CN110714911B - 活塞泵、尤其用于内燃机的喷射系统的高压燃料泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞泵(10)，尤其是用于内燃机的喷射系统的高压燃料泵，所述活塞泵具有活塞(22)和工作室(24)，所述工作室被所述活塞(22)限界，所述活塞泵这样地构型和扩展，使得所述活塞(22)在其内部具有向外封闭的空腔(40)，所述空腔被介质(42)填充，所述介质比所述活塞(22)的材料具有更高的导热性。

Description

活塞泵、尤其用于内燃机的喷射系统的高压燃料泵

技术领域

本发明涉及一种活塞泵、尤其是用于内燃机的喷射系统的高压燃料泵。

背景技术

由DE 10 2014 211 591 A1已知这样的活塞泵。该活塞泵包括在泵壳体中工作的、用于输送和压缩燃料的活塞。

发明内容

本发明所基于的问题通过根据本发明的活塞泵来解决。

本发明提出一种活塞泵，尤其是用于内燃机的喷射系统的高压燃料泵，所述活塞泵具有活塞和工作室，所述工作室被所述活塞限界，其中，所述活塞在其内部具有向外封闭的空腔，所述空腔被介质填充，所述介质比所述活塞的材料具有更高的导热性。

在活塞泵的抽吸阶段中(活塞运动离开工作室)活塞负责使已经以低压输送的介质、例如燃料例如可以从箱管路流到工作室(输送室)中。在输送阶段中(活塞向工作室运动)，介质被压缩并且因此被带到更高的压力水平。然后，介质可以在高压下被输送到轨中并且提供给喷射单元。由于高度压缩，在活塞的面向工作室的一侧(高压侧)上产生相对较高的温度。

从申请人的角度已经认识到，由于在压缩时的高温度，活塞在其长度上被不同地加热。这导致沿着活塞纵轴线的不同的热膨胀。在热负荷较高的区域中，活塞由于热膨胀在横截面上比在热负荷较低的区域中更多地增大。这对活塞和导向元件之间的间隙具有影响，所述导向元件必须始终比活塞的在受热负荷部位上的最大热膨胀更大。

对减少泄漏有利的尽可能小的间隙和活塞卡住之间的目标冲突通过在活塞上优化的热传递来解决。由此能够减小活塞横截面在热负荷较高的区域中的热膨胀。本发明提出，活塞在其内部具有向外封闭的空腔，该空腔被介质(传递介质)填充，该介质比活塞或者构造活塞的材料具有更高的导热性。

通过活塞内部的空腔首先可以实现活塞的重量减轻。较小的活塞质量对活塞驱动产生积极影响，因为要加速的和要减速的质量较小。通过活塞相对于工作室的上下运动，活塞空腔中的介质也由惯性引起地上下运动(介质相对于活塞的相对运动)。由此加速热传递。由于在整个活塞上更均匀的温度分布，活塞在其横截面上、尤其在其直径上更均匀地并且以更小的量膨胀。由此能够减小活塞间隙。这提高了活塞泵的效率和运行时间，因为可以在活塞上避免在受最大热负荷的部位上的特别大的膨胀(活塞具有更少的“棱边支撑”

)。

介质可以是在标准条件下固态的或液态的材料，该材料至少在活塞泵运行中例如由于活塞发热是液态的。所述介质这样地构造，使得该介质由于活塞的往复运动而在活塞空腔中也往复运动。如已经所示的那样，该介质具有高导热性，优选至少100W/(m*K)。

活塞泵的活塞可以是用于压缩介质(流体)、例如燃料的往复式活塞。活塞泵可以是用于燃料直接喷射的高压泵。

活塞可以通过其工作面区段借助导向元件在活塞泵的泵壳体上或泵壳体中被导向，所述工作面区段也可以被称为工作面或导向区段。

活塞可以具有多个活塞区段。因此，活塞在面向工作室的端部上具有用于压缩工作室中的燃料的压缩区段。在该压缩区段上可以衔接有活塞的工作面区段(工作面或导向区段)，活塞通过该工作面区段在泵壳体的导向元件上被导向。活塞在背离工作室的端部上可以具有操纵区段，通过该操纵区段，活塞能够借助驱动装置(例如凸轮轴)被驱动。压缩区段和/或操纵区段可以具有相对于工作面区段减小的横截面。活塞可以构造为旋转对称的(多个具有不同直径的区段)。活塞可以由金属材料、例如由适合的钢构成。

在下面说明本发明的有利的扩展方案。此外，对于本发明重要的特征在下面的说明书和附图中得到。

具体地，所使用的介质可以是钠。基于用于当前使用目的的高导热性和有利的材料特性进一步优化热传递。钠在97.5℃时熔化，具有0.97g/cm³的密度并且是非常好的导热体。在运行中，钠变为液态的并且由于惯性力在活塞的空腔中由惯性引起地往复运动。

