CN101432518B - 轨-燃料高压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料高压泵(16)，具有至少一个输送室(32)，一高压出口(26)及一设有一压力差操作的阀元件(56)的限压阀(42)，该阀元件可从该高压出口(26)向该输送室(32)打开，本发明提出：由该限压阀(42)的一阀座(54)看在该阀座的高压侧设有一节流装置(64)，该节流装置的自由横截面积(FD1；FD2)至多大约等于该限压阀(42)的所需的最大的打开横截面积(FR)。

Description

轨-燃料高压泵
技术领域
本发明涉及一种轨-燃料高压泵。
背景技术
由DE102004013307A1公知了开始所述类型的轨-燃料高压泵。在该单缸活塞泵中输送室通过一个弹簧加载的输出阀可与一个高压出口连接。沿流动方向与输出阀并联地设置了一个限压阀，该限压阀设有一个作为阀元件的阀球。限压阀向着输送室打开及在打开状态中使高压出口与输送室连接。这样地设置的限压阀具有其优点，即它可保护高压区域以免不允许的高压，但同时燃料高压泵的派送系数不会变差，因为限压阀仅当输送室具有比高压出口中明显低的压力时才打开。
GB2058948A描述了一种机械式燃料喷射系统的缝槽控制的喷射泵，具有用于喷射管路的减压阀，在该减压阀前面连接有节流阀，通过该节流阀调节喷射管路的压力卸载的速度。
发明内容
本发明的任务在于，给出开始部分所述类型的燃料高压泵，它可特别可靠地工作。
本发明提出了一种轨-燃料高压泵，具有一输入阀，至少一个输送室，一用于连接到轨上的高压出口及一设有一压力差操作的阀元件的限压阀，该阀元件可从该高压出口向该输送室打开，其中，由该限压阀的一阀座看在该阀座的高压侧设有一节流装置，该节流装置的自由横截面至多等于该限压阀的所需的最大的打开横截面，在该所需的最大的打开横截面的情况下仍保证该阀元件不会被卡住。
该任务将通过根据本发明的轨-燃料高压泵来解决。本发明的有利的进一步构型给出在以下说明中。此外在以下的说明及附图中可得到本发明的实质性的特征。在这里这些特征也可用完全不同的组合作为本发明的实质，而无需对此明确地指出。
根据本发明已知，限压阀打开时存在着危险，即通过动态压力冲击使阀元件从阀座上抬起这样地远，以致阀元件被从阀座里压出及被卡在阀座体与弹簧座之间。由此限压阀不再能关闭，其结果是不再可能进行泵的输送。所有这些可通过根据本发明的措施来被避免。通过节流装置来限制通过限压阀流出的最大流量，使得限压阀的阀元件不会超过一个最大的打开行程。该节流装置可以说起到液压的行程限制装置的作用。
这通过节流装置的自由横截面与限压阀所需最大的打开横截面的专门适配来实现，该打开横截面相应于阀元件的行程，在该行程的情况下仍保证阀元件不会被卡住。在大多数情况下最大的打开横截面可为一个环形面。通过根据本发明的措施避免了在通过限压阀的流量最大时阀元件从阀座区域中移出，并保证在限压阀关闭时阀元件容易地再返回到阀座中。此外节流装置减小了限压阀的动态特性，这对磨损起到有益的作用。压力峰值仅在被阻尼后传递到阀元件上。
当节流装置包括一个从限压阀来看设在高压侧的以及与限压阀分开的、具有节流阀的部件时，则迄今所使用的限压阀可保持不变。这就降低了制造成本。
一个进一步构型指向了同一方向，在该构型中，分开的部件压配合地保持在泵壳体的一个溢流通道中。
该分开的部件可构造成具有一个底部区段的罐状，节流阀通过该底部区段中的至少一个孔构成。这样的部件可廉价地作为板材成型件及冲压件来制造。
在由限压阀看设在高压侧的节流装置中，当该节流装置的自由横截面积至少大约为该限压阀的阀座的横截面积的0.6倍至1.1倍时，是有利的。
相对于与限压阀分开的节流阀变换地或附加地，节流装置也可包括一节流阀，该节流阀设置在限压阀的一个阀座体中阀座的附近或与该阀座紧邻以及从该阀座看位于高压侧。由此取消了对一个分开的部件的处理，这就简化了根据本发明的燃料高压泵的组装。
在此情况下，节流阀可简单地由阀座体中的一流入通道内的一窄部位构成。
在这种节流装置中，节流阀的自由横截面积至少大约为限压阀的阀座的横截面积的0.5倍至0.75倍。这种构型可保证限压阀具有防止阀元件卡住的良好功能。
作为限压阀的阀元件可考虑一个被弹簧加载的球，该球可零散地制造，这在成本上很有利。用于该球的阀座有利地为具有大约在30°与50°之间的锥角的锥形。该锥角愈小，限压阀在关闭状态中的密封愈好。
此外还提出，在阀座的紧上游(即高压侧)的一流入通道的自由横截面积至少大约为该限压阀的阀座的横截面积的0.8倍至0.95倍(这里上游的概念涉及到限压阀的流动方向)。这样窄的阀座是有利的，以便可保证限压阀良好的防污性。此外通过这种窄的阀座，使得在工作中该阀座本身可特别好地被压紧。
