JP2016524675A - ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】作動時に不都合な影響を低減するため、低圧室で生成される圧力脈動を効果的に減衰し得るポンプを提案する。【解決手段】燃料噴射装置に用いられる高圧ポンプ(1)は、駆動機構室(4)として構成された低圧室(4)と、低圧室(4)の中に配置された駆動装置(5)とを含み、駆動装置(5)により作動時に低圧室(4)で圧力脈動が生成される。一方で低圧室(4)と接続されるとともに、他方では作動時に低圧室(4)の圧力(p1)を下回る低圧レベル(25)に接続された減衰装置(30)が設けられる。減衰装置(30)は、一方で低圧室(4)の圧力(p1)によりばね部材(36)のばね力に抗して付勢されるとともに他方ではピストンボア(33)の中で蒸気室(34)を区切るスライド可能なピストン(32)を有している。さらに減衰装置(30)は、蒸気室(34)を一時的に低圧レベル(25)と接続する負荷軽減装置(37)を有する。【選択図】 図1

Description

本発明はポンプ、特に燃料噴射装置または液圧用途のための高圧ポンプに関する。特に本発明は、ディーゼルポンプ、フューエルポンプ、および液圧ポンプの分野に関する。
特許文献1より、空気を圧縮する自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置のための高圧ポンプが公知である。この公知の高圧ポンプは、ポンプモジュールと駆動シャフトとを有しており、駆動シャフトは、ポンプモジュールに割り当てられたカムを含んでいる。ポンプモジュールは、カムの摺動面に沿って転動する摺動ローラを含んでいる。駆動シャフトは、高圧ポンプのハウジング部分で軸受個所に支承されている。高圧ポンプの作動時にはピストンの往復運動が実現され、それにより、高い圧力のもとにある燃料のコモンレールへの送出が行われる。この場合、高圧ポンプの作動時に駆動シャフトは軸を中心として回転する。
特許文献1から公知の高圧ポンプは、作動時にピストンの容積押除けによって、駆動シャフトが中に設けられている駆動機構室で、送出特性によって、または追加的に駆動機構部分運動によってバルク波が生成され、このバルク波が他の低圧システムないし他の低圧領域へ放出されて、そこで高い圧力負荷を生じさせるという欠点を有している。このことは特に、ただ1つのポンプモジュールを有する、ないしは、中で案内されるポンプピストンを有するただ1つの高圧シリンダを有する、高圧ポンプについて当てはまる。結果として騒音が起こったり、あるいは高圧ポンプの耐用寿命の短縮も起こったりする可能性がある。
ドイツ特許出願公開第102009003054A1号明細書
請求項1の構成要件を有する本発明によるポンプは、改善された構造と、改善された機能形態が可能になるという利点を有している。特に作動時に、不都合な影響を低減するために、低圧室で生成される圧力脈動を効果的に減衰することができる。
従属請求項に記載されている方策により、請求項1に記載されたポンプの好ましい発展形が可能である。
ポンプは、特に、特に燃料である流体を高圧で送出する役目を果たす高圧ポンプとして構成されていてよい。たとえば高圧ポンプは、燃料噴射装置またはその他の液圧システムに組み込まれていてよい。この場合、ポンプの低圧室を介して延びる低圧回路が形成されていてよい。このとき低圧室はポンプの駆動機構室として構成されていてよく、駆動装置は少なくとも部分的に、駆動機構室として構成された低圧室の中に配置されている。このように低圧回路を介して、駆動装置の潤滑を同時に実現することができる。そして、駆動機構室として構成されたポンプの低圧室の中で駆動装置により生成される圧力脈動は、すでにポンプのハウジングの内部で、少なくとも1つの減衰装置によって減衰されるのが好ましい。それにより、このような圧力脈動の、低圧回路の他の部分に対する影響が低減される。それにより、低圧回路に設けられていてよいその他の減衰装置を、その構成に関して簡素化することができ、場合によっては省略することもできる。このように低圧回路の構成も簡素化され、およびそれに伴って燃料噴射装置またはこれに類するものの構成も簡素化される。
