ITMI20081008A1

ITMI20081008A1 - PUMP FOR A FUEL INJECTION SYSTEM WITH A PERFORMED DELIVERY VALVE

Info

Publication number: ITMI20081008A1
Authority: IT
Inventors: Luca Alessandro De; Nicola Loiudice; Tobias Reiser; Massimiliano Roncone; Wolfgang Stoecklein
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-11-30
Also published as: EP2315930B1; WO2009144097A1; EP2315930A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

di Brevetto per Invenzione Industriale, Patent for Industrial Invention,

La presente invenzione si riferisce ad una pompa comprendente una valvola di mandata perfezionata, preferibilmente ad una pompa di alta pressione per un impianto di iniezione di combustibile di un motore a combustione interna. The present invention relates to a pump comprising an improved delivery valve, preferably to a high pressure pump for a fuel injection system of an internal combustion engine.

Una pompa di alta pressione viene generalmente impiegata in un impianto di iniezione di combustibile che comprendere un ramo di bassa pressione, una pompa di pre-alimentazione che aspira il combustibile da un serbatoio e lo invia ad una pompa di alta pressione tramite il ramo di bassa pressione e un ramo di alta pressione che collega una mandata della pompa di alta pressione ad un gruppo iniettori tramite un accumulatore, comunemente denominato 'common rail'. A high pressure pump is generally used in a fuel injection system which comprises a low pressure branch, a pre-feed pump which sucks the fuel from a tank and sends it to a high pressure pump via the low branch. pressure and a high pressure branch that connects a delivery of the high pressure pump to an injector group through an accumulator, commonly known as 'common rail'.

La pompa di alta pressione comprende una pluralità di cilindri pompanti azionati da un albero di conduzione tramite un corpo a lobi oppure tramite un eccentrico. I cilindri pompanti scorrono alternativamente all'interno di rispettive camere di compressione ciascuna delle quali è collegata fluidicamente a una valvola di aspirazione e a una valvola di mandata o di alta pressione. Generalmente la valvola di alta pressione o di mandata è una valvola di non ritorno. The high pressure pump comprises a plurality of pumping cylinders driven by a driving shaft through a lobe body or through an eccentric. The pumping cylinders slide alternately inside respective compression chambers, each of which is fluidically connected to an intake valve and to a delivery or high pressure valve. Generally the high pressure or discharge valve is a non-return valve.

Una valvola di alta pressione comprende un otturatore sferico caricato tramite una molla a elica contro una sede conica. A monte la sede conica è collegata fluidicamente alla camera di compressione e a valle la valvola di alta pressione è collegata fluidicamente al common rail. A high pressure valve comprises a spherical plug loaded by a helical spring against a conical seat. Upstream the conical seat is fluidly connected to the compression chamber and downstream the high pressure valve is fluidically connected to the common rail.

La portata di combustibile che attraversa la valvola di alta pressione genera sull'otturatore un'azione idrodinamica complessa che determina usura e un ritardo nella risposta dinamica. The flow of fuel that passes through the high pressure valve generates a complex hydrodynamic action on the shutter that causes wear and a delay in dynamic response.

In particolare, a causa sia delle elevate velocità di funzionamento della pompa, sia delle elevate portate, le forze idrauliche agenti sull'otturatore sono tali da generare una coppia che conduce l'otturatore in rotazione attorno all'asse della molla e ciò comporta sia uno sfregamento di quest'ultimo contro la molla che un ritardo nella chiusura. In particular, due to both the high operating speeds of the pump and the high flow rates, the hydraulic forces acting on the shutter are such as to generate a torque that drives the shutter to rotate around the axis of the spring and this involves both a rubbing of the latter against the spring that a delay in closing.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare una pompa di alimentazione per un circuito di iniezione di combustibile esente dagli inconvenienti sopra specificati . The object of the present invention is to provide a feed pump for a fuel injection circuit free from the drawbacks specified above.

