JP3234332U - 直接噴射システム用燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧で燃料を圧送することができかつ同時に信頼性の問題が無い直接噴射システム用燃料ポンプを提供する。【解決手段】主本体２と、主本体２内に画定された圧送チャンバ４と、圧送チャンバ４の容積を周期的に変動させるために圧送チャンバ４の内部に摺動するように組付けられているピストン５と、圧送チャンバ４の下で主本体２内に画定されている格納用座部６と、格納用座部６内に収納されかつ中央貫通孔８を備えたガイドブッシング７であって、その中でピストン５が摺動するように配設される、ガイドブッシング７と、ピストン５とガイドブッシング７の中央貫通孔８の間に間置された封止用ガスケット９と、を備える直接噴射システム用燃料ポンプ１。ガイドブッシング７の中央貫通孔８とピストン５の間に存在する機械的クリアランスは１２ミクロン未満である。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本実用新案出願は、その開示内容全体を参照することにより本明細書に組込まれている２０２０年７月２２日付出願の伊国特許出願第１０２０２０００００１７７６７号からの優先権を主張するものである。

本考案は、直接噴射システム用燃料ポンプに関し、好ましくは、直接噴射システムは火花点火式内燃機関において使用され、したがってガソリン又はそれに類似する燃料により動力供給される。

直接噴射システムには、複数の燃料噴射装置と、燃料噴射装置に加圧燃料を供給するコモンレールと、高圧供給ダクトを介してコモンレールに燃料を供給しかつ流量制御デバイスを備える高圧燃料ポンプと、エンジンの動作条件に応じて経時的に概して変動可能である所望の値にコモンレールの内部の燃料圧力を維持するために流量制御デバイスを駆動する制御ユニットとを備える。

欧州特許出願公開第２２３６８０９号明細書に記載の高圧燃料ポンプは、ピストンが往復運動でその内部を摺動している圧送チャンバと、圧送チャンバ内に低圧燃料を補給するために吸込み弁によって調整される吸入ダクトと、圧送チャンバから外へかつコモンレール内へと高圧燃料を補給するために送出弁によって調整される送出ダクトとを備える。

ピストンの往復摺動を誘導するために、ピストンが内部を摺動する圧送チャンバの下方に配設されたガイドブッシングが設けられている。（その中にピストンが設置される）ガイドブッシングの中央貫通孔及びピストンは、（ピストンに沿った燃料漏出を制限するために）ガイドブッシングの中央貫通孔とピストンの間に存在する機械的クリアランス（すなわち、距離）を最小限に抑えながらも（ガイドブッシング内部でのピストンの摺動を可能にするために明らかに必要なものである）この機械的クリアランスを完全に削除することがないようにするべく高い精度で機械加工されなければならない。現在市販されている高圧燃料ポンプにおいては、ガイドブッシングの中央貫通孔とピストンの間の機械的クリアランス（すなわち距離）は、１２ミクロン未満、概して７ミクロン〜１０ミクロンである。実際、この範囲の値により、ピストンの機能性（すなわち、ガイドブッシングの内部のピストンの摺動）を損なうことなくピストンに沿った燃料漏出を有意に制限することができる。

近年、自動車製造業者は、４０ＭＰａ（４００バール）〜５０ＭＰａ（５００バール）を超える（最高８０ＭＰａ（８００バール）〜１００ＭＰａ（１０００バール））ガソリン噴射圧力で動作し、その結果としてこれらの圧力で燃料を圧送することができる高圧燃料ポンプを必要とする、新規のガソリン内燃機関の設計を開始している。

いくつかのシミュレーションによって、欧州特許出願公開第２２３６８０９号明細書に記載の構造で、明らかに多少の適応を伴って、最高８０ＭＰａ（８００バール）〜１００ＭＰａ（１０００バール）までの公称燃料圧力の上昇が可能となるということが示されている。しかしながら、同じシミュレーションでは、公称燃料圧力を大幅に上昇させることによってガイドブッシングの内部でのピストンの早期焼付きが発生し得る、ということも示されている。

