CN101198784B - 用于内燃机的燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料高压泵(1)，在该燃料高压泵中，驱动轴(35)轴承(39)和(41)强制地被燃料流过，由此明显地提高轴承的机械负荷和热负荷并因此明显地提高整个该燃料高压泵(1)的机械负荷和热负荷。

Description

用于内燃机的燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃料喷射系统的燃料高压泵，该燃料高压泵具有：一个泵壳体，在该泵壳体中通过一个第一轴承及一个第二轴承支承着一个驱动轴；至少一个相对驱动轴在径向上布置的泵单元；一个燃料输入管路，其中一个前级输送泵将燃料输送到燃料输入管路中；一个燃料回流管路；一个用于调节一个或多个泵单元的输送量的配量单元；及一个压力调节阀。
背景技术
压力调节阀在由现有技术公开的燃料高压泵中用于调节燃料高压泵的低压循环回路中的压力。在此情况下前级输送泵的输送量通常分成三个分流。第一分流通过配量单元流到一个或多个泵单元的抽吸侧上。第二分流通常经过一个润滑节流阀穿过泵壳体并在那里用于泵的冷却及润滑。第二分流从泵壳体中出来到达燃料喷射系统的燃料回流管路中。第三分流流过压力调节阀并也到达燃料回流管路中，该压力调节阀也可作为溢流阀构成。
随着喷射压力的增大，不仅驱动轴而且该驱动轴在泵壳体中的轴承的机械负荷及热负荷也增大。传统燃料高压泵不能承受该增大的负荷。
本发明的任务在于，提出一种用于燃料喷射系统的燃料高压泵，该燃料高压泵用与传统燃料高压泵相同的结构空间就能满足要求并在热及机械负荷能力上优于由现有技术公开的燃料高压泵。此外，根据本发明的燃料高压泵构造简单并且可成本有利地制造。
在用于内燃机的燃料喷射系统的燃料高压泵中，该燃料高压泵具有：一个泵壳体；一个驱动轴，其中驱动轴在泵壳体中通过一个第一轴承及一个第二轴承支承；至少一个相对驱动轴径向布置的泵单元；一个燃料输入管路，其中一个前级输送泵将燃料输送到燃料输入管路中；一个燃料回流管路；一个用于调节一个或多个泵单元的输送量的配量单元；及一个压力调节阀，该任务这样来解决：将压力调节阀设置在燃料回流管路中。
发明内容
通过根据本发明的压力调节阀在燃料回流管路中的设置主要可达到：由前级输送泵输送的燃料的大部分流过泵壳体及由此促使泵壳体及驱动轴冷却的改善。此外，与传统结构相比，泵壳体中的压力升高，这降低了泵壳体内部的气穴倾向。最后，有效地抑制汽泡的形成及局部的过热(所谓的热点)。
在根据本发明的燃料高压泵中，可取消前级输送泵与泵壳体之间的润滑节流阀，以致根据本发明的燃料高压泵不仅具有所述优点还比传统的燃料高压泵更简单地被构建。
在本发明的一个有利的构型中提出：第一轴承由处于压力下的燃料润滑，并且第一轴承既与燃料输入管路也与燃料回流管路液压地相连接。这意味着，在第一轴承的一侧上具有的压力与前级输送泵的压力侧上的压力大致相同，而第一轴承的另一侧与几乎无压力的燃料回流管路处于压力平衡的状态。由此第一轴承强制地被燃料流过及由此保证第一轴承在所有工作点上得到足够的润滑及冷却。
在本发明的另一有利的构型中，设置有一个第一流量限制装置，该流量限制装置与第一轴承串联地连接。
第一流量限制装置用于将流过第一轴承的燃料流保持在规定的范围内。在燃料高压泵批量生产的情况下可导致：由于制造公差及第一轴承中的磨损，润滑间隙的厚度及由此流过轴承的燃料流及其负荷能力可在很宽的范围内发散。这意味着，在不利的公差情况下，第一轴承的承载能力及其由燃料的冷却及润滑不是在所有工作点上都充分。现在，当根据本发明的第一流量限制装置与第一轴承串联连接时，由于很小的制造公差，可调节通过第一轴承的燃料流，可用该很小的制造公差制造第一流量限制装置。由此上述制造公差仅还在小范围中影响承载能力，以致在不利的公差情况下在燃料高压泵的所有工作点上也保证第一轴承的负荷能力。
