JP2007501913A - 特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプ - Google Patents

特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプ Download PDF

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Abstract

高圧ポンプは少なくとも1つのポンプエレメント(16)を有しており、該ポンプエレメント(16)に燃料がポンプピストン(20)の吸入行程時に流入弁(30)を介して燃料供給通路(50)から吸入され、かつ燃料がポンプピストン(20)の吐出行程時に流出弁(32)を介して燃料供給通路(50)から、吐出される。流入弁(30)は弁部材(44)を有しており、該弁部材(44)の縦軸線(45)に対して傾斜しているシール面(48)が、弁ケーシング(40)に設けられた弁座(42c)と協働している。この場合に弁部材(44)によって、開放状態で、すなわち該弁部材(44)のシール面(48)が弁座(42c)から離れている場合に、弁部材(44)と弁ケーシング(40)との間の流過横断面が燃料供給通路(50)とポンプ作業室(24)との間に解放される。弁部材(44)の開放状態において、弁部材(44)と弁ケーシング(40)との間の最小の流過横断面を有する領域(52)は、燃料供給通路(50)からポンプ作業室(24)への流れ方向で見て、弁部材(44)のシール面(48)の下流側に配置されている。

Description

背景技術
本発明は請求項1の上位概念部に記載の形式の、特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプに関する。
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19860672号明細書により公知である。この公知の高圧ポンプは、ポンプ作業室を仕切る、駆動されてストローク運動す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を有している。ポンプピストンの吸入行程時に、流入弁を介して燃料が燃料供給通路から吸入され、かつポンプピストンの吐出行程時に、流出弁を介して燃料がポンプ作業室から圧送される。流入弁は、弁部材の縦軸線に対して傾斜しているシール面を備えた弁部材を有しており、弁部材のシール面は、弁ケーシングに配置された弁座と協働する。流出弁は、弁ケーシングに配置されている弁座と協働する球状の弁部材を有している。この弁部材の開放状態において、つまり弁部材のシール面が弁座から離れていると、弁部材と弁ケーシングとの間に流過横断面が解放され(開かれ)る。この場合には弁部材の開放状態で、弁部材と弁ケーシングとの間の最小の流過横断が弁部材のシール面の領域に配置されており、従ってそこに高い流速および相応に小さな静圧がシール面の領域に生じ、その結果、弁部材の開放方向に作用する小さな力だけしか生じない。そのうえさらに弁部材のストローク、および圧力差に応じて、閉鎖方向の力が弁部材に作用することになる。従って流入弁の開放保持のために、燃料供給通路とポンプ作業室との間に大きな圧力差が必要となり、その結果、再び燃料供給通路に高い圧力が必要となると同時に、相応に大きいサイズの供給ポンプがこの圧力を発生させるために必要となる。さらに流入弁の貫流の際に大きな圧力損失が発生し、これによってポンプ作業室の充填が悪化する。この圧力損失は、ポンプ作業室の充填のために必要な圧力差に相当する。流出弁は発生する液圧的な力によって振動する傾向にあり、その結果、流出弁は絶え間なく開閉する。これによって高圧ポンプの作動状態は損なわれ、かつ高圧ポンプの高い負荷が、流出弁の閉鎖の際にポンプ作業室に発生する圧力ピークに起因して生じる。
発明の利点
