JP5379307B2 - 燃料高圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念の特徴を備えた内燃機関の燃料高圧ポンプに関する。

この種の高圧ポンプは従来技術で十分知られている。この高圧ポンプは、車両内で、特に、燃料、好適にディーゼル燃料を高圧アキュムレータへと圧送するために使用され、高圧アキュムレータから、高圧下の燃料が内燃機関の燃料室へと噴射される。このために、このような高圧ポンプは、カムドライブ又は偏心輪ドライブを備えた駆動軸を有し、この駆動軸によって、少なくとも１つの圧送素子のポンププランジャがストローク運動で駆動される。ポンププランジャの吸入工程において、燃料は低圧領域から吸入され、ポンププランジャの送り出し工程において、高圧下で高圧アキュムレータへと供給するために圧縮される。

この種のポンプの場合、高い送り圧力のために、大きな力、即ち、駆動軸の縦軸（長手方向）に対して半径方向及び軸方向に作用する力が、駆動軸の軸受構成により収容される必要がある当該駆動軸に対して作用するという問題が定期的に発生する。高い半径方向の力が発生し、それに伴って駆動軸が傾いた際の、軸受構成の端部領域における高い端部圧力を防止するために、例えば、独国特許出願公開第１０２００６０５１３３２号明細書では、軸受孔内に収容される駆動軸の軸受シャフト部分、又は、軸受孔の輪郭を球状に実現することが提案されており、従って、軸受中央には、軸受端部領域よりも小さな軸受隙間が残る。従って、作用する半径方向の力による、駆動軸のある程度の傾きが良好に許容されうる。軸力を受け取るために、軸受構成は、少なくとも１つのねじ結合を介して高圧ポンプのハウジングと確実に係合（結合）されたフランジ部分において形成される。

先に挙げた形態の種類の高圧ポンプから出発して、本発明の課題は、駆動軸の軸受構成が改善された高圧ポンプを創出することである。特に、高圧ポンプは、簡単かつ安価に製造されるべきである。

本課題を解決するために、請求項１の特徴を備えた高圧ポンプが提案される。本発明の好適な発展形態は従属請求項に示される。

提案される燃料高圧ポンプは、ポンプハウジングを有し、ポンプハウジング内には、当該ポンプハウジング内に配置された少なくとも１つの圧送素子を作動させるために、カムドライブ又は偏心輪ドライブを有する駆動軸が収容され、駆動軸の縦軸の周りを回転自在に保持される。ポンプハウジングは、駆動軸を収容し回転自在に保持するために、軸受孔を有するハウジング部分を備える。本発明によれば、ハウジング部分は、摩擦力結合型圧入嵌め（ｒｅｉｂｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇｅ Ｐｒｅｓｓｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）を介してポンプハウジングと接合され、摩擦力結合型圧入嵌めは、ハウジング部分が、当該ハウジング部分が挿入されるポンプハウジングの凹部に対して半径方向の締め代（Ｕｅｂｅｒｍａｓｓ）を有する少なくとも１つの部分を有することにより形成される。その際に、圧入嵌めは好適に、駆動軸を介して導入される軸力も当該圧入嵌めを介して受け取られるように構成される。従って、ねじ接合が必要ではないため、ポンプハウジング上へのハウジング部分の固定がねじ無しに行われうる。フランジの形成も必要ではないため、全体的に材料及び重量を削減することが可能である。更に、コストが掛かる固定ねじを収容する孔の製造が行われないため、全体的に製造が簡素化され、従ってより安価に形成される。

好適な実施形態によれば、ハウジング部分は、摩擦力接合による圧入嵌めを形成するための、ポンプハウジングの凹部に対する半径方向の締め代を有する第１の部分ａ及び第２の部分ｂを有し、従って、ポンプハウジングとハウジング部分との摩擦力接合のための、２つの締まり嵌め組立品（Ｐｒｅｓｓｖｅｒｂａｎｄ）が形成される。その際に、第１の部分ａ及び第２の部分ｂは、駆動軸の縦軸の軸方向において互いに間隔を取って配置される。軸方向の大きな間隔によって、軸方向における長い距離に渡るハウジング部分の位置決めが可能となり、ポンプハウジングに対するハウジング部分の同軸性が保障される。従って、対応するやり方で、軸方向の間隔が好適に可能な限り大きく選択される。

