CN101852156A - 带有改进的最大压力阀的直喷***燃料泵 - Google Patents

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达尼埃莱·德维塔
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Abstract

一种直喷***燃料泵(4)具有：至少一个增压室(14)；活塞(15)，其安装成在增压室(14)内部滑动以周期性地改变增压室(14)的容积；进入通路(17)，其连接于增压室(14)并且由进入阀(18)调节；输送通路(22)，其连接于增压室(14)并由仅允许燃料从增压室(14)流出的单向输送阀(23)调节；以及排放通路(32)，其由单向最大压力阀(33)调节，该单向最大压力阀(33)在排放通路(32)中的燃料压力超过阈值时打开，并具有：闸(34)，其能够沿排放通路(32)移动；阀座(35)，其以流体密封的方式由闸(34)接合；弹簧(36)，其校正成将闸(34)推到以流体密封的方式接合阀座(35)的位置中。

Description

带有改进的最大压力阀的直喷***燃料泵
技术领域
本发明涉及一种直喷***燃料泵。
背景技术
直喷***包括：多个喷射器；共轨，其将加压燃料供给至喷射器；高压泵，其沿供给管路将燃料供给至共轨，并具有流量调节装置；以及控制单元，其控制流量调节装置以在共轨中保持期望的燃料压力，该燃料压力通常作为发动机工作状态的函数而变化。
高压泵包括：至少一个增压室，活塞在该增压室中来回滑动；进入管道，其由进入阀调节以将低压燃料供给至增压室；以及输送管道，其由输送阀调节以将高压燃料从增压室沿供给管路供给至共轨。流量调节装置通常作用在进入阀上以便在泵送阶段期间还将该进入阀保持打开，使得增压室中变化量的燃料以与沿供给管路泵送至共轨相反的方式流回到进入管中。
最近已经提出在高压泵中形成排放通路，其将输送管道连接于增压室并由单向最大压力阀调节，该单向最大压力阀仅允许燃料从输送管道流至增压室，并且在共轨中的燃料超出最大设计压力(通常由控制单元的控制误差造成)的情况下用作燃料放泄阀。换言之，最大压力阀被校正成，当其两侧上的压力差超过设计阈值时自动打开，并由此防止共轨中的燃料超出最大设计压力。
最大压力阀通常包括能够沿排放通路移动的球闸；以及以流体密封的方式由该闸接合的阀座。校正弹簧将闸推到以流体密封的方式接合阀座的位置；并且校正弹簧的弹性压力被校正成，使得仅在最大压力阀两侧上的压力差超过设计阈值时，闸与阀座分离开。
当最大压力阀打开时沿排放通路流动的燃料根据发动机转速而变化，即根据来自高压泵的流量而变化，该变化的致动频率与发动机转速完全成比例。换言之，在来自高压泵的流速高的情况下，其向共轨供给大量燃料，而如果共轨中的燃料压力过高，则必须从共轨中沿排放通路排放相应的大量燃料。
为了大量燃料沿排放通路流动，最大压力阀需要大的流动开度，这意味着闸必须移动远离阀座适当的距离，从而将更大的压力施加在弹簧上。相反，为了少量燃料沿排放通路流动，最大压力阀仅需要小的流动开度，这意味着闸仅需要移动远离阀座较小距离，从而将较小的压力施加在弹簧上。换言之，沿排放通路流动的燃料的增加要求最大压力阀的流动开度的尺寸成比例地增加，并由此要求闸的移动成比例地增加，弹簧上的压力较大，通过弹簧作用在闸上的弹性压力就较大。弹簧作用在闸上的弹性压力的增加不可避免地要求共轨中的燃料压力更大，因为为了保持阀打开，由燃料压力施加在闸上的液压必须等于由弹簧施加在闸上的弹性压力。
简言之，在低发动机转速(即，具有来自高压泵的低流速)时，共轨中的最大燃料压力较低，而在高发动机转速(即，具有来自高压泵的高流速)时，共轨中的最大燃料压力较高。共轨中的最大燃料压力随发动机转速的增加而增加是无论如何也无法忽略的，并且甚至可能达到空转速度时的最大燃料压力的50％。
