JP2016507699A - 自動車用のポンプアッセンブリ及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車用のポンプアッセンブリ及びシステムに関する。自動車用のポンプアッセンブリは、流体を圧送する高圧ポンプ（１０１）であって、流体流入部（１０２）及び流体流出部（１０３）並びに圧力室（１０４）を有し、圧力室（１０４）は、液圧回路で見て流体流入部（１０２）と流体流出部（１０３）との間に配置されている高圧ポンプ（１０１）と、入口側で流体流出部（１０３）に連結されている第１の圧力制限弁（１０５）と、第２の圧力制限弁（１０６）と、を備え、両圧力制限弁（１０５，１０６）は、液圧的に並列に接続されており、両圧力制限弁（１０５，１０６）は、それぞれ開弁圧を有し、第１の圧力制限弁（１０５）の開弁圧の値は、第２の圧力制限弁（１０６）の開弁圧の値より大きく、第２の圧力制限弁（１０６）の開弁圧の値は、ポンプアッセンブリ（１００）に液圧的に連結可能なインジェクタ（１０７）に応じて設定されている。

Description

本発明は、自動車用のポンプアッセンブリに関する。さらに本発明は、自動車用のポンプアッセンブリを備えるシステム、特に燃料噴射系に関する。

流体を圧送するポンプ、特に自動車の噴射系用の燃料を圧送するポンプは、従来、１つの圧力制限弁を有している。この弁は、ポンプの高圧側に配置されている。この弁は、エラー時に、高圧ポンプにより最大で圧送される体積流量が再びポンプの高圧ピストン室に還流可能であるように設計されている。これにより、ポンプを備える高圧系は、許容できないほど高い圧力から保護される。通常の運転条件の下では、この弁は閉弁されている。圧力制限弁が、従来では、ポンプの高圧ピストン室に連結されていることにより、弁は、ポンプの吸込期間中だけ開弁可能である。ポンプの吐出期間中、弁は液圧的にロックされており、開弁不能である。

信頼性の高い運転を可能にする、自動車用のポンプアッセンブリを提供することが所望されている。さらに、信頼性の高い運転を可能にする、ポンプアッセンブリ内のシステムを提供することが所望されている。

本発明は、自動車用のポンプアッセンブリ、及びこのようなポンプアッセンブリを備えるシステムに関する。

本発明の少なくとも１つの態様において、ポンプアッセンブリは、流体を圧送する高圧ポンプを備えている。高圧ポンプは、流体流入部及び流体流出部並びに圧力室を有し、圧力室は、液圧回路で見て流体流入部と流体流出部との間に配置されている。ポンプアッセンブリは、入口側で流体流出部に連結されている第１の圧力制限弁を備えている。ポンプアッセンブリは、第２の圧力制限弁を備えている。両圧力制限弁は、液圧的に並列に接続されている。両圧力制限弁は、それぞれ開弁圧を有している。第１の圧力制限弁の開弁圧の値は、第２の圧力制限弁の開弁圧の値より大きい。ポンプアッセンブリは、インジェクタに液圧的に連結可能である。第２の圧力制限弁の開弁圧の値は、インジェクタに応じて設定されている。

第１の圧力制限弁により、特に、高圧ポンプの流体流出部における最大許容圧が超過されないことが保証される。第１の圧力制限弁の不要な開弁を回避するために、第１の圧力制限弁の開弁圧の値は、特に、高圧ポンプの吐出期間中の、通常運転中に発生するシステム圧より大きい。これにより、第１の圧力制限弁は、通常運転中は開弁しない。エラー時、第１の圧力制限弁は、過大な圧力から保護する。

第２の圧力制限弁により、ポンプアッセンブリに連結可能なインジェクタの信頼性の高い開弁が保証される。第２の圧力制限弁の開弁圧の値は、開弁圧の値がインジェクタのための最高許容圧の下にあるように設定される。これにより、インジェクタの機能は保証される。ここで、インジェクタのための最高許容圧とは、インジェクタがかろうじてまだ高い信頼性で開弁可能な流体圧と解すべきである。