軸方向に互いに間隔を取った２つの締まり嵌めアセンブリを介した、ポンプハウジングとハウジング部分との摩擦力結合は、更に、半径方向の締め代を有する２つの部分ａとｂとの間に、戻り溝として利用可能な環状室を形成しうるという利点を有する。好適に、この環状室内に、システム戻り管へと軸受を介する潤滑油を送り戻すための戻り孔が通じている。戻り孔は、ハウジング部分の内壁領域内の半径方向の孔として、又は、ハウジング部分の内壁領域を斜めに通って形成されてもよい。戻り溝としての環状室、即ち、周回する戻り溝は、ハウジング部分内とポンプハウジング内での戻り孔の角度位置が異なる際にもシステム戻り管への連結が保障されるという利点を有する。有利に、周回する返り溝は、更に内部に存在する部分ａの圧入嵌めによって、ポンプ内部室に対して密閉される。これにより、シールリングの構成も省略されうる。しかしながら、万が一漏洩が発生した場合には、漏れはポンプ内部で起こるため、重大な影響は予期されない。

好適に、ポンプハウジングの凹部に対する、ハウジング部分の第１の部分ａの半径方向の締め代と、第２の部分ｂの半径方向の締め代と、は異なっている。更に好適に、第２の部分ｂの半径方向の締め代が、第１の部分ａの半径方向の締め代よりも大きく選択されることが保障される。部分ａ及びｂの対応する構成により、一方では、両部分における十分な圧入嵌めが保障され、他方では、圧入工程が容易になる。

好適に、圧入嵌めは第２の部分ｂの領域内でも同様に密閉機能を有する。要請が小さい適用、即ち、駆動軸に対して作用する力が小さい場合の適用においては、圧入嵌めは、外部室に対する環状室の密閉のためのシールリングの代わりとなる。

好適に、圧入嵌めを形成するための部分ａ及び／又は部分ｂの半径方向の締め代及び軸方向の長さが、最小押圧力＞５ｋＮであり、約１ｋＮの現在の軸方向の押圧力が受け取られるように選択される。

圧入による締め代（Ｐｒｅｓｓｕｅｂｅｒｍａｓｓ）のために、圧入嵌めの領域で、軸受孔及び当該軸受孔に隣接する構成要素の望まれない変形が起こりうる。滑り軸受の形成のために、例えば、軸受孔内に滑り軸受ブッシュを収容しうるため、圧入による締め代が軸受けブッシュの変形を引き起こす可能性がある。これにより、場合によっては、軸受の負荷能力が下がる可能性がある。従って、この種の変形を防止するために、好適に、ポンプハウジング内の少なくとも１つの圧入嵌めの領域に、ポンプハウジングの弾性変形、及び、圧入嵌めの領域における分離（Ｅｎｔｋｏｐｐｌｕｎｇ）をもたらす環状溝が設けられる。従って、隣接する構成要素の塑性変形が起こることなく、及び、圧入領域（Ｐｒｅｓｓｂｅｒｅｉｃｈ）において磨耗により破片（磨耗粉）が形成される（Ｓｐａｎｎｂｉｌｄｕｎｇ）ことなく、高い保持力が実現可能である。分離により、押圧力が更に高かめられうる。

好適な実施形態によれば、ポンプハウジングとの接合を無くす（Ｅｎｔｋｏｐｐｌｕｎｇ）ために設けられた環状溝は、好適に、ハウジング部分が挿入されるポンプハウジングの凹部と同軸に配置される。環状溝は、ポンプハウジングの端面から基本的に軸方向に伸張し、好適に、切り込みでなく丸みのある（ｋｅｒｂｕｎｅｍｐｆｉｎｄｌｉｃｈ）半径を有して形成される。代替的又は補足的に、ハウジング部分の端面においても、望まぬ変形に対して対処するために、対応する環状溝を形成することが可能である。ハウジング部分の軸受孔内に、滑り軸受ブッシュの構成が設けられる限りにおいて、当該ブッシュは、円筒形状に、又は、カラーブッシュとして形成されうる。

