JP2004518905A - 直噴式内燃機関の燃料システムのための高圧燃料ポンプ、燃料システム並びに内燃機関 - Google Patents

Abstract

高圧燃料ポンプ（１０）は、直噴式の内燃機関の燃料システムのために使用される。高圧燃料ポンプはケーシング（１２）並びに低圧入口（１８）を有している。更に高圧出口（２０）が存在しており、この高圧出口（２０）は燃料集合導管（２２）に接続可能である。高圧燃料ポンプ（１０）を可及的にコンパクトなかつ小さな構成にすることを可能ならしめるために、燃料集合導管（２２）を高圧燃料ポンプ（１０）のケーシング（１２）内に組み入れることを提案する。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、まず、直噴式内燃機関の燃料システムのための高圧燃料ポンプであって、ケーシングと、低圧入口と、高圧出口とを備えており、高圧出口が燃料集合導管に接続可能である形式のものに関する。
【０００２】
このような高圧燃料ポンプは市場から公知である。高圧燃料ポンプは普通のラジアルピストンポンプを有しており、このラジアルピストンポンプは、機械的な結合を介して、直接的に内燃機関によって駆動される。公知のラジアルピストンポンプは、燃料導管を介して、一般に「レール」とも呼ばれる燃料集合導管内に搬送する。この燃料集合導管内で、燃料は非常に高い圧力（数１００バール）下で貯蔵される。燃料集合導管から若干の分岐導管が分岐しており、これらの分岐導管は内燃機関の燃焼室における個々の噴射弁に通じている。
【０００３】
本発明の課題は、最初に述べた形式の高圧燃料ポンプを改良して、高圧燃料ポンプが可及的に小さくかつコンパクトに構成され、かつ安価に製作することができるようにすることである。
【０００４】
この課題は、最初に述べた形式の高圧燃料ポンプにおいて、燃料集合導管が高圧燃料ポンプのケーシング内に組み入れられているようにすることによって、解決される。
【０００５】
発明の利点
燃料集合導管を高圧燃料ポンプのケーシング内に組み入れることによって、高圧出口から燃料集合導管への、燃料が辿る道のりは極めて短い。このこと自体は、高圧燃料ポンプと燃料集合導管との間の流動損失を減少させるので、燃料集合導管内の圧力が同じである場合に高圧燃料ポンプの可動な部分をより小さく構成することができる。更に、特別な高圧燃料導管を高圧燃料ポンプと燃料集合導管との間に設けることは、もはや必要でない。このことは、費用を減少させる。
【０００６】
本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の第１の構成では、高圧燃料ポンプが、回転不能な軸を中心として回転可能なポンプ部分を有しており、燃料集合導管が少なくとも部分的に、回転不能な軸内に、特に回転不能な軸に対して同軸的に配置されている。この高圧燃料ポンプは特にコンパクトに構成される。それは、高圧燃料ポンプにおいては、もともと軸のために必要である場所が、燃料集合導管の少なくとも１つの部分を収容するために使用されるからである。
【０００８】
このことは、高圧燃料ポンプがラジアルピストンポンプを有しているときに、特に容易に実現することができる。高圧出口と燃料集合導管との間の道のりは、ラジアルピストンポンプが、半径方向で内方に向かって搬送するラジアルピストンポンプであるときに、特に短くすることができる。この場合、燃料集合導管は直接的に、ラジアルピストンポンプの高圧出口に接続することができる。
【０００９】
ラジアルピストンポンプは更にポンプ室を有することができ、このポンプ室内にロータが配置されている。このロータは、ポンプ室の縦軸線に対して偏心的に配置された軸に、回転可能に支承されている。ポンプ室は半径方向で、回転可能なリングによって制限されていてよく、かつ少なくとも１つのピストンが設けられていてよい。このピストンはロータ内で、半径方向にしゅう動可能に配置されていて、かつ半径方向の端部をもって、回転可能なリングに接触している。回転可能なリングを備えたこのようなラジアルピストンポンプは、機械的に特に損失をわずかにして働き、かつしたがって、特定の圧力を燃料集合導管内に生ぜしめるために、比較的に小さく構成することができる。
【００１０】
この利点は、回転可能なリングが、回転するころ軸受けによって支承されていると、なお大きくなる。
【００１１】
