(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプであって、少なくとも１つのピストン（３０）を備え、該ピストン（３０）には、該ピストン（３０）を半径方向で包囲するシール装置（７４）が配置されており、該シール装置（７４）は、シール支持体（６８）を有し、該シール支持体（６８）は、少なくとも部分的に、前記燃料ポンプのケーシング（５０）と結合されている、燃料ポンプにおいて、
前記シール支持体（６８）は、半径方向に少なくとも１つの環状部分（９２，９４）を有し、該環状部分において前記シール支持体（６８）は前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合されており、
前記シール支持体（６８）は、
軸方向に延在していて、前記シール装置（７４）を半径方向で包囲している第１の部分（９０）と、
前記第１の部分（９０）に接しておりかつ半径方向外側に向かって延在する第２の部分（９２）と、
前記第２の部分（９２）に接していて、前記燃料ポンプの前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合された半径方向外側の縁部領域（９３）とを有し、
前記シール支持体（６８）の前記縁部領域（９３）は、結合部分（９４）を有し、該結合部分（９４）は、前記ピストン（３０）の軸線（６４）に対して３０°〜６０°の角度、ならびに２ｍｍ〜４ｍｍの半径方向延在長さを有し、前記結合部分（９４）は、前記燃料ポンプの前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合されており、
前記シール支持体（６８）の前記結合部分（９４）は、前記ケーシング（５０）の半径方向環状段部（１０２）において、前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合されている、ことを特徴とする、燃料ポンプ。
【請求項２】
前記結合部分（９４）は、前記ピストン（３０）の軸線（６４）に対して４０°〜５０°の角度を有する、請求項１記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
燃料ポンプであって、少なくとも１つのピストン（３０）を備え、該ピストン（３０）には、該ピストン（３０）を半径方向で包囲するシール装置（７４）が配置されており、該シール装置（７４）は、シール支持体（６８）を有し、該シール支持体（６８）は、少なくとも部分的に、前記燃料ポンプのケーシング（５０）と結合されている、燃料ポンプにおいて、
前記シール支持体（６８）は、半径方向に少なくとも１つの環状部分（９２，９４）を有し、該環状部分において前記シール支持体（６８）は前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合されており、
前記シール支持体（６８）は、
軸方向に延在していて、前記シール装置（７４）を半径方向で包囲している第１の部分（９０）と、
前記第１の部分（９０）に接しておりかつ半径方向外側に向かって延在する第２の部分（９２）と、
前記第２の部分（９２）に接していて、前記燃料ポンプの前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合された半径方向外側の縁部領域（９３）とを有し、
前記シール支持体（６８）の前記縁部領域（９３）は、結合部分（９４）を有し、該結合部分（９４）は、前記ピストン（３０）の軸線（６４）に対して１００°〜８０°、の角度を有し、前記ケーシング（５０）にはリング突起（１００）が形成されており、前記結合部分（９４）は、前記リング突起（１００）を介して前記燃料ポンプの前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合されており、
前記シール支持体（６８）の前記結合部分（９４）は、前記ケーシング（５０）の半径方向環状段部（１０２）において、前記ケーシング（５０）と材料接続的に結合されている、ことを特徴とする、燃料ポンプ。
【請求項４】
前記結合部分（９４）は、前記ピストン（３０）の軸線（６４）に対して９０°の角度を有する、請求項３記載の燃料ポンプ。
【請求項５】
前記シール支持体（６８）の前記縁部領域（９３）と、前記ケーシング（５０）との間に、少なくとも０．１ｍｍの半径方向ギャップ（９９）が形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料ポンプ。
【請求項６】
前記シール支持体（６８）は前記縁部領域（９３）において、前記燃料ポンプの前記ケーシング（５０）に結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料ポンプ。
【請求項７】
前記燃料ポンプは、燃料高圧ポンプ（２８）である、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料ポンプ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料ポンプの製造方法であって、
