CN103089507B - 双排六缸径向式共轨供油泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双排六缸径向式共轨供油泵。泵体内设有一个轴向中心孔和六个环绕均布在轴向中心孔外围的径向安装腔，六个径向安装腔在泵体的轴向上分为两排，在泵体的周向上分为三列；轴向中心孔内安装有一凸轮轴，凸轮轴后端与安装在泵体后端面上的输油泵连接；泵体外侧设置有两个进油比例阀，在泵体内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀与输油泵；泵体上的每个径向安装腔内安装有一泵油部件，泵体内有并联的低压油道连接每个进油比例阀与泵油部件；所述凸轮轴上设有两个偏心凸轮，每个偏心凸轮与一排的三个泵油部件对应配合。本发明可同时满足大油量、高转速、低峰值扭矩、紧凑结构、冗余度等性能要求，能适应升功率较高的柴油机需求。

Description

双排六缸径向式共轨供油泵

技术领域

本发明涉及高压供油泵，具体地说是一种用于柴油机电控高压共轨系统的双排六缸径向式共轨供油泵。

背景技术

电控高压共轨系统可以实现喷油量、喷油次数和喷油压力的柔性控制，并可产生0～200MPa压力的高质量雾化燃油，是柴油机实现低排放、高效率等性能指标的主要技术方案。高压供油泵是共轨系统的主要液力部件，其作用是为共轨系统定时定量的提供高压燃油。在现有技术中，柴油机共轨系统用共轨供油泵主要分为两种结构类型，一种是以满足功率较大、转速较低的中或重型柴油机需求而设计的直列式共轨供油泵，如德国博世公司的CP2共轨泵（美国专利申请号US 6769413 B2）、日本电装公司产品HP0系列共轨泵（中国专利申请号200610159422.9）、无锡威孚公司的球阀型高压共轨喷油泵（中国专利申请号200710025966.0）、辽宁新风公司的用于共轨系统的直列式共轨泵（中国专利申请号200820014040.1）、无锡油泵油嘴研究所的进油计量阀控制式共轨供油泵（中国专利公开号CN202001163U）等，这类共轨泵的主要结构特点是根据发动机功率需求轴向布置两个或两个以上的泵油部件，凸轮轴为1、2或3个突起以实现多次供油，这种直列式共轨供油泵在低速下也能实现较大的供油量，但受柱塞弹簧空间的限制，供油泵的最大转速一般不高于3000转/分钟，且整体结构较大，峰值驱动高；而另一种是以满足小功率、高转速、结构紧凑的乘用或轻型柴油机需求而设计的径向式共轨供油泵，如电装公司的HP3共轨转子泵（中国专利申请号200510120352.1）、博世公司的共轨转子泵（专利号CN 101010508 A）、西门子公司的共轨转子泵（专利号CN 1871434A）等，在油泵的径向布置有1～4个泵油部件，凸轮轴凸轮一般为单突起结构，在油泵每循环内各泵油部件分别工作，径向式供油泵结构紧凑、转速高且驱动扭矩很低，其供油量可以满足功率不大的柴油机需求。

随着柴油机排放和经济性能的提升，现代柴油机的升功率呈逐步提升的趋势，这要求与之匹配的共轨供油泵同时具有转速范围宽广、结构紧凑、驱动扭矩低、供油量大、可靠性好等特点，而传统的两种共轨供油泵结构型式，其中直列式共轨供油泵无法满足结构紧凑、转速高和低驱动扭矩要求，径向式共轨供油泵无法兼顾大供油量的性能要求，另外每个径向式供油泵仅具有一个控制进油量的电磁阀，当电磁阀出现损坏时油泵即无法正常工作，油泵的冗余度较差，综合以上原因，需要从结构上对共轨供油泵进行创新设计以满足功率密度较高的新型柴油机需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种双排六缸径向式共轨供油泵，其可同时满足大油量、高转速、低峰值扭矩、紧凑结构、冗余度等性能要求，能够适应升功率较高的柴油机需求。

