CN101137837A - 高压泵和减少高压泵内的流体混合的方法 - Google Patents

高压泵和减少高压泵内的流体混合的方法 Download PDF

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Abstract

润滑流体与被泵送的流体在泵内的混合会破坏润滑流体的润滑性和/或通过润滑流体污染被泵送的流体。为了减少本发明的高压泵(14)内的流体的混合，将润滑流体供给至高压泵(14)。低压泵(15)向该高压泵(14)供给第二流体。第二流体的压力在高压泵(14)的至少一个活塞孔(33)内增加。通过使通向所述至少一个活塞孔(33)的排出环(40)与低压泵(15)的低压泵入口(26)流体连接，润滑流体与第二流体的混合被减少。

Description

高压泵和减少高压泵内的流体混合的方法
技术领域
本发明总体地涉及高压泵，更确切地涉及减少高压泵内的流体的混合。
背景技术
润滑流体，如机油，通常通过流体泵被泵送以润滑泵的活动部件。润滑流体与被泵送的流体的混合会破坏润滑流体的润滑性和/或由润滑流体污染被泵送的流体。例如，很多燃料系统包括从油箱中将燃料抽出的低压传送泵和在喷射前升高燃料压力的高压泵。一般是机油的润滑流体在高压泵内流动以润滑活动部件。高压泵的活塞孔内由凸轮驱动的往复运动的活塞使燃料的压力升高。活塞的往复运动和活塞孔内的压力会导致一些燃料在活塞与活塞孔之间移动。如果允许燃料在活塞孔外移动至凸轮壳体区域，则燃料将直接与润滑混合，从而降低润滑油的润滑质量，这将导致遍及润滑系统的潜在的严重问题。
为了减少燃料在往复运动的活塞与活塞孔之间的移动，已知在活塞孔与往复运动的活塞之间安装诸如O形环的密封件。该密封件阻止燃料向润滑系统中的移动。然而，很多泵送流体的往复运动活塞会受到极大的压力变化，因此降低了密封件的寿命与密封能力。
为了减轻作为O形环的密封件上的压力，并且进一步减少流体混合，1999年5月11日公布的授予Stockner等的美国专利No.5,901,686中说明的流体密封件设计为用于燃料喷射器，该燃料喷射器包括在活塞孔内往复运动的活塞，该活塞孔包括在其中升高压力的加压室。该流体密封件包括由活塞限定并位于加压室与O形环之间的环形压力蓄积空间。燃料喷射器体部限定了位于蓄积空间与加压室之间的压力释放通道，该通道流体连接活塞孔与低压回路。
当活塞前进以使燃料在加压室内加压时，随着燃料在活塞孔与活塞之间移动，O形环上的压力由一些从孔流向压力释放通道的燃料降低，而另一部分燃料蓄积在压力蓄积空间内。当前进活塞的压力蓄积空间对准压力释放通道时，O形环上的压力急剧地下降使得压力蓄积空间下降为与低压回路相同的低压。当活塞前进越过压力释放通道时直至喷射过程结束，蓄积空间的压力将再次建立。
尽管O形环上的压力由压力蓄积空间与压力释放通道共同降低，向活塞上方移动的燃料仍然被允许移动，并且对活塞压缩行程的多数都蓄积在活塞孔内。只是对压力蓄积空间与压力释放通道流动连接的很短的时间，压力蓄积空间内的燃料能够从活塞孔中排出。
本公开旨在克服前述的一个或多个问题。
发明内容
在本发明的一个方面中，燃料系统包括低压泵，该低压泵包括限定低压泵入口和低压泵出口的低压泵壳体。低压泵入口与燃料源流体连接，并且低压泵出口与由高压泵壳体限定的高压泵入口流体连接。高压泵壳体还限定高压泵出口、至少一个活塞孔和开口通向所述至少一个活塞孔的排出环(滴渗环，weep annulus)。排出环与低压泵入口流体连接。
在本发明的另一方面中，组合泵组件包括低压泵，该低压泵包括与高压泵的高压泵壳体连接的低压泵壳体。低压泵壳体限定低压泵入口和低压泵出口。高压壳体限定高压泵入口和高压泵出口、至少一个活塞孔和向所述至少一个活塞孔开放的排出环。低压泵出口与高压泵入口流体连接，排放线路将排出环与低压泵入口流体连接。
