JP6552932B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる燃料ポンプ、とりわけコモンレール燃料システムの高圧燃料ポンプに関する。

燃料ポンプはポンプシリンダを有し、このポンプシリンダ内ではポンプピストンが可動に支承または案内される。ポンプピストンは、ポンプシリンダ内で１以上のカムを介して上下運動され、これにより、燃料が吸引され、燃料ポンプから消費装置に、つまり例えば燃料システムの噴射弁に供給される。

実際に公知の燃料ポンプは、ポンプピストンが可動に支承されたポンプシリンダの領域に、１以上のリンケージ溝を有し、これにより、ポンプシリンダとポンプピストンとの間に発生する漏れ燃料を排出する。とりわけ、燃料により潤滑され、場合により冷却される燃料ポンプが、燃料として重油が用いられる燃料システムで使用される場合、燃料ポンプの潤滑および場合により冷却に用いられる重油とカムの領域に使用される潤滑剤との反応によって、ポンプピストンおよび／またはポンプシリンダにワニス(Verlackung)と呼ばれる堆積物が形成されることがあり、この堆積物は、ポンプピストンとポンプシリンダとの間の案内領域において、ポンプピストンとポンプシリンダとの間の案内クリアランスを低減する。これにより、最終的に燃料ポンプにピストン焼き付き(Kolbenfresser)が形成されることがあり、そのため、この場合、燃料ポンプはもはや駆動できなくなる。ピストン焼き付きはさらに、燃料中の不純物に起因することがある。

特許文献１から、ポンプシリンダの領域に形成された２つのリーケージ溝を備える燃料ポンプが公知であり、これらのリーケージ溝を介して、ポンプシリンダとポンプピストンとの間に発生する漏れ燃料を排出することができる。すなわち燃料システムおよび／または無圧でリーケージ循環路に排出することができる。ここではポンプピストンおよび／またはポンプシリンダにおけるワニスを低減するために、２つのリーケージ溝がポンプピストンを収容するポンプシリンダの切欠部の下方三分の一の箇所に位置決めされている。

特許文献２から、ポンプシリンダとポンプシリンダの切欠部内に案内されるポンプピストンとを備える燃料ポンプが公知である。ここではポンプピストンを案内するポンプシリンダの切欠部の領域内に、一方では上方インレット溝が、他方では下方アウトレット溝が、燃料ポンプの潤滑および場合により冷却に用いられる燃料のために形成されており、上方インレット溝を介してポンプピストンの潤滑および冷却のために燃料を供給することができ、下方アウトレット溝を介して潤滑および冷却に使用された燃料を排出することができる。ここで特許文献２によれば、ワニスを低減するためにポンプピストンは、ポンプピストン内に取り付けられた中空空間を介して、インレット溝を介して供給されアウトレット溝を介して排出される燃料によって、内部から冷却可能である。

従来技術から公知の燃料ポンプは、ポンプシリンダ中のポンプピストンのピストン焼き付きの危険性をすでにある程度低減することができるが、ポンプピストンに対するピストン焼き付きの危険性が低減された燃料ポンプが必要である。

独国特許出願公開第１０２００７０１９９０９号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０４９７５９号明細書

ここから出発して本発明の基礎とする課題は、ピストン焼き付きの危険性が低減された新規の燃料ポンプを創出することである。

この課題は、請求項１による燃料ポンプによって解決される。本発明によれば、下方アウトレット溝の上方エッジと上方インレット溝の下方エッジとの間には、ポンプピストンのための案内ウェブが形成されており、上方インレット溝に至る１以上の前記インレット孔部は、上方インレット溝の下方エッジに隣接して上方インレット溝に開口している。本発明の燃料ポンプでは、ポンプピストンおよびポンプシリンダの領域における、燃料中の不純物に基づくワニス形成の危険性およびピストン焼き付きの危険性が低減されている。

好ましくは、上方インレット溝に至る１以上の前記インレット孔部は、上方インレット溝の下方エッジに対して面一に上方インレット溝に開口する。これにより、ポンプピストンおよびポンプシリンダの領域における、燃料中の不純物に基づくワニス形成の危険性およびピストン焼き付きの危険性をさらに低減することができる。

