JP2006509142A - 内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

高圧ポンプは、駆動軸（１２）と、少なくとも１つのポンプエレメント（１４）とを有している。このポンプエレメント（１４）は、駆動軸（１２）によってストローク運動で駆動されるポンプピストン（２０）を有している。この場合、駆動軸（１２）の、その回転軸線（１３）に対して偏心的に配置された区分（１６）には、リング（１８）が回転可能に支承されている。このリング（１８）には、ポンプピストン（２０）が支持エレメント（２４）を介して支持されている。リング（１８）および／または支持エレメント（２４）は、少なくともその接触領域に多数のマイクロ凹部（４２）を有している。リング（１８）および／または支持エレメント（２４）には、少なくともその接触領域で固体潤滑材層（４０）が被着されている。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプから出発する。

このような高圧ポンプは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２９５４８号明細書によって公知である。この公知の高圧ポンプは、駆動軸と、この駆動軸によってストローク運動で駆動されるポンプピストンを備えた少なくとも１つのポンプエレメントとを有している。駆動軸は、その回転軸線に対して偏心的に形成された軸区分を有している。この軸区分にはリングが回転可能に支承されている。ポンプピストンは支持エレメントを介してリングに支持されている。駆動軸の回転運動は、駆動軸と一緒に回転しないリングを介してポンプピストンのストローク運動に変換される。リングと支持エレメントとの間の接触領域には、ポンプピストンによって形成された圧力に基づき、高い力が作用する。内燃機関における十分な消費率低減および有害物質エミッション削減のためには、燃料噴射時にますます高い圧力が必要となる。この圧力は高圧ポンプによって形成されなければならない。これによって、高圧ポンプの構成部材の負荷が上昇し、リングと支持エレメントとの摩耗が増加する。さらに、有害物質エミッションの削減のためには、新たな燃料が開発される。この燃料は、特にほとんど硫黄を含有していない。しかし、この場合、燃料の潤滑特性が悪化させられる。この理由から、事情によっては、高圧ポンプの十分な寿命をもはや保証することができない。

発明の利点
請求項１記載の特徴を備えた本発明による高圧ポンプは従来のものに比べて、リングおよび支持エレメントの耐摩耗性が改善されており、これによって、高圧ポンプが、極めて高い圧力の形成時でも、燃料の潤滑作用が僅かな場合でも、十分な寿命を達成す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構成および改良形が記載してある。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１〜図６には、たとえば自動車の内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプが示してある。この高圧ポンプはラジアルピストンポンプとして形成されている。この場合、高圧ポンプによって、燃料が最大２０００ｂａｒの高圧下で、たとえばアキュムレータ（蓄圧器）内に圧送される。このアキュムレータから、燃料が内燃機関での噴射のために取り出される。高圧ポンプはハウジング１０を有している。このハウジング１０内には、駆動軸１２が軸線１３を中心として回転可能に支承されている。ハウジング１０内には、少なくとも１つ、有利には複数のポンプエレメント１４が配置されている。これらのポンプエレメント１４は駆動軸１２によって駆動される。この駆動軸１２は、その回転軸線１３に対して偏心的に形成された軸区分１６を有している。この軸区分１６には、リング１８が回転可能に支承されている。ポンプエレメント１４はそれぞれ１つのポンプピストン２０を有している。このポンプピストン２０は、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に延びるシリンダ孔２２内に移動可能に密にガイドされている。各ポンプエレメント１４のポンプピストン２０はそのピストン基部２１で支持エレメント２４を介してリング１８に支持されている。この場合、ピストン基部２１は、一方でハウジング１０にかつ他方でばね受け２３を介して支持エレメント２４に支持されたばね２６によって支持エレメント２４に当て付けられた状態でかつ支持エレメント２４を介してリング１８に保持することができる。支持エレメント２４は、たとえば支持プレートまたはタペットとして形成されていてよい。

各ポンプピストン２０によってポンプ作業室２８が仕切られる。このポンプ作業室２８は、このポンプ作業室２８内に開放する入口弁３０によって燃料供給部に接続可能である。この燃料供給部には低圧が形成されている。さらに、ポンプ作業室２８は、アキュムレータに向かって開放する出口弁３２によってアキュムレータに接続可能である。駆動軸１２の回転時には、ポンプピストン２０が駆動軸１２の偏心的な軸区分１６と、駆動軸１２と一緒に回転しないリング１８とを介してストローク運動で駆動される。ポンプピストン２０が半径方向内向きに運動させられると、このポンプピストン２０は吸入行程を実施する。この場合、入口弁３０が開放されており、これによって、燃料がポンプ作業室２８内に流入するのに対して、出口弁３２は閉鎖されている。ポンプピストン２０が半径方向外向きに運動させられると、このポンプピストン２０は圧送行程を実施する。この場合、入口弁３０が閉鎖されており、ポンプピストン２０によって圧縮された燃料が、開放された出口弁３２を通って高い圧力下でアキュムレータ内に到達する。

