CN101424237B

CN101424237B - 高压液体供给泵

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Publication number: CN101424237B
Application number: CN200810170891.XA
Authority: CN
Inventors: 有富俊亮; 前川典幸; 町村英纪; 根本雅史
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: EP2055929A2; EP2055929A3; US20090116976A1; EP2055929B1; CN101424237A; JP2009114868A; JP5103138B2; US8162623B2

Abstract

本发明的课题在于降低用于高压液体供给泵的卸压阀中的压力损失。为此提供一种高压液体供给泵，其对液体进行加压并从低压侧运送向高压侧，其中，其具备卸压通路和卸压阀，卸压通路从高压侧向低压侧对高压液体进行卸压；卸压阀在该卸压通路内具有中间室、在该中间室的高压侧设置的阀座、与该阀座接触或分离的阀体以及将该阀体推压向该阀座的阀体压脚，卸压通路构成为：在流入中间室的一侧和从中间室流出的一侧分别具有节流效果，且在阀体压脚上形成有承受中间室的压力的受压面，另外，在卸压阀闭阀时承受来自高压部的高压液体的液压而使阀体离开阀座的第一受压面面积小于承受中间室内的液压而将阀体和阀体压脚提升的第二受压面面积。

Description

高压液体供给泵

技术领域

本发明涉及一种高压液体供给泵，尤其涉及一种具备避免燃料压力的异常高压的功能的高压燃料供给泵。

背景技术

专利文献1公开了一种在泵的内部安装了作为安全阀的卸压阀(止回阀)，将卸压阀的出口连接在低压配管上的高压燃料供给泵。具体地说，将燃料供给泵的吸入通路和排出通路接近配置，对它们设置连通通路，通过在该连通通路内设置卸压阀(リリ一フ弁)，可以在保持燃料泵体积小的情况下在发动机内省去卸压用的配管。

另外，专利文献2公开了在润滑泵的排出压异常上升时，关于作为安全装置的卸压阀不产生振动的阀结构，所述安全装置通过进行卸压(リリ一フする)，可以防止与润滑泵连接的供给管或润滑泵的构成零件等产生破损。具体地说，通过具备具有不同受压面积的第一、第二受压面的第一、第二动作阀，如果作用在第一受压面上的泵压使第一动作阀打开动作，则因为在第二受压面上作用有远远大于对阀座的作用力的力，使阀移动至终端位置，所以可以用与阀体一体动作的指示器稳定且可靠地显示卸压状态。

专利文献1：日本特开2003-343395号公报

专利文献2：日本特开昭58-4778号公报

在上述现有技术中，存在以下问题。

在将大量燃料加压成高压的大容量型的高压燃料供给泵中，由于高压燃料供给泵、供给发动机燃料的燃料喷射阀、控制它们的发动机控制单元(ECU)等的故障，在共轨(common rail)等高压配管内产生异常高压的情况下，因为作为安全阀起作用的卸压阀的容量不足，即相对于被卸压的燃料流量，无法充分降低卸压阀的压力损失，所以存在燃料压力超过高压配管的允许值的问题。

相对于此，可以考虑提高高压配管各部的耐压性的对策，但是这样会导致重量大幅度增加及成本的提高。另外，在增加卸压阀的容量的对策中，可以考虑卸压阀的大型化或设有多个卸压阀，但是这样会使卸压阀或躯体外观形状变大，进而使高压燃料供给泵变大。高压燃料供给泵若变大，则存在不能保证用于设置高压燃料供给泵所需的空间的问题，从而导致高压配管的布局变复杂而使成本升高的问题。

另外，为了即使产生异常高压也不会超过高压配管的允许值，可以考虑预先估计随着卸压流量的增加的卸压阀的压力损失增加量，将卸压阀打开的压力即开阀压力设置得较低，但是在这种情况下，在通常运行时，存在如图4所示的卸压阀连接部的过冲(over shot)压力超过开阀压力，产生泄露使排出流量降低的问题。

