JP2019173753A - 燃料噴射システム用の高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は低圧ダンパを備え、省スペース、廉価、製造が容易な燃料高圧ポンプを提供する。【解決手段】ポンププランジャ２６は作動中に圧力室２０とリーク室２４との間を並進移動し、リーク室２４はリーク捕捉領域３４と調整領域４０とを有し、調整領域４０には低圧ダンパ４２が配置され、低圧ダンパ４２は環状のプランジャ４６および環状のブッシュ４８を備えた環状プランジャダンパ４４として形成され、プランジャ４６はブッシュ４８内を軸線方向に移動可能に案内されている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射システムにおいて燃料に高圧を加える燃料高圧ポンプに関する。

このような燃料高圧ポンプは、燃料噴射システムにおいて燃料を圧縮して、高圧を加えるために使用される。高圧下の燃料は、燃料噴射装置を用いて、内燃機関の燃焼室内に噴射される。ガソリン内燃機関の圧力は、１５０バール〜４００バールの範囲にあり、ディーゼル内燃機関の圧力は、１５００バール〜３０００バールの範囲にある。燃料が強く圧縮されればされるほど、燃焼工程で発生するエミッションが少なくなる。このことは、ますます所望され法律的に要求されているエミッション削減という背景に際して特に有利となる。

通常、これらの燃料高圧ポンプはプランジャポンプとして構成されている。燃料は、圧力室におけるポンププランジャの並進移動によりポンププランジャによって圧縮される。このようなプランジャポンプの不均衡な吐出により、燃料高圧ポンプの低圧側では、システム全体における圧力変動と関連する変動が体積流中に生じることがある。例えば能動的に制御された流入弁も、作動中においては、燃料高圧ポンプの低圧側での圧力脈動を引き起こす。これらの変動または圧力脈動の結果、燃料高圧ポンプに充填損失が生じ得るため、内燃機関に必要な燃料量の正確な配量を保証することができない。さらに、これらの圧力脈動は、燃料高圧ポンプの要素を振動させ、不都合な騒音から個々の要素の損傷までの原因となり得る。

よって、これらの圧力脈動を減衰させるために、体積流中の変動を調整し、ひいては発生する圧力脈動を軽減する油圧ストレージとして機能する低圧ダンパを低圧側で使用する。この目的のために、これらの低圧ダンパは、通常変形可能な要素を有する。低圧側で圧力が上昇すると、これらの要素が変形する。これにより体積流中に余分な燃料のためのスペースが作られる。後の時点で圧力が再び減少すると、変形可能な要素はその本来の形状に戻り、したがって、貯蔵された燃料は再び放出される。

例えば、燃料高圧ポンプのヘッド部に取り付けられた低圧ダンパが公知である。しかし、低圧ダンパに対するさらなる要求は、可能な限り大きい体積収容量に加えて、可能な限り小さい設置スペースを要することである。さらに、それは、可能な限り廉価であり、製造において手間がかからないことが望ましい。

このため、本発明の課題は、この点について改善された燃料高圧ポンプを提案することである。

この課題は、請求項１の特徴を組み合わせた燃料高圧ポンプによって解決される。

本発明の有利な形態は、従属請求項の対象である。

燃料噴射システムにおける、燃料に高圧を加える燃料高圧ポンプは、ハウジング孔を有するハウジングを有する。ハウジング孔は、第１の端部領域に、燃料に高圧が加えられる圧力室を形成し、第２の端部領域にリーク室を形成する。さらに、燃料高圧ポンプは、ハウジングのポンププランジャ案内部によって形成された、ハウジング孔のポンププランジャ案内領域において案内されていて、燃料高圧ポンプの作動中に、圧力室とリーク室との間で移動軸線に沿って並進移動するポンププランジャを含む。リーク室は、リーク捕捉領域と、調整領域とを有する。この調整領域は、ハウジングのポンププランジャ案内部の周りに円環状に配置され、移動軸線と平行に、リーク捕捉領域から出発して圧力室の方向へ延在している。さらに、燃料高圧ポンプは、調整領域に配置された低圧ダンパを含む。低圧ダンパは環状プランジャダンパとして形成され、環状のブッシュ内を軸線方向に案内されている環状のプランジャを有する。

