CN109196212B - 用于燃油泵的直接磁控入口阀 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃油泵的入口阀组件包括：阀组件流入路径和阀组件流出路径；磁性阀构件，其设置在将所述流入路径和所述流出路径流体联接的中间流动路径中；磁杆，其与所述阀构件相邻；以及选择性通电的线圈，其用于产生使所述磁杆和所述阀构件直接磁耦合的磁通；由此，所述阀构件响应于所述线圈的通电状态而打开和闭合所述流入路径和所述流出路径之间的流体连通。

Description

用于燃油泵的直接磁控入口阀
技术领域
本发明涉及高压燃油泵，并且具体地，涉及用于将低压燃油供给到高压泵送室的入口阀。
背景技术
已经实现了单活塞和多活塞高压共轨燃油泵，以提供现代直喷汽油和柴油发动机所需的高燃油压力。这些发动机安装的泵是容量受控制的，以在保持轨压的同时使寄生损失最小化。要么通过使用磁性比例控制阀进行入口节流要么用磁性致动器对入口阀进行间接数字控制来实现容量控制。任一种执行都需要用来自发动机ECU的电信号来控制泵。
因为间接入口阀致动器控制需要用于每个泵活塞的单独致动器，所以多活塞泵使用单个入口节流比例阀以避免高部件数和成本已变得常见。许多现代单活塞泵使用具有单独磁控电枢组件的间接入口阀致动器。这些装置通常采用三个单独的组件：入口阀、磁电枢和居间的接合或连接构件。在美国专利No.6526947、No.7513240、No.6116870和No.7819637中可见该构思的不同变型。由于这些装置的高复杂度和精度，它们通常占单活塞泵成本的至少1/3。由于在通电和断电事件期间电枢和阀组件的影响，这些数字型装置还遭受高往复质量和噪声。
如安全条件规定的，需要确保倘若发生碰撞，坍塌的发动机舱不会损坏入口阀达到使燃油从泵漏出从而造成火灾危险的程度。泵的易损部分是用于入口控制阀的电磁致动器。
发明内容
本发明的主要目的是降低用于燃油泵的磁控入口阀致动器的成本和噪声。另外，本发明能够降低倘若用于入口控制阀的电磁致动器受损则有燃油从入口控制阀漏出的风险。这是通过将包含电磁线圈的致动模块与包含液压流动路径的传送模块液压隔离并且在致动模块和传送模块之间提供分离连接来实现的。
改进的入口阀组件和关联的泵引导磁通路径，使得当线圈被通电时，磁力被直接施加到入口阀构件。结果，实现了入口阀的直接致动，由此不再用到单独的电枢和电枢-入口阀连接构件，并且降低了成本。因不再用到单独的电枢和连接构件，所以往复质量减小。因质量减小，使冲击产生的噪声最小化，并且使响应时间缩短，获得了更好的可控性和更低的功耗。
一种燃油入口阀组件的所公开实施方式包括：阀组件流入路径和阀组件流出路径；磁性阀构件，其设置在将所述流入路径和所述流出路径流体联接的中间流动路径中；磁杆，其与所述阀构件相邻；以及选择性通电的线圈，其用于产生使所述磁杆和所述阀构件直接磁耦合的磁通；由此，所述阀构件响应于所述线圈的通电状态而打开和闭合所述流入路径和所述流出路径之间的流体连通。
所公开的燃油泵实施方式包括：泵壳体；在所述壳体上的燃油入口接头，所述燃油入口接头用于将供给燃油传送到所述壳体中的入口流动路径中；在所述壳体中的泵送室和关联的泵送机构，所述泵送室和所述泵送机构用于通过入口阀组件从所述入口流动路径接收供给燃油，增加燃油压力，并且将增压的燃油传送到排放流动路径；在所述壳体上的出口接头，所述出口接头通过出口阀与所述排放流动路径流体连通；其中，所述入口阀组件包括与线圈直接磁耦合的阀构件，由此，所述线圈被选择性供电，以产生直接通过所述入口阀构件的磁通路径，由此向所述阀构件施加磁力，以选择性打开所述阀构件和抵靠所述入口流动路径中的密封表面而闭合所述阀构件。