根据上述情况，为不使高压燃料供给泵大型化，且不增加成本，而增加卸压阀的提升(lift)量，减少阀座通过时的压力损失，为此可以考虑较高地设定开阀压力，防止通常运行时的排出流量的降低的方法。作为该方法的现有的技术，专利文献2中进行了说明，保持用于增加提升量所需压力的缩窄部本身就有可能是压力损失的原因。换言之，在专利文献2公开的技术中，因为没有假设高压、大流量下的运转，所以不存在充分保证燃料通路的截面面积的构思。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压燃料供给泵，其也适用于在上述现有技术中没有设计到的在高压、大流量下的运转，通过在卸压时较低地抑制阀前后的压力差，抑制或解决上述问题点。

为解决上述课题，本发明的高压液体供给泵从低压侧向高压侧对液体进行加压并运送，其特征在于，其具备卸压通路和卸压阀，所述卸压通路从所述高压侧向所述低压侧对高压液体进行卸压；所述卸压阀在该卸压通路内具有中间室、在该中间室的所述高压侧设置的阀座、与该阀座接触或分离的阀体以及将该阀体推压向该阀座的阀体压脚，所述卸压通路构成为：在流入所述中间室的一侧和从所述中间室流出的一侧分别具有节流效果，且在阀体压脚上形成有承受所述中间室的压力的受压面，所述卸压阀具备调节所述阀体的最大提升量的调整器，所述卸压阀在所述调整器和所述阀体压脚之间具备弹簧，该调整器对将所述阀体推压至所述阀座上的力进行调节。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：在所述卸压阀闭阀时承受来自高压部的高压液体的液压而使所述阀体离开所述阀座的第一受压面面积小于承受所述中间室内的液压而将所述阀体和所述阀体压脚提升的第二受压面面积。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：从所述中间室流出的通路的截面面积大于在所述阀体的提升量最大时流入所述中间室的通路的截面面积。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：从所述中间室流出的通路的截面面积小于流入所述中间室的通路的截面面积。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：所述中间室的液压低于所述高压侧的液压，高于所述低压侧的液压。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：所述阀体压脚被支承为可以以其侧面滑动，在该侧面上形成有从所述中间室流出的通路。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：从所述中间室流出的通路是在所述阀体压脚上形成的孔。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：从所述中间室流出的通路是设置在形成所述中间室的壁面上的孔。

另外，本发明的高压液体供给泵的特征在于：所述阀体和所述阀体压脚是一体形成的一个部件。

并且，本发明的高压液体供给泵的特征还在于：所述液体是燃料。

发明效果

根据上述构成的本发明，其具有以下效果。

在高压配管内产生异常高压的情况下，高压液体供给泵具备的卸压机构动作，对高压液体进行卸压，此时，因为可以使阀的卸压量增大，所以可以大幅度地降低阀体与阀座间的压力损失，从而可以增大卸压量。

