CN102414434A

CN102414434A - 高压泵

Info

Publication number: CN102414434A
Application number: CN2010800179401A
Authority: CN
Inventors: A·杜特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: EP2422072A1; DE102009002518A1; WO2010121857A1; CN102414434B; EP2422072B1

Abstract

高压泵(1)，其尤其用作压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的径向活塞泵或者直列式活塞泵，具有一泵组件(13)和一驱动轴(6)。其中，该泵组件(13)具有一在缸孔(15)中沿着该缸孔(15)的轴线(17)导向的泵活塞(16)，该泵活塞能被所述驱动轴(6)驱动。此外，所述泵活塞(16)的端面(19)在缸孔(15)中限界一泵工作室(20)。所述泵活塞(16)由具有各向异性的弹性模量的材料构成。由此在泵工作室(20)中引起缸孔(15)的扩展的高压力时，能实现泵活塞(16)的径向变形，该径向变形补偿缸孔(15)的扩展。

Description

高压泵

技术领域

本发明涉及一种高压泵，尤其一种径向活塞泵或者直列式活塞泵。本发明特别涉及用于压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的燃料泵领域。

背景技术

由DE 10 2005 046 670A1公开了一种用于内燃机的燃料喷射装置的高压泵。该已知的高压泵具有一多件式的泵壳体，在该泵壳体中设有至少一个泵元件。该泵元件包括一个通过在一泵运动装置中的驱动轴驱动的泵活塞，该泵活塞在泵壳体的一部分的缸孔中可移动地导向并且在该缸孔中限定一个泵工作室。该泵活塞通过中空圆柱形的槌支撑在该驱动轴上，其中，该槌在泵壳体的一部分的孔中在泵活塞的纵轴线的方向上可移动地导向。在泵活塞的吸入行程时，在吸入行程时泵活塞径向向内运动，泵工作室通过一燃料流入通道在入口阀打开时被填充以燃料，其中，排出阀是闭合的。在泵活塞的排流行程时，在排流行程时该泵活塞径向朝外运动，在排出阀打开时通过泵活塞燃料在高压下经过燃料排出通道输送到高压储存器，其中，入口阀是闭合的。

由DE 10 2005 046 670A1已知的高压泵具有缺点：在运行时由于泵工作室中的高压通过泵活塞导向部发生泄漏。在此，发生泵活塞和缸孔的变形，泵活塞在缸孔中导向，由此在升高的高压情况下导致导向部扩大并且由此增大的泄漏。

发明内容

具有权利要求1特征的根据本发明的高压泵具有优点：一高的效率是可行的。特别可防止或者至少降低燃料从泵工作室泄漏的增大。

通过在从属权利要求中列出的措施，在权利要求1中说明的高压泵的有利扩展构型是可行的。

有利的是，具有各向异性的弹性模量的泵活塞的材料具有横向膨胀系数，该横向膨胀系数不小于0.3。由此可避免负的径向变形，在该负的径向变形时该泵活塞由于压力负荷被径向挤压。由此可避免过量的泄漏。在泵活塞和泵活塞在其中导向的缸孔之间的泄漏具有缺点，它导致效率损失，该效率随着泵工作室中的增大的压力而增大。由此鉴于相对高的压力，应用范围也被限制。一方面由于泄漏的降低，效率升高。另一方面，应用范围可被扩大到更大的、可由高压泵产生的压力。

有利的是，泵活塞的材料沿着缸孔的轴线具有比垂直于缸孔轴线更小的弹性模量。由此关于泵活塞端侧的加载随着在泵工作室中升高的压力导致泵活塞沿着缸孔的轴线缩短并且导致泵活塞径向的膨胀，也就是说导致正的径向变形。此外，由于在缸孔和泵活塞之间的缝隙中的处于高压下的燃料，出现对泵活塞的径向加载。该加载反作用泵活塞的正的径向变形。视泵活塞的构型而定，有效产生的径向变形优选大约为零或者大于零。由此也可补偿在泵活塞的区域中必要时出现的缸孔的扩大。

