CN101509448B - 再生式燃料泵 - Google Patents

Abstract

本申请涉及再生式燃料泵。一种内燃发动机燃料供给系统中的转子动力燃料泵，包括泵的壳体、延伸穿过壳体以允许将燃料吸入泵的泵入口通道、延伸穿过壳体并与泵入口通道隔开的排气孔，该排气孔允许燃料蒸气离开泵，该排气孔包括排气入口、排气出口及排气通道，其中排气入口在轴向上与排气出口偏离。通过本申请，可增加转子动力燃料泵的蒸气排出能力并限制泵中的湍流。

Description

再生式燃料泵

技术领域

本申请涉及再生式燃料泵，具体涉及内燃发动机燃料供给系统中的转子动力燃料泵。

背景技术

由于低成本、小尺寸和安静的操作，再生式燃料泵已在内燃发动机的燃料供给系统中使用。再生式燃料泵可以浸入燃料箱以使燃料泵向下游组件供给充分加压的燃料。因为各种原因，向再生泵供给的燃料的温度在发动机运行期间会增加。由于温度升高，在泵中会产生燃料蒸气泡，这会降低泵流率，从而减小泵的容量(capacity)和效率。在一些情况下，流量可能减小到造成性能劣化或使发动机停止的程度。为了解决该问题，再生泵可以包括允许从液体燃料中分离燃料蒸气以便保持泵效率的排气孔(purge orifice)。

已开发出各种类型的排气孔以减少燃料中的燃料蒸气量。特别地，可以加大排气孔的直径，还可以改变排气孔的位置。在一种方案中，排气孔可以位于泵入口下游较远处。美国专利5,284,417中描述了一个示例。

本申请的发明人认识到，在高流量条件下，增加排气孔的尺寸并将排气孔定位在泵入口下游较远处不能增加可以从泵中排出的燃料蒸气量。此外，在高流量应用期间当排气孔的尺寸增加时，泵中的湍流(如流中断)也会增加，从而降低泵效率。因此，在一方面为了增加蒸气分离而采用的增加的排气孔尺寸和/或排气孔位置与另一方面由排气孔造成的流中断的量之间存在折中。

发明内容

为了解决该矛盾，在一个实施例中，提供一种内燃发动机中的转子动力(再生涡轮)燃料泵。该转子动力燃料泵包括延伸穿过下部壳体以允许将燃料吸入叶轮室的泵入口通道；排气孔，其包括排气入口、排气出口和排气通道，该排气通道延伸穿过泵的下部壳体以允许将燃料蒸气吸出叶轮室，且通过排气出口的垂直流动方向与叶轮的侧部界定的水平平面形成小于90度的排气出口角。

以此方式，可以增加蒸气排出能力并限制由排气孔造成的流中断的量而不需要显著增加排气孔的直径和/或将排气孔移至泵入口下游较远处。然而，如果需要也可以采取这样的做法。

附图说明

图1示出燃料箱中与燃料导轨、喷射器和发动机流体连通的转子动力泵的示意图。

图2示出转子动力泵的侧视图。

图3A示出现有技术排气孔的侧视图。

图3B示出现有技术排气孔的另一个侧视图。

图4A示出本申请排气孔的侧视图。

图4B示出本申请排气孔的另一个侧视图。

图5A示出排气孔的替代实施例的侧视图。

图5B示出排气孔的替代实施例的另一个侧视图。

图6示出下部壳体的叶轮侧视图。

图7示出上部壳体的叶轮侧视图。

具体实施方式

附图近似地按比例绘制。图1示出在内燃发动机110中使用的燃料供给系统100。该燃料供给系统可以包括转子动力泵20和包围转子动力泵20的燃料箱112。转子动力泵20向各种下游组件供给燃料。转子动力泵可以垂直地安装在燃料箱中。燃料供给系统100还可以包括与泵流体连通并延伸出燃料箱112连接至燃料导轨116的燃料管114。燃料导轨116流体连通到一系列的燃料喷射器118。燃料喷射器在一定压力下以一定流率向位于发动机110中的汽缸(未示出)供给燃料。燃料喷射器118可以是进气道燃料喷射器和/或直接燃料喷射器。本领域技术人员可以理解，可以使用该燃料供给系统的其他变体来提高燃料供给系统的性能。特别地，可以在转子动力泵20和燃料导轨116之间连接第二泵(未示出)以增加可向发动机110供给的燃料的量和压力。另外，可以包括各种组件如燃料过滤器(未示出)、压力调节器(未示出)、燃料蓄压器(fuel accumulator)(未示出)、一个或多个并联的泄压阀(未示出)和/或无回流燃料管路(未示出)以提高燃料供给系统的效率和性能。

