angelegt.
Dementsprechend kann in dem Druckbeaufschlagungshub Kraftstoff, der durch einen Spalt zwischen dem Zylinder 108 und dem Tauchkolben 102 von der Druckbeaufschlagungskammer 112 geht, auf die Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110 fließen, die ein Niederdruckabschnitt ist, wobei der Druck auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 gleich dem des Kraftstoffeinlasskanals 110 wird, um zu ermöglichen, dass ein Entweichen von Kraftstoff verhindert wird, ohne die Starrheit des Dichtungswerkstoffs 120 wesentlich zu erhöhen.
Wenn andererseits der Dichtungswerkstoff 120 kaputt oder abgefallen ist, so dass Kraftstoff nach außen zu entweichen beginnt, ist der Druck des Raums 107 der Seite der Kraftstoffkammer niedriger als der der Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110, wodurch das Rückschlagventil 113 geschlossen wird, um einen Einfluss von Kraftstoff von der Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110 zu verhindern. Somit fließt nur der durch den Spalt zwischen dem Zylinder 108 und dem Tauchkolben 102 von der Druckbeaufschlagungskammer 112 gehende Kraftstoff in den Abschnitt des Dichtungswerkstoffs 120. Diese Durchflussmenge ist umgekehrt proportional zur Länge des Gleitabschnitts zwischen dem Zylinder 108 und dem Tauchkolben 102, wobei die Durchflussmenge auf eine kleine Menge unterdrückt werden kann, falls die Strecke, über die sich der Tauchkolben 102 gleitend bewegen kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform gesichert ist. Dementsprechend ist es selbst dann möglich zu verhindern, dass in kurzer Zeit eine große Menge Kraftstoff ausfließt, wenn der Dichtungswerkstoff 120 kaputt oder abgefallen ist.
Da ferner wie oben beschrieben der Kraftstoffausfluss von der Druckbeaufschlagungskammer 112 durch den Spalt des Tauchkolben-Gleitabschnitts minimiert ist, kann die Auslasseffizienz der Pumpe während des normalen Betriebs verbessert werden.
Anhand von 8 wird die Konstruktion der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
8 ist eine Längsschnittansicht, die den Aufbau einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie jene in 7 bezeichnen die gleichen Teile.
Der Pumpenkörper 100 ist mit einem Kraftstoffeinlasskanal 110, mit einem Kraftstoffauslasskanal 111 und mit einer Druckbeaufschlagungskammer 112 versehen. Der Kraftstoffeinlasskanal 110 und der Kraftstoffauslasskanal 111 sind mit einem Einlassventil 105 bzw. mit einem Auslassventil 106 versehen, die durch Federn 105a bzw. 106a in einer Richtung gehalten sind, um eine Flussrichtung des Kraftstoffs zu beschränken, wobei sie als ein Rückschlagventil dienen.
In einer innerhalb eines Zylinders 108 gebildeten Druckbeaufschlagungskammer 112 ist gleitfähig ein Tauchkolben 102 als ein Druck beaufschlagungselement gehalten. Die Druckbeaufschlagungskammer 112 ist dadurch gebildet, dass der Zylinder 108 ein Gleitloch 108a besitzt, um den Tauchkolben 102 zu unterstützen, damit er hin und her bewegt und gleitfähig bewegt werden kann. Der Innendurchmesserabschnitt des Zylinders 108 umfasst ein Gleitloch 108a, dessen Durchmesserspalt relativ zu dem Tauchkolben 102 gleich oder kleiner 10 μm ist, um ein Entweichen von Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer zu minimieren, und eine Innenwand 108b mit großem Durchmesser, die so gebildet ist, dass sie einen großen Durchmesser besitzt, um die Druckbeaufschlagungskammer zu bilden.
Der Zylinder 108 wird durch Presspassung eines Teils einer Außenwand 108c, die der Innenwand 108b mit großem Durchmesser entspricht, in dem Körper 1 gehalten. Dadurch tritt nur in dem Innenwandabschnitt 108b mit großem Durchmesser eine durch die Presspassung verursachte Verformung der Dimension des Innendurchmessers des Zylinders auf, während das Gleitloch 108a einen im Voraus verarbeiteten Dimensionszustand aufrechterhalten kann. Dementsprechend ist eine Endbearbeitung des Gleitlochs 108a nach der Presspassung unnötig, wobei für den Gleitabschnitt lediglich ein Werkstoff mit einer guten Verschleißbeständigkeit ausgewählt werden kann, was somit die Kosten verringert. Selbst dann, wenn für den Körper 1 und für den Zylinder 108 Werkstoffe mit verschiedenen linearen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden, tritt eine durch eine Temperaturänderung verursachte Verformung des Innendurchmessers des Zylinders lediglich in der Innenwand 108b mit großem Durchmesser auf, so dass sie keinen schädlichen Einfluss auf die Gleiteigenschaft des Tauchkolbens 2 ausübt.
Zwischen dem Zylinder 108 und dem Pumpenkörper 1 ist ein Ringkanal 109 vorgesehen, wobei der Ringkanal 109 mit dem Gleitloch 108a in Verbindung steht und wobei der Einlasskanal 110 in Verbindung mit einer Kraftstoffeinleitungsöffnung 110a und der Ringkanal 109 durch einen Kanal 109b in Verbindung stehen. Da dadurch der Druck in dem Ringkanal 109 im Wesentlichen der gleiche Druck (Luftdruck + 0,3 MPa) wie der der Einleitungsöffnung 110a ist, ist eine Druckdifferenz von der Druckbeaufschlagungskammer 112 verringert, so dass ein Entweichen von Kraftstoff aus einem Einpressabschnitt 108c und aus dem Gleitloch 108a verringert werden kann. Die Wärmeerzeugung an dem Gleitabschnitt kann durch Kraftstoff gekühlt werden und eine Reibschweißung des Gleitabschnitts verhindert werden.
An dem Außenumfangsabschnitt des Tauchkolbens 102 ist ein Dichtungswerkstoff 120 vorgesehen, der aus einer elastischen Substanz hergestellt ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff in der Pumpe ausfließt, und um zu verhindern, dass Öl zur Schmierung eines Nockens 140 in die Pumpe fließt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Dichtungswerkstoff 120 einteilig mit einem Metallrohr 120a gebildet und in den Pumpenkörper 100 pressgepasst, wobei aber ein Verfahren zum Befestigen des Dichtungswerkstoffs 120 nicht auf das obige Verfahren beschränkt ist. Ein einteilig mit dem Dichtungswerkstoff 120 gebildetes Ende des Metallrohrs 120a ist in den Pumpenkörper 100 eingepasst. Durch Verlängern der Länge des Dichtungswerkstoffs 120 kann ein Entweichen von Kraftstoff aus dem Gleitabschnitt zwischen dem Tauchkolben 102 und dem Dichtungswerkstoff 120 verringert werden. Da der Druck auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 der Druck des Niederdruckkraftstoffs (d. h. z. B. um 0,3 MPa höher als der Luftdruck) ist und da der Druck auf der anderen Seite des Dichtungswerkstoffs 120 der Luftdruck ist, ist eine Druckdifferenz zwischen beiden Endoberflächen des Dichtungswerkstoffs 120 klein, z. B. 0,3 MPa, so dass die Dichtungseigenschaft selbst dann verbessert sein kann, wenn die volle Länge des Dichtungswerkstoffs 120 nicht so stark verlängert ist.