特に好ましいのは、本発明による高圧燃料ポンプの次のような構成である。すなわち、この構成においては、高圧燃料ポンプが、前搬送ポンプと、流体的に前搬送ポンプの後方に配置された主搬送ポンプとを有しており、この主搬送ポンプは高圧出口に搬送する。このような２段の高圧燃料ポンプにより、コンパクトな構造形式の場合に、特に高い圧力水準を高圧出口において達成することができる。
【００１２】
この場合、前搬送ポンプが羽根室ポンプを、かつ主搬送ポンプがラジアルピストンポンプを有していると、特に好ましい。羽根室ポンプは低い圧力から中間の圧力まで、極めて良好な効率を有しており、これに対し、ラジアルピストンポンプは中間の圧力を高い圧力に圧縮するのに特に適している。
【００１３】
ラジアルピストンポンプの、ロータとポンプ室の半径方向外方の壁との間に形成されているリング室が、第１の絞りを介して、流体的に前搬送ポンプの出口側に、かつ第２の絞りを介して出口に接続されているようにすることも、提案される。これらの絞りを相応して調和させることによって、リング室内の圧力は、ラジアルピストンポンプの供給路内の圧力よりも小さい。これによって、吸い込み行程中のピストンの吸い込み運動が助長される。
【００１４】
前搬送ポンプ及び主搬送ポンプが共通の軸によって駆動されることも、特に好ましい。またこのような高圧燃料ポンプは特にコンパクトに構成される。
【００１５】
更に、ケーシングが複数部分から成っていることも、提案される。このことは、個々の部分の製作と、ケーシング内に設けられていて、燃料が通流すべき孔の製作とを容易にする。
【００１６】
この場合、次のような構成を用いることができる。すなわち、燃料集合導管がケーシング部分内に設けられており、このケーシング部分の外部輪郭が１つの範囲内で、定置の軸を形成するようにするのである。このような部分は比較的に簡単に製作することができ、かつ安価な形式で２つの機能を１つの部分内にまとめる。
【００１７】
燃料集合導管が設けられているケーシング部分自体が複数部分から成っていてもよい。この場合、燃料集合導管を形成している切り欠き部は、より簡単に形成することができ、かつケーシング部分の提供されているスペースを最適に利用する複雑な幾何学的形状を有することができる。
【００１８】
燃料集合導管に圧力制限弁が配置されているような構成も、好ましい。これによって、一面では必要な圧力を準備し、かつ他面では燃料集合導管内の最大の、許容し得る圧力を制限するコンパクトなユニットが得られる。加えて、圧力制限弁から出る燃料導管を短い道で例えば低圧入口に導くことができる。このことはケーシング内の相応の孔によって可能である。したがって、流体接続を生ぜしめるための高価な付加的な作業が省略される。
【００１９】
燃料集合導管に、圧力センサが配置されていてもよい。このことは、燃料集合導管内で支配的である実際の圧力を監視することを可能にし、したがって高圧燃料ポンプの誤機能を直ちに認識し、かつ相応の手段を導入することができる。
【００２０】
本発明は、燃料タンクと、燃料を直接的に内燃機関の燃焼室内に噴射する少なくとも１つの噴射弁と、少なくとも１つの高圧燃料ポンプと、噴射弁が接続されている燃料集合導管とを備えている形式の燃料システムにも関する。
【００２１】
このような燃料システムにおいて、製作費を低減するために、高圧燃料ポンプが上述の形式で構成されていることが提案される。この場合、別個の部材の数を減少させることができ、かつ個々の燃料接続部の製作に必要な費用も減少される。
【００２２】
最後に本発明はさらに、燃料が直接的に噴射される少なくとも１つの燃焼室を備えた内燃機関に関する。
【００２３】
このような内燃機関のための製作費を減少させるために、内燃機関が上述の形式の燃料システムを有しているようにすることが提案される。この燃料システムは、別個の部材の数が減少されていること及び生ぜしめるべき流体接続部の数がわずかであることに基づいて、より容易に製作することができるので、これによって内燃機関のための全製作費が減少される。
【００２４】
実施例の説明
以下においては、本発明の実施例を添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００２５】
図１においては、高圧燃料ポンプは全体として符号１０で示されている。高圧燃料ポンプはケーシング１２を有し、このケーシング１２は複数部分から構成されている。ケーシング１２は、図１において実質的に左側に配置された部分１４と、図１において実質的に右側に配置された部分１６とを有している。高圧燃料ポンプ１０は低圧入口１８を有し、この低圧入口１８は、図１において示されていない燃料導管に接続されている。更に高圧燃料ポンプ１０は高圧出口２０を有しており、この高圧出口２０に直接的に燃料集合導管２２（「レール」とも呼ばれる）が接続されている。燃料集合導管２２は、高圧燃料ポンプ１０のケーシング１２の、図１で見て右側の部分１６内に組み入れられている。
