JP6080976B2 - 内燃機関用のピストン燃料ポンプ - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の前提部に記載されたピストン燃料ポンプに関する。

燃料が燃料タンクから、機械的に駆動されるピストン燃料ポンプを用いて高い圧力下に燃料レール内に圧送されるような内燃機関の燃料システムは市場により知られている。このためには、ピストン燃料ポンプに、移動可能に支持されたポンプピストンが設けられており、このポンプピストンはピストン燃料ポンプの圧送室内で燃料を圧縮する。ポンプピストンは、ピストンブシュ内に、密な嵌合によってスライド式に、かつ僅かなシールギャップを持って案内されている。ピストンブシュは、支持と、ギャップシールによるシールとのために、ある程度の長さを有しなければならず、かつ場合によっては大きな横方向力を受け止めなければならない。したがって、ピストンブシュはしばしば鋼から製造される。さらに、高い公差要求に基づいて、いわゆる「ピストンペアリング」が使用される。すなわち、各ポンプケーシングには、それぞれ特定のピストンが対応する。さらに、シリンダはポンプケーシングに手間をかけてホーニング加工されなければならない。

発明の開示
本発明の根底を成す問題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を備えた燃料ピストンポンプによって解決される。本発明の有利な別の態様は従属項の形の各請求項に記載されている。さらに、本発明にとって重要な別の特徴は、以下の説明および図面に記載されている。

本発明によるピストン燃料ポンプは、ピストンブシュと、ピストンブシュ内のピストンの相応する高精度の嵌合とが、もはや必ずしも必要とならず、したがって莫大なコストを節約することができるという利点を有している。その代わりに、支持とシールとが、支持領域とシール領域とに機能的に分離される。シール領域に設けられたシールリップは、摩擦の少ない、ギャップなしの、ひいては高精度のシールを可能とする。シールリップが弾性的に形成されていて、少なくとも部分的にプリロード（予荷重）をかけられてポンプシリンダ壁に接触することにより、プリロードが生ぜしめられる。プリロードによって、ピストン燃料ポンプの吸込行程においても、すなわちポンプピストンが下死点に向かって運動する際にも、シール領域におけるシール機能が保証され得る。圧縮行程、すなわちポンプピストンが上死点に向かって運動する際には、シールリップは、シールリップが圧送室に向けられている場合、圧送室内に生ぜしめられた燃料圧により圧力支援されて、ポンプシリンダ壁に密に押圧され得る。

ピストン燃料ポンプの１実施態様では、ピストン燃料ポンプがプラスチックエレメントを含み、このプラスチックエレメントに、支持・シール装置が形成されている。プラスチックエレメントを設けることによって、高い公差要求が不要となり、ピストン燃料ポンプの組立てラインにおける付加的なホーニング加工プロセスを不要にすることができる。さらに、プラスチックエレメントは単純な射出成形品として製造されていてよく、これによってプラスチックエレメントは特に安価に製造可能となる。材料溶融による「ピストンシージング」の危険も、プラスチックエレメントの選択によって回避され得る。

プラスチックエレメントをポリアミド（ＰＡ）および／またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から製造することも提案される。プラスチックエレメントがポリアミド（ＰＡ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から製造されると、案内領域における案内もしくは支持に関して、またシール領域におけるシールに関して、極めて良好な結果が得られることが判った。

ピストン燃料ポンプの別の実施態様では、支持・シール装置が、ポンプピストンに固く結合されており、好ましくはポンプピストンは円環状の段部を有しており、この円環状の段部に、支持・シール装置がクリップ結合されていて、かつ／または接着されている。プラスチックエレメントとポンプピストンとの結合によって、プラスチックエレメントは、ポンプピストンの昇降運動に従動することができ、この場合、クリップ結合の場合には、結合が、好ましくは解離可能でかつ再形成可能に形成されている。したがって、プラスチックエレメントは摩耗時に交換され得る。

前記段部は、ポンプピストンの、ポンプの圧送室寄りの端部分の周辺に配置されていてよい。この端部分の近傍に段部を設けることは有利である。なぜならば、案内部分が、可能となる支持点もしくは力作用点の近傍に配置され得るようになり、かつポンプピストンの端部分における横方向力発生が、プラスチックエレメントにより吸収され得るからである。