従来のものに比べて、請求項1記載の特徴を有する本発明による高圧ポンプには、次のような利点がある。つまり流入弁および/または流出弁の開放保持のために、弁の前後のわずかな圧力差しか必要にならないということである。なぜならば最小の流過横断面をシール面から外側へ変位させることによって、シール面の領域に高い静圧が生じ、この静圧によって開放方向で弁部材に作用する大きな力が形成されるからである。従って、燃料供給通路内の圧力は比較的に小さく保たれ、その結果相応に小さなサイズの供給ポンプが可能になり、かつ流入弁の貫流時のわずかな圧力損失によって、ポンプ作業室の充填が改善される。流出弁において、最小の流過横断面の変位によって安定的な開放が保証され、その結果、高圧ポンプの負荷は減少されている。
従属請求項には、本発明による高圧ポンプの好都合な構成と発展形態が記載されている。請求項2記載の形態によって、最小の流過横断面の弁部材のシール面の下流側への配置が簡単な形式で可能である。
実施例の説明
図1に内燃機関の燃料噴射装置のために用いられる高圧ポンプ10が示されており、該内燃機関は特に自己着火式の内燃機関である。高圧ポンプ10によって燃料が高圧下でアキュムレータ12に圧送せしめられ、このアキュムレータ12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10は供給ポンプ14によって燃料を供給される。高圧ポンプ10は少なくとも1つのポンプエレメント16を有しており、このポンプエレメント16が、高圧ポンプ10のドライブシャフト18によって少なくとも間接的に駆動されてストローク運動するポンプピストン20を有している。ポンプピストン20は、ドライブシャフト18に対して少なくともほぼ半径方向に延在しているシリンダ孔22内に密に案内されており、かつシリンダ孔22の、ドライブシャフト18と逆の側の外面の端部領域でポンプ作業室24を画定している。ドライブシャフト18はカム、またはドライブシャフト18の回転軸19に対して偏心的なシャフト区分26を有しており、このシャフト区分26を介してドライブシャフト18の回転運動に際して、ポンプピストン20のストローク運動が生じせしめられる。ポンプ作業室24は、ポンプ作業室24に向かって開口している、戻り止め弁として形成された流入弁30を介して、供給ポンプ14から延びる燃料供給部と接続可能である。ポンプ作業室24はさらに、戻り止め弁32として形成されかつポンプ作業室に開口している流出弁32を介して、アキュムレータ12へ向かう燃料流出部と接続可能である。吸入行程時にはポンプピストン20がシリンダ孔22内を半径方向内側に向かって動くので、ポンプ作業室24の容積は拡大される。ポンプピストン20の吸入行程時に生じる圧力差のために、流入弁30は開放され、それというのは、供給ポンプ14によって、ポンプ作業室24に作用している圧力よりも高い圧力が形成されるからであり、その結果、供給ポンプ14から送られた燃料はポンプ作業室24に吸入される。流出弁32がポンプピストン20の吸入行程時には閉鎖されており、それというのは、アキュムレータ12内にポンプ作業室24内よりも高い圧力が作用しているからである。
以下に例として流入弁30を図面2に基づいて詳細に説明する。流入弁30は実施例では高圧ポンプ10のケーシング部分36の、シリンダ孔22の半径方向外側に接続している孔34内に差し込まれている。孔34はこの場合には、シリンダ孔22に対して直径を大きく形成されている。ケーシング部分36はたとえば、ドライブシャフト18が支承されている他のケーシング部分と結合されたシリンダヘッドであってよく、またはドライブシャフト18が支承されているケーシング部分であってよい。シリンダ孔22に向いた側の孔34の端部領域の近くで、たとえば孔34の軸線に対してほぼ半径方向に燃料供給通路38を孔34に開口させてあり、この燃料供給通路38は供給ポンプ14と接続されている。流入弁30は弁ケーシング40を有しており、この弁ケーシング40内に、直径に関して複数の段を付けられた孔42が設けられている。孔42は直径の小さい孔区分42aと、ポンプ作業室24に向かって孔区分42aに接続しているより大きな直径の孔区分42bと、ポンプ作業室24に向かって孔区分42bに接続している孔区分42cと、作業室24に向かって孔区分42cに接続している孔区分42dとを有している。