CN102165177A - 用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的吸油阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的吸油阀。该吸油阀具有带进口的阀体和关闭体。该关闭体在第一终端位置将进口关闭。该关闭体可根据压差相对于进口移动。吸油阀具有非线性的体积流特性。

Description

用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的吸油阀

本发明涉及一种用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的吸油阀。

具有共轨喷射系统的柴油汽车已是公知的。在这种系统中，轨压力是影响燃油喷射量的主要参数之一。出于这个原因，存在尽可能稳定的轨压力是精确地定量燃油喷射量的主要前提。

在所谓的VCV闭环控制中，轨压力取决于燃油高压泵的气缸注油度。在双缸泵或三缸泵中气缸注油不均匀会在轨中引起压力波动。这种不均匀的气缸注油情况特别是归因于气缸的进油阀的不同的体积流特性。进油阀的不同的体积流特性特别是由作为吸油阀实现的气缸进油阀的不同的打开压力而引起。不同的打开压力例如归因于进油阀的由生产所致的不同的弹性预应力，和/或归因于进油阀阀座与关闭体之间的不确定的接触线。另外，所述进油阀接触线在进油阀最初的几个工作小时内由于阀座变形而并非所愿地发生变化。

气缸注油度与进油阀打开压力的关系在图1中示范性地示出。在这里，沿着纵坐标绘出单位为巴的压差dP，沿着横坐标绘出单位为升/分钟的燃油进油量Q。在曲线K1所示的进油过程中，压差dP的打开压力等于1.2巴，在曲线K2所示的进油过程中，压差dP的打开压力等于1.4巴。可以看到，若压差dP为1.5巴，则进油阀打开压力为1.2巴时的进油量比进油阀打开压力为1.4巴时大⊿Q≈0.1升/分钟。此外由图1可见，通常的进油阀的体积流特性是线性的，也就是说，进油量随着压差dP呈线性地变化。

图2是气缸排量（Fördervolumen）关于时间的曲线图。在这里，沿着纵坐标绘出单位为升的排量，沿着横坐标绘出单位为秒的时间。实线曲线K3对应于其进油阀打开压力为1.4巴的气缸，虚线曲线K4对应于其进油阀打开压力为1.2巴的气缸。可见，两个气缸的排量在每个进油过程中相差⊿Q≈0.02升。

在极端情况下，前述燃油高压泵气缸不均匀的注油情况会导致气缸失灵。这意味着，在进油量很小时，双缸或三缸泵如同单缸泵一样工作。

进油阀的打开压力在1.2巴与1.7巴之间的范围内。若打开压力小于1.2巴，则空气/液体混合物被吸油阀吸入到压缩腔中的风险就会增大。带入的可压缩气体使得无法充分地注油，轨中的压力波动情况加剧。

若打开压力大于约1.7巴，则发动机起动过程的损失增大。这体现在，由于吸油阀滞后打开，使得高压泵压缩腔的注油受限，进而因可用的油量或压力减小而延长了起动时间。

在这种进油阀的生产中，对其予以测量并将其分成不同等级。实际上，采用当前设计方案会使得产能下降高达50%。

本发明的目的在于，提出一种用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的进油阀，其中能减小上述缺点。

该目的通过一种具有进口和关闭体的吸油阀来实现，其中关闭体在第一终端位置将进口关闭，且可根据压差相对于进口移动，其中吸油阀具有非线性的体积流特性。

相应地设计吸油阀关闭体的轮廓，便能以简单的方式实现这种非线性的体积流特性。优选关闭体在其面向开口的一侧具有倾斜部分和/或梯阶部分。这样就能以简单的方式实现使得进油阀的打开面积与压差非线性相关。

