JP7155387B2 - ピストンポンプ、特に内燃機関の噴射システム用の高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載のピストンポンプ、特に内燃機関の噴射システム用の高圧燃料ポンプに関する。

このようなピストンポンプは、独国特許出願公開第１０２０１４２１１５９１号明細書に基づき公知である。この公知のピストンポンプは、燃料を圧送しかつ圧縮するための、ポンプハウジング内で動くピストンを含む。

発明の開示
本発明の根底を成す問題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有するピストンポンプにより解決される。

（ピストンが作業室から離れる方向に動く）ピストンポンプの吸込段階においては、ピストンの動きにより、既に低圧で圧送された媒体、たとえば燃料が、たとえばタンク管路から作業室（吐出室）へ流入することができる。吐出段階（ピストンは作業室へ向かって動く）においては、媒体が圧縮され、こうして、より高い圧力レベルにもたらされる。媒体は次いで高い圧力下にレール内へ圧送されて、噴射ユニットに提供され得る。高い圧縮に基づき、ピストンの、作業室寄りの側（高圧側）には、比較的高い温度が生じる。

本出願人サイドでは、圧縮時の高い温度により、ピストンの長さにわたって、ピストンが加熱される度合いに差異が生じることが判っている。これは、ピストン長手方向軸線に沿って熱膨張差を生ぜしめる。より高度な熱負荷を受ける領域では、熱膨張に基づいて、低い熱負荷しか受けない領域よりもピストン横断面が増大する。これは、ピストンとガイドエレメントとの間のクリアランスに影響を与える。このクリアランスは、最も熱負荷を受ける個所におけるピストンの最大熱膨張よりも常に大きくなければならない。

漏れの低減目的には有利となる、できるだけ小さなクリアランスを求める要求と、ピストンのひっかかりを回避したい要求との間での二律背反は、最適化されたピストン幾何学的形状により解消される。このためには、より高度な熱負荷を受ける領域が、ピストンクリアランスをゼロにすることなく膨張することができるように、この領域の直径が減径されている。ピストンがその摺動面の領域（摺動面部分または案内部分）に、一貫して円筒状の形状（垂直な円筒体）を有するのではなく、その作業室寄りの端部に向かって横断面（たとえば直径）が縮小していることが提案される。

ピストンポンプのピストンは、媒体（流体）、たとえば燃料を圧縮するための往復動型ピストンであってもよい。ピストンポンプは、燃料直接噴射のための高圧ポンプであってもよい。

既に説明したように、本発明の構成では、ピストンの摺動面部分の横断面（直径）が、その作業室寄りの端部に向かって先細りになっており、すなわちこの場所では摺動面部分の横断面（直径）が、摺動面部分の別の部分に比べて先細りにされている。言い換えれば、ピストンはその摺動面部分において、その作業室寄りの端部に向かって先細りになった（外径もしくは横断面が減少した）外側輪郭を有する。

ピストンは、摺動面または案内部分ともみなすことのできるその摺動面部分を介して、ピストンポンプのポンプハウジングに形成されたガイドエレメントまたはポンプハウジング内に配置されたガイドエレメントによって案内されている。

ピストンは複数のピストン部分を有していてもよい。すなわち、ピストンは作業室寄りの端部に、作業室内の燃料を圧縮するための圧縮部分を有していてもよい。この圧縮部分には、ピストンの摺動面部分（摺動面または案内部分）が続いていてもよい。この摺動面部分を介してピストンは、ポンプハウジングに設けられたガイドエレメントに案内されている。ピストンの、作業室とは反対の側の端部は、操作部分を有していてもよく、この操作部分を介してピストンは駆動装置（たとえばカムシャフト）によって駆動されてもよい。圧縮部分および／または操作部分は、摺動面部分に比べて減じられた横断面を有していてもよい。ピストンは、回転対称に形成されていてもよい（互いに異なる直径を有する複数の部分）。