另外，因为通过减低压力损失，可以将卸压阀打开的开阀压力设置得高于现有的产品，所以避免了通常运行时过冲压力超过开阀压力而产生的不足的泄露，防止排出流量的降低。

可以避免或抑制随高压、大流量化而引起的卸压阀数量的增加及外观形状的大型化，高压配管布局的复杂化，及伴随于此的成本的增加等。

通过调节阀体的最大提升量，避免受压面变位过度增大及阀体无法返回规定位置，从而稳定地发挥卸压功能。

通过调节对阀体的施力，可以调整开阀压力。

附图说明

图1表示实施本发明的系统的整体结构；

图2a表示关于本发明的实施例1的卸压机构闭阀时的结构的截面；

图2b表示本发明的实施例1的卸压机构200处于最大提升时的开阀状态时的结构的截面；

图2c表示关于本发明的实施例1的在阀体压脚上形成的通路形状；

图2d表示关于本发明的实施例1的在阀体压脚上形成的孔的形状；

图3a表示现有的卸压阀的座部放大截面图及用节流孔(orifice)表示流体通路的模式图；

图3b是表示关于本发明的实施例1的卸压机构的座部放大截面图及用节流孔表示流体通路的模式图；

图3c表示现有的卸压阀与本发明的实施例1的卸压机构关于压力损失的比较图；

图4表示高压燃料供给泵内的各部与共轨内的压力波形；

图5表示关于本发明的实施例2的卸压阀的(闭阀时的)截面图；

图6表示关于本发明的实施例3的卸压阀的(闭阀时的)截面图。

图中：

1-泵壳；2-柱塞；8-排出阀机构；9-降低压力脉动机构；10c-吸入通路；11-加压室；12-排出通路；20-燃料罐；23-共轨；24-喷射器；26-压力传感器；30-电磁吸入阀机构；200-卸压阀机构；210-卸压通路。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示实施本发明的系统的整体结构。在图1中，虚线围成的部分表示高压燃料供给泵的泵壳1，将该虚线中表示的机构与零件在其中一体地安装。

燃料罐20中的燃料被加料泵21汲起，通过吸入配管28送到泵壳1的燃料吸入口10a。通过了燃料吸入口10a的燃料经降低压力脉动机构9、吸入通路10c，到达构成容量可变机构的电磁吸入阀机构30的吸入端口30a。

电磁吸入阀机构30具备电磁线圈30b，在对该电磁线圈30b通电状态下，电磁柱塞30c压缩弹簧33，变为向图1中的右方移动的状态，维持该状态。此时，安装在电磁柱塞30c的前端的吸入阀体31打开与高压燃料供给泵的加压室11相通的吸入口32。在未对电磁线圈30b通电的状态下，在吸入通路10c(吸入端口30a)与加压室11间无流体差压时，通过弹簧33的作用力，吸入阀体31被推向闭阀方向(图1中的左方)，吸入口32变为关闭状态，维持该状态。

通过后述的内燃机的凸轮的旋转，柱塞2变位到图1的下方而处于吸入工序状态时，加压室11的容积增加，其中的燃料压力降低。在该工序中，加压室11内的燃料压力变得低于吸入通路10c(吸入端口30a)的压力，在吸入阀体31上产生基于燃料的流体差压的开阀力(使吸入阀体31变位向图1的右方的力)。通过该开阀力，吸入阀体31克服弹簧33的作用力而开阀，打开吸入口32。在该状态下，若来自ECU27的控制信号施加在电磁吸入阀机构30上，则在电磁吸入阀30的电磁线圈30b中流通电流，在磁力作用下，电磁柱塞30c进一步压缩弹簧33，向图1的右方移动，维持打开吸入口32的状态。

在保持对电磁吸入阀机构30施加输入电压的状态下，若使柱塞2从吸入工序移向压缩工序(从上始点到下始点间的上升工序)，则因为维持向电磁线圈30b通电的状态，所以维持磁性施力，吸入阀体31仍然维持开阀的状态。加压室11的容积虽然伴随柱塞2的压缩运动而减少，但是在该状态下，因为一旦被吸入加压室11的燃料再次通过开阀状态的吸入阀体31和吸入口32之间，返回向吸入通路10c(吸入端口30a)，所以加压室11的压力不会上升。将该工序称为返回工序。

在返回工序中，若切断对电磁线圈30b的通电，则作用在电磁柱塞30c上的磁性施力在一定时间后(磁性的、机械性的延迟时间后)消失。这样，靠一直作用在吸入阀体31上的弹簧33的施力，吸入阀体31向图1中的左方移动，关闭吸入口32。若关闭吸入口32，则从此时开始，加压室11内的燃料压力随柱塞2的上升而上升。并且，加压室11内的燃料压力在超过了一压力(该压力是比排出口13的燃料压力大规定值的压力)时，在加压室11剩余的燃料通过排出阀机构8，进行高压排出并供给至共轨23。将该工序称为排出工序。如上所述，柱塞2的压缩工序由返回工序和排出工序组成。

在返回工序中，虽然由于返回向吸入通路10c的燃料在吸入通路中产生压力脉动，但是该压力脉动只是从吸入口10a稍微逆流向吸入配管28，返回燃料的大部分被降低压力脉动机构9吸收。

