CN117716123A - 具有集成泄压阀的燃料泵 - Google Patents

Abstract

一种燃料泵，该燃料泵包括具有泵送腔室(20)的壳体(14)、出口通道(22)和泵送柱塞(30)，该泵送柱塞被布置为在柱塞孔内往复。泄压阀组件(12)被布置在泄压通道(32)中，并且包括：座构件(40)，其包括从所述座构件的第一侧(52)延伸到相对的第二侧(54)的通孔(50)以及在所述第二侧中围绕所述孔(50)的环形座(56)，其中，所述座构件被布置在所述泄压通道中，所述所述第一侧(52)暴露于高压；针(42)，其具有带有针头(42.2)的细长杆(42.1)，该针延伸穿过孔(50)，针头靠近座构件并且具有环形座表面(42.4)，该环形座表面适于与环形座(56)协作，以在闭合位置将通孔(50)关闭；弹簧元件(44)，其被布置成将闭合力施加于针(42)，使得该针被偏压在闭合位置中，弹簧元件倚靠与针(42)刚性连接的止动构件(46)。

Description

具有集成泄压阀的燃料泵

技术领域

本发明总体涉及内燃机中的燃料喷射，并且更具体地涉及一种具有集成泄压阀的燃料泵。

背景技术

以汽油为燃料的现代内燃机中的燃料系统，特别是用于汽车市场的燃料系统采用汽油直接喷射(GDi)，其中，燃料喷射器将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中。在采用GDi的这种系统中，来自燃料箱的燃料由低压燃料泵以相对低的压力来供应，该低压燃料泵通常是位于燃料箱内的电动燃料泵。低压燃料泵将燃料供应给高压燃料泵(GDi泵)，该泵通常包括泵送柱塞，该泵送柱塞通过内燃机的凸轮轴往复运动。泵送柱塞的往复运动还对燃料加压，以便将燃料供应给燃料喷射器，该燃料喷射器将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中。

为了安全操作，GDi泵包括嵌入式泄压阀组件，以避免任何可能使泵或泵后面的高压系统的任何部分(导轨、管道、喷射器)爆裂的超压，并且限制压力，使得压力永远不会达到喷射器最大开启压力(MOP)。

例如，US10907600公开了这样的具有集成的泄压阀组件的GDi泵。

尽管在US10907600中没有详细描述，但是被称为先前设计的1“PD1”的一种传统的泄压阀组件包括座构件，该座构件压配合到位于泵体中的泄压通道的圆柱形区段中，处于盲孔的底部处。座构件包括中心通道，该中心通道由球密封，该球由销和弹簧推动而抵靠座部。泄压阀的设定点通过用柱塞按压在弹簧上来限定。随着泵的压力不断增加(新一代燃料泵的压力高达600bar)，压力释放阀的尺寸也会增加(尤其是弹簧)。通过增加尺寸，泵送死容积也在增加。

发明目的

本发明的目的是旨在提供一种改进的泄压阀组件，该泄压阀组件具有简单的设计，并且允许泵送死容积最小化。

该目的通过如权利要求1所述的具有泄压阀组件的燃料泵来实现。

发明内容

本发明涉及一种燃料泵，该燃料泵包括：

燃料泵壳体，所述燃料泵壳体具有限定在其中的泵送室；

位于所述壳体中的入口通道，入口阀组件被布置在该入口通道中并且选择性地允许低压燃料进入所述泵送室；

位于所述壳体中的出口通道，出口阀组件被布置在该出口通道中并且选择性地将高压燃料从所述泵送室排出；

泵送柱塞，所述泵送柱塞以可往复移动的方式被布置在与所述泵送室连通的柱塞孔内，由此所述柱塞的往复运动将所述泵送室的容积交替地增大及减小；

泄压通道，所述泄压通道从所述出口阀组件的下游的所述出口通道延伸到所述泵送室；和

泄压阀组件，所述泄压阀组件被布置在所述泄压通道中。

根据本发明，所述泄压阀组件包括：

座构件，所述座构件包括从所述座构件的第一侧延伸到所述座构件的相对的第二侧的通孔以及在所述第二侧中围绕所述孔的环形座，其中，所述座构件被布置在所述泄压通道中并且所述座构件的所述第一侧暴露于高压；

针，所述针具有细长杆，所述细长杆具有包括针头的第一端以及相对的第二端，所述针延伸穿过所述孔并且使其针头靠近所述座构件，所述针头具有环形座表面，该环形座表面适于与所述座构件中的环形座配合；

