CN101713360A - 用于燃料泵驱动的凸角设计 - Google Patents

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CN101713360A CN200910178285A CN200910178285A CN101713360A CN 101713360 A CN101713360 A CN 101713360A CN 200910178285 A CN200910178285 A CN 200910178285A CN 200910178285 A CN200910178285 A CN 200910178285A CN 101713360 A CN101713360 A CN 101713360A
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Abstract

本发明涉及用于燃料泵驱动的凸角设计。一种燃料系统，包括燃料泵和传动轴。该燃料泵包括往复构件，并且该传动轴包括与该往复构件接合的凸角构件。该凸角构件线性地移动该往复构件并且驱动该燃料泵。该凸角构件包括第一凸角，该第一凸角具有第一开启侧，第一开启侧通过与该往复构件的接合驱动该燃料泵的第一压缩冲程。该第一凸角具有在该第一压缩冲程的一部分为该往复构件的线性移动提供恒速的轮廓。

Description

用于燃料泵驱动的凸角设计
技术领域
本发明涉及发动机燃料泵总成，更具体地涉及发动机燃料泵驱动系统。
背景技术
本节内容仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
发动机总成包括燃料系统，该燃料系统包括有多种燃料泵来提供加压燃料供给。高压燃料泵可用于直喷式发动机中。高压燃料泵可包括由旋转轴上的凸角驱动的往复构件。在燃料泵的整个压缩冲程中，用于驱动燃料泵的凸角轮廓通常以非恒速驱动该往复构件。
发明内容
一种燃料系统，包括燃料泵和传动轴。该燃料泵包括往复构件，并且该传动轴包括与该往复构件接合的凸角构件。该凸角构件线性地移动该往复构件并且驱动该燃料泵。该凸角构件包括第一凸角，该第一凸角具有第一开启侧，第一开启侧通过与该往复构件的接合驱动该燃料泵的第一压缩冲程。该第一凸角具有在该第一压缩冲程的一部分为该往复构件的线性移动提供恒速的轮廓。
从本文提供的描述可以清楚进一步的适用领域。应当理解，这些描述和具体示例仅用作说明目的，并非意图限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用作说明目的，并非意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的发动机总成的示意图；
图2是图1的发动机本体的局部立体图；
图3是图1的发动机总成的局部剖视图；
图4是根据本发明的燃料泵驱动系统的第一凸角轮廓的示意图；
图5是根据本发明的燃料泵驱动系统的第二凸角轮廓的示意图；
图6是示出基于图4所示第一凸角轮廓的燃料泵驱动机构的位移的图表；
图7是示出基于图4所示第一凸角轮廓的燃料泵驱动机构的速度的图表；
图8是示出基于图5所示第二凸角轮廓的燃料泵驱动机构的位移的图表；
图9是示出基于图5所示第二凸角轮廓的燃料泵驱动机构的速度的图表。
具体实施方式
下列描述本质上仅仅是示例性的，并且不用于限制本发明、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记代表相同或相应的部件和特征。
现在参照图1-3，其中示意性地示出了示例性发动机总成10。发动机总成10可包括发动机本体12、第一和第二气缸盖14、16、气门机构组件18、燃料系统20和曲轴22。
如图2所示，发动机本体12是铸件结构并且包括气缸28的第一和第二组24、26。第一和第二气缸组24、26布置成相互成一个角度从而形成V型结构，在第一和第二气缸组24、26之间形成有凹部30。曲轴22由发动机本体12可旋转地支撑在凹部30的下方。第一壁32在凹部30的第一端在第一和第二气缸组24、26之间延伸，第二壁34在凹部30的第二端在第一和第二气缸组24、26之间延伸。发动机本体12还包括燃料系统支承结构36，该支承结构位于凹部30的内部，在第一和第二气缸组24、26之间并且在第一和第二壁32、34之间。
如图2和3所示，燃料系统支承结构36包括轴套38和泵安装构件40。轴套38限定有孔42，其包括第一和第二轴承区44、46以及伸入轴套38中并且沿轴向位于第一和第二轴承区44、46之间的开口48。泵安装构件40从轴套38延伸并且包括与轴套38中的开口48对齐的开口50。