本发明的又一方面提供一种减少流体混合的方法。将润滑流体供应至高压泵。将第二流体经由低压泵从流体源泵送至高压泵。在高压泵的至少一个活塞孔内升高第二流体的压力。通过使向至少一个活塞孔开放的排出环与低压泵的低压泵入口流体连接而至少部分地减少第二流体与润滑流体的混合。
附图说明
图1为根据本发明的燃料系统的示意图；
图2为图1的燃料系统中的组合泵组件的等轴视图；
图3为图2的组合泵组件的高压泵沿线A-A的截面侧视图。
具体实施方式
参考图1，其中示出根据本发明的燃料系统10的示意图。燃料系统10包括多个燃料喷射器11，各燃料喷射器11都经由各自的支路通道13与高压燃料轨道12连接。高压燃料轨道12由高压泵14供给高压燃料，该高压泵14则由低压泵15供给较低压力的燃料。高压泵14的高压泵壳体17限定了与燃料共轨12流体连接的高压泵出口23和经由第一回流管路53与燃料箱19流体连接的回流管路出口54。低压泵15的低压泵壳体18限定了与燃料箱19流体连接的低压泵入口26，燃料箱19还经由第二回流管路20与燃料喷射器11流体连接。尽管在所示的实施例中本发明将高压泵14与低压泵15设计成彼此分离的分离式壳体，但也可将低压泵15与高压泵14都包括在一个组合泵组件16中。高压泵14的高压泵壳体17与低压泵15的低压泵壳体18通过例如螺钉以传统方式连接。低压泵壳体18限定低压泵出口25，该出口与由高压泵壳体17限定的高压泵入口24流体连接。高压泵壳体17还限定润滑流体入口27与润滑流体出口28。润滑流体入口27与润滑流体出口28分别经由润滑供给线路30和润滑排放线路31与示出为发动机油泵的润滑流体源29流体连接。
燃料系统10在运行中由电子控制模块21以传统的方式控制，该电子控制模块21经由泵通信线22与高压泵14连接，并且经由通信线(未示出)与每一燃料喷射器11连接。在工作中，由电子控制模块21产生的控制信号确定何时以及多少由高压泵14排出的燃料被压入共轨12，并且确定燃料喷射器11何时运行以及运行多长时间(燃料喷射量)。未被输送至燃料共轨12的燃料可以经由第一回流管路53再循环回到燃料箱19。
参考图2，其示出图1的燃料系统10中的组合泵组件16的等轴视图。应当意识到，高压泵壳体17的一部分以及连接低压泵出口25与高压泵入口24的流体联接线路被从组合泵组件16中除去以示出高压泵14的内部结构。高压泵壳体17的边界由虚线示出。低压泵壳体18限定了多个螺钉孔34，通过螺钉孔34可将高压泵壳体17螺纹连接到低压泵壳体18。高压泵壳体17包括两个活塞筒25，每个活塞筒35部分地限定了活塞孔33(图3中示出)。排放线路32将两个排出环40(图3中示出)与低压泵15的低压泵入口26流体连接，每个排出环40开口通向各自的活塞孔33。虽然所示实施例中包括两个活塞孔，但应当理解，泵14可包括任意数量的均通向排出环的活塞孔。排放线路32经由传统的T形连接41与低压泵入口26连接。因此，排放线路32将通常处于较高压力的活塞孔33与流入低压泵15中的低压燃料流体连接，从而建立压力差。本领域技术人员将会意识到，燃料流的速度越大，低压泵入口26内的压力越低。润滑流体入口27与出口(未示出)允许润滑油流入和流出高压泵壳体17并润滑活动部件。