有利的是，泵活塞的材料是金属的或者部分金属的材料，该材料被各向异性地加工。此外在此有利的是，泵活塞的材料通过至少一种各向异性的辊压方法和/或至少一种各向异性的硬化方法被加工。由此可有目的地实现在泵活塞的轴向膨胀和泵活塞的径向膨胀方面各向异性地构造材料，泵活塞的径向膨胀垂直于泵活塞的轴向膨胀。

也有利的是，泵活塞的材料是玻璃纤维和/或碳纤维材料，该材料通过玻璃纤维和/或碳纤维各向异性地被强化。由此可以有利的方式设定弹性模量在轴向上和在垂直于轴向的方向上的有目的的方向相关性。此外，有目的地设定弹性模量在轴向上和在径向上的大小。

有利的是，泵活塞具有一端面，泵活塞的该端面在缸孔中限界泵工作室并且泵活塞被如此地构造，使得在以在泵工作室中产生的高压力加载泵活塞的端面时至少在具有各向异性的弹性模量的材料的区段中出现泵活塞的至少基本上消失的径向变形。此外在此有利的是，泵活塞的具有各向异性的弹性模量的材料具有大约0.3至大约0.6范围的横向膨胀系数。由此以有利的方式获得泵活塞的至少基本上消失的径向变形，使得泄露的增加随着在泵工作室中的增大的压力而降低。

然而也有利的是，泵活塞具有一端面，泵活塞的该端面在缸孔中限界泵工作室并且泵活塞被如此地构造，使得在以在泵工作室中产生的高压力加载泵活塞的端面时至少在具有各向异性的弹性模量的材料的区段中出现泵活塞的正的径向变形。此外在此有利的是，泵活塞的具有各向异性的弹性模量的材料具有大于0.5的横向膨胀系数。由此以有利的方式获得正的的径向变形，使得随着增大的压力而进一步降低或者完全防止泄露的增加。在此，必要时通过正的径向变形完全或者部分地补偿在泵活塞区域中缸孔的膨胀。

附图说明

本发明优选的实施例在下面的说明书中根据所附的附图被详细地解释，在这些附图中相应的元件设有一致的附图标记。附图示出：

图1相应于本发明的一实施例，以示意轴向剖视图示出高压泵；

图2以示意性视图示出本发明实施例的高压泵的在图1中标记以II的部分，该视图图解了纵向负荷；

图3以示意性视图示出在图2中示出的部分，该视图图解了横向负荷；以及

图4以示意性视图示出在图2中示出的部分，该视图示出由图2中图解的纵向负荷和图3中图解的横向负荷构成的总和。

具体实施方式

图1相应于一实施例以示意轴向剖视图示出一高压泵1。该高压泵1可尤其用作为用于压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的径向活塞泵或者直列式活塞泵。该高压泵1专门适合用于具有燃料分配板的燃料喷射装置，该燃料分配板在高压下储存柴油。然而根据本发明的高压泵也适合用于其他应用情况。

该高压泵1具有一多件式的壳体2。在该实施例中该壳体2由壳体部分3、4、5组成，其中，壳体部分3表示基体3，壳体部分4表示缸盖4并且壳体部分5表示固定在基体3上的法兰5。

该高压泵1具有一驱动轴6，该驱动轴一方面支承在壳体部分2中的支承部位7上并且另一方面支承在壳体部分3中的支承部位8上。该驱动轴6在支承部位7、8之间具有一凸轮9。该凸轮9可构造为单路凸轮或多路凸轮。此外，凸轮9的一构型也属于凸轮的概念，在该凸轮的情况下驱动轴6具有一偏心的区段或者类似的。

高压泵1的壳体部分3具有一导向孔12，在该导向孔中设置一泵组件13。该凸轮9配置给该泵组件13。视高压泵1的构型而定，也可以设有多个泵组件，这些泵组件相应于泵组件13地构造。这些泵组件也可以配置给凸轮9和/或配置给一个或者多个其他相应于凸轮9的凸轮。由此视构型而定可实现径向活塞泵或直列式活塞泵。