弹簧元件，所述弹簧元件被布置成将闭合力施加在所述针上，以便将所述针头保持在所述环形座上并因此默认关闭所述通孔，所述弹簧元件倚靠与所述针刚性连接的止动构件。

本发明提出了一种在这样的燃料泵中的所述泄压阀的改进设计。如将理解的，所述座构件的所述第一侧暴露于高压，而所述第二侧暴露于所述泵送室的压力。所述针的针头位于所述座构件的所述第二侧，所述针杆穿过所述座孔并且主要延伸远离所述第一侧，从而暴露于高压下。采用这种设计，所述泄压阀组件的容积最大的部分(即针杆和弹簧)位于高压侧(与出口通道连通)。因此，所述座构件以及因此所述阀座可以被定位成靠近所述泵送室，从而减少所述泵送死容积。

与PD1相比，本泄压阀组件被设计为预组装单元，所述组件的由此产生的圆柱形形状形成了一种阀芯。此外，由于弹簧由所述泵壳体外部的所述止动构件预加载，因此其允许在安装到所述泵壳体中之前校准所述阀。这与PD1有着显著的不同，在PD1中，所述弹簧由所述柱塞加载，并且带来设定压力的可变性，从而导致缺陷/质量问题。

所述止动构件大致可以被布置成靠近所述针的所述第二端。在实施方式中，所述止动构件是具有中心孔的环形构件或盘状构件，并且固定地安装到所述针杆。有利地，所述止动构件以压配合的方式安装到针上。所述压配合过程允许沿着所述针的杆调节所述止动构件的位置，从而校准/调节所述弹簧力和所述打开压力。因此，所述止动构件也可以被称为校准环。优选地，所述止动构件可以采用凸缘轴环的形式，这增加了与所述杆的界面(接触表面)，并且因此增加了过盈配合的强度。

在实施方式中，所述弹簧元件是压缩弹簧，该压缩弹簧包围所述针，并且在一端处支承在所述座构件的第一侧的环形表面上，而在另一端处支承在所述止动构件上。

在实施方式中，所述泄压阀组件还包括导向套筒，该导向套筒装配在所述针上并被所述弹簧包围。所述导向套筒沿着所述针杆的部分长度从所述座构件朝向所述止动构件延伸。也就是说，所述套筒的长度小于所述座构件与所述止动构件之间的距离，以允许所述针从所述座提起。所述导向套筒保持所述针沿轴向对准，并且限制/避免所述针弯曲。

在实施方式中，所述导向套筒的长度可以被设计成限制所述针的打开行程。

传统地，入口阀组件和出口阀组件被设计为止回阀，即仅允许单向流动。

优选地，所述座构件具有规则的、圆形外周边形状，由此所述座构件以压配合的方式布置在所述泵燃料壳体中。所述压配合接触还提供了防止燃料在所述座构件周围流动的密封接触。所述座构件通常是轴对称的。

在实施方式中，所述座构件在所述第一侧上包括在通孔的轴向延续中的扩大孔区段，其中，所述导向套筒的第一端被接收优选地以压配合的方式被接收在该孔区段中。

附图说明

现将参照附图以示例的方式描述本发明，其中：

图1的a)和b)是根据实施方式通过具有集成泄压阀组件的燃料泵在偏移90°的剖切面上的剖面图；

图2为是图1的泄压阀组件在安装到燃料泵壳体内之前进行了预组装的立体图；

图3为通过图2的泄压阀组件的纵向剖面图。

具体实施方式

参照图1，示出了燃料泵10，其集成了本泄压阀组件12的实施方式。

通常，燃料泵10的一般结构和工作原理是公知的，并且由于其不是本发明的重点，因此在此仅简要描述。燃料泵10通常是内燃机的燃料系统(未示出)的一部分，该燃料系统通常包括：燃料箱，其保持一定容积的燃料以供其发动机运行；多个燃料喷射器，其将燃料直接喷射到发动机的各个燃烧室中；低压燃料泵(通常为电动泵)；以及燃料泵10，其为高压燃料泵。在这样的系统中，低压燃料泵将燃料从燃料箱抽取，并且升高燃料的压力，以用于输送到高压燃料泵10，该高压燃料泵又进一步升高燃料的压力，以用于输送到燃料喷射器。仅作为非限制性示例，低压燃料泵可以将燃料的压力升高到约500kPa或更低，而高压燃料泵10可以将燃料压力升高到高于约10MPa以上，并且可以是约60MPa，这取决于内燃机的操作需要。