さらに、支持・シール装置が、一体的に単一部分から形成されていることが提案される。プラスチックエレメントの一体的な製造によって、このプラスチックエレメントは、唯一回の製造ステップにおいて、たとえば射出成形プロセスによって製造され得る。

ピストン燃料ポンプのさらに別の実施態様では、支持・シール装置が複数の部分から形成されている。このことは有利である。なぜならば、各要求に適合させられて、すなわち案内および／または支持およびシール機能に合わせて、案内領域とシール領域とのために種々異なるプラスチックが選択され得るからである。

本発明によるピストン燃料ポンプのさらに別の改良形では、支持・シール装置の一部が互いにクリップ結合されていて、かつ／または互いに接着されている。このことは、材料選択とは無関係に、すなわち案内領域とシール領域との材料とは無関係に、これらの部分を互いに結合させることができるという理由で有利である。

さらに、案内領域の範囲におけるプラスチックエレメントとポンプシリンダとの間に、約１／１００ｍｍ〜約１０／１００ｍｍの範囲、有利には約３／１００ｍｍのギャップが存在することが考えられる。このことは、このギャップによって、ポンプシリンダ内でのポンプピストンの引っかかりを回避することができるという理由で有利である。

ピストン燃料ポンプのさらに別の実施態様では、ポンプピストンの、ポンプの圧送室と反対の側の端部分の周辺に、第２の支持装置、特にポンプピストンの支持のための第２のプラスチックエレメントが、好ましくはポンプシリンダに対して相対的に位置固定に配置されている。したがってポンプピストンは、２つの支持個所で案内されていて、かつ／または支持されている。第１に、案内もしくは支持が、第１のプラスチックエレメントの案内部分によって行われ、第２に、案内もしくは支持が、第２のプラスチックエレメントによって行われる。この場合、各案内点もしくは各支持点は、ポンプピストンの各端部分において、横方向力が発生し得る力作用点の近傍、たとえばポンプピストンのカム駆動装置の周辺に位置する。したがって、案内点もしくは支持点にかかる負荷は低減され得る。

以下に、本発明の実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

支持・シール装置を有する本発明によるピストン燃料ポンプの一部を含む、内燃機関の燃料システムの概略図である。 支持・シール装置の説明のために、図１に示したピストン燃料ポンプの一部を拡大して示す断面図である。 図２に示した断面図の一部を拡大した図である。

図１に、内燃機関の燃料システム全体が符号１０で示されている。この燃料システム１０は燃料タンク１２を有し、この燃料タンク１２からは、電気式のプレフィードポンプ１４によって燃料が低圧管路１６へ圧送される。この低圧管路１６は、ピストン燃料ポンプ１８として形成された高圧ポンプに通じている。この高圧ポンプからは、高圧管路２０が燃料レール２２に通じている。この燃料レール２２には複数のインジェクタ２４が接続されており、これらのインジェクタ２４によって、それぞれ対応する燃焼室（図示しない）内に燃料が直接に噴射される。

ピストン燃料ポンプ１８は、ポンプケーシング２６（一部のみ示す）を有しており、このポンプケーシング２６内にはポンプピストン２８が移動可能に案内されているか、もしくは支持されている。このポンプピストン２８は、カム駆動装置（図示しない）によって往復運動させられる。このことは、側方に示した二重矢印３０によって示されている。ポンプピストン２８はコイルばね３２によって、図１で見て下側の下死点に向かって付勢される。ポンプピストン２８とポンプケーシング２６とは圧送室３４を画定している。この圧送室３４は、流入弁３６を介して低圧管路１６に接続可能である。さらに、圧送室３４は、流出弁３８を介して高圧管路２０に接続可能である。

流入弁３６も流出弁３８も、逆止弁として構成されている。この場合、流入弁３６を流量制御弁として構成することも可能である（図示しない）。このような流量制御弁の場合、ポンプピストン２８の吐出ストロークの間、流入弁３６を強制的に開くことができるので、燃料は、燃料レール２２に圧送されるのではなく低圧管路１６に戻される。これによって、ピストン燃料ポンプ１８から燃料レール２２に圧送される燃料量を調節することができる。