特に、発生する圧力脈動を減衰すべく、第２の圧力制限弁が高圧ポンプの各吸込期間中の開弁を容認することができる。これにより、第１の圧力制限弁を摩耗から保護することが可能である。これは、第１の圧力制限弁が通常運転中は閉弁されたままであり、エラー時にのみ開弁するからである。

別の態様において、第１の圧力制限弁は、出口側で流体流入部に液圧的に連結されている。これにより、エラー時には、高圧ポンプの吐出期間中でも、第１の圧力制限弁を開弁することが可能である。これにより、液圧的に閉止された圧力制限弁は、回避可能である。第１の圧力制限弁は、高圧ポンプの最大体積流量が第１の圧力制限弁を通して導出可能であるように設計される。これにより、第１の圧力制限弁により、高圧ポンプの全作業サイクル中、流体流出部における最大許容圧が超過されないことが保証される。エラー時には、高圧ポンプにより圧送される最大体積流量のすべてが、言及すべきほどの圧力上昇なしに再び低圧領域の流体流入部に導出されることが可能である。吐出期間中の許容できない圧力上昇は、回避される。

一態様において、第２の圧力制限弁は、出口側で圧力室に液圧的に連結されている。これにより、高圧ポンプの吐出期間中に第２の圧力制限弁を液圧的に閉止することが可能である。これにより、ポンプの良好な効率が達成される。これは、１回のポンプサイクルのすべての体積が流体流出部に圧送されるからである。第１の圧力制限弁により、ポンプアッセンブリは常に、許容できないほど高い圧力から保護されている。

別の態様において、第２の圧力制限弁は、出口側で流体流入部に液圧的に連結されている。一態様において、第２の圧力制限弁は、入口側で流体流出部に連結されている。これにより、第２の圧力制限弁が開弁されたとき、流体流出部と流体流入部との間の液圧的な連通が可能である。これにより、第２の圧力制限弁が各吐出期間中に開弁することが可能である。これにより、流体流出部における圧力脈動は、最小化される。高圧ポンプ内のすきま容積は、縮小される。これにより、効率の向上が得られる。

別の態様において、第２の圧力制限弁は、入口側で圧力室に連結されている。これにより、第２の圧力制限弁が開弁されたとき、圧力室と流体流入部との間の液圧的な連通が可能である。これにより、圧力室内の圧力脈動及び流体流出部における圧力脈動を最小化することが可能である。第２の圧力制限弁は、高圧ポンプの各吐出期間中、開弁可能である。

別の態様において、第２の圧力制限弁は、固定に設定された開弁圧を有する受動型の圧力制御弁として形成されている。例えば第２の圧力制限弁により、流体流出部に設けられた圧力センサの校正を実施することが可能である。このために、例えばシステム圧が、第２の圧力制限弁の開弁圧の値に上昇される。開弁圧が固定に設定されていることにより、開弁圧の値は、参照値として利用可能である。

別の態様において、流体流出部は高圧集合管路に連結可能である。高圧集合管路には、インジェクタが連結可能である。第１の圧力制限弁の開弁圧の値は、特に高圧集合管路に応じて設定されている。開弁圧の値は、特に、高圧集合管路のための最大設定圧が超過されないように設定されている。

第２の圧力制限弁の開弁圧の値は、特に、インジェクタの最低開弁圧に応じて設定されている。これにより、インジェクタの信頼性の高い運転が保証される。

別の利点、特徴及び構成は、図面を参照しながら説明する以下の実施の形態において看取可能である。同一、同種及び機能同一の要素には、同一の符号を付した。

実施の形態における燃料噴射系の概略図である。 実施の形態における燃料噴射系の概略図である。 実施の形態における燃料噴射系の概略図である。 実施の形態におけるポンプアッセンブリの要部概略図である。 実施の形態における圧力制限弁の概略図である。

図１は、ポンプアッセンブリ１００を示している。ポンプアッセンブリ１００は、特に自動車の燃料噴射系の一部である。燃料噴射系は、特に「コモンレール噴射系」である。ポンプアッセンブリ１００は、流体流入部１０２と流体流出部１０３とを有する高圧ポンプ１０１を備えている。液圧回路で見て流体流入部１０２と流体流出部１０３との間には、圧力室１０４が設けられている。

