CN108302036B - 叶片泵以及高压燃油泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供叶片泵和高压燃油泵。叶片泵包括由第一、第二和第三壳体部限定的圆柱形腔室；安装在转轴上的转子，在转子与第二壳体部的圆周内表面之间形成与入口和出口连通的间隙；以及设置在转子上并可径向向外地朝第二壳体部移动的多个叶片。叶片泵还包括使第二壳体部相对于转子移动的致动装置和用于使第二壳体部复位的弹性装置，使得第二壳体部能相对转子被动态地移动以改变第二壳体部相对于转子的偏心距。根据本发明，不需对叶片泵过度设计，不会导致叶片泵尺寸增大以及成本增加。

Description

叶片泵以及高压燃油泵
技术领域
本发明涉及一种叶片泵以及包括这种叶片泵的高压燃油泵。
背景技术
内燃机的燃料进给系统是公知的。采用共轨系统的燃料进给系统通常包括高压燃油泵、共轨系统以及多个燃料喷射阀，其中，高压燃油泵用于将燃料从燃料箱抽吸并加压输送到共轨系统，共轨系统用于储存来自高压燃油泵的高压燃料，每个燃料喷射阀设置在内燃机的多个缸体中的对应一个缸体内，以使储存在共轨系统中的高压燃料进给到各个缸体中。
高压燃油泵通常包括一个叶片泵，用于将燃料从燃料箱抽吸到高压燃油泵的高压柱塞泵中。叶片泵通常包括定子、转子和可动地保持在转子上的多个叶片。转子相对于定子偏心地安装在定子形成的空腔中、并且可在空腔中旋转。在转子转动过程中，叶片在离心力作用下径向地向定子移动，从而在转子、定子和相邻叶片之间形成燃料吸纳空间，从叶片泵入口进入燃料吸纳空间的燃料随着转子旋转且随着燃料吸纳空间减小而排出到出口。
在上述现有的叶片泵中，定子通常通过销钉被固定地安装到叶片泵壳体上，转子相对于定子的偏心距是固定的，因而，叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量理论是与叶片泵的驱动轴的转速成线性正比关系。但是，当车辆对内燃机有低速大扭矩输出要求时，叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量可能不足，特别是面对电动车辆电机恒扭矩输出的挑战时，燃油发动机的这种不足就更加明显，在乘用车领域这将直接影响车辆的起步加速性能，进而影响驾驶乐趣；而当车辆在高速运行时通常需要内燃机输出更小的转矩，此时，叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量可能过量。为了满足从燃料箱抽吸的燃料量达到内燃机输出最大转矩时最大燃料需求量，通常需要将叶片泵进行过度设计，这将会导致叶片泵尺寸增大以及成本增加。而且，抽吸过量的燃料对叶片泵本身的寿命是一种浪费，对驱动叶片泵的能量也是一种浪费，同时导致溢流阀频繁开启，进而也降低溢流阀的寿命。
因此，需要对现有技术中用于高压燃油泵的叶片泵进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是要克服上述现有技术中的缺陷，提供一种用于高压燃油泵的叶片泵，这种叶片泵与相应的共轨系统控制器程序结合能够根据车辆对内燃机输出功率的需求变化适时地调整叶片泵的燃料抽吸能力，以便将适量的燃料从燃料箱抽吸供给到高压燃油泵的高压柱塞泵，从而无需对叶片泵进行过度设计，降低叶片泵的尺寸和成本，同时延长叶片泵的使用寿命和能量消耗。
根据本发明的一个方面，提供一种叶片泵，包括：
形成有入口和出口的第一壳体部；
具有圆柱形内部空间的第二壳体部；
第三壳体部，所述第二壳体部被设置在所述第一壳体部与所述第三壳体部之间，以便由所述第一壳体部、所述第二壳体部和所述第三壳体部限定圆柱形腔室；
安装在穿过所述第三壳体部延伸到所述圆柱形腔室中的转轴上的转子，在所述转子的圆周外表面与所述圆柱形内部空间的圆周内表面之间形成间隙，所述间隙分别与所述入口和所述出口连通；以及
沿着周向相互间隔开地设置在所述转子上并且可径向向外地朝所述第二壳体部移动的多个叶片；
其特征在于，所述叶片泵还包括使所述第二壳体部相对于所述转子移动的致动装置、以及用于使所述第二壳体部复位的弹性装置，使得所述第二壳体部能够相对于所述转子被动态地移动以改变所述第二壳体部相对于所述转子的偏心距。