流体、特に燃料を、好ましい形態においては、低圧室を介して少なくとも間接的にポンプモジュールのポンプ作業室へと案内することができる。このとき低圧室は、特に駆動機構室であってよい。このとき、ポンプが複数のポンプモジュールおよびそれに応じて複数のポンプ作業室を有しており、このポンプ作業室に向かって流体が、特に燃料が、低圧室を介して案内される実施形態も考えられる。
負荷軽減装置は、蒸気室を少なくとも間接的に低圧レベルと接続するスロットル、および/または一方では少なくとも間接的に蒸気室および他方では少なくとも間接的に低圧レベルと接続された、低圧レベルに向かって開く逆止弁を有しているのが好ましい。このように圧力脈動の減衰を、ばね力に抗して支承されるピストンによって具体化することができる。
考えられる1つの実施形態では、蒸気室はスロットルを介してさらに低い低圧レベルに接続されている。このときスロットルは、好ましい形態においては、脈動周波数および脈動振幅に依存して、ならびにスロットルの後の低圧レベルに依存して適合化され、それにより、蒸気室が膨張したときにできる限り大きな蒸気容積が生成され、この蒸気容積を、ピストンが再び繰り込まれたときに蒸気が完全に凝縮されるまで減衰容積として利用することができ、あらためて容積押除けが行われることがないようになっている。
第2の考えられる実施形態では、好ましい形態においては、蒸気室は逆止弁を介して少なくとも安定したおよび/またはいっそう低い低圧レベルに接続される。好ましい形態では、逆止弁を介してピストン漏れも排出することができ、減衰容積として利用できる蒸気容積を強制することができる。
このような減衰の手段は低コストかつメンテナンスフリーである。なぜなら、一方における気相および/または蒸気相と、他方における液体との間に恒常的な密封個所がないことによって、耐用寿命全体を通じて機能性を確保することができるからである。
さらに、ガスショックアブソーバおよびこれに類するものと比べたときの主要な利点は、作業点を、特に圧力振幅が変動するときの中心となる必要な平均圧力を、ばね力を印加するばね部材を介して調整できることにある。それに対してガスショックアブソーバでは、このことはガスの予備圧縮によって、または高い弾性によって確保しなければならない。なぜなら、減衰作用の大部分を失うことなしには、それは限定的にしか可能でないからである。このように、作業点をいっそう容易に適合化可能である。
負荷軽減装置のスロットルはピストンボアへ半径方向に連通しているのが好ましい。このときピストンボアは、適当な閉止部材を介して閉止されていてよい。この実施形態では、特別に簡単な形態で、蒸気室がスロットルを介して接続される低い低圧レベルを準備しておくことができる。
改変された実施形態では、ピストンボアの中に閉止部材が配置されており、蒸気室はピストンとピストンボアの閉止部材との間に構成されており、負荷軽減装置のスロットルは閉止部材に組み込まれているのが好ましい。このようにして、ピストンボアのために必要なアクセス部を、同時に、低圧レベルを準備しておくために利用することができる。
別の考えられる実施形態では、ピストンボアはハウジングの中に配置されており、ピストンボアの蒸気室に連通する低圧通路がハウジングに構成されており、逆止弁は低圧通路の中に配置されているのが好ましい。それにより、ポンプのハウジングへの逆止弁の統合が可能である。したがって、コンパクトな実施形態を具体化することができる。
しかしながら、ピストンボアの中に閉止部材が配置されており、蒸気室はピストンとピストンボアの閉止部材との間に構成されており、逆止弁は閉止部材に組み込まれているのも好ましい。このように、主要な機能をピストンボアの領域で具体化することができる。この場合、このような具体化のために必要となるハウジング内部での所要スペースが最低限に抑えられる。
好ましい形態において、蒸気室にはピストンをばね力で付勢するばね部材が配置されている。このように蒸気室が、同時にばね室としての役目を果たすことができる。このときばね部材を、ピストンにより圧縮されるように付勢することができる。しかしながらピストンは、圧縮だけでなく引張をするようにもピストンを付勢するために、適当な形態でばね部材と結合されていてもよい。
