CN101936246B - 燃料压力放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料压力放大器。本发明涉及用于增压发动机的燃料管线的系统和方法。在一个实施例中，提供用于发动机的燃料装料系统。所述燃料装料系统包括与燃料箱流体连通的第一燃料泵，以在第一燃料管线内产生第一流体压力。所述燃料装料系统也包括具有往复活塞的第二流体泵，所述往复活塞包括低压端和高压端。所述低压端通过第一燃料管线与第一燃料泵流体连通，所述高压端通过第二燃料管线与发动机燃料轨道流体连通。所述往复活塞由第一流体压力驱动以在第二燃料管线中产生第二流体压力，其中，所述第二流体压力大于所述第一流体压力。

Description

燃料压力放大器
技术领域
根据示例性实施例，本发明涉及尤其是在发动机的初始点火或发动之前或与发动机的初始点火或发动同时的用于增压内燃机的燃料管线的系统和方法。背景技术
发动机需要燃料管线中的正燃料压力来实现启动。对于某些发动机，尤其是采用乙醇燃料的混合发动机(例如，E85灵活燃料车辆或其它)，重要的是相对快速地建立足够的燃料压力；否则，发动机可能难以启动和/或产生不良的排气排放。而且，在发动机的冷启动期间，或者在冷的操作条件下，发动机的即时燃料压力改进了发动机的可启动性且减少排放，例如未燃烧的碳氢化合物。然而，迄今为止，很少有设计简单且相对成本有效的设计提供燃料管线的快速增压，尤其是对于燃烧乙醇的发动机或者冷启动状况。因此，需要用于提供发动机的燃料管线的快速增压的改进系统和方法。发明内容
根据示例性实施例，本发明涉及尤其是在发动机的初始点火或发动之前或与发动机的初始点火或发动同时的用于增压内燃机的燃料管线的系统和方法。在一个具体的示例性实施例中，提供用于内燃机的燃料装料系统。所述燃料装料系统包括与燃料箱流体连通的第一燃料泵。所述第一燃料泵在第一燃料管线内产生第一流体压力。所述燃料装料系统也包括具有往复活塞的第二流体泵，所述往复活塞包括低压端和高压端。所述低压端通过第一燃料管线与第一燃料泵流体连通，所述高压端通过第二燃料管线与发动机燃料轨道流体连通。所述往复活塞由第一流体压力驱动以在第二燃料管线中产生第二流体压力，其中，所述第二流体压力大于所述第一流体压力。
在另一个具体的示例性实施例中，提供一种给发动机的发动机燃料轨道装料的方法。所述方法包括：将第一流体泵流体联接到燃料箱；将第二流体泵流体联接到第一流体泵和发动机燃料轨道，所述第二流体泵包括往复活塞，所述往复活塞具有低压端和高压端；用第一流体泵产生第一流体压力，所述第一流体压力作用于第二流体泵的低压端；和用第二流体泵的高压端产生与所述第一流体压力成比例的第二流体压力，所述第二流体压力大于所述第一流体压力。
本领域技术人员将从以下详细说明、附图和所附权利要求书明白和理解本发明的示例性实施例的上述和其它特征和益处。附图说明
示例性实施例的其它目的、特征、益处和细节仅通过示例的方式在示例性实施例的以下详细说明中显而易见，所述详细说明参考附图，在附图中：
图1示出了本发明的燃料装料系统的示例性实施例的示意图；
图2示出了本发明的燃料装料系统的另一个示例性实施例的示意图；
图3示出了本发明的装料组件处于第一位置的示例性实施例的截面图；
图4示出了本发明的装料组件处于第二位置的示例性实施例的截面图；
图5示出了本发明的装料组件处于第三位置的示例性实施例的截面图；
图6示出了本发明的装料组件的另一个示例性实施例的透视图；和
图7示出了沿图6所示的装料组件的7-7截取的截面图。具体实施方式
本发明的示例性实施例提供用于将燃料分配给发动机的燃料系统。尤其如此，示例性实施例提供用于通过使用用于被动地装填燃料轨道的液压倍增器来对用于供应发动机部件(例如燃料轨道或其它)的燃料管线进行快速增压。这对于需要快速燃料增压或在发动机启动或发动之前燃料增压的发动机(例如，使用乙醇或其它挥发性较少的燃烧剂的发动机，或在冷气候下操作的发动机)是特别有益的。这也提供用于在发动机启动期间减少排放，例如减少碳氢化合物或其它。在一种配置中，燃料装料系统包括泵，所述泵设置成在发动机初始旋转(例如通常由发动机启动器完成)之前或与发动机初始旋转同时使得燃料轨道增压。有益地，该燃料增压减少或者消除了燃料蒸汽且使得燃料系统内的空气挤压到燃料溶液中以形成单一混合物。这种增压可以由使用者通过远程装置(例如，射频识别装置(RFID)、远程解锁装置或其它)来启动。这种增压也可以由靠近车辆的使用者启动，例如在车辆门解锁或开启期间、在点火或其它位置放置或者旋转钥匙期间。因此，燃料系统不再依赖于燃料泵的机械旋转来使得在发动机的初始启动期间增压燃料管线。