Ein am unteren Ende des Tauchkolbens 102 vorgesehener Heber 103 ist mittels einer Feder 104 gegen einen Nocken 140 gedrückt. Der Tauchkolben 102 wird dadurch, dass der Nocken 140 durch eine Motornockenwelle oder dergleichen gedreht wird, hin und her bewegt, um das Volumen in der Druckbeaufschlagungskammer 112 zu ändern. Wenn das Einlassventil 105 während des Verdichtungshubs des Tauchkolbens 102 geschlossen ist, steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 112, wodurch das Auslassventil 106 automatisch geöffnet wird, um der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff unter Druck zuzuführen. Während das Einlassventil 105 automatisch geöffnet wird, wenn der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 112 niedriger als der der Kraftstoffeinleitungsöffnung ist, wird das Schließen des Ventils durch den Betrieb eines Elektromagneten 130 entschieden.
Der Elektromagnet 130 ist an dem Pumpenkörper 100 angebracht. Der Elektromagnet 130 ist mit einem Eingriffselement 131 und mit einer Feder 132 versehen. Wenn der Elektromagnet 130 AUSgeschaltet ist, wird das Eingriffselement 131 durch eine Feder 132 mit einer Vorbelastungskraft in einer Richtung des Öffnens des Einlassventils 105 angewendet. Da die Vorbelastungskraft der Feder 132 größer als die einer Einlassventilfeder 105a ist, ist das Einlassventil 105, wie in der Figur gezeigt ist, in dem offenen Zustand, wenn der Elektromagnet AUSgeschaltet ist.
Die Erregung für den Elektromagneten 130 wird so beschränkt, dass der Elektromagnet 130 in den EIN-Zustand (Erregungszustand) geschaltet wird, wenn Hochdruckkraftstoff von dem Pumpenkörper 100 zugeführt wird, während der Elektromagnet 130 in den AUS-Zustand (Nichterregung) geschaltet wird, wenn eine Zufuhr von Kraftstoff angehalten ist.
Wenn der Elektromagnet 130 den EIN-Zustand (Erregungszustand) hält, wird eine größere elektromagnetische Kraft als die Vorbelastungskraft der Feder 132 erzeugt, um das Eingriffselement 131 zu dem Elektromagneten 132 zu ziehen, so dass das Eingriffselement 131 von dem Einlassventil 105 getrennt wird. In diesem Zustand nimmt das Einlassventil 105 die Form eines ungesteuerten Ventils an, das synchron zur Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 102 geöffnet und geschlossen wird. Dementsprechend ist das Einlassventil 105 während des Verdichtungshubs geschlossen, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringertem Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 112 das Auslassventil 106 aufschiebt und unter Druck der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt wird.
Wenn der Elektromagnet 130 andererseits den AUS-Zustand (Nichterregungszustand) hält, ist das Eingriffselement 131 durch die Vorbelastungskraft der Feder 132 mit dem Einlassventil 105 in Eingriff, um das Einlassventil 105 in dem offenen Zustand zu halten. Da dementsprechend selbst in dem Verdichtungshub der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 112 den Niederdruckzustand hält, der im Wesentlichen gleich dem der Kraftstoffeinleitungsöffnung ist, kann das Auslassventil 106 nicht geöffnet werden, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringertem Volumen der Druckbeaufschla gungskammer 112 zu der Kraftstoffeinleitungsöffnung zurückgeleitet wird, wobei er durch das Einlassventil 105 geht.
Falls der Elektromagnet 130 inmitten des Verdichtungstakts in den EIN-Zustand geschaltet wird, wird von diesem Zeitpunkt an der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff unter Druck zugeführt. Falls die Zufuhr unter Druck einmal begonnen wurde, steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 112, so dass das Einlassventil 105 selbst dann seinen geschlossenen Zustand aufrechterhält und synchron mit dem Start des Einlasshubs automatisch geöffnet wird, wenn der Elektromagnet 130 später in den AUS-Zustand geschaltet wird.
Ferner ist der Pumpenkörper 100 innen mit einem Längskanal 109b, der mit dem Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 verbunden ist, und mit einem Querkanal 109a, der mit dem Längskanal 109b verbunden ist, versehen, um einen wie in 7 gezeigten Verbindungskanal 109 zu bilden. Der Längskanal 109b wird leicht gebildet, da er zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Zylinders 108 und einem in dem Pumpenkörper 100 gebildeten Loch durch Einführen und Einpassen des Zylinders 108 in das in dem Pumpenkörper 100 gebildete Loch gebildet wird. Am Ende des Querkanals 109a ist ein Rückschlagventil 113 vorgesehen. Das Rückschlagventil 113 ist aus einer kugelartigen elastischen Substanz gebildet. Für das Rückschlagventil 113 zu verwendende Werkstoffe sind jene, die Benzinbeständigkeit aufweisen, wie etwa z. B. Fluorkautschuk, Nitrilkautschuk usw. Das Rückschlagventil 113 ist normalerweise in dem offenen Zustand, wobei Einzelheiten davon später anhand der 9 und 10 beschrieben werden. Wie oben beschrieben wurde, ist der Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer des Dich tungswerkstoffs 120 durch den Verbindungskanal 109 und durch das Rückschlagventil 113 mit dem Kraftstoffeinlasskanal 110 verbunden. Das Rückschlagventil 113 ist vorgesehen, um eine Flussrichtung des Kraftstoffs von dem Kraftstoffeinlasskanal 110 zu dem Raum 107 auf der Seite der Kraftstoffkammer zu steuern. In dem Zustand, in dem das Rückschlagventil 113 geöffnet ist, wird niedriger Druck (z. B. Druck, der um 0,3 MPa höher als der Luftdruck ist), der dem Kraftstoffeinlasskanal 110 zugeführt wird, an den Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 angelegt.
Dadurch kann Kraftstoff, der in dem Druckbeaufschlagungshub von der Druckbeaufschlagungskammer 112 durch einen Spalt zwischen dem Zylinder 108 und dem Tauchkolben 102 geht, auf die Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110 fließen, die ein Niederdruckabschnitt ist, so dass der Druck auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 gleich dem des Kraftstoffeinlasskanals 110 ist, um zu ermöglichen, dass ein Entweichen von Kraftstoff nach außen unterdrückt wird, ohne die Starrheit des Dichtungswerkstoffs 120 wesentlich zu erhöhen.
Wenn andererseits der Dichtungswerkstoff 120 kaputt oder abgefallen ist, so dass Kraftstoff nach außen zu entweichen beginnt, ist der Druck des Raums 107 der Seite der Kraftstoffkammer niedriger als der des Kraftstoffeinlasskanals 110, so dass das Rückschlagventil 300 geschlossen wird, um zu ermöglichen, dass verhindert wird, dass Kraftstoff von der Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110 einfließt. Somit fließt nur der durch einen Spalt zwischen dem Zylinder 108 und dem Tauchkolben 102 gehende Kraftstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 112 in den Abschnitt des Dichtungswerkstoffs 120. Diese Durchflussmenge ist umgekehrt proportional zur Länge des Gleitabschnitts zwischen dem Zylinder 108 und dem Tauchkolben 102, so dass die Durchflussmenge auf eine kleine Menge verringert werden kann, falls die Strecke, über die der Tauchkolben 102 gleitfähig bewegt werden kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform ausreichend gesichert ist. Dementsprechend ist es selbst dann möglich zu verhindern, dass in kurzer Zeitdauer eine große Menge Kraftstoff ausfließt, wenn der Dichtungswerkstoff 120 kaputt oder abgefallen ist.
