CN100476209C - 具有改善了高压强度的燃料喷射系统的径向柱塞泵 - Google Patents

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Abstract

用于在内燃机燃料喷射系统中高压供给燃料的径向柱塞泵，具有多个径向布置的泵单元(9)，这些泵单元(9)被驱动轴(3)操作并且各具有一吸入侧(19)和一高压侧(21)，在泵壳体(1)中设有多个高压通道(27)，它们分别使一个泵单元(9)的高压侧(21)与泵壳体(1)中的高压接口(33)连接。这些高压通道具有两个分支点(35，37)，第一高压通道(27c)将两个缸基面(31)相互连接，第二高压通道(27a)将第三个缸基面(31)与第一高压通道(27c)连接，第三高压通道(27b)将高压接口(33)与第二高压通道(27a)连接，一个高压通道从另一高压通道分支出来所相交的角度(α，β)尽可能接近90°。本发明改善了径向柱塞泵的高压强度。

Description

具有改善了高压强度的燃料喷射系统的径向柱塞泵
技术领域
本发明涉及用于在内燃机的燃料系统、尤其在一个共轨喷射系统中高压地供给燃料的径向柱塞泵。
背景技术
该径向柱塞泵具有最好多个相对支承在泵壳体中的驱动轴径向布置的泵单元，其中这些泵单元被驱动轴操作及各具有一个吸入侧及一个高压侧，及在泵壳体中设有多个高压通道，这些高压通道分别使一个泵单元的高压侧与泵壳体中的高压接口相连接。
这种径向柱塞泵例如已由DE 197 29 788.9 A1公知。这些成批制造的径向柱塞泵在高压侧可达到高至1300巴的工作压力。由此在泵壳体中产生出显著大的机械应力。
为了使内燃机的废气排放性能进一步地改善及效率进一步地提高，必需设置高于所述的1300巴的喷射压力。
发明内容
因此本发明的任务在于这样地改进径向柱塞泵，以致它可用于高至2000巴的压力。
根据本发明，提出一种用于在内燃机的燃料喷射系统中高压供给燃料的径向柱塞泵，它具有多个相对一个支承在一个泵壳体中的驱动轴径向布置的泵单元，其中这些泵单元被所述驱动轴操作并且各具有一个吸入侧和一个高压侧，在所述泵壳体中设有多个高压通道，这些高压通道分别使一个泵单元的高压侧与所述泵壳体中的一个高压接口相连接，其中：这些高压通道具有两个分支点，第一高压通道将两个缸基面相互连接，第二高压通道将第三个缸基面与第一高压通道连接，第三高压通道将高压接口与第二高压通道连接，并且，一个高压通道从另一高压通道分支出来所相交的角度尽可能接近90°。
根据本发明，在用于内燃机燃料喷射系统中高压地供给燃料的径向柱塞泵中，该径向柱塞泵具有最好多个相对支承在泵壳体中的驱动轴径向布置的泵单元，其中这些泵单元被驱动轴操作及各具有一个吸入侧及一个高压侧，及在泵壳体中设有多个高压通道，这些高压通道分别使泵单元的高压侧与泵壳体中的高压接口相连接，该任务将这样来解决：这些高压通道具有尽可能少的分支点；及需要时一个高压通道从另一高压通道分支出来所相交的角度尽可能接近90°。
通过根据本发明在泵壳体中导入高压通道的方案可以作到：尽管泵压力上升也可达到在泵壳体关键部位上出现的最大应力的降低。由此，根据本发明的径向柱塞泵可工作在更高的压力上，其中同时减小了材料应力。
所出现的最大应力可通过有限单元法(FEM)计算来求得。通过样机的试验已证实：基于根据本发明的高压通道的敷设改善了泵壳体的耐压力强度。
本发明附加地考虑了：这些高压通道的表面被密封及设有固有压应力，尤其在于，将一个滚珠拉或者压穿过这些高压通道，该滚珠的直径略微大于这些高压通道的直径。该措施使这些高压通道区域中泵壳体的耐压强度进一步提高。
根据本发明还考虑了：高压通道被淬火，尤其被感应淬火。为了进一步减小在压力负荷下出现的泵壳体的最大应力提出：高压通道在多个横截面改变的区域中和/或与另一些高压通道的入口的区域中被整圆，尤其通过液力腐蚀(hydroerosiv)被整圆。