按照本发明提供的技术方案：双排六缸径向式共轨供油泵，包括泵体、输油泵和泵油部件，其特征在于：所述泵体内设有一个轴向中心孔和六个环绕均布在轴向中心孔外围的径向安装腔，所述六个径向安装腔在泵体的轴向上分为两排，在泵体的周向上分为三列，每个径向安装腔内端开口与轴向中心孔相连通；所述泵体外侧安装有三个沿周向均布的泵头，每个泵头的轴向上设有两个空腔，泵头安装在泵体上后，三个泵头上的空腔与泵体上的三列径向安装腔一一对应；所述轴向中心孔内通过轴承组件支承安装有一凸轮轴，所述凸轮轴前端从泵体前端面伸出，作为供油泵的驱动端，所述凸轮轴后端与安装在泵体后端面上的输油泵连接，输油泵通过凸轮轴驱动，所述泵体内设有低压油道连接输油泵与输油泵进油口；所述泵体外侧设置有两个进油比例阀，在泵体内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀与输油泵，燃油由输油泵进油口进入泵体，经低压油道进入输油泵，燃油被输油泵加压后分别输送到两个进油比例阀处；所述泵体上的每个径向安装腔内安装有一个泵油部件，所述泵油部件的头部分别位于三个泵头的内部空腔内，泵油部件的主体位于泵体上的径向安装腔内，在泵体内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀与泵油部件，输送至进油比例阀处的燃油从两个进油比例阀流出后进入到每个泵油部件内；所述凸轮轴上设有两个偏心凸轮，每个偏心凸轮与一排的三个泵油部件对应配合，凸轮轴转动时，凸轮轴上的偏心凸轮驱动泵油部件运转，燃油通过泵油部件加压后经泵头内的高压油道从出油阀紧座处流出进入到共轨系统的共轨管内。

作为本发明的进一步改进，所述泵油部件包括从外向内顺次设置的出油阀弹簧、出油阀、出油阀座、进油阀弹簧、进油阀、柱塞套、柱塞、柱塞弹簧和挺柱体；所述柱塞套外端通过螺纹与泵头连接，柱塞套外端面与泵头之间通过平面密封，柱塞套内端伸入到泵体上的径向安装腔内；所述柱塞弹簧套在柱塞套内端，柱塞弹簧一端连接柱塞套，柱塞弹簧另一端连接挺柱体，所述挺柱体与凸轮轴上的偏心凸轮接触配合；所述出油阀座以过盈配合的方式连接在柱塞套外端内孔中，出油阀设置在出油阀座外侧，所述出油阀为球阀，出油阀通过出油阀弹簧压紧在出油阀座上；所述泵头上在出油阀上部加工有出油通道，所述出油通道与出油阀紧座相连；所述泵体、泵头和柱塞套内加工有互相连通的进油通道，所述进油通道连通至柱塞套内的柱塞腔，所述进油阀座设置在柱塞腔中，进油阀设置在进油阀座外侧，所述进油阀为球阀，进油阀通过进油阀弹簧压紧在进油阀座上，进油阀将柱塞腔隔断成两个空腔；所述柱塞密封设置在柱塞腔内并可轴向移动，柱塞内端连接挺柱体，凸轮轴转动时，凸轮轴上的偏心凸轮通过挺柱体驱动柱塞在柱塞腔内轴向移动，使进油阀、出油阀交替打开，使泵油部件实现交替的进油、输油操作。

作为本发明的进一步改进，所述泵体内设置有一压力限制阀，所述压力限制阀一侧与输油泵出油口相连，压力限制阀另一侧与输油泵进油口相连，当输油泵出油口压力过高时压力限制阀打开，输油泵出油口的燃油可从压力限制阀内流回到输油泵进油口。

作为本发明的进一步改进，所述轴承组件包括前端滑动轴承和后端滑动轴承，所述凸轮轴前端通过前端滑动轴承支承定位，凸轮轴后端通过后端滑动轴承支承定位。

作为本发明的进一步改进，所述输油泵采用转子式输油泵。

作为本发明的进一步改进，所述偏心凸轮外圆上套有圆环形的凸轮环，所述凸轮环外周面与偏心凸轮内周面之间为圆周滑动接触，所述凸轮环与挺柱体底端平面为线接触。

本发明与现有技术相比，具有下述优点：

1、本发明在结构紧凑的泵体空间里布置了六个泵油部件，结合了直列式共轨泵的大油量和径向式共轨泵的结构紧凑、驱动扭矩低和转速高等优点，适用于升功率较高的中/高速柴油机使用；本发明的共轨供油泵可以实现每循环六次供油，从而与中重型柴油机用直列式共轨供油泵的供油量基本一致，但由于轴向两个泵油部件的缸心距离较短（仅为40mm左右），油泵的外型尺寸比同等供油量的直列式共轨供油泵要紧凑的多，而且柱塞弹簧空间、运动件质量、凸轮轴偏心凸轮尺寸等与径向式共轨供油泵基本一致，因此具有径向式共轨泵的高转速、低峰值驱动扭矩等优点。