Da ferner wie oben beschrieben der Ausfluss von Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 112 von dem Spalt des Tauchkolben-Gleitabschnitts auf das Minimum unterdrückt ist, kann die Abflusseffizienz der Pumpe während des normalen Betriebs verbessert werden.
Im Folgenden wird anhand der 9 und 10 die Konstruktion eines Rückschlagventils beschrieben, das für eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
9 ist eine Schnittansicht, wenn ein Rückschlagventil unter Verwendung einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geöffnet ist, und 10 ist eine Schnittansicht, wenn ein Rückschlagventil unter Verwendung einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschlossen ist.
Wie in 9 gezeigt ist, wird die Bewegung eines Rückschlagventils 113, das aus einer kugelartigen elastischen Substanz gebildet ist, in einer richtigen Richtung in der Figur durch ein Ende eines Elektro magneten 130 gesteuert, um zu verhindern, dass es von einem Querkanal 109a abfällt. An dem rechten Seitenende des Querkanals 109a ist in der Figur eine Sitzoberfläche 113a gebildet, mit der das Rückschlagventil 113 in Eingriff ist, um das Ventil zu schließen, wobei sie aber senkrecht zu dem in horizontaler Richtung verlaufenden Querkanal 109a gebildet ist, weshalb sie eine im Wesentlichen vertikale Oberfläche bildet. In einem Pumpenkörper 100 ist die wie in der Figur gezeigte vertikale Richtung die Oben-Unten-Richtung. Dementsprechend ist das kugelartige Rückschlagventil 113 in dem Zustand, in dem der Pumpenkörper 100 in der Oben-Unten-Richtung eingebaut ist, nicht in Kontakt mit der Sitzoberfläche 113a, so dass es in den offenen Ventilzustand geschaltet werden kann, wenn der vordere und der hintere Druck des Rückschlagventils 113 einander gleich sind.
Eine Gegenmaßnahme, um das Abfallen des Rückschlagventils 113 zu verhindern, ist nicht auf die Einrichtung, die das Ende des Elektromagneten 130 verwendet, beschränkt, während z. B. ein getrenntes Element verwendet werden kann, um zu verhindern, dass das Rückschlagventil 113 abfällt. Alternativ kann der Querkanal 109a so geneigt sein, dass die Sitzoberfläche 113a in der unteren Richtung ist. Ferner ist alternativ die Sitzoberfläche 113a nicht nur im Wesentlichen vertikal herzustellen, sondern kann ebenfalls geneigt sein. Ferner kann das Rückschlagventil 113 nicht nur an dem Auslass des Querkanals 109a, sondern in dem Auslass eingebaut sein. Ferner kann zwischen das Rückschlagventil 113 und die Sitzoberfläche 113a eine Feder oder dergleichen eingefügt sein, so dass das Rückschlagventil 113 nicht geschlossen ist, wenn der vordere und der hintere Druck des Rückschlagventils 113 einander gleich sind, wenn die Sitzoberfläche 113a die horizontale Oberfläche bildet.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Rückschlagventil 113 auch dann geöffnet, wenn die Pumpe angehalten ist, um dadurch zu verhindern, dass das Rückschlagventil 113 an der Sitzoberfläche 113a anhaftet. Da ferner ebenfalls während des Betriebs der Öffnungsventildruck des Rückschlagventils 113 null ist, kann der Druck auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 gleich dem des Abschnitts des Kraftstoffeinlasskanals 110 gemacht werden.
Andererseits wird der Druck des Querkanals 109a niedriger als der Druck des Kraftstoffeinlasskanals 110, wenn der Druck auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120, wie in 10 gezeigt ist, wegen des Abfallens des Dichtungswerkstoffs 120 abgesenkt ist. Somit wird das Rückschlagventil 113 so gegen die Sitzoberfläche 113a gedrückt, dass das Rückschlagventil 113 unverzüglich geschlossen wird, um zu verhindern, dass Kraftstoff von der Seite des Kraftstoffeinlasskanals 110 ausfließt.
Ferner ist das Rückschlagventil 113 aus einer elastischen Substanz gebildet, wodurch die Härte der Sitzoberfläche 113a nicht erhöht zu werden braucht und wodurch es preiswert hergestellt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, ist der Raum 107 der Seite des Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs 120 in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Kraftstoffeinlasskanal 110 verbunden, um einen Kraftstoffbehälter zu bilden, an den niedriger Druck (z. B. Druck, der um 0,3 MPa höher als der Luftdruck ist) angelegt wird, der dem Kraftstoffeinlasskanal 110 zugeführt wird. Das heißt, der Kraftstoffbehälter ist nicht wie im Stand der Technik in dem Gleitabschnitt des Tauchkolbens vorgesehen. Das heißt, die Druckbeauf schlagungskammer 112, die unter Hochdruck steht, ist in der Figur an dem oberen Ende des Zylinders 108 gebildet, während der Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer (der Kraftstoffbehälter), der unter niedrigem Druck steht, in der Figur am unteren Ende der Figur des Zylinders 108 gebildet ist, so dass die Strecke von der Druckbeaufschlagungskammer 112 bis zu dem Raum (Kraftstoffbehälter) 107 der Seite der Kraftstoffkammer verlängert sein kann, so dass ein Entweichen des Hochdruckkraftstoffs aus der Druckbeaufschlagungskammer 112 in den Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer leicht verringert werden kann. Dementsprechend kann die Pumpe miniaturisiert werden und kann das Entweichen während der Druckbeaufschlagung verringert werden, um die Auslasseffizienz zu erhöhen.
Da in der vorliegenden Ausführungsform ferner der Kanal mit im Wesentlichen Luftdruck wie im Stand der Technik auf der Seite der Kraftstoffkammer des Dichtungswerkstoffs nicht vorgesehen ist, ist eine Verarbeitung eines solchen Kanals unnötig und ist die Rohrleitung für die Verbindung von der Pumpe zu dem Kraftstofftank ebenfalls unnötig. Dementsprechend sind die Herstellungskosten niedrig.
Ferner besitzt der Dichtungswerkstoff 120 die Konstruktion, in der das einteilig geformte Metallrohr 120a an dem Pumpenkörper 100 so befestigt ist, so dass die Länge des Dichtungswerkstoffs 120 dazu neigt verlängert zu sein, so dass sie über die Gleitstrecke relativ zu dem Tauchkolben 102 verläuft, was somit eine Verbesserung der Dichtungseigenschaft ermöglicht, wobei die Dichtungseigenschaft verbessert werden kann, da der auf beide Enden des Dichtungswerkstoffs 120 angewendete Druck niedriger Druck ist.
Wenn ferner der Dichtungswerkstoff 120 kaputt ist oder dergleichen, wird das an dem Verbindungskanal 109 für die Verbindung des Kraftstoffeinlasskanals 110 mit dem Raum 107 der Seite der Kraftstoffkammer vorgesehene Rückschlagventil 113 aktiviert, um unverzüglich zu verhindern, dass Kraftstoff von dem Kraftstoffeinlasskanal 110 auf die Seite der Atmosphäre entweicht.
Da das Rückschlagventil 113 während des Betriebs der Pumpe ferner in dem offenen Zustand ist, ist es möglich, leicht zu verhindern, dass das Rückschlagventil an der Sitzoberfläche anhaftet.