流体流入部１０２は、低圧側１１４に配置されている。流体流入部１０２は、特に圧力室１０４を流体タンク１１３に連結するために用いられる。流体流出部１０３は、高圧側１１５に設けられている。流体流出部１０３は、特に高圧集合管路１１２に連結されている。高圧集合管路１１２には、単数又は複数のインジェクタ１０７が連結されている。インジェクタ１０７は、自動車の運転中に内燃機関のそれぞれ１つの対応する燃焼室内に噴射を行うように設けられている。高圧ポンプ１０１により、流体が流体タンク１１３から圧送され、加圧された状態で高圧集合管路１１２内に圧送される。低圧側１１４には、運転中、例えば５ｂａｒ未満の圧力が支配している。高圧側１１５、特に燃料集合管路１１２内には、特に３００ｂａｒを超える圧力、例えば３５０ｂａｒ以上の圧力が支配している。

高圧ポンプ１０１は、特にピストンポンプである。圧力室１０４内には、ピストン１２２が配置されている。ピストン１２２が、圧力室１０４の容積が拡大するように、ピストン１２２の長手方向軸線に沿って移動すると、流体は、流体流入部１０２を通って圧力室１０４に吸い込まれる。この行程は、高圧ポンプ１０１の「吸込期間」である。次にピストン１２２は、逆方向に移動し、流体は、圧力室１０４から流体流出部１０３に吐き出される。この行程は、高圧ポンプ１０１の「吐出期間」である。

ポンプアッセンブリ１００は、第１の圧力制限弁１０５を備えている。第１の圧力制限弁１０５の入口側１０８は、流体流出部１０３に液圧的に接続されている。第１の圧力制限弁１０５の出口側１１０は、流体流入部１０２に液圧的に接続されている。第１の圧力制限弁１０５の入口側１０８は、高圧側１１５に液圧的に連結されている。第１の圧力制限弁１０５の出口側１１０は、低圧側１１４に液圧的に連結されている。

第１の圧力制限弁１０５は、１つの設定開弁圧を有している。第１の圧力制限弁１０５は、圧力が設定開弁圧を下回っているときは、第１の圧力制限弁１０５を通る流体流を遮断している。圧力が設定開弁圧以上となると、第１の圧力制限弁１０５は、第１の圧力制限弁１０５を通る流体流を開通させる。第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値は、流体流出部１０３内、特に高圧集合管路１１２内の設定最大圧が超過されないように設定されている。第１の圧力制限弁１０５は、ポンプアッセンブリ１００の通常運転中、閉弁されている。入口側１０８において開弁圧の設定値に達すると、かつ／又は設定値が超過されると、第１の圧力制限弁１０５は、開弁し、入口側１０８から出口側１１０への流体流を開通させる。これにより、高圧側１１５の圧力は、設定最高限度内に保たれる。第１の圧力制限弁１０５は、流体流入部１０２に液圧的に接続されていることにより、高圧ポンプ１０１の吸込期間中も、高圧ポンプ１０１の吐出期間も、開弁可能である。第１の圧力制限弁１０５は、液圧的にロックされていない。

ポンプアッセンブリ１００は、第２の圧力制限弁１０６を備えている。第２の圧力制限弁１０６は、特に受動型の圧力制御弁である。第２の圧力制限弁１０６は、予め決められた値の開弁圧を有している。第２の圧力制限弁１０６は、１つの設定開弁圧を有している。第２の圧力制限弁１０６は、圧力が設定開弁圧を下回っているときは、第２の圧力制限弁１０６を通る流体流を遮断している。圧力が設定開弁圧以上となると、第２の圧力制限弁１０６は、第２の圧力制限弁１０６を通る流体流を開通させる。

第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値は、第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値より小さい。図１に示すような実施の形態では、第２の圧力制限弁１０６の入口側１０９は、流体流出部１０３に液圧的に連結されている。第２の圧力制限弁の出口側１１１は、圧力室１０４に液圧的に連結されている。