回看图1，第一气缸盖14固定到气缸体12的第一气缸组24上，第二气缸盖16固定到第二气缸组26上。气门机构组件18包括由第一气缸盖14支撑的第一凸轮轴52和由第二气缸盖16支撑的第二凸轮轴54，从而形成顶置凸轮发动机布置。气门机构组件18还包括针对每个气缸28的进气门56和排气门58，这些气门由第一和第二凸轮轴52、54驱动。
参照图1和3，燃料系统20包括燃料输送系统60、燃料泵62和燃料泵驱动系统64。燃料输送系统60包括喷油器66和第一、第二燃料轨道68、70。第一、第二燃料轨道68、70与喷油器66相通从而为每个气缸28供油。喷油器66包括直喷式喷油器，其与气缸28直接相通从而形成直喷式燃料系统。
燃料泵62与第一、第二燃料轨道68、70相通，从而向气缸28提供加压燃料供给。燃料泵62固定到泵安装构件40上。燃料泵62包括泵机构71和驱动机构72。泵机构71包括固定到泵安装构件40上的往复泵，驱动机构72包括提升机构74，其穿过燃料系统支承结构36中的开口48、50并且与燃料泵驱动系统64配合。提升机构74形成往复构件。燃料泵驱动系统64使驱动机构72进行线性移动从而驱动泵机构71，如下所述。燃料泵62包括高压燃料泵，其在大于10,000千帕(kPa)的压力下工作。
燃料泵驱动系统64包括由曲轴22驱动的传动轴76。传动轴76位于轴套38的孔42内并且通过传动装置78与曲轴22配合。例如，传动装置78包括皮带或链条，其传动性地与传动轴76以及第一、第二凸轮轴52、54配合。驱动传动轴76的转速小于曲轴22的转速且大于第一、第二凸轮轴52、54的转速。在本示例中，驱动第一、第二凸轮轴52、54的转速为曲轴22的一半。在另一个非限制性示例中，驱动传动轴76的转速为曲轴22的3/4。
传动轴76包括第一、第二轴承部80、82和凸角部84。第一轴承部80由第一轴承86可旋转地支撑在轴套38的第一轴承区44处，第二轴承部82由第二轴承88可旋转地支撑在轴套38的第二轴承区46处。凸角部84沿轴向位于第一和第二轴承部82、84之间并且与燃料系统支承结构36中的开口48、50对齐。另外还参照图4，凸角部84包括第一、第二凸角90、92。燃料泵62的驱动机构72与传动轴76的凸角部84配合。本示例公开了提升机构74受到第一、第二凸角90、92的移动从而驱动泵机构71。凸角部84使驱动机构72往复运动的次数为传动轴76的转数的两倍。在发动机运行期间，传动轴76按照箭头(R1)所示的方向旋转。
第一、第二凸角90、92相互间隔大约180度，并且大体上彼此相似。因此，在认识到对第二凸角92的描述相同的情况下，将描述第一凸角90。第一凸角90包括开启侧94、闭合侧96和顶点98。凸角部84包括具有半径(Ra1)的基圆102。开启侧94从凸角部84的基圆102上的起点100延伸，闭合侧96终止于基圆102上的终点104。顶点98位于起点100与终点104之间，并且限定开启侧94的结束点和闭合侧96的起始点。开启侧94延伸的角距离大于沿着基圆102从第一凸角90的顶点98到第二凸角92的顶点99的角距离的一半。此外，开启侧94的部分103具有沿径向不断增大的向外延伸尺寸。
如图4所示，开启和闭合侧94、96彼此不对称。更具体地说，开启侧94具有沿着基圆102的第一角度范围(θ1)，闭合侧96具有第二角度范围(θ2)。第一角度范围(θ1)大于第二角度范围(θ2)，使得在燃料泵62的压缩冲程期间来自开启侧94的提升机构74的位移量大于闭合侧96所提供的回行冲程期间提升机构74的位移。更具体地说，第一角度范围(θ1)比第二角度范围(θ2)大至少10％。例如，第一角度范围(θ1)大于90度，并且更具体地说，大于100度，第二角度范围(θ2)小于90度，并且更具体地说，小于80度。在本示例中，第一角度范围(θ1)大约为105度，第二角度范围(θ2)大约为75度。因此，开启侧94的周长大于闭合侧96的周长。
第一凸角90的顶点98被定位成沿径向从基圆102沿第一径向(D1)向外。开启侧94的最大径向宽度(Ra2)限定在大体垂直于第一径向(D1)且大体垂直于传动轴的纵轴(A)的第二径向(D2)，如图3所示。开启侧94的最大径向宽度(Ra2)大于基圆102的半径(Ra1)。