Selbst wenn der Dichtungswerkstoff des Gleitabschnitts kaputt oder abgefallen ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein externes Entweichen von Kraftstoff auf eine kleine Menge unterdrückt werden, während es eine kleine Größe hat und preiswert ist.
Obgleich einige Ausführungsformen beschrieben worden sind, wird im Folgenden anhand von 11 der charakteristische Aufbau, der für diese Ausführungsformen gemeinsam ist, ausführlich weiter erläutert.
Ein Pumpenkörper 1 ist mit einem Kraftstoffeinlasskanal 10, mit einem Auslasskanal 11 und mit einer Druckbeaufschlagungskammer 12 gebildet. Ein Tauchkolben 2 als ein Druckbeaufschlagungselement ist gleitfähig an der Druckbeaufschlagungskammer 12 gehalten. Der Einlasskanal 10 und der Auslasskanal 11 sind mit einer Einlasskammer 5A bzw. mit einer Auslasskammer 6A gebildet, die zu einem Einlassloch 5b bzw. zu einer Auslassloch 6b der Druckbeaufschlagungskammer 12 führen, wobei die jeweiligen Kammern mit einem Einlassventil 5 und mit einem Auslassventil 6 versehen sind.
Das Einlassventil 5 und das Auslassventil 6 sind in einer Richtung durch Federn 5a bzw. 5a gehalten, um ein Rückschlagventil zu bilden, um eine Flussrichtung des Kraftstoffs zu beschränken. Genauer ist das Einlassventil 5 durch eine Feder 5a so vorbelastet, dass es ein Loch 5Aa von der Innenseite des Einlasslochs 5Aa der Einlasskammern 5A schließt. Ein Elektromagnet 200 als eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung ist in einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt 1A gedrückt und gehalten, der einteilig mit dem Pumpenkörper 1 gebildet ist, wobei der Elektromagnet 200 mit einem als eine Tauchkolbenstange gebildeten Eingriffselement 201 und mit einer Feder 202 versehen ist. Wenn der Elektromagnet 200 AUSgeschaltet ist, ist das Eingriffselement 201 durch eine Feder 202 in eine vorstehende Stellung geführt, infolgedessen es mit dem Einlassventil 5 in Eingriff ist, um es in einer Richtung des Öffnens des Ventils vorzubelasten. Da die Vorbelastungskraft der Feder 202 so eingestellt ist, dass sie größer als die der Feder 5a zum Vorbelasten des Einlassventils 5 in eine geschlossene Stellung ist, wird das Einlassventil 5, wenn der Elektromagnet 200 AUSgeschaltet wird, durch das Eingriffselement 201 aufgeschoben, um den offenen Zustand anzunehmen. Der Kraftstoff wird durch die Niederdruckpumpe 51 von dem Tank 50 in die Kraftstoffeinleitungsöffnung des Pumpenkörpers 1 geführt und durch den Druckregler 52 auf einen festen Druck geregelt. Anschließend wird der Kraftstoff durch den Pumpenkörper 1 mit Druck beaufschlagt und unter Druck von der Kraftstoffauslassöffnung 11 der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 in 7 zugeführt.
Im Folgenden wird der Betrieb der wie oben beschrieben aufgebauten Hochdruckpumpe beschrieben.
Der am unteren Ende des Tauchkolbens 2 vorgesehene Heber 3 wird durch die Feder 4 gegen den Nocken 100 gedrückt. Dadurch, dass der Nocken 100 durch eine Motornockenwelle oder dergleichen gedreht wird, wird der Tauchkolben 2 hin und her bewegt, um das Volumen in der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu andern.
Wenn das Einlassventil 5 während des Verdichtungshubs des Tauchkolbens 2 geschlossen wird, steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12, wodurch das Auslassventil 6 automatisch geöffnet wird, um der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 Kraftstoff unter Druck zuzuführen.
Wenn der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 12 niedriger als der der Kraftstoffeinleitungsöffnung wird, wird das Einlassventil 5 automatisch geöffnet, während das Schließen des Ventils gemäß dem Betrieb des Eingriffelements 201 des Elektromagneten 200 entschieden wird.
Wenn der Elektromagnet 200 den EIN-Zustand (Erregungszustand) aufrechterhält, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die die Vorbelastungskraft der Feder 202 übersteigt, wobei das Eingriffselement 201 auf die Seite des Elektromagneten 202 gezogen wird, um eine Rückkehrstellung anzunehmen, wobei das Eingriffselement 201 zu diesem Zeitpunkt von dem Einlassventil 5 getrennt wird. In diesem Zustand arbeitet das Einlassventil 5 als ein ungesteuertes Ventil, das durch eine Druckdifferenz zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Einlassventils 5 synchron zur Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 2 geöffnet und geschlossen wird. Dementsprechend wird das Einlassventil 5 während des Verdichtungshubs geschlossen, wobei Kraftstoff für einen Abschnitt mit verringertem Vo lumen der Druckbeaufschlagungskammer 12 das Auslassventil 6 aufschiebt und unter Druck der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 zugeführt wird. Dadurch kann unabhängig von der Reaktion des Elektromagneten 200 der maximale Auslass der Pumpe ausgeführt werden.
Wenn der Elektromagnet 200 andererseits in dem AUS-Zustand (Nichterregungszustand) ist, ist das Eingriffselement 201 durch die Vorbelastungskraft der Feder 202 mit dem Einlassventil 5 in Eingriff, um das Einlassventil 5 in dem offenen Zustand zu halten. Dementsprechend wird der Kraftstoff in dem Zylinder (in der Druckbeaufschlagungskammer) durch das während des Verdichtungshubs geöffnete Durchgangsloch 5Aa zurückgeleitet, so dass der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 12 den Niederdruckzustand hält, der im Wesentlichen gleich dem der Kraftstoffeinleitungsöffnung ist, weshalb das Auslassventil 6 nicht geöffnet werden kann. Dadurch kann die Pumpenauslassmenge zu null gemacht werden.
Falls der Elektromagnet 200 inmitten des Verdichtungshubs in den EIN-Zustand geschaltet wird, hat das Einlassventil 5 die durch das Eingriffselement 201 verursachte Vorbelastungskraft in der Öffnungsrichtung verloren, um das Durchgangsloch 5Aa durch die Feder 5a und durch den Druck des mit Druck beaufschlagten Kraftstoffs augenblicklich zu schließen. Dementsprechend wird von diesem Zeitpunkt an das Auslassventil 6 geöffnet, um der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 von dem Auslassloch 11 Kraftstoff unter Druck zuzuführen. Falls die Kraftstoffzufuhr einmal begonnen hat, steigt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12, bis der nächste Einlasshub stattfindet, so dass das Einlassventil 5 selbst dann seinen geschlossenen Zustand aufrechterhält, bis der nächste Ein lasshub beginnt, wenn der Elektromagnet 200 später in den AUS-Zustand geschaltet wird. Wenn der Einlasshub beginnt, wird der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer niedriger als der des Niederdruckkanals, so dass das Einlassventil 5 automatisch geöffnet wird. Dadurch kann die Auslassmenge gemäß dem EIN-Zeitpunkt des Elektromagneten 200 (d. h. gemäß dem Anziehzeitpunkt des Eingriffselements) eingestellt werden. Da das Eingriffselement des Elektromagneten 200 in die hervorstehende Stellung (d. h. in die Stellung, in der der Elektromagnet AUSgeschaltet ist) zurückgestellt werden kann, bevor der Verdichtungshub beginnt, ist die schnelle Reaktion des Eingriffselements 201 nicht erforderlich. Dadurch kann die Vorbelastungskraft der Feder 202 klein gemacht werden und infolgedessen die AUS-EIN-Reaktion des Elektromagneten 200 (d. h. die Vorstehen-Anziehen-Reaktion des Eingriffselements) verbessert werden.