在一种配置中，燃料装料系统包括放大泵，所述放大泵配置成放大发动机的燃料轨道的燃料压力。所述放大泵由与燃料箱相关联的低压泵形成的流体压力提供动力。低压泵也为放大泵提供燃料源。在一个具体配置中，放大泵包括可移动构件，例如活塞，所述可移动构件具有与低压泵流体连通的第一表面面积和与燃料轨道流体连通的第二表面面积，其中第一面积大于第二表面面积。该表面面积比提供了将低压泵产生的力集中到较小的表面面积的能力，从而增加了燃料轨道的流体压力，例如磅每平方英寸(PSI)或Pascal。一旦发动机开始操作，机械驱动的泵继续给燃料轨道提供合适的燃料增压。
例如，参考图1和2所示的示例性实施例，提供用于发动机14的燃料轨道12的燃料装料系统10。燃料装料系统包括放大泵16，放大泵16与低压泵18流体连通，低压泵18与燃料箱20进一步流体连通。放大泵16也与燃料轨道12流体连通。操作中，低压泵18提供燃料给放大泵16。低压泵18也提供适合于驱动放大泵16的第一流体压力。由于第一流体压力和燃料供应，放大泵为燃料轨道12产生第二流体压力，所述第二流体压力适合于在发动机启动之前或与发动机启动同时地给发动机14提供合适的燃料压力和供应。一旦发动机12的发动已经开始，高压燃料泵22就提供合适的燃料压力给燃料轨道12以维持发动机的操作，高压燃料泵22可通过发动机机械驱动。
更具体地，在图1所示的示例性实施例中，燃料装料系统10的放大泵16通过供应管线24与低压泵18流体连通。低压泵18通过管线24提供合适的燃料供应和第一流体压力，以驱动放大泵16。放大泵16也通过压力管线26与燃料轨道12流体连通。在所示实施例中，放大泵16包括活塞泵，所述活塞泵具有与低压泵18驱动连通的第一表面面积28和与燃料轨道12驱动连通的第二表面面积30。由于第一表面面积28大于第二表面面积30，为燃料轨道12产生了与第一流体压力相比增加的流体压力，而不需要使用高压燃料泵22。然而，一旦发动机14已经启动，高压燃料泵22产生附加的流体压力，以给燃料轨道12供应燃料。在该配置中，高压燃料泵22与放大泵16串连设置。燃料装料系统10配置成允许燃料通过旁通管线31和阀33(例如，被动止回阀)旁通高压燃料泵22，以用于放大泵16和燃料轨道12之间的流体流。而且，提供返回管线32，以使得未使用的或过多的空气或燃料返回燃料箱20。这种返回管线32对于防止在操作期间泵的阻塞或流体锁定是特别有益的。
在图2所示的示例性实施例中，除了高压燃料泵22与放大泵16的关系之外，燃料装料系统10大致相同。在该配置中，高压燃料泵22与放大泵16并联设置。因而，由放大泵16产生的燃料压力直接进入燃料轨道12，与通过高压燃料泵22不同，且高压燃料泵产生的燃料压力也经由高压管线34直接进入燃料轨道12。此外，高压燃料泵22并不通过放大泵16接收燃料，而是直接从低压泵18接收燃料。
更详细地，放大泵16可包括用于由于低压泵18产生的流体压力而提供高压燃料供应的任何合适的被动泵。参考图3-5所示的示例性实施例，在一种配置中，放大泵16包括活塞泵36。活塞泵36包括可移动地设置在活塞壳体40内的活塞38。活塞壳体40限定流体联接到低压泵18的流体入口端口42和流体联接到燃料轨道12的流体出口端口44；流体入口端口位于活塞壳体的第一端46，流体出口端口位于活塞壳体的第二端48。活塞38包括位于活塞壳体40的低压腔50中的第一表面面积28，第一表面面积28经由流体入口端口42与低压泵18流体连通。活塞38也包括位于活塞壳体40的高压腔52中的第二表面面积30，第二表面面积30经由流体出口端口44与燃料轨道12流体连通。应当理解的是，活塞38包括密封特征，或者以其它方式定尺寸为限制在活塞移动期间活塞38和活塞壳体40之间的流体流。因此，在抵靠活塞38的第一表面面积28施加第一流体压力(例如流体进入低压腔50)期间，活塞移动，从而使得流体从高压腔52排出，以产生第二流体压力。