参考图3，其示出图2的组合泵组件16的高压泵14的侧剖视图。作为高压泵壳体17的一部分的活塞筒35限定了活塞37于其中往复运动的活塞孔33。尽管仅示出一个活塞孔33内的一个活塞37，但应当意识到，活塞孔内的两个活塞相似地进行工作。活塞37和活塞孔33限定了可以与高压通道38和低压燃料供给通道39流体连接的泵室36。高压通道38与高压泵出口23流体连接，而低压燃料供给通道39与高压泵入口24流体连接。活塞37经由推杆43以传统的方式与凸轮42连接并随之转动。在由凸轮壳体46限定的凸轮区域45内，凸轮42转动并且推杆43往复运动。尽管未示出，第二活塞随着第二凸轮往复运动。可运行一对凸轮以使活塞以彼此不同的相位往复运动。优选地，凸轮直接由发动机以一定速度驱动而转动，该速度优选以传统方式使得泵的运动与燃料喷射运动同步。应当意识到，包括凸轮42和推杆43的凸轮的运动由润滑流体的流动而润滑。因此，在凸轮区域45内存在流动的润滑油(机油)。
当活塞37处于回缩行程时，新鲜的低压燃料被从低压燃料供给通道39通过入口单向阀抽出，并进入泵室36。在回缩行程中，泵室36与低压燃料供给通道39之间的流体连通由溢出控制阀47阻止。当活塞37处于泵送行程时，泵室36内的压力使溢出控制阀47的换向阀部件移动，从而通过溢出控制阀47将泵室36与低压通道39流体连接。燃料可以经由溢出控制阀47从泵室36排至低压通道39。溢出控制阀47包括电动致动器，该致动器可在泵送行程中起动以关闭溢出控制阀47，从而控制泵室36的输出。当溢出控制阀47被关闭时，泵室36中的燃料将被推动通过单向阀进入高压通道38并且进入高压共轨12。本领域技术人员将意识到，电动致动器的供电时机确定由活塞动作所排出的燃料中哪一部分被推入高压通道38以及哪些部分被排回低压通道39。因为活塞以彼此不同的相位往复运动并且在泵送行程期间泵室36只经由溢出控制阀47与低压燃料供给通道39连接，所以泵室36能够共用一个溢出控制阀47。应当意识到，本发明可用于各种高压泵，包括以与所示出的不同的方式改变泵输出的泵以及不具有任何可变排放(输出)能力的泵。
排出环40开口朝向活塞孔33，并且通过由高压泵壳体17限定的排放通道48与排放线路32流体连接。活塞筒35优选地限定一密封槽50，密封件51可以置于该密封槽50中。密封件51可以为O形环、格来圈或现有技术中已知的等效件。密封槽50沿活塞孔33置于排出环40与凸轮区域45之间。随着活塞37往复运动，在活塞37与活塞孔33之间移动的燃料可以被抽入排出环40与排放通道48内。因为活塞孔33处于比低压泵入口26更高的压力，因此移动的燃料在到达润滑油在其中循环的凸轮区域45之前就被抽至低压入口26。任何未被抽入排出环40的燃料可以由密封件51密封在凸轮区域45之外。
高压泵壳体17还限定与低压燃料供给通道39流体连接的残渣池49。残渣池49为由活塞筒35限定并在底填充口52下方延伸的凹腔，该填充口与泵室36连接。因此，比进入底填充口52的燃料重的残渣可通过重力进入残渣池49，而不会进入泵室36。优选地，本发明对每个活塞孔都设有残渣池。
工业适用性
参考图1至3，下面将对减少在组合泵组件16的高压泵14内的流体混合的方法进行说明。尽管将针对燃料系统10说明本发明的操作，但应当意识到，本发明同样可用于任何包括低压流体泵和高压流体泵的流体系统。另外，低压泵和高压泵不必如所示的为组合泵的一部分。另外，尽管将针对一个活塞孔33来说明本发明，但应当意识到，本发明可对两个活塞孔相似地工作。
润滑流体一在本发明中示出为润滑油一被从润滑流体源29经由润滑流体供给线路30供给至高压泵14。润滑油通常由泵(未示出)从润滑流体源29抽出并且通过高压泵14的包括由凸轮壳体46限定的凸轮区域45的凹腔循环。润滑油将润滑移动的凸轮42和推杆43。虽然有可能，但有限量的润滑油移动经过密封件51进入活塞37与活塞孔33之间的可能性不大。润滑油能够经由润滑回流管路31返回润滑流体源29。
第二流体—即燃料—从燃料箱19中经由低压泵15被泵送至高压泵14。应当意识到，尽管高压泵壳体17与低压泵壳体18连接，但本发明也可设计两个彼此分离并相互分开的泵。燃料将从低压泵出口25流至高压泵入口24直至进入用于加压的泵室36。
