JP2003511627A - 自動車の、フィードポンプにより圧力媒体供給される装置内に圧力を迅速に形成するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、自動車の、フィードポンプにより圧力媒体供給される装置、特に高圧フィードポンプ（２）により燃料供給される蓄圧式噴射システム（コモンレール）（４）内に圧力を迅速に形成するための装置（１）であって、ピストン（４０）が設けられており、該ピストン（４０）が、該ピストン（４０）に対してプレロードをかけられたばねエレメント（５０）のばね力に抗して拡大可能な圧力室（４４）を仕切っており、該圧力室（４４）が、フィードポンプ（２）と、圧力媒体供給される装置（４）とに接続されている形式のものに関する。本発明の構成では、ピストン（４０）に作用する係止装置（５６，６４，７４）が設けられており、該係止装置（５６，６４，７４）によってピストン（４０）が、フィードポンプ（２）により圧力室（４４）内に形成された圧力に基づいて前記ばねエレメント（５０）のプレロードに抗して占められた係止位置に係止可能であり、かつ係止解除後に前記ばねエレメント（５０）のばね力により、圧力室（４４）を縮小させる位置へ向かって移動可能である。前記ばねエレメント（５０）の負荷軽減もしくは弛緩により、システム圧が衝撃的に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、自動車の、フィードポンプ
により圧力媒体供給される装置、特に高圧フィードポンプにより燃料供給される
蓄圧式噴射システム（コモンレール）内に圧力を迅速に形成するための装置から
出発する。

【０００２】 最近の内燃機関では、燃料が高い圧力下に蓄え容積内に蓄えられ、これにより
燃料が各噴射弁に分配されるような高圧噴射システム、たとえば自己点火式の内
燃機関における蓄圧式噴射システム（コモンレール）および火花点火式の内燃機
関における直接噴射システムがますます多く使用されるようになっている。この
ような高圧噴射システムでは、既に内燃機関の始動時に噴射システム内に十分に
高い圧力が形成されていなければならないという問題が生じる。一般に、高圧噴
射システムに燃料を供給するために使用される燃料高圧フィードポンプは内燃機
関のクランクシャフトによって駆動されるので、スタータ回転数では圧力形成の
ために時間がかかり過ぎてしまい、これにより、始動時間が長くなってしまう。
それゆえに、燃料高圧フィードポンプの他にプレフィードポンプが使用され、こ
れにより始動のために十分な圧力レベルが提供されるようなる。しかし、これに
伴い、排ガス中の有害物質の増大が生じてしまう。

【０００３】 さらに、内燃機関のガス交換弁のためのエレクトロハイドロリック式の弁制御
装置も高い圧力で作動する。このような弁制御装置では、ガス交換弁アクチュエ
ータをハイドロリック的に、つまり液圧的に操作するために、ハイドロリックポ
ンプを用いてハイドロリックオイルが、たとえば１００バールの圧力レベルにま
でもたらされる。この場合にも、既に内燃機関の始動時に高い圧力が提供されて
いなければならないという問題が生じる。

【０００４】 欧州特許第０４５５７６１号明細書に基づき、内燃機関のガス交換弁を制御す
るためのハイドロリック式の弁制御装置が公知である。この公知の弁制御装置で
は、電磁弁の上流側に制御蓄圧器が配置されている。この制御蓄圧器はピストン
を有しており、このピストンは、このピストンに対してプレロードをかけられた
ばねエレメントのばね力に抗して拡大可能な圧力室を仕切っている。制御蓄圧器
の圧力室は弁制御装置のフィードポンプに接続されていて、電磁弁を介して制御
管路に接続可能である。電磁弁が閉鎖位置に位置している間、ピストンは、フィ
ードポンプにより圧力室内に形成された圧力に基づき、ばねエレメントの作用に
抗して、圧力室を拡大する位置へ押しずらされる。電磁弁が開放された状態では
、圧力室内の圧力が低下する。なぜならば、ハイドロリックオイルの部分量が制
御管路に流入するからである。対圧の低下に基づき、ピストンはばねプレロード
に基づいて圧力室を縮小させることができるので、圧力衝撃が発生し、この圧力
衝撃により制御管路内での制御圧の付加的な精密化および維持が得られる。