在关于活塞泵36的一个示例性实施例中，取决于期望输出压力(例如，第二流体压力或其它)，第一表面面积28和第二表面面积30可以变化。可以想到，在第一表面面积28和第二表面面积30之间形成表面面积比。该表面面积与第一压力和第二压力之间的压力比直接相关。在一种配置中，关于第一和第二表面面积的面积比在约2∶1至约10∶1之间。在另一种配置中，第二表面面积是第一表面面积的至少约两倍大。在一个具体的配置中，面积比是约7∶1。
关于第一和第二表面面积比，通过泵的周期性动作可以预期用于高压的某些压力。这种周期性动作将继续，直到实现压力平衡，例如由活塞泵36产生的压力等于燃料轨道12内的压力。例如，在一种配置中，在泵的周期性动作时，泵内产生的最大压力可以高达约2MPa。然而，可以想到基于增压燃料轨道12的期望速率的其它压力。
活塞38包括流体通道54，用于在高压腔52和低压泵18之间提供流体连通。活塞38还包括第一止回阀56，用于防止在第二流体压力产生期间通过流体通道的流体流。该配置在活塞38朝活塞壳体40的第一侧46移动期间提供通过流体通道54的流体流，但是在活塞38朝活塞壳体的第二侧48移动期间防止通过流体通道的流体流。在活塞朝活塞壳体的第二端移动期间防止流体流通过流体通道54提供了燃料轨道12内的第二流体压力的累加压力积聚。因而，活塞38在活塞壳体40的第一端46和第二端48之间的重复移动将通过累加压力积聚而逐渐增加燃料轨道内的第二流体压力。压力积聚还通过第二止回阀58实现，第二止回阀58配置成用于保持燃料轨道12内的累加压力积聚。该移动是连续的，直到由活塞38产生的累加压力等于第二流体压力，例如，燃料轨道12内的压力积聚。
活塞泵36还配置成在非压缩冲程(例如，活塞从活塞壳体40的第二端48朝活塞壳体的第一端46移动)期间移动活塞38。在一个示例性实施例中，参考图6-7，活塞泵36包括设置在活塞壳体40和活塞38之间的复位弹簧60，用于在活塞38的累加泵送时使得活塞38返回至初始位置。活塞的移动(例如，朝活塞壳体40的第二端48移动)通过由活塞壳体40形成的通风开口62进一步改进，通风开口62与返回管线32流体连通。因而，在活塞朝活塞壳体40的第二端48移动期间，位于中间腔64中的流体或空气行进回到燃料箱20。在活塞往回朝活塞壳体40的第一端46移动期间，该流体由来自于燃料箱20的流体取代。其它通风开口配置是可能的。
再次参考第一和第二止回阀56、58，进出高压腔52的流体流的建立和防止可以多种不同方式产生。例如，参考图3-5，第一和第二止回阀分别包括第一球66和第二球68。在该配置中，活塞38包括第一座70，第一座70配置成接收第一球66并防止流体流通过。当第一球66从第一座离开时，流体被允许流经第一球，这可以通过由活塞38形成的一个或多个流体路径(未示出)而容易。类似地，活塞壳体40包括第二座72，第二座72配置成接收第二球68并防止流体流通过。如同第一座那样，当第二球68从第二座72离开时，流体被允许流经第二球。参考图6-7所示的示例性实施例，第一和第二止回阀包括第一圆柱形阀构件74和第二圆柱形阀构件76。在该配置中，活塞38包括用于接收第一圆柱形阀构件74的第一座78，活塞壳体40包括用于接收第二阀构件76的第二座80。活塞38、活塞壳体40、和/或第一和第二圆柱形阀构件74、76包括一个或多个流体路径，以在第一和第二圆柱形阀构件移动离开或远离第一和第二座78、80时允许流体经过。应当理解的是，其它配置是可用的。
关于图3-5和图6-7所示的放大泵的操作顺序，在通过低压泵18产生第一流体压力时，燃料进入第一入口端口42且填充第一低压腔50以抵靠活塞38的第一表面面积28施加第一压力。该第一压力使得活塞38从活塞壳体40的第一端46朝活塞壳体的第二端48移动，其中，中间腔中的流体或空气被引导通过通风开口62并经由返回管线32引导到燃料箱20。在该移动期间，第一球66(或第一圆柱形阀构件74)被压靠第一座70(或第一座78)，从而防止燃料移动通过流体通道54。因此，在活塞朝第二端48移动期间，通过第二表面面积30产生第二流体压力，第二流体压力经由第二止回阀58离开。应当理解的是，由于与第一表面面积28相比，第二表面面积30的表面面积较小，因此第二流体压力大于第一流体压力且与第一和第二表面面积28、30的比成比例。所产生的第二流体压力使得第二球68(或第二圆柱形阀构件76)从座72(或第二座80)离开，以允许燃料流经出口端口44并提供压缩燃料给燃料轨道。第二球68通过复位弹簧82返回至其初始位置。
