CN106255823A - 高压燃料供给泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在高燃料压力下也确保油密性能，并且具有小型轻量的排出阀结构的高压燃料供给泵。排出阀的阀芯受到高背压，防止阀座部的变形导致的油密性能低下。此外，也使流路确保和小型化、轻量化相互调和。由于排出阀的阀芯具有引导部和曲面接触部，即使在施加了高背压的情况下也通过赫兹接触形成阀座部，从而发挥高油密性。此外，通过在阀芯设置引导部来限定曲面接触部，从而谋求阀芯的小型轻量化。

Description

高压燃料供给泵

技术领域

本发明涉及汽车用内燃机用的高压燃料供给泵的排出阀结构。

背景技术

关于在汽车等的内燃机内将燃料直接喷射至燃烧室内部的直喷类型，正广泛使用用于将燃料高压化的柱塞式高压燃料泵。

在日本特开2011-80391号公报中，存在有在内部收纳形成阀芯、阀座、弹簧的排出阀单元。该排出阀的阀座面是平面，通过将阀芯以及阀座的抵接部精度优良地研磨，从而可以获得油密性能(参照专利文献1)。

在专利394413号公报中，使用球状物作为阀芯。通过球状物受到背压而与阀座面抵接，和阀座发生赫兹接触，从而可以获得油密性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-80931号

专利文献2：日本专利394413号

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1的技术中，在以特别高的压力运转泵的情况下，阀芯受到较高的背压，平坦的阀座部变形，油密性能降低。

另一方面，在专利文献2的技术中，由于阀芯是球状，因此即使受到较高背压，阀座部的赫兹接触也被促进，从而可以获得较高的油密性。然而，采用球状的阀芯的话，几何学上阀座部不得不比球的直径要小(例如阀座角90度的情况下，阀座直径是直径的倍)，流路的确保存在限界。为了将流路变大，在扩大了球直径的情况下，导致质量增加，难免发生响应性恶化。此外，也伴随着球体保持部件的大型化，从而伴随着整体的大型化。

本发明的目的在于，提供一种即使在高燃料压力下也确保油密性能，并且具有小型轻量排出阀结构的高压燃料供给泵。

解决问题的技术手段

为了解决所述问题，本发明中具备：泵缸，其设置于泵上；柱塞，其能滑动地设置于泵缸内，随着凸轮的转动而往复运动；流体的加压室，其由柱塞及泵缸形成；电磁阀，其设置于在加压室和流体的吸入通道之间形成的空间；以及排出阀，其设置于在加压室和流体的排出通道之间形成的空间。排出阀具备：阀座构件，其具有直径朝向加压室而变小的圆锥状的阀座面；与阀座构件抵接的阀构件；将阀构件限制为能够在轴向上滑动的引导机构；形成在阀构件的与阀座抵接的抵接面上的曲面形状部；以及朝向阀座对阀构件施力的弹簧。

更优选的是，引导机构是由与阀芯一体形成的支承部构成的。

更优选的是，引导机构被形成在阀芯的阀座侧。

更优选的是，弹簧的直径小于阀座直径。

更优选的是，在阀座构件上设置有引导支承部的引导孔。

更优选的是，在阀座构件上设置有连通所述加压室和所述排出通道的连通通道，连通通道在引导孔的周围被设有多个。

发明的效果

利用这样的结构，排出阀的阀芯由于具有曲面形状的抵接面，因此在施加了较高背压的情况下通过赫兹接触，阀座部微小地变形而形成密封面，从而可以发挥较高的油密性。进一步地，由于阀芯只要仅抵接部具有曲面形状就可以了，因此可以省去阀座部的外侧部分，与完整球体相比，更小型轻量地形成变得可能。在此，为了曲面形状部可靠地与阀座抵接，需要抑制阀芯倾斜的引导机构，利用将阀芯限制为能够在轴向上滑动的的引导机构可以实现上述操作。

