JP6084340B2 - 自動車用高圧ポンプに用いられる装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁による振動および騒音の発生を小さく保持するのに適した、自動車用高圧ポンプに用いられる装置に関する。

自動車に高圧ポンプを使用する場合、例えば磁石により作動させられる弁が、流体の流れを制御するために用いられる。この弁は、通流横断面積を調整し、必要とされる量の流体、特に燃料を提供するために、通常、軸方向で位置調節される。この場合、可動の構成部材が、構成スペースに基づいて、例えば構造上意図的に取り付けられた、制限する構成要素に衝突し、これにより、弁の可動の構成部材の移動量が制限される。弁の、不動かつ固定して配置された構成部材に可動の構成部材が衝突することにより、衝撃力が伝達される。この衝撃力は、振動を生じさせ、高圧ポンプを介して分散されて音として再現されるおそれがあり、場合によっては煩わしい騒音として認識されてしまう。

本発明の課題は、自動車の運転中の弁による振動および騒音の発生を小さく保持するのに適した、自動車用高圧ポンプに用いられる装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、自動車用高圧ポンプに用いられる装置は、弁ハウジングと中心軸線とアクチュエータ構造群とを備え、アクチュエータ構造群は、ほぼ中心軸線に沿って弁ハウジング内に配置されている。この場合、アクチュエータ構造群は、アクチュエータ凹部を有し、アクチュエータ凹部は、アクチュエータ構造群の第１の端部を起点としてアクチュエータ構造群内へ延在している。さらに、アクチュエータ構造群は、少なくとも１つの液圧的な補整開口を有し、少なくとも１つの液圧的な補整開口は、アクチュエータ凹部から外側領域にまでアクチュエータ構造群の壁部を貫通している。さらに、装置は、容積体を備え、容積体は、アクチュエータ構造群に対して間隔をおいてアクチュエータ凹部内に配置されており、容積体は、少なくとも１つの液圧的な補整開口の所定の領域にまで延在している。この場合、容積体は、弁ハウジングに対して相対的に不動に配置されている一方、アクチュエータ構造群は、中心軸線に関して、弁ハウジングに対して相対的に、かつ容積体に対して相対的に軸方向可動に配置されている。

このようにして、自動車の運転中の弁による振動および騒音の発生を小さく保持するのに適した、自動車用高圧ポンプに用いられる装置が提供される。上記の装置により、自動車の運転中に、制御された液圧減衰が達成される。液圧減衰は、場合により固定に取り付けられた隣り合う構成部材に弁の可動の構成部材が衝突する際に、衝撃力を低減することを可能にし、そうして振動および騒音発生が低減される。具体的には、液圧減衰は、弁ハウジングにおける容積体によって達成される。容積体は、装置の、弁ハウジングに対して相対的に不動の構成部材として弁ハウジング内に配置されており、通流する流体に関する横断面積および容積を的確に変化させる。

自動車の運転の枠内で、流体、特に燃料が、例えば高圧ポンプとこれに対応する弁とを通流する。請求項に記載の装置に応じて弁が適切に構成されている場合、流れる流体は、例えば弁ハウジングに達し、そこから、少なくとも１つの液圧的な補整開口を通ってアクチュエータ凹部の領域に達する。弁の開閉時に、流体は、アクチュエータ凹部内へ流れるか、またはそこから外へ流れ、そうしてさらに経過すると液圧減衰が可能になる。

この文脈では、アクチュエータ凹部の領域に容積体を的確に組み込むことにより、流体が通流する容積が制御されて変化させられ、そうして可動のアクチュエータ構造群の液圧減衰が達成される。このようにして、弁の隣り合う構成部材に対する可動のアクチュエータ構造群の衝突力および衝撃力の伝達が低減される。したがって、弁の運転中における振動の発生および騒音の発生に対抗する作用が生じる。この場合、アクチュエータ構造群は、単一の構成要素として、例えば一体的に形成されていてもよいし、または、複数の構成部材を有していてもよい。複数の構成部材は、例えば形状結合式に、摩擦力結合式にかつ／または材料結合式に互いに結合されている。

