CN105008709A - 电控式入口计量单活塞燃油泵 - Google Patents

Abstract

在一种燃油泵及其操作方法中，低压燃油的进给导引到泵送室，其中，入口段中的低压燃油抽送到所述泵送室，泵送段中的高压燃油输送到共用轨。入口计量阀和入口单向阀处于所述泵送室上游，当没有燃油泵送到所述共用轨时，控制系统关闭所述计量阀。当所述入口计量阀关闭且没有燃油泵送到所述共用轨时，所述入口单向阀也将打开。所述入口计量阀可以包括按比例控制的活塞，所述活塞产生可变数量的供给燃油，而且可以在无需求状态下关闭，所述活塞的最大行程可以接触所述入口单向阀并保持打开所述入口单向阀。

Description

电控式入口计量单活塞燃油泵

技术领域

本发明涉及高压燃油供给泵的控制。

背景技术

对于初期的汽车装备厂商而言，汽油直喷(GDI)燃油系统的成本会高于传统的多点喷射(MPI)系统。除了燃油箱中的低压供给泵以外，GDI系统还需要安装高压泵的发动机。已经证明，GDI系统所需的压力越高，其噪音水平就越高。在过去的几年中，通过简化结构和降低尺寸在降低GDI燃油泵成本方面取得了一些成果。但是，噪音仍然是客户抱怨的主要问题。

日立公司在专利号为7,401,594的美国专利并且博世公司在专利号为7,707,996的美国专利中公开的当前的GDI泵采用数字开/关式电子阀控制器，用于准确对入口单向阀相对于凸轮泵送斜板的打开和关闭时间进行控制。在这些类型的泵中，泵送室会在每个循环中完全充满。入口单向阀打开时，回流的泵送燃油将会溢入到燃油回路中的低压部分。这些实施例面临与高速开/关式电磁操纵阀开关冲击有关的高可闻噪音。此外，回流会导致入口线路内产生过高的压力脉冲，而泵供应商通过添加入口压力减震器来抵消该压力脉冲。

发明内容

公开的改进方案简化了GDI单活塞泵的结构并降低了成本，同时还降低了噪音水平以及泵产生的入口压力脉冲。

所述改进方案包括当所述入口计量阀关闭且没有燃油泵送到所述共用轨时，所述入口单向阀打开。

在公开的实施例中，可以通过比例电磁操纵入口计量阀的电子控制来改变所述泵输出。所述入口计量阀组件靠近泵入口单向阀或集成泵入口单向阀。当发出零燃油输送指令时，所述入口单向阀部分地受所述比例电磁阀控制，从而实现在需要时完全关闭泵输出的可靠方法。

所述比例电磁操纵入口计量阀在一给定的所需流量条件下主动定位，从而消除了与使用高速开/关式电磁操纵阀的泵有关的前进特征。降低与入口计量相关的泵送室压升率会降低部分载荷运行过程中产生的可闻噪音水平。此外，因为回流的消除关联到泵送室在每次泵送活动时都会完全充满为特征的传统GDI单活塞泵工作原理，因此所述入口计量原理上无需安装在低压泵上的脉冲阻尼器。

公开的装置实施例指向一种燃油泵，包括用于低压供给燃油的进给通道；泵送室，所述泵送室与所述进给通道之间有油流流通；泵送柱塞，所述泵送柱塞可以在入口段和泵送段之间的泵送室中往复运动，所述入口段将低压燃油从所述进给通道中抽送到所述泵送室，所述泵送段提高压力，以通过出口单向阀输送到共用轨；设置在所述进给通道中的入口计量阀，用于通过可变开口向所述泵送室中输送计量数量的低压供给燃油，所述计量阀包括关闭位置，所述关闭位置对应通过可变开口到泵送室的流量为零；设置在所述计量阀和所述泵送室之间的入口单向阀，所述入口单向阀偏置以允许在入口段将油流供给到所述泵送室，并防止在所述泵送段燃油以高压流动到所述进给通道；执行器，用于改变所述入口计量阀的开口，开口大小对应所述泵送室的入口段的进给燃油需求量；以及当所述入口计量阀处于所述关闭位置时，用于打开所述入口单向阀的机构。

