CN1608171A - 特别是用于内燃机燃料的高压泵的吸入阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阀(9)，具有阀体(36)，后者具有阀座(42)，与活门(43)协同工作，活门由基本上不变压力的第一弹簧(48)和由在活塞(7)冲程的至少一部分期间压力变动的第二弹簧(49)保持关闭。弹簧(48，49)是螺旋压缩式的，而它们的各自压力叠加在活门(43)上，后者具有阀盘(44)和阀杆(46)。第一弹簧(48)位于阀体(36)与凸缘(52)之间，后者与套筒(53)形成一体，套筒在可调位置上配装于网杆(46)；而第二弹簧(49)位于阀盘(44)与活塞(7)之间。

Description

特别是用于内燃机 燃料的高压泵的吸入阀
技术领域
本发明涉及一种特别是用于内燃机燃料的高压泵的吸入阀。
背景技术
一如所知，喷进内燃机各缸体中的燃料必须被压缩到1600巴压力左右。当前的各种馈送系统包括一高压活塞泵，用于把经过压缩的燃料给进到连通多个引擎喷射器的一共轨，而高压活塞泵本身又由一低压泵供给5巴压力左右的燃料。
每一泵缸体具有一吸入阀，包括一通常由一弹簧关闭的活门，且当缸体中的燃料供给压力差超过由弹簧施加在活门上的力或压力时开启阀门。
泵通常包括一组径向活塞，比如三个相隔120°的活塞，由一配装于一转轴的共用凸轮驱动器予以促动；而每一活门弹簧适当地予以校准，但设置得以致其压力不受相对活塞的位置的影响。
以上所知的吸入阀(阀1)具有多种缺点，当要求泵流量较低，比如低于最大流量的30％时，导致运作中的转轴和各缸体的输送压力两方面的失衡。
亦即，各个阀门开启的延迟变化，以致各活塞压缩不同的燃料量。在很低流量的情况下，如当引擎怠速运转时，某些阀甚至根本可能不开启，以致泵的运作中的转轴的失衡是显著的并大大地降低泵的工作寿命。此外，在其高的弹性常数的情况下，弹簧只能在相对较宽的允差范围内予以校准。
为了减小由上述吸入阀造成的泵的失衡，近来提出一种高压泵，其中活门弹簧位于活门与活塞(阀2)之间，以致在活塞的吸入冲程期间，弹簧的压力迅速减小，而仍然允许阀门开启。
以上所知的阀2具有一带有基本上截圆锥形侧表面的阀体。阀体由一作用在侧表面上的圆环螺帽固定于缸体，并具有一相对于阀体轴线倾斜的吸入导管。
此已知的阀2还具有若干缺点。特别是，活门弹簧具有高的弹性常数并因此需要相当大的压降以便开启；由于其位置所致，弹簧不能予以校准，使得对于不同各应用场合必须提供成许多型式的弹簧；阀体的形状使得难以自动地预先组装阀门；以及，最终，吸入导管的设置削弱了阀体，在使用中此阀体易于破裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压泵吸入阀，使得可以校准活门的开启压力，并易于预先组装，非常可靠和耐久，以及可消除一般关联于已知各种吸入阀的前面提及的缺点。
按照本发明，提供一种用于高压泵的吸入阀，特别是用于内燃机燃料，具有至少一个缸体，以及一相应的活塞，以吸入冲程和压缩冲程在缸体内滑动；所述阀包括一阀座，与一由弹性装置保持关闭的活门协同工作；而所述活门在所述吸入冲程期间克服所述弹性装置的压力被开启；其特征在于，所述弹性装置包括一基本上不变压力的第一弹簧，以及在所述活塞的每一冲程的至少一部分期间在压力方面变化的第二弹簧。