进一步地，通过引导机构在阀芯的阀座侧形成，可以缩短排出阀的全长。

进一步地，通过弹簧的直径小于阀座的直径，可以将排出阀的外径抑制到较小。

进一步地，通过在阀座构件侧设置阀芯的支承部的引导孔，可以使引导机构小型简单。

进一步地，通过在引导孔周围设置多个连通通道，可以降低对阀芯作用的流体力的周向的偏差。

根据上述效果，提供了一种即使在高燃料压力下也确保油密性能，并且具有小型轻量的排出阀结构的高压燃料供给泵。

附图说明

图1是本发明所实施的第1实施例的高压燃料供给泵的整体纵向剖面图。

图2是第1实施例的高压燃料供给泵的其他角度的剖面图。

图3是第1实施例的高压燃料供给泵的横向剖面图。

图4是包含高压燃料泵的系统整体图。

图5是实施本发明的第1实施例的排出阀机构的剖面图。

图6是实施本发明的排出阀机构的分解图。

图7是排出阀阀座构件的投影图。

图8是排出阀构件的剖面图。

图9是第2实施例的排出阀构件的剖面图。

图10是第3实施例的排出阀构件的剖面图。

图11是其他实施形式。

具体实施方式

以下，对本发明涉及的实施例进行说明。

使用图4示出的系统的整体结构图对系统的结构和动作进行说明。

用虚线围上的部分示出了高压燃料供给泵(以下称为高压泵)主体，该虚线中被示出的结构、部件是表示被一体地组装到高压泵主体1中。燃料罐20的燃料利用燃料泵被汲取上来，通过吸入管道28被送至泵主体1的吸入接头10a。

通过了吸入接头10a的燃料经由压力脉动降低机构9、吸入通道10b到达构成容量可变结构的电磁吸入阀30的吸入端口30a。关于脉动防止机构9在以下记述。

电磁吸入阀30具有电磁线圈308，在电磁线圈308没被通电时，利用衔铁弹簧303的作用力和阀簧304的作用力的差，吸入阀芯301被推压向开阀方向，吸入端口30d变为被打开的状态。另外，衔铁弹簧303的作用力和阀簧304的作用力被设定为

衔铁弹簧303的作用力>阀簧304的作用力。

在该电磁线圈308被通电的状态下，衔铁305向图4的左方移动，在该状态下，衔铁弹簧被维持在压缩的状态。以电磁柱塞305的顶端同轴接触的方式安装的吸入阀阀芯301通过阀簧304的作用力将连接至高压泵加压室11的吸入口30d关闭。

以下，对高压泵的动作进行说明。

在柱塞2因后文叙述的凸轮的转动而朝图4的下方位移而处于吸入过程状态时，加压室11的容积增加，加压室11内的燃料压力降低。在该过程中，当加压室11内的燃料压力低于吸入通道10b(吸入端口30a)的压力时，燃料通过处于开口状态的吸入口30d而流入至加压室11。在柱塞2已结束吸入过程而转变至压缩过程的情况下，柱塞2转入压缩过程(朝图1的上方移动的状态)。此处，电磁线圈308维持不通电状态，不作用磁作用力。因此，吸入阀阀芯301因衔铁弹簧303的作用力而维持开阀状态。加压室11的容积随着柱塞2的压缩运动而减少，但在该状态下，暂时被吸入至加压室11内的燃料会再次通过开阀状态的吸入阀阀芯301而被送回至吸入通道10b(吸入端口30a)，因此加压室的压力不会上升。将该过程称为送回过程衔铁弹簧。

在该状态下，当来自发动机控制单元27(以下称为ECU)的控制信号被施加至电磁吸入阀30时电磁吸入阀30的电磁线圈308流过电流，电磁柱塞305利用磁力作用力向图4的左方移动，衔铁弹簧303被维持在压缩的状态。其结果是，吸入阀芯301内衔铁弹簧303的作用力没有作用，是阀簧304的作用力和燃料流入吸入通道10b(吸入端口30a)的流体力起作用。因此，吸入阀301闭阀吸入端口30d关闭。当吸入端口30d关闭时，此时加压室11的燃料压力随着柱塞2的上升运动一起上升。而且，当变为燃料排出口12a的压力以上时，经由排出阀机构8进行加压室11残留的燃料的高压排出，对共轨23供给。该工程称为排出工程衔铁弹簧衔铁弹簧。

