高壓泵的製作方法

2023-06-07 09:00:31 2

專利名稱：高壓泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序部分的一種用於內燃機的燃料噴射裝置的高壓泵。
背景技術：
高壓泵例如在機動車的共軌系統中用於在所有工作條件形對高壓儲存器提供或輸送處於高壓下的燃料。在此情況下這種柴油高壓泵通常或設有偏心式驅動器或設有凸輪驅動器。凸輪驅動的高壓泵的優點在於其中存在一個可能性，即對於所需的應用可設計一個與其適配的凸輪輪廓，該凸輪輪廓描述活塞行程隨驅動軸或凸輪軸的轉動角度的變化。例如通過一個非對稱的凸輪輪廓可實現高壓泵的一個慢速的輸送階段及一個快速的抽吸階段，於是通過由此引起的低的最大驅動轉矩而得到好處，該最大轉矩是發動機為了驅動高壓泵所必需施加的。但為了在製造時減小部件的多樣性，在現有技術中基本上開發了對稱的凸輪輪廓，它在抽吸階段及輸送階段中具有相同的行程變化曲線。因此這樣設計的凸輪輪廓既可用於向右轉動也可用於向左轉動。儘管對稱地設計的凸輪輪廓具有上述優點，即部件的多樣性保持很小，但它具有其缺點，即未考慮或涉及對於抽吸階段及輸送階段所產生的原則性區別。此外在由現有技術公知的高壓泵上對於驅動軸所使用的凸輪對於其凸輪輪廓僅在輸送階段方面進行了優化。但這樣產生的凸輪輪廓對於抽吸階段中高壓泵的基室或泵工作室的裝載狀態得到不利的特性。因此有必要提出一種用於燃料噴射裝置及尤其用於共軌系統的高壓泵，它具有一個凸輪輪廓，該凸輪輪廓在抽吸階段方面也進行了優化。

發明內容
根據本發明提出了用於內燃機的燃料噴射裝置的高壓泵，尤其用於共軌系統，它具有一個凸輪驅動機構，其中凸輪軸的旋轉運動通過至少一個凸輪轉換成該高壓泵的一個泵活塞的往復直線運動，其中這樣地設計凸輪的凸輪輪廓，以使得在燃料被抽吸到泵工作室中的、高壓泵的抽吸階段中在從一個上死點直到一個下死點的範圍中作為凸輪轉角的函數的泵活塞的活塞行程跟隨一個正弦形變化曲線。通過凸輪輪廓的正弦形設計使在抽吸階段中高壓泵的基室或泵工作室的裝載性能得到改善及減小了作為轉速的函數的燃料輸送量的強變化。此外改善了凸輪上死點後的壓力下降區域。根據一個優選的實施形式至少一個凸輪具有一個非對稱的凸輪輪廓。這就允許適配專門的要求、例如對於抽吸階段及輸送階段的要求。根據另一優選的實施形式，所述正弦形變化曲線在抽吸階段中相應於一個正弦函數的下降沿，它開始於凸輪的一個上死點及結束於凸輪的一個下死點。通過根據該實施形式的具有例如2X6mm行程的「半正弦凸輪」可實現比具有2X6mm行程的傳統凸輪明顯增大的輸送率。當使用根據該實施形式的「半正弦凸輪」時，輸送率例如由在使用傳統凸輪情況下的1601/h上升到1781/h。此外由此使例如一個雙活塞泵的輸送量隨轉速變化的削弱得到減小及在抽吸階段中改善了高壓泵的推桿組件的跳動特性。不再需要通過增大活塞行程來校正或補償輸送量隨轉速變化的削弱及輸送率的下降，高壓泵的耐久性得到改善。尤其通過上述構型可避免推桿的高負荷、高壓泵的高驅動轉矩及高的泵循環損耗，而這些將會導致高壓泵的附加損耗。特別優選的是，下降沿由諧波函數的一個總和構成。當凸輪輪廓的下降沿由諧波函數的總和構成時可進一步優化高壓泵的功效。尤其高壓泵的推桿體的上升特性得到改善及視輸送階段中上升沿的加速曲線而定可避免向抽吸階段過渡的區域中的大加速等級。尤其通過該構型改善了泵活塞的速度曲線及加速度曲線及赫茲壓力。根據另一優選的實施形式在抽吸階段中正弦形曲線在凸輪的上死點處相應於泵活塞的一個最大輸送行程。通過該構型使抽吸階段進一步優化，其中在抽吸階段前發生的輸送階段的凸輪輪廓或曲線並不重要及可跟隨一個已優化的凸輪輪廓。