用于打开单向阀的机构为所述入口计量阀的表面，该入口计量阀以机械方式移动所述单向阀。优选地，所述的入口计量泵与打开位置和所述的关闭位置之间的行程成比例且可以控制，由此正常或加速最大关闭位置打开所述单向阀。

公开的方法包括当所述入口计量阀关闭且没有燃油泵送到所述共用轨时控制系统打开所述入口单向阀的步骤。优选地，该方法包括通过所述入口计量阀的阀门元件以机械方式打开所述入口单向阀。

可选地，所述入口计量阀、所述入口单向阀、所述出口单向阀和所述泄压阀均安装到安装共用流轴上。

附图说明

图1为结合电控式入口计量单活塞燃油泵的燃油喷射系统的示意图；

图2为图1中的泵的中间横截面视图；

图3为图1中的泵的第二横截面视图；

图4为图1中的泵的入口计量阀和入口单向阀组件的部分截面视图；以及

图5为图1中的泵的横截面放大视图，示出了入口计量孔口及其与计量活塞阀的关系。

具体实施方式

参考附图，其中相同的数字代表相同的组件，图1所示为包含电控式入口计量单活塞燃油泵的喷射系统的示意图。

泵2从燃油箱1中抽取燃油，并通过底盘上的燃油管线将燃油泵送到高压GDI泵3的入口通道中。燃油然后流经入口计量(节流)阀的可变开口或孔口4，接着通过入口单向阀5，并在增压的抽吸过程中或在泵送柱塞8的吸气冲程中进入泵送室10。入口单向阀5设置在计量阀13和泵送室10之间，所述入口单向阀偏置以允许在所述入口段将流量供给到泵送室，并防止在泵送阶段的高压燃油流入到进给通道。

在泵送冲程中，泵送柱塞8由发动机凸轮9驱动(通常通过图中未示出的推杆)，从而压缩泵送室10内的燃油。压缩的燃油然后流经出口单向阀11、高压管线14，接着进入共用燃油轨16。泄压阀12保证燃油轨压力不会超过安全最大值，但不被控制用于按照需求来调节燃油轨的压力。

燃油喷射器15将雾化的燃油喷射到发动机燃烧室(未示出)中。通过发动机ECU 18以电子方式进行控制燃油喷射器15。ECU 18使用喷射器15的控制信息以及共用燃油轨压力传感器17发出的电信号以确定适当的电流水平从而发送至比例电磁阀6。

比例电磁阀6产生磁力，所产生的磁力移动比如是活塞13的入口计量阀元件，压缩入口计量阀弹簧7，并改变入口计量阀可变孔口4的尺寸，从而控制通过高压泵的流量。在公开的实施例中，所述孔口尺寸会根据活塞3端面相对于活塞孔一侧的窄供给槽的位置而改变。电流水平越高，活塞13的前进距离就越大，直到孔口完全被覆盖并接着关闭，理想情况下，当发出指令时不会输送燃油。然而，因为活塞和/或孔的磨损，类似于传统的入口计量阀的普遍问题是在孔口4位置的孔和活塞13之间的泄漏，从而导致在没有发出指令的情况下向泵送室10流动。由于在发动机运转时，泵送柱塞8连续往复运动，所以即使燃油轨压力达到最高的所需压力或允许压力，未经指令允许输送到泵送室10的燃油也会经过加压并输送到燃油轨16。本发明弥补了这一缺陷。

根据本发明的一个方面，当入口计量阀可变孔口4完全关闭时，如果燃油轨压力持续上升，则ECU将向比例电磁阀6输送更高的电流水平。较高的电流进一步向前推动入口计量阀活塞13，将其从覆盖孔口4的第一关闭位置推进到打开入口单向阀5的第二关闭位置。这样可以将泵送室10暴露至关闭的阀门活塞13的表面。通过保持打开入口单向阀5，在泵送柱塞8循环过程中，入口计量阀活塞13泄漏的少量燃油将相对于泵送活塞13或沿泵送活塞13在入口单向阀5上前后运动。后面创建液压开路(通过使入口止回球相对于其底座保持密封)，从而消除额外的高压油流。

