专利名称：高压泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的高压泵，其特别适于应用在内燃机的燃料喷射系统中。
在DE-A-197 05 205和相关的US-A-6,077,056中描述了一用于内燃机的燃料喷射装置的同一种高压泵，其中一活塞泵装置的活塞由一偏心轮传动和谐地驱动。活塞在其背离活塞泵装置的工作室的一端设有一滑座，其以一滑动面贴紧一冲程环的一滑动支承面。该冲程环可旋转地安装在一驱动轴的一偏心轴颈上并且被环绕地驱动，但并不旋转。驱动轴、偏心轴颈、冲程环和滑座均安装于一低压室，其用作为待输送的介质即燃料的供给室。在滑座中构成一卸载室，其向滑动支承面那边是敞开的并且经由一沿泵活塞的纵向方向延伸的通道与工作室直接液压接通。因此卸载室充满待输送的燃料。
在活塞泵装置的输送冲程的过程中，活塞和其上固定的滑座通过工作室中作用的压力被压向冲程环。同时还提高与工作室接通的卸载室中的压力，由此提高作用到滑座上偏离冲程环方向的力。借此达到滑座与冲程环之间的滑动支承的卸载。滑动支承的该流体静压的卸载导致滑座的滑动面与冲程环的滑动支承面之间的摩擦的减小。
通过卸载室中的燃料实现滑座与冲程环之间的滑动支承的润滑。偏心轴颈与冲程环之间的轴承通过处于低压室中的燃料润滑。但燃料具有众所周知的不良的润滑特性并因此只能发挥有限的润滑作用。
现在本发明的目的在于，提供一种开头所述型式的高压 泵，用于很高的输送压力和很大的输送量，其制造成本是尽可能小的并且能够满足对工作安全性和对使用寿命的高的要求。
该目的利用具有权利要求1的特征的高压泵来达到。
通过在活塞中的通道内设置的压力传递元件将卸载室与工作室分开。由此待输送的介质例如燃料同样被与卸载室中的介质分开。因此人们不再限于，为了卸压和冲程环与活塞之间的滑动支承的润滑而采用待输送的介质。相反，为了该目的可以选择许多适宜的介质，亦即一具有优异的润滑特性的介质，例如润滑油。由于该滑动支承以及冲程环与曲柄传动之间的轴承的润滑的显著改善，即使在很大载荷的情况下也大大减少这些轴承的咬死的危险，这又有助于提高的工作安全性和长久的使用寿命。
由于压力传递元件由待输送的介质在一侧施压并且沿施压的方向是可移动的，因此，工作室中的压力传给卸载室中的介质，亦即在工作室中的压力上升时卸载室中的压力也上升。从而在逐渐变得更大的输送压力的同时得到冲程环与柱塞之间的滑动支承的渐增的卸载，如这是由上述的现有技术已知的。滑动支承的这种卸载不仅允许较高的输送压力，而且还能增大活塞面积并从而提高输送量，而为此不必一定要增多活塞泵装置的数目。这对制造成本产生有利的影响。
本发明的高压泵的优选的进一步设计是各从属权利要求的内容。
以下借助附图更详细地说明本发明主题的各个实施例。其中
图1一包括两个活塞泵装置的高压泵的第一实施形式的纵剖面图；图2和3与图1相对应的放大的示意图，示出了两个活塞泵装置中的一个，其中泵活塞处于不同的工作位置；图4沿图3的线A-A截取的剖面图；以及图5一高压泵的第二实施形式的相当于图2的视图。
图1-4中所示的高压输送泵1，其规定应用在内燃机的燃料喷射系统中，具有两个相互径向对置的活塞泵装置2、2′(柱塞泵装置)，其在结构上构成相同的并且以反相工作。每一活塞泵装置2、2′具有一壳体块3，其固定连接于泵壳体4并且伸进该泵壳体4的内腔5中。每一活塞泵装置2、2′具有一活塞6(柱塞)，其以一紧密的滑动配合在壳体块3的圆柱孔7中可直线移动地导向。活塞6以端面6a限定一工作室8并且在其另一端扩大为一底部9。该底部9具有一平面的滑动面10，其支承在一滑动支承面11上，后者设置在一冲程环12上。该冲程环12对两活塞泵装置2、2′来说是共用的。