JP2010521620A - タペット装置に設けられたねじり遮断された圧縮ばねエレメントを備えた、燃料を圧送するための高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、高圧ポンプ（１）、特にコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプ（１）であって、当該高圧ポンプ（１）が、少なくとも１つのカム伝動装置を有しており、該カム伝動装置が従動エレメント（２）を備えており、該従動エレメント（２）が、カムシャフト（３）に設けられたカムジオメトリ（４）によって行程軸線（５）の方向での行程運動にもたらされるようになっており、該行程運動がタペット装置（６）へ伝達可能であり、該タペット装置（６）と従動エレメント（２）とが、圧縮ばねエレメント（７）によってカムジオメトリ（４）の方向に力負荷されており、タペット装置（６）が、少なくとも１つのコンタクト面（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）を有しており、該コンタクト面に圧縮ばねエレメント（７）が隣接している形式のものに関する。本発明の構成では、圧縮ばねエレメント（７）のねじりの伝達の遮断を提供するために、前記コンタクト面（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）および／または該コンタクト面に隣接した、圧縮ばねエレメント（７）の表面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有している。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の高圧ポンプ、すなわち特にコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプであって、当該高圧ポンプが、少なくとも１つのカム伝動装置を有しており、該カム伝動装置が従動エレメントを備えており、該従動エレメントが、カムシャフトに設けられたカムジオメトリによって行程軸線の方向での行程運動にもたらされるようになっており、該行程運動がタペット装置へ伝達可能であり、該タペット装置と従動エレメントとが、圧縮ばねエレメントによってカムジオメトリの方向に力負荷されており、タペット装置が、少なくとも１つのコンタクト面を有しており、該コンタクト面に圧縮ばねエレメントが隣接している形式のものに関する。

背景技術
コモンレール式燃料噴射システムのために使用される、燃料を圧送するための高圧ポンプは一般に知られている。この高圧ポンプは、高圧下にある燃料をコモンレール内部に供給するために働く。この高圧ポンプは最大２キロバール以上の作動圧で負荷されている。したがって、高圧ポンプには、燃料を効率良く上記圧力にもたらして圧送するために特別な要求が課せられている。高圧ポンプは通常、カップリングを介して内燃機関のクランクシャフトによって駆動される。この場合、高圧ポンプはカム伝動装置の原理に基づいて設計されていてよい。このような高圧ポンプは所定のカム輪郭もしくはカムジオメトリを有するカムシャフトを有しており、このカムジオメトリは、対応する従動エレメントを行程軸線の方向で行程運動もしくは昇降運動にもたらし、ひいては従動エレメントに結合されたポンプピストンを行程運動もしくは昇降運動にもたらす。シリンダヘッド内に設けられた弁伝動装置を介してポンプピストンは、燃料を圧送するためにこの弁伝動装置と協働する。ポンプピストンはポンプボディまたはシリンダヘッド内に昇降運動可能に案内されていて、少なくとも１つのローラシューを介して従動エレメントに結合されている。従動エレメントはたいていローラとして形成されており、このローラはカムジオメトリに沿って転動する。カムジオメトリと作用結合したローラのこのような配置は有利である。なぜならば、ローラとカム伝動装置との間には線接触が形成され、この線接触が高い支持能力を有しているからである。さらに、滑り運動に比べて摩耗が最小限に抑えられている転がり運動しか行われない。ローラの形の従動エレメントはカムジオメトリに沿って該ローラを案内するために、圧縮ばねエレメントによってカムジオメトリに押圧され、これによってそれと同時に、ポンプピストンの戻し行程も確保される。このような圧縮ばねエレメントは、螺旋状のコイルばねとして形成されていて、シリンダヘッド内部のつばと、ローラシューとの間に延びており、このローラシュー内にローラが収容されている。

しかし、カム伝動装置の原理に基づいて燃料を圧送するための高圧ポンプのこのような配置形式の場合、コイルばねの形の圧縮ばねエレメントが使用されると、この圧縮ばねエレメントの圧縮によってローラシューとタペットガイドとのアッセンブリと、ポンプピストンとにねじりが加えられ、ひいては従動エレメント、すなわちローラにも、ねじりが加えられるという問題が生ぜしめられる。したがって、ローラシューならびに従動エレメントの回動傾向が生ぜしめられるので、従動エレメントとカムジオメトリとの間の線接触が精密に確保されなくなる。このためには、たしかにリニアガイドの形のタペット装置とポンプボディとの間の回動防止手段が知られているが、しかし十分な精度はしばしば達成不可能となる。リニアガイドも最小の遊びを有しており、この最小の遊びは比較的大きく形成されており、これによって従動エレメントとカムジオメトリとの間の線接触は保証されていないままとなる。この事情は高圧ポンプの早められた摩耗を招く。このことは所要の運転時間や高圧ポンプの信頼性の点で望ましくない。

