JP4768826B2 - 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の上位概念部に記載した、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。

このような形式の高圧ポンプは、ドイツ連邦共和国特許公開第１９９０７３１１号明細書により公知である。高圧ポンプは、少なくとも１つのカム又は偏心体を備えた駆動軸を有している。高圧ポンプはさらに、少なくとも１つのポンプエレメントを有しており、このポンプエレメントはプランジャを有していて、このプランジャは、駆動軸のカム又は偏心体によって往復ストローク運動で駆動せしめられる。プランジャと、駆動軸のカム又は偏心体との間に支持エレメントが配置されていて、該支持エレメント内にローラが回転可能に支承されており、該ローラは、駆動軸のカム又は偏心体に沿って転動する。高圧ポンプの駆動時に、ローラに回転軸線に向かう方向の力も作用し、この場合、ローラが、隣接する構成部分に沿って転動する際にローラに、及び／又は前記隣接する構成部分に摩耗が生じ、この摩耗によって、ローラと隣接する構成部分との間に高い摩耗が生じる。このような高い摩擦によって、ローラの回転運動が阻止され、それによって、ローラと駆動軸のカム又は偏心体との間にスリップが発生し、ひいては摩耗が生じる。

発明の開示
発明の利点
これに対して、請求項１に記載した特徴を有する本発明の高圧ポンプは、ローラ及び／又は支持部の摩耗が減少され、ひいては高い摩耗が避けられる、という利点を有している。

従属請求項には、本発明による高圧ポンプの有利な実施態様及び変化実施例が記載されている。

本発明の複数の実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。図１は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２は、高圧ポンプの図１のII−II線に沿った横断面図、図３は、本発明の第１実施例による高圧ポンプの、図１に符号IIIで示した部分の拡大図、図４は、第２実施例による高圧ポンプの図１に符号IIIで示した部分の拡大図、図５は、第３実施例による高圧ポンプの図１に符号IIIで示した部分の拡大図、図６は第４実施例による高圧ポンプの部分、図７は図２のVIII−VIII線に沿った断面図である。

実施例の説明
図１乃至図６には、内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプが図示されている。高圧ポンプは、複数部分より成るポンプハウジング１０を有しており、このポンプハウジング１０内に、内燃機関によって回転駆動される駆動軸１２が配置されている。駆動軸１２は、例えば駆動軸１２の回転軸線１３の方向で互いに間隔を保って配置された２つの軸受箇所を介して回転可能に支承されている。これらの軸受箇所は、ポンプハウジング１０の種々異なる部分内に配置されており、例えば第１の軸受箇所がポンプハウジング１０のベース体１４内に配置され、第２の軸受箇所が、ベース体１４に接続されたフランジ部１５内に配置される。

２つの軸受箇所の間に位置する領域内で、駆動軸１２は少なくとも１つのカム１６を有しているか、又は駆動軸１２の回転軸線１３に対して偏心的に配置された区分を有しており、この場合、カム１６は複数のカムとして構成されていてよい。高圧ポンプは、少なくとも１つ又は複数の、ハウジング１０内に配置されたポンプエレメント１８を有しており、該ポンプエレメント１８はそれぞれ１つのプランジャ２０を有している。前記プランジャ２０は、駆動軸１２のカム１６によって、駆動軸１２の回転軸線１３に対して少なくともほぼ半径方向でストローク運動せしめられる。各ポンプエレメント１８の領域内で、ベース体１４に接続されたポンプハウジング部分２２が設けられており、このポンプハウジング部分２２は、円筒形ヘッドとして構成されている。ポンプハウジング部分２２は、ベース体１４の外側に隣接するフランジ２４と、ベース体１４の開口を通って駆動軸１２に向かって突き出す少なくともほぼ円筒形の付加部２６とを有している。この付加部２６は、フランジ２４よりも小さい直径を有している。プランジャ２０は、付加部２６に形成された、ポンプハウジング部分２２内のシリンダ孔２８内で気密に摺動可能にガイドされていて、プランジャ２０の、シリンダ孔２８内において駆動軸１２とは反対側でポンプ作業室３０を仕切っている。シリンダ孔２８は、フランジ２４内まで延在しており、このフランジ２４内にポンプ作業室３０が配置されている。ポンプ作業室３０は、ポンプハウジング１０内に延在する燃料供給通路３２を介して、燃料流入部例えばフィードポンプに接続されている。ポンプ作業室３０内で燃料供給通路３２の開口に、ポンプ作業室３０内に開口する取り入れ弁３４が配置されている。ポンプ作業室３０はさらに、ポンプハウジング１０内に延在する燃料流出通路３６を介して出口と接続されており、この出口は例えば蓄圧器１１０に接続されている。蓄圧器１１０に、単数又は複数の、内燃機関のシリンダに配置されたインジェクタ１２０が接続されており、このインジェクタ１２０によって、燃料が内燃機関のシリンダ内に噴射される。ポンプ作業室３０内の燃料流出通路３６の開口部に、ポンプ作業室３０から開口する排出弁３８が配置されている。