リング１８はポンプエレメント１４の数に相応して外面に扁平加工部３４を有している。この扁平加工部３４には各支持エレメント２４が接触している。高圧ポンプの運転の間、リング１８と支持エレメント２４とは圧送行程時のかつ吸入行程時のポンプピストン２０の周期的な負荷および負荷軽減によって振動負荷される。これによって、異なる高さの押圧力が支持エレメント２４とリング１８との間の接触領域に作用する。有利には、高圧ポンプによって圧送される燃料量を内燃機関の要求に適合させることができることが提案されている。このためには、ポンプ作業室２８が部分的にしか充填されないように、このポンプ作業室２８内への燃料の流入を制限することができる。このことは、たとえばポンプ作業室２８に通じる流入通路内での吸入絞り作用によって行うことができる。ポンプ作業室２８の部分充填時には、リング１８と支持エレメント２４との付加的な打撃負荷が生ぜしめられる。なぜならば、燃料圧送ひいてはリング１８および支持エレメント２４の押圧負荷が、ポンプピストン２０の部分的な無負荷行程後に初めて行われるからである。

リング１８の外面では、少なくとも支持エレメント２４に対する接触領域を成す扁平加工部３４に固体潤滑材層４０が被着されている。さらに、リング１８はその外面で少なくとも扁平加工部３４ひいては支持エレメント２４に対する接触領域に多数のマイクロ凹部４２を有している。これらのマイクロ凹部４２は、図３〜図６に拡大して示してある。リング１８は、有利には鋼から成っている。

マイクロ凹部４２は、たとえば図３に示したように、球面状窪みとして形成することができる。この球面状窪みは、リング１８の扁平加工部３４の面にわたって均一にまたは不均一に分配されて配置されている。マイクロ凹部４２は、択一的には、図４に示したように、少なくともほぼ真っ直ぐに延びる溝として形成されていてもよい。この溝は長手方向または横方向にまたは任意の別の方向付けを伴ってリング１８の扁平加工部３４の面にわたって延びている。マイクロ凹部４２は、択一的には、図５に示したように、交差する溝として形成されていてもよい。この溝はリング１８の扁平加工部３４の面にわたって延びている。さらに、マイクロ凹部４２は、択一的には、図６に示したように、少なくともほぼ円セグメント状に延びる溝として形成されていてもよい。この溝は、少なくともほぼ互いに同心的に延びるようにリング１８の扁平加工部４２の面にわたって分配されて配置されている。マイクロ凹部４２の、前述した種々異なる構成のコンビネーションが使用されてもよい。

マイクロ凹部４２は、有利には約２〜３０μｍの深さと約１５〜３０μｍの幅とを有していて、互いに約３０〜１５０μｍの間隔を置いて配置されている。マイクロ凹部４２は、公知の加工法、たとえばレーザ製造、ハードターニング、放電加工またはリソグラフィ法によってリング１８の扁平加工部３４の面に加工することができる。

固体潤滑材層４０はリング１８の扁平加工部３４の面に被着されていて、面全体、すなわち、マイクロ凹部４２だけでなく、このマイクロ凹部４２の間に位置する隆起した領域も被覆している。この場合、固体潤滑材層４０の表面には、マイクロ凹部４２が相応に凹部として形成されていてよい。固体潤滑材層４０の凹部には、リング１８と支持エレメント２４との間の潤滑を改善する燃料が捕集され得る。この場合、高圧ポンプの運転の開始時には、リング１８と支持エレメント２４との接触領域の間に固体潤滑材層４０が存在していて、高圧ポンプのすり合わせ運転を容易にする。しかし、この場合、固体潤滑材層４０は高圧ポンプの運転の間に削り取られる。高圧ポンプのある程度の運転期間後、固体潤滑材層４０はもはやマイクロ凹部４２にしか存在していない。リング１８のさらなる摩耗時には、常に十分な固体潤滑材がマイクロ凹部４２から流出し、リング１８と支持エレメント２４との間の潤滑を改善する。固体潤滑材層４０の厚さはその出発状態で、たとえば１０μｍ〜２０μｍの間に寸法設定されている。

まず、固体潤滑材層４０がリング１８に被着され、次いで、マイクロ凹部４２が製作されることが提案されていてもよい。この事例では、固体潤滑材がマイクロ凹部４２に位置していないものの、このマイクロ凹部４２は、リング１８と支持エレメント２４との間の潤滑を改善する燃料がマイクロ凹部４２に捕集される効果を有している。

択一的には、固体潤滑材層４０がマイクロ凹部４２内にしか被着されず、このマイクロ凹部４２の間に位置する隆起した領域は固体潤滑材層４０を有していないことが提案されていてもよい。この場合、高圧ポンプの運転の間、存在する摩耗に基づき、常に固体潤滑材がマイクロ凹部４２から流出し、リング１８と支持エレメント２４との間の潤滑を改善する。固体潤滑材層４０がマイクロ凹部４２をその深さの方向で部分的にしか充填していないことが提案されていてもよい。この事例では、高圧ポンプの運転の開始時にマイクロ凹部４２内に、リング１８と支持エレメント２４との間の潤滑を改善する燃料が捕集され得る。高圧ポンプの運転期間が増加するにつれて、摩耗に基づき、マイクロ凹部４２の深さが減少し、これによって、マイクロ凹部４２から徐々に固体潤滑材が流出し、この場合、リング１８と支持エレメント２４との間の潤滑を改善する。

