CN106460743A - 用于单柱塞燃油泵的减压阀 - Google Patents

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Abstract

一种燃油泵，包括通向泵室的低压供给管；用于加压泵室内燃油的泵送柱塞；用于在泵送期间，将加压后的燃油从泵室传输至高压出口管线的出口阀；以及连接在高压出口管线和泵室之间的过压减压阀，球形减压阀元件在弹簧偏置下，抵靠减压阀座。弹簧在弹簧室内，在阀门元件关闭期间，弹簧室与泵室流体隔离，优选地，弹簧室与低压供给管直接液压连通，从而降低正常泵送期间的死区容积。弹簧能够通过活塞作用在阀门元件上。在一替换实施例中，活塞能够提供从泵室到低压供给管的溢出路径。

Description

用于单柱塞燃油泵的减压阀
背景技术
本发明涉及用于汽油发动机的高压燃油供给泵。
单活塞、凸轮驱动的燃油泵已经成为了为共轨直喷汽油发动机产生高压燃油的常见解决方案。
在行业中已知泵必须包括出口止回阀，以便当泵处于进气冲程周期时，防止共轨压力向后释放。在泵内并入减压阀以保护整个高压系统免于遭受因系统故障而导致的意外过压，已经成为了行业标准。为了保护轨和喷油器，减压阀必须与轨液压连通。这样的液压连通(与泵流平行)的两个执行(execution)，已经在美国专利7,401,593和美国专利8,132,558中描述。在先技术中描述的执行，在泵送事件期间，当发生正常的高压管线波动时，通过液压禁用减压装置，成功地获得了合理的减压压力。
尽管这些执行足以应对工作在200巴的共轨压力的现有的汽油直喷系统，但对于需要为满足即将出台的排放标准而工作在更高压力下的未来的系统，则存在显著的限制。由于减压阀流回到泵室，与其相关的弹簧和弹簧腔直接连通泵室。这样的弹簧腔向泵室循环容积内添加了大量的死区容积，死区容积在每一次泵送事件期间都必须被压缩。更高的工作压力需要增强的减压阀开启压力、更高的弹簧负载和增强的弹簧腔容积，以容纳增强的弹簧尺寸。这样添加的死区容积结合增强的泵压力，对泵的效率非常不利。
发明内容
本发明提供一解决方案，具有同样的减压阀功能，但减少泵室的循环容积，从而提高了效率。该解决手段通过隔离减压阀弹簧室和泵室完成，例如通过将减压阀弹簧室设置在泵的低压侧。
优选地，到减压阀的弹簧负荷通过紧密配合的活塞施加，其中活塞的弹簧侧暴露在泵的低压侧，而活塞的阀侧暴露在泵室压力下。
在一实施例中，活塞作用在球形减压阀上，活塞密封直径应当小于或等于减压阀密封直径，从而获得合理的减压阀开启压力。
根据改进，提供了第二减压功能以适应严重的系统故障。当减压阀活塞前进到与非常高的泵室压力相关的位置时，这种额外的减压功能将启动。这样的功能通过额外钻透减压阀活塞而实现，减压阀活塞在前进位置上没有被活塞缸筒覆盖，从而连接泵室和泵的低压侧，减轻过量的泵室压力。
由于用于高压系统的减压弹簧室的容积远大于相关流量通路和减压阀腔的容积，从因往复运动而造成的泵室循环容量的循环增压中消除了减压弹簧腔，显著地降低了死区容积，并提升了效率。
附图说明
参照下列附图，说明示范性实施例，其中：
图1是表示已知的共轨燃油供给系统的示意图；
图2是包含根据本发明减压阀的第一实施例的示意图；
图3是包含根据本发明减压阀的第二实施例的示意图；
图4示出了图2所述泵的一个执行；
图5示出了图3所述减压阀的第二实施例的一个执行；
图6是图4的减压阀区域的详细视图；
图7是图5的减压阀区域的详细视图。
具体实施方式
参照附图1-7，说明两个代表实施例。
