JP6676774B2 - 減衰器カプセル、圧力脈動減衰器、および高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、高圧燃料ポンプの圧力脈動減衰器用の減衰器カプセル、このような減衰器カプセルを有する圧力脈動減衰器、ならびに圧力脈動減衰器を有する高圧燃料ポンプに関する。

高圧燃料ポンプは、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射システム内で、燃料に高圧を付与するために使用される。このとき圧力は、例えばガソリン内燃機関では１５０ｂａｒ〜４００ｂａｒの範囲にあり、ディーゼル内燃機関では１５００ｂａｒ〜２５００ｂａｒの範囲にある。各燃料において生成することのできる圧力が高くなるほど、内燃機関における燃料の燃焼中に発生するエミッションは減少し、これは特に、エミッションの低減がますます所望されるという背景のもとでは特に好ましいことである。

各燃料において高圧を得ることができるように、高圧燃料ポンプは典型的にはピストンポンプとして形成されており、この場合ポンプピストンは圧力室内で並進運動を行い、燃料を周期的に圧縮および膨張する。したがって、このようなピストンポンプにより主に生じる不均一な圧送により、高圧燃料ポンプの低圧領域における体積流において変動が生じ、これはシステム全体における圧力変動につながる。このような変動により、高圧燃料ポンプにおいては充填損失が生じる恐れがあり、これにより、燃焼室で必要な燃料量の正確な調量が難しくなる。さらに、生じる圧力脈動により、例えば高圧燃料ポンプへの供給管路などのポンプの構成要素に振動が引き起こされ、このような振動は、望ましくない騒音、または最悪の場合、様々な構成要素の損傷も引き起こす恐れがある。

したがって、通常、高圧燃料ポンプの低圧領域には、圧力脈動減衰器が設けられる。圧力脈動減衰器は、体積流における変動を補償し、したがって生じる圧力脈動を低減する液圧アキュムレータとして機能する。この目的のために、ガス体積を燃料から分離する、例えば変形可能な要素が使用される。このような変形可能な要素は、例えば、少なくとも１つのダイヤフラムによって画成され減衰容積を有する減衰器カプセルとして形成することができる。高圧燃料ポンプの例えば低圧領域において圧力が上昇すると、減衰器カプセルが変形し、このとき、その内部に閉じ込められているガス体積が圧縮され、燃料の過剰な液体のためにスペースを提供する。その後の時点で圧力が再び下がると、ガスは再び膨張し、したがって貯えられた燃料液が再び解放される。

上述したような減衰器カプセルは、主として、金属から成る少なくとも１つのダイヤフラムを有している。このダイヤフラムにより減衰容積が少なくとも部分的に画成され、減衰容積にはガスが充填され、閉じ込められている。減衰器カプセルは、圧力脈動減衰器内に通常、いわゆるスペーサスリーブによって取り付けられ、このスペーサスリーブは一方ではスペーサ部材として機能し、他方では組み付けの際に予荷重をかけられて、例えば溶接によりその内部に減衰容積が閉じ込められている接続領域の負荷を軽減する。

主として深絞り部品または打ち抜き部品として製造されるこのようなスペーサスリーブの製造は、比較的手間がかかり、したがってコストがかかる。

したがって、本発明の課題は、高圧燃料ポンプの圧力脈動減衰器内に減衰器カプセルを取り付けるための選択的な可能性を提案することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する減衰器カプセルによって解決される。

このような減衰器カプセルを有する圧力脈動減衰器、ならびにこのような圧力脈動減衰器を有する高圧燃料ポンプは、他の独立請求項の対象である。

本発明の有利な構成は、従属請求項の対象である。

燃料噴射システムにおける高圧燃料ポンプの圧力脈動減衰器のための減衰器カプセルは、少なくとも１つのダイヤフラムによって形成された減衰容積を有しており、ダイヤフラムは、圧力脈動により変形軸線に沿って変形可能な、減衰容積を形成するための変形領域と、減衰容積を閉鎖する閉鎖要素にダイヤフラムを接続するための接続領域とを有している。ダイヤフラムは異形成形領域を有しており、異形成形領域は、変形領域を、変形軸線の方向で、減衰器カプセルの取り付け状態で減衰器カプセルを保持する保持要素から離間するためのスペーサを形成している。変形領域と接続領域と異形成形領域とは、一体のダイヤフラム構成部分として形成されている。