另外还参照图6和7，其中示出了由凸角部84提供的提升机构74的位移和速度。总体上，图6沿Y轴(Y1)示出提升机构74的位移，以毫米(mm)为单位，沿X轴(X1)示出传动轴76的转动角位移，以度为单位。总体上，图7沿Y轴(Y2)示出提升机构74的速度，以毫米/度为单位，沿X轴(X2)示出传动轴76的转动角位移，以度为单位。在图6和7中，0度大致对应于起点100，105度大致对应于顶点98，180度大致对应于终点104。
如上所述，本非限制性示例举例说明了105度的第一角度范围(θ1)和75度的第二角度范围(θ2)。因此，总体上，图6和7所示曲线图沿X轴(X1、X2)从0到105度示出开启侧94与提升机构74之间的配合，沿X轴(X1、X2)从105度到180度示出闭合侧96与提升机构74之间的配合。
同样如上所述，在提升机构74的压缩冲程期间，开启侧94的轮廓为提升机构74的位移提供恒速。在提升机构74的压缩冲程的至少10％范围内，开启侧94的轮廓为提升机构74的线性位移提供恒速。例如，在传动轴76的至少25度旋转范围内，更具体地说，在传动轴76的至少60度旋转范围内，开启侧94为提升机构74的线性位移提供恒速。
如上所述，开启侧94的部分103以线性速率沿着开启侧94的角度范围(θ3)具有不断增大的向外径向延伸尺寸。部分103从开启侧94上的第一点105处开始，在开启侧94上的第二点107处结束，第二点107旋转偏离第一点105一个角度范围(θ3)。沿着基圆102，第一和第二点105、107之间的角度范围(θ3)至少为开启侧94的第一角度范围(θ1)的10％。例如，角度范围(θ3)为至少25度，并且更具体地说，为至少60度。在本非限制性示例中，第一点105离起点100大约10度，第二点107离起点100大约80度，形成一个大约70度的角度范围(θ3)。
因此，图7示出对应于传动轴76的大约70度旋转的提升机构74的恒速，从大约10度到大约80度。图6和7中从105度到180度的部分大体说明了提升机构74的回行冲程。如图7所示，回行冲程的峰值速度大于压缩冲程的峰值速度，并且更具体地说，至少比压缩冲程的峰值速度大50％。在本示例中，压缩冲程的峰值速度大致对应于压缩冲程的恒速部分。
一种替代性的凸角部184，如图5所示，可用来代替凸角部84。凸角部184包括第一、第二和第三凸角190、191、192。在发动机运行期间，凸角部184按照箭头(R2)所示方向的每次旋转使驱动机构72往复运动的次数为三倍。
第一、第二和第三凸角190、191、192相互间隔大约120度，并且大体上彼此相似。因此，在认识到对第二、第三凸角192、193的描述相同的情况下，将描述第一凸角190。第一凸角190包括开启侧194、闭合侧196和顶点198。凸角部184包括基圆202。开启侧194从凸角部184的基圆202上的起点200延伸，闭合侧196终止于基圆202上的终点204。顶点198位于起点200与终点204之间，并且限定开启侧194的结束点和闭合侧196的起始点。开启侧194延伸的角距离大于沿着基圆202从第一凸角190的顶点198到第二凸角191的顶点199的角距离的一半。此外，开启侧194的部分203具有沿径向不断增大的向外延伸尺寸。
如图5所示，开启和闭合侧194、196彼此不对称。更具体地说，开启侧194具有沿着基圆202的第一角度范围(θ11)，闭合侧196具有第二角度范围(θ22)。第一角度范围(θ11)大于第二角度范围(θ22)，使得在燃料泵62的压缩冲程期间来自开启侧194的提升机构74的位移量大于闭合侧196所提供的回行冲程期间提升机构74的位移。更具体地说，第一角度范围(θ11)比第二角度范围(θ22)大至少10％。例如，第一角度范围(θ11)大于60度，第二角度范围(θ22)小于60度。在本示例中，第一角度范围(θ11)大约为65度，第二角度范围(θ22)大约为55度。因此，开启侧194的周长大于闭合侧196的周长。
另外还参照图8和9，其中示出了由凸角部184提供的提升机构74的位移和速度。总体上，图8沿Y轴(Y3)示出提升机构74的位移，以毫米(mm)为单位，沿X轴(X3)示出传动轴76的转动角位移，以度为单位。总体上，图9沿Y轴(Y4)示出提升机构74的速度，以毫米/度为单位，沿X轴(X4)示出传动轴76的转动角位移，以度为单位。在图8和9中，0度大致对应于起点200，65度大致对应于顶点198，120度大致对应于终点204。
如上所述，本非限制性示例举例说明了65度的第一角度范围(θ11)和55度的第二角度范围(θ22)。因此，总体上，图8和9所示曲线图沿X轴(X3、X4)从0到65度示出开启侧194与提升机构74之间的配合，沿X轴(X3、X4)从65度到120度示出闭合侧196与提升机构74之间的配合。