請求項に記載の装置により達成される、上記の液圧減衰は、上記のように、容積体によって得られる。容積体は、弁の追加的な構成部材として、弁ハウジング内に固定配置されている。例えばアクチュエータ構造群などの装置の可動の構成部材は、これに即して特に変更されることはない。このようにして、可動の構成部材の質量を増大させることが回避される。可動の構成部材の質量の増大は、構成部材の移動時に、増大された衝撃力を生じさせ得る。さらに、弁の、固定配置された構成部材としての容積体によって、例えば液圧減衰を能動的に調整する必要なく、通流する流体の液圧減衰を、ほぼ受動的に容易に得ることができる。例えば電磁弁において、アクチュエータに通電し、逆向きに通電し、これにより隣り合う構成要素に対する衝突を低減することによって、能動的な液圧減衰を得ることができる。これは、必然的に追加の電力を必要とし、自動車の燃料消費量を増大させるが、例えば上記の装置によりこれを回避することができる。

この文脈では、液圧的な補整開口の数は１つに制限されておらず、任意に設定できるので、少なくとも１つまたは複数の液圧的な補整開口がアクチュエータ構造群の壁部を貫通しており、アクチュエータ凹部をアクチュエータ構造群の外側領域と接続している。さらに、少なくとも１つの液圧的な補整開口のジオメトリも可変であり、構成スペースに基づいて構成してよい。例えば、複数の液圧的な補整開口がアクチュエータ構造群の壁部に穿孔されると好適である。

容積体のジオメトリも構成スペースに基づいて任意に設定可能であるので、容積体が弁の可動の構成部材に対して間隔をおいて配置されていて、自動車の運転中に可動の構成部材に接触せず、流体が通流する容積の制御された変化が行われることが少なくとも保証される。さらに、複数の容積体を弁ハウジングまたは前述の機能を満たすアクチュエータ凹部に配置することも可能である。

第１の態様の１つの構成によれば、アクチュエータ構造群が、アクチュエータと弁ニードルとを備え、弁ニードルは、所定の運転状態でシール座と協働して、流体の流体流れを、アクチュエータ構造群の閉鎖位置では遮断し、その他の位置では解放する。この場合、アクチュエータ構造群のアクチュエータは、アクチュエータ凹部を有し、少なくとも１つの液圧的な補整開口が、ほぼアクチュエータと弁ニードルとの間に形成されている。

これは、装置の構成部材の構成および配置の好適な可能性を表しており、そうして容積体による液圧減衰が容易に実現される。この場合、容積体は、アクチュエータ凹部内で、アクチュエータに対して間隔をおいて配置されており、開放または閉鎖行程時に、少なくとも１つの液圧的な補整開口の領域に突入するので、例えばアクチュエータ構造群の可動の弁ニードルが容積体に接近するか、または容積体から離間する。これは、特に、弁が例えば外向きに開く弁であるかまたは内向きに開く弁であるかに依存している。この場合、アクチュエータ構造群のアクチュエータは、例えば電機子を有していてもよいし、またはそれ自体を電機子といってもよい。

第１の態様の別の構成によれば、容積体は、ほぼ円柱状に形成されている。

このように、容積体が回転対称に形成されていると、例えば通流する流体と関連して、自動車の運転中に均一な流れ経過が可能になり、したがって、制御された液圧減衰が可能になる。

第１の態様の別の構成によれば、容積体は、ほぼ中心軸線に沿って延在しているか、または中心軸線に対して少なくともほぼ平行に配置されている。

このようにして、装置の回転対称の構成が実現され、その構成は、液圧減衰を有する弁の好適な構成を実現する。例えばアクチュエータ構造群のアクチュエータ、弁ニードルおよびアクチュエータ凹部も、回転対称に形成され、中心軸線に関して軸方向に配置されており、そうして、可動のアクチュエータおよび可動の弁ニードルが例えば弁ハウジングに衝突する前に、可動のアクチュエータおよび可動の弁ニードルの制御された液圧減衰を容易かつ対称的に実現することができる。

