CN1148139A - 内燃机用油泵 - Google Patents

Abstract

一种泵，它包括一个用于泵送液体的增压腔(3)，该增压腔(3)的至少一部分由一个带有泵送面积(A2)的泵送装置(6)形成；一致动腔(2)与压力流体源连通；该致动腔(2)的至少一部分是由一个带有一致动面积(A1)的致动装置(5)构成的；一连接装置(7)将该致动装置和泵送装置连接，所以，至少在当液体需要由泵进行泵送期间，致动腔中压力的变化影响致动装置的运动，这又转而影响该泵送装置的运动，以便使液体供给该增压腔并从该增压腔输出；其特征在于：该增压腔内的压力大于该致动腔内的压力。

Description

內燃机用燃油泵

本发明涉及泵，尤其是涉及适合用作泵送燃料的泵。

靠燃油和空气的燃烧进行工作的内燃机，这是公知的。在某些发动机中，发动机的供油需求是与由发动机进气管中节流阀的位置所确定的预定空气流相关的。部分这种发动机与其它形式的发动机一起可以是喷油型发动机，其中计量份量的燃油输入发动机燃烧室，为了获得便于燃烧点火的理想空/燃比，该燃油最好夹带于所要求的量的气体中。获得这种空/燃比是很重要的，因为如果该比太高，则燃烧混合气将太稀薄以致不能进行燃烧点火。如果该比太小，则燃烧混合气将是富含燃油的，因此发动机将典型地易于失火。通常，未能准确地控制该空/燃比会导致产生过多的废气排放物。

因此，所希望的是将尽可能准确计量份量的燃油供给内燃机的燃烧室。在用压缩气体将计量份量的燃油供给发动机的系统中，控制气体压力(尤其是燃/气压差)及取得理想喷射特性(燃油雾化和/或燃油分布)的喷射正时也是很重要的。为了该目的，该空气或气体压缩机通常需具有经仔细地选定的特性，以便达到上述要求之目的。

通常，用于常规内燃机中的燃油泵为电动燃油泵，该泵根据驾驶的要求将所需的燃油量供给发动机。这种泵通常位于油箱中并且

其尺寸要满足发动机的最大燃油量之需要，另外要允许一些燃油再循环而返回该油箱。在发动机处于低负荷工况下，将有相当大量的剩余燃油返回油箱，因此，由于该油泵进行不需要的泵油将消耗相当数量的能量。这种情况在燃油喷射式发动机中确是存在的，因为这种发动机通常要求燃油压力相当高，典型的是4至7巴。由于该电动燃油泵即使在发动机处于低负荷工况工作时也要消耗相当高的能量，因此从该泵中通常会有大量的热量输入到燃油中，结果导致燃油产生蒸发。

为了避免由油泵浪费能量，开发了各种试图使油泵的供油与发动机的燃油需要更好地匹配的系统。通常这就要求油泵工作处在控制单元(一般为电子控制单元ECU)的控制之下，其中之油泵可根据发动机对燃油的需求进行有效的开或关。一储油系统通常是用来保持在油泵关闭时将燃油以所要求压力供给发动机。由于在使用期间发动机的燃油需求可能改变，因此反复接通并关闭该油泵将会导致其加速磨损。尽管这种灵巧的油泵确实比先前之系统消耗更小的能量，但它们一般更复杂更昂贵并且通常还使用一根通至油箱的回油管，从而确保在该喷油系统不发生燃油蒸发问题。

此外，电动燃油泵的工作不管是否根据燃油需求或其它进行控制都要求使用电能，这一点在某些使用场合下，如小型发动机之应用场合，诸如低座小摩托车，舷外发动机等，可能是一个缺点。

电动燃油泵的另一个缺点是该泵及相应的动力供应及控制部件是相当贵的。这一点对上述提到的小型发动机之应用场合和/或对节约发动机制造者及最终用户之成本很关键的国家(例如在发展中国家的情况)来说是特别重要的。

在某些使用场合，诸如低座小摩托车，发动机重量及空间保持最小也是重要的。因此电动燃油泵用于这种使用场合是不利的。

因此本发明的目的是提供各种泵，尤其是液体泵，其克服先有技术系统的至少一个缺点。

考虑到这一目的，在一方面，本发明提供了一种内燃机用泵，它包括：一个用于泵送液体之增压腔，该增压腔的至少一部分由一个带有一泵送面积的泵送装置构成；一个与压力流体源连通的致动腔，该致动腔的至少一部分由一个带有一致动面积的致动装置构成，该致动面积与该泵送面积是不同的；一连接装置将致动装置和泵送装置连接起来，因此，至少在液体需要用泵进行泵送期间，致动腔中的压力变化影响到该致动装置之运动，转过来又影响该泵装送置的运动，使得液体供给该增压腔并从该处输出；其中压力流体源是由发动机提供的，并在泵送液体和压力流体之间设有相对恒定的压差。