缸盖4具有一凸起部14。该凸起部14在导向孔12中延伸。该凸起部14具有一缸孔15，一泵活塞16在该缸孔中沿着缸孔15的轴线17可移动地导向。在此，该泵活塞16可沿着缸孔15的轴线17往复运动，如通过双箭头18图示的一样。该活塞16具有一端面19，该端面在缸孔15中限定一泵工作室20。一燃料管道21通到泵工作室20中，在该燃料管道中设置一入口阀22。在泵活塞16的吸入行程中，燃料通过入口阀22从燃料管道21流到泵工作室20中。此外，设有燃料管道23，在该燃料管道中设置一排出阀24。在泵活塞16的排流行程中，处于高压下的燃料由泵工作室20经过排出阀24输送到燃料管道23中。该燃料管道23例如与一燃料分配板连接。由此，处于高压下的燃料被输送至燃料分配板。

该泵组件13具有一滚子25，该滚子支承在滚子座26中。在此，该滚子座26安装在一基本空心圆柱形的槌体27中。此外，槌体27与一盘状的携动元件28连接，该携动元件在凸缘29上方包围泵活塞16。由此，泵活塞16通过其凸缘29与滚子座26保持贴靠。在此，设有一槌弹簧30，该槌弹簧作用在槌体27和携动元件28上并且因此与泵活塞一起以一定的弹簧力朝着滚子25加载槌体27。由此，带有凸缘29的泵活塞16、滚子座26、滚子25和凸轮9的滚动面31分别相互贴靠，其中，即使在高压泵1高转速的情况下确保这相互的贴靠。

在高压泵1运行时，通过驱动轴6与凸轮9绕着驱动轴6的旋转轴线32旋转实现泵活塞16的往复运动，使得处于高压下的燃料通过燃料管道23输送到燃料分配板或者类似的装置。由此在排流行程期间处于高压下的燃料位于泵工作室中。

由此在运行时借助运动的泵活塞16实现在泵工作室20中高压的生成，该泵活塞在缸孔15中非常窄地导向。在缸孔15和泵活塞16的外侧面35之间存在一定的导向缝隙。在泵活塞16的圆柱壳形的外侧面35和缸孔15之间的该导向缝隙被如此地选择，使得一方面确保泵活塞16的足够的灵活性并且另一方面通过导向缝隙的泄漏尽可能小。通过在此给出的非常窄的导向规定一低的高压泄漏。然而存在问题，即由于在泵工作室20中的在宽范围中变化的压力，从泵工作室20开始沿着缸孔15出现导向缝隙的取决于压力的扩大。在此，一方面通过加载导向缝隙，缸盖4的凸起部14在缸孔15的区域中扩大。另一方面泵活塞16在其外侧面35上被加载并且相应少许地被挤压。该实施例的高压泵1的泵活塞16由一具有各向异性的弹性模量的材料构成。由此可降低通过导向缝隙的泄漏。专门可防止或者至少防止随着在泵工作室20中升高的压力可能的泄漏量的增大。由此，在泵工作室20中非常高的压力情况下可专门防止过大的泄漏。由于在泵工作室20中非常高的压力情况下出现的泄漏产生显著的能量损失，该能量损失由此可被降低或者防止。由此即使在高的要产生的压力情况下可确保高压泵1的高的效率。

该实施例的高压泵1的泵活塞16的构型在下面参考图2至4以进一步的细节被描述。

图2以示意性视图示出实施例的高压泵1的泵活塞16的在图1中标记以II的部分，其中，图示了由于纵向负荷的径向变形U_RL。在泵工作室20中产生压强P，该压强作用在泵活塞16的端面19上。由此沿着泵活塞16的轴线17出现泵活塞16的缩短，也就是说长度变化36。该泵活塞16在该实施例中圆柱形地构造。在此，该泵活塞16在原始状态下也就是说在端面19上没有压力加载时具有一半径R。该泵活塞16由一具有各向异性的弹性模量的材料构成。在此，沿着轴线17规定一相对小的弹性，而在径向方向上也就是说垂直于轴线17规定一相对大的弹性。因此，该弹性模量沿着轴线17相对小并且在径向方向上相对大。此外，泵活塞16的材料具有一横向膨胀系数v，该横向膨胀系数不小于0.3。因此纵向膨胀相对于横向膨胀的比例大于或等于0.3。例如各向异性加工的钢具有0.3的横向膨胀系数。

