CN116261626A - 燃料泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料输送系统的泵(110)。泵(110)包括主壳体(112)和柱塞壳体(114)，所述柱塞壳体被布置成联接到主壳体(112)，以便在它们之间限定压缩室(116)。主壳体(112)和柱塞壳体(114)包括相应对置的第一(113)和第二面(118)，它们被布置成在其间形成密封。主壳体(112)包括突出部分(117)，所述突出部分从主壳体(112)的第一面(113)通过柱塞壳体(114)的第二面(118)中的开口突出到柱塞孔(140)中。

Description

燃料泵
技术领域
本发明涉及一种用于燃料输送系统的泵。本发明的多个方面涉及泵和用于包括泵的机动车辆的燃料输送系统。
背景技术
在燃烧发动机系统中，燃料泵用于在燃料被喷射到发动机的气缸中之前加压燃料。现代压燃式发动机系统使用高压燃料泵来供给共轨燃料体积，该共轨燃料体积用作储存加压燃料并供给各个燃料喷射器的储存器。在压燃式内燃机中，燃料被加压至非常高的水平，通常超过2000巴。这种高压难以管理，并且发动机设计者必须小心地注意控制发动机内的燃料泄漏，以防止系统低效率以及对部件的损坏。
针对该背景，已经设计了本发明。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种用于燃料输送系统的泵，该泵包括：
主壳体和柱塞壳体，所述柱塞壳体被布置成联接到所述主壳体以便在它们之间限定压缩室，
所述主壳体和所述柱塞壳体包括相应对置的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被布置成在它们之间形成密封；
其中主壳体包括突出部分，该突出部分从主壳体的所述第一面通过所述柱塞壳体的所述第二面中的开口突出到柱塞孔中。
因此，本发明的实施例有利地提供一种泵，其中主壳体的突出部分突出到柱塞壳体的柱塞孔中，这必然限制柱塞在柱塞孔内的最顶部位置。因此，柱塞在柱塞孔内的最顶部位置必须与主壳体和柱塞壳体相对于彼此密封的点更远地间隔开。这是有益的，因为这可以降低以下可能性：由于在主壳体和柱塞壳体被密封在一起时引起的柱塞孔的变形，柱塞可能在柱塞孔内被卡住或咬住。同时，突出部分可以有利地具有这样的尺寸和形状：使得其占据压缩室内的死体积，以便保持泵的容积效率。
主壳体可以包括用于控制进入压缩室的燃料流的入口阀，该入口阀包括阀构件，该阀构件被布置为在由主壳体限定的阀孔内往复运动。阀孔可以至少部分地形成在突出部分中。突出部分可以包括设置在其远端处的阀座，阀构件包括阀头，该阀头布置成当入口阀处于关闭状态时抵靠阀座而关闭。
泵可以包括柱塞，该柱塞被布置为在柱塞孔内往复运动。柱塞可以具有基本上圆柱形的形式并且包括紧密间隙环形部分，该紧密间隙环形部分靠近柱塞的邻近柱塞壳体的第二面的端部设置，其中在使用中紧密间隙环形部分用于限制和/或基本上防止燃料泄漏出压缩室之外。在一个实施例中，柱塞的邻近柱塞壳体的第二面的端部包括位于其中的凹部。柱塞的紧密间隙环形部分可以设置在柱塞的所述端部和凹部的基部之间。
突出部分可以是基本上圆柱形的凸台。阀孔可以与基本上圆柱形的凸台同轴。
在实施例中，阀头远离阀座突出到压缩室中。
在一个实施例中，突出部分的表面和柱塞孔的相邻壁在它们之间限定了用于来自压缩室的加压燃料的出口路径。
在使用中，在柱塞的泵送行程期间，阀头的至少一部分可以被接收在柱塞的凹部内。
第一面和/或第二面可以包括环绕突出部分的环形密封件。对置的第一面和第二面可以各自基本上垂直于柱塞孔的主轴延伸。
环形密封件可以设置在主壳体上并且具有朝向与柱塞壳体接触而渐缩的横截面。例如，环形密封件可以在其末端处限定与柱塞壳体接触的相对窄的环形接触表面。
主壳体和柱塞壳体可以通过螺纹紧固装置彼此联接。
根据本发明的另一方面，提供了一种燃料输送系统，其包括根据前述段落中任一段落所述的泵。
应当理解，本发明的每个方面的优选和/或任选特征可以单独或以适当的组合并入本发明的其它方面。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是用于理解本发明的泵的示例的剖视图；