为了两活塞泵装置2、2′的活塞6的和谐的驱动设有一曲柄传动13，其具有一用虚线表示的驱动轴14和一与其固定连接的偏心轮元件15。绕驱动轴14的旋转轴线14a(图1)旋转驱动驱动轴14。冲程环13可转动地但并不一起旋转地支承在偏心轮元件15上。偏心轮元件15以一偏心率e(图1)相对于驱动轴14的旋转轴线设置。在驱动轴14的旋转过程中冲程环12一方面平行于滑动支承面11而另一方面垂直于驱动轴14的旋转轴线14a运动，而且在每一方向的运动量为2e。因此冲程环12在操作中相对于活塞6的底部9来回移动。活塞泵装置2、2′的活塞6完成一冲程，其同样为2e，亦即偏心率e的两倍。
在活塞6的底部9上安装一轴承垫圈16，其用作为压簧17的支座，压簧17在另一端支承在壳体块3上。压簧17保持相应的活塞6在冲程环12上的持久的接触。
在壳体块3中构成一入口管道18，其经由一受压力控制的入口阀19与工作室8接通(图1)。入口管道18连接到一未示出的输入管道上，其与一液体容器，亦即在当前情况下与一燃料箱相连接，例如经由一预输送泵。在壳体块3中还设有一排放管道20，其经由一受压力控制的排出阀21与工作室8接通(图1)。排放管道20与一高压室、例如燃料喷射系统的共用燃油油轨相连接。
在滑动面10的区域内在活塞6的底部9中构成一卸载室22，其向滑动支承面11那边是敞开的。沿活塞6的纵向方向延伸一连续的同轴的通道23，其一边向工作室8敞开而另一边向卸载室22那边敞开(通道23也可以是偏离轴线的)。一直径改变的纵向孔24属于通道23，在纵向孔中以紧密的滑动配合可移动地引导一控制活塞25，其构成为压力传递元件。控制活塞25支承在一压簧26上，该压簧在另一端支承在一弹簧垫圈27上(图2)，后者固定于活塞6中。
在壳体块3中构成一环形槽28，其围绕活塞6延伸并且向圆柱孔7那边是敞开的。在活塞6中设有一横孔29，其通过活塞6并且在其两端与环形槽28接通。在环形槽28上连接一排出管道30，其在壳体块3中延伸并且其与一未示出的回流管道接通，后者导向一汇流容器，其可以是燃料箱。在环形槽28中按还要描述的方式收集泄漏液体，其经由排出管道30被导回。
偏心轮元件15设有一润滑槽31，其沿圆周的一部分延伸并且向冲程环12那边是敞开的。润滑槽31经由一偏心轮元件15中的径向孔32与一供给通道33接通，后者沿驱动轴14的旋转轴线14a的方向延伸并且经由一未示出的润滑剂泵连接于一润滑剂容器。经由该供给通道33以例如2-6bar的压力供给润滑剂、优选润滑油。在冲程环12中构成两个连接通道34、35，其中每一个从冲程环12的内表面12a通向一个滑动支承面11。润滑槽31，其永久与供给通道33接通，但只在偏心轮元件15的某些旋转位置时才与一连接通道34、35接通，如其由图1-3所示。
现在借助图1-4更详细地描述高压泵1的操作方式。
图1示出偏心轮元件15的这样的旋转位置，在该位置一在图中上面的活塞泵装置2的活塞6处于下面的位置，亦即因此处在吸入冲程的终端。另一下面的活塞泵装置2′的活塞6已达到输送冲程的终端并从而达到其上面的终端位置。连接通道34、35既不与润滑槽31接通又不与配属的卸载室22接通。
从该原始位置开始以下将只描述上面的活塞泵装置2的操作方式。另一下面的活塞泵装置2′的操作方式是对应相同的。