根据本发明的燃料高压泵的一个特别有利的构型在于，限压阀的阀座体包括一个向着阀元件的打开方向延伸的用于阀元件的防脱区段，该防脱区段构造成基本上环形的凸缘。通过该保持区段使阀元件在打开状态、即从阀座上抬起的状态中在侧向方向上被保护，以致即使在出现动态压力冲击及大的打开行程时，阀元件也不可能卡在阀座体与对阀元件加载的阀弹簧之间。最后通过根据本发明的措施改善了燃料高压泵的工作可靠性，因为防止了：限压阀在打开状态中被卡住及由此使燃料高压泵的高压建立成为不可能。该防脱区段还用于：即使在大的行程时阀元件仍能可靠地返回到阀座。
对此的一个进一步构型在于，保持区段成型在限压阀的阀座区域上该阀座的附近。由此使在组装时待处理的部件数目减少，这就简化了组装。此外使保持区段的制造成本减小，因为限压阀的阀座区域反正必需被加工。
特别有利的是，在保持区段的径向上的内侧面上构造至少一个优选基本上延伸在该防脱区段的长度上的通流通道，尤其一个通流袋腔。这种例如通过空槽设置的通流通道允许在由该防脱区段形成阀元件的窄的导向通道的同时，在限压阀打开时在阀元件与该防脱区段之间阻力小的流体流动。通过该通流通道可使流体无问题地在防脱区段的内侧面与打开的阀元件及一个可能保持着该阀元件的阀元件保持装置之间流过。
根据本发明的燃料高压泵的一个进一步构型指向相同的方向，在该构型中，防脱区段具有至少一个优选基本上延伸在该防脱区段的长度上的缝槽。这种缝槽尤其可特别廉价地制造。
此外还提出，防脱区段的径向上的内侧面包括一个在限压阀的打开方向上扩宽的锥面。由此在限压阀打开时可得到一个自由空间，该自由空间允许流体在作为一方的保持区段与作为另一方的阀元件及阀元件保持装置之间小阻力的流动。在此情况下该锥面的锥角至少大致相应于阀座的锥角，这使得制造相对地简单。但所述锥面的锥角也可大于阀座的锥角，这在阀元件小的打开行程时就已经导致保持区段径向上的内侧面为一方与阀元件及阀元件保持装置为另一方之间具有较大的自由空间。
此外特别有利的是，阀座体具有一个与阀座相邻的及至少大致地延伸在径向上的阶台，保持区段的径向上的内侧面从该阶台起在限压阀的打开方向上延伸。该措施既可与上述的通流袋腔或通流缝槽也可与上述的锥面相结合地来使用。通过该阶台，在阀元件打开状态下，避免了作用在阀元件上的起闭合作用的流动力。
该限压阀可包括一个活塞形式的阀元件保持装置，该阀元件保持装置在关闭方向上对阀元件加载，以及无论在限压阀关闭时还是在限压阀打开时均伸入所述防脱区段中。由此保证了阀元件特别可靠的导向。
附图说明
以下将参照附图来详细地说明本发明的特别优选的实施例。附图中表示：
图1示意性示出具有一个燃料高压泵的燃料系统；
图2部分剖开地示出图1的、具有第一实施形式的限压阀与节流装置的燃料高压泵；
图3为图2中的燃料高压泵的一个区域的放大图；
图4示出了图3中的细节IV；
图5为第二实施形式的类似于图3的视图；
图6为限压阀打开情况下的类似于图5的视图；
图7为第三实施形式的类似于图5的视图；
图8为图7中的沿线VIII-VIII的一个截面图；
图9为第四实施形式的类似于图7的视图；
图10为图9中的沿线X-X的一个截面图；
图11为第五实施形式的类似于图7的视图；
图12为第六实施形式的类似于图7的视图；及
图13为第七实施形式的类似于图7的视图。
具体实施方式
图1中的一个燃料系统总地具有标号10。在图1中仅是简要地表示的该燃料系统10包括一燃料容器12，前级输送泵13由该燃料容器将燃料输送至一低压燃料管路14中。该低压燃料管路延伸到一燃料高压泵16，该燃料高压泵将燃料进一步压缩及输送到一燃料收集管路18中，燃料以高压被存储在该燃料收集管路中，该燃料收集管路也称为“轨”。在轨18上连接着多个喷射器20，它们将燃料直接喷射到该燃料系统10所属的内燃机的、对应于这些喷射器的燃烧室(未示出)中。
如由图2可看到的，燃料高压泵16具有一个带有低压入口24及高压出口26的壳体22。一输入通道28由低压入口24延伸至一输入阀30(在图2中不可被看到)及进一步延伸至一输送室32，该输送室由一泵活塞34形成边界。一输出通道36经一输出阀38延伸至高压出口26。输入阀30组合在一量控阀40中，通过该量控阀可使输送室32强制地与输入通道28的位于输入阀30的上游的区域相连接。以此方式在输送行程期间可使燃料回输到低压入口24及由此可调节燃料高压泵16的输送量。
在流体流动上与输出阀38并联地设有一限压阀42。该限压阀很详细地示出在图3中。该限压阀包括一阀座体44，该阀座体设置在一个由高压出口26延伸至输送室32的溢流通道46中并与一个固定区域48形成压配合。在朝向输送室32的方向上，阀座体44的外径向着一阀座区域50逐渐缩小。在该阀座区域中阀座体44的外部轮廓也可称为瓶颈式的。由此避免当阀座体44压配合到溢流通道46中时该阀座区域50变形。