プランジャ２０と駆動軸１２のカム１６との間にタペット４０が配置されており、このタペット４０を介して、プランジャ２０が少なくも間接的に、駆動軸１２のカム１６に支えられている。タペット４０は、円形の外径を有する中空円筒形に構成されていて、ポンプハウジング１０のベース体１４の孔４２内でプランジャ２０の縦軸線２１方向で摺動可能にガイドされている。これによって、タペット４０の縦軸線４１は、プランジャ２０の縦軸線２１と少なくともほぼ同じである。タペット４０内の、駆動軸１２に向いた側の端部領域に支持エレメント４４が挿入されている。この支持エレメント４４内にローラ４６が回転可能に支承されていて、このローラ４６は駆動軸１２のカム１６に沿って転動する。ローラ４６の回転軸線４７は、駆動軸１２の回転軸線１３に対して少なくともほぼ平行である。支持エレメント４４は、さらに、その駆動軸１２に向いた側に凹部４８を有しており、この凹部４８内にローラ４６が回転可能に支承されている。支持エレメント４４とタペット４０とは、一体的に構成されていてもよい。

タペット４０又はプランジャ２０に、プリロード（予備荷重）のかけられた戻しばね５２が作用する。戻しばね５２はポンプハウジング部分２２に支えられている。戻しばね５２によって、プランジャ及びタペット４０は、駆動軸１２のカム１６に向かって負荷されるので、駆動軸１２に向かう方向のプランジャ２０の吸込みストローク時においても、また駆動軸１２の高回転数においても、ローラ４６はカム１６に対して確実に当接する。プランジャ２０は、少なくともプランジャ２０の長手方向軸線２１の方向でタペット４０に連結されていてよい。選択的に、プランジャ２０はタペット４０と接続されていてなくてもよい。この場合、戻しばね５２によってタペット４０に対するプランジャ２０の当接が保証される。戻しばね５２は例えばばね受け５３を介して、プランジャ２０の、直径が増大されているピストン底に作用する。それによってピストン底は、タペット４０の周壁から内方に向かって突き出すフランジに当接して保持され、このフランジは支持エレメント４４に当接して保持されるので、プランジャ２０とタペット４０と、ローラ４６を備えた支持エレメント４４とから成る複合体全体が駆動軸１２のカム１６に向かって負荷されている。

回転軸線４７の方向で、ローラ４６の横隣にローラ４６のための支持部６０が配置されており、この支持部６０によって、ローラ４６がその回転軸線４７方向で支持エレメント４４から突き出ることは阻止される。ローラ４６は、その支持部６０に向いた側の側面５６が凸状に、例えば少なくともほぼ球状に湾曲して構成されている。ローラ４６の側面５６に向いた側の、支持部６０の面は、少なくともほぼ平らであるか、又は例えば図７に示した円形中空シリンダの区分のように、アーチ形特に凹状に湾曲して構成されていてよい。それによって、支持部６０の凹状のアーチ形は、図７のタペット４０の縦軸線４１に対して垂直な断面図においてのみ存在し、これに対して、支持部６０は、図３乃至図６に示した縦軸線４１に対して平行な断面図ではアーチ形を有していない。支持部６０は、例えば図７に示されているように、ローラ４６を包囲するリングとして構成されているか、又はローラ４６の側面５６の横隣に配置されているだけである。