流量限制装置限制流过轴承的燃料流。由此在轴承的不利的公差情况下降低对前级输送泵的要求。
在一个用于内燃机燃料喷射系统的燃料高压泵中，该燃料高压泵具有：一个泵壳体；一个驱动轴，其中，该驱动轴在泵壳体中通过第一轴承及第二轴承来支承；至少一个相对驱动轴径向布置的泵单元；一个燃料输入管路，其中一个前级输送泵将燃料输送到燃料输入管路中；一个燃料回流管路；一个用于调节一个或多个泵单元的输送量的配量单元及一个设置在燃料输入管路中的压力调节阀，开头所述的任务如下地解决：第一轴承由处于压力下的燃料来润滑；第一轴承既与燃料输入管路也与燃料回流管路液压地相连接；设置一个第一流量限制装置，该第一流量限制装置与第一轴承串联地连接；及在泵壳体与燃料回流管路之间设置一个旁路节流阀。
在根据本发明的燃料高压泵的该实施例中，可通过第一流量限制装置与旁路节流阀的适当协调以简单且有效的方式来保证：足够的燃料流过第一轴承及由此保证在所有工作点上的该第一轴承的冷却及润滑。
在根据本发明的燃料高压泵中，配量单元可以选择地在前级输送泵与燃料高压泵之间设置在燃料输入管路中，或在压力调节阀与燃料高压泵之间设置在燃料回流管路中。这两种布置各具有专门的优点，在个别情况下可对这些优点彼此加以权衡。
配量单元在前级输送泵与燃料高压泵之间设置在燃料输入管路中的优点是：在该布置中，流到燃料高压泵的高压区域中的燃料不再先流过泵壳体，以致在那里可能存在的碎屑或其它颗粒不会到达燃料的高压区域中。
配量单元设置在燃料回流管路中的优点是：在每个工作点上，由前级输送泵输送的全部的燃料量都提供用于泵壳体、或燃料高压泵的驱动轴及所属的轴承的冷却及润滑。由此进一步提高根据本发明的燃料高压泵的低压区域的负荷量。
可选择地，第一流量限制装置在流动方向上设置在第一轴承的前面或后面。在个别情况下优选哪种布置则取决于个别情况的状况及边界条件。
在根据本发明的燃料高压泵的进一步补充中可进一步提出：第二轴承由处于压力下的燃料来润滑，第二轴承既与燃料输入管路也与燃料回流管路液压地连接。
此外，可设置一个第二流量限制装置，该第二流量限制装置在流动方向上设置在第二轴承的前面或后面。对第二轴承及第二流量限制装置强制润滑的优点基本上相应于前面结合第一轴承及第一流量限制装置所述的优点。
第一流量限制装置和/或第二流量限制装置可构造成节流阀、节流板或流量调节阀。在个别情况下，优选这些可选方案中的哪一个，则取决于不同构件的公差范围、负荷及不言而喻地经济的原因，并在个别情况下作出决定。
本发明的一个特别有利的构型在于，第二轴承由前级输送泵的一个泄漏管路供给处于压力下的燃料。当前级输送泵例如构造成活翼式单元泵、外齿轮泵或内齿轮泵时，该构型则特别有利。在活翼式单元泵及齿轮泵的情况下，在向着驱动轴的连接点上在活翼轮或齿轮与壳体之间的间隙中出现泄漏，它必需通过泄漏管路导出。当该泄漏管路仅使用来润滑及冷却第二轴承时，首先可在所有的工作条件下保证第二轴承的润滑及冷却及其次由于反压力可减小前级输送泵的泄漏量。
特别有利的是，第一轴承和/或第二轴承作为滑动轴承构成。则可通过根据本发明的供给轴承的处于压力下的燃料形成一个稳定的流体静力的润滑膜，该润滑膜保证该轴承在各种不同转速范围中的非常高的负荷量。
有利地，燃料接管通入到泵壳体的内部腔室中，其中，驱动轴设置在泵壳体的内部腔室中。