本考案の目的は、高圧で燃料を圧送することができかつ同時に信頼性の問題が無い直接噴射システム用燃料ポンプを実現することにある。

本考案によると、添付の実用新案登録請求の範囲で請求されている直接噴射システム用燃料ポンプが実現される。

実用新案登録請求の範囲では、本明細書の不可欠の部分を形成する本考案の好ましい実施形態について記載されている。

ここで本考案について、いくつかの非限定的な実施形態を例示する添付図面を参照しながら説明する。

図１は本考案によって製造された燃料ポンプの縦断図面である。 図２は燃料ポンプのガイドブッシング及びピストンを部分的に例示する図１の細部の拡大図である。 図３は図１中の燃料ポンプのさらなる縦断図面である。 図４は図１中の燃料ポンプのピストンの斜視図である。 図５は変形実施形態に係る図２中の細部の拡大図である。

図１中、参照番号１は、全体的に、内燃機械内のコモンレールタイプの直接燃料噴射システム用の高圧燃料ポンプを示している。好ましくは、直接噴射システムは、火花点火式内燃機械内で使用され、したがって、ガソリン又は類似する燃料が導入される。

高圧ポンプ１は、長手軸線３を有し、かつ、内部に筒状の圧送チャンバ４を画定する、主本体２を備える。ピストン５が、圧送チャンバ４の内部に摺動するように組付けられており、ピストン５は、長手軸線３に沿った往復運動での移動によって、圧送チャンバ４の容積の周期的変動をひき起こす。ピストン５の下側部分は、一方の側では、圧送チャンバ４の最大容積位置に向かってピストン５を押す役割を持つばね（図示せず）に結合されており、他方の側では、内燃機械の駆動シャフトによって回転させられてばねを圧縮することによってピストン５を周期的に上向きに移動させるカム（図示せず）に結合されている。

吸入ダクト（図示せず）は、圧送チャンバ４の側壁を始点とし、圧送チャンバ４に配設された吸込み弁（図示せず）により調整される。送出ダクト（図示せず）は、吸入ダクトとは反対側から、圧送チャンバ４の側壁を始点とし、圧送チャンバ４に配設された一方向送出弁（図示せず）によって調整され、圧送チャンバ４から吐出される燃料の流れのみを可能にする。

主本体２内で圧送チャンバ４の下方に、筒状の格納用座部６が設けられており、筒状の格納用座部６は、圧送チャンバ４の直径よりも大きな直径を有し、ピストン５のガイドブッシング７を収納する。ガイドブッシング７は、本質的に、ピストン５の軸線方向往復摺動を誘導する機能を有する。ガイドブッシング７は、適切な硬度の材料で製造され、ピストン５の軸線方向摺動を容易にするための表面仕上げを伴う。

ガイドブッシング７は管形状を有し、ピストン５がその内部で摺動するように収納される中央貫通孔８を有する。ガイドブッシング７の（この中にピストン５が設置される）中央貫通孔８及びピストン５は、（ピストン５に沿った燃料漏出を可能な限り制限するために）ガイドブッシング７の中央貫通孔８とピストン５の間に存在する機械的クリアランス（すなわち、距離）を最小限に抑えながらも（ガイドブッシング７の内部でのピストン５の摺動を可能にするために明らかに必要なものである）この機械的クリアランスを完全に削除することがないようにするべく高い精度で機械加工される。

ガイドブッシング７の中央貫通孔８とピストン５の間に存在する機械的クリアランス（すなわち距離）は、１２ミクロン未満、一般的に７ミクロン〜１０ミクロンである。実際、この範囲の値は、ピストン５の機能性（すなわち、ガイドブッシング７の内部のピストン５の自由摺動）を損なうことなくピストン５に沿った燃料漏出を制限することができる。