图1是如在申请号为US 2011/0126804的美国公开专利申请所述的，说明用于内燃机的燃油系统的完整系统的示意图。低压泵2对来自燃油罐1的燃油加压，并以低供给压力将该燃油通过进口接头传输至高压泵3。燃油随后经过储压器4，以低压继续通过通路2’至常开式进口调节阀5。常闭式调节阀也同样适用于该燃油系统。燃油随后被吸入泵室10，随着通过发动机的凸轮轴9往复驱动泵油柱塞8，燃油在泵室10内由该泵油柱塞8的上升动作而增压。通过调节阀弹簧7和电磁阀6来作用进口调节阀5，从而调节由高压泵输送的燃油的量。这通过调节阀相对于泵送活塞向上行程位置关闭的精确定时而实现。
加压的燃油行进通过出口止回阀11、高压管线14，并进入供应发动机喷油器15的共轨16。由于喷油器受共轨的供应，喷油器的时间控制是灵活的。基于经由电磁阀6和调节阀5的高压燃油输出的反馈和控制，该反馈和控制与输出到ECU18的轨压传感器17输出信号相比，所需的轨压由闭环电控单元(ECU)18控制。在系统出现故障的情况下，保护高压系统需要减压阀12。出口止回阀和减压阀优选位于公共的接头组件13，但是对于本发明而言这并不需要。
图2是包含根据本发明减压阀的第一实施例的原理图。该泵的正常运行和图1所示的泵相同。然而，在本实施例中，减压阀12经由位于泵的低压侧的弹簧和减压阀弹簧隔离活塞19，紧靠其密封座；减压阀弹簧隔离活塞19还隔离泵室压力10和泵的低压侧。在系统故障期间，轨16和管线14内的过剩压力开启减压阀12，在泵的装料周期期间，移动减压阀弹簧隔离活塞19，使燃油流回泵室10。在本实施例中，减压弹簧腔20经通路20’与通向进口调节阀5的进口管线或通路直接流体连通，通路20’整体位于泵的内部。
图3是包含根据本发明减压阀的第二实施例的原理图。在本实施例中，泵室10内的过剩压力(例如，由高速系统的重大故障而引发)，导致减压阀弹簧隔离活塞19在其缸筒内缩回至某一位置，在该位置处，允许过压溢出通道19’将泵室10和低压弹簧腔20流体连接，因此将室压溢出进入泵的低压侧。
图4表示关于图2所示的泵的一个执行，图5表示关于图3所示的减压阀的第二实施例的一个执行。
在图4中，球形减压阀12密封经过包括了流动通路14’的流动通道，在高压管线14的压力。包括在执行中的还有高压密封塞21。图6是图4的减压阀区域的详细视图。活塞19的密封直径D2小于或等于紧靠球座的球12的密封直径D1是有利的。它能防止在正常泵送事件期间内，当泵室10和通道10’的压力在高速下突破共轨压力时活塞19的不利动作，但也允许在泵充注事件期间或者停止运转期间，减压阀12的合理的开启压力。弹簧22能直接操作活塞19或者如图所示，通过中间弹簧座23来操作。
在图5中，活塞19包括由19a、19b和19c定义的过压溢出连接件19’。更详细的细节如图7所述。活塞19安装在套筒24的缸筒内。套筒包括具有球阀12的前腔10’以及后腔26，前腔10’通过通道10”与泵室10流体连通，后腔26与弹簧室20流体连通。活塞19的后部延伸通过后腔26，进入弹簧腔20，以受到弹簧22加载。活塞具有通向中央缸筒19b的前接口19a，中央缸筒19b与后接口19c流体连接。缸筒19b仅在一定程度上延伸通过活塞19，当阀12就位时，后接口19c被套筒ID挡住，而当阀12离开座28时，移动活塞19a第一相对短的距离(比‘X’短)，以提供从高压管线14、14’，经通路10”回到泵室10的减压。
