CN103597199B - 用于燃料泵的三元件隔膜阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种用于燃料泵的阻尼组件，其包括至少一个隔膜组件，所述隔膜组件通过将两个金属隔膜分别连接到无孔中心板的两个侧面上而形成，从而产生了一对紧密间隔的隔膜，每个都根据其自身气体体积发挥作用。优选地，隔膜组件具有（a）圆形或多边形中心板，（b）第一圆形隔膜，其具有例如通过焊接密封地固定到该板的边缘部分以及相对薄且柔性的凸部，该凸部从该板的一侧凸出并且限定了第一加压气体体积，以及（c）第二圆形隔膜，其具有例如通过焊接密封地固定到该板的边缘部分以及相对薄且柔性的凸部，该凸部从该板的另一侧凸出并且限定了独立的第二加压气体体积。隔膜组件可被径向支撑在焊缝的内部、外部或其上。

Description

用于燃料泵的三元件隔膜阻尼器

技术领域

本发明涉及一种高压燃料供给泵，尤其是涉及阻尼由于泵活塞往复运动导致的压力脉冲，该泵活塞给燃料增压以从该泵释放燃料。

背景技术

公路车辆的燃料系统正在越来越多地采用所谓的"共轨"结构，从而燃料泵将储液器或"轨道"保持在燃料喷射所需要的压力或该压力之上，并且多个喷射器经由各自的电子致动喷射阀与该轨道呈流体连通，从而控制了从轨道输运到发动机的各个汽缸的燃料的时机和数量。该泵典型地包含至少一个泵活塞，该泵活塞通过与发动机驱动轴的凸轮连接而往复运动。使用所述喷射情况下，共轨系统不再需要多个泵活塞或旋转液压压头的直接同步。反而，泵仅仅需要将该轨道保持在期望的压力上。因此，现在设计师喜欢用于各种操作方式的单活塞泵。

高压泵典型地从低压供给管路供给，进入到泵的加注管路。由于单活塞的高速活塞往复运动产生了足够数目的离散量高压燃料释放到轨道中，该泵的加料系统可经历显著的背压脉冲，这些背压脉冲产生了不必要的噪音和泵内部磨损。尽管已经知晓将背压释放到低压箱或辅助蓄压器中的技术，但是车辆厂商为了寻求节省发动机机舱中空间和节省成本，日益要求均匀的(even)单活塞燃料泵，以具有内部阻尼，即，不流到低压燃料储液器或燃料蓄压器中。

美国公开文件US2008/0175735的"InletPressureAttenuatorforSinglePlungerFuelPump"以及美国专利第US7,401,594和7,124,738号(两者标题都为"DamperMechanismandHighPressureFuelPump")描述了内部阻尼高压燃料泵的低压侧中的压力脉冲的技术。两个金属隔膜绕着周边连接在一起，以包封内部体积的加压气体("双隔膜")。在所述高压泵活塞的入口阀上游的阻尼室中设置了一个或两个这种双隔膜组件。

US7,124,738的阻尼系统具有一些固有的缺陷。首先，两个波纹隔膜彼此焊接在外部周边上。这产生了损害焊接强度的情况。因为隔膜由较薄的材料制成，所导致的焊缝具有较小的横截面，并且组件(带有较薄囊形隔膜)在焊缝具有最小的箍圈强度和弯曲阻力。这已经根据'738专利通过采用焊缝内侧显著作用力夹紧隔膜而克服。第二，如果过度压力脉动由于高压系统过压安全阀的致动而相互相遇，该阻尼器将压力过大而无法卷绕。当该安全阀起作用的时候，两至三次正常操作的压力脉动将相遇。最后，当柔性隔膜中的一个确实损坏的时候，由这两个隔膜所共享的共同气体体积将被流体充满，这导致了两个隔膜都无法工作。