【００２６】
ケーシング１２の左の部分１４内には段形の切り欠き部２４が形成されている。段形の切り欠き部２４の、最少の直径を有している範囲（符号２６）内には、軸２８が軸受け３０及びシールリング３２を介して支承されている。軸２８により羽根室ポンプ３４が駆動される。羽根室ポンプ３４は普通の構造形式のものである。羽根室ポンプ３４については、ここでは細部については説明しないが、羽根室ポンプ３４は前搬送ポンプであって、腎臓形の低圧入口１８から、やはり腎臓形の前搬送ポンプ出口３６内に搬送する。
【００２７】
軸２８の、図１において右の端部には、連行ディスク３８が固定されており、この連行ディスク３８には、軸方向に延びる２つの連行体４０が一体成形されている。連行ディスク３８と羽根室ポンプ３４との間には、リング形のシールエレメント４２が設けられている。連行体４０はロータ４６の相応の空白部４４内に係合しており、このロータ４６は主搬送ポンプを形成するラジアルピストンポンプ４８の一部である（図３参照）。
【００２８】
ロータ４６はリング形の部材であり、その壁内に、半径方向に延びる貫通孔５０が形成されている。貫通孔５０はロータ４６の周にわたって分配して配置されている。貫通孔５０内では、搬送ピストン５２が半径方向でしゅう動可能に案内されている。搬送ピストン５２の縦方向延在長さは、ロータ４６の半径方向の壁厚にほぼ等しい。
【００２９】
ロータ４６は、ピン状の突起５４に載着されており、この突起５４は、ケーシング１２の右の部分１６の外側輪郭によって形成されている。したがって、突起５４は軸を形成しており、この軸にロータ４６が回転可能に保持されている。軸５４の縦軸線は軸２８の縦軸線と合致している。両方の軸線は符号５６を有している。
【００３０】
ロータ４６の半径方向で外側にリング５８が配置されている。リング５８の内径はロータ４６の外径よりも大きい。リング５８の縦軸線（図示せず）は軸５４の縦軸線５６に対して平行であり、しかしながらこれに対して半径方向でずらされている。したがって、ロータ４６はリング５８に対して偏心的に配置されている。リング５８はニードル軸受け６０を介して、外側リング６２に対して回転可能に支承されている。外側リング６２自体は、左の部分１４内の段形の切り欠き部２４の領域６４内に回転不能にはめ込まれている。
【００３１】
前搬送ポンプ出口３６から流動通路６６が衡量ユニット６８に通じている。流動通路６６は完全に、左の部分１４内に含まれている。衡量ユニット６８から流動通路７０が、ケーシング１２の部分１６内で、腎臓形の主搬送ポンプ入口７２に通じている。衡量ユニットは実質的に電磁弁であり、この電磁弁は主搬送ポンプ４８への供給流を制御する。
【００３２】
高圧出口２０はやはり腎臓形に構成されている。燃料集合導管２２は、より小さい直径を備えた区分７４を有しており、この区分７４は直接的に高圧出口２０に接続されている。更に、燃料集合導管２２はより大きな直径を備えた区分７６を有している。外方に向かって燃料集合導管２２は閉鎖片７８によって閉じられており、この閉鎖片７８は燃料集合導管２２の区分７６内にねじ込まれている。
【００３３】
閉鎖片７８内には、中央の段孔８０が存在しており、より大きな直径を備えたその区分（符号なし）内には、圧力制限弁８２がねじ込まれている。燃料集合導管２２の区分７６からは、更に、複数の分岐導管８４が分岐しており、これらの分岐導管８４は、図示していない弁接続部のためのねじ山接続部８６内に開口している。ケーシング１２の右の部分１６には、更に圧力センサ８８が固定されており、この圧力センサ８８は図示していない形式で流体的に燃料集合導管２２に接続されている。
【００３４】
ロータ４６とリング５８との間にはリング室９０が形成されている。シールエレメント４２内の流動絞り９２を介して、このリング室９０は前搬送ポンプ出口３６と流体的に接続されている。図示していない別の流動絞りを介して、リング室９０は、通常の大気圧下にある出口と接続されている。
【００３５】
高圧燃料ポンプ１０は次のように働く：