阀座体44被一个流入通道52在纵向上穿过，该流入通道实施成阶梯孔，该阶梯孔在阀座区域50中的内径小于在固定区域48中的内径。在图3及4中流入通道52的右端部上加工有用于一个构成阀球的阀元件56的原本的阀座54。阀座54作成锥形并具有大约30°的锥角。在图4中通过箭头用标号58表示出锥角的一半。基本上该锥角大致在30°与50°之间，在这里，较小的锥角在密封方面有利。阀元件56与阀座54的接触部位为线形并具有直径d1。流入通道52的直径d2小于直径d1。以此方式，由阀座54向着高压出口26看及在这方面与阀元件56紧邻地设置在高压侧的流入通道52的自由横截面积Fd2至少约为横截面积Fd1的大小的0.8倍至0.95倍，横截面积Fd1则由阀座54上的阀座直径d1来确定。
阀元件56由一阀元件保持装置60向着阀座54加载，在该阀元件保持装置上还作用着一阀弹簧62。阀元件56进入阀座体54的流入通道52的深度在图3中由T来表示。
由限压阀42或其阀座54向着高压出口26看，即在限压阀42的高压侧上，在溢流通道46中压配合地保持着一节流装置64。在图2至4所示的实施形式中节流装置64构造成与限压阀42分开的、罐状的部件65，该罐状的部件具有一底部区段66及一与该底部区段大致垂直的并且环绕的壁区段68。该部件65例如可作为板材成型件及冲压件来制造。在底部区段66中设有一孔70，该孔具有直径D1及构成节流阀。在本实施例中，基于节流阀70的直径D1的自由横截面积FD1为基于限压阀42的阀座54的直径d1的横截面积Fd1的0.6倍。但原则上可考虑0.6倍至1.1倍之间的值。
燃料高压泵16如下地工作：在泵活塞34的抽吸行程时输入阀30打开，燃料由低压燃料管路14流入输送室32。在接着的输送行程中将封闭在输送室32中的燃料压缩，直到最后输出阀38打开及燃料在高压下被压入轨18中。如果在轨18中及由此在高压出口26的区域中达到一个过高的压力，则基于在泵活塞34的抽吸行程期间具有的压力差使阀元件56抵抗阀弹簧62的压力从阀座54上抬起。以此方式燃料从轨18或高压出口26通过溢流通道46及限压阀42流入输送室32。由此使轨18及高压出口26减载。
在图5及6中示出一变换的实施形式。在这里及在以下的实施形式中同样适用的是，与以上所述的部件及区域具有等同功能的那些部件及区域设有相同的参考标号及不再详细描述。
在图5及6所示的燃料高压泵16的实施形式中，节流装置64不是作为分开的部件构成，而是整合在限压阀42的阀座体44中，确切地说是以一个窄部位70的形式构造在阀座54的高压侧及与该阀座54很靠近或甚至紧邻。该窄部位的归于其直径D1的自由横截面积FD1在本例中约为限压阀42的阀座54的归于直径d1的横截面积Fd1的0.5倍。
在根据图2至4或5及6中的两个实施例中，节流阀70的自由横截面这样地设计，使得在限压阀42打开的情况下，也就是当阀元件56从阀座54上抬起时(参照图6)，该自由横截面至多大致相应于这时形成的环形的打开横截面FR，该打开横截面由阀元件56与阀座54之间的间隙72形成。以此保证，阀元件56的以此方式形成的行程H小于进入深度T，由此可防止阀元件56被卡在阀座体44与阀元件保持装置60之间。
图7表示燃料高压泵16的再次变换的实施形式。该实施形式在节流阀70的实施形式方面相应于图5及6中所示的实施形式。但附加地，在限压阀42的阀座体44上成型有一个向着阀元件56的打开方向(箭头74)即在限压阀42的轴向上延伸的环形凸缘76，该凸缘构成阀元件56的一防脱区段。这里该凸缘76具有一个径向上的外侧面78，该凸缘以该外侧面贴靠在溢流通道46的内侧面上。凸缘76的径向上的内侧面80从一个延伸在径向上的阶台82一直延伸到凸缘76的伸出的端部。在此情况下阶台82约从阀座54起在径向上延伸以及与该阀座相邻。
在图7所示的实施形式中阀元件保持装置60构造成活塞的形式，大致在该阀元件保持装置的轴向上的中心处设置有环圈84，在该环圈上支撑着阀弹簧62。阀元件保持装置60的一榫形式的区段86从环圈84起延伸，类似于图3及5与6中所示的实施形式那样地延伸到由阀弹簧62限定的环形空间(无标号)中。榫形区段86的位于环圈84附近的区域88具有一个外径，该外径仅不明显地小于阀弹簧62的内径。以此方式阀元件保持装置60可抗倾斜地保持在阀弹簧62中。
