JP2006521487A - 流体ポンプ、特に燃料高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

流体ポンプ（２０）、特に燃料高圧ポンプは、ケーシング（５０）と、インレット側の少なくとも１つの低圧接続部（１８）とを有している。さらに、インレット弁（４０）と、フィード部材（３０）により画定されるフィード室（３２）とが存在している。流体ポンプ（２０）が、インレット側の圧力変動を緩衝する圧力緩衝器（４８）を有しており、該圧力緩衝器（４８）が、少なくとも１つの圧縮性の体積（７６）を有しており、該圧縮性の体積（７６）が直接低圧接続部（１８）とインレット弁（４０）との間の流動経路（４６）内に配置されているようにした。

Description

背景技術
本発明は、流体ポンプ、特に燃料高圧ポンプであって、ケーシングと、インレット側の少なくとも１つの低圧接続部と、インレット弁と、フィード部材により画定されるフィード室とが設けられている形式のものに関する。

冒頭で述べた形式の流体ポンプはドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３９８８５号明細書から公知であり、例えば燃料が直接噴射されるタイプの内燃機関で使用される。この種の内燃機関では、燃料が流体ポンプにより高圧に圧縮され、燃料集合管路（「レール」）にフィード、すなわち圧送される。燃料集合管路から、燃料は高圧下で燃料噴射装置を介して直接内燃機関の燃焼室に到達する。流体ポンプは燃料を低圧接続部とインレット弁とを介してフィード室に吸い込む。フィード室はフィードピストンにより画定される。低圧接続部に接続されている燃料管路内の圧力変動を補償するために、燃料管路には圧力緩衝器が配置されている。圧力緩衝器はばね負荷されたピストンを有している。ピストンは、袋状の接続部を介して燃料管路に接続された緩衝チャンバを画定する。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の流体ポンプを改良して、一つには流体ポンプがコンパクトに構成されるようにし、もう一つには低圧接続部の上流に配置されたコンポーネント、例えば低圧燃料管路の負荷ができるだけ小さくなるようにすることである。

上記課題は、冒頭で述べた形式の流体ポンプにおいて、流体ポンプが、インレット側の圧力変動を緩衝する圧力緩衝器を有しており、該圧力緩衝器が、少なくとも１つの圧縮性の体積を有しており、該圧縮性の体積が直接低圧接続部とインレット弁との間の流動経路内に配置されていることにより解決される。

発明の利点
圧縮性の体積を直接低圧接続部とインレット弁との間の流動経路内に配置したことは、これまで一般的であった袋回路とは異なり、低圧接続部と、低圧接続部に接続された低圧管路とを負荷する、ポンプ内部の結合振動（Ｋｏｐｐｅｌｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇ）が阻止されるという利点を有している。このための理由は、インレット弁が例えば流体ポンプのフィード量の制御のためにフィードピストンのフィードストローク中に強制的に開放される際に、恒例の圧力変動がインレット弁自体において発生するという点にある。圧縮性の体積を本発明のように配置したことにより、圧力変動は直接その発生場所で緩衝される。それにより、安価なコンポーネントが低圧接続部および低圧管路のために使用されることができる。このことは低圧接続部および低圧管路のコストを引き下げる。さらに、さもなければ必要な、ポンプケーシング内の孔が省略されることができる。さらに、一般的なばね負荷されたピストンの代わりに圧縮性の体積が使用されることは、それが簡単に構成され、それにより流体ポンプも全体的に比較的安価であるという利点を有している。

本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。

本発明の有利な構成では、圧縮性の体積が、少なくとも１つのダイヤフラムにより画定されるガス体積であることが提案される。ガスの圧縮性は、相応の圧力緩衝器の、極めて簡単な構造を可能にする。このことは流体ポンプの製作コストを節減する。さらに、そのようなガス体積はほぼ任意に成形されることができる。その結果、簡単にインレット弁と流体ポンプの低圧接続部との間の領域に組み込まれることができる。原理的には、ガス体積を、多数の、ガスで満たされた個々の小さなカプセルにより形成することも考えられる。

