JP2006504904A - 低圧入口に玉型弁を備えた燃料高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料高圧ポンプ（１０）、特にラジアルピストンポンプであって、この場合吸込み弁（３５）が玉型弁として形成されており、これによって、燃料高圧ポンプ（１０）の効率に対して有利な影響を与える。さらに本発明による燃料高圧ポンプ（１０）の製造及び組立ては玉型弁の使用によって簡単になる。

Description

本発明は、ドイツ連邦共和国特許第１０１１７６００号明細書に基づいて公知の燃料高圧ポンプに関する。この公知の燃料噴射系用の燃料高圧ポンプには、ハウジングと低圧入口と、内部で燃料を圧縮する搬送室とが設けられていて、該搬送室と低圧入口との間に吸込み弁が設けられており、吸込み弁の弁部材が、搬送室内に配置された圧縮ばねに対して支持されている。

この燃料高圧ポンプでは、吸込み弁の弁部材は弁円錐として形成されている。

発明の利点
本発明による燃料噴射系用の燃料高圧ポンプでは、ハウジングと低圧入口と、内部で燃料を圧縮する搬送室とが設けられていて、該搬送室と低圧入口との間に吸込み弁が設けられており、吸込み弁の弁部材が、搬送室内に配置された圧縮ばねを介してピストンに対して支持されており、さらに高圧出口が設けられている形式のものにおいて、吸込み弁の弁部材が玉として形成されているようにした。

このように構成されていることによって、燃料高圧ポンプの製造は簡単になる。それというのは、玉は、従来技術に基づいて公知のシール円錐と軸とを備えた弁部材よりも安価に製造することができるからである。さらに、本発明による燃料高圧ポンプの効率は改善される。それというのは、玉はシール座と一緒に正確に規定された円形のシールラインを形成し、このシールラインは、弁座の製造時に回避不能な製作誤差にも拘わらず、弁座に対して極めて良好にシール作用を発揮するからである。玉と共働する弁座が円形である場合には、本発明による吸込み弁は、たとえ弁座の角度又は状態位置が最高度の精密さをもって製造されていない場合でも、良好なシール作用を発揮する。

さらに、本発明による吸込み弁によって、大量生産される燃料高圧ポンプのすべての吸込み弁に、ほぼ同一の液圧特性を与え、ひいては大量生産される燃料高圧ポンプの最適化を簡単に実施できることが、保証されている。

本発明の別の構成では、圧縮ばねと玉との間にばね受が配置されており、このように構成されていることによって、シール座に対する玉の固定が改善され、さらに圧縮ばねの折れ曲がりが回避される。さらにまた、ばね受の使用によって、圧縮ばねの直径と玉の直径とを異ならせることができる。

特に、玉の直径が、圧縮ばねの直径よりも小さくなっていると、有利なことが判明している。それというのはこの場合、圧縮ばねの折れ曲がりが効果的に阻止され、かつ玉の直径が燃料高圧ポンプの液圧的な要求に最適に対応しているからである。

本発明の別の構成では、玉と共働する弁座がハウジングに成形されており、このように構成されていると、高圧負荷されるシール面の数及び部材の数が、従来技術に基づいて公知の燃料高圧ポンプに比べて減じられる。これによって本発明による燃料高圧ポンプの確実性が高まり、本発明による燃料高圧ポンプの製造コスト及び組立てコストが低下する。

弁座が３０°〜１５０°の間、特に８０°〜１００°の間の座角度を有していると、有利である。

ハウジングに直接配置されるシール座の代わりに択一的に、別の構成では、ハウジングがねじを有していて、該ねじが搬送室の孔を外方に向かって閉鎖しており、ねじの、搬送室に向けられた端面に弁座が形成されている。この構成には次のような利点がある。すなわちこのように構成されていると、燃料高圧ポンプを完全に分解することなしに、例えば吸込み弁を取付け又は修理時に交換することができる。それというのはこの場合、吸込み弁は外からねじを介してアクセス可能だからである。

このような構成においてさらに有利な構成では、ねじが、直径を減じられた領域を有しており、該直径を減じられた領域がハウジングと共にリング室を画成しており、該リング室が低圧入口と液圧的に接続されている。このような構成されていると、ねじがハウジング内にどれだけ深くねじ込まれているかとは無関係に、低圧入口への液圧接続部が常に確保されているということが、簡単に保証される。