在一个优选构型的范畴内，空腔的中心纵轴线可以平行于活塞的中心纵轴线延伸。由此，通过取消横向力分量而有利于介质在活塞的空腔中的往复运动并且从而也有利于热传递。

有利地，空腔的中心纵轴线可以布置为与活塞的中心纵轴线重合。换言之，优选旋转对称的空腔相对于活塞的中心纵轴线同心地构造。由此可以在周向上实现在活塞上的均匀的热传递。

符合目的地，空腔可以在活塞的所有区段上延伸。由此能够传递相对较大的热量并且有利于在整个活塞上的均匀发热。这导致更均匀的活塞膨胀。空腔可以在面向工作室的压缩区段上、衔接到该压缩区段上的工作面区段(导向区段)上和在工作面区段的背离工作室的一侧上的操纵区段上延伸。

具体地，空腔可以部分地、尤其在30％至70％之间(介质与空腔容积的体积百分比)被介质填充。由此，由活塞运动引起地在同时充分传递热能量的情况下实现介质充分的往复运动。这有利于热传递。

有利地，活塞可以通过增材制造方法构造，例如通过3D打印方法、立体光刻方法或类似方法。由此也可以在件数少的情况下以有利可图的方式制造活塞，其中，侧凹部也是可能的。就此而言，然而与所选择的制造方法无关地，也可以考虑具有增大空腔内壁表面的结构，例如具有筋或波纹结构的活塞空腔内壁的构型。

对此替代地，活塞可以通过成型(urformend)制造方法构造，例如通过铸造。因此，活塞能够以成熟的技术大批量可靠地制造。在此，活塞可以构造为一件式的并且也可以已经在活塞内部具有空腔。该空腔在继续制造中可以被介质填充并且随后被封闭。

同样可以考虑，活塞通过变型(umformend)或切削加工的方法构造。因此，活塞也能够以成熟的技术可靠地制造。作为变型制造方法，例如考虑活塞的锻造。在使用切削加工的方法时，活塞可以通过车削制造。

另一制造可能性可以在于，活塞由多个单独的活塞区段(例如套筒)构造，其中，相邻的活塞区段材料锁合地相互连接，尤其通过粘接或焊接、例如摩擦焊。因此，活塞可以构造为组装式活塞，其中，活塞的单个组成部分在组合之前可以由于良好的可接近性而比在一件式构型的情况下更独立地造型。

附图说明

下面参照附图详细地阐述本发明的特别优选的实施例。

图1在示意性的和部分剖面的侧视图中示出活塞泵的实施方式；

图2在剖面侧视图中示出图1的活塞泵的活塞和导向元件；

图3在放大的剖面侧视图中示出图1的活塞泵的具有空腔的活塞；

图4在放大的剖面侧视图中示出在向活塞泵工作室运动时的图1的活塞泵的具有空腔的活塞；和

图5在放大的剖面侧视图中示出在离开活塞泵工作室运动时的图1的活塞泵的具有空腔的活塞。

具体实施方式

在图1中，活塞泵全部带有附图标记10，该活塞泵构造为用于未示出的内燃机的燃料喷射系统的高压燃料泵。活塞泵10具有泵壳体12和固定凸缘14。活塞泵10通过该固定凸缘14固定在内燃机的这里仅示意性示出的缸盖16上。

通过布置在泵壳体12上的接头18，活塞泵10可以连接到喷射单元的轨上(未示出)，使得能够给喷射单元提供处于高压下的介质、例如燃料。通过矩形20标明的区域可以被称为活塞泵10的高压区域。

活塞泵10具有活塞22和工作室24，该工作室在一侧上被活塞22限界。壁和入口在工作室24的其它侧上限界该工作室24。通过活塞22相对于工作室24的上下运动，介质可以被吸入到工作室24中并且被压缩，因此被带到更高的压力水平并且然后被供应给喷射单元的轨。

活塞22具有工作面区段26，活塞22通过该工作面区段借助在泵壳体上12的导向元件28被导向。导向元件28具有圆柱形内表面30，在该内表面上，活塞22以其工作面区段26被导向。导向元件28在当前实施例中构造为布置在活塞泵10的壳体12中的、即置入到壳体12中的套筒。同样可以考虑，导向元件28实施为构造在活塞泵10的壳体12中的孔(未示出)。

在图2中单独放大地示出活塞22和导向元件28(为了清楚起见未示出活塞空腔)。导向元件28(套筒)和活塞22相对彼此同轴地布置，其中，在工作面区段26的外表面和导向元件28的内表面30之间产生间隙S。活塞22的在运行中受高热负荷的区域通过圆29标明。

活塞22在其面向工作室24的端部32上(在图2中右端)具有压缩区段34。该压缩区段34邻接到工作面区段26上并且具有比工作面区段26更小的直径。在压缩区段34和工作面区段26之间存在凸肩42。