その際、圧縮性の体積が、流動経路の拡張部内に収容されており、該拡張部がケーシングカバーにより覆われると、特に有利である。このことは流体ポンプの組立を容易にする。その際、ケーシングカバーは例えば深絞り加工されていることができ、ポンプケーシングの、相応の対応部材に螺合または溶接されることができる。

流体ポンプの半径方向の寸法は、ケーシングカバーがポンプケーシングの軸方向の端面に配置されていると減じられる。

流体ポンプの半径方向の寸法の、さらなる減少は、低圧接続部がケーシングカバーに配置されていることにより達成される。一般に、低圧接続部のために接続管片が使用される。接続管片はケーシングカバーに溶接されているか、またはこれに螺合されている。管片は真っ直ぐであっても、角度を成していてもよい。その結果、同じ流体ポンプが、種々異なる組付状況にも容易に適合されることができる。その際、原理的に任意の吐出方向が可能である。

本発明による流体ポンプの、特に有利な構成では、圧力緩衝器が、２つの軸方向の端面を備えた、実質的に回転対称形の緩衝器ケーシングを有しており、該緩衝器ケーシングが、その最大の直径を有する領域に存在する軸方向の中央平面を起点として、軸方向の端面に向かって減径しており、かつ各端面に少なくとも１つの開口を有しており、かつ／または両端面と中央平面との間のケーシング壁に、その都度少なくとも１つの開口が存在している。つまり、この種の緩衝器ケーシングはほぼ円盤状の形状を有している。緩衝器ケーシング内には、圧縮性の体積が容易に収容されることができる。その際、圧縮性の体積は、圧力脈動を効果的に緩衝することができる大きさの画定面を有していることができる。同時に、圧縮性の体積は軸方向で短く構成される。このことは流体ポンプの寸法にとって有利である。緩衝器ケーシングの壁に設けられた開口により、一つには流体が低圧接続部からインレット弁に、絞られることなく到達することができることが保証され、もう一つには流体が圧縮性の体積を直接環流する、すなわち圧縮性の体積の周囲を巡って流れることが保証される。それゆえ、そのように構成された圧力緩衝器は特に効果的である。

圧力緩衝器の組付は、緩衝器ケーシングがその両端面でもってポンプボディとケーシングカバーとの間にクランプされていると簡単化される。その際、再現可能な力関係を得るために、緩衝器ケーシングが少なくとも部分的に（二部分から成るケーシングの場合、例えば少なくとも一方のケーシング半分に）、かつクランプ方向で、ある特定のばね弾性を有しているべきであるのは明らかである。

同じ方向を指向する、本発明による流体ポンプの別の構成では、緩衝器ケーシングが、周囲にわたって分配配置されていて全体的に半径方向で張り出したセンタリング区分を有しており、該センタリング区分が緩衝器ケーシングを流動経路の拡張部に対して半径方向でセンタリングする。このようにして、圧力緩衝器は流動経路の拡張部内に装填されることができ、引き続いてのケーシングカバーの組付後には自動的に組付位置に固定されているようになっている。このことは流体ポンプの組立を容易にする。

加えて別の構成では、センタリング区分のうちの少なくとも幾つかが、その都度１つの、ほぼ軸方向で、かつほぼ緩衝器ケーシングの中央平面を超えて延在する端部区分を有しており、該端部区分で、圧縮性の体積が緩衝器ケーシングに対して半径方向でセンタリングされていることが提案される。この場合、センタリング区分には二重機能が割り当てられる。すなわち、センタリング区分は、緩衝器ケーシングの、流動経路の拡張部に対するセンタリングだけではなく、緩衝器ケーシング内に収容されている圧縮性の体積の、半径方向でのセンタリングのためにも役立つ。これにより、圧力緩衝器自体の組立は簡単化される。

圧縮性の体積の、半径方向外側の縁部が、少なくとも部分的に、流動経路の拡張部の壁に当て付けられており、それにより拡張部の壁に対してセンタリングされていることも可能である。このために、流動経路の拡張部の壁は例えば、周囲にわたって分配配置された押込成形加工部を有していることができる。