根据本发明的径向柱塞泵的一个特别有利的构型在于：这些高压通道各通过一个管状嵌件增强，尤其由高强度材料作的嵌件增强，其中高强度钢被证明特别适合。根据本发明的这些管状嵌件将在浇铸前如同一个模芯那样被置入铸模中。在浇铸时泵壳体与这些管状嵌件彼此很好地连接。由于管状嵌件使高压通道由另一种特别优选的、比泵壳体其它部分强度更大的材料组成，这样就形成了部件强度对局部负荷及应力的适配。因此一方面保证了在出现最高工作应力的高压通道区域中使用高强度的材料，该材料能可靠地接收所出现的应力；及另一方面泵壳体其它部分可由成本相对低的、，对此可很好加工及具有良好滑动性能的的材料来制造。
根据本发明的管状嵌件的另一优点是：与传统的孔腔不同，这些高压通道可被作成弯曲的或部分弯曲的。并且可以，分别通过一个嵌件，使一个泵单元高压侧直接地与泵壳体中的高压接口相连接，由此不需要高压通道的任何分支。这将对泵壳体中出现的最大应力、对制造成本及尤其对制造可靠性产生积极影响。
在根据本发明的另一径向柱塞泵的方案中提出：每个泵单元具有一个柱塞，一个缸孔及一个缸头；柱塞在缸孔中往复运动及限定了一个输送腔；在吸入侧设有第一单向阀；及在高压侧设有第二单向阀。当缸孔由袋状孔(Sackloch)构成及第一单向阀被设在该袋状孔的底部时，被证明是有利的。通过由袋状孔构成的缸孔，可节省密封部位。
在本发明的另一补充部分中提出：第二单向阀具有一个带有设有阶台的中心孔的套管；设有阶台的中心孔具有一个用于阀元件、尤其是一个滚珠及特别优选为一个陶瓷滚珠的密封配合面；及套管被一个封闭螺钉密封地压在缸头上。该第二单向阀具有其优点，即它的构成非常简单及可在径向柱塞泵的外面被检验。在该径向柱塞泵或泵单元中仅设有一个密封面，它在端侧上密封了旋入的第二单向阀。这种密封面在制造技术上可简单地掌握，以使得泵单元高压侧在该位置上相对外围环境的密封通过使用根据本发明的第二单向阀而变得简化。
高压侧相对外围环境的密封特别有效的方式是：套管在其背离封闭螺钉的端面处设有咬合边缘(Beiβkante)，以使得面压力被提高及可实现密封面的塑性变形，这使密封功能进一步地改善。
当套管被封闭螺钉尤其在中心孔的区域中压紧时，使单向阀的安装变得更容易，因为始终可保证一个被组装及被检验了的单向阀的连接。
为了始终保证当第二单向阀打开时在输送腔为一方与泵壳体中高压接口为另一方之间的液压连接，提出：套管具有一个横向孔及一个环形槽；及该横向孔及环形槽使中心孔与输送腔形成液压连接。
在另一方案中，第一或第二单向阀在缸头的向着泵壳体的一侧上，在缸头中设有一个密封配合面，其中单向阀具有一个笼，在笼中设有一个作用于阀元件、尤其是一个滚珠上的复位弹簧。通过该复位弹簧可减小燃料的回流，这对泵的效率起到有利的影响。
当笼可被压入一个包围密封配合面的阶台孔中时，根据本发明的单向阀在泵单元中的安装更简化。
在制造技术上一个有利的实施形式在于，缸孔由袋状孔构成；第一单向阀被设在该袋状孔的底部，由此使第一及第二单向阀的密封配合面可在一个夹紧中被制造及在相同方向上实现第一及第二单向阀的安装。
本发明的其它优点及有利的构型可从以下附图及其说明中得到。
附图说明
附图为：
图1a：根据本发明的径向柱塞泵的第一实施例的主视图，
图1b：根据图1a的实施例的一个纵截面图，及
图1c：该实施例沿线A-A的一个横截面图，
图2a：第一实施例的沿线B-B的一个横截面图，
图2b：图2a的一个替换实施形式，
图3：根据本发明的泵壳体的另一实施例的一个三维视图，
图4：根据本发明的缸头的另一实施例，
图5a，5b及6：根据本发明的缸头的另一实施例的纵截面图，
图7a及7b：根据图6的实施例的单向阀的细节图。
具体实施方式
图1以主视图(图1a)，纵截面图(图1b)及沿剖线A-A的剖视图(图1c)表示根据本发明的径向柱塞泵的一个实施例。该径向柱塞泵由一个泵壳体1组成，在该壳体中可转动地支承着一个驱动轴3。泵壳体1可有利地用带有球状石墨的灰口铸铁(GGG)来制造。驱动轴3具有一个偏心的区段5。偏心区段5通过一个多边形环7驱动3个分布在圆周上的泵单元9。每个泵单元9具有一个柱塞11，该柱塞在一个缸孔13中导行及限定了一个输送腔15。在图1c中未在所有泵单元9上对各个部件设置标号，以便不致使清楚性产生不必要的降低。而这三个泵单元9具有相同的结构。