前記ケーシング（５０）を、コンデンサ放電溶接用溶接装置の第１の電極（１１０）に配置するステップと、
前記シール支持体（６８）を、前記ケーシング（５０）の半径方向内側部分に配置するステップと、
環状の第２の電極（１１２）を、前記シール支持体（６８）の半径方向環状結合部分（９４）に配置するステップであって、このとき前記第２の電極は、前記シール支持体（６８）を、予め設定可能な力でばね弾性的にかつ／または浮動式に押圧するステップと、
前記ケーシング（５０）内で前記シール支持体（６８）を位置調整および／またはセンタリングするステップと、
前記シール支持体（６８）の前記半径方向環状結合部分（９４）と前記ケーシング（５０）との間でコンデンサ放電溶接を実施するステップと、
を有することを特徴とする、燃料ポンプの製造方法。
【請求項９】
前記シール支持体（６８）の前記縁部領域（９３）を、前記ケーシング（５０）の半径方向内側部分にプレス嵌めし、前記縁部領域（９３）に続く前記シール支持体（６８）の前記結合部分（９４）において、コンデンサ放電溶接を実施する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記コンデンサ放電溶接の最中に、前記ケーシング（５０）に対する前記シール支持体（６８）の力および／または相対運動、および／または前記コンデンサ放電溶接の電流の流れを検出し、検出した力および／または検出した相対運動および／または検出した電流の流れを、力、相対運動および／または電流の流れに関してメモリされた値と比較し、該比較に応じて溶接結合の質を検出する、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料ポンプは、燃料高圧ポンプ（２８）である、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、燃料ポンプ、特に燃料高圧ポンプであって、ピストンを備え、ピストンの、駆動部に面した側の端部に、ピストンを半径方向において包囲するシール装置が配置されているものに関する。
【０００２】
本発明はさらに、燃料ポンプ、特に燃料高圧ポンプの製造方法に関する。
【０００３】
内燃機関の燃料系では、燃料を運ぶための複数の燃料ポンプが使用される。ガソリン直接噴射システムでは燃料ポンプを、例えば電動燃料ポンプにより吸入圧で供給された十分な量の燃料をガソリン高圧噴射に必要とされるレベルに圧縮する、燃料高圧ポンプによって補っている。
【０００４】
このような燃料ポンプは一般に、カムまたは偏心ディスクにより形成された駆動部により軸方向に可動の、少なくとも１つのピストンを有している。この場合、ピストンの所要の戻り力は、圧縮ばねにより生ぜしめられる。例えば、圧縮ばねにより押圧されたばね皿が、ピストンの一方の端部に圧着されている。この場合、ピストンの半径方向外側に配置されたピストンシールは、第１の燃料側のピストン部分を、第２のオイル側のピストン部分から隔離することができ、これにより、燃料とオイルとの混合が少なくとも僅かに抑えられる。低圧シールとも呼ばれるこのようなピストンシールは、一般にシール支持体とも呼ばれる保持装置によって保持されている。シール支持体は、燃料高圧ポンプのケーシングに結合されており、これにより、ここでも燃料ポンプのオイル側の部分が、燃料側の部分に対して確実にシールされており、この場合、シール支持体は、低圧シールとケーシングとに対する静的シールを成している。
【０００５】
シール支持体は、例えば深絞り部材として実現されており、深絞り部材は、レーザ溶接シームを介して燃料高圧ポンプのケーシングと材料接続的に結合されることにより、オイル側と燃料側との間を静的にシールする。
【０００６】
発明の開示
本発明の課題は、製造が、シール支持体の接合もしくは溶接時の改善されたサイクル時間を可能にすると共に、製造プロセスにおける改善された欠陥識別を可能にする燃料ポンプを提供することにある。
【０００７】
この課題は、燃料高圧ポンプであって、ピストンを備えており、ピストンの、駆動部に面した側の端部に、ピストンを半径方向で包囲するシール装置が配置されており、シール装置は、少なくとも１つのシール支持体により保持されており、シール支持体は、少なくとも部分的に、燃料ポンプのケーシングと結合されているものにおいて、シール支持体が、半径方向に少なくとも１つの環状部分を有しており、この環状部分においてシール支持体はケーシングと、コンデンサ放電溶接により材料接続的に結合されていることにより解決される。
【０００８】
コンデンサ放電溶接を用いた、シール支持体の燃料ポンプケーシングとの材料接続的な結合は、燃料ポンプの製造におけるサイクル時間を短縮する。それというのもコンデンサ放電溶接により、シール支持体とケーシングとの間に、より精密な材料接続的な結合部を、より迅速に形成することができるからである。特に、コンデンサ放電溶接の場合には、レーザ溶接プロセスに比べ、スパッタや煙がほぼ全く発生しない。これにより、例えば溶接の品質を保証するための、保護ガラスの定期的な洗浄の必要性も無くなる。