さらにピストンは、ピストンとピストンボアとの間で低圧室から蒸気室への漏れ流が可能となるように、ピストンボアの中で案内されているのが好ましい。それにより、一方ではピストンボアの中でのピストン案内部の潤滑が具体化される。同時に、それによって特に燃料である流体の蒸気室への追加流が具体化される。それにより、必要な蒸気容積を常時生成することができ、それと同時に好ましい減衰挙動を実現することができる。そして漏れはスロットルないし逆止弁を介して、低圧レベルへと排出される。このようにメンテナンスフリーの作動が可能である。
本発明の好ましい実施例について、対応する部材には一致する符号が付された添付の図面を参照しながら、以下の記述で詳しく説明する。図面は次のものを示している:
本発明の第1の実施例に準ずる、燃料噴射装置の高圧ポンプを示す模式図である。 本発明の第2の実施例に準ずる、図1に示す高圧ポンプの抜粋した模式的な断面図である。 本発明の第3の実施例に準ずる、図1に示す高圧ポンプの抜粋した模式的な断面図である。 本発明の第4の実施例に準ずる、図1に示す高圧ポンプの抜粋した模式的な断面図である。 第5の実施例に準ずる、図1に示す高圧ポンプの抜粋した模式的な断面図である。 本発明の考えられる実施形態に準ずる高圧ポンプの機能形態を説明するためのグラフである。
図1は、低圧回路3を備えた燃料噴射装置2の高圧ポンプ1を、第1の実施例に準ずる模式図として示している。高圧ポンプ1は、特に空気を圧縮する自己着火式の内燃機関のために、または混合気を圧縮する外部着火式の内燃機関のために利用することができる。さらに高圧ポンプ1は、その他の液圧用途のための液圧ポンプとして構成されていてもよい。
高圧ポンプ1は低圧室4と駆動装置5とを有している。このとき作動時に、駆動装置5によって圧力脈動が低圧室4で生成される。本実施例では、低圧室4は、多重カム7を備えた軸6が少なくとも部分的に中に配置された駆動機構室によって形成されている。軸6の多重カム7は、高圧ポンプ1のポンプモジュール9のポンプピストン8を駆動する役目を果たす。ここでは、シリンダボア11が中に構成されたシリンダヘッド10の一部が模式的に図示されている。ポンプピストン8はシリンダボア11の中で案内されている。多重カム7によるポンプピストン8の操作は、二重矢印12によって図示されている。
さらに配分ユニット13が設けられており、この配分ユニット13を介して、作動時に低い圧力のもとにある燃料がポンプ作業室14へと案内される。ポンプ作業室14は、ここではシリンダボア11の中のポンプピストン8によって区切られている。吐出弁15を介して、作動時に高い圧力のもとにある燃料がたとえばコモンレールへと案内される。
駆動装置5によって、特にポンプピストン8の往復運動によって、低圧室4では圧力脈動が生成される。ここで付言しておくと、図面を簡略化するために、駆動機構室(低圧室)4は、少なくとも部分的に駆動機構室4の中に配置された駆動装置5とは別個に、特に軸6とは別個に図示されている。
低圧回路3は、タンク20と、たとえば電動燃料ポンプ21として構成されていてよいフィードポンプ21とを含んでいる。フィードポンプ21により、燃料がタンク20からフィルタ装置22を介して低圧室4へと送出される。フィルタ装置22は、フィルタと、場合により水分離器とを含んでいる。
低圧室4から、燃料の一部がハウジング軸受23およびフランジ軸受24を介して低圧レベル25へと案内される。ハウジング軸受23およびフランジ軸受24には、軸6が多重カム7によって支承されている。ハウジング軸受23とフランジ軸受24は、これらがスロットルとして作用するので、ここではスロットル23,24によって図示されている。
低圧室4の中ではたとえば圧力pが生じている。低圧レベル25は、圧力pよりも低い圧力pを有している。ある程度の低い圧力pを低圧レベル25で維持するために、場合により装置26が設けられていてよい。それにより、たとえば場合により圧力負荷が解除されるタンク20よりも若干高い圧力pを維持することができる。装置26は、たとえばスロットルまたはその他のわずかな圧力制限部を有することができる。低圧回路3の構成によっては、装置26を省略することもできる。特に、低圧レベル25からタンク20へと通じる戻り配管27の長さによって、すでに所望の低い圧力pを低圧レベル25で実現することができる。