即，柱塞2的压缩过程(下始点到上始点之间的上升过程)由送回过程和排出过程构成。并且，通过控制对电磁吸入阀30的电磁线圈308的通电时刻，可控制所排出的高压燃料的量。若将对电磁线圈308通电的时刻提前，则压缩过程中的送回过程的比例较小、排出过程的比例较大。即，送回至吸入通道10b(吸入端口30a)的燃料变少、高压排出的燃料变多。另一方面，若延迟通电的时刻，则压缩过程中的送回过程的比例较大、排出过程的比例较小。即，送回至吸入通道10b的燃料变多、高压排出的燃料变少。对电磁线圈308的通电时刻由来自ECU的指令所控制。

通过以如上方式构成，通过控制对电磁线圈308的通电时刻，可将高压排出的燃料的量控制为内燃机所需要的量。

在加压室11的出口设置有排出阀机构8。排出阀机构8包括排出阀阀座8a、排出阀8b及排出阀弹簧8c，在加压室11与燃料排出口12没有燃料差压的状态下，排出阀8b因排出阀弹簧8c的作用力而压接在排出阀阀座8a上，为闭阀状态。从加压室11的燃料压力大于燃料排出口12的燃料压力时开始，排出阀8b抵抗排出阀弹簧8c而开阀，加压室11内的燃料经过燃料排出口12而高压排出至共轨23。

如此，被导引至吸入接头10a的燃料在泵主体1的加压室11中因柱塞2的往复移动而使得所需量的燃料被加压至高压，并从燃料排出口12被压送至共轨23。

在共轨23上安装有直接喷射用喷油器24(所谓的直喷喷油器)和压力传感器26。直喷喷油器24是根据内燃机的汽缸数来安装的，按照发动机控制单元(ECU)27的控制信号来开闭阀而将燃料喷射至汽缸内。

以下使用图1到图3对高压燃料泵的结构、动作更进一步地详细说明。

通常，高压泵被紧密贴合并固定在内燃机的汽缸盖41上。为了保持汽缸盖与泵主体之间的气密，在泵主体1上嵌入有O型环61。

在泵主体1上安装有端部形成为有底筒型形状的泵缸6，以引导柱塞2的进退运动，且在内部形成加压室11。进而，加压室11以连通至用以供给燃料的电磁吸入阀30和用以将燃料从加压室11排出至排出通道的排出阀机构8的方式设置有多个连通孔11a。

泵缸6在其外径中具有大径部和小径部，小径部被压入泵主体1，并且大径部和小径部的台阶6a与泵主体1面压接，对由加压室加压了的燃料向低压侧泄露进行密封。

在柱塞2的下端设置有挺杆3，所述挺杆3将内燃机的凸轮轴上所安装的凸轮5的转动运动转换为上下运动并传递至柱塞2。柱塞2经由扣件15并通过弹簧4而压接在挺杆3上。由此，随着凸轮5的转动运动，可使柱塞2上下进行进退(往复)运动。

此外，保持在密封件支架7的内周下端部的柱塞密封件13是以在泵缸6的图中下端部可滑动地接触于柱塞2的外周的状态设置，由此，柱塞2与泵缸6之间的漏泄间隙得以密封，从而防止燃料泄露至泵外部。同时，防止润滑内燃机内的滑动部的润滑油(也包括机油)经由漏泄间隙而流入至泵主体1的内部。

由燃料泵21汲取到的燃料经由与吸入管道28结合在一起的吸入接头10a而送至泵主体1。

缓冲件盖14通过与泵主体1结合而形成低压燃料室10，供通过吸入接头10a之后的燃料流入。在低压燃料室10的上游，例如以压入至泵主体1等方式安装有燃料滤清器102，以去除燃料中所含的金属粉等异物。

在低压燃料室10内设置有降低高压泵内所产生的压力脉动对燃料管道28的波及的压力脉动降低机构9。在暂时被吸入至加压室11内的燃料因容量控制状态而再次通过开阀状态的吸入阀阀芯301被送回至吸入通道10b(吸入端口30a)的情况下，已被送回至吸入通道10b(吸入端口30a)的燃料会导致低压燃料室10产生压力脉动。但是，设置在低压燃料室10内的压力脉动降低机构9是由金属缓冲件9a形成，该金属缓冲件9a是在2块波纹板状的圆盘型金属板的外周将该2块圆盘型金属板加以粘合并在内部注入氩气之类的惰性气体而成的，通过该金属缓冲件9a的膨胀、收缩，压力脉动被吸收、降低。9b是用以将金属缓冲件9a固定在泵主体1的内周部的安装金属件降低机构降低机构。