Wichtig ist, dass im Unterschied zu dem herkömmlichen elektromagnetischen Ansteuerventil der bewegliche Abschnitt leicht wird, da der Elektromagnet ausreicht, um nur die Tauchkolbenstange anzuziehen, wobei von diesem Punkt aus die Reaktion verbessert wird. Die Ansteuerung kann durch einen kleinen Elektromagneten erfolgen.
Da der Ventilkörper im Unterschied zu dem elektromagnetischen Ventil nicht stark durch elektromagnetische Anziehung gegen den Sitz gestoßen wird, tritt ferner möglicherweise keine Beschädigung auf.
Die EIN-Zeit oder der EIN-Zeitpunkt des Elektromagneten 200 in dem Verdichtungshub wird gesteuert, wodurch die Auslassmenge zu der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 veränderlich gesteuert werden kann. Ferner wird durch die ECU anhand des Signals eines Drucksensors 56 ein angemessener Auslasszeitpunkt berechnet, um den Elektromagneten 200 zu steuern, wodurch der Druck der gemeinsamen Kraftstoffleitung 53 auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten werden kann. Ferner kann die AUS-EIN-Reaktion verbessert werden, ohne den Elektromagneten 200 größer zu machen.
Nachfolgend werden anhand der 12 bis 14 Änderungen des Einlassventils 5, des Eingriffselements 201 und des Ventilkörpers beschrieben. In diesen Ausführungsformen ist entweder das Einlassventil 5 oder das Eingriffselement 201 in einer konkaven Form hergestellt, während das andere in einer konvexen Form hergestellt ist, so dass der Konkav-Konvex-Eingriff geschaffen wird. Mit diesem Aufbau ist es möglich zu verhindern, dass der Eingriffsabschnitt verlagert wird und/oder abgestreift wird, wobei der sichere Betrieb des Einlassbetriebs 5 und des Eingriffselements 201 ausgeführt werden kann. Obgleich die Form des Einlassventils 5 in der vorliegenden Ausführungsform die eines Kugelventils und eines Zylinderventils ist, wird angemerkt, dass ein konisch zulaufendes Ventil, ein Zungenventil oder dergleichen ebenfalls genutzt werden kann.
In den 12 und 13 wird eine Stellung des Einlassventils 5 beim Öffnen durch einen an dem Eingriffselement 201 vorgesehenen Abschnitt eines Anschlags 201a entschieden. Da damit die Solllast der Feder 202 konstant gehalten werden kann, kann die Anziehgeschwindigkeit (Ventilschließreaktion) des Eingriffselements 201 stabilisiert werden. Dementsprechend wird die Steuerung des Ventilschließzeitpunkts erleichtert.
Ferner wird in 14 eine Stellung des Einlassventils 5 beim Öffnen durch einen an dem Einlassventil 5 vorgesehenen Abschnitt eines Anschlags 5b entschieden. Da mit diesem Aufbau eine Positionsbeziehung zwischen dem Einlassventil 5 und dem Sitzabschnitt konstant gemacht werden kann, kann der Durchlasswiderstand, wenn das Ventil geöffnet ist, ebenfalls konstant gemacht werden. Dementsprechend braucht der Öffnungshub des Einlassventils 5 nicht größer als der zum Erzielen einer Miniaturisierung notwendige gemacht zu werden.
Die Stellung des Anschlags kann gemäß dem geforderten Inhalt der Pumpe ausgewählt werden.
Wieder anhand von 8 wird eine weitere ausführliche Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird für das Auslassventil 106 ein Kugelventil verwendet, wobei mittels einer Feder 106a in Eingriff damit ein zylindrisches Element 106c angeordnet ist, das für die Hin- und Herbewegung und für den gleitenden Eingriff in einem Auslasskanal 111 gehalten wird. Dadurch können die jeweiligen Elemente leicht hergestellt werden und kann das Kugelventil 106 festgehalten werden und können Schwingungen oder dergleichen des Kugelventils, die durch den Kraftstofffluss verursacht werden, wenn das Ventil geöffnet wird, unterdrückt werden. Um das Kugelventil fester zu halten, ist es ferner ebenfalls möglich, das zylindrische Element 106c durch Schweißen oder dergleichen mit dem Kugelventil 106 zu integrieren. Diese Konstruktionen können auch in dem Einlassventil verwendet werden.
Anhand der 15 und 16 wird der Mechanismus mit veränderlicher Kapazität ausführlicher beschrieben. An einem Teil an der Eingangs seite des Einlasslochs 5b des Pumpenkörpers 1 ist ein ringförmiger Aussparungsabschnitt 5B gebildet.
Ein Außenumfangsabschnitt eines Endes eines Halters 5C zur Unterbringung eines Einlassventils 5 ist in der ringförmigen Aussparung 5B durch eine Muffenverbindung verbunden, von denen beide fest eingepresst sind. Wie in den 17 und 18 gezeigt sind, sind auf der Seite des Einlasslochs 5b des Halters 5C fünf Durchgangslöcher 5D gebohrt.
In der Mitte des Halters 5 wird eine Feder 105a (5a) gehalten. Auf der Seite des Einlasslochs (5b) der Feder 105d (5a) ist ein in den 19A und 19B gezeigtes becherförmiges Ventil 105 (5) so angebracht, dass es die Feder 105a (5a) umgibt.
Ferner ist der Pumpenkörper 1 mit einer ringförmigen Kammer 110A gebildet, deren Durchmesser größer als der der ringförmigen Aussparung 5B ist. Folglich bildet die Kammer 110A eine Einlasskammer in Verbindung mit einem Niederdruck-Kraftstoffkanal 110.
Ferner ist der Pumpenkörper 1 mit einem ringförmigen Hohlraum 130B mit einer Gewinderille 130A gebildet, dessen Durchmesser größer als der der ringförmigen Kammer 110A ist.
An dem ringförmigen Hohlraum 130A ist ein Elektromagnet 200 (130) angebracht, der einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus bildet.
An dem Außenumfang des Elektromagneten 200 (130) ist ein mit einem Gewinde 200a gebildeter Adapter 200A angebracht, wobei das Gewinde in der Gewinderille des Hohlraums 130A in Eingriff ist, wodurch der Elektromagnet an dem Hohlraum 130A angebracht ist.
Das Bezugszeichen 200b bezeichnet einen Dichtungsring, der die Kraftstoffeinlasskammer 110A von der Außenluft trennt.
In einem becherförmigen Außenkern 200D mit geschlossenem Ende ist eine ringförmige Elektromagnetspule 200B untergebracht. In die Mitte der ringförmigen Elektromagnetspule 200B ist ein hohler rohrförmiger fester Innenkern 200C eingefügt. Einteilig mit einem Seitenende des hohlen rohrförmigen festen Innenkerns 200C ist ein scheibenartiger Kernabschnitt 200E in radialer Richtung gebildet, wobei der Außenumfang des Kerns in Durchmesserrichtung durch eine Spannungsverbindung an der Innenumfangswand an der Seite des offenen Endes des becherartigen Außenkerns 200D befestigt ist. Die Elektromagnetspule 200B umfasst einen ringförmigen Spulenkörper 200c, durch den der feste Innenkern 200C, eine darum gewickelte Spule 200d und eine gegossene Harzaußenschicht 200f geführt sind, wobei der Außenumfang der Spule 200d einem Gießen mit Harz ausgesetzt worden ist.
