用于内燃发动机的燃料喷射系统的阀结构和高压泵的制作方法

本发明涉及用于内燃发动机的燃料喷射系统的阀结构，以及用于所述类型的燃料喷射系统的高压泵，该高压泵具有所述类型的阀结构。

背景技术：

在内燃发动机的燃料喷射系统的情况下，已知的是使用将高压力施加到待喷射的燃料的高压泵。这样的高压力已经施加到其的燃料之后借助于喷射器被喷射入内燃发动机的燃烧室内。燃料中的高压力对于内燃发动机的排放物值（具体地例如CO₂排放物）具有正面影响。因此试图在使用汽油作为燃料的内燃发动机中实现在燃料中从200 bar–300 bar的范围内的压力，同时在柴油内燃发动机的情况中，甚至试图实现在燃料中2000 bar–3000 bar的压力范围。

为了向燃料施加期望的压力，高压泵通常具有一个活塞，其增加和减小压力室的容积，并且在容积减小期间，压缩燃料以便在燃料中实现期望的压力。在压力室处设置有阀，一方面是入口阀，其允许燃料在被压缩之前进入压力室内，并且另一方面是出口阀，其将压缩的燃料从压力室排入管线内，该管线之后例如经由共轨将燃料引导至喷射器。

由于用高压泵能够实现的高压力的原因，所述阀的闭合元件通常具有巨大的形式，例如呈球阀或阀蘑菇头的形式，这里仅列举两种可能的巨大实施例。

这样的阀元件对于高压泵中普遍的压力而言是恰当地高度坚固的，但是对于作用在其上的力反应相对缓慢。

由于高压泵通常在每分钟数千冲程的范围内操作，因此特别是对于允许燃料进入压力室内而言，仍然期望提供能够快速打开和闭合的相对快速切换的阀。

因此，公知的是例如不使用球阀或巨型蘑菇头闭合元件，而是使用丝阀片（filigree valve lamellae），其能够变形并且能够借助于其变形来打开和闭合相应的阀。这样的装置例如在EP 1 724 467 A1中描述。

在EP 1 724 467 A1中描述的阀片由于高压泵的压力室中的燃料中的压力差而打开和闭合。如果压力室中的压力高于设置在压力室上游的吸入区域中的压力，则阀片闭合，而如果吸入区域中的压力高于压力室中的压力，则所述阀片打开。为了以目标方式保持阀片打开，即使与压力室中的高于吸入区域中的压力相对，所述阀片仍由阀柄被迫使进入打开位置，以便能够由此设定高压泵的泵功率。如果不试图手动影响泵功率，则阀柄缩回，并且不接触阀片，使得所述阀片能够由于压力室中普遍存在的压力而闭合。

所有的公知装置具有以下缺点：其操作导致在切换期间产生高水平的噪声。

技术实现要素：

因此，本发明的目标是提出一种克服所述问题的阀结构和高压泵。

所述目标借助于具有权利要求1的特征的阀结构实现。

具有所述类型的阀结构的高压泵是并列权利要求的主题。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

用于内燃发动机的燃料喷射系统的阀结构具有设置在阀盘中的至少一个阀开口，其中阀开口将第一阀盘侧和位于与第一阀盘侧相对处的第二阀盘侧彼此流体连接，所述阀盘侧由阀盘彼此分离开。此外，阀结构具有能够变形的阀片，其能够沿运动方向运动并且用于打开和闭合阀开口，为了闭合阀开口能够使该阀片在第一阀盘侧上接触阀盘表面。此外，提供用于激活阀片沿运动方向的运动的运动激活装置，该运动激活装置具有被固定到阀片的阀柄。

这具有以下优点：当阀片接触阀盘表面时，阀柄的运动长度由阀片界定。因此防止了在操作期间，阀柄撞击例如阀结构的区域从而引起阀柄的运动的激活的状况。这导致在操作期间减少的由阀结构生成的噪声。此外，以该方式也可以避免否则将会彼此撞击的阀结构的元件的表面的保护性涂层或繁冗的机加工。