有利な改良形は各従属請求項に記載されている。本発明にとって重要な特徴は、さらに、以下の説明および図面に記載されている。

好適には、摺動面部分は、（長手方向断面で見て）円弧状（凸状球面状）の外側輪郭を有していてもよい。これによって、摺動面部分では、その作業室寄りの端部に向かって横断面を徐々にかつ連続的に変化させることが実現されている。これによって、摺動面部分における角張ったエッジの形成が回避され得る。摺動面部分の外側輪郭は、摺動面部分の、作業室とは反対の側の端部においても円弧状に先細りになるように形成されていてもよい。摺動面部分の中央の領域では、最大横断面、たとえば最大直径を有する領域が形成されていてもよく、この領域を介して摺動面部分は、ピストンポンプのガイドエレメントに案内されている。摺動面部分の、作業室とは反対側の端部に円弧状の先細り部を設ける代わりに、摺動面部分は、作業室とは反対の側の端部に円筒状の部分を有していてもよい。その場合、摺動面部分は、１つの円筒状の部分と、１つの円弧状の部分とから成る。したがって、この場合、円筒状の部分は、たとえば中央の領域において、作業室寄りの端部に向かって円弧状に先細りになった外側輪郭（円弧状の部分）へ移行していてもよい。このような構成では、ピストンの摺動面部分、ひいてはピストン全体が、この円筒状の部分を介してガイドエレメントに案内され得る。

これに対して択一的な別の構成では、摺動面部分が、その作業室寄りの端部に円錐状の（作業室に向かって円錐状に先細りになった）部分を有していてもよい。これによっても、横断面を徐々に変化させることが実現されており、このような横断面変化は簡単に形成可能である。

好適な構成では、摺動面部分が、円錐状の部分の、作業室とは反対の側に、円筒状の部分を有していてもよい。この円筒状の部分はこの場合、円錐状の部分に直接続いていてもよい。この円筒状の部分を介してピストンの摺動面部分、ひいてはピストン全体が、ガイドエレメントに案内され得る。

これに対して択一的な別の構成では、摺動面部分が、全体的に円錐状に形成されているか、または言い換えれば、全体的に円錐状の外側輪郭を有していてもよい。これによっても、摺動面部分の簡単に形成可能な横断面変化を得ることができる。このためには、摺動面部分が、長手方向断面で見て台形状に形成されているか、または全体的に円錐台形として形成されていてもよい（円錐軸線はピストンの長手方向中心軸線と合致する）。

具体的には、ガイドエレメントは、円筒状の内面を有していてもよく、この内面に、ピストンの摺動面部分が案内されている。これによって、十分な案内特性を有する、簡単に形成可能なガイドエレメントが可能となる。

好適には、ガイドエレメントは、ピストンポンプのハウジング内に配置された（ハウジング内に挿入された）ブシュとして構成されていてもよい。ガイドエレメントをブシュとして構成することにより、ガイドエレメントを、寸法および材料の点で自在に、かつポンプハウジングとは別個に、使用されるべきピストンに適合させることが可能となる。ブシュはスリーブとみなすこともできる。

また、ガイドエレメントが、ピストンポンプのハウジングに形成された孔として構成されていることも考えられる。ガイドエレメントが孔として構成されていると、ピストンポンプの構成要素点数を減少させることができ、これにより製造を簡単にすることができる。ピストンの長手方向中心軸線に対して半径方向における構成スペース低減を達成することができる。

以下に、図面につき本発明の特に好適な実施形態を詳しく説明する。

ピストンポンプの１実施形態を部分的に断面して示す概略的な側面図である。 図１に示したピストンポンプのピストンとガイドエレメントとを断面して示す側面図である。 図１に示したピストンポンプのピストンの、円弧状に形成された摺動面部分を断面して示す拡大側面図である。 図１に示したピストンポンプのピストンの、円錐状の部分を備えて形成された摺動面部分を断面して示す拡大側面図である。 図１に示したピストンポンプのピストンの、全体的に円錐状に形成された摺動面部分を断面して示す拡大側面図である。