图2是图1所示的泵的压缩室的放大剖视图；
图3是根据本发明的实施例的泵的剖视图；以及
图4是图3所示的泵的压缩室的放大剖视图。
在以下描述中，诸如“上”、“下”、“上方”和“下方”的方向性或相对参考涉及如附图中所示的特征的取向，但是这样的引用不被认为是限制性的。本领域技术人员将理解，在实践中根据本发明的实施例的泵可以与附图中所示的方式不同地定向。
具体实施方式
参考图1和图2，用于燃料输送系统的泵10的示例大致包括主壳体12和柱塞壳体14。柱塞壳体14例如通过螺纹紧固装置联接到主壳体12，以便在它们之间限定压缩室16。
主壳体12包括入口阀20和出口阀30。入口阀20控制进入压缩室16的燃料流。出口阀30允许加压燃料从压缩室16输送到燃料输送系统的下游部件，例如共轨蓄能器(未示出)。
更详细地，入口阀20包括阀构件22，阀构件22被布置为在由主壳体12限定的阀孔24内往复运动。阀构件22包括阀杆25和阀头26。阀头26突出到压缩室16中。阀头26的直径的大小设置成大于阀孔24在其通向压缩室16的下端处的直径。利用这种构造，阀孔24的下开口限定阀座28。当入口阀20处于关闭状态时，阀头26抵靠阀座28关闭，以防止燃料流过阀座28。入口阀22的移动通过致动器27(例如，螺线管致动器)和阀弹簧29来实现。阀弹簧29被布置成朝向打开位置推动阀头26远离阀座28。当压缩室16中的压力在泵10的泵送行程期间上升时，这产生作用于阀弹簧29的力。然后可以通过使螺线管致动器27通电以在阀杆25上施加足以克服阀弹簧29的力的附加关闭力来实现入口阀20的关闭，使得阀头26抵靠阀座28关闭。
柱塞壳体14包括轴向柱塞孔40，柱塞42布置为在该轴向柱塞孔40内往复运动。柱塞42的形状基本上为圆柱形。在使用中，柱塞42的下端43布置成与发动机驱动的凸轮(未示出)接触。柱塞复位弹簧45围绕柱塞壳体14设置。复位弹簧45在其一端处邻接柱塞壳体14的肩部并且在其相对端处邻接被固定到柱塞42的下端43的盖46。
柱塞42的上端44包括紧密间隙环形部分47，该紧密间隙环形部分47具有相对于柱塞42的、在柱塞42的轴向方向上设置为紧接在紧密间隙环形部分47的上方和下方的部分更大的直径。紧密间隙环形部分47的尺寸设计成相对于柱塞孔40的相邻壁形成紧密间隙配合。柱塞42的上端44还包括形成在其端面中的凹部或碗48。碗48的基部49在紧密间隙环形部分47的下方延伸。
在使用中，柱塞42在泵10的泵送行程期间被向上驱动，以便减小压缩室16的体积，并且因此对设置在其中的燃料加压。当压缩室16中的燃料压力达到阈值时，其足以使出口阀30打开，使得可将加压燃料输送到共轨蓄能器。
为了在泵送行程期间实现压缩室16中的期望压力，压缩室16必须基本上被密封，以便防止或基本上消除燃料从压缩室16的溢出，除了经由出口阀30。为了促进这一点，在主壳体12的下表面13上设置环形密封件15。环形密封件15环绕入口阀20的阀头26和与出口阀30流体连通的出口端口32。环形密封件15具有渐缩的横截面，以便在其末端处限定相对窄的环形接触表面。因此，当柱塞壳体14附接到主壳体12时，柱塞壳体14的上表面18邻接环形密封件15。环形密封件15的锥形形状用于将主壳体12和柱塞壳体14的相应对置面之间的接触力集中在小表面积上以在它们之间形成牢固密封。
在柱塞42的泵送行程期间压缩室16的密封还通过柱塞42的上端44的扩张来实现。在柱塞42的泵送行程期间，压缩室16中的燃料压力随着压缩室16的体积减小而增加。如前所述，柱塞42的紧密间隙环形部分47与柱塞孔40的相邻壁进行紧密间隙配合。紧密间隙环形部分47下方的柱塞孔40中的压力通过低压泄漏返回路径被保持在基本大气压力下。因此，在紧密间隙环形部分47下方的区域中，在碗48的壁上存在大压差。该压差导致碗48径向扩张，这继而使紧密间隙环形部分47移动以更靠近柱塞孔40的相邻壁。因此，尽管少量的燃料可能经过紧密间隙环形部分47而逸出到下方的柱塞孔40，但是柱塞42的扩张减少了燃料从压缩室16的任何这种泄漏。