【０００９】
従来使用された溶接法、特にレーザ溶接において場合により生じる溶接シームの不密性は、いわゆる生産ラインの最終点検における気密性検査の最中にようやく確認することができる。コンデンサ放電溶接の使用により、溶接プロセスを、既に製造中から監視することができる。この場合、好適には、コンデンサ放電溶接時のいわゆる降下距離若しくは補充距離および／または電流の流れを監視する。これにより、不良品をはるかに早期に識別することが可能であり、このことは、製造プロセスの適合を容易にすると共に、欠陥コストを削減する。
【００１０】
１つの可能な実施形態によれば、シール支持体は、実質的に軸方向に延在していて、シール装置を半径方向で包囲している第１の部分と、第１の部分に接しておりかつ実質的に半径方向外側に向かって延在する第２の部分と、第２の部分に接していて、燃料ポンプのケーシングとコンデンサ放電溶接により材料接続的に結合された半径方向外側の結合部分とを有している。好適には、シール支持体の結合部分は、ピストンの軸線に対して約３０°〜６０°、好適には約４０°〜５０°の角度を有している。この結合部分の半径方向延在長さは、約２〜４ｍｍ、好適には約３ｍｍである。これらの実施形態により、コンデンサ放電溶接において少なくとも約１ｍｍの結合長さを達成することができ、これにより、丈夫で確実にシールする溶接シームが生じることになる。
【００１１】
１つの好適な実施形態では、シール支持体の第２の部分とケーシングとの間に、少なくとも約０．１ｍｍのギャップが存在している。これにより、コンデンサ放電溶接の実施時に、望ましくない、もしくは規定されていない分路が発生することはない、ということが保証されている。
【００１２】
別の可能な実施形態では、シール支持体の第２の部分は、プレス嵌めにより、燃料ポンプのケーシングに結合されている。この実施形態では、シール支持体とケーシングとの間の、特に安定した結合が達成可能である。
【００１３】
好適には、シール支持体の結合部分は、ケーシングの半径方向環状段部において、コンデンサ放電溶接によりケーシングと材料接続的に結合されている。ケーシングに半径方向環状段部を設けることにより、燃料ポンプのより良好な製造が可能になると共に、材料接続的な結合部の安定性が高まる。
【００１４】
また、前記課題を解決する燃料ポンプの製造方法は、
ケーシングを、コンデンサ放電溶接用溶接装置の第１の電極に配置するステップと、
シール支持体を、ケーシングの半径方向内側部分に配置するステップと、
実質的に環状の第２の電極を、シール支持体の半径方向環状結合部分に配置し、このとき第２の電極は、シール支持体を、予め設定可能な力でばね弾性的にかつ／または浮動式に押圧するステップと、
ケーシング内でシール支持体を位置調整および／またはセンタリングするステップと、
シール支持体の結合部分とケーシングとの間でコンデンサ放電溶接を実施するステップと、
を有している。
【００１５】
この方法により、シール支持体と、燃料高圧ポンプのケーシングとの間の材料接続的な結合を達成することができ、これにより、前記各利点が実現される。
【００１６】
１つの可能な実施形態では、シール支持体の第２の部分は、プレス嵌めにより、ケーシングの半径方向内側部分に圧入されており、次いでシール支持体の結合部分において、コンデンサ放電溶接が実施される。
【００１７】
好適には、コンデンサ放電溶接の最中に、ケーシングに対するシール支持体の力および／または相対運動、および／またはコンデンサ放電溶接の電流の流れが検出される。このようにして検出された値は、溶接結合の質を決定するために利用することができる。好適には、検出された値は、力、相対運動および／または電流の流れに関してメモリされた値と比較される。
【００１８】
本発明の別の特徴、用途および利点は、図面につき説明する本発明の各実施例に関する以下の説明から明らかであり、各特徴は、単独でも、様々な組合せにおいても、これについてさらに明確に言及はしないが、本発明にとって重要なものであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】内燃機関用の燃料系の簡単な概略図である。
【図２】燃料高圧ポンプの縦断面の一部を示す図である。
【図３】１つの可能な実施形態によるシール支持体の半径方向外側の縁部領域ならびに燃料高圧ポンプのケーシングの一部の軸方向断面図である。
【図４】別の可能な実施形態によるシール装置の半径方向外側の縁部領域ならびに高圧ポンプのケーシングの一部の軸方向断面図である。
【図５】さらに別の可能な実施形態によるシール支持体の半径方向外側の縁部領域ならびにケーシングの一部の軸方向断面図である。
【図６】１つの可能な実施形態によるシール支持体ならびにケーシングの軸方向断面図である。
【図７】コンデンサ放電溶接プロセス実施中の燃料高圧ポンプの一部の概略的な断面図である。
【図８】燃料高圧ポンプの製造において生じ得る複数の方法ステップを有する簡単なフローチャートを示す図である。
