CN109312703A - 单活塞燃料泵的部分装填 - Google Patents

Abstract

阀组件和相关联的泵引导磁通路径，使得当线圈通电时小心定时的磁力被直接施加到入口阀构件。结果，实现了入口阀的直接致动。这适用于新的部分装填操作策略，其对入口压力脉动具有显着益处。部分装填策略的好处是降低了入口脉动和噪声，尤其是在最令人反感的车辆空转状况期间。

Description

单活塞燃料泵的部分装填

背景技术

本发明涉及高压燃料泵，尤其涉及用于将低压燃料馈送到高压泵送室的入口阀。

已经实施单活塞和多活塞高压共轨燃料泵以提供现代直喷汽油和柴油发动机所需的高燃料压力。这些发动机安装的泵是容量控制的，以最小化寄生损失，同时保持轨道压力。通过使用磁比例控制阀的入口节流或通过磁致动器对入口阀的间接数字控制来实现容量控制。或者执行要求泵由来自发动机ECU的电信号控制。

因为间接入口阀致动器控制需要用于每个泵活塞的单独的致动器，所以多活塞泵通常使用单个入口节流比例阀，以避免高的部件数量和成本。许多现代单活塞泵使用具有单独的磁控电枢组件的间接入口阀致动器。这些装置通常采用三个单独的部件：入口阀、磁电枢和介入的接合或连接构件。在美国专利No.6526947、7513240、6116870和7819637中可以看到该概念的不同变体。由于这些装置的高复杂性和高精度，它们通常占单活塞泵成本的至少1/3。由于在通电和断电事件期间电枢和阀组件的冲击，这些数字型装置还遭受高往复质量和噪声。

发明内容

本发明的目的是改进用于燃料泵的入口阀致动器的控制并降低其成本和噪音。

在一个实施方式中，入口阀直接受磁控制。阀组件和相关的泵引导磁通路径，使得当线圈通电时小心定时的磁力被直接施加到入口阀构件。结果，实现了入口阀的直接致动。这适用于新的部分装填操作策略，其对入口压力脉动具有显着益处。部分装填策略的好处是降低了入口脉动和噪声，尤其是在最令人反感的车辆空转状况期间。

在标准数字控制阀(具有单独的电枢和阀)中，阀在凸轮的装填斜坡上自动打开，这是因为它与电枢分离。这导致燃料完全充满泵送室。通过直接磁致动入口阀的定时控制，入口阀可以在凸轮上的任何点处闭合，这是因为它直接联接到磁场。

将要根据本发明控制的优选直接磁入口阀系统在2016年3月7日提交的名为“用于燃料泵的直接磁控入口阀”的美国专利中有所描述，其公开内容在此引入作为参考。然而，如果阀直接联接到电枢，则在具有其它类型的致动器的其它实施方式中也可以实现本发明的益处。

具体实施方式

从图1和图2中可以明显看出优选硬件的基本功能方面。在泵装填阶段，当活塞10远离泵送室7往复移动时，低压燃料穿过入口配件1进入泵，经过压力阻尼器2，然后进入泵壳体3和一系列低压通道。然后，它进入用于直接磁控入口阀组件5的入口环形空间4组件，经过直接磁控入口阀22，穿过通道6并进入泵送室7。完成装填阶段后，泵送凸轮轴作用于挺杆12，推动活塞10在活塞套筒11中滑动。当直接磁控入口阀组件5通过电流给线圈组件15通电时，产生磁力，推动入口阀22闭合并在表面20处进行密封，因此使得困在泵送室7中的燃料能够压缩并产生压力。当建立起足够的压力时，出口阀9将打开，从而允许高压排出流从泵送室穿过高压通道8，经过出口阀9并进入高压管线、轨道，并最终对燃料喷射器进行馈料。泵配有安全阀13，以防系统出现故障。

