CN103299063B - 用于燃料喷射系统的压力存储装置 - Google Patents

Abstract

在用于燃料喷射系统的压力存储装置中，具有壳体（50），一个封闭体（52）在所述壳体中限定了一个存储腔（56），所述存储腔能够借助所述封闭体（52）的运动从一个其中具有的低的压力水平膨胀到一个其中具有的高的压力水平，一个第一密封元件（58）和一个第二密封元件（60）被如此设置，使得在低的压力水平时所述第一密封元件（58）流体密封地起作用并且在高的压力水平时所述第二密封元件（60）流体密封地起作用。

Description

用于燃料喷射系统的压力存储装置

技术领域

本发明涉及一种用于燃料喷射系统的压力存储装置，它具有壳体，一个封闭体在所述壳体中构成了存储腔的边界，所述存储腔能够借助所述封闭体的运动从其中具有的低的压力水平膨胀到其中具有的高的压力水平。

背景技术

内燃机或内燃发动机、特别是强制点火式发动机的已公开的燃料喷射系统作为所谓的直接喷射（DI）以直至200bar的喷射压力工作。所述压力借助泵、特别是高压泵来产生，所述泵特别是借助凸轮轴由内燃机机械地驱动。所述泵具有一个压力腔，所述压力腔可以借助活塞被压缩，以将燃料从压力腔输送到压力区域中、特别是高压区域中，从那里将燃料喷射。电机械的、特别是电磁的量调节阀控制由高压泵每个供油冲程向高压区域中、向所谓的共轨（Rail）中输送的燃料量。结合由高压传感器所测量的高压信号，发动机-控制装置借助所述量调节阀将压力区域中的压力调节到所希望的水平。

发明内容

根据本发明提出了一种用于燃料喷射系统的压力存储装置，它具有一个壳体，一个封闭体在所述壳体中限定了一个存储腔，所述存储腔能够借助所述封闭体的运动从一个其中具有的低的压力水平膨胀到一个其中具有的高的压力水平。一个第一密封元件和一个第二密封元件被如此设置，使得在低的压力水平时所述第一密封元件流体密封地起作用并且在高的压力水平时所述第二密封元件流体密封地起作用。在此，所述流体密封的作用特别是与所述封闭体的配合作用获得。

根据本发明，设置了带有借助第一和第二密封元件的密封的压力存储装置或压力存储器。此外，压力存储装置配置有一个可运动的封闭体，所述封闭体可选择地与所述两个密封元件中的一个流体密封地配合作用。封闭体在压力存储装置内的两个被密封的位置之间运动并且在此允许所配属的存储腔膨胀或压缩。同时，这种密封分别恰好在封闭体与这些密封元件配合作用的两个位置中封闭存储腔。

封闭体根据存储腔中的压力水平而运动并且在此使所述存储腔增大或减小。由此可以将燃料中间存储在所述存储腔中。此外，通过封闭体的移动降低了高压区域中的压力波动，这样就卸载了其余的高压部件。

当封闭体占据了确定的位置或地点时，这些密封元件同时负责附加的密封。优选这样的位置：在这些位置中，封闭体长时间地保持不动。由此，超过所述时间段仅产生小的压力损失。这种压力存储装置优选用于保持燃料喷射系统的高压区中的最小压力。

在发动机运行时，在高压区域中以及因此在压力存储装置上具有至少高的压力水平。通常，系统压力甚至超过所述压力存储装置的高的压力水平。在此，该压力水平几乎无泄漏地被保持，因为封闭体与第二密封元件配合作用。

虽然在发动机关断时，压力降低到低的压力水平，其中，封闭体首先没有靠置在单个的密封元件上并且相应地具有比其在第二密封元件上更大一些的泄漏。但是，所述泄漏是可容忍的，因为封闭体可以相比较而言快速地到达这样的位置，在该位置中在存储腔中具有低的压力水平。在此，封闭体相应地又在第一密封元件上流体密封地密封高压区域。