【００２０】
図１には、内燃機関（以下図示せず）用の燃料系１０が簡単な概略図で示されている。燃料は燃料タンク１２から吸入導管１４を介して、プレ圧送ポンプ１６と低圧導管１８とにより、電磁操作装置２２によって操作可能な流量制御弁２４の入口２０を介して、燃料高圧ポンプ２８の圧送室２６に供給される。例えば、流量制御弁２４は燃料高圧ポンプ２８の強制的に開放可能な吸入弁であってもよい。
【００２１】
本発明では、燃料高圧ポンプ２８はピストンポンプとして形成されており、この場合、ピストン３０はカムディスク３２（「駆動部」）により、図中垂直方向に可動である。液圧的に見て燃料高圧ポンプ２８の圧送室２６と出口３６との間には、図１ではばね負荷される逆止弁として描かれた吐出弁４０が配置されており、吐出弁４０は、出口３６に向かって開くことができる。出口３６は高圧導管４４に接続されており、かつ高圧導管４４を介して高圧アキュムレータ４６（「コモンレール」）に接続されている。さらに液圧的に見て、出口３６と圧送室２６との間には、やはりばね負荷される逆止弁として描かれた圧力制限弁４２が配置されており、圧力制限弁４２は、圧送室２６に向かって開くことができる。
【００２２】
燃料系１０の運転中に、プレ圧送ポンプ１６は燃料を燃料タンク１２から低圧導管１８内へ圧送する。流量制御弁２４は、その時々の燃料所要量に応じて開閉可能である。これにより、高圧アキュムレータ４６へ圧送される燃料量が制御される。電磁操作装置２２は、制御装置および／または調整装置４８により制御される。
【００２３】
図２に示す高圧ポンプ２８の部分は、ほぼ鉢状に形成されたシール支持体６８、ならびに半径方向外側でシール支持体６８の部分を取り囲むように配置された、コイルばねとして形成されかつシール支持体６８の一方の端部に支持されたピストンばね７０を有している。図面においてピストン３０の駆動部に面した側の下端部にはばね皿７２が圧着されており、ばね皿７２にはピストンばね７０の一方の端部が取り付けられている。
【００２４】
シール支持体６８の半径方向内側には、シール装置７４と呼ばれるピストンシール（「低圧シール」とも言う）が配置されており、シール装置７４は、ピストン３０の（駆動部に面した）下側の第２の部分を半径方向において取り囲んでいると共に、ケーシング５０とシール支持体６８との間に存在する流体室（「段部空間」）を、外部のエンジンブロック５３に対してシールしている。ピストン３０は、長手方向軸線６４に沿ってシール装置７４に対して相対的に摺動可能である。シール装置７４は全体的に、ほぼ環状の構造を有している。
【００２５】
本発明では、図２に示すシール装置７４は上方に対して、シール支持体６８の内側に配置されていて、やはりほぼ帽子状に形成された保持部分７６により、軸方向で支持されている。図中、シール装置７４の上側の空間領域は「燃料側」を成しており、シール装置７４の下側の空間領域は「オイル側」を成している。
【００２６】
さらに、図２に示すシール装置７４は下方に対して、シール支持体６８の、半径方向内側に向かって曲げられた環状の縁部により、軸方向で支持されている。シール装置７４が、保持部分７６と前記縁部とにより規定される領域内に、場合によっては小さな軸方向遊びを有していてもよい、ということは自明である。
【００２７】
シール装置７４は、長手方向軸線６４に沿って半径方向外側でピストン３０に配置されており、実質的に回転対称的に形成されている。
【００２８】
図３には、図２にも図示した、実質的に半径方向外側に向かって延在する第２の部分９２、ならびにこの第２の部分９２に隣接する半径方向外側の縁部領域９３が示されており、縁部領域９３は、結合部分９４を有している。図３に示す実施形態では、結合部分９４は、ピストンの軸線に対して所定の角度９６を有しており、この角度９６は、１つの可能な実施形態では約４５°である。好適には、角度９６は約３０°〜６０°の範囲である。角度９６が４０°〜５０°の範囲であると有利であり、角度９６が図３に示すように約４５°であると、極めて特に有利である。
【００２９】
コンデンサ放電溶接プロセスの実施において約１ｍｍの結合長さ９７を達成するためには、シール支持体６８の面もしくは角度９６だけ傾けられた結合部分９４に対して、ケーシング５０の少なくとも約０．３ｍｍの半径９８が当接していると有利である。好適には、比較的塊状の構成部材が前記半径９８を有している。これにより、配線の断面積が減少され、塊状の構成部材、この場合は燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０は、比較的肉薄の構成部材、この場合はシール支持体６８とほぼ同じ早さで溶融されて、丈夫な溶接シームが生じることになる。溶接プロセス時の望ましくない、もしくは規定されていない分路を避けるために、図３に示す実施形態では、ケーシング５０とシール支持体６８の縁部領域９３との間に約０．１ｍｍの最小ギャップ９９が保たれる。
【００３０】