【０００５】 したがって、このような初期に設定された目的を超えて、内燃機関の運転停止
後に、引き続き行われる再始動のための高圧を蓄えておくことができるようにす
るためには、電磁弁が内燃機関の全休止時間にわたって閉じられたままの状態に
維持されなければならず、これによって圧力室が常時、高圧下に保持されかつピ
ストンがプレロードをかけられた状態に保持されるようになる。しかし、このよ
うな過程は、次のような問題を生ぜしめる。すなわち、既に極めて僅かな漏れが
生じただけでも、圧力室内の高圧は時間と共に減少し、それゆえに再始動のため
に十分となる圧力が提供されなくなる恐れがある。さらに、自動車の蓄圧器内に
高圧を蓄えておくことに対して安全上の懸念も生じる。なぜならば、蓄圧器にお
いて不適切な作業が行われると事故が発生する恐れがあるからである。

【０００６】 発明の利点 請求項１に記載の本発明による装置には、従来のものに比べて次のような利点
がある。すなわち、迅速な圧力増大を生ぜしめるために使用されるピストンが、
本発明により提案された係止装置を用いるだけで、ばねエレメントに対してプレ
ロードをかけられた、エネルギ蓄え位置に保持可能となる。したがって、圧力室
内の圧力損失を生ぜしめる管路系における不密性が、ピストンにより蓄えられた
エネルギの損失を招く恐れもなくなる。もともと内燃機関の停止状態では、フィ
ードポンプが運転されないことに基づき圧力室はほぼ無圧状態となるので、自動
車における作業時でも、圧力室内に蓄えられた高圧が自動的に放圧する危険は生
じない。

【０００７】 請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の本発明の構成の有利な改
良および改善が可能となる。

【０００８】 本発明の特に有利な構成では、ピストンが、閉じられたシリンダの内部で長手
方向摺動可能に案内されており、この場合、圧力室はピストンと、このシリンダ
の、圧力接続部を備えた底部との間に形成されており、この圧力接続部を介して
、圧力室は、フィードポンプと、圧力媒体供給される装置とを接続する圧力管路
に接続されている。

【０００９】 係止装置が、シリンダ壁に設けられた、直径方向で互いに向かい合って位置す
る収容孔内に収容された２つの係止ピンを有しており、該係止ピンが、出発位置
においてピストンの運動方向に対して直交する方向でシリンダ内に突入していて
、該方向に向かって有利にはコイルばねによってプレロードをかけられており、
前記係止ピンがさらに、ピストンの、係止位置へ向かう方向での運動によって、
それぞれ対応する収容孔内へ押し戻し可能であり、押し戻された前記係止ピンを
ピストンが通過して、該ピストンが所定の係止位置に到達した後に、前記係止ピ
ンが、それぞれ対応する収容孔から再び進出して、少なくともピストンの縁部に
背後から形状接続的に係合するようになっていると有利である。

【００１０】 前記手段により、ピストンの自動的な係止が得られる。この場合、システム内
に存在する圧力の作用に基づき、ピストンは係止ピンの傍らを通って運動して、
係止ピンをそれぞれ対応する収容孔内へ押し戻す。ピストンがその後に所定の係
止位置に到達すると、ばねプレロードをかけられた係止ピンは自動的に収容孔か
ら進出して、ピストンを係止する。

【００１１】 実施例の説明 図１に示した実施例では、符号１で示した本発明による装置が、本発明の有利
な構成において、自動車の自己点火式の内燃機関６に設けられた、高圧フィード
ポンプ２により燃料供給される蓄圧式噴射システム４（コモンレール）内に圧力
を迅速に形成するために働く。

【００１２】 本発明による装置１は圧力接続部８を介して圧力管路１０に接続されており、
この圧力管路１０は高圧フィードポンプ２を、蓄圧式噴射システム４に設けられ
た、高圧フィードポンプ２に対して下流側の分配レール１２に接続している。こ
のためには、高圧フィードポンプ２が、図面に概略的に図示した燃料タンク１４
から燃料を取り出して、分配レール１２に、高圧下にある燃料を供給する。供給
された燃料は次いで公知の形式で個々の噴射弁１６へ分配される。蓄圧式噴射シ
ステム４は内燃機関６のシリンダヘッド１８の範囲に配置されており、このシリ
ンダヘッド１８はシリンダブロック２０に載置されている。