泵单元9的缸头17设有一个吸入侧19及高压侧21。缸头17的吸入侧19通过一个低压孔23将燃料供给到泵壳体中。在吸入侧19设有第一单向阀25，它阻止燃料(未示出)从输送腔15流回到低压孔23。
泵单元9的高压侧21连接到泵壳体1中的一个高压通道27。在泵单元的高压侧21上设有一个第二单向阀29，它阻止处于高压下的燃料从高压通道27流回到输送腔15。这些泵单元9借助未示出的螺钉与泵壳体1连接，及通过螺钉被压紧在泵壳体1的缸基面
Figure C0381094700101
31上。
高压通道27从每个泵单元9引出到泵壳体1中及连接到一个高压接口上，该高压接口在图1a至1c中不能被看到。这些高压通道的分布将在下面借助图2及3来说明。在图1b的下半部分中表示出一个第二高压通道27。因为该高压通道基本上垂直于图面延伸，因此在图1b上它被表示为一个圆形的面。
至此所述的这种径向柱塞泵的结构及工作原理是由现有技术所公知的，例如由DE 197 29 788.9A1公知，对此可明确地参考它，由此可省略与本发明相关的工作原理的详细说明。
图2中表示沿剖线B-B的泵壳体1的横截面图。由该图可清楚地看到根据本发明的第一实施例的这些高压通道27的分布。
图2中仅表示泵壳体1，这些泵单元9在图2中未示出。因为泵壳体1中的这些高压通道27被泵单元的全部输送压力加载，在径向柱塞泵工作期间在泵壳体1中形成显著大的应力，这些应力基本上由在高压通道27a至27c中充满的压力所产生。在成批生产中，迄今带有装入的一些泵单元9的径向柱塞泵将置于高至1300巴的工作压力上。当现在该工作压力进一步升高时，必需首先保持或甚至改善这些高压通道27a区域中的泵壳体的耐久性。通过根据本发明的高压通道27a，27b及27c的配置可在相同压力下使在泵壳体中出现的应力急剧地下降，由此在相同部件强度的情况下使允许的工作压力可提高到1800巴以上。并且当它在与开始部分所述的现有技术中的工作压力(最大值1300巴)相比较其工作压力提高的情况下，泵壳体的机械应力小于根据现有技术的径向柱塞泵中的机械应力。
这将根据本发明这样地实现，即使得高压通道的数目减至最小。在本例中三个高压通道27a，27b，27c足以产生三个缸基面31与一个高压接口33的液压连接。在此情况下，高压通道27b大致呈90°的角度α地从高压通道27a上分支出来。该角度α应尽可能地接近90°，以便使在工作期间出现的应力在第一分支点35上减至最小。高压通道27a与高压通道27c相交成一个角度β及形成第二分支点37。角度β也应尽可能地为90°。然而由于结构的现实状况这在泵壳体1内不总是能作到的。通过FEM计算表明：根据本发明的高压通道27a，27b及27c的布置即使在工作压力明显提高的情况下也会导致相对成批制造的径向柱塞泵减小了的泵壳体1中的最大应力。由此可达到：在使用不比由现有技术公知的带有球状石墨的灰口铸铁(GGG)更贵的材料的情况下，使允许的工作压力从1300巴上升到超过1800巴。
使用强度的进一步提高可这样来实现，即高压通道27a由管状的嵌件、尤其由高强度材料作的嵌件来增强。在图2b中表示泵壳体的一个实施例，其中高压通道27a至27c由多个管状嵌件来增强。在第一分支点35及第二分支点37的区域中这些管状嵌件39彼此相连接。有利的方式是它们通过烙焊或焊接彼此相连接。通过这些管状嵌件39a至39c，泵壳体1的强度可进一步提高。这些管状嵌件39a至39c可在泵壳体铸造前被放置在铸模中。在接着的泵壳体浇铸时管状嵌件39与泵壳体1紧密地连接，以使得管状嵌件39与泵壳体1之间的力传递为最佳。
图3中以三维表示根据本发明的泵壳体的另一实施例。可清楚地看到，在该实施例中高压通道27a，27b及27c被作成弯曲的并直接地-即无分支地-从缸基面31导入高压接口33。在该实施形式中，一些由工作压力产生的泵壳体1的负荷进一步地减小，因为不存在任何分支。在制造技术上该实施方案可通过弯曲的管状嵌件39a，39b及39c来实现。