第１の態様の別の構成によれば、本装置は、極部材を備え、極部材は、アクチュエータ構造群のアクチュエータに隣り合って配置されており、極部材により、アクチュエータ構造群を磁気的に開閉可能である。この場合、容積体は、ほぼアクチュエータ構造群の第１の端部から少なくとも１つの液圧的な補整開口の領域にまで延在している。

このようにして、例えば流体流れを制御するための磁気的に作動可能な弁が実現され、通流する流体および弁の可動の構成部材の、制御された液圧減衰を、配置された容積体によって得ることができる。この文脈では、例えば弁の動作中に、可動のアクチュエータ構造群のアクチュエータが隣り合う極部材に衝突し、衝撃力の伝達が生じる。これは、結果的に振動および騒音を発生させる。容積体によって、衝突が減衰され、衝撃力の伝達が低減され、これが、結果的に振動の発生および騒音発生に対抗する。

第１の態様の別の構成によれば、容積体は、材料結合式にかつ／または摩擦力結合式にかつ／または形状結合式に極部材と連結されている。

本装置のこの構成は、どのようにして容積体を固定かつ不動に弁ハウジング内に配置できるのかという可能性について示している。例えば、容積体と極部材とは、互いに溶接され、接着され、または締付けられ、まとめて不動に弁ハウジング内に配置される一方、アクチュエータ構造群のアクチュエータおよび弁ニードルは、容積体および極部材に対して相対的に軸方向可動に弁ハウジング内に配置される。

第１の態様の別の構成によれば、極部材は、極凹部を有し、極凹部内に、容積体が部分的に配置されている。

このようにして、例えば容積体の一部が極部材の極凹部に圧入され、これにより、例えば容積体と極部材との摩擦力結合式の結合が行われる。

第１の態様の別の構成によれば、容積体は、極部材と一体的に形成されている。

本発明の第２の態様によれば、高圧ポンプは、第１の態様の装置を備える。

以下、概略的な図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳説する。

高圧ポンプの概略図である。 開いた位置にある、外向きに開く弁の一実施形態を示す図である。 開いた位置にある、外向きに開く弁の一実施形態を示す図である。 閉じた位置にある、外向きに開く弁の一実施形態を示す図である。 閉じた位置にある、外向きに開く弁の一実施形態を示す図である。

同一の構造または機能を有する構成要素は、複数の図面にわたって同一の符号で示されている。

図１は、特に流体供給路３３を備える高圧ポンプ３０を概略的に示している。流体供給路３３は、液圧的にシリンダ室３１と連結されている。高圧ポンプ３０は、さらに流体排出路３５を備える。シリンダ室３１は、液圧的に流体供給路３３と流体排出路３５との間に配置されている。高圧ポンプ３０は、特に自動車の内燃機関における燃料噴射系に用いられる高圧ポンプである。

高圧ポンプ３０のポンプハウジング３２は、シリンダ室３１と、シリンダ室３１に通じる流体供給路３３と、流体排出路３５とを取り囲んでいる。高圧ポンプ３０の吸入行程の間、流体は、低圧領域から、流体供給路３３を通ってシリンダ室３１に吸い込まれる。例えば、流体供給路３３は、前圧送ポンプ（明確には示されていない）によって、流体タンク（明確には示されていない）と液圧的に連結されている。流体供給路３３に弁１が配置されており、弁１は、シリンダ室３１への流体の進入を制御する。

したがって、例えばシリンダ室内でのプランジャの移動により、シリンダ室３１内で流体に圧力が加えられる。加圧された流体は、シリンダ室３１から出口弁を通り流体排出路３５を介して高圧ポンプ３０から排出される。例えば流体排出路３５は、コモンレール噴射系のレールと連結されている。高圧ポンプ３０は、例えば２０００ｂａｒまでまたはこれを超える圧力を提供するように調整されている。図示の実施の形態では、高圧ポンプ３０はプランジャポンプであるが、高圧ポンプは別の構造形態を有していてもよい。