通过控制解除向电磁吸入阀机构30的电磁线圈30c通电的时刻，可以控制排出的高压燃料的量。如果使解除向电磁线圈30b通电的时刻提前，则减小压缩工序中返回工序的比例，增大排出工序的比例。即，减少返回到吸入通路10c(吸入端口30a)的燃料，增多被高压排出的燃料。相对于此，如果使上述的解除通电的时刻推迟，则增大压缩工序中返回工序的比例，减小排出工序的比例。也就是说，使返回到吸入通路10c的燃料增多，减少被高压排出的燃料。通过来自ECU的指令来控制上述的解除通电的时刻。

如上所述，通过由ECU控制解除电磁线圈通电的时刻，可以使被高压排出的燃料量为内燃机所需的必要的量。

在泵壳1中，在加压室11的出口侧，在与排出口(排出侧配管连接部)13之间设置有排出阀机构8。排出阀机构8由座部件8a、排出阀8b、排出阀弹簧8c和保持部件(排出阀限位器)8d组成。在加压室11与排出口13间没有燃料的差压的状态下，排出阀8b在基于排出阀弹簧8c的施力的作用下被压接于压座部件8a，变为闭阀状态。在加压室11内的燃料压力超过了一压力(该压力是比排出口13的燃料压力大规定值的压力)时，排出阀8b克服排出阀弹簧8c而开阀，加压室11内的燃料经过排出口13被排出向共轨23。

排出阀8b在开阀后，与保持部件8d接触时，动作被限制。因此，排出阀8b的行程由保持部件8d适当决定。但如果行程过大，则由于排出阀8b的关闭延迟，被排出向燃料排出口13的燃料再次逆流回加压室11内，所以作为高压泵的效率降低。另外，在排出阀8b重复开阀与闭阀运动时，利用保持部件8d进行引导，使得排出阀只在行程方向上运动。通过这样的结构，排出阀机构8成为限制燃料的流通方向的止回阀。

这样，被引导向燃料吸入口10a的必要的量的燃料在泵主体1的加压室11内通过柱塞2的往复动作，被加压到高压，通过排出阀机构8从燃料排出口13被压送至作为高压配管的共轨23。

在共轨23上安装有喷射器24和压力传感器26。喷射器24对应内燃机的气缸数而安装，利用ECU27的控制信号使开闭阀进行动作，将燃料喷射到气缸内。

下面，对由于喷射器24的故障等而使得在共轨23等高压部产生异常高压的情况下的、实施例1中燃料卸压动作进行说明。

在泵壳1上设置有连通排出通路12和吸入通路10c的卸压通路210，在卸压通路210上设置有卸压机构200，卸压机构200限制燃料的流动只能从排出通路12向吸入通路10c一个方向流动。

【实施例1】

图2a表示关于本发明的实施例1的卸压机构的闭阀时的结构的截面。卸压阀机构200包括：与卸压阀座201形成一体的卸压阀壳206、阀体202、按压阀体且形成受压面的阀体压脚203、卸压弹簧204以及卸压弹簧调整器205。阀体202克服从排出通路12导入的高压，在卸压弹簧204的作用下，被推压在卸压阀座201上。

若排出通路变为异常高压，由此作用在阀体上的流体力超过弹簧的作用力，则阀体202离开卸压阀座201，卸压通路变为连通状态。通过调整设定卸压弹簧调整器205的压入位置，可以调节卸压弹簧的作用力，任意地设定卸压阀机构200的开阀压力。

当阀体202离开卸压阀座201时，燃料通过它们之间的间隙而从高压侧流入，中间室207内的压力上升。阀体压脚203的侧面靠卸压阀壳206的内表面，以具有管状间隙208的方式被可以滑动地支承。流入中间室207的燃料通过管状间隙208被引导向阀体压脚203的下游侧，但因为在变为来自中间室207的燃料流出通路的管状间隙208上有节流效果，所以中间室207的压力被维持成低于排出通路12的压力，高于阀体压脚203的下游侧的压力。