优选地，所述入口阀组件包括中心磁杆，所述中心磁杆同轴地设置在所述线圈内并且从所述线圈伸出；所述入口流动路径的一部分向内穿过所述磁杆的伸出部进入中心孔中，所述中心孔在所述伸出部的端部处开口；所述密封表面围绕所述中心孔的所述开口一体形成在所述磁杆中；并且所述入口阀构件是平板，具有带有边缘和凹口的周缘，所述边缘提供横向穿过所述阀构件的磁通路径，所述凹口在所述阀构件打开时形成所述入口流动路径的一部分。
所述致动模块可附接于所述传送模块的下部部分，使得所述致动模块完全伸出到所述壳体的外部。折断或分离连接保持泵的液压完整性。
在一个实施方式中，所述入口阀包括：燃油传送模块，其可安装在所述壳体中，包括用于从所述入口接收供给燃油的流入通道、用于将供给燃油传送到所述泵送室的传送通道、在所述流入通道和所述传送通道之间的阀座以及能在第一位置和第二位置之间移动的阀构件，在所述第一位置，所述阀构件抵靠所述阀座，从而闭合流向所述传送通道的燃油流，在所述第二位置，所述阀构件打开流向所述传送通道的燃油流。致动模块附接于所述传送模块，包括电磁线圈组件，所述电磁线圈组件与所述阀构件操作性地关联，用于使所述阀构件在所述第一位置和所述第二位置之间移动。所述致动模块与所述燃油传送模块液压隔离，使得即使所述致动模块与泵完全断开，也不会有燃油从控制阀漏出。
另一个实施方式涉及一种燃油泵，该燃油泵包括：壳体；入口，其用于接收低压供给燃油；在所述壳体内的泵送室，其用于对所述供给燃油加压；出口，其用于排放加压燃油；燃油传送模块；以及致动器模块。所述燃油传送模块安装在所述壳体中，并且包括阀构件，所述阀构件能在第一位置和第二位置之间移动，以控制流向所述泵送室的供给流。致动模块附接于所述传送模块和所述壳体中的至少一个，并且包括电磁线圈组件，所述电磁线圈组件与所述阀构件操作性地关联，用于使所述阀构件在所述第一位置和所述第二位置之间移动。致动模块与燃油传送模块液压地隔离。
所述致动模块优选地利用折断连接附接于传送模块，由此用作牺牲体，使传送到包含燃油的传送模块的碰撞力最小化。例如，致动模块可被间断焊于传送模块。
本发明可被装入许多种入口控制阀中，但是最容易装入所述共同未决申请中描述的那种磁致动阀中。在该实施方式中，所述致动模块具有第一磁杆、环绕线圈和导磁外护套。所述传送模块中的阀构件是铁磁性的，所述传送模块的下部部分限定与所述第一磁杆磁耦合的第二磁杆。壳体、致动模块和传送模块的多个部分限定磁回路，由此，电磁线圈的致动施加或去除力，以使阀构件在第一位置和第二位置之间移动。所述传送模块在所述壳体的内部；下部部分液压密封于壳体。所述致动模块附接于所述传送模块的下部部分并且完全伸出到所述壳体的外部，使得所述致动模块在壳体保护传送模块的同时可被折断。
附图说明
将参照附图来详细描述代表性实施方式，在附图中：
图1是适于结合本发明的单活塞共轨燃油泵的截面图；
图2是图1的泵在不同平面中的剖视图，示出了根据本发明的入口阀组件的实施方式；
图3是图2的入口阀组件的放大截面图；
图4是与图3的视图正交的通过泵的截面图，示出了从入口接头到入口阀组件的入口燃油流动路径；
图5是阀构件的斜视图，示出了包括用于容纳横向磁通路径的边缘部分和用于容纳液压流的凹口的周缘；
图6是相对于图1至图5描述的类型的控制阀的截面图，该控制阀被改造为结合本发明的优选实施方式；以及
图7是图6的控制阀的更详细视图。
具体实施方式
在图1和图2中显而易见的是基本功能方面。在活塞10往复地远离泵送室7移动的泵进料阶段期间，低压燃油通过入口接头1进入泵，绕过压力阻尼器2，然后进入泵壳体3和一系列低压通道。然后，它进入用于直接磁控入口阀组件5的入口环形空间4组件，绕过直接磁控入口阀22，通过通道6，进入泵送室7中。一旦完成进料阶段，泵送凸轮轴作用于挺杆12，从而推动活塞10在活塞套筒11中滑动。当用通向线圈组件15的电流对直接磁控入口阀组件5供电时，产生推动入口阀22以封闭和密封面20的磁力，由此使得被捕获在泵送室7中的燃油压缩并且产生压力。当建立了足够的压力时，出口阀9将打开，从而允许高压排放流从增加室通过高压通道8经过出口阀9进入高压管线、轨道并最终供给燃油喷射器。泵配备有安全阀13，以防***发生故障。
