CN102378861A - 高压泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机的燃料喷射装置的高压泵，尤其用于共轨系统，它具有一个凸轮驱动机构，其中凸轮轴的旋转运动通过至少一个凸轮转换成该高压泵的一个泵活塞的往复直线运动，其中这样地设计凸轮的凸轮轮廓，以使得在燃料被抽吸到泵工作室中的、高压泵的抽吸阶段中在从一个上死点直到一个下死点的范围中作为凸轮转角的函数的泵活塞的活塞行程跟随一个正弦形变化曲线。

Description

高压泵

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于内燃机的燃料喷射装置的高压泵。

背景技术

高压泵例如在机动车的共轨系统中用于在所有工作条件形对高压储存器提供或输送处于高压下的燃料。在此情况下这种柴油高压泵通常或设有偏心式驱动器或设有凸轮驱动器。凸轮驱动的高压泵的优点在于：其中存在一个可能性，即对于所需的应用可设计一个与其适配的凸轮轮廓，该凸轮轮廓描述活塞行程随驱动轴或凸轮轴的转动角度的变化。例如通过一个非对称的凸轮轮廓可实现高压泵的一个慢速的输送阶段及一个快速的抽吸阶段，于是通过由此引起的低的最大驱动转矩而得到好处，该最大转矩是发动机为了驱动高压泵所必需施加的。

但为了在制造时减小部件的多样性，在现有技术中基本上开发了对称的凸轮轮廓，它在抽吸阶段及输送阶段中具有相同的行程变化曲线。因此这样设计的凸轮轮廓既可用于向右转动也可用于向左转动。

尽管对称地设计的凸轮轮廓具有上述优点，即部件的多样性保持很小，但它具有其缺点，即未考虑或涉及对于抽吸阶段及输送阶段所产生的原则性区别。

此外在由现有技术公知的高压泵上对于驱动轴所使用的凸轮对于其凸轮轮廓仅在输送阶段方面进行了优化。但这样产生的凸轮轮廓对于抽吸阶段中高压泵的基室或泵工作室的装载状态得到不利的特性。

因此有必要提出一种用于燃料喷射装置及尤其用于共轨系统的高压泵，它具有一个凸轮轮廓，该凸轮轮廓在抽吸阶段方面也进行了优化。

发明内容

根据本发明提出了用于内燃机的燃料喷射装置的高压泵，尤其用于共轨系统，它具有一个凸轮驱动机构，其中凸轮轴的旋转运动通过至少一个凸轮转换成该高压泵的一个泵活塞的往复直线运动，其中这样地设计凸轮的凸轮轮廓，以使得在燃料被抽吸到泵工作室中的、高压泵的抽吸阶段中在从一个上死点直到一个下死点的范围中作为凸轮转角的函数的泵活塞的活塞行程跟随一个正弦形变化曲线。通过凸轮轮廓的正弦形设计使在抽吸阶段中高压泵的基室或泵工作室的装载性能得到改善及减小了作为转速的函数的燃料输送量的强变化。此外改善了凸轮上死点后的压力下降区域。

根据一个优选的实施形式至少一个凸轮具有一个非对称的凸轮轮廓。这就允许适配专门的要求、例如对于抽吸阶段及输送阶段的要求。

根据另一优选的实施形式，所述正弦形变化曲线在抽吸阶段中相应于一个正弦函数的下降沿，它开始于凸轮的一个上死点及结束于凸轮的一个下死点。通过根据该实施形式的具有例如2×6mm行程的“半正弦凸轮”可实现比具有2×6mm行程的传统凸轮明显增大的输送率。当使用根据该实施形式的“半正弦凸轮”时，输送率例如由在使用传统凸轮情况下的160l/h上升到178l/h。此外由此使例如一个双活塞泵的输送量随转速变化的削弱得到减小及在抽吸阶段中改善了高压泵的推杆组件的跳动特性。不再需要通过增大活塞行程来校正或补偿输送量随转速变化的削弱及输送率的下降，高压泵的耐久性得到改善。尤其通过上述构型可避免推杆的高负荷、高压泵的高驱动转矩及高的泵循环损耗，而这些将会导致高压泵的附加损耗。

特别优选的是，下降沿由谐波函数的一个总和构成。当凸轮轮廓的下降沿由谐波函数的总和构成时可进一步优化高压泵的功效。尤其高压泵的推杆体的上升特性得到改善及视输送阶段中上升沿的加速曲线而定可避免向抽吸阶段过渡的区域中的大加速等级。尤其通过该构型改善了泵活塞的速度曲线及加速度曲线及赫兹压力。