在提升机构74的压缩冲程期间，开启侧194的轮廓为提升机构74的位移提供恒速。在提升机构74的压缩冲程的至少10％范围内，开启侧194的轮廓为提升机构74的线性位移提供恒速。例如，在传动轴76的至少25度旋转范围内，开启侧194为提升机构74的线性位移提供恒速。
如上所述，开启侧194的部分203以线性速率沿着开启侧194的角度范围(θ33)具有不断增大的向外径向延伸尺寸。部分203从开启侧194上的第一点205处开始，在开启侧194上的第二点207处结束，第二点207旋转偏离第一点205一个角度范围(θ33)。沿着基圆202，第一和第二点205、207之间的角度范围(θ33)至少为开启侧194的第一角度范围(θ11)的10％。例如，角度范围(θ33)为至少25度，并且更具体地说，为至少60度。在本非限制性示例中，第一点205离起点200大约15度，第二点207离起点200大约50度，形成一个大约35度的角度范围(θ33)。
在本示例中，图9示出对应于传动轴76的大约35度旋转的提升机构74的恒速，从大约15度到大约50度。图8和9中从65度到120度的部分大体说明了提升机构74的回行冲程。如图9所示，回行冲程的峰值速度大于压缩冲程的峰值速度，并且更具体地说，至少比压缩冲程的峰值速度大50％。在本示例中，压缩冲程的峰值速度大致对应于压缩冲程的恒速部分。
应当理解，尽管将凸角部84描述成包括两个凸角90、92，将凸角部184描述成包括三个凸角部190、191、192，但也可以对凸角部使用各种替代性结构。例如，使用单凸角结构和四凸角结构，并且如上所述包括具有恒速特征的轮廓。因此，本教导并不局限于两个和三个凸角设计。此外，尽管将燃料泵62描述成安装在发动机本体12中，将各个凸角轮廓描述成并入单独用来驱动燃料泵62的燃料泵传动轴中，但可以使用并入本教导的各种替代性结构。例如，燃料泵安装在气缸盖中并且由凸轮轴的具有一个或多个轮廓的凸角部驱动，如上所述。因此，本教导同样适用于凸轮轴驱动的燃料泵。例如，在凸角部包含在凸轮轴上的替代性配置中，凸轮轴可形成上述传动轴。

Claims (20)

1.一种燃料系统，包括：
燃料泵，其包括往复构件；和
传动轴，其包括凸角构件，所述凸角构件与所述燃料泵的往复构件接合从而线性地移动所述往复构件并驱动所述燃料泵，所述凸角构件包括第一凸角，所述第一凸角具有通过与所述往复构件的接合来驱动所述燃料泵的第一压缩冲程的第一开启侧，并且所述第一开启侧具有在所述第一压缩冲程的一部分为所述往复构件的线性移动提供恒速的轮廓。
2.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述凸角构件包括基圆，所述开启侧的一部分在所述第一压缩冲程的至少10％范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速，所述开启侧的所述一部分从所述轮廓上的第一点处开始并且在所述轮廓上的第二点处结束，所述第二点旋转偏离所述第一点，所述开启侧的所述一部分的向外径向延伸尺寸从所述第一点到所述第二点以恒定线性速率增大。
3.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述凸角构件包括基圆，所述第一凸角从所述基圆沿径向向外延伸，所述第一凸角包括通过与所述往复构件的接合来引导所述燃料泵的回行冲程的闭合侧，所述第一开启侧具有在所述基圆上的第一位置处的起点，而所述闭合侧具有在与所述第一位置旋转偏移的第二位置处的终点，所述第一开启侧沿着基圆延伸的角度范围大于所述闭合侧沿着基圆延伸的角度范围。
4.如权利要求3所述的燃料系统，其中，所述第一开启侧的角度范围比所述闭合侧的角度范围大至少10％。
5.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述第一凸角包括通过与所述往复构件的接合引导所述燃料泵的回行冲程的闭合侧，所述闭合侧相对于所述第一开启侧不对称。
6.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述第一凸角包括通过与所述往复构件的接合引导所述燃料泵的回行冲程的闭合侧，所述第一开启侧的周长大于所述闭合侧的周长。
7.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述第一凸角包括通过与所述往复构件的接合引导所述燃料泵的回行冲程的闭合侧，所述闭合侧为所述往复构件的移动提供的峰值速度比由所述第一开启侧提供的峰值速度大至少50％。