Secondo l'invenzione, questo scopo viene realizzato da una pompa per un impianto di iniezione di combustibile di un motore a combustione interna, comprendente una sede collegata fluidicamente alla mandata di una camera di compressione, un condotto di uscita atto a collegare la sede ad una pluralità di iniettori, un otturatore alloggiato nella sede, una molla per caricare l'otturatore contro una prima superficie di battuta della sede in una posizione di chiusura, in cui nella sede è presente una prima apertura passante in direzione assiale e disposta a valle dell'otturatore e sono presenti mezzi di deviazione del flusso di combustibile a monte del condotto di uscita e configurati in modo che la velocità del flusso di combustibile sia maggiore fra l'otturatore e l'apertura rispetto che a monte dell'otturatore . According to the invention, this object is achieved by a pump for a fuel injection system of an internal combustion engine, comprising a seat connected fluidly to the delivery of a compression chamber, an outlet conduit adapted to connect the seat to a plurality of injectors, a shutter housed in the seat, a spring for loading the shutter against a first abutment surface of the seat in a closed position, in which a first opening is present in the seat, passing in the axial direction and arranged downstream of the obturator and means are present for deviating the flow of fuel upstream of the outlet duct and configured so that the speed of the fuel flow is greater between the obturator and the opening than upstream of the obturator.

I mezzi di deviazione del flusso di combustibile sono configurati in modo da dirigere il flusso verso l'apertura in modo che la velocità del combustibile aumenta immediatamente a valle dell'otturatore e viene conseguentemente creata una depressione. Tale depressione preme l'otturatore contro la molla e diminuisce la rotazione dell'otturatore. Inoltre, quando il fluido tende a cambiare direzione nella fase di aspirazione dell'elemento pompante, la pressione si localizza lungo l'asse della molla e si applica in modo efficace all'otturatore in modo da favorire una chiusura . The fuel flow diverting means are configured to direct the flow towards the opening so that the speed of the fuel increases immediately downstream of the shutter and consequently a vacuum is created. This depression presses the shutter against the spring and decreases the rotation of the shutter. Furthermore, when the fluid tends to change direction in the suction phase of the pumping element, the pressure is localized along the axis of the spring and is effectively applied to the shutter in order to favor closure.

Ulteriori dettagli, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno più chiaramente dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione, fatta con riferimento alle figure allegate, in cui: Further details, characteristics and advantages of the invention will appear more clearly from the following description of a non-limiting example of implementation, made with reference to the attached figures, in which:

la figura 1 è una sezione parziale di una testata di una pompa di alimentazione secondo la presente invenzione; e Figure 1 is a partial section of a head of a feed pump according to the present invention; And

la figura 2 è una vista prospettica di un componente di figura 1. Figure 2 is a perspective view of a component of Figure 1.

Nella figura 1, con 1 è genericamente indicata una testata di una pompa alternativa di alimentazione di combustibile. La testata definisce una camera di compressione 2 alloggiante un elemento pompante 3 e una valvola 4 di mandata collegata alla mandata della camera 2. La valvola di mandata 4 è una valvola di non ritorno . In Figure 1, 1 generally indicates a head of an alternative fuel feed pump. The head defines a compression chamber 2 housing a pumping element 3 and a delivery valve 4 connected to the delivery of chamber 2. The delivery valve 4 is a non-return valve.

La camera di compressione 2 presenta un asse A e viene chiusa assialmente da un elemento filettato 5 avvitato nella testata 1. La valvola 4 è collegata alla mandata della camera di compressione 2 tramite un condotto 6 avente un asse B perpendicolare all'asse A. The compression chamber 2 has an axis A and is closed axially by a threaded element 5 screwed into the head 1. The valve 4 is connected to the delivery of the compression chamber 2 by means of a duct 6 having an axis B perpendicular to the axis A.

Il condotto 6 sfocia in una sede 7 della valvola 4 definita da una parete cilindrica 8 coassiale al condotto 6 e da una superficie di battuta 9 troncoconica assialmente interposta fra il condotto 6 e la parete cilindrica 8. La sede 7 è inoltre collegata a un condotto 10 avente un asse C parallelo all'asse A e collegato agli iniettori preferibilmente tramite un 'common rail', entrambi non illustrati. The duct 6 opens into a seat 7 of the valve 4 defined by a cylindrical wall 8 coaxial to the duct 6 and by a truncated conical abutment surface 9 axially interposed between the duct 6 and the cylindrical wall 8. The seat 7 is also connected to a duct 10 having a C axis parallel to the A axis and connected to the injectors preferably by means of a 'common rail', both not shown.

Secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, la valvola 4 comprende un otturatore 11 sferico atto a cooperare selettivamente con la superficie di battuta 9; una molla 12 a elica per mantenere premuto l'otturatore 11 contro la superficie di battuta 9 in una posizione di chiusura; e un elemento di chiusura 13 per precaricare la molla 12. According to a preferred embodiment of the present invention, the valve 4 comprises a spherical obturator 11 adapted to cooperate selectively with the abutment surface 9; a helical spring 12 for keeping the shutter 11 pressed against the abutment surface 9 in a closed position; and a closing element 13 for preloading the spring 12.

L'elemento di chiusura 13 è collegato rigidamente alla testata 1 preferibilmente tramite un collegamento filettato e comprende, ad esempio in un corpo unico, una testa di chiusura 14 avvitata nella testata 1 a tenuta di fluido e un corpo cilindrico 15 alloggiato all'interno della sede 7. The closing element 13 is rigidly connected to the head 1 preferably by means of a threaded connection and comprises, for example in a single body, a closing head 14 screwed into the fluid-tight head 1 and a cylindrical body 15 housed inside the location 7.

Il corpo cilindrico 5 definisce preferibilmente un foro 16 radiale passante coassiale in uso all'asse C e una cavità assiale 17 comunicante con il foro 16 tramite un'apertura 18 e aperta verso la parete di battuta 9. La cavità assiale 17 alloggia la molla 12 ed è cilindrica con un diametro interno inferiore a quello dell'otturatore 11. The cylindrical body 5 preferably defines a radial through hole 16 coaxial in use with the axis C and an axial cavity 17 communicating with the hole 16 through an opening 18 and open towards the abutment wall 9. The axial cavity 17 houses the spring 12 and is cylindrical with an internal diameter smaller than that of the shutter 11.

L'apertura 18 è dalla parte opposta dell'otturatore 11 rispetto alla molla 12 e si trova in una posizione assiale compresa fra l'asse C e la cavità 17. The opening 18 is on the opposite side of the shutter 11 with respect to the spring 12 and is located in an axial position between the axis C and the cavity 17.

Verso la parete di battuta 9, il corpo cilindrico 15 comprende una porzione anulare di estremità 19 che definisce una svasatura 20 e almeno una scanalatura 21 radialmente passante. Towards the abutment wall 9, the cylindrical body 15 comprises an annular end portion 19 which defines a flare 20 and at least one radially passing groove 21.

La molla 12 è alloggiata all'interno della cavità assiale 17 in modo da essere coassiale con l'asse B e l'otturatore 11 contatta la superficie di battuta 9 quando la valvola 4 è chiusa. La valvola 4 si apre quando l'otturatore 11 si stacca dalla superficie di battuta 9 e può arrivare alla condizione di massima apertura quando l'otturatore 11 contatta la svasatura 20. The spring 12 is housed inside the axial cavity 17 so as to be coaxial with the axis B and the shutter 11 contacts the abutment surface 9 when the valve 4 is closed. The valve 4 opens when the obturator 11 detaches from the abutment surface 9 and can reach the maximum opening condition when the obturator 11 contacts the flare 20.

Inoltre, secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, il diametro del corpo cilindrico 15 è montato con gioco radiale nella sede 7 in modo che la resistenza idraulica definita dalla luce 22 fra il corpo cilindrico 15 stesso e la parete cilindrica 8 sia maggiore rispetto a quella definita dalla scanalatura 21, dalle spire della molla 12, dall'apertura 18 e dal foro 16. Furthermore, according to a preferred embodiment of the present invention, the diameter of the cylindrical body 15 is mounted with radial clearance in the seat 7 so that the hydraulic resistance defined by the opening 22 between the cylindrical body 15 itself and the cylindrical wall 8 is greater than to that defined by the groove 21, by the coils of the spring 12, by the opening 18 and by the hole 16.

Inoltre, il diametro del condotto 6 e la dimensione della scanalatura 21 sono tali da garantire che la velocità del combustibile all'interno della cavità 17 sia maggiore rispetto a quella all'interno del condotto 6 Furthermore, the diameter of the duct 6 and the size of the groove 21 are such as to ensure that the speed of the fuel inside the cavity 17 is greater than that inside the duct 6.

