JP2018184957A - 燃料噴射系用の燃料高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの摩耗を最小にした燃料高圧ポンプを提供する。
【解決手段】ポンプピストン（２２）とピストン回転誘導装置（３８）とを備えた燃料高圧ポンプ（１０）であって、ピストン回転誘導装置（３８）が、ポンプピストン（２２）の作動時に、それに沿ってポンプピストン（２２）が並進運動する運動軸線（２６）を中心にしたポンプピストン（２２）の回転を誘導する、燃料高圧ポンプ（１０）る。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射系において燃料を高圧で供給する燃料高圧ポンプに関する。

燃料噴射系における燃料高圧ポンプは、燃料を高圧で供給するために使用され、このとき圧力は、例えばガソリン内燃機関では１５０バール〜４００バールの範囲にあり、ディーゼル内燃機関では１５００バール〜３０００バールの範囲にある。それぞれの燃料において発生させることができる圧力が高ければ高いほど、燃焼室内における燃焼中に発生するエミッションが益々僅かになり、これは特に、エミッションの低減が益々強く望まれているという背景を考慮すると好適である。

このような燃料高圧ポンプは、通常、ピストンポンプとして構成されており、このようなピストンポンプでは、ポンプピストンが、圧力室を形成するハウジング孔内において、運動軸線に沿って並進運動し、かつこの運動によって、圧力室内に配置された燃料を圧縮し、これにより燃料に高圧を加える。

ポンプピストンは、ハウジング内の案内孔において案内され、例えば、スリーブ（sleeve）の形式で、その内部においてポンプピストンが高速往復動を軸方向において実施する駆動パートナ（Triebopartner）として、ポンプピストンを案内することが、ガソリン高圧ポンプの分野で公知である。ポンプピストンは、高い硬度、極めて良好な表面値を有しており、かつ通常、摩耗に対する保護のために被覆層をも有している。しかしながら、軸方向における高速往復動によって、作動時に発生する横力と相俟って、ポンプピストンはしばしば、特定の箇所において、ピストンのかじり傷（Kolbenfresser）が生じるまで摩耗してしまう。それというのは、上昇状態、横力等に基づいて、ポンプピストンの常に同じ箇所において、ポンプピストンは、駆動パートナ、つまりスリーブに接触するからである。これによって、スリーブおよびポンプピストンにおいても正確に同じ箇所において、増大した摩擦が発生し、これによって、例えば被覆層において、かつポンプピストン自体においても増大した摩耗が生じ、かつピストンのかじり傷が生じ得る。

したがって、特にますます高くなる所望のキロメートル走行性能という背景を考慮すると、可動のポンプピストンの摩耗を最小にすることが望ましい。

ゆえに、本発明の課題は、この観点において改善された燃料高圧ポンプを提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴組合せを備えた燃料高圧ポンプによって解決される。

本発明の好適な構成は、従属請求項の対象である。

燃料噴射系において燃料を高圧で供給する燃料高圧ポンプは、ハウジング孔を備えたハウジングを有しており、ハウジング孔は、１つの端部領域に、内部に燃料が高圧で供給される圧力室と、端部領域に接続していてポンプピストンを案内する案内孔とを形成している。さらに、燃料高圧ポンプは、案内孔内において案内されるポンプピストンを有しており、このポンプピストンは、燃料高圧ポンプの作動時に案内孔内において運動軸線に沿って並進運動する。燃料高圧ポンプには、ポンプピストンの作動時に運動軸線を中心にしたポンプピストンの回転を誘導する、ピストン回転誘導装置が設けられている。

これによって、通常のように、運動軸線に沿ったポンプピストンの、単に軸方向における高速往復動の昇降運動が、ポンプピストンの所望の回転運動と組み合わされる、燃料高圧ポンプが提案される。これによって、ポンプピストンと例えばスリーブによって提供される案内孔とにおいて、ただ１つの特定の箇所で増大した摩耗が生じるという欠点が解消される。特別な利点は、関与する構成部品における比較的僅かな摩耗にあり、このことは、公知の燃料高圧ポンプに対して耐用寿命が増加することを意味している。別の利点としては、燃料高圧ポンプの内部摩擦の最適化が挙げられ、このことは、比較的低い駆動モーメントと、これに基づく比較的低いＣＯ_２排出量を生じさせる。

案内孔は、例えばハウジング壁自体によって提供されてもよいが、しかしながらまた、追加的なスリーブを、ハウジングのハウジング孔内に挿入することも可能である。このように構成されていると、ハウジング孔の内部における案内孔を外部のエレメントによって形成することができる。

