JP2019090421A - ポンプ、特に燃料高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】カム送出領域のさまざまに異なるカム輪郭により、燃料高圧送出のフレキシビリティを可能にするポンプを提案し、また内燃機関の動作パラメータ、負荷、回転数に依存して、さまざまなカム輪郭とさまざまなカム輪郭の組合せを送出のために利用し得るポンプを提案する。【解決手段】多重カム（１６）のカム送出領域（１６ａ，１６ｂ）のカム輪郭、または１重カム（１６０）のカム送出領域（１６０ａ，１６０ｂ）のカム輪郭がそれぞれ別様に構成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の分野に属するポンプ、特に燃料高圧ポンプに関する。

燃料高圧ポンプの形態のこのようなポンプは、特許文献１によって知られている。このポンプは、少なくとも１つのカムを備えた駆動シャフトにより往復運動で駆動されるポンプピストンを有する、少なくとも１つのポンプ部材を有している。ポンプピストンは、ポンプピストンの吸込ストロークのときに取込弁を介して燃料で充填されるポンプ作業室を区切っている。駆動シャフトのカムは二重カムの形態で多重カムとして構成され、相応に２つのカム送出領域を有している。さらに、２つのカムは駆動シャフトの回転軸の方向で相並んで配置される。カム送出領域はそのカム輪郭に関してすべて同様に構成され、すなわち、同じカムリフトとカムリード、ならびに、駆動シャフトの回転角に対する上死点の同じ位置を有している。燃料高圧送出のためにすべてのカム送出領域が利用され、そのため、この場合にはフレキシビリティは存在しない。

さらに特許文献２より、カムを備えた駆動シャフトにより往復運動で駆動されるポンプピストンを備えるポンプ部材を有する燃料高圧ポンプが公知である。このときポンプ部材の取込弁は、燃料高圧ポンプの送出量の変更を可能にするために電気的に操作可能である。

独国特許出願公開第１０２０１３２０６０２５号明細書 独国特許出願公開第１９６４４９１５号明細書

それに対して、請求項１の構成要件を有する本発明によるポンプは、カム送出領域のさまざまに異なるカム輪郭により、燃料高圧送出のフレキシビリティが可能になるという利点がある。この場合、たとえば内燃機関の動作パラメータに依存して、たとえば負荷や回転数に依存して、さまざまなカム輪郭とさまざまなカム輪郭の組合せを送出のために利用することができる。たとえばカム輪郭のうちの１つが低い送出量需要について設計されていてよく、別のカム輪郭は高い送出量需要について設計されていてよい。

従属請求項には、本発明によるポンプの好ましい実施形態と発展例が記載されている。請求項２から４には、カム輪郭のさまざまに異なる構成のさまざまな選択肢が記載されている。請求項６に記載の構成は、電気的に操作される取込弁により、どのカム送出領域を送出のために利用するかを簡単な仕方で決定できるという利点があり、カム送出領域の任意の部分および任意の組合せを利用することができる。

本発明の２つの実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明する。

第１の実施例に基づくポンプを横断面で部分的に示す図である。 送出のために利用される異なるカム送出領域を備えたポンプのカムを示す拡大図である。 送出のために利用される異なるカム送出領域を備えたポンプのカムを示す拡大図である。 送出のために利用される異なるカム送出領域を備えたポンプのカムを示す拡大図である。 第２の実施例に基づくポンプを縦断面で示す図である。 それぞれ異なるカム送出領域を備える第２の実施例に基づくポンプの２つのカムを互いに対比した図である。

図１には、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料高圧ポンプである、第１の実施例に基づくポンプが簡略化した図として部分的に示されている。このポンプは少なくとも１つのポンプ部材１０を有していて、さらにこのポンプ部材は、駆動シャフト１４により往復運動で少なくとも間接的に駆動されるポンプピストン１２を有している。駆動シャフト１４はカム１６を有しており、このカムを介して、駆動シャフト１４の回転運動がポンプピストン１２の往復運動に変換される。ポンプピストン１２はプランジャ１８を介して、駆動シャフト１４のカム１６に支持される。駆動シャフト１４の円周にわたって配分されて配置された複数のポンプ部材１０が設けられていてよく、そのポンプピストン１２が同一のカム１６により駆動される。