进口优选是空心柱式进油道，关闭体是伸入到进油道中的柱形凸起。其优点是，能特别精确地调节进油阀的总是所希望的非线性体积流特性。

这种精确性可以―如权利要求8中所述―按如下方式进一步提高，即关闭体具有柱形凸缘，凸缘的直径大于柱形凸起的直径，其中柱形凸起与凸缘之间的过渡部位呈直角结构。

本发明的其它有利的特征可由下面对照其它附图对其进行的示范性说明得到。图中示出：

图3为用于示出气缸注油度（Zylinderbefüllung）与体积流特性曲线的斜度的关系的草图；

图4为用于示出吸油阀的线性的和非线性的体积流特性的草图；

图5为具有线性体积流特性的吸油阀的草图；

图6为具有非线性体积流特性的吸油阀的第一实施例的草图；

图7a和7b为在闭合体处于不同的打开位置时根据图6的吸油阀的局部放大图；和

图8为具有非线性体积流特性的吸油阀的第二实施例的草图。

本发明的主题是一种用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的吸油阀。根据本发明的吸油阀具有进口，利用预输送泵（Vorförderpumpe）从燃油罐（Tank）输送到燃油环形沟槽中的燃油经由该进口进入到阀体中。从这里起，燃油经由吸油阀的出口输送到燃油高压泵的所属气缸中。然后，进油阀关闭，利用在气缸中移动的活塞压缩位于气缸中的燃油，并经由轨管路将压缩后的燃油输出到轨中。

根据本发明的吸油阀还具有与弹簧连接的关闭体，在弹簧松弛情况下，该关闭体在第一终端位置将吸油阀的进口关闭。

另外，气缸中压力和由弹簧关闭力引起的压力的总和与燃油环形沟槽中已有的压力之间有压差，关闭体根据该压差可相对于进口移动，以便打开或关闭吸油阀。如果燃油环形沟槽中的燃油压力大于气缸中压力和由弹簧关闭力引起的压力的总和，则进油阀打开。如果燃油环形沟槽中的燃油压力小于气缸中压力和由弹簧关闭力引起的压力的总和，则进油阀关闭。

根据本发明的吸油阀具有非线性的体积流特性，其如下所述。

燃油高压泵气缸的不同注油度在很大程度上取决于气缸的实现为吸油阀的进油阀的体积流特性的斜度。如果压力一致，则在体积流特性较陡的情况下，进油量的偏差明显较小。

此点在图3中示出。在该图中，沿着纵坐标绘出单位为巴的压差dP，沿着横坐标绘出单位为升/分钟的进油量Q。在曲线K1所示的进油过程中，压差dP的打开压力等于1.2巴，在曲线K2所示的进油过程中，压差dP的打开压力等于1.4巴。在曲线K3所示的进油过程中，压差的打开压力也等于1.2巴，在曲线K4所示的进油过程中，压差dP的打开压力等于1.4巴。曲线K1和K2的斜度大于曲线K3和K4。

比较这些曲线可以看出，例如若压差dP=1.58巴，则进油量偏差⊿Q1（此时体积流特性比较陡峭，如其用曲线K1和K2所示）明显小于进油量偏差⊿Q2（此时体积流特性比较平缓，如其用曲线K3和K4所示）：

⊿Q1＜⊿Q2。

例如可以使用刚度较大的弹簧来实现陡峭的体积流特性，但这种体积流特性会引起较大的压力损失，这对于燃油全额输送来说无法接受。

根据本发明，利用进油阀的非线性的体积流特性来实现使得燃油高压泵进油阀的进油量偏差相比于现有技术有所减小。

此点借助图4示出，其中沿纵坐标示出压差dP，沿横坐标示出进油量Q。曲线K5表示线性的体积流特性，曲线K6表示非线性的体积流特性。若燃油进油量小于QG，则曲线K6的斜度明显大于曲线K5，若燃油进油量大于QG，则曲线K6比曲线K5平缓。这使得燃油高压泵气缸的进油阀需要较大的压差dP，以便增加进油量Q，且在进油量较小的情况下使得燃油高压泵的不同气缸的注油度偏差较小。

传统的进油阀的体积流特性可以用伯努利方程来表示：

Q=μ•A•sqrt(2•dP/rho)，

其中Q是燃油量，A是进油阀的打开面积，dP是压差，rho是介质密度。传统的进油阀的打开面积A是压差的线性函数。

为了实现本发明的非线性特性，打开面积的非线性函数A=f(dP)要么通过关闭体的适当的几何轮廓来实现，要么通过阀体的适当的内几何形状来实现。在这里，利用伯努利流和间隙流的组合来实现所希望的非线性。下面对照图5-8对此予以详述。

图5为具有线性体积流特性的吸油阀的草图。所示的吸油阀具有阀体1，该阀体具有空心柱式的进口1a和出口1b。所示的吸油阀还具有关闭体2。关闭体2与未示出的弹簧连接，且在该弹簧松弛的状态下将进口1a关闭，从而不会有燃油从燃油环形沟槽进入到阀体1的内部，并从那里起经由出口1b进入到燃油高压泵的所属气缸中。关闭体2朝向进口1a为扁平结构。如果燃油环形沟槽中的燃油压力大于气缸中燃油压力和由弹簧关闭力引起的压力的总和，则关闭体2在图5中向右移动，由此使得吸油阀打开。如此构造的吸油阀的体积流特性是线性的。

