JP5390692B2 - 高圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、内燃機関の燃料噴射システム、特にコモンレール噴射システムのための高圧ポンプに関する。

従来技術では例えば、圧力供給された滑り軸受であって、最適な潤滑及び冷却のために役立つ上記すべり軸受を介して駆動軸が保持されるコモンレールシステム（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）のための高圧ポンプが公知である。さらに、始動時に燃料が軸受を貫流することを抑制するために、油圧回路内で軸受に対して直列に配置された弁が、軸受の下流に配置されうる。

例えば独国特許出願公開第１０２００６０４８３５６号明細書には、内燃機関のための燃料高圧ポンプが開示されており、ここでは、燃料が駆動軸の軸受を強制的に貫流し、これにより、軸受及び燃料高圧ポンプ全体の機械的及び熱的な負荷能力が明らかに高められる。その際に、駆動軸を保持するために、第１の滑り軸受と第２の滑り軸受とが設けられる。燃料高圧ポンプ内、及び、コモンレールシステムの高圧アキュムレータ内での圧力形成が加速されるように、第１の軸受の下流に、かつ第１の軸受と直列に、第１の逆止め弁が配置される。対応して、第２の軸受の下流に、かつ第２の軸受と直列に、第２の逆止め弁が配置される。しかしながら、逆止め弁のクラッキング圧力は、内燃機関の始動時には当該逆止め弁が閉鎖され、内燃機関が稼動した場合に初めて解放されるように、選択される。

従来技術で使用される逆止め弁が有するクラッキング圧力は、１．０バールよりも大きい範囲内にある。このクラッキング圧力は、燃料高圧ポンプの吸入弁の後に初めて逆止め弁が開放されるほど高く、従って、例えば始動の場合に、軸受を通る漏れが発生しないが、このことは、軸受にとっては不都合である。

また、弁の前の軸受の、下流にある側で圧力が上昇する。ここに軸封リングが配置される場合に、許容されない値へと負荷が上昇する可能性がある。この理由から、この種の軸受には通常、弁を設けることが出来ない。

公知の構成では、燃料供給が不良のケースで流量バランスが崩れた場合に、高圧アキュムレータに以前と同様に燃料が供給される一方で、軸受の弁が既に閉鎖しているということも不都合である。この場合には、軸受の潤滑及び冷却がもはや保障されない。

従って、燃料噴射システム、特にコモンレールシステムで使用であり、特に内燃機関の始動時の流量バランス状況（Ｍｅｎｇｅｎｂｉｌａｎｚｓｉｔｕａｔｉｏｎ）が、上記の欠点を有することなく改善されている燃料高圧ポンプを創出する必要がある。

本発明に基づいて、内燃機関の燃料噴射システム、特にコモンレール噴射システムのための高圧ポンプであって、上記高圧ポンプは、軸受戻し路内に配置された少なくとも１つの軸受により保持される駆動軸を有し、上記少なくとも１つの軸受の下流に少なくとも１つの弁が配置される、上記高圧ポンプにおいて、上記少なくとも１つの弁は、０．１バールから０．８バールまでの範囲にあるクラッキング圧力を有する、上記高圧ポンプが設けられる。クラッキング圧力が低い少なくとも１つの弁を有する本発明にかかる高圧ポンプにより、特に内燃機関の始動の場合の流量バランス状況が改善される。上記弁は、内燃機関の始動の場合に、少なくとも１つの軸受を通る漏れ量を低減し、従って、始動出力（必要な回転数、又は、始動のための時間）を改善する。０．８バール以下の低いクラッキング圧力を有する弁は十分早期に開放され、従って、通常設けられる軸封リングにおいて許容される圧力が超過されず、寿命が許容しえないほど短くならない。

さらに、上記弁は、低圧での流量バランス（Ｎｉｅｄｅｒｄｒｕｃｋｍｅｎｇｅｎｂｉｌａｎｚ）が崩れた場合にも閉鎖せず、従って、あらゆる稼動の際に燃料が軸受を貫流することが保障される。従って、高圧ポンプは全般的に、機能信頼性に関しても、耐久限度に関しても堅牢となる。

