CN109964032B - 用于燃料喷射系统的高压泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于输送处于高压下流体的高压泵(100)，其中，所述高压泵(100)包括容积能改变的压缩室(6)并且包括压力阀(101)。所述压力阀(101)具有构造在高压阀活塞(40)上的阀面(51)和构造在阀载体(10)上的阀座(15)。所述阀面(51)与所述阀座(15)共同作用并且由此打开和关闭所述压缩室(6)到高压孔(9)的液压连接。在所述阀座(15)上游，在所述高压阀活塞(40)中构造有空穴容积(50)。

Description

用于燃料喷射系统的高压泵

技术领域

本发明涉及一种高压泵、尤其用于燃料喷射系统，所述高压泵具有压力阀。该高压泵压缩流体、尤其燃料。

背景技术

由公开文献DE 2014 10 218 488 A1已知一种燃料喷射系统的高压泵。该高压泵用于输送处于高压下的流体、尤其燃料。已知的高压泵包括容积可改变的压缩室和压力阀。该压力阀具有构造在高压阀活塞上的阀面和构造在阀载体上的阀座。阀面与阀座共同作用并且由此打开和关闭从压缩室到高压孔的液压连接。

在高压泵运行时，在一定运行条件下可能发生空穴腐蚀、即发生压力阀在阀座区域中的材料剥蚀，所述空穴腐蚀在短的运行时间之后已经能够导致压力阀密封功能的损失并且结果导致高压泵的失效。这通过气态流体快速地转换为液体(在压力上升超过流体蒸汽压时的所谓的气泡破裂)形成。由此，在流体中局部地发生非常强的压力波，该压力波能够损坏周围的构件。如果在阀座上出现该损坏，则这在短的运行时间之后已经能够导致压力阀密封功能的损失。

发明内容

根据本发明的高压泵通过在阀座附近的用于流体相应通流几何形状降低空穴腐蚀的风险。

为此，高压泵包括容积可改变的压缩室和压力阀。该压力阀具有构造在高压阀活塞上的阀面和构造在阀载体上的阀座。阀面与阀座共同作用并且由此打开和关闭压缩室到高压孔的液压连接。在阀座上游，在高压阀活塞中构造有空穴容积。

空穴容积的功能是将蒸汽形成转移到一个区域中，该区域离阀座或者阀面足够远。空穴容积在液压连接关闭情况下对于通流构成闭合端部。因此，在空穴容积中发生蒸汽形成，并且在蒸汽快速地消失时发生强烈的压力波，该压力波能够在周围区域处导致腐蚀。然而，由于在高压阀活塞中构造空穴容积，这些区域离阀座足够远，使得该阀座不再被腐蚀。然而，另一方面，空穴容积也不允许离阀座太远，因为否则阀座将会构成对于通流的另一闭合端部，使得阀座结果将会直接遭受空穴腐蚀。

在有利的实施方式中，空穴容积是构造在高压阀活塞中的活塞孔的扩宽部。抽吸阀活塞在活塞孔中可纵向运动地被导向，其中，抽吸阀活塞通过其纵向运动打开和关闭另一液压连接。由此实现节省安装空间地至少部分地布置在压力阀中的抽吸阀。在此优选地，抽吸阀活塞与构造在阀载体上的另一阀座共同作用。因此，活塞孔和空穴容积可以在一个制造步骤中一起制造。

在有利的实施方式中，空穴容积包括盲孔容积和连接通道、优选由三个孔组成的连接通道。在此，连接通道紧靠阀座或者阀面上游通到液压连接中，使得阀座的区域流体技术上看不再构成唯一的闭合端部。蒸汽形成由此从阀座离开转移到盲孔容积的区域中。

在有利的拓展方案中，空穴容积实施为在高压阀活塞上的环绕的槽，或者空穴容积包括构造在高压阀活塞上的环绕的槽。在此，该环绕的槽优选布置得紧靠阀座上游并且构造在高压阀活塞的外周面上。由此增大在阀座上游的通流容积并且将蒸汽形成的区域或者闭合端部从阀座离开地转移。该实施方式能够与以上所说明的、包括盲孔容积的实施方式组合。