根据另一优选的实施形式在抽吸阶段中正弦形曲线在凸轮的上死点处相应于泵活塞的一个最大输送行程。通过该构型使抽吸阶段进一步优化，其中在抽吸阶段前发生的输送阶段的凸轮轮廓或曲线并不重要及可跟随一个已优化的凸轮轮廓。正弦曲线的特征在于涉及死点后或前的活塞行程、活塞速度及活塞加速度方面的缓慢及和谐的下降或上升。输送阶段中间区域中的高活塞速度迄今由于高压泵的高驱动转矩及对现有技术的高压泵所提出的要求而不可达到。但通过在上死点后的缓慢、和谐的下降达到抽吸阶段的改善及压力上升时小的负转矩。通过缓慢地接近下死点高压泵的抽吸阀可较早地开始其关闭过程及通过抽吸阀的后来的关闭可明显减小输送损耗。

根据另一优选的实施形式在抽吸阶段中正弦形曲线在凸轮的下死点处相应于泵活塞的一个最小输送行程。

最好这样来设计凸轮轮廓，以使得在高压泵的抽吸阶段中进行往复运动的泵活塞的作为凸轮转角的函数的活塞速度跟随一个正弦形变化曲线。

最好这样地设计凸轮轮廓，以使得在高压泵的输送阶段中作为凸轮转角的函数的泵活塞的加速度跟随一个变化曲线，该曲线由正弦形、直线的、弧形或切线的区段组成，在该输送阶段中燃料在泵工作室中被压缩及输送给一个输送阀。

以下将借助附图来对本发明的实施例进行详细的说明。

附图说明

图1：根据现有技术的一个高压泵的截面图；

图2：一个曲线图，它描述输送率与根据现有技术的凸轮转速及与根据一个实施形式的凸轮转速的关系；

图3：活塞行程变化与凸轮转角关系的曲线图；

图4：活塞速度变化与凸轮转角关系的曲线图；

图5：活塞加速度变化与凸轮转角关系的曲线图。

具体实施形式

图1表示一个如由现有技术所各种的、用于内燃机的燃料喷射装置的高压泵1的截面图。该高压泵1具有一个多部分的壳体2，在其中设有一个通过内燃机旋转地驱动的驱动轴或凸轮轴3。凸轮轴3例如通过两个在凸轮轴3的旋转轴线4的方向上相互隔开的支承位置可转动地支承。这些支承位置可设置在泵壳体2的不同部分中，例如第一支承位置可被设置在泵壳体3的一个基体5中及第二支承位置可被设置在一个与基体5连接的法兰盘部分6中。

凸轮轴3在位于支承位置之间的区域中具有一个凸轮7，该凸轮也可被构成多重凸轮。高压泵1具有至少一个或多个设置在壳体2中的各设有一个泵活塞9的泵部件8，泵活塞通过凸轮轴3的凸轮7被驱动成在相对凸轮轴3的旋转轴线4至少近似径向的方向上的往复直线运动。当凸轮7旋转时泵活塞9被带动成往复或上下的运动。由此得到由泵活塞9限定的泵工作室14的容积的一个周期性变化。在每个泵部件8的区域中设有一个与基体5连接的泵壳体部分10，该泵壳体部分被构成活塞头。泵壳体部分10具有一个紧贴在基体5的外侧上的法兰盘11及一个伸入基体5的一个孔中的、具有比法兰盘11小的直径的至少近似圆柱形的柱体12。泵活塞9在一个泵壳体部分10中的构成于柱体12中的缸孔13内密封地、可移动地被导向及用其背着凸轮轴3的端部在缸孔13中限定了泵工作室14。缸孔13可一直延伸到法兰盘11中，在该法兰盘中设有泵工作室14。泵工作室14通过一个延伸在泵壳体2中的燃料输入通道15具有与一个燃料输入部分、例如一个输送泵(未示出)的连接。在燃料输入通道15通入泵工作室14的出口处设有一个向着泵工作室14打开的进入阀16。此外泵工作室14通过一个延伸在泵壳体2中的燃料输出通道17具有与一个输出部分的连接，例如与一个高压储存器18的连接。设在内燃机汽缸上的一个或多个喷射器19也与高原储存器连接，通过这些喷射器将燃料喷射到内燃机的汽缸中。在燃料输出通道17通到泵工作室14的出口处设有一个从泵工作室14打开的排出阀或输送阀20。