图6为具有非线性体积流特性的吸油阀的第一实施例的草图。该吸油阀也具有阀体1，该阀体具有空心柱式进口1a和出口1b。图6中所示的吸油阀还具有关闭体2。该关闭体也与未示出的弹簧连接，并在该弹簧松弛的状态下将进口1a关闭，从而不会有燃油从燃油环形沟槽进入到阀体1的内部，并从那里起经由出口1b进入到燃油高压泵的所属气缸内部中。与图5中所示的关闭体不同，关闭体2朝向进口1a并非扁平结构，而是在其朝向进口1a的一侧具有环绕的梯阶2a和环绕的倾斜部分2b。由于该梯阶和倾斜部分，图6中所示的吸油阀具有非线性的体积流特性。

此点在下面借助图7a和7b示出，这些图是在关闭体2处于不同的打开位置时根据图6的吸油阀的局部放大图。图7a示出关闭体2处于部分打开的状态，此时的行程等于20μm，图7b示出进一步打开的状态，此时的行程等于100μm。可见，在该实施例中，阀的打开面积与压力或压差非线性相关。

图8为具有非线性体积流特性的吸油阀的第二实施例的草图。该吸油阀也具有阀体1，该阀体具有空心柱式进口1a和出口1b。图8中所示的吸油阀还具有关闭体2，该关闭体与未示出的弹簧连接，并在该弹簧松弛的状态下将进口1a关闭，从而不会有燃油从燃油环形沟槽进入到燃油高压泵的所属气缸内部中。在该实施例中，关闭体2在其朝向进口1a的一侧具有直角的过渡部分2c，该过渡部分设置在关闭体2的柱形凸缘2d与关闭体2的伸入到空心柱式进口1a中的柱形凸起2e之间。关闭体2的柱形凸起2e的长度用字母L表示。柱形凸缘2d的直径DK大于空心柱式进口1a的直径DE，也大于关闭体2的柱形凸起的直径DF。柱形凸起的直径DF略小于空心柱式进口1a的直径DE。这满足

DF=DE-δ。

其中DF是关闭体的柱形凸起的直径，DE是空心柱式进口的直径，δ是上述两直径的差。

由图8可见，在阀打开时，阀的打开面积与压力之间的关系是非线性的。

替代于上述实施例，非线性的体积流特性也可以利用如下吸油阀来实现，即该吸油阀的阀体与关闭体的接触区域总是呈锥形结构，其中边沿相互间不平行地伸展。

另一种替代的实施方式在于，非线性的体积流特性利用如下吸油阀来实现，即在该吸油阀的阀体与关闭体之间的接触区域中有锥形-/锥形-过渡部分。

Claims (8)

1. 一种用于共轨喷射系统的燃油高压泵的气缸的吸油阀，具有带进口（1a）的阀体（1）和相对于进口（1a）可移动的关闭体（2），该关闭体在第一终端位置将进口（1a）关闭，其特征在于，吸油阀的体积流特性是非线性的。

2. 如权利要求1所述的吸油阀，其特征在于，关闭体（2）的轮廓和/或阀体（1）的轮廓经过设计，使得体积流特性是非线性的。

3. 如权利要求2所述的吸油阀，其特征在于，关闭体（2）在其面向开口（1a）的一侧具有梯阶部分（2a）和/或倾斜部分（2b）。

4. 如权利要求2所述的吸油阀，其特征在于，关闭体（2）在其面向开口的一侧具有直角的过渡部分（2c）。

5. 如前述权利要求中任一项所述的吸油阀，其特征在于，其打开面积与压差非线性相关。

6. 如前述权利要求中任一项所述的吸油阀，其特征在于，进口（1a）是空心柱式进油道。

7. 如权利要求6所述的吸油阀，其特征在于，关闭体（2）具有伸入到进油道（1a）中的柱形凸起（2e）。

8. 如权利要求7所述的吸油阀，其特征在于，关闭体（2）具有柱形凸缘（2a），该凸缘的直径（DK）大于柱形凸起（2e）的直径（DF）；柱形凸起（2e）与凸缘（2d）之间的过渡部位（2c）呈直角结构。

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