CN109790808A - 止回阀、高压引导构件和高压燃料泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种止回阀（48），其中密封元件（52）和螺旋弹簧（54）将阀座（64）上的密封元件（52）保持在具有内直径（DI）的阀孔中（58），其中螺旋弹簧（54）具有多个具有外直径（DA）的螺旋匝（62），其中在非组装状态下所述螺旋匝（62）中的至少一个螺旋匝的外直径（DA）大于阀孔（58）的至少一个子区域的内直径（DI）。本发明还涉及一种高压引导构件（44）和一种具有这种止回阀（48）的燃料高压泵（18）。

Description

止回阀、高压引导构件和高压燃料泵

技术领域

本发明涉及一种用于燃料喷射系统中的高压引导构件的止回阀，一种具有这种止回阀的高压引导构件以及一种包括这种带有止回阀的高压引导构件的燃料高压泵。

背景技术

燃料喷射系统中的燃料高压泵用于向燃料加载高压，其中例如在汽油内燃机的情况下，压力处于150巴至500巴的范围内，并且在柴油内燃机的情况下，压力处于1500巴至3000巴的范围内。相应的燃料中可产生的压力越高，在燃烧室中在燃料燃烧期间产生的排放越低，特别是在越来越强烈地期望减少排放的背景下，这是有利的。

在此，燃料在燃料高压泵中在为此设置的压力室中被压缩，并且然后通常通过高压接头供应到液压地后置于压力室的蓄压器、即所谓的共轨系统，然后燃料可以从所述共轨系统通过喷射器喷射到燃烧腔室的燃烧室中。

燃料喷射系统是这样的液压系统，在该液压系统中在不同的位置处使用被动阀、例如止回阀，以便在达到预定的压力水平之后才允许传递经压力加载的燃料。

这种止回阀可以例如设置为燃料高压泵的高压接头中的出口阀，但也可以设置为限压阀，其在过压的情况下将多余的燃料排出（absteuern）燃料喷射系统的高压区域，以便对其进行卸载。

用于这种应用的、由现有技术中、例如由DE 10 2014 206 968 A1已知的止回阀通常由三个主要构件组成，即密封元件、螺旋弹簧以及弹簧固定元件，该螺旋弹簧将密封元件预紧到配属的阀座上，螺旋弹簧支撑在该弹簧固定元件上。该弹簧固定元件通常被压入相应的孔中，被加载高压的燃料应当穿过该孔被进一步导引。

然而，如果压力在大于2000巴的范围内变动，越来越难以确保该弹簧固定元件和高压引导构件之间的可靠的压紧连接，该孔被引入所述高压引导构件中。由于内部压力，高压引导构件在孔的区域中扩宽，其中该这种扩宽接收来自压紧复合件的应力并且弹簧固定元件开始在孔中游走，所述弹簧固定元件被容纳在所述孔中。然后止回阀不再提供阀功能。

此外，弹簧固定元件作为单个的构件在高压引导构件中需要额外的构造空间，所述弹簧固定元件安置在所述高压引导构件中。

发明内容

本发明的目的是提出一种止回阀，该止回阀比迄今已知更牢固地固定在高压引导构件中。

该目的通过具有独立权利要求1的特征组合的止回阀实现。

具有这种止回阀的高压引导构件以及具有这种止回阀的燃料高压泵是并列权利要求的主题。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

用于燃料喷射系统中的高压引导构件的止回阀具有阀壳体和螺旋弹簧，该阀壳体具有构造在其中的、具有内直径的阀孔，在该阀孔中布置有阀座和与阀座共同作用的密封元件，该螺旋弹簧通过沿阀孔的纵向轴线作用的弹簧力将密封元件保持在阀座上。螺旋弹簧具有多个螺旋匝，螺旋匝分别具有外直径。在止回阀的非组装状态下，这些螺旋匝中的至少一个螺旋匝的外直径大于阀孔的至少一个子区域的内直径，从而在止回阀的组装状态下螺旋弹簧以力锁合的方式固定在阀孔中。

在所提出的止回阀中可行的是，与现有技术相比可以省去弹簧固定元件，因为螺旋弹簧本身建立与高压引导构件的力锁合连接，并且由此可以省去弹簧固定元件。由此，避免了诸如弹簧固定元件和高压引导构件的压紧连接的压力瓦解（Druckunterwanderung）之类的负面影响。此外，通过省去压紧连接增加了高压引导构件的高压强度。此外，也可以节省在现有技术中设置用于弹簧固定元件的构造空间。