ガイドブッシング７の中央貫通孔８内でのピストン５の摺動を改良するため、ピストン５は、外部が減摩（すなわち、低摩擦）の外側層で被覆されている。好ましくは、炭素系ＤＬＣ（「ダイアモンド状炭素」）タイプの減摩被覆が使用される。代替的には、減摩被覆をガイドブッシング７の中央貫通孔８に対してのみ適用することができ、又は、ピストン５及びガイドブッシング７の中央貫通孔８の両方に対して減摩被覆を適用し得る。

図２中によりよく例示されているように、ピストン５とガイドブッシング７の中央貫通孔８の間には、ピストン５に沿った燃料漏出をさらに制限する機能を有する封止用ガスケット９が間置されている。封止用ガスケット９は、弾性的に変形できるように（詳細には、ガイドブッシング７の中央貫通孔８の内側表面に半径方向に圧接するため）一定の弾性を有する。封止用ガスケット９は好ましくは、低い摩擦係数を有する材料で製造される。例えば、封止用ガスケット９は、場合によっては、ガラス又は黒鉛が充填されたＰＴＦＥ（商業的にテフロン（登録商標）としても知られているポリテトラフルオロエチレン）系材料で製造され得る。

添付図面中で例示されている好ましい実施形態によると、ピストン５は、（図３中により良く例示されている）封止用ガスケット９を収納する環状溝１０を有する。すなわち、環状溝１０は、封止用ガスケット９がピストン５との関係において軸線方向に変位するのを防ぐために、封止用ガスケット９を内部に収納する座部を構成する。

明らかなこととして、環状溝１０は、環状溝１０（ひいては、環状溝１０内に収納されている封止用ガスケット９）がピストン５の行程中において常にガイドブッシング７の中央貫通孔８の内部に来るような軸線方向寸法で、ピストン５上に位置付けされる。

添付図面に例示された好ましい実施形態によると、ピストン５は、さらなる環状溝１１を（少なくとも）さらに備え、このさらなる環状溝１１は、封止用ガスケット９を収納する環状溝１０から一定の軸線方向距離のところに配設されており、かつ、自由であり（すなわち、他の要素が係合せず）かつピストン５の行程中に常にガイドブッシング７の中央貫通孔８の内部に環状溝１１が来るような軸線方向高さでピストン５上に位置付けされている。環状溝１１の第１の機能は、ピストン５に沿って漏出する一定量の燃料を内部に収集して燃料漏出を制限することができる「液圧シール」を創出することにある。換言すると、燃料漏出を制限することができる「液圧シール」を創出する加圧燃料のリングが環状溝１１内に形成される。環状溝１１のさらなる機能（但し、重要性は劣らない機能）は、ピストン５のあらゆる偏心を復元（オフセット）する一助となることから、ガイドブッシング７の中央貫通孔８内のピストン５の位置合わせを安定化することにある。

添付図面中に例示されている実施形態において、環状溝１０（ひいては、封止用ガスケット９）は、圧送チャンバ４と環状溝１１の間に配設されている。すなわち、環状溝１１は、環状溝１０よりも（したがって、封止用ガスケット９との関係において）圧送チャンバ４からさらに遠くに配設されている。この実施形態において、ピストン５に沿って漏出する燃料は、最初に環状溝１０（したがって、封止用ガスケット９）と遭遇し、次いで環状溝１１と遭遇する。

図示されていない異なる実施形態によると、環状溝１１は、圧送チャンバ４と環状溝１０（ひいては封止用ガスケット９）の間に配設される。すなわち、環状溝１０（ひいては封止用ガスケット９）は、環状溝１１よりも圧送チャンバ４からさらに離れて配設される。この形態の実施形態では、ピストン５に沿って流れる燃料は、最初に環状溝１１と遭遇し、次いで環状溝１０（ひいては封止用ガスケット９）と遭遇する。