如果燃料高压泵是根据上述权利要求之一的燃料高压泵，则根据本发明的优点在用于内燃机的燃料喷射系统中实现，该燃料喷射系统具有一个前级输送泵，一个油箱，一个燃料高压泵，一个共轨(Common-Rail)及至少一个喷射器。
前级输送泵可选择地由内燃机或由电动机驱动。
本发明的其它优点及有利构型可从以下的附图、附图说明书及权利要求书中得知。在附图、附图说明书及权利要求书中公开的所有特征既可单独地也可彼此任意组合地作为本发明的实质。
附图说明
图中示出：
图1至7：根据本发明的燃料高压泵的各个实施例及其在燃料喷射系统中的连接。
具体实施方式
图1以框图表示根据本发明的燃料高压泵1的第一实施例。
燃料高压泵1是燃料喷射系统的一部分，该燃料喷射系统基本上由一个油箱3、一个前级输送泵5、一个过滤器7、一个轨(Rail)9及一个压力限制阀11组成。连接在轨9上的喷射器在图1中未示出。压力限制阀11通入一个回流管路13中，未示出的喷射器的泄漏量也引导到该回流管路中。在该第一实施例中，回流管路13通入油箱3中及在那里驱动一个束射泵(无参考标号)。
在燃料高压泵1的内部设置有一个温度传感器T。该燃料高压泵1通过燃料输入管路15、过滤器7及前级输送泵5液压地与油箱3连接。
在燃料高压泵1内部由燃料输入管路15分出第一分支管路17，在该第一分支管路中设置有一个配量单元19。该配量单元19用于控制由燃料高压泵的泵单元吸入的燃料量及由此控制该燃料高压泵的输送量。为此，泵单元21的抽吸侧通过分配管路23与配量单元19的输出端液压地连接。
泵单元21主要由抽吸阀25、高压侧的止回阀27及一个柱塞29组成，该柱塞在一个圆柱孔(无标号)中来回运动。泵单元21的柱塞29由驱动轴35的凸轮33通过滚子-推杆31来驱动。泵单元21将处于高压下的燃料通过高压管路37输送到轨9中。
凸轮33是驱动轴35的一部分，该驱动轴在凸轮33的两侧上可转动地支承在泵壳体(未示出)中的一个第一轴承及一个第二轴承中。驱动轴35设置在泵壳体的内部腔室38中。在根据图1的框图中，驱动轴35的轴承被表示为节流部位。在图1中，第一轴承具有标号39，而第二轴承具有标号41。
燃料回流管路43建立了泵壳体的内部腔室38与回流管路13之间的液压连接。在燃料回流管路43中设置有一个压力调节阀45。在压力调节阀45中可集成不同的节流阀(未示出)。
在图1中所示的根据本发明的燃料高压泵的实施例中，压力调节阀45设置在燃料高压泵1的内部腔室38的下游。这意味着，在内部腔室38中具有的压力与前级输送泵5的压力侧上的压力几乎相同。通常，前级输送泵5的压力侧上的压力及由此内部腔室38的压力都约为3bar至约6bar。
内部腔室38中具有的该压力导致气穴倾向的减小及由此导致汽泡的抑制，尤其在高转速时。此外，在泵壳体的内部腔室38中提高的内压力使得燃料通过第一轴承39及第二轴承41压出。由此视内部腔室38中具有的压力、燃料的粘度及第一轴承49和第二轴承41的流动阻力而定，一个确定的燃料量通过轴承39及41被压出。这不仅导致第一轴承39而且也导致第二轴承41的负荷量的明显增高。
因为第一轴承39及第二轴承41通常构造成滑动轴承，通过轴承39及41的强制通流，在轴承39和/或41中形成流体静力的润滑楔垫。由此显著提高第一轴承39和第二轴承41的负荷能力及由此改善第一轴承39和第二轴承42的散热。
为了降低流过第一轴承39的燃料量的发散及由此降低第一轴承负荷能力的发散，与第一轴承39相串联地设置一个可选择的第一流量限制装置47。该第一流量限制装置可如图1中所示地构造成节流阀。可选择地，该第一流量限制装置也可构造成节流板或流量调节阀。