正弦曲線的特徵在於涉及死點後或前的活塞行程、活塞速度及活塞加速度方面的緩慢及和諧的下降或上升。 輸送階段中間區域中的高活塞速度迄今由於高壓泵的高驅動轉矩及對現有技術的高壓泵所提出的要求而不可達到。但通過在上死點後的緩慢、和諧的下降達到抽吸階段的改善及壓力上升時小的負轉矩。通過緩慢地接近下死點高壓泵的抽吸閥可較早地開始其關閉過程及通過抽吸閥的後來的關閉可明顯減小輸送損耗。根據另一優選的實施形式在抽吸階段中正弦形曲線在凸輪的下死點處相應於泵活塞的一個最小輸送行程。最好這樣來設計凸輪輪廓，以使得在高壓泵的抽吸階段中進行往復運動的泵活塞的作為凸輪轉角的函數的活塞速度跟隨一個正弦形變化曲線。最好這樣地設計凸輪輪廓，以使得在高壓泵的輸送階段中作為凸輪轉角的函數的泵活塞的加速度跟隨一個變化曲線，該曲線由正弦形、直線的、弧形或切線的區段組成，在該輸送階段中燃料在泵工作室中被壓縮及輸送給一個輸送閥。以下將藉助附圖來對本發明的實施例進行詳細的說明。


圖1 根據現有技術的一個高壓泵的截面圖；圖2 —個曲線圖，它描述輸送率與根據現有技術的凸輪轉速及與根據一個實施形式的凸輪轉速的關係；圖3 活塞行程變化與凸輪轉角關係的曲線圖；圖4 活塞速度變化與凸輪轉角關係的曲線圖；圖5 活塞加速度變化與凸輪轉角關係的曲線圖。具體實施形式圖1表示一個如由現有技術所各種的、用於內燃機的燃料噴射裝置的高壓泵1的截面圖。該高壓泵1具有一個多部分的殼體2，在其中設有一個通過內燃機旋轉地驅動的驅動軸或凸輪軸3。凸輪軸3例如通過兩個在凸輪軸3的旋轉軸線4的方向上相互隔開的支承位置可轉動地支承。這些支承位置可設置在泵殼體2的不同部分中，例如第一支承位置
4可被設置在泵殼體3的一個基體5中及第二支承位置可被設置在一個與基體5連接的法蘭盤部分6中。凸輪軸3在位於支承位置之間的區域中具有一個凸輪7，該凸輪也可被構成多重凸輪。高壓泵1具有至少一個或多個設置在殼體2中的各設有一個泵活塞9的泵部件8，泵活塞通過凸輪軸3的凸輪7被驅動成在相對凸輪軸3的旋轉軸線4至少近似徑向的方向上的往復直線運動。當凸輪7旋轉時泵活塞9被帶動成往復或上下的運動。由此得到由泵活塞9限定的泵工作室14的容積的一個周期性變化。在每個泵部件8的區域中設有一個與基體5連接的泵殼體部分10，該泵殼體部分被構成活塞頭。泵殼體部分10具有一個緊貼在基體5的外側上的法蘭盤11及一個伸入基體5的一個孔中的、具有比法蘭盤11小的直徑的至少近似圓柱形的柱體12。泵活塞9在一個泵殼體部分10中的構成於柱體12中的缸孔 13內密封地、可移動地被導向及用其背著凸輪軸3的端部在缸孔13中限定了泵工作室14。 缸孔13可一直延伸到法蘭盤11中，在該法蘭盤中設有泵工作室14。泵工作室14通過一個延伸在泵殼體2中的燃料輸入通道15具有與一個燃料輸入部分、例如一個輸送泵(未示出)的連接。在燃料輸入通道15通入泵工作室14的出口處設有一個向著泵工作室14打開的進入閥16。此外泵工作室14通過一個延伸在泵殼體2中的燃料輸出通道17具有與一個輸出部分的連接，例如與一個高壓儲存器18的連接。設在內燃機汽缸上的一個或多個噴射器19也與高原儲存器連接，通過這些噴射器將燃料噴射到內燃機的汽缸中。在燃料輸出通道17通到泵工作室14的出口處設有一個從泵工作室14打開的排出閥或輸送閥20。在泵活塞9的抽吸行程或抽吸階段中，這時泵活塞9徑向地向內運動，泵工作室14 在作為抽吸閥工作的進入閥16打開的情況下通過燃料輸入通道15注入燃料，這時輸送閥 20關閉。在泵活塞9的輸送行程或階段中，這時泵活塞9徑向地向外運動，在輸送閥20打開的情況下通過燃料輸出通道17將處於高壓下的燃料輸送到高壓儲存器18，這時進入閥 16關閉。