ポンプハウジングの接合を無くすために環状溝が利用される場合には、好適に、環状溝の軸方向の長さは、各圧入領域の軸方向の長さよりも大きく選択され、各圧入領域の負荷の低減に、環状溝は寄与する。即ち、環状溝の軸方向の長さは、好適に、半径方向の締め代を有する各部分ａ又はｂの軸方向の長さよりも大きく選択される。これにより、縦方向における不均一な表面圧力が防止されうる。更に好適に、環状溝の軸方向の長さは、各圧入領域の軸方向の長さよりも少なくとも２０パーセント大きく選択される。

好適な実施形態によれば、ハウジング部分の軸方向の位置を安定させるために、ポンプハウジングの凹部内に追加的に、ポンプハウジングとハウジング部分の確実な係合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇｅ Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）が設けられる。確実な係合は、例えば、少なくとも１つのねじ又は少なくとも１つのピンによってもたらされる。好適に、少なくとも１つのねじ又は少なくとも１つのピンは、駆動軸の縦軸に対して垂直に案内される。代替的に、確実な係合を形成するために、止め輪（Ｓｐｒｅｎｇｒｉｎｇ）又はリテーナリング（Ｓｉｃｈｅｒｕｎｇｓｒｉｎｇ）も使用できる。追加的な確実な係合により、高圧ポンプは、要請が特に高い場合の適用のためにも適している。

好適に、ハウジング部分とポンプハウジングとは同一の素材から構成されるため、ハウジング部分とポンプハウジングとは、弾性係数（Ｅ−Ｍｏｄｕｌ）及び温度膨張係数に関して同じ値を有する。従って、作動条件による（ｂｅｔｒｉｅｂｓｂｅｄｉｎｇｔ）少なくとも１つの圧入嵌めの解消（外れ）が大幅に排除される。従って、通常では、追加的な確実な係合は必要ではない。更に、圧入領域内の可能な密閉機能が継続的に保障される。様々な素材が、ハウジング部分及びポンプハウジングの製造のために利用される場合に、特に、少なくとも１つの圧入嵌めを介してポンプハウジング上にハウジング部分を固定する場合には、作動温度の範囲全体に渡って把持機能を保障するために最小押圧力が十分であることが保障される必要がある。

以下、本発明の実施例が図面を用いてより詳細に解説される。
駆動軸の軸受の領域における公知の高圧ポンプの一部を示す。 軸受領域が拡大して示された本発明にかかる高圧ポンプの一部を示す。 軸受領域が拡大して示された本発明にかかる高圧ポンプの代替的な実施形態の一部を示す。

図１に示される従来技術で公知の高圧ポンプは、ポンプハウジング１を有し、このポンプハウジング１内には、駆動軸２を収容し、駆動軸の縦軸４の周りを回転自在に当該駆動軸２を保持するために、フランジ形状に形成されたハウジング部分５が収容される。滑り軸受の形成のために、ハウジング部分５の軸受孔６内では、滑り軸受ブッシュ１１が使用される。駆動軸２は、滑り軸受ブッシュ１１を通って案内され、末端側で、ポンプハウジング１内の滑り軸受として構成された更なる別の軸受構成内で保持される。２つの滑り軸受の間に、駆動軸２は、燃料を圧送する少なくとも１つの圧送素子（図示せず）のポンププランジャ（図示せず）を作動させるカムドライブ３を有する。

ハウジング部分５は、自身のフランジ１４を介して軸方向にポンプハウジング１上に固定されている。固定のために、フランジ１４は、少なくとも１つのねじ１５を介してポンプハウジングに固定される。通常では、４つ又は６つのねじ１５が、ハウジング部分５の固定のためのフランジ１４において、互いに同じ角度間隔で配置される。ねじ１５によって確実な係合がもたらされ、この確実な係合により、駆動軸２を介して導入される軸力を受け取ることができる。フランジ１４上の円筒形状の部分（Ａｂｓａｔｚ）を介して、ハウジング部分５は更に、半径方向に、ポンプハウジング１の凹部８内で支持される。