2、本发明中的柱塞套为分体结构，进油阀和出油阀均为球阀，泵油部件的结构简单、加工性好。

3、本发明具有两个控制油量的进油比例阀，且每个进油比例阀与输油泵是通过并联的低压油道连接，这种设计虽然增加了供油泵的成本，但是提高了共轨系统的冗余度和可靠性，在一个进油比例阀损坏的情况下仍可通过另一进油比例阀及低压油道使各泵油部件获得所需的低压燃油并令柴油机可工作在特定功率以下的工况。通过对两个进油比例阀的开度控制还可以实现更柔性的进油量控制，协调共轨系统在各工况下都实现更优化的性能。

4、凸轮轴上的偏心凸轮与挺柱体之间有可以自由滚动的凸轮环，凸轮环与偏心凸轮为圆周滑动接触，与挺柱体底端平面为线接触，可以有效的提升偏心凸轮与挺柱体的润滑能力，还可以减少偏心凸轮对挺柱体的侧向力，从而增加系统的可靠性能。

5、所述泵体内设置有压力限制阀，压力限制阀一侧与输油泵出油口相连，另一侧与输油泵进油口相连，当输油泵出油口压力过高时压力限制阀打开，输油泵出油口的燃油可从压力限制阀内流回到输油泵进油口，不至于造成进油比例阀前的燃油压力过高损坏零件。

附图说明

图1为本发明实施实施例共轨供油泵的轴向剖切图。

图2为本发明实施实施例共轨供油泵的外型结构图。

图3为本发明实施实施例共轨供油泵沿图1中A-A面（第一排油泵部件的轴向中心）的径向剖切图。

图4为本发明实施实施例共轨供油泵沿图1中B-B面（压力限制阀的轴向中心）的径向剖切图。

附图标记说明：1-泵头、2-泵油部件、3-泵体、4-挺柱体、5-凸轮环、6-凸轮轴、6a-偏心凸轮、7-前端滑动轴承、8-出油阀紧座、9-输油泵、10-后端滑动轴承、11-进油比例阀、12-出油阀弹簧、13-出油阀、14-出油阀座、15-进油阀弹簧、16-进油阀、17-柱塞套、18-柱塞、19-柱塞弹簧、20-输油泵进油口、21-压力限制阀、22- 输油泵出油口、23-进油阀座。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1~图4所示，所述泵体3内设有一个轴向中心孔和六个环绕均布在轴向中心孔外围的径向安装腔，所述六个径向安装腔在泵体3的轴向上分为两排，在泵体3的周向上分为三列，每个径向安装腔内端开口与轴向中心孔相连通；所述泵体3外侧安装有三个沿周向均布的泵头1，每个泵头1的轴向上设有两个空腔，泵头1安装在泵体3上后，三个泵头1上的空腔与泵体3上的三列径向安装腔一一对应。所述轴向中心孔内的两端分别装有前端滑动轴承7和后端滑动轴承10，所述凸轮轴6前端通过前端滑动轴承7支承定位；所述凸轮轴6后端通过后端滑动轴承10支承定位，凸轮轴6前端从泵体3前端面伸出，作为供油泵的驱动端，所述凸轮轴6后端与安装在泵体3后端面上的输油泵9连接，输油泵9通过凸轮轴6驱动，所述泵体3内设有低压油道连接输油泵9与输油泵进油口20。所述泵体3外侧设置有两个进油比例阀11，在泵体3内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀11与输油泵9，燃油由输油泵进油口20进入泵体3，经低压油道进入输油泵9，燃油被输油泵9加压后分别输送到两个进油比例阀11处。所述泵体3上的每个径向安装腔内安装有一个泵油部件2，所述泵油部件2的头部分别位于三个泵头1的内部空腔内，泵油部件2的主体位于泵体3上的径向安装腔内，在泵体3内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀11与泵油部件2，输送至进油比例阀11处的燃油从两个进油比例阀11流出后进入到每个泵油部件2内；所述凸轮轴6上设有两个偏心凸轮6a，每个偏心凸轮6a与一排的三个泵油部件2对应配合，凸轮轴6转动时，凸轮轴6上的偏心凸轮6a驱动泵油部件2运转，燃油通过泵油部件2加压后经泵头1内的高压油道从出油阀紧座8处流出进入到共轨系统的共轨管内。

本发明实施例中，所述偏心凸轮6a外圆上套有圆环形的凸轮环5，所述凸轮环5外周面与偏心凸轮6a内周面之间为圆周滑动接触，所述凸轮环5与挺柱体4底端平面为线接触。这样的结构设计可以有效的提升凸轮轴6上偏心凸轮6a与挺柱体4的润滑能力，还可以减少凸轮对挺柱体4的侧向力，从而增加系统的可靠性能。