电磁吸入阀30为一种可变控制机构，其配备有电磁线圈308，经由端子307与ECU连接，通过反复进行通电和不通电来控制吸入阀的开闭，由此控制燃料的流量。

在电磁线圈308未通电时，衔铁弹簧303的作用力经由衔铁305以及以成为一体的方式形成于衔铁305上的衔铁杆302而传递至吸入阀阀芯301。设置在吸入阀阀芯内侧的阀簧304的作用力被设定为：

衔铁弹簧303的作用力＞阀簧304的作用力，

结果，吸入阀阀芯301朝开阀方向被施力，使得吸入口30d成为打开状态。此时，衔铁杆302与吸入阀阀芯301以302b所示的部位相接触(图1所示的状态)衔铁弹簧衔铁弹簧。

因线圈308的通电而产生的磁作用力是被设定为具有衔铁305能克服衔铁弹簧303的作用力而吸引至固定件306侧的力。通电时，衔铁303朝固定件306侧(图中左侧)移动，形成于衔铁杆302端部的挡块302a抵接至衔铁杆轴承309而卡止。此时，衔铁301的移动量和吸入阀阀芯301的移动量以衔铁301的移动量＞吸入阀阀芯301的移动量的方式设定有间隙量，衔铁杆302与吸入阀阀芯301的接触部302b断开，结果，吸入阀阀芯301被阀簧304施力，使得吸入口30d成为关闭状态衔铁弹簧。

电磁吸入阀30以吸入阀阀芯301能够堵塞去往加压室的吸入口30d的方式将吸入阀座310保持气密地插入至筒状凸台部1b，从而固定在泵主体1上。在电磁吸入阀30已安装在泵主体1上时，吸入端口30a与吸入通道10b得以连接。

使用图5或者图6对本实施例中的排出阀机构8进行说明。排出阀机构8包括排出阀阀座构件8a和排出阀构件8b，所述排出阀阀座构件8a以能在中心保持往复滑动的方式设置有轴承8d，所述排出阀构件8b设置有能够相对于排出阀阀座构件8a的轴承进行滑动的中心轴。排出阀构件8b形成能够通过与排出阀阀座构件8a接触来保持油密的环状接触面。排出阀弹簧8c被设定为朝闭阀方向对排出阀构件8b施力。在排出阀阀座构件8a上，以轴承8d为中心，呈同心圆状地穿设有多个连通通道8g。排出阀阀座构件8a例如通过压入而保持在泵主体1上，插入排出阀构件8b、排出阀弹簧8c并通过密封塞17而密封在泵主体1中，由此构成排出阀机构8。排出阀机构8作为限制燃料的流通方向的止回阀而发挥作用。在本实施例中，是通过了排出阀阀座构件8a的燃料通过排出通道110，通过燃料排出口12而流向下游侧的结构。排出通道的确保是酌情设计的，例如，在密封塞17直接地设置排出通道也可以构成本发明意图的排出阀机构。

使用图7对排出阀阀座构件8a进行说明。所述的连通通道8g配置有3条，以轴承8d为中心呈同心圆状地被配置。在本实施例中示出了3条连通通道8g，孔数和大小考虑需要的流量、压力损失、平衡等来设计。也就是说，用于构成本发明意图的排出阀可以说是酌情设计的。与排出阀构件8b接触的阀座面8i形成为圆锥形状。当从剖面看时是锥形。

使用图8对排出阀构件8b进行说明。在排出阀构件8b上设有曲面部8h，该位置和排出阀阀座构件8a接触形成环状接触面。本实施例中曲面部8h具有曲率半径R。

当排出阀构件8b的曲面部8h被按压至排出阀阀座构件8a的阀座面8i时，曲面部8h微小地变形，形成能保持油密的环状接触面8f。由于曲面部8h的抵接部在整个圆周以均等的曲率半径R而形成，因此环状接触面8f可以在整个圆周形成均等的阀座面。此外，由于阀座面是通过曲面部8h的按压所导致的变形而被形成的，作用于阀芯的压力(背压)越大，阀座面形成地越广，阀座部的间隙越小。曲面部和阀座部的微小变形的道理可以通过伴随通常已知的赫兹接触的变形来说明。