图3和图4提供了优选实施方式的功能方面中的更多细节。当直接磁控入口阀组件5在泵的进料阶段期间断电时，阀构件22打开，并且允许燃油沿入口流体流动路径回路19经过。在进料阶段期间，燃油沿着路径部分19a从入口接头1流入入口阀入口环形空间4，通过入口阀5，然后沿着路径部分19b通过通道6流向泵送室。在所公开的实施方式中，阀组件5用作入口止回阀和量计量阀二者。在进料阶段期间，泵送活塞的向下移动用来自入口回路19的低压燃油填充泵送室。在活塞的高压泵送阶段期间，不可允许高压燃油通过通道19’回流到入口接头。在该阶段期间，由于线圈通电和高压燃油作用于阀构件22，阀构件22抵靠密封表面20而被闭合。为了控制在高压下泵送的量(容积)，将线圈的通电定时，以闭合阀构件22，阀构件22与凸轮/活塞的向上冲程上的特定位置对应。在阀闭合之前，当活塞正向上移动时，低压正从泵送室经过入口阀22一直向回被推到压力阻尼器2和入口接头1。阻尼器吸收与该回流关联的压力峰中的大多数。这可被认为是整个活塞往复循环的“泵送旁路”阶段。因此，整个循环包括进料阶段、泵送旁路阶段和高压泵送阶段。
以已知方式，电磁线圈组件15类似于螺线管，其中，多绕组线圈环绕轴向延伸的铁磁圆柱或杆21(下文中被称为磁杆)设置。磁杆的一端从线圈伸出。当使电流经过线圈组件15时，产生跨径向气隙23沿着磁通线围绕磁回路流动的磁场，从而经由变化的磁路气隙16在阀22的面上产生轴向力。当磁力超过入口阀复位弹簧24的力时，阀22将抵靠阀密封表面20而闭合。磁杆21一体地限定密封表面20并且也是磁通路径32的一部分。优选地，入口阀止挡14有助于定位阀22以进行精确的冲程控制。
第一磁中断器17和第二磁中断器18包围密封面20，以引导正确磁通路径并且避免磁短路。中断器17和18二者都应由非磁性材料制成，并且为了获得最佳性能，阀止挡14也应由非磁性材料制成。中断器17和18包围磁杆的伸出部分，以防止磁通从磁杆径向行进到壳体，并由此防止使阀构件22短路。中断器由此确保磁通回路穿过线圈、磁杆，穿过密封表面20和气隙16，穿过入口阀构件22，跨径向气隙23，穿过导电环31和泵壳体3，回到线圈15。在替代实施方式中，密封表面20’与磁杆21不是整体的；它可与第二磁中断器18集成在一起。
图5示出了促成所公开的入口阀组件的高效性能的附加特征。阀构件22的周缘包括：多个磁通边缘片段或突起部26，其控制径向气隙23；以及多个液压流凹口25，其促成当阀打开时有足够的燃油沿着流体流动路径19流动。突起部具有边缘直径(最大OD)并且凹口具有基部直径(最小OD)。基部直径大于阀密封表面20的ID，所以当阀22在泵送冲程期间闭合时，没有流量可从泵送室跨阀22回到入口环形空间4’。最小OD也应该是与密封表面20的直径大致相同的直径，以允许有足够的磁力跨磁路气隙16。当阀22在进料冲程期间打开时，燃油从入口环形空间4’流过凹口并且流过径向气隙23。设置凹口是因为，必须使气隙23最小化以保持足够的磁力，但是结果，环形流动面积否则会太小，以致无法许可有通向泵送室的必要入口流量。
作为独立单元，图3和图4中示出的所公开的燃油入口阀组件5可被视为在整个泵入口流动路径19内设置受控制的中间流动路径。磁性阀构件22位于中间流动路径内。中间流动路径包括阀组件流入路径19’和阀组件流出路径19”，阀组件流入路径19’与入口路径19a流体连接并且始于入口环形空间4，阀组件流出路径19”始于阀构件22的下游并且终于通入通道6中的流动路径19b。磁杆21是同轴位于磁性线圈15内的杆或圆柱等，并且包括从线圈15伸出的一个端部27。流入路径的一部分19’穿过杆伸出部中的横向孔28，进入中心孔29中，中心孔29通向整体形成在伸出部的端部处的密封面20。入口阀构件22是平板，其构成与线圈15相关的电枢并且具有密封面30，密封面30隔着磁路气隙16面对密封表面20。当被抬离密封表面20时，阀构件22打开，使流体从流入路径19’(密封表面20的上游)向流出路径19”(密封表面的下游)连通。阀构件22包括带有边缘26和凹口25的周缘，边缘26提供横向穿过阀构件的磁通路径，当阀构件打开时，凹口25形成阀组件流出流动路径的另一个部分。