在阀体压脚203上，由于该中间室207与阀体压脚203的下流侧的压差，流体力作用在开阀方向上，阀体与阀体压脚的提升量增大。另外，被引导向阀体压脚203下游的燃料通过弹簧204的线间间隙，通过设置在调整器205上的背压通路205c，被导向吸入通路10c。

图2b表示实施例1的卸压机构200处于最大提升时的开阀状态时的结构的截面。在此，可以防止由于弹簧线间的密接而引起的燃料通路的堵塞，所以阀体压脚的提升量可以由设置在弹簧调整器205上的限位器205a限制。并且，在阀体压脚203与限位器205a紧贴的最大提升时，燃料通过设置在限位器205a上的狭缝205b，被导向背压通路205c。

另外，在对大流量的燃料进行加压的高压泵中，故障时的卸压燃料也是大流量，但此时，仅靠管状间隙208的话，存在无法充分卸压的可能性。作为这种情况的对策，可以如图2c所示，在阀体压脚203的侧面上形成平坦部分203a，如图2d所示，在阀体压脚203上设置孔203b，扩大来自中间室207的燃料流出通路截面面积。

图3a表示现有的卸压阀的座部放大截面图，其左侧表示用节流孔置换了阀座开口部与阀体侧面间隙的模式图。图3b是关于实施例1的卸压阀的阀座部放大截面图，其左侧表示用节流孔置换了阀座开口部与阀体侧面间隙的模式图。

在图3a所示的现有的卸压阀中，由于开阀时提升量也很小，所以阀座部的开口面积非常小，与此相比，阀体压脚侧面的通路的截面面积大，即，若模式地表示，则将小径的节流孔与大径的节流孔串联连接，对应于小径的节流孔的阀座部在减少压力损失方面变为大的障碍。与此相对，在图3b所示的关于本发明的实施例1的卸压阀中，开阀时的提升量大，因为与现有的卸压阀相比，阀座开口部的面积更大，所以阀座部开口部的压力损失变得更小。

另外，虽然阀体侧面的间隙有节流效果，但该效果只要是能够将为了克服弹簧204的作用力而提升所需要的压力保持在中间室207的程度即可。该节流效果的强弱主要由弹簧的规格和受压面的截面面积决定，但在实施例1中，不需要现有的卸压阀的阀座开口部那样的节流效果，就可以确保足够的提升量，即若模式地表示，则在中间室的前后串联连接两个节流孔，它们的直径与现有的卸压阀的阀座开口部相比是截面面积大的中等程度，可以解决现有的卸压阀所存在的上述瓶颈问题。

图3c表示关于现有产品及本实施例(实施例1)的卸压阀，在阀座开口部的压力损失与在阀体压脚侧面通路中的压力损失(＝中间室流出通路压力损失)。

在实施例1中，在由于燃料喷射阀的故障等而产生异常高压的情况下，即使卸压流量变为大流量，由于卸压阀的压力损失也不增加，或者即使增加，与现有产品相比可以显著地控制其程度，所以其结果是相对于同一配管允许压力，与现有产品相比，可以更高地设定开阀压力。

下面，对通过高压燃料供给泵将燃料正常地高压压送向共轨23的情况的压力动作进行说明。

图4表示高压燃料供给泵内的各部及共轨内的压力波形。在柱塞上升中，即压缩工序中，在从返回工序向加压工序移动的瞬间到那之后不久，在加压室11内产生压力过冲(参照图4)。在加压室11产生的压力过冲，从排出通路12向卸压通路210传播，对应于该过冲压力，若在通常运行时卸压阀也开阀，则会产生泄露，导致排出量的降低。为防止该误动作，保证泵的高效率，需要将卸压阀开阀压力设置得相对于过冲压力要足够高。

另外，由于形成管状间隙208，所以当增加阀体压脚203的轴向长度时，阀体质量增加，一般来说不优选，但在实施例1中，质量的增加使阀体的动作变缓慢，可以期待防止对压力过冲的误反应的效果。并且，因为中间室207具有容积，所以也可以期待吸收压力过冲的效果。并且，因为卸压阀的压损的降低可以降低泵驱动力，所以从节能的角度看也优选。

