JP4395534B2 - 高圧ポンプ、特に内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は請求項１に記載した形式の高圧ポンプ、特に内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプに関する。

このような高圧ポンプはＤＥ１９７２９７９０Ａ１号明細書によって公知である。この高圧ポンプは少なくとも１つのポンプエレメントを有し、該ポンプエレメントは高圧ポンプのケーシング部分のシリンダ孔に摺動可能に案内された、往復運動するように駆動されたポンプピストンを備えている。ポンプピストンはシリンダ孔内でポンプ作業室を制限しており、ポンプピストンはその吸込み行程に際して燃料を入口弁を介してポンプ作業室内に吸込みかつ吐出行程に際して燃料をポンプ作業室から外へ押し除ける。入口弁はピストン状の弁部材を有し、該弁部材は高圧ポンプのケーシング部分に結合された弁ケーシング内で移動可能に案内されている。弁部材はシール面を有し、該シール面で弁部材は弁ケーシングに構成された弁座と協働し、ポンプ作業室と燃料供給部との接続を制御する。弁部材は弁ケーシング内に配置された閉鎖ばねとポンプ作業室内を支配する圧力とによって閉鎖方向で弁座に向かって負荷されかつ燃料供給部を支配する圧力によって開放方向に負荷される。燃料供給部は弁ケーシングに開口しており、この場合、弁ケーシングは弁部材と閉鎖ばねと共にあらかじめ組み立てられた構成ユニットを形成する。該構成ユニットは高圧ポンプのケーシング部分に挿入される。別個の弁ケーシングに基づいて高圧ポンプは製造及び製作が面倒でかつこれには多大の費用がかかる。さらに、この場合には弁ケーシングによってポンプ作業室がカバーされており、したがって高圧ポンプと弁ケーシングとの間にはポンプ作業室における高圧に対し費用のかかるシールが必要である。

発明の利点
請求項１に示された特徴を有する本発明の高圧ポンプは、入口弁のために別個の弁ケーシングが必要ではなく、ひいてはポンプ作業室における高圧に対するシールも必要ではないという利点を有する。この場合にはケーシング部分に付加的に、シリンダ孔の内側から簡単な形式で加工できる弁座が製作される必要しかない。この場合、弁部材はシリンダ孔の内側からそのシャフトを先にして導入され、ケーシング部分の、シリンダ孔とは反対の外側からは閉鎖ばねが配置されかつ弁部材のシャフトと結合される。

従属請求項には本発明の高圧ポンプの有利な構成と変化実施例とが示されている。請求項２による構成は製作の簡単な燃料供給部の経過を可能にする。請求項４による構成は弁部材の案内、ひいては入口弁の確実なシール作用並びにシール面及び弁座の少ない磨耗を可能にする。請求項５の構成は弁部材の案内なしでも入口弁の確実なシール作用を可能にする。

図面
本発明による２つの実施例が図面には示されており、以下、これについて詳述する。図１には内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプが縦断面図で示されている。図２には第１実施例による、図１にて符号ＩＩで示された入口弁を有する高圧ポンプの一部分が拡大されて示されている。図３には第２実施例による、入口弁を有する高圧ポンプの一部分が示されている。

実施例の説明
図１から３までには内燃機関の燃料噴射装置の高圧ポンプが示されている。高圧ポンプは多部分から成るポンプケーシング１０を有している。該ポンプケーシング１０内には内燃機関によって回転駆動可能な駆動軸１２が回転可能に支承されている。駆動軸１２はケーシング１０の基体１４にて、駆動軸１２の回転軸線１３の方向に互いに間隔おいて配置された２つの軸受個所を介して回転可能に支承されている。ケーシング１０の基体１４は同様に多部分から構成されていることができる。基体１４は駆動軸１２を支承するために必要な強度を有する材料、特に軽金属、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から成っている。