ローラ４６の側面５６及び支持部６０の形状は、最小の面圧及び最大の冷却に関連して最適化されているので、ローラ４６及び支持部６０の摩擦学的な負荷は最小化されている（図７の左側半部に示されているように）ので、ローラ４６の側面５６の凸状の湾曲の曲率半径Ｒは、例えば約５０乃至５００ｍｍ、有利には９０乃至３００ｍｍである。曲率半径Ｒ１を有する支持部６０が、図７の右側半部に示されているように、凹状に湾曲されている場合、ローラ４６の側面５６の凸状の湾曲部の曲率半径Ｒは、例えば支持部６０の曲率半径Ｒ１の約７０乃至１００％、有利には８５乃至９５％である。

ローラ４６及び／又は支持部６０は、少なくともローラ４６と支持部６０との間の接触領域で高い耐摩耗性を有する表面を有している。この場合、ローラ４６は全体的に高い耐摩耗性を有する材料、例えばセラミック材料又は硬質合金より成っている。選択的に又は付加的に、支持部６０が、全体的に高い耐摩耗性を有する材料、例えばセラミック材料又は硬質合金より成っていてもよい。

また選択的に、ローラ４６が、低い耐摩耗性を有する材料より成っていて、図３に示した実施例に従って、その支持部６０に向いた側の側面５６に、それぞれ高い耐摩耗性を有する材料より成るコーティング６２を備えている。ローラの側面５６に対して選択的に又は付加的に、支持部６０が、高い耐摩耗性を有する材料より成るコーティング６２を備えていてもよい。コーティング６２は、セラミック材料、硬質合金又は炭素化合物、特にダイヤモンドに似た炭素化合物より成っている。選択的に、コーティング６２は、金属酸化物又は金属窒化物例えばチタン窒化物より成っている。コーティング６２は、軟窒化によっても製造される。

さらに選択的に、ローラ４６が、低い耐摩耗性を有する材料より成っていて、図４に示した実施例に従ってその支持部６０を向いた側の側面５６に、高い耐摩耗性を有する材料より成るインサート６４を有している。この場合、インサート６４は、薄いプレートより形成することができる。このプレートは、ローラ６４の側面５６の相応の凹部内に嵌め込まれている。ローラ６４に対して選択的に又は付加的に、支持部６０内の、ローラ４６の側面５６に向いた側の領域に、高い耐摩耗性を有する材料より成るそれぞれ１つのインサート６４が嵌め込まれる。インサート６４は、前述のコーティング６２に使用した材料と同じ材料より成っていてよい。

図５に示した実施例によるコーティング６２は、特に、ローラ４６の側方の、回転軸線４７に隣接する、タペット４０又は支持エレメント４４の内壁において、タペット４０（図５の左側半部に示されているように）に直接的に、又は支持エレメント４４（図５の右側半部に示されているように）に施される。この場合、タペット４０の内壁又は支持エレメント４４に少なくとも１つの溝６６が配置されており、溝６６内にコーティング６２が施され、この場合、少なくとも１つの溝６６内において、タペット４０若しくは支持エレメント４４に対するコーティング６２の良好な付着が保証される。コーティング６２は、例えば射出成形によって射出セラミックとして施される。

支持部６０は、タペット４０又は支持エレメント４４の部分によって形成されるか、又は（図６の左側半部に示されているように）タペット４０内に、又は（図６で右側半部に示されているように）支持エレメント４４内に嵌め込まれた、別個の特に環状の構成部分によって形成されており、次いでこの構成部分は、ローラ４６とタペット４０若しくは支持エレメント４４との間に配置されている。支持部６０は、タペット４０内に又は支持エレメント４４内に嵌め込まれ、例えば押し込まれる。この場合、タペット４０内に、図６に示した実施例によれば、支持部６０のための受容部６８が形成されている。受容部６８は、例えばローラ４６を包囲する、タペット４０の内壁の内径が増大されている領域によって形成される。この場合、タペット４０の壁厚は、受容部６８の領域内で、その他のタペット４０若しくは支持エレメント４４に対して減少されていてよい。支持部６０のための、同様に構成された受容部６８は、図６の右側半部に示されているように、選択的に支持エレメント４４内にも形成されている。支持部は前述のように構成されている。つまり支持部は、それ自体が高い耐摩耗性を有する材料より成っているか、或いは高い耐摩耗性を有する材料より成るコーティング又はインサートを有している。