发明内容

本发明的一个目的是提供多个单金属隔膜，这些隔膜被配置成小隔膜组件，用于燃料入口的阻尼组件或机构，但是没有与"双隔膜"应用相关的固有问题。

其是通过在无孔中心板的两侧各自连接两个金属隔膜而实现的，从而产生了两个紧密间隔的隔膜阻尼器，每个都根据其自身的气体体积起作用。

在一个方面，本公开内容涉及一种用于高压燃料泵的入口燃料压力阻尼机构，其包括中心金属板和两个柔性金属隔膜，每个金属隔膜单独地连接到所述中心板的各个相反面，从而在中心板与每个金属隔膜之间封闭了两个单独的气体体积，从而每个隔膜通过根据其各自气体体积独立地偏转而对压力脉动作出反应。

优选地，所述隔膜组件具有(a)刚性且相对较厚的圆形或多边形中心板，(b)第一圆形隔膜，其具有例如通过焊而密封地固定到所述板上的边缘部分以及相对较薄且柔性的凸部，该凸部从所述板的一侧凸出并且限定了第一加压气体体积，以及(c)第二圆形隔膜，其具有例如通过焊接而密封地固定到所述板的边缘部分以及相对较薄且柔性的凸部，该凸部从所述板的另一侧凸出并且限定了独立的第二加压气体体积。

在正常工作期间所述中心板不弯曲，并且起到加劲构件的作用，从而降低了焊缝的环向应力和弯曲。此外，所述中心板可构造为具有隔膜冲程限制部件，在经受过度压力脉动时，例如当高压系统过压安全阀操作时会产生的过度压力脉动，所述隔膜冲程限制部件降低了隔膜的弯曲和应力。

在另一方面，本公开内容涉及一种用于单活塞高压燃料泵中燃料入口通道的压力阻尼器，其包括：入口接头；连接到该接头上的外罩，所述外罩具有基本上圆柱形的侧壁，所述侧壁限定了与泵的燃料入口通道进行流体连通的内室；以及，开放底部，其底部边缘密封地连接到泵上。至少一个隔膜组件被支撑在阻尼室内。每个隔膜组件都包括第一和第二金属隔膜，所述第一和第二金属隔膜具有各自被密封地固定到中心板的第一和第二侧面的隔膜边缘，以及从中心板间隔开的凸状中心区域，从而限定了围绕隔膜组件边缘径向向内的第一和第二独立闭合的气体体积。这样，传送给泵的供给燃料在进入到泵的入口通道之前，在作用在各个隔膜组件的第一和第二隔膜上的压力下通过所述入口接头流过阻尼室。

可非必需地设置底板来闭合所述外罩的底部，以便除了将该阻尼单元连接到所述泵之外，所述阻尼单元完全独立于所述泵。

在优选的实施方式中，两个隔膜组件被支撑在固位组件中，同时隔膜的周边和中心板通过共同的环焊缝和固位构件上的弹簧状凸起而密封地连接，所述弹簧状凸起提供了直接作用在焊缝上的轴向和径向作用力分量来将隔膜组件固定在固位组件内的适当位置处。

