JP2003184702A - 圧力を緩衝する装置を備えた高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、良好な緩衝特性を有してい
て簡単に構成される、圧力衝撃を緩衝する装置を備え
た、内燃機関のための高圧燃料ポンプを提供することで
ある。 【解決手段】 燃料供給部３内の圧力衝撃を緩衝する装
置３１が管路区分４３を有しており、かつ、管路区分４
３の、内圧で負荷された場合の体積増大が、管路区分４
３内にある燃料の圧縮性よりも、極めて著しく大きいよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のための
高圧燃料ポンプであって、少なくとも１つのポンプエレ
メントと、燃料供給部と、高圧管路とが設けられてお
り、その際、ポンプエレメントが燃料を燃料供給部から
高圧管路に圧送し、かつ、燃料供給部内の圧力衝撃を緩
衝するための装置が設けられている形式のものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばガソリン直噴式のオットー機関の
コモンレール式噴射装置に使用されるこの高圧燃料ポン
プにおいては、圧力衝撃を緩衝する装置は、運転中に燃
料供給部内に生ずる圧力衝撃を緩衝し、かつ、圧送室に
燃料を、単数又は複数のポンプエレメントの吸い込み行
程中に、充分に供給することを保証する働きをしてい
る。

【０００３】この高圧燃料ポンプの圧送量調節は量制御
弁を介して行われ、この量制御弁は、この目的のため
に、ポンプエレメントの圧送室と燃料供給部との間に液
圧式の接続を形成することが可能である。この接続が形
成されると、ポンプエレメントはもはや高圧管路ではな
く、燃料供給部に圧送する。ピストンポンプのこの調節
により、高圧燃料ポンプの利用率が改善される。それと
いうのは、ポンプエレメントの仕事入力は、それが単に
燃料供給部内の低い圧力に抗して仕事をすればよい場合
に、著しく減少するからである。

【０００４】量制御弁が開弁されると、燃料供給部は衝
撃的に圧力衝撃により負荷され、この圧力衝撃は噴射装
置の著しい機械的な負荷をもたらす。圧力衝撃を緩衝す
る装置は、この圧力衝撃を少なくとも部分的に減少させ
かつ緩衝する働きをする。

【０００５】ポンプエレメントの吸い込み行程の間、燃
料供給部内には極めてわずかな圧力が支配しており、こ
のことは蒸気泡形成及びキャビテーションの危険をもた
らす。燃料供給部内にわずかな圧力が生ずるのは、短期
的に、ピストンポンプにより吸い込まれる燃料量が、低
圧ポンプにより燃料供給部内に圧送される燃料量よりも
大きくなるからである。この運転状態において、圧力衝
撃を緩衝する装置は燃料供給部内の圧力を少なくとも部
分的に維持し、その結果、望ましくない蒸気泡形成は効
果的に抑制される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、冒頭で述べた形式の高圧燃料ポンプを改良し
て、良好な緩衝特性を有していて簡単に構成される、圧
力衝撃を緩衝する装置を備えた、内燃機関のための高圧
燃料ポンプを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、燃料供給部内の圧力衝撃を緩衝す
る装置が管路区分を有しており、かつ、管路区分の、内
圧で負荷された場合の体積増大が、管路区分内にある燃
料の圧縮性よりも、極めて著しく大きいようにした。

【０００８】

【発明の効果】本発明のように構成されていると、内圧
で負荷されると半径方向で、かつ可能ならば軸方向で
も、膨張する管路区分を使用することにより、極めてコ
ンパクトにかつ簡単に構成された緩衝装置が生ずる。管
路区分の可曲性及び弾性に基づいて、管路区分は、ほぼ
任意の、自由な構成スペース内に、燃料高圧ポンプの直
接的な周囲に組み付けることができ、それ故、所要スペ
ースは最少限である。更に、管路区分の適当な材料、そ
の壁厚、内径及び長さを選択することにより、本発明に
よる装置の緩衝特性を広い範囲で、かつ簡単に変化させ
ることができる。これにより、本発明による圧力衝撃を
緩衝する装置は、最も簡単な形式で種々異なる内燃機関
及び高圧燃料ポンプに適合させることが可能である。