为了允许共轨中的最大燃料压力随发动机转速的增加而增加，所有组成部件(管道、共轨、压力传感器、以及最重要的喷射器)必须设计成安全地承受共轨中的最大可能的燃料压力，尽管这无益于操作方面。将受到随发动机转速的增加而增加的共轨中的最大燃料压力影响的组成部件的尺寸做得过大显然意味着成本和重量的显著增加(更牢固的组件必然更重)，这无益于功能。
US2007286742A1公开了一种直喷***燃料泵，其具有：至少一个增压室；活塞，其安装成在增压室内部滑动以周期性地改变增压室的容积；进入通路，其连接于增压室并由进入阀调节；输送通路，其连接于增压室并由仅允许燃料流出增压室的单向输送阀调节；以及排放通路，其由单向的最大压力阀调节，当排放通路中的燃料压力超过阈值时，该最大压力阀打开，并且其具有闸、阀座和弹簧，其中该闸能够沿排放通路移动，该阀座由闸以流体密封的方式接合，该弹簧校正成将闸推到以流体密封的方式接合阀座的位置中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直喷***燃料泵，其设计成消除上述缺点，同时廉价且易于制造。
根据本发明，提供了一种直喷***燃料泵，包括：
至少一个增压室；
活塞，其安装成在增压室内部滑动以周期性地改变增压室的容积；
进入通路，其连接于增压室并且由进入阀调节；
输送通路，其连接于增压室并由仅允许燃料从增压室流出的单向输送阀调节；以及
排放通路，其由单向最大压力阀调节，该单向最大压力阀在燃料压力超过阈值时打开，并包括：闸，其能够沿排放通路移动；阀座，其以流体密封的方式由闸接合；弹簧，其校正成将闸推到以流体密封的方式接合阀座的位置中；以及校正板，其在排放通路的燃料流断面中造成局部缩小；
燃料泵的特征在于，校正板的尺寸确定成使得施加到校正板上并由跨过校正板的负载损失产生的液压大致等于最大压力阀打开时由弹簧的压缩所导致的弹簧的弹性压力的增加；并且校正板上的液压沿与弹簧的弹性压力相反的方向施加，使得随着最大压力阀的开度增大，弹簧的弹性压力的逐渐增加大致由校正板上的液压的逐渐增加所补偿。
附图说明
将参照附图以示例的方式描述本发明的非限制性实施方式，在附图中：
图1示出了共轨燃料直喷***的示意图，为了清晰起见移除了一些部件；
图2示出了根据本发明的图1的直喷***的高压燃料泵的示意性剖视图，为了清晰起见移除了一些部件；
图3示出了图2的高压燃料泵的最大压力阀的放大图。
具体实施方式
图1中的数字1总体上指示内燃发动机的共轨燃料直喷***。
直喷***1包括：多个喷射器2；共轨3，其将加压燃料供给至喷射器2；高压泵4，其沿供给管路5将燃料供给至共轨3，并具有流量调节装置6；控制单元7，其用于在共轨3中维持期望的燃料压力，该燃料压力通常作为发动机工作状态的函数而变化；以及低压泵8，其沿供给管路10将燃料从燃料箱9供给至高压泵4。
控制单元7连接于调节装置6，以控制来自高压泵4的流量，以便一直向共轨3供应在共轨3中维持期望的压力所需的燃料量。更具体来说，控制单元7通过反馈控制来调节高压泵4的流量，将共轨3内的燃料压力用作反馈变量，并由压力传感器11进行实时确定。
如图2中所示，高压泵4包括主体12，其具有纵向轴线13，并限定内部圆柱形的增压室14。安装有活塞15，活塞在增压室14内滑动，并且随着它沿纵向轴线13来回滑动，在增压室14的容积中产生周期性的变化。活塞15的底部在一侧上连接至弹簧16，该弹簧16将活塞15推到产生增压室14的最大容积的位置中，并且活塞15的底部在另一侧上连接至凸轮(未示出)，该凸轮由发动机的驱动轴旋转，以使活塞15周期性地向上移动并压缩弹簧16。