さらに、このような行程装置（往復動装置）を、少数の構成部分から形成し、かつ単純な構造を保証することが必要となる。単純なコイルばねの構造とは異なる、ねじりを最小限に抑えられた圧縮ばねエレメントの配置は、しばしば極めて手間がかかり、かつそれにもかかわらずばね範囲のねじりなしの圧縮を生ぜしめない。

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、内燃機関に用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプを改良して、従動エレメントとカムジオメトリとの間の線接触を得るためにタペット装置の回動なしの案内を可能にするような高圧ポンプを提供することである。

発明の開示
この課題は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関に用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプにおいて、請求項１の特徴部に記載の特徴、すなわち圧縮ばねエレメントのねじりの伝達の遮断を提供するために、前記コンタクト面および／または該コンタクト面に隣接した、圧縮ばねエレメントの表面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有していることにより解決される。本発明の有利な改良形は請求項２以下に記載されている。

本発明は、圧縮ばねエレメントとタペット装置との間の前記コンタクト面および／または該コンタクト面に接した、圧縮ばねエレメントの表面が、圧縮ばねエレメントのねじりの伝達を遮断するために、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有しているという技術的な思想を包含している。

本発明による解決手段の利点は、圧縮ばねエレメントのねじり運動をタペット装置から遮断することにある。圧縮ばねエレメントの緊縮時もしくは圧縮時に併発する該圧縮ばねエレメントのねじりは、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えたコンタクト面においては、引き続きタペット装置へ伝達され得なくなるので、タペット装置の回動、ひいてはカムジオメトリに載置された従動エレメントの回動が圧縮ばねエレメントのねじりによって生ぜしめられる恐れはもはや生じない。圧縮ばねエレメントはシリンダヘッドとタペットガイドとの間に収容されているので、圧縮ばねエレメントの一方の端部はタペットガイドにもうけられた収容輪郭に支持される。タペットガイド内部のこの収容構造体は、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有するコンタクト面を形成する。しかしこの表面被覆体は圧縮ばねエレメントの側にも形成されていてよいので、タペットガイドに隣接した圧縮ばねエレメントの表面は摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有している。

タペット装置の配置の有利な改良形では、タペット装置が押圧ディスクエレメントを有しており、該押圧ディスクエレメントに圧縮ばねエレメントが当て付けられており、該押圧ディスクエレメントの少なくとも１つの平坦面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えたコンタクト面を形成している。押圧ディスクエレメントは環状に形成されていて、互いに背中合わせに位置する２つの平坦面を有しているので、一方の平坦面はタペットガイドに設けられたコンタクト面に接しており、他方の平坦面は圧縮ばねエレメントの端部に接している。摩擦力を最小限に抑え、ひいては圧縮ばねエレメントとタペットガイドとの間でのねじり伝達を遮断するためには、押圧ディスクエレメントの第１の平坦面か、反対の側に位置する第２の平坦面か、または第１第２の両平坦面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えていてよい。しかし、押圧ディスクエレメントは圧縮ばねエレメントに片側で相対回動不能に結合されていてもよく、その場合には、タペットガイド対して相対的な押圧ディスクエレメントの、反対の側に位置する平坦面の規定された滑り運動が行われ得る。圧縮ばねエレメントが圧縮されると、圧縮ばねエレメントにねじりが生ぜしめられる恐れがあるが、このねじりは押圧ディスクエレメントとタペットガイドとの間で補償される。

従動エレメントが、ローラエレメントとして形成されており、タペット装置がさらにタペットガイドを有しており、該タペットガイドが、該タペットガイド内に挿入されたローラシューを備えており、該ローラシューに、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えたコンタクト面自体が形成されていると有利である。これによって、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えたコンタクト面が押圧ディスクエレメントにもタペットガイド自体にも形成されていてよいという別の可能性が示される。この場合、各コンタクト面と、摩擦力を最小限に抑えられた各表面被覆体との組合せも可能である。この場合には特に、互いに沿って滑動する種々の表面被覆体を選択するという利点を利用することができるので、トライボロジ的に最適化された摩擦対偶が形成される。

