CN111042967A - 高压泵和压缩流体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高压泵。该高压泵包括：压缩室，具有入口和出口，入口连接到流体供应装置以吸入流体；入口止回阀，在压缩室和入口之间；数字入口阀，在压缩室和入口止回阀之间；可变容积室，通过歧管和数字入口阀连接到压缩室；以及柱塞或活塞，被构造成压缩压缩室和可变容积室中的流体。

Description

高压泵和压缩流体的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月15日提交的申请号为102018217644.2的德国专利申请的优先权，该德国专利申请的内容在此通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及一种高压泵和将流体压缩到喷射系统的方法，特别地，涉及一种高压泵和用于直喷型内燃发动机的方法。
背景技术
对于车辆的内燃发动机，已使用高压泵将燃料加压至高达350巴，具有用于燃料喷射系统的高达100升/小时(L/h)的燃料流量。这种燃料泵被称为柱塞泵，并且由凸轮轴驱动。需要以约3.5-5巴的供给压力通过数字入口阀，尤其是在高发动机转速及其柱塞速度下，填充泵中的压缩室。为了将供给压力从大气压力增加到该水平，已使用附加泵或预供应泵。
图5A至图5C示出现有技术中的高压泵200的方案。如图5A所示，当柱塞或活塞220向下移动(吸入冲程)时，这引起流体206从入口204通过数字入口阀214被吸入并填充压缩室202。如图5B所示，在到达下死点之后，柱塞或活塞220向上移动(压缩冲程)，并且一些流体被迫克服约5巴的供给压力而通过数字入口阀214，导致供应流脉动。如图5C所示，当数字入口阀214关闭时，柱塞或活塞220将压缩室202中的剩余流体206压缩到略高于为喷射系统储存流体206的共用轨道中的轨道压力的压力，并且通过出口止回阀210将流体206排到出口208，直到柱塞或活塞220到达上死点。
由柱塞泵送冲程和数字入口阀的致动产生的周期性燃料流引起周期性压力脉动。周期性压力脉动影响压缩室的填充行为。因此，先前已使用阻尼器膜来抑制周期性压力脉动。
已使用弹簧来保持柱塞即使在高频下也与凸轮凸角接触，但是恒定且必要的弹簧预载导致凸轮驱动负载、摩擦和磨损，从而导致额外的燃料消耗。
已使用柱塞密封件来防止燃料泄漏到凸轮侧。然而，柱塞密封件导致柱塞的摩擦和磨损，从而导致燃料被凸轮侧使用的润滑油污染或稀释，这是发动机磨损和喷射器积碳的原因。
DE 20 2011 107 909U1描述了一种无活塞发动机和可变燃烧室几何结构，其特征在于，发动机具有弹性室护套，底板而不是通常的活塞牢固地整合在弹性室护套中，由此封闭空间的无摩擦容积变化是可能的。
DE 695837C描述了一种燃烧压力驱动的燃料泵，包括大活塞级(large pistonstage)和弹性弹簧活塞。
本公开的目的是以成本有效的方式，特别是不使用柱塞密封件、弹簧和阻尼器膜，来实现改进的泵性能和效率。
发明内容
本公开的一个实施例是高压泵中的压缩室和可变容积室的组合。该组合允许将流体稳定地供应到压缩室，改善凸轮接触和密封性能以防止燃料污染或稀释，以及降低高压泵的供给压力。
根据实施例，可变容积室包括波纹管或由波纹管构成。因此，可变容积室由于结构的灵活性而可以像弹簧一样有利地扩展和收缩。
根据实施例，波纹管包括金属或塑料材料或由金属或塑料材料制成。金属的优点在于金属使波纹管坚固。塑料的优点在于塑料使重量轻。
根据实施例，歧管包括导管，导管具有第一端和第二端，第一端流体连接到可变容积室，第二端流体连接在入口止回阀和数字入口阀之间。这允许通过数字入口阀流体连接压缩室和可变容积室。
根据实施例，歧管包括至少两个单独的导管。这对于压缩室和可变容积室之间通过数字入口阀的平稳流体交换是有利的。
根据实施例，高压泵进一步包括安全阀，安全阀在压缩室和可变容积室之间或在压缩室和歧管之间，安全阀被构造成控制压缩室中的压力以防止超增压。因此，可以提高高压泵的可靠性。
根据实施例，高压泵进一步包括控制单元，以提供数字入口阀的电控制。因此，可以精确地控制数字入口阀。
根据实施例，提供一种压缩流体的方法。该方法包括以下步骤：
-将流体供应装置连接到压缩室，压缩室具有入口、出口、入口止回阀和数字入口阀，压缩室通过歧管和数字入口阀连接到可变容积室；
-以往复运动驱动柱塞或活塞；以及
-通过柱塞或活塞压缩压缩室和可变容积室中的流体，使得压缩流体通过出口从压缩室排出。该方法允许将流体稳定地供应到压缩室，改善凸轮接触和密封性能，以及降低高压泵所需的供给压力。