高圧ポンプ1は減衰装置30を有している。高圧ポンプ1の実施形態に応じて、このような複数の減衰装置30が設けられていてもよい。減衰装置30は、一方では配管31によって低圧室4と接続されるとともに、他方では低圧レベル25に接続されている。作動時に、低圧レベル25はその圧力pによって低圧室4の圧力pを下回る。このように減衰装置30を介して、低圧室4から低圧レベル25にかけての圧力勾配が生じる。
圧力脈動が発生すると低圧室4で圧力振動が起こり、このことが減衰装置30による減衰を発動させる。このために減衰装置30は、本実施例では、調整用ピストン32としての役目を果たすピストン32を有している。ピストン32は、ピストンボア33の中でスライド可能なように案内されている。本実施例では、ピストン32はピストンボア33を蒸気室34と室35とに区分する。ここでは蒸気室34は同時に、たとえば渦巻ばね36として構成されたばね部材36が中に配置されたばね室34としての役目を果たす。
室35のほうからは、ピストン32は低圧室4の圧力pにより、ばね部材36のばね力に抗して付勢される。他方でピストン32は、ピストンボア33の中で蒸気室34を区切っている。
さらに減衰装置30は、蒸気室34を低圧レベル25と接続する負荷軽減装置37を有している。本実施例では、負荷軽減装置37は逆止弁38を含んでいる。このとき逆止弁38は、低圧レベル25に向かって開く。
低圧回路3にある燃料流は、矢印によって図示されている。ここでは低圧室4と減衰装置30の室35との間で燃料交換が可能であり、すなわち両方の方向39,40への流体流が可能である。この流体交換は、圧力脈動が起こったときに発生する。
圧力脈動に基づいて低圧室4の圧力pの低下が生じると、燃料が室35から低圧室4へと流れる。それによりピストン32は、ばね部材36のばね力に基づき、蒸気室34の容積が減るように位置調節される。逆止弁38が蒸気室34への燃料の流入を阻止するので、ピストン32の位置調節に応じて、蒸気室34ではある程度の蒸気容積が生じる。そして圧力脈動は、その時間的な推移に応じて、低圧室4の圧力pの圧力上昇を生成する。このとき、ばね部材36のばね力に抗してピストン32の復帰が生じる。したがって、その前に発生していた蒸気容積は、ピストン32の復帰運動に応じて消滅する。
ピストン32は、低圧室4と接続された室35から蒸気室34へと、ピストン32とピストンボア33との間で漏れ流が可能であるように、ピストンボア32の中で案内されている。このときこの漏れは、作動時に逆止弁38を介して低圧レベル25へと排出される。
図2は、第2の実施例に準じて、図1に示す高圧ポンプ1の抜粋した模式的な断面図を示している。ここでは、高圧ポンプ1のハウジング46の一部である、低圧室4が中に構成されたハウジング部分45が示されている。ハウジング部分45はシリンダヘッド10であってもよい。
本実施例では、ハウジング部分45に管状のスリーブ47が挿入されており、このスリーブ47の中でピストンボア33が構成されている。このときスリーブ47には、ハウジング部分45の外面49に向かってピストンボア33を閉止する閉止部材48が挿入されている。蒸気室34は、ピストン32とピストンボア33の閉止部材48との間に構成されている。
さらにハウジング部分45には、スリーブ47に向かって延びる通路50が構成されている。圧力pを有する低圧レベル25は、ここでは通路50で具体化されている。
本実施例では、負荷軽減装置37は、ピストンボア33に半径方向で連通するスロットル51を有している。スロットル51は、本実施例ではスリーブ47に構成されている。ここではスロットル51は、蒸気室34を通路50と接続する。
スロットル51の絞り作用は、圧力脈動によって引き起こされて、ばね部材36のばね力によるピストン32の位置調節を可能にする低圧室4での圧力低下が起こったときに、圧力脈動で引き起こされる低圧室4での後続する圧力上昇によって行われるピストン32の復帰まで、蒸気室34の中で蒸気容積が一時的に生成される程度の強さに設定されている。