一旦活塞38朝活塞壳体的第二端完全展开且来自于低压泵的压力被主动去除或消耗掉，弹性力(例如，复位弹簧60)就使得活塞朝活塞壳体40的第一端46返回至其初始位置。在该返回运动期间，第一球66(或第一圆柱形阀构件74)离开座，从而允许流体以低压速率流经流体通道54填充第一压力腔52。而且，积聚在燃料轨道12或其连接件(即，压力管线26)内的燃料压力使得第二球68(或第二圆柱形阀构件76)坐靠第二座72(或第二座80)从而防止流体流回高压腔52。一旦活塞已经返回至初始位置，那么低压泵18用于主动产生流体压力，从而重复该过程，直到燃料轨道或其流体连接器(即，压力管线26)内的第二燃料压力等于由第二表面面积30产生的压力。因此，放大泵16变成由低压泵的间歇性动作提供动力的往复泵。
应当理解的是，其它放大泵16是可用的，其基于较低流体压力提供增加的流体压力。还可以想到，放大泵可包括将机械力转换成液压压力的任何装置，包括叶片、齿轮、活塞或其它。另外，液压马达可用于驱动较小的泵。可以想到其它配置。
在一个示例性实施例中，燃料装料系统10的一个或多个部件通过控制器84控制。控制器可通过电导管(例如，线86)与一个或多个部件电通信、信号通信或两者兼有。例如，控制器84可配置成提供动力和/或控制低压泵和从而放大泵16的操作(例如，速度或其它)。控制器84也可配置成使得低压泵18和放大泵16的操作同步。因而，控制器可包括用于致动(间歇性地或其它)低压泵和从而被动放大泵的指令和/或算法。这些指令可配置成通过活塞泵36的活塞38的预定数量的周期性移动在燃料轨道内产生具体的压力。控制器84可包括独立式部件或可包括更大控制器(例如，车辆的发动机控制单元)的一部分。
再次参考图1和2所示的燃料装料系统，所述系统包括低压泵18和高压燃料泵22。低压泵18可包括用于使得流体从燃料箱朝发动机移动的任何合适的泵。在一种配置中，低压泵包括位于燃料箱内的电驱动泵。电驱动泵在供应管线24内形成正压力，从而朝发动机推动燃料，或者在当前情形下朝放大泵16和高压燃料泵22推动燃料。这种泵可通过发动机或车辆的电气系统驱动。在一个示例性操作中，低压泵开始将燃料泵送给被动放大泵18，从而引起放大泵18的致动。因此，电驱动泵必须在放大泵的一个操作时间期间(例如，在进入发动机的车辆之前，在发动机的车辆门解锁或开启期间，在钥匙放置到发动机的点火系统中期间，在点火系统的钥匙旋转期间或其它)开始操作。关于高压燃料泵22，高压燃料泵也可以包括用于增压燃料轨道12的任何合适的泵。在一种配置中，高压燃料泵22由发动机14机械驱动，例如通过传动带、凸轮轴或其它。因而，在一种配置中，高压燃料泵22在开始发动机的初始启动之后开始泵送燃料或增压燃料轨道。这有助于本发明的放大泵18的期望使用，因为在发动机启动之前或者与发动机启动同时增压燃料。
应当理解的是，燃料装料系统可与不同类型的发动机和不同发动机应用一起使用。例如，燃料装料系统10可用于汽油发动机、柴油发动机、混合发动机(例如燃烧乙醇或酒精的发动机或其它)。而且，燃料装料系统10可用于静止发动机，例如功率发电机、泵或其它。燃料装料系统10可用于非静止发动机，例如车辆发动机。其它应用是可能的。
虽然本发明已经参考示例性实施例进行描述，但是本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以作出各种变化且等价物可替代其元件。此外，可以作出许多修改以使得具体的情况或材料适合本发明的教导，而不偏离本发明的实质范围。因而，本发明并不打算限于作为用于实施本发明的最佳模式公开的具体实施例，本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于发动机的燃料装料系统，包括：