图4中表示根据本发明的径向柱塞泵的一个实施例，其中泵单元9中的缸孔13被作成袋状钻孔。在袋状钻孔的底部设有用于第一单向阀25的密封配合面41。第一单向阀25可与借助图6及7描述的第二单向阀29结构相同地构成。在根据图4的实施例中，柱塞11也通过一个多边形环及一个柱塞底板(Kolbenfuβplatte)43来驱动。但本发明并不被限制在具有这种泵单元9驱动装置的径向柱塞泵上。而也可设有变换的驱动装置，例如使用凸轮盘或类似的装置。多个柱塞底(Kolbenfuβ)也可包括在泵壳体1中导行的杯形推杆(未示出)。
图5a以横截面表示根据本发明的径向柱塞泵的另一实施例的一个缸头17。第一单向阀25相应于图1中所示的第一单向阀25。在图1b中示意地表示的第二单向阀29将在下面借助图5a及放大地表示图5a中一个区段的图5b来描述及解释。
第二单向阀29包括一个套管45。在一个有阶台的中间孔47中加工出一个用于滚珠51、尤其是一个陶瓷滚珠的密封配合面49。滚珠51被一个复位弹簧53压在密封配合面49上，该复位弹簧支撑在一个封闭螺钉55上。通过使用复位弹簧53可使根据本发明的径向柱塞泵的效率提高多个百分点，因为它阻止了燃料从图5b中未示出的高压通道27回流到亦未示出的输送腔15中。套管45被压在封闭螺钉55的一个凸肩57上，以使得根据本发明的第二单向阀29与封闭螺钉55可一起预组装及检验。在套管45背离封闭螺钉55的端面59上，该套管具有一个环绕的咬合边缘61，它用于第二单向阀29相对缸头17的密封。套管45中的横向孔63及环形槽64允许当第二单向阀打开时燃料排出到缸头17中的一个孔65中。
图6表示根据本发明的径向柱塞泵的另一实施例。在该实施例中第二单向阀29设置在缸头17向着壳体1的一侧67上。
在缸头17中加工出密封配合面49。在该密封配合面49上连接着一个圆柱形孔68。在孔68中压入一个笼(
Figure C0381094700131
)69，后者接收一个复位弹簧53，该弹簧将滚珠51压在密封配合面49上。根据本发明的该第二单向阀29在制造及安装上非常简单。它也可作为第一单向阀25使用，例如用于根据图4的实施形式中。在第一单向阀25的密封配合面41与第二单向阀的密封配合面49彼此平行地布置的情况下，在制造上将特别有利，这将使在缸头的一次夹紧中它们的加工变得容易。
图7a及7b是带有置入的复位弹簧53的笼69的一个纵截面图及无复位弹簧53时的一个俯视图。
所有在附图及其说明中所述的特征既可单独地也可彼此任意的组合地作为发明的实质。

Claims (27)

1.用于在内燃机的燃料喷射系统中高压供给燃料的径向柱塞泵，它具有多个相对一个支承在一个泵壳体(1)中的驱动轴(3)径向布置的泵单元(9)，其中这些泵单元(9)被所述驱动轴(3)操作并且各具有一个吸入侧(19)和一个高压侧(21)，在所述泵壳体(1)中设有多个高压通道(27a，27b，27c)，这些高压通道分别使一个泵单元(9)的高压侧(21)与所述泵壳体(1)中的一个高压接口(33)相连接，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)具有两个分支点(35，37)，第一高压通道(27c)将两个缸基面(31)相互连接，第二高压通道(27a)将第三个缸基面(31)与第一高压通道(27c)连接，第三高压通道(27b)将高压接口(33)与第二高压通道(27a)连接，并且，一个高压通道(27a，27b，27c)从另一高压通道(27a，27b，27c)分支出来所相交的角度(α，β)尽可能接近90°。
2.根据权利要求1的径向柱塞泵，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)的表面被密封。
3.根据权利要求2的径向柱塞泵，其特征在于：分别将一个滚珠拉或者压穿过这些高压通道(27a，27b，27c)，该滚珠的直径略微大于所述高压通道(27a，27b，27c)的直径。
4.根据权利要求2或3的径向柱塞泵，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)被淬火。
5.根据权利要求1至3之一的径向柱塞泵，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)在多个横截面改变的区域中和/或与另一些高压通道(27a，27b，27c)的多个分支点(35，37)的区域中被整圆。