これまで、燃料高圧ポンプのハウジングのヘッド端部に、低圧ダンパを設けることが知られていた。ここではこれとは反対に、そのような低圧ダンパを、燃料高圧ポンプのハウジング内に設け、しかも、ポンププランジャに沿って圧力室から流出するリーク燃料を収容する、ポンププランジャの下方のリーク室内に設けることが提案されている。このため、燃料高圧ポンプのヘッド端部では、他の要素のための設置スペースがあけられている。加えて、低圧ダンパは燃料高圧ポンプのハウジング内部に配置されているため、外部に対してシールすべき接触箇所が省かれる。また、ポンプの騒音は、もはや外向きではなく、下方に接続するエンジンブロック中へ放射される。これにより、燃料高圧ポンプは全体的により静かになる。

燃料高圧ポンプのリーク室は、２つの領域、すなわちリーク捕捉領域と、調整領域とによって構成されている。ここで、リーク捕捉領域は、リーク燃料がハウジングのポンププランジャ案内部から流出するまさにその場所にだけ配置されている。調整領域は、リーク室の実際の体積を提供する。調整領域は、特に有利にはポンププランジャ案内部の周りに円環状に配置されている。これは、燃料高圧ポンプの全体構造に関して有利である。このため、調整領域は特に、燃料噴射システムのその他の要素にハウジングを取り付ける際に、ハウジング内に発生する力を吸収および導出することができる。低圧ダンパは、ここではもはや単に一般的なリーク室内ではなく、特別にこの調整領域内に配置されている。調整領域は、低圧ダンパに対して最大容積を提供し、ひいては同様に低圧ダンパを可能な限り大きく構成できるため、低圧ダンパは、もっぱらこのリーク室の調整領域内にあることが特に有利である。これにより、大きな体積収容力を備え、高圧燃料ポンプの追加の設置スペースを必要とすることなく、むしろ存在する設置スペースを使用する、低圧ダンパを提供することが可能である。

特に良好なダンパ作用を得るため、低圧ダンパは環状プランジャダンパとして形成され、加えて複数の部材で構成される。低圧ダンパは、環状のプランジャの他に、プランジャが軸線方向に移動可能に案内される環状のブッシュも有する。つまり、プランジャはブッシュ内で軸線方向に移動する。この軸線方向の移動は、ポンププランジャの移動軸線に対して平行に行われる。燃料高圧ポンプの低圧領域内に圧力脈動が発生すると、プランジャはブッシュに対して相対的に軸線方向に移動し、これにより圧力脈動を弱めることができる。

環状プランジャダンパは、有利にはハウジングのポンププランジャ案内部の周囲に配置され、リーク捕捉領域から圧力室の方向へ延在している。この構成により、低圧ダンパは、有利には調整領域の全スペースを満たし、こうして特に良好な作用を得ることができる。

プランジャは、中空プランジャ内に配置された空洞を備えた中空プランジャとして形成されることが有利である。ブッシュは、中空プランジャが案内されている内容積を画定する。中空プランジャは、内容積に向かって開いて形成されている。このため、中空プランジャは、燃料が媒体として存在する調整領域と、ガス、好ましくは空気が存在するブッシュの内容積との間の分離要素として作用する。このガスは、プランジャが圧力脈動を受けるとプランジャの動きによって圧縮され、負荷軽減後に再び膨張することができる。こうして圧力脈動は緩和される。

空洞と内容積とによって形成されたダンパ室には、ガス圧ばねを形成するため、加圧ガスが充填されることが好ましい。加圧ガスは、負荷軽減時、プランジャが開始位置に戻るように作用する。

しかし、代替的または付加的に、空洞と内容積とによって形成されたダンパ室内に、中空プランジャのプランジャ底部およびプランジャ底部に対向するブッシュ底部に支持された圧縮ばねを配置することも可能である。この圧縮ばねは、同様に、圧力脈動が緩和した場合、プランジャが再びその出発状態へ戻ることができるということをもたらすことができる。