由于纵向负荷的径向变形U_RL由横向膨胀系数v、泵活塞16的半径R以及压强P和在纵向上的弹性模量E_L的商的乘积生成：

(1)U_RL＝v·R·P/E_L。

该由于纵向负荷的径向变形U_RL引起泵活塞16沿着其轴线17一定地扩大，如在图2中通过示出的断裂线37图示的一样。在此说明，在图2中仅图示了由于纵向负荷的径向变形U_RL，该径向变形在实际中没有孤立地出现。相对于由于纵向负荷的径向变形U_RL还出现由于横向负荷的径向变形U_RQ，该径向变形U_RQ在下面根据图3示出。

图3扼要示意性地示出在图2中示出的泵活塞16，其中，图示了由于泵活塞16的横向负荷的径向变形U_RQ。在图3中在端面19上没有加载地理想化地示出在外侧面35上对泵活塞16的加载。在外侧面35上，泵活塞16被在泵活塞16和缸孔15之间的导向缝隙中的压强沿着轴线17加载。在端面19的区域中该压强与在泵工作室20中的压强P相同。在沿着导向缝隙的方向38上，在导向缝隙中的压强连续地减小。这在图3中通过不同长度的箭头图示，这些箭头在泵活塞16的外侧面35上示出。泵活塞16被在导向缝隙中的该压强挤压，使得出现径向变形U_RQ，该径向变形在图3中通过示出的断裂线39图示。为了简化，可零近似地出发，即在泵活塞16的邻近端面19的区段40中的导向缝隙中的压强与在泵工作室20中的压强P相同。在区段40中的该径向变形U_RQ由与横向膨胀系数v相同的被减数和与数字1相同的减数的差值、在泵工作室20中的压强P和与泵活塞16的半径R相同的被除数与相当于在横向上的弹性模量E_Q的除数的商的乘积得出。在此，该半径R是泵活塞16在原始状态时的半径R。由此得到：

(2)U_RQ＝(v-1)·R·P/E_Q。

图4为了解释实施例示意性地示出泵活塞16的在图2中示出部分，其中，示出由根据图2图示的由于纵向负荷的径向变形U_RL和根据图3图示的由于横向负荷的径向变形U_RQ形成的总和。因此在图2和图3中示出孤立的效应，这些效应用于设计泵活塞16，而在图4中图示在实际中出现的组合的效应。径向变形U由由于纵向负荷的径向变形U_RL和由于横向负荷的径向变形U_RQ形成的总和得出：

(3)U＝U_RL+U_RQ。

在此也出现泵活塞16的缩短，也就是说长度变化36。因此对于由于纵向和横向负荷的径向变形U借助方程式(1)和(2)得出：

(4)U＝P·R·(v/E_L+(v-1)/E_Q)。

通过以一商(该商的被除数和除数分别与在纵向上的弹性模量E_L相同并且因此该商与1相同)对方程式(4)扩展得出：

(5)U＝P·R·(v·E_Q+v·E_L-E_L)/(E_L·E_Q)。

由方程式(4)或者方程式(5)得出，径向变形是正的并且大，如果在纵向上的弹性模量E_L变得小，如果横向膨胀系数v变得大并且如果在横向上的弹性模量E_Q变得大。因此通过借助弹性模量的设定的变化构造泵活塞16来设定期望的径向变形U。

如果在纵向上的弹性模量E_L与在横向上的弹性模量E_Q相同，产生特殊情况。然后得出：

(6)U＝P·R·(2·v-1)/E，

其中，E称为弹性模量，该弹性模量在纵向和横向上是相同大小的。在该特殊情况下径向变形U是正的，如果横向膨胀系数v大于0.5。由于横向膨胀系数v进一步增大，径向变形U可进一步变大。

因此通过一设定，在该设定中在横向上的弹性模量E_Q大于在纵向上的弹性模量E_L，和/或一设定，在该设定中横向膨胀系数v大于0.5，因此获得正的和大的径向变形U。在此，泵活塞16的材料的特性也可沿着轴线17在方向38上变化，以便实现适配也沿着轴线17变化的、在导向缝隙中的压强。