在重大系统故障期间，泵室10和通道10’内的压力可克服由弹簧22负荷和活塞直径定义的闭合压力，从而移动活塞19至少距离‘X’。这将通道10”和室或腔10’中的泵室压力连接至后腔26和弹簧室20中的低压，从而将来自10的泵室压力溢出至泵的低压侧。在泵送冲程期间，如果液压力足以克服来自弹簧22的力，则活塞19将推进距离‘X’。因此，在泵送冲程期间，通过利用作用在活塞19上的室10中的燃油压力的力，活塞能够在在缸筒内移动距离座28的第二距离，第二距离大于‘X’。在那期间，压力不依赖于球而对OD和缸筒19b的后壁起作用，以推动活塞，直到漏出接口19c。
在下一次充注冲程期间，如果轨压过高并向泵室释放，当开始下一次泵送冲程时，泵室10将具有比平时更高的压力。根据每分钟转速(RPM)和再循环的总流量，可以开始“支持(back up)”驱动轨压至非常高的等级。在图2和6的实施例中，过压将返回泵室；这将保持在一个闭合回路10、11、14’、12、10’、10”和10内流动。在图3和7的实施例中，泵送冲程过压将通过10’、10”、19、20、20’和2’溢出。在不同情况下，轨压将对于给定的RPM和流量条件稳定。RPM和流速越高，轨压越稳定。在充注冲程期间，当在14’的压力超过设定的压力时，球阀将提升，但是在泵送冲程期间，只要泵室压力的大小足够高以移动活塞19，球阀能够不依赖活塞19而再闭合。这样在泵送冲程期间，球“自由浮动”并将有可能因为球两边的压力差而关闭。如上所述，存在活塞19能脱离球12以通过通路19’供应燃油的情况。这样弹簧22不作用于球。
图6和7表示用于球形减压阀12的在泵室10和腔或室10’之间的横向通路10”。该通路10”可以是在球阀12后)的贯通室10’的侧壁的直洞(如图2所示，或者通路10”可以正好在用于球阀12的座的后面，通向室10’。在图6和7中，泵室10和腔或室10’之间的流径包括至少一个凹槽通道10”，该凹槽通道10”沿套筒24前端的外侧纵向延伸，连接泵室10和横向通路10”。由于球阀12松动地位于室10’的侧壁内，流体通路10”进入室10’的位置并不关键。当球12开启时，室10’的侧壁的ID可以调整大小，以引导球12。这样消除了球长期脱离座的可能性。还应当理解的是，溢出连接件19’可以采用其他的形式。
本发明的关键考量是当阀门元件12关闭时，流体隔离弹簧室20和在泵室10内的被泵送的燃油。在图2、4和6所示的实施例中(其中不提供过压溢出路径19’)，不论阀门元件12是否开启，弹簧室20能够保持与泵室10隔离。在图3、5和7所示的实施例中(其中提供过压溢出路径19’)，弹簧室20可以与泵室20流体连接。尽管在套筒24的前面的室10’容易受到室10的泵压，在说明实施例中，在阀门元件12关闭期间，由活塞19的中央部的密封直径D2在套筒24的中央部内紧密滑动，实现弹簧室20的隔离(如图6和7所示)。如果没有实施过压溢出连接19’，则不需要后腔26，并且能够进一步简化套筒24。

Claims (20)

1.单柱塞高压燃油泵(3)，包括低压供给管(2’)，其通向泵室(10)；泵送柱塞(8)，其用于在泵送冲程期间加压泵室内的燃油；出口阀(11)，其用于在泵送冲程期间将加压后的燃油从泵室传输至高压出口管线(14)；以及过压减压阀(12)，其包括连接在高压出口管线上的泄放入口(14’)和连接在泵室上的出口(10”)，其中减压阀包括阀门元件(12)，阀门元件(12)由弹簧偏置(22)以抵靠泄放入口(14’)闭合；当阀门元件(12)关闭时，弹簧位于弹簧室(20)，弹簧室(20)与泵室流体隔离。
2.根据权利要求1所述的泵，其中弹簧室(20)与泵的低压供给管(2’)直接液压连通。