在有利的实施方式中，空穴容积穿过由阀座限定的平面伸出。由此，空穴容积特别强烈地构型为闭合端部并且与此相应地有效地构型，使得蒸汽形成从阀座离开地被转移。在此，个别部分区域或者所有部分区域(例如盲孔容积和环绕的槽)穿过所述平面伸出。

附图说明

图1示出由现有技术已知的高压泵的纵截面，其中，仅示出重要的区域；

图2示出根据本发明的高压泵压力阀的高压阀活塞的纵截面，其中，仅示出重要的区域；

图3示出根据本发明的高压泵压力阀的另一高压阀活塞的纵截面，其中，仅示出重要的区域。

具体实施方式

图1示出燃料喷射系统的高压泵100的纵截面，其中，仅示出重要的区域。高压泵100由现有技术已知并且用于给未示出的喷射器供给处于高压下的燃料，其中，这可以直接地或通过共轨进行。

高压泵100的壳体由缸壳体1和与该缸壳体旋紧的缸头2构成。阀壳体3被旋入到缸壳体1中，该缸壳体与缸头2密封。未示出的凸轮轴可旋转地支承在缸壳体1中，所述凸轮轴构成高压泵100的驱动装置。

在构造在阀壳体3中的导向孔35中，至少间接地与未示出的凸轮轴共同作用的泵活塞5在垂直于凸轮轴延伸的纵向方向90上被导向。

在阀壳体3内、在背离凸轮轴的区域中，阀载体10和阀块20(两者基本上呈柱体形状)沿纵向方向90被夹紧。为此，缸头2与缸壳体1旋紧并且缸壳体1与阀壳体3旋紧。阀载体10在阀壳体3内定位在外周面14上。此外，阀载体10在第一端面18上与阀壳体3的第一支承面30共同作用并且在第二端面19上与阀块20的第一密封面27共同作用。此外，阀块20在第二密封面28上与缸头2的第二支承面29共同作用。

在阀壳体3、阀载体10和泵活塞5之间构造有压缩室6，该压缩室通过构造在阀载体10中的充注孔13与构造在阀载体10中的环形室12液压连接。充注孔13在阀载体10的纵轴线方向上延伸。液压技术上看，充注孔13和环形室12是压缩室6的扩宽部，因为它们与该压缩室永久性地连接。

在阀载体10中，第一孔11从环形室12延伸至阀块20并且在那里通到第二孔21中，该第二孔构造在阀体20中并且该第二孔又通到构造在缸头2中的高压孔9中。高压孔9或者通向燃料喷射系统的未示出的共轨中或者通向燃料喷射系统的一个或多个未示出的喷射器中。

在阀载体10和阀块20内实现阀功能，所述阀功能打开和关闭液压连接和另一液压连接：

在第一孔11中被导向并且通过高压阀弹簧42抵着阀载体10预紧的高压阀活塞40打开和关闭液压连接45，其方式是：构造在高压阀活塞40上的阀面51与构造在阀载体10上的阀座15共同作用。第一液压连接是高压泵100的压力阀101。

在高压阀活塞40的活塞孔55中被导向并且通过抽吸阀弹簧43抵着阀载体10预紧的抽吸阀活塞41打开和关闭从环形室12到布置在阀载体10中的低压孔17的另一液压连接，其方式是：抽吸阀活塞打开和关闭构造在阀载体10和抽吸阀活塞41之间的另一阀座46。

低压孔17至少间接地与未示出的燃料箱或者未示出的预输送泵液压连接并且用于在高压泵100的吸入行程期间或者在泵活塞5沿纵向方向90纵向运动期间充注环形室12和压缩室6，在所述纵向运动时，压缩室6的容积膨胀。