好ましくは、案内孔の案内壁とポンプピストンのピストン周面との間に、画成されたピストン遊びが設けられている。このピストン遊びを通って、ポンプピストンの作動時に、漏れ燃料が運動軸線に対して平行に圧力室から流出し、この場合、ピストン周面は、流れる漏れ燃料と共働してポンプピストンを運動軸線を中心にして回転させる表面構造を有している。

これにより、ピストン回転誘導装置は、ピストン周面における特殊な表面構造によって形成されており、この表面構造は、漏れ燃料が圧力室からピストン周面に沿って案内壁とピストン周面との間のピストン遊び内を流れる場合に、ポンプピストンを回転させることができる。したがって、特殊な表面構造をピストン周面に設けることによって、ポンプピストンの作動中に所望の回転運動が生じ、これによって１箇所における摩耗を明らかに減少させ、またはそれどころか回避することができる。この特殊な表面構造によって、取り囲む媒体としての、漏れ燃料の所望の流れが得られ、このことは、可動のポンプピストンに、運動軸線に沿ったその純然たる軸方向運動に加えて、さらに回転運動成分を与える。

好ましくは、表面構造は、ポンプピストンの運動軸線に対して平行にピストン周面にわたって延びており、表面構造は、特に完全にピストン周面の長さにわたって運動軸線に対して平行に延びている。

このように構成されていると、ピストン周面にわたって流れる全漏れ燃料が、表面構造と共働し、かつポンプピストンの回転運動を、ポンプピストンの全長にわたって誘導することができる。

好ましくは、表面構造は、ピストン周面に螺旋形に配置されている。螺旋は、好ましくはピストン周面の周りに螺旋形に向きを変えていて、運動軸線に関してピストン周面における表面構造が比較的大きな対称性を成すために役立つことができる。

好ましくは、表面構造の螺旋ピッチは、螺旋ピッチがポンプピストンの周囲の周りに最大で一回だけ螺旋を描くような大きさである。

特に好ましくは、平行に配置された複数の螺旋形の表面構造、例えば、少なくとも４つの表面構造が、ピストン周面に配置されている。

より多くの平行な表面構造が設けられていれば設けられているほど、対称性はより大きくなり、ひいては、誘導される回転運動の均一性がより大きくなる。これによって、ポンプピストンおよび案内孔の摩耗が好適に防止される。

一例である別の実施形態では、螺旋形の表面構造は、連続した螺旋によって形成されている。しかしながら、代替的に、螺旋形の表面構造を、中断された螺旋によって形成することも可能である。複数の螺旋がピストン周面に配置されている場合には、そのうちの一部を連続した螺旋によって形成し、かつ他の部分を中断された螺旋によって形成することが可能である。

表面構造の数および形態によって、ポンプピストンを取り囲む漏れ燃料の流速度および漏れ燃料の流れ方向に、影響を及ぼすことができ、このことはポンプピストンの回転運動に影響を及ぼす。したがって、所望の回転運動成分に応じて、表面構造の数、形状および構成を変化させることができる。

好ましくは、表面構造は、ピストン周面内に凹んでいるレリーフとして形成されており、このレリーフは、特にレーザ切削によってピストン周面内に形成されている。

これによって、表面構造は、好ましくは、運動軸線に沿った通路を形成しており、これらの通路内に漏れ燃料が流れることができる。

好ましくは、凹んでいるレリーフの深さは、２μｍ〜５μｍの範囲にある。この深さは、凹んでいるレリーフ内で十分な漏れ燃料を通すのに十分であり、これによって、漏れ燃料が生じさせる運動力によってポンプピストン内に回転運動を誘導することができる。

好適な実施形態では、案内孔は、案内孔の案内壁の円筒形偏差または表面荒さが最大でμｍ範囲にある最適な円筒として形成されている。ポンプピストンにおける表面構造との関連において、最適な円筒として案内孔を形成することによって、ポンプピストンの回転運動を、単にピストン周面における表面構造の変化によって、所望のように調節することができる。それというのは、案内孔の案内壁は、漏れ燃料の運動方向に対してほとんど影響を及ぼさないからである。

好ましくは、案内孔の案内壁とポンプピストンのピストン周面との間におけるピストン遊びが、４μｍ未満、好ましくは３.５μｍ未満、特に好ましくは２μｍ〜３μｍの間の範囲にある。したがって、ピストン遊びは、公知の使用例と比較して約３０％減じられており、これによって、ポンプピストンを取り囲む漏れ燃料の流速度および方向にも影響を及ぼすことができ、このことは、ポンプピストンに比較的高い回転運動成分を与える。