低圧入口１８から燃料は羽根室ポンプ３４を介して特定の水準に前圧縮される。この圧力水準が前搬送ポンプ出口３６にかかっている。前圧縮された燃料は、流動通路６６，衡量ユニット６８及び流動通路７０を介して、主搬送ポンプ入口７２に搬送される。ロータ４６とリング５８との間のリング室９０内の圧力は、流動絞り９２と、図示されていない別の流動絞りとによって、主搬送ポンプ入口７２における圧力よりも小さいので、搬送ピストン５２はロータ４６の回転の際にまず半径方向で外方に向かって動く。この運動は遠心力によって助長される。
【００３６】
したがって、貫通孔５０内に存在する相応の搬送室９４は燃料で満たされる。軸２８によってロータ４６は引き続き回転せしめられ、これにより、燃料で満たされた搬送室９４は腎臓形の主搬送ポンプ入口７２から分離される。その代わりに、運動の経過中に、搬送室９４は高圧出口２０に接続される。ロータ４６とリング５８との間の偏心度によって、同時に搬送ピストン５２は半径方向で内方に向かって押され、したがって搬送室９４内に存在している燃料は高圧出口２０を介して燃料集合導管２２内に搬送される。
【００３７】
燃料集合導管２２内で、燃料は高い圧力下で貯蔵される。燃料集合導管２２から燃料は分岐導管８４及びねじ山接続部８６を介して再び放出することができる。燃料集合導管２２内の圧力は、この場合、圧力制限弁８２によって最大の値に制限される。燃料集合導管２２内の圧力の監視は圧力センサ８８によって行われる。
【００３８】
ここで、図３に示した実施例について述べる。この実施例においては、第１の実施例と異なっている部分だけが示されている。他の部分はすべて実質的に同じである。
【００３９】
高圧燃料ポンプ１０の図３に示した実施例と、図１及び２に示した実施例との主相違点は、図３に示されている高圧燃料ポンプ１０のケーシング１２が、２つの部分からではなく、３つの部分から成っていることである。相応する部分は符号１４ａ及び１４ｂ並びに１６を有している。
【００４０】
高圧燃料ポンプ１０の図４に示した実施例では、符号に関しては、図３で述べたことが当てはまる。図３に示した実施例と異なって、図４に示した実施例ではケーシング１２は３部分からではなく、４部分から成っている。相応する部分は符号１４ａ，１４ｂ，１６ａ及び１６ｂを有している。更に燃料集合導管２２は容積を最適化されて構成されている。
【００４１】
図５においては、概略的に内燃機関が示されている。内燃機関は符号９６を有している。内燃機関は燃料システム９８を有している。この燃料システム自体は燃料タンク１００を含み、この燃料タンクから電気的な燃料ポンプ１０２を介して燃料が高圧燃料ポンプ１０に搬送される。この高圧燃料ポンプは図１におけるように構成されている。高圧燃料ポンプ１０には全部で４つの噴射弁１０４が接続されており、これらの噴射弁１０４は燃料を直接的に燃焼室１０６内に噴射する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
複数部分より成るケーシングを備えた高圧燃料ポンプの第１の実施例の縦断面図を示す。
【図２】
図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った部分的な断面図を示す。
【図３】
高圧燃料ポンプの第２の実施例の、図１に類似した縦断面図を示す。
【図４】
高圧燃料ポンプの第３の実施例の、図１に類似した縦断面図を示す。
【図５】
図１の高圧燃料ポンプを使用した燃料システムを備えた内燃機関の原理図を示す。
【符号の説明】
１０ 高圧燃料ポンプ、 １２ ケーシング、 １４ 部分、 １４ａ 部分、 １４ｂ 部分、 １６ 部分、 １６ａ 部分、 １６ｂ 部分、 １８ 低圧入口、 ２０ 高圧出口、 ２２ 燃料集合導管、 ２４ 切り欠き部、 ２６ 最少の直径を有する範囲、 ２８ 軸、 ３０ 軸受け、 ３２ シールリング、 ３４ 羽根室ポンプ、 ３６ 前搬送ポンプ出口、 ３８ 連行ディスク、 ４０ 連行体、 ４２ シールエレメント、 ４４ 空白部、 ４６ ロータ、 ４８ ラジアルピストンポンプ、 ５０ 貫通孔、 ５２ 搬送ピストン、 ５４ 突起、 ５６ 縦軸線、 ５８ リング、 ６０ ニードル軸受け、 ６２ 外側リング、 ６４ 領域、 ６６ 流動通路、 ６８ 衡量ユニット、 ７０ 流動通路、 ７２ 主搬送ポンプ入口、 ７４ 区分、 ７６ 区分、 ７８ 閉鎖片、 ８０ 段孔、 ８２ 圧力制限弁、 ８４ 分岐導管、 ８６ ねじ山接続部、 ８８ 圧力センサ、 ９０ リング室、 ９２ 流動絞り、 ９４ 搬送室、 ９６ 内燃機関、 ９８ 燃料システム、 １００ 燃料タンク、 １０２ 電気的な燃料ポンプ、 １０４ 噴射弁、 １０６ 燃焼室