図２Ａおよび図２Ｂは、弁１の例示的な構造を断面図で示している。弁１は、磁石式に作動可能であり、弁ハウジング３と中心軸線１７とアクチュエータ構造群５とを有する。アクチュエータ構造群５は、中心軸線１７に関して、弁ハウジング３内で、弁ハウジング３に対して相対的に軸方向可動に配置されており、本実施の形態では、アクチュエータ７と弁ニードル９とを備える。弁ニードル９は、弁１の動作中にシール座１６と協働して、アクチュエータ７と弁ニードル９とから成るアクチュエータ構造群５の閉鎖位置で流体の流体流れを遮断し、その他の場合には解放する。アクチュエータ構造群５のアクチュエータ７は、例えば電機子を有していてもよいし、またはそれ自体を電機子といってもよい。

さらに、弁ハウジング３内に、弁１の開閉行程を実現する極部材２１およびばね１９が配置されている。この文脈では、ばね１９は、ばね力をアクチュエータ構造群５に及ぼし、アクチュエータ構造群５のアクチュエータ７を極部材２１から離れる方へ押圧する。極部材２１の通電されていない、つまり極部材２１の周りに巻き掛けられた磁気コイル２１１に電圧が印加されていない場合、弁１は継続的に開いている。極部材２１、つまり巻き掛けられたコイル２１１が通電されると、極部材２１の通電により発生する磁力がばね力を超えて、アクチュエータ構造群５のアクチュエータ７を極部材２１の方へ向けて加速することによって、弁１の磁気的な閉鎖が可能になる。この文脈では、磁気的に作動可能な弁に関して、例えば弁が非通電時に開いているのかまたは非通電時に閉じているのかの区別が成される。ここで記載される弁１は、前述のように、非通電時に開いている。別の実施の形態では、弁１は、非通電時に閉じているように構成されていてもよい。

アクチュエータ構造群５のアクチュエータ７は、本実施の形態では、アクチュエータ構造群５の第１の端部６の領域に、アクチュエータ凹部１１を有する。アクチュエータ凹部１１は、アクチュエータ構造群５内に延在しており、アクチュエータ凹部１１内に、特にばね１９の一部が配置されている。さらに、極部材２１も極凹部２３を有し、極凹部２３内にばね１９が延在している。アクチュエータ７と弁ニードル９との間には、液圧的な補整開口１３が形成されており、液圧的な補整開口１３は、弁１の動作中に、アクチュエータ構造群５の外側領域１２からアクチュエータ凹部１１内への流体の流れを可能にする。

アクチュエータ凹部１１および極凹部２３内に、容積体１５が配置されており、容積体１５は、液圧的な補整開口１３の所定の領域１４にまで延在している。本実施の形態では、容積体１５は、例えば摩擦力結合式に極部材２１と結合されており、例えば製造プロセスの枠内で極部材２１に圧入されたものである。容積体１５は、ほぼ円柱状に形成されており、極凹部２３内ではより広幅の、かつアクチュエータ凹部１１内ではより狭幅の、ピンの態様の円柱状のボディを有する。別の実施の形態では、容積体１５は、別の幾何学形状（ジオメトリ）を有していてもよい。

図２Ｂには、弁１の液圧的な補整開口１３の領域１４が詳しく示されている。この図面には、アクチュエータ構造群５、アクチュエータ７および弁ニードル９の一部が拡大して示されている。

弁１の動作時に、流体、例えば燃料が、弁１および弁ハウジング３に流入し、液圧的な補整開口１３の領域に至る。さらに経過すると、流体は、液圧的な補整開口１３を通流し、そうしてアクチュエータ構造群５のアクチュエータ７のアクチュエータ凹部１１に達する。この文脈では、流体は、容積体１５およびばね１９の周りを流れるので、容積体１５において流体の流れの経過に影響が及ぼされる。容積体１５は、液圧的な補整開口１３の領域１４において、流体が到達可能な容積を変化させるので、流体と弁１の可動の構成部材との液圧減衰を制御することができる。