3.根据权利要求1所述的泵，其中活塞(19)具有面对阀门元件(12)的前端和受到所述弹簧(22)加载的后端，从而前端推动阀门元件抵靠座(28)闭合；活塞在缸筒内沿活塞密封直径(D2)紧密地滑动；减压阀元件是一球(12)，球(12)利用密封直径(D1)抵靠座密封。
4.根据权利要求3所述的泵，其中活塞的密封直径D2小于或等于抵靠所述座(28)的球阀的密封直径(D1)。
5.根据权利要求3所述的泵，其中活塞(19)在套筒(24)内滑动，该套筒(24)具有前室(10’)和中央缸筒，其中球形减压阀元件和活塞的前端位于前室(10’)，活塞的中部在中央缸筒内滑动；活塞包括后端，该后端从所述套筒伸入所述弹簧室(20)。
6.根据权利要求5所述的泵，其中套筒(24)包括后室(26)；活塞的后部延伸通过所述后室(26)；所述后室(26)与所述弹簧室(20)液压连通。
7.根据权利要求6所述的泵，其中活塞(19)包括前接口(19a)、后接口(19c)和液压通路(19b)，前接口(19a)位于所述前室(10’)；当阀门元件(12)就位时，后接口(19c)在邻近后腔(26)的驱动距离X处被所述套筒缸筒密封；液压通路(19b)在前后接口之间，由此活塞的向后滑动至少所述驱动距离，将所述后接口暴露给后腔(26)。
8.根据权利要求5所述的泵，其中泄放入口(14’)被在座(28)上的减压阀元件的前侧密封；泵室(10)通过所述座后的通路(10”)连接套筒的前室(10’)。
9.单柱塞高压燃油泵，包括低压供给管(2’)，其通向泵室(10)；泵送柱塞(8)，其用于在泵送冲程期间，加压泵室内的燃油；出口阀(11)，其用于在泵送冲程期间，将加压后的燃油从泵室传输至高压出口管线(14)；过压减压阀(12)，其包括连接在高压出口管线(14)上的泄放入口(14’)和连接在泵室(10)上的出口(10”)，其中减压阀包括阀门元件(12)，阀门元件(12)由弹簧偏置(22)以抵靠减压阀座(28)密封入口(14’)，弹簧通过活塞(19)施加偏压至阀门元件；活塞包括加载阀门元件的一端和被所述弹簧加载的另一端；弹簧(22)在弹簧室(20)内，弹簧室(20)连接至泵的低压供给管(2’)。
10.根据权利要求9所述的燃油泵，其中活塞(19)直接接触并且施加偏压于减压阀元件(12)以抵靠座(28)。
11.根据权利要求9所述的燃油泵，其中所述活塞的一端与泵室(10)液压连通(10’、10”、10”')；所述活塞的另一端在所述弹簧室(20)内。
12.根据权利要求9所述的燃油泵，其中弹簧(22)通过中间弹簧座(23)向活塞(19)施加负荷。
13.根据权利要求9所述的燃油泵，其中
活塞(19)能够在缸筒内滑动；并且在缸筒内的前进位置，活塞加载阀门元件(12)抵靠所述座(28)；
当阀门元件被在泄放入口(14’)的燃油压力之间的压力差开启时，活塞(19)能够通过阀门元件(12)在缸筒内远离所述座(28)移动第一距离，其中在泄放入口(14’)的燃油压力超过弹簧负荷和超过泵室(10)内的燃油压力，从而在泄放入口(14’)的燃油通过所述座(28)被注入泵室(10)；
当阀门元件被在泄放入口(14’)的燃油压力和在室(10)中的燃油压力之间的压力差开启时，活塞能够通过阀门元件(12)在缸筒内从所述座(28)移动大于所述第一距离的第二距离，其中在泄放入口(14’)的燃油压力超过弹簧的负荷，在室(10)中的燃油压力超过在泄放入口的燃油压力；
活塞包括具有入口接口(19a)以及溢出接口(19c)的溢出连接件(19’)，入口接口(19a)与泵室(10)液压连通，当活塞在所述前进位置或移动小于所述第二距离时，溢出接口(19c)被活塞缸筒覆盖；当活塞移动至少所述第二距离时，所述溢出接口(19c)液压连通所述弹簧室(20)；