根据本发明的叶片泵，由于可以通过致动装置移动第二壳体部，使得第二壳体部相对于转子的偏心距可以根据车辆的实时运行状态被实时地动态调整，因而由叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量也能够被动态地调整。这样，不需要对叶片泵进行过度设计，不会导致叶片泵尺寸增大以及成本增加。而且，根据车辆的实时需要的量来动态地调整由叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量，可以避免燃料的浪费，同时延长叶片泵的使用寿命和能量消耗。
附图说明
图1是根据本发明的高压燃油泵的立体图；
图2是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的分解立体图；
图3是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的第一壳体部的立体图；
图4是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的第一壳体部的另一立体图；
图5是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的横截面剖视图，其中，定子处于转子相对于定子的偏心距最大的位置；以及
图6是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的横截面剖视图，其中，定子处于转子相对于定子的偏心距最小的位置。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，其中图1是根据本发明的高压燃油泵的立体图。如图1所示，高压燃油泵1大体包括组装在一起的高压柱塞泵3、叶片泵5、燃料计量单元7和溢流阀9。叶片泵5从燃料箱(未示出)抽吸燃料并将燃料输送到燃料计量单元7，燃料计量单元7调节将被供给到高压柱塞泵3的燃料量，供给到高压柱塞泵3的燃料被加压喷出从而流到共轨系统，随后燃料从共轨系统被输送到各个燃料喷射阀。在被供给到高压柱塞泵3的燃料压力超过预定压力的情况下，溢流阀9可以动作以便从高压柱塞泵3排出部分燃料并且返回燃料箱。由于高压燃油泵1的其它各个组成部分大体是公知的，因而省略对它们的详细描述，以下结合图2-6将详细描述据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵5。
图2是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的分解立体图。如图2所示，叶片泵5包括第一壳体部11、第二壳体部13(也称作定子)和第三壳体部15。第二壳体部13具有圆柱形内部空间17，从而当第一壳体部11和第三壳体部15与第二壳体部13组装在一起时形成一个圆柱形腔室19。叶片泵5还包括偏心地设置在由第一壳体部11、第二壳体部13和第三壳体部15限定的圆柱形腔室19内的转子21。在转子21中径向地形成有多个槽23，在将相应叶片25装入到每个槽23中之前在每个槽23中先设置一个弹簧27，弹簧27总是趋于将叶片25沿着径向推离转子21，使叶片25总是可靠地抵靠圆柱形腔室19的周向内壁19a。叶片25相对于每个槽23可移动并且贴切地配合。在每个槽23的底端可以形成有沉孔29，用于容纳并固定弹簧27的一个端部。而且，在每个叶片25朝向转子21的端部也可以形成有沉孔31，用于容纳并固定弹簧27的另一个端部。
图3是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的第一壳体部的立体图，图4是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的第一壳体部的另一立体图。如图2、图3和4所示，第一壳体部11包括与用于与第二壳体部13紧密接触的基板11a。第一壳体部11的基板11a朝向外部的外侧上形成有可以通过管线与燃料箱(未示出)连通的入口33，第一壳体部11的基板11a朝向圆柱形腔室19的内侧与入口33对应的位置上形成有第一弧形通道35，入口33和第一弧形通道35通过形成在第一壳体部11的基板11a上的第一轴向通道37相互连通。第一壳体部11的基板11a朝向外部的外侧上还形成有可以通过管线与燃料计量单元连通的出口39，第一壳体部11的基板11a朝向圆柱形腔室19的内侧与出口39对应的位置上还形成有第二弧形通道41，出口39和第二弧形通道41通过形成在第一壳体部11的基板11a上的第二轴向通道43相互连通。第一弧形通道35与第二弧形通道41优选地在第一壳体部11的基板11a上大体处于径向相对的位置。