Die ringförmige Elektromagnetspule 200B ist in einem Zustand untergebracht, in dem sie axial zwischen die innere Unterseite des becherförmigen Außenkerns 200D und den scheibenartigen Kernabschnitt 200E in radialer Richtung gepresst ist. In einen dem Spulenkörper 200c, der Harzaußenschicht 200f und dem inneren festen Kern 200C zugewandten Hohlraum ist ein Dichtungsring 200g gelegt. In einen der Harzaußenschicht 200f, dem Kernabschnitt 200E in radialer Richtung und dem becherförmigen Außenkern 200D zugewandten Hohlraum ist ein Dichtungsring 200h gelegt.
Um die Außenseite des Kernabschnitts 200E in radialer Richtung abzudecken, ist die Seite des offenen Endes des becherförmigen Außenkerns 200D durch Harzverguss abgedichtet, wobei gleichzeitig ein äußerer Entfernungsanschluss der Elektromagnetspule 200B ebenfalls mitgegossen ist, um einen Verbinder 200F zu bilden.
Der in 15 eingekreiste Abschnitt P wird in 16 in einem vergrößerten Maßstab ausführlicher beschrieben.
Ein Abschnitt 230 der Unterseite des becherförmigen Außenkerns 200D mit geschlossenem Ende besitzt in der Mitte davon ein Durchgangsloch 231.
An der Außenseite des Durchgangslochs 231 ist ununterbrochen eine ringförmige Aussparung 232 gebildet. Der Durchmesser der ringförmigen Aussparung 232 ist größer als der des Durchgangslochs 231.
In das Durchgangsloch 231 ist ein beweglicher Kern 131a eingeführt. Einteilig mit dem beweglichen Kern 131a ist ein Eingriffselement 201 in Form einer Tauchkolbenstange gebildet.
Außerdem ist an einer längsgerichteten Zwischenstelle des Eingriffselements 201 einteilig ein ringförmiger beweglicher Anschlag 201c gebildet. Zwischen dem Anschlag 201c und dem beweglichen Kern 131a ist unter Verwendung einer Schnittrille in den Stangenabschnitt des Eingriffselements 201 in radialer Richtung ein C-Ringartiges festes Anschlagelement 233 eingepasst. In diesem Zustand wird der bewegliche Kern 131a in das Durchgangsloch 231 eingeführt, wird das feste Anschlagelement 233 fest in die ringförmige Aussparung 232 gepresst und werden der bewegliche Kern 131a und das Eingriffselement 201 in der Weise an dem Elektromagneten 200 angebracht, dass sie durch den unteren Abschnitt 230 des festen Außenkerns 200D verlaufen.
Ferner ist in die ringförmige Aussparung 232 ein Führungselement 220 in der Weise pressgepasst, dass es einen befestigten C-Ring-Anschlag 233 hält.
Das Führungselement 220 ist mit einer Anschlagoberfläche 221 gebildet, die der Anschlagoberfläche 233a des festen Anschlags 233 zugewandt ist, wobei ein beweglicher Anschlag 201C um einen Hub von Ss = 45 Mikrometer zwischen diesen zwei Anschlagoberflächen hin und her bewegt werden kann.
Die Führung 220 ist in der Mitte mit einem Führungsloch 220b gebohrt. Durch das Führungsloch 220b verläuft das Eingriffselement 201, um dadurch die radiale Bewegung für die Hin- und Herbewegung entlang der Mittelachse des Elektromagneten 200 zu steuern.
Die Führung 220 ist mit mehreren Durchgangslöchern 220C in einer radialen Richtung gebohrt. Die Durchgangslöcher 220C stehen mit einem Niederdruck-Kraftstoffkanal um die Führung 220 in Verbindung.
Die Durchgangslöcher 220C sind mit einem Mittelloch 220A der Führung 220 verbunden. Das Mittelloch 220A ist zu dem axialen Ende der Führung 220 hin offen (220B), wobei eine Endoberfläche 220a um die Öffnung 220B eine Sitzoberfläche des Einlassventils 105 (5) bildet.
Wie in 15 gezeigt ist, kommt folglich in dem Zustand, in dem der Elektromagnet 200 (130) an dem Pumpenkörper 1 angebracht ist, der Außenumfang der Endoberfläche in axialer Richtung der Führung 220 in Druckkontakt mit der Endoberfläche des Halters 5C, die beide einen Einlassventilmechanismus bilden.
Außerdem ist in dem Eingriffselement 201 an dem Ende des Tauchkolbenstangenabschnitts durch Schweißen eine Metallkugel befestigt.
In dem becherförmigen beweglichen Kern 131a ist innen eine Feder 202 (132) untergebracht, wobei ein Seitenende der Feder 202 (132) mit der Endoberfläche einer Stellschraube 200G in Kontakt ist, die durch ein Gewinde in die Mitte eines festen Kerns 200C in der Mittelseite eingepasst ist.
Die Stellschraube 200G stellt eine Solllast der Feder 202 (132) ein, um die Eigenschaften der Bewegungsoperation des Eingriffselements 201 einzustellen.
Die Feder 202 (132) belastet den beweglichen Kern 131a und das Eingriffselement 201 (131) in der der Einstelleinrichtung 200G entgegengesetzten Richtung vor, wobei infolgedessen die Anschlagoberfläche 201a des Anschlags 201c mit der Anschlagoberfläche 221 des Führungselements 220 in Kontakt ist.
Im Ergebnis steht das Kugelelement 210 an dem Ende des Eingriffselements 201 (131) um eine Dimension Sg = 35 Mikrometer von dem Ende 220a der Führung 220 vor. Zu dieser Zeit veranlasst das Kugelelement 210, dass der Ventilkörper 105 (5) gegen die Kraft der Feder 105a (5a) um die Dimension Sg = 35 Mikrometer von der Sitzoberfläche des Führungselements 220 angehoben ist, um die Öffnung 220B durch die fünf Löcher 5D des Halters 5C mit dem Einlassloch 5b des Zylinders zu verbinden.
Die axiale Endoberfläche des beweglichen Kerns 131a ist durch einen Spalt Ga von der Endoberfläche in axialer Richtung des inneren festen Kerns 200C abgewandt. Andererseits ist die Außenumfangsoberfläche des beweglichen Kerns 131a über einen kleinen Durchmesserspalt der Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs 231 des festen Außenkerns 200D zugewandt.
Im Ergebnis wird ein geschlossener Magnetpfad gebildet, der durch den festen Außenkern 200D, durch den beweglichen Kern 131a, durch den festen Innenkern 200C und durch das Scheibenelement 200E geht, wenn einer Spule 200B von einem Verbinder 200F Leistung zugeführt wird (d. h. Erregung).
Im Ergebnis wird zwischen dem gegenüberliegenden Ende des beweglichen Kerns 131a und dem festen Innenkern 200C eine magnetische Anziehung erzeugt.
Diese magnetische Anziehung zieht den beweglichen Kern 131a gegen die Kraft der Feder 132 zu dem festen Innenkern 200C.