In uso, la portata di combustibile pompata dal dall'elemento 3 apre l'otturatore 11 dopo che la pressione a monte della valvola 4 è maggiore della somma fra la pressione a valle dell'otturatore e dell'equivalente in pressione del precarico della molla 12. In use, the flow rate of fuel pumped by the element 3 opens the shutter 11 after the pressure upstream of the valve 4 is greater than the sum of the pressure downstream of the shutter and the equivalent in pressure of the preload of the spring 12. .

Quando la valvola 4 è aperta, in condizioni di massima apertura, l'otturatore 11 è in battuta contro la svasatura 20 e la maggior parte del flusso si dirige lungo un percorso che conduce dalla scanalatura 21 al foro 16 attraverso le spire della molla 12 e l'apertura 18 poiché la resistenza idraulica di tale percorso è inferiore rispetto a quella definita dalla luce 22 fra la porzione anulare di estremità 19 e il condotto 10. In questo modo la portata di combustibile genera una depressione all'interno della cavità 17 e l'otturatore 11 viene premuto con una forza aggiuntiva contro la svasatura 20. Conseguentemente, aumenta la forza d'attrito e diminuisce il moto rotatorio dell'otturatore quando la valvola 4 è aperta. When the valve 4 is open, in conditions of maximum opening, the obturator 11 abuts against the flare 20 and most of the flow is directed along a path that leads from the groove 21 to the hole 16 through the coils of the spring 12 and the opening 18 since the hydraulic resistance of this path is lower than that defined by the opening 22 between the annular end portion 19 and the duct 10. In this way the fuel flow generates a vacuum inside the cavity 17 and the The shutter 11 is pressed with an additional force against the flaring 20. Consequently, the friction force increases and the rotary motion of the shutter decreases when the valve 4 is open.

Quando l'elemento pompante 3 arretra per dare inizio alla fase di aspirazione, la somma della pressione a valle della valvola 4 e dell'equivalente in pressione della molla 12 è maggiore della pressione nella camera di compressione 2. Il tempo di risposta dell'otturatore 11 diminuisce e il segnale di pressione presente nel condotto 10 si trasmette in modo efficace all'otturatore 11 tramite il foro passante 16 e l'apertura 18. When the pumping element 3 retracts to start the suction phase, the sum of the pressure downstream of the valve 4 and the equivalent in pressure of the spring 12 is greater than the pressure in the compression chamber 2. The response time of the shutter 11 decreases and the pressure signal present in the duct 10 is effectively transmitted to the shutter 11 through the through hole 16 and the opening 18.

Da quanto descritto con riferimento alle figure allegate, risultano evidenti il funzionamento ed i vantaggi della pompa secondo la presente invenzione. From what has been described with reference to the attached figures, the operation and advantages of the pump according to the present invention are evident.

E' stato verificato che la diminuzione del moto rotatorio dell'otturatore 11 durante la fase di apertura della valvola 4 riduce il ritardo nella risposta dinamica della valvola 4 stessa e anche l'usura dell'otturatore 11. It has been verified that the decrease in the rotary motion of the shutter 11 during the opening phase of the valve 4 reduces the delay in the dynamic response of the valve 4 itself and also the wear of the shutter 11.

Infatti, in particolari condizioni di funzionamento, la velocità di rotazione dell'otturatore 11 attorno all'asse B è così elevata, da mantenere in rotazione l'otturatore anche quando l'elemento pompante 3 inverte il suo moto ed inizia la fase di aspirazione, impedendo la chiusura della valvola anche, nel caso peggiore, per tutta la durata della fase di aspirazione . In fact, in particular operating conditions, the rotation speed of the shutter 11 around the axis B is so high, as to keep the shutter rotating even when the pumping element 3 reverses its motion and the suction phase begins, preventing the valve from closing even, in the worst case, for the entire duration of the suction phase.

La diminuzione del moto rotatorio dell'otturatore 11 viene ottenuta tramite una particolare deviazione del flusso di combustibile all'interno della cavità 17. Tale deviazione del flusso richiede lavorazioni poco costose dell'elemento di chiusura 13 e non impatta su altri componenti e sulla procedura di montaggio. In questo modo, la configurazione generale della pompa rimane invariata e si evitano i costi associati alle modifiche dell'attrezzatura e dei cicli di montaggio. The reduction of the rotary motion of the shutter 11 is obtained through a particular deviation of the flow of fuel inside the cavity 17. This deviation of the flow requires inexpensive machining of the closing element 13 and does not impact on other components and on the procedure of assembly. In this way, the overall configuration of the pump remains unchanged and costs associated with changes to equipment and assembly cycles are avoided.

