JP4111716B2 - シリンダ・ユニット内高圧ピストン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載したシリンダ・ユニット内高圧ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
国際公開ＷＯ８９／１０４７９号が、例えばディーゼル・エンジンの高圧供給ポンプなど高圧ポンプとして使用するのに適したシリンダ・ユニット内高圧ピストンを開示している。そのような高圧供給ポンプは、１０００ｂａｒ以上程度の大きさの注入圧力に対して設計されている。そのような高圧供給ポンプの動作中、高い材料応力によりシリンダのガイド内でピストンが焼き付く危険がある。
【０００３】
知られている高圧供給ポンプの欠点は、高圧および／または高ストローク回数のときに焼付きの危険が存在することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、非常に高い圧力および／またはストローク回数でも、ピストンがシリンダのガイド内で焼き付かないようにするシリンダ・ユニット内高圧ピストンを形成することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１の特徴を有するシリンダ・ユニット内高圧ピストンによって満足される。他の有利な実施形態は、従属請求項２から１０までに特許請求されている。
【０００６】
この目的は、特に、シリンダ・ユニット内高圧ピストンであって、シリンダ・ボアを有するシリンダと、その内部で移動方向に可動に案内されるピストンとを備え、シリンダが、シリンダ・ボア内に開いた燃料供給オリフィスを有し、シリンダ・ボアが、燃料供給オリフィスと低圧端との間にボア長さを有し、ピストンまたはシリンダ・ボアが、移動方向に離隔して配列された第１の横方向溝と第２の横方向溝を少なくとも有し、前記第１の横方向溝が、接続経路を介して燃料供給オリフィスに流体伝導可能に接続され、第２の横方向溝が、接続経路を介して低圧端に流体伝導可能に接続されている高圧ピストンによって満足される。
【０００７】
第１および第２の横方向溝は、好ましくは、ボアの長さよりも短い封止長さだけ離隔されている。この構成は、ピストンを案内するためのボア長さが比較的長く設計されて、ピストンの安全な案内を可能にしており、かつ封止長さが比較的短くなっており、それにより燃料供給オリフィスと低圧端との間で十分に大きな漏れが生じるという利点を有する。この漏れにより、ピストンおよびシリンダを冷却かつ／または潤滑化することができ、それによりピストンの過熱、さらには焼付きが回避される。本発明によるシリンダ・ユニット内高圧ピストンはさらに、過剰な摩耗を生じることなく高いストローク回数または高い送達能力で操作できるという利点を有する。
【０００８】
１つの有利な実施形態では、例えば、封止長さが約５ｍｍであり、ボア長さが１００ｍｍであり、それにより封止長さはボア長さよりも実質的に短く設計される。この構成は、ピストンが、一方でシリンダ内で信頼可能に案内され、他方で十分に冷却されるという利点を有する。
【０００９】
横方向溝は好ましくは環状に設計され、その結果、燃料、さらには燃料によって生成される圧力が横方向溝の周縁にわたって分散され、それによりピストンがシリンダ内で中心に合わせられるという利点が得られる。さらに、横方向溝は、汚れ粒子が内部に集まるという特性を有し、それによりこれらの汚れ粒子がシリンダ内部で移動できない、または実質的に移動できないようになる。
【００１０】
本発明を、実施形態の例により以下に詳細に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、シリンダ・ボア３ａを有するシリンダ３と、その内部で移動方向Ｖに移動可能に案内されるピストン２とを備えるシリンダ・ユニット１における高圧ピストンを示す。２つの燃料供給オリフィス３ｂがシリンダ・ボア３ａ内へ開いている。ピストン２は、燃料供給オリフィス３ｂを介して中に流れる燃料をシリンダ３の高圧側３ｃに向かう方向に圧縮する。シリンダの反対側の低圧端３ｄに大気圧が加えられることが好ましい。