进入通路17从增压室14的侧壁延伸，通过供给管路10连接至低压泵8，并通过位于增压室14处的进入阀18进行调节。进入阀18包括具有多个通孔20的盘19，燃料可流过通孔20；以及圆形的可变形板21，其搁置在盘19的一个表面上以便截断通过孔20的通道。进入阀18通常是压控的，并且在不存在外部干扰的情况下，当增压室14中的燃料压力高于进入通路17中的燃料压力时，该进入阀18是闭合的，而当增压室14中的燃料压力低于进入通路17中的燃料压力时，该进入阀18是打开的。更具体来说，当燃料流至增压室14时，板21通过燃料而变形并与盘19分离，由此，燃料流过孔20。相反，当燃料从增压室14流出时，板21被压靠在盘19上，由此密封，并防止燃料流过孔20。
输送通路22从增压室14与进入通路17相对的侧上的侧壁延伸，通过供给管路5联接至共轨3，并由位于增压室4处的单向输送阀23进行调节，该单向输送阀23仅允许燃料从增压室4流出。
输送阀23包括球闸24，其可沿输送通路22移动；和阀座25，其由闸24以流体密封的方式接合，并位于与增压室14连通的输送通路22的端部。校正弹簧26将闸24推到以流体密封的方式接合阀座25的位置中。输送阀23是压控的，而由输送阀23两侧上的压力差所产生的压力比由弹簧26施加的压力大得多。更具体来说，当增压室14中的燃料压力高于输送通路22中的燃料压力时，输送阀23是打开的，而当增压室14中的燃料压力低于输送通路22中的燃料压力时，输送阀23是闭合的。
调节装置6连接至进入阀18，因此，控制单元7可在活塞15泵送的同时保持进入阀18打开，并允许燃料沿进入通路17从增压室14流出。调节装置6包括控制杆27，该控制杆27通过盘19的中央孔连接至进入阀18的板21，并且能够在被动位置与主动位置之间移动，在被动位置中，使板21能够以流体密封的方式接合盘19以密封孔20，在主动位置中，防止板以流体密封的方式接合盘19，由此打开孔20。调节装置6还包括电磁致动器28，其连接至控制杆27以使它在主动位置与被动位置之间移动。电磁致动器28包括弹簧29，其用于将控制杆27保持在主动位置中；和电磁体30，其由控制单元7控制以通过磁性吸引与控制杆27成为一体的铁磁电枢31而将控制杆27移动到被动位置中。更具体来说，当使电磁体30通电时，使控制杆27移回到被动位置中，由此闭合进入阀18并截断进入通路17与增压室14之间的连通。
排放通路32从增压室14的顶壁延伸，将增压室14连接至输送通路22，并通过单向最大压力阀33进行调节，该单向最大压力阀33仅允许燃料流至增压室，并在共轨3中的燃料超过给定的最大设计压力(通常是控制单元7控制误差的结果)的情况下，用作燃料放泄阀。换言之，最大压力阀33校正成在其两侧上的压力差超过设计阈值时自动打开，并由此防止共轨3中的燃料超过最大设计压力。
如图3中所示，最大压力阀33包括球闸34，其能够沿排放通路32移动；和阀座35，其被闸34以流体密封的方式接合。校正弹簧36将闸34推到以流体密封的方式接合阀座35的位置中；并且弹簧36的弹性压力校正为，使得闸34仅在最大压力阀33两侧上的压力差超过设计阈值室才与阀座35分离。
最大压力阀33还包括校正板37，其局部减小排放通路32的燃料流断面38。校正板37的尺寸(即直径和长度)设计为，在校正板27处形成具有给定小面积的环形燃料流断面38。在图3的实施方式中，校正板37置于弹簧36的一端与闸34的一侧之间，并搁置在闸34与弹簧36上。更具体来说，校正板37具有杆39，其与校正板37成为一体，被***到弹簧36内，并且既用于防止板37的有害旋转，又用作限定闸34的最大打开运动的限位挡块(即在杆39的与板37相对的端部开始靠置在排放通路32的端壁上时，抑制闸34的打开运动)。在未示出的不同实施方式中，校正板37与闸34或弹簧36成为一体(例如焊接至闸34或弹簧36)，并由此甚至不会置于闸34与弹簧36之间。
当通过共轨3中的过大的燃料压力而将最大压力阀33打开时，在流断面38中由校正板37产生的收缩处局部出现相当大的负载损失，并在校正板37的上游与下游之间产生对应的压力差(即燃料压力在校正板37的上游高于校正板37的下游)。该压力差施加在校正板37上(并由此施加在搁置于校正板37上的弹簧36上)，液压进一步压缩弹簧36并由此有助于打开最大压力阀33。