減衰装置30を特にばね部材36とスロットル51によって適合化することができる。このときスロットル51の絞り作用を、脈動周波数と脈動振幅に依存して、ならびにスロットル51の後の圧力pを有する低圧レベル25に依存して、ばね部材36が伸長したときに、できる限り大きな蒸気容積が蒸気室34で生成されるように適合化することができ、この蒸気容積を、ピストン32の再繰り込みのときに、蒸気が完全に凝縮するまで減衰容積として利用することができ、あらためて容積押除けが起こることがない。
図3は、第3の実施例に準ずる、図1に示す高圧ポンプ1の抜粋した模式的な断面図を示している。本実施例では、閉止部材48は貫通孔52を有している。貫通孔52は、スロットル51を形成するために、少なくとも区域的に十分に小さい直径を有するように構成されていてよい。このようにして、スロットル51を閉止部材48に組み込むことができる。蒸気室34と反対を向いているほうの閉止部材48の側53には、適当な形態で戻り部が戻り配管27に構成されている。このように閉止部材48の側53で、圧力pを有する低圧レベル25を保証することができる。
図4は、第4の実施例に準ずる、図1に示す高圧ポンプ1の抜粋した模式的な断面図を示している。本実施例では減衰装置30は、ねじ止め部分または差込部分54として構成されて、ハウジング部分45へねじ込まれ、ないしは差し込まれた部分54を有している。部分54は管状の区域55を有しており、この区域55の中にピストンボア33が構成されてている。部分54の管状の区域55は、ハウジング部分55に対してシールリング56によって封止されている。
管状の区域55のピストンボア33の中には、閉止部材48が配置されている。さらに、ピストンボア33を周囲に対して閉止する別の閉止部材57が設けられている。別の閉止部材57と閉止部材48との間に、低圧レベル25が中間室58で設定される。中間室58は適当な形態で戻り配管27と接続されている。
本実施例では、逆止弁38は閉止部材48に組み込まれている。ここでは逆止弁38は、蒸気室34から中間室58への燃料流を可能にする。この燃料流によって、ピストン32とピストンボア33との間の漏れ流に基づいて蒸気室34へ到達する漏れを、戻り配管37へと送ることができる。
図5は、第5の実施例に準じて、図1に示す高圧ポンプ1の抜粋した模式的な断面図を示している。本実施例では、部分54のピストンボア33は閉止部材48によって周囲に対して閉止されている。さらに管状の区域55は、半径方向の少なくとも1つの接続穴59,60を有しており、本実施例では、複数の半径方向の接続穴59,60が設けられている。
さらに本実施例では、ハウジング部分45に通路50が構成されている。通路50を、たとえばハウジング穴50によってハウジング部分45に構成することができる。通路50には逆止弁38が配置されている。したがって蒸気室34は、半径方向の接続穴59,60および逆止弁38を介して、低圧レベル25に接続されている。
図6は、本発明の考えられる実施形態に準ずる高圧ポンプ1の機能形態を説明するためのグラフを示している。ここでは横軸に時間tがプロットされており、それに対して縦軸には圧力pがプロットされている。このとき圧力pは、低圧室4の圧力pに、圧力脈動によって引き起こされる圧力変動を加えたものから生じている。このとき圧力脈動は、駆動装置5によって引き起こされる。考えられる圧力脈動が曲線61で図示されている。このように、平均の圧力とみなされる圧力pを中心とする圧力変動が低圧室4で生じる。しかし、曲線61で表されている圧力変動は、減衰装置30によって効果的に減衰される。それにより、このような圧力変動が他の低圧回路3に影響を及ぼすことがない。特に、配分ユニット13の機能性が確保される。
本発明は、説明した実施例だけに限定されるものではない。
1 ポンプ
4 低圧室
5 駆動装置
14 ポンプ作業室
25 低圧レベル
30 減衰装置
32 ピストン
33 ピストンボア
34 蒸気室
36 ばね部材
37 負荷軽減装置
38 逆止弁
46 ハウジング
48 閉止部材
50 通路
51 スロットル

Claims (10)

  1. 低圧室(4)と駆動装置(5)とを有し、該駆動装置によって作動時に前記低圧室(4)で圧力脈動が生成されるポンプ(1)、特に燃料噴射装置のための高圧ポンプ(1)において、