此外，所述装置具有以下优点：不再需要用于将阀片保持在恰当位置中的额外保持措施，诸如例如用于防止阀片被拉至压力室的中心的止动件，或者将阀片直接紧固至阀盘。

特别有利的是以下情况：阀柄延伸通过阀开口以便其能够被特别容易地连接至阀片。此外有利的是如果阀柄被固定在阀片的中央区域中以便由此容许从阀柄向阀片内优选地对称地引入力的情况。

阀盘优选地具有多个开口，其中阀片被设计成使得，在闭合位置中，所述阀片能够同时闭合所有阀开口。在这种情况下，阀片可以是圆形或者有角度的形式，其中对于阀片而言有利的是当其压抵阀盘表面时，闭合所有阀开口。阀片也可能被成形为带有凹部以便使其更加能够变形，于是其中对于阀开口，应当优选地提供之后能够闭合阀开口的对应的阀片区域。

阀柄优选地借助于螺钉连接固定至阀片，其中螺钉元件压抵阀片，具体地在背离第二阀盘侧的第一阀片侧上压抵阀片，并且延伸通过阀片。元件的螺钉连接能够在带有足够的阻力的情况下对抗由于压力室中的高压力作用在连接上的高负载。额外有利的是如果螺钉元件压抵阀片，例如具有压抵阀片的螺钉头，并且因此在阀片运动期间支撑阀片的情况。以此方式，同样地能够使丝阀片一起有利地更加坚固。

额外或者替代性地，也能够想到阀柄借助于焊接连接被固定到阀片。焊接连接也提供高水平的稳定性并且能够因此有利地促成连接的耐久性。对于所述类型的焊接连接特别有利的是被设置成使得其能够从压力室的方向相对于作用在阀片上的力预加载阀片，也就是说能够沿压力室的方向在阀片上施加压力。以此方式，额外地辅助了在高压泵的输送冲程期间阀片的打开位置。

此外或者替代性地，在阀片上设置有套筒形接收元件，其与阀柄接合。以此方式，可能在阀片和阀柄之间提供有利的形状配合，该形状配合也能够促成连接的耐久性。

例如，在这种情况下，接收元件可以被卷曲于阀柄上以便实现形状配合。在此形成的卷边（bead）确保连接的特别有利的密封动作。

然而，也可能提供与阀柄接合的簧环。

作为另一替代方案，也可能的是接收元件由夹元件形成，该夹元件接合在阀片后方并且因此确保阀片和阀柄之间的牢固连接。

也可能的是接收元件由阀片开口形成，其中该阀片开口被设置在阀片中并且具有与阀柄接合的开口壁。这种实施例特别易于生产。

不过，替代性地，阀片也可能与阀柄的面向第一阀盘的端部一体地形成，这具有以下优点：以此方式，可能消除连接的潜在断裂点。

不过，替代性地，阀片也可能具有接合柄，其通过阀开口接合至阀柄的凹部内并且能够因此借助于与阀柄的端部的形状配合产生坚固的连接。特别有利的是，如果所述接合柄也通过阀片接合并且借助于焊接连接被额外地有利地紧固到阀片的情况。在此，特别有利的是，不仅提供一个至阀片的焊接连接，而是在每种情况下在两个阀片表面上提供一个焊接连接以将阀片连接到接合柄。这确保接合柄、阀片及因此阀柄的特别可靠且稳固的连接。

阀片优选地呈弹簧元件的形式，其弹簧力被导引成相对于从第一阀片侧作用在阀片上的力。例如，在此，阀片可以呈盘簧或者板簧的形式。阀片也可能呈具有能够闭合所述至少一个阀开口的闭合元件的螺旋弹簧或圆锥弹簧的形式。