更为具体地说，两个弹簧的各自压力叠加在活门上，而第一弹簧的压力是可调的；所述阀座被承托在阀体上；活门是蘑菇式的，具有一接合所述阀座的阀盘，和一在与活塞相反的方向上以使该的阀杆；两个弹簧是螺旋压缩式的；第一弹簧位于阀体与一在轴向可调位置上固定于阀杆的凸缘之间；第二弹簧位于阀盘与缸体之间；以及在活塞下死点位置处第一弹簧的压力与第二弹簧的压力之间的比值范围在1.5与6之间。
附图说明
本发明的一项优选的非限制性实施例将参照附图通过范例予以说明，其中：
图1表明一种用于内燃机燃料的径向活塞泵的简图，其中每一缸体配备符合本发明的吸入阀；
图2表明图1泵的一缸体的局部纵向剖面；
图3表明图2的放大比例的细节；
图4表明泵的各吸入阀的开启压力的图线；
图5表明符合本发明的吸入阀的开启压力与已知阀的开启压力相比较的图线；
图6表明一已知吸入阀的局部纵向剖面。
具体实施方式
参照图6，一已知高压泵包括缸体a，活塞b在其中滑动；以及吸入阀c(阀2)，由具有截圆锥形侧部表面的阀体d承托。阀c由蘑菇状活门形成，其包括阀盘e，与缸体a共轴线并在阀体d中的孔眼f内受到导引。弹簧g位于阀盘e与活塞b的台肩之间，并在活塞b的冲程期间变化地作用在阀盘e上。
弹簧g必须在活塞b的下部死点位置处也提供给定的开启压力，并因此具有较高的弹性常数。阀体d由具有在形状上互补于阀体d形状的凹穴的、带螺纹的圆环螺帽h固定于缸体a，并具有必须躲开圆环螺帽h边缘的吸入导管i。吸入导管i因此是倾斜的，并在阀体d上形成一薄弱区域m，该薄弱区域容易由于阀盘e的冲击而破裂。
参照图1，附图标记5整体上指明一种用于内燃机，比如柴油机，燃料的高压泵。泵5是径向活塞式的，并包括三个相隔120°的缸体6，一相应的活塞7在每一个缸体之中滑动。三个缸体6由共同的泵体承托，此泵体形成一封闭的中心操作室，装放有由转轴10承托的凸轮驱动器8并为所有三个活塞7所共用。
每一缸体6配备有整体上由9指明的吸入阀；以及输送阀11。三个吸入阀9借助于馈送导管12、电磁比例进给阀13和三个进给导管14由一低压泵(未画出)供给燃料。
三个输送阀11连接于连通高压燃料共轨(common rail)17的三个相应的输送导管16，共轨以已知方式向内燃机各缸体的一系列喷射器供给燃料。各喷射器18以电磁方式加以控制，但由共轨17中的加压燃料以已知方式予以启动。
共轨17配装过压阀19，借此，任何过剩燃料在大气压力下被泄放入回流导管21；用以操作各喷射器18的燃料也被馈给回流导管21；以及，为了润滑转轴10的各轴承和凸轮驱动器8与各活塞7的接触表面，馈送导管12将一定量的燃料经由节流门22和过压阀21供入泵体的中心腔室。
来自中心腔室和过压阀13的润滑燃料被馈送给回流导管21。为了解决经由比例进给阀13的燃料泄漏，输入燃料压力大于回流压力，而各进给导管14经由节流门24连通回流导管21。
高压泵25通常由低压泵供以5巴左右压力下的燃料，并以1600巴左右的压力供给共轨17；而每一缸体6的吸入阀9应当予以校准以在大约1.8巴压降(pressure drop)下开启，但带有大约0.01巴的允差。
参照图2，泵5包括带有三个缸体6(只画出一个)的泵体26。一相应的活塞7在每一缸体6中滑动，活塞由相应的压缩弹簧27推向凸轮驱动器8(同样见图1)，使得随着凸轮驱动器8的转动，三个活塞7被顺序地驱动以执行上死点位置与下死点位置之间的吸入冲程，以及在相反方向上的压缩冲程；两个冲程都是以谐波运动方式执行的。更为具体地说，吸入冲程是由弹簧27被动地执行的，而压缩冲程是由凸轮驱动器8主动地执行的。