燃料的压力在高压泵14的活塞孔33中的泵室36内升高。尽管本发明只针对活塞孔33内的一个活塞37进行说明，但应当意识到，第二活塞与活塞37相似地工作，只是活塞彼此相位不同地往复运动。另外，应当意识到，本发明可以用于具有任意数量一包括只有一个一活塞孔的泵。当活塞37处于回缩行程时，燃料将经由低压燃料供给通道39被抽入泵室36。因为在活塞37回缩时，溢出控制阀47不使低压燃料供给通道39与泵室36流体连接，所以燃料将经由入口单向阀与底填充口52流入泵室36。残渣池49位于底填充口52下方并与低压燃料供给通道39流体连接。该残渣池49为从在低压燃料供给通道39中流入底填充口52前的燃料中收集残渣的凹腔。当燃料经由底填充口52被抽入泵室36时，由于重力，残渣将与燃料分离并汇集在残渣池49中。因为残渣与燃料分离，所以残渣不会干涉活塞37的运动以及导致泵被卡住。
当活塞37处于泵送行程时，泵室36将经由溢出控制阀47与低压燃料供给通道39流体连接。前进的活塞37将会将燃料推入低压供给通道39。当需要从泵14输出高压燃料时，起动溢出阀47的电动致动器，因此阻止燃料向低压供给通道39的流动并且强制加压的燃料流过单向阀进入高压通道38。随着活塞37的前进，在泵室36内增加的压力可能导致一些燃料在活塞37与活塞孔33的侧面之间移动。活塞37的回缩动作也可能抽动一些处于活塞37与活塞孔33之间的燃料。尽管本发明包括溢出控制阀47以控制泵14的燃料输出，但应当意识到，本发明也可用于无溢出控制阀和/或不具有可变排放能力的泵。
通过将排出环40与低压泵15的低压入口26流体连接，燃料与机油的混合至少部分地减少。随着燃料向活塞孔33和活塞37的下方移动，燃料将到达排出环40。活塞孔33与流入低压泵入口26的低压燃料之间的压力差会将流体从排出环40经由排出通道48和排放线路32抽入低压泵入口26。因为排放线路32通过T形连接41与低压入口26流体连接，所以该排放线路32与从燃料箱29流向低压泵15的低压燃料流流体连接。因此T形连接41可以进一步增加导致排出环40进行排出的压力差。如果有燃料未通过排出环40排出，而是继续沿活塞孔33向下移动，则密封件51可将该燃料密封于活塞孔33内而不接触凸轮区45内的润滑油。同样地，密封件51可以将由活塞37的往复运动动作抽入活塞孔33中的润滑油密封而不使其与燃料混合。如果有润滑油移动通过密封件51，则所述油将被抽入排出环40并且通过泵14和15循环返回，前进至燃料喷射器11并且与其它燃料一同燃烧。本领域技术人员将会意识到，与在燃料系统10内存在少量润滑油相比，更不希望的是在润滑流体系统内存在燃料。在润滑油内存在燃料会降低润滑性并且导致被润滑的活动部件损坏。
本发明是有利的，因为本发明降低了由于燃料向油的移动并且残留在活塞孔33内导致的流体混合的危险。为了减少燃料与润滑油的混合，本发明利用流入低压泵入口26的低压燃料与排出环40内的压力之间的压力差来连续地从排出环40中抽出燃料。因为活塞孔33内的压力通常保持为高于低压泵入口26的压力的压力，移动至排出环40的燃料和润滑油将会通过排放线路32持续地排出，而不是沿活塞孔33向下移动并进入凸轮区域45内的润滑油中。排放线路32与低压泵入口26之间的T形连接41可以进一步增加压力差，并从而增加将燃料从活塞孔33中抽出的吸力。另外，密封件51通过将凸轮区域45与活塞孔33彼此密封而进一步防止燃料与润滑油混合。因为减少了燃料与润滑油的混合，泵14和其它发动机部件可以被润滑油充分地润滑，从而使寿命更长并且工作更有效。
本发明的有利之处还在于，高压泵14更加抗残留，即燃料中的残渣进入泵室36的可能性降低。可在燃料流入泵室36前利用重力将残渣从该燃料中分离。当燃料经由底燃料口52流入泵室36时，残渣的重力将导致残渣汇集于残渣池49内。由于残渣在进入泵室36前被分离，残渣干涉活塞37的往复运动的危险降低，因此提高了泵14正常工作的能力。