このため、プランジャを元に戻し付勢することは、例えばダンパ室が遮断されたガス容積を形成する場合にはガス圧力によって、または圧縮ばね、そうでなければ両者の組み合わせによっても実現することができる。

有利には、プランジャとブッシュとの間にシール装置が設けられている。このシール装置は、特にプランジャとブッシュとの間のシャフトシールによって、またはプランジャとブッシュとの間のローリングダイヤフラムによって、またはプランジャリングによって形成されている。これにより、燃料が環状プランジャダンパ内に浸入し、その機能を損なうことを有利に防止する。

あるいは、プランジャとブッシュとの間に、プランジャおよび／またはブッシュに少なくとも１つのシール突部を有するシール装置を設けることも可能である。

このため、ブッシュの内径、またはプランジャの外径にあるのが望ましいシール機能を、例えばプランジャリング、シャフトシール、ローリングダイヤフラム等の追加要素によって行うことができるか、またはプランジャおよびブッシュの設計内に統合することもできる。

場合によってダンパ室内に浸入する燃料を排出するために、環状プランジャダンパに通気孔、または通気弁も設けることもできる。通気は、環境内へ、または、例えばエンジンオイル回路内へも行うことができる。

有利には、リーク捕捉領域は、ハウジング孔のハウジング壁に押圧されて取り付けられているシールシェルによって画定されている。ハウジング孔のハウジング壁にシールシェルを押圧することにより、リーク領域は外部に対してシールされる。シールシェルが、押圧に加えて溶接またはねじ止めされていてもよく、これにより、シール性がさらに改善される。

有利には、低圧ダンパはハウジング壁、および／またはシールシェル、および／またはポンププランジャ案内部に取り付けられている。

以下に、本発明の有利な形態を、添付の図面を用いて詳細に説明する。

第１実施形態における、低圧ダンパを備えた燃料高圧ポンプの縦断面図である。 図１に示す低圧ダンパの拡大図で、圧縮ばねとともに示す図である。 第２実施形態における、低圧ダンパを備えた燃料高圧ポンプの縦断面図である。 図３に示す低圧ダンパの拡大図で、圧縮ばねとともに示す図である。

図１は、燃料１２に高圧を加えることができる燃料高圧ポンプ１０の縦断面図を示す。燃料高圧ポンプ１０は、ハウジング孔１６を備えたハウジング１４を有する。ハウジング孔１６は、第１の端部領域１８に圧力室２０を形成する。この圧力室２０内では、圧力室２０の容積が周期的に縮小および拡大することにより、作動中に燃料１２に高圧が加えられる。さらに、ハウジング孔１６は、第２の端部領域２２にリーク室２４を形成する。

燃料高圧ポンプ１０は、ハウジング孔１６内を案内されているポンププランジャ２６を有する。加えて、ハウジング孔１６は、リーク室２４へ突入する、ハウジング１４に設けられたポンププランジャ案内部３０によって形成された、特別なポンププランジャ案内領域２８を有する。ポンププランジャ２６は、作動中に圧力室２０とリーク室２４との間を移動軸線３２に沿って並進的に上下に移動する。圧力室２０内におけるポンププランジャ２６のこの移動によって、圧力室２０内にある燃料１２は圧縮され、ひいては高圧が加えられる。この際、少ない割合の燃料１２が、ポンププランジャ２６とハウジング１４のポンププランジャ案内部３０との間のポンププランジャ案内領域２８に沿ってリーク室２４内へ下方に流入する。

リーク室２４は、移動軸線３２に沿ってポンププランジャ案内部３０の下側に形成された領域内にリーク捕捉領域３４を形成する。このリーク捕捉領域３４内において、圧力室２０からの燃料リークを捕捉することができる。このリーク燃料が、例えばポンププランジャ２６の駆動領域における潤滑油と混合しないように、ハウジング孔１６のハウジング壁３８に対して押圧されていて、場合によっては追加的に溶接またはねじ止めされて取り付けられているシールシェル３６によって、リーク室２４は流体密にシールされている。したがって、シールシェル３６およびハウジング壁３８は、それぞれリーク捕捉領域３４の境界を形成する。