減衰カプセルがスペーサとは別個に形成されている公知の装置とは異なり、ダイヤフラムが、それ自体スペーサを形成することができるように形成されている異形成形領域を有することにより、減衰器カプセルをスペーサスリーブの機能と組み合わせることが提案される。これにより、従来のように、減衰器カプセルと付加的なスペーサとを組み付けるのではなく、減衰器カプセル自体を圧力脈動減衰器に組み付けるだけでよいので、組み付けの手間は著しく減じられる。全体として、部品の取り扱いも著しく簡単になるので、このことは全体として著しいコスト削減につながる。さらに、スペーサスリーブの機能を減衰器カプセル自体に、すなわちダイヤフラムにまとめることによって構成部品コストも減らすことができる。

好適には、異形成形領域はばね要素として形成されており、異形成形領域は特に、変形軸線に対して平行な方向でばね弾性的に形成されている。

これまで使用されていたスペーサスリーブは２つの役目を有している。すなわち、一方では減衰器カプセルに予荷重を加えて、他方では高圧燃料ポンプの圧力脈動減衰器において減衰器カプセルをセンタリングする。これら両機能を満たすために、スペーサスリーブはしばしば僅かにばね弾性的に形成されている。したがって、もともとのスペーサスリーブの全ての機能を引き受けるべき異形成形領域も同じくばね要素として形成されていると好適である。

好適には、異形成形領域は、作動中燃料が流れることができる貫通孔を有している。特に好適には、これらの貫通孔は、燃料が異形成形領域を半径方向で貫流することができるように配置されている。

好適には、変形領域、接続領域、および異形成形領域は、変形軸線に対して平行に延在する、減衰器カプセルの中心軸線を中心として回転対称的に配置および／または形成されている。

変形軸線は単に、減衰器カプセルのダイヤフラムが変形する方向を規定する。ダイヤフラムの変形は通常、その縁部では、中心軸線が延在する中心よりも僅かである。ダイヤフラムの最大の変形が予想されるこの領域では、変形軸線と中心軸線とがほぼ一致している。中心軸線を中心としてダイヤフラムを回転対称的に構成することにより、好適には、圧力脈動減衰器の内側でのダイヤフラムのセンタリングが容易になる。

好適には、異形成形領域は、中心軸線を中心として回転対称的に配置された異形成形リングとして形成されており、この異形成形リングは特に、中断開口によって離間された複数の異形成形部分リングから形成されている。異形成形リングは好適には特に簡単に製造することができ、このことは、一緒になって異形成形リングを形成する異形成形部分リングにも同様に当てはまる。これらの異形成形部分リングは、好適には中断開口によって互いに離間され、これは、スペーサの機能を形成する領域が、すなわち異形成形領域が３６０°環状に閉じられているのではなく、異形成形リングの剛性を減らし、したがってばね効果を高めるためにこれら中断開口を有していることを意味する。さらにこれにより、燃料がこの領域を好適には良好に貫流することができる。

好適な構成では、異形成形領域は横断面でＵ字形成形部として形成されている。この場合、第１のＵ字脚部は接続領域を形成しており、第２のＵ字脚部は減衰器カプセルを保持要素に支持するための支持領域を形成している。

原則的にはもともとのスペーサスリーブの機能を担っている異形成形リングが、公知のスペーサスリーブと同様に、これにより、付加的な第２の減衰器カプセルの良好なセンタリングを提供することができるように構成されていると、特に好適である。このために、Ｕ字形成形部として構成されている異形成形領域が、減衰容積を形成するためにダイヤフラムに接続されている閉鎖要素を取り囲んでいると特に好適である。したがって、閉鎖要素に隣接して、別の減衰器カプセルを、異形成形領域を介して、特にＵ字形成形部の支持領域を介して、センタリングすることができる。

特に好適には、Ｕ字形成形部は丸みを帯びて構成されており、作動中に燃料が流れることができる貫通孔は、好適には、第１のＵ字脚部と第２のＵ字脚部との間に配置されているＵ字ウェブに位置している。Ｕ字形成形部、特に丸み付けされたＵ字形成形部は、製造の際に特に簡単に形成され、したがって、ダイヤフラムに異形成形領域を形成するのに特に好適に適している。