图2示出了优选的组件设置，其中带有可变孔口4的入口计量(节流)阀13、入口单向阀5、出口单向阀11和共用燃油轨泄压阀12均安装到安装共用轴上。排出端口19输送到高压管线14。此外，入口计量阀13和入口单向阀5均安装在共用子组件中，如图3所示。泵入口20将供给的燃油输送到孔口4。

图4示出了入口计量(节流)阀和集成的入口单向阀组件的横截面。在正常运行过程中，ECU 18向比例电磁阀6提供适当的电流水平，以将入口计量阀活塞13定位在工作范围“x”内，以针对通过泵的所需流量来调节入口计量阀可变孔口4。图4中示出了常开的入口计量阀，其中的可变孔口4全开，没有电流施加到所述比例电磁阀6。

在正常工作范围“x”内，入口计量阀活塞13不会接触入口单向阀5。入口计量阀活塞13及其孔21之间保持紧密间隙，当“x”＝0时，通过可变孔口4的流量将为零。但是，如果活塞13或其孔发生磨损，则当“x”＝0时，会有不必要的流量通过孔口4。在这种情况下，ECU 18可以向比例电磁阀6提供更高的电流水平，进一步向前推动计量阀活塞13，直到其面接触入口单向阀5，并将入口单向阀5推动到离开底座22的打开位置。在泵增压冲程过程中通过孔口4的油流将向下游流动，通过打开的入口单向阀5，接着将在泵送冲程中向打开的入口单向阀回流，因为入口止回球将保持离开其密封底座22，因而不会输送高压泵流。

如图3、4和5所示，孔口4可以通过在活塞13的任意一侧相对轴向对准的孔槽4a、4b的形式设置在阀体24中，由子组件26的增压室25供油，与入口20之间有油流流通。活塞13可以设有内部孔27，用于向电磁阀6内部提供冷却油流。

主要特点在于当入口计量阀关闭且没有燃油泵送到共用轨时，控制系统打开入口单向阀。如上所述，可以控制电磁阀16，当共用轨6的压力按照控制算法发生变化，尤其是在无需求的状态下以在距离“x”(如图4所示)处关闭所述活塞。只有当轨16中的压力超过预期值时，电磁阀才会受控推动活塞13向前超过距离“x”，以打开单向阀5。作为备选方案，活塞13的常闭位置始终可以延伸超过“x”，而且在无需求条件下始终使单向阀5保持打开。

当入口止回球5在无需求状态下打开时，泵送室10内的压力将保持低于泵入口压力。因此，不会有油流从泵送室10推送到泵送柱塞8的低压侧或通过低压侧，且不会有油流推送到共用轨。

Claims (16)

1.一种燃油泵，包括：

用于低压供给燃油的进给通道；

与所述进给通道流通的泵送室；

能够在入口段和泵送段之间的泵送室中往复运动的泵送柱塞，所述入口段使低压燃油从所述进给通道中抽送到所述泵送室，所述泵送段使泵送室中的压力提到更高用于通过排出阀向共用轨进行输送；

在所述进给通道中的入口计量阀，用于通过可变开口向所述泵送室中输送计量数量的低压供给燃油，所述计量阀包括关闭位置，所述关闭位置对应流经可变开口到泵送室的流量为零；

在所述计量阀和所述泵送室之间的入口单向阀，所述入口单向阀对底座偏置，以允许在所述入口段将油流供给到所述泵送室，并防止在所述泵送段的处于高压的燃油流入到所述进给通道；

用于改变所述入口计量阀的开口的执行器，所述入口计量阀的开口对应所述泵送室的入口段的进给燃油需求量；以及

当所述入口计量阀处于所述关闭位置时用于打开所述入口单向阀的机构。

2.根据权利要求1所述的燃油泵，其中用于打开单向阀的所述机构为以机械方式移动所述单向阀的所述入口计量阀的表面。

3.根据权利要求1所述的燃油泵，其中能够成比例地控制所述的入口计量泵在打开位置和所述关闭位置之间的行程，所述行程使所述机构用于打开所述单向阀。

4.根据权利要求3所述的燃油泵，其中用于打开单向阀的所述机构为以机械方式移动所述单向阀的所述入口计量阀的表面。

5.根据权利要求1所述的燃油泵，其中所述的执行器是比例电磁阀，且所述的入口计量阀包括活塞阀门元件，所述活塞阀门元件在前面行进以改变所述开口，然后只有当所述活塞行进到所述关闭位置时才保持打开所述入口单向阀。