在试验时已证实：由于例如在泵壳体中的用于第一轴承39的驱动轴35的轴颈(未示出)及所属轴套(未示出)的直径的制造公差，在不利的公差情况下，流过第一轴承39的燃料量在同一批量的燃料高压泵1内可能极其发散。如果需要，则这种不希望的效果通过根据本发明的第一流量限制装置47减小到一个无关紧要的程度。
通过第一轴承39及第一流量限制装置的串联可保证：流过第一轴承39的燃料量可保持在一个相对小的范围内。这首先归因于：第一流量限制装置47的流动阻力可很高精确度地被调节。通过第一流量限制装置47的流动阻力与内部腔室38中的压力的适当协调，在根据本发明的燃料高压泵1中，在批量制造时出现的所有公差情况下，流过第一轴承39的燃料量可保持在一个预给定的范围内。
在需要时也可对第二轴承41设置一个合适的第二流量限制装置(未示出)。
在图1中，在燃料输入管路15中设置有一个过滤器，该过滤器也承担阻尼装置49的功能。由此可阻尼低压区域中可能出现的压力振动。可选地，该阻尼装置49也可构造成具有一个气垫的阻尼器，或者取消该阻尼装置。
根据本发明的燃料高压泵1还具有以下优点：
通过将压力调节阀45设置在燃料回流管路43中提高泵壳体内部腔室38中的压力水平，这降低气穴的风险及汽泡形成的风险。
此外无论是第一轴承39还是第二轴承41由此强制地被燃料流过，这不论在机械负荷还是在热负荷方面均明显地提高轴承的负荷能力。
在批量制造的根据本发明的燃料高压泵1的不同样品之间可能出现的流量波动可通过串联连接的第一流量限制装置47和/或第二流量限制装置来减小。
为了润滑及冷却目的而流过泵壳体及轴承39、41的燃料量大大地增加。
用于调节确定的润滑量的润滑节流阀可被取消。通过大的润滑量将可能存在的颗粒很快地从内部腔室中冲走。
前级输送泵的输送高度通常可降低，这改善了喷射系统的效率。
在接下来的附图中，根据本发明的燃料高压泵及根据本发明的燃料喷射系统的其它实施例同样作为框图示出。在此仅说明主要的区别。对于相同的构件使用相同的参考标号，涉及前面实施例的说明相应地适用。在图2至7中，为了清楚起见，并非所有的构件都设置有根据图1的参考标号，对于这些构件可参见结合第一实施例的说明。
根据图1的第一实施例与根据图2的第二实施例的主要区别在于，第一分支管路17在第二实施例中从燃料回流管路43分支出。这意味着，由前级输送泵5输送的全部燃料通过燃料输入管路15首先到达燃料高压泵的内部腔室38中并在那里才分支。由此实现燃料高压泵1的更好的通流及冷却。
为了阻尼低压区域中可能出现的压力振动，在燃料回流管路43中设置一个阻尼装置49。从流动方向上看，该阻尼装置49设置在压力调节阀45及配量单元19的前面。在图2中该阻尼装置49构造成具有在需要的情况下升高的流动阻力的过滤器(未示出)。对此可选地，阻尼装置49也可构造成具有气垫的阻尼器。
根据图3的第三实施例在很大部分上相应于根据图2的第二实施例。一个主要区别在于，不同于前面的实施例，前级输送泵5不是由电动机(未示出)而是直接由内燃机驱动。该驱动部分的细节在图3中未示出。
在流动方向上前级输送泵5的前面，也就是在过滤器7与前级输送泵5之间设置有一个抽吸节流阀51，该抽吸节流阀首先在高转速时限制前级输送泵5的输送量。
前级输送泵5可构造成叶片泵、外齿轮泵、或内齿轮泵、尤其是摆线转子泵。在这些泵中，在旋转的构件与泵壳体之间存在一个引起泄漏损失的间隙。在图3中该间隙通过一个节流阀的符号(见参考标号53)来表示。通过该间隙流出的泄漏量通过一个泄漏管路55导出。在该实施例中泄漏管路55给第一轴承39供给燃料。