これにより、第２の圧力制限弁１０６が開弁したとき、流体流出部１０３から圧力室１０４への流体の流れが可能である。第２の圧力制限弁１０６は、図１に示すような実施の形態では、高圧ポンプ１０１の吐出期間中、液圧的にロックされている。第２の圧力制限弁１０６は、高圧ポンプ１０１の吸込期間中のみ開弁可能であり、高圧ポンプ１０１の吐出期間中は、常時閉弁されている。

第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値は、特にインジェクタ１０７に応じて設定されている。第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値は、最高許容インジェクタ開弁圧に応じて設定されている。これにより、インジェクタ１０７の信頼性の高い運転が可能となる。特に、第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値は、インジェクタ１０７の最高許容圧の下にある。これにより、インジェクタ１０７の機能が保証、つまり信頼性の高い開弁及び燃焼室への流体の噴射が保証される。第２の圧力制限弁１０６が高圧ポンプ１０１の吸込期間中に開弁可能であることにより、流体流出部１０３内及び高圧集合管路１１２内の圧力脈動は、低減される。第２の圧力制限弁１０６が高圧ポンプ１０１の吸込期間中のみ開弁可能であることにより、ポンプアッセンブリ１００の効率は、良好である。

これに加え、予め決められた値の開弁圧を有する受動型の圧力制御弁の使用は、圧力センサ１２３の校正を可能にする。圧力センサ１２３は、高圧集合管路１１２内の流体圧を求めるように設けられている。第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の予め決められた値は、運転中、特に変更されない。これにより、圧力センサ１２３を、第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の固定参照値に対して校正することが可能である。このことは、従来使用される能動的に制御される圧力制御弁では、開弁圧が、能動型の弁の場合、印加される制御電圧を介して、開弁圧の様々な値に制御されることができ、これにより固定の参照値を形成することができないため、不可能である。受動型の第２の圧力制限弁１０６の使用は、従来慣用の能動型の圧力制御弁より安価でもある。

第２の圧力制限弁１０６は、一方では、インジェクタ１０７における最高許容圧を保証する圧力制限弁として用いられ、他方では、圧力脈動を最小化するとともに、特に圧力センサ１２３の校正を行う圧力制御弁として用いられる。第２の圧力制限弁１０６の横断面は、特に、高い流体圧にもかかわらず最大許容面圧が超過されないように設定されている。第２の圧力制限弁１０６は、特に耐疲労性に設計されている。

第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値は、ポンプアッセンブリ１００の運転中の圧力脈動が第１の圧力制限弁１０５の開弁に至らしめない高さにある。第１の圧力制限弁１０５の出口側１１０は、低圧領域１１４に接続されている。これにより、高圧ポンプ１０１の吸込期間及び吐出期間とは無関係に放圧可能である。これにより、吐出期間中に管路内の圧力が第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値より大きくなることは、回避される。吐出期間中に管路内の圧力が第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値より大きくなることは、液圧的にロックされる圧力制限弁では、吐出期間中に起こる恐れがある。第１の圧力制限弁１０５の横断面は、高圧ポンプ１０１からの体積流量が最大であるときに最大許容システム圧がエラー時に超過されないように設定されている。第１の圧力制限弁１０５は、第２の圧力制限弁１０６より大きな体積流量に設計されている。

これにより、高圧ポンプ１０１により最大で圧送される体積流量が、高圧集合管路１１２内の言及すべきほどの圧力上昇なしに再び低圧領域１１４に導出可能であることが保証される。吐出期間中の許容できない圧力上昇は、回避される。第１の圧力制限弁１０５を許容できない開弁から保護するために、第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値は、通常運転中に発生する吐出期間中のシステム圧より上に規定される。その際、インジェクタ１０７の確実な開弁を保証するために、第２の圧力制限弁１０６の値は、第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値より低く設定される。これにより、インジェクタ１０７の機能は保証されている。第１の圧力制限弁１０５は、エラー時にのみ開弁する。第１の圧力制限弁１０５は通常運転中開弁しないので、第１の圧力制限弁１０５の摩耗は低減される。第１の圧力制限弁１０５と第２の圧力制限弁１０６とは、入口側で液圧的に並列に接続されている。