每一缸体6的输送导管16(同样见图3)经由孔眼28从缸体6内部引出，孔眼形成用于输送阀11的圆锥形阀座29，输送阀11包括由压缩弹簧31推靠于阀座29的球形活门11。在外端处，每一缸体6连通共轴线的圆筒形孔口32，其直径大于缸体6，具有带螺纹的轴向部分33，并与缸体6形成环形台肩34。
每一缸体6的吸入阀9包括由圆柱状板件形成的阀体36。阀体36装放在孔口32内部，并由在底部处具有突出边缘35以及在顶部处具有用于六方扳手的六角承口38的带螺纹的圆环螺帽37保持座放在台肩34上。
采用六方扳手，并在置入低压燃料密封件39的情况下，圆环螺帽37被拧进孔口32的带螺纹部分33里面，直至边缘35有效地迫使阀体36顶靠台肩34为止，以致阀体36构成缸体6的端部表面。
吸入阀9包括孔口41，制成阀体36上并在底部形成与缸体6共轴线的圆锥形阀座42。圆锥形阀座42由蘑菇状活门43予以关闭，后者包括阀盘44，由圆柱形阀杆46承托，阀杆46在与活塞7相反的方向延伸和装放在圆环螺帽37之中的凹穴40之中，阀盘44具有环形圆锥表面45，气密地接合圆锥形阀座42；而活门43可以沿轴向在关闭阀座42的关闭位置(图2)与开启阀座42的开启位置之间移动。为此目的，孔口41包括轴向部分47用于沿轴向导引活门43的阀杆46。
按照本发明，活门43由包括第一弹簧48和第二弹簧49的弹性装置保持于关闭位置；第一弹簧48在相应活塞7的移动期间以基本上不变的力量或压力作用在活门43上；而第二弹簧49以在活塞7至少一部分的移动期间变化的压力作用在活门43上。更为具体地说，弹簧48和49二者都是螺旋压缩弹簧式的并以各相应压力之和作用在活门43上。
第一弹簧48位于阀体36顶部表面上的、孔口41的凹槽51与由固定于活门43的阀杆46的套筒53承托的凸缘52之间。更为具体地说，套筒53具有与阀杆46的外径稍微过盈配合的内径，并在可调节的位置上压装到阀杆46上，以便极为精确地校准弹簧48的压力。
第二弹簧49位于阀盘44与活塞7之间。为此目的，阀盘44具有底面凹部54，弹簧49的一端座放在它上面，而活塞7具有一较小直径的部分56，构成弹簧49另一端座放在其上的台肩57。在活塞7的上死点位置上，部分56的自由端明显地位于距阀盘44底部表面一给定最小距离处，以致弹簧49在阀盘44上的压力因此在活塞7的吸入冲程期间以正弦方式减小，并在活塞7的压缩冲程期间以正弦方式增大。
当活塞处在如图3之中所示的上死点位置上时，输送导管16的孔眼28在活塞7的部分56处从缸体6内部引出。吸入阀9的进给导管14包括缸体6的径向孔眼58，在阀体36处从缸体6的相应圆筒形孔口32内部引出。为此目的，阀体36的侧向表面具有凹槽59，与孔口32的侧壁和台肩34一起形成一环形槽道60。进给导管14还包括阀体36的径向孔眼61，从孔口41的环形槽沟62内部引出。
第一弹簧48施加的压力小于第二弹簧49的，并优选的是选定得尽可能地低以降低其弹性常数。
为了吸入阀9在缸体6中燃料压力下降到低于范围在1.3与5巴之间的某一数值时开启，阀盘44上的总压力是通过以范围在1.5与6之间的比值相加第一弹簧48和第二弹簧49的压力而获得的。更为具体地说，在大约2.3巴总压力值的情况下，第一弹簧48可以设计得确保阀盘44上大约1.8巴的不变压力，而第二弹簧49可以设计得在压力方面变化以便确保阀盘44上0.5巴的吸入开启压力。测试表明，在弹簧48和49的以上压力数值下，弹簧48可以校准在1与5巴之间，带有±0.05巴的允差。