本発明の有利な一発展形態によれば、ポンプシリンダの切欠部の領域内では、下方アウトレット溝の下方で、スクレーパエレメントがポンプシリンダの溝に収容されている。ここで、下方アウトレット溝の下方エッジとスクレーパエレメントを収容する溝の上方エッジとの間には、ポンプピストンのためのさらなる案内ウェブが形成されており、この案内ウェブの軸方向の高さは、アウトレット溝と上方インレット溝との間に位置決めされた案内ウェブの軸方向の高さよりも小さい。好ましくは、下方アウトレット溝に至る１以上の前記アウトレット孔部は、とりわけ上方インレット溝に至る１以上の前記インレット孔部よりも大きな通流断面を有し、下方アウトレット溝の下方エッジに隣接して、とりわけ下方アウトレット溝の下方エッジに対して面一に下方アウトレット溝に開口する。これにより、一方ではポンプピストンおよびポンプシリンダの領域におけるワニス形成の危険性をさらに低減することができ、他方では燃料中の不純物を規定どおりに排出することができる。ピストン焼き付きの危険性はさらに低減される。

好ましくは、その軸方向の溝の高さがポンプピストンのピストンストロークよりも大きい上方インレット溝は、１以上の前記インレット孔部がインレット溝に開口する下方部分において、その上方部分よりも大きな半径方向の溝の深さを有する。これにより、ピストン焼き付きの危険性をさらに低減することができる。

好ましくは、下方アウトレット溝も、ポンプピストンのピストンストロークよりも大きな軸方向の溝の高さを有する。これにより、ピストン焼き付きの危険性をさらに低減することができる。

本発明の有利な一発展形態によれば、１以上の前記案内ウェブは、ポンプピストンでのワニス形成の際および／または１以上の前記案内ウェブでのワニス形成の際に生じ、１以上の前記案内ウェブの面積に依存する、１以上の前記案内ウェブでのポンプピストンの付着力が、駆動バネの復帰力よりも小さくなるよう寸法設定されている。ポンプピストンおよび／または１以上の前記案内ウェブにおいてワニスが形成される場合であっても、燃料ポンプの機能性を維持することができる。なぜなら、面積の小さな１以上の前記案内ウェブにおけるポンプピストンの付着力は、駆動バネの復帰力と比較して小さいからである。

本発明の好ましい発展形態は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の実施例を、これに制限することなく図面に基づきより詳細に説明する。

本発明の燃料ポンプの概略断面図である。

本発明は、燃料ポンプ、とりわけ、例えば船舶ディーゼル内燃機関のような重油により駆動される内燃機関のためのコモンレール燃料システムの高圧燃料ポンプに関するものである。

図１は、本発明の燃料ポンプ１０の断面を示しており、燃料ポンプ１０は、ポンプシリンダ１１と、このポンプシリンダ１１の切欠部１２内に可動に支承されたポンプピストン１３と、を有する。ポンプピストン１３は、ポンプシリンダ１１の切欠部１２内で上下運動可能または往復運動可能であり、すなわちカム１４を介して調整される。カム１４は、駆動カムとも称される。カム１４に起因するポンプピストン１３の運動は、駆動バネとも称される復帰バネ１５により提供される復帰力に対抗作用する。この駆動バネ１５は、一方ではポンプシリンダ１１に、他方ではポンプピストン１３と結合された支持エレメント１６に支持されている。

図１に図示された燃料ポンプ１０はコモンレール燃料システムの高圧燃料ポンプであり、この種の高圧燃料ポンプは、燃料をコモンレール燃料システムの低圧領域から吸引し、圧縮し、コモンレール燃料システムの高圧領域に提供する。ここでポンプピストン１３は、ポンプシリンダ１１の切欠部１２内での燃料の圧縮に用いられ、ここで、ポンプシリンダ１１の切欠部１２内でポンプピストン１３を介して圧縮された燃料は、ポンプシリンダ１１の高圧孔部１７を介して、コモンレール燃料システムの高圧領域への方向に搬送することができる。この種の燃料ポンプ１０は、燃料により潤滑され、および場合により冷却され、したがって、それによれば、ポンプシリンダ１１の切欠部１２内で可動に案内されるポンプピストン１３の潤滑および場合により冷却のために燃料が用いられる。