【０００９】１変化形では、管路区分が第１の端部と第
２の端部とを有しており、管路区分の第１の端部が燃料
供給部と液圧式に接続されており、かつ管路区分の第２
の端部が閉鎖されている。

【００１０】本発明の特に有利な１構成では、管路区分
がホースとして構成されており、それ故、製作費は極め
て僅かであり、かつ、市販の液圧ホースの良好な緩衝性
質に基づいて良好な緩衝特性が得られる。

【００１１】代替的な１構成では、管路区分はベローズ
として構成されていてもよく、したがって、内圧で負荷
された場合の体積増大は、主として管路区分の軸方向で
行われる。ベローズの寸法決めにより、緩衝特性を広い
範囲で調整することができる。この実施形で特に有利な
ことはまた、このようなベローズが金属の材料から製作
されることが可能で、かつこのベローズがほとんど老化
しないことである。

【００１２】本発明を更に補足して、管路区分の第２の
端部が良好に伝熱性に、高圧燃料ポンプ、噴射装置又は
内燃機関の構造部分と結合されており、かつ、この構造
部分は内燃機関の運転温度において、燃料供給部内の燃
料の蒸発温度を超える温度を有しているようにすること
ができる。これにより、蒸気泡が管路区分の第２の端部
に意識的に生ぜしめられ、蒸気泡はガスクッション若し
くはガス緩衝器の機能を引き受ける。このガス泡によ
り、本発明による圧力衝撃を緩衝する装置の応動特性が
更に改善される。更に、燃料蒸気泡を有さない管路区分
および燃料蒸気泡を有する管路区分の緩衝特性を適当に
調和させることにより、内燃機関若しくは高圧燃料ポン
プのほとんどすべての運転条件において、良好な緩衝特
性を達成することができる。更に、管路区分内における
蒸気泡の存在の有無に関わらず、管路区分の長さは、管
路区分がレゾネータとして作用して所定の周波数範囲の
内部において圧力衝撃を反射により消去するように、選
択することができる。

【００１３】本発明による圧力衝撃を緩衝する装置の作
用は、本発明によれば、管路区分と燃料供給部との間の
液圧式の接続がポンプエレメントの入口弁の直ぐ近傍に
おいて形成されることにより、更に改善することができ
る。

【００１４】本発明の、製作技術的に有利な１構成で
は、管路区分の第１の端部がポンプエレメントのカバー
に固定されており、かつ、該カバーを介して、管路区分
と燃料供給部との間の液圧式の接続が形成される。この
実施例では、高圧燃料ポンプに変更を行う必要なしに、
従来技術で知られているダイヤフラム貯蔵器（Ｍｅｍｂ
ｒａｎｓｐｅｉｃｈｅｒ）を、本発明による圧力衝撃を
緩衝する装置に交換することも容易に可能である。ダイ
ヤフラム貯蔵器の代わりに、単に前記のカバーがねじ止
めされる。

【００１５】加えて、本発明による圧力衝撃を緩衝する
装置の運転特性を更に改善するために、管路区分内に絞
り又はダイヤフラム（Ｂｌｅｎｄｅ）が配置されてい
て、したがって、特に蒸気泡が存在している場合に緩衝
作用が高められるようにすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の別の利点及び有利な構成
は図面、その説明及び請求項から知ることができる。以
下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説す
る。

【００１７】図１は、本発明による高圧燃料ポンプ１を
備えた、内燃機関のための噴射装置の、第１の実施例の
ブロック回路図を示す。高圧燃料ポンプ１は燃料供給部
３，３ａ，３ｂを介して、燃料をタンク５から供給され
る。燃料は電気的な低圧燃料ポンプ７により、タンク５
から燃料供給部３内に圧送される。低圧調節器９は燃料
供給部３内の圧力を例えば４〜６バールに調節する。