図１〜４中に例示されている実施形態において、封止用ガスケット９は、自己閉鎖した（すなわち中断部が全く無い）環形状を有する。換言すると、封止用ガスケット９は、中断部の無い、したがって始点も無く終点も無い、連続したリングである。この実施形態は、封止用ガスケット９によってより優れた液圧シールを達成できるようにするが、その一方で、環状溝１０に到達するまでピストン５に沿って摺動するように封止用ガスケット９を弾性変形させるためにかけられる（封止用ガスケット９の外側表面に対する損傷及び／又はピストン５の外側表面の擦り傷も同様に導く可能性がある）強い力が必要されるために、環状溝１０内の封止用ガスケット９の組立てがはるかに複雑となる。

図５中に例示されている変形実施形態においては、封止用ガスケット９は、連続性の破断部１２に起因して開放した環状形態（すなわち、自己閉鎖していない）を有する。その結果、封止用ガスケット９は、（破断部１２から）互いに離隔しかつ互いに対面する始点と終点を有する。

必然的ではないものの好ましくは、中断部１２には、ピストン５の長手軸線３と鋭角を成す、すなわち、ピストン５の長手軸線３に対して傾斜し、平行ではない（図５に例示された実施形態において、中断部１２はピストン５の長手軸線３と４５°の角度を成す）。ピストン５の長手軸線３との関係における（すなわち、燃料圧力のスラスト方向との関係における）中断部１２の傾斜は、燃料圧力に封止用ガスケット９を閉鎖させる役割、すなわち、封止用ガスケット９の２つの対面する端部を互いに対して押圧する役割をもたせることになる。この実施形態は、封止用ガスケット９の液圧シールを低下させるものの、一方で、環状溝１０に到達するまでピストン５に沿って摺動するように封止用ガスケット９を弾性変形させるためにかけられる比較的控えめな力しか必要とされないために、環状溝１０内の封止用ガスケット９の組立てははるかに単純になる。

例示されていない変形実施形態によると、ピストン５は、互いから一定の距離で連続的に配設されかつそれぞれの環状溝１０内に収納された、２つ又は３つの封止用ガスケット９を備え得る。

例示されていないさらなる実施形態によると、ピストン５は、互いから一定の距離で配設された２つ又は３つの環状溝１１を備え得る。通常は、少なくとも１つの環状溝１１が環状溝１０の上流側（すなわち、封止用ガスケット９の上流側）に配設され、少なくとも１つの環状溝１１が環状溝１０の下流側（すなわち、封止用ガスケット９の下流側）に配設される。

本明細書中に記載の実施形態は、本考案の保護の範囲から逸脱することなく、互いに組合せ可能である。

上述の燃料ポンプ１には多くの利点がある。

第１に、上述の燃料ポンプ１は、いかなる信頼性の問題もなく（すなわち、ピストン５の早期焼付きを示すことなく）、最高９０ＭＰａ（９００バール）〜１００ＭＰａ（１０００バール）の公称圧力で燃料を圧送することができる。

この結果は、（ピストン５に沿った燃料漏出を可能な限り制限するために）ガイドブッシング７の中央貫通孔８とピストン５との間に非常に小さな機械的クリアランス（１２ミクロン未満）を使用することと、封止用ガスケット９の存在とを組合せることによって得られる。すなわち、これら２つの解決法の相乗作用により、ピストン５に沿った燃料漏出をほぼ完全に削除して、さもなくばピストン５の減摩被覆の熱劣化をひき起こし得る、結果として生じるピストン５の過熱を無くすことができる。

換言すると、公称燃料圧力を増大させることにより、ピストン５に沿った燃料漏出は、（燃料漏出は「動力損失」を表すので）エネルギー効率上でさしたる問題とはならないが、ガイドブッシング７の中央貫通孔８とピストン５の間の漏出燃料は非常に高温になりピストン５の減摩被覆にとって臨界温度に達することさえあることから、むしろ（鋼製のピストン５に損傷を与えないもののピストン５の減摩被覆に損傷を与え得る）ピストン５の過熱の方が問題である。