ポンプハウジング１の凹部８とハウジング部分５との間には、或る程度の軸受漏れ量の漏出を防止すべき少なくとも１つのシールリング１３が配置される。対応する機能を、駆動軸２とハウジング部分５との間の軸受空隙を外部に対して密閉する密封リング１６が有する。

更に、ハウジング部分５の端面には環状溝１２が形成され、この環状溝１２が、軸受の端部領域におけるハウジング部分５のある程度の弾性的な変形性を保障する。環状溝１２によってもたらされる弾性的な変形性は、カムドライブ３からの高い横方向の力（Ｑｕｅｒｋｒａｆｔ）が駆動軸２に対して作用し、従って、駆動軸の縦軸４に対して駆動軸２が傾いてしまう（Ｖｅｒｋｉｐｐｅｎ）場合に特に有利である。このような場合には、軸受の端部領域は高い負荷を受けるが、この高い負荷は対応する弾性変形により下げられる。

図２及び図３に対応する本発明にかかる高圧ポンプは、圧入嵌め７を介してハウジング部分５がポンプハウジング１と摩擦力により結合され、その際に、ハウジング部分５が、少なくとも１つの部分ａ及びｂにおいて、当該ハウジング部分５が収容されるポンプハウジング１の凹部８に対して半径方向の締め代を有することにより、摩擦力結合型圧入嵌めが形成されるという点で、先に記載した高圧ポンプと異なっている。従って、ハウジング部分５とポンプハウジング１とのねじによる固定が必要でないため、フランジ１４の形成も必要ではない。これにより、素材及び重量が削減されうる。従って、図２及び図３の実施形態のハウジング部分５は、基本的に中空円筒形状に形成される。

ポンプハウジング１上にハウジング部分５を固定するためには、半径方向の締め代を有する１つの部分ａのみを介した圧入嵌め７の形成で十分であるとみなされるが、以下に挙げる理由から、２つの締まり嵌め組立品による実現が好ましい。

図２に示される第１の実施例では、ハウジング部分５は、ポンプハウジング１の凹部８に対して半径方向の締め代を有する２つの部分ａ及びｂを有する。従って、各部分ａ及びｂにおいて圧入嵌め７が形成される。部分ａ及びｂは、ハウジング部分５上に、軸方向に互いに間隔を取って配置されており、従って、部分ａ及びｂの間には環状室９が形成される。環状室９は、戻り孔１０を介してある程度の軸受け漏れを再びシステム戻り管（図示せず）へと供給するために、戻り溝として機能する。図２の実施例では、戻り孔１０は半径方向の孔として実現される。環状室９は、ポンプ内部空間に対して、部分ａの圧入嵌め７によって密閉され、部分ａの半径方向の締め代は、圧入嵌め７が同時に密閉機能を果たすように寸法が定められる。これに対して、部分ｂは、密閉機能を果たすために十分な軸方向の締め代を有していないため、環状室９は、外部に対して、シールリング１３を介して密閉される。このようなシールリング１３は、ポンプハウジング１の凹部８に対する部分ｂの半径方向の締め代も、対応する寸法に増大される場合には必要ではない。ハウジング部分５に対する駆動軸２の密閉は、密封シールリング１６が行う。

図２の実施形態では、ハウジング部分５の軸受孔６に、滑り軸受ブッシュ１１としてのカラーブッシュが挿入される。部分ａの圧入の締め代による滑り軸受ブッシュ１１の変形に対して対処するために、ハウジング部分５は、この領域において、端面側に挿入された環状溝１２を有し、この環状溝１２により、ハウジング部分５の端部領域は弾性的に変形可能である。これにより、滑り軸受ブッシュの変形が防止されるため、軸受の負荷能力が引き続き保障される。

図３の第２の実施形態に示されるように、環状溝１２は、ポンプハウジング１の端面上にも形成されうる。本例では、この環状溝１２が、ポンプハウジング１の弾性変形を可能とすることで、部分ｂの圧入嵌め７の圧入による締め代を補正する。

図３の実施例は更に、滑り軸受ブッシュ１１がカラーブッシュとしてではなく円筒形状に形成されることで、図２の実施例と異なっている。滑り軸受ブッシュ１１をその軸方向位置において保持するために、つば領域１８がハウジング部分５上に形成されうる。更に、更なる別の区別特徴として、戻り孔１０は半径方向の孔としてではなく、斜めに通って実現される。環状室９を介して、戻り孔１０は、システム戻り管へと通ずるハウジング孔１７と連結する。