如果驱动轴14向反时针方向旋转，则对上面的活塞泵装置2的活塞6而言开始输送冲程，亦即活塞6被沿箭头A的方向(图2)向上移动。在该输送冲程的过程中入口阀19是关闭的，在输送冲程开始时排出阀21也是关闭的。工作室8中的压力上升。控制活塞25在其面对工作室8的端面由工作室8中的液体的压力推动，并克服压簧26的作用向下沿图2中箭头D的方向移动。其结果是，提高了润滑剂的压力，该润滑剂处于卸载室22中和通道23的在控制活塞25下面的区域内。因此在活塞6上施加一力，其指向离开冲程环12的方向并且其抵抗工作室8中的液体施加在活塞6上的力。按这种方式达到由底部9上的滑动面10和冲程环12上的滑动支承面11构成的滑动支承的流体静力的卸载，如其在上述的DE-A-197 05 205和相关的US-A-6,077,056中所描述的。当卸载室22的直径DA稍小于活塞6的面对工作室8的端面6a的直径DP时(见图2)，则得到最优的卸载作用。
图2中示出驱动轴14转过90°以后的情况。活塞6已达到其在输送冲程的过程中的中间位置。在润滑槽31与上面的活塞泵装置2的卸载室22之间没有接通。相反，在下面的未示出的活塞泵装置2′中卸载室22与润滑槽31接通。在图2中所示的驱动轴14转过90°以后冲程环12占据其右终端位置，其在图4中用虚线表示并以12′标记。
一旦工作室8中的压力在活塞6的输送冲程的过程中达到一大于排出阀21的关闭力的值，则将其打开并且液体从工作室8排入排放管道20并然后排入高压室中。
在驱动轴14从图1中所示的位置转过180°以后，活塞6的输送冲程终止。活塞6现在沿相反的方向，亦即沿箭头B的方向(图3)向下移动以便进行吸入冲程。在该吸入冲程的过程中排出阀21保持关闭。在活塞6沿箭头B的方向向下运动时在工作室8中产生一负压，其结果是，入口阀19打开并且液体可以流入工作室8中。在卸载室22中和通道23在控制活塞28下面的区域内主导的压力与压簧26一起引起控制活塞25沿箭头E的方向(图3)向上移动。图3中示出驱动轴14现在转过总共270°以后的情况。活塞6已达到其在吸入冲程的过程中的中间位置。冲程环12现在占据其左终端位置，其在图4中用实线表示。由该图4可看出，冲程环12沿滑动支承面11的方向完成一总冲程C，其等于2e，亦即两倍的偏心率e。在该图3和4所示的冲程环12的左终端位置，现在冲程环12中的连接通道34与卸载室22和润滑槽31接通。这意味着，压力油可经由供给通道33、径向孔32、润滑槽31和连接通道34进入卸载室22中。按这种方式更换那些在输送冲程的过程中由于沿滑动支承面11和沿控制活塞25外表面的泄漏失去的润滑油。
在驱动轴14转过总共360°以后，活塞6处在吸入冲程的终端并且再次占据图1中所示的下面的终端位置。所示的工作循环从头开始。
虽然活塞6以紧密的滑动配合在圆柱孔7中导向，一方面液体即燃料从工作室8中而另一方面润滑剂即润滑油从泵壳4的内腔5中可以通过活塞6与圆柱孔7的壁之间的间隙流出。该泄漏液体作为液体-润滑剂混合物，亦即作为燃料-润滑油混合物收集于环形槽28中。
此外有可能，液体(燃料)从工作室8中可以经由通道23的上部流出和通过控制活塞25与纵向孔24的壁之间的很小的间隙流出。该泄漏液体经由活塞6的横孔29同样进入环形槽28。此外，润滑剂(润滑油)从卸载室22中可以通过控制活塞25与纵向孔24的壁之间的窄的间隙流出。该泄漏润滑剂经由横孔29同样进入环形槽28。
环形槽28中的混合物(燃料和润滑剂(润滑油))经由排出管道30导走并且例如导回液体容器，亦即燃料箱。
以下借助图3和4描述关于图1和2中所示的实施形式的一个方案，其中在活塞6的底部9在滑动面10的区域内附加构成一环形槽36，其与卸载室22同轴线设置并且向滑动支承面11那边是敞开的。该环形槽36与一在冲程环12中构成的向滑动面10那边敞开的纵槽37接通。该纵槽37相对于图3的剖面平面(其垂直于旋转轴线14a并在冲程12的中间延伸)向驱动轴14的旋转轴线14a的方向位错并且在两端通入泵壳体4的内腔5(图4)。流入该环形槽36的泄漏液体(润滑油)经由纵槽37被导回内腔5中。
由于环形槽36的设置，沿滑动面10或滑动支承面11的压力分布在从卸载室22出发朝外面的径向方向上发生变化，这对泄漏液体的量具有有利的影响。