附图说明

本发明的一些实施方式将参照所附的附图进行描述，其中：

图1是图释内燃机燃料系统的整体示意图；

图2是本发明的压力阻尼隔膜组件的第一实施方式，其实现了图1的压力阻尼器的功能；

图3示出了图2的隔膜组件的顶视图；

图4示出了本发明的第二实施方式；

图5示出了图4的阻尼器在参照图1描述的泵内的一种可能安装；

图6示出了本发明的第三实施方式；

图7示出了根据图3的一对隔膜组件，其构造为阻尼组件；

图8示出了安装在泵上的图7的阻尼组件，作为图5结构的一种替代实施方式；

图9示出了根据本发明的阻尼组件的另一实施方式；

图10示出了本发明的第四实施方式；

图11示出了安装在泵上的图10的阻尼器的一种可能安装方式，作为图5和图8结构的一种替代实施方式；以及

图12示出了图11的组件的部分视图。

具体实施方式

图1是图释了内燃机燃料系统的整个系统的示意图。低压泵2加压来自燃料箱1的燃料，然后通过入口接头将其传送到高压泵壳体3。该燃料然后穿过包括隔膜组件4的压力阻尼器，并且穿过常闭控制阀5。另外，压力阻尼器可以位于泵壳体3的上游。常开控制阀也适用于这种燃料系统。该燃料然后被抽到泵室10中，在该处经由发动机凸轮轴9通过泵活塞8的向上运动将其加压。控制阀5通过控制阀簧7和螺线管6起作用，来控制由高压泵所传送的燃料量。这通过准确控制相对于泵活塞向上运行位置关闭控制阀的时机来实现。当燃料被加压时，该燃料行进穿过出口止回阀11，高压管路18并且进入到共同轨道13中，该共同轨道13为发动机燃料喷射器14提供燃料。因为喷射器14从共同轨道13提供燃料，所述喷射器定时是灵活的。通过闭环ECU16反馈和和与轨道压力传感器15输出给ECU16的输出信号相比较经由螺线管6和控制阀5控制高压燃料输出，来控制期望的轨道压力。需要一个减压阀12以在系统故障时保护高压系统。它被装在在共同接头组件17中，该组件中也安装了出口止回阀11。所述减压阀还可用于将最大系统压力控制到预定界限，来保护其他燃料系统部件。

图2示出了本发明的第一实施方式，其涉及图1压力阻尼器的隔膜组件4。每个单金属隔膜20和21通过焊缝22和23在其外部周边处焊接至中心板19的表面上，从而封闭了两个单独的气体体积25和26。所述气体体积可处于相同的压力，或者每个处于其自己的压力水平(包括真空)，如在每个焊接操作期间所设置的那样。所述三元件隔膜组件(隔膜20、隔膜21和中心板19)被设置于阻尼室中。所述隔膜组件4限定了不同且独立的隔膜20、21，所述隔膜被构造为一个非常节省空间的单元。因为中心板并不根据流体压力起作用，并且因为其被成形为比所述隔膜在弯曲和环箍方面刚硬很多，所以焊缝22和23可以获得较低的周期应力。所以，隔膜组件在阻尼室内部的固定或支撑并不必须被设计为最小化在焊缝22、23上的应力。

中心板19可以是平板，或者可包含一系列突起部件24，其将隔膜偏转限定到所限定的距离"a"。所述突起部件可设计为在一个或多个位置接触所述隔膜，即该突起部件可以是圆形或离散的浅凹等。协作部件29是隔膜上的环形向内定向的凹槽，其与中心板上的突起部件24对齐并且趋于与突起部件24接触。部件29同样可以是离散的浅凹等。该冲程限制部件24也可以被设计为在没有环形槽29的情况下工作。当操作期间距离"a"减小到零的时候(如可以是当高压安全阀处于操作时候的情况)，隔膜20和/或21的环形凹槽29变成由中心板支撑，从而最小化了隔膜中任何增加的应力并且使得两个隔膜保持完好。在极端脉动之后，每个隔膜都将返回到正常功能，在没有接触中心板的情况下操作。本发明的另一个优点是如果一个隔膜损坏时，所增加的低等级功能的好处。如果隔膜20将损坏并且体积25充满流体，则隔膜20变得无法操作。然而，隔膜组件4将仍旧在较少程度上发挥作用，因为阻尼器21和体积26将保持功能。中心板19的周边或边缘27径向延伸出焊缝22、23的外面，并且可用于在没有接触抵靠隔膜20、21或焊缝22、23中任一的情况下定位和固定该隔膜组件4。

图3示出了图2的隔膜组件的顶视图。尽管隔膜组件可以是圆形的，但是所示的优选实施方式具有距中心较大直径的多个凸起部27，其与距中心较小直径的多个平部28交替存在。隔膜组件优选地在凸起部27处通过固定件或固位件支撑在阻尼室内部。当隔膜组件4在阻尼室中处于供给燃料路径中时，平部28允许燃料在上部隔膜20的外侧与下部隔膜21的外侧之间流动。该流动部件28可以是允许足够流动面积的几乎任何形状。

图4示出了本发明的第二实施方式4'。在该实施方式中，环形隔膜的周边具有与环形中心板周边相同的半径，从而省去了安装边缘27。该隔膜组件的安装支撑件可处于焊缝22'、23'之上或紧邻焊缝22'、23'，并且类似于图3的28的流动部件可包含在配合元件中。