図２及び図３の実施例の関連で記載された様々な構成特徴は、それぞれ代替的に又は任意の組み合わせにおいて使用されうる。従って、本発明は文字通り示される実施例に限定されない。

Claims (11)

1. ポンプハウジング（１）を備えた内燃機関の燃料高圧ポンプであって、前記ポンプハウジング（１）内には、当該ポンプハウジング（１）内に配置された少なくとも１つの圧送素子を作動させるために、カムドライブ又は偏心輪ドライブ（３）を有する駆動軸（２）が収容され、かつ、駆動軸の縦軸（４）の周りを回転自在に保持され、前記ポンプハウジング（１）は、前記駆動軸（２）を収容し回転自在に保持するために、軸受孔（６）を有するハウジング部分（５）を備える、前記燃料高圧ポンプにおいて、
   前記ハウジング部分（５）は、摩擦力結合型圧入嵌め（７）を介して前記ポンプハウジング（１）と接合され、前記摩擦力結合型圧入嵌め（７）は、前記ハウジング部分（５）が、当該ハウジング部分（５）が挿入される前記ポンプハウジング（１）の凹部（８）に対して半径方向の締め代を有する第１の部分（ａ）及び第２の部分（ｂ）を有することにより形成され、前記第１の部分（ａ）及び前記第２の部分（ｂ）は前記ポンプハウジング（１）の前記凹部（８）と接触し、
   前記ポンプハウジング（１）の前記凹部（８）に対する、前記ハウジング部分（５）の前記第１の部分（ａ）の前記半径方向の締め代と、前記ハウジング部分（５）の前記第２の部分（ｂ）の前記半径方向の締め代と、は異なっていることを特徴とする、燃料高圧ポンプ。
2. 前記ハウジング部分（５）は、前記摩擦力結合型圧入嵌めを形成するための、前記ポンプハウジング（１）の前記凹部（８）に対する半径方向の締め代を有する第１の部分（ａ）及び第２の部分（ｂ）を有し、前記第１の部分（ａ）及び前記第２の部分（ｂ）は、前記駆動軸の縦軸（４）に関して軸方向に互いに間隔が取られることを特徴とする、請求項１に記載の燃料高圧ポンプ。
3. 前記２つの部分（ａ、ｂ）の間には、環状室（９）が、戻り孔（１０）が通じる戻り溝として残っていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料高圧ポンプ。
4. 前記第１の部分（a）の前記半径方向の締め代がより大きく選択されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料高圧ポンプ。
5. 前記圧入嵌めは、更に前記第1の部分（a）の領域において密閉機能を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料高圧ポンプ。
6. 前記ハウジング部分（５）の前記軸受孔（６）、又は、前記軸受孔（６）内に配置された滑り軸受ブッシュ（１１）の変形を防止するために、前記ポンプハウジング（１）内の少なくとも１つの圧入嵌め（７）の領域に、前記ポンプハウジング（１）の弾性変形及び前記圧入嵌め（７）の領域における分離をもたらす環状溝（１２）が設けられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料高圧ポンプ。
7. 前記環状溝（１２）は、前記ポンプハウジング（１）の前記凹部（８）と同軸に配置され、切り込みではなく丸みのある半径を有して形成されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料高圧ポンプ。
8. 前記ポンプハウジング（１）内での前記環状溝（１２）の軸方向の長さは、半径方向の締め代を有する各前記部分（ａ、ｂ）の軸方向の長さよりも大きく選択されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の燃料高圧ポンプ。
9. 前記環状溝（１２）の前記軸方向の長さは、少なくとも２０パーセント大きく選択され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. 前記ハウジング部分（５）の軸方向の位置を安定させるために、前記ポンプハウジング（１）の前記凹部（８）内に追加的に、前記ポンプハウジング（１）と前記ハウジング部分（５）との確実な係合が設けられることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料高圧ポンプ。
11. 前記ハウジング部分（５）と前記ポンプハウジング（１）とは同一の素材で構成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料高圧ポンプ。

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