该泵最好具有压力放大作用，其中增压腔中的压力或增压腔中产生的压力可比致动腔中的压力更大。这就是说作用于所述增压腔中的最大压力大于由所述压力流体源输出的最大压力。为了这一目的，该致动面积最好是大于该泵送面积。考虑到这一点，该泵送装置及致动装置的相对工作面积可计算出来，从而使增压腔中达到理想的最大压力。

最好是，该泵为内燃机的双流体喷射系统泵送燃油。该內燃机最好是一种两冲程曲轴箱扫气的发动机。

该连接装置最好通过一连接腔。该连接腔典型地是与大气相通的，或在该泵用于泵送内燃机中用的燃油的情况下，它被连通到一个可降低与燃油泄漏相关的任何危险的面积上，比如与发动机的主进气道连通或在二冲程曲轴箱扫气发动机之情况下直接与发动机曲轴箱连通。按这一方式，通过该泵装置的任何燃油泄漏都将返回至发动机中，因此回避了任何不希望出现的结果。

该连接装置优选为一个基本上刚性件形式的构件，两端分别作用于致动装置及泵送装置。

该压力流体最好是一种可压缩流体，如一种气体。

由泵泵送的液体可是用于内燃机中的燃油。同时本发明也特别可用于供给内燃机中用的燃油尤其是由一喷油系统供油。可以想到也可便利地泵送其它液体，如发动机润滑油。

在根据曲轴箱扫气原理工作的二冲程发动机中，该致动腔直接连到发动机曲轴箱上。在这种发动机中，为了获得所要求的理想燃油压力，要求对发动机曲轴箱中的压力放大。这一点可由使该泵送装置的面积小于致动装置的面积而取得。

已经认识到采用双流体的燃油喷射系统的发动机将计量份量的燃油随同压缩气体进行喷射具有一些优点，尤其是在将燃油直接喷入两冲程发动机的燃烧室中时更是如此。

在这一系统中，除需要设有一压力油源外，还需要有一压力气源及压力调节器，以控制油和气之间的压差，从而产生准确的燃油计量调节。

因此，在优选实施例中，用于该泵的流体源是一个用来将压力气体供给将计量份量的燃油喷射到发动机中的燃油喷射系统的空气压缩机。按这一方式，在没有调节器并且尽管压缩机特性变化时，仍可达到并保持燃油及压力气体之间的理想的相对恒定的压差。尽管压缩机工作的变化可引起气体压力变化，但这一压差将得到保持。这一点是特别有益的，大家知道在这种油/气喷射系统中，尤其是在那些燃油计量是按“压力-时间”原理(例如与对油/气压差之变化不是很敏感的正排量计量相反)完成的系统中，油/气压差是一重要的控制参数。

最好是该泵送装置或该致动装置两者或之一是膜片型的。

该泵是按发动机工作频率工作。由于发动机所需油量即使在相对高的负荷时也相对来说很少，在发动机每个循环该致动装置及泵送装置只需做相对较小的运动。因此，这就使得膜片之应用是一种理想的低成本选择。该各膜片所需要的相对小的运动导致该各膜片上只有相当小的应力。

由于该各膜片相当便宜，可对流体提供良好的密封，具有低的摩擦损失并具有相当快的动态响应，因此它们的使用是特别有利的。上述最后一种特性在内燃机用油泵的情况下是特别优利的，尤其是在这种情况下更是如此，即当燃油量相当少，并且发动机转速相当高时，该泵只泵送该时刻(即“需求”型泵)发动机所需数量的燃油。此外，就生产而言，与采用活塞及滑动密封的组件不同，不要求有精密公差或特殊的表面光洁度，因此该各膜片之使用也存在优越性。由于实际上该组件不需要进行机加工，因此整个组件的加工成本极低。

在优选实施例中，被泵送的液体在泵的下游是以不连续的计量份量输送的。

按本发明的另外的形式，该泵可用作计量型泵，其中该致动腔经一节流装置与该压力流体源连接。借助于采用一节流装置可控制该致动腔中的压力，因此控制该致动装置的移动或冲程，这就可通过该连接装置控制该泵送装置的移动或冲程。