图5示出了图4的阻尼器4'在图1中所描述的泵3内部的一种可能安装。元件31是高压泵的入口接头。元件30是限定阻尼室的外罩，其由泵壳体35所封闭。固位件32、33和垫片34定位隔膜组件对4'并将供给燃料流提供到隔膜组件对4'。所述固位组件32、33和34压缩在外罩30的倾斜或水平部分与泵壳体35的基本水平表面之间。固位件32具有边缘部分32a，其承载在上隔膜组件的边缘顶部上并且偏置它，固位件33具有边缘部分33a，其承载在下隔膜组件的边缘底部上并偏置它，垫片34具有径向向外伸出的边缘部分34a，其承载在上隔膜组件边缘底部上并将其偏置，并且垫片34具有径向向外伸出的边缘部分34b，其承载在下隔膜组件边缘顶部上并将其偏置。第二固位件33通过与燃料入口通道37流体连通的泵中的凹槽38而装配在内部并且横向固定在适当位置。

上部固位件32具有包括多个切口或间隔32c的凸状上部32b，并且下部固位件33也具有包括多个切口或间隔33c的凸状下部33b。垫片基本上是环形的，并且具有间隔开的孔34c。固位件和垫片中的切口、间隔和/或孔提供了从全部方向到全部四个隔膜上的流动路径。

当外罩的底部边缘30a被焊接到泵35的顶部时，隔膜组件4'的边缘的压缩、偏置条件将该隔膜组件保持在阻尼室内的适当位置。入口流动路径36提供了与低压泵2的连通，出口流动路径37提供了与泵控制阀的连通。

图6示出了本发明的第三实施方式4”，作为图4的隔膜组件的变型。焊缝22”和23”并不位于隔膜和中心板的外周，但是取而代之的是隔膜边缘上的透焊缝，这些透焊缝穿入中心板的边缘中。

图7示出了根据图3的一对隔膜组件，其构造为阻尼组件39，并且图8示出了在泵上阻尼单元40中安装的这种阻尼组件，作为图5结构的替代。

每个隔膜组件4的中心板27具有基本上平的上下表面和外周边缘，其中上和下表面以凸起部27所限定的最大半径跨度S₁和由平部28所限定的最小半径跨度S₂在两维方向上延伸。板最小跨度至少等于隔膜边缘的半径R，优选地大于它，从而隔膜边缘可在最小跨度内结合到板上。每个隔膜组件4a和4b都在处于隔膜边缘的外面的上和下板表面的部分处横向于其板20支撑在阻尼室41中，并且每个隔膜组件都在板外周边缘的部分处横向地支撑在阻尼室中。优选地，每个隔膜组件都在凸起部27的上和下表面处横向于板支撑在的阻尼室中。隔膜组件可在凸起部的外周边缘处，或者如图所示在平部28的外周边缘处，横向支撑在阻尼室中。上和下支撑件可处于或者包括焊件22、23到凸起部中。虽然隔膜优选地具有圆形环形面，但是该板可以是任何规则的几何形状，例如圆形或多边形，优选地是在拐角具有凸起部的大体上的三角形。

在许多实施方式中，隔膜的外周小于所述板的外周。每个隔膜的边缘都焊接到所述板，从而所述板的对称部分径向延伸到隔膜焊接到所述板的焊缝的外面。隔膜组件的支撑件可处于凸起部处，处于可选地处于隔膜边缘外面的径向位置处，处于焊缝外面的焊接边缘的外周处，处于焊缝之上，或者处于焊缝内部。

在图8的实施方式中，上和下隔膜组件4a、4b中的每个通过固位组件而制成在阻尼室中。固位组件的第一固位件42具有边缘部分42a，其承载在一个板27的上表面上并将其偏置，第二固位件43具有边缘部分43a，其承载在另一板的下表面上并将其偏置，以及垫片44具有向内指向的部分44a和向内指向的部分44b，所述部分44a承载在该一个板的下表面上并将其偏置，而所述部分44b承载在所述下板的上表面上并将其偏置。上和下固位件具有向外成角度的薄片45，其垂直咬合到形成在垫片44与平部28之间的狭缝46中。这将这些部件夹持在一起作为一个单元39，并且分别抑制了上和下隔膜组件的横向移位。