本発明による利点は、請求項１から７までのいずれか１項記載のように燃料高圧ポンプが構成されていれば、燃料タンクと、燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する少なくとも１つの噴射弁と、少なくとも１つの高圧燃料ポンプと、燃料集合管路とが設けられていて、該燃料集合管路に少なくとも１つの噴射弁が接続されている形式の燃料噴射系においても、もちろん得られる。

本発明による燃料高圧ポンプの別の利点及び有利な構成は、図面及びそれに対応する記載並びに請求項に開示されている。

図面
図１は、本発明によるラジアルピストンポンプの第１実施例を示す断面図であり、
図２は、本発明によるラジアルピストンポンプの第２実施例を示す断面図であり、
図３は、本発明による吸込み弁を拡大して示す図であり、
図４は、本発明による燃料高圧ポンプを備えた内燃機関を概略的に示す図である。

実施例の記載
図１には、本発明による燃料高圧ポンプ１０の第１実施例が横断面図で示されている。燃料高圧ポンプ１０は、３つのポンプエレメント１１を備えたラジアルピストンポンプとして構成されている。ポンプエレメント１１はピストン１３を有していて、このピストン１１はシリンダ孔１５内を案内される。シリンダ孔１５は燃料高圧ポンプ１０のハウジング１７内に盲孔として形成されている。シリンダ孔１５は製造兼組立て孔１９を介して形成されることができる。本発明による燃料高圧ポンプの組立て後に、組立て孔１９は船体２１によって閉鎖される。

ピストン１３は、偏心区分２２を備えた駆動軸によって、平らな面取り部２５を備えた多角形リング２３を介して駆動される。面取り部２５にはピストン基部プレート２７が載置されており、このピストン基部プレート２７は、駆動軸が駆動され、その結果多角形リング２３が円形の運動を実施すると、ピストン１３を振動運動させる。ピストン１３の振動運動は、ポンプエレメント１１のうちの１つにおいて、二重矢印２９によって示されている。

シリンダ孔１５とピストン１３とはポンプエレメント１１毎に搬送室３１を画成しており、この搬送室３１の容積は駆動軸の位置に関連している。ピストン１３が上死点（ＯＴ）の近傍に位置している、図１において垂直に上方に向かって方向付けられたポンプエレメント１１では、搬送室３１の容積は最小であり、他のポンプエレメント１１では容積はほぼ最大である。圧縮ばね３３によって、ピストン基部プレート２７と該ピストン基部プレート２７でピストン１３は、常に多角形リング２３の面取り部２５との接触状態に保たれる。

図面を見易くするために、すべてのポンプエレメント１１においてすべての部材に符号が付けられてはいない。しかしながら３つのポンプエレメント１１はすべて同じに構成され、かつ同じ部材を有している。

シリンダ孔１５は、既に述べたように、盲孔として形成されている。シリンダ孔１５の端部に吸込み弁３５は、シール座３７と、該シール座３７と共働する玉３９とを備えている。この玉３９はばね受４１を介して圧縮ばね４３によって弁座３７に押し付けられ、圧縮ばね４３は他端においてピストン１３に支持されている。

この場合圧縮ばね４３は次のように、すなわち下死点において燃料が自動的に吸い込まれないように、寸法設定されている。燃料高圧ポンプ１０の吸込み側に配置された調量ユニット（図示せず）が閉鎖されている場合、燃料高圧ポンプ１０は燃料を吐出しない。調量ユニットが完全に又は部分的に開放されると、吸込み弁３５の前に、前フィードポンプ（図示せず）によって生ぜしめられた過圧が形成され、この過圧によって燃料は、圧縮ばね４３に抗して搬送室３１に押し込まれる。調量ユニットは次の課題、すなわち所望の搬送量が燃料高圧ポンプ１０から吐出されるように、吸込み室の前の過圧を調節するという課題を有している。

ピストン１３が上死点に向かって運動させられると、圧縮ばね３３の予負荷が強く増大し、その結果玉３９はシール座３７に押し付けられ、ひいては搬送室３１と低圧入口４５との間における接続が中断される。この作用は、搬送室３１内における圧力が益々高くなることによって、さらに強くなる。

択一的に圧縮ばね４３は次のように、すなわち玉３９がピストン１３の下死点（ＵＴ）においてもなお軽くシール座３７に押し付けられるように、寸法設定されることもできる。燃料高圧ポンプ１０の低圧側（図１には図示せず）において、搬送室３１における圧力に比べて十分な過圧が存在している場合にのみ、燃料は搬送室３１に流入する。燃料高圧ポンプ１０の低圧側もしくは搬送室３１の吸込み側における圧力、ひいては燃料高圧ポンプ１０の搬送量は、図１には図示されていない調量ユニットによって、制御装置（図示せず）により、内燃機関の運転状態に関連して調節される。