图2示出转子动力泵20。垂直轴和水平轴在图2中示出。纵轴沿垂直于附图纸面的方向延伸。转子动力泵可以包括基本上包围电动马达24的外壳22。各种类型的电动马达可用作马达24，如有刷直流马达、无刷直流马达、交流马达、感应马达、步进马达等。由电动马达24驱动的轴26可以连接到电动马达并垂直延伸出电动马达。盘形叶轮28可以在垂直中轴30上刚性连接到轴26。叶轮可以具有侧部32。该侧部可以界定出与马达的垂直中轴垂直的水平平面33。轴的部分34可以由轴承36包围，以允许轴在固定的位置平滑地旋转。轴26延伸穿过轴孔38，进入转子动力泵的下部39。以此方式，电动马达可以驱动旋转的轴从而围绕垂直中轴旋转叶轮。泵的下部39还可以包括泵入口通道42、下部壳体44、上部壳体46及排气孔48。下部壳体可以包围叶轮的至少一部分并部分地界定出叶轮室。在该实施例中，排气孔如图6所示与泵入口通道隔开。

泵入口通道42允许将燃料从燃料箱112吸入转子动力泵20。然后燃料可以流入叶轮室49。叶轮可以转动或旋转以在周向上向外朝叶轮室49推动燃料以增加燃料的能量。可以使用各种叶轮叶片形状，如轴向流倾斜叶片(axial flow pitched blades)或开式径向叶片(open radial vanes)。增加燃料的能量之后，流体流入叶轮出口室50。从叶轮出口室50，燃料向下游流入包围电动马达24的下游室52。以此方式，电动马达24可以由通过泵流动的燃料冷却。然后燃料从下游室52通过图2所示的泵出口54离开泵。

图6示出下部壳体44的叶轮侧视图，下部壳体44具有相邻于叶轮28在周向上围绕下部壳体延伸的环形通道57、第一环形通道侧壁56和第二环形通道侧壁58。如图6所示，排气孔48可以在泵入口通道42下游位于弧长β处并在环形通道57中第一环形通道侧壁56和第二环形通道侧壁58之间。β在周向上围绕中轴延伸并且是泵入口通道和排气孔之间的分离角。排气孔允许将蒸气从叶轮室吸出。液体和蒸气的混合物流过排气孔。在一个实施例中，弧长β约为130度。然而，在替代实施例中，可以相应于不同的泵尺寸等调节弧长β。环形通道57可以在弧θ1处在周向上围绕下部壳体44延伸。取决于各种系统参数，弧长θ1可以在300至360度之间。图7示出上部壳体46的叶轮侧视图。上部壳体允许燃料流出叶轮室49并进入叶轮出口室50。