【００１２】
図１と、図２による斜視図とに示されているように、シリンダ３の外面は、第１の横方向溝２ｃと第２の横方向溝２ｄとを有し、これらは封止長さＤだけ互いに離隔されている。図１に示されるように、これらの横方向溝２ｃ、２ｄは、シリンダ・ボア３ａ内でピストン２が上下に移動するあらゆる位置で、燃料供給オリフィス３ｂと低圧端３ｄとの間に位置するように構成されている。第１の横方向溝２ｃは、第１の溝形接続経路２ｂを介して燃料供給オリフィス３ｂに流体伝導可能に接続されている。第２の横方向溝２ｄは、第２の溝形接続経路２ｆを介して低圧端３ｄに流体伝導可能に接続されている。第１の溝形接続経路２ｂは、少なくともピストン２の最上部ストローク位置で燃料供給オリフィス３ｂへの流体接続が存在するように構成され、それによりピストン２の全ストローク中の第１の接続経路２ｂでの圧力は、最大で燃料供給オリフィス３ｂでの燃料の圧力に対応し、それにより第１の横方向溝２ｃでの圧力もまた、実質的に燃料供給オリフィス３ｂでの流体圧力に対応する。第２の接続経路２ｆは、低圧端３ｄへの常時接続が存在するように構成され、それにより第２の接続経路２ｆおよび第２の横方向溝２ｄには実質的に大気圧が存在する。燃料供給オリフィス３ｂでの燃料の圧力は例えば５ｂａｒであり、そのため、第１の横方向溝２ｃと第２の横方向溝２ｄとの間に実質的に５ｂａｒの圧力差が加えられる。封止長さＤは、好ましくは非常に短く、例えば５ｍｍで設計され、それにより第１の横方向溝２ｃと第２の横方向溝２ｄの間で十分に大きな漏れが保証されて、十分な冷却が行われ、ピストン２の過熱または焼付きが回避される。
【００１３】
図示される実施形態では、シリンダ３は、燃料供給オリフィス３ｂと第１の横方向溝２ｃの間に互いに離隔された複数の環状横方向溝２ａを有し、それらはすべて、接続経路２ｂに流体伝導可能に接続されている。この構成は、各場合に１つの横方向溝２ａの周縁にわたって圧力バランスが達成され、これがピストン周囲にわたってピストン２に対して均一に作用し、ピストン２をシリンダ・ボア３ａに関して中心に合わせるという利点を有する。
【００１４】
ピストン２は、図１に示される位置で、燃料供給オリフィス３ｂとピストン２の自由端２ｈとの間に複数の均一に離隔された横方向溝２ａを有する。これらの横方向溝２ａは、好ましくは、ピストン２の全ストローク・パス中に前記横方向溝２ａすべてが燃料供給オリフィス３ｂに流体接続し、それによりこれらの横方向溝２ａに比較的低い圧力が加わるように構成されており、その一方、ピストン２の自由端２ｈの前面には例えば１０００ｂａｒの圧力が加わる。したがって、燃料供給オリフィス３ｂでの燃料の圧力が、自由端２ｈの前面での高圧の影響をほとんど、または全く受けないことが保証され、その結果、燃料供給オリフィス３ｂと低圧端３ｄとの間の圧力差がほぼ一定の値を有する。このようにすると、燃料供給オリフィス３ｂと低圧端３ｄとの間の漏れが、自由端２ｈの前面での圧力と無関係になる。
【００１５】
１つの有利な実施形態では、前記横方向溝２ａは、移動方向Ｖで、燃料供給オリフィス３ｂの直径よりも小さい相互間隔を有する。
【００１６】
図３に、線Ａ−Ａに沿った断面でシリンダ３およびピストン２の断面を示し、この図ではさらに、環状横方向溝２ａおよび接続経路２ｂを見ることができる。
【００１７】
図４に、内燃機関、特に大きなディーゼル・エンジン用の高圧燃料ポンプ４を長手方向断面で示す。シリンダ・ユニット１における高圧ピストンは、高圧燃料供給ポンプ４内部に配置される。ピストン２は、圧力ストロークを実施するために、上下に摺動し、それにより燃料供給オリフィス３ｂを解放するまたはカバーすることによって、移動方向Ｖでポンプ運動を行う。それにより燃料は、高圧空間４ｆ内に搬送されて、臨界高圧に達したときに開く高圧バルブ４ｂを介して高圧チャンバ４ａに入る。ストローク運動は、タペット４ｅによってピストンのクランプ端部２ｅ内で始動され、タペット４ｅは、例えばカム（図示せず）によって駆動される。ピストン２の復元運動は、復元ばね４ｄによって始動される。