8.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述凸角构件包括限定有半径的基圆，并且所述第一凸角从所述基圆沿径向向外延伸，所述第一凸角包括通过与所述往复构件的接合引导所述燃料泵的回行冲程的闭合侧和位于所述开启侧与闭合侧之间的顶点，所述顶点限定了所述第一凸角相对于所述基圆的圆心的最大高度，所述第一凸角的第一开启侧的相对于所述基圆的圆心且大体垂直于所述传动轴的纵轴延伸的最大宽度大于所述基圆的半径。
9.如权利要求8所述的燃料系统，其中，所述第一凸角的闭合侧的相对于所述基圆的圆心且大体垂直于所述传动轴的纵轴延伸的最大宽度小于或等于所述基圆的半径。
10.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述凸角构件包括第二凸角，所述第一凸角包括第一顶点，所述第二凸角包括与所述第一顶点旋转间隔第一距离的第二顶点，所述第一凸角的第一开启侧延伸的第二距离大于所述第一距离的一半。
11.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述凸角构件包括与所述第一凸角旋转间隔开并具有第二开启侧的第二凸角，所述第二开启侧通过与所述往复构件的接合驱动所述燃料泵的第一压缩冲程之后的第二压缩冲程，所述第二凸角具有在所述第二压缩冲程期间在所述传动轴的至少25度旋转范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速的轮廓，所述第一开启侧在所述第一压缩冲程期间在所述传动轴的至少25度旋转范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速。
12.如权利要求11所述的燃料系统，其中，所述凸角构件包括与所述第一和第二凸角旋转间隔开并且具有第三开启侧的第三凸角，所述第三开启侧通过与所述往复构件的接合驱动所述燃料泵的第一和第二压缩冲程之后的第三压缩冲程，所述第三开启侧具有在所述第三压缩冲程期间在所述传动轴的至少25度旋转范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速的轮廓。
13.如权利要求11所述的燃料系统，其中，所述第一开启侧在所述传动轴的至少60度旋转范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速，所述第二开启侧在所述传动轴的至少60度旋转范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速。
14.如权利要求1所述的燃料系统，其中，所述燃料泵为直喷式燃料泵。
15.一种燃料泵传动轴，包括：
凸角构件，其包括从所述凸角构件的基圆延伸的第一凸角，所述第一凸角包括适于在所述燃料泵的压缩冲程期间线性地移动所述燃料泵的往复构件的开启侧、适于在所述往复构件的回行冲程期间引导所述往复构件的闭合侧、以及位于所述开启侧与闭合侧之间且限定所述开启侧的终点和所述闭合侧的起点的顶点，所述开启侧具有为所述往复构件的压缩冲程的一部分提供恒速的轮廓。
16.如权利要求15所述的燃料泵传动轴，其中，所述凸角构件包括基圆，所述开启侧的一部分在压缩冲程的至少10％范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速，所述开启侧的所述一部分从所述轮廓上的第一点处开始并且在所述轮廓上的第二点处结束，所述第二点旋转偏离所述第一点，所述开启侧的所述一部分的向外径向延伸尺寸从所述第一点到所述第二点以恒定线性速率增大。
17.如权利要求15所述的燃料泵传动轴，其中，所述凸角构件包括基圆，所述第一凸角从所述基圆延伸，所述开启侧沿着所述基圆延伸的角度范围大于所述闭合侧沿着所述基圆延伸的角度范围。
18.如权利要求15所述的燃料泵传动轴，其中，所述闭合侧相对于所述开启侧不对称。
19.如权利要求15所述的燃料泵传动轴，其中，所述凸角构件包括限定有半径的基圆，并且所述第一凸角从所述基圆延伸，所述顶点限定了所述第一凸角相对于所述基圆的圆心的最大高度，所述第一凸角的开启侧的相对于所述基圆的圆心且大体垂直于所述传动轴的纵轴延伸的最大宽度大于所述基圆的半径。
20.如权利要求15所述的燃料泵传动轴，其中，所述开启侧具有在压缩冲程期间在所述传动轴的至少25度旋转范围内为所述往复构件的线性位移提供恒速的轮廓。
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