本发明实施例中，所述输油泵9优选采用转子式输油泵9，其结构紧凑，安装方便。

本发明实施例中，所述泵油部件2的结构如图1、图3所示，其主要由从外向内顺次设置的出油阀弹簧12、出油阀13、出油阀座14、进油阀弹簧15、进油阀16、柱塞套17、柱塞18、柱塞弹簧19和挺柱体4组成；所述柱塞套17外端通过螺纹与泵头1连接，柱塞套17外端面与泵头1之间通过平面密封，柱塞套17内端伸入到泵体3上的径向安装腔内；所述柱塞弹簧19套在柱塞套17内端，柱塞弹簧19一端连接柱塞套17，柱塞弹簧19另一端连接挺柱体4，所述挺柱体4与凸轮轴6上的偏心凸轮6a接触配合；所述出油阀座14以过盈配合的方式连接在柱塞套17外端内孔中，出油阀13设置在出油阀座14外侧，所述出油阀13为球阀，出油阀13通过出油阀弹簧12压紧在出油阀座14上；所述泵头1上在出油阀13上部加工有出油通道，所述出油通道与出油阀紧座8相连；所述泵体3、泵头1和柱塞套17内加工有互相连通的进油通道，所述进油通道连通至柱塞套17内的柱塞腔，所述柱塞腔中设置有进油阀座23，进油阀16设置在进油阀座23外侧，所述进油阀16为球阀，进油阀16通过进油阀弹簧15压紧在进油阀座23上，进油阀16将柱塞腔隔断成两个空腔；所述柱塞18密封设置在柱塞腔内并可轴向移动，柱塞18内端连接挺柱体4，凸轮轴6转动时，凸轮轴6上的偏心凸轮6a通过挺柱体4驱动柱塞18在柱塞腔内轴向移动，使进油阀16、出油阀13交替打开，使泵油部件2实现交替的进油、输油操作。

如图4所示，本发明实施例中，所述泵体3内设置有一压力限制阀21，所述压力限制阀21一侧与输油泵出油口22相连，压力限制阀21另一侧与输油泵进油口20相连，当输油泵出油口22压力过高时压力限制阀21打开，输油泵出油口22的燃油可从压力限制阀21内流回到输油泵进油口20。

本发明双排六缸径向式共轨供油泵的工作原理及工作过程如下：

燃油首先由输油泵进油口20进入泵体3的低压油道至输油泵9，燃油被输油泵9的内外转子加压分别输送到两个进油比例阀11处，如果由于输油泵9转速过高或进油比例阀11堵塞造成输油泵出油口22处油压过高，则压力限制阀21打开，输油泵出油口22后的燃油流回到输油泵进油口20，不至于造成进油比例阀11前的燃油压力过高损坏零件。

通过共轨系统的ECU控制进油比例阀11的出油孔开度，可以调节燃油从进油比例阀11流出的流量，燃油从两个进油比例阀11流出后进入到每个泵油部件2的柱塞腔，凸轮轴6带动凸轮环5旋转，并驱动挺柱体4和柱塞18轴向运动，当柱塞18下行时，柱塞18头部的空腔压力下降到某一值时，进油阀16打开，燃油被吸入柱塞18头部空腔；当柱塞18上行时，进油阀16前后因压差减少，进油阀16关闭，柱塞18头部空腔内的燃油压力继续升高，当超过油泵出油阀紧座8处的背压时，出油阀13打开，燃油从泵头1内的高压油道从出油阀紧座8处流出进入到共轨系统的共轨管内。

Claims (5)