参考图1和图2描述的布置的潜在缺点是，当柱塞壳体14例如通过螺纹紧固装置附接到主壳体12时，可能的是，施加到柱塞壳体14的在环形密封件15附近的上表面18的力引起柱塞孔40的变形。因此，这可能导致柱塞42在泵的操作期间在柱塞孔40中被卡住或咬住。特别地，在正常操作期间，由于压缩室16中的高压，柱塞孔40的上端通常在泵送行程期间扩张。然而，随着压缩室16中的压力在泵送行程之后衰减，柱塞42的碗48和柱塞孔40的相邻壁都将返回到它们的静态尺寸。当这种情况发生时，柱塞孔40的上端的变形可导致柱塞的紧密间隙环形部分47在柱塞孔内被卡住或咬住，防止或阻碍柱塞42在其返回行程上的移动。
上述布置的另一个缺点是，为了保持泵10的容积效率，需要将阀头26的尺寸设计为，当柱塞42处于泵送行程的顶部时阀头占据柱塞42的碗48内的空间的大部分。这是因为柱塞42的紧密间隙环形部分47必须设置在比碗48的基部49更高的柱塞42的主体上，以便能够扩张碗48。然而，增加碗48的深度必然增加压缩室16的体积，这降低了体积效率。因此，为了补偿，阀头26的容积相应地增大，以便占据压缩腔16内的足够容积，从而保持容积效率。然而，增加阀头26的尺寸是不期望的，因为它增加了阀构件22的惯性，并且阀构件22的更大质量可能导致阀座28的增加的磨损以及阀构件22的破裂或故障的增加的可能性。
参考附图3和图4，现在将描述根据本发明的泵110的实施例。泵110通常包括主壳体112和柱塞壳体114。柱塞壳体114例如通过螺纹紧固装置联接到主壳体112，以便在其间限定压缩室116。
主壳体112包括入口阀120和出口阀130。入口阀120控制进入压缩室116的燃料流。出口阀130允许加压燃料从压缩室116输送到燃料输送系统的下游部件，例如共轨蓄能器(未示出)。
更详细地，入口阀120包括阀构件122，阀构件122被布置为在由主壳体112限定的阀孔124内往复运动。主壳体112在其下表面113上包括大致圆柱形的突出部分或凸台117。阀孔124延伸穿过突出部分127并且与其同轴。
阀构件122包括阀杆125和阀头126。阀头126突出到压缩室116中。阀头126的直径的尺寸设置成大于阀孔124在其通向压缩室116的突出部分117的下端或远端处的直径。利用这种构造，突出部分117中的阀孔124的下开口限定阀座128。当入口阀122处于关闭状态时，阀头126抵靠阀座128关闭，以防止燃料流过阀座128。入口阀122的移动通过致动器127(例如，螺线管致动器)和阀弹簧129来实现。阀弹簧129被布置成朝向打开位置推动阀头126远离阀座128。当压缩室116中的压力在泵110的泵送行程期间上升时，这产生作用于阀弹簧129的力。然后可以通过使螺线管致动器127通电以在阀杆125上施加足以克服阀弹簧129的力的附加关闭力来实现入口阀120的关闭，使得阀头126抵靠阀座128关闭。
柱塞壳体114包括轴向柱塞孔140，柱塞142布置在该轴向柱塞孔140内用于在其中往复运动。柱塞142的形状基本上为圆柱形。在使用中，柱塞142的下端143布置成与发动机驱动的凸轮(未示出)接触。柱塞复位弹簧145围绕柱塞壳体114设置。复位弹簧145在其一端处邻接柱塞壳体114的肩部并且在其相对端处邻接被固定到柱塞142的下端143的盖146。
柱塞142的上端144包括紧密间隙环形部分147，该紧密间隙环形部分具有相对于柱塞142的、在柱塞142的轴向方向上设置为紧接在紧密间隙环形部分147下方的部分更大的直径。紧密间隙环形部分147的尺寸设计成相对于柱塞孔140的相邻壁进行紧密间隙配合。柱塞142的上端144还包括形成在其端面中的凹部或碗148。碗148的基部149在紧密间隙环形部分47下方延伸。换句话说，紧密间隙环形部分147在柱塞142的轴向方向上设置在柱塞142的上端144和碗148的基部149之间。
环形密封件115设置在主壳体112的下表面113上。环形密封件115环绕主壳体112的突出部分117和与出口阀130流体连通的出口端口132。环形密封件115具有朝向其与柱塞壳体114的接触部的渐缩横截面。因为横截面以这种方式渐缩，所以它在其末端处限定相对窄的环形接触表面。因此，当柱塞壳体114附接到主壳体112时，柱塞壳体114的上表面118邻接环形密封件115，并且环形密封件115的锥形截面用于将主壳体112和柱塞壳体114的相应对置面之间的接触力集中在小表面积上，从而在它们之间形成牢固密封。
