JP4418681B2 - 内燃機関に用いられる燃料ポンプ - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、内燃機関に用いられる燃料ポンプであって、ハウジングと、少なくとも１つのピストンと、該ピストンによって部分的に仕切られる作業室と、偏心軸またはカム軸とが設けられており、該偏心軸または該カム軸が、ピストンを作業室とは反対の側の端部で少なくとも間接的に負荷するようになっており、プレロードエレメントが設けられており、該プレロードエレメントが、ピストンを偏心軸またはカム軸に向かって少なくとも間接的に負荷するようになっている形式のものに関する。

このような燃料ポンプは、たとえばラジアルピストンポンプとして市場から知られている。この既知の燃料ポンプでは、中央の偏心軸がハウジング内に支承されている。偏心軸の偏心区分には行程リングが載着されている。この行程リングの全周にわたって分配されて平らな面が形成されている。これらの面には滑り片が接触している。この滑り片は円筒状のピストンに結合されている。このピストンは、偏心軸とは反対の側の端部で作業室を仕切っている。ピストンは圧縮ばねによって滑り片もしくは行程リングの平らな面に向かって負荷される。

既知の燃料ポンプには、３つのシリンダが設けられている。これらのシリンダはそれぞれ１つの相応のピストンと相応の作業室とを有している。偏心軸の運動時にはピストンが往復運動させられる。このピストンは、作業室内に存在している燃料を圧縮し、相応の弁装置を介して、たとえば内燃機関の燃料蓄え管路（「レール」）に吐き出す。

市場から知られている燃料ポンプでは、圧縮ばねがピストンの端区分に支持されている。この端区分はピストンの軸部よりも著しく大きな直径を有している。端区分とピストン軸部とは一体に形成されていて、たとえば中実体から旋削加工されている。圧縮ばねを案内しかつピストン軸部と端区分との間の移行領域における応力減少のためには、種々異なる直径を備えた切欠きと段部とを設けることが必要となる。これによって、特に随伴する大きな直径差に相俟って、手間のかかる切削加工が必要となる。このことは、燃料ポンプのための製作費用に関して不利に作用する。

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の燃料ポンプを改良して、燃料ポンプをより廉価に製作することができるようにすることである。

この課題は、冒頭で述べた形式の燃料ポンプにおいて、ピストンとは別個の支持エレメントが設けられており、該支持エレメントが、ピストンの、偏心軸またはカム軸に近い方の端部領域に結合されており、支持エレメントにプレロードエレメントが支持されていることによって解決される。

発明の利点
本発明による燃料ポンプでは、燃料ポンプのピストンが著しく単純に形成されている。最も単純な事例では、ピストンが、直径変化を有していない真っ直ぐな単純な円筒体から成っている。したがって、ピストンの、手間のかかる切削加工が不要となる。これによって、本発明による燃料ポンプの費用が著しく低下される。

ピストンを偏心軸またはカム軸に向かって負荷している予荷重エレメントもしくはプレロードエレメント、一般的には圧縮ばねの支持は、本発明による燃料ポンプでは、ピストンに固く結合された別個の支持エレメントを介して行われる。この場合、支持エレメントとピストンとの結合は種々異なる形式で行うことができる：たとえばプレス嵌め、収縮嵌め、溶接、接着および以下にさらに詳しく記載した別の固定法が可能となる。確かにピストンへの支持エレメントの固定のために付加的な作業ステップが必要となるが、しかし、この作業ステップはピストンの上述した切削加工よりも費用的に有利である。

本発明による燃料ポンプの有利な構成は従属請求項に記載してある。

まず、本発明の有利な構成は、支持エレメントが、支持リングを有している。このような支持エレメントは極めて簡単に製作することができる。このことは、同じく燃料ポンプのための費用に対しても有利である。

この場合、本発明の有利な構成では、支持エレメントが、２つの部分から形成されていて、ピストンの端部領域に結合された支持リングと、プレロードエレメントと支持リングとの間でピストンに被せ嵌められた中間エレメントとを有している。これによって、支持リングのために、ピストンに最適に固定することができるような材料を選択することが可能となる。これに対して、中間エレメントのためには、プレロードエレメントが最適に保持されていると同時に案内されているように簡単に成形することができる材料を選択することができる。すなわち、この改良形は付加的に本発明による燃料ポンプの機能確実性を向上させる。