このように構成されていることによって次のことが保証される。すなわち、図示されていない調量ユニットによって低圧入口４５を介したポンプエレメント１１への燃料流入が絞られても、各ポンプエレメント１１はほぼ均一な燃料量を吸い込み、ひいては燃料高圧ポンプ１０の均一な所要トルク及び所要出力が生ぜしめられる。これによって、特にアイドリング時における内燃機関の回転の静粛性が改善される。

ピストン１３がその上死点においてもその全長にわたっては、シリンダ孔１５内において案内されないことによって、ホーニング工具又はこれに類した工具のための十分な「行き過ぎ量」もしくは「オーバフロー」が存在している。このオーバフローは、盲孔として形成されるシリンダ孔１５の製造を容易にする。

高圧出口及び所属の圧力弁は、図１の図平面に対して垂直にポンプエレメント１１の後ろに配置されているので、図１には示されていない。これらの構成エレメントの配置形式に関しては、ドイツ連邦共和国特許第１０１１７６００号明細書に開示されている。

玉３９と圧縮ばね４３との間にばね受４１を使用することによって、玉３９の案内が改善される。さらに、ばね受４１における圧縮ばね４３の改善された載置面によって、圧縮ばね４３の座屈を回避することができる。さらにまた、玉３９の直径は圧縮ばね４３の直径とは無関係に選択することができ、このことは、燃料高圧ポンプ１０の最適化に際して有利である。

しかしながらまた、図示はされていないが皿ばね４１を省くことも可能であり、このような構成では圧縮ばね４３は直接玉３９に載置されている。

図１に示された、本発明による燃料高圧ポンプ１０の第１実施例では、極めて僅かな数の高圧シール箇所しか存在していない。高圧シール箇所としては特に、玉３９に関連したシール座３７や、ピストン１３とシリンダ孔１５との間におけるリング間隙が挙げられる。これらの少数の高圧シール箇所は、多くの場合、シリンダ孔１５が盲孔として形成されている場合に、シリンダ孔１５の製造時における幾分高い製造コストを正当化する。

玉型弁として形成された吸込み弁３５の特殊な利点については、後で図３を参照しながら詳説する。

図２には、本発明による高圧ポンプ１０の第２実施例が同様に断面図で示されている。また同一部材は同一符号で示されていて、同一部材に対しては図１において述べたことが相応に通用する。第１実施例に対する主要な相違点は、シリンダ孔１５が盲孔として形成されているのではなく、貫通孔として形成されていることである。図２の実施例ではシリンダ孔１５はねじ４７によって閉鎖される。ねじ４７には吸込み弁３５のシール座３７が加工されている。

以下においては、図２の一点鎖線で囲まれた範囲Ａを拡大して示す図３を参照しながら、吸込み弁３５の働きについてさらに詳しく述べる。

図３においてピストン１３は上死点に位置している。従って搬送室３１はその最小容積を有し、玉３９は搬送室３１を、燃料高圧ポンプ１０の低圧入口４５に対してシールしている。このシールは、円形のシールライン（図示せず）に沿って行われ、このシールラインは玉３９とシール座３７との間における接触ラインによって生ぜしめられる。玉型弁として形成された吸込み弁３５のシール性は、極めて高い。それというのは、この場合玉３９とシール座３７との間には線状の接触だけが生ぜしめられ、これによってシールラインに沿った相応に高い、単位面積当たりの接触圧が生じる。さらに、シール作用をもって閉鎖する玉型弁の製造時における精度に対する要求は、円錐弁におけるよりも僅かである。シール座３７の角度αがどのように選択されるかに応じて、玉の直径が同じ場合でも玉３９とシール座３７との間のシールラインの直径を変化させることができる。これによって３０°〜１５０°の間のシール角αが可能であり、通常、９０°のシール角αが極めて良好な結果をもたらす。

シール座３７には軸方向孔４８と横孔４９とが接続している。択一的に複数の横孔４９（図示せず）が設けられていてもよい。横孔４９はリング室５０に開口しており、このリング室５０はハウジング７０と、ねじ４７の直径を減じられた領域５０とによって画成される。ねじ４７の端面２７には、リング室５１を搬送室３１からシールする食い込みエッジ５３が形成されている。