在泵活塞9與凸輪軸3的凸輪7之間設有一個推桿21，通過該推桿使泵活塞9至少可間接地支撐在凸輪軸3的凸輪7上。推桿21被構成具有圓的外橫截面的圓柱形及在泵殼體2的基體5的一個孔22中在泵活塞20的縱軸線23的方向上可移動地被導向。因此推桿21的縱軸線至少基本上與泵活塞9的縱軸線23相同。在推桿21中在其向著凸輪軸3的端部區域中插入了一個支撐部件M，在該支撐部件中可轉動地支承著一個滾子25， 該滾子在凸輪軸3的凸輪7上滾動。滾子的旋轉軸線沈至少近似地平行於凸輪軸3的旋轉軸線4。支撐部件M在其向著凸輪軸3的一側上具有一個凹面27，滾子25可轉動地支承在該凹面中。支撐部件M及推桿21也可被構成一體。在推桿21或在泵活塞9上作用有一個預偏壓彈簧觀，它被構成復位彈簧，該彈簧支撐在泵殼體部分10上。通過彈簧觀向著凸輪軸3的凸輪7加載泵活塞9及推桿21，以使得即使當泵活塞9向著凸輪軸3的抽吸行程時亦當凸輪軸3高轉速時仍可保證滾子25 對凸輪7的接觸。泵活塞9可與推桿21相耦合，至少轉其縱軸線23的方向上相耦合。變換地泵活塞9也可不與推桿21連接，這時通過復位彈簧觀來保證泵活塞9接觸在推桿21 上。可以考慮復位彈簧28例如通過一個彈簧盤四作用在泵活塞9的一個在直徑上增大的活塞基部上，由此使該彈簧盤保持與一個由推桿21的外套向內伸的法蘭盤相接觸，後者又與支撐部件M保持接觸，以致泵活塞9、推桿21及支撐部件M的組合體通過滾子25向著凸輪軸3的凸輪7加載。在旋轉軸線沈的方向上滾子25的側向旁邊對於它設有支撐部分30，通過該支撐部分可防止滾子25在其旋轉軸線沈的方向上移出支撐部件M。滾子25可在其向著支撐部分30的側面上被構成凸拱形，例如至少近似球形地彎拱。支撐部分30向著滾子25的側面的面可被構成近似平面或彎拱形。支撐部分30可被構成圍繞滾子25的環或僅被設置在滾子25的側面的側向旁邊。圖2表示一個曲線圖，它描述高壓泵1的輸送率一方面與根據現有技術的凸輪7 的轉速及另一方面與根據一個實施形式的另一凸輪7的轉速的關係，該曲線圖根據仿真分析求得。輸送率的仿真或輸送率的比較是基於1800巴的壓力及40°C的溫度的條件進行的。 此外一方面根據現有技術的徑向活塞泵設有2X6mm行程的傳統凸輪7，它與設有根據本發明的一個實施形式的凸輪7的徑向活塞泵相比較，後者對於抽吸階段具有一個跟隨正弦形曲線的凸輪輪廓。根據該實施形式的凸輪7在下面被稱為半正弦凸輪。如由該曲線圖可看到的，根據仿真在約5000rpm(轉/分鐘)的轉速時通過傳統凸輪7達到的輸送率上升到 1601/h (升/小時)，而對於半正弦凸輪達到的輸送率上升到1781/h。圖3表示活塞行程與凸輪轉角關係的變化曲線圖。這裡在曲線圖的左半部分中輸送階段通過從0°至90°的凸輪轉角範圍來表示，其中該輪廓由直線的、正弦形的、切向的或弧形的加速區段組成。但重要的是，在抽吸階段中從90°到180°的凸輪轉角範圍中的凸輪輪廓跟隨一個正弦形的變化曲線。從由標號31表示的在90°的凸輪轉角時的凸輪7 的上死點開始活塞行程和諧地下降，直到在180°的凸輪轉角時通過標號32指示的凸輪7 的下死點上該行程接近於零。在通過上死點31後開始時通過曲線邊沿緩慢、和諧地下降及接著的一個快速抽吸階段主要達到了抽吸階段的改善及在壓力下降時小的負轉矩。凸輪輪廓的下降沿33也可由一個非純的正弦函數形成，在此情況下凸輪輪廓的下降沿33則可由諧波函數的總和來得到，由此在凸輪的設計中可獲得更寬的優化空間。當下降沿33由不同階次的諧波函數的總和組成時，則得到由下式表示的活塞行程Hub = A0+Al*sin (1* ( α + α 0)) +A2*sin (2* ( α + α 工))+A3*sin (3* ( α + α 2)) +...