(57)【要約】  本発明は、カムシャフト（４）上に取り付けられた少なくとも１つのカム（１０）を備えているピストンポンプを駆動するための装置に関し、前記カムは、ポンプピストン（３）又はカム（１０）とポンプピストン（３）との間に設けられた構成要素と協働してポンプピストン（３）の前方及び後方動作をもたらす。カム（１０）は、上方行程のための第一の区分と、下方行程のための第二の区分とを有するカムの突出部曲線（１５，１８）を有している。当該カム突出部曲線（１５，１８）の形状は、正弦波形状（１４，１９）と比較すると、上方行程の開始時にピストンの加速が増大し且つ上方行程の終了時にピストンの減速が減少するように、正弦波（１４，１９）に実質的に相応する形状に対して改造が施されている。
2010522302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプピストンの往復動作をもたらすために、カムシャフトに取り付けられた少なくとも１つのカムを有し、そのカムがポンプピストン又は当該カムとポンプピストンとの間に設けられた構成要素と協働するようになっており、前記カムが、上方ストロークのための第一の区分と下方ストロークのための第二の区分とを含むカム高さ曲線を有している、ピストンポンプを駆動するための装置であり、
前記カム高さ曲線（１５，１８）は、正弦波（１４，１９）の形状と比較すると、ピストンの上方ストロークの開始時にピストンの加速の増大が生じ、上方ストロークの終了時にピストンの減速の減少が生じるように、正弦波（１４，１９）の形状に実質的に相応する形状に対して改造されており、当該カム高さ曲線（１８）は、その第一の区分が、第一の正弦波（１９）の半振動を、振動数が前記第一の正弦波（１９）の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波（１９）の振幅より小さい第二の正弦波（２０）と重ね合わせることによって得られる形状を有していることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記カム高さ曲線（１８）が、第一の正弦波（１９）の全振動を、振動数が前記第一の正弦波（１９）の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波（１９）よりも小さい第二の正弦波（２０）と重ね合わせることによって得られる形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第二の正弦波（２０）の振幅が、前記第一の正弦波（１９）の振幅の１／５〜１／１５、好ましくは１／８〜１／１２であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
高調波、特に、偶数高調波の振動数を有する少なくとも１つの更に別の正弦波が重ね合わされることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ポンプピストン（３）とカム（１０）との間に設けられた構成要素がローラータペット（１３）として設計されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
上方ストロークのための第一の区分と下方ストロークのための第二の区分とを有するカム高さ曲線を有している請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の装置において使用されるカムであり、
前記カム高さ曲線（１５，１８）は、正弦波（１４，１９）の形状と比較すると、ピストンの上方ストロークの開始時にピストンの加速の増大が生じ且つ上方ストロークの終了時にピストンの減速の減少が生じるように、正弦波（１４，１９）の形状に実質的に相応する形状に対して改造されており、当該カム高さ曲線（１８）は、その第一の区分が、第一の正弦波（１９）の半振動を、振動数が前記第一の正弦波（１９）の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波（１９）の振幅より小さい第二の正弦波（２０）と重ね合わせることによって得られる形状を有していることを特徴とするカム。
【請求項７】
前記カム高さ曲線（１８）が、第一の正弦波（１９）の全振動を、振動数が前記第一の正弦波（１９）の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波（１９）の振幅より小さい第二の正弦波（２０）と重ね合わせることによって得られる形状を有していることを特徴とする請求項６に記載のカム。
【請求項８】
前記第二の正弦波（２０）の振幅が、前記第一の正弦波（１９）の振幅の１／５〜１／１５好ましくは１／８〜１／１２であることを特徴とする請求項６又は７に記載のカム。
【請求項９】