別の改良形では、支持エレメントが、区分で位置固定リングに接触しており、該位置固定リングが、ピストンの、偏心軸またはカム軸に近い方の端部領域に設けられた溝内に部分的に収容されている。この固定可能性は極めて簡単であり、場合によっては、位置固定リングを破壊して再び解離することもできる。

また、本発明の別の有利な構成では、燃料ポンプが、ピストンと共に運動可能な案内スリーブを有しており、該案内スリーブが、ハウジングに対して不動の案内区分と協働するようになっている。これによって、運転中に横方向力がポンプハウジングに導出されなければならないという事実が考慮される。確かに横方向力はピストンの案内手段を介してハウジングに吸収することができるが、しかし、特にシール性の理由に基づき、ピストンが軸方向でしか負荷されない場合には一層有利となる。このことは、本発明による案内スリーブによって可能になる。なぜならば、案内スリーブは横方向力を偏心軸またはカム軸から、ピストンを迂回してハウジングに対して不動の案内区分に直接導出するからである。したがって、このように形成された燃料ポンプは高い効率で作業する。

このような形式の燃料ポンプは、特に支持エレメントが、案内スリーブと一体に形成されている場合に廉価に製作することができる。

本発明の別の有利な構成では、支持エレメントが、半径方向内側に向けられた環状つばを有しており、該環状つばが、ピストンの、半径方向外側に向けられた環状つばに支持されている。すなわち、支持エレメントはプレロードエレメントによって環状つばでピストンの相応の環状つばに向かって押圧される。これにより提供される、支持エレメントとピストンとの結合によって、横方向力が支持エレメントからピストン内に導入されることなしに、圧縮行程後のピストンの確実な戻りが可能となる。このことは、特に支持エレメントが、案内スリーブと一体に形成されている場合に有利となる。

本発明による燃料ポンプの別の有利な構成では、燃料ポンプが、ベース部分を有しており、該ベース部分が、ピストンの、偏心軸またはカム軸に近い方の端面に接触している。このようなベース部分によって、ピストンを、圧縮プランジャとしての機能に対して最適である材料から形成することも同じく可能である。他方では、過剰な摩耗にさらされることなしに、ピストンに対するカム軸または偏心軸の回転によって生ぜしめられ得る相対運動を吸収することのできる材料からベース部分を形成することが可能となる。さらに、相応の材料対偶によって、ベース部分と偏心軸またはカム軸との間の摩擦力を減少させることもできる。これによって、横方向力がより少なくなる。すなわち、この改良形は、本発明による燃料ポンプの機能に関する付加的な利点を有している。

さらに、この場合、案内スリーブが、半径方向内側に向けられた環状つばを有しており、該環状つばが、支持エレメントとベース部分との間に位置する環状室内に突入していると有利である。これによって、案内スリーブが軸方向で確実に保持されていると同時に本発明による燃料ポンプの組付けが簡単にかつひいては廉価にもなる。

また、この場合、ベース部分が、引き上げられた区分を有しており、該区分が、支持エレメントを軸方向で部分的にカバーしており、該支持エレメントが、引き上げられた区分を介してベース部分に固く結合されていても有利である。すなわち、このようなベース部分はカップ状に形成されていて、引き上げられた区分によって、組付け時に支持エレメントに対して自動的にセンタリングされる。支持エレメントへのベース部分の固定は、たとえば位置固定リングを介して行うことができる。この位置固定リングは、一方では支持エレメントの周壁面に設けられた溝内にかつ他方では引き上げられた区分の周壁面に設けられた溝内に挿入されている。

本発明による燃料ポンプの有利な構成は、支持エレメントが、少なくとも１つの曲返し部を有しており、該曲返し部が、ベース部分を外側から取り囲んでいて、軸方向で保持してい点でも優れている。このような曲返し部は簡単に製作することができ、全体的に燃料ポンプの組付けを容易にする。なぜならば、ベース部分が紛失し得ないように支持エレメントに結合されているからである。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１では、燃料ポンプが全体的に符号１０を有している。この燃料ポンプ１０は、３つのシリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備えたラジアルピストンポンプとして形成されている。この場合、以下には、シリンダ１２ａの構成要素しか詳しく説明しないことにする。図面でも、シリンダ１２ａの各構成要素しか符号を備えていない。シリンダ１２ｂ，１２ｃの構成要素はシリンダ１２ａの構成要素と同一である。