高压泵100的作用原理如下：

未示出的凸轮轴由于其凸轮将转矩转化为作用到可纵向运动的泵活塞5上的轴向的纵向力，并且因此使该泵活塞在导向孔35中沿纵向方向90上下运动，由此改变压缩室6的容积。

在泵活塞5的上止点处，压缩室6的容积最小(类似于在图1中所示的状态)并且从而最大限度地压缩处于该压缩室中的燃料。在该时间点时，压缩室6并且从而充注孔13和环形室12也处于高压下。只要液压引起的与纵向方向90相反地作用到高压阀活塞40上的力大于高压阀弹簧42的力，即当环形室12中的压力与高压孔9中的压力之间的差这样大，使得由此引起的作用到高压阀活塞40上的液压力大于高压阀弹簧42的弹簧力时，高压阀活塞40和阀载体10之间的阀座15或者液压连接45就打开。在这种状态下，喷射器或者共轨被充注以处于高压下的燃料。

现在，凸轮轴的转动引起，泵活塞5沿纵向方向90运动。由此，压缩室6的容积膨胀并且在压缩室6中的燃料泄压，并且因此，在充注孔13中、在环形室12中、在第一孔11中和在活塞孔55中的燃料也泄压。随着在第一孔11中的压力减小，液压引起的作用到高压阀活塞40上的打开力也下降，使得该高压阀活塞以其阀面51通过高压阀弹簧42的力被压到阀座15中并且关闭在第一孔11内的液压连接45。由此，结束到共轨中或到喷射器中的输送过程。现在，在压缩室6中、在充注孔13中和在环形室12中的燃料进一步被泄压，而在第二孔21或者高压孔9中的压力却不同时下降。

在泵活塞5的下止点处压缩室6的容积最大，直至该下止点，在环形室12中的燃料被如此程度地泄压，直至在环形室12中的压力下降到在低压孔17中的压力以下，所述在低压孔中的压力通常约为5bar。从确定的压力差起，在环形室12中的液压力和抽吸阀弹簧43作用到抽吸阀活塞41上的力不再足以将抽吸阀活塞41压向另一阀座46。低压孔17中的液压力克服抽吸阀弹簧43的力而打开处于阀载体10和抽吸阀活塞41之间的另一液压连接。由此，燃料经由低压孔17流到环形室12中，并且因此也充满充注孔13、压缩室6、第一孔11和活塞孔55直至阀座15。

如果在环形室12中和在低压孔17中的压力通过充注过程近似地平衡，则引起的作用到抽吸阀活塞41上的液压力近似为零并且抽吸阀弹簧43将抽吸阀活塞41压向另一阀座46。由此关闭抽吸阀活塞41和阀载体10之间的所述另一液压连接并且结束充注过程。

现在，泵活塞5由于未示出的凸轮轴的继续旋转从该泵活塞的下止点位置与纵向方向90相反地运动到该泵活塞的上止点位置中。由此减小压缩室6的容积，并且在阀座15关闭和另一阀座46关闭时，在压缩室6、充注孔13、环形室12、第一孔11和活塞孔55至阀座15中的燃料被压缩。该压缩一直进行，直至在环形室12中的压力如此程度地超过在第二孔21中或者在高压孔9中的压力，使得液压引起的与纵向方向90相反地作用到高压阀活塞40上的打开力大于高压阀弹簧42的关闭力并且打开阀座15或者液压连接45。

于是，经压缩的燃料从环形室12通过第一孔11流到第二孔21中并且因此也流到高压孔9中并且流到共轨中或者流到喷射器中。结果，在高压孔9中的压力接近在环形室12中的压力。泵活塞5在该时间点时大约又处于上止点中。