图5所示的高压泵1′的第二实施形式与按图1-4的第一实施形式的区别在于，在活塞6中设置的压力传递元件构造不同。在该图5中，其按视图相当于图2，对于在两实施形式的相同的部分采用如图1-4同样的附图标记。
在该按图5的第二实施形式中，活塞6包括一在圆柱孔7中导向的活塞元件38和一环39，其在活塞元件38的背离工作室8的一端与其固定连接，例如借助压力套装或热压配合。环39以一滑动面10贴紧冲程环12上的滑动支承面11并且具有一凸缘40，在其上支承压簧17。该压簧17，如借助图1-3所示，保证环39与冲程环12保持接触。在环39上构造滑动面10。凸缘40也可以构成为单独的零件，类似于图2的轴承垫圈16。
在环39与活塞元件38之间设置一可弹性偏移的膜片41，其沿其边缘区域紧密地夹紧在环39与活塞元件38之间。该用作为压力传递元件的膜片41跨越由内部的环壁39a限定的卸载室22并且将该卸载室22与一在活塞元件38中构成的空腔42分开。在该空腔42中通入一纵向孔43，其沿活塞元件38的纵轴线的方向延伸并且由其接通空腔42与工作室8。纵向孔43和空腔42构成通道23。空腔42充满待输送的液体，亦即燃料。
空腔42中的压力随工作室8中的压力同向变化。在空腔42中的压力逐渐上升时使膜片41沿施压的方向向下即向滑动支承面11那边偏移。这导致在包含润滑剂的卸载室22中的压力增大并从而导致流体静压的卸压，如其借助图1-4所描述的。由于在膜片41的两侧上的压力实际上是相等的，膜片41的应力是微小的。因此可以将其构造成薄壁的和弹性的。
在按图5的方案中未示出在按图1-3的第一实施例中为收集的导走泄漏液体而设置的环形槽28以及排出管道30，但在需要时同样可以设置。
在一未示出的另一方案中，膜片41安装在活塞6的面向工作室8的端面6a上。膜片41的固定可以通过焊接或类似于图5中利用一拧紧的、压紧的或收缩的固定部分来进行。于是通道23处在膜片41的下方，其充满润滑剂并且直接与卸载室22连通。
图5中所示的实施形式的工作方式相当于借助图1-4所述的工作方式。
结合图1-5所述的本发明的高压泵1、1′的实施例的优点是，通过在接通工作室8和卸载室22的通道23中设置一压力传递元件，亦即一控制活塞25或一膜片41将工作室8中和卸载室22中的介质彼此分开。这允许在冲程环12和曲柄传动13的区域内应用一适宜的润滑剂，而与待输送的介质(燃料)无关。此外无需大的结构花费而达到所要求的滑动支承的卸压，后者由活塞6上的滑动面10和冲程环12上的滑动支承面11构成。
当然，关于所示的实施例的各种方案都是可能的。以下指出几个这样的方案。
在另一实施形式中活塞6没有横孔29。由于紧密的滑动配合和按照本发明取得的在控制活塞25的两侧的压力比例可以将从面向工作室8的一侧向卸载室22的泄漏保持到很小。
在某些情况下也可以取消沿活塞6外侧收集和导出泄漏液体的措施，亦即取消壳体块3中的环形槽28和排出管道30，如果由于主导的压力比例没有发生值得提起的泄漏的话。
在另一未示出的方案中，控制活塞25具有一比在图1-3中所示的较大的直径。用于以紧密的滑动配合引导控制活塞25的纵向孔24可以向上向工作室8的方向是敞开的。在这种情况下通道23的横截面较窄的部分又位于控制活塞25的下面并且直接接通于卸载室22。控制活塞25从上面装入活塞6中。然后一弹簧垫圈，类似于按图2的弹簧垫圈27，防止控制活塞在端面6a上方露出。纵向孔24在活塞6中也可以是连续的。在这种情况下通道23的剩余的部分具有如纵向孔24相同的直径。也可设想，将通道23的剩余的部分构成稍大于纵向孔24的直径。