图3和图4提供了优选实施方式的功能方面的更多细节。当直接磁控入口阀组件5在泵的装填阶段期间断电时，阀构件22打开并允许燃料沿入口流体流动路径回路19流动。在装填阶段期间，燃料沿着路径部分19a从入口配件1穿过入口阀5流入阀入口环形空间4，然后沿着路径部分19b穿过通道6流向泵送室。在所公开的实施方式中，阀组件5用作入口止回阀和计量阀。在装填阶段期间，泵送活塞的向下运动用来自入口回路19的低压燃料填充泵送室。在活塞的高压泵送阶段期间，不允许高压燃料穿过通路19'回流到入口配件。在该阶段期间，由于线圈的通电和作用在阀构件22的顶表面上的高压燃料这两者，阀构件22闭合而抵靠密封表面20。为了控制在高压下泵送的量(体积)，线圈的通电被定时以闭合阀构件22，这对应于凸轮/活塞的向上行程上的特定位置。在阀闭合之前，当活塞向上移动时，低压从泵送腔室向后推动经过入口阀22，一直到压力阻尼器2和入口配件1。阻尼器吸收大部分和回流有关的压力峰值。这可以被认为是整个活塞往复循环的“泵送旁路”阶段。因此，整个循环包括装填阶段、泵送旁路阶段和高压泵送阶段。

以已知的方式，电磁线圈组件15类似于螺线管，其中多绕组线圈位于轴向延伸的铁磁圆柱或杆21(下文中称为磁极)周围。磁极的一端从线圈伸出。当电流经过线圈组件15时，产生磁场，该磁场沿磁通线穿过径向气隙23绕磁路流动，从而通过变化的磁气隙16在阀22的表面上产生轴向力。当磁力超过入口阀复位弹簧24的力时，阀22将闭合而抵靠阀密封表面20。磁极21整体地限定密封表面20并且也是磁通路径32的一部分。优选地，入口阀止挡14有助于阀22的定位，以实现精确的行程控制。

第一磁中断件17和第二磁中断件18围绕密封表面20以引导正确的磁流路径并避免磁短路。中断件17和18都应由非磁性材料制成，并且为了获得最佳性能，阀止挡14也应由非磁性材料制成。中断件17和18围绕磁极的突出部分，以防止磁通量从磁极沿径向行进到壳体而使阀构件22短路。因此这些中断件可以确保磁通回路穿过线圈、磁极，穿过密封表面20和气隙16，穿过入口阀构件22，跨过径向气隙23，穿过导电环31和泵壳体3，回到线圈15。在可替代的实施方式中，密封表面20'与磁极21不是统一的；它可以与第二磁中断件18集成在一起。

图5示出了有助于所公开的入口阀组件的有效性能的附加特征。阀构件22的周边包括：多个控制径向气隙23的磁流边缘部分或凸角26，以及多个液压流槽口25，当阀打开时，这些槽口能够促进足够的燃料沿流体流动路径19流动。凸角具有边缘直径(最大OD)，并且槽口具有基部直径(最小OD)。基部直径大于阀密封表面20的ID，因此当泵22在泵送冲程期间闭合时，没有流量可以从泵送室穿过阀22返回到入口环形空间4'。最小OD也应该与密封表面20的直径大致相同，以允许足够的磁力穿过磁气隙16。当阀22在装填冲程期间打开时，燃料从入口环形空间4'流过槽口并流过径向气隙23。设置槽口是因为必须使气隙23最小化以保持足够的磁力，但结果是环形流动面积将太小而不能允许必要的入口流速进入到泵送腔室。

作为独立单元，图3和图4中所示的所公开的燃料入口阀组件5可被视为在整个泵入口流动路径19内提供受控的中间流动路径。磁阀构件22位于中间流动路径内。中间流动路径包括阀组件流入路径19'，其流体地连接到入口路径19a并且从入口环形空间4开始，阀组件流出路径19”从阀构件22的下游开始并且在流动路径19b处终止而进入通道6。磁极21是同轴地位于磁线圈15内的杆或圆柱等，并且包括从线圈15突出的端部27。流入路径的部分19'穿过磁极的突出部中的横向孔28进入到中央孔29，所述中央孔29穿过在突出部的端部整体形成的密封表面20而敞口。入口阀构件22是平板，其构成与线圈15有关的电枢并且具有密封表面30，密封表面30隔着磁气隙16面对密封表面20。当从密封表面20抬起时，阀构件22打开从流入路径19'(密封表面20的上游)到流出路径19”(密封表面的下游)的流体连通。阀构件22包括周边，该周边具有边缘26和槽口25，边缘26提供横向穿过阀构件的磁通路径；当阀构件打开时，槽口25形成阀组件流出流动路径的另一部分。