因此提出一种压力存储装置，利用所述压力存储装置避免了在高压区域中的压力剧降、特别是在喷射大的燃料量的情况下。这使得能够在高压区域中应用相比较而言小体积的共轨。

在此，本发明同时提出了一种尤其是成本低廉的压力存储器，而对封闭体和包围所述封闭体的壳体之间的配合没有高的要求。

根据本发明的解决方案与其封闭体被构造为膜片的压力存储器相反。膜片有以下缺点：即超过其使用寿命它会变得可通透或不密封，并且它具有一定的剩余渗透性。特别是在应用燃料时，所述燃料是一种对许多材料有侵蚀作用的液体，膜片的这种特性可能是不利的。根据本发明的压力存储装置不具有这样的缺点，它可以被成本低廉地制造并且超过整个使用寿命也是足够密封的。

所述第一密封元件和/或第二密封元件优选如此地设置在壳体中，使得这些密封元件中的至少一个构成用于封闭体的止挡。借助封闭体在第一和/或第二密封元件上的这种靠置通过封闭体在这些密封元件上的压紧附加地支持所述密封。在此，这些密封元件优选构造成弹性的。

在存在高的压力水平（高压运行）期间的密封能够优选通过封闭体靠置在第二密封元件上来实现。由此，在以高的系统压力运行期间实现了特别小的泄漏。

在存在低的压力水平（静止状态）期间的密封优选通过封闭体在第一密封元件上的靠置实现。

为了特别是在热起动中能够实现快速的压力建立，有利的解决方案是尤其是与小的共轨的组合。在小共轨时可能会出现的不希望的压力剧降通过所述压力存储器被避免。

在此，所述封闭体的移动位移由至少一个密封元件、优选由两个密封元件限定。封闭体的止挡也提供了封闭体的被定义的定位或位置并且因此限定了存储腔的体积变化。

所述壳体优选配置成缸，封闭体作为活塞被可移动地支承在所述缸中。封闭体或活塞的形状优选与壳体的内部形状相匹配。由此，也在封闭体从一个密封元件到另一个密封元件的运动期间形成了用于封闭体的被定义的导向情况以及高程度的密封。

原则上应力争达到，封闭体的横截面积和壳体的横截面积被大致相同地构造。由此，封闭体在壳体中作为分隔壁起作用，该分隔壁在壳体中分隔出存储腔。在此，来自高压区域的压力施加在封闭体的、特别是活塞的端面上。所期望的压力存储功能可以有利地通过端面的在其尺寸和形状上的定义的构型被影响。

另外，优选地设置一个弹簧元件，利用所述弹簧元件将封闭体向存储腔的方向预加载。在此，封闭体被向所述存储腔缩小的方向以及因此向高压区域的方向预加载。高压区域中的压力抵抗所述弹性的预加载起作用。如果封闭体在低的压力水平中处于其静止位置中，则所述封闭体靠置在第一密封元件上并且同时借助弹簧元件被压向所述密封元件。所述弹簧元件支持密封，因为通过它的预加载使得一个压紧力作用到第一密封元件上。

在高压区域的压力上升期间，弹簧元件在存储压力期间附加地以反作用力作用在压力存储装置上并且导致封闭体慢慢地回退。在此，弹簧元件一直以反作用力起作用，直到封闭体靠置在第二止挡上、特别是靠置在第二密封元件上。

所述弹簧元件优选是弹性的元件、弹簧、特别是螺旋弹簧或者气体腔。根据弹簧的设计（弹簧刚度、材料、尺寸）可以调节其在封闭体上的压紧力。

所述壳体优选由封闭体分成两个腔，其中第一腔构成存储腔。在此，壳体适用于与所配属的燃料喷射系统的高压区域流体密封地连接，并且第二腔适用于与所配属的燃料喷射系统的低压区域流体密封地连接，以便能够将来自高压区域的泄漏导出。于是，在一侧来自燃料喷射系统的高压区域的高压力以及在另一侧来自其低压区域的低压力作用到封闭体上。所述低压区域优选通过节流阀与第二腔连接。因此实现了封闭体的有利的减振，并且同时实现了用于封闭体的弹性的预加载的力支持以及因此在高压区域中所希望的压力建立或压力获取。