ラジアルピストンポンプ１０はハウジング１４を有している。孔（符号なし）内には、ピストン１６が軸方向に移動可能に収容されている。このピストン１６は、図１で見て上側の端面で作業室１８を仕切っている。入口弁２０は作業室１８を燃料管路（図示せず）に接続することができる。出口弁（図示せず）は作業室１８を燃料管路ひいては高圧蓄え管路（「レール」）に接続することができる。

ラジアルピストンポンプ１０のハウジング１４内には、偏心軸が偏心区分２２で支承されている。この偏心区分２２には行程リング２４が載着されている。この行程リング２４は個々のシリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの領域に、平らに加工されたそれぞれ１つの接触面２６を有している。滑り片として形成されたベース部分２８は、間接的にかつあとで詳しく説明する形式で圧縮ばね３０によって接触面２６に向かって負荷される。圧縮ばね３０はハウジング１４の環状室３２内に収容されている。この環状室３２は半径方向内側で管区分状の案内区分３４によって仕切られる。さらに、この案内区分３４には、ピストン１６が、軸方向に滑動するようにかつ流体密に収容されている。ここで、ピストン１６とベース部分２８との結合および圧縮ばね３０のピストン側の支持を図２につき詳しく説明することにする。

ピストン１６は、偏心区分２２もしくは行程リング２４に近い方の端部領域３６を有している。この端部領域３６は残りのピストン１６よりも大きな直径を有している。端部領域３６は、ベース部分２８に設けられた相補的な切欠き３８に部分的に収容されている。ピストン１６のピストン軸部３９と端部領域３６との間に形成された段部４１には、環状板状の支持エレメント４０が接触している。この支持エレメント４０は、半径方向内向きに延びる保持区分４２と、軸方向に延びる案内区分４４とを有している。両区分４２，４４によって、支持エレメント４０はピストン１６の長手方向軸線に対してセンタリングされる。

支持エレメント４０はその半径方向外側の領域に、周方向に延びかつ軸方向で「開放された」溝状の凹設部４６を有している。この凹設部４６には、圧縮ばね３０の、図２で見て下側の端部が収容されている。こうして、圧縮ばね３０も半径方向でセンタリングされる。支持エレメント４０はその半径方向外側の縁部に、全周にわたって分配されて複数のフック状の曲返し部４８を有している。これらの曲返し部４８は、ベース部分２８の外側の周壁面に形成された段部５０を幾分遊びを備えて取り囲んでいる。こうして、ベース部分２８は軸方向でピストン１６に保持される。

ラジアルピストンポンプ１０は次のように作業する：偏心区分２２での偏心軸の回転によって、行程リング２４の中心点が円軌道に沿って運動する。これによって、行程リング２４の接触面２６が一方では各シリンダ１２の軸方向に運動させられ、各シリンダ１２の長手方向軸線に対して横方向にも運動させられる。接触面２６の軸方向運動および圧縮ばね３０の戻し力によって、ピストン１６がベース部分２８を介して軸方向に往復運動させられる。これによって、燃料が作業室１８内に吸い込まれるかまたは作業室１８内に存在している燃料が圧縮されて燃料蓄え管路に向かって吐き出される。

図３には、ピストン１６の、偏心区分２２に近い方の領域の変化形が示してある。この場合、図１および２に示した構成に対して等価の機能を有するようなエレメントおよび領域は同じ符号を有している。これらのエレメントおよび領域に関しては再度説明しないことにする。

図１および図２と異なり、図３に示したピストン１６の端部領域３６はピストン１６の軸部３９と異なる直径を有していない。したがって、ピストン１６は一層簡単に製作することができる。さらに、支持エレメント４０は２つの部分から形成されている。支持エレメント４０は支持リング５２を有している。この支持リング５２はピストン１６にプレス嵌めされている。こうして、支持リング５２は軸方向で不動にピストン１６に位置固定されている。図３では、上方からピストン１６に中間エレメント５４が被せ嵌められている。この中間エレメント５４は保持区分４２と案内区分４４とで支持リング５２に対してセンタリングされている。

図２および図３では、支持エレメント４０とベース部分２８との間にある程度の遊びが存在している。別の実施例（図示せず）では、ベース部分が遊びなしにピストン１６に結合されている。