さらに、圧縮ばねエレメントの端部側でばねディスクエレメントが、相対回動不能に圧縮ばねエレメントに配置されており、該ばねディスクエレメントが、タペットガイドに設けられたコンタクト面に平坦に接していると有利である。ばねディスクエレメントは素材接続式もしくは材料接続式、形状接続式、つまり係合に基づいた嵌合により、または結合エレメントを用いて、圧縮ばねエレメントに取り付けられていてよいので、ばねディスクエレメントは同じく平坦な環状輪郭として形成されていて、環状のコンタクト面を形成している。タペットガイドのコンタクト面に隣接した、ばねディスクエレメントのコンタクト面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有していると有利である。本発明の一層有利な構成は、端側で圧縮ばねエレメントに配置されたばねディスクエレメントをも、押圧ディスクエレメントをも有しているので、押圧ディスクエレメントはばねディスクエレメントとタペットガイドとの間に配置されており、圧縮ばねエレメントに設けられたコンタクト面は、ばねディスクエレメントに設けられたコンタクト面に接している。上記配置によれば、それぞれ摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えた４つのコンタクト面が、積重ね配置の形で互いに接していてよく、この場合、押圧ディスクエレメントは、ばねディスクエレメントとタペットガイドとの間に位置している。

摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、電気メッキ法または化学的な方法によって、前記少なくとも１つのコンタクト面に被着されていると有利である。さらに、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体が、滑りラッカー（Gleitlack）および／または前記コンタクト面に被着された乾式潤滑剤を有していることも可能である。摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体は、硬質物質被覆体、たとえば酸化チタン被覆体、酸化ジルコニウム被覆体、酸化ケイ素被覆体、炭化チタン被覆体または窒化チタン被覆体であってもよい。さらに、革新的なＰＶＤ硬質物質被覆体、たとえばＴｉＭｇＮ被覆体を設けることも可能である。また、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体と、各コンタクト面の縁層処理との組合せも、本発明の枠内では有利な手段として考えられる。特に有利になるのは、炭化チタン被覆体である。炭化チタン被覆体は極めて高い硬度ならびに低い摩擦係数および極めて高い付着強度によりすぐれている。それに対して、窒化チタン被覆体は高い硬度、高い靱性および極めて小さな溶着傾向によりすぐれているので、シージングや被膜形成が回避され得る。さらに、良好な腐食・酸化特性も有利である。

圧縮ばねエレメントを有するタペット装置は、燃料で充填されているポンプボディの内部に位置している。したがって、燃料が潤滑剤として作用し得るので、表面被覆体は燃料の潤滑作用と協働する。したがって、表面被覆体は燃料、特にディーゼル燃料である燃料に対して、相応する耐性を有していることが望ましい。別の表面被覆体としては、チタン−アルミニウムニトリド被覆体を挙げることができる。この場合さらに、窒化クロム被覆体が、可能となる硬質物質被覆体である。これらの被覆体は特に極めて高い化学的および熱的な安定性によりすぐれており、この場合、他ならぬ窒化クロム被覆体が小さな粘着傾向を有している。なぜならば、圧縮ばねエレメントの配置は押圧ディスクエレメントもしくはばねディスクエレメントとの作用結合において、局所的に高い面圧を有し得るので、小さな粘着傾向が有利になるからである。

また、単層の形の摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を使用することもできる。この場合、二元（binaer）の層（Ti(C,N)）、多層（TiC/TiN）または段階付けられた層（TiC/Ti(C,N)/TiN）も、可能な変化形となる。これによって、本発明による摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体は特定の層系に限定されているのではなく、複数の種々の層系を包含している。

摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体の本発明による解決手段の利点を、負荷された別の表面のためにも使用するために、本発明の枠内では、圧縮ばねエレメント全体ならびにタペットガイド全体および押圧ディスクエレメント全体ならびにばねディスクエレメントに完全に表面被覆体を施与することが規定されていてよい。他ならぬタペットガイドがポンプボディまたはシリンダヘッドの内部においてガイド孔内で滑動するので、構成部分の全体的な被覆が同じく有利になる。