０．１バール以上で０．８以下のクラッキング圧力範囲にある上記弁のクラッキング圧力は、一方では、既に先に言及したように、回転数が低い際、及び、特にエンジン始動の作動点における漏れ量の明らかな低減に繋がり、他方では、始動時に既に最小漏れ量が保障されるという利点を有する。従って、燃料噴射システムの低圧回路内の低圧での流量バランスが大きく崩れた際にも、少なくとも１つの軸受についての最小漏れ量が保障される。

好適に、少なくとも１つの弁は逆止め弁、特にボール逆止め弁である。

好適な実施形態によれば、少なくとも１つの軸受を燃料が貫流しうる。

さらなる好適な実施形態によれば、少なくとも１つの軸受は滑り軸受である。従って、燃料が軸受を貫流する際に静水圧的な潤滑くさびが形成され、これにより、軸受の負荷能力が改善される。

好適に、更なる別の実施形態にかかる高圧ポンプでは、第１の軸受と第２の軸受とは、駆動軸を保持するために設けられる。

更なる別の実施形態によれば、第１の軸受の下流の軸受戻し路内に第１の弁が設けられ、第２の軸受の下流の軸受戻し路内に第２の弁が設けられる。

第１の弁は第１の軸受と直列に配置され、第２の弁は第２の軸受と直列に配置される。

軸受の箇所ごとに、弁、特にボール逆止め弁が、個々に配置され、又は、個々の若しくは全ての軸受戻し路が１つにまとめられた後に、当該軸受戻し路のために共通に配置されうる。その際、軸受戻し路の更なる燃料案内はわずかである。

好適に、第１の軸受と第２の軸受のそれぞれの戻し管路は、共通の軸受戻し路に通じ、共通の弁が共通の軸受戻し路内に設けられる。

好適に、駆動軸はポンプハウジングの内部空間内に配置されるカム軸又は偏心軸である。

軸受戻し路と、ポンプハウジングの内部空間とが油圧連結される場合にも有利である。

本発明にかかる構成は、ポンプ入口内に機械圧送ポンプを有する全ての燃料噴射システムにおいて特に有利に利用可能であり、燃料戻し路内に更なる別の消費する構成要素（Ｖｅｒｂｒａｕｃｈｅｒ）（例えば、タンクジェットポンプ、感温スイッチ等）が存在しない場合の利用が、特に有利である。なぜならば、最大のポテンシャル（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）、即ち、本発明にかかる０．１から０．８バールまでのクラッキング圧力範囲の最大クラッキング圧力が利用されうるからである。

以下では、本発明の実施例が、添付の図面を参照してより詳細に解説される。
従来技術による高圧ポンプを備えた燃料噴射システムのブロック図を示す。 一実施形態にかかる高圧ポンプを備えた燃料噴射システムの一部のブロック図を示す。 更なる別の実施形態にかかる高圧ポンプを備えた燃料噴射システムの一部のブロック図を示す。

図１には、高圧ポンプ２を備えるコモンレール燃料噴射システム１のブロック図が示されており、このコモンレール燃料噴射システム１は基本的に、タンク３と、圧送量制限のための素子５を有するプレフィードポンプ（Ｖｏｒｆｏｅｒｄｅｒｐｕｍｐｅ）４と、フィルタ６と、レール７と、圧力制限弁又は圧力制御弁８と、から構成される。レール７に接続される噴射装置は、図１には示されていない。

圧送量制限のための素子５は、プレフィードポンプ４の入口に直接的に配置されたスロットルとして構成される。スロットルは、高圧ポンプ２内で圧縮された燃料量が、全体として制限されるようにする。さらに、これにより、高圧ポンプ２の内部空間内９で生じる圧力が、圧力制御弁１０の特性曲線に応じて制限される。圧力制限弁８は、図示されない噴射装置の漏れ量もそこへと導かれる戻し管路１１に通じている。戻し管路１１はタンク３へと流れ込み、そこで場合によっては、ジェットポンプ（図示せず）を作動させる。