各シリンダ１２の長手方向軸線に対して横方向での接触面２６の上述した運動に基づき、接触面２６から、存在する摩擦に基づき横方向の力もベース部分２８に導入される。上述したラジアルピストンポンプ１０（図１および図２参照）もしくは図３に示した構成要素の構成では、横方向の力がピストン１６に導入され、このピストン１６からハウジング１４の案内区分３４に導出される。図４〜図８に示した以下の実施例では、ピストン１６を横方向力なしに保持することができる可能性を説明する。この場合、同じくすでに説明した構成要素および部分に対して等価の機能を有するような構成要素および部分は同じ符号を有していて、再度説明しないことにする。

図４および図５には、いわゆる「カップ状案内手段」を備えた実施例が示してある。このカップ状案内手段はカップ状の案内部分５６を有している。この案内部分５６は底部５８の外面で行程リング２４の接触面２６に接触している。カップ状の案内部分５６の底部５８の内面にはピストン１６の端部領域３６が支持されている。カップ状の案内部分５６の周壁６０はその外面でハウジング１４の案内区分６２に案内されている。したがって、接触面２６からラジアルピストンポンプ１０の運転時にカップ状の案内部分５６の底部５８に導入される横方向の力は、周壁６０を介して直接ハウジング１４の案内区分６２に導出される。したがって、ピストン１６は横方向力なしに保たれる。

支持エレメントは、図４では、一体の支持リング４０として形成されている。この支持リング４０はピストン１６にプレス嵌めされている。ピストン１６の端部領域３６は直径変化を有していない。図５に示した実施例では、支持エレメント４０がやはり、ピストン１６にプレス嵌めされた支持リング５２と、中間エレメント５４とを備えて２つの部分から形成されている。

図６および７に示した実施例では、ピストン１６の端部領域３６が再びピストン１６の軸部３９よりも大きな直径を有していて、したがって、半径方向外側に向けられた環状つば６４を形成している。この環状つば６４は、一方では、案内スリーブ６８の、半径方向内側に向けられた環状つば６６と、ピストン１６の端面に接触しているベース部分２８との間で軸方向に案内されている。

ベース部分２８はその半径方向外側の縁部に、全周にわたって延びる引き上げられた（上方に高められた）区分７０を有している。この区分７０は案内スリーブ６８を軸方向で部分的にカバーしている。図７から明らかであるように、一方では、引き上げられた区分７０の内面に、全周にわたって延びる溝７２が設けられており、他方では、案内スリーブ６８の外面に、全周にわたって延びる溝７４が設けられている。位置固定リング７６が一方では溝７２にかつ他方では溝７４に収容されているので、案内スリーブ６８とベース部分２８とは互いに固く結合されている。

案内スリーブ６８はハウジング１４の案内区分６２に軸方向で滑動するように案内されている。したがって、行程リング２４の接触面２６を介してベース部分２８に導入される横方向力が、案内スリーブ６８を介してハウジング１４の案内区分６２に導入される。この場合、図６から明らかであるように、案内区分６２はブシュ１４ａの一部を成している。このブシュ１４ａはハウジング領域１４ｂに収縮嵌めされている。案内スリーブ６８は半径方向外側に向けられた環状つば４４を有している。この環状つば４４には圧縮ばね３０が支持されている。こうして、ピストン１６が間接的に圧縮ばね３０の戻し力で負荷される。すなわち、案内スリーブ６８は同時に支持エレメント４０も形成している。

さらに別の実施例が図８に示してある。この実施例では、ピストン１６の端部領域３６が再びピストン１６の軸部３９と同じ直径を有している。支持エレメント４０は支持リングとして形成されている。この支持リングの保持区分４２は位置固定リング７８に接触している。この位置固定リング７８は、ピストン１６の端部領域３６に設けられた周方向溝（符号なし）内に位置している。ここでも、横方向力は、案内スリーブ６８がハウジング１４の案内区分６２と協働することによって再びピストン１６から遠ざけられている。

ベース部分２８は、小さい方の直径を備えた、図８で見て上側の区分８０と、大きい方の直径を備えた、図８で見て下側の区分８２とを有している。ベース部分２８の区分８０の上面は、ピストン１６の、区分８０に面した側の端面に接触している。ベース部分２８の区分８２と支持エレメント４０との間には環状室８４が設けられている。この環状室８４内には、案内スリーブ６８の、半径方向内側に向けられた環状つば６６が突入している。さらに、ベース部分２８の区分８２の半径方向外側の縁部は案内スリーブ６８の内壁に接触している。こうして、ここでも、横方向力がピストン１６から遠ざけられる。さらに、ベース部分２８と、図８に示していない行程リング２４との間には、回転ローラ８６が設けられている。この回転ローラ８６によって横方向力が再び最低限に抑えられる。