以下に、本発明のさらに別の改良形を本発明の有利な実施例の説明と共に図面につき詳しく説明する。

タペット装置と、圧縮ばねエレメントと、タペットガイドと、該タペットガイドに挿入されたローラシューと、圧縮ばねエレメントとタペットガイドとの間に配置された押圧ディスクエレメントとを備えた高圧ポンプの横断面図である。 第１のコンタクト面と第２のコンタクト面とを備えた本発明による押圧ディスクエレメントの横断面図である。 本発明による各コンタクト面を備えたタペット装置の配置を示す横断面図であり、この場合、圧縮ばねエレメントと、押圧ディスクエレメントと、ばねディスクエレメントとが、それぞれ互いに解離された配置で図示されている。

図１には、ディーゼルエンジンに用いられるコモンレール式燃料噴射システムにおいて使用されるような高圧ポンプ１を横断面を示す側面図が図示されている。この高圧ポンプ１はディーゼル燃料を高い圧力でコモンレールに供給するためにディーゼル燃料を圧送するために働く。高圧ポンプ１はピックアップエレメントもしくは従動エレメント２を有しており、この従動エレメント２はカムシャフト３に配置されたカム輪郭もしくはカムジオメトリ４に沿って転動する。カムシャフト３はエンジン側で駆動される。カムシャフト３は少なくとも１つのカムジオメトリ４を有しており、この場合、カムジオメトリ４は、全周にわたって均一に分配されて配置された１つまたは複数のカムを有している。これにより、従動エレメント２は行程軸線５の方向でストローク運動もしくは行程運動を実施する。この場合、従動エレメント２の行程運動はタペット装置６へ伝達される。このタペット装置６は圧縮ばねエレメント７とポンプピストン１２とを有しており、従動エレメント２はタペットガイド１０内に収容されている。このタペットガイド１０はローラシュー１５と共に同じくタペット装置６の構成要素である。圧縮ばねエレメント７とタペットガイド１０との間には、押圧ディスクエレメント９が配置されている。この押圧ディスクエレメント９は横断面で図示されていて、平坦ディスクの形に形成されている。ローラシュー１５の真ん中を起点として、ポンプピストン１２が延びている。このポンプピストン１２はシリンダヘッド１３の内部に案内されていて、燃料を圧送するためにシリンダヘッド１３に設けられた弁装置と協働する。高圧ポンプ１は主としてポンプボディ１４を有しており、この場合、シリンダヘッド１３はポンプボディ１４に密に装着されている。したがって、ポンプボディ１４もシリンダヘッド１３も、行程軸線５の方向におけるタペット装置６の行程運動の案内装置を形成している。行程軸線５を中心とした回動を回避するためのタペット装置６の回動防止機構は図示されていない。

図２には、図１で見て圧縮ばねエレメントとタペットガイドとの間に位置する押圧ディスクエレメント９の拡大図が図示されている。この押圧ディスクエレメント９は本発明による第１のコンタクト面８ａと、反対の側に位置する第２のコンタクト面８ｂとを有しており、コンタクト面８ａ，８ｂは摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有している。押圧ディスクエレメント９は行程軸線５を中心にして環状に延びているので、ポンプピストン１２はこの押圧ディスクエレメント９を貫いて延びることができる。摩擦力を最小限に抑えられたコンタクト面８ａ，８ｂはそれぞれ圧縮ばねエレメント７ならびにタペットガイド１０に隣接しているので、第１のコンタクト面８ａか、または第２のコンタクト面８ｂか、あるいは第１第２の両コンタクト面８ａ，８ｂが、本発明による摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有している。

図３には、押圧ディスクエレメント９を備えた本発明によるタペット装置６の可能な配置形式が図示されている。押圧ディスクエレメント９はタペットガイド１０とばねディスクエレメント１１との間に配置されており、この場合、タペットガイド１０内には、従動エレメント２を収容するためのローラシュー１５が挿入されている。ばねディスクエレメント１１は圧縮ばねエレメント７に結合されており、この場合、ばねディスクエレメント１１は材料接続式（溶接、ろう接、接着）または形状接続式（プレス締結、楔締結またはかしめ締結）、つまり係合に基づいた嵌合式に圧縮ばねエレメント７に結合されている。ばねディスクエレメント１１はさらに別の本発明によるコンタクト面８ｄを有していてよい。その場合、このコンタクト面８ｄはやはり摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有している。さらに、タペットガイド１０にはコンタクト面８ｃが設けられており、このコンタクト面８ｃもやはり摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有していてよい。図３に示したように、ばねディスクエレメント１１とタペットガイド１０との間には押圧ディスクエレメント９が導入されている。この場合、押圧ディスクエレメント９を不要にすることもできるので、その場合、ばねディスクエレメント１１のコンタクト面８ｄは直接にタペットガイド１０のコンタクト面８ｃに隣接してこのコンタクト面８ｃに沿ってずれ滑ることができる。