代替的に、異形成形領域は横断面でＳ字形成形部として形成されており、Ｓ字形成形部は、接続領域における、ダイヤフラムと閉鎖要素との間の接続シームに予荷重を加えるための接触ループを有している。これは、もともとのスペーサスリーブの離間機能を満たす異形成形領域が、組み付け後に、ダイヤフラムと閉鎖要素との間の接続の領域が好適には予荷重を受け、これにより接続の負荷が軽減されるように構成されていることを意味する。

好適には、ダイヤフラムと閉鎖要素とは、減衰容積を形成するために気密に互いに接続されており、特に互いに接着または溶接されており、減衰容積には特にガスが配置されている。したがって好適には、ダイヤフラムと閉鎖要素とは、規定された圧力下で、充填物、すなわち、減衰容積内に配置されたガスを有して密に溶接されている。しかしながら、ダイヤフラムと閉鎖要素とが、例えば接着などの別の形式で互いに気密に接続される別の選択的態様も考えられる。減衰容積内の規定された圧力により、圧力脈動減衰器内に減衰器カプセルが組み込まれた場合に、圧力脈動の規定された減衰が可能となる。

好適には、閉鎖要素は、ダイヤフラムに対して鏡像対称的に形成された変形領域と、ダイヤフラムに対して鏡像対称的に形成された接続領域とを有する閉鎖ダイヤフラムとして形成されている。このような構成では、閉鎖ダイヤフラムとダイヤフラムとが、その接続領域で互いに重ねられており、そこで気密に互いに接続されている。

閉鎖ダイヤフラムがダイヤフラムに対して特に完全に鏡像対称的に構成されていると好適である。この場合は、ダイヤフラムおよび閉鎖ダイヤフラムがそれぞれ、スペーサを形成する異形成形領域を有している。したがって、一緒に減衰器カプセルを形成するダイヤフラムと閉鎖ダイヤフラムとは両方ともそれぞれ、もともとのスペーサスリーブの機能を組み込まれて有している。すなわち、ここに形成された減衰器カプセルは、もともとの装置と比較すると好適には１つの減衰器カプセルと２つのスペーサスリーブとを代わりに使用することができる。

高圧燃料ポンプのための圧力脈動減衰器は、好適には、少なくとも１つの上記の減衰器カプセルを有している。

燃料噴射システム内の燃料に高圧を付与するための高圧燃料ポンプは、好適には、減衰器カプセルを備えたこのような圧力脈動減衰器を有している。

減衰器カプセルは、圧力脈動減衰器内で、圧力脈動減衰器の減衰器ハウジングを形成するハウジング内に配置されていてよく、または高圧燃料ポンプのハウジングに載置されていてよい。この場合単に、減衰器カバーによって閉鎖すればよく、高圧燃料ポンプのハウジングは、減衰器カバーと共に圧力脈動減衰器を形成する。

本発明の好適な構成を、以下に添付の図面に基づき詳しく説明する。

減衰器カプセルを有している、第１の実施形態の圧力脈動減衰器を備えた高圧燃料ポンプを示す縦断面図である。 図１の高圧燃料ポンプにおける、第２の実施形態による圧力脈動減衰器の縦断面図である。 第１の実施形態による減衰器カプセルを示す断面図である。 第２の実施形態による減衰器カプセルを示す断面図である。 第３の実施形態による減衰器カプセルを示す断面図である。 第４の実施形態による減衰器カプセルを示す断面図である。

図１には、高圧燃料ポンプ１０の縦断面図が示されている。この高圧燃料ポンプはハウジング１２内に圧力室１４を有しており、この圧力室内で、燃料は、ポンプピストン１６の並進運動により周期的に圧縮および膨張させられる。圧縮後は、高圧をかけられた燃料は、高圧接続部１８を介して圧力室１４から出ていく。圧力室１４には、高圧燃料ポンプ１０の低圧領域２０からの燃料が供給される。低圧領域２０には、圧力脈動減衰器２２が配置されており、この圧力脈動減衰器は、高圧燃料ポンプ１０の作動中、とりわけ圧力室１４内でのポンプピストン１６の運動により生じる圧力脈動を減衰する。このために低圧減衰器２２は減衰器カプセル２４を有している。