流入弁30はピストン状の弁部材44を有しており、この弁部材44の円筒状の軸部44aが孔区分42a内にスライド可能に案内されている。弁部材44はさらに軸部44aに接続している、軸部44aに対して直径の拡大されたヘッド46を有しており、ヘッド46から軸部44aへの移行部に弁部材44のシール面48が配置されている。シール面48は弁部材44の縦軸線45に対して角度γをなして延びており、この場合に縦軸線45とシール面48とは軸部44aに向かうに伴って互いに接近している。有利にはシール面48は少なくともほぼ円錐台状に形成されている。弁部材44のヘッド46はシール面48に接続して、少なくともほぼ円筒状に形成されていてよい。弁部材44のヘッド46はポンプ作業室24に向いている。弁部材44の軸部44aはヘッド46と反対側の端部で孔区分42aから突出しており、かつこの弁部材44の軸部44aに閉鎖ばね43が作用している。
弁ケーシング40内に孔区分42bに通じる少なくとも1つの供給通路50が設けられている。有利には弁ケーシング40の周囲にわたって均等に分配された複数、たとえば3つの供給通路50が設けられている。孔区分42cは、その直径が孔区分42bから孔区分42dに向かって拡大されるように、形成されている。孔区分42cの周面はこの場合に有利には円錐台状に形成されているが、しかし任意に別の形状で形成され、たとえば凹状または凸状に湾曲されていてもよい。孔区分42cの周面は弁部材44の縦軸線45に対して角度αをなして傾斜している。孔区分42cの周面の傾斜角度αは、有利には、弁部材44のシール面48の傾斜の角度γよりもわずかに大きくなっているが、角度γよりもわずかに小さくてもよい。孔区分42cは弁座をなしており、この弁座と弁部材44のシール面48が協働するようになっている。閉鎖した状態では弁部材44がそのシール面48で孔区分42cに当接し、この場合にシール面48の当接は、傾斜角度αとγとの間の差に基づき孔区分42cの、孔区分42bに向いている縁部で行われる。
孔区分42dは、その直径が孔区分42cからポンプ作業室24に向かって拡大されるように、形成されている。孔区分42dの周面がこの場合に有利には円錐台状に形成されているが、任意に別の形状で形成され、たとえば凹状または凸状に湾曲されていてもよい。孔区分42dの周面は、弁部材44の縦軸線45に対して角度βをなして延びている。孔区分42dの周面は縦軸線45に対して角度βをなして延びている。孔区分42dの周面と縦軸線45とのなす角度βは、孔区分42cの周面と弁部材44の縦軸線45とのなす角度αよりも小さくなっている。互いに異なる角度αおよびβを有する2つの孔区分42cおよび42dの形成を簡単にするために、孔区分42cと42dとの間の移行部に、有利には環状加工溝42eが設けられている。環状加工溝42eは、有利には少なくとも縦軸線45に対してほぼ平行に延びている周面を有する。弁部材44のヘッド46の外径は、閉鎖状態ではヘッド46からシール面48への移行部の縁部が、わずかに環状加工溝42eに入り込む程度に、環状加工溝42eの直径よりもわずかに小さくなっている。その結果、環状加工溝42eによって、弁部材44のヘッド46と弁ケーシング40との間の衝突が回避される。
互いに異なる傾斜角度αおよびβを有する孔区分42cと42dを備えた弁ケーシング40の前記構成によって、次のことが達成される。つまり開放状態で、弁部材44のシール面48が弁座を形成する孔区分42cから離れている場合に、弁部材44のヘッド46の円筒状の区分と孔区分42dとの間に流過横断面の最小の領域52が形成される。流入弁30が開放されると、最も狭い流過横断面の領域52において最大の流速が生じ、これによって静圧は小さくなる。領域52は、供給通路50からポンプ作業室24に燃料が流れる方向で見て、弁部材44のシール面48の下流側に配置されている。弁部材44のシール面48の領域には、領域52内よりも小さい流速が、ひいては相応に高い静圧が生じている。弁部材44のシール面48に作用するこのような静圧は、開放方向で弁部材44に作用する力を生じせしめ、その結果、従って弁部材44の開放運動を助成し、かつ弁部材44の開放状態での弁部材44の安定した位置決めに役立っている。