重要的是，注意到跨过校正板37的局部负载损失并不是恒定的，而是与沿排放通路32流动的燃料的量成比例。就是说，沿排放通路32的燃料流量的增大伴随着跨过校正板37的局部负载损失的成比例增大，并由此伴随着施加在校正板37上、进一步压缩弹簧36的液压的增大。
通过适当地确定校正板37的尺寸(即其长度和其直径)，使施加在校正板37上、并由跨过校正板37的负载损失所产生的液压大致等于在最大压力阀33打开时由弹簧36的必然压缩所导致的弹簧36的弹性压力。随着最大压力阀33的开度、即闸34与阀座35之间的距离增大，由于弹簧36的压缩逐渐增大，导致弹簧36的弹性压力由此逐渐增大，而同时，由于沿排放通路32的燃料流量的增大，导致施加在校正板37上并由跨过校正板37的负载损失产生的液压同样逐渐增大。由于校正板37上的液压沿与弹簧36的弹性压力相反的方向予以施加，因此弹簧36的弹性压力的逐渐增大由校正板37上的液压的逐渐增加进行补偿，其结果是，在最大压力阀33的开度、即闸34与阀座35之间的距离增大期间，闸34上的总轴向压力大致保持恒定，并由此，最大压力阀33下游的、即供给管路10和共轨3中的燃料压力同样保持恒定。
简单地说，借助于校正板37，在最大压力阀33的开度变化期间，闸34上的总轴向压力可大致恒定，从而使共轨3中的最大燃料压力在发动机转速变化、即来自高压泵4的瞬时流量变化期间大致保持恒定。
优选地，排放通路32的燃料流断面38的直径与校正板37的直径之差包括在0.5mm至0.20mm之间(通常为约0.35mm)，并且校正板37的长度包括在1mm至3mm之间(通常为约2mm)。例如，排放通路32的燃料流断面38的直径可为约5mm，校正板37的直径可为约4.65mm，并且校正板37的长度可为约2mm。
如图2中所示，进入通路17将供给管路10连接至增压室14，由(增压室14处的)进入阀18进行调节，并局部延伸到主体12内。在优选实施方式中，沿进入通路17(即进入阀18的上游)的补偿室40容置多个可弹性变形的(或者更确切地说，可弹性压缩的)补偿体41，用于削弱沿供给管路10的振荡(脉动)燃料流。向增压室14的燃料供给是极其不规则的，即存在燃料流到增压室14中的时刻(在进入阶段，并且进入阀18打开)；没有燃料流到增压室14中或流出增压室14的时刻(在泵送阶段，并且进入阀18闭合)；以及燃料流出增压室14的时刻(在泵送阶段，并且进入阀被调节装置6打开)。向增压室14的燃料供给的这种不规则性通过补偿室40中的补偿体41的容积变化而部分削弱，以使沿供给管路10的燃料流更加稳定(即，仍旧脉动，但程度较小)。
捕获室42形成在主体12中，位于增压室14的下方，并贯通地装配有活塞15的中间部，该活塞15的中间部设计成在它来回移动时周期性地改变捕获室42的容积。更具体来说，活塞15在捕获室42内的中间部与活塞15在增压室14内的顶部具有相同的形状，以使活塞15的移动在捕获室42与增压室14中产生相等但相反的容积变化。
捕获室42通过在呈现于进入阀18处的连接通路43连接至进入通路17；并且围绕活塞15的底部、并位于捕获室42的下方装配有环形密封件44，以防止燃料沿活塞15的侧壁泄露。在优选实施方式中，捕获室42在侧向及在顶部由主体12的底面定界，并在底部由环形封盖45定界，该环形封盖45侧向焊接至主体12且具有容置环形密封件44的中央座。弹簧16在环形封盖45的底壁与同活塞15的底端成为一体的环形凸起46的顶壁之间受到压缩，并由此位于主体12的外部，在那里，它能够受到检查并与燃料完全隔离开。
捕获室42的一个功能是收集在泵送阶段沿活塞15的侧壁的、来自增压室14的不可避免的燃料渗漏。随后将收集在捕获室42中的燃料渗漏从那里沿连接通路43供给至增压室14；并且捕获室42下方的环形密封件44防止沿活塞15的侧壁的、来自捕获室42的任何进一步的燃料渗漏。重要的是，注意到捕获室42中的燃料是低压的，环形密封件44并不过度受压。