进一步地，曲面部8h不只是环状接触面，在其前后(内周侧和外周侧)有相同曲率半径R的扩展。由此，即使引导部有少许倾斜，被推到排出阀阀座构件8上的曲面部8i也可以具有相同的曲率半径，形成可保持油密的环状接触面8f。此外，由于曲率半径固定的部位仅是阀座部及其前后，因此相比纯粹的球形状的阀芯，可以谋求更小型轻量化。轻量化优选的是提高排出阀的响应性。此外，通过将排出阀弹簧8c向中心轴侧设置，可以谋求排出阀机构8整体的小径化。在本实施例中，示出了相比环状接触面8f在内侧设置排出阀弹簧8c的例子，但即使相比环状接触面设置在外侧，也可以构成技术方案1或者2记载的排出阀机构。

实施例2

使用图9或者图10示出其他形式的实施例。

排出阀机构8'具有排出阀阀座构件8a'、排出阀构件8b'、排出阀弹簧8c'。在其下游存在对排出阀机构8'进行密封的密封塞17'，并在密封塞17'中设有排出通道110'。

排出阀构件8b'具有曲面部8h'，引导部8e'设在阀芯的外周部。排出阀构件的最外径和曲面部8h'的最外径大体相同，相比纯粹的球形状的阀芯，将最外径抑制得较小。弹簧8c收纳于引导部8e'的内周壁面。在该结构中，由于排出阀构件的引导部和弹簧收纳部并列地构成，因此可以缩短排出阀构件的全长。此外，根据上述理由也可以实现想对的小型轻量。

使用图11示出其他形式的实施例。该排出阀构件具有锥形部8j，在锥形部8j的端部上设有极小长度的曲面部8h”。该曲面部8h”是与排出阀阀座构件抵接而形成可保持油密的环状接触面的部位。将引导机构的精度设计得较高，使排出阀构件的倾斜范围变窄，由此极小长度的曲面部8h”构成为与阀座面可靠地接触。即使在该实施方式中，也基本上将曲面部紧贴阀座而形成环状接触面，能够构成本发明谋求的排出阀。在本实施例中，可以提高曲率半径R的自由度，配合使用环境，选定更适当的曲率半径。此外，和实施例2同样的，也可以实现小型轻量化。

符号说明

1 泵主体

2 柱塞

6 泵缸

8 排出阀机构

9 压力脉动降低机构

30 电磁吸入阀

100 安全阀机构。

Claims (6)

1.一种高压燃料泵为柱塞式高压燃料泵，其包括：泵缸，其设置于泵上；柱塞，其能滑动地设置于所述泵缸内，随着凸轮的转动而往复运动；流体的加压室，其由所述柱塞及所述泵缸形成；电磁阀，其设置于在所述加压室和流体的吸入通道之间形成的空间；以及排出阀，其设置于在所述加压室和流体的排出通道之间形成的空间，

所述高压燃料泵的特征在于，

所述排出阀具备：阀座构件，其具有直径朝向所述加压室而变小的圆锥状的阀座面；与所述阀座构件抵接的阀构件；将所述阀构件限制为能够在轴向上滑动的引导机构；形成在所述阀构件的与所述阀座抵接的抵接面上的曲面形状部；以及朝向所述阀座对所述阀构件施力的弹簧。

2.根据权利要求1所述的高压燃料泵，其特征在于，

所述引导机构是由与所述阀芯一体形成的支承部构成的。

3.根据权利要求1或者2所述的高压燃料泵，其特征在于，

所述引导机构被形成在所述阀芯的所述阀座侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压燃料泵，其特征在于，

所述弹簧的直径小于阀座直径。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的高压燃料泵，其特征在于，

在所述阀座构件上设置有引导所述支承部的引导孔。

6.根据权利要求5所述的高压燃料泵，其特征在于，

在所述阀座构件上设置有连通所述加压室和所述排出通道的连通通道，所述连通通道在所述引导孔的周围被设有多个。