弁１の開いた位置では、極部材２１とアクチュエータ構造群５のアクチュエータ７との間に、移動距離１０が存在している。移動距離１０は、例えば弁１の設計時に予め設定して形成される。さらに、容積体１５は、弁１の開いた位置では、液圧的な補整開口１３の領域に突入せず、これにより、通流する流体に関する、液圧的な補整開口１３の横断面積および容積に影響を及ぼさない。閉鎖行程の枠内で、極部材２１が通電され、これにより発生する磁力がばね１９により作用するばね力を超えることで、極部材２１とアクチュエータ７との間の移動距離１０が閉じられる。このとき、アクチュエータ凹部１１から液圧的な補整開口１３を通る流体が押圧され、アクチュエータ構造群５の外側領域１２に達する。

図３Ａは、閉じた位置にある弁１を断面図で示している。閉じた位置では、容積体１５は、液圧的な補整開口１３の領域１４に突入する。閉鎖行程の枠内で、容積体１５は、液圧的な補整開口１３の領域１４における横断面積および容積を変化させ、これにより、アクチュエータ凹部１１からの流体の流出に的確に影響を及ぼす。

このようにして、極部材２１の方に向かうアクチュエータ７の移動を制動し、これにより極部材２１および／または弁ハウジング３への衝突力と衝撃力の伝達とを低減する、制御された液圧減衰を得ることができる。これは、好適には、振動発生および騒音発生に対抗するように作用する。

通流する流体は、容積体１５に基づいて、液圧的な補整開口１３を通るアクチュエータ凹部１１からの流出時に、より小さな体積を有するので、流体の絞られた運動によってアクチュエータ構造群５の移動に影響が及ぼされる。

図３Ｂは、液圧的な補整開口１３の領域１４を詳細に見た図であり、図３Ａに示された弁１が閉じた位置で示されている。容積体１５は、図２Ａおよび図２Ｂの位置とは異なり、一方の端部で、液圧的な補整開口１３の領域に突入し、これにより、通流する流体が到達可能な容積を変化させる。この容積変化は、弁の後続の開放行程時にも相応に作用するので、容積体１５に基づいて、例えば弁１の開放時の弁ニードル９の移動も、上記の理由から減衰され、衝突力および衝撃力の伝達が低減される。

したがって、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示された弁１は、固定配置された容積体１５によって、弁１の開閉行程時に、例えばアクチュエータ構造群５のアクチュエータ７および弁ニードル９などの、弁１の可動の構成部材の液圧減衰を容易に可能にする。こうして、弁１の、可動に配置された構成部材が変更されないので、例えばアクチュエータ構造群５の質量も不変のまま保持される。例えばアクチュエータ構造群５における容積体１５の配置でも、場合によっては、アクチュエータ構造群５の移動の減衰が生じるが、しかし可動の質量の増大に基づいて、衝撃力の増大も生じ、これは、所望される液圧減衰の作用を低減してしまう。上記の実施の形態により、そのような相互作用が回避される。

さらに、液圧減衰は、容積体１５により、ほぼ受動的に得ることができる。というのも、容積体１５は、弁１の固定の構成部材として、例えば弁ハウジング３に対して不動に配置されているからである。例えば所定の電磁弁において、極部材２１に通電し、逆向きに通電して、極部材２１に対するアクチュエータ７の衝突または弁ハウジング３に対する弁ニードル９の衝突を減衰することによって、能動的に液圧減衰を行うことができる。これは、必然的に追加の電力を必要とし、自動車の燃料消費量を増大させる。

容積体１５による上記の液圧減衰に加えて、ばね１９が容積体１５の周りに配置されていることにより、さらに有利な効果が得られる。容積体１５は、このようにして、ばねを案内する作用も有する。というのも、ばね１９が容積体１５の内側の半径部に案内されるからである。

さらに、この文脈では、液圧的な補整開口１３の数が制限されておらず、任意に設定することができるので、少なくとも１つまたは複数の液圧的な補整開口１３が、アクチュエータ構造群５の壁部を貫通し、アクチュエータ凹部１１をアクチュエータ構造群５の外側領域１２と接続している。さらに、少なくとも１つの液圧的な補整開口１３のジオメトリも可変であり、構成スペースに基づいて構成することができる。例えば、複数の液圧的な補整開口１３がアクチュエータ構造群５の壁部を通って穿孔されると好適である。