捕获室42的另一功能是有助于补偿脉动燃料流：当活塞15的上行程减小增压室14的容积时，允许从增压室14通过进入阀18——其由调节装置6保持打开——排出的燃料能够流到捕获室42中，依靠活塞15的同一行程，还使捕获室42的容积增加与增压室14的容积减少量相同的量。当活塞15的上行程在进入阀18闭合的情况下减小增压室14的容积时，捕获室42的容积的增大导致燃料从进入通路17被吸入到捕获室42中。活塞15的下行程增大增压室14的容积，并等同地减小捕获室42的容积，使得通过捕获室42的容积减小而从捕获室42排出的燃料通过增压室14的容积增大而被吸入到增压室14中。
换言之，燃料在捕获室42(其在泵送阶段活塞15向上滑动时填满，并在进入阶段活塞15向下滑动时清空)与增压室14(其在泵送阶段活塞15向上滑动时清空，并在进入阶段活塞15向下滑动时填满)之间周期性地交换。为了在捕获室42与增压室14之间进行最优的燃料交换，至关重要的是，活塞15的移动在捕获室42与增压室14中产生相等但相反的容积变化。
如上所述捕获室42与增压室14之间周期性的燃料交换极大地削弱了沿供给管路10的脉动燃料流。模拟试验显示对沿供给管路10的脉动燃料流的可能削弱超过50％(即，与不具有周期性燃料交换的类似的高压泵相比，脉动被减少一半以上)。
在优选实施方式中，过压阀47沿燃料管路10***，位于低压泵8的下游，以便在沿供给管路10的压力超过给定阈值时，由于来自增压室14的燃料反馈而将燃料从供给管路10排放到燃料箱9中。过压阀47的功能是防止沿供给管路10的压力到达能够最终损坏低压泵8的相对高的水平。
所述高压泵4具有多个优点：它廉价且易于制造(相对于已知的高压泵而言，它仅包括少量简单的改造)；其特征在于具有在发动机转速(即，在来自高压泵4的流量)变化期间具有大致恒定的工作压力的最大压力阀33；并且提供了沿供给管路10的较小脉动流。

Claims (15)

1.一种直喷***燃料泵(4)，包括：
至少一个增压室(14)；
活塞(15)，所述活塞(15)安装成在所述增压室(14)内部滑动以周期性地改变所述增压室(14)的容积；
进入通路(17)，所述进入通路(17)连接于所述增压室(14)并且由进入阀(18)调节；
输送通路(22)，所述输送通路(22)连接于所述增压室(14)并由仅允许燃料从所述增压室(14)流出的单向输送阀(23)调节；以及
排放通路(32)，所述排放通路(32)由单向最大压力阀(33)调节，所述最大压力阀(33)在燃料压力超过阈值时打开，并包括：闸(34)，所述闸(34)能够沿所述排放通路(32)移动；阀座(35)，所述阀座(35)以流体密封的方式由所述闸(34)接合；弹簧(36)，所述弹簧(36)被校正成将所述闸(34)推到以流体密封的方式接合所述阀座(35)的位置中；以及校正板(37)，所述校正板(37)在所述排放通路(32)的燃料流断面(38)中造成局部缩小；
所述燃料泵(4)的特征在于，所述校正板(37)的尺寸确定成使得施加到所述校正板(37)上并由跨过所述校正板(37)的负载损失产生的液压大致等于所述最大压力阀(33)打开时由所述弹簧(36)的压缩所导致的弹簧(36)的弹性压力的增加；并且所述校正板(37)上的所述液压沿与所述弹簧(36)的弹性压力相反的方向施加，使得随着所述最大压力阀(33)的开度增大，所述弹簧(36)的弹性压力的逐渐增加大致由所述校正板(37)上的液压的逐渐增加所补偿。
2.如权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，所述排放通路(32)的燃料流断面(38)的直径与所述校正板(37)的直径之差包括在0.5毫米至0.20毫米之间，并且所述校正板(37)的长度包括在1毫米至3毫米之间。