现参照图1，燃料泵10包括燃料泵壳体14(金属体，通常为不锈钢)，在该燃料泵壳体中形成有主通道，该通道依次包括入口通道18、阻尼容积19、泵送室20和出口通道22。如图所见，在该实施方式中，泵送室20和出口通道22沿着中心轴线28对准，而入口通道18被布置为成角度。该通道主要被布置在泵壳体14的金属主体14.1中，而阻尼容积由安装到主体14.1的一侧的阻尼杯14.2限定。附图标记24表示柱塞孔，该柱塞孔沿着柱塞孔轴线26延伸并以该柱塞孔轴线为中心。柱塞孔轴线26横向于中心轴线28，特别地，垂直于该中心轴线。高压燃料泵10还包括泵送柱塞30，该泵送柱塞位于柱塞孔24内并且沿着柱塞孔轴线26在柱塞孔24中内往复运动。通常，基于来自内燃机的旋转凸轮轴(未示出)的输入，经由柱塞孔24的开口端来致动柱塞30。

入口阀组件21沿着中心轴线28与泵送室20对准，并且选择性地允许从低压燃料泵到达的燃料进入泵送室，而出口阀组件(未示出)位于出口通道22内，并且选择性地允许燃料从泵送室20通常朝向燃料轨道(未示出)排出，燃料喷射器流体连接到该燃料轨道。传统地，入口阀组件和出口阀组件被设计为止回阀，即仅允许单向流动。

在操作中，泵送柱塞30的往复运动导致泵送室20的容积在泵送柱塞的进气冲程期间(如图1的b)中定向的向下)增大，其中，柱塞复位弹簧(未示出)导致泵送柱塞向下移动，并且相反地，泵送室20的容积在压缩冲程期间减小(如图1的b)中定向的向上)，其中，凸轮轴使泵送柱塞30克服柱塞复位弹簧的力而向上运动。以这种方式，燃料在进气冲程期间被吸入到泵送室20中，并且相反地，燃料在压缩冲程期间通过泵送柱塞而在泵送室内被加压，这取决于入口阀组件21的操作状态，并且该燃料在压力下通过出口阀组件被排放到燃料导轨和燃料喷射器。泄压阀组件12被布置在出口阀组件下游的燃料泵壳体14中，以便如果出口阀组件的下游压力达到预定极限，则提供返回泵送室20的流体路径，这种情况如果不加以缓解，这可能造成不安全的操作条件。

更准确地，燃料泵壳体10限定了从出口阀组件下游的出口通道22延伸到泵送室30的泄压通道32。这里，泄压通道32包括三个区段：圆柱形主区段32.1，泄压阀组件12被布置在该圆柱形主区段中；高压区段32.2，其从主区段32.1通向出口通道22中的出口阀组件下游的位置；以及返回区段32.3，其将主区段32.1与泵送室20连通。

如根据图2可理解，泄压阀组件12被有利地设计为预装配单元(其可被称为“阀芯”)，该预装配单元可以容易地安装在泄压通道32的主区段32.1内。主区段32.1由可从主壳体14.1外部接近的圆柱形盲孔部分地限定。附图标记34表示柱塞，该柱塞封闭盲孔的入口区段33，并且因此在泄压阀组件12插入其中时从外部密封封闭主区段32.1。柱塞34可以通过任何适当的方法(例如，通过压配合、螺纹连接和/或压接)固定就位。附图标记36表示压接的孔区段，其中，孔壁已被压接在柱塞34上。这里，可以注意，泄压阀组件12完全被包含在泄压通道32内，从而分别包含在主区段32.1内。没有特定于阀组件12的部分、部件或向外突出的外壳，因此避免了潜在的风险。

现更具体地参照泄压阀组件12，其包括座构件40、针42、弹簧44、止动构件46以及优选地导向套筒48。类似于壳体14，阀组件12的这些部件通常由不锈钢制成。

座构件40包括从座构件40的第一侧52延伸到第二侧54的中心通孔50。环形座56被设置在第二侧54中，并且包围中心孔50。优选地，座构件40是轴对称的(相对于轴线43)。这里，座构件40以压配合的方式布置在主区段32.1中。座构件40具有规则的圆形外径，该外径略大于主区段32.1的外径。因此，座构件40的过盈安装还提供了金属对金属密封，这防止燃料在座构件40周围流动。泄压通道32中的用于燃料的唯一流动路径是通孔50(当打开时)。

针42具有杆42.1(沿着纵向轴线43延伸)，其中，杆42.1具有包括针头42.2的第一端和相对的第二端42.3。针42延伸穿过孔50，并且其针头42.2靠近座构件40。针头42具有(垂直于针头轴线43)比针杆42.1大并且大于座构件40中的孔50的横截面。针头42.2具有面向环形座56的环形密封表面42.4。后者适于协作，以便在针头42.2搁置在座构件40上时关闭通孔50的流体流。这就是图中所示的配置。