【００１３】 本発明による装置１は、ハウジング２４の底部２２に形成された切り株状の管
片２６を有しており、この管片２６はシリンダヘッド１８に設けられた、段付け
された収容孔２８内に差し込まれている。管路２６と収容孔２８の内部には、当
該装置１と圧力管路１０との間の接続通路３０が延びており、この接続通路３０
は、管片２６に設けられた半径方向外側の環状通路３２内に収容されたシールリ
ング３４によって、環境大気に対してシールされている。ハウジングは細長いシ
リンダ２４として形成されていると有利である。このシリンダ２４内には、中空
円筒状のピストン壁３６と端部側のピストン底部３８とから成るポット形のピス
トン４０が長手方向摺動可能に案内されている。シリンダ２４の底部２２と、ピ
ストン底部３８の、シリンダ２４の底部２２に向けられた面４２との間には、圧
力室４４が規定される。この圧力室４４は接続通路３０を介して圧力管路１０に
常時接続されている。ピストン底部３８の、圧力室４４とは反対の側に向けられ
た面４６は、シリンダ２４に設けられたヘッドプレート４８に支持されかつ部分
的にピストン壁３６の内側に収容されたコイルばね５０によって負荷されている
。このコイルばね５０は、圧力室４４を縮小させる位置へ向かってピストン４０
にプレロードを加えている。

【００１４】 圧力室４４は常時、圧力管路１０に接続されており、そしてこの圧力管路１０
では内燃機関６の運転時に吐出圧下にある燃料が分配レール１２へ圧送されるの
で、圧力室４４にも、相応して高い圧力が生ぜしめられる。これにより、ピスト
ン４０はコイルばね５０の作用に抗して、圧力室４４を拡大させる位置へ向かっ
て押しずらされる。ピストン４０の、実線で図示した係止位置では、圧力室４４
が、たとえばシリンダ２４のヘッドプレート４８へのピストン４０の当接により
制限された最大サイズを有している。ピストン４０をこの係止位置に係止するた
めには、シリンダ壁５２に、たとえば互いに直径方向で向かい合って位置する収
容孔５４が形成されている。これらの収容孔５４内には、シリンダ長手方向軸線
に対して直交する方向で、かつピストン４０の運動方向に対して直交する方向で
摺動可能な係止ピン５６が案内されている。各係止ピン５６は付加的に、シリン
ダ２４に半径方向で装着されたハウジング６０の底部に設けられた、シリンダ２
４の対応する収容孔５４と整合した貫通孔５８内に案内されている。

【００１５】 係止ピン５６はヘッド側で、ハウジング６０に設けられたヘッドプレート６２
に支持された各１つのコイルばね６４によって半径方向内側へ向かってプレロー
ドをかけられている。それゆえに、係止ピン５６は出発状態もしくは初期状態で
はシリンダ２４の内部に突入している。この場合、収容孔５４の直径よりも大き
な直径を有する段部６６が設けられていることにより、係止ピン５６は対応する
収容孔５４の縁部に当接する。係止ピン５６とシリンダ２４のヘッドプレート４
８との間隔は、ほぼピストン４０の長さに相当している。

【００１６】 既に説明したように、内燃機関６の始動によって高圧フィードポンプ２が駆動
されて、圧力管路１０内に相応して高い燃料圧が形成される。この燃料圧は圧力
室４４内にも形成され、特にピストン底部３８の、圧力室４４に面した面４２に
加えられる。これにより、ピストン４０は、圧力室４４がほとんど消失するほど
小さく形成されている、シリンダ底部２２の範囲における出発位置（一点鎖線で
示す）から、コイルばね５０のプレロード作用に抗して、シリンダ２４の内部に
突入した係止ピン５６に向かって運動し、そしてこの係止ピン５６のベース側の
端部６８がシリンダ壁５２の内面７０と整合するまで、係止ピン５６をそれぞれ
対応する収容孔５４内へ押し戻す。このことを容易にするために、係止ピン５６
のベース側の端部６８は適宜に成形されていて、有利には半径方向内側へ向かっ
てくさび状に先細りになっており、この場合、斜めのくさび面７２がピストン４
０の出発位置に向けられている。ピストン４０にプレロードをかけているコイル
ばね５０のばね率もしくはばね定数は、ピストン底部３８に加えられるコイルば
ね５０のばね力が、このばね力とは逆方向に向けられた、高圧フィードポンプ２
の運転圧から生ぜしめられる押圧力よりも小さくなるように設定されていると有
利である。しかし、シリンダ壁５２とピストン壁３６との間を小量の燃料または
ハイドロリックオイルが通過することを回避することはできない。ピストン底部
３８とヘッドプレート４８との間の室が液体で満たされることを回避するために
は、戻し管路９１を備えた流出部９０を設けることができる。

【００１７】 ピストン４０が係止ピン５６を通過しかつ有利にはピストン壁３６の、圧力室
４４から離れる方向に向けられた端部がシリンダのヘッドプレート４８に当接し
た後に、係止ピン５６は、この係止ピン５６にプレロードを加えているコイルば
ね６４の作用によって、再び収容孔５４から押し出され、その後に係止ピン５６
の段部６６が収容孔５４の縁部に載着する。次いで、ピストン底部３８の、圧力
室４４に面した側の面４２の外縁部が、係止ピン５６によって背後から形状接続
的に係合されていると有利である。係止ピン５６とシリンダ２４のヘッドプレー
ト４８との間隔がほぼピストン４０の長さに相当しているので、ピストン４０は
両側で係止位置に位置固定されている。