高压泵100的所说明的作用原理表明，处于液压连接45上游的容积在凸轮轴每转期间在低压状态和高压状态之间周期性地被负载。由此，流体的局部速度经受强的局部速度改变。在流体速度非常高的区域中，由于压力下降，随着超过对应的沸点而形成气泡，所述气泡在具有上升压力并且低于沸点的区域中又突然破裂。这些气泡(称作空穴气泡)在破裂时导致强的局部压力冲击。如果这在材料壁区域中发生，则由于金属表面损伤而可能发生空穴腐蚀。在阀座15上游的直接通流区域在压力阀101关闭时构成闭合端部。特别地，在端部闭合的情况下，在压力下降到蒸汽压以下时发生蒸汽形成，因为流体不朝向闭合端部流动。因此，在打开液压连接45时，在与阀座15相邻的壁上、尤其在阀座15本身上、在阀载体10上和在高压阀活塞40上存在空穴腐蚀的风险。

本发明的任务在于使用一种阀几何形状，该阀几何形状在高压泵100的几乎所有运行状态下避免在阀座区域中的腐蚀，由此不发生阀密封功能损失。这通过在阀座15上游构造空穴容积的方式实现。

为此，图2示出高压阀活塞40的纵截面，该高压阀活塞具有构造在高压阀活塞40中的空穴容积50。通过具有空穴容积50的通流几何形状的几何构型，通流几何形状的闭合端部转移到离开阀座15的部位上。因此，消除在阀座区域中出现空穴腐蚀的重要缺陷，该缺陷存在于现有技术中。由此提高压力阀101的使用寿命或者确保在高压泵100的使用寿命期间的阀功能。

借助在阀座区域之前、即在阀面51上游作为附加容积的空穴容积50实现一区域，在该区域中，蒸汽能够离开阀座区域形成。在图2的实施方式中，空穴容积50包括构造在高压阀活塞40中的盲孔容积56，该盲孔容积构成活塞孔55的延长部并且相对于阀轴线40a旋转对称地构型，并且三个连接通道57实施为在盲孔容积56与在阀座15附近或者阀面51附近的区域之间的孔。优选地，盲孔容积56在此穿过由阀面51限定的平面E。由此，空穴容积50在几何上观察伸到在阀座15下游的区域中，其中，在流体技术上观察，所述空穴容积当然总是还布置在阀座15上游。该实施方式将闭合端部非常明确地限定在盲孔容积56中。

图3以纵截面示出另一高压阀活塞40。在该实施方式中，空穴容积50具有相对于阀轴线40a旋转对称的形状并且作为在高压阀活塞40上环绕的槽59直接与阀面51相邻地构造。在进一步的构造方式中，高压阀活塞不但具有带有连接通道57的盲孔容积56而且具有作为空穴容积50的槽59。

Claims (5)

1.一种用于输送处于高压下流体的高压泵(100)，其中，所述高压泵(100)包括容积能改变的压缩室(6)并且包括压力阀(101)，其中，所述压力阀(101)具有构造在高压阀活塞(40)上的阀面(51)和构造在阀载体(10)上的阀座(15)，其中，所述阀面(51)与所述阀座(15)共同作用并且由此打开和关闭所述压缩室(6)到高压孔(9)的液压连接，

其特征在于，在所述阀座(15)上游，在所述高压阀活塞(40)中构造有空穴容积(50)，其中，所述空穴容积(50)包括构造在所述高压阀活塞(40)上的环绕的槽(59)。

2.根据权利要求1所述的高压泵(100)，其特征在于，所述空穴容积(50)是构造在所述高压阀活塞(40)中的活塞孔(55)的扩宽部，其中，抽吸阀活塞(41)在所述活塞孔(55)中能纵向运动地被导向，其中，所述抽吸阀活塞(41)通过其纵向运动打开和关闭另一液压连接。

3.根据权利要求2所述的高压泵(100)，其特征在于，所述抽吸阀活塞(41)与构造在所述阀载体(10)上的另一阀座(46)共同作用。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压泵(100)，其特征在于，所述空穴容积(50)包括盲孔容积(56)和连接通道(57)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的高压泵(100)，其特征在于，所述空穴容积(50)穿过由所述阀座(15)限定的平面(E)伸出。

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