容積体１５のジオメトリも構成スペースに基づいて任意に設定可能であるので、少なくとも、容積体１５は例えばアクチュエータ構造群５のアクチュエータ７および弁ニードル９などの、弁１の可動の構成部材に対して間隔をおいて配置されており、自動車の運転中に、これらに接触しないことが保証される。この場合、容積体１５によって、液圧的な補整開口１３の領域１４における、自動車の運転中に流体が通流する容積の制御された変化が常に行われる。さらに、上記の機能を満たす複数の容積体１５を弁ハウジング３内にまたはアクチュエータ凹部１１内に配置することも可能である。

Claims (9)

1. 自動車用高圧ポンプに用いられる装置であって、
   弁ハウジング（３）と中心軸線（１７）とアクチュエータ構造群（５）とを備え、該アクチュエータ構造群（５）は、ほぼ前記中心軸線（１７）に沿って前記弁ハウジング（３）内に配置されており、
   前記アクチュエータ構造群（５）は、アクチュエータ凹部（１１）を有し、該アクチュエータ凹部（１１）は、前記アクチュエータ構造群（５）の第１の端部（６）を起点として前記アクチュエータ構造群（５）内に延在しており、
   前記アクチュエータ構造群（５）は、少なくとも１つの液圧的な補整開口（１３）を有し、該液圧的な補整開口（１３）は、前記アクチュエータ凹部（１１）から外側領域（１２）にまで前記アクチュエータ構造群（５）の壁部を貫通しており、
   当該装置は、容積体（１５）を備え、該容積体（１５）は、前記アクチュエータ凹部（１１）内で前記アクチュエータ構造群（５）に対して間隔をおいて配置されており、前記容積体（１５）は、少なくとも１つの前記液圧的な補整開口（１３）の所定の領域（１４）にまで延在しており、前記容積体（１５）は、前記弁ハウジング（３）に対して相対的に不動に配置されており、前記アクチュエータ構造群（５）は、前記中心軸線（１７）に関して、前記弁ハウジング（３）に対して相対的に、かつ前記容積体（１５）に対して相対的に軸方向可動に配置されている、
   ことを特徴とする、自動車用高圧ポンプに用いられる装置。
2. 前記アクチュエータ構造群（５）は、アクチュエータ（７）と弁ニードル（９）とを有し、該弁ニードル（９）は、シール座（１６）と協働して、流体の流体流れを、前記アクチュエータ構造群（５）の閉鎖位置で遮断し、その他の場合には解放し、
   前記アクチュエータ（７）は、前記アクチュエータ凹部（１１）を有し、少なくとも１つの前記液圧的な補整開口（１３）は、ほぼ前記アクチュエータ（７）と前記弁ニードル（９）との間に形成されている、請求項１記載の装置。
3. 前記容積体（１５）は、ほぼ円柱状に形成されている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記容積体（１５）は、ほぼ前記中心軸線（１７）に沿って延在しているか、または、前記中心軸線（１７）に対して少なくともほぼ平行に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 当該装置は、極部材（２１）を備え、該極部材（２１）は、前記アクチュエータ構造群（５）の前記アクチュエータ（７）に隣り合って配置されていて、前記極部材（２１）により、前記アクチュエータ構造群（５）は磁気的に開閉可能であり、
   前記容積体（１５）は、ほぼ前記アクチュエータ構造群（５）の前記第１の端部（６）から少なくとも１つの前記液圧的な補整開口（１３）の前記領域（１４）にまで延在している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記容積体（１５）は、前記極部材（２１）と材料結合式にかつ／または摩擦力結合式にかつ／または形状結合式に連結されている、請求項５記載の装置。
7. 前記極部材（２１）は、極凹部（２３）を有し、該極凹部（２３）内に前記容積体（１５）が部分的に配置されている、請求項５または６記載の装置。
8. 前記容積体（１５）は、前記極部材（２１）と一体的に形成されている、請求項５または６記載の装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の装置を有する、自動車用高圧ポンプ。

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