通过正的径向变形U，也就是说通过随着在泵工作室20中增大的压强P而增大的径向变形U，如由方程式(4)和(5)得出的一样，因此可全部或者部分地补偿在增大的压强情况下凸起部14的缸孔15的确定的扩大。因此可降低或防止通过导向缝隙的泄漏非期望的增大。即使在泵工作室20中高压力的情况下可专门将在运行时出现的泄漏限制在相对低的值上。由此该实施例的高压泵1也适合用于在泵工作室20中生成很高的压力。

根据图4图示一构型，在该构型中径向变形U是正的。然而与相应的应用情况相关地也可如此地设计泵活塞16，使得该泵活塞在泵工作室中达到高压强P的情况下具有或者保持圆柱体的形状。这特别在这些构型中是有利的，在这些构型中缸孔15随着在泵工作室20中增大的压强P没有或者仅细微地扩大。

泵活塞16可例如由金属的材料构成。在此，可以应用有目的的辊压和硬化方法，以便在泵活塞16中获得各向异性的弹性模量。在此，专门设定在纵向也就是说沿着轴线17的弹性模量E_L和横向也就是说在半径R的方向上的弹性模量E_Q之间的差别。此外，可由玻璃纤维和/或碳纤维材料制成泵活塞16，其中，这些玻璃纤维和/或碳纤维各向异性地尤其在径向上以更大地分量设置在泵活塞16中。由于在纵向上相对小的弹性模量E_L，变形36在压力下沿着泵活塞16的轴线17变得大，其中，泵活塞16的材料的物质由于大的横向膨胀系数v优选在横向上也就是说在径向上偏移，而泵活塞16由于在其外侧面35上的压力负荷由于在横向上的高弹性模量E_Q仅很小地缩紧。

通过弹性模量在纵向和横向上变化的构型可有目的地设定在压力负荷下泵活塞16的变形。

本发明不局限于所描述的实施例。

Claims

1.高压泵(1)，尤其用于压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的径向活塞泵或者直列式活塞泵，具有至少一个泵组件(13)和一驱动轴(6)，其中，该泵组件(13)具有一在缸孔(15)中沿着该缸孔(15)的轴线(17)导向的泵活塞，该泵活塞能被所述驱动轴(6)驱动，并且其中，所述泵活塞(16)在缸孔(15)中限界一泵工作室(20)，其特征在于，所述泵活塞(16)至少区段地由具有各向异性的弹性模量的材料构成。

2.根据权利要求1的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的具有各向异性的弹性模量的材料具有不小于0.3的横向膨胀系数。

3.根据权利要求1或2的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的材料具有弹性模量，该弹性模量沿着缸孔(15)的轴线(14)小于垂直于缸孔(15)的轴线(14)。

4.根据权利要求1至3之一的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的材料具有金属的或者部分金属的材料，该材料被各向异性地加工。

5.根据权利要求4的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的材料通过至少一种各向异性的辊压方法和/或至少一种各向异性的硬化方法加工。

6.根据权利要求1至3之一的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的材料是玻璃纤维和/或碳纤维材料，该材料通过玻璃纤维和/或碳纤维各向异性地强化。

7.根据权利要求1至6之一的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)具有一端面(19)，所述泵活塞(16)的该端面(19)在缸孔(15)中限界泵工作室(20)并且所述泵活塞(16)被如此地构造，使得在以在该泵工作室(20)中产生的高压力加载泵活塞(16)的该端面(19)时至少在具有各向异性的弹性模量的材料的区段中出现泵活塞(16)的至少基本上消失的径向变形。

8.根据权利要求7的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的具有各向异性的弹性模量的材料具有大约0.3至大约0.5范围的横向膨胀系数。

9.根据权利要求1至6之一的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)具有一端面(19)，泵活塞(16)的该端面(19)在缸孔(15)中限界在泵工作室(20)中并且所述泵活塞(16)被如此地构造，使得在以在该泵工作室(20)中产生的高压力加载泵活塞(16)的该端面(19)时至少在具有各向异性的弹性模量的材料的区段中出现该泵活塞(16)的正的径向变形。

10.根据权利要求9的高压泵，其特征在于，所述泵活塞(16)的具有各向异性的弹性模量的材料具有大于0.5的横向膨胀系数。