固体潤滑材層４０はバインダ材料から成っている。このバインダ材料内には固体潤滑材粒子が含有されている。固体潤滑材層４０は、たとえば液状のラッカの形でまたは別の公知の塗布技術でリング１８に被着することができる。バインダ材料は有機化合物または無機化合物から成っていてよい。バインダ材料のための無機化合物の使用は有機化合物に比べて、より高い耐熱性の利点を提供する。バインダ材料のための有機化合物の使用は無機化合物に比べて、より良好な耐食性の利点を提供する。バインダ材料の選択は、耐熱性および耐燃料性に関する要求に向けられている。固体潤滑材粒子はバインダ材料内に均一に数μｍのサイズ、有利には約３〜８μｍの間の直径の粒子として付与されている。固体潤滑材として、特にポリテトラフルオロエチレンまたは黒鉛または二硫化モリブデンを使用することができる。この場合、これらの物質のから成る混合物が使用されてもよい。ポリテトラフルオロエチレンと二硫化モリブデンとから成る混合物によって、リング１８と支持エレメント２４との間の僅かな摩擦係数が可能となる。

リング１８への固体潤滑材層４０の固着の最適化のためには、リング１８の表面の化学的な前処理、たとえばリン酸塩処理が行われてよい。これによって、定着させる中間層４４が形成される。この中間層は、この中間層によってマイクロ凹部４２が平坦化されないように被着されなければならない。中間層の厚さは最大でマイクロ凹部４２の深さの約２０％に寸法設定されていることが望ましい。

リング１８に対して択一的または付加的には、前述したように、支持エレメント２４がリング１８との接触領域に相応の固体潤滑材層４０とマイクロ凹部４２とを備えていてもよい。

高圧ポンプの縦断面図である。 図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った高圧ポンプの横断面図である。 マイクロ凹部の第１の構成を備えた高圧ポンプの、図２にＩＩＩで示した部分を示す図である。 マイクロ凹部の第２の構成を示す図である。 マイクロ凹部の第３の構成を示す図である。 マイクロ凹部の第４の構成を示す図である。

符号の説明

１０ ハウジング、 １２ 駆動軸、 １３ 回転軸線、 １４ ポンプエレメント、 １６ 軸区分、 １８ リング、 ２０ ポンプピストン、 ２１ ピストン基部、 ２２ シリンダ孔、 ２３ ばね受け、 ２４ 支持エレメント、 ２６ ばね、 ２８ ポンプ作業室、 ３０ 入口弁、 ３２ 出口弁、 ３４ 扁平加工部、 ４０ 固体潤滑材層、 ４２ マイクロ凹部、 ４４ 中間層

Claims (9)

1. 内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプであって、駆動軸（１２）と、少なくとも１つのポンプエレメント（１４）とが設けられており、該ポンプエレメント（１４）が、駆動軸（１２）によってストローク運動で駆動されるポンプピストン（２０）を有しており、駆動軸（１２）の、その回転軸線（１３）に対して偏心的に配置された区分（１６）に、リング（１８）が回転可能に支承されており、該リング（１８）にポンプピストン（２０）が、支持エレメント（２４）を介して支持されている形式のものにおいて、リング（１８）および／または支持エレメント（２４）が、少なくともその接触領域に多数のマイクロ凹部（４２）を有しており、リング（１８）および／または支持エレメント（２４）に少なくともその接触領域で固体潤滑材層（４０）が被着されていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプ。
2. マイクロ凹部（４２）が、約２〜３０μｍの深さおよび／または約１５〜３０μｍの幅および／または互いに約３０〜１５０μｍの間隔を有している、請求項１記載の高圧ポンプ。
3. マイクロ凹部（４２）が、球面状窪みの形で形成されている、請求項１または２記載の高圧ポンプ。
4. マイクロ凹部（４２）が、溝の形で形成されている、請求項１または２記載の高圧ポンプ。
5. 溝が交差している、請求項４記載の高圧ポンプ。
6. 溝が、少なくともほぼ円セグメント状に形成されている、請求項４記載の高圧ポンプ。
7. 固体潤滑材層（４０）が、ポリテトラフルオロエチレンおよび／または黒鉛および／または二硫化モリブデンを含有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
8. 固体潤滑材層（４０）が、バインダ材料を有しており、該バインダ材料内に固体潤滑材粒子が、均一に分配されて含有されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
9. リング（１８）および／または支持エレメント（２４）の表面と固体潤滑材層（４０）との間に、定着させる中間層（４４）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。

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