活塞22在其背离工作室24的端部36上(在图2中左端)具有操纵区段38，活塞22通过该操纵区段被操纵并且因此例如可以借助内燃机的凸轮轴被驱动。操纵区段38邻接到工作面区段26上并且具有比工作面区段26更小的直径。在操纵区段38和工作面区段26之间存在凸肩43。活塞22构造为旋转对称的(多个具有不同直径的活塞区段)。

活塞22在其内部具有向外封闭的空腔40，该空腔被介质42填充，所述介质比活塞22的材料具有更高的导热性(参见图3)。介质42也可以被称为传递介质(热传递介质)。

例如可以使用钠作为介质42。钠具有高导热性并且良好地适用于当前使用目的。钠在97.5℃时熔化。在运行中，钠变为液态的并且由于惯性力在活塞22的空腔40中往复运动(介质42相对于活塞22的相对运动)。

空腔40的中心纵轴线44可以平行于活塞22的中心纵轴线46延伸。在当前实施例中，空腔40的中心纵轴线44布置为与活塞的中心纵轴线46重合。换言之，空腔40相对于活塞22的中心纵轴线46同心地构造。

空腔40在活塞22的所有区段上延伸。因此，空腔40在面向工作室24的压缩区段34上、衔接到该压缩区段上的工作面区段26上和在工作面区段26的背离工作室24一侧上的操纵区段38上延伸。

空腔40部分地、尤其在30％至70％之间(介质42与空腔40容积的体积百分比)被介质42填充。在当前实施例中，空腔被介质42填充至大约50％。

图4示出一种状态，在该状态中，活塞22由于其驱动装置，例如借助凸轮轴或布置在凸轮轴和活塞42之间的挺杆，而向工作室24运动(在图4中向上)。该运动通过箭头50直观示出。在此，在活塞22的面向工作室24的端部32上吸收热能的介质42在空腔40中由惯性引起地向活塞22的背离工作室24的端部36运动(在图4中向下)。因此发生介质42相对于活塞22的相对运动。在此，介质42将热能释放到活塞22上，具体而言到工作面区段26的(下)部和到操纵区段38上。这些区段在活塞泵10运行中比压缩区段34受热负荷更小。热能可以从工作面区段26和操纵区段38例如经由导向元件28被释放到泵壳体12上。

图5示出活塞22由于其驱动装置而离开工作室24运动的状态(在图5中向下)。该运动通过箭头52直观示出。在此，在活塞22的背离工作室24的端部36上已经释放热能的介质42在空腔40中由惯性引起地向活塞22的面向工作室24的端部32运动(在图5中向上)。因此发生介质42相对于活塞22的相对运动。在此，介质42从活塞22吸收热能，具体而言从压缩区段34和必要时从工作面区段26的(上)部。这些区段在活塞泵10运行中比工作面区段26的下部和操纵区段38受更高热负荷。

如结合图4所阐述的那样，通过介质42吸收的热能可以在活塞22随后向工作室24运动时(在图5中向上)被释放到活塞22上，具体而言到工作面区段26的(下)部和到操纵区段38上，因为介质42由惯性引起地向活塞22的背离工作室24的端部36运动。如上面所阐述的那样，该优化的热传递导致在整个活塞22上的更均匀的温度分布，使得活塞22在其直径上更均匀地并且以更小的量膨胀。

上面所说明的措施可以用于活塞22的另外的构型，尤其在该活塞的制造和在此使用的制造方法方面。

Claims (12)

1.一种活塞泵(10)，所述活塞泵具有活塞(22)和工作室(24)，所述工作室被所述活塞(22)限界，其特征在于，所述活塞(22)在其内部具有向外封闭的空腔(40)，所述空腔被介质(42)填充，所述介质比所述活塞(22)的材料具有更高的导热性。

2.根据权利要求1所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述介质(42)是钠。

3.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述空腔(40)的中心纵轴线(44)平行于所述活塞(22)的中心纵轴线(46)延伸。

4.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述空腔(40)的中心纵轴线(44)与所述活塞(22)的中心纵轴线(46)重合地布置。

5.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述空腔(40)在所述活塞(22)的所有区段(26,34,38)上延伸。

6.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述空腔(40)部分地被所述介质(42)填充。

7.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述活塞(22)通过增材制造方法构造。

8.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述活塞(22)通过成型制造方法构造。

9.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述活塞(22)通过变型制造方法或切削加工制造方法构造。

10.根据权利要求1或2所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述活塞(22)由多个单独的活塞区段构成，其中，相邻的活塞区段材料锁合地相互连接。

11.根据权利要求1所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述活塞泵(10)是用于内燃机的喷射系统的高压燃料泵。

12.根据权利要求6所述的活塞泵(10)，其特征在于，所述空腔(40)部分地在30％至70％之间被所述介质(42)填充。

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