于是，第一弹簧48的弹性常数对于第二弹簧49的弹簧常数的比值范围可以在1与20之间。有利的是，第一弹簧的弹性常数可以小于1N/mm，比如在0.1N/mm与0.8N/mm之间，而第二弹簧49的弹性常数可以是0.07N/mm左右。
泵5和吸入阀9的操作显而易见，因此不需要任何进一步的说明。在图4中，每一曲线A、B和C，作为转轴10转角的函数，表明为对于泵5的相应吸入阀9的可变弹簧阀盘44所需的开启压力；直线D表明恒定弹簧48所需的名义不变开启压力；以及三个可变弹簧49的最大和最小压差取决于多种因素，且必须落入由直线E和F表明的范围以内。
在图5中，由线G表明当阀盘44由两个弹簧48和49保持关闭时，作为转轴10转角函数的、阀盘44所需的开启压力，以及直线H表明已知阀1恒定开启压力。
另一方面，曲线M表明图6中弹簧g的可变压力，亦即，已知阀2的阀盘所需的压力。可以看出，弹簧49比图6中弹簧g需要小得多的力量，使得弹簧49可以由较小直径的琴用钢丝制成，从而大大地减小其尺寸和弹性常数。弹簧49的较低弹性常数减小了阀9的平均开启压力，从而增加吸入缸体的燃料并提高泵5的效率。
与已知泵的相比，符合本发明的吸入阀的优点从以上说明中清楚可见。特别是，既不是弹簧48也不是弹簧49生成阀9的全部开启压力，使得二者都具有较低的弹性常数；不变弹簧48可以容易校准以满足不同应用场合的需要；可变弹簧49可以具有低的弹簧常数，因而可减小其围绕活塞7部分56的尺寸；阀体36的圆柱形状和孔眼58的径向位置不会过分削弱阀体36，因而可降低使用中破裂的风险；以及，最后，为了将阀9配装于相应的缸体6，由阀体36、活门43、弹簧48和套筒53形成的阀9总成，可以容易地预先组装。
显然，对于在此所述的吸入阀可以作出改变而不偏离所附各项权利要求的范畴。比如，阀体36可以具有一个以上的径向孔眼58；弹簧48和49的弹性常数之间的比值或相应绝对值可以是不同的；以及可变压力弹簧49可以设计得仅在相对活塞冲程的一部分期间改变压力。
在可以校准弹簧48的情况下，同样的弹簧48、49可以用于大批生产不同泵5型号的吸入阀9，从而降低制造成本；泵5可以具有不同数量的缸体6，后者可以由独立的驱动器予以促动；以及最后，每一活塞7可以于两个冲程比如通过连杆和曲柄机构予以强制促动。

Claims (16)

1.一种用于特别是内燃机燃料的高压泵的吸入阀，具有至少一个缸体(6)，以及以吸入冲程和压缩冲程滑动的相应活塞(7)；所述阀(9)包括与由弹性装置(48，40)保持关闭的活门(43)协同工作的阀座(42)；而所述活门(43)在所述吸入冲程期间克服所述弹性装置(48，49)的压力而开启；特征在于特征在于，所述弹性装置(48，49)包括基本上恒定压力的第一弹簧(48)，以及在所述活塞(7)每一冲程的至少一部分期间压力变化的第二弹簧(49)。
2.按照权利要求1所述的吸入阀，其特征在于，所述弹簧(48，49)是螺旋压缩型弹簧；以及所述第一弹簧(48)和所述第二弹簧(49)的压力叠加在所述活门(43)上；所述第一弹簧(48)的压力是可调的。
3.按照权利要求1或2所述的吸入阀，其特征在于，对于1至4巴的阀(9)的总开启压力，在所述活塞(7)的下死点位置处所述第一弹簧(48)的恒定压力与所述第二弹簧(49)的压力之间的比值范围在1.5与6之间。