【００１８】 係止ピン５６は、ハウジング６０の内部に配置された、電流により励磁可能な
電磁石７４によって、係止ピン５６に半径方向内側へ向かってプレロードを加え
ているコイルばね６４の作用に抗して、少なくとも係止ピン５６のベース側の端
部６８がシリンダ壁５２の内面７０と整合するまで収容孔５４内へ引戻し可能で
ある。電磁石７４は電磁コイル７６を有しており、この電磁コイル７６はマグネ
ットコア７８を半径方向で取り囲んでいる。その場合、係止ピン５６はアーマチ
ュア（可動子）を形成し、このアーマチュアには、電磁コイル７６の通電によっ
て、磁気的な吸引力が加えられる。電磁コイル７６を通電するための適当な電気
信号は、たとえば内燃機関６の始動時に機関制御装置８０によって形成され、こ
れによりピストン４０は係止解除される。始動の瞬間ではまだ高圧フィードポン
プ２によって著しい圧力を形成することができないので、圧力室４４にはまだ小
さな圧力しか形成されない。したがって、対圧の欠如に基づき、係止解除された
ピストン４０はコイルばね５０のプレロード力もしくは予荷重力によって駆動さ
れて圧力室４４内の液体を押圧し、これによって圧力室４４は縮小する。これに
より、圧力管路１０では圧力増大が生じ、この圧力増大により、分配レール１２
内の燃料圧もしくはオイル圧は迅速に十分なレベルにまでもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の有利な実施例による、高圧フィードポンプにより燃料供給される蓄圧
式噴射システム（コモンレール）内に圧力を迅速に形成するための装置の概略図
である。