ポンプピストン20の吸入行程時に流入弁30が開放し、それというのは、燃料供給通路38内に生じていてかつ弁部材44のシール面48の、弁座42cの内側にある部分に作用する圧力によって開放方向で弁部材44に生じる力が、ポンプ作業室24内に作用する圧力によって弁部材44に生じる力と閉鎖ばね43によって生じせしめられる力との合計値よりも大きくなっているからである。弁部材44のシール面48が弁座42cから離れていると、シール面48は全体的に圧力負荷されており、この場合に最も狭い流過横断面の領域52の、シール面48の下流側の配置によって、シール面48に高い静圧が生じ、この静圧が弁部材44を開放状態に保持する。ポンプピストン20の吐出行程時に、ポンプ作業室24で高い圧力が形成され、この圧力によって流入弁30が閉鎖される。
図3には流入弁30の変化構成が示されており、この構成は図2と原則的に同じだが、弁部材44が変更されている。この場合に弁部材44のヘッド46が、弁部材44の軸部44aに向いた側の縁部に対して、ヘッド46の残りの直径と比べて直径の縮小された領域47を有する。弁部材44のヘッド46の直径の縮小された領域47は、弁部材44が閉鎖位置に配置された際に、弁ケーシング40の第1の周面42cと第2の周面42dとの間の移行部と対置するように、配置されている。領域47の直径縮小によって、弁部材44のヘッド46と弁ケーシング40との衝突が回避される。領域47の直径縮小によって、弁部材44のヘッド46でヘッドからシール面48への移行部に段部が形成される。領域47から弁部材44のヘッド46の大きな直径を有する残りの部分への移行部は、図3に示されているように丸みを付けて形成されていてよい。弁部材44のヘッド46は、図2に示されているようにほぼ円筒状に形成されていてよく、または図3に示されているようにほぼ円錐台状に形成されていてよい。この場合にポンプ作業室24に向かうに伴ってヘッド46の直径は拡大され、これによって弁部材44のヘッド46の周囲に沿った流れは改善される。
以下に例として流出弁32を図4に基づいて詳細に説明する。流出弁32は、実施例ではケーシング部分36の孔54に設けられている。アキュムレータ12と接続している燃料流出通路56は、実施例では、孔54の縦軸線に対してほぼ半径方向に孔54に開口している。ケーシング部分36は流出弁32のための弁ケーシングを形成しており、別の実施態では流出弁32のためにケーシング部分36に取り付けられた分離した弁ケーシングが設けられていてよい。ケーシング部分36内に直径に関して複数の段が設けられた孔54が形成されており、ポンプ作業室24に開口する小さな直径の区分54aを有する。ポンプ作業室24と逆の側で孔区分54aに別の孔区分54bが接続されており、この孔区分の直径はポンプ作業室24から離れるにつれて拡大されている。孔区分54bは、有利には、少なくともほぼ円錐台状に形成されているが、別の実施様態として凸状または凹状に湾曲した周面を有していてよい。孔区分54bの周面は、孔区分54の縦軸線55に対して角度αをなして延びている。ポンプ作業室24と逆の側で孔区分54bにさらに別の孔区分54cが接続されており、この孔区分54cの直径はポンプ作業室24から離れるにつれて拡大されている。孔区分54cは、有利には、少なくともほぼ円錐台状に形成されているが、これとは異なって凸状または凹状に湾曲した周面を有していてもよい。孔区分54cの周面は、孔54の縦軸線55に対して角度βをなして延びており、この場合に角度βは角度αよりも小さい。孔区分54cに直径が一定の別の孔区分54dを接続していて、この孔区分はケーシング部分36の外側まで延びている。孔区分54dにケーシング部分36の外側から閉鎖エレメント58がはめ込まれて、実施例では、ねじ込まれている。