弹簧元件44被布置成将闭合力施加在针42上，由此针头42.2被施加到环形座56上，并且因此默认地闭合通孔50。弹簧元件44是压缩弹簧，其在一端处支承抵靠止动构件46，在另一端处支承抵靠座构件40的环形表面40.1。

在图中，示出了处于其静止位置的针42，在该静止位置，针头42.2被弹簧44偏压到环形座56上。针头42.2堵塞座构件40中的通孔50，并且没有流体能够从座构件40的第一侧52朝向第二侧54流动。阀组件12关闭。如本领域技术人员所理解的，在阀座构件40的第一侧52上的流体压力克服了弹簧压力和第二侧54上的压力的情况下，针头42.2将从其阀座56升起(抬离)，并且允许高压燃料穿过孔50，并因此朝向泵送室20流回。当阀组件12打开时，燃料通过燃料返回通道32的流动如图1中的箭头所示。传统地，阀组件12的设定压力(打开压力)取决于弹簧压力以及针杆42.1在孔50和阀座56的区域中的配置。

止动构件46是其中具有中心孔的大体环形或盘状件，其尺寸被设计成通过过盈配合固定到针杆42.1上。通常，止动构件46被压配合到杆42.1上。这里，止动构件46是呈凸缘轴环，该轴环提供较长的孔并因此提供较长的过盈表面，以用于更好地夹持到针杆42.1上。可以被容易地调节的止动构件46的位置决定了阀的设定压力/打开压力。

导向套筒48装配在针杆42.1上。在本实施方式中，导向套筒48固定在座构件40处，以压配合的方式被接收在通孔50的轴向延续中的扩大孔区段58中。提供了导向套筒48，以保持针42沿轴向对准，特别是当针头42.2从座56升起时。因此，在针杆42.1和套筒的后部48.1(靠近止动构件)之间提供了紧密的滑动间隙。在导向套筒48的前部48.2处，越靠近座构件40，在套筒48和杆42.1之间提供越大的间隙。附图标记60表示套筒48的前部48.2中的侧开口，该侧开口允许燃料进入套筒48并朝向座40流动。

在本实施方式中，导向套筒48具有大致恒定的内径，并且通过在从针头42.2一直延伸到在引导套筒48的后部48.1中滑动的部分的区段上减小针杆42.1的直径来提供更大的间隙。

可以注意，座构件40在其第二侧上包括凸起的周边壁62，该周边壁通过环形槽64与环形座56间隔开。周边壁62限定了凹部63，针42可以在该凹部中移动以打开环形座56。在所示的实施方式中，座构件40抵靠柱塞34，并且环形壁62的高度限定了针42的最大打开行程。环形槽64避免了座在压配合期间的变形。附图标记66表示在周边壁62的自由边缘中的多个凹口，以允许流体流过所述周边壁62而流出凹部63(如本实施方式中，当座构件抵靠柱塞34时有用)。

本设计提供了两个实质性的优点。首先，阀芯设计(一体式)允许在将泄压阀12引入到燃料泵壳体14中之前泄压阀12的预组装以及弹簧力的校准，从而避免了在生产线末端测试时由于阀调节失误而导致的报废。其次，可以使泵送死容积显著地最小化。

传统地，这种泵的泵送死容积被限定为：当柱塞处于其上止点位置时，在压力释放阀组件的阀座、出口阀座、入口阀和泵送室之间的容积。该容积对泵送效率有显著影响，尤其是在泵送容积小(凸轮升程小、柱塞直径小或两者兼有)的情况下。

与PD1相比，本发明的阀组件12可以安装有靠近泵送室的底座构件40，并且该阀组件的大部分(弹簧和针)在高压侧上延伸。因此，阀座40可以被布置成非常靠近泵送室。初步估计已经确定，与设计PD1相比，泵送死容积减少了约70％，因此显著提高了泵送效率，尤其是在柱塞较小的情况下。

Claims (15)