ポンプ部材１０はハウジング２０を有しており、その中に、ポンプピストン１２がシリンダボア２２の中で密閉式に案内され、ハウジング部分２０は以下においてシリンダヘッドと呼ばれる。ポンプピストン１２はその駆動シャフト１４と反対を向く端部をもって、シリンダボア２２の中でポンプ作業室２４を区切っている。ポンプ作業室２４は取込弁２６を介して流入部２８との接続を有しており、この流入部を通じて、駆動装置１４のほうを向く半径方向内側へのポンプピストン１２の吸込ストロークのときに、ポンプ作業室２４が燃料で充填される。さらにポンプ作業室２４は、たとえばポンプ作業室２４から外に出るように開く吐出逆止め弁である吐出弁３０を介して流出部３２との接続を有しており、この流出部は高圧蓄積部３４へと通じることができ、この流出部を介して、半径方向外側へ駆動装置１４から離れるほうを向くポンプピストン１２の送出ストロークのときに、燃料がポンプ作業室２４から押し除けられる。

駆動シャフト１４のカム１６は多重カムとして、たとえば二重カムとして構成される。二重カム１６は、それぞれ定義されたカム輪郭を備える、円周方向に互いにオフセットされた２つのカム送出領域１６ａおよび１６ｂを有している。カム送出領域１６ａ，１６ｂは、駆動シャフト１４から離れるほうを向くポンプピストン１２の送出ストロークが惹起され、ポンプピストンが燃料をポンプ作業室２４から押し除ける二重カム１６の領域である。カム送出領域１６ａ，１６ｂの間には、復帰ばね１９により駆動シャフト１４のほうに向かうポンプピストン１２の吸込ストロークが行われるカム吸込領域１６ｃ，１６ｄが、二重カムに構成されている。

本発明によると、二重カム１６の両方のカム送出領域１６ａおよび１６ｂが、それぞれのカム輪郭に関して別様に構成されることが意図される。このとき特に、カム送出領域１６ａ，１６ｂのカム輪郭がそれぞれ異なるカムリフトｈ１およびｈ２を有することが意図される。その追加または代替として、カム送出領域１６ａ，１６ｂのカム輪郭がそれぞれ異なるカムリードを有することもできる。さらにその追加または代替として、駆動シャフト１４の回転角に対するカム送出領域１６ａ，１６ｂのカム輪郭の上死点ＯＴ１およびＯＴ２の位置がそれぞれ異なることが意図されていてよい。駆動シャフト１４の回転方向は、図２から４において矢印で示されている。たとえば第１のカム送出領域１６ａのカム輪郭は、小さいカムリフトｈ１と、それに応じて小さいカムリードを有しており、上死点ＯＴ１すなわち最も高いカム隆起部は、駆動シャフト１４の回転角が０°の下死点ＵＴ１を起点として、駆動シャフト１４の約１００°の回転角α１の領域に位置する。第２のカム送出領域１６ｂのカム輪郭は、大きいカムリフトｈ２と、それに応じて大きいカムリードとを有している。上死点ＯＴ２は、駆動シャフト１４の回転角が０°の下死点ＵＴ２を起点として、駆動シャフト１４の約９０°の回転角α２の領域に位置する。