An einer Stelle, an der der Anschlag 201c des Eingriffselements 201 mit der Anschlagoberfläche 233a des festen Anschlags 233 in Kontakt gelangt, wird der Hub des beweglichen Kerns 131a abgeschlossen. Diese Strecke ist Ss = 45 Mikrometer.
Am Ende des Hubs des beweglichen Kerns 131a beträgt ein Spalt Ga zwischen dem beweglichen Kern 131a und der Endoberfläche des festen Innenkerns 200C 6 Mikrometer.
An dem Innenumfang des beweglichen Kerns 131a ist ein nichtmagnetischer Ring 133 befestigt, wobei ein von dem beweglichen Kern 131a des nichtmagnetischen Rings 133 vorstehender Abschnitt zu der Innenumfangsoberfläche des festen Innenkerns 200 geführt ist. Im Ergebnis wird die radiale Bewegung des beweglichen Kerns 131a gesteuert.
Somit werden das Eingriffselement 201 und der bewegliche Kern 131 an zwei Stellen geführt, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, um die stabile Bewegung zu ermöglichen.
Schließlich wird das Kugelelement 210 am Ende des Eingriffselements 201 (131) im Ergebnis des Hubs des beweglichen Kerns 131a an einer Stelle gehalten, die um die Dimension Sa = 10 Mikrometer von der Sitzoberfläche 220a des Führungselements 220 zurückgezogen ist.
Zu dieser Zeit wird das Einlassventil 105 (5) von dem Kugelelement 210 gelöst und durch die Kraft der Feder 105a (5a) gegen die Sitzoberfläche 220a des Führungselements 220 gedrückt. Im Ergebnis schließt das Einlassventil 105 (5) die Mittelöffnung 220B des Führungselements 220, um zwischen dem Niederdruck-Kraftstoffkanal und dem Halter 5 zu unterbrechen.
Wie in den 19A und 19B gezeigt ist, ist das Einlassventil 105 (5) becherförmig gebildet und in dem Zustand gehalten, in dem es um die Feder 105a (5a) gelegt ist.
Die Endoberfläche in radialer Richtung, die die Dichtungsoberfläche sein soll, hat einen kreisförmigen konvexen Abschnitt 105A, dessen Mitte mit dem Kugelelement 210 in Kontakt gelangt, und einen ringförmigen konvexen Abschnitt 105B in Kontakt mit der Sitzoberfläche 220a der Führung 220. Zwischen den beiden konvexen Abschnitten ist eine Ringrille 105 gebildet.
Die beiden konvexen Abschnitte werden einem Schneiden in der Weise ausgesetzt, dass ihre Höhen gleich sind.
Da die Sitzoberfläche durch den ringförmigen konvexen Abschnitt 105B gebildet ist, wird die einseitige Angrenzung an die Sitzoberfläche an der Seite des Führungselements verringert, so dass der Kontakt dazwischen eng wird, um die Sitzeigenschaft zu verbessern. Das Einlassventil 105 (5), das Führungselement 220 und das Kugelelement 210 treffen aufeinander auf, wobei sich die Anzahl davon während der Nutzungsdauer der Brennkraftmaschine auf eine Million erstreckt. Der zulässige Verschleiß dieser Elemente liegt unter diesen Bedingungen nur in der Größenordnung von 10 Mikrometern. Insbesondere dann, wenn der Kontaktabschnitt zwischen dem Einlassventil 105 (5) und dem Kugelelement 210 um 35 Mikrometer verschlissen ist, kann das Einlassventil 105 (5) nicht von der Dichtungsoberfläche angehoben werden, selbst wenn der bewegliche Kern 131a und das Eingriffselement 201 (131) einen Hub von 45 Mikrometern haben. Das heißt, in einem wie beschriebenen Zustand kann der Öffnungsventilzustand des Einlassventils 105 (5) nicht aufrecht erhalten werden und kann die Steuerung der Kapazität nicht ausgeführt werden. Somit ist im Ergebnis verschiedener Untersuchungen von Bedingungen mit weniger Verschleiß festgestellt worden, dass die Verwendung eines Werkstoffs mit einer Härte gleich oder mehr als 30 H_RC auf der Vickers-Härteskale bevorzugt ist. Genauer ist festgestellt worden, dass ein Werkstoff zur Erfüllung dieser Bedingung rostfreier Stahl SUS440C, wie er in der japanischen Industrienorm (JIS) dargelegt ist, vorteilhaft ist.
Da andererseits der bewegliche Kern 131a und der Tauchkolbenstangenabschnitt des Eingriffselements 201 (131) einen magnetischen Pfad bilden, muss der Werkstoff ein magnetischer Werkstoff sein, wobei unter diesem Gesichtspunkt festgestellt worden ist, dass der magnetische rostfreie Stahl SUS420J2, wie er in der japanischen Industrienorm (JIS) dargelegt ist, vorteilhaft ist.
Somit kann eingestellt werden, dass die Kraft der Feder 132 in dem Nichterregungszustand der Spule des Elektromagneten 200 (130) die Kraft der Feder 105a (5a) überwindet, wobei das Eingriffselement 201 (131) einen Hub von 35 Mikrometern hat, um das Einlassventil 105 (5) von der Sitzoberfläche anzuheben.
Da in der vorliegenden Ausführungsform das Kugelelement 210 von dem Tauchkolbenstangenabschnitt getrennt ist, können Werkstoffe verwendet werden, die an die jeweiligen Funktionen angepasst sind.
Dort, wo der bewegliche Kern 131a und der Tauchkolbenstangenabschnitt des Eingriffselements 201 (131) getrennt aus verschiedenen Werkstoffe gebildet werden und daraufhin durch Nachverarbeitung durch ein Verfahren wie etwa Schweißen oder Spannungsverbinden miteinander integriert werden, ist es möglich, dass der Tauchkolbenstangenabschnitt und der Kugelabschnitt einteilig gebildet werden können. In diesem Fall werden der Kugelabschnitt, der Tauchkolbenstangenabschnitt und der Anschlagabschnitt durch Schneiden aus demselben Element ausgeschnitten.
Das Kugelelement braucht nicht immer kugelförmig zu sein. Die Verbindungsoberfläche mit dem Eingriffselement 201 (131) kann flach sein. Somit kann das Kugelelement eine Halbkugel sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Eingriffselement an seinem Ende mit einer ringförmigen Aussparung gebildet, in der ein Teil eines Kugelelements eingebettet und gehalten ist, wobei die Kontaktoberflächen davon zur Verbindung verschweißt sind, so dass die Verbindungsarbeit sehr leicht ist und die Mitten des Kugelelements und des Eingriffselements dazu neigen, registriert zu sein.
In der vorliegenden Erfindung wird die Montage des Einlassventilmechanismus mit einer Funktion mit veränderlicher Kapazität lediglich durch Presspassung des Ventilhalters 5C in die Aussparung 5B des Pumpenkörpers 1 und Schrauben des getrennt zusammengesetzten Elektromagneten 200 (130) in den Aussparungsabschnitt 130B mit einer Gewinderille abgeschlossen, so dass eine gute Bearbeitbarkeit erzielt wird.
Das Bezugszeichen 200e bezeichnet ein Schaumaustrittsloch. Wo in dem Niederdruck-Kraftstoffkanal wegen Wärme des Motors Dampf erzeugt wird, wird der Schaum vorübergehend in einem durch das Schaumaustrittsloch 200e gehenden ringförmigen Hohlraum 200i geschützt, um zu verhindern, dass der in die Druckbeaufschlagungs kammer in dem Zylinder 8 eindringende Dampf durch das Einlassventil 105 (5) geht.