図２は、別の実施の形態に係るポンプアッセンブリ１００を示している。図２のポンプアッセンブリ１００は、実質的に、図１との関連で説明したようなポンプアッセンブリ１００の実施の形態に相当する。図１の実施の形態とは異なり、第２の圧力制限弁１０６の出口側１１１が、流体流入部１０２に液圧的に接続されている。

第２の圧力制限弁１０６は、出口側で低圧側１１４に液圧的に接続されている。これにより、第２の圧力制限弁１０６が開弁されているとき、流体流出部１０３から低圧領域１１４への流体の流れが可能である。第２の圧力制限弁１０６は、高圧ポンプ１０１の吐出期間中、液圧的に閉止されていない。これにより、第２の圧力制限弁１０６は、高圧ポンプ１０１の吐出期間中に開弁することが可能である。これにより、流体流出部１０３内及び高圧集合管路１１２内の圧力脈動は、第２の圧力制限弁１０６により最小化される。高圧ポンプ１０１内のすきま容積は、縮小される。このことは、ポンプアッセンブリ１００の効率を向上させる。

図３は、別の実施の形態に係るポンプアッセンブリ１００を示している。図３に示したポンプアッセンブリ１００は、実質的に、図１及び図２との関連で説明したような実施の形態に相当する。図１及び図２の実施の形態とは異なり、第２の圧力制限弁１０６の入口側１０９が、圧力室１０４に液圧的に接続されている。第２の圧力制限弁１０６の出口側１１１は、流体流入部１０２あるいは低圧側１１４に液圧的に接続されている。第２の圧力制限弁１０６が開弁されているとき、圧力室１０４から流体流入部１０２への流体流が開通されている。第２の圧力制限弁１０６は、高圧ポンプ１０１の各吐出期間中、開弁する。こうして、流体流出部１０３、高圧集合管路１１２及び圧力室１０４内の圧力脈動は、最小化される。

図４は、液圧的に並列に接続されている第１の圧力制限弁１０５と第２の圧力制限弁１０６とを示している。第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値は、第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値より大きくなるように調節されている。第１の圧力制限弁１０５は、第２の圧力制限弁１０６より大きな体積流量に設計されている。第１の圧力制限弁１０５の開弁圧の値及び最大体積流量の値は、第１の圧力制限弁１０５が正常に機能するとき、高圧領域１１５内の最大設定圧が超過されないように設定されている。第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値及び最大体積流量の値は、インジェクタ１０７の確実な開弁が保証されるとともに、圧力脈動が減衰されるように設定されている。

図５は、一実施の形態に係る第２の圧力制限弁１０６の概略図を示している。第２の圧力制限弁１０６は、別の実施の形態ではこれとは異なって形成されている。

第２の圧力制限弁１０６は、「受動型の圧力制御弁」である。第２の圧力制限弁１０６は、ハウジング１２０を有している。ハウジング１２０内では、ばね１１６が保持要素１１９と封止要素１１７との間において付勢されている。封止要素１１７は、ばね１１６により封止座１１８に押し付けられる。封止座１１８は、入口１０９と出口１１１との間に配置されている。入口側１０９の圧力が上昇すると、封止要素１１７は、ばね１１６のばね力に抗して封止座１１８から離間移動し、入口側１０９から出口側１１１への流体流を開通させる。入口側１０９には、例えば先細りした横断面１２１が設けられている。この先細りした横断面１２１は、通流量制限に用いられる。第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値は、ばね１１６のプリロードを介して設定される。第２の圧力制限弁１０６の組立中に長手方向軸線１２４に沿って保持要素１１９を移動させることにより、ばね１１６のプリロードは調節される。プリロード１１６が、予め決められた値に達すると、保持要素１１９の、ハウジング１２０に対する相対的な位置は、固定される。これにより、第２の圧力制限弁１０６の開弁圧の値は、簡単に設定可能である。制限された横断面１２１により、弁の開弁時の通流量制限が実現されている。これに加え、簡単に、封止要素１１７の行程ストッパが実現されている。第２の圧力制限弁１０６は、実施の形態では「カートリッジ弁」、つまり独立した部材として形成されている。第２の圧力制限弁１０６は、実施の形態では「プラグイン弁」、つまり差込部材として形成されている。第２の圧力制限弁１０６は、実施の形態では直接ポンプ１０１のハウジング内に組み込まれている。