在环圈84的相反侧上一保持区段90由该环圈一直延伸到阀元件56。在图7所示的实施形式中，保持区段90具有圆柱形的外部轮廓及具有在其长度上保持不变的直径。一个盲孔(无标号)用于将阀元件56在径向上保持在阀元件保持装置60上。保持区段90的外径这样选择，使得在图7所示的限压阀42的关闭状态中，该保持区段90相对凸缘76的径向上的内侧面80还具有一个小的距离。以此方式保证：在阀元件56完全贴靠在阀座54上之前保持区段90不会碰撞到凸缘76上。
但凸缘76及保持区段90的长度这样地相互协调，使得限压阀42无论是在关闭状态下还是在打开状态下，阀元件保持装置60的保持区段90都伸入凸缘76的由径向上的内侧面限定的空间中。以此方式通过凸缘76来保证：即使在动态压力冲击及由此引起阀元件56的大的打开行程时，该阀元件不会从凸缘76限定的空间中脱出，而是能在限压阀42关闭时可靠地返回到阀座54中。
为了保证当阀元件56已从阀座54抬起时流体尽可能不受阻碍地流向输送室32，在凸缘76的整个圆周延伸长度上，在凸缘76的径向上的内侧面80上分布地构造有三个通流袋腔92。这些通流袋腔从阶台82起在凸缘76的整个长度上一直延伸到该凸缘的伸出的端部及具有圆弓形的边缘轮廓，这尤其可由图8看出。
图9及10中所示的一个变换的实施形式与图7及8中的实施形式的不同之处在于：不是设置通流袋腔，而是在凸缘/保持区段76中开设穿透其整个厚度的缝槽94，这些缝槽也是从阶台82起在凸缘76的整个长度上一直延伸到该凸缘伸出的端部。
图11示出了另一方案：在该方案中，凸缘76的径向上的内侧面80构造成在限压阀42的打开方向上扩宽的锥面。并且阀元件保持装置60的保持区段90也作成类似的锥形，但具有比凸缘76的径向上的内侧面80小的锥角。在阀元件56及阀元件保持装置60向着打开方向74的打开运动中，在作为一方的该阀元件及阀元件保持装置与作为另一方的、凸缘76的径向上的内侧面80之间的间距增大，流体可通过该间距流向输送室32。在此情况下，该内侧面的锥角可具有大致与阀座54相等的锥角，或比阀座54大的锥角(尤其参照图4)。
在图11所示的实施形式中，阀座54直接地过渡到径向上的内侧面80。而在图12所示的实施形式中，在阀座54上首先也连接一个在径向上延伸的阶台82，然后才从该阶台起延伸出凸缘76的径向上的内侧面80的锥面。在此，在阀元件56打开的情况下，通过阶台82也防止或至少减小在关闭方向上作用在阀元件56上的力。
图13表示对图12的再次变型的方案，在该方案中，构成凸缘76的径向上的内侧面80的锥面的锥角相对地陡，保持区段90为具有不变的直径的圆柱形。该方案具有其优点，即，在限压阀42打开的情况下，流出特性在很大程度上与阀元件56的打开行程无关。

Claims (23)

1.轨-燃料高压泵(16)，具有一输入阀(30)，至少一个输送室(32)，一用于连接到轨(18)上的高压出口(26)及一设有一压力差操作的阀元件(56)的限压阀(42)，该阀元件可从该高压出口(26)向该输送室(32)打开，其特征在于：由该限压阀(42)的一阀座(54)看在该阀座的高压侧设有一节流装置(64)，该节流装置的自由横截面(FD1；FD2)至多等于该限压阀(42)的所需的最大的打开横截面(FR)，在该所需的最大的打开横截面的情况下仍保证该阀元件(56)不会被卡住。
2.根据权利要求1的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述节流装置(64)包括一从所述限压阀(42)看设在高压侧并且与该限压阀(42)分开的、具有一节流阀(70)的部件(65)。
3.根据权利要求2的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述分开的部件(65)压配合地保持在一泵壳体(22)的一溢流通道(46)中。
4.根据权利要求2或3的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述分开的部件(65)构造成具有一底部区段(66)的罐状，所述节流阀通过该底部区段(66)中的至少一个孔(70)构成。
5.根据权利要求2或3的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述节流装置(64)通过所述节流阀(70)构成，该节流阀的自由横截面积(FD1)至少为所述限压阀(42)的一阀座(54)的横截面积(Fd1)的0.6至1.1倍。
6.根据权利要求1的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述节流装置(64)包括一节流阀(70)，该节流阀设置在所述限压阀(42)的一阀座体(44)中在所述阀座(54)的附近及从该阀座看设置在高压侧。