類似の方向を指向する、本発明による流体ポンプの別の構成では、緩衝器ケーシングが２つのケーシング半分を有しており、圧縮性の体積が、両ケーシング半分の間にクランプされている。このことも、圧縮性の体積の、緩衝器ケーシング内での簡単な組立を、付加的な保持装置を必要とすることなく可能にする。圧縮性の体積が有利にはその縁部でクランプされていることは自明である。さもなければ、緩衝器ケーシング自体が、少なくとも部分的に（２部分構成のケーシングの場合、例えば一方のケーシング半分に）、かつ軸方向でばね弾性的な特性を、圧縮性の体積の体積変化を阻止することのないように有しているべきである。

本発明による流体ポンプの、別の有利な構成では、ケーシングカバーが縁折り部を有しており、該縁折り部に、低圧接続部が配置されている。そのような縁折り部により、低圧接続部の接続管片の接続が容易にされる。やはり、低圧管路の直接的な接続も考えられる。

図面
以下に本発明の特に有利な実施例について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１：組み込まれた圧力緩衝器を備えた流体ポンプを有する燃料系の概略図である。
図２：図１に示した流体ポンプの部分断面図である。
図３：流体ポンプの択一的な実施形態の部分断面図である。
図４：図３に示した流体ポンプとは若干改変された実施形態の部分断面図である。
図５：流体ポンプの、さらに別の択一的な実施形態の部分断面図である。
図６：流体ポンプの、さらに別の択一的な実施形態の部分断面図である。

実施例の説明
図１には、全体として符号１０が付与された燃料系が示されている。燃料系１０は燃料容器１２を有している。燃料容器１２から、プレフィードポンプ１４が燃料を低圧管路１６にフィードする。低圧管路１６は、高圧ピストンポンプとして形成された流体ポンプ２０の低圧接続部１８に連通している。流体ポンプ２０は図１に破線により暗示されている。

高圧ピストンポンプ２０の高圧接続部２２は燃料集合管路２４に接続されている。燃料集合管路２５は「レール」とも呼ばれる。燃料集合管路２４内には、高圧ピストンポンプ２０により圧縮された燃料が高圧下で蓄えられている。燃料集合管路２４には、複数の燃料噴射装置２６が接続されている。燃料噴射装置２６は燃料を、燃料噴射装置２６にその都度割り当てられた燃焼室２８内に直接噴射する。つまり、この燃料系１０は、燃料が直接噴射されるタイプの内燃機関に属する。

高圧ピストンポンプ２０の、図１に示した液圧的な回路図には、いくつかのその主要なコンポーネントが示されている。

その主要なコンポーネントにフィードピストン３０が属する。フィードピストン３０は例えば図示されていない駆動軸により往復運動させられることができる。フィードピストン３０はフィード室３２を画定する。フィード室３２は、インレット弁装置３４と、ばね負荷された逆止弁として形成されたアウトレット弁３６とに流動接続されている。圧力調整弁３８により、アウトレット弁３６の下流の圧力が調節されることができる。

インレット弁装置３４は一方で、ばね負荷された逆止弁４０を有している。逆止弁４０は本来のインレット弁を成す。電磁式の操作装置４２を介して、インレット弁４０は強制的にその開放された位置にもたらされることができる。このことは切換シンボル４４により示されている。低圧接続部１８とインレット弁装置３４との間の流動経路４６内には、圧力緩衝器４８が配置されている。図１に示した液圧的な回路図からは明らかでないが、圧力緩衝器４８は、袋回路（Ｓａｃｋｓｃｈａｌｔｕｎｇ：行き止まりの回路）内に配置されているのではなく、圧縮可能な体積として直接低圧接続部１８とインレット弁装置３４との間の流動経路４６内に配置されている。このことについては後でさらに詳細に図２を参照しながら説明する。