【００１８】本発明による高圧燃料ポンプ１は、ここに
示した実施例では、高圧管路１１を介してコモンレール
１３に圧送する。このコモンレール自体はインジェクタ
１５と接続されている。コモンレール１３には圧力制限
弁１７及び圧力センサ１９が配置されている。図１には
図示されていないが、噴射装置の閉ループ制御及び開ル
ープ制御を引き受ける制御装置、信号導線、電気的な供
給導線などがある。

【００１９】高圧燃料ポンプ１は例えば、ピストン（図
示せず）及びシリンダ（図示せず）を備えた少なくとも
１つのポンプエレメント２１を有している。ポンプエレ
メント２１は燃料を燃料供給部３から高圧導管１１に圧
送する。燃料の、高圧導管１１からポンプエレメント２
１への逆流と、ポンプエレメント２１から燃料供給部３
ｂへの逆流とを抑制するために、出口弁２３が高圧管路
１１に、かつ入口弁２５が燃料供給部３ｂに設けられて
いる。

【００２０】高圧燃料ポンプ１の量調節は、ポンプエレ
メント２１の圧送室（図示せず）と燃料供給部３とを接
続するバイパス２７、および該バイパス２７に配置され
た量制御弁２９を介して行われる。

【００２１】量制御弁２９が、図１に示されているよう
に、開弁されていると、ポンプエレメント２１は燃料を
高圧管路１１ではなく、専らバイパス２７に圧送する。

【００２２】量制御弁２９が閉弁されると直ちに、ポン
プエレメント２１の圧送行程の間に圧力がポンプエレメ
ント２１の圧送室（図示せず）内に生じ、かつ、ポンプ
エレメント２１は、圧送室（図示せず）内の圧力が出口
弁２３後方における高圧管路１１内の圧力よりも高くな
ると直ちに、高圧管路１１に圧送する。

【００２３】量制御弁２９が圧送行程の間に開かれる
と、バイパス２７内の燃料および次いで燃料供給部３内
の燃料は圧力衝撃により負荷される。この圧力衝撃は、
ポンプエレメント２１の上流に接続された構成部材、つ
まりタンク５、低圧燃料ポンプ７、低圧調節器９、又は
例えば燃料高圧ポンプの迅速接続部（Ｓｃｈｎｅｌｌａ
ｎｓｃｈｌｕｅｓｓｅ）のような接続エレメント（図示
せず）のような構成部材を損傷させることがある。

【００２４】この圧力衝撃を減少させるために、燃料供
給部３内に圧力衝撃を緩衝する装置３１が設けられてい
る。この装置３１の構造及び運転特性は以下において図
２につき詳細に説明する。まず、圧力衝撃を緩衝する装
置３１が圧力衝撃内に含まれているエネルギを吸収し、
かつ、部分的に貯蔵することを説明すれば充分である。

【００２５】ポンプエレメント２１が、吸い込み行程の
間に高い速度で燃料を燃料供給部３から吸い込むと、こ
のことは、燃料供給部３，３ａ，３ｂ内に著しい圧力降
下をもたらす。それというのは、低圧燃料ポンプ７の圧
送出力がこの所要ピークをカバーするのに充分でないか
らである。燃料供給部３内の圧力が低下すると直ちに、
圧力衝撃を緩衝する装置は３１は燃料を燃料供給部３に
圧送する。圧力衝撃を緩衝する装置３１は要するに２つ
の機能を有している。つまり、この装置は噴射装置を有
害な圧力衝撃から保護すると共に、この装置は燃料供給
部３ｂからポンプエレメント２１への、吸い込み行程の
間の充分な燃料流を保証する。

【００２６】図２には、本発明による高圧燃料ポンプの
第２の実施例が抜粋されて示されている。同じ構造部分
は同じ符号が付与されており、図１に関する前記記載に
相当する。