一の高調波、特に、偶数高調波の振動数を有する少なくとも１つの更に別の正弦波が重ね合わされることを特徴とする請求項６〜８のうちのいずれか一項に記載のカム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンポンプを駆動するための装置に関する。当該ピストンポンプは少なくとも１つのカムを備えており、当該カムは、カムシャフト上に取り付けられ且つポンプピストン又はカムとポンプピストンとの間に配置された構成要素と協働してポンプピストンの往復動作を生じさせる。前記カムは、上昇ストロークのための第一の部分と、下降ストロークのための第二の部分とを有するカム高さ曲線を有している。
【背景技術】
【０００２】
ピストンポンプは、例えば、内燃機関内の高圧ポンプとして使用されている。当該高圧ポンプは、モーターの作動中に、軌道内に蓄えられるべき高圧燃料を提供する。あらゆる動作点での機能を確保することができるようにするために、当該高圧ポンプの最大ポンプ吐出量は、モーターが必要とする全負荷量よりも実質的に大きくなければならない。一方、部分負荷動作状態又はアイドリング時には、ポンプの小さな流量が必要とされるだけである。従って、燃料計量ユニット（ＦＭＵ）によって給送量の電子制御がなされる。当該燃料計量ユニットは、高圧ポンプへの流量を軌道内の燃料圧力の関数として決定する。このようにして、圧力制御弁を介して再び除去し且つタンクに戻さなければならない過剰な流量を発生させることなく、各々の動作点において実際に必要とされる量のみが軌道に給送されなければならない。前記の過剰な流量は、高いエネルギ損失を含み且つ燃料の過度の加熱を惹き起こす。
【０００３】
高圧ポンプは、ローラータペットを介して又はカムシャフトによって直接駆動される少なくとも１つのポンプ要素によって構成されている。吸引側においては、給送ポンプ例えばギヤポンプが、タンクから燃料を低い圧力で供給する。加圧側においては、圧縮された燃料がコレクタを介して軌道に到達する。
【０００４】
カム駆動のコモンレール（共同噴射）式の高圧ポンプによる一つの特別な目標は、高い特有のポンプ吐出量に対して適用される速いポンプ速度にある。これらのポンプにおけるカム高さは、一般的には、正の又は負の半径を有する接線状の立ち上がり又は円弧のような種々の部分的な区分によって構成される。従って、直線行程、正弦行程又は放物線行程のような所定の加速行程がもたらされる。更に、全ストローク行程に亘って、正弦（又は余弦）形状を有するカム高さが存在する。
【０００５】
種々のカム高さ曲線が、ＥＰ  ２４４  ３４０  Ｂ１（特許文献１）、ＪＰ  ７１３３７４９  Ａ（特許文献２）及びＪＰ  ５２６３７２７  Ａ（特許文献３）によって公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ  ２４４  ３４０  Ｂ１
【特許文献２】ＪＰ  ７１３３７４９  Ａ
【特許文献３】ＪＰ  ５２６３７２７  Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
カム形状の要件は、上死点（ＵＤ）領域にローラータペットの出来る限り小さな加速を付与するために出来る限り高い最高速度に達するようにさせ、ローラータペットの浮き上がりの恐れを排除し且つポンプ要素ばねの運動学的振動励起を更に低いままとすることである。種々の小区分によって構成されたカムの高さは、高い最高速度に到達し、しかも、加速曲線の屈曲によりポンプのばね要素の高励起振動につながるかも知れない。なぜならば、給送振動数において高次調和振動が生じるかも知れないからである。一方、正弦波カム高さは、最高速度に関する可能性が限られていることにより、ばねの低い振動励起（給送振動数のみであり、調和振動は存在しない）を有するという利点を提供する。
【０００８】
上記の理由から、本発明は、ポンプのばね要素の運動学的振動励起が低く、それて同時に最高速度の増大をもたらすカム高さ曲線を設計することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は本質的に、カム高さ曲線を、正弦波形状と比較して、上昇ストロークの開始時にピストンの加速の増大が生じ且つ上昇ストロークの終了時にピストンの減速の減少が生じるように正弦波形状にほぼ相応する形状から改造している。当該カム高さ曲線は、第一の正弦波の半振動を、振動数が前記第一の正弦波の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波より小さい第二の正弦波と重ね合わせることによって得られる形状を第一の区分に有している。特に上方ストロークの終了時に減少するピストンの減速すなわちポンプピストンが上死点に達するカム高さ曲線の比較的平らな行程によって、加速成分が、カムからのピストンの浮き上がりを減少させて最高速度の増大を可能にしている。これと同時に、カム高さ曲線は正弦波とは異なる形状とされているので、ばねの振動励起程度は低く保たれる。負所望な振動成分の発生を避けるために、当該装置は、カム高さ曲線が、その第一の区分に、第一の正弦波の半振動を、振動数が前記第一の正弦波の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波よりも小さい第二の正弦波と重ね合わせることによって得られる形状を有している。このような重ね合わせによって、上方ストロークの開始時にピストン速度の増大が生じ且つ上方ストロークの終了時にピストンの減速が減少するという所望の作用が得られ、一方、これと同時に、比較的低速度でのポンプピストンの浮き上がりにつながる抑制されない調和振動の発生を避けることができる。