流出弁32は少なくとも、ほぼ球状に形成された弁部材60を有する。閉鎖ばね62が設けられていてよく、この閉鎖ばね62は弁部材60と閉鎖エレメント58との間に緊締されており、かつこの閉鎖ばね62によって弁部材60はポンプ作業室24に向けて押圧されている。弁部材60の表面の一部分によって形成されたシール面64が、弁部材60のための弁座を形成する孔区分54bと協働する。ポンプ作業室24内の圧力の小さい場合には、弁部材60は閉鎖ばね62によってシール面64を弁座54bに当接させた状態で保持されている。閉鎖状態では弁部材60の表面の、孔区分54aの直径にほぼ相応する比較的に小さな部分だけが、ポンプ作業室24内に作用している圧力によって負荷されている。ポンプ作業室24内の圧力が上昇すると、流出弁32は開放する。何故なら、弁部材60に作用する圧力によって開放方向に生じせしめられた力は、閉鎖ばね62の力よりも大きくなっているからである。
流出弁32の開放の際に、弁部材60のシール面64と弁座54bとの間に流過横断面が解放される。弁部材60の周囲と孔区分54cとの間に、配置された領域66も流過横断面を同様に解放されており、この場合に領域66内の、弁の開かれた状態での流過横断面は、シール面64と弁座54bとの間の解放された流過横断面よりも小さい。従って開放された流出弁32を貫流する際の燃料流の絞りが、狭い流過横断面の最小の領域66内に生じ、弁部材60のシール面64の領域には生じない。従って弁部材60のシール面64の領域には、最小の流過横断面の領域66における流速よりも小さい流速が生じ、その結果、領域66における静圧よりも高い静圧が生じる。
流出弁32の開放の際に、すなわちこの流出弁32の弁部材60のシール面64が、弁座54bから離れると、弁部材60の負荷される表面が拡大され、従って弁座54b内にある表面だけが圧力負荷されるのではなく、領域66に向って拡大された表面が一緒に圧力負荷される。その結果、大きい流速を伴う大きな燃料量が流出弁32を貫流する場合でも、弁部材60を開放状態に安定的に保持する開放方向の大きな圧力が弁部材60に作用する。開放方向での弁部材60のストロークが増加するに伴って、この弁部材60のシール面64と弁座54bとの間の解放された流過横断面も、領域66内の解放された流過横断面が拡大され、この場合、領域66内の解放された流過横断面が常に、シール面64と弁座54bとの間に解放された流過横断面よりも小さくなっている。弁座54bが孔54の縦軸線55に対してなしている角度αは、大きく選ばれ、その結果、弁座54bは比較的平坦であり、従って高い耐摩耗性を有している。
高圧ポンプの1つの実施例においては、流入弁30だけが前記図2と図3で説明したように形成されているのに対して、流出弁32は簡易な球状弁または円錐弁として形成されている。別の実施例の高圧ポンプにおいては、流出弁32だけが前記図4で説明したように形成されているのに対して、流入弁30は簡易な球状弁または円錐弁として形成されてもよい。さらに図4につき流出弁として説明し球状の弁部材を有する弁が、流入弁として高圧ポンプに使用されてよい。相応に図2と図3につき流入弁として説明した円錐状のシール面を有する弁部材を備える弁が、流出弁として高圧ポンプに使用されてよい。有利には高圧ポンプにおいては、流入弁30も、流出弁32も、図2または図3、および図4につき説明したように形成されている。
内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプを示す図である。 高圧ポンプの流入弁の拡大縦断面図である。 高圧ポンプの流入弁の別の実施例を示す図である。 高圧ポンプの流出弁の縦断面図である。

Claims (8)