【００１８】
高圧供給ポンプ４の利点は、過熱または焼付きを生じることなく単位時間当たり多数回のストロークでシリンダ・ユニット１内の高圧ピストンを操作することができる点に見ることができる。したがって、高圧チャンバ４ａの充填中に最大速度で高圧供給ポンプ４を操作することができる。
【００１９】
燃料は、燃料供給オリフィス３ｂの進入開口４ｃを介して中に供給される。
【００２０】
ピストン２は、長手方向軸の周りに回転可能に支持される周知の様式で構成される。ピストン２は、好ましくは、アンダーカット・ジャケット表面およびピストン２の前面に関連して体積調整を可能にする傾斜制御縁部を有する。燃料供給オリフィス３ｂの断面は、例えば吸引スロットル調整を用いて行う場合と同様に、ピストン２の回転位置に応じて変化する。
【００２１】
図１および図２に示される実施形態と異なり、図５および図６に示される実施形態は、溝のないピストン２を有し、横方向溝２ａ、第１および第２の横方向溝２ｃ、２ｄ、および第１および第２の接続経路２ｂ、２ｆが、シリンダ・ボア３ａの凹部として設計される。燃料供給オリフィス３ｂと横方向溝２ｃとの間に配列されたシリンダ・ボア３ａのセクションはまた、そのセクション全体に沿ってピストン２よりも大きな直径を有することができ、それによりこのセクションが、燃料供給オリフィス３ｂと横方向溝２ｃとの間に中空円筒形状接続経路２ｂを形成する。シリンダ・ボア３ａは同様に、横方向溝２ｄと低圧端３ｄとの間のセクションでピストン２よりも大きな直径を有することができ、それによりそれらの間に中空円筒形状接続経路２ｆが形成される。
【００２２】
図７に、表面に沿って螺旋状に延在し、接続経路を形成し、互いに流体伝導するように横方向溝２ｃを横方向溝２ａに接続する溝２ｂを有するピストン２を示す。ピストン２の後ろ側に延在する螺旋溝セクションは図７では見えていない。しかし、溝２ｂ全体がピストンの表面に沿って螺旋状に延在し、横方向溝２ａから始まって横方向溝２ｃで終わる。
【００２３】
図８に、ピストン２およびシリンダ３を介した長手方向断面を示し、ピストン２は、その中心に構成され、移動方向Ｖに直線状に延びる接続経路２ｂを有する。横方向経路２ｉがピストン２内に構成され、接続経路２ｂ、２ｆと横方向溝２ａ、２ｃ、２ｄとの流体接続を形成する。ピストン２の中心に延在し、横方向経路２ｉを介して横方向溝２ａに流体伝導可能に接続された接続経路２ｂを、図８の線Ｂ−Ｂに沿った断面を表す図９の断面で見ることができる。また、例えば図５に示す横方向溝２ａ、２ｃ、２ｄによって接続経路２ｂ；２ｆをシリンダ３内に延在するように配列することができ、シリンダ３内部に延在する接続経路２ｂ；２ｆによりシリンダ・ボア３ａを燃料供給オリフィス３ｂおよび／または低圧端３ｄに流体伝導可能に接続することができる。
【００２４】
図１０に、横方向溝２ａと第１の横方向溝２ｃとの間でより小さな断面積または小さな直径を有する円筒形状ピストン２のさらなる実施形態を示す。このピストン２が図１に示されるシリンダ３内に導入されるとき、小さな直径に沿って接続経路２ｂが生じ、燃料供給オリフィス３ｂを第１の横方向溝２ｃに流体接続する。すなわち、中空円筒形状接続経路２ｂが作成される。同様に、ピストン２は、第２の横方向溝２ｄと低圧端３ｄとの間で小さな直径を有することができ、接続経路２ｆを形成する。
【００２５】
接続経路（２ｂ；２ｆ）は、好ましくは、ピストン（２）の表面および／またはシリンダ・ボア（３ａ）にあり、それに沿って延在する凹部として少なくとも部分的に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダ・ユニット内高圧ピストンを介する長手方向断面図である。
【図２】ピストンの斜視図である。
【図３】図１の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図４】内燃機関の高圧供給ポンプを介した長手方向断面図である。
【図５】シリンダ・ユニットにおけるさらなる高圧ピストンを介した長手方向断面図である。