ポンプピストン２８は、ポンプシリンダ４０内に案内されている。このポンプシリンダ４０は、この場合にはポンプケーシング２６の一部である。ポンプピストン２８の、圧送室３４寄りの端部は、図１で見て上側の端部分４２を有する。さらに、この上側の端部分４２の周辺において、ポンプピストン２８は円環状の段部を有する。この段部は半径方向に突出した環状のつば４４として形成されている。ポンプピストン２８もしくは段部４４は、プラスチックエレメント４６によって形成された支持・シール装置とクリップ結合されている。この場合、プラスチックエレメント４６は、ポンプシリンダ４０内におけるポンプピストン２８の軸方向の案内および／または半径方向の支持のための案内領域４８と、シールリップとして形成されたシール領域５０とを有する。段部４４および案内領域４８とシール領域５０とを備えたプラスチックエレメント４６は、図２および図３に判り易く図示されている。

ポンプピストン２８はさらに、圧送室３４と反対の側の端部に、図１で見て下側の端部分５２を有する。この下側の端部分５２の周囲では、ガイドスリーブ５４が、ポンプケーシング２６に不動に配置されている。ガイドスリーブ５４とポンプケーシング２６との間では、Ｏリングパッキン５６が溝５８内に設けられている。ガイドスリーブ５４は円筒状部分６０を有し、この円筒状部分６０は、ポンプピストン２８に対して同軸に延びている。この円筒状部分６０によってコイルばね３２が案内されている。コイルばね３２は、ピストン長手方向軸線６２に沿って少なくとも部分的に、ガイドスリーブ５４に設けられたばね収容溝６４内に嵌入しており、このばね収容溝６４内で、コイルばね３２はガイドスリーブ５４に対して軸方向に支持されている。

ガイドスリーブ５４はさらに、内部に円筒状の収容部分６６を有し、この収容部分６６は、主として円筒状部分６０の内周壁によって形成される。この収容部分６６内には、環状のシールエレメント６８が、ポンプケーシング２６に対して相対的に位置固定に配置されており、その際、このシールエレメント６８はＨ字形の横断面を有する。さらに、円筒状部分６０の突出した端部において半径方向内側に延びているつば部分７０には、第２のプラスチックエレメント７２が、同じくポンプケーシング２６に対して相対的に位置固定に配置されている。したがって、ポンプピストン２８の軸方向で見て第１のプラスチックエレメント４６から大きな間隔を置いて配置された第２のプラスチックエレメント７２は、第１のプラスチックエレメント４６の案内領域４８と共に、ポンプピストン２８の案内もしくは二点支持を提供する。

第２のプラスチックエレメント７２の支持点は、図１で見てポンプピストン２８の下側の端部分５２におけるコイルばね３２による力導入部もしくはカム駆動装置（図示しない）による力導入部の近傍に位置している。したがって、支持部に加えられるトルク負荷が低減され得る。支持部を第１のプラスチックエレメント４６の案内領域４８と第２のプラスチックエレメント７２とに分離することによって、支持部を、ポンプピストン２８の上側の端部分４２の近傍と下側の端部分５２の近傍とに設けることができる。これにより、横方向力の影響が低減され得る。その結果、支持部に加えられる負荷が小さくなることに基づき、プラスチックエレメント４６，７２の使用を可能にすることができる。

第１のプラスチックエレメント４６の構成はこの場合、特に重要である。したがって以下に図２および図３につき第１のプラスチックエレメント４６について詳しく説明する。

図２はピストン燃料ポンプ１８の一部分の断面図を示す。第１のプラスチックエレメント４６が明確に見て取れる。図２で見て上側の領域に、第１のプラスチックエレメント４６は、真っ直ぐな管部分として形成された押込部分７４を有する。この押込部分７４はポンプピストン２８に対して同軸であり、ポンプピストン２８によって貫通させられるか、もしくはポンプピストン２８に押し被せられている。図２で見て下側の領域では、プラスチックエレメント４６が段部４４を介してポンプピストン２８とクリップ結合されている。特に、第１のプラスチックエレメント４６の、段部４４の外周面の半径方向外側に存在する材料領域は、既に上で述べた支持・案内領域４８を形成し、この支持・案内領域４８によってポンプピストン２８はポンプシリンダ４０内にスライド式に案内され、かつ半径方向で支持されている。

案内領域４８は、ポンプシリンダ４０の内周壁７６から、図面上認識できない約３／１００ｍｍの間隙を有する。軸方向において、すなわちピストン長手軸線６２に沿って、案内領域４８に続いて圧送室３４に向かって、シールリップとして形成されたシール領域５０が延びている。このシールリップ５０は、案内領域４８に一体成形されかつ半径方向外側に向かって弾性的にプリロードをかけられた管部分として、ポンプピストン２８に対してほぼ同軸に延びている。案内領域４８とシール領域５０とは、図２および図３に示した実施形態では一体的に構成されている。