両方の軸受個所の間に位置する領域では駆動軸１２は少なくとも１つのその回転軸線１３に対して偏心的な区分又はカム１６を有している。この場合、カム１６は多重カムとして構成されていることもできる。高圧ポンプはポンプケーシング１０内に配置された少なくとも１つ又は複数のポンプエレメント１８を有している。ポンプエレメント１８はそれぞれ１つのポンプピストン２０を有し、このポンプピストン２０は駆動軸１２の偏心的な区分１６又はカムによって少なくともほぼ駆動軸１２の回転軸線１３に対し半径方向で往復運動するように駆動される。各ポンプエレメント１８の領域には基体１４と結合されたケーシング部分２２が設けられ、このケーシング部分２２は基体１４の外側に接触するフランジ２４と基体１４における開口１５を通って駆動軸１２に向かって突出するほぼ円筒形の付加部２６とを有している。該付加部２６はフランジ２４よりも小さな直径を有している。

ポンプピストン２０はケーシング部分２２内に形成されたシリンダ孔２８内に緊密に摺動可能に案内され、駆動軸１２とは反対側の端面でシリンダ孔２８においてポンプ作業室３０を制限している。ポンプ作業室３０はケーシング部分２２のフランジ２４の領域に配置され、シリンダ孔２８はケーシング部分２２の付加部２６の、駆動軸１２に向いた端部まで延びている。ポンプ作業室３０はポンプケーシング１０内を延びる燃料供給通路３２を介して燃料供給部、例えばフィードポンプとの接続を有している。ポンプ作業室３０への燃料供給通路３２の開口にはポンプ作業室３０へ開く入口弁３４が配置されている。ポンプ作業室３０はさらにポンプケーシング１０内に延在する燃料流出通路３６を介して、例えば高圧蓄圧器１１０と接続されている出口と接続されている。高圧蓄圧器１１０には内燃機関のシリンダに配置された単数又は有利には複数のインジェクタ１２０が接続されている。このインジェクタ１２０により燃料は内燃機関のシリンダ内に噴射される。ポンプ作業室３０に対する燃料流出通路３６の開口には、ポンプ作業室３０から外へ開く出口弁３８が配置されている。ケーシング部分２２は強度の高い材料から成っている。何故ならばポンプ作業室３０内にはポンプピストン２０の吐出行程に際して高圧が作用するからである。ケーシング部分２２は例えば鋼又はねずみ鋳鉄から成っていることができる。

ポンプピストン２０と駆動軸１２の偏心的な区分又はカム１６との間にはタペット４０の形をした支えエレメントが配置されていることができる。この支えエレメントを介してポンプピストン２０は少なくとも間接的にカム１６に支えられる。この場合、ポンプピストン２０は支えエレメントに、詳細には示されていない形式でその長手方向軸線２１の方向で連結されている。タペット４０は偏心的な区分又はカム１６に直接的に支えられていることができる。この場合、駆動軸１２の偏心的な区分にはリング４２が回転可能に支承されていることができる。このリング４２にタペット４０は接触している。リング４２は各ポンプエレメント１８のためにタペット４０が接触する面取部４４を有している。駆動軸１２がその回転軸１３を中心として回転運動した場合にポンプピストン２０はリング４２とタペット４０とを介して往復運動で駆動される。この場合、リングは駆動軸１２と一緒に回転せず、位置を変えない。タペット４０はポンプケーシング１０の基体１４に又はケーシング部分２２に移動可能に支承され、駆動軸１２の回転運動をポンプピストン２０の往復運動に変換する場合に発生する横力を吸収するので、この横力がポンプピストン２０に作用することはない。タペット４０には予荷重のかけられた戻しばね４８が作用し、この戻しばね４８によってタペット４０と該タペット４０と結合されたポンプピストン２０とが偏心的な区分１６に向かって押圧される。