这些密封元件优选设置在壳体的内壳面上。于是，这些密封元件被简单地设置并且地点固定地被保持。这在特别是被构造成活塞的封闭体靠置在相应地定位的密封元件上时起到好的密封作用。

尤其优选地，这些密封元件被构造成环形的。环形可以被成本低廉地制造、尤其被制造为传统的O形圈。在此，所述环形围绕所述压力存储装置的入口或出口。这种密封元件-圈也被构造成整个圆周的密封。所述环形优选在径向很外面延伸在活塞圆周附近。由此产生大的密封面，其中，为了密封仅仅需要相对小的密封力。所述密封元件的环形可以通过注塑或者挤压被相对简单地制造。

封闭体优选在靠置的状态中以边缘区域靠置在至少一个密封元件上。由此，通过使封闭体的边缘区域挤入优选弹性的元件中来实现改进的密封。

此外，优选提出一种燃料喷射系统的泵，其中集成一种如上所述的压力存储装置。因此，所述泵形成一种尤其紧凑的结构方式并且可以避免单独到低压系统的软管装置。

另外，如提到的那样，上述的压力存储装置优选使用在燃料喷射系统中。在没有压力存储器的燃料系统中以及特别是在小的共轨-体积情况下，由于在冷起动（例如-30°C）中需要非常大的喷射量以及在冷时燃料的弹性模量（E-Modul）增加时，共轨压力会强烈地下降，而这种压力存储器通过其燃料存储功能阻止了过大的压力剧降。

如果在冷起动中在低的泵转速时在压力建立到超过存储器的上压力水平的系统压力之后实现燃料喷射，那么首先压力下降直至上压力水平。燃料通过喷射的进一步抽取被通过压力存储器中所含有的燃料量来补加。于是，在从压力存储器来进行燃料回送时，压力则仅仅下降了通过活塞冲程造成的等效的力变化。

如果压力下降到上压力水平以下并且由此可能在雾化以及混合气制备时导致缺点，则存储功能仅在大的喷射量时起作用。由此，压力存储器补偿了缺点，例如具有小体积的共轨的在其他情况下的强烈的压力剧降，并且使得成本低廉的小共轨的使用成为可能。在压力存储器结合小的共轨-体积时，在压力建立时间中不产生缺点。

所述内燃机特别是以起动机转速旋转，直至系统压力通过泵被建立。优选的是，在下止挡和上止挡之间的存储体积比泵可以通过一个冲程输送的量更少。因此，压力存储器在最多一个供油冲程中被填充。在压力存储器的所述两个压力水平以下及以上，压力上升由于小的共轨-体积而非常快。

由于根据本发明的密封元件或密封，不必对活塞和壳体之间的活塞间隙提出极端的要求，这些极端要求只可以通过费事的或者昂贵的措施、例如活塞和壳体或缸的精确的配对来实现。

当发动机关闭时，也就是在泵输送结束后，系统压力由于高压系统中所有泄漏的总和而慢慢地下降。压力首先处于上压力水平以上，从而所述压力存储器由于上密封元件或上密封的原因不提供对于总泄漏以及由此对于压力下降值得一提的贡献。然而，在一定的时间之后低于上压力水平，从而活塞不再密封并且在活塞间隙上出现提高的泄漏。这导致了压力这时更快一些地进一步下降，然而只直至下止挡处。下密封元件或下止挡阻止了快速完全的压力消除。在下止挡中，特别是活塞和壳体或缸之间的活塞间隙对于总泄漏以及因此进一步的压力下降没有影响。

在上止挡上的密封确保了，特别是在要求内燃机快速的再起动的现代的起动/停止系统中存在起动过程中足够高的共轨压力。

在下止挡上的密封确保了，即使在长时间关闭之后、也就是不只在起动/停止模式中，也存在一定的最小压力，并且在高压系统中在后加热阶段中不能形成使可靠的起动变得困难（热/热起动）的空气和燃料蒸气。

可选的是，具有仅一个密封元件或一个密封的压力存储装置也是可设想的，也就是只有一个在上止挡上的密封或者只在下止挡上的密封。所述压力存储装置的功能性则在需要时稍微小些，但这降低了成本。