取込弁２６は、たとえば電磁式のアクチュエータ４０によって電気的に操作可能である。アクチュエータ４０は、電子式の制御装置４６により制御される。制御装置４６により、内燃機関の最新の動作状態にとって必要な燃料高圧ポンプの送出量がセンサを用いて判定され、それに応じてアクチュエータ４０が制御される。取込弁２６は、弁座４４と協同作用する弁体４２を有している。ポンプピストン１２の吸込ストロークの間、取込弁２６は開いており、それにより燃料が流入部２８からポンプ作業室２４の中に流れ、ポンプ作業室が充填される。取込弁２６は吸込ストローク中にアクチュエータ４０の操作なしに、流入部とポンプ作業室２４との間の圧力差のみの結果として開くことが意図されていてよい。アクチュエータ４０の操作により、ポンプピストン１２の送出ストローク中にも取込弁２６を開くことができる。ポンプピストン１２の送出ストローク中に取込弁が開いていると、ポンプピストン１２により燃料が高圧備蓄部３４へ送出されるのではなく、流入部２８へ送り返される。アクチュエータ４０により、ポンプ作業室２４で生じている圧力に抗して取込弁２６を開くことができる。

燃料高圧ポンプの送出量需要に依存して、取込弁２６のアクチュエータ４０を適宜制御することで、カム送出領域１６ａ，１６ｂのうちの一方だけが、または両方のカム送出領域１６ａ，１６ｂが、燃料高圧送出のために利用される。燃料高圧ポンプにより少ない燃料量だけを高圧備蓄部３４へ送出しようとするとき、たとえば無負荷の内燃機関のアイドリングのとき、第１のカム送出領域１６ａだけが燃料高圧送出のために利用される。このとき取込弁２６は、ポンプピストン１２が第１のカム送出領域１６ａにより惹起される送出ストロークにあるときにだけ閉じられる。取込弁２６は、送出量需要に依存して、第１のカム送出領域１６ａの全体を通じて閉じられるか、または、第１のカム送出領域１６ａの一部を通じてのみ閉じられる。ポンプピストン１２が第２のカム送出領域１６ｂにより惹起される送出ストロークにあるとき、取込弁２６は常に開いたままとなり、それにより、高圧備蓄部３４への燃料の送出は行われなくなる。図２では、燃料送出のために利用される第１のカム送出領域１６ａの部分に符号Ａが付されている。内燃機関の負荷が低いときに第１のカム送出領域１６ａのみを利用することで、燃料高圧ポンプの騒音発生をこの負荷領域で低く抑えることができ、駆動シャフト１４やプランジャ１８といった燃料高圧ポンプのコンポーネントの負荷も、同じく低く抑えることができる。さらに、燃料高圧ポンプの駆動シャフト１４を駆動するために少ないトルクしか必要ない。それにより、燃料高圧ポンプの駆動のために必要な内燃機関のコンポーネントの負荷が軽減され、燃料高圧ポンプと同じドライブトレーンに配置されたその他のコンポーネントも同様である。

燃料高圧ポンプの送出量需要が高くなってきたとき、たとえば内燃機関の部分負荷のとき、第１のカム送出領域１６ａだけが燃料高圧送出のために利用されるのではなく、第２のカム送出領域１６ｂも利用される。このとき、たとえば第１のカム送出領域１６ａの全体を利用することができ、それは、取込弁２６が閉じられたまま保たれることによる。さらに、第２のカム送出領域１６ｂの一部が利用され、それは、第２のカム送出領域１６ｂにより惹起されるポンプピストン１２の送出ストロークの一部の間に、取込弁２６が閉じられたまま保たれることによる。図３では、燃料高圧送出のために利用されるカム送出領域１６ａ，１６ｂの部分に符号Ｂが付されている。

燃料高圧ポンプの送出量需要が高いとき、たとえば内燃機関の全負荷のとき、両方のカム送出領域１６ａ，１６ｂがそれぞれの長さ全体にわたって燃料高圧送出のために利用される。このとき取込弁２６は、カム送出領域１６ａ，１６ｂにより惹起されるポンプピストン１２の送出ストローク全体を通じて閉じられる。図４では、燃料高圧送出のために利用されるカム送出領域１６ａ，１６ｂの部分に符号Ｃが付されている。

