JP2007513292A - 弁装置、特に高圧燃料ポンプの入口弁 - Google Patents

Abstract

高圧燃料ポンプ（１６）の弁装置（４７）が、弁室（４２）内に配置された弁エレメント（４６）と、上流に設けられた、弁室（４２）と隣接している流体通路（３０）とを有している。流体通路（３０）は、弁室（４２）に流れ込む流体流に、流体通路（３０）の長手方向軸線（４０）を中心とした回転（螺旋運動）を少なくとも局所的に生ぜしめるように形成されていることが提案される。

Description

背景技術
本発明は、弁装置、特に高圧燃料ポンプの入口弁装置であって、弁室に配置された弁エレメントと、上流側で弁室に接続している流体通路とを有している形式のものに関する。

冒頭で述べた形式の弁装置は市場において周知である。この弁装置は、たとえばコモンレール噴射システムの高圧燃料ポンプに使用される。このような形式の高圧燃料ポンプは、ピストンポンプとして構成されている。圧送室への入口弁として、球形逆止弁が設けられている。逆止弁の球体は、流入孔が開口している弁室に配置されている。流入孔は、ピストンポンプのピストンの長手方向軸線に対してほぼ垂直に配置されている第１の通路区分と、ピストンポンプのピストンの長手方向軸線に対して同軸的に配置されている第２の通路区分とを有している。２つの通路区分の長手方向軸線は、所定の交差領域において交差する。この交差領域においてピストンポンプの運転中に、入口弁に流れ込む燃料の鋭角的な転向が生じる。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の弁装置を改良して、弁装置が可能なかぎり少ない損失で作動し、これによって、たとえば弁装置が取り付けられる高圧燃料ポンプの効率が改良されるようにすることである。

冒頭で述べた形式の弁装置において前記課題を解決した本発明によれば、流体通路は、弁室に流れ込む流体流に、流体通路の長手方向軸線を中心とした回転（螺旋運動）を生ぜしめるように形成されている。

発明の利点
流れに生ぜしめられた回転（「螺旋運動」または「スピン運動」）は、流れを壁に押圧する遠心力を生ぜしめる。このようにして、流体流が、たとえば方向転換時に相応な負圧領域を形成して壁から離れるようなことは防がれる。これにより転向領域における動圧は減少され、かつ流れ抵抗が低下される。さらに流体通路におけるキャビテーション損傷が避けられる。流体通路の壁への流体流の密着に基づき、流体通路は均一に満たされており、その結果、弁エレメントの開放時間が同じ場合、より大きい流量が達成される。

常に密着している流れに基づき、さらに流体通路の長さは短くて済み、このことは、全体的に弁装置および、たとえば弁装置が取り付けられている燃料ポンプの構成サイズを縮小することになる。螺旋運動を伴う流れにより、従来の乱れた極めて不安定な流れ過程（脈動する速度分布）は、減少され、あるいは完全に防がれる。このことは流体通路およびさらに上流にある領域の負荷を減少させることになる。したがって、たとえば弁装置に流体を供給する供給ポンプも、同様にやはり保護される。

流体通路における均質化された流れは、弁エレメント自体の周囲も均一に流れ、したがって弁エレメントは開放した浮遊状態でも中心に保たれる。つまり、片側を流過する流体に起因して弁に作用するような横力は発生していない。これにより、同様にやはり弁装置の効率が改善され、かつ弁エレメントの摩耗も減少される。

本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。

まず、流体通路が第１の通路区分と、この第１の通路区分に接続している第２の通路区分とを有していることが提案される。この場合、これらの通路区分の長手方向軸線は互いに１８０°より小さい角度を成しており、しかも第１の通路区分の長手方向軸線は、第２の通路区分の長手方向軸線に対して側方へずらされている。側方へのずれにより、第２の通路区分における流れの回転は簡単に生ぜしめられる。２つの通路区分の間の屈曲に基づき、生じた乱流は非常に効果的に滑らかにされ、このような乱流はほとんど生じない。

回転は、２つの通路区分の長手方向軸線が、少なくとも互いにほぼ直角を成している場合に顕著になる。この場合、第２の通路区分における流れに形成された螺旋運動は最も強く、したがって本発明による弁装置によって達成可能な利点は最大である。

弁装置は、弁エレメントとして球体または円錐エレメントを有しているということも提案される。このような回転対照的な弁エレメントも弁室に流れ込む流体の回転運動に基づき、回転させられる。これにより弁エレメントにおける片寄った摩耗は防がれ、弁エレメントに対応配置されている弁座の耐久性は高められる。

本発明による弁装置の特に有利な実施態様は、２つの通路区分が横断面で見て少なくともほぼ同じ半径を有していて、長手方向軸線の側方へのずれが半径よりも大きくなっていることを特徴としている。これにより本発明による弁装置の製造は簡単になり、ひいては製造コストは削減される。なぜならば両方の通路区分のために同じドリル工具が用いられ得るからである。