根据本发明的叶片泵5还包括用于在第一壳体部11与第三壳体部15之间大体沿着与转子21的旋转轴线垂直的方向驱动第二壳体部13以改变转子21相对于第二壳体部13的偏心距的致动装置45，以及用于使第二壳体部13复位的弹性装置47。致动装置45与控制装置(未示出，例如与车辆的电子控制单元(ECU))电连通。控制装置根据车辆运行情况来控制致动装置45所产生的推力。例如，当车辆在低速运行时，控制装置控制致动装置45产生较小推力，使得第二壳体部13在弹性装置47的作用相对于转子21发生较大位移，因而第二壳体部13相对于转子21的偏心距保持较大，这样，叶片泵5能够从燃料箱抽吸更多量的燃料，从而使得内燃机能够输出更大的转矩。相反，当车辆在高速运行时，控制装置控制致动装置45产生较大推力，使得第二壳体部13克服弹性装置47的作用相对于转子21发生较小位移，因而第二壳体部13相对于转子21的偏心距保持较小，这样，叶片泵5从燃料箱抽吸较少或最少量的燃料，使得内燃机能够输出较小或最小的转矩。
根据本发明的优选实施例，致动装置45是包括作用在第二壳体部13上的压电元件49的压电致动器，控制装置可以根据车辆运行情况来控制施加给压电元件49的电流来改变压电元件49的形变，从而改变压电元件49所产生的推力。当然，应理解的是，致动装置45也可以是液压致动器、气动致动器或者其它任何合适的致动器。弹性装置47包括作用在第二壳体部13上的弹簧51，弹簧51总是趋于使第二壳体部13移动到相对于转子21保持最大偏心距(如图5所示)的位置。弹簧51优选地是盘簧，当然也可以采用除盘簧之外的诸如螺旋弹簧或片簧等的其它形式弹簧。为了使得弹性装置47对第二壳体部13施加均匀的作用力，在所示优选实施例中，弹性装置47包括两个盘簧，但一个或更多个弹簧也是可行的。
根据本发明的优选实施例，第一壳体部11包括从基板11a的内侧突起地延伸并且用于支撑致动装置45的第一支撑板53。第一支撑板53的内侧上形成有凹槽53a，诸如压电元件49的致动装置45的至少一部分可以容纳在凹槽53a中。第一壳体部11还包括从基板11a的内侧突起地延伸并且用于支撑弹性装置47的第二支撑板55。第二支撑板55的内侧上也可以形成有凹槽55a，诸如弹簧51的弹性装置47的至少一部分可以容纳在凹槽55a中。第一支撑板53与第二支撑板55之间的距离略微大于第二壳体部13在第一支撑板53与第二支撑板55之间的尺寸，使得当叶片泵5组装之后第二壳体部13的一个外侧面紧紧抵靠致动装置45，相反的另一外侧面紧紧抵靠弹性装置47，并且在致动装置45对第二壳体部13施加推力时允许第二壳体部13相对于转子21移动，以改变第二壳体部13相对于转子21的偏心距。
为了使第二壳体部13相对于转子21沿着预定方向移动到预定位置以确保对从燃料箱抽吸的燃料进行精确地调控，第一壳体部11还包括从基板11a的内侧突起地延伸并且相对地设置的两个引导板57。两个引导板57优选地在径向上分别位于第一弧形通道35和第二弧形通道41的外侧。两个引导板57之间的距离选择成使得当叶片泵5组装之后第二壳体部13与致动装置45和弹性装置47不抵靠的两个外侧面分别紧紧地贴在两个引导板57的引导表面57a上。当第二壳体部13沿着与转子21的旋转轴线垂直的方向截取的横截面具有正方形或长方形形状的情况下，第一支撑板53与第二支撑板55相互平行地设置在第一壳体部11上，而两个引导板57也相互平行并且大体与第一支撑板53和第二支撑板55垂直地设置在第一壳体部11上。
以下将结合附图5和6详细描述根据本发明的叶片泵5的运行。图5是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的横截面剖视图，其中，定子处于转子相对于定子的偏心距最大的位置；以及图6是据本发明的用于高压燃油泵的叶片泵的横截面剖视图，其中，定子处于转子相对于定子的偏心距最小的位置。在装配状态下，转轴59(例如，从内燃机接收驱动转矩的高压燃油泵1的凸轮轴)穿过第三壳体部15上的中心孔15a延伸到第一壳体部11、第二壳体部13和第三壳体部15限定的圆柱形腔室19中，使得转子21可以被安装到转轴59上以便转子21随着转轴59在圆柱形腔室19中转动。