当柱塞壳体114联接到主壳体112时，主壳体112的突出部分117和入口阀120的阀头126被接收在柱塞孔140的上端内。因此，突出部分117占据压缩室116的容积的一部分。突出部分117的直径的尺寸被设置成与柱塞孔140的相邻壁形成间隙配合，以便在泵110的泵送行程期间提供用于从压缩室116流出到出口端口132的加压燃料的流动路径。
通过这种布置，应当理解，当柱塞142处于泵送行程的顶部时，当与上面参照图1和图2描述的布置相比时，柱塞142的扩大的环形部分147相对于柱塞壳体114的上表面118在柱塞孔中设置为更低。这是因为柱塞孔140的最上部分被主壳体112的突出部分117占据。因此，在当前描述的实施例中，由于柱塞壳体114在柱塞孔140的上端附近的变形而导致柱塞142将在柱塞孔140中被卡住或被咬住的可能性减小。这是因为，当柱塞壳体114附接到主壳体112并且柱塞壳体114的上表面118抵靠主壳体112的环形密封件115压缩时，所引起的柱塞孔140的上端的任何变形都发生在邻近主壳体112的突出部分117的区域中，而不发生在柱塞的紧密间隙环形部分147的区域中(当柱塞处于或接近泵送行程的顶部时)。
当前描述的实施例的另一个优点是，与参照图1和图2描述的布置相比，阀头126的尺寸减小。如前所述，为了保持泵10的合适的容积效率，优选的是，压缩室16的尺寸被设置为使得压缩室16中被压缩的燃料量最小化：多于或高于该量的燃料将以期望的压力通过出口阀30被排出。为此，在图1和图2的布置中，阀头26的尺寸被设定成占据至少一些死体积，该至少一些死体积是通过使柱塞42具有碗48而形成的。
在当前描述的实施例中，当柱塞142处于泵送行程的顶部时柱塞142的紧密间隙环形部分147相对于柱塞孔140的顶部在柱塞孔140中的位置比在参考图1和2所描述的布置中低。这有利地意味着，紧密间隙环形部分147进一步远离柱塞孔140的在柱塞142处于或靠近泵送行程的顶部时易受变形的部分。此外，利用目前描述的布置，由于紧密间隙环形部分147在柱塞孔140内的最顶部位置的这种移位部分地通过设置在柱塞孔140内的阀座128而实现，这允许紧密间隙环形部分147更靠近柱塞142本身的上端144定位。进而，这意味着可以减小碗148在柱塞142中的深度，同时仍然允许碗148的基部149低于紧密间隙环形部分147的下部末端。通过减小碗148的深度，这允许相应地减小阀头126的尺寸。阀头126的容积的减小可以有利地减少阀座128的磨损并且降低损坏泵110的部件的可能性(例如，阀构件122的破裂)。
在替代实施例中，入口阀120可以是无源阀，使得省略致动器127。在这种情况下，阀弹簧可以被布置成朝向关闭状态推动阀构件，即，使得阀头朝向阀座被偏置。利用这种布置，可以选择阀弹簧的弹簧常数，使得当柱塞进行其返回行程时，通过在柱塞孔内产生的真空来实现入口阀抵抗阀弹簧的力的打开。当阀头上的压差增加时，其将使阀头抵抗阀弹簧的力远离阀座而提升，从而允许燃料流入压缩室。这进而减小了阀头的上方和下方的压力差，直到压力差不再足以抵抗阀弹簧的力而保持入口阀打开时。
应当理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改。
使用的附图标记：
10-泵
12-主壳体
13-(主壳体的)第一面
14-柱塞壳体
15-环形密封件
16-压缩室
18-(柱塞壳体的)第二面
20-入口阀
22-(入口)阀构件
24-阀孔
25-阀杆
26-阀头
27-阀致动器
28-阀座
29-阀弹簧
30-出口阀
32-出口端口
40-柱塞孔
42-柱塞
43-柱塞的下端
44-柱塞的上端
45-柱塞复位弹簧
46-帽
47-(柱塞的)紧密间隙环形部分
48-柱塞碗(凹部)
49-柱塞碗的基部
110-泵
112-主壳体
113-(主壳体的)第一面
114-柱塞壳体
115-环形密封件
116-压缩室
117-(主壳体的)突出部分
118-(柱塞壳体的)第二面
120-入口阀
122-(入口)阀构件
124-阀孔
125-阀杆
126-阀头
127-阀致动器
128-阀座
129-阀弹簧
130-出口阀
132-出口端口
140-柱塞孔
142-柱塞
143-柱塞的下端