In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform ist die Gesamtheit einschließlich des beweglichen Kerns, des Tauchkolbenstangenabschnitts und des Kugelelements auf Makroweise das Eingriffselement genannt. Allerdings kann der bewegliche Kern ebenfalls aus einem getrennten Element gebildet sein, wobei es gelegentlich notwendig sein kann, es in Bezug auf die Funktionalität von dem beweglichen Kern zu unterscheiden. Unter Berücksichtigung des Obigen sind der Tauchkolbenstangenabschnitt und der Kugelelementabschnitt in einigen Passagen als das Eingriffselement erläutert worden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ventilkörper vollständig von dem elektromagnetischen Antriebsmechanismus getrennt, wobei die vorliegende Ausführungsform von diesem Standpunkt aus in Bezug auf Aufbau und Betrieb genau von dem Mechanismus mit veränderlicher Kapazität mittels eines elektromagnetischen Ventils (eines an dem Antriebsmechanismus befestigten Ventils) im Stand der Technik verschieden ist.
Da die zusätzliche Anziehung des Antriebsmechanismus, nachdem der Kontakt des Ventilkörpers mit dem Sitz fertig gestellt ist, nicht auf den Ventilkörper ausgeübt wird, werden der Ventilkörper und die Sitzoberfläche weniger verschlissen und wirkt keine mechanische Spannung zwischen dem Körper und dem Tauchkolben des Antriebsmechanismus. Die Kraft, die an der Öffnungsoperation des Ventilkörpers beteiligt ist, wenn der Ventilkörper wegen einer Druckdifferenz zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Ventilkör pers geöffnet wird, ist nur die Federkraft zum Erzeugen einer Ventilschließkraft, was die Bewegung schnell macht.
Im Stand der Technik des elektromagnetischen Ventilsystems müssen sich nicht nur der Ventilkörper, sondern auch der Tauchkolben des Antriebsmechanismus und der bewegliche Kern zusammen bewegen, wobei es notwendig ist, die Antriebskraft der Feder um die für die Kraft der Feder erforderliche (die in einer Ventilöffnungsrichtung ausgeübt wird) auf der Seite des elektromagnetischen Antriebsmechanismus groß zu machen, wobei im Ergebnis beim Antreiben zu der Schließseite eine starke Kraft notwendig ist, wodurch der elektromagnetische Mechanismus groß wird.
Ferner wird die Bewegung des Ventilkörpers selbst ebenfalls gedämpft.
Aus den oben erwähnten Gründen sollte in der vorliegenden Ausführungsform trotz der Tatsache, dass der Ventilkörper und der elektromagnetische Tauchkolben unabhängig davon sind, die vorliegende Ausführungsform deutlich von dem elektromagnetischen Ventilsystem des Standes der Technik unterschieden werden.
Gemäß dem weiteren charakteristischen Aufbau ist die Einlassöffnung (220a), die durch das Einlassventil 105 (5) geöffnet und geschlossen wird, auf der Seite des elektromagnetischen Antriebsmechanismus gebildet.
Dies ist der sehr wichtige Aufbau bei der Steuerung des Hubs der Tauchkolbenstange als das Eingriffselement 201 (131) auf der Grundlage der Sitzoberfläche, auf der das Einlassventil sitzt.
Das heißt, dies schafft den Nutzen, dass die Sitzoberfläche und der Hub des Eingriffselements unabhängig eingestellt und untersucht werden können, bevor sie in den Pumpenkörper integriert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform bleibt die Beziehung zwischen der Sitzoberfläche des Einlassventils und dem Hub des Eingriffselements, auch nachdem der elektromagnetische Antriebsmechanismus in den Pumpenkörper integriert worden ist, genau ungeändert.

Claims

Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine mit – einer Druckbeaufschlagungskammer (12); – einem sich hin- und herbewegenden Tauchkolben (2), so angeordnet, dass das Volumen innerhalb der Druckbeaufschlagungskammer (12) verändert wird, um den Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer mit Druck zu beaufschlagen; – einem Ventilkörper (5) zum Öffnen und Schließen einer den Innenraum der Druckbeaufschlagungskammer (12) mit einem Niederdruck-Kraftstoffkanal verbindenden Durchgangsöffnung (5Aa), wobei der Ventilkörper (5) auf der stromabwärts gelegenen Seite der Durchgangsöffnung (5Aa) angebracht ist; – einer ersten Feder (5a) zum Vorspannen des Ventilkörpers (5) in Schließrichtung; – ein auf der Seite des Niederdruck-Kraftstoffkanals angebrachtes Eingriffselement (201), um den Ventilkörper (5) entgegen der Kraft der ersten Feder (5a) in eine Öffnungsposition zu bewegen; – einer zweiten Feder (202) zum Aufbringen einer der Kraft der ersten Feder (5a) entgegenwirkenden Kraft auf das Eingriffselement (201); – eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung (200) zum Freigeben des Eingriffselements (201) aus dem Eingriffszustand mit dem Ventilkörper (5) entgegen der Kraft der zweiten Feder (202), dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe derart aufgebaut ist, dass der Kraftstoff, mit dem eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine versorgt wird, von einer Kraftstoffversorgungsöffnung (10) der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe durch die Durchgangsöffnung (5Aa) in die Druckbeaufschlagungskammer (12) und von dort aus in einen mit einem Auslassventil (6) ausgestatteten Auslasskanal (11) der Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe geleitet wird.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 1, wobei die Durchgangsöffnung (5Aa) eine Kraftstoff-Einlassöffnung ist.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Durchgangsöffnung (5Aa) eine Kraftstoffauslassöffnung (Kraftstoffüberlauf) ist.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1–3, wobei für das Betriebstiming der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung ein feststehendes Timing während des Druckbeaufschlagungsbetriebs des Tauchkolbens in einem Zylinder (20) gewählt ist.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe für eine Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eingriffselement (201) einen gedehnten Stab hat; und ein Kugelelement an das auf der Seite des Ventilkörpers liegende Ende des Stababschnitts angebracht ist.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 5, wobei das Material des Kugelelements einen gleichen oder größeren Härtegrad als H_RC 30 auf der Rockwell Härtegradskala aufweist.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Kugelelement aus rostfreiem Stahl SUS440C nach JIS Standard besteht.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material des Ventilkörpers einen größeren Härtegrad als H_RC 30 auf der Rockwell Härtegradskala aufweist.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper aus rostfreiem Stahl SUS440C nach JIS Standard besteht.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Stababschnitt aus magnetischem Material besteht.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe für eine Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der Stababschnitt aus magnetischem rostfreiem Stahl SUS420J2 nach JIS Standard besteht.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein die Durchgangsöffnung umschließendes Element aus rostfreiem Stahl SUS440C nach JIS Standard besteht.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe für eine Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der Ventilkörper (5) und das Kugelelement aus rostfreiem Stahl SUS440C nach JIS Standard bestehen und der Stababschnitt aus magnetischem rostfreiem Stahl SUS420J2 nach JIS Standard besteht.
Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, zusätzlich mit einem Zylinder (20), wobei der Tauchkolben (2) so angeordnet ist, dass der Tauchkolben (2) sich in dem Zylinder (20) hin- und herbewegt.