とりわけ燃料ポンプ１０が燃料として重油を吸引し、圧縮する場合には、ポンプピストン１３の潤滑にも用いられる重油が、カム１４の領域でこのカムの潤滑のために使用され、駆動バネ１５の周囲領域へ、ひいてはポンプシリンダ１１から突出するポンプピストン１３の部分の領域へと広がる潤滑剤と反応する危険性が存在する。そして、この場合に燃料とカム１４の領域で使用される潤滑剤との反応生成物は、いわゆるワニスとしてポンプピストン１３の領域に、および／またはポンプピストン１３のストローク運動の結果、ポンプシリンダ１１の切欠部１２の領域に堆積することがあり、このワニスは、ポンプピストン１３とポンプシリンダ１１との間の案内クリアランスを低減する。案内クリアランスが減少すると、ポンプピストン１３のピストン焼き付けを引き起こし得る。ピストン焼き付きはさらに、燃料中の不純物によって引き起こされることがある。そして、本発明は、ポンプピストン１３のピストン焼き付きの危険性を低減することのできる燃料ポンプ１０の詳細に関するものである。

ポンプシリンダ１１には、すなわち内部をポンプピストン１３が案内されるこのポンプシリンダの切欠部１２の領域には、上方インレット溝１８と下方アウトレット溝１９が取り付けられている。ここで上方インレット溝１８は少なくとも１つのインレット孔部２０を介して第１の圧力レベルに連通され、下方アウトレット溝１９は少なくとも１つのアウトレット孔部２１を介して第２の圧力レベルに連通されている。

燃料ポンプがコモンレール燃料システムの高圧燃料ポンプである場合、第１の圧力レベルはコモンレール燃料システムの低圧領域に存在する圧力レベルである。第２の圧力レベルは、この場合好ましくは周囲圧である。低圧領域の圧力レベルは低圧燃料ポンプを介して調整され、周囲圧よりも大きい。

上方インレット溝１８の下方エッジ２２と下方アウトレット溝１９の上方エッジ２３との間には、ポンプピストン１３のための案内ウェブ２４が形成されている。

上方インレット溝１８に至る１以上の前記インレット孔部２０は、上方インレット溝１８の下方エッジ２２に隣接してこの上方インレット溝に開口する。これにより、ポンプピストン１３の潤滑および場合により冷却のために１以上の前記インレット孔部２０を介してインレット溝１８に取り込まれる燃料が、規定どおりに上方インレット溝１８と下方アウトレット溝１９との間に位置決めされた案内ウェブ２４を介して流れ、これによって案内ウェブ２４の領域に、ポンプピストン１３の潤滑および場合により冷却に用いられる燃料の異物粒子が堆積し、またはワニスが案内ウェブ２４の領域に堆積し得ることが阻止されることを保証することができる。これにより、ポンプピストン１３に対するピストン焼き付きの危険性が低減される。

好ましくは上方インレット溝１８に至る１以上の前記インレット孔部２０は、上方インレット溝１８の下方エッジ２２に対して面一に上方インレット溝１８に開口する。このことは、上方インレット溝１８と下方アウトレット溝１９との間に形成された案内ウェブ２４を介して燃料が常に十分に流れることを保証するために特に好ましく、これによってこの案内ウェブ２４の領域におけるワニスの形成および／または燃料中に含まれる異物粒子の付着が回避される。

ポンプシリンダ１１の切欠部１２の領域には、下方アウトレット溝１９の下方に溝２５が形成されており、この溝の中には、スクレーパエレメント２６が収容されている。下方アウトレット溝１９の下方エッジ２７とスクレーパエレメント２６を収容する溝２５の上方エッジ２８との間には、さらなる案内ウェブ２９が形成されている。この案内ウェブの軸方向の高さＣ２は、下方アウトレット溝１９と上方インレット溝１８との間に位置決めされた案内ウェブ２４の軸方向の高さＣ１よりも好ましくは小さい。