さらに、上述の燃料ポンプ１は、類似の公知の燃料ポンプに対する修正が限定的であって、封止用ガスケット９の追加からなるため、実施が簡易かつ廉価である。

１ 燃料ポンプ
２ 主本体
３ 長手軸線
４ 圧送チャンバ
５ ピストン
６ 格納用座部
７ ガイドブッシング
８ 中央貫通孔
９ 封止用ガスケット
１０ 環状溝
１１ 環状溝
１２ 中断部

Claims (13)

1. 直接噴射システム用燃料ポンプ（１）において、
   前記直接噴射システム用燃料ポンプ（１）は、
   主本体（２）と、
   前記主本体（２）内に画定された圧送チャンバ（４）と、
   前記圧送チャンバ（４）の容積を周期的に変動させるために前記圧送チャンバ（４）の内部に摺動するように組付けられているピストン（５）と、
   前記圧送チャンバ（４）の下で前記主本体（２）内に画定されている格納用座部（６）と、
   前記格納用座部（６）内に収納されておりかつ中央貫通孔（８）を備えたガイドブッシング（７）であって、前記ガイドブッシング（７）において前記ピストン（５）が摺動するように配設される、ガイドブッシング（７）とを備え、
   前記ガイドブッシング（７）の前記中央貫通孔（８）と前記ピストン（５）の間に存在する機械的クリアランスが１２ミクロン未満である、直接噴射システム用燃料ポンプ（１）において、
   前記直接噴射システム用燃料ポンプ（１）は、前記ピストン（５）と前記ガイドブッシング（７）の前記中央貫通孔（８）の間に間置された封止用ガスケット（９）を備えることを特徴とする直接噴射システム用燃料ポンプ（１）。
2. 前記封止用ガスケット（９）が前記ピストン（５）上に組付けられている、請求項１に記載の燃料ポンプ（１）。
3. 前記ピストン（５）が、前記封止用ガスケット（９）を収納する第１の環状溝（１０）を有する、請求項１又は２に記載の燃料ポンプ（１）。
4. 前記ピストン（５）が、前記封止用ガスケット（９）から所与の軸線方向距離のところに配設され、かつ、自由である、すなわち他の要素によって係合されていない、第２の環状溝（１１）を有する、請求項１、２又は３に記載の燃料ポンプ（１）。
5. 前記封止用ガスケット（９）が前記圧送チャンバ（４）と前記第２の環状溝（１１）の間に配設されている、請求項４に記載の燃料ポンプ（１）。
6. 前記第２の環状溝（１１）が前記圧送チャンバ（４）と前記封止用ガスケット（９）の間に配設されている、請求項４に記載の燃料ポンプ（１）。
7. 前記封止用ガスケット（９）が閉鎖した環形状を有する、すなわち、前記封止用ガスケット（９）が中断部の無い連続的リングである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料ポンプ（１）。
8. 前記封止用ガスケット（９）が、その連続性の中断部（１２）のため開放環形状を有し、したがって、互いに離隔しかつ対面している、始点と終点とを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料ポンプ（１）。
9. 前記中断部（１２）が前記ピストン（５）の長手軸線（３）と鋭角を成す、請求項８に記載の燃料ポンプ（１）。
10. 前記封止用ガスケット（９）はＰＴＦＥ系材料製である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料ポンプ（１）。
11. 前記ピストン（５）及び／又は前記ガイドブッシング（７）の前記中央貫通孔（８）は、減摩被覆で被覆されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料ポンプ（１）。
12. 前記減摩被覆が炭素系ＤＬＣ被覆である、請求項１１に記載の燃料ポンプ（１）。
13. 前記ガイドブッシング（７）の前記中央貫通孔（８）と前記ピストン（５）の間に存在する前記機械的クリアランスが、７ミクロン〜１０ミクロンの範囲内である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料ポンプ（１）。

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