在该第三实施例中设置有一个控制管路56，该控制管路从压力调节阀45导出及在抽吸节流器51的上游通入燃料输入管路15中。通过控制管路56将来自压力调节装置的过剩的燃料量导出到输入管路15中。
从内部腔室38中给第一轴承39供给燃料。从泄漏管路55导出一个通入到燃料回流管路43中的第二分支管路57。通过该第二分支管路57也导出第一轴承39的润滑量。在该第二分支管路中可设置有一个旁路节流阀59。
图4中示出根据本发明的燃料高压泵1的另一实施例，该实施例与根据图3的实施例具有许多相似之处。在该实施例中，在前级输送泵5上也设置有一个泄漏管路55。
在该实施例中，也从内部腔室38中给第一轴承39供给燃料。由泄漏管路55导出一个通入到燃料回流管路43中的第二分支管路57。通过该第二分支管路57也导出第一轴承39的润滑量。在该第二分支管路57中可设置一个旁路节流阀59。在该实施例中，配量单元19设置在燃料输入管路15上，这在根据图1的第一实施例中也是这种情况。
在根据图4的实施例中，燃料回流管路43不是如实施例1及2中那样返回到油箱3中，而是如第三实施例中那样返回到燃料输入管路15中，确切的说返回到抽吸节流阀51的上游。
根据图5的第五实施例相对根据图4的第四实施例的主要区别在于：在第五实施例中配量单元19及可选择的阻尼单元49设置在燃料回流管路43中。在此情况下用于压力调节阀45的柱塞运动的压力卸载可选择地接通到燃料输入管路15或燃料回流管路43中。
此外压力调节阀45具有一个分开的控制管路56，该控制管路与在第三实施例中类似地在抽吸节流阀51的前面通入燃料输入管路15中。
在该实施例中，燃料回流管路43通过回流管路13返回到油箱3中。在一个连接燃料高压泵1的内部腔室38与燃料回流管路43的第三分支管路63中设置有一个第二旁路节流阀61。在该第三分支管路63中与第二旁路节流阀串联地还设置有一个压力限制阀65。该压力限制阀65用于：当燃料高压泵1的内部腔室38中的压力与燃料回流管路43中的压力之差超过预给定压力差时，第三分支管路63打开及由此过剩的燃料可由内部腔室38中流出。
在根据图6的第六实施例中，泄漏管路55通入泵壳体的内部腔室38中。给第一轴承39供给来自泵壳体的内部腔室38中的处于压力下的燃料，该燃料接着流过第一流量限制装置47，然后到达燃料回流管路63中。在该实施例中，燃料配量单元19也设置在燃料回流管路43的一侧上，具有已多次提及的优点。但该燃料配量单元也可设置在燃料输入管路15的一侧上。
在根据图7的实施例中，前级输送泵5构造成电动机驱动的燃料泵，该燃料泵布置在油箱3的附近。配量单元19设置在燃料高压泵1的燃料输入侧15上。压力调节阀45的输入侧连接在燃料输入管路15上。压力调节阀45的输出侧通入到燃料回流管路43中。第三分支管路63也通入到燃料回流管路43中，在该第三分支管路中不仅设置有第二旁路节流阀，而且还设置有一个如例如过滤器那样的阻尼装置49。此外流过第一轴承39及第一流量限制装置47的燃料也流入到燃料回流管路43中。相应的情况也适用于第二轴承41，在根据图7的实施例中，给该第二轴承设置有一个第二流量限制装置67，该第二流量限制装置的功能方式相应于第一流量限制装置47。

Claims (18)

1.用于内燃机的燃料喷射系统的燃料高压泵，具有：一个泵壳体；一个驱动轴(35)，其中，该驱动轴(35)在泵壳体中通过一个第一轴承(39)及一个第二轴承(41)支承；至少一个相对驱动轴(35)径向布置的泵单元(21)；一个燃料输入管路(15)，其中，一个前级输送泵(5)将燃料输送到该燃料输入管路(15)中；一个燃料回流管路(43)；一个用于调节所述一个或多个泵单元(21)的输送量的配量单元(19)；及一个压力调节阀(45)，其特征在于：压力调节阀(45)设置在燃料回流管路(43)中。