図１に示した圧力脈動減衰器２２の第１の実施形態では、圧力脈動減衰器は、圧力脈動減衰器２２を形成するように高圧燃料ポンプ１０のハウジング１２と協働する減衰器カバー２６によって形成されている。

減衰器カプセル２４は、ダイヤフラム３０と閉鎖要素３２との気密な結合により形成された減衰容積２８を有している。

この場合、ダイヤフラム３０は変形領域３４を有しており、この変形領域は、圧力脈動減衰器２２内で圧力脈動が生じたとき、変形軸線３６に沿って変形することができ、これによりガス３８が配置されている減衰容積２８を圧縮して、圧力脈動を発生させる燃料のためにスペースを形成する。ダイヤフラム３０は、変形領域３４と一体に形成されている接続領域４０を有しており、この接続領域で、閉鎖要素３２とダイヤフラム３０とは、例えば溶接または接着によって気密に互いに接続されている。

この実施形態では、閉鎖要素３２は、少なくとも変形領域３４と接続領域４０とを同様に有している点で、ダイヤフラム３０に対してほぼ鏡像対称的に形成されている。

しかしながら、ダイヤフラム３０は、閉鎖要素３２とは異なり、閉鎖要素３２の接続領域４０を取り囲む異形成形領域４２をさらに有しており、この異形成形領域４２は、異形成形領域４２が載置されているハウジング１２からダイヤフラム３０の変形領域３４を変形軸線３６の方向で離間するために、スペーサ４４を形成している。異形成形領域４２も、接続領域４０と変形領域３４と一体に形成されていてよく、これにより全体としてダイヤフラム３０は、一体的なダイヤフラム構成部分４６として形成される。

減衰器カプセル２４については、図３〜図６に基づきさらに詳しく後述する。

図２には、圧力脈動減衰器２２の第２の実施形態の縦断面図が示されており、この場合、圧力脈動減衰器は固有の減衰器ハウジング４８を有しているので、高圧燃料ポンプ１０のハウジング１２はもはや、圧力脈動減衰器２２の部分領域を形成しない。むしろ、第２の実施形態では、圧力脈動減衰器２２は予め組み立てられてから、高圧燃料ポンプのハウジング１２に、完成された組み立て状態で取り付けられる。図２の圧力脈動減衰器２２は、１つだけではなくて２つも減衰器カプセル２４を有している。

図３〜図６では、減衰器カプセル２４の断面図が様々な実施形態で示されている。もちろん、全ての実施形態を、図１および図２の圧力脈動減衰器２２の両実施形態に使用することができる。

減衰器カプセル２４の以下に記載する全ての実施形態では、異形成形領域４２はばね要素５０として形成されており、変形軸線３６の方向でばね運動をする。さらに、異形成形領域４２は、以下に記載する全ての実施形態では、作動中燃料が流れることができる貫通孔５２を有している。これらの貫通孔５２は付加的な特徴であり、必ずしも設けられている必要はない。

特に好適には、図３〜図６の全ての実施形態では、変形領域３４、接続領域４０、および異形成形領域４２は、変形軸線３６に対して平行に、減衰器カプセル２４の中心を通って延在する中心軸線５４を中心として回転対称的に配置されている。この場合、接続領域４０と変形領域３４とは、中心軸線５４を中心として回転対称的に配置されているだけではなく、回転対称的に形成されており、したがって３６０°環状である。

図３は、減衰器カプセル２４の第１の実施形態の断面図を示しており、この実施形態では、閉鎖要素３２は閉鎖ダイヤフラム５６として形成されており、ダイヤフラム３０に対して鏡像対称的に、変形領域３４と接続領域４０とを有している。閉鎖ダイヤフラム５６とダイヤフラム３０とはこの場合、接続領域４０で気密な溶接シーム５８により互いに結合されている。ただし、閉鎖ダイヤフラム５６は異形成形領域４２を有していない。