Claims (17)

1. 直噴式内燃機関（９６）の燃料システム（９８）のための高圧燃料ポンプ（１０）であって、ケーシング（１２）と、低圧入口（１８）と、高圧出口（２０）とを備えており、高圧出口（２０）が燃料集合導管（２２）に接続可能である形式のものにおいて、燃料集合導管（２２）が高圧燃料ポンプ（１０）のケーシング（１２）内に組み入れられていることを特徴とする、直噴式内燃機関の燃料システムのための高圧燃料ポンプ。
2. 高圧燃料ポンプが、回転不能な軸（５４）を中心にして回転可能なポンプ部分（４６）を有しており、燃料集合導管が少なくとも部分的に、回転不能な軸（５４）内に、特に回転不能な軸（５４）に対して同軸的に配置されている、請求項１記載の高圧燃料ポンプ。
3. 高圧燃料ポンプがラジアルピストンポンプ（４８）を有している、請求項２記載の高圧燃料ポンプ。
4. ラジアルピストンポンプ（４８）が、半径方向で内方に向かって搬送するラジアルピストンポンプである、請求項３記載の高圧燃料ポンプ。
5. ラジアルピストンポンプ（４８）がポンプ室を有しており、このポンプ室内にロータ（４６）が配置されており、このロータ（４６）が、ポンプ室の縦軸線に対して偏心的に配置された軸（５４）に、回転可能に支承されており、ポンプ室が半径方向で、回転可能なリング（５８）によって制限されており、少なくとも１つのピストン（５２）が設けられており、このピストン（５２）が、ロータ（４６）内で半径方向にしゅう動可能に配置されていて、かつ半径方向の端部をもって、回転可能なリング（５８）に接触している、請求項３又は４記載の高圧燃料ポンプ。
6. 回転可能なリング（５８）が回転するころ軸受け（６０）によって支承されている、請求項５記載の高圧燃料ポンプ。
7. 高圧燃料ポンプが、前搬送ポンプ（３４）と流体的に前搬送ポンプ（３４）の後方に配置された主搬送ポンプとを有しており、この主搬送ポンプが高圧出口に搬送する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の高圧燃料ポンプ。
8. 前搬送ポンプが羽根室ポンプ（３４）を、主搬送ポンプがラジアルピストンポンプ（４８）を有している、請求項７記載の高圧燃料ポンプ。
9. ラジアルピストンポンプ（４８）の、ロータ（４６）とポンプ室の半径方向外方の壁との間に形成されているリング室（９０）が、第１の絞り（９２）を介して、流体的に前搬送ポンプ（３４）の出口側（３６）に、かつ第２の絞りを介して出口に接続されている、請求項５又は８記載の高圧燃料ポンプ。
10. 前搬送ポンプ（３４）及び主搬送ポンプ（４８）が共通の軸（２８）により駆動される、請求項７から９までのいずれか１項に記載の高圧燃料ポンプ。
11. ケーシング（１２）が複数部分（１４，１６）から成っている、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の高圧燃料ポンプ。
12. 燃料集合導管（２２）がケーシング部分（１６）内に設けられており、このケーシング部分（１６）の外部輪郭が１つの範囲内で、定置の軸（５４）を形成している、請求項１１記載の高圧燃料ポンプ。
13. 燃料集合導管（２２）が設けられているケーシング部分（１６）自体が複数部分（１６ａ，１６ｂ）から成っている、請求項１２記載の高圧燃料ポンプ。
14. 燃料集合導管（２２）に、圧力制限弁（８２）が配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の高圧燃料ポンプ。
15. 燃料集合導管（２２）に、圧力センサ（８８）が配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の高圧燃料ポンプ。
16. 燃料システム（９８）であって、燃料タンク（１００）と、燃料を直接的に内燃機関（９６）の燃焼室（１０６）内に噴射する少なくとも１つの噴射弁（１０４）と、少なくとも１つの高圧燃料ポンプ（１０）と、噴射弁（１０４）が接続されている燃料集合導管（２２）とを備えている形式のものにおいて、高圧燃料ポンプ（１０）が請求項１から１５までのいずれか１項により構成されていることを特徴とする、燃料システム。
17. 内燃機関（９６）であって、燃料が直接的に噴射される少なくとも１つの燃焼室（１０６）を備えている形式のものにおいて、内燃機関が請求項１６による燃料システム（９８）を有していることを特徴とする、内燃機関。