在泵活塞9的抽吸行程或抽吸阶段中，这时泵活塞9径向地向内运动，泵工作室14在作为抽吸阀工作的进入阀16打开的情况下通过燃料输入通道15注入燃料，这时输送阀20关闭。在泵活塞9的输送行程或阶段中，这时泵活塞9径向地向外运动，在输送阀20打开的情况下通过燃料输出通道17将处于高压下的燃料输送到高压储存器18，这时进入阀16关闭。

在泵活塞9与凸轮轴3的凸轮7之间设有一个推杆21，通过该推杆使泵活塞9至少可间接地支撑在凸轮轴3的凸轮7上。推杆21被构成具有圆的外横截面的圆柱形及在泵壳体2的基体5的一个孔22中在泵活塞20的纵轴线23的方向上可移动地被导向。因此推杆21的纵轴线至少基本上与泵活塞9的纵轴线23相同。在推杆21中在其向着凸轮轴3的端部区域中插入了一个支撑部件24，在该支撑部件中可转动地支承着一个滚子25，该滚子在凸轮轴3的凸轮7上滚动。滚子的旋转轴线26至少近似地平行于凸轮轴3的旋转轴线4。支撑部件24在其向着凸轮轴3的一侧上具有一个凹面27，滚子25可转动地支承在该凹面中。支撑部件24及推杆21也可被构成一体。

在推杆21或在泵活塞9上作用有一个预偏压弹簧28，它被构成复位弹簧，该弹簧支撑在泵壳体部分10上。通过弹簧28向着凸轮轴3的凸轮7加载泵活塞9及推杆21，以使得即使当泵活塞9向着凸轮轴3的抽吸行程时亦当凸轮轴3高转速时仍可保证滚子25对凸轮7的接触。泵活塞9可与推杆21相耦合，至少转其纵轴线23的方向上相耦合。变换地泵活塞9也可不与推杆21连接，这时通过复位弹簧28来保证泵活塞9接触在推杆21上。可以考虑：复位弹簧28例如通过一个弹簧盘29作用在泵活塞9的一个在直径上增大的活塞基部上，由此使该弹簧盘保持与一个由推杆21的外套向内伸的法兰盘相接触，后者又与支撑部件24保持接触，以致泵活塞9、推杆21及支撑部件24的组合体通过滚子25向着凸轮轴3的凸轮7加载。

在旋转轴线26的方向上滚子25的侧向旁边对于它设有支撑部分30，通过该支撑部分可防止滚子25在其旋转轴线26的方向上移出支撑部件24。滚子25可在其向着支撑部分30的侧面上被构成凸拱形，例如至少近似球形地弯拱。支撑部分30向着滚子25的侧面的面可被构成近似平面或弯拱形。支撑部分30可被构成围绕滚子25的环或仅被设置在滚子25的侧面的侧向旁边。

图2表示一个曲线图，它描述高压泵1的输送率一方面与根据现有技术的凸轮7的转速及另一方面与根据一个实施形式的另一凸轮7的转速的关系，该曲线图根据仿真分析求得。输送率的仿真或输送率的比较是基于1800巴的压力及40℃的温度的条件进行的。此外一方面根据现有技术的径向活塞泵设有2×6mm行程的传统凸轮7，它与设有根据本发明的一个实施形式的凸轮7的径向活塞泵相比较，后者对于抽吸阶段具有一个跟随正弦形曲线的凸轮轮廓。根据该实施形式的凸轮7在下面被称为半正弦凸轮。如由该曲线图可看到的，根据仿真在约5000rpm(转/分钟)的转速时通过传统凸轮7达到的输送率上升到160l/h(升/小时)，而对于半正弦凸轮达到的输送率上升到178l/h。

图3表示活塞行程与凸轮转角关系的变化曲线图。这里在曲线图的左半部分中输送阶段通过从0°至90°的凸轮转角范围来表示，其中该轮廓由直线的、正弦形的、切向的或弧形的加速区段组成。但重要的是，在抽吸阶段中从90°到180°的凸轮转角范围中的凸轮轮廓跟随一个正弦形的变化曲线。从由标号31表示的在90°的凸轮转角时的凸轮7的上死点开始活塞行程和谐地下降，直到在180°的凸轮转角时通过标号32指示的凸轮7的下死点上该行程接近于零。在通过上死点31后开始时通过曲线边沿缓慢、和谐地下降及接着的一个快速抽吸阶段主要达到了抽吸阶段的改善及在压力下降时小的负转矩。