下方アウトレット溝１９に至る１以上の前記アウトレット孔部２１は、好ましくは下方アウトレット溝１９の下方エッジ２７に隣接してこの下方アウトレット溝に開口し、好ましくは下方アウトレット溝１９に至る１以上の前記アウトレット孔部２１は、下方アウトレット溝１９の下方エッジ２７に対して面一にこの下方アウトレット溝に開口し、および／または下方アウトレット溝１９とスクレーパエレメント２６を収容する溝２５との間に位置決めされた案内ウェブ２９に部分的に沈み込んでいる。図１ではアウトレット孔部２１が案内ウェブ２９に部分的に沈み込んでいる。これにより、潤滑および場合により冷却のためにインレット溝１９に取り込まれる燃料が、案内ウェブ２４を介して下方アウトレット溝１９に流れ、下方アウトレット溝１９から最適に搬出されることが保証される。さらに、場合によりスクレーパエレメント２６を介して、下方アウトレット溝１９の領域に取り込まれカム１４の領域で使用された潤滑剤が、規定どおりにアウトレット溝１９から排出されることが保証され、これにより、カム１４の領域で使用された潤滑剤が、ポンプピストン１３の潤滑に用いられる燃料と反応し、下方案内ウェブ２９および下方アウトレット溝１９の領域でワニスを形成するという危険性がなくなる。

さらに、好ましくは、下方アウトレット溝１９に至る１以上の前記アウトレット孔部２１は、上方インレット溝１８に至る１以上の前記インレット孔部２０よりも大きな通流断面を有する。このようにして燃料中の不純物を、規定どおりにポンプピストン１３のアウトレット溝１９から排出することができる。

図１から分かるように、上方インレット溝１８は、段状の輪郭を有する。したがって、上方インレット溝１８の下方部分３０においてこの上方インレット溝は、その上方部分３１におけるよりも大きな半径方向の溝の深さを特徴とする。その上方部分３１よりも大きな半径方向の溝の深さを有する上方インレット溝１８の下方部分３０に、１以上の前記インレット孔部２０が開口する。インレット溝１８の下方部分３０の軸方向の溝の高さは、インレット溝１８の上方部分３１の軸方向の溝の高さよりも小さい。

好ましくは、上方インレット溝１８は、全体として軸方向の溝の高さＢを有し、この溝の高さＢは、一方ではカム１４により規定されるポンプピストン１３のピストンストロークＡよりも大きい。上方インレット溝１８の軸方向の溝の高さＢが、カム１４により生じるポンプピストン１３のピストンストロークＡよりも大きい（Ｂ＞Ａ）ことにより、カム１４の領域で使用される潤滑剤が、ピストン１３のストローク運動の結果、スクレーパエレメント２６を介して場合により上方インレット溝１８の領域に達し、さらに上方インレット溝１８の上方に位置決めされたポンプシリンダ１１の切欠部１２の部分に達する危険性がなくなる。これにより、ポンプピストン１３に対するピストン焼き付きの危険性をさらに低減することができる。

図１では、下方アウトレット溝１９の軸方向の溝の高さＤが、下方アウトレット溝１９に至る１以上の前記アウトレット孔部２１の通流断面にほぼ相当する。図１には図示されていないが、下方アウトレット溝１９は格段により大きな軸方向の溝の高さＤを有することもでき、この場合、溝の高さＤは、カム１４により規定されるポンプピストン１３のピストンストロークＡよりも大きい。そしてＤ＞Ａの場合には、スクレーパエレメント２６の損傷の危険性、ひいては最終的にポンプピストン１３に対するピストン焼き付きの危険性をさらに低減することができる。

本発明は、燃料により潤滑される任意の形式の燃料ポンプで使用することができる。とりわけ本発明は、燃料として重油が使用されるコモンレール燃料システムの高圧燃料ポンプで使用される。