以下、図２に基づき、第１実施例である入口弁３４について記述する。ケーシング部分２２のシリンダ孔２８には、ケーシング部分２２の、駆動軸１２とは反対側の外側に向かって、シリンダ孔２８よりも小さな直径を有する孔５０が接続している。シリンダ孔２８から孔５０への移行部にはリング肩が形成されており、このリング肩には例えば少なくともほぼ円錐台形状の弁座５２が構成されている。ケーシング部分２２の外側に向かって孔５０には直径がはっきりと大きい別の孔５４が続いている。入口弁３４はピストン状の弁部材５６を有し、該弁部材５６はポンプ作業室３０内に、ひいてはシリンダ孔２８内に配置されたヘッド５８を有している。弁部材５６のヘッド５８の、弁座５２に向いた側には、有利にはコンベックスに湾曲させられて構成されたシール面６０が形成されている。このシール面６０は少なくともほぼ球区分の形状に構成されていることができる。弁部材５６のヘッド５８には該ヘッド５８に対して直径の小さいシャフト６２が続いている。このシャフト６２は孔５０を貫通して別の孔５４内へ突入している。この孔５４はケーシング部分２２の、ポンプ作業室３０とは反対の領域を形成する。この孔５４にはコイルばねとして構成された閉鎖ばね６４が、予荷重がかけられて配置されている。閉鎖ばね６４は一方では孔５０から孔５４への移行部にてケーシング部分２２に形成されたリング肩５５に支えられ、他方ではシャフト６２と結合されたばね受け６６を介して弁部材５６に支えられている。閉鎖ばね６４によって弁部材５６は閉鎖方向に負荷される。この場合、弁部材５６はその閉鎖位置にてシール面６０で弁座５２に接触する。弁部材５６のシャフト６２の直径は孔５０の直径よりも小さく、シャフト６２と孔５０との間にはリングギャップ６３の形をした流過横断面が残されている。

別の孔５４はケーシング部分２２の外側に向かって閉鎖エレメント６８によって緊密に閉鎖されている。この閉鎖エレメント６８は孔５４内に挿入されている。閉鎖エレメント６８は例えば図２に示されているように閉鎖ねじとして構成されていることができる。この場合、閉鎖ねじは外ねじ山を有し、この外ねじ山で孔５４の内ねじ山にねじ込まれる。しかし、閉鎖エレメント６８は他の形式でケーシング部分２２と結合されること、例えば孔５４にプレス嵌めされるか又はケーシング部分２２と溶接されることもできる。閉鎖エレメント６８と孔５４との間にはシールのために弾性的なシールエレメント７０、例えばＯリングの形をしたシールエレメント７０が締込まれている。閉鎖エレメント６８は弁部材５６に向いた側に切欠き６９、例えば盲孔の形をした切欠き６９を有している。該切欠き６９内には弁部材５６のシャフト６２と該シャフト６２を取囲む閉鎖ばね６４とが配置されている。閉鎖エレメント６８は別の孔５４と孔５０との間の移行部におけるリング肩までは達しておらず、別の孔５４においては閉鎖エレメント６８によって室７２が制限されている。この室７２には孔５０と弁部材５６との間のリングギャップ６３と接続された燃料供給通路３２が開口している。室７２内には高められた供給圧が支配しており、該供給圧は弁座５２の内部に配置された弁部材５６のヘッド５８の端面に作用し、開放方向に弁部材５６に作用する力を生ぜしめる。弁部材５６のヘッド５８の、弁座５２とは反対側で作用する、ポンプ作業室３０内を支配する圧力によっては、閉鎖方向の力が弁部材５６に作用させられる。

孔５０，５４並びに弁座５２はケーシング部分２２に簡単な形式で形成することができる。何故ならば弁座５２は、ケーシング部分２２と基体１４とを組み立てる前に、シリンダ孔２８の内側から加工のために接近できるからである。弁部材５６はケーシング部分２２と基体１４とを組み立てる前にシリンダ孔２８の内側からそのシャフト６２を先にして導入されるので、シャフト６２は孔５０を通って外へ突出する。次いで閉鎖ばね６４とばね受け６６とが取付けられ、最後に閉鎖エレメント６８が挿入される。

ポンプピストン２０がタペット４０と一緒に戻しばね４８の力によって半径方向内方へ移動させられるポンプピストン２０の吸込み行程に際して、ポンプ作業室３０内の圧力が低下すると、入口弁３４の弁部材５６がそのシール面６０で弁座５２から離れることで入口弁３４が開放する。何故ならば燃料供給部３２を支配する圧力によって、閉鎖ばね６４の力とポンプ作業室３０を支配する圧力によって発生する力との和よりも大きな力が開放方向に発生させられるからである。室７２からは入口弁３４が開放した場合に燃料がリングギャップ６３を通ってポンプ作業室３０に流れる。ポンプ作業室３０が充填される間にポンプ作業室３０に発生している低い圧力では出口弁３８は閉じられている。ポンプピストン２０がタペット４０と一緒に半径方向で外へ動かされるポンプピストン２０の吐出行程では、ポンプピストン２０によってポンプ作業室３０における燃料が圧縮されるので、入口弁３４は、ポンプ作業室３０における圧力が上昇することに基づき閉鎖するのに対し、高圧下にある燃料は燃料流出通路３６を通って、出口弁３８が開放された状態で、高圧蓄圧器１１０へ搬送される。この実施例では入口弁３４の弁部材５６は案内されていない。この場合には弁部材５６のコンベックスに湾曲されたシール面６０と円錐台形の弁座５２とによって弁部材５６の閉鎖運動に際してセンタリングが行われるので、シール面６０は弁座５２を確実にシールし、ポンプ作業室３０は燃料供給部３２から分離される。

