CN1309953C - 内置式燃料泵 - Google Patents

Abstract

一种燃料泵，该燃料泵可以设置在燃料箱内，它包括：燃料泵壳体(1)；泵送机构(5)，它设置在壳体(1)内从而泵送燃料；电马达(3)，它驱动泵送机构(5)，通过壳体(1)使马达(3)安装在马达腔(10)中；泵送装置的燃料入口；其中，燃料泵壳体(1)包括通风器装置(2)，当借助进入马达腔(10)的燃料来排出时，该装置允许腔(10)内的空气和燃料蒸汽出来。

Description

内置式燃料泵

技术领域

本发明总的来说涉及把燃料供给到内燃机中的燃料泵，本发明尤其涉及适合设置在燃料箱内的燃料泵。

背景技术

有两种主要的燃料系统通常用来把燃料供给到机动车如汽车、摩托车、小型摩托车、船和飞行器中的内燃机中。这些燃料系统是以化油器为基础的燃料系统和以喷射器为基础的燃料系统。以化油器为基础的燃料系统可以把空气/燃料混合物提供到发动机的进气歧管中，通过燃料导管化油器从燃料箱中抽吸燃料，而燃料导管延伸到油箱中。当化油器在导管内提供真空时并且当导管设置成使它的端部邻近油箱底部时，燃料箱借助化油器通常几乎完全排空。

以喷射器为基础的燃料系统、尤其是直喷燃料系统需要燃料泵，从而以增大的压力把燃料供给到燃料喷射器中。燃料泵可以通过电马达来驱动，并且可以方便地设置在燃料箱内。在许多这种所谓的内置式燃料泵中，泵的电马达、尤其是电马达的整流器和电刷被布置成被燃料箱内所容纳的燃料所淹没，在它运转时，这有助于防止在马达的整流器和电刷之间产生火花。

本申请人已发明了用于小型发动机应用中的燃料喷射系统。小型发动机应用的一个例子是踏板式小型摩托车，该摩托车具有这样的发动机：该发动机的排量大约为50cc到100cc。在这些情况下，优选的是具有相对便宜的燃料泵，该燃料泵具有较小的电流消耗，同时为燃料喷射系统、尤其是为直喷燃料系统提供了足够的压力，而这些直喷燃料系统需要燃料以比进气歧管(进气口)喷射系统更高的压力进行供给。但是，典型的内置式燃料泵不能提供这些特征的结合，并且典型地消耗了太高的电流(大约1.5A或者更大)，因此采用燃料喷射系统的小型发动机应用的附件损失比较大。另一方面，具有较小功率消耗的泵典型地以不够大的压力供给燃料，从而使燃料喷射系统进行有效地工作。

提供了这些特征的一种泵安装有细长活塞，该细长活塞通过凸轮和从动件装置或者通过线性滑动机构来进行往复运动。这种泵描述在本申请人的国际申请No.PCT/AU99/00601中，这个申请的细节在这里引入以作参考。但是，所描述的泵特别适合于用作直列式泵，并且具有完全密封的电马达壳体。这种泵在使用时不能设置在燃料箱中，因为电马达不能被充分地收容，从而使它不能安全地被燃料所淹没。

许多现有内置式燃料泵的另一个问题是，它们的结构是这样的，以致它们不能完全地排空燃料箱，并且在燃料箱内留下了残余燃料。这就限制了机动车的最大范围，因为它不能使用燃料箱内的所有燃料。对于小型发动机应用(它们具有较小容量的燃料箱)而言，这种残余燃料可以占有相当大的燃料箱容量百分比。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种燃料泵，该泵可以设置在燃料箱内，该泵克服了至少一个与公知燃料泵有关的问题。

考虑到这个，提供了一种燃料泵，该燃料泵可以设置在燃料箱内，它包括：

燃料泵壳体；

泵送机构，它设置在壳体内从而泵送燃料；

电马达，它驱动泵送机构，马达被安装在壳体内的马达腔中；

泵送装置的燃料入口，它至少与所述燃料泵壳体处于流体连通中；

其中，燃料泵壳体包括通风器装置，在使用时，使燃料进入到燃料泵壳体中，并且当借助通入到燃料泵壳体中的燃料来排出时，使腔内的空气和燃料蒸汽出来。

优选地，通风器作为过滤器进行工作。优选地，在泵起动之后，通风器阻止空气流出和流入马达腔。

当燃料泵设置在燃料箱内并且把燃料加入到油箱中从而使之到达浸没马达腔的高度时，通风器装置的提供可以使马达腔被燃料淹没。燃料可以通过泵的燃料入口进入，并且通过或者渗过泵送机构和电马达，因此迫使收集在泵壳体/马达腔内的空气通过通风器。相应地，优选的是，当泵设置成在燃料箱内使用时，燃料入口被设置在通风器的下方。这使得通风器有助于起动泵。