1.双排六缸径向式共轨供油泵，包括泵体（3）、输油泵（9）和泵油部件（2），所述泵体（3）内设有一个轴向中心孔和六个环绕均布在轴向中心孔外围的径向安装腔，所述六个径向安装腔在泵体（3）的轴向上分为两排，在泵体（3）的周向上分为三列，每个径向安装腔内端开口与轴向中心孔相连通；所述共轨供油泵具有凸轮轴（6），所述凸轮轴（6）上设有两个偏心凸轮（6a），每个偏心凸轮（6a）与一排的三个泵油部件（2）对应配合，凸轮轴（6）转动时，凸轮轴（6）上的偏心凸轮（6a）驱动泵油部件（2）运转，燃油通过泵油部件（2）加压后经泵头（1）内的高压油道从出油阀紧座（8）处流出进入到共轨系统的共轨管内；其特征在于：所述泵体（3）外侧安装有三个沿周向均布的泵头（1），每个泵头（1）的轴向上设有两个空腔，泵头（1）安装在泵体（3）上后，三个泵头（1）上的空腔与泵体（3）上的三列径向安装腔一一对应；所述轴向中心孔内通过轴承组件支承安装有一凸轮轴（6），所述凸轮轴（6）前端从泵体（3）前端面伸出，作为供油泵的驱动端，所述凸轮轴（6）后端与安装在泵体（3）后端面上的输油泵（9）连接，输油泵（9）通过凸轮轴（6）驱动，所述泵体（3）内设有低压油道连接输油泵（9）与输油泵进油口（20）；所述泵体（3）外侧设置有两个进油比例阀（11），在泵体（3）内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀（11）与输油泵（9），燃油由输油泵进油口（20）进入泵体（3），经低压油道进入输油泵（9），燃油被输油泵（9）加压后分别输送到两个进油比例阀（11）处；所述泵体（3）上的每个径向安装腔内安装有一个泵油部件（2），所述泵油部件（2）的头部分别位于三个泵头（1）的内部空腔内，泵油部件（2）的主体位于泵体（3）上的径向安装腔内，在泵体（3）内设有并联的低压油道连接每个进油比例阀（11）与泵油部件（2），输送至进油比例阀（11）处的燃油从两个进油比例阀（11）流出后进入到每个泵油部件（2）内；

所述泵油部件（2）包括从外向内顺次设置的出油阀弹簧（12）、出油阀（13）、出油阀座（14）、进油阀弹簧（15）、进油阀（16）、柱塞套（17）、柱塞（18）、柱塞弹簧（19）和挺柱体（4）；所述柱塞套（17）外端通过螺纹与泵头（1）连接，柱塞套（17）外端面与泵头（1）之间通过平面密封，柱塞套（17）内端伸入到泵体（3）上的径向安装腔内；所述柱塞弹簧（19）套在柱塞套（17）内端，柱塞弹簧（19）一端连接柱塞套（17），柱塞弹簧（19）另一端连接挺柱体（4），所述挺柱体（4）与凸轮轴（6）上的偏心凸轮（6a）接触配合；所述出油阀座（14）以过盈配合的方式连接在柱塞套（17）外端内孔中，出油阀（13）设置在出油阀座（14）外侧，所述出油阀（13）为球阀，出油阀（13）通过出油阀弹簧（12）压紧在出油阀座（14）上；所述泵头（1）上在出油阀（13）上部加工有出油通道，所述出油通道与出油阀紧座（8）相连；所述泵体（3）、泵头（1）和柱塞套（17）内加工有互相连通的进油通道，所述进油通道连通至柱塞套（17）内的柱塞腔，进油阀座（23）设置在柱塞腔中，进油阀（16）设置在进油阀座（23）外侧，所述进油阀（16）为球阀，进油阀（16）通过进油阀弹簧（15）压紧在进油阀座（23）上，进油阀（16）将柱塞腔隔断成两个空腔；所述柱塞（18）密封设置在柱塞腔内并可轴向移动，柱塞（18）内端连接挺柱体（4），凸轮轴（6）转动时，凸轮轴（6）上的偏心凸轮（6a）通过挺柱体（4）驱动柱塞（18）在柱塞腔内轴向移动，使进油阀（16）、出油阀（13）交替打开，使泵油部件（2）实现交替的进油、输油操作。

2.如权利要求1所述的双排六缸径向式共轨供油泵，其特征在于：所述泵体（3）内设置有一压力限制阀（21），所述压力限制阀（21）一侧与输油泵出油口（22）相连，压力限制阀（21）另一侧与输油泵进油口（20）相连，当输油泵出油口（22）压力过高时压力限制阀（21）打开，输油泵出油口（22）的燃油可从压力限制阀（21）内流回到输油泵进油口（20）。

3.如权利要求1所述的双排六缸径向式共轨供油泵，其特征在于：所述轴承组件包括前端滑动轴承（7）和后端滑动轴承（10），所述凸轮轴（6）前端通过前端滑动轴承（7）支承定位，凸轮轴（6）后端通过后端滑动轴承（10）支承定位。

4.如权利要求1所述的双排六缸径向式共轨供油泵，其特征在于：所述输油泵（9）采用转子式输油泵（9）。

5.如权利要求1所述的双排六缸径向式共轨供油泵，其特征在于：所述偏心凸轮（6a）外圆上套有圆环形的凸轮环（5），所述凸轮环（5）外周面与偏心凸轮（6a）内周面之间为圆周滑动接触，所述凸轮环（5）与挺柱体（4）底端平面为线接触。