自4次諧波起的幅值出於彈簧激勵的原因僅可為小於1次諧波幅值Al的1%。圖4表示另一曲線圖，其中描述在輸送階段中及在抽吸階段中活塞速度變化與凸輪轉角關係的曲線圖。並且這裡在抽吸階段中活塞速度也跟隨正弦形的變化曲線。最後圖5表示活塞加速度變化與凸輪轉角關係的曲線圖。在抽吸階段中同樣可看到一個跟隨正弦曲線的變化，而輸送階段的變化曲線由正弦形及直線的區域組成。在此情況下正弦形的活塞加速度由下列公式得到b = b0*sin (a0* ( α + α 0)) +c活塞速度及活塞行程則通過活塞加速度的相應積分來得到。總地來看藉助根據本發明的高壓泵1得到一個優化的抽吸階段，由此可使輸送率升高及可避免對輸送量的幹擾。
權利要求
1.高壓泵(1)，用於內燃機的燃料噴射裝置、尤其用於共軌系統，該高壓泵具有一個凸輪驅動機構，在該凸輪驅動機構中，凸輪軸(3)的旋轉運動通過至少一個凸輪(7)轉換成該高壓泵(1)的泵活塞(9)的往復直線運動，其特徵在於這樣地設計該凸輪(7)的凸輪輪廓，使得在燃料被抽吸到泵工作室(14)中的、高壓泵(1)的抽吸階段中，在從上死點(31) 直到下死點(32)的範圍中，所述泵活塞(9)的作為凸輪轉角的函數的活塞行程跟隨一個正弦形變化曲線。
2.根據權利要求1的高壓泵(1)，其特徵在於所述至少一個凸輪(7)具有非對稱的凸輪輪廓。
3.根據權利要求2的高壓泵(1)，其特徵在於所述正弦形變化曲線在所述抽吸階段中相應於正弦函數的下降沿(33)，該下降沿開始於所述凸輪(7)的上死點(31)及結束於所述凸輪(7)的下死點(32)。
4.根據權利要求3的高壓泵(1)，其特徵在於所述下降沿(33)由諧波函數的總和構成。
5.根據權利要求3或4的高壓泵(1)，其特徵在於在所述抽吸階段中，所述正弦形變化曲線在所述凸輪(7)的上死點(31)上相應於所述泵活塞(9)的最大輸送行程。
6.根據權利要求3至5中任一項或多項的高壓泵(1)，其特徵在於在所述抽吸階段中，所述正弦形變化曲線在所述凸輪(7)的下死點(32)上相應於所述泵活塞(9)的最小輸送行程。
7.根據權利要求1至6中任一項或多項的高壓泵(1)，其特徵在於這樣地設計所述凸輪輪廓，使得在所述高壓泵(1)的抽吸階段中，執行往復運動的所述泵活塞(9)的作為凸輪轉角的函數的活塞速度跟隨一個正弦形變化曲線。
8.根據權利要求1至7中任一項或多項的高壓泵(1)，其特徵在於這樣地設計所述凸輪輪廓，使得在所述高壓泵(1)的輸送階段中，所述泵活塞(9)的作為凸輪轉角的函數的活塞行程跟隨一個正弦形變化曲線，在該輸送階段中燃料在所述泵工作室(14)中被壓縮及被輸送給一個輸送閥00)。
9.根據權利要求1至7中任一項或多項的高壓泵(1)，其特徵在於這樣地設計所述凸輪輪廓，使得在所述高壓泵(1)的、燃料在所述泵工作室(14)中被壓縮及被輸送給輸送閥 (20)的輸送階段中，所述泵活塞(9)的作為凸輪轉角的函數的加速度跟隨一個變化曲線， 該變化曲線由正弦形、直線的、弧形或切線的區段組成。
全文摘要
本發明涉及用於內燃機的燃料噴射裝置的高壓泵，尤其用於共軌系統，它具有一個凸輪驅動機構，其中凸輪軸的旋轉運動通過至少一個凸輪轉換成該高壓泵的一個泵活塞的往復直線運動，其中這樣地設計凸輪的凸輪輪廓，以使得在燃料被抽吸到泵工作室中的、高壓泵的抽吸階段中在從一個上死點直到一個下死點的範圍中作為凸輪轉角的函數的泵活塞的活塞行程跟隨一個正弦形變化曲線。
文檔編號F04B1/06GK102378861SQ201080015086
公開日2012年3月14日 申請日期2010年2月8日 優先權日2009年4月2日
發明者O·米勒, W·瓦隆 申請人:羅伯特·博世有限公司