インレット弁装置３４により、高圧ピストンポンプ２０のフィード量が調節されることができる。このために、フィードピストン３０のフィードストローク中、インレット弁４０がその強制的に開放された位置４４にもたらされる。この場合、フィードピストン３０のフィードストローク中、燃料は燃料集合管路２４ではなく、流動経路４６を介して低圧管路１６に押し戻される。特にこれにより流動経路４６および低圧管路１６内に発生する圧力脈動は圧力緩衝器４８により平滑化される。

図２から明らかであるように、高圧ピストンポンプ２０はケーシング５０を有している。ケーシング５０はケーシングボディ５２、ピストンブシュ５３およびケーシングカバー５４を有している。ケーシングカバー５４は周壁５６および基底５８を備えた円筒状の形状を有している。周壁５６の自由な縁部はケーシングボディ５２に溶接されている。

ケーシングカバー５４は図２で見てケーシング５０の上側の覆いを形成しており、その点に関して、フィードピストン３０の長手方向で見てポンプケーシング５０の軸方向の端面に配置されている。低圧接続部１８はインレット管片により形成される。インレット管片はケーシングカバー５４の基底５８の中心に溶接されている。ケーシングボディ５２とケーシングカバー５４とにより、室６２が画定される。室６２は、以下に説明する通り、インレット管片１８からインレット弁４０にかけて延びる流動経路４６の、拡張された区分を成している。この目的のために、拡張部６２から、軸方向で延びる通路６３が、図２の図平面外に位置しているがために目視不能なインレット弁４０に連通している。高圧接続部２２はアウトレット管片により形成される。アウトレット管片はケーシングボディ５２に溶接されている。

圧力緩衝器４８は拡張部６２内に装填されている。圧力緩衝器４８は回転対称形の緩衝器ケーシング６６を有している。緩衝器ケーシング６６は、緩衝器ケーシング６６がその最大の直径を有している領域に存在する軸方向の中央平面６８を起点として、より小さな直径を有する２つの端面に向かって延在する。２つの端面にはその都度１つの開口７０が存在している（その際、圧力緩衝器４８が中央平面６８の両側で同一に形成されていることを指摘しておく；それゆえ、図示の理由から、片側にのみ符号を付与した。）。緩衝器ケーシング６６の、中央平面６８の領域から端面に向かって円錐形に減径（テーパ）する壁７２にも、周囲にわたって分配配置された開口７４が存在している。

緩衝器ケーシング６６内には圧縮性のガス体積７６が封入、より詳細に言えば、実質的にかつ全体的に平行なダイヤフラム７８ａ，７８ｂとの間に封入されている。緩衝器ケーシング６６は２部分から、すなわち上側部分６６ａおよび下側部分６６ｂから成る。両ダイヤフラム７８ａ，７８ｂの縁部は中央平面６８の領域で緩衝器ケーシング６６の上側部分６６ａと下側部分６６ｂとの間にクランプされている。解体された出発状態で、緩衝器ケーシング６６の軸方向の長さは拡張部６２の高さよりも若干大きい。このことは、図２に示した組付状態で、緩衝器ケーシング６６がケーシングカバー５４とケーシングボディ５２との間にクランプされていることにつながる。その際、緩衝器ケーシング６６の、図２で見て上側の開口７０は、正確にインレット管片１８の領域に位置する。

ケーシング６６の台架の剛性的な構成により、組立時に発生する軸方向の圧縮力が半径方向の直径の変化につながらないことが達成される。それゆえ、ダイヤフラム７８ａ，７８ｂは確実にケーシング６６に対してセンタリングされている。

図２に示した高圧ピストンポンプ２０は以下のように作動する。

吸込サイクル中、フィードピストン３０は図２で見て下降運動する。これにより、燃料はインレット管片１８、拡張部６２、通路６３およびインレット弁４０を介してフィード室３２に吸い込まれる。緩衝器ケーシング６６がケーシングカバー５４とケーシングボディ５２との間で緊張されており、これにより、開口７０の縁部とケーシングカバー５４もしくはケーシングボディ５２との間にほぼ液密の接触が形成されているので、燃料はインレット管片１８から、図２で見て上側の開口７０を通して、緩衝器ケーシング６６の内部に流入し、そこでダイヤフラム７８ａに沿って流動し、開口７４を通して緩衝器ケーシング６６から流出し、拡張部６２に到達する。拡張部６２内で、燃料は引き続いて通路６３に流入するためにダイヤフラム７８ｂも負荷する。