ラジアルピストン燃料ポンプの第１実施例の領域の断面図である。

図１の燃料ポンプの細部の部分断面図である。

燃料ポンプの第２実施例の構成要素の部分断面図である。

燃料ポンプの第３実施例の構成要素の部分断面図である。

燃料ポンプの第４実施例の構成要素の部分断面図である。

燃料ポンプの第５実施例の構成要素の部分断面図である。

図６の拡大された細部を示す図である。

燃料ポンプの第６実施例の構成要素の部分断面図である。

符号の説明

１０ ラジアルピストンポンプ、 １２ａ シリンダ、 １２ｂ シリンダ、 １２ｃ シリンダ、 １４ ハウジング、 １４ａ ブシュ、 １４ｂ ハウジング領域、 １６ ピストン、 １８ 作業室、 ２０ 入口弁、 ２２ 偏心区分、 ２４ 行程リング、 ２６ 接触面、 ２８ ベース部分、 ３０ 圧縮ばね、 ３２ 環状室、 ３４ 案内区分、 ３６ 端部領域、 ３８ 切欠き、 ３９ 軸部、 ４０ 支持エレメント、 ４１ 段部、 ４２ 保持区分、 ４４ 案内区分、 ４６ 凹設部、 ４８ 曲返し部、 ５０ 段部、 ５２ 支持リング、 ５４ 中間エレメント、 ５６ 案内部分、 ５８ 底部、 ６０ 周壁、 ６２ 案内区分、 ６４ 環状つば、 ６６ 環状つば、 ６８ 案内スリーブ、 ７０ 区分、 ７２ 溝、 ７４ 溝、 ７６ 位置固定リング、 ７８ 位置固定リング、 ８０ 区分、 ８２ 区分、 ８４ 環状室、 ８６ 回転ローラ

Claims (4)

1. 内燃機関に用いられる燃料ポンプ（１０）であって、ハウジング（１４）と、少なくとも１つのピストン（１６）と、該ピストン（１６）によって部分的に仕切られる作業室（１８）と、偏心軸（２２）またはカム軸とが設けられており、該偏心軸（２２）または該カム軸が、ピストン（１６）を作業室（１８）とは反対の側の端部（３６）で少なくとも間接的に負荷するようになっており、プレロードエレメント（３０）が設けられており、該プレロードエレメント（３０）が、ピストン（１６）を偏心軸（２２）またはカム軸に向かって少なくとも間接的に負荷するようになっており、ピストン（１６）とは別個の支持エレメント（４０）が設けられており、該支持エレメント（４０）が、ピストン（１６）の、偏心軸（２２）またはカム軸に近い方の端部領域（３６）に結合されており、支持エレメント（４０）にプレロードエレメント（３０）が支持されており、当該燃料ポンプ（１０）が、ピストン（１６）と共に運動可能な案内スリーブ（６８）を有しており、該案内スリーブ（６８）が、ハウジングに対して不動の案内区分（６２）と協働するようになっており、当該燃料ポンプ（１０）が、ベース部分（２８）を有しており、該ベース部分（２８）が、ピストン（１６）の、偏心軸（２２）またはカム軸に近い方の端面に接触している形式のものにおいて、案内スリーブ（６８）が、半径方向内側に向けられた環状つば（６６）を有しており、該環状つば（６６）が、支持エレメント（４０）とベース部分（２８）との間に位置する環状室（８４）内に突入していることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料ポンプ。
2. 支持エレメント（４０）が、支持リング（５２）を有している、請求項１記載の燃料ポンプ。
3. 支持エレメント（４０）が、２つの部分から形成されていて、ピストン（１６）の端部領域（３６）に結合された支持リング（５２）と、プレロードエレメント（３０）と支持リング（５２）との間でピストン（１６）に被せ嵌められた中間エレメント（５４）とを有している、請求項２記載の燃料ポンプ。
4. 支持エレメント（４０）が、区分（４２）で位置固定リング（７８）に接触しており、該位置固定リング（７８）が、ピストン（１６）の、偏心軸（２２）またはカム軸に近い方の端部領域（３６）に設けられた溝内に部分的に収容されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料ポンプ。

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