在此，有利的是，阀片的弹簧力大于对应于在阀结构的操作期间在第一阀片侧上的最大液压力的预定力的情况。这意味着，当高压泵泵送燃料时，阀片以足够的阻力对抗加压燃料所产生的力以保持处于打开位置。在此，预定力可以对应于当燃料已由泵活塞被压缩到最大程度时由所述燃料施加的力。以此方式，有利的是，在阀柄断裂的情形下可能防止阀片闭合阀开口，这种闭合将导致高压泵不再能够进行完整的输送动作。在这种实施例中，特别有利的是，如果提供阀柄以便使阀片运动至闭合位置，也就是说如果在不激活阀片的情况下，阀结构是打开的情况。

阀片优选地至少区段性地被固定至阀盘。以此方式，例如阀片可能呈将被特别容易地支撑在阀盘上的弹簧元件的形式。阀片至阀盘的固定可以例如通过焊接和/或硫化和/或粘合剂粘接或者能够承受阀片区域中的高压力的类似连接方法来实现。

在有利改进中，运动激活装置具有磁性致动器，其带有静极片和作为定位元件连接到阀柄的电枢。在此，阀柄被连接到电枢，具体地与电枢一体地成形。当被供能时，磁性致动器沿阀片的运动方向调节电枢和紧固至其的阀柄，由此同时使阀片从打开位置运动到闭合位置，以及反之。在此，装置可以使得阀片在被供能时闭合，否则可以使得当所述阀片在被供能时打开。运动激活装置被设计成使得，在阀结构的所有操作位置中，电枢和极片被设置成彼此间隔分开，这具有以下优点：在阀结构的切换期间，不再发生电枢和极片之间的接触，并且因此能够显著减少阀结构的噪声排放。

在此，优选地提供保持电枢和极片的弹簧元件，以便使它们彼此间隔分开。弹簧元件特别有利地由阀片形成。在特别优选的改进中，具体地在阀结构在被供能时打开的阀结构的改进中，阀片借助于其弹簧力将电枢保持在静止位置，以便与极片最大程度地间隔分开。

用于内燃发动机的燃料喷射系统的高压泵具有用于向燃料施加高压力的压力室，并且具有用于允许燃料进入压力室内的入口阀，其中入口阀由上文描述的阀结构形成。在此，压力室形成在第一阀盘侧上。

附图说明

将基于附图在下文更加具体地讨论本发明的有利改进，附图中：

图1是具有高压泵且具有设置在其上的阀结构的内燃发动机的燃料喷射系统的示意图；

图2示出来自图1的高压泵和设置在其上的阀结构的纵截面；

图3是阀结构完全打开的情况下的来自图2的高压泵的纵截面的第一示意图；

图4是阀结构完全打开的情况下的来自图2的高压泵的纵截面的第二示意图；

图5是阀结构完全闭合的情况下的来自图2的高压泵的纵截面的第三示意图；

图6是来自图3-5的阀结构的第一详细纵截面图；

图7是来自图3-5的阀结构的第二详细纵截面图；

图8是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第一可能性的示意图；

图9是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第二可能性的示意图；

图10是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第三可能性的示意图；

图11是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第四可能性的的示意图；

图12是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第五可能性的示意图；

图13是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第六可能性的的示意图；

图14是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第七可能性的示意图；

图15是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第八可能性的示意图；

图16是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第九可能性的示意图；

图17是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第十可能性的示意图；

图18是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第十一可能性的示意图；以及

图19是来自图6和图7的阀结构的阀片至阀结构的阀柄的连接的第十二可能性的示意图。

具体实施方式

图1是内燃发动机的燃料喷射系统10的示意图，该燃料喷射系统将燃料12从箱14经由预输送泵16、高压泵18和燃料高压蓄积器20输送到喷射器22，该喷射器22之后将燃料12喷射入内燃发动机的燃烧室内。

燃料12经由阀结构24被引入高压泵18内，并且经由另一阀26在压力下从高压泵18排出。

图2示出通过高压泵18的纵截面，并且该高压泵18带有阀结构24作为入口阀28并且带有阀26作为出口阀30，该阀结构和阀被设置在高压泵18的压力室32处。在高压泵18的操作期间，执行平移运动的活塞34周期性地改变压力室32的容积。在此，活塞34由凸轮轴36驱动，在本示例性实施例中，该凸轮轴36经由梃杆38与活塞34操作性地接触。