优选地，螺旋弹簧具有弹簧预紧区域和力锁合区域，弹簧预紧区域可通过预限定的力值而沿纵向轴线变形，力锁合区域通过预限定的力值而沿纵向轴线基本上不可变形。在此，螺旋弹簧使得密封元件与弹簧预紧区域接触，其中力锁合区域沿着纵向轴线与密封元件相对置地布置。

因此，螺旋弹簧以这样的方式构造，使得其一个区域被优化以提供必要的弹簧力以将密封元件保持在阀座上，并且与其分离的区域被优化以提供固定用于防止螺旋弹簧在高压引导构件中移位。利用这样优化的螺旋弹簧，可以有利地绕开由于压紧连接的瓦解而引起的在弹簧固定元件中发生的构件变形的问题，因此可以简单地省去弹簧固定元件，因为固定部在高压引导构件中容纳螺旋弹簧本身。因此，该螺旋弹簧在几何形状上以这样的方式适配，使得一方面它在弹簧预紧区域中进行对密封元件的弹簧预紧，另一方面，它在力锁合区域中以这样的方式设计，以便确保用于防止在高压引导构件中的移位的固定。

特别有利地，在弹簧预紧区域中，各个螺旋匝构造为彼此间隔开，使得当预限定的力值施加到螺旋弹簧上时，该区域中的螺旋弹簧可以沿纵向轴线变形。这可以例如通过来自密封元件侧加载的压力来进行。进一步有利的是，在力锁合区域中，螺旋匝直接彼此贴靠，而在它们之间没有间隔，使得力锁合区域不会由于可以使弹簧预紧区域变形的力值而变形。

有利地，弹簧预紧区域在此锥形地构造并且利用锥形尖部区域支撑在密封元件上。

优选地，锥形尖部区域具有锥形的扩宽部，螺旋弹簧利用该锥形尖部区域支撑在密封元件上，以便能够更好地围绕密封元件并因此引导密封元件。

进一步有利地，力锁合区域包括多个基本上具有相同的外直径的螺旋匝。

通过设置多个具有相同外直径的螺旋匝，可以与阀孔建立牢固的力锁合。

在一种特别优选的设计方案中，力锁合区域的最外部的螺旋匝构造为朝螺旋弹簧的对称轴线的方向向内收缩。由此，可以通过向内突出的尖端（Zipfel）在螺旋弹簧上设置用于工具的接合部，以便能够操作螺旋弹簧并将其牢固地引入到阀孔中。在这样的尖端上，螺旋弹簧可以在接合过程中在放入阀孔之后通过工具逆着其卷绕方向被转动。该工具通过啮入到螺旋弹簧的最外侧收缩的螺旋匝来传递转矩。由此，力锁合区域的外直径减小，并且螺旋弹簧可以以限定的方式被插入阀孔中。如果然后再次移除来自所使用的工具的转矩，则螺旋弹簧再次打开并且牢固地在阀孔中贴靠在高压引导构件上，由此螺旋弹簧现在通过力锁合得到固定。

总体上，螺旋弹簧因此特别是在力锁合区域中在径向方向上可变形，以便能够以这种方式可逆地和临时地改变外直径。

优选地，阀孔具有第一阀孔区域和第二阀孔区域，第一阀孔区域具有第一内直径，第二阀孔区域具有第二内直径，其中密封元件和螺旋弹簧布置在第一阀孔区域中。在此，第一内直径优选大于第二内直径。

优选地，在从第一阀孔区域到第二阀孔区域的过渡部上在此构造有支承套环（Anlagebund），螺旋弹簧利用其力锁合区域支撑在所述支承套环上。

优选地，在阀孔中因此引入几何形状，以通过形状锁合额外地固定螺旋弹簧以防止在轴向方向上移位。

有利地，第一内直径至少沿螺旋弹簧的纵向延伸范围基本恒定。第二内直径沿纵向轴线远离第一阀孔区域锥形地扩宽。

进一步有利地，从第一阀孔区域到第二阀孔区域的过渡部外凸倒圆地构造。

通过锥形的扩宽部可以有利地提供插入锥体或插入半径，通过该插入锥体或插入半径，螺旋弹簧可以插入到阀孔中。在插入时，所述螺旋弹簧可以容易地在两个阀孔区域之间的外凸圆角上滑动，以便于是在阀孔的第一内直径中牢固地贴靠在支承套环上。螺旋弹簧通过由锥形的扩宽部或插入半径导致的插入锥体而插入到阀孔中，并且然后在超过支承套环之后打开。