【符号の説明】

１ 装置、 ２ 高圧フィードポンプ、 ４ 蓄圧式噴射システム、 ６ 内
燃機関、 ８ 圧力接続部、 １０ 圧力管路、 １２ 分配レール、 １４
燃料タンク、 １６ 噴射弁、 １８ シリンダヘッド、 ２０ シリンダブロ
ック、 ２２ 底部、 ２４ ハウジング／シリンダ、 ２６ 管片、 ２８
収容孔、 ３０ 接続通路、 ３２ 環状通路、 ３４ シールリング、 ３６
ピストン壁、 ３８ ピストン底部、 ４０ ピストン、 ４２ 面、 ４４
圧力室、 ４６ 面、 ４８ ヘッドプレート、 ５０ コイルばね、 ５２
シリンダ壁、 ５４ 収容孔、 ５６ 係止ピン、 ５８ 貫通孔、 ６０
ハウジング、 ６２ ヘッドプレート、 ６４ コイルばね、 ６６ 段部、
６８ 端部、 ７０ 内面、 ７２ くさび面、 ７４ 電磁石、 ７６ 電磁
コイル、 ７８ マグネットコア、 ８０ 機関制御装置、 ９０ 流出部、
９１ 戻し管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カールステン ミシュカー ドイツ連邦共和国 レオンベルク グロッ ケントゥルムシュトラーセ 18 (72)発明者 ライナー ヴァルター ドイツ連邦共和国 プライデルスハイム ルートヴィヒ−ホーファー−シュトラーセ ２ (72)発明者 ベルント ローゼナウ ドイツ連邦共和国 タム ウルマー シュ トラーセ １ (72)発明者 ユルゲン シーマン ドイツ連邦共和国 マルクグレーニンゲン アイヒェンヴェーク ９ (72)発明者 クリスティアン グローセ ドイツ連邦共和国 コルンヴェストハイム オストシュトラーセ 13 (72)発明者 ゲオルク マレブライン ドイツ連邦共和国 コルンタール−ミュン ヒング ノイハルデンシュトラーセ 42 ／１ (72)発明者 フォルカー ボイヒェ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ヴ ェースバーデナー シュトラーセ 37 (72)発明者 シュテファン ライマー ドイツ連邦共和国 マルクグレーニンゲン レンベルガーヴェーク ２ Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA07 AC09 AD04 AD12 BA19 BA35 CB13T CB13U CB15 CB16 CE13 CE22 CE34 【要約の続き】 しくは弛緩により、システム圧が衝撃的に形成される。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車の、フィードポンプにより圧力媒体供給される装置、
   特に高圧フィードポンプ（２）により燃料供給される蓄圧式噴射システム（コモ
   ンレール）（４）内に圧力を迅速に形成するための装置（１）であって、ピスト
   ン（４０）が設けられており、該ピストン（４０）が、該ピストン（４０）に対
   してプレロードをかけられたばねエレメント（５０）のばね力に抗して拡大可能
   な圧力室（４４）を仕切っており、該圧力室（４４）が、フィードポンプ（２）
   と、圧力媒体供給される装置（４）とに接続されている形式のものにおいて、ピ
   ストン（４０）に作用する係止装置（５６，６４，７４）が設けられており、該
   係止装置（５６，６４，７４）によってピストン（４０）が、フィードポンプ（
   ２）により圧力室（４４）内に形成された圧力に基づいて前記ばねエレメント（
   ５０）のプレロードに抗して占められた係止位置に係止可能であり、かつ係止解
   除後に前記ばねエレメント（５０）のばね力により、圧力室（４４）を縮小させ
   る位置へ向かって移動可能であることを特徴とする、自動車の、フィードポンプ
   により圧力媒体供給される装置内に圧力を迅速に形成するための装置。
2. 【請求項２】 ピストン（４０）が、閉じられたシリンダ（２４）内に長手
   方向摺動可能に案内されており、圧力室（４４）が、ピストン（４０）と、シリ
   ンダ（２４）の、圧力接続部（８）を備えた底部（２２）との間に形成されてお
   り、該圧力接続部（８）を介して圧力室（４４）が、フィードポンプ（２）を圧
   力媒体供給される装置（４）に接続する圧力管路（１０）に接続されている、請
   求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記係止装置が、有利には、シリンダ壁（５２）に設けられ
   た、直径方向で互いに向かい合って位置する収容孔（５６）内に収容された２つ
   の係止ピン（５６）を有しており、該係止ピン（５６）が、出発位置においてピ
   ストン（４０）の運動方向に対して直交する方向でシリンダ（２４）内に突入し
   ていて、該方向に向かって有利にはコイルばね（６４）によってプレロードをか
   けられており、前記係止ピン（５６）がさらに、ピストン（４０）の、係止位置
   へ向かう方向での運動によって、それぞれ対応する収容孔（５６）内へ押し戻し
   可能であり、押し戻された前記係止ピン（５６）をピストン（４０）が通過し、
   かつ該ピストン（４０）が所定の係止位置に到達した後に、前記係止ピン（５６
   ）が、それぞれ対応する収容孔（５６）から再び進出して、少なくともピストン
   （４０）の縁部に背後から形状接続的に係合するようになっている、請求項２記
   載の装置。
4. 【請求項４】 前記係止ピン（５６）と、シリンダ（２４）のヘッドプレー
   ト（４８）との間隔が、ピストン（４０）の長さにほぼ相当している、請求項３
   記載の装置。
5. 【請求項５】 ピストン（４０）がポット形に形成されていて、中空円筒状
   のピストン壁（３６）と、端部側のピストン底部（３８）とを備えており、有利
   にはコイルばね（５０）として形成された前記ばねエレメントが、ピストン壁（
   ３６）の内側に収容されていて、ピストン底部（３８）とシリンダ（２４）のヘ
   ッドプレート（４８）との間に緊締されている、請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 ヘッドプレート（４８）に放圧孔（９０）が収納されており
   、該放圧孔（９０）が、管路（９１）を経由したリザーブタンク（１４）への漏
   れ液の流出を可能にしている、請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】 前記係止装置が、電流により励磁可能な電磁石（７４）を有
   しており、該電磁石（７４）によって、前記係止ピン（５６）が、ピストン（４
   ０）を係止解除するために、前記係止ピン（５６）に作用するプレロードに抗し
   て、それぞれ対応する収容孔（５４）内へ引戻し可能であり、ただしこの場合、
   前記係止ピン（５６）は、少なくともそのベース側の端部（６８）がシリンダ壁
   （５２）の内面（７０）と整合するまで引戻し可能である、請求項６記載の装置
   。
8. 【請求項８】 前記電磁石（７４）が、マグネットコア（７８）を半径方向
   で取り囲む各１つの電磁コイル（７６）を有しており、前記係止ピン（５６）が
   アーマチュアもしくは可動子を形成していて、該アーマチュアもしくは可動子に
   、電磁コイル（７６）の通電によって磁気的な吸引力が加えられるようになって
   いる、請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】 前記電磁石（７４）が、自動車の始動時に電流により励磁さ
   れている、請求項８記載の装置。