现参考图4A，排气孔48可以具有内径为D1的排气入口59和内径为D2的排气出口60。纵轴沿垂直于纸面的方向延伸。排气孔允许将燃料蒸气推出叶轮并离开泵。排气孔与泵入口通道隔开，允许燃料蒸气离开泵。入口内径D1小于出口内径D2。排气入口可以在轴向上与排气出口偏离。排气通道62连接排气入口和排气出口。排气通道可以降低燃料蒸气的速度，允许蒸气以降低的速度离开排气孔，从而减少流体在排气出口60周围的湍流。排气通道还可以包括直径约为D1并延伸穿过下部壳体44的入口部分64。入口部分相邻于锥形部分66。该锥形部分可以在入口部分的下游。锥形部分的直径可以逐渐增加到近似于排气出口内径D2的尺寸。排气通道还可以包括位于锥形部分下游的下部68或下部室，其如图4B所示以排气出口角θ2延伸穿过壳体，允许流体流入燃料箱。图4B示出排气孔的另一个侧视图。图4B示出图4A所示侧视图的旋转视图。具体地，图4B示出围绕垂直中轴30逆时针旋转90度并水平地观看垂直于纸面延伸的垂直平面所得的侧视图。以此方式，排气出口在纵向上向外成角。在另一个示例中，排气出口可以在水平方向上从垂直中轴30向外成角。如图4B所示，排气孔相对于泵的下侧72和/或由叶轮的侧部界定的水平平面33以角θ2延伸穿过壳体，产生椭圆形的开口，该开口的面积A1大于面积A2，如图6所示。面积A2决定通过排气孔的流率，面积A1界定出蒸气出口面积(vapor exit area)。现参考图4B，下部68相邻于排气出口并包括排气出口。与排气入口相比排气通道的所述锥形部分的位置更接近排气出口。替代地，与排气出口相比锥形部分的位置更接近排气入口。排气出口角θ2是通过排气出口60的流动方向70与由叶轮的顶部32和/或泵的下侧72形成的水平平面33构成的角。在排气出口角θ2小于90度时，流体的方向改变，允许排气孔中的流体从与泵入口隔开的排气出口排出。这样的动作可以减少来自泵入口通道42的干扰。在一些示例中，排气出口角θ2可以是45度。在其他示例中，排气出口角θ2可以是小于75度的任意角。在另外的示例中，排气出口角θ2可以在35至55度之间。排气通道的表面可以按减小流阻的方式构造。在图5A和5B示出的一个示例中，可以圆滑排气入口的边缘59a。图5B示出图5A所示排气孔的旋转视图。图5A围绕垂直中轴30旋转90度，并水平地观看沿垂直于纸面的方向延伸的垂直平面，这样可得到图5B。

另外，与如图3A和3B所示现有技术中的排气孔相比，减小的排气出口角θ2允许流体从以更长的距离与泵入口通道隔开的排气孔排出，从而进一步减少来自燃料箱的干扰。改进的几何形状增加了流体流动的距离，这可进一步降低流体的速度，最小化燃料箱的干扰。

在一些示例中，如上文所述，希望增加在以全功率驱动泵时流过排气孔48的燃料蒸气的量。在转子动力泵运行期间，转子动力泵的底部40周围的燃料中会产生湍流。湍流会减少从排气孔48中释放的燃料蒸气的量，降低泵和发动机的效率。在现有技术的方案中，如图3A和3B所示，排气出口角θ2近似为90度。图3B示出图3A所示排气孔的旋转视图。图3A围绕垂直中轴30旋转90度，并水平地观看沿垂直于纸面的方向延伸的垂直平面，这样可得到图3B。在蒸气以此角度通过排气出口排出时，燃料蒸气的流率会由于燃料中的湍流而显著减少。然而，本申请发现，当θ2小于90度时，例如在35至55度之间，或具体地为45度时，可从燃料中去除的蒸气的量显著增加而同时叶轮室中的干扰或湍流减少。因此，泵的效率提高。

此外，泵的尺寸可以和排气出口角θ2及出口直径D2相关。例如，在转子动力泵的速率为200升/小时的情况下，用于提高泵效率的排气出口角θ2可以近似地为45度，且出口内径D2可以近似地为1.2毫米。在一个实施例中，泵容量大于200升/小时，且出口内径D2可以近似地为1.2毫米时，排气出口角可在纵向上向外成角。在替代实施例中，可以改变具体的直径和排气出口角以考虑到燃料的组成。例如，如果所使用和存储在燃料箱中的是较粘稠的柴油燃料，则可以稍微增加出口内径D2，且可以稍微减小排气出口角θ2，反之亦可。

用于增加可从燃料泵中排出的蒸气量的其他策略可以包括如图5A和5B所示圆滑排气出口和/或排气入口的边缘。也可以改变下部壳体中的环形通道的形状以减少排气入口产生的湍流。也可以结合成角的排气出口使用其他的修改或附加方法。

对于泵的制造而言，可以首先模制成型出下部壳体44。然后在下部壳体44中机械加工出排气孔48、泵入口通道42和环形通道57。或者，下部壳体可以整体模制成型以包含排气孔48、泵入口通道42和环形通道57。在一个示例中，下部壳体可以整体模制成型以产生更加平滑的流道，减小流阻。下部壳体可以根据燃料供给系统的需要由塑料、铝或钢合金制成。

应理解，在本文中公开的配置本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4、及其他的发动机类型。本公开的主题包括在本文中公开的各种系统和配置，及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。