6.根据权利要求1所述的燃油泵，其中所述的入口单向阀安装在带有所述入口计量阀的共用子组件中。

7.根据权利要求1所述的燃油泵，其中

该泵包括来自泵送室的高压排出通道、处于高压通道中的出口单向阀和与所述高压通道流通的泄压阀；以及

所述入口计量阀、所述入口单向阀、所述出口单向阀和所述泄压阀全部在共用轴上安装到所述燃油泵。

8.根据权利要求1所述的燃油泵，其中

所述入口计量阀为带有活塞阀元件的常闭比例电磁操纵阀，所述活塞阀元件在打开位置和所述关闭位置之间运动；以及

阀活塞具有足够的行程，以在所述活塞关闭开口时机械地保持打开所述入口单向阀，同时向所述比例电磁阀供应零或低水平电流。

9.根据权利要求5所述的燃油泵，其中所述的进给通道包括入口增压室，且所述开口为轴向对准的槽，所述槽有选择性地提高和降低流通面积，以在所述入口计量阀活塞远离和接近所述单向阀时提供变化的流通截面。

10.根据权利要求9所述的燃油泵，其中所述的入口单向阀布置靠近所述槽的一端。

11.根据权利要求10所述的燃油泵，其中在所述活塞向所述单向阀的最大行程位置，所述活塞关闭所述槽，且所述活塞的前端向所述槽外延伸，从而以机械方式打开所述单向阀。

12.根据权利要求1所述的燃油泵，其中

在底座时的所述入口单向阀布置有沿下游到所述开口的距离“x”；

所述入口计量阀为带有阀门元件的比例阀，所述阀门元件在打开位置和所述关闭位置之间在所述开口上运动，从而在所述入口计量阀远离和靠近单向阀时有选择性地提高和降低所述开口的可变流通截面积；以及

在所述阀门元件向所述单向阀的最大行程位置，阀门关闭所述开口且超出所述开口的距离至少为“x”，从而以机械方式将所述单向阀从其底座上提起。

13.一种燃油泵操作方法，所述燃油泵带有用于低压燃油的进给通道；与所述进给通道流通的泵送室；泵送柱塞，所述泵送柱塞能够在入口段和泵送段之间的泵送室中根据发动机速度往复运动，所述入口段使低压燃油从所述进给通道中抽送到所述泵送室，所述泵送段提高泵送室中的燃油压力，用于通过出口单向阀向共用轨进行输送；在所述进给通道中的计量阀，用于向所述泵送室中输送计量数量的低压燃油；在所述计量阀和所述泵送室之间的入口单向阀，所述入口单向阀偏置以允许在入口段将油流供给到所述泵送室，并防止在所述泵送段的处于高压的燃油流入到所述进给通道；和控制系统，当没有燃油需要泵送到共用轨时所述控制系统关闭所述计量阀；其中改进方案包括所述控制系统打开所述入口单向阀，同时使入口计量阀关闭，且不会有燃油泵送到所述共用轨。

14.根据权利要求13所述的方法，其中改进方案包括通过所述入口计量阀的阀门元件以机械方式打开所述入口单向阀。

15.根据权利要求13所述的方法，其中改进方案包括

所述入口计量阀通过入口流量孔口接收入口的油流；

所述控制系统控制比例阀，所述比例阀按照泵送燃油的需求在打开和关闭位置之间的入口流量孔口上移动计量阀元件；以及

所述计量阀元件能够移动到最大关闭位置，在所述最大关闭位置关闭入口流量孔口和打开入口单向阀。

16.根据权利要求15所述的方法，其中改进方案包括

定位能够移动的阀门元件，以在所述控制系统判断不需要向共用轨泵送燃油时完全覆盖处于第一关闭阀门位置的入口流量孔口；

确定共用轨中的压力是否超过阈值压力，同时所述控制系统确定不需要向共用轨泵送燃油；以及

如果所述共用轨中的压力超过所述阈值压力，同时所述控制系统确定不需要向所述共用轨中泵送燃油，则进一步将阀门元件移动到以机械方式打开所述入口单向阀的最大关闭位置，同时所述阀门元件继续完全覆盖入口孔口。