应当理解，前述说明仅是为说明的目的，并且不存在以任何方式限制本发明的意图。因此，本领域技术人员将意识到，本发明其它的方面、目的和优点可以通过研究附图、公开内容和附加的权利要求得出。

Claims (10)

1.一种燃料系统(10)，该燃料系统(10)包括：
燃料源(19)；
低压泵(15)，该低压泵(15)包括具有低压泵入口(26)和低压泵出口(25)的低压泵壳体(18)，该低压泵入口(26)与燃料源(19)流体连接；和
高压泵(14)，该高压泵(14)包括高压泵壳体(17)，该高压泵壳体(17)带有高压泵入口(24)、高压泵出口(23)、至少一个活塞孔(33)和开口通向所述至少一个活塞孔(33)的排出环(40)，并且高压泵入口(24)与低压泵出口(25)流体连接，排出环(40)与低压泵入口(26)流体连接。
2.根据权利要求1所述的燃料系统(10)，其特征在于，低压泵入口(26)与排出环(40)经由排放线路(32)流体连接，该排放线路(32)通过T形连接(41)附装到低压泵入口(26)。
3.根据权利要求2所述的燃料系统(10)，其特征在于，高压泵壳体(17)包括润滑流体出口(28)、与润滑流体源(29)流体连接的润滑流体入口(27)以及与燃料供给通道(39)流体连接的残渣池(49)，并且高压泵出口(23)经由燃料共轨(12)与多个燃料喷射器(11)流体连接。
4.一种组合泵组件(16)，该组合泵组件(16)包括：
低压泵(15)，该低压泵(15)包括具有低压泵入口(26)和低压泵出口(25)的低压泵壳体(18)；
高压泵(14)，该高压泵(14)包括附装在低压泵壳体(18)上的高压泵壳体(17)，该高压泵壳体(17)具有高压泵入口(24)、高压泵出口(23)、开口通向至少一个活塞孔(33)的排出环(40)，并且高压泵入口(24)与低压泵出口(25)流体连通；以及
排放线路(32)，该排放线路(32)将排出环(40)与低压泵入口(26)流体连接。
5.根据权利要求4所述的组合泵组件(16)，其特征在于，低压泵(15)与高压泵(14)为燃料泵。
6.根据权利要求4所述的组合泵组件(16)，其特征在于，排放线路(32)通过T形连接(41)附装到低压泵入口(26)。
7.根据权利要求6所述的组合泵组件(16)，其特征在于，低压泵(15)与高压泵(14)为燃料泵；并且
至少高压泵(14)限定有润滑流体入口(27)以及与燃料供给通道(39)流体连接的残渣池(49)。
8.一种减少流体混合的方法，该方法包括以下步骤：
至少向高压泵(14)供给润滑流体；
从流体源(19)经由低压泵(15)向高压泵(14)泵送第二流体；
增加在高压泵(14)的至少一个活塞孔(33)内的第二流体的压力；以及
通过将排出环(40)与低压泵(15)的低压泵入口(26)流体连接来至少部分地减少第二流体与润滑流体的混合，该排出环(40)开口通向所述至少一个活塞孔(33)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，减少混合的步骤包括这样的步骤：通过T形连接(41)使来自排出环(40)的排放线路(32)与低压泵入口(26)流体连接，以便至少部分地从排出环(40)向低压泵入口(26)抽送流体。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法包括这样的步骤：通过在位于高压泵(14)内的残渣池(49)内收集残渣来至少部分地在活塞孔(33)的上游将残渣从燃料中分离。
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