图3至图5以通过高压泵18的纵截面示意地示出在高压泵18的操作期间活塞34和入口阀28的不同操作状态。

在此，在本实施例中，出口阀30呈简单的止回阀40的形式，其由于压力室32中普遍存在的压力而被动地打开，并且在缺乏所述压力的情况下再次自动地闭合。

在本实施例中，入口阀28呈主动磁性阀42的形式，其具有磁性致动器44，该磁性致动器44带有静极片46且带有活动电枢48作为定位元件50。阀柄52被紧固至电枢48，该阀柄52接合通过阀盘55中的阀开口54，并且阀片56被紧固至阀柄52，当使阀片56沿极片46的方向运动时，阀片56能够被放置成在阀盘55的第一阀盘侧60上与阀盘表面58接触，以便由此闭合阀开口54。在本实施例中，入口阀28是当被断能时打开的入口阀28，也就是说，当磁性阀42不被供能时，由于弹簧62，极片46和电枢48被设置成相对于彼此带有最大间距64，使得阀片56位于打开位置。同时，活塞34处于其朝向其下止点的路径上，如箭头P₁所指示。由于活塞34的运动和阀片56的打开位置，燃料12如箭头P₂所指示的那样流入高压泵18的压力室32内。出口阀30处于其闭合位置。

图4以纵截面示意地示出活塞34如何朝向其上止点运动。由于压缩弹簧62的弹簧力，阀片56保持在打开位置，因为由活塞34在压力室32中聚集的压力尚不足以克服压缩弹簧62的弹簧力和使阀片56闭合。出口阀30也仍然位于其闭合位置。由于阀片56处于打开位置，因此燃料12再次通过入口阀28流出压力室32。

在图5中，活塞34位于其上止点之前一定短距离处，并且由活塞34的运动已在压力室32中聚集的压力足以使阀片56闭合。同时，所述压力也足以打开出口阀30。

压缩弹簧62的弹簧力防止高压泵18以完整输送动作操作，也就是说，已经流入压力室32内的所有燃料12均由于阀片56的立即闭合而被充压，并且因此位于压力室32下游的所有元件均经受负载。

阀片56被设计成非常薄以致于其能够变形。此外，对于阀开口54的闭合，所述阀片沿运动方向57运动，该运动方向57沿阀柄52的纵轴线取向。

图6和图7以两个不同实施例示出通过呈入口阀28的形式的阀结构24的纵截面。

在此，图6示出具有压缩弹簧62的装置，而在图7中，压缩弹簧62已经被省略，因为阀片56本身呈弹簧元件70的形式。

磁性阀42的元件（具体地极片46和电枢48）和阀柄52一起形成运动激活装置72，其能够主动地使阀片56运动。如果阀结构24呈打开阀的形式，则当被供能时，该运动激活装置72使阀片56运动至闭合位置。然而，如果阀结构24被设计成当被断能时闭合，则运动激活装置72在被供能时使阀片56运动至打开位置。对于将压力室32从吸取管线74分离，提供阀盘55，该阀盘将压力室32的侧面上的第一阀盘侧60与吸取管线74的侧面上的第二阀盘侧76分离。这两个阀盘侧60、76由阀开口54流体连接到彼此。为了切断所述流体连接，提供阀片56，其被设计成能够变形，且使得其能够紧密地在第一阀盘侧60上压抵阀盘表面，以便由此密封地闭合阀开口54。

依据阀柄52和阀片56被稳固地紧固到彼此的事实，能够实现的是极片56和连接到阀柄52的电枢48在阀结构24的所有操作位置中均彼此间隔分开。具体地，如果阀柄52被设计成非常短以致于当阀开口54由阀片56完全闭合时紧固于阀柄52的电枢48不撞击极片46，则极片46和电枢48这两个元件之间实现永久间距64。以此方式，能够防止在阀结构24的操作期间出现响亮的冲击噪声。