在实施例1中，当加压室11的压力超过排出通路12的压力之上的规定压力时，开始排出。即，降低卸压阀的压损，降低卸压时的在排出通路12中的最大压力，从而可以减少泵排出所需的加压量，可以降低泵的驱动力。

如上所述，根据实施例1，因为通过将卸压阀的开阀压力设置成相对于过冲压力足够高，可以防止通常运行时的排出流量的损失，同时抑制卸压阀的压力损失的增加，因此，即使在大容量型的高压燃料供给泵中产生异常高压时，也可以立刻进行充分的卸压，可以将高压配管内的燃料压力抑制在规定值以内。

【实施例2】

图5表示关于本发明的实施例2的卸压阀(闭阀时)的截面图。

在实施例1中，被卸压的所有燃料在通过阀体压脚的侧面的管状间隙后，通过弹簧204的线间与狭缝205b，被导入吸入通路10c。因此，产生多余的压力损失，存在产生大流量卸压时的压力损失增加的可能性。为进一步解决该问题，在实施例2中，在此，在形成中间室207的壁面的卸压阀壳206上设置孔402，作为来自中间室的燃料流出通路。通过孔402的卸压燃料通过在泵体上形成的狭缝401被导入吸入通路10c。

根据上述构成的实施例2，因为燃料主要从孔402被卸压，所以卸压燃料不通过狭窄的间隙，而从中间室直接被导向低压侧，使中间室流出通路通过后的压力损失进一步降低。因此，实施例2的卸压阀适用于更大的容量。

【实施例3】

图6表示关于本发明的实施例3的卸压阀(闭阀时)的截面图。

在实施例3中，在现有的卸压阀中，通过使用扩大了的直径的阀体压脚503，使管状间隙508具有节流效果，在中间室207保持压力。此时，节流效果只要是在中间室保持使阀体压脚503提升所需的足够的液压的程度即可。

根据实施例3，仅通过对现有产品进行小改进，便可以降低卸压压力损失，所以可以省去设计并制造新的卸压阀的工作量等，在成本方面有利。

工业实用性

本发明不仅限于内燃机的高压燃料供给泵，可以在各种高压泵中广泛利用。

Claims

1.一种高压液体供给泵，其从低压侧向高压侧对液体进行加压并运送，其特征在于，

其具备卸压通路和卸压阀，所述卸压通路从所述高压侧向所述低压侧对高压液体进行卸压；所述卸压阀在该卸压通路内具有中间室、在该中间室的所述高压侧设置的阀座、与该阀座接触或分离的阀体以及将该阀体推压向该阀座的阀体压脚，

所述卸压通路构成为：在流入所述中间室的一侧和从所述中间室流出的一侧分别具有节流效果，且在阀体压脚上形成有承受所述中间室的压力的受压面，

所述卸压阀具备调节所述阀体的最大提升量的调整器，所述卸压阀在所述调整器和所述阀体压脚之间具备弹簧，该调整器对将所述阀体推压至所述阀座上的力进行调节。

2.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

在所述卸压阀闭阀时承受来自高压部的高压液体的液压而使所述阀体离开所述阀座的第一受压面面积小于承受所述中间室内的液压而将所述阀体和所述阀体压脚提升的第二受压面面积。

3.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

从所述中间室流出的通路的截面面积大于在所述阀体的提升量最大时流入所述中间室的通路的截面面积。

4.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

从所述中间室流出的通路的截面面积小于流入所述中间室的通路的截面面积。

5.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

所述中间室的液压低于所述高压侧的液压，高于所述低压侧的液压。

6.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

所述阀体压脚被支承为可以以其侧面滑动，在该侧面上形成有从所述中间室流出的通路。

7.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

从所述中间室流出的通路是在所述阀体压脚上形成的孔。

8.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

从所述中间室流出的通路是设置在形成所述中间室的壁面上的孔。

9.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

所述阀体和所述阀体压脚是一体形成的一个部件。

10.如权利要求1所述的高压液体供给泵，其特征在于，

所述液体是燃料。