本发明可适合用作燃油计量泵更进一步的细节参照本申请人的澳大利亚审理中的专利申请可明白地了解。该申请之申请号为NO.PN3915，申请日为1995年5月30日，该申请的内容在此一并参考。

如上所述在多缸曲轴箱扫气两冲程发动机之情况下，较好的是将一缸的曲轴箱与致动腔连接，另一个不同相位的缸的曲轴箱与该连接腔相连。这将导致该致动装置两端存在更大的压差及致动腔与增压腔之间更大的压力放大。这也将导致在再加油冲程中作用于泵中的力更大。其它缸不同相位的度数可在90°至270°之间变化，但在此方面将发现180°是特别具优越性的。

该增压腔可设置进和出油阀。进和出油阀的较好特性可包括使进和出阀加偏压，以致该进油阀根据该增压腔中的压力降到某一水平以下时作出响应而趋向于打开。同样地，该出油阀受偏压在该致动腔的压力超过某一水平时进行开启。合适的偏压装置包括弹簧及类似装置。该进和出油阀可是单向型的。

该致动或泵送装置可按同样的方式由弹簧或类似装置加偏压，以致该增压腔保持在加油或吸油状态。

当发动机用于给汽车/低座小摩托车等提供动力时，根据操作者之要求需要经常改变燃油需求。这种改变可从最大功率工作时的最大供油率改变到当汽车下坡时空挡运行期间的零供油率。在后一种情况时，油泵不必向发动机供给任何一点燃油。

因此，在一优选实施例中，即使当该致动腔受来自压力流体源之压力波动作用时，该泵送装置也不会在不需要泵送液体或然油的时候进行泵送。

在给出的示例中，尽管致动腔受曲轴箱压力波动作用，由于该增压腔的出口不能排出任何燃油，因此不会产生泵送(因此泵也不作功)。因此，由该泵输送或泵送的燃油可更好地与发动机的总燃油需求相匹配。这就获得了理想的低成本模式，该模式导致能量浪费降至最低以至没有的程度。

在本发明的优选实施例中，特别是当用作内燃机燃油泵时，该泵可设置于油箱内，并且将燃油输给发动机的输油管设置于将流体压力源(例如在二冲程发动机之情况下的曲轴箱)与该泵连接起来的管路中。由于该燃油的泵送依赖于在该致动腔处可获得的流体压力源的压力，因此连接流体压力源与泵的管路存在任何裂纹或泄漏都将使泵无法工作，从而阻止该泵泵送燃油。该输油管可以同心地位于压力流体供给管路中，因此为该输油管提供额外的保护。这种结构在船用发动机中是尤为有用的，此时压力输油管(在这种情况下位于油箱和发动机之间)的存在可能引起安全方面担心。这一结构缓解了这一担心，因为如果输油管破裂，则致动该泵的压力气体的供给也将失掉。

尽管本发明特别适合于直喷式发动机，但该泵也可用于化油器型发动机中。

该泵可作为备用元件或配套件销售。由于其中之各膜随使用时间而磨损，因此将这些膜单独销售或将第一膜与第二膜以组件形式销售将是更合适的。

上述泵适合于产生可与由电动燃油计量泵生成的压力相匹敌的压力，但本发明之泵是以更便宜之方式工作的。还应懂得，不象电动泵那样，本发明之泵没有可引起燃油进行不希望的加热及蒸发的电动机。因此，用本发明可以不采用专门的冷却燃油并消除蒸气的装置。

从参照附图所示之优选实施例的说明中将更清楚地了解本发明。其中：

图1是本发明的燃油泵的剖面示意图。

本发明之燃油泵包括：一壳体1，设置于该壳体1内的一增压腔3及一致动腔2。该增压腔3由一第一膜6形式的泵送装置限定而成。该增压腔3还设有进油阀4和出油阀5，并经该进油阀4与进油通道9相连，经该出油阀5与出油通道10相连。燃油通过该增压腔3泵送。

该致动腔2由一第二膜15形式的致动装置限定而成。连接装置7将该第二膜15与第一膜6机械地相连。因此，第二膜15的任何运动将直接传递给该第一膜6。

该致动腔2通过一支承在该壳体1上的连接管接头8与发动机(未示出)的曲轴箱连通。因此，该致动腔2受到该曲轴箱內的波动气压的作用。

在该第一膜片6和第二膜片15之间设有一连接腔14。该连接腔14通过通气孔11与大气相通。因此该第二膜15对着该致动腔2的一侧受到曲轴箱内压力作用，在发动机每个循环期间，该压力在低于大气压和高于大气压之间通常循环变化。然而该第二膜15对着该连接腔14的相反一侧总是受到至少基本上为大气压力的作用。因此，在发动机每个循环期间，该第二膜15将远离或朝该增压腔3移动。由于第一膜6直接连接到该第二膜15上，因此该第一膜6也将直接按该第二膜15的循环移动而循环移动。