高压引导构件、例如构造为用于燃料高压泵的高压接头具有上述止回阀，其中高压引导构件本身形成止回阀的阀壳体。

用于内燃机的燃料喷射系统的燃料高压泵具有用于向燃料加载高压的压力室和后置于压力室的高压引导构件，该高压引导构件具有如上所述的止回阀。

在此，止回阀可以例如布置在高压接头中并且构造为出口阀，该出口阀用于从压力室排出高压加载的燃料。然而，止回阀也可以构造为限压阀，以便在后置于压力室的蓄压器区域中降低高压。

总之，通过所述止回阀可以减少构件数量，同时保持止回阀的相同功能。另外，省去迄今常用的压紧复合件，从而可以降低高压引导构件中的应力。此外，由于先前设置的且现在缺少的弹簧固定元件，止回阀上的压降也减小了。

附图说明

下面基于附图更详细地解释本发明的有利的设计方案，其中：

图1示出了用于内燃机的燃料喷射系统的示意图，该燃料喷射系统具有带有至少一个止回阀的燃料高压泵；

图2示出了图1的燃料高压泵的示意性纵向剖视图，其具有作为高压引导构件的高压接头；

图3示出了具有现有技术的止回阀的高压引导构件的剖视图；

图4示出了带有止回阀的高压引导构件的第一实施方式的剖视图；

图5示出了图4的止回阀的螺旋弹簧的剖视图；

图6示出了图5的螺旋弹簧的透视图；

图7示出了带有止回阀的高压引导构件的第二实施方式的剖视图；

图8示出了图7的高压引导构件的细节图；并且

图9示出了具有止回阀的高压引导构件的第三实施方式的剖视图。

具体实施方式

图1示出了内燃机的燃料喷射系统10的示意图，该燃料喷射系统通过预输送泵16、燃料高压泵18和燃料高压存储器20从罐14输送燃料12至喷射器22，然后所述喷射器将燃料12喷射到内燃机的燃烧室中。

燃料12通过燃料高压泵18上的入口阀24引入到压力室26中，并通过出口阀28从该压力室26排出并引导至燃料高压存储器20。

图2示出了图1中的燃料高压泵18的纵向剖视图。多个承担不同功能的孔32布置在燃料高压泵18的壳体30中。通过入口孔34，燃料12从缓冲部36供给到压力室26，在该压力室中活塞38以平移的方式在活塞孔40中运动，并因此周期性地压缩压力室26中的燃料12。然后经压缩的燃料12通过出口孔42引导到高压引导构件44、即所谓的高压接头46中，然后燃料12从那里进一步引至燃料高压存储器20。

为了确保只有被加载所期望的压力的燃料12到达燃料高压存储器20，出口阀28通常布置在高压引导构件44中，该出口阀通常构造为止回阀48。

通常还在该区域中布置有第二止回阀48，以便能够将燃料高压存储器20中的过压例如再次排出（absteuern）到压力室26或燃料喷射系统10的低压区域50中。

图3示出了来自图2的这种燃料高压泵18的高压引导构件44的剖视图，其中来自现有技术的这种止回阀48布置在高压引导构件44中。止回阀48具有密封元件52、螺旋弹簧54和弹簧固定元件56。弹簧固定元件56压紧在同时形成阀孔58的出口孔42中。所述出口孔用于：使得螺旋弹簧54能够支撑在其上，并使得螺旋弹簧54在阀孔58内不运动。

在现代的燃料高压泵18中，平均（mittlerweise）在燃料12中产生非常高的压力，并且这些压力也对弹簧固定元件56产生影响。因为这些高压导致阀孔58扩宽，并且因此弹簧固定元件56不再能够通过压紧复合件牢固地保持在阀孔58中。

因此，现在将在下文中提出构造一种止回阀48，对于该止回阀而言可以在燃料12中的非常高的压力的情况下省去这种具有已知缺点的弹簧紧固元件56。

图4对此示出了这种止回阀48的第一实施方式的剖视图。

由于出口孔42同时形成用于止回阀48的阀孔58，所以其中布置有止回阀48的高压引导构件44也同时形成用于止回阀48的阀壳体60。

在图4中的第一实施方式中，完全省去了弹簧固定元件56和其他支承部，螺旋弹簧54可以支承在该支承部上，因为阀孔58的几何形状和螺旋弹簧54的子区域的几何形状这样彼此匹配，使得螺旋弹簧54自身支撑在阀孔58上。