3.如权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，随着所述最大压力阀(33)的开度增大，即随着所述闸(34)与所述阀座(35)之间的距离增大，所述闸(34)上的总轴向压力保持大致恒定。
4.如权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，所述校正板(37)被置于所述弹簧(36)的一端与所述闸(34)的一侧之间。
5.如权利要求4所述的燃料泵(4)，其中，所述校正板(37)搁置在所述闸(34)以及所述弹簧(36)上。
6.如权利要求5所述的燃料泵(4)，其中，所述校正板(37)具有***到所述弹簧(36)内部的杆(39)。
7.如权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，所述校正板(37)与所述闸(34)或所述弹簧(36)是一体的。
8.如权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，所述排放通路(32)将所述输送通路(22)连接于所述增压室(14)；并且所述单向最大压力阀(33)仅允许燃料流到所述增压室(14)。
9.如权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，所述进入阀(18)包括：具有多个通孔(20)的盘(19)，燃料能够流过所述通孔(20)；以及圆形可变形板(21)，所述可变形板(21)搁置在所述盘(19)的一个表面上以截断经过所述孔(20)的通道；当燃料流到所述增压室(14)时，所述可变形板(21)通过所述燃料而变形并与所述盘(19)分离开以允许燃料流过所述孔(20)；并且，当燃料从所述增压室(14)流出时，所述可变形板(21)被压靠在所述盘(19)上以密封所述孔(20)并由此防止燃料流过所述孔(20)。
10.如权利要求9所述的燃料泵(4)，包括调节装置(6)，所述调节装置(6)连接于所述进入阀(18)以在所述活塞(15)的泵送阶段将所述进入阀(18)保持打开，并由此允许燃料从所述增压室(14)沿所述进入通路(17)流动；所述调节装置(6)包括控制杆(27)，所述控制杆(27)连接于所述进入阀(18)的可变形板(21)，并且能够在被动位置与主动位置之间移动，所述被动位置允许所述可变形板(21)以流体密封的方式接合所述盘(19)以密封所述孔(20)，所述主动位置防止所述可变形板以流体密封的方式接合所述盘(19)并由此打开所述孔(20)。
11.如权利要求1所述的燃料泵(4)，包括补偿室(40)，所述补偿室(40)沿所述进入通路(17)定位并容置至少一个能够电力变形的补偿体(41)用于削弱脉动燃料流。
12.如权利要求1所述的燃料泵(4)，包括：
捕获室(42)，所述捕获室(42)位于所述增压室(14)下方，并且贯通地装配有所述活塞(15)的中间部，所述活塞(15)的中间部设计成当所述活塞(15)来回移动时周期性地改变所述捕获室(42)的容积；以及
连接通路(43)，所述连接通路(43)将所述捕获室(42)连接于所述进入通路(17)。
13.如权利要求12所述的燃料泵(4)，其中，所述活塞(15)在所述捕获室(42)内部的所述中间部与所述活塞(15)在所述增压室(14)内部的顶部具有相同的形状，使得当所述活塞(15)移动时，由所述活塞(15)的移动导致的所述捕获室(42)的容积变化与由所述活塞(15)的移动造成的所述增压室(14)的容积变化相等并且相反。
14.如权利要求12所述的燃料泵(4)，其中，所述连接通路(43)呈现于所述进入阀(18)处。
15.如权利要求12所述的燃料泵(4)，其中，在所述捕获室(42)下方，绕所述活塞(15)的底部安装有环形密封件(44)以防止燃料沿所述活塞(15)的侧壁渗漏。
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