因此，当曲轴箱压力低于大气压时，该第二膜将运动远离该增压腔3，该第一膜6将同样运动，这将导致在该增压腔3中产生一真空，从而导致进油阀4打开，所以燃油可流入该增压腔3，同时该出油阀5保持关闭。相应地，当曲轴箱压力高于大气压时，该第二膜15将移向该增压腔3，从而引起该第一膜也在相同的方向运动，最终导致该进油阀4关闭，而出油阀5打开，因此将燃油输送到发动机和/或其喷油系统中。

该第二膜15的致动面积A1比该第一膜6的泵送面积A2大。因此致动腔2内的压力变化被有效地放大，在该增压腔3中形成更高的压力变化。因此，所需要的燃油压力能由该燃油泵供给。

由于本发明燃油泵由第二膜15根据发动机曲轴箱内气体压力的循环波动而作出的运动而致动，因此本发明不需要用电动燃油泵，该第二膜15的运动用于驱动该燃油泵。

也可设想存在别的替代压力气体源。例如，在双流体喷射系统中利用来自空气压缩机的压缩空气，该空气压缩机也能提供燃油泵所用的压力气体源。与该压力气体源无关，本发明能提供在泵送燃油及压力气体源之间相对恒定的压差。

Claims (19)

1.一种内燃机用泵，其包括：一个用于泵送液体的增压腔，该增压腔的至少一部分由一个带有一泵送面积的泵送装置构成；一个与一压力流体源连通的致动腔，该致动腔的至少一部分由一个带有一致动面积的致动装置构成；该致动面积与泵送面积不同；一连接装置将该致动装置和泵送装置连接起来，所以，至少在液体需要由该泵进行泵送期间，该致动腔中压力的变化影响致动装置之运动，这又转而影响泵送装置的运动，以便使液体供给该增压腔并将该液体从该增压腔输出，其中该压力流体源是由发动机提供的，并且在该泵送液体和压力流体之间具有相对恒定的压差。

2.如权利要求1所述泵，其特征在于：致动面积大于泵送面积，因此该泵可产生压力放大，所以该增压腔中的压力或该增压腔中产生的压力大于该致动腔的压力。

3.如权利要求1或2所述泵，其特征在于：该泵用于为一种内燃机的双流体喷射系统泵送燃油。

4.如权利要求1，2或3所述泵，其特征在于：该发动机是两冲程曲轴箱扫气型发动机。

5.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于：它还包括一个连接装置穿过其特征在于：的连接腔。

6.如权利要求5所述泵，其特征在于：该连接腔是与大气连通的。

7.如权利要求5所述泵，其特征在于：该连接腔是与发动机的进气口连通的。

8.如权利要求5所述泵，其特征在于：该发动机是二冲程曲轴箱扫气型发动机并且该连接腔与发动机曲轴箱连通。

9.如权利要求5至8中任一项所述泵，其特征在于：该连接装置是基本上刚性件形式的，将该致动装置和该泵送装置连接起来。

10.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于：该压力流体是一种可压缩流体。

11.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于：该发动机为二冲程曲轴箱扫气型发动机，而压力流体源处于曲轴箱中。

12.如权利要求11所述泵，其特征在于：该发动机包括一组气缸，一个气缸的曲轴箱连接到该致动腔上，另一个不同相的气缸的曲轴箱与该连接腔连接。

13.如权利要求1至10任一项所述泵，其特征在于：压力流体源是一个用于给发动机的喷油系统供给压力气体的空气压缩机。

14.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于：该泵送装置和致动装置的至少一个是一膜形式的。

15.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于：所泵送的液体以不连续的计量份量向该泵的下游输送。

16.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于，它还包括防止在发动机的某些工况下进行泵送的装置。

17.如前述任一权利要求所述泵，其特征在于，它还包括设置于该致动腔和压力流体源之间以控制该致动腔中的压力的节流装置。

18.如前述任一权利要求任一所述泵，当用作内燃机油泵时，其特征在于：该泵位于油箱内，并具有将燃油输送给发动机的输油管，该输油管设置于将压力流体源与泵相连的供给管路中。

19.如权利要求18所述泵，其特征在于：燃油输送管同心地设置于供给管路内。