【００２７】図２には、この実施例においてはポンプエ
レメント２１が、シリンダ孔３５内で案内されているピ
ストン３３から成っていることが、明確に認識される。
シリンダ孔３５及びピストン３３は圧送室３７を仕切っ
ている。ピストン３３が図２に示した配置では下方に向
かって移動する際に、入口弁２５を介して、燃料は燃料
供給部３から圧送室３７内に到達することができる。こ
れが、いわゆる「吸い込み行程」である。

【００２８】ピストン３３が再び上方に向かって入口弁
２５の方向に移動すると直ちに、圧送室３７の容積が減
少し、入口弁２５が閉弁し、かつ、燃料は出口弁２３を
介して高圧管路１１内に押し出される。この場合の前提
は、量制御弁２９が閉じられていることである。

【００２９】ピストン３３が充分に燃料を高圧管路１１
に圧送すると、量制御弁２９が開弁される。この、量制
御弁２９の切り替え位置は、図２に示されている。開弁
された量制御弁２９により、ピストン３３によって圧送
される燃料は燃料供給部３に押し出される。この結果、
既に述べた圧力衝撃が燃料供給部３内に生じ、これは、
本発明による圧力衝撃を緩衝する装置３１により緩衝さ
れる。

【００３０】本発明による圧力衝撃を緩衝する装置３１
の、図２に示した実施例はカバー３９から成り、該カバ
ー３９はポンプエレメント２１とねじ結合されている
（結合部は図２においては示されていない）。カバー３
９には短管４１が構成されており、該短管４１に１片の
ホース４３が被せ嵌められている。ホース４３として
は、市販の耐燃料性のホースを使用することができ、こ
のホースは、約４〜６バールの静圧により発生する圧力
と、上述の何回も述べた圧力衝撃とにより負荷可能であ
る。ホースの選択に応じて、本発明による圧力衝撃を緩
衝する装置３１の緩衝特性を広い範囲で高圧燃料ポンプ
（図示せず）の要求に適合させることができる。

【００３１】ホース４３はその第１の端部４５をもって
接続短管４１に被せ嵌められている。ホース４３の第２
の端部４７において、ホース４３は閉鎖片４９によって
閉じられている。閉鎖片４９は固定孔５３を備えた固定
アイ５１を有している。この固定アイ５１により、閉鎖
片４９は、高圧燃料ポンプ、噴射装置又は内燃機関（図
示せず）の、温度を導く構造部分に固定されることが可
能である。この構造部分は内燃機関の運転温度におい
て、燃料供給部３若しくはホース４３内の燃料の蒸発温
度よりも上の温度に達するようにし、それ故、内燃機関
が運転温度に達すると直ちに、蒸気泡がホース４３内に
形成される。この蒸気泡（図示せず）はガスクッション
のように作用し、かつ、本発明による装置３１の緩衝作
用を高める。内燃機関の、温度を導く構造部分から装置
３１への良好な熱伝達を保証するために、閉鎖片４９
を、良好に伝熱する材料、特に良好に伝熱する金属から
製作することが推奨される。

【００３２】カバー３９は閉鎖片４９と同じ温度を有し
ていないので、蒸気泡（図示せず）は、燃料供給部３内
に達することができる程には、膨張しない。蒸気泡が燃
料供給部内に達することは、望ましくない。それという
のは、このような燃料供給部３内の蒸気泡はポンプエレ
メント２１の圧送特性を損なうからである。

【００３３】本発明による装置３１の運転特性を更に制
御し得るようにするために、例えばカバー３９内に、特
に接続短管４１の領域内に、絞り（図示せず）を設ける
ことができる。

【００３４】本発明の代替的な１構成（図示せず）で
は、ホース４３はベローズ（Ｆａｌｔｅｎｂａｌｇ）、
特に金属製のベローズにより代替することができる。金
属ベローズは内圧で負荷されることによりその長手方向
の容積変化を可能にする。ベローズの寸法決め及び材料
選択により、このようなベローズの緩衝特性を高圧燃料
ポンプの要求に適合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高圧燃料ポンプを備えた噴射装置
の第１の実施例のブロック回路図である。