此外，也有必要将从卸载室22向壳体内腔5的润滑损失保持得较小。为此一装置示于图3和4的实施形式中(环形槽36和纵槽37)。如果底部9的平面的滑动面和冲程环12的滑动面11并不相互精确地支承，例如由于两滑动面10和11的强迫的倾斜位置，则负面影响润滑损失。为防止这样的情况的结构上的措施是底部9构成具有一定弹性，而使滑动面10可以通过底部9的微小的弹性变形配合于滑动面11。底部9和活塞6分成两个零件，类似于DE-A-197 05 205和相关的US-A-6 077 056在图4中所示出的，也是可采用的。同样可以使冲程环12的内表面12a与配置的偏心轮元件15的表面沿旋转轴线14a的方向是稍微凸状的或甚至沿纵向方向或横向方向是稍微球状的。在这种情况下建议，鉴于组装原因将冲程环12构造成两件式。
代替如图1中所示的两个活塞泵装置2、2′也可以只设置一个活塞泵装置2。反之，也可以径向安装多于两个的具有相应冲程环12滑动面11的活塞泵装置，例如3个位错120°或4个位错90°或也可6个位错60°的包括一共同的冲程环12的活塞泵装置。
此外也有可能，沿驱动轴14的旋转轴线14a的方向连续设置两个或更多个单独的活塞泵装置或两对或更多对对置的反相工作的活塞泵装置2、2′。
虽然所述的高压泵1、1′为应用在内燃机的、特别是柴油机的燃料喷射系统中而设置，但这种泵也可以应用于其他的领域。
也有可能取消压簧26和支承它的弹簧垫圈27。在这种情况下，控制活塞25只借助作用到两端面上的压力移动。
最后，也有可能的是，将控制活塞25构造成具有两个不同的直径。如果面向工作室8的端面大于面向卸载室的端面，则发生增压。在相反的情况下发生减压。在该实施形式中可以有利的是，控制活塞25由两个单独的部分构成，各具有相应的直径。如果具有相应较大直径的孔和具有相应较小的直径的孔未精确对准，则可以防止公差问题和摩擦问题。
权利要求
1.高压泵，特别用于内燃机的燃料喷射系统，包括至少一个活塞泵装置(2、2′)，所述活塞泵装置具有一在圆柱孔(7)中导向的限定一工作室(8)的活塞(6)；一个用以驱动活塞(6)的曲柄传动(13)；一个在曲柄传动(13)与活塞(6)之间设置的冲程环(12)，冲程环相对于曲柄传动(13)可转动地但并不旋转地支承并且它具有一平面的滑动支承面(11)，活塞(6)通过一滑动面(10)支承在该滑动支承面上；以及一在滑动面(10)的区域内设置的向滑动支承面(11)那边敞开的卸载室(22)，卸载室经由一在活塞(6)中构成的通道(23)与工作室(8)在压力上接通；其特征在于，在活塞(6)的通道(23)中设有一压力传递元件(25、41)，它在一侧可由待输送的介质施压而在对置的一侧可由卸载室(22)中的压力介质施压，在压力作用下可沿施压的方向移动并且将卸载室(22)与工作室(8)在流体上相互分开。
2.按照权利要求1所述的高压泵，其特征在于，曲柄传动(13)具有一在一可旋转驱动的驱动轴(14)上以一偏心率(e)设置的偏心轮元件(15)，在其上并不一起旋转地支承冲程环(12)。
3.按照权利要求1或2所述的高压泵，其特征在于，压力传递元件为一控制活塞(25)，它可在一属于通道(23)的纵向孔(24)中移动并且紧密地滑动导向。
4.按照权利要求3所述的高压泵，其特征在于，控制活塞(25)在其面对卸载室(22)的端面支承在一压簧(26)上，该压簧的另一端支承在一支座上。
5.按照权利要求4所述的高压泵，其特征在于，所述支座由一在控制活塞(25)中固定的支承元件特别是一弹簧垫圈(7)构成。
6.按照权利要求1或2所述的高压泵，其特征在于，所述压力传递元件为一可弹性偏转的膜片(41)，它跨越通道(23)并且在其边缘区域内紧密地固定。
7.按照权利要求6所述的高压泵，其特征在于，活塞(6)具有一在纵向孔(7)中导向的活塞元件(38)和一环(39)，所述环在活塞元件(38)背离工作室(8)的一端上与其相连接。