为此目的，螺旋弹簧54具有多个螺旋匝62，所述螺旋匝分别具有外直径DA。当螺旋弹簧54尚未被引入阀孔58中时，这些螺旋匝62中的至少一个螺旋匝的外直径DA大于阀孔58的内直径DI，确切地说，至少在阀孔58的子区域中。

如果螺旋弹簧54因此在径向方向上被轻微压缩以便插入阀孔58中，并且然后松开，则一旦螺旋弹簧54布置在阀孔85中，螺旋弹簧54就在径向方向上膨胀，并且利用其具有大外直径DA的螺旋匝62将其自身压靠在阀孔58上，并且因此将其自身锚固在阀孔58中。

如果现在由加载压力的燃料12引起的力沿着阀孔58的纵向轴线AL从密封元件52侧起作用——所述密封元件将螺旋弹簧54保持在形成于阀孔58中的阀座64上，则现在不会再由于阀孔58的扩宽使先前已知的弹簧固定元件56的压紧复合件脱开。因为螺旋匝62也膨胀，并且因此恰好由于高的力作用而使其自身牢固地保持在阀孔58'上。因此，即使在高压下并且弹簧力FF没有减小，螺旋弹簧54也可以将密封元件52保持在阀座64上。

图5示出了穿过图4的螺旋弹簧54的剖视图。

可以看出，螺旋弹簧54具有两个区域，这两个区域具有不同的功能。弹簧预紧区域68设置用于将弹簧力FF施加到密封元件52上，该弹簧预紧区域在装配状态下支撑在密封元件52上。为此目的，各个螺旋匝62构造为彼此略微间隔开，以实现沿纵向轴线AL方向的变形距离。在该区域中，一旦足够的预限定的力值施加到螺旋弹簧54上，螺旋弹簧54就可沿纵向轴线AL变形，例如当加载压力的燃料12从另一侧压到密封元件52上时。

如图5中可见，该弹簧预紧区域68有利地锥形地构造，并且在运行中利用锥形尖部区域70支撑在密封元件52上。

螺旋弹簧54还包括力锁合区域72，该力锁合区域直接邻接弹簧预紧区域68并且因此在运行中与密封元件52相对置。在该力锁合区域72中，螺旋匝62直接彼此贴靠，使得当预限定的力值例如从密封元件52作用到螺旋弹簧54上时，螺旋弹簧54在此不能沿纵向轴线AL变形。力锁合区域72具有多个螺旋匝62，所有螺旋匝具有相同的外直径DA，该外直径在未组装状态下大于阀孔58的内直径DI。因此，螺旋弹簧54从其在弹簧预紧区域68中的锥形形状过渡到在力锁合区域72中的圆柱形状。

图6示出了图5中的螺旋弹簧54的透视图。

这里可以看出，最外部的螺旋匝62构造为朝螺旋弹簧54的对称轴线AS方向向内收缩，螺旋弹簧54的所有螺旋匝62围绕该对称轴线对称地布置。

由此产生了尖端74，在该尖端上螺旋弹簧54可以通过工具接合。通过这种工具，例如通过转动，可以改变力锁合区域72中的螺旋弹簧54的外直径DA，使得螺旋弹簧54可以插入到阀孔58中。如果然后再次移除工具，则螺旋弹簧54再次在力锁合区域72中扩宽，并且在螺旋弹簧54和阀孔58之间建立力锁合。因此，通过尖端74，可以通过组装工具将接合转矩施加到螺旋弹簧54上。

图7示出了在第二实施方式中具有止回阀48的高压引导构件44的剖视图。在此可以看出，阀孔58具有第一阀孔区域76，密封元件52和螺旋弹簧54布置在第一阀孔区域中。阀孔58还具有第二阀孔区域78，当从密封元件52看时，该第二阀孔区域沿着纵向轴线AL接在第一阀孔区域67之后。第一阀孔区域76的第一内直径DI1大于第二阀孔区域78的第二内直径DI2。由此，在两个阀孔区域76、78之间的过渡部82处形成支承套环84，螺旋弹簧54能够在组装状态下通过其力锁合区域72支撑在该支承套环上。

图8以示出了来自图7的高压引导构件44在螺旋弹簧54的力锁合区域72的区域中的放大的视图。

可以看出，第一阀孔区域76的第一内直径DI1基本上是恒定的，这是有意义的，因为可以以这种方式在螺旋弹簧54和阀孔58之间实现可靠的力锁合。因此，内直径DI1至少沿着螺旋弹簧54的纵向延伸范围、即长度L基本上是恒定的。