    一方では少なくとも間接的に前記低圧室(4)と接続されるとともに他方では作動時に前記低圧室(4)の圧力(p)を下回る低圧レベル(25)に接続された少なくとも1つの減衰装置(30)が設けられており、前記減衰装置(30)は、一方では前記低圧室(4)の圧力(p)によりばね力に抗して付勢されるとともに他方ではピストンボア(33)の中で蒸気室(34)を区切る、ピストンボア(33)の中でスライド可能なピストン(32)と、前記蒸気室(34)を少なくとも部分的に前記低圧レベル(25)と接続する負荷軽減装置(37)とを有している
    ことを特徴とするポンプ。
  2. 前記負荷軽減装置(37)は前記蒸気室(34)を少なくとも間接的に前記低圧レベル(25)と接続するスロットル(51)を有しており、および/または一方では少なくとも間接的に前記蒸気室(34)および他方では少なくとも間接的に前記低圧レベル(25)と接続された、前記低圧レベル(25)に向かって開く逆止弁(38)を有している
    ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
  3. 前記負荷軽減装置(37)の前記スロットル(51)は前記ピストンボア(33)へ半径方向に連通している
    ことを特徴とする請求項2に記載のポンプ。
  4. 前記ピストンボア(33)の中に閉止部材(48)が配置されており、前記蒸気室(34)は前記ピストン(32)と前記ピストンボア(33)の前記閉止部材(48)との間に構成されており、前記負荷軽減装置(37)の前記スロットル(51)は前記閉止部材(48)に組み込まれている
    ことを特徴とする請求項2に記載のポンプ。
  5. 前記スロットル(51)の絞り作用は、圧力脈動によって引き起こされてばね力による前記ピストン(32)の位置調節を可能にする前記低圧室(4)での圧力低下が起こったときに、圧力脈動で引き起こされる前記低圧室(4)での後続する圧力上昇によって行われる前記ピストン(32)の復帰まで、前記蒸気室(34)の中で蒸気容積を一時的に生成可能である程度の強さに設定されている
    ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載のポンプ。
  6. 前記ピストンボア(33)はハウジング(46)の中に配置されており、前記ピストンボア(33)の蒸気室(34)に連通する通路(50)が前記ハウジング(46)に構成されており、前記逆止弁(38)は前記通路(50)の中に配置されている
    ことを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載のポンプ。
  7. 前記ピストンボア(33)の中に閉止部材(48)が配置されており、前記蒸気室(34)は前記ピストン(32)と前記ピストンボア(33)の前記閉止部材(48)との間に構成されており、前記逆止弁(38)は前記閉止部材(48)に組み込まれている
    ことを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載のポンプ。
  8. 前記蒸気室(34)には前記ピストン(32)をばね力で付勢するばね部材(36)が配置されている
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のポンプ。
  9. 前記低圧室(4)は駆動機構室(4)として構成されており、前記駆動装置(5)は少なくとも部分的に前記駆動機構室(4)として構成された前記低圧室(4)の中に配置されており、および/または前記低圧室(4)を介して少なくとも間接的にポンプ作業室(14)へと流体を案内可能である
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のポンプ。
  10. 前記ピストン(32)は、前記ピストン(32)と前記ピストンボア(33)との間で前記低圧室(4)から前記蒸気室(34)への漏れ流が可能となるように、前記ピストンボア(33)の中で案内されている
    ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のポンプ。
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