したがって、ポンプピストンの回転に対して決定的な影響を有するエレメントは、案内孔の形状、表面構造の形状、表面構造の深さおよびピストン遊びである。

したがって、例えば高められた横力作用に基づく比較的高い摩耗が見込まれる場合には、このような横力作用は、ピストン遊びの低減によって、ポンプピストンにおける特殊な表面構造によって、かつまた案内孔の形状、ならびにポンプピストンの回転によって、所望のように減じることができる。このとき、摩耗箇所は、耐用寿命にわたって、従来のように局部的に常に同じ箇所に位置しているのではなく、摩耗箇所は３６０°回転する。これによって耐用寿命を大幅に延ばすことができる。

次に、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しながら詳説する。

案内孔内において案内される、第１実施形態のポンプピストンを備えた、燃料高圧ポンプのハウジングを、概略的に示す断面図である。 図１に示されたポンプピストンの第２実施形態を示す斜視図である。 図１に示されたポンプピストンの第３実施形態を示す斜視図である。

図１には、燃料、特にガソリンを高圧で供給する燃料高圧ポンプ１０が、概略的に断面図で示されている。燃料高圧ポンプ１０は、ハウジング１２を有しており、このハウジング１２内にはハウジング孔１４が形成されており、このハウジング孔１４は、端部領域１６に圧力室１８を形成している。ハウジング孔１４は、端部領域１６に接続して案内孔２０を形成しており、この案内孔２０内には、ポンプピストン２２が配置されている。作動中に、圧力室１８には供給孔２４を介して燃料が供給される。ポンプピストン２２は、案内孔２０内においてその運動軸線２６に沿って昇降運動し、これによって圧力室１８の容積を減じる。これにより、圧力室１８内にある燃料が圧縮され、ひいては高圧を加えられる。

本実施形態では、案内孔２０はハウジング１２内に直接形成されている。しかしながらまた、追加的なスリーブをハウジング孔１４内に挿入することも可能であり、このスリーブ内に、ポンプピストン２２のための案内孔２０が形成されている。

ポンプピストン２２のピストン周面２８と案内孔２０の案内壁３０との間には、ピストン遊び３２が設けられている。このピストン遊び３２によってポンプピストン２２は、案内孔２０内において良好に並進的に昇降運動することができる。加えて、ピストン遊び３２は、作動中にポンプピストン２２を潤滑および冷却するのに役立ち、圧力室１８からの漏れ燃料が、ピストン遊び３２内においてピストン周面２８に沿って下方に流れることができる。

ピストン周面２８は、表面構造３４を有しており、この表面構造３４は、図１に示された実施形態では、螺旋形状の表面構造３４、螺旋３５として、凹んでいるレリーフ３６の形態で形成されている。

漏れ燃料がピストン遊び３２内において、ポンプピストン２２におけるピストン周面２８に沿って下方に流れる場合、漏れ燃料は、レリーフ３６内にも進入し、形成された螺旋３５に沿って流れる。流れる漏れ燃料は、運動力をポンプピストン２２に対して加え、この運動力によって、ポンプピストン２２は、運動軸線２６を中心にして回転し始める。したがって、表面構造３４と、圧力室１８から流出する漏れ燃料との組合せが、ピストン回転誘導装置３８を形成している。

運動軸線２６を中心にしたポンプピストン２２の特に好適な回転を生じさせるために、レリーフ３６、つまり表面構造３４の深さＴは、好ましくはピストン遊び３２の値の範囲において変動するが、使用例に応じてさらに大きな値であってもよい。例えば、好適なピストン遊び３２は、公知の燃料高圧ポンプ１０と比較して３０％だけ減じられており、かつ４μｍ未満の値範囲、特に３.５μｍ未満の値範囲内で変動し、例えば、２μｍ〜３μｍの範囲にある。対応して好ましくは、レリーフ３６の深さＴは、２μｍ〜５μｍの値範囲にある。凹んでいるレリーフ３６は、例えばレーザを用いてピストン周面２８内に形成されてよい。

実質的に表面構造３４が、運動軸線２６を中心にしたポンプピストン２２の回転を生じさせるために、好ましくは、案内孔２０は、最適な円筒として、つまり、極めて小さな円筒形偏差しか有しておらず、かつ極めて小さな表面荒さしか有していない円筒として形成されている。好ましくは、案内壁３０の円筒形偏差および表面荒さは、単に最大でμｍの範囲にある。

運動軸線２６を中心にしたポンプピストン２２の回転に対する影響を、ピストン周面２８の長さＬ全体にわたって運動軸線２６に対して平行に生じさせるために、好ましくは、表面構造３４は完全に長さＬにわたって運動軸線２６に対して平行にピストン周面２８において延びている。