第１の通路区分と第２の通路区分との間の移行領域が、電気化学的な材料除去によって加工成形されているということも提案される。これにより、一方の通路区部から他方の通路区分への、ほぼ縁部のない移行が可能となり、このことは均一な流れにとって同様に効果的である。

この場合、移行領域は第１の通路区分から第２の通路区分にかけて湾曲された壁を有していると特に有利である。これにより特に滑らかな流れとなり、この流れの中には乱流はほとんど発生していない。

第１の通路区分が軸方向で見て第２の通路区分を越えていないか、または著しくは越えていないと特に有利である。これにより、第１の通路区分から第２の通路区分への転向箇所の上流側の動圧は減少され、このことは流れ抵抗を減少させ、全体的に流体技術的な観点から弁装置の効率を改善することになる。

さらに、第１の通路区分の長手方向軸線と第２の通路区分の長手方向軸線とは、９０°よりも大きい角度を成すことができる。これによりさらなる抵抗軽減が達成される。

図面
本発明の特に有利な実施例を、添付した図面に関連して、以下に詳細に説明する。

図１は、高圧燃料ポンプを備えた内燃機関を示す概略図であり、
図２は、図１の高圧燃料ポンプのケーシングの断面図であり、
図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図であり、
図４は、図２のＩＶの部分の詳細図であり、
図５は、図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図であり、
図６は、図４の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図であり、
図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図であり、
図８は、図１の高圧燃料ポンプのケーシングを、図３と同様に断面した変化実施例を示す図である。

実施例の説明
図１には、内燃機関全体が符号１０で示されている。内燃機関は、燃料タンク１２を有していて、この燃料タンク１２からプレフィードポンプ１４が燃料を燃料高圧ポンプ１６に圧送する。この高圧燃料ポンプ１６は、燃料を極めて高い圧力に圧縮し、かつ燃料集合管路１８（「レール」）に圧送し、この燃料集合管１８内に燃料は高圧下で蓄えられている。この燃料集合管路１８に複数のインジェクタ２０が接続されていて、これらのインジェクタ２０は、燃料を、インジェクタ２０に対応配置されている燃焼室内に直接に噴射する。

高圧燃料ポンプ１６のケーシング２４が、図２および図３に極めて詳細に図示されている。ケーシング２４は、ほぼ同一に形成されている３つのシリンダ２６ａと２６ｂと２６ｃとを有している。記載の煩雑さを避けるために、以下、シリンダ２６ａについてのみ述べる。

シリンダ２６ａ内にはピストン孔２８が１つ設けられていて、このピストン孔２８内に図示されていないピストンが長手方向に移動するように収容されている。流体通路３０を介してピストン孔２８は、燃料入口３２に接続可能である。燃料入口３２はプレフィードポンプ１４に接続されている。

流体通路２８は、２つの通路区分３４と３６とに分割されている。第１の通路区分３４は、入口通路（符号なし）から所定の角度で分岐していて、この入口通路は燃料入口３２から延びている。第１の通路区分３４は外部に対して、符号がない球によってふさがれている。第１の通路区分３４の長手方向軸線３８は、ピストン孔２８および第２の通路区分３６の長手方向軸線４０に対して垂直方向で延在している（図３参照）。しかし２つの長手方向軸線３８と４０とは互いに交差していない。すなわち、特に図２と図４および図６と図７とから明らかなように、第１の通路区分３４の長手方向軸線３８は、第２の通路区分３６の長手方向軸線４０に対して側方にずらされている。この側方のずれは、図６および図７において符号Ｖで図示されている。２つの通路区分３４と３６とは、横断面で見て同一の半径を有していて、この半径は２つの長手方向軸線３８と４０との側方のずれＶよりも小さい。

特に図６から明らかなように、第１の通路区分３４と第２の通路区分３６との間の移行領域において、第１の通路区分３４から第２の通路区分３６にかけて湾曲された壁面４１が設けられている。この壁面４１は、電気化学的な材料除去によって加工成形されている。この壁面４１により、図６の断面で見て半径方向外側の、通路区分３４の壁は、屈曲または縁部なく通路区分３６の対応する壁区分へ移行している。

流体通路３０の第２の通路区分３６とピストン孔２８との間に弁室４２が設けられている。この弁室４２と第２の通路区分３６との間に段部を設けられてあり、この段部は弁球４６のための弁座４４を形成しており、前記弁球４６は弁室４２内に収容されている（図４および図５を参照）。弁球４６は、図示されていないばねによって弁座４４に向かって負荷される。圧送室４７が弁室４２に接続されている。特に図７からも見て取れるように、第１の通路区分３４は、ほとんど第２の通路区分３６にわたって延びていない。流体通路３０、弁座４４および弁球４６は全体で１つの弁装置４７を形成している。