8.按照权利要求7所述的高压泵，其特征在于，膜片(41)在其边缘区域内固定在活塞元件(38)与环(39)之间。
9.按照权利要求3至5之一项所述的高压泵，其特征在于，在活塞(6)中构造一围绕卸载室(22)的与其同轴线的环形槽(36)，它向滑动支承面(11)那边是敞开的并且与一内腔(5)接通，在该内腔内安装曲柄传动(13)和冲程环(12)。
10.按照权利要求9所述的高压泵，其特征在于，在冲程环(12)中在滑动支承面(11)的区域内构造一向滑动面(10)那边敞开的通入内腔(5)的纵槽(37)，它向驱动轴(14)的旋转轴线(14a)的方向相对于卸载室(22)位错并且与环形槽(36)接通。
11.按照权利要求1至10之一项所述的高压泵，其特征在于，卸载室(22)中的压力介质为一种润滑剂优选润滑油。
12.按照权利要求11所述的高压泵，其特征在于，在冲程环(12)中构造一连接通道(34、35)，它在一这样的位置通到滑动支承面(11)，即，其相对于活塞(6)只在规定的冲程环(12)的位置与卸载室(22)接通并且可周期性连接一润滑剂输入管道(31、32、33)。
13.按照权利要求12所述的高压泵，其特征在于，连接通道(34、35)在另一端通到与曲柄传动(13)的偏心轮元件(15)处于接触的冲程环(12)的内表面(12a)中，并且在偏心轮元件(15)的圆周上设有一沿其圆周的一部分延伸的向外面敞开的润滑槽(31)，其经由一在偏心轮元件(15)和驱动轴(14)中延伸的连接管道(32、33)与一润滑剂源接通，其中，润滑槽(31)设置成使其在该连接通道(34、35)与卸载室(22)接通时就与冲程环(12)中的连接通道(34、35)接通。
14.按照权利要求1至13之一项所述的高压泵，其特征在于，在圆柱孔(7)的壁中构造一向活塞(6)那边敞开的汇流环形槽(28)，它用于收集通过在圆柱孔(7)的壁与活塞(6)之间的间隙流出的泄漏液体，并且有一排出管道(30)连接到该汇流环形槽上。
15.按照权利要求14所述的高压泵，其特征在于，在活塞(6)中设有一从活塞(6)的纵向孔(24)通向其外壁的横孔(29)，它通入汇流环形槽(28)中并且用于导走通过在纵向孔(24)的壁与控制活塞(25)之间的间隙流出的泄漏液体。
16.按照权利要求1至15之一项所述的高压泵，其特征在于，高压泵(1、1′)为输送燃料特别是柴油而设计。
全文摘要
本发明涉及一种高压泵。在一圆柱孔(7)中可平动式移动地引导一活塞泵装置(2)的一活塞(6)。活塞(6)由一曲柄传动(13)驱动，其具有一在一驱动轴(14)上安装的偏心轮元件(15)。在偏心轮元件(15)上可转动地但并不一起旋转地支承一冲程环(12)。活塞(6)以一滑动面(10)贴紧一冲程环(12)上的一滑动支承面(11)。在面对冲程环(12)的一端上在活塞(6)中构成一卸载室(22)，它向滑动支承面(11)那边是敞开的。该卸载室(22)经由一活塞(6)中的通道(23)与工作室(8)在压力上接通。在一属于该通道(23)的纵向孔(24)中可移动地引导一控制活塞(25)。该控制活塞在一侧由工作室(8)中的介质施压而在另一端面由卸载室(22)中的压力介质施压。控制活塞(25)将待输送的介质与卸载室(22)中的压力介质分开并且保证，在工作室(8)中的压力上升时卸载室(22)中的压力同样上升，这导致活塞(6)与冲程环(12)之间的滑动支承的卸压。
文档编号F04B53/04GK1748083SQ200380109666
公开日2006年3月15日 申请日期2003年12月4日 优先权日2003年2月11日
发明者M·甘瑟 申请人:甘瑟-许德罗玛格股份公司