图4或6中所示类型的隔膜组件的另一实施方式在图9中示出。阻尼单元47也连接到泵35，作为单独的系统。如其他实施方式一样，一对上和下隔膜组件通过有点类似于图5中所示的固位组件49支撑在阻尼室48内。第一固位件50具有承载在上隔膜组件边缘的顶部上并将其偏置的部分，第二固位件51具有承载在下隔膜组件边缘的底部上并将其偏置的部分，以及垫片52具有承载在上隔膜组件边缘的底部上并将其偏置的径向向外伸出的部分和具有承载在下隔膜组件边缘上并将其偏置的另一个径向向外伸出的部分。外罩53挡住底板54，从而阻尼室48独立于泵被限定在外罩内部。当焊接到主体上的时候，外罩53压缩阻尼组件49，从而实现第一固位件、第二固位件、垫片以及隔膜组件对之间的偏置。底板51具有可与泵的燃料入口通道37对齐的出口。

在图9中，上和下固位件50、51具有倾斜地向内指向的尖头56，其接合垫片52的外部边缘，从而捕获并卡住隔膜组件的边缘。图9中所示的实施方式的另一特征是，通过固位件50、51与外罩侧壁之间的接触将固位组件49径向限制(即基本上定心地)在外罩53中。

另外，固位组件49可通过设置在底板54与第一固位件50之间的夹钳等(未示出)而完全自支撑在阻尼室中，以压缩该单元，从而在没有使用外罩53的安装力的情况下，实现第一固位件、第二固位件以及隔膜组件对之间的盘簧之间的偏置。在这种和其他实施方式中，垫片52可另外包括盘簧，所述盘簧迫使上隔膜组件向上并使得隔膜组件向下抵靠相应的上和下固位件。

图10-12图示了三元件隔膜组件58的另一实施方式，其具有相对较薄的中心板59以及上和下柔性金属隔膜60、61，所述上和下柔性金属隔膜60、61通过类似图2中所示的隔膜组件的方式限定了各自的上和下气体填充室。在该实施方式中，板59以及隔膜边缘62、63的外径或外周基本上相同，从而具有基本上共同的外周边缘。焊缝64连接板59和边缘62、63，即单个环形焊缝64在共同外周边缘处连接隔膜组件58的全部三个元件。这种结构允许每个隔膜组件单个焊缝，简化了制造，同时中心板增加了对焊缝的支撑，从而减少了焊缝应力。通过这种结构，隔膜组件58可在任何地方被夹紧，包括在焊缝64上。

图11示出了以类似于图9中所示的一个可能安装方式优选将隔膜组件58夹紧在焊缝64上。两个隔膜组件58a、58b被夹持在外罩65内部，外罩65限定了连接到泵主体或壳体66的阻尼室。隔膜组件被支撑在固位组件67中，该固位组件包括上固位件68和下固位件69，以及轴向地处于它们之间的垫片70。(在本文中，"轴向地"指的是沿着穿过隔膜中心的线)。上固位件具有向下朝向的凸起，例如边缘或尖头68a，而垫片70具有向上指向的尖头或边缘70a，同时前者将向下作用力施加到焊缝64上，而后者将向上的作用力施加到焊缝64上。类似的，边缘或尖头69a被向上指向到固位件69上以在焊缝64上提供向上作用力，而垫片70上的向下边缘或尖头70b在焊缝64上提供向下指向的作用力。如连接到泵的外罩的上部轴向承载在固位件68上，而下固位件通过泵壳体轴向地固定。当外罩65被下降到泵壳体66上的固定肩部等上并连接其上时，产生了这些向上和向下的作用力。

通过图12中示出的进一步细节，在例如68的固位件上的例如68a的尖头具有向外指向的倾斜部分68b，之后是向内弯曲部68c，其形成了与焊缝64径向间隔开的向内朝向的凹陷或凹槽68d。所述凹槽容纳隔膜的边缘62、63的外周部分以及环焊缝64。在负载状态下，通过倾斜向内指向部分68c紧靠垫片的向内倾斜边缘部分70a作用而产生弹簧状效果，与此同时，尖头68a的倾斜向外部分68b承载在焊缝64上。选择各自的斜率和曲率以确保焊缝支撑在顶部或底部处，以及随着固位件上向内延伸的薄片68c沿垫片边缘有障碍下滑动，固位件上的向内延伸的薄片68c弹簧负载在垫片的边缘70a上。对于下隔膜组件58b设置类似的结构。薄片68c还将固位组件67一起保持在在自由状态下，以易于操作。