第一壳体部11通过穿过其上的孔11b的螺钉71被紧固到高压柱塞泵3的壳体上，使得第二壳体部13和第三壳体部15都被夹在第一壳体部11与高压柱塞泵3的壳体之间。为了防止燃料泄露，可以根据需要在第一壳体部11与第二壳体部13以及第二壳体部13与第三壳体部15之间设置密封垫。在装配状态下，第二壳体部13的第一外侧面13a抵靠致动装置45，第二壳体部13的与第一外侧面13a相反的第二外侧面13b抵靠弹性装置47，第二壳体部13的与第一外侧面13a和第二外侧面13b大体垂直的第三外侧面13c和第四外侧面13d分别紧紧地贴在两个引导板57的引导表面57a上。在装配状态下，在转子21的圆周外表面21a与第二壳体部13的圆柱形内部空间17的圆周内表面17a之间形成间隙73，间隙73一方面通过第一弧形通道35和第一轴向通道37与入口33连通，另一方面通过第二弧形通道41和第二轴向通道43与出口39连通。在内燃机正常运行时，间隙73通常呈月牙形空间。
在转子21随着转轴59一起旋转时，燃料从燃料箱经叶片泵入口33、第一轴向通道37和第一弧形通道35被抽吸到转子21和第二壳体部13之间的月牙形空间。如图5所示，刚进入月牙形空间内的两个相邻叶片25之间的空间逐渐增大。随着转子的进一步旋转，两个相邻叶片25之间的空间达到最大，抽吸到其中的燃料量也最多。随后，随着转子的再进一步旋转，两个相邻叶片25之间的空间逐渐减小，在其中的燃料受到挤压而经过第二弧形通道41和第二轴向通道43从叶片泵出口39排出。从叶片泵出口39排出的燃料通过外接管线(未示出)流到与高压柱塞泵3相关的入口，然后经过燃料计量单元7以公知方式被输送到高压柱塞泵3，经过高压柱塞泵3的进一步加压从燃料喷射通道喷出而被输送到共轨系统。根据需要，叶片泵5可以选择性地设置排气阀75，排气阀75可手动地操作，以排出叶片泵75中的气体。叶片泵5可以选择性地设置旁通阀77，排气阀77可手动地操作，以排出叶片泵5中的燃料。
在例如车辆低速运行而内燃机需要最大燃料供给量时，在致动装置45是包括压电元件49的压电致动器的情况下，控制装置控制施加给压电元件49的电流达到最小值例如电流为零，压电元件49所产生的推力为最小例如为零，即，压电元件49不起作用，使得第二壳体部13在弹性装置47的作用相对于转子21移动到具有最大偏心距的位置(如图5所示)，即，转子21在局部紧贴第二壳体部13的圆柱形内部空间17的圆周内表面17a使得由入口33进入月牙形间隙73的燃料几乎不会在间隙73内被再次反复循环。此时，由入口33进入的燃料全部从出口39排出而供给到高压柱塞泵3。这样，叶片泵5从燃料箱抽吸而供给到高压柱塞泵3的燃料量最大。
在例如车辆高速运行而内燃机需要最小燃料供给量时，在致动装置45是由压电元件49构成的压电致动器的情况下，控制装置控制施加给压电元件49的电流达到最大值，压电元件49所产生的推力为最大，使得第二壳体部13克服弹性装置47的作用相对于转子21移动到具有最小偏心距的位置(如图6所示)，即，第二壳体部13与转子21大体同心的位置。此时，在转子21的圆周外表面21a与第二壳体部13的圆柱形内部空间17的圆周内表面17a之间的间隙73呈大体环形空间，由入口33进入的燃料几乎全部在该大体环形空间内循环而没有燃料从出口39排出。这样，叶片泵5从燃料箱抽吸而供给到高压柱塞泵3的燃料量最小，几乎为零。
在车辆运行过程中，控制装置可以根据车辆的运行情况在零与最大值之间动态地控制施加给压电元件49的电流，使得第二壳体部13相对于转子21在具有最大偏心距的位置与具有最小偏心距的位置之间移动到合适的位置，从而将内燃机所需合适的燃料量供给到高压柱塞泵，进而由高压柱塞泵加压喷出从而流到共轨系统，随后燃料从共轨系统被输送到各个燃料喷射阀。
在图5和6所示优选实施例中，弹簧51总是趋于使第二壳体部13移动到相对于转子21保持最大偏心距的位置，通过增大施加给压电元件49的电流使第二壳体部13移动来改变第二壳体部13相对于转子21的偏心距。但应理解的是，也可以设置成施加给压电元件49的电流使第二壳体部13移动到相对于转子21保持最大偏心距的位置，通过减小施加给压电元件49的电流使第二壳体部13在弹簧51的作用下移动来改变第二壳体部13相对于转子21的偏心距。