図１には、ピストンポンプ全体が符号１０で示されている。このピストンポンプは、内燃機関（図示しない）の燃料噴射システム用の高圧燃料ポンプとして構成されている。ピストンポンプ１０は、ポンプハウジング１２と取付け用フランジ１４とを有する。この取付け用フランジ１４を介して、ピストンポンプ１０は内燃機関のシリンダヘッド１６（概略的にのみ図示する）に取り付けられている。

ポンプハウジング１２に配置された接続部１８を介して、ピストンポンプ１０は噴射ユニットのレールに接続され得る（図示しない）ので、噴射ユニットには、高い圧力下に媒体、たとえば燃料が提供され得る。方形の輪郭線２０により示した領域は、ピストンポンプ１０の高圧領域とみなすことができる。

ピストンポンプ１０は、ピストン２２と作業室２４とを有し、作業室２４の１つの側はピストン２２によって画定される。作業室２４の別の側は、壁およびこの作業室２４に通じた供給・導出口により画定される。作業室２４に対するピストン２２の昇降運動により、媒体が作業室２４内に吸い込まれて圧縮され、したがって、より高い圧力レベルにもたらされ、次いで噴射ユニットのレールに供給され得る。

ピストン２２は摺動面部分２６を有し、この摺動面部分２６を介してピストン２２は、ポンプハウジング１２に設けられたガイドエレメント２８によって案内されている。ガイドエレメント２８は、円筒状の内面３０を有し、この内面３０に、ピストン２２の摺動面部分２６が案内されている。ガイドエレメント２８は、本実施形態では、ピストンポンプ１０のポンプハウジング１２内に配置されたブシュとして、つまりポンプハウジング１２内に挿入されたブシュとして構成されている。同じく、ガイドエレメント２８を、ピストンポンプ１０のポンプハウジング１２に形成された孔として構成することも考えられる（図示しない）。

図２には、ピストン２２とガイドエレメント２８とが、単独位置で拡大されて図示されている。ガイドエレメント２８（ブシュ）とピストン２２とは、互いに対して同軸に配置されており、この場合、摺動面部分２６の外面と、ガイドエレメント２８の内面３０との間には、クリアランスＳが生ぜしめられる。ピストン２２の、作動時に最も高い熱負荷を受ける領域は、円２９により示されている。

ピストン２２の、作業室２４寄りの端部３２（図２で見て右側の端部）は、圧縮部分３４を有する。圧縮部分３４は、摺動面部分２６に接していて、摺動面部分２６よりも小さな直径を有する。圧縮部分３４と摺動面部分２６との間には、段部４２が設けられている。

ピストン２２の、作業室２４とは反対の側の端部３６（図２で見て左側の端部）は、操作部分３８を有する。この操作部分３８を介してピストン２２は、たとえば内燃機関のカムシャフトによって操作され、ひいては駆動され得る。操作部分３８は摺動面部分２６に接していて、摺動面部分２６よりも小さな直径を有する。操作部分３８と摺動面部分２６との間には、段部４３が設けられている。

ピストン２２の摺動面部分２６は、このピストン２２の、作業室２４寄りの端部３２に向かって横断面が減少されており、つまり先細りにされている（図３～図５参照）。言い換えれば、ピストン２２は摺動面部分２６において、一貫して円筒状の形状を有するのではなく、その作業室２４寄りの端部３２に向かって先細りになった外側輪郭、つまり長手方向断面で見て外寸法もしくは横断面が減少した外側輪郭を有する。