图6和图7示出了改进了图1至图5中示出的入口阀的本发明的泵实施方式100，其中，入口阀的特征在于：包含线圈组件的不同致动器；和包含整个入口阀的液压流动路径的不同传送模块。
泵包括壳体102、用于接收低压供给燃油的入口104、用于对供给燃油加压的位于壳体内的泵送室108以及用于排放加压燃油的出口110。燃油传送模块112安装在壳体中，包括用于从入口接收供给燃油的流入通道114、用于将供给燃油传输到泵送室的传送通道116、在流入通道和传送通道之间的阀座118以及可在第一位置和第二位置之间移动的阀构件120，在第一位置，阀构件120抵靠阀座，由此阀构件关闭流向传送通道的燃油流，在第二位置，阀构件120远离阀座，由此阀构件从阀座缩回从而打开通向传送通道的燃油流。致动模块122附接于传送模块112和壳体102中的至少一个，并且包括电磁线圈组件124，电磁线圈组件124与阀构件操作性地关联，用于使阀构件在第一位置和第二位置之间移动。致动模块与燃油传送模块液压地隔离。
致动模块122具有由线圈壳体128支撑的线圈126、线圈壳体内的中心杆130、基座132以及围绕线圈壳体和基座的导电护套134。
传送模块112在壳体102的内部并且致动模块122在壳体的外部。传送模块安装并且径向密封诸如于壳体中的异形孔155中的136处。轴向外部部分138构成同轴面对致动模块的中心杆130的杆，外部密封环140具有径向内表面和径向外表面，径向内表面借助唇缘142和肩部144对所述杆进行对准和密封，径向外表面通过压力配合或焊接密封地承载壳体孔的壁。传送模块的杆和环以及壳体的孔壁一起将传送模块112的液压内部构件与致动模块122液压隔离。
以易于可从图1至图5推导出的方式，壳体102、致动模块122和传送模块112的多个部分限定磁回路，由此，因电磁线圈的致动，施加或去除力，以使阀构件120在第一位置和第二位置之间移动。
致动模块122附接于传送模块112的轴向外部部分138，使得致动模块122完全伸出到壳体102外部。致动模块122利用折断或分离连接(snap off or breakaway connection)而附接于传送模块112。例如，致动模块的杆130被间断焊148于传送模块的杆138。护套134具有包括唇缘150的上端，唇缘150被捕获在壳体上的肩部152和线圈壳体上的对置肩部154之间。线圈、线圈壳体、导电护套和基座形成利用焊接156等紧固于中心杆130的单元。

Claims (12)

1.一种燃油泵，该燃油泵包括：
壳体(102)；
入口(104)，该入口用于接收低压供给燃油；
在所述壳体内的泵送室(108)，该泵送室用于对所述供给燃油加压；
出口(110)，该出口用于排放加压之后的所述供给燃油；
燃油传送模块(112)，该燃油传送模块安装在所述壳体中的孔(155)中，包括用于从所述入口接收供给燃油的流入通道(114)、用于将供给燃油传送到所述泵送室的传送通道(116)、在所述流入通道和所述传送通道之间的阀座(118)以及能在第一位置和第二位置之间移动的铁磁性的阀构件(120)，在所述第一位置，所述阀构件抵靠所述阀座，由此所述阀构件关闭流向所述传送通道的燃油流，在所述第二位置，所述阀构件远离所述阀座，由此所述阀构件从所述阀座缩回，从而打开流向所述传送通道的燃料流，所述传送模块在所述壳体的内部并且具有抵靠所述壳体而液压密封的下部部分(138)；
致动模块(122)，该致动模块附接于所述传送模块的所述下部部分并且完全伸出到所述壳体的外部，所述致动模块包括电磁线圈组件(124)，所述电磁线圈组件与所述阀构件操作性地关联，用于使所述阀构件在所述第一位置和所述第二位置之间移动；