图6和图7中的每一个均示出阀结构被设计成当被断能时打开的阀的实施例。在此，在图6中，当阀结构24处于静止位置中时，压缩弹簧62将电枢48保持成距离极片46最大间距64，并且因此保持阀片56处于打开位置中。

相比之下，图7中没有提供压缩弹簧62，而是阀片56本身呈弹簧元件70的形式的情况，其弹簧力相对于从压力室32作用在阀片56上的力作用，并且所述阀片因此保持自身打开。以此方式，能够省略电枢48和极片46之间的压缩弹簧62。

如果阀片56不连接至阀柄52，并且阀片56不呈弹簧元件70的形式，则下游元件的负载的这种释放将仅在阀柄52经历故障（例如断裂）之后才起作用。由于断裂，因为阀柄52不连接到阀片56，所以其将不再能够保持所述阀片处于打开位置，并且一旦在压力室32内聚集仅低压力，阀片56就将立即闭合。因此，高压泵18将进行完整的输送动作。这通常使得必须提供安全阀，该安全阀在高压泵18进行完整的输送动作的情形中释放下游元件的负载。

然而，现在已预备将阀柄52连接到阀片56，并且将阀片56形成为弹簧元件70。现在，如果阀柄52断裂，则阀结构24永久地保持处于打开状态，使得过度的压力不可能作用在压力室32下游的后续元件上。

这是因为高压泵18不再进行完整的输送动作，而是阀片56永久地保持处于打开位置，使得加压燃料12能够再次流动返回吸取管线74，并且不在位于高压泵18下游的燃料喷射系统10的那些元件上施加负载。

因此，可能的是省却当高压泵18进行完整的输送动作时释放系统负载的附加安全阀。

实现了额外的优点，即当阀结构24的供能结束时，弹簧元件70的弹簧力具有如下作用：阀柄52不再以这样高的速度撞击阀盘55，原因在于冲击速度且因此能量更低。这也促成由阀结构24产生的噪声的减小。

为了确保阀结构24的上文描述的功能性（甚至在阀柄52故障的情况中），有利的是如果在此，阀片56的弹簧力被构造成大于由加压燃料12施加在阀片56上的最大液压力的情况。因此，当不由运动激活装置72使阀片56运动时，阀片56永久地保持处于打开位置，使得高压泵18不可能进行完整的输送动作。以此方式，也可能例如省却另一安全阀，因为即使在阀柄52断裂的情形下，阀片56也保持在打开位置中。

为了稳定，阀片56也可以有利地在周向边缘78处至少区段性地连接至阀盘55。

图8至图18示意地示出关于阀柄52至阀片56的固定能够如何实现的不同实施例。

在所有实施例中，阀柄52均有利地连接至阀片56，使得阀柄52的面向第一阀盘侧60的端部79被设置在阀片56的中央区域81中。

在此，图8示出螺钉连接80，在这种情况下，螺钉元件82接合通过阀片56，其出自背离第二阀盘侧76的第一阀片侧84并且压抵阀片56。之后螺钉元件82被旋拧入阀柄52。

图9示出阀柄52借助于焊接连接86被连接到阀片56的实施例。在此，焊接连接86的焊缝88被设置成位于相对于第一阀片侧84的第二阀片侧90上，并且在阀片56上施加压力，使得将由阀片56闭合的阀开口54保持打开。

依据阀柄52的端部79被设置在阀片56的中央区域81中的事实，且依据焊缝88在阀片56上施加压力的事实，阀片56被预加载并且作用为相对于从第一阀片侧84作用在阀片56上的力的弹簧元件70。