リーク室２４は、リーク捕捉領域３４の他に複数の機能を実現する調整領域４０も有する。調整領域４０は、一方では、ポンププランジャ２６の移動に起因する、ポンププランジャ２６の下方の圧力変化を緩和するために寄与する。他方では、この調整領域４０は、ハウジング１４の外側からハウジング１４に作用する力を、例えばハウジング１４を燃料噴射システムの他の要素に取り付けることによって導出することもできるように構成されている。

このため、調整領域４０は、ポンププランジャ案内部３０の周りに円環状に配置されている。調整領域４０は、リーク捕捉領域３４から圧力室２０に向かって移動軸線３２に対して平行に延在する。

リーク室２４内には、低圧ダンパ４２の第１実施形態が配置されており、しかも、低圧ダンパ４２がリーク室２４の調整領域４０内にあるように配置されている。取り付けのために、低圧ダンパ４２は、例えば、ハウジング壁３８、シールシェル３６、またはポンププランジャ案内部３０に取り付けることができる。低圧ダンパ４２は、図２に拡大された詳細が示されている。

図２に示す低圧ダンパ４２は、環状プランジャダンパ４４として構成され、環状のプランジャ４６と、環状のブッシュ４８とを有する。プランジャ４６は、ブッシュ４８内で移動軸線３２に沿って軸線方向に移動可能に案内されている。環状プランジャダンパ４４は、ハウジング１４のポンププランジャ案内部３０の周りに配置されており、リーク捕捉領域３４から圧力室２０に向かって延在している。

プランジャ４６は、中空プランジャ５０として構成され、空洞５２を有する。ブッシュ４８は、中空プランジャ５０が案内されている内容積５４を画定する。中空プランジャ５０は、閉鎖されたプランジャとして構成することもできるが、第１実施形態は、内容積５４に対して開放して構成された中空プランジャ５０のみを示している。

空洞５２および内容積５４は、共に低圧ダンパ４２のダンパ室５６を形成し、ダンパ室５６にはガス、例えば空気が充填されている。

ここで燃料高圧ポンプ１０内において圧力脈動が発生すると、中空プランジャ５０は、ブッシュ４８内を軸線方向において内側に移動することができる。ダンパ室５６内にあるガスが圧縮され、こうして圧力脈動を緩和する。図１では、環状プランジャダンパ４４は、ガス圧ばね５８として形成され、このためダンパ室５６内に加圧下にあるガスを有する。燃料高圧ポンプ１０内の圧力脈動が弱まると、中空プランジャ５０は、ダンパ室５６内部のガス圧によって再び上方へ、ひいては出発位置へ戻る。

図２では、図１からの低圧ダンパ４２の拡大図が示され、プランジャ５６とブッシュ４８との間にさらに圧縮ばね６０が配置されており、圧縮ばね６０は、圧力脈動を受けた後に、プランジャ４６を再びその出発状態へ戻す。このため、圧縮ばね６０は、中空プランジャ５０のプランジャ底部６２と、対向したブッシュ４８のブッシュ底部６４とに支持されている。図２の環状プランジャダンパ４４はさらに、圧縮ばね６０と協働するガス圧ばね５８としても構成することができる。

図１および図２の第１実施形態では、ローリングダイヤフラム６８の形式のシール装置６６が、プランジャ４６とブッシュ４８との間に配置されている。

このローリングダイヤフラム６８は、調整領域４０にある燃料１２が、プランジャ４６とブッシュ４８との間に浸入して、環状プランジャダンパ４４の作用を損なうことを防止する。図示されたローリングダイヤフラム６８の代わりに、シャフトシールリング、またはプランジャリングを使用することもできる。

図３および図４は、環状プランジャダンパ４４の第２実施形態を示しており、ローリングダイヤフラム６８または同様のシール装置６６の代わりに、シール突部４０がブッシュ４８に設けられている。その他の点については、第２実施形態は第１実施形態に対して可動である。