7.根据权利要求6的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述节流阀由所述阀座体(44)中的一流入通道(52)中的一窄部位(70)构成。
8.根据权利要求2、3、6或7的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述节流装置(64)通过所述节流阀(70)构成，该节流阀的自由横截面积(FD2)至少为所述限压阀(42)的所述阀座(54)的横截面积(Fd1)的0.5至0.75倍。
9.根据权利要求1、2、3、6或7的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述限压阀(42)的所述阀元件包括一被弹簧加载的球(56)，所述阀座(54)为具有在30°与50°之间的锥角(58)的锥形。
10.根据权利要求7的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述流入通道(52)的在所述阀座(54)紧上游的一自由横截面积(Fd2)至少为所述限压阀(42)的所述阀座(54)的横截面积(Fd1)的0.8至0.95倍。
11.根据权利要求1、2、3、6或7的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述限压阀(42)的一阀座体(44)包括一在所述阀元件(56)的打开方向(74)上延伸的、用于所述阀元件(56)的防脱区段(76)，该防脱区段构造成基本上环形的凸缘(76)。
12.根据权利要求11的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述防脱区段(76)成型在所述限压阀(42)的一阀座区域(50)上该限压阀的阀座(54)的附近。
13.根据权利要求11的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：在所述防脱区段(76)的径向上的内侧面(80)上构造有至少一个通流通道。
14.根据权利要求11的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述防脱区段(76)具有至少一个缝槽(94)。
15.根据权利要求11的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述防脱区段(76)的径向上的内侧面(80)包括一向着所述限压阀(42)的打开方向(74)扩宽的锥面。
16.根据权利要求15的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述锥面(80)的锥角至少等于所述阀座(54)的锥角。
17.根据权利要求15的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述锥面(80)的锥角大于所述阀座(54)的锥角。
18.根据权利要求11的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述阀座体(44)具有一与所述阀座(54)相邻的及至少在径向上延伸的阶台(82)，所述防脱区段(76)的径向上的内侧面(80)从该阶台起在所述限压阀(42)的打开方向(74)上延伸。
19.根据权利要求11的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述限压阀(42)包括一活塞形式的阀元件保持装置(60)，该阀元件保持装置在关闭方向上对所述阀元件(56)加载以及在所述限压阀(42)无论是关闭时还是打开时均伸入由所述防脱区段(76)构成边界的内空间中。
20.根据权利要求6的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：该节流阀与该阀座(54)紧邻。
21.根据权利要求13的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述通流通道基本上在该防脱区段(76)的长度上延伸。
22.根据权利要求13的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述通流通道是通流袋腔(92)。
23.根据权利要求14的轨-燃料高压泵(16)，其特征在于：所述缝槽(94)基本上在该防脱区段(76)的长度上延伸。
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