図３には、（長手方向断面で見て）円弧状（凸状球面状）の外側輪郭４０を有する摺動面部分２６を備えたピストン２２の構成が示されている。外側輪郭４０は、摺動面部分２６の中央の領域４１を起点として、その作業室２４寄りの端部３２に向かって連続的に縮小している。この端部３２において、円弧状の外側輪郭４０は、摺動面部分２６と圧縮部分３４との間の段部４２のところで終わっている。任意選択的には、摺動面部分２６の外側輪郭４０は、摺動面部分２６の中央の領域４１を起点として、その作業室２４とは反対の側の端部３２に向かっても連続的に先細りになっていてもよい。したがって、摺動面部分２６の中央の領域４１には、最大横断面、たとえば最大直径を有する領域が形成されていてもよく、この領域を介して摺動面部分２６は、ピストンポンプ１０のガイドエレメント２８に案内されている。摺動面部分２６の、作業室２４とは反対側の端部３６に円弧状の先細り部を設ける代わりに、摺動面部分２６は、上で説明したように、この端部３６に、択一的には円筒状の部分を有していてもよい（図示しない）。

図４には、作業室２４寄りの端部３２に円錐状の（端部３２に向かって円錐状に先細りになった）部分４４を有する摺動面部分２６を備えたピストン２２の構成が示されている。この円錐状の部分４４は、摺動面部分２６と圧縮部分３４との間の段部４２のところで終わっている。摺動面部分２６は、円錐状の部分４４の、作業室２４とは反対の側３６に、円筒状の部分４６を有する。この円筒状の部分４６を介して、ピストン２２の摺動面部分２６はガイドエレメント２８に案内され、ひいてはピストン２２全体がガイドエレメント２８に案内され得る。

図５には、全体的に円錐状に形成されているか、もしくは全体的に円錐状の外側輪郭４８を有する摺動面部分２６を備えたピストン２２の構成が示されている。この場合、外側輪郭４８は、摺動面部分２６の、作業室２４寄りの端部３２に向かって円錐状に先細りになるように形成されている。摺動面部分２６は、長手方向断面で見て台形状に形成されているか、または全体的に円錐台形として形成されていてもよい（円錐台形の円錐軸線は、ピストンの長手方向中心軸線と合致する）。円錐状の部分４４は、一方では摺動面部分２６と圧縮部分３４との間の段部４２で終わっており、他方では摺動面部分２６と操作部分３８との間の段部４３で終わっている。

Claims (3)

1. ピストンポンプ（１０）であって、ピストン（２２）と、該ピストン（２２）によって画定される作業室（２４）とを備え、前記ピストン（２２）は、摺動面部分（２６）を有し、該摺動面部分（２６）を介して前記ピストン（２２）は、ガイドエレメント（２８）によって案内されており、
   前記ピストン（２２）は、前記作業室（２４）寄りの端部に前記作業室（２４）内の燃料を圧縮するための圧縮部分（３４）を有し、前記圧縮部分（３４）には前記摺動面部分（２６）が続いており、前記ピストン（２２）は、前記作業室（２４）とは反対の側の端部に操作部分（３８）を有し、該操作部分（３８）を介して前記ピストン（２２）は駆動可能であり、前記圧縮部分（３４）および前記操作部分（３８）は、前記摺動面部分（２６）に比べて減じられた横断面を有し、
   前記圧縮部分（３４）と前記摺動面部分（２６）との間には第１の段部（４２）が設けられており、前記操作部分（３８）と前記摺動面部分（２６）との間には第２の段部（４３）が設けられている、
   ピストンポンプ（１０）において、
   前記ピストン（２２）の前記摺動面部分（２６）は、その前記作業室（２４）寄りの端部（３２）に向かって横断面が縮小しており、前記摺動面部分（２６）は、全体的に円錐状に形成されており、
   前記ガイドエレメント（２８）は、円筒状の内面（３０）を有し、該内面（３０）に、前記ピストン（２２）の前記摺動面部分（２６）が案内されている、
   ことを特徴とする、ピストンポンプ（１０）。
2. 前記ガイドエレメント（２８）は、前記ピストンポンプ（１０）のハウジング（１２）内に配置されたブシュ（２８）として構成されていることを特徴とする、請求項１記載のピストンポンプ（１０）。
3. 前記ガイドエレメント（２８）は、前記ピストンポンプ（１０）のハウジング（１２）に形成された孔として構成されていることを特徴とする、請求項１記載のピストンポンプ（１０）。

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