Risulta infine chiaro che alla pompa di combustibile qui descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the fuel pump described and illustrated here without departing from the protective scope of the present invention, as defined in the attached claims.

In particolare, il numero di scanalature 21 può essere maggiore di uno, ad esempio fino a cinque, per assicurare che la velocità del flusso di combustibile sia maggiore nella cavità 17 rispetto a quella nel condotto 6. In particular, the number of grooves 21 can be greater than one, for example up to five, to ensure that the speed of the fuel flow is greater in the cavity 17 than in the duct 6.

La luce 22 può anche essere completamente chiusa nel caso in cui l'elemento 15 abbia un accoppiamento esatto con la superficie cilindrica 8 della sede 7. In questo caso, la resistenza idraulica è praticamente infinita e la totalità della portata di combustibile che attraversa la valvola 4 fluisce attraverso le spire della molla 12 e l'apertura 18. The port 22 can also be completely closed if the element 15 has an exact coupling with the cylindrical surface 8 of the seat 7. In this case, the hydraulic resistance is practically infinite and the totality of the fuel flow through the valve 4 flows through the coils of the spring 12 and the opening 18.

Claims

CLAIMS 1. Pump for a fuel injection system of an internal combustion engine, comprising a seat (7) fluidically connected to the delivery of a compression chamber (2) and having an axis (B), an outlet duct (10) adapted to connect said seat (7) to a plurality of injectors, shutter (11) housed in said seat (7), a spring (12) to load said shutter (11) against a first abutment surface (9) of said seat (7) in a closed position, said spring (12) being arranged downstream of said shutter (11), characterized by the fact that inside said seat (7) there is a first through opening (18) in the axial direction and arranged downstream of said shutter (11) and by the fact of comprising deviating means of the fuel flow (21, 22) arranged in said seat (7) upstream of said outlet duct (10) and configured in so that the speed of the fuel flow is greater between said shutter ( 11) and said opening (18) with respect to that upstream of said shutter (11).

2. Pump according to claim 1, characterized in that said means for deviating the fuel flow comprise a first hydraulic resistance (22) downstream of said shutter (11) connected in series to said outlet duct (10) and a second hydraulic resistance (21) downstream of said shutter (11) and arranged in series both with said opening (18) and said outlet duct (10), the value of said first hydraulic resistance (22) being higher than that of the said second hydraulic resistance (21).

3. Pump according to claim 2, characterized in that inside said seat (7) there is a second abutment surface (20) to delimit the axial stroke of said shutter (11) in the direction that increases the load of said spring (12) and by the fact that said second hydraulic resistance (21) is defined by said second abutment surface (20).

4. Pump according to one of claims 2 or 3, characterized in that it comprises a hollow body (15) mounted inside said seat (7) and defining a cavity (17) to house said spring (12) and said second hydraulic resistance (21).

5. Pump according to claims 3 and 4, characterized in that said hollow body (15) comprises a head portion (19) defining said second abutment surface (20).

6. Pump according to claim 5, characterized in that said second hydraulic resistance (21) comprises at least a second opening (21) defined by said head portion (19).

7. Pump according to any one of claims 4 to 6, characterized in that said first hydraulic resistance (22) is defined between said hollow body (15) and a side wall (8) of said seat (7).

8. Pump according to any one of claims 4 to 7, characterized in that said hollow body (15) is mounted with radial clearance inside said seat (7) and can be removed.

9. Pump according to any one of the preceding claims, characterized in that the said spring (12) is interposed between the said shutter (12) and the said opening (18).

10. Pump according to any one of the preceding claims, characterized in that said opening (18) has a smaller diameter than the maximum dimension of said shutter (12).

11. Pump according to any one of the preceding claims, characterized in that said spring (12) is helical and in that said means for deviating the flow of fuel (21, 22) are configured in such a way that most of the flow rate of fuel flowing towards said seat (7) passes through the coils of said spring (12).

12. Pump according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that the said outlet duct (10) is transversal with respect to the said seat (7) and by the fact that the said opening (18) is axially arranged between the said shutter (11). ) and said outlet conduit (10).