根据实施例，压缩流体的方法进一步包括以下步骤：在压缩室和可变容积室之间或在压缩室和歧管之间设置安全阀；以及当发生超增压时，通过安全阀将超增压释放到可变容积室或歧管中。这允许防止压缩室中的超增压。
根据实施例，压缩流体的方法进一步包括以下步骤：电控制数字入口阀。这允许控制数字入口阀。
根据实施例，流体供应装置的供给压力小于1巴。这允许降低附加泵或预供应泵将流体供给到高压泵中的功率消耗，从而减少燃料消耗。
根据压缩流体的方法的实施例，来自供应装置的流体的流速小于100L/h。这还允许降低附加泵或预供应泵将流体供给到高压泵中的功率消耗，从而降低燃料消耗。
附图说明
附图中示出示例性方面。本文公开的实施例和附图旨在被认为是说明性而非限制性的。
图1A、图1B、图1C、图1D、图1E和图1F是根据实施例的高压泵的一个实施例的示意图；
图2是根据实施例的包括安全阀的高压泵的示意图；
图3是根据实施例的包括控制单元的高压泵的示意图；
图4是示出根据实施例的压缩流体的步骤的示意流程图；以及
图5A至图5C是现有技术中的高压泵的示意图。
具体实施方式
尽管本文已经示出并描述了特定实施例，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，示出并描述的特定实施例可被各种可选和/或等同实施方案替换。总体上，本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的任何改变或变型。
根据第一实施例，如图1A至图1F所示，高压泵100包括：压缩室102，具有入口104和出口108，入口104连接到流体供应装置以吸入流体106；入口止回阀112，在压缩室102和入口104之间；数字入口阀114，在压缩室102和入口止回阀112之间；可变容积室116，通过歧管118和数字入口阀114连接到压缩室102；以及柱塞或活塞120，被构造成压缩压缩室102和可变容积室116中的流体106。
流体106可以是液体，特别是燃料，例如柴油或汽油等。
图1A示出当柱塞或活塞120向下移动(吸入冲程)到下死点时打开数字入口阀114，这引起流体106通过入口止回阀112被吸入。
如图1B和1C所示，当柱塞或活塞120向上移动(压缩冲程)时，入口止回阀112关闭，并且压缩室102、歧管118和可变容积室116中的压力增加。因此，可以避免由于逆着供给流的回流(图5B)引起的供应流脉动。
如图1D所示，当数字入口阀114关闭时，歧管118和可变容积室116中的压力达到例如约5巴，并且压缩室102中的压力达到略高于喷射系统中的轨道压力水平并通过出口止回阀110将流体106排到出口108，直到柱塞或活塞120到达上死点。
如图1E所示，当柱塞或活塞120向下移动(吸入冲程)时，出口止回阀110关闭并且数字入口阀114打开，并且例如约5巴的加压流体填充压缩室102。然后，如图1F所示，吸入过程再次开始以重新填充歧管118、可变容积室116和压缩室102。此后，重复如上所述的图1B至1F的过程。以这种方式，可以实现降低高压泵100所需的供给压力。也就是说，可以省略将流体106供给到高压泵100中的附加泵或预供应泵，或者可以减少附加泵或预供应泵的功率消耗。
有利地，柱塞或活塞120的底部可以整合到可变容积室116的底部。这允许防止流体泄漏到凸轮侧和/或防止润滑剂从凸轮侧泄漏到流体中。
另外，可变容积室116允许改进凸轮与可变容积室116的底部接触，因为可变容积室116起到类似弹簧的作用。因此，可以省略用于柱塞或活塞120的弹簧。
此外，由于可变容积室116用作弹簧，因此可以抑制并稳定周期性压力脉动。脉动是由柱塞或活塞120泵送冲程和数字入口阀114的致动产生的周期性流体流引起的。因此，可以省略阻尼器膜。
有利地，可变容积室116包括波纹管或由波纹管构成。在这种情况下，可变容积室116根据柱塞或活塞120的运动而灵活地扩展或收缩。波纹管优选地由诸如钢等的金属或诸如芳纶特别是PPTA等的塑料材料制成。这可能是有利的，因为波纹管重量轻。
如图1A至图1F所示，歧管118包括导管122，导管122具有第一端124和第二端126，第一端124流体连接到可变容积室116，第二端126流体连接在入口止回阀112和数字入口阀114之间。因此，压缩室102和可变容积室116通过数字入口阀114流体连接。
歧管118可以包括至少两个单独的导管122。这对于压缩室102和可变容积室116之间通过数字入口阀114的平滑流体交换是有利的。