4.按照权利要求3所述的吸入阀，其特征在于，所述第一弹簧(48)可在1至5巴的范围内调节。
5.按照权利要求3或4所述的吸入阀，其特征在于，所述第一弹簧(48)弹性常数与所述第二弹簧(49)弹性常数之间的比值范围在1与20之间。
6.按照权利要求5所述的吸入阀，其特征在于，由所述第一弹簧(48)和所述第二弹簧(49)提供的开启压力分别在1.8和0.5巴的量级。
7.按照权利要求6所述的吸入阀，其特征在于，所述第一弹簧(48)的弹性常数小于1N/mm，而所述第二弹簧(49)的弹性常数在0.07N/mm的量级。
8.按照权利要求3至7中任何一项所述的吸入阀，其特征在于，所述阀座(42)由关闭所述缸体(6)的阀体(36)承托；而所述活门(43)是蘑菇式的，具有阀盘(44)以及在与所述活塞(7)相反的方向上延伸的阀杆(46)；其特征在于，所述第一弹簧(48)位于所述阀体(36)与在可调的轴向位置上固定于所述阀杆(46)的法兰(52)之间。
9.按照权利要求7或8的吸入阀，其特征在于，所述第二弹簧(49)位于所述阀盘(44)与所述活塞(7)之间。
10.按照权利要求9所述的吸入阀，其特征在于，所述凸缘(52)与在所述可调位置上配装于所述阀杆(46)的套筒(53)形成一体。
11.按照权利要求10所述的吸入阀，其特征在于，所述套筒(58)在所述阀杆(46)上的位置如此调节使得由第一弹簧(48)产生的开启压力可以以至少±0.05巴的允差予以校准。
12.按照权利要求10或11所述的吸入阀，其特征在于，所述阀座(42)与所述缸体(6)共轴线，并且具有由所述阀盘(44)的相应截圆锥形表面(45)接合的截圆锥形表面；其特征在于，所述阀盘(44)具有的直径基本上等于所述活塞(7)的直径；所述第二弹簧(49)置放在所述阀盘(44)上的凹槽与形成在所述活塞(7)的较小直径部分(56)上的台肩(57)之间。
13.按照权利要求12所述的吸入阀，其特征在于，所述阀座(42)由所述阀体(36)上的孔口(41)承托；所述孔口(41)包括用于导引所述阀杆(46)的部分(47)；其特征在于，所述阀体(36)由圆柱形板件(36)形成；所述缸体(6)设置有进给导管(14)，包括在所述圆柱形板件(36)上的径向孔眼(61)；所述径向孔眼(61)连通孔口(41)的所述部分(47)的环形槽沟(62)，并连通由所述圆柱形板件(36)上的凹槽(59)形成的环形槽道(60)。
14.按照权利要求13所述的吸入阀，其特征在于，所述圆柱形板件(36)固定在与所述缸体(6)共轴线的圆筒形孔口(32)之内；带螺纹的圆环螺帽(37)具有伸出的环形边缘(35)用于接合所述圆柱形板件(36)的平坦表面。
15.一种高压泵，具有权利要求12至14中的任何一项所述的吸入阀，其特征在于，所述缸体(6)具有输送阀(11)，位于所述较小直径部分(56)处并连通用于向一系列燃料喷射器(48)供送的加压燃料共轨(17)。
16.按照权利要求15所述的高压泵，其特征在于，泵(5)设置有三个径向缸体(6)，每个缸体具有相应的进给管道(14)，并设置有共用的凸轮驱动器(8)用于顺序促动相应的活塞(7)；所述进给导管(14)与回流导管(21)连通，用于经由节流门(22)从所述泵(5)和/或从所述共轨(17)回流燃料用于控制所述各进给导管(14)中的燃料压力。
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