2.根据权利要求1的燃料高压泵，其特征在于：第一轴承(39)由处于压力下的燃料来润滑，第一轴承(39)既与燃料输入管路(15)也与燃料回流管路(43)液压地连接。
3.根据权利要求1的燃料高压泵，其特征在于：设置有一个第一流量限制装置(47)，该第一流量限制装置(47)与第一轴承(39)串联地连接。
4.用于内燃机的燃料喷射系统的燃料高压泵，具有：一个泵壳体；一个驱动轴(35)，其中，驱动轴(35)在泵壳体中通过一个第一轴承(39)及一个第二轴承(41)支承；至少一个相对驱动轴(35)径向布置的泵单元(21)；一个燃料输入管路(15)，其中，一个前级输送泵(5)将燃料输送到燃料输入管路(15)中；一个燃料回流管路(43)；一个用于调节所述一个或多个泵单元(21)的输送量的配量单元(19)；及一个设置在燃料输入管路(15)中的压力调节阀(45)，其特征在于：第一轴承(39)由处于压力下的燃料来润滑，第一轴承(39)既与燃料输入管路(15)也与燃料回流管路(43)液压地连接，设置有一个第一流量限制装置(47)，第一流量限制装置(47)与第一轴承(39)串联地连接。
5.根据以上权利要求之一的燃料高压泵，其特征在于：配量单元(19)在前级输送泵(5)与燃料高压泵(1)之间设置在燃料输入管路(15)上。
6.根据权利要求1至4中一项的燃料高压泵，其特征在于：配量单元(19)在压力调节阀(45)与燃料高压泵(1)之间设置在燃料回流管路(43)中。
7.根据权利要求3或4的燃料高压泵，其特征在于：第一流量限制装置(47)在流动方向上设置在第一轴承(39)的前面或后面。
8.根据权利要求1至4中一项的燃料高压泵，其特征在于：第二轴承(41)由处于压力下的燃料来润滑，该第二轴承(41)既与燃料输入管路(15)也与燃料回流管路(43)液压地连接。
9.根据权利要求8的燃料高压泵，其特征在于：设置有一个第二流量限制装置(67)，该第二流量限制装置(67)在流动方向上设置在第二轴承(41)的前面或后面。
10.根据权利要求3或4的燃料高压泵，其特征在于：第一流量限制装置(47)和/或第二流量限制装置(67)作为节流阀或节流板构成。
11.根据权利要求3或4的燃料高压泵，其特征在于：第一流量限制装置(47)和/或第二流量限制装置(67)作为流量调节阀构成。
12.根据权利要求1至4中一项的燃料高压泵，其特征在于：第一轴承(39)由处于压力下的燃料来润滑，第一轴承(39)由前级输送泵(5)的一个泄漏管路(55)供给处于压力下的燃料。
13.根据权利要求1至4中一项的燃料高压泵，其特征在于：第一轴承(39)和/或第二轴承(41)作为滑动轴承构成。
14.根据权利要求1至4中一项的燃料高压泵，其特征在于：燃料输入管路(15)通入到泵壳体的内部腔室(38)中。
15.用于内燃机的燃料喷射系统，具有：一个前级输送泵(5)，一个油箱(3)，一个燃料高压泵(1)，一个共轨(9)及至少一个喷射器，其特征在于：该燃料高压泵(1)是根据以上权利要求之一的燃料高压泵。
16.根据权利要求15的燃料喷射系统，其特征在于：前级输送泵(5)由内燃机驱动。
17.根据权利要求15的燃料喷射系统，其特征在于：前级输送泵(5)由电动机驱动。
18.根据权利要求15至17之一的燃料喷射系统，其特征在于：前级输送泵(5)作为叶片泵构成。
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