高圧燃料ポンプ１６は以下の通りに機能する（ここでもまたシリンダ２６ａについてだけ述べる）。

ピストンの吸込行程時に弁球４６は弁座４４から離れる。したがって燃料はプレフィードポンプ１４から燃料入口３２と、第１の通路区分３４と、第２の通路区分３６とを経て、かつ弁球４６と弁座４４との間のギャップを通って弁室４２内に流入し、さらに圧送室４７内に流入する。第１の通路区分３４の長手方向軸線３８と第２の通路区分３６の長手方向軸線４０との間のずれＶにより、流体流には側方への運動成分（図６の矢印４８）が生ぜしめられる。この側方への運動成分は湾曲された壁４１によって助成され、これにより第１の通路区分３４において著しいせき止め圧（動圧）は生じない。

第１の通路区分３４から燃料は第２の通路区分３６内に到達する。この場合、燃料は９０°方向転換させられる。しかも、側方への運動成分４８に基づき、第２の通路区分３６において流体流には、第２の通路区分３６の長手方向軸線４０を中心とする回転運動が生ぜしめられる。この回転運動は「螺旋運動」または「スピン運動」とも呼ばれ、図６および図７では符号５０で示されている。この螺旋運動５０により、流体流が第１の通路区分３４と第２の通路区分３６との間の移行領域で方向転換する際に、流れのはく離が防がれており、はく離は高い流れ抵抗とキャビテーションおよび相応の摩耗のおそれにつながることになる。

さらに、螺旋運動５０により弁球４６は、開放した状態で回転させられ、その結果、弁球４６は一様に摩耗される。したがって弁球４６のシール作用および弁座４４のシール作用も極めて長い期間にわたって維持される。２つの通路区分３４および３６の間の移行領域、および特に第２の通路区分３６において、燃料流のはく離が防がれるので、流体流の縮流、ひいては水力直径の減径を防止しており、水力直径の減径は高い絞りにつながることになる。

択一的な実施例が図８に示されている。この場合、前述の図のエレメントおよび領域と同等の機能を有しているエレメントおよび領域は、同じ符号で示されている。これらのエレメントと領域との再度の説明は省略してある。第１の実施例とは異なり、択一的な実施例では第１の通路区分３４の長手方向軸線３８は第２の通路区分３６の長手方向軸線４０に対して９０°の角度ではなく、約４５°の角度になっている。これにより、さらに良好な、つまり抵抗力の低い流れが実現される。

高圧燃料ポンプを備えた内燃機関を示す概略図である。 図１の高圧燃料ポンプのケーシングの断面図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 図２のＩＶの部分の詳細図である。 図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 図４の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。 図１の高圧燃料ポンプのケーシングを、図３と同様に断面した変化実施例を示す図である。

Claims (9)

1. 弁装置（４７）、特に高圧燃料ポンプ（１６）の入口弁装置であって、弁室（４２）内に配置された弁エレメント（４６）と、上流側で弁室（４２）に接続している流体通路（３０）とを有している形式のものにおいて、該流体通路（３０）が、弁室（４２）に流れ込む流体流に、流体通路（３０）の長手方向軸線（３８，４０）を中心とした回転（螺旋運動）を生ぜしめるように、形成されていることを特徴とする弁装置、特に高圧燃料ポンプの入口弁。
2. 流体通路が、第１の通路区分（３４）と、該通路区分（３４）に接続している第２の通路区分（３６）とを有していて、この場合、通路区分（３４，３６）の長手方向軸線（３８，４０）は互いに１８０°より小さい角度を成していて、さらに第１の通路区分（３４）の長手方向軸線（３８）は、第２の通路区分（３６）の長手方向軸線（４０）に対して側方にずらされている（Ｖ）、請求項１記載の弁装置。
3. 両方の通路区分（３４，３６）の長手方向軸線（３８，４０）が、少なくとも互いにほぼ直角を成している、請求項２記載の弁装置。
4. 弁装置（４７）が、弁エレメントとして弁球（４６）または円錐エレメントを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁装置。
5. 両方の通路区分（３４，３６）が、断面図で見て少なくともほぼ同じ半径を有していて、かつ長手方向軸線（３８，４０）の側方のずれ（Ｖ）が、該半径よりも大きくなっている、請求項２から４のいずれか１項記載の弁装置。
6. 第１の通路区分（３４）と第２の通路区分（３６）との間の移行領域が、電気化学的な材料除去によって加工成形されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の弁装置。
7. 移行領域が、第１の通路区分（３４）から第２の通路区分（３６）にかけて湾曲された壁（４１）を有している、請求項６記載の弁装置。
8. 第１の通路区分（３４）が、軸線方向で見て第２の通路区分（３６）を越えていないか、または著しく越えていない、請求項２から７までのいずれか１項記載の弁装置。
9. 第１の通路区分（３４）の長手方向軸線と第２の通路区分（３６）の長手方向軸線とが、９０°より大きい角度を成している、請求項１から８までのいずれか１項記載の弁装置。

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