図３の異形成形領域４２は異形成形リング６０として形成されており、異形成形リング６０は横断面でＵ字形成形部６２として形成されている。異形成形リング６０は中心軸線５４を中心として完全に３６０°環状に形成されているのではなくて、異形成形リング６０を異形成形部分リング６６に分割する中断開口６４が設けられている。これらの中断開口６４は、異形成形リング６０の剛性を減じるために機能し、したがって異形成形領域４２のばね効果を高める。しかしながら、中断開口は必要に応じてなくすこともでき、これにより、異形成形リング６０は、中心軸線５４を中心として完全に３６０°環状に形成される。

Ｕ字形成形部６２として形成された異形成形リング６０は、第１のＵ字脚部６８と第２のＵ字脚部７０とを有しており、これらの脚部はＵ字ウェブ７２によって互いに接続されている。この場合、Ｕ字形成形部６２は丸みを帯びて形成されているので、第１のＵ字脚部６８とＵ字ウェブ７２と第２のＵ字脚部７０とは段差なく互いに移行している。

第１のＵ字脚部６８は、ダイヤフラム３０の接続領域４０を形成しており、第２のＵ字脚部７０は、異形成形領域４２を、例えば高圧燃料ポンプ１０のハウジング１２に支持することができる支持領域７４を形成する。

Ｕ字形成形部６２は、閉鎖ダイヤフラム５６を取り囲むように配置されている。

図４には、減衰器カプセル２４の第２の実施形態の断面図が示されている。閉鎖ダイヤフラム５６は、図３に示した実施形態と同様に形成されているが、ダイヤフラム３０は異なる形状を有している。この場合、異形成形領域４２は単なるＵ字形成形部６２として形成されているのではなく、Ｓ字形成形部７６として、接続領域４０において閉鎖ダイヤフラム５６も取り囲んでいる。Ｓ字形成形部７６は接触ループ７８を有しており、この接触ループは、閉鎖ダイヤフラム５６の接続領域４０を押し、これにより、溶接シーム５８により形成された、閉鎖ダイヤフラム５６とダイヤフラム３０との間の接続シーム８０に予荷重をかける。したがって、異形成形領域４２は図４では、組み付け後に溶接シーム５８が予荷重を受け、これにより溶接シーム５８の負荷が軽減されるように成形されている。Ｓ字形成形部７６は、接触ループ７８の他に別のＳ字形ループ８２を有しており、このＳ字形ループは、図３に示した第１の実施形態における第２のＵ字脚部７０のように、支持領域７４として機能する。加えて、このＳ字形ループ８２は、別の減衰器カプセル２４のセンタリングのために利用することもできる。

図５には、減衰器カプセル２４の第３の実施形態の断面図が示されている。この場合、閉鎖ダイヤフラム５６は、ダイヤフラム３０に関して完全に鏡像対称的に形成されている。異形成形領域４２はこの場合も横断面でＵ字形成形部６２として形成されているが、Ｕ字形成形部６２は閉鎖ダイヤフラム５６またはダイヤフラム３０を取り囲んでいるのではなくて、接続領域４０から離れるように曲げられて形成されている。

図６には、減衰器カプセル２４の第４の実施形態の断面図が示されている。同じく閉鎖ダイヤフラム５６とダイヤフラム３０とは、互いに完全に鏡像対称的に形成されている。この場合、異形成形領域４２は単に接続領域４０から離れるように曲げられて形成されており、これにより間隔領域が形成されている。

図５および図６の実施形態では、閉鎖ダイヤフラム５６およびダイヤフラム３０がそれぞれ異形成形領域４２を、組み込まれたスペーサ４４として有しており、すなわちこの構成部分は、通常の配置の減衰器カプセル２４および２つのスペーサスリーブの代わりを成している。

Claims (10)