【００１０】
正弦波振動と２倍の振動数の別の正弦波振動との重ね合わせは、カム高さ曲線の全長に亘ってなされることが有利かも知れず、本明細書においては、カム高さ曲線は、第一の正弦波の全振動を、前記第一の正弦波の振動数の２倍であり且つ振幅が前記第一の正弦波より小さい第二の正弦波と重ね合わせることによって得られる形状を有していることが好ましいとされている。
【００１１】
既に述べたように、第二の正弦波すなわち重ね合わせのために使用される正弦波の振幅は、第一の正弦波すなわちカム高さの基本的な形状を規定している正弦波の振幅よりも小さくすべきである。本明細書においては、第二の正弦波の振幅は、第一の正弦波の振幅の１／５〜１／１５好ましくは１／８〜１／１２である形状が好ましい。第二の正弦波の振幅を第一の正弦波の振幅の１／６より小さく保つことによって、付加的な振動が導入される程度が許容限度内に維持され、ばねが不所望な形態で励起されるのを防止することができる。
【００１２】
カム高さ曲線を比較的高い限界値に更に良好に適合させるために、好ましい構造に従って、高調波振動数を有する少なくとも１つの更に別の正弦波特に偶数高調波が重ね合わせられることが提案される。この場合には、例えば、基本的な振動を、２倍の振動数の正弦波との重ね合わせに加えて、当該基本振動の４倍の振動数を有する更に別の正弦波と重ね合わせることができる。その際に、カム高さ曲線が局部的な窪み等を含まないようにするには偶数の高調波が特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下、図示された例示的な実施形態によって、本発明を更に詳細に説明する。
【図１】従来技術によるポンプ要素の基本的な構造を示している図である。
【図２】本発明によるカム高さ曲線を示しているグラフである。
【図３】ポンプピストンのストローク及び加速行程を示しているグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、従来技術によるポンプ要素の基本的な構造を示している。ポンプ要素１は、シリンダ２と当該シリンダ内でガイドされて長手方向に変位可能なピストン３とによって構成されている。ピストンばね３ａが、ピストン３に結合されているローラータペット１３とカムシャフト４との間の接触を維持している状態で、ピストン３は、内燃機関によって駆動されるカムシャフト４によってシリンダ２内で往復運動せしめられる。燃料は、ピストン３の下降行程中にポンプ吸引容積６から吸引弁５を介して吸引され、続いて、上昇行程中に圧力弁７を介して軌道８内へと押し出される。カムシャフト４は、作用を受けるポンプ要素１の各々に対してシャフト部分９とカム１０とにより構成されている。ポンプ要素１のストロークを決定するカム１０の外形は、通常は、幾つかの円弧部分１１と接線部分１２とによって構成されている。別の方法として、カムの形状は、正弦波振動によって得られるものとすることもできる。
【００１５】
本発明によるカム形状が図２に示されている。この図から、カム高さ曲線１８は、第一の正弦波１９を第二の正弦波２０と重ね合わせることにより得られたものであり、第二の正弦波２０は、第一の正弦波１９と比較すると、振動数が倍であり且つ振幅がより小さいことがわかる。この点に関して、本願発明の明細書における正弦波という用語は、厳密な数学的意味において、−９０°から＋２７０°までの範囲の正弦関数によって得られる曲線に対応している図２に示された波形を表していることに注目すべきである。このような曲線はまた、符号が負の余弦振動として示すこともできる
【００１６】
図３は、湾曲形状のカムによるストローク１４及び加速行程１６並びに本発明による二重正弦カムによるストローク１５及び加速行程１７を示しており、カム角度はＸ−軸上にプロットされており、ストローク／加速１６はＹ−軸上にプロットされている。給送開始時（０°）での当該正弦カムによる加速１６は、二重正弦カムの加速１７よりも小さい。上死点（１８０°）においては、より速い最高速度を得ることができるように、二重正弦カムの減速１７は、正弦カムの減速１６よりも小さくされている。別の方法として、上昇速度を更に速くするために更に多くの高調波を重ね合わせるという方法がある。
【符号の説明】
【００１７】
１  ポンプ要素
２  シリンダ
３  ピストン
３ａ  ピストンばね
４  カムシャフト
６  ポンプ吸引容積
５  吸引弁
７  圧力弁
８  軌道
９  シャフト部分
１０  カム
１１  円弧部分
１２  接線部分
１３  ローラータペット
１４  ストローク
１５  本発明のストローク
１６  加速行程
１７  本発明の加速行程
１８  カム高さ曲線
１９  第一の正弦波
２０  第二の正弦波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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