附图说明

以下参照所属的示意性附图更详细地阐述根据本发明的解决方案的实施例。其示出：

图1根据现有技术不具有压力存储装置的燃料喷射系统的液压线路图，以及

图2具有根据本发明的压力存储装置的燃料喷射系统的液压线路图。

具体实施方式

在图1中示出了具有泵12的燃料喷射系统10。在燃料喷射系统10中，泵12吸入侧的区域称为低压区域，并且泵12压力侧的区域称为压力区域或者高压区域。

在低压区域中，通过电燃料泵16以大约5bar的压力将燃料从燃料箱14经由燃料滤清器18泵向管道20。安全阀22可以将燃料由燃料泵16引导回燃料箱14中。在管道20上设置了一个低压阻尼器24。

在管道20中，通过一个量调节阀26来调节被输送向泵12的燃料量。泵12将所述燃料的压力提高直至大约200bar，其中，燃料通过共轨节流阀44被输送到共轨28中。该高压力定义了已经提到的、泵12压力侧的高压区域。燃料可以通过喷射阀30由共轨28被喷射到内燃机32中。

由泵12所产生的压力根据内燃机32的运行状态部分地对于所希望的喷射是过高的。因此将泵12的过压由高压区域导出到泵12中。为此，在泵12压力侧从高压区域分支出一个回导管道34，所述回导管道导回至泵12的输送腔中。被安装在泵12压力侧的止回阀36形成泵12的排出阀。止回阀36仅从一个确定的压力水平起才打开并且阻止燃料相对于其输送方向相反地流动。一个另外的、设置在回导管道34中的止回阀38作为限压阀确保了，只有处在过压下的燃料才被导回到泵12中。仅仅从一个确定的更高的压力水平起，所述止回阀38也才在朝向低压区域的通流方向打开。

附加地，如已述的，在低压区域中向泵12输送的燃料量可以通过所述量调节阀26被计量，从而泵12理想地完全不产生太强的过压。被输送的燃料的量通过一个相比较而言复杂的电机械系统来调节。在共轨28上，高压传感器40测量处于那里的压力。控制装置42获取关于来自高压传感器40的共轨压力的信息并且对其进行处理。根据控制装置42的编程来调节所述量调节阀26。因此，量调节阀26基于共轨24中所出现的以及所测量的燃料压力来调节泵12每个供油冲程所输送的燃料量。

在图2中示出了根据本发明的燃料喷射系统10，其中，燃料同样首先被泵入低压区域的管道20中。

在泵12的压力侧、即压力区域或者说高压区域中设置了一个止回阀36。止回阀36从一个确定的压力水平起才打开并且阻止燃料相对于所述输送方向相反的流动。接着，燃料由于泵12的泵压力通过共轨节流阀44被输送到共轨28中。燃料从那里到达喷射阀30并且同样被喷射到内燃机32中。

在泵12后面的压力侧或者说泵12与共轨28之间，高压区域与一个压力存储装置48耦合。压力存储装置48包括壳体50，在所述壳体中，一个封闭体52被弹簧元件54、优选螺旋弹簧的形式向高压区域预加载。替代地，也可借助气体压力来预加载所述封闭体。封闭体52以活塞的形式构型并且可运动地或可移动地设置在壳体50中。在此，封闭体52构成了一个存储腔56的边界。

当封闭体52由于力作用克服其在壳体50中的预加载而被移动时，存储腔56是可膨胀的或者可压缩的或可以在其体积方面被增大或者减小。存储腔56的体积的可变化性使得压力存储功能成为可能，之后将更详细地说明所述压力存储功能。

附加地，在壳体50中设置一个第一密封元件58和一个第二密封元件60。在壳体50的纵向上观察，第一密封元件58参照图2在封闭体52之下处于存储腔56中。第二密封元件60处于封闭体52之上在一个腔62中，在所述腔62中也设置了该弹簧元件54。

所述两个密封元件58、60构成用于可移动的封闭体52的下以及上止挡。在此，这些密封元件58、60被构造成环形并且设置于在此圆柱形的壳体50的外壳的内表面上。同时具有弹性的密封元件58、60的环形可以简单地实现。这些密封元件可以通过注塑或者挤压被相对简单地制造。