144-柱塞的上端
145-柱塞复位弹簧
146-盖
147-(柱塞的)紧密间隙环形部分
148-柱塞碗(凹部)
149-柱塞碗的基部

Claims (15)

1.一种用于燃料输送系统的泵(110)，所述泵(110)包括：
主壳体(112)和柱塞壳体(114)，所述柱塞壳体被布置成联接到所述主壳体(112)以便在它们之间限定压缩室(116)，
所述主壳体(112)和所述柱塞壳体(114)包括相应对置的第一面(113)和第二面(118)，所述第一面(113)和所述第二面(118)被布置成在它们之间形成密封；
其中所述主壳体(112)包括突出部分(117)，所述突出部分从所述主壳体(112)的所述第一面(113)通过所述柱塞壳体(114)的所述第二面(118)中的开口突出到柱塞孔(140)中。
2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述主壳体(112)包括用于控制进入所述压缩室(116)的燃料流的入口阀(120)，所述入口阀(120)包括阀构件(122)，所述阀构件被布置为在由所述主壳体(112)限定的阀孔(124)内往复运动，其中，所述阀孔(124)至少部分地形成在所述突出部分(117)中。
3.根据权利要求2所述的泵，其中，所述突出部分(117)包括设置在该突出部分的远端处的阀座(128)，所述阀构件(122)包括阀头(126)，所述阀头被布置成当所述入口阀(120)处于关闭状态时抵靠所述阀座(128)而关闭。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的泵，所述泵包括柱塞(142)，所述柱塞被布置为在所述柱塞孔(140)内往复运动。
5.根据权利要求4所述的泵，其中，所述柱塞(142)具有基本上圆柱形的形式并且包括紧密间隙环形部分(147)，所述紧密间隙环形部分靠近所述柱塞(142)的邻近所述柱塞壳体(114)的所述第二面(118)的端部(144)设置，其中，所述紧密间隙环形部分(147)在使用中用于限制和/或基本上防止燃料泄漏出所述压缩室(116)之外。
6.根据权利要求4或5所述的泵，其中，所述柱塞(142)的邻近所述柱塞壳体(114)的所述第二面(118)的所述端部(144)中包括凹部(148)。
7.根据从属于权利要求5时的权利要求6所述的泵，其中，所述柱塞(142)的所述紧密间隙环形部分(147)设置在所述柱塞(142)的所述端部(144)与所述凹部(148)的基部(149)之间。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的泵，其中，所述突出部分(117)是基本上圆柱形的凸台。
9.根据从属于权利要求2时的权利要求8所述的泵，其中，所述阀孔(124)与所述基本上圆柱形的凸台同轴。
10.根据从属于权利要求3时的前述权利要求中的任一项所述的泵，其中，所述阀头(126)远离所述阀座(128)突出到所述压缩室(116)中，并且可选地，其中，在使用中，在所述柱塞(142)的泵送行程期间，所述阀头(126)的至少一部分被接收在所述柱塞(142)的所述凹部(148)内。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的泵，其中，所述第一面(113)和/或所述第二面(118)包括环绕所述突出部分(117)的环形密封件(115)。
12.根据权利要求11所述的泵，其中，所述环形密封件(115)设置在所述主壳体(112)上，并且具有朝向与所述柱塞壳体(114)的接触部渐缩的横截面。
13.根据权利要求12所述的泵，其中，所述环形密封件(115)在其末端处限定相对窄的环形接触表面，所述环形接触表面接触所述柱塞壳体(114)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的泵，其中，所述主壳体(112)和所述柱塞壳体(114)通过螺纹紧固装置彼此联接。
15.一种燃料输送系统，所述燃料输送系统包括根据前述权利要求中的任一项所述的泵(110)。
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