取込弁２６のアクチュエータ４０を適宜制御することで、カム送出領域１６ａ，１６ｂの任意の組合せ、およびカム送出領域１６ａ，１６ｂの任意の部分を燃料高圧送出のために利用することができる。１つのポンプ部材１０だけが多重カム１６により操作されることが意図されていてよい。別案として、多重カム１６の円周にわたって配分されて配置された複数のポンプ部材１０が設けられていてもよく、これらが多重カム１６によって操作される。この場合、ポンプ部材１０の燃料高圧送出のために同一のカム送出領域１６ａ，１６ｂを利用するか、または、それぞれ異なるカム送出領域１６ａ，１６ｂを燃料高圧送出のために利用することができる。

図５には、駆動シャフト１４の回転軸１５の方向で互いにオフセットされて配置され、駆動シャフト１４のカム１６０によってそれぞれ操作される少なくとも２つのポンプ部材１０ａ，１０ｂが設けられた、第２の実施例に基づく燃料高圧ポンプが示されている。各々のポンプ部材１０ａ，１０ｂは、電気式のアクチュエータ４０によって開くことができる取込弁２６を有している。両方のカム１６０はポンプ部材１０ａ，１０ｂに応じて、駆動シャフト１４の回転軸１５の方向で互いにオフセットされて配置されている。両方のカム１６０は図６に断面図で示されており、互いに対比されているが、上で説明したようにこれらは駆動シャフト１４の回転軸１５の方向で相並んで配置されている。両方のカム１６０は１重カムとして構成されているとともに、カム送出領域１６０ａ，１６０ｂをそれぞれ有しており、またカム吸込領域１６０ｃ，１６０ｄをそれぞれ有している。カム送出領域１６０ａ，１６０ｂのカム輪郭は、第１の実施例と同じく、それぞれ別様に構成されている。たとえば図６の左側に示す第１のカム送出領域１６０ａのカム輪郭は小さいカムリフトｈ１と、小さいカムリードと、駆動シャフト１４の回転角α１に関して約１００°の領域で遅く位置する上死点ＯＴ１とを有している。図６の右側に示す第２のカム送出領域１６０ｂのカム輪郭は、大きいカムリフトｈ２と、大きいカムリードと、駆動シャフト１４の回転角α２に関して約９０°の領域で早く位置する上死点ＯＴ２とを有している。

燃料高圧ポンプの送出量需要に依存して、両方のポンプ部材１０ａ，１０ｂの取込弁２６のアクチュエータ４０を適宜制御することで、カム送出領域１６０ａ，１６０ｂのうちの一方だけ、およびそれに伴って１つのポンプ部材１０ａだけが利用され、または、両方のカム送出領域１６０ａ，１６０ｂおよびそれに伴って両方のポンプ部材１０ａ，１０ｂが、燃料高圧送出のために利用される。送出量需要が少ないときには、第１のポンプ部材１０ａの第１のカム送出領域１６０ａの一部だけが利用され、それは、当該ポンプ部材１０ａの取込弁２６が、第１のカム送出領域１６０ａにより惹起される付属のポンプピストン１２の送出ストローク中に閉じられたまま保たれることによる。第２のポンプ部材１０ｂは燃料高圧送出に関与せず、それは、その取込弁２６が、第２のカム送出領域１６０ｂにより惹起される付属のポンプピストン１２の送出ストローク全体にわたり開くことによる。燃料高圧ポンプの送出量需要が高くなると、追加的に、第２のカム送出領域１６０ｂの一部、およびこれに伴って第２のポンプ部材１０ｂも燃料高圧送出のために利用され、それは、第２のポンプ部材１０ｂの取込弁２６が、第２のカム送出領域１６０ｂにより惹起される付属のポンプピストン１２の送出ストロークの一部の間に閉じられることによる。燃料高圧ポンプの送出量需要が高いときには、両方のポンプ部材１０ａ，１０ｂの取込弁２６が、カム送出領域１６０ａ，１６０ｂにより惹起される付属のポンプピストン１２の送出ストローク全体にわたって閉じられる。