この滑り運動は小さな角度範囲での往復回転運動を有している。なぜならば、ローラシュー１５のいずれの行程時でも、タペットガイド１０に対して圧縮ばねエレメント７のねじれが行われるからである。これによって、圧縮ばねエレメント７のこのねじれは各コンタクト面８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの間で補償される。なぜならば、これらのコンタクト面が、摩擦力を最小限に抑えられていて、互いに相対的な滑り運動を可能にするからである。この場合、この滑り運動は最小限の摩擦力しか生ぜしめないか、または燃料の潤滑作用と相まって著しい摩擦力を全く生ぜしめない。これによって、圧縮ばねエレメント７のねじれ傾向はタペットガイド１０に伝達されなくなるので、タペットガイド１０がねじり運動もしくは回動運動をさらに従動エレメント２へ伝達することもなくなり、従動エレメント２と、カムシャフト３に設けられたカムジオメトリ４との間の線接触が維持される。

本発明は前で説明した有利な実施例に限定されるものではない。それどころか、基本的に上記実施例とは異なる種類の構成においても前記解決手段を使用する多数の変化実施例が考えられる。

Claims (8)

1. 高圧ポンプ（１）、特にコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプ（１）であって、当該高圧ポンプ（１）が、少なくとも１つのカム伝動装置を有しており、該カム伝動装置が従動エレメント（２）を備えており、該従動エレメント（２）が、カムシャフト（３）に設けられたカムジオメトリ（４）によって行程軸線（５）の方向での行程運動にもたらされるようになっており、該行程運動がタペット装置（６）へ伝達可能であり、該タペット装置（６）と従動エレメント（２）とが、圧縮ばねエレメント（７）によってカムジオメトリ（４）の方向に力負荷されており、タペット装置（６）が、少なくとも１つのコンタクト面（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）を有しており、該コンタクト面に圧縮ばねエレメント（７）が隣接している形式のものにおいて、圧縮ばねエレメント（７）のねじりの伝達の遮断を提供するために、前記コンタクト面（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）および／または該コンタクト面に隣接した、圧縮ばねエレメント（７）の表面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有していることを特徴とする高圧ポンプ。
2. タペット装置（６）が押圧ディスクエレメント（９）を有しており、該押圧ディスクエレメント（９）に圧縮ばねエレメント（７）が当て付けられており、該押圧ディスクエレメント（９）の少なくとも１つの平坦面が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えたコンタクト面（８ａ，８ｂ）を形成している、請求項１記載の高圧ポンプ。
3. 従動エレメント（２）が、ローラエレメントとして形成されており、タペット装置（６）がさらにタペットガイド（１０）を有しており、該タペットガイド（１０）に、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を備えたコンタクト面（８ｃ）が形成されている、請求項１または２記載の高圧ポンプ。
4. 圧縮ばねエレメント（７）の端部側でばねディスクエレメント（１１）が、相対回動不能に圧縮ばねエレメント（７）に配置されており、該ばねディスクエレメント（１１）が、タペットガイド（１０）に設けられたコンタクト面（８ｃ）に平坦に隣接している、請求項３記載の高圧ポンプ。
5. ばねディスクエレメント（１１）に設けられた、タペットガイド（１０）のコンタクト面（８ｃ）に隣接したコンタクト面（８ｄ）が、摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体を有している、請求項３または４記載の高圧ポンプ。
6. ばねディスクエレメント（１１）とタペットガイド（１０）との間に押圧ディスクエレメント（９）が配置されていて、圧縮ばねエレメント（７）に設けられたコンタクト面（８ａ，８ｂ）が、ばねディスクエレメント（１１）のコンタクト面（８ｄ）に隣接している、請求項４または５記載の高圧ポンプ。
7. 摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体が、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、電気メッキ法または化学的な方法によって、前記コンタクト面（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）に被着されている、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. 摩擦力を最小限に抑えられた表面被覆体が、滑りラッカーおよび／または前記コンタクト面（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）に被着された乾式潤滑剤を有している、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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