運動軸線２６を中心にしたポンプピストン２２の回転に応じて、種々様々な表面構造３４を使用することができる。

図１には、第１実施形態において、ただ１つの螺旋３５の使用が示されており、この螺旋３５は、ピストン周面２８全体の周りに螺旋を描いている。

図２には、ポンプピストン２２の第２実施形態が示されており、ここでは、互いに平行に延びる複数の螺旋形の表面構造３４がピストン周面２８に配置されている。本実施形態では、４つの平行な螺旋３５がピストン周面２８に配置されている。この４つの螺旋３５の螺旋ピッチ４０はそれぞれ、螺旋ピッチ４０がそれぞれポンプピストン２２の周囲Ｕにおいて１回だけ螺旋を描くような大きさである。

図２では、螺旋３５は、連続した螺旋として、つまり完全に途切れることなく形成されている。図３に示された代替的な第３実施形態では、螺旋３５は、中断された螺旋３５として形成されている。

Claims (10)

1. 燃料噴射系において燃料を高圧で供給する燃料高圧ポンプ（１０）であって、
   ハウジング孔（１４）を備えたハウジング（１２）であって、前記ハウジング孔（１４）が、１つの端部領域（１６）に、内部に前記燃料が高圧で供給される圧力室（１８）と、前記端部領域（１６）に接続しておりポンプピストン（２２）を案内する案内孔（２０）とを形成しているハウジング（１２）と、
   前記案内孔（２０）内において案内されるポンプピストン（２２）であって、当該燃料高圧ポンプ（１０）の作動時に前記案内孔（２０）内において運動軸線（２６）に沿って並進運動するポンプピストン（２２）と、を有しており、
   前記ポンプピストン（２２）の作動時に、前記運動軸線（２６）を中心にした前記ポンプピストン（２２）の回転を誘導する、ピストン回転誘導装置（３８）が設けられている、
   燃料高圧ポンプ（１０）。
2. 前記案内孔（２０）の案内壁（３０）と前記ポンプピストン（２２）のピストン周面（２８）との間に、画成されたピストン遊び（３２）が設けられており、該ピストン遊び（３２）を通って、前記ポンプピストン（２２）の作動時に、漏れ燃料が前記運動軸線（２６）に対して平行に前記圧力室（１８）から流出し、前記ピストン周面（２８）は、流れる前記漏れ燃料と共働して、前記ポンプピストン（２２）を、前記運動軸線（２６）を中心にして回転させる表面構造（３４）を有している、請求項１記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
3. 前記表面構造（３４）は、前記ポンプピストン（２２）の前記運動軸線（２６）に対して平行に前記ピストン周面（２８）にわたって延びており、前記表面構造（３４）は、特に完全に前記ピストン周面（２８）の長さ（Ｌ）にわたって前記運動軸線（２６）に対して平行に延びている、請求項２記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
4. 前記表面構造（３４）は、前記ピストン周面（２８）に螺旋形に配置されており、前記表面構造（３４）の螺旋ピッチ（４０）は、好ましくは、該螺旋ピッチ（４０）が前記ポンプピストン（２２）の周囲（Ｕ）の周りに最大で一回だけ螺旋を描くような大きさである、請求項２または３記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
5. 平行に配置された複数の螺旋形の前記表面構造（３４）、好ましくは、少なくとも４つの前記表面構造（３４）が、前記ピストン周面（２８）に配置されている、請求項４記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
6. 前記螺旋形の表面構造（３４）は、連続した螺旋（３５）によって、または中断された螺旋（３５）によって形成されている、請求項４または５記載の燃料高圧ポンプ（１）。
7. 前記表面構造（３４）は、前記ピストン周面（２８）内に凹んでいるレリーフ（３６）として形成されており、該レリーフ（３６）は、特にレーザ切削によってピストン周面（２８）内に形成されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
8. 前記凹んでいるレリーフ（３６）の深さ（Ｔ）は、２μｍ〜５μｍの範囲にある、請求項７記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
9. 前記案内孔（２０）は、前記案内孔（２０）の前記案内壁（３０）の円筒形偏差および／または表面荒さが最大でμｍ範囲にある最適な円筒として形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
10. 前記案内孔（２０）の前記案内壁（３０）と前記ポンプピストン（２２）の前記ピストン周面（２８）との間のピストン遊び（３２）が、４μｍ未満、好ましくは３.５μｍ未満、特に好ましくは２μｍ〜３μｍの間にある、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ（１０）。