然而，为了能够更容易地将螺旋弹簧54插入阀孔58中，第二内直径DI2沿着纵向轴线AL远离第一阀孔区域76锥形地扩宽。在此，在图8中示出了最初平坦的、朝后方进一步锥形地扩宽的插入锥体。

图9示出了高压引导构件44的第三实施方式的剖视图，其中第二内直径DI2紧接着第一内直径DI1强烈地锥形地扩宽，并且因此形成陡峭的（steil）插入锥体。

另外，在图9中，在过渡部82上形成插入半径，在该插入半径中所述过渡部82外凸倒圆地构造。同样由此，可以实现螺旋弹簧54便于插入阀孔58中。

Claims (9)

1. 一种用于燃料喷射系统（10）中的高压引导构件（44）的止回阀（48），具有：

- 阀壳体（60），该阀壳体具有构造在其中的、具有内直径（DI）的阀孔（58），阀座（64）和与该阀座（64）共同作用的密封元件（52）布置在所述阀孔中，以及

- 螺旋弹簧（54），该螺旋弹簧通过沿所述阀孔（58）的纵向轴线（AL）作用的弹簧力（FF）将密封元件（52）保持在所述阀座（64）上，

其中所述螺旋弹簧（54）具有多个螺旋匝（62），所述螺旋匝分别具有外直径（DA），

其中，在所述止回阀（48）的未组装状态下，所述螺旋匝（62）中的至少一个螺旋匝的外直径（DA）大于所述阀孔（58）的至少一个子区域的内直径（DI），使得在所述止回阀（48）的组装状态下，所述螺旋弹簧（54）以力锁合的方式固定在所述阀孔（58）中。

2.如权利要求1所述的止回阀（48），

其特征在于，所述螺旋弹簧（54）具有弹簧预紧区域（68）和力锁合区域（72），所述弹簧预紧区域能够通过预限定的力值而沿所述纵向轴线（AL）变形，所述力锁合区域基本上不能够通过预限定的力值而沿所述纵向轴线（AL）变形，其中所述螺旋弹簧（54）使得所述密封元件（52）与所述弹簧预紧区域（68）接触，其中所述力锁合区域（72）沿所述纵向轴线（AL）与所述密封元件（52）相对置地布置。

3.如权利要求2所述的止回阀（48），

其特征在于，所述弹簧预紧区域（68）锥形地构造并且利用锥形尖部区域（70）支撑在所述密封元件（52）上，其中所述力锁合区域（72）包括多个螺旋匝（62），所述螺旋匝基本上具有相同的外直径（DA），其中特别是所述力锁合区域（72）的最外部的螺旋匝（62）构造为朝所述螺旋弹簧（53）的对称轴线（AS）的方向向内收缩。

4.如权利要求1至3中任一项所述的止回阀（48），

其特征在于，所述阀孔（58）具有带有第一内直径（DI1）的第一阀孔区域（76）和带有第二内直径（DI2）的第二阀孔区域（78），其中所述密封元件（52）和所述螺旋弹簧（54）布置在所述第一阀孔区域（76）中，其中所述第一内直径（DI1）大于所述第二内直径（DI2）。

5.如权利要求4和权利要求2或3中任一项所述的止回阀（48），

其特征在于，在从所述第一阀孔区域（76）到所述第二阀孔区域（78）的过渡部（82）上构造有支承套环（84），所述螺旋弹簧（54）通过其力锁合区域（72）支撑在该支承套环上。

6.如权利要求4或5中任一项所述的止回阀（48），

其特征在于，所述第一内直径（DI1）至少沿所述螺旋弹簧（54）的纵向延伸范围（L）基本恒定，其中所述第二内直径（DI2）沿所述纵向轴线（AL）远离所述第一阀孔区域（76）锥形地扩宽。

7.如权利要求4至6中任一项所述的止回阀（48），

其特征在于，将从所述第一阀孔区域（76）到所述第二阀孔区域（78）的过渡部（82）外凸倒圆地构造。

8.一种高压引导构件（44），特别是用于燃料高压泵（18）的高压接头（46），其具有如权利要求1至7中任一项所述的止回阀（48），

其特征在于，所述阀壳体（60）由所述高压引导构件（44）形成。

9.一种用于内燃机的燃料喷射系统（10）的燃料高压泵（18），其具有用于向燃料（12）加载高压的压力室（26）和具有如权利要求1至7中任一项所述的止回阀（48）的、后置于所述压力室（26）的高压引导构件（44），其特别是构造为用于将被加载高压的燃料（12）从所述压力室（26）排出的出口阀（28）。