【図６】さらなるピストンの斜視図である。
【図７】さらなるピストンの斜視図である。
【図８】シリンダ・ユニットにおけるさらなる高圧ピストンの長手方向断面図である。
【図９】図８の切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図１０】さらなるピストンの斜視図である。
【符号の説明】
Ｄ 封止長さ
Ｆ ボア長さ
Ｖ 移動方向
１ シリンダ・ユニット
２ ピストン
２ｂ、２ｆ 接続経路
２ｃ、２ｄ 横方向溝
３ シリンダ
３ａ シリンダ・ボア
３ｂ 燃料供給オリフィス
３ｄ 低圧端

Claims (10)

1. シリンダ・ユニット（１）内高圧ピストン、特に内燃機関用の高圧供給ポンプであって、シリンダ・ボア（３ａ）を有するシリンダ（３）と、その内部で移動方向（Ｖ）に可動に案内されるピストン（２）とを備え、シリンダ（３）が、シリンダ・ボア（３ａ）内に開いた燃料供給オリフィス（３ｂ）を有し、シリンダ・ボア（３ａ）が、燃料供給オリフィス（３ｂ）と低圧端（３ｄ）との間にボア長さ（Ｆ）を有し、ピストン（２）またはシリンダ・ボア（３ａ）が、移動方向（Ｖ）に離隔して配列された第１の横方向溝（２ｃ）と第２の横方向溝（２ｄ）を少なくとも有している高圧ピストンにおいて、
   前記第１の横方向溝（２ｃ）が、接続経路（２ｂ）を介して燃料供給オリフィス（３ｂ）に流体伝導可能に接続され、第２の横方向溝（２ｄ）が、接続経路（２ｆ）を介して低圧端（３ｄ）に流体伝導可能に接続され、第１および第２の横方向溝（２ｃ、２ｄ）は封止長さ（Ｄ）だけ離隔されて配列され、この封止長さはボア長さ（Ｆ）の５分の１以下であり、第１および第２の横方向溝（２ｃ、２ｄ）は、シリンダ・ボア（３ａ）内でピストン（２）が上下に移動するあらゆる位置で、燃料供給オリフィス（３ｂ）と低圧端（３ｄ）との間に位置するように構成されていることを特徴とする高圧ピストン。
2. 封止長さ（Ｄ）が約５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 接続経路（２ｂ）に流体伝導可能に接続された少なくとも１つの他の横方向溝（２ａ）が、第１の横方向溝（２ｃ）と燃料供給オリフィス（３ｂ）との間に配列されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. ピストン（２）が、自由端（２ｈ）に向けて少なくとも２つの横方向溝（２ａ）を有し、移動方向（Ｖ）の前記溝の間隔が、燃料供給オリフィス（３ｂ）の直径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
5. ピストン（２）またはシリンダ（３）の内部に配列され、少なくとも前記第１または第２の横方向溝（２ｃ、２ｄ）に流体伝導可能に接続された経路によって接続経路（２ｂ、２ｆ）が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
6. 接続経路（２ｂ；２ｆ）が、移動方向（Ｖ）に延在するように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の装置。
7. 接続経路（２ｂ；２ｆ）が、螺旋状に延在する形で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
8. 接続経路（２ｂ；２ｆ）が、中空円筒形状であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
9. 接続経路（２ｂ；２ｆ）が、ピストン（２）および／またはシリンダ・ボア（３ａ）の表面に沿って延在する凹部として少なくとも一部形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の装置。
10. 前記請求項のいずれか一項に記載のシリンダ・ユニット（１）内高圧ピストンを備える内燃機関用の高圧供給ポンプ。

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