如图2所示，泵100可以进一步包括安全阀128，安全阀128优选地在压缩室102和可变容积室116之间。可选地，安全阀128可以连接在压缩室102和低压侧的例如歧管118的任何其他部件之间。如果压缩室102中发生超增压，则可以将超增压释放到可变容积室116中，并且可以将压缩室102中的压力保持在期望的压力水平内。因为可变容积室116具有可达5巴的低压以及类似弹簧和/或垫的特征，因此可变容积室116可以吸收突然压力变化引起的冲击。
如图3所示，泵100进一步包括控制单元130，以提供数字入口阀114的电控制。该控制单元130可以是发动机控制单元。
图4是示出压缩流体106的方法的流程图，该方法包括将流体供应装置连接到压缩室102的步骤S10，压缩室102具有入口104、出口108、入口止回阀112和数字入口阀114。压缩室102通过歧管118和数字入口阀114连接到可变容积室116。该方法进一步包括：以往复运动驱动柱塞或活塞120的步骤S20，例如，进出压缩室102；以及通过柱塞或活塞120压缩压缩室102和可变容积室116中的流体106的步骤S30，使得压缩流体106通过出口108从压缩室102排出。可变容积室116通过根据柱塞或活塞120的运动改变容积而起到低压泵的作用。
压缩流体106的方法可以进一步包括：在压缩室102和可变容积室116之间或者在压缩室102和歧管118之间设置安全阀128；以及当发生超增压时，通过安全阀128将超增压释放到可变容积室116或歧管118中。因此，使用安全阀128，可以防止压缩室102中的超增压并且可以提高高压泵100的可靠性。
压缩流体106的方法还可以包括电控制数字入口阀114。数字入口阀114可以是电磁阀。
在压缩流体106的方法中，流体供应装置的供给压力优选小于1巴。如使用图1A至1F所说明的，可变容积室116仅需要低压供给。因此，可以省略将流体供给到高压泵100中的附加泵或预供应泵，或者可以减少附加泵或预供应泵的功率消耗。
在压缩流体106的方法中，来自供应装置的流体的流速可以小于100升/小时(L/h)。可变容积室116仅需要具有低流速的低压供给。因此，可以省略将流体供给到高压泵100中的附加泵或预供应泵，或者可以减少附加泵或预供应泵的功率消耗。
虽然上面已经讨论了许多示例性方面，但是本领域技术人员将认识到的是，所公开的特征的进一步的修改、置换、添加和其子组合仍然是可能的。因此，所附权利要求和此后引入的权利要求旨在被解释为包括在其真实思想和范围内的所有这些修改、置换、添加和其子组合。

Claims (12)

1.一种高压泵，包括：
压缩室，具有入口和出口，所述入口连接到流体供应装置以吸入流体；
入口止回阀，在所述压缩室和所述入口之间；
数字入口阀，在所述压缩室和所述入口止回阀之间；
可变容积室，通过歧管和所述数字入口阀连接到所述压缩室；以及
柱塞或活塞，被构造成压缩所述压缩室和所述可变容积室中的流体。
2.根据权利要求1所述的泵，其中所述可变容积室包括波纹管。
3.根据权利要求2所述的泵，其中所述波纹管由金属或塑料材料制成。
4.根据权利要求1所述的泵，其中所述歧管包括导管，所述导管具有第一端和第二端，所述第一端流体连接到所述可变容积室，所述第二端流体连接在所述入口止回阀和所述数字入口阀之间。
5.根据权利要求1所述的泵，其中所述歧管包括至少两个单独的导管。
6.根据权利要求1所述的泵，进一步包括安全阀，所述安全阀在所述压缩室和所述可变容积室之间或在所述压缩室和所述歧管之间，所述安全阀被构造成控制所述压缩室中的压力以防止超增压。
7.根据权利要求1所述的泵，进一步包括控制单元，以提供对所述数字入口阀的电控制。
8.一种压缩流体的方法，所述方法包括以下步骤：
将流体供应装置连接到压缩室，所述压缩室具有入口、出口、入口止回阀和数字入口阀，所述压缩室通过歧管和所述数字入口阀连接到可变容积室；
以往复运动驱动柱塞或活塞；以及
通过所述柱塞或活塞压缩所述压缩室和所述可变容积室中的所述流体，使得压缩的流体通过所述出口从所述压缩室排出。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：
在所述压缩室和所述可变容积室之间或在所述压缩室和所述歧管之间设置安全阀；以及
当发生超增压时，通过所述安全阀将所述超增压释放到所述可变容积室或所述歧管中。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：
电控制所述数字入口阀。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述流体供应装置的供给压力小于1巴。
12.根据权利要求11所述的方法，其中来自所述流体供应装置的所述流体的流速小于100L/h。
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