根据图2的泵12将燃料同样置于高压下并且将其导向共轨28。如果高压区域中的压力由于泵输送而超过压力存储器48的下压力水平，则封闭体52被往回推并且存储腔56的体积增大。由此，燃料可以在存储腔56中避让并且以这种方式限制高压区域中的压力升高。通常情况下，泵12压力侧上的压力至少为大约40bar。弹簧元件54被如此设计，使得它在大约40bar的压力的情况下或在一个相应于该压力的弹簧力时回让（下压力水平）。压力存储器48的上压力水平被如此设计，使得它刚好处于一个通常的压力区域之下，在所述通常的压力区域（例如大约50bar）中进行通常运行中的喷射。因此确保了，在大约50bar以上的喷射压力中，不出现提高的泄漏。

存储腔56被如此设计，使得它可以接收对于冷起动喷射所需的燃料量。如果压力由于冷起动喷射在存储腔56中急降，则封闭体52朝其在第一密封元件58上的初始位置的方向进行返回运动，由此推动燃料并且因此阻止过度的压力剧降。

在封闭体52和壳体50之间由于在那里构造的滑动密封64导致泄漏。因为通常情况下来自高压区域的燃料在存储腔56中压向封闭体52，因此在滑动密封64上出现的泄露被导出到腔62中。所述腔62借助管道66与低压区域联接。在此借助节流板构成的节流阀68位于管道66上。所述管道和节流阀装置的功能在于，阻尼封闭体52的运动，以避免质量-弹簧-系统（封闭体52，弹簧元件54）的例如固有振动。

此外，根据图2的构型可以与根据图1的构型的部分方面相结合。由此可以特别是在根据图2的构型中设置一个量调节阀26。此外，止回阀38可以通过压力存储装置48代替。此外，根据图2的电驱动的泵12可以通过根据图1的机械驱动的泵12代替。

Claims (9)

1.用于燃料喷射系统的压力存储装置，具有壳体(50)，在所述壳体中一个封闭体(52)限定一个存储腔(56)，所述存储腔能够借助封闭体(52)的运动从一个其中具有的低的压力水平膨胀到一个其中具有的高的压力水平，其特征在于，一个第一密封元件(58)和一个第二密封元件(60)被如此设置，使得在低的压力水平时所述第一密封元件(58)流体密封地起作用并且在高的压力水平时所述第二密封元件(60)流体密封地起作用，

所述第一密封元件(58)和所述第二密封元件(60)被如此设置在所述壳体(50)中，使得所述第一密封元件(58)和所述第二密封元件(60)形成用于所述封闭体(52)的下止挡及上止挡。

2.根据权利要求1所述的压力存储装置，其特征在于，所述壳体(50)被以缸来构造，所述封闭体(52)作为活塞被可移动地支承在所述缸中。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的压力存储装置，其特征在于，设置了一个弹簧元件(54)，所述封闭体(52)被借助所述弹簧元件朝所述存储腔(56)的方向预加载。

4.根据权利要求1或2所述的压力存储装置，其特征在于，所述壳体(50)被所述封闭体(52)分成两个腔，所述两个腔中的一个第一腔(56)形成所述存储腔并且适用于与一个所配属的燃料喷射系统的高压区域流体传导地连接，并且第二腔(62)适用于与一个所配属的燃料喷射系统的低压区域流体传导地连接。

5.根据权利要求1或2所述的压力存储装置，其特征在于，所述第一密封元件(58)和第二密封元件(60)设置在所述壳体(50)的内壳面上。

6.根据权利要求1或2所述的压力存储装置，其特征在于，所述第一密封元件(58)和第二密封元件(60)构造成环形。

7.根据权利要求1或2所述的压力存储装置，其特征在于，所述封闭体(52)在靠触的状态中以边缘区域靠置在所述密封元件(58，60)中的至少一个上。

8.燃料喷射系统的泵，其中集成了一种根据权利要求1至7中任一项所述的压力存储装置。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的压力存储装置在燃料喷射系统中的应用。