さらに、高圧ポンプ２の内部には温度センサＴが配置されうる。高圧ポンプ２は、燃料供給１２と、フィルタ６と、プレフィードポンプ４と、を介して、タンク３と油圧連結される。燃料供給１２は、プレフィードポンプ４の圧送側と、ポンプハウジングの内部空間９と、を繋ぎ、従って、プレフィードポンプ４の全流量が内部空間９内に達する。

プレフィードポンプ４は、歯車ポンプとして構成される。プレフィードポンプ４の間には、回転する構成要素とポンプハウジングとの間に、図１でスロットルのシンボル（符号２９参照）で示される間隙が存在し、この間隙が漏れの原因となる。この間隙を通って流れる漏れ量は、漏れ管路３０を介して導かれる。漏れ管路３０は第１の弁２７の前で、第１の軸受２３を貫流する燃料量を第１の弁２７を介して戻し管路１１に供給する管路（符号無し）につながる。

燃料戻し路１３は、ポンプハウジングの内部空間９と戻し管路１１との間、及び、調量ユニット１４と戻し管路１１との間の油圧連結を形成する。燃料戻し通路１３と戻し管路１１との間には、圧力制御弁１０が配置される。

調量ユニット１４は、高圧ポンプの圧送素子１５により吸入される燃料量と、高圧ポンプの圧送量と、を制御する。さらに、圧送素子１５の吸入側は、分配管路を介して、調量ユニット１４の出口側と油圧連結される。

圧送素子１５は、基本的に、吸入弁１６と、高圧側の逆止め弁１７と、バレルボア（図示せず）内で往復運動するプランジャ１８と、から構成される。圧送素子１５のプランジャ１８は、ローラタペット１９を介して、駆動軸２１のカム２０によって駆動される。圧送素子１５は、高圧下にある燃料を、高圧管路２２を介してレール７へと圧送する。

カム２０は、ポンプハウジング（図示せず）内の（図ではそれぞれスロットルとして図示される）第１の軸受２３内及び第２の軸受２４内でカムの両方の側で回転可能に保持される駆動軸２１の構成要素である。駆動軸２１は、ポンプハウジングの内部空間９内に配置される。

さらに、圧力制御弁１０が、高圧ポンプ２の内部空間９の下流に配置される。圧力制御弁１０は、その内部にスロットル２６を任意で設けることが可能な漏れ管路２５を含む。内部空間９の下流に圧力制御弁１０を配置することによって、内部空間９内には、圧送ポンプ４の圧力側とほぼ同じ圧力が支配する。

ポンプハウジングの内部空間９内の高められた内部圧力は特に、定められた燃料量が、内部空間９内を支配する圧力と、燃料の粘性と、駆動軸２１の第１の軸受２３及び第２の軸受２４の摩擦損失と、に依存せずに軸受２３及び２４により圧縮されるということに繋がる。このことにより、第１の軸受２３及び第２の軸受２４の負荷能力が明らかに高められる。

第１の軸受２３及び第２の軸受２４は滑り軸受として構成されているため、軸受２３及び２４を強制的に貫流することにより、軸受２３及び／又は２４内に、静水圧的な潤滑くさびが形成される。これにより、第１の軸受２３及び第２の軸受２４の負荷能力が明らかに高められると同時に、第１の軸受２３及び第２の軸受２４からの熱除去も改善される。

燃料高圧ポンプ２内及びレール７内の圧力形成が加速されるために、第１の軸受２３の下流に、かつ第１の軸受２３と直列に、逆止め弁として構成された第１の弁２７が配置される。対応して、第２の軸受２４の下流に、かつ第２の軸受２４と直列に、同様に逆止め弁として構成された第２の弁２８が配置される。第１の弁２７及び第２の弁２８は、戻し管路１１に通じている。上記弁２７及び２８のクラッキング圧力は、従来技術に基づいて１バールよりも大きく、上記弁が内燃機関の始動時には閉鎖され内燃機関が稼動する場合に初めて開放されるように、選択される。