これに加え、ポンプアッセンブリ１００内での第１の圧力制限弁１０５と第２の圧力制限弁１０６との組み合わせにより、運転中の高圧側１１５の圧力を従来慣用のシステムと比較して低減することが可能である。これにより、高圧集合管路１１２とインジェクタ１０７との間に安価なＯリングシールを設けることが可能である。これにより、高価な金属シールは省略可能である。両圧力制限弁１０５，１０６の組み合わせにより、３５０ｂａｒまでの高圧側１１５の圧力において、内燃機関の低エミッションの運転を可能にすることができる。３５０ｂａｒまでのシステム圧において、高圧集合管路１１２とインジェクタ１０７との間の接続部の密封性は、Ｏリングを介して保証されている。

Claims (10)

1. 自動車用のポンプアッセンブリであって、
   流体を圧送する高圧ポンプ（１０１）であって、流体流入部（１０２）及び流体流出部（１０３）並びに圧力室（１０４）を有し、該圧力室（１０４）は、液圧回路で見て前記流体流入部（１０２）と前記流体流出部（１０３）との間に配置されている高圧ポンプ（１０１）と、
   入口側で前記流体流出部（１０３）に連結されている第１の圧力制限弁（１０５）と、
   第２の圧力制限弁（１０６）と、
   を備え、
   両前記圧力制限弁（１０５，１０６）は、液圧的に並列に接続されており、
   両前記圧力制限弁（１０５，１０６）は、それぞれ開弁圧を有し、
   前記第１の圧力制限弁（１０５）の開弁圧の値は、前記第２の圧力制限弁（１０６）の開弁圧の値より大きく、
   前記第２の圧力制限弁（１０６）の開弁圧の値は、前記ポンプアッセンブリ（１００）に液圧的に連結可能なインジェクタ（１０７）に応じて設定されている、
   ことを特徴とする、ポンプアッセンブリ。
2. 前記第１の圧力制限弁（１０５）は、出口側で前記流体流入部（１０２）に液圧的に連結されている、請求項１記載のポンプアッセンブリ。
3. 前記第２の圧力制限弁（１０６）は、出口側で前記圧力室（１０４）に液圧的に連結されている、請求項１又は２記載のポンプアッセンブリ。
4. 前記第２の圧力制限弁（１０６）は、出口側で前記流体流入部（１０２）に液圧的に連結されている、請求項１又は２記載のポンプアッセンブリ。
5. 前記第２の圧力制限弁（１０６）は、入口側で前記流体流出部（１０３）に連結されている。請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプアッセンブリ。
6. 前記第２の圧力制限弁（１０６）は、入口側で前記圧力室（１０４）に連結されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプアッセンブリ。
7. 前記第２の圧力制限弁（１０６）は、固定に設定された開弁圧を有する受動型の圧力制御弁として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のポンプアッセンブリ。
8. 第１の圧力制限弁（１０５）の開弁圧の値は、前記流体流出部（１０３）と前記インジェクタ（１０７）との間に液圧的に連結可能な高圧集合管路（１１２）に応じて設定されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のポンプアッセンブリ。
9. 前記第２の圧力制限弁（１０６）の開弁圧の値は、前記インジェクタ（１０７）の開弁圧に応じて設定されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のポンプアッセンブリ。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載のポンプアッセンブリ（１００）と、
    液圧的に前記流体流出部に連結されている高圧集合管路（１１２）と、
    内燃機関の燃焼室内に流体を噴射するインジェクタ（１０７）と、
    を備えるシステム。

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