図４に図３と同様に示す、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０およびシール支持体６８の部分は、別の可能な実施形態によるものであり、溶接シームはリング突起１００により形成される。リング突起１００は溶接プロセス前に、高圧ポンプ２８のケーシング５０に形成されている。この場合、結合部分９４は、ピストン３０の長手方向軸線６４を中心として約９０°の角度１０１に傾けられている。このことは、特に安定した溶接を可能にするが、結合部分９４の別の角度も可能である。
【００３１】
更に別の可能な実施形態では、図５に示すように、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０に段部１０２を設けることが想定されていてもよく、段部１０２においてコンデンサ放電溶接が行われることにより、てこ腕の短縮および負荷の減少が可能である。
【００３２】
図６に示すさらに別の可能な実施例では、半径方向外側の縁部領域９３が、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０に付加的に圧着されており、これにより、なお一層安定した結合が可能である。もちろんコンデンサ放電溶接プロセスの実施に際しては、拡大された接触面を考慮する必要がある。
【００３３】
図７には、本発明によるコンデンサ放電溶接プロセスを実施可能なユニットが示されている。コンデンサ放電溶接するために、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０は、第１の電極１１０に配置されている。実質的に環状の第２の電極１１２は、シール支持体６８の結合部分９４に配置されている。結合部分９４は、例えば図３に示したように形成されている。好適には第２の電極１１２は、シール支持体６８もしくは結合部分９４を予め設定可能な力でばね弾性的にかつ／または浮動式に押圧するように形成されている。ケーシング５０内でシール支持体６８を位置調整および／またはセンタリングしてからコンデンサ放電溶接が実施され、これにより、結合部分９４と、そこに接触しているケーシング５０の部分との間に溶接シームが形成される。
【００３４】
図８は、燃料高圧ポンプ２８の製造に際して本発明による方法の１つの可能な実施形態に基づき実施される各方法ステップのフローチャートを示すものである。
【００３５】
当該方法は、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０を第１の電極１１０上に位置決めするステップ２００で始まる。ステップ２０１では、シール支持体６８を挿入して予備位置決めする。ステップ２０２では、第２の電極１１２を被せ嵌めかつ浮動式に支持する。好適には、第２の電極１１２の自重は、後で実施する溶接プロセスに必要な力が生ぜしめられるように選択されている。
【００３６】
ステップ２０３では、ユニットをセンタリングし、ステップ２０４では、溶接プロセス実施時のプロセスパラメータ、特に降下距離、力および／または電流の流れの監視を開始する。
【００３７】
ステップ２０５では、コンデンサ放電溶接を行い、シール支持体６８を結合部分９４において、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０と材料接続的に結合させる。
【００３８】
ステップ２０６では、ステップ２０４で監視したプロセスパラメータを評価する。この場合、特に重要なのは、コンデンサ放電溶接実施時の第２の電極１１２の、補充距離とも呼ばれる降下距離ならびに電流の流れである。これらの製造出力値を、ステップ２０７で設定値と比較する。固定可能な製造誤差限界値を上回る偏差が確認された場合には、ステップ２０９においてこの燃料高圧ポンプ２８の製造プロセスを中断し、当該燃料高圧ポンプ２８を不良品に指定する。場合によっては溶接過程に関するいくつかのパラメータの適合が行われる。監視したプロセスパラメータが設定可能な製造誤差範囲内であった場合には、当該方法をステップ２０８で終了する。
【００３９】
出力パラメータにより直接に欠陥を点検することが可能なので、不良品がはるかに早期に識別され、このことは修正介入を大幅に容易にすると共に、欠陥コストを節約する。
【００４０】
コンデンサ放電溶接プロセスの使用により、燃料高圧ポンプ２８の製造、特にシール支持体６８の、燃料高圧ポンプ２８のケーシング５０との材料接続的な結合におけるサイクル時間が短縮される。さらにコンデンサ放電溶接の使用により、例えば欠陥の無い溶接を保証するためにレーザ溶接プロセスでは必要とされる保護ガラスの定期的な洗浄の必要性も無くなる。
【００４１】
本発明に基づく方法により、生産ラインの最終点検において、そこで実施される気密性検査中に初めて不密なレーザ溶接シームが確認されるのではなく、溶接過程が成功したか否かは、プロセスパラメータの評価に基づき、既に製造中に識別可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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