シールリップ５０は、図３に再度拡大して図示されているように、プリロードをかけられて、ポンプシリンダ４０の内周壁７６に接触している。シールリップとシール領域５０との間では、プラスチックエレメント４６に切欠きが存在し、この切欠きは、プレッシャサポート領域７８を形成する。このプレッシャサポート領域７８は、上死点へのポンプピストン２８の運動時に、すなわち燃料ピストンポンプ１８の圧送ストローク時に、圧送室３４内に生ぜしめられる圧力が、プレッシャサポート領域７８内に作用し、ひいてはシールリップの自由な外側にも作用し、これによってシールリップ５０が、プリロードに加えて、内周壁７６に対して密に押圧されるように構成されている。

Claims (13)

1. 内燃機関用のピストン燃料ポンプ（１８）であって、
   ポンプシリンダ（４０）と、該ポンプシリンダ（４０）内に移動可能に収容されたポンプピストン（２８）とを備えたピストン燃料ポンプ（１８）において、
   ピストン燃料ポンプ（１８）が、前記ポンプピストン（２８）用の第１の支持・シール装置（４６）を有しており、
   該第１の支持・シール装置（４６）が、前記ポンプピストン（２８）に押し被せられる押込部分（７４）と、前記ポンプシリンダ（４０）内に前記ポンプピストン（２８）を軸方向で案内するための案内領域（４８）と、該案内領域（４８）よりも、前記ピストン燃料ポンプ（１８）の圧送室（３４）寄りに設けられ、前記ポンプシリンダ（４０）の内周壁（７６）に接触するシールリップを有するシール領域（５０）と、を含み、
   前記押込部分（７４）と前記シール領域（５０）との間に、前記圧送室（３４）を向いて開放する、切欠きとしてのプレッシャサポート領域（７８）が設けられており、
   前記シールリップは、プリロードをかけられて前記ポンプシリンダ（４０）の内周壁（７６）に接触していることを特徴とする、ピストン燃料ポンプ（１８）。
2. 前記ピストン燃料ポンプ（１８）が、第１のプラスチックエレメント（４６）を含み、該第１のプラスチックエレメント（４６）に前記第１の支持・シール装置が形成されている、請求項１記載のピストン燃料ポンプ。
3. 前記第１のプラスチックエレメント（４６）が、ポリアミド（ＰＡ）および／またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から製造されている、請求項２記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
4. 前記第１の支持・シール装置（４６）が、前記ポンプピストン（２８）に固く結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
5. 前記ポンプピストン（２８）が、円環状の段部（４４）を有しており、該円環状の段部（４４）に、前記第１の支持・シール装置（４６）がクリップ結合されていて、かつ／または接着されている、請求項４記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
6. 前記段部（４４）が、前記ポンプピストン（２８）の、前記ピストン燃料ポンプ（１８）の圧送室（３４）寄りの端部分（４２）の周辺に配置されている、請求項５記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
7. 前記第１の支持・シール装置（４６）が、一体的に単一部分から形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
8. 前記第１の支持・シール部材（４６）が、複数の部分から形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
9. 前記第１の支持・シール装置（４６）の一部が、互いにクリップ結合されていて、かつ／または互いに接着されている、請求項８記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
10. 前記ポンプシリンダ（４０）と前記案内領域（４８）との間に、１／１００ｍｍ〜１０／１００ｍｍの範囲のギャップが存在する、請求項１から９までのいずれか１項記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
11. 前記ポンプシリンダ（４０）と前記案内領域（４８）との間に、約３／１００ｍｍのギャップが存在する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
12. 前記ポンプピストン（２８）の、前記ピストン燃料ポンプ（１８）の圧送室（３４）とは反対の側の端部分（５２）の周辺に、前記ポンプピストン（２８）を案内する第２の支持装置が、前記ポンプシリンダ（４０）に対して相対的に位置固定に配置されている、請求項１から１０のいずれか１項記載のピストン燃料ポンプ（１８）。
13. 前記第２の支持装置は、第２のプラスチックエレメント（７２）である、請求項１２記載のピストン燃料ポンプ（１８）。

Images