1. 燃料噴射システムにおける高圧燃料ポンプ（１０）の圧力脈動減衰器（２２）のための減衰器カプセル（２４）であって、少なくとも１つのダイヤフラム（３０）によって形成された減衰容積（２８）を有しており、前記ダイヤフラム（３０）は、圧力脈動により変形軸線（３６）に沿って変形可能な、前記減衰容積（２８）を形成するための変形領域（３４）と、該減衰容積（２８）を閉鎖する閉鎖要素（３２）に前記ダイヤフラム（３０）を接続するための接続領域（４０）とを有しており、
   前記ダイヤフラム（３０）は異形成形領域（４２）を有しており、該異形成形領域は、前記変形領域（３４）を、前記変形軸線（３６）の方向で、前記減衰器カプセル（２４）の取り付け状態で前記減衰器カプセル（２４）を保持する保持要素から離間するためのスペーサ（４４）を形成し、
   前記変形領域（３４）と、前記接続領域（４０）と、前記異形成形領域（４２）とは、一体のダイヤフラム構成部分（４６）として形成されており、
   前記異形成形領域（４２）は横断面でＵ字形成形部（６２）として形成されており、第１のＵ字脚部（６８）は前記接続領域（４０）を形成しており、第２のＵ字脚部（７０）は、前記減衰器カプセル（２４）を前記保持要素に支持するための支持領域（７４）を形成している、減衰器カプセル（２４）。
2. 燃料噴射システムにおける高圧燃料ポンプ（１０）の圧力脈動減衰器（２２）のための減衰器カプセル（２４）であって、少なくとも１つのダイヤフラム（３０）によって形成された減衰容積（２８）を有しており、前記ダイヤフラム（３０）は、圧力脈動により変形軸線（３６）に沿って変形可能な、前記減衰容積（２８）を形成するための変形領域（３４）と、該減衰容積（２８）を閉鎖する閉鎖要素（３２）に前記ダイヤフラム（３０）を接続するための接続領域（４０）とを有しており、
   前記ダイヤフラム（３０）は異形成形領域（４２）を有しており、該異形成形領域は、前記変形領域（３４）を、前記変形軸線（３６）の方向で、前記減衰器カプセル（２４）の取り付け状態で前記減衰器カプセル（２４）を保持する保持要素から離間するためのスペーサ（４４）を形成し、
   前記変形領域（３４）と、前記接続領域（４０）と、前記異形成形領域（４２）とは、一体のダイヤフラム構成部分（４６）として形成されており、
   前記異形成形領域（４２）は横断面でＳ字形成形部（７６）として形成されており、前記Ｓ字形成形部は、前記接続領域（４０）における、前記ダイヤフラム（３０）と前記閉鎖要素（３２）との間の接続シーム（８０）に予荷重を加えるための接触ループ（７８）を有している、減衰器カプセル（２４）。
3. 前記異形成形領域（４２）はばね要素（５０）として形成されており、前記変形軸線（３６）に対して平行な方向でばね弾性的に形成されている、請求項１または２記載の減衰器カプセル（２４）。
4. 前記異形成形領域（４２）は、作動中に燃料が流れることができる貫通孔（５２）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の減衰器カプセル（２４）。
5. 前記変形領域（３４）、前記接続領域（４０）、および前記異形成形領域（４２）は、前記変形軸線（３６）に対して平行に延在する、前記減衰器カプセル（２４）の中心軸線（５４）を中心として回転対称的に配置および／または形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の減衰器カプセル（２４）。
6. 前記異形成形領域（４２）は、前記中心軸線（５４）を中心として回転対称的に配置された異形成形リング（６０）として形成されており、前記異形成形リングは、中断開口（６４）により離間された複数の異形成形部分リング（６６）から形成されている、請求項５記載の減衰器カプセル（２４）。
7. 前記ダイヤフラム（３０）と前記閉鎖要素（３２）とは、前記減衰容積（２８）を形成するために気密に互いに接続されており、前記減衰容積（２８）にはガス（３８）が配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の減衰器カプセル（２４）。
8. 前記閉鎖要素（３２）は、前記ダイヤフラム（３０）に対して鏡像対称的に形成された変形領域（３４）と、該ダイヤフラム（３０）に対して鏡像対称的に形成された接続領域（４０）とを有する閉鎖ダイヤフラム（５６）として形成されており、該閉鎖ダイヤフラムは、ダイヤフラム（３０）に対して完全に鏡像対称的に形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の減衰器カプセル（２４）。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の減衰器カプセル（２４）を有する、高圧燃料ポンプ（１０）用の圧力脈動減衰器（２２）。
10. 請求項９記載の圧力脈動減衰器（２２）を有する、燃料噴射システム内の燃料に高圧を付与するための高圧燃料ポンプ（１０）。

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