本申请的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本申请的主题之内。

Claims (19)

1.一种内燃发动机燃料供给系统中的转子动力燃料泵，包括：

泵的壳体；

延伸穿过所述壳体以允许将燃料吸入泵的泵入口通道；

延伸穿过所述壳体并与泵入口通道隔开的排气孔，所述排气孔在所述转子动力燃料泵运行期间允许燃料蒸气离开泵，所述排气孔包括排气入口、排气出口及排气通道，其中排气入口在轴向上与排气出口偏离，其中当从所述泵的第一侧面看时所述排气孔与所述泵的垂直轴平行，而当从所述第一侧面绕所述垂直轴逆时针旋转90度的第二侧面看时所述排气孔与所述泵的所述垂直轴在纵向上向外成角。

2.如权利要求1所述的转子动力燃料泵，其特征在于，还包括连接到马达的叶轮，所述叶轮的侧部界定出与马达的轴垂直的水平平面，且所述排气通道的至少一部分相对于所述水平平面成角。

3.如权利要求2所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道的至少一部分相对于所述水平平面成的角小于90度。

4.如权利要求3所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道的至少一部分相对于所述水平平面成的角在35至55度之间。

5.如权利要求4所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道的至少一部分相对于所述水平平面为45度角且相对于马达的轴为45度角。

6.如权利要求5所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道包括将排气通道的直径从较小的入口直径扩大到较大的出口直径的锥形部分。

7.如权利要求6所述的转子动力燃料泵，其特征在于，与排气入口相比排气通道的所述锥形部分的位置更接近排气出口。

8.如权利要求7所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道的下部相邻于排气出口并包括排气出口。

9.如权利要求8所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道的锥形部分位于排气通道的下部的上游，与排气入口隔开，且排气出口在水平方向上从泵的垂直轴向外成角。

10.如权利要求8所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气出口在纵向上向外成角。

11.一种内燃发动机燃料供给系统中的转子动力燃料泵，包括：

马达；

具有界定出水平平面的侧部的叶轮，所述叶轮连接到所述马达并围绕泵的垂直轴旋转；

包围所述叶轮的至少一部分并部分地界定出叶轮室的下部壳体；

延伸穿过下部壳体以允许将燃料吸入叶轮室的泵入口通道；

排气孔，其包括排气入口、排气出口和排气通道，所述排气通道延伸穿过下部壳体以在所述转子动力燃料泵运行期间允许将燃料蒸气吸出叶轮室，且通过排气出口的垂直流动方向与所述水平平面之间形成小于90度的排气出口角，其中当从所述泵的第一侧面看时所述排气孔与所述泵的垂直轴平行，而当从所述第一侧面绕所述垂直轴逆时针旋转90度的第二侧面看时所述排气孔与所述泵的所述垂直轴在纵向上向外成角。

12.如权利要求11所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述叶轮为盘形，且所述泵垂直地安装在燃料箱中，排气出口在水平方向上从泵的垂直轴向外成角。

13.如权利要求11所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气通道包括入口部分、锥形部分和下部室，所述排气出口角由所述下部室相对于所述垂直轴形成，所述下部室所成的角为45度，以45度角进入燃料箱的排气出口的开口产生椭圆形的开口。

14.如权利要求13所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气孔与泵入口通道在周向上围绕所述垂直轴间隔130度。

15.如权利要求11所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气出口的直径为1.2毫米，泵容量大于200升/小时，且排气出口在纵向上向外成角。

16.如权利要求11所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述排气入口的边缘是圆滑的。

17.如权利要求11所述的转子动力燃料泵，其特征在于，所述下部壳体为整体模制成型以形成排气孔和泵入口通道。

18.一种通过发动机燃料系统中的泵对燃料加压的方法，包括：

在泵的一侧通过入口将燃料吸入泵中；

旋转叶轮以泵送燃料；

通过泵的所述一侧上的孔排出蒸气，所述孔相对于泵的所述一侧成角，其中当从所述泵的第一侧面看时所述孔与所述泵的垂直轴平行，而当从所述第一侧面绕所述垂直轴逆时针旋转90度的第二侧面看时所述孔与所述泵的所述垂直轴在纵向上向外成角。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，相对于泵的所述一侧以45度的角排出所述蒸气。

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