第２の実施例に基づく燃料高圧ポンプの場合にも、カム１６０が１重カムではなく多重カムとして構成されることが意図されていてよい。

第１の実施例に基づく燃料高圧ポンプでは少なくとも１つのポンプ部材１０の取込弁２６のアクチュエータ４０を適宜制御することで、ないしは、第２の実施例に基づく燃料高圧ポンプではポンプ部材１０ａ，１０ｂの取込弁２６のアクチュエータ４０を適宜制御することで、カム送出領域６０ａ，６０ないし１６０ａ，１６０ｂの任意の組合せを燃料高圧送出のために利用することができる。その際に、さまざまなカム送出領域を交互に利用することで、各カム送出領域の負荷を均等に配分し、すなわち、すべてのカム送出領域が少なくとも近似的に等しい頻度で利用されることも可能である。個々の取込弁２６がすべてのカム送出領域で制御されるのでなければ、取込弁２６の切換プロセスの回数も低減ないし均等に配分することができる。燃料高圧送出をするためのカム送出領域１６ａ，１６ｂないし１６０ａ，１６０ｂの利用は、内燃機関のさまざまな負荷状態における燃料高圧ポンプの必要な駆動トルクの面からも最適化することができる。

燃料高圧ポンプの単一の施工形態をさまざまに異なる出力要求のために利用することも可能であり、それは、多重カムの場合、たとえば二重カムまたは４重カムの場合、低い出力要求についてはカム送出領域のうちの１つまたは２つだけが利用され、高い出力要求については２つまたは４つすべてのカム送出領域が利用されることによる。それにより、駆動シャフトやポンプ型式のバリエーションを少なくし、それによってコスト削減を実現することができる。

１０，１０ａ，１０ｂ ポンプ部材
１２ ポンプピストン
１４ 駆動シャフト
１５ 回転軸
１６，１６０ カム
１６ａ，１６ｂ，１６０ａ，１６０ｂ カム送出領域
２４ ポンプ作業室
２６ 取込弁
ｈ１，ｈ２ カムリフト
ＯＴ１，ＯＴ２ 上死点

Claims (4)

1. 燃料高圧ポンプであって、少なくとも１つのカム（１６；１６０）を備えた駆動シャフト（１４）により往復運動で駆動されるポンプピストン（１２）を有する少なくとも１つのポンプ部材（１０；１０ａ，１０ｂ）を有し、該ポンプピストンは前記ポンプピストン（１２）の吸込ストロークのときに取込弁（２６）を介して燃料で充填可能なポンプ作業室（２４）を区切っており、前記駆動シャフト（１４）の少なくとも１つの前記カム（６０；１６０）は前記ポンプピストン（１２）の送出ストロークのための複数のカム送出領域（１６ａ，１６ｂ）を備える多重カムであり、または、前記ポンプピストン（１２）の送出ストロークのための少なくとも１つのカム送出領域（１６０ａ，１６０ｂ）をそれぞれ備える、前記駆動シャフト（１４）の回転軸（１５）の方向で相並んで配置された複数の１重カムまたは多重カム（１６０）が設けられている、そのようなポンプにおいて、
   少なくとも１つの前記多重カム（１６）の前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ）のカム輪郭、または前記１重カム（１６０）の前記カム送出領域（１６０ａ，１６０ｂ）のカム輪郭がそれぞれ別様に構成されており、
   前記ポンプの送出量需要に依存して少なくとも１つの前記多重カム（１６）または前記１重カム（１６０）のただ１つの前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）または複数の前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）が送出のために利用され、
   前記取込弁（２６）は電気的に操作可能であり、前記取込弁（２６）は、前記ポンプピストン（１２）が送出のために利用されるべき前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）にあるときには閉じており、前記取込弁（２６）は、前記ポンプピストン（１２）が送出のために利用されるべきでないカム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）にあるときには開いている
   ことを特徴とするポンプ。
2. 前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）のカム輪郭はそれぞれ異なるカムリフト（ｈ１，ｈ２）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. 前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）のカム輪郭はそれぞれ異なるカムリードを有している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
4. 前記カム送出領域（１６ａ，１６ｂ；１６０ａ，１６０ｂ）のカム輪郭は前記駆動シャフトの回転角に対する上死点（ＯＴ１，ＯＴ２）のそれぞれ異なる位置を有している
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ。

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