如此，在焊缝上的弹簧偏置将隔膜组件保持在固位组件内部的适当位置。尤其是，固位组件或装置67提供了弹簧负载的反向垂直作用力分量，其作用在焊缝64上以将阻尼机构相对于中心线保持在固定轴向位置，以及附加水平作用力分量，其将阻尼机构相对于中心线固定到径向位置。

Claims (5)

1.一种压力阻尼组件，其用于单活塞高压燃料泵中的燃料入口通道，包括：

入口接头；

外罩，其连接到接头，并且具有限定了阻尼组件轴线的基本上圆柱形的侧壁，在与所述泵的燃料入口通道进行流体连通的侧壁内的内室，以及密封地连接到所述泵的底部；

支撑在阻尼室内的多个隔膜组件，其中

每个所述隔膜组件都包括第一和第二金属隔膜，所述第一和第二金属隔膜具有各自的平边以及凸状中心区域，所述平边分别密封地固定到无孔中心板的第一和第二侧面，而所述凸状中心区域与所述中心板间隔开，由此在围绕隔膜组件边缘径向向内限定了第一和第二独立闭合的气体体积；

所述中心板和隔膜是圆形的并且定心在所述轴线处，并且具有相同的限定隔膜和中心板的环形面的半径，以及隔膜组件的环形面边缘；并且

每个隔膜的边缘在隔膜组件的环形面边缘处通过焊接被连接到所述中心板；

固位组件，其支撑在外罩的内部，具有第一和第二元件，所述第一和第二元件轴向反向地承载在隔膜组件的环形面边缘上；

其中，所述固位组件将两个不同的且轴向间隔开的上和下隔膜组件支撑在外罩内，包括

第一固位件，其具有承载在所述上隔膜组件的环形面边缘的上部上并将其偏置的径向向外倾斜的凸起；

第二固位件，其具有承载在所述下隔膜组件的环形面边缘的底部上并将其偏置的径向向外倾斜的凸起；

垫片，其具有承载在所述上隔膜组件的环形面边缘的底部上并将其偏置的径向向外倾斜的上凸起，以及承载在所述下隔膜组件的环形面边缘的上部上并将其偏置的径向向外倾斜的下凸起；以及

连接到所述泵的外罩的上部轴向承载在所述第一固位件上，并且所述第二固位件通过泵壳体轴向地固定，由此将固位件上的凸起弹簧负载在垫片的凸起上；

由此，所述环形面边缘上的偏置将所述隔膜组件保持在固位组件内的适当位置处，并且通过入口接头传送到泵的供给燃料，在进入到泵的入口通道之前，在作用于每个隔膜组件的第一和第二金属隔膜上的压力下流过所述阻尼室。

2.如权利要求1所述的阻尼组件，其中，每个隔膜的环形面通过共同的焊缝在中心板的环形面处被连接到中心板，所述共同的焊缝将第一金属隔膜密封到所述中心板，并且将第二金属隔膜密封到所述中心板，从而使得第一和第二独立闭合气体体积并不连通。

3.如权利要求1所述的阻尼组件，其中

所述第一金属隔膜通过第一焊缝被连接到所述中心板的一侧，而所述第二金属隔膜通过第二焊缝被连接到所述中心板的第二侧；并且

所述第一焊缝独立于所述第二焊缝。

4.如权利要求1所述的阻尼组件，其中

所述外罩具有开放底部，所述开放底部具有密封地连接到泵的环形边缘；并且

所述第二固位件通过所述泵中的与燃料入口通道进行流体连通的凹槽装配在内部并横向固定在适当的位置。

5.如权利要求1所述的阻尼组件，其中

所述第一和第二固位件的凸起包括薄片部分，所述薄片部分从径向向外的焊缝朝着垫片的相应凸起径向向内弯曲并捕获所述垫片的倾斜向外凸起。