凸轮轮廓的下降沿33也可由一个非纯的正弦函数形成，在此情况下凸轮轮廓的下降沿33则可由谐波函数的总和来得到，由此在凸轮的设计中可获得更宽的优化空间。

当下降沿33由不同阶次的谐波函数的总和组成时，则得到由下式表示的活塞行程：

Hub＝A0+A1*sin(1*(α+α₀))+A2*sin(2*(α+α₁))+A3*sin(3*(α+α₂))+…

自4次谐波起的幅值出于弹簧激励的原因仅可为小于1次谐波幅值A1的1％。

图4表示另一曲线图，其中描述在输送阶段中及在抽吸阶段中活塞速度变化与凸轮转角关系的曲线图。并且这里在抽吸阶段中活塞速度也跟随正弦形的变化曲线。

最后图5表示活塞加速度变化与凸轮转角关系的曲线图。在抽吸阶段中同样可看到一个跟随正弦曲线的变化，而输送阶段的变化曲线由正弦形及直线的区域组成。

在此情况下正弦形的活塞加速度由下列公式得到：

b＝b₀*sin(a₀*(α+α₀))+c

活塞速度及活塞行程则通过活塞加速度的相应积分来得到。

总地来看借助根据本发明的高压泵1得到一个优化的抽吸阶段，由此可使输送率升高及可避免对输送量的干扰。

Claims (9)

1.高压泵(1)，用于内燃机的燃料喷射装置、尤其用于共轨系统，该高压泵具有一个凸轮驱动机构，在该凸轮驱动机构中，凸轮轴(3)的旋转运动通过至少一个凸轮(7)转换成该高压泵(1)的泵活塞(9)的往复直线运动，其特征在于：这样地设计该凸轮(7)的凸轮轮廓，使得在燃料被抽吸到泵工作室(14)中的、高压泵(1)的抽吸阶段中，在从上死点(31)直到下死点(32)的范围中，所述泵活塞(9)的作为凸轮转角的函数的活塞行程跟随一个正弦形变化曲线。

2.根据权利要求1的高压泵(1)，其特征在于：所述至少一个凸轮(7)具有非对称的凸轮轮廓。

3.根据权利要求2的高压泵(1)，其特征在于：所述正弦形变化曲线在所述抽吸阶段中相应于正弦函数的下降沿(33)，该下降沿开始于所述凸轮(7)的上死点(31)及结束于所述凸轮(7)的下死点(32)。

4.根据权利要求3的高压泵(1)，其特征在于：所述下降沿(33)由谐波函数的总和构成。

5.根据权利要求3或4的高压泵(1)，其特征在于：在所述抽吸阶段中，所述正弦形变化曲线在所述凸轮(7)的上死点(31)上相应于所述泵活塞(9)的最大输送行程。

6.根据权利要求3至5中任一项或多项的高压泵(1)，其特征在于：在所述抽吸阶段中，所述正弦形变化曲线在所述凸轮(7)的下死点(32)上相应于所述泵活塞(9)的最小输送行程。

7.根据权利要求1至6中任一项或多项的高压泵(1)，其特征在于：这样地设计所述凸轮轮廓，使得在所述高压泵(1)的抽吸阶段中，执行往复运动的所述泵活塞(9)的作为凸轮转角的函数的活塞速度跟随一个正弦形变化曲线。

8.根据权利要求1至7中任一项或多项的高压泵(1)，其特征在于：这样地设计所述凸轮轮廓，使得在所述高压泵(1)的输送阶段中，所述泵活塞(9)的作为凸轮转角的函数的活塞行程跟随一个正弦形变化曲线，在该输送阶段中燃料在所述泵工作室(14)中被压缩及被输送给一个输送阀(20)。

9.根据权利要求1至7中任一项或多项的高压泵(1)，其特征在于：这样地设计所述凸轮轮廓，使得在所述高压泵(1)的、燃料在所述泵工作室(14)中被压缩及被输送给输送阀(20)的输送阶段中，所述泵活塞(9)的作为凸轮转角的函数的加速度跟随一个变化曲线，该变化曲线由正弦形、直线的、弧形或切线的区段组成。

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