本改进优选地在先前描述的硬件中实现，完全通过阀处的磁场的数字控制定时来实现。阀直接连接至磁场或物理地附接到电枢，电枢继而又直接联接至磁场。在图2中，示出了发动机控制单元(ECU)，其接收来自凸轮角位置的传感器的输入信号，并且ECU向入口阀致动器输出致动信号，以实现用于部分装填操作策略的定时。ECU还监控发动机RPM和轨道压力。

图6至图8描绘了传统的基线“完全装填”策略和本发明的部分装填策略的两种方法。由此产生的益处在图9和图10中示出。在正常操作模式中，当柱塞将燃料向后推出泵送室(致动器阀打开)但不对其进行加压时，发生泵送旁路循环。蒸汽产生循环和蒸汽塌陷循环是用于描述部分装填操作情况期间泵送室中的情况的术语。

传统的操作方案可以表征为“完全装填、溢出，然后在凸轮鼻部上泵送”。本发明的方案可以表征为“部分装填，然后在凸轮鼻部上泵送”；这是“入口计量”的一种形式。

图7和图8支持单活塞燃料泵的一般概念，该泵包括：泵送柱塞，该泵送柱塞由旋转凸轮在泵送室中往复驱动，所述泵送室借助于入口阀而被间歇性地装填馈送的燃料，所述入口阀直接联接至磁场或者物理地附接到直接联接至磁场的电枢；以及对所述旋转凸轮的角位置作出响应的控制系统，该控制系统用于通过改变所述磁场来控制所述入口阀，以在沿着所述凸轮的鼻部被驱动期间在所述泵送柱塞对部分装填的燃料进行加压之前对所述泵送室进行部分装填。

根据图7的示例性方案，在所述泵送柱塞沿着所述鼻部的下坡被驱动期间，所述泵送室被部分装填并且保持部分装填，直到所述泵送柱塞沿着所述凸轮的所述鼻部的上坡对所述部分装填的燃料进行加压。根据图8的示例性方案，在所述泵送柱塞在接近所述凸轮的所述鼻部的上坡上被驱动期间，所述泵送室被部分装填，并且所述泵送柱塞在所述凸轮的所述鼻部的上坡上对所述部分装填的燃料进行加压。

对于所描绘的三凸角凸轮，每个凸角具有120度循环。对于空转状态，泵部分装填在凸轮旋转(即，阀打开时)小于15度的范围内完成。然而，用于装填的开启阀的角度持续时间取决于数量需求，并且可包括完全装填。类似地，空转时的泵送循环被示出为沿着约15度的角跨度实施。随着需求的增加，这也会增加。对于空转和低需求条件，部分装填和相关联的泵送都仅沿着凸轮的鼻部的小角度跨度发生。出于目前的目的，以上止点为中心，鼻部可以被认为是总凸轮轮廓的大约三分之一。通常，泵送将沿着鼻部的上坡发生至凸轮上止点。

因此应该理解，本发明并不是在所有操作条件下都需要部分装填。相反，部分装填是在至少一些操作条件期间存在的特征，尤其是在空闲时。

Claims (11)

1.一种单活塞燃料泵，该泵包括：

泵送柱塞，该泵送柱塞由旋转凸轮在泵送室中往复驱动，所述泵送室借助于入口阀而被间歇性地装填馈送的燃料，所述入口阀直接联接至磁场或者物理地附接到直接联接至磁场的电枢；以及

对所述旋转凸轮的角位置作出响应的控制系统，该控制系统用于通过改变所述磁场来控制所述入口阀，以在所述泵送柱塞沿着所述凸轮的鼻部被驱动期间在所述泵送柱塞对部分装填的燃料进行加压之前对所述泵送室进行部分装填。

2.根据权利要求1所述的泵，其中，在所述泵送柱塞沿着所述鼻部的下坡被驱动期间，所述泵送室被部分装填并且保持部分装填，直到所述泵送柱塞沿着所述凸轮的所述鼻部的上坡对所述部分装填的燃料进行加压。

3.根据权利要求1所述的泵，其中，在所述泵送柱塞沿着所述凸轮的所述鼻部的上坡被驱动期间，所述泵送室被部分装填，并且所述泵送柱塞在进一步沿着所述凸轮的所述鼻部的上坡被驱动期间对所述部分装填的燃料进行加压。