与燃料箱流体连通的第一流体泵，所述第一流体泵在第一燃料管线内产生第一流体压力；和
具有往复活塞的第二流体泵，所述往复活塞包括低压端和高压端，所述低压端通过第一燃料管线与第一流体泵流体连通，所述高压端通过第二燃料管线与发动机燃料轨道流体连通，所述往复活塞由第一流体压力驱动以在第二燃料管线中产生第二流体压力，所述第二流体压力大于所述第一流体压力，其中，所述往复活塞限定在低压端和高压端之间延伸的流体通道，所述流体通道将燃料流从低压端穿过流体通道传送到高压端。
2.根据权利要求1所述的燃料装料系统，其中，所述往复活塞的低压端具有与第一流体泵流体连通的第一截面表面面积，所述往复活塞的高压端具有与燃料轨道流体连通的第二截面表面面积，第一截面表面面积大于第二截面表面面积。
3.根据权利要求2所述的燃料装料系统，其中，第一截面表面面积是第二截面表面面积至少两倍大。
4.根据权利要求3所述的燃料装料系统，其中，第二流体压力是至少2MPa。
5.根据权利要求1所述的燃料装料系统，还包括将第二流体泵与燃料箱流体连接的第三燃料管线，所述第三燃料管线包括用于允许燃料从第二流体泵行进到燃料箱的返回管线。
6.根据权利要求1所述的燃料装料系统，其中，第一流体泵包括位于燃料箱中的电动泵。
7.根据权利要求1所述的燃料装料系统，还包括与第一流体泵和燃料轨道流体连通的第三流体泵。
8.根据权利要求7所述的燃料装料系统，其中，所述第三流体泵还与第二流体泵流体连通且与第二流体泵串连操作。
9.根据权利要求7所述的燃料装料系统，其中，所述第三流体泵与第二流体泵并联操作。
10.根据权利要求7所述的燃料装料系统，其中，第三流体泵由发动机机械驱动。
11.一种给发动机的发动机燃料轨道装料的方法，包括：
将第一流体泵流体联接到燃料箱；
将第二流体泵流体联接到第一流体泵和发动机燃料轨道，所述第二流体泵包括往复活塞，所述往复活塞具有低压端和高压端，其中，所述往复活塞限定在低压端和高压端之间延伸的流体通道，所述流体通道将燃料流从低压端穿过流体通道传送到高压端；
用第一流体泵产生第一流体压力，所述第一流体压力作用于第二流体泵的低压端；和
用第二流体泵的高压端产生与所述第一流体压力成比例的第二流体压力，所述第二流体压力大于所述第一流体压力。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，往复活塞的低压端的截面表面面积是往复活塞的高压端的截面表面面积的至少两倍大。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，第一流体泵包括电动泵。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电动泵基于由发动机使用者产生的电信号产生第一流体压力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述信号由发动机的车辆的远程进入装置产生。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述信号在钥匙插入车辆的点火系统时或在钥匙在车辆的点火系统内旋转时产生。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括将第三流体泵流体联接到第一流体泵和燃料轨道的步骤，第三流体泵产生第三流体压力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，第二流体泵和第三流体泵串连流体联接，第三流体泵以第三流体压力提供燃料给发动机燃料轨道。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，第二流体泵和第三流体泵并联流体联接，第三流体泵以第三流体压力提供燃料给发动机燃料轨道。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，第三流体泵包括由发动机驱动的机械泵。
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