プランジャ２０が半径方向内方へ移動する、プランジャ２０の吸込みストロークにおいて、ポンプ作業室３０に、燃料供給通路３２を通って、開放された取り入れ弁３４において燃料で満たされ、この場合、排出弁３８は閉鎖されている。プランジャ２０が半径方向外方に移動する、プランジャ２０のフィードストロークにおいて、プランジャ２０によって高圧の燃料が燃料流出通路３６を通って、排出弁３８の開放時に蓄圧器１１０に圧送され、この場合、取り入れ弁３４は閉鎖されている。

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である。 高圧ポンプの図１のII−II線に沿った横断面図である。 本発明の第１実施例による高圧ポンプの、図１に符号IIIで示した部分の拡大図である。 第２実施例による高圧ポンプの図１に符号IIIで示した部分の拡大図である。 第３実施例による高圧ポンプの、図１に符号IIIで示した部分の拡大図である。 第４実施例による高圧ポンプの、図１に符号IIIで示した部分の拡大図である。 図２のVIII−VIII線に沿った断面図である。

Claims (13)

1. 殊に内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプであって、少なくとも１つのカム（１６）又は偏心体を備えた駆動軸（１２）と、少なくとも１つのポンプエレメント（１８）とを有しており、該ポンプエレメント（１８）がプランジャ（２０）を有していて、該プランジャ（２０）は、カム（１６）又は駆動軸（１２）の偏心体によってストローク運動で駆動せしめられ、プランジャ（２０）とカム（１６）又は駆動軸（１２）の偏心体との間に、支持エレメント（４４）と、この支持エレメント（４４）内に回転可能に支承された、前記カム（１６）又は偏心体に沿って転動するローラ（４６）とが配置されている形式のものにおいて、
   ローラ（４６）の回転軸線（４７）の方向で、前記ローラ（４６）の隣に、このローラ（４６）のための支持部（４０；４４；６０）が配置されており、前記ローラ及び／又は支持部（４０；４４；６０）が、前記ローラ（４６）と支持部（４０；４４；６０）との間の少なくとも接触領域で、高い耐摩耗性を有する表面を有していることを特徴とする、特に内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプ。
2. 前記ローラ（４６）の、前記支持部（４０；４４；６０）に向いた側の側面（５６）が、凸状に湾曲して構成されている、請求項１記載の高圧ポンプ。
3. 前記ローラ（４６）の側面（５６）の凸状の湾曲が少なくともほぼ球状であって、前記支持部（６０）が凹状に湾曲して構成されており、前記ローラ（４６）の側面（５６）の湾曲部の曲率半径（Ｒ）が、前記支持部（６０）の湾曲部の曲率半径（Ｒ１）の約７０％乃至１００％、有利には約８５％乃至９５％である、請求項２記載の高圧ポンプ。
4. 前記ローラ（４６）の側面（５６）の凸状の湾曲部が少なくともほぼ球状であり、前記支持部（６０）が少なくともほぼ平らに構成されており、前記ローラ（４６）の前記側面（５６）の湾曲部の曲率半径（Ｒ）が、約５０乃至５００ｍｍ、有利には約９０乃至３００ｍｍである、請求項２記載の高圧ポンプ。
5. 前記ローラ（４６）及び／又は支持部（４０；４４；６０）が、接触領域に、高い耐摩耗性を有する材料より成るコーティング（６２）を備えている、請求項１から４までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
6. 前記ローラ（４６）及び／又は支持部（４０；４；６０）内に、接触領域において、高い耐摩耗性を有する材料より成るインサート（６４）が嵌め込まれている、請求項１から４までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
7. 前記コーティング（６２）又はインサート（６４）がセラミック材料より成っている、請求項５又は６記載の高圧ポンプ。
8. 前記コーティング（６２）又はインサート（６４）が、金属酸化物又は金属窒化物より成っている、請求項５又は６記載の高圧ポンプ。
9. 前記コーティング（６２）又はインサート（６４）がチタン窒化物より成っている、請求項８記載の高圧ポンプ。
10. 前記コーティング（６２）又はインサート（６４）が、炭素化合物、殊にダイヤモンドに似た炭素化合物より成っている、請求項５又は６記載の高圧ポンプ。
11. 前記ローラ（４６）及び／又は支持部（６０）が、セラミック材料より成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
12. 前記支持部（６０）が、ローラ（４６）を包囲するリングとして構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
13. 前記支持部（６０）が、支持エレメント（４４）内に嵌め込まれているか、前記支持エレメント（４４）を受容するタペット（４０）内に嵌め込まれている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。

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