両ダイヤフラム７８ａ，７８ｂの間に封入された、本来の圧力緩衝課題を有するガス体積７６が直接燃料の流動経路４６内に位置しており、燃料により直接環流されることが見て取れる。インレット弁４０を起点として圧力衝撃が発生すると、圧力衝撃は圧力緩衝器４８により、インレット管片１８を介して低圧管路１６内に伝播することができる前に平滑化されることができる。

図３には、高圧ピストンポンプ２０の択一的な実施形態の、圧力緩衝器４８が配置されている領域が示されている。その際、上で説明した図面の部材および領域に対して等価の機能を有する部材および領域には、同一の符号を付与した。それらについての再度の詳細な説明は省略する。このことは概してすべての後続の図面にも該当する。

インレット管片１８が図２とは異なり真っ直ぐではなく９０°の角度を成して形成されていることが見て取れる。さらに、緩衝器ケーシング６６がその中央平面６８の領域に、周囲にわたって分配配置されていて全体的に半径方向で張り出した複数のセンタリング区分８０を有していることが見て取れる。センタリング区分８０は、円錐形の壁７２の、半径方向外側に向かって延びる延長部により形成されている。センタリング区分８０はその都度１つの、ほぼ軸方向でその都度他方のケーシング半分に向かって延在する端部区分８２を有している。

端部区分８２の、半径方向外側に位置する面は、ケーシングカバー５４の周壁５６の内面に当て付けられている。これにより、緩衝器ケーシング６６は拡張部６２もしくはケーシングカバー５４に対してセンタリングされる。端部区分８２はほぼ中央平面６８を超えて延在する。ダイヤフラム７８ａ，７８ｂの、半径方向外側の縁部は、端部区分８２の、半径方向内側に位置する面に当て付けられている。それにより、端部区分８２により、ダイヤフラム７８ａ，７８ｂもしくはガス体積７６も、緩衝器ケーシング６６に対して半径方向でセンタリングされる。

図４から明らかであるように、付加的にケーシングカバー５４に、周囲にわたって分配された複数の押出成形加工部８６が存在していることができる。押出成形加工部８６の内面で、ダイヤフラム７８ａ，７８ｂの、半径方向外側の縁部が直接ケーシングカバー５４に対してセンタリングされることができる。

原理的に、緩衝器ケーシング６６の、半径方向の予圧を伴うセンタリングにより、前組立可能な構成群が得られることを指摘しておく。このことは特に組立に関して有利である。さらに、この種の予圧により、半径方向の公差が最小化される。その結果、圧力緩衝器４８自体の直径が最大化され、ひいてはその作用が最大化されることができる。

高圧ピストンポンプ２０の、さらに別の実施形態のインレット管片１８およびケーシングカバー５４の領域が、図５に示されている。ケーシングカバー５４に縁折り部８４が存在しており、この縁折り部８４にインレット管片１８が溶接されていることが見て取れる。

加えて、さらに別の実施形態が図６に示されている。この実施形態では、縁折り部８４の内面にねじ山８６が転造されており、このねじ山８６にインレット管片１８が螺入されている。

組み込まれた圧力緩衝器を備えた流体ポンプを有する燃料系の概略図である。 図１に示した流体ポンプの部分断面図である。 流体ポンプの択一的な実施形態の部分断面図である。 図３に示した流体ポンプとは若干改変された実施形態の部分断面図である。 流体ポンプの、さらに別の択一的な実施形態の部分断面図である。 流体ポンプの、さらに別の択一的な実施形態の部分断面図である。

Claims (13)