  1. 特に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、少なくとも1つのポンプエレメント(16)を有していて、該ポンプエレメント(16)は駆動されてストローク運動するポンプピストン(20)を有しており、該ポンプピストン(20)はポンプ作業室(24)を画定しており、該ポンプ作業室(24)にポンプピストン(20)の吸入行程時に、流入弁(30)を介して燃料が燃料供給通路(50)から吸入され、かつ該ポンプ作業室(24)からポンプピストン(20)の吐出行程時に、流出弁(32)を介して燃料が高圧領域(56,12)内へ吐出されるようになっており、この場合に流入弁(30)および/または流出弁(32)は弁部材(44;60)を有しており、該部材のシール面(48;64)は、弁ケーシング(40;36)内に配置された弁座(42c;54d)と協働するようになっており、弁部材(44;60)によって、開放状態で、すなわち該弁部材(44;60)のシール面(48;64)を弁座(42c;54b)から離した場合に、弁部材(44;60)と弁ケーシング(40;36)との間の流過横断面は解放されるようになっている形式のものにおいて、
    弁部材(44;60)の開放状態で、弁部材(44;60)と弁ケーシング(40;36)との間の最小の流過横断面を有する領域(52;66)は、弁(30;32)を貫流する燃料の流れ方向で見て、弁部材(44;60)のシール面(48;64)の下流側に配置されていることを特徴とする、特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプ。
  2. 弁ケーシング(40;36)が、高圧ポンプの縦軸線(45;55)に対して傾斜していて弁部材(44;60)を包囲する第1の周面(42c;54b)を有しており、該周面(42c;54b)は弁座を形成しており、さらに前記弁ケーシングは第1の周面(42c;54b)に接続していて前記縦軸線(45;55)に対して傾斜して弁部材(44;60)を包囲する第2の周面(42d;54c)を有しており、前記縦軸線(45;55)に対して第2の周面(42d;54c)の傾斜角度(β)が、第1の周面(42d;54c)の傾斜角度(α)よりも小さくなっており、かつ弁部材(44;60)の開放状態において、最小の流過横断面の領域(52;66)が弁部材(44;60)と弁ケーシング(40;36)の第2の周面(42d;54c)との間に配置されている、請求項1記載の高圧ポンプ。
  3. 弁ケーシング(40;36)の第1の周面(42c;54b)および/または第2の周面(42d;54c)が少なくともほぼ円錐台状に形成されている、請求項2記載の高圧ポンプ。
  4. 弁部材(44)のシール面(48)が少なくともほぼ円錐台状に形成されていて、かつ有利には弁ケーシング(40)の第1の周面(42c)と該弁ケーシングの縦軸線(45)にとのなす角度(α)とは異なる角度(γ)で前記縦軸線(45)に対して傾斜している、請求項1から3のいずれか1項記載の高圧ポンプ。
  5. 弁ケーシング(40)の第1の周面(42c)と第2の周面(42d)との間の移行部に環状加工溝(42e)を設けてあり、該環状加工溝(42e)は、有利には縦軸線(45)に対して少なくともほぼ平行に延びている周面を有している、請求項2から4のいずれか1項記載の高圧ポンプ。
  6. 弁部材(44)に設けられたシール面(48)が、弁部材(44)の軸部(44a)と弁部材(44)の、該軸部(44a)に対して横断面の拡大されたヘッド(46)との間の移行部に配置されており、かつ弁部材(44)のヘッド(46)に、ヘッド(46)の他の横断面に対して縮小された横断面を有する領域(47)が設けられており、該領域(47)は弁ケーシング(40)内の第1の周面(42c)と第2の周面(42d)との間の移行部に対置している、請求項4または5記載の高圧ポンプ。
  7. 弁部材(60)が少なくともほぼ球状に形成されており、かつシール面(64)が弁部材(60)の表面の領域によって形成されている、請求項1から3または5のいずれか1項記載の高圧ポンプ。
  8. 弁部材(44;60)の開放状態で、該弁部材(44;60)のシール面(48;64)の領域に、最小の流過横断面の領域における静圧よりも高い静圧が作用しており、かつシール面(48;64)に作用する圧力によって、開放方向の力が弁部材(44;60)に形成されるようになっている、請求項1から7までのいずれか1項記載の高圧ポンプ。
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