根据本发明的叶片泵，由于可以通过致动装置移动第二壳体部，使得第二壳体部相对于转子的偏心距可以根据车辆的实时运行状态被实时地动态调整，因而由叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量也能够被动态地调整。这样，不需要对叶片泵进行过度设计，不会导致叶片泵尺寸增大以及成本增加。而且，根据车辆的实时需要的量来动态地调整由叶片泵从燃料箱抽吸的燃料量，可以避免燃料的浪费，同时由于避免了抽吸过量的燃料，可以延长叶片泵的使用寿命和用于驱动叶片泵的能量消耗。
尽管已经结合本发明优选实施例对本发明进行了详细描述，但应当理解的是，这种详细描述仅是用于解释本发明而不构成对本发明的限制。本发明的范围由权利要求限定的技术方案来确定。

Claims (7)

1.一种叶片泵(5)，所述叶片泵(5)包括：
形成有入口(33)和出口(39)的第一壳体部(11)；
具有圆柱形内部空间(17)的第二壳体部(13)；
第三壳体部(15)，所述第二壳体部(13)被设置在所述第一壳体部(11)与所述第三壳体部(15)之间，以便由所述第一壳体部(11)、所述第二壳体部(13)和所述第三壳体部(15)限定圆柱形腔室(19)；
安装在穿过所述第三壳体部(15)延伸到所述圆柱形腔室(19)中的转轴(59)上的转子(21)，在所述转子(21)的圆周外表面(21a)与所述圆柱形内部空间(17)的圆周内表面(17a)之间形成间隙(73)，所述间隙(73)分别与所述入口(33)和所述出口(39)连通；以及
沿着周向相互间隔开地设置在所述转子(21)上并且可径向向外地朝所述第二壳体部(13)移动的多个叶片(25)；
所述叶片泵(5)用于高压燃油泵(1)，所述转轴是从内燃机接收驱动转矩的所述高压燃油泵(1)的凸轮轴(59)；
其特征在于，所述叶片泵(5)还包括使所述第二壳体部(13)相对于所述转子(21)移动的致动装置(45)、以及用于使所述第二壳体部(13)复位的弹性装置(47)，使得所述第二壳体部(13)能够相对于所述转子(21)被动态地移动以改变所述第二壳体部(13)相对于所述转子(21)的偏心距；
所述致动装置(45)是包括作用在所述第二壳体部(13)上的压电元件(49)的压电致动器；以及
控制装置根据所述内燃机的驱动转矩的变化实时地控制施加到所述压电元件(49)的电流，以便动态地调整所述第二壳体部(13)相对于所述转子(21)的偏心距。
2.如权利要求1所述的叶片泵(5)，其特征在于，所述第二壳体部(13)相对于所述转子(21)在具有最大偏心距的位置与具有最小偏心距的位置之间动态地移动，在所述最大偏心距的位置，所述转子(21)在局部紧贴所述第二壳体部(13)的所述圆柱形内部空间(17)的圆周内表面(17a)并且所述间隙(73)形成为月牙形空间，在所述最小偏心距的位置，所述转子(21)与所述第二壳体部(13)同心地设置并且所述间隙(73)形成为环形空间。
3.如权利要求2所述的叶片泵(5)，其特征在于，所述致动装置(45)在所述最大偏心距的位置不起作用，所述弹性装置(47)将所述第二壳体部(13)保持在所述最大偏心距的位置。
4.如权利要求1所述的叶片泵(5)，其特征在于，所述弹性装置(47)包括作用在所述第二壳体部(13)上的弹簧(51)。
5.如权利要求4所述的叶片泵(5)，其特征在于，所述第一壳体部(11)包括从所述第一壳体部的基板(11a)的内侧突起地延伸的第一支撑板(53)，所述第一支撑板(53)的内侧上形成有至少部分地容纳所述压电元件(49)的凹槽(53a)，所述第一壳体部(11)还包括从所述基板(11a)的内侧突起地延伸的第二支撑板(55)，所述第二支撑板(55)的内侧上形成有至少部分地容纳所述弹簧(51)的凹槽(55a)，使得所述第二壳体部(13)的第一外侧面(13a)抵靠所述压电元件(49)，所述第二壳体部(13)的与所述第一外侧面(13a)相反的第二外侧面(13b)抵靠所述弹簧(51)。
6.如权利要求5所述的叶片泵(5)，其特征在于，所述第一壳体部(11)还包括从所述基板(11a)的内侧突起地延伸并且相对地设置的两个引导板(57)，所述第二壳体部(13)的另外两个外侧面分别紧贴所述两个引导板(57)的引导表面(57a)。
7.一种高压燃油泵，其特征在于，所述高压燃油泵包括如权利要求1-6任一所述的叶片泵(5)。
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