1. 流体ポンプ（２０）、特に燃料高圧ポンプであって、ケーシング（５０）と、インレット側の少なくとも１つの低圧接続部（１８）と、インレット弁（４０）と、フィード部材（３０）により画定されるフィード室（３２）とが設けられている形式のものにおいて、流体ポンプ（２０）が、インレット側の圧力変動を緩衝する圧力緩衝器（４８）を有しており、該圧力緩衝器（４８）が、少なくとも１つの圧縮性の体積（７６）を有しており、該圧縮性の体積（７６）が直接低圧接続部（１８）とインレット弁（４０）との間の流動経路（４６）内に配置されていることを特徴とする流体ポンプ、特に燃料高圧ポンプ。
2. 圧縮性の体積が、少なくとも１つのダイヤフラム（７８）により画定されるガス体積（７６）である、請求項１記載の流体ポンプ。
3. 圧縮性の体積（７６）が、流動経路（４６）の拡張部（６２）内に収容されており、該拡張部（６２）がケーシングカバー（５４）により覆われる、請求項１または２記載の流体ポンプ。
4. ケーシングカバー（５４）がポンプケーシング（５０）の軸方向の端面に配置されている、請求項３記載の流体ポンプ。
5. 低圧接続部（１８）がケーシングカバー（５４）に配置されている、請求項４記載の流体ポンプ。
6. 圧力緩衝器（４８）が、２つの軸方向の端面を備えた、実質的に回転対称形の緩衝器ケーシング（６６）を有しており、該緩衝器ケーシング（６６）が、その最大の直径を有する領域に存在する軸方向の中央平面（６８）を起点として、軸方向の端面に向かって減径しており、かつ各端面に少なくとも１つの開口（７０）を有しており、かつ／または両端面と中央平面（６８）との間のケーシング壁（７２）に、その都度少なくとも１つの開口（７４）が存在している、請求項１から５までのいずれか１項記載の流体ポンプ。
7. 緩衝器ケーシング（６６）がその両端面でもってケーシングボディ（５２）とケーシングカバー（５４）との間にクランプされている、請求項６記載の流体ポンプ。
8. 緩衝器ケーシング（６６）が、周囲にわたって分配配置されていて全体的に半径方向で張り出したセンタリング区分（８０）を有しており、該センタリング区分（８０）が緩衝器ケーシング（６６）を流動経路（４６）の拡張部（６２）に対して半径方向でセンタリングする、請求項６または７記載の流体ポンプ。
9. センタリング区分（８０）のうちの少なくとも幾つかが、その都度１つの、ほぼ軸方向で、かつほぼ緩衝器ケーシング（６６）の中央平面（６８）を超えて延在する端部区分（８２）を有しており、該端部区分（８２）で、圧縮性の体積（７６）が緩衝器ケーシング（６６）に対して半径方向でセンタリングされている、請求項８記載の流体ポンプ。
10. センタリング区分（８０）のうちの少なくとも幾つかが、その都度１つの、ほぼ軸方向で、かつほぼ緩衝器ケーシング（６６）の中央平面（６８）を超えて延在する端部区分（８２）を有しており、該端部区分（８２）で、圧縮性の体積（７６）が緩衝器ケーシング（６６）に対して半径方向でセンタリングされている、請求項８または９記載の流体ポンプ。
11. 圧縮性の体積（７６）の、半径方向外側の縁部が、少なくとも部分的に、流動経路（４６）の拡張部（６２）の壁（８６）に当て付けられており、それにより拡張部（６２）の壁（８６）に対してセンタリングされている、請求項３から９までのいずれか１項記載の流体ポンプ。
12. 緩衝器ケーシング（６６）が２つのケーシング半分（６６ａ，６６ｂ）を有しており、圧縮性の体積（７６）が、両ケーシング半分（６６ａ，６６ｂ）の間にクランプされている、請求項６から９までのいずれか１項記載の流体ポンプ。
13. ケーシングカバー（５４）が縁折り部（８４）を有しており、該縁折り部（８４）に、低圧接続部（１８）が配置されている、請求項３から１０までのいずれか１項記載の流体ポンプ。

Images