燃料高圧ポンプ１０のリーク室２４内に低圧ダンパ４２を設けることによって、燃料高圧ポンプ１０のヘッド部における接続箇所に対して最大の柔軟性を与えることができる。例えばこの場合、計量弁を単に、ポンププランジャ２６に対して軸線方向においてハウジング１６の上端部に配置することができ、ひいてはリザーバ、例えばタンクからの直接的な吸入経路を提供することができる。これにより、燃料高圧ポンプ１０の容積効率を向上させることができる。

Claims (9)

1. − 燃料（１２）に高圧が加えられる圧力室（２０）を第１の端部領域（１８）に形成し、第２の端部領域（２２）にリーク室（２４）を形成するハウジング孔（１６）を有するハウジング（１４）と、
   − 前記ハウジング（１４）のポンププランジャ案内部（３０）によって形成された、前記ハウジング孔（１６）のポンププランジャ案内領域（２８）において案内されており、燃料高圧ポンプ（１０）の作動中に、前記圧力室（２０）と前記リーク室（２４）との間を、移動軸線（３２）に沿って並進移動するポンププランジャ（２６）と、
   を備え、
   前記リーク室（２４）は、リーク捕捉領域（３４）と、調整領域（４０）とを有し、前記調整領域（４０）は、前記ハウジング（１４）の前記ポンププランジャ案内部（３０）の周りに円環状に配置されており、前記移動軸線（３２）に対して平行に、前記リーク捕捉領域（３４）から出発して前記圧力室（２０）の方向へ延びており、
   − 環状プランジャダンパ（４４）として形成されており、環状のブッシュ（４８）内を軸線方向に移動可能に案内されている環状のプランジャ（４６）を有する、前記調整領域（４０）内に配置されている低圧ダンパ（４２）を備える、
   内燃機関の燃料噴射システムにおいて燃料（１２）に高圧を加える燃料高圧ポンプ（１０）。
2. 前記環状プランジャダンパ（４４）は、前記ハウジング（１４）の前記ポンププランジャ案内部（３０）の周りに配置されており、前記リーク捕捉領域（３４）から前記圧力室（２０）の方向へ延びていることを特徴とする、
   請求項１に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
3. 前記プランジャ（４６）は、中空プランジャ（５０）に設けられた空洞（５２）を有する前記中空プランジャ（５０）として形成されており、前記ブッシュ（４８）は、前記中空プランジャ（５０）が案内されている内容積（５４）を画定し、前記空洞（５２）は、前記内容積（５４）に向かって開いて形成されていることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
4. 前記空洞（５２）と前記内容積（５４）とによって形成されたダンパ室（５６）は、加圧ガスを充填してガス圧ばね（５８）を形成することを特徴とする、
   請求項３に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
5. 前記空洞（５２）と前記内容積（５４）とによって形成されたダンパ室（５６）内に、前記中空プランジャ（５０）のプランジャ底部（６２）および前記プランジャ底部（６２）に対向するブッシュ底部（６４）に支持された圧縮ばね（６０）が配置されていることを特徴とする、
   請求項３または４に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
6. 前記プランジャ（４６）と前記ブッシュ（４８）との間にシール装置（６６）が設けられており、前記シール装置（６６）は、特にプランジャ（４６）とブッシュ（４８）との間のシャフトシールリング、またはプランジャ（４６）とブッシュ（４８）との間のローリングダイヤフラム（６８）、またはプランジャリングによって形成されていることを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
7. 前記プランジャ（４６）と前記ブッシュ（４８）との間にシール装置（６６）が設けられており、前記シール装置（６６）は、前記プランジャ（４６）および／または前記ブッシュ（４８）に、少なくとも１つのシール突部（７０）を有することを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
8. 前記リーク捕捉領域（３４）は、前記ハウジング孔（１６）のハウジング壁（３８）に押圧されて取り付けられているシールシェル（３６）によって画定されていることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。
9. 前記低圧ダンパ（４２）は、前記ハウジング壁（３８）、および／または前記シールシェル（３６）、および／または前記ポンププランジャ案内部（３０）に取り付けられていることを特徴とする、
   請求項８に記載の燃料高圧ポンプ（１０）。