【図２】本発明による高圧燃料ポンプの第２の実施例の
概略図である。

【符号の説明】 １ 高圧燃料ポンプ、 ３ 燃料供給部、 ３ａ 燃料
供給部、 ３ｂ 燃料供給部、 ５ タンク、 ７ 低
圧燃料ポンプ、 ９ 低圧調節器、 １１ 高圧管路、
１３ コモンレール、 １５ インジェクタ、 １７
圧力制限弁、１９ 圧力センサ、 ２１ ポンプエレ
メント、 ２３ 出口弁、 ２５ 入口弁、 ２７ バ
イパス、 ２９ 量制御弁、 ３１ 圧力衝撃を緩衝す
る装置、 ３３ ピストン、 ３５ シリンダ孔、 ３
７ 圧送室、 ３９ カバー、４１ 短管、 ４３ ホ
ース、 ４５ 第１の端部、 ４７ 第２の端部、４９
閉鎖片、 ５１ 固定アイ、 ５３ 固定孔

フロントページの続き (72)発明者 ウーヴェ ミュラー ドイツ連邦共和国 ヘミンゲン ヒルシュ シュトラーセ ３／２ Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AC09 BA38 BA40 CA20U CA39T CB13T CB18

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のための高圧燃料ポンプであっ
   て、少なくとも１つのポンプエレメント（２１）と、燃
   料供給部（３）と、高圧管路（１１）とが設けられてお
   り、その際、ポンプエレメント（２１）が燃料を燃料供
   給部（３）から高圧管路（１１）に圧送し、かつ、燃料
   供給部内の圧力衝撃を緩衝するための装置（３１）が設
   けられている形式のものにおいて、燃料供給部（３）内
   の圧力衝撃を緩衝する装置（３１）が管路区分（４３）
   を有しており、かつ、管路区分（４３）の、内圧で負荷
   された場合の体積増大が、管路区分（４３）内にある燃
   料の圧縮性よりも、極めて著しく大きいことを特徴とす
   る、高圧燃料ポンプ。
2. 【請求項２】 管路区分（４３）が第１の端部（４５）
   と第２の端部（４７）とを有しており、管路区分（４
   ３）の第１の端部（４５）が燃料供給部（３）と液圧式
   に接続されており、かつ管路区分（４３）の第２の端部
   （４７）が閉鎖されている、請求項１記載の高圧燃料ポ
   ンプ。
3. 【請求項３】 管路区分（４３）がホースとして構成さ
   れている、請求項１又は２記載の高圧燃料ポンプ。
4. 【請求項４】 管路区分がベローズとして構成されてい
   る、請求項１又は２記載の高圧燃料ポンプ。
5. 【請求項５】 管路区分（４３）の第２の端部（４７）
   が良好に伝熱性に、高圧燃料ポンプ、噴射装置又は内燃
   機関の構造部分と結合されており、かつ、この構造部分
   は内燃機関の運転温度において、燃料供給部（３）内の
   燃料の蒸発温度を超える温度を有している、請求項２か
   ら４までのいずれか１項記載の高圧燃料ポンプ。
6. 【請求項６】 管路区分（４３）と燃料供給部（３）と
   の間の液圧式の接続が、ポンプエレメントの入口弁（２
   ５）の直ぐ近傍において形成される、請求項１から５ま
   でのいずれか１項記載の高圧燃料ポンプ。
7. 【請求項７】 管路区分（４３）の第１の端部（４５）
   がポンプエレメント（２１）のカバー（３９）に固定さ
   れており、かつ、カバー（３９）を介して、管路区分
   （４３）と燃料供給部（３）との間の液圧式の接続が形
   成される、請求項１から６までのいずれか１項記載の高
   圧燃料ポンプ。
8. 【請求項８】 管路区分（４３）が分岐レゾネータとし
   て作用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の
   高圧燃料ポンプ。
9. 【請求項９】 管路区分（４３）内に絞り又はダイヤフ
   ラムが設けられている、請求項１から８までのいずれか
   １項記載の高圧燃料ポンプ。