1.一种燃料泵，该燃料泵包括：

壳体(14)，所述壳体具有限定在该壳体中的泵送室(20)；

位于所述壳体中的入口通道(18)，入口阀组件(21)被布置在所述入口通道中并且选择性地允许低压燃料进入所述泵送室(20)；

位于所述壳体中的出口通道(22)，出口阀组件被布置在所述出口通道中并且选择性地排出高压燃料；

泵送柱塞(30)，所述泵送柱塞被布置为在与所述泵送室连通的柱塞孔(24)内往复，由此所述柱塞的往复运动使所述泵送室的容积交替地增大和减小；

泄压通道(32)，所述泄压通道从所述出口阀组件下游的所述出口通道(22)延伸到所述泵送室(20)；

泄压阀组件(12)，所述泄压阀组件被布置在所述泄压通道(32)中；

其特征在于，所述泄压阀组件(12)包括：

座构件(40)，所述座构件包括从所述座构件的第一侧(52)延伸到相对的第二侧(54)的通孔(50)以及在所述第二侧(54)中围绕所述孔(50)的环形座(56)，其中，所述座构件被布置在所述泄压通道中，其中，所述第一侧(52)暴露于高压；

针(42)，所述针具有细长杆(42.1)，所述细长杆具有包括针头(42.2)的第一端和相对的第二端(42.3)，所述针延伸穿过所述孔(50)并且使所述针的针头靠近所述座构件，所述针头具有环形座表面(42.4)，所述环形座表面适于与所述座构件中的所述环形座(56)协作，以在所述针头的闭合位置将所述通孔(50)关闭，所述针能在所述闭合位置与打开位置之间往复运动，其中，在所述打开位置，所述针头(42.2)与所述环形座(56)间隔开；

弹簧元件(44)，所述弹簧元件被布置成将闭合力施加于所述针(42)，使得所述针被偏压在所述闭合位置中，所述弹簧元件倚靠与所述针(42)刚性连接的止动构件(46)。

2.根据权利要求1所述的燃料泵，其中，所述弹簧元件(44)是压缩弹簧，所述压缩弹簧围绕所述针，并且所述压缩弹簧在一端处支承在所述座构件的所述第一侧的环形表面(40.1)上并且在另一端处支承在所述止动构件(46)上。

3.根据权利要求1或2所述的燃料泵，其中，所述止动构件(46)被布置成靠近所述针的所述第二端(42.3)。

4.根据权利要求1、2或3所述的燃料泵，其中，所述止动构件(46)是具有中心孔的盘状构件并且被固定地安装到所述针。

5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述止动构件(46)以压配合的方式安装在针上并且在所述针上被调节，以获得校准的弹簧力。

6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述泄压阀组件还包括导向套筒(48)，所述导向套筒装配在所述针(42)上并且被所述弹簧元件(44)包围，所述导向套筒沿着所述针杆(42.1)的部分长度从所述座构件(40)朝向所述止动构件(46)延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述座构件(40)在所述第一侧(52)包括位于所述通孔(50)的轴向延续部中的扩大孔区段(58)，所述导向套筒被部分地、优选为以压配合的方式接收在所述扩大孔区段中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述座构件(40)以流体密封方式被压配合地布置在所述泄压通道(32)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述座构件(40)被布置在所述泄压通道中并且靠近所述泵送室(20)，所述第二侧暴露于泵送室压力。

10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，

所述泄压通道(32)包括其中布置有所述泄压阀组件(12)的圆柱形主区段(32.1)，所述圆柱形主区段(32.1)由所述壳体(14.1)中的盲孔限定，所述组件(12)通过所述盲孔的入口区段(33)被引入，所述入口区段由柱塞(34)封闭；并且

所述座构件(40)被布置成靠近所述柱塞(34)，而所述止动构件(46)靠近所述盲孔的封闭端。

11.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，

所述导向套筒(48)具有靠近所述座构件的前区段(48.2)和靠近所述止动构件的后区段(48.1)；并且

所述导向套筒包括穿过所述导向套筒的至少一个侧孔(60)；并且

所述导向套筒和针被配置成，使得在所述后区段(48.1)中提供了滑动间隙，并且在所述前区段(48.2)处提供较大间隙，以允许流体流动路径横向穿过所述导向套筒孔(60)并且朝向所述座构件。

12.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述针在所述针头(42.2)与在所述导向套筒的所述后区段(48.1)中滑动的后区段之间具有减小的横截面。

13.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述第二侧(54)包括通过环形槽(64)而与所述环形座间隔开的凸起的周边壁(62)，并且优选地，所述周边壁包括在该周边壁中的一个或多个凹口(66)或开口，以允许流体流过所述侧壁。

14.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述弹簧元件(44)和所述止动构件(46)具有比所述座构件(40)小的外径。

15.根据前述权利要求中任一项所述的燃料泵，其中，所述泄压阀组件(12)形成为预组装单元，所述预组装单元被插入到所述泄压通道(32)中并且完全被包含在所述泄压通道中。