图10至图16示意地示出带有套筒形接收元件92的实施例，所述套筒形接收元件92被用以将阀柄52连接至阀片56。

在此，在图10中，套筒形接收元件92由被紧固至第一阀片侧84的套筒94形成。在此，图11示出卷边96，其被设置成阀片56上的套筒形接收元件92并且阀柄52在该处卷曲，且因此借助于形状配合被连接至接收元件92。也可能的是，如图12中所示，在中央区域81中在阀片56中仅提供阀片开口98，其中于是阀柄52与阀片开口98的开口壁100接合。图13示出冲压弯曲部分102被形成为阀片56上的套筒形接收元件92的实施例。在图14中，作为套筒形接收元件92，使用与阀柄52接合的簧环104。图15示出附加的夹元件106被用作套筒形接收元件92的装置，该夹元件被夹持在中央区域81中阀片56的阀片开口98内，并且阀柄52被插入该夹元件内。图16也示出被焊接到阀片56的套筒形接收元件92，然而其中，在此阀盘55呈成角度的形式，使得在不需预加载阀片56的情况下自动地实现能够变形的阀片56的弹簧力。图17和图18中的每一个均示出与阀柄52一体地形成的阀片56。在图19中，阀片56具有接合柄108，其被焊接至阀片56并且通过阀开口54接合至阀柄52的凹部110内。有利的是接合柄108也接合通过阀片56并且在第一阀片表面112和第二阀片表面114两者处均被紧固到阀片56。

借助于上文描述的阀结构24，在一些实施例中可能降低部件成本，这是因为省略了压缩弹簧62，并且例如也可能省略阀片56的保持件。因此通常降低了高压泵18失效的风险。此外，也可能降低机加工成本，这是因为例如由于极片46和电枢48之间的永久间距64，这两个元件不再需要铬涂层和基底部分。也能够总体上显著地降低操作期间由阀结构24产生的噪声。因为可能实现操作期间的更低功率消耗，所以也可能优化切换时间，并且也可能实现车辆上校准的优化。总之，增加了阀结构24的坚固性且因此也增加了高压泵18的坚固性。也可能降低低压区域中的液压脉动，并且能够省略通常提供的安全阀。也实现了减小功率消耗，这是因为阀结构24不再必须被切换至完整的范围，因为通过在实施例中使用阀片56作为弹簧元件70，冲程被极大地减小。以此方式，能够实现车辆校准不再必须被校准至在当前廓线中电枢48撞击极片46所处的程度，而是仅必须被校准到阀片56完全位于其闭合位置所处的程度。因为能够省略极片46和电枢48上的铬层，所以在此也不再发生磨损。此外，压缩弹簧62处，或者保持元件（其用作先前松散的阀片56的止动件）处的失效也不再能够发生。能够完全省略安全阀，或者不再必须针对坚固性设计安全阀，这是因为仅必须针对特殊情况（诸如高压泵18的“热浸（hot soak）”）设计安全阀。低压力区域中的脉动被显著地减小，这是因为极片46和电枢48现在不再在切换期间撞击彼此，并且因此位于其间的介质不再必须被移位至零。

在制造过程期间，阀柄52可能被提前安装于完整的阀结构元件内，其中之后阀片56与被安装的阀柄52一起被推动通过阀盘55。然后能够将该装置作为整个元件插入高压泵18的泵外壳内。

此外，阀盘55也可能作为外壳的组成部分被固定地结合，这关于高燃烧室压力更加坚固。在此，带有安装在其上的阀柄52的阀片56从高压侧被插入，也就是说，从压力室32的方向被插入，并且阀结构24的其他元件从另一侧（具体地从吸取管线74的方向）被插入。

作为第三可能性，阀盘55也可能在带有由阀柄52和阀片56构成的预组装组件的情况下被插入结构空间内，以便之后推入支撑环，并且以便借助于焊缝固定所述支撑环。

特别有利的是，如果在断能状态中，阀片56不再是平面的而是具有凹形内应力，也就是说弹簧力的情况。所述内应力的大小有利地使得在压力阶段中回流介质不能够将阀片56推回。所述预加载使得在部分输送情形中，可能保持回流介质的过流截面自由（free）。