図３においては第２実施例による入口弁３４が示されている。この入口弁３４は第１実施例に対し、弁部材５６のための案内が設けられているように変更されている。シリンダ孔２８には第１実施例の場合のように直径の小さい孔５０が接続している。しかし、ここでは直径の小さいこの孔５０は、シリンダ孔２８に開口する第１の孔区分１５０と別の孔５４に開口する第２の孔区分２５０とを有している。第２の孔区分２５０は第１の孔区分１５０に較べて小さな直径を有している。シリンダ孔２８から第１の孔区分１５０への移行部には弁座５２が配置されている。この弁座５２は例えばほぼ円錐台形に構成されている。第１の孔区分１５０から第２の孔区分２５０への移行部は少なくともほぼ円錐台形に形成されていることができる。孔区分１５０，２５０はケーシング部分２２の付加部７４に配置されている。この付加部７４はケーシング部分２２の外側に形成された凹部７６内へ突入する。第１の孔区分１５０はケーシング部分２２の付加部７４における少なくとも１つの、有利には複数の孔７８を介して凹部７６と接続されている。弁部材５６はポンプ作業室３０に配置されたヘッド５８を有し、ヘッド５８はシール面６０を有し、シール面６０は例えばコンベックスに湾曲され、特に少なくともほぼ球体区分の形状に又は少なくともほぼ円錐台形の形状に構成されていることができる。ヘッド５８には弁部材５６の直径の小さいシャフト６２が続いている。この場合、シャフト６２は第２の孔区分２５０においてはわずかな遊びで移動可能に案内され、第１の孔区分１５０とシャフト６２との間にはリングギャップ６３の形をした流過横断面が存在している。孔区分２５０から突出する弁部材５６のシャフトの端部領域にはばね受け６６が結合されており、該ばね受け６６と凹部７６の底との間には閉鎖ばね６４が緊締されている。

凹部７６は外部に向かって閉鎖エレメント６８によって緊密に閉鎖されている。この場合、閉鎖エレメント６８はケーシング部分２２とプレス嵌め又は溶接されていることができる。閉鎖エレメント６８によって凹部７６内には室７２が制限され、該室７２には燃料供給部３２が開口している。この場合、室７２は孔７８を介して、弁部材５６のシャフト６２を取囲むリングギャップ６３と接続されている。入口弁３４が開放した状態で燃料は凹部７６から孔７８を介してリングギャップ６３に流入しかつ該リングギャップ６３からポンプ作業室３０へ流出する。弁部材５６の開放及び閉鎖運動に際して弁部材５６はそのシャフト６２で第２の孔区分２５０にて案内される。

内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプの縦断面図。 図１に符号ＩＩで示した高圧ポンプの入口弁を有する領域の第１実施例の拡大図。 図１に符号ＩＩで示した高圧ポンプの入口弁を有する領域の第２実施例の拡大図。

符号の説明

１０ ポンプケーシング、 １２ 駆動軸、 １３ 回転軸線、 １４ 基体、 １５ 開口、 １６ 偏心的な区分（カム）、 １８ ポンプエレメント、 ２０ ポンプピストン、 ２２ ケーシング部分、 ２４ フランジ、 ２６ 付加部、 ２８ シリンダ孔、 ３０ ポンプ作業室、 ３２ 燃料供給通路、 ３４ 入口弁、 ３６ 燃料流出通路、 ３８ 出口弁、 ４０ タペット、 ４２ リング、 ４４ 面取部、 ４８ 戻しばね、 ５０ 孔、 ５２ 弁座、 ５４ 孔、 ５５ リング肩、 ５６ 弁部材、 ５８ ヘッド、 ６０ シール面、 ６２ シャフト、 ６３ リングギャップ、 ６４ 閉鎖ばね、 ６６ ばね受け、 ６８ 閉鎖エレメント、 ６９ 切欠き、 ７０ シールエレメント、 ７２ 室、 ７４ 付加部、 ７６ 凹部、 ７８ 孔、 １１０ 高圧蓄圧力器、 １２０ インジェクタ、 １５０ 孔区分、 ２５０ 孔区分