図２は、基本的に図１の燃料噴射システム１のように構成された、一実施形態にかかる高圧ポンプ２を備えた燃料噴射システムの一部のブロック図を示す。内部空間９内に収容され更に詳細には図示されない駆動軸は、内部空間９の両側で、第１の軸受２３及び第２の軸受２４によって保持される。第１の軸受２３及び第２の軸受２４は滑り軸受として構成され、それぞれ軸受戻し路３１及び３１’内に配置される。軸受２３の下流に、及び当該軸受２３と直列に、逆止め弁又はボール逆止め弁として構成された第１の弁２７が配置される。第２の軸受２４の下流に、及び当該軸受２４と直列に、同様に逆止め弁又はボール逆止め弁として構成された第２の弁２８が配置される。効果及び機能形態は、基本的に、既に図１の第１の弁２７及び第２の弁２８との関連で記載されたものと同様であるが、同実施形態にかかる第１の弁２７及び／又は第２の弁２８は、０．１バール以上で０．８バール以下のクラッキング圧力を有するという違いがある。従って、第１の弁２７及び／又は第２の弁２８は、図１の第１の弁２７及び／又は第２の弁２８に対して、内燃機関の始動に解放される。

図３は、更なる別の実施形態にかかる高圧ポンプ２を備えた燃料噴射システムの一部の更なる別のブロック図を示す。図２に示される実施形態に対して、逆止め弁又はボール逆止め弁として構成された共通の弁３２のみが設けられる。その際、共通の弁３２は、軸受戻し路３１、３１’がそこへと合流する共通の軸受戻し路３１’’内に配置される。本実施形態における共通の弁３２も、０．１バール以上で０．８バール以下のクラッキング圧力を有し、従って、共通の弁３２は内燃機関の始動時に解放される。

以上まとめると、本発明にかかる構成によって、その機能信頼性に関して及びその耐久限度に関して堅牢な高圧ポンプ２が提供される。

Claims (10)

1. 内燃機関の燃料噴射システム（１）、特にコモンレール噴射システムのための高圧ポンプ（２）であって、前記高圧ポンプ（２）は、軸受戻し路（３１、３１’、３１’’）内に配置された少なくとも１つの軸受（２３、２４）により保持される駆動軸（２１）を有し、前記少なくとも１つの軸受（２３、２４）の下流に、少なくとも１つの弁（２７、２８、３２）が配置される、前記高圧ポンプ（２）において、
   前記少なくとも１つの弁（２７、２８、３２）は、０．１バールから０．８バールまでの範囲にあるクラッキング圧力を有することを特徴とする、高圧ポンプ（２）。
2. 前記少なくとも１つの弁（２７、２８、３２）は逆止め弁、特にボール逆止め弁であることを特徴とする、請求項１に記載の高圧ポンプ（２）。
3. 前記少なくとも１つの軸受（２３、２４）は滑り軸受であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧ポンプ（２）。
4. 前記少なくとも１つの軸受（２３、２４）を、燃料が貫流しうることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧ポンプ（２）。
5. 第１の軸受（２３）と第２の軸受（２４）とは、前記駆動軸（２１）を保持するために設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧ポンプ（２）。
6. 前記第１の軸受（２３）の下流の前記軸受戻し路（３１）内に第１の弁（２７）が設けられ、前記第２の軸受（２４）の下流の前記軸受戻し路（３１’）内に第２の弁（２８）が設けられることを特徴とする、請求項５に記載の高圧ポンプ（２）。
7. 前記第１の弁（２７）は前記第１の軸受（２３）と直列に配置され、前記第２の弁（２８）は前記第２の軸受（２４）と直列に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の高圧ポンプ（２）。
8. 前記第１の軸受（２３）と前記第２の軸受（２４）のそれぞれの軸受戻し路（３１、３１’）は、共通の軸受戻し路（３１’’）に通じ、共通の弁（３２）が前記共通の軸受戻し路内に設けられることを特徴とする、請求項５に記載の高圧ポンプ（２）。
9. 前記駆動軸（２１）は、ポンプハウジングの内部空間（９）内に配置されるカム軸であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の高圧ポンプ（２）。
10. 前記軸受戻し路（３１、３１’、３１’’）と、前記ポンプハウジングの前記内部空間（９）と、は油圧連結されることを特徴とする、請求項９に記載の高圧ポンプ（２）。

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