本発明の燃料ポンプ１０の構成により、燃料ポンプ１０のポンプピストン１３に対するピストン焼き付きの危険性を低減することができる。

潤滑および場合により冷却のために上方インレット溝１８の１以上の前記インレット孔部２０を介して供給される燃料中の異物粒子は、上方インレット溝１８と下方アウトレット溝１９との間の圧力差の結果として、インレット溝１８とアウトレット溝１９との間に位置決めされた案内ウェブ２４を介して規定どおりに下方アウトレット溝１９の領域に排出することができ、これにより、１以上の前記アウトレット孔部２１を介して燃料ポンプ１０から排出することができる。この案内ウェブ２４は小さな軸方向の高さＣ１を有し、さらに１以上の前記インレット孔部２０は好ましくは上方インレット溝１８の下方エッジ２２に対して面一にこの上方インレット溝１８に開口するため、この案内ウェブ２４を介して十分な燃料が流れることが保証される。したがって、燃料に含まれる異物粒子は、この案内ウェブ２４の領域に付着することができない。さらに、燃料の通流の結果、ワニスがこの案内ウェブ２４の領域に形成されることがない。さらに、案内ウェブ２４を介して十分に大きな量の燃料が流れることにより、カム１４の領域で使用された潤滑剤が、ポンプピストン１３のストローク運動の結果、場合によりスクレーパエレメント２６とさらなる案内ウェブ２９を介してアウトレット溝１９に達することができ、案内ウェブ２４を通過して上方インレット溝１８の領域に達することが阻止される。それでもなお少量のこの種の潤滑剤が上方インレット溝１８の領域に達する場合、上方インレット溝１８の規定どおりの段状の輪郭により、場合によりそこに形成されるワニスがポンプピストン１３に対する案内クリアランスを、上方インレット溝１８の領域において危機的な程には低減しないことが保証され、したがって、この場合、このようなワニスによるピストン焼き付きは生じない。

２つの案内ウェブ２４、２９は、比較的短い軸方向の長さを有する。２つの案内ウェブ２４、２９が比較的短い軸方向の長さを有することにより、ワニスがポンプピストン１３および／または案内ウェブ２４、２９に形成される場合であっても、燃料ポンプ１０の機能性を維持することができる。なぜならこの場合でも、面積の小さな前記案内ウェブ２４、２９におけるポンプピストン１３の付着力または摩擦力は、駆動バネ１５の復帰力と比較して小さいからである。

したがって案内ウェブ２４、２９の面積は好ましくは、ポンプピストン１３および／または案内ウェブ２４、２９でワニスが形成される際に生じる付着力であって、案内ウェブ２４、２９の面積に依存するポンプピストンでのポンプピストン１３の付着力が、駆動バネ１５の復帰力よりも小さくなるように寸法設定されている。これにより、燃料ポンプ１０の非常運転を維持することができる。これに関して好ましくは、Ｃ１とＣ２との和、すなわち案内ウェブ２４及び２９の軸方向の高さの和は、カム１４により規定されるポンプピストン１３のピストンストロークＡよりも格段に小さい。

そしてＣ１とＣ２の和がＡにほぼ相当する場合には、ポンプピストン１３は、ポンプピストン１３でのワニス形成の際および／または案内ウェブ２４及び２９でのワニス形成の際に立ち往生する。このことは、択一的に、燃料ポンプ１０の不均一な搬送能力またはポンピング出力に起因し得る内燃機関の他の構成群での損傷を回避するために利用することができる。

１０ 燃料ポンプ
１１ ポンプシリンダ
１２ 切欠部
１３ ポンプピストン
１４ 駆動カム
１５ 駆動バネ
１６ 支持エレメント
１７ 高圧孔部
１８ インレット溝
１９ アウトレット溝
２０ インレット孔部
２１ アウトレット孔部
２２ エッジ
２３ エッジ
２４ 案内ウェブ
２５ 溝
２６ スクレーパエレメント
２７ エッジ
２８ エッジ
２９ 案内ウェブ
３０ 部分
３１ 部分

Claims (12)