4.一种燃料泵，该燃料泵包括：

泵壳体；

所述泵壳体上的燃料入口连接件，该入口连接件用于将馈送的燃料输送到所述泵壳体中的入口流动路径中；

所述泵壳体中的泵送室和相关的泵送机构，所述泵送室和相关的泵送机构用于从所述入口流动路径经由入口阀组件接收馈送的燃料，增加燃料压力，并将处于增加的所述压力下的燃料输送到排放流动路径；

所述泵壳体上的出口连接件，该出口连接件通过出口阀与所述排放流动路径流体连通，其中所述入口阀组件包括直接磁联接到电磁线圈的阀构件，由此所述线圈被选择性地通电以产生直接穿过所述入口阀构件的磁通路径，从而向所述阀构件施加磁力以选择性地打开和闭合抵靠所述入口流动路径中的密封表面的所述阀构件；以及

控制系统，该控制系统用于改变所述磁场以在所述泵送柱塞对部分装填的燃料进行加压之前对所述泵送室进行部分装填。

5.根据权利要求4所述的燃料泵，其中，所述阀构件具有与所述密封表面配合的密封面，并且所述磁力被施加在所述密封面处。

6.根据权利要求4所述的燃料泵，其中，所述入口阀组件包括同轴地位于所述线圈内的中央磁极；所述密封表面位于所述中央磁极的一端；并且所述磁力穿过所述密封表面而被施加至所述阀构件。

7.根据权利要求4所述的燃料泵，其中，所述入口阀组件包括中央磁极，所述中央磁极同轴地位于所述线圈内并且包括从所述线圈突出的一端，所述入口流动路径的一部分穿过所述中央磁极的突出部进入中央孔，该中央孔在所述突出部的所述一端敞口；所述密封表面围绕所述中央孔的所述开口整体形成在所述中央磁极中；并且所述入口阀构件是平板，该平板具有周边和面对所述密封表面的密封面，所述周边具有边缘和槽口，所述边缘提供横向穿过所述阀构件的磁通路径，并且当所述阀构件打开时所述槽口形成所述入口流动路径的另一部分。

8.一种在高压燃料供应泵的装填阶段中通过入口流量阀组件控制馈送的燃料的方法，该泵包括：

由凸轮驱动的泵送柱塞，该泵送柱塞能在泵送室中往复运动；

阀组件流入路径和阀组件流出路径；

磁阀构件，该磁阀构件位于流体联接所述阀组件流入路径和所述阀组件流出路径的中间位置；

面对所述磁阀构件的磁极；

能选择性通电的线圈，该线圈用于产生直接磁联接所述磁极和所述磁阀构件的磁通量；

由此，所述阀构件响应于所述线圈的通电状态而打开和闭合所述阀组件流入路径和所述阀组件流出路径之间的流体连通；并且

其中，所述方法包括：控制所述磁通量，以在所述泵送柱塞沿着所述凸轮的鼻部被驱动期间在所述泵送柱塞对部分装填的燃料进行加压之前对所述泵送室进行部分装填。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述泵送柱塞沿着所述鼻部的下坡被驱动期间，所述泵送室被部分装填，并且所述泵送室保持部分装填，直到所述泵送柱塞沿着所述凸轮的所述鼻部的上坡对所述部分装填的燃料进行加压。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述泵送柱塞在沿着接近所述凸轮的所述鼻部的上坡被驱动期间，所述泵送室被部分装填，并且所述泵送柱塞在进一步沿着所述凸轮的所述鼻部的上坡被驱动期间对所述部分装填的燃料进行加压。

11.一种在高压燃料供应泵的装填阶段中通过入口流量阀组件控制馈送的燃料的方法，该泵包括：

由凸轮驱动的泵送柱塞，该泵送柱塞能在泵送室中往复运动；

阀组件流入路径和阀组件流出路径；

阀构件，该阀构件位于流体联接所述阀组件流入路径和所述阀组件流出路径的中间位置；

带有电枢的能选择性通电的线圈，所述电枢直接联接至所述阀构件；

由此，所述阀构件响应于所述线圈的通电状态而打开和闭合所述阀组件流入路径和所述阀组件流出路径之间的流体连通；并且

其中，所述方法包括：控制所述线圈的所述通电状态，以在所述泵送柱塞沿着所述凸轮的鼻部被驱动期间在所述泵送柱塞对部分装填的燃料进行加压之前对所述泵送室进行部分装填。