6.根据权利要求1至3之一的径向柱塞泵，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)各通过一个管状嵌件(39a，39b，39c)增强。
7.根据权利要求6的径向柱塞泵，其特征在于：这些嵌件(39a，39b，39c)由高强度材料构成。
8.根据权利要求6的径向柱塞泵，其特征在于：这些嵌件(39a，39b，39c)在一个或多个所述分支点(35，37)上彼此相连接。
9.根据权利要求1至3之一的径向柱塞泵，其特征在于：每个高压通道(27a，27b，27c)使一个泵单元(9)的所述高压侧(21)直接与所述高压接口(33)相连接。
10.根据权利要求1至3之一的径向柱塞泵，其特征在于：至少一个高压通道(27a，27b，27c)被作成部分局部弯曲的。
11.根据权利要求1至3之一的径向柱塞泵，其特征在于：每个泵单元(9)具有一个柱塞(11)，一个缸孔(13)及一个缸头(17)；所述柱塞(11)在所述缸孔(13)中往复运动及限定了一个输送腔(15)；在所述吸入侧(19)设有一个第一单向阀(25)；在所述高压侧(21)设有一个第二单向阀(29)。
12.根据权利要求11的径向柱塞泵，其特征在于：所述第二单向阀(29)具有一个带有设有阶台的中心孔(47)的套管(45)，所述设有阶台的中心孔(47)具有用于一个阀元件的一个密封配合面(49)，所述套管(45)被一个封闭螺钉(55)密封地压在所述缸头(17)上。
13.根据权利要求12的径向柱塞泵，其特征在于：所述套管(45)在其背离所述封闭螺钉(55)的端面(59)处构成密封面。
14.根据权利要求12的径向柱塞泵，其特征在于：所述套管(45)与所述封闭螺钉(55)被压紧。
15.根据权利要求12的径向柱塞泵，其特征在于：所述套管(45)具有一个横向孔(63)及一个环形槽(64)，该横向孔(63)和该环形槽(64)使所述中心孔(47)与所述输送腔(15)形成液压连接。
16.根据权利要求11的径向柱塞泵，其特征在于：所述第二单向阀(29)的一个密封配合面(49)设在所述缸头(17)的向着所述泵壳体(1)的一侧(67)上。
17.根据权利要求11的径向柱塞泵，其特征在于：所述第一和/或第二单向阀(25，29)具有一个笼(69)；及在所述笼(69)中设有一个作用于所述阀元件(51)上的复位弹簧(53)。
18.根据权利要求17的径向柱塞泵，其特征在于：所述笼(69)可被压入所述缸头(17)中的包围所述密封配合面(49)的一个阶台孔(65)中。
19.根据权利要求11的径向柱塞泵，其特征在于：所述缸孔(13)由袋状孔构成；及所述第一单向阀(25)被设在该袋状孔的底部。
20.根据权利要求1的径向柱塞泵，其特征在于：该燃料喷射系统是一个共轨喷射系统。
21.根据权利要求4的径向柱塞泵，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)被感应淬火。
22.根据权利要求5的径向柱塞泵，其特征在于：这些高压通道(27a，27b，27c)在多个横截面改变的区域中和/或与另一些高压通道(27a，27b，27c)的多个分支点(35，37)的区域中通过液力腐蚀被整圆。
23.根据权利要求7的径向柱塞泵，其特征在于：这些嵌件(39a，39b，39c)由高强度钢构成。
24.根据权利要求8的径向柱塞泵，其特征在于：这些嵌件(39a，39b，39c)在一个或多个所述分支点(35，37)上通过焊接相连接。
25.根据权利要求12的径向柱塞泵，其特征在于：所述阀元件是一个滚珠(51)。
26.根据权利要求13的径向柱塞泵，其特征在于：所述套管(45)在其背离所述封闭螺钉(55)的端面(59)处设有一个咬合边缘(61)。
27.根据权利要求14的径向柱塞泵，其特征在于：所述套管(45)与所述封闭螺钉(55)在所述中心孔(47)的区域中被压紧。
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