1. ポンプシリンダ（１１）内で案内されるポンプピストン（１３）を備える燃料ポンプ（１０）、とりわけコモンレール燃料システムの高圧燃料ポンプであって、前記ポンプピストン（１３）が案内される前記ポンプシリンダ（１１）の切欠部（１２）の領域には、少なくとも１つのインレット孔部（２０）を介して第１の圧力レベルに連通された上方インレット溝（１８）と、少なくとも１つのアウトレット孔部（２１）を介して第２の圧力レベルに連通された下方アウトレット溝（１９）とが、潤滑および場合により冷却に用いられる燃料のために形成されている燃料ポンプにおいて、
   前記下方アウトレット溝（１９）の上方エッジ（２３）と前記上方インレット溝（１８）の下方エッジ（２２）との間には、前記ポンプピストン（１３）のための案内ウェブ（２４）が形成されており、前記上方インレット溝（１８）に至る１以上の前記インレット孔部（２０）は、前記上方インレット溝（１８）の前記下方エッジ（２２）に対して面一に前記上方インレット溝（１８）に開口している、ことを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記ポンプシリンダ（１１）の前記切欠部（１２）の領域では下方アウトレット溝（１９）の下方で、前記ポンプシリンダ（１１）の溝（２５）の中にスクレーパエレメント（２６）が収容されており、前記下方アウトレット溝（１９）の下方エッジ（２７）と前記スクレーパエレメント（２６）を収容する前記溝（２５）の上方エッジ（２９）と間には、ポンプピストン（１４）のためのさらなる案内ウェブ（２９）が形成されており、前記案内ウェブ（２９）の軸方向の高さ（Ｃ２）は、前記アウトレット溝（１９）と前記上方インレット溝（１８）との間に位置決めされている上方の前記案内ウェブ（２４）の軸方向の高さ（Ｃ１）よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記下方アウトレット溝（１９）に至る１以上の前記アウトレット孔部（２１）は、前記上方インレット溝（１８）に至る１以上の前記インレット孔部（２０）よりも大きな通流断面を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記下方アウトレット溝（１９）に至る１以上の前記アウトレット孔部（２１）は、前記下方アウトレット溝（１９）の下方エッジ（２７）に隣接して前記下方アウトレット溝（１９）に開口している、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
5. 前記下方アウトレット溝（１９）に至る１以上の前記アウトレット孔部（２１）は、前記下方アウトレット溝（１９）の下方エッジ（１７）に対して面一に前記下方アウトレット溝（１９）に開口している、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
6. 前記下方アウトレット溝（１９）に至る１以上の前記アウトレット孔部（２１）は、前記下方アウトレット溝（１９）とスクレーパエレメント（２６）を収容する溝（２５）との間に位置決めされた前記案内ウェブ（２９）に少なくとも沈み込んでいる、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ポンプ。
7. 前記上方インレット溝（１８）は、１以上の前記インレット孔部（２０）が前記インレット溝（１８）に開口する下方部分（３０）において、前記上方インレット溝（１８）の上方部分（３１）におけるよりも大きな半径方向の溝の深さを有する、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
8. 前記上方インレット溝（１８）は、前記ポンプピストン（１３）のピストンストローク（Ａ）よりも大きな軸方向の溝の高さ（Ｂ）を有する、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ポンプ。
9. 前記下方アウトレット溝（１９）は、前記ポンプピストン（１３）のピストンストローク（Ａ）よりも大きな軸方向の溝の高さ（Ｄ）を有する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
10. 前記インレット溝（１８）は、１以上の前記インレット孔部を介して前記コモンレール燃料システムの低圧領域に接続可能である、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
11. 前記アウトレット溝（１９）は、１以上の前記アウトレット孔部（２１）を介して前記コモンレール燃料システムの領域に接続可能であり、前記領域は周囲圧にある、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
12. １以上の前記案内ウェブ（２４、２９）は、ワニスが形成される際に生じる付着力であって、１以上の前記案内ウェブ（２４、２９）の面積に依存する前記ポンプピストン（１３）の付着力が、１以上の前記案内ウェブにおいては、駆動バネ（１５）の復帰力も小さくなるように寸法設定されている、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。

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