リング室５１は図３には示されていない、燃料高圧ポンプ１０の低圧入口４５と、液圧的に接続されている。リング室がねじ４７をすべての側において取り囲んでいることによって、ねじ４７がどれだけ深くハウジング１７内にねじ込まれたかとは無関係に、横孔４９と軸方向孔４８とを介して燃料が搬送室３１内に吸い込まれることができる。

玉型弁として形成された吸込み弁３５を使用することによって、燃料高圧ポンプの効率が高められる。それというのは、玉３９は、該玉３９がシール座３７から持ち上がるや否や、大きな流過横断面を開放するからであり、ひいてはこれによって燃料は迅速に、かつ大きな流れ損失なしに吸い込まれることができるからである。そのためにまた、吸込み弁３５の開放時にシール座３７と玉３９との間におけるリング状の横断面が、横孔４９の横断面よりも約２０倍まで大きいと、有利である。

さらに、玉型弁として形成された吸込み弁３５の良好なシール特性に基づいて、ピストン１３の吐出行程中に、燃料が搬送室３１から低圧入口４５に押し戻されることはない。

図４に略示された内燃機関は燃料噴射系５６を有している。この燃料噴射系５６は、燃料タンク５８を有しており、この燃料タンク５８から電気式の低圧燃料ポンプ６０が燃料を搬送する。

電気式の低圧燃料ポンプ６０は、燃料を燃料高圧ポンプ１０に搬送し、この燃料高圧ポンプ１０は、図１及び図２に示されているように構成されている。燃料高圧ポンプ１０の高圧出口１８は燃料集合管路６２に接続されている。この燃料集合管路６２は、一般的に「コモンレール」とも呼ばれる。燃料集合管路６２には全部で４つの噴射弁６４が接続されている。これらの噴射弁６４はそれぞれ燃料を、内燃機関５４の燃焼室６６に直接噴射する。

本発明によるラジアルピストンポンプの第１実施例を示す断面図である。 本発明によるラジアルピストンポンプの第２実施例を示す断面図である。 本発明による吸込み弁を拡大して示す図である。 本発明による燃料高圧ポンプを備えた内燃機関を概略的に示す図である。

Claims (9)

1. 燃料噴射装置（５６）用の燃料高圧ポンプ（１０）であって、ハウジング（１７，４７）と低圧入口（４５）と、内部で燃料を圧縮する搬送室（３１）とが設けられていて、該搬送室（３１）と低圧入口（４５）との間に吸込み弁（３５）が設けられており、吸込み弁（３５）の弁部材が、搬送室（３１）内に配置された圧縮ばね（４３）を介してピストン（１３）に対して支持されており、さらに高圧出口が設けられている形式のものにおいて、吸込み弁（３５）の弁部材が玉（３９）として形成されていることを特徴とする燃料高圧ポンプ。
2. 圧縮ばね（４３）と玉（３９）との間にばね受（４１）が設けられている、請求項１記載の燃料高圧ポンプ。
3. 玉（３９）の直径が、圧縮ばね（４３）の直径よりも小さい、請求項１又は２記載の燃料高圧ポンプ。
4. ハウジング（１７，４７）内に、玉（３９）と共働するシール座（３７）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ。
5. シール座（３７）が３０°〜１５０°の間、特に９０°の座角度（α）を有している、請求項４記載の燃料高圧ポンプ。
6. ハウジング（１７，４７）がねじ（４７）を有していて、該ねじ（４７）がシリンダ孔（３１）を外方に向かって閉鎖しており、シール座（３７）がねじ（４７）の、搬送室（３１）に向けられた端面（５２）に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ。
7. ねじ（４７）が、直径を減じられた領域（５０）を有しており、該直径を減じられた領域（５０）がハウジング（１７）と共にリング室（５１）を画成しており、該リング室（５１）が低圧入口（４５）と液圧的に接続されている、請求項６記載の燃料高圧ポンプ。
8. 燃料噴射装置（５６）であって、燃料タンク（５８）と、燃料を内燃機関（５４）の燃焼室（６６）に直接噴射する少なくとも１つの噴射弁（６４）と、少なくとも１つの高圧燃料ポンプ（１０）と、燃料集合管路（６２）とが設けられていて、該燃料集合管路（６２）に少なくとも１つの噴射弁（６４）が接続されている形式のものにおいて、燃料高圧ポンプ（１０）が請求項１から７までのいずれか１項記載のように構成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
9. 燃料が直接噴射される少なくとも１つの燃料室（６６）を備えた内燃機関（５４）であって、内燃機関（５４）が請求項８記載のように構成された燃料噴射装置（５６）を有していることを特徴とする内燃機関。

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