从而当室(10)内的燃油压力超过在泄放入口(14’)的燃油压力时，在所述泵室中的燃油压力释放至在所述低压供给管(2’)中的低压。
14.根据权利要求13所述的燃油泵，其中活塞在所述缸筒内沿活塞密封直径紧密滑动；减压阀元件是一球，其以一密封直径密封所述减压阀座；活塞的密封直径小于或等于抵靠所述减压阀座的球的密封直径。
15.根据权利要求14所述的燃油泵，其中球在泵室的压力下位于阀室(10’)；活塞(19)一端延伸进入阀室(10’)；活塞和缸筒之间的紧配合保持阀室(10’)和低压室(20)之间的压力差，其中弹簧位于该低压室(20)。
16.根据权利要求15所述的泵，其中弹簧室(20)与泵的低压供给管(2’)直接流体连通(20’)。
17.根据权利要求13所述的燃油泵，其中活塞(19)在套筒(24)内滑动，套筒(24)包括前室(10’)，球形减压阀元件(12)和活塞的前端位于该前室(10’)；套筒包括中央缸筒，活塞的中部在中央缸筒内滑动；活塞包括后端，该后端从套筒伸入弹簧室(20)。
18.根据权利要求17所述的燃油泵，其中套筒(24)包括后室(26)，活塞的后部延伸穿过该后室(26)，后室(26)在所述低供给压力下与弹簧室(20)流体连通。
19.根据权利要求18所述的燃油泵，其中活塞(19)包括前接口(19a)、后接口(19c)和液压通路(19b)，前接口(19a)位于所述前室(10’)内；当阀门元件(12)就位时，后接口(19c)在邻近后腔(26)的驱动距离X处被所述套筒缸筒密封；液压通路(19b)在前后接口之间；由此活塞的向后滑动至少所述驱动距离，将所述后接口暴露给在后腔(26)内的低供给压力。
20.根据权利要求18所述的燃油泵，其中
泄放入口(14’)通向并被位于座(28)的减压阀元件的前侧密封；
在缸筒内的前进位置，活塞加载阀门元件(12)抵靠所述座(28)；
泵室(10)通过所述座(28)后的通路(10”)与套筒(24)的前室(10’)流体连通；
当阀门元件被在泄放入口(14’)的燃油压力之间的压力差开启时，活塞(19)能够由阀门元件(12)在缸筒内远离所述座(28)移动第一距离“X”，其中在泄放入口(14’)的燃油压力超过弹簧负荷和超过泵室(10)内的燃油压力，从而在泄放入口(14’)的燃油通过所述座(28)被注入泵室(10)；
在泵充注冲程期间，当阀门元件被在泄放入口(14’)的燃油压力和在室(10)中的燃油压力之间的压力差开启时，活塞能够由阀门元件(12)在缸筒内从所述座(28)移动大于“X”的第二距离，在泄放入口的燃油压力超过弹簧的负荷，在室(10)中的燃油压力超过在泄放入口(14’)的燃油压力；
在泵送冲程期间，通过作用在活塞(19)上的室(10)中的燃油压力的力，活塞能够在缸筒内从所述座(28)移动大于“X”的第二距离；
活塞包括具有入口接口(19a)和溢出接口(19c)的溢出连接件(19’)，入口接口(19a)与泵室(10)液压连通，当活塞在所述前进位置或者移动小于所述第二距离时，溢出接口(19c)被活塞缸筒覆盖；当活塞移动至少第二距离时，所述溢出接口(19c)液压连通所述弹簧室(20)；
从而当室(10)内的燃油压力超过在泄放入口(14’)的燃油压力时，在所述弹簧室的燃油压力释放至在所述低压供给管(2’)中的低压。
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