其中，所述致动模块与所述燃油传送模块液压地隔离；所述致动模块具有导磁外护套(134)以及由电磁线圈(126)环绕的第一磁杆(130)；所述传送模块的所述下部部分限定与所述第一磁杆磁耦合并且包括所述阀座的第二磁杆；所述阀构件(120)具有通过所述第一磁杆和所述第二磁杆与所述电磁线圈直接磁耦合的密封面(30)，由此所述线圈被选择性通电，以产生直接通过所述阀构件的所述密封面和所述阀座的密封表面(20)的磁通路径。
2.根据权利要求1所述的燃油泵，其中，所述致动模块利用折断连接而附接(148)于所述传送模块。
3.根据权利要求2所述的燃油泵，其中，所述护套(134)具有包括唇缘(150)的上端，所述唇缘被捕获在所述壳体上的肩部(152)和所述致动模块上的对置肩部(154)之间。
4.一种燃油泵，该燃油泵包括：
泵壳体(3)；
在所述壳体上的燃油入口接头(1)，所述燃油入口接头用于将供给燃油传送到所述壳体中的入口流动路径(19)中；
在所述壳体中的泵送室(7)和关联的泵送机构，所述泵送室和所述泵送机构用于通过入口阀组件(5)从所述入口流动路径接收供给燃油，增加燃油压力，并且将处于所述增加的压力的燃油传送到排放流动路径(8)；
在所述壳体上的出口接头，所述出口接头通过出口阀(9)与所述排放流动路径流体连通；
其中，所述入口阀组件包括与电磁线圈直接磁耦合的入口阀构件以及同轴设置于所述线圈内的中心磁杆(21)，由此所述线圈能被选择性通电，以产生直接通过所述入口阀构件的磁通路径，由此向所述阀构件施加磁力，以选择性要么打开所述阀构件要么抵靠设置在所述磁杆的一端处的密封表面而闭合所述阀构件，所述入口流动路径的一部分(19’)穿过所述磁杆，并且所述磁力通过所述密封表面施加于所述入口阀构件。
5.根据权利要求4所述的燃油泵，其中，所述线圈被通电，以闭合所述入口阀构件。
6.根据权利要求4所述的燃油泵，其中，所述阀构件(22)具有与所述密封表面(20)配合的密封面(30)，并且所述磁力被施加在所述密封面处。
7.根据权利要求4所述的燃油泵，其中，所述入口流动路径的所述一部分(19’)径向向内穿过所述磁杆进入中心孔(29)中，所述中心孔在所述磁杆的所述一端处通向所述密封表面，并且所述入口阀构件(22)是带有凹进周缘的平板，所述凹进周缘在所述阀构件打开时形成所述入口流动路径的一部分。
8.根据权利要求7所述的燃油泵，其中，所述入口阀构件的周缘包括边缘(26)，所述边缘提供横向穿过所述阀构件的磁通路径。
9.根据权利要求4所述的燃油泵，其中，所述入口阀构件由磁性材料构成并且所述磁通路径延伸通过所述泵壳体。
10.根据权利要求4所述的燃油泵，该燃油泵包括入口阀止挡(14)，所述入口阀止挡由非磁性材料构成并且与所述入口阀构件相邻地设置，并且在所述入口阀构件(22)上的密封面和所述入口流动路径中的所述密封表面(20)之间限定磁路气隙(16)。
11.根据权利要求4所述的燃油泵，其中，所述中心磁杆(21)的所述一端(27)从所述线圈伸出；所述入口流动路径的所述一部分(19’)穿过所述磁杆的伸出部进入中心孔(29)中，所述中心孔在所述伸出部的所述一端处开口；所述密封表面(20)围绕所述中心孔的开口一体形成在所述磁杆中；并且所述入口阀构件(22)是平板，该平板具有面对所述密封表面的密封面(30)和带有边缘(26)和凹口(25)的周缘，所述边缘提供横向穿过所述阀构件的磁通路径，所述凹口在所述阀构件打开时形成所述入口流动路径的另一部分。
12.根据权利要求11所述的燃油泵，其中，所述线圈被通电，以通过将所述密封面(30)拉到所述密封表面(20)上来闭合所述入口阀构件；并且在所述中心孔中设置有复位弹簧(24)，所述复位弹簧用于将所述阀构件在远离所述密封面的方向上偏置，使所述阀构件打开。
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