Claims (5)

1. 高圧ポンプ、特に内燃機関の燃料噴射装置の高圧ポンプであって、少なくとも１つのポンプエレメント（１８）を有し、該ポンプエレメント（１８）が、高圧ポンプのケーシング部分（２２）のシリンダ孔（２８）に摺動可能に案内された、往復運動するように駆動されたポンプピストン（２０）を有し、該ポンプピストン（２０）が前記シリンダ孔（２８）内でポンプ作業室（３０）を制限しており、該ポンプ作業室（３０）内に前記ポンプピストン（２０）の吸込み行程に際して入口弁（３４）を介して燃料が吸込まれかつ該ポンプ作業室（３０）から前記ポンプピストン（２０）の吐出行程に際して燃料が外へ押出されるようになっており、この場合、前記入口弁（３４）がピストン状の弁部材（５６）を有し、該弁部材（５６）が、前記ポンプ作業室（３０）と燃料供給部（３２）との接続を制御するために、シール面（６０）で弁座（５２）と協働しており、前記弁部材（５６）が閉鎖ばね（６４）と前記ポンプ作業室（３０）内を支配する圧力とによって閉鎖方向に負荷されかつ前記燃料供給部（３２）を支配する圧力によって開放方向に負荷されており、この場合、前記弁部材（５６）が前記シール面（６０）が構成されているヘッド（５８）で前記ポンプ作業室（３０）内に配置されかつ前記ヘッド（５８）に接続したシャフト（６２）で前記ポンプ作業室（３０）から突出しており、この場合、前記閉鎖ばね（６４）が前記ポンプ作業室（３０）の外に配置されかつ前記シャフト（６２）に作用している形式のものにおいて、前記ケーシング部分（２２）における前記弁座（５２）が前記シリンダ孔（２８）と該シリンダ孔（２８）から連続的に形成されている、直径の小さい方の孔（５０；１５０）との間の移行部に形成されており、前記弁部材（５６）がそのシャフト（６２）で前記孔（５０）を通って前記ケーシング部分（２２）の、前記ポンプ作業室（３０）とは反対側の領域（７２）に突出しかつ前記閉鎖ばね（６４）が前記ケーシング部分（２２）の前記領域（７２）に配置されていることを特徴とする、高圧ポンプ。
2. 前記閉鎖ばね（６４）が配置されている前記ケーシング部分（２２）の前記領域（７２）が、該ケーシング部分（２２）の外側に対し、閉鎖エレメント（６８）によって緊密に閉じられており、前記領域（７２）に前記燃料供給部（３２）が開口している、請求項１記載の高圧ポンプ。
3. 前記弁部材（５６）の前記シャフト（６２）と前記孔（５０）との間に自由な流過横断面（６３）が存在しており、該流過横断面（６３）を通って、前記弁部材（５６）が開いた状態で、燃料が前記領域（７２）から前記ポンプ作業室（３０）へ流入する、請求項２記載の高圧ポンプ。
4. 直径の小さい方の前記孔（５０）が、前記ポンプ作業室（３０）へ開口する第１の孔区分（１５０）を有し、該第１の孔区分（１５０）と前記弁部材（５６）の前記シャフト（６２）との間に前記流過横断面（６３）が形成されており、直径の小さいほうの前記孔（５０）が前記領域（７２）に開口する第２の孔区分（２５０）を有し、該第２の孔区分（２５０）にて前記弁部材（５６）の前記シャフト（６２）が摺動可能に案内されかつ前記第１の孔区分（１５０）が前記領域（７２）と接続されている、請求項２記載の高圧ポンプ。
5. 前記弁部材（５６）の前記シール面（６０）が前記弁座（５２）に向かってコンベックスに湾曲され、特に少なくともほぼ球体区分の形状に構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。

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