通风器装置可以是绕结通风板或者盘的形状。烧结通风器可以设置在马达上方的合适位置，以致与燃料泵壳体中的孔共同进行延伸，或者邻近该孔，或者可以设置在端盖上，而当燃料泵设置到它的使用方位时，该端盖可以与壳体的其余部分分开。壳体的剩余部分最好被密封，因此通风器形成了这样的主要机构：通过该机构把空气加入到马达腔中，及通过该机构从该马达腔中排出空气。烧结通风器也可以具有足够的厚度，从而起着火焰抑制器的作用，从而防止电马达的整流器和/或电刷的火化所产生的火焰在马达腔或者燃料箱内产生燃烧或者爆炸。即，优选地，通风器具有足够的厚度，从而防止在马达腔内所产生的任何火焰或者热气体跑到燃料箱内。因此，例如，烧结通风器的厚度可以是2-2.5mm的范围。优选地，通风器具有100微米(um)的网格，并且优选地，烧结材料的牌号是为60，并且优选地，通风器的直径大约为10.5mm，厚度大约为2.5mm。可以想象，通风器可以由其它材料形成。例如，通风器可以由合成反渗透材料形成，这些材料有助于优选地沿着一个方向进行流动。

燃料泵可以包括燃料出口，通过该出口使泵送机构所泵出的燃料从泵中出来从而进入燃料喷射式内燃机的燃料供给回路。从燃料出口出来的燃料可以通过燃料供给回路的旁通调节器，该调节器典型地把很大部分的燃料返回到燃料泵中。典型地，在正常工作情况下，希望至少50％的燃料返回到燃料泵中。在发动机的怠速条件下，燃料返回最高可以到达大约98％。返回的燃料可以流向设置在烧结通风器上方的间隙(或者空间)，从而允许返回的燃料弄湿通风器。套管可以支撑燃料返回线路，该线路可以使燃料流向通风器上方的空间。当燃料箱内的燃料高度降低到小于通风器的高度时，来自燃料返回通道的一些或者所有的燃料可以通过通风器并且进入到马达腔中，从而落到马达或者装有马达的腔内的燃料顶部上。这确保了：即使燃料箱内的燃料高度降低到小于燃料泵中的通风器的高度，但是马达至少部分地保持被燃料淹没。当落到转子中的燃料扩散通过马达的运动零件时，它还有助于为马达提供润滑。此外，在马达腔中保持燃料有助于使马达腔内的空气/燃料比保持在足够浓的水平上，而这种足够浓的水平在腔内使火焰熄灭，这有助于抑制由于使用电马达而可能产生的燃烧和/或爆炸。

相应地，优选的是，马达位于通风器和进入口之间的中间位置上，因此也可以实现马达具有流过它的燃料的辅助优点。

上述的燃料返回布置使烧结通风器保持在湿的情况。这产生了特殊的工作优点：燃料泵可以几乎完全地排空燃料箱。这是因为，当燃料箱内的燃料高度降低到小于通风器的高度并且通风器是湿的时，典型地，在燃料返回线路的作用下，相信通风器上的表面张力作用可以在马达燃料泵壳体内产生局部真空，从而导致燃料被抽吸通过设置在进入阀的燃料进入侧上的通风道或者通道，并且进入到泵机构和通到马达腔中。

相应地，当它允许收集在马达腔内的空气排出时，已观察到通风器有助于泵的起动。并且当油箱内的燃料高度降低到小于通风器的高度时，相信弄湿的通风器在马达腔内产生了局部真空，该局部真空有助于燃料的泵送。在这种意义上，通风器可以进行工作从而可选择地阻止空气流过泵壳体。

当本发明的燃料泵用于小型发动机应用如小型摩托车中时，优选的是，燃料泵具有小电流消耗(draw)，例如在14V时电流为0.5安培，优选地在14V时电流不大于0.8安培，同时为小型发动机进气口喷射燃料系统或者直接燃料喷射系统以足够压力提供燃料。相应地，优选的是，对于这种电流消耗大小而言，泵以超过400Kpa(Kilo pascal)的压力供给燃料，更加优选的是，以超过600Kpa的压力供给燃料。典型的双流体直喷燃料系统(也称为低压直喷燃料系统)以750Kpa的压力输送燃料，并且已观察到泵以这种压力供给燃料，而电流消耗小于0.8安培，并且典型地大约为0.6安培。还观察到该泵以大约20巴压力供给燃料。

泵送机构可以包括细长活塞，该活塞的长度基本上大于活塞的横截面直径。活塞可滑动地安装在细长的活塞通道内。当活塞被安装在活塞通道内时，活塞限定出了变容式泵室，该泵室与燃料泵的燃料入口和燃料出口处于流体连通中。借助曲柄销和滑动机构或者连杆机构，活塞可以被致动来进行往复运动。这种机构可以包括曲柄销，该曲柄销支撑在马达的驱动轴上并且从该驱动轴进行延伸。曲柄销可以接合被连接到细长活塞的一端上的滑动机构。还可以想象到，活塞可以通过连杆来驱动，该连杆的一端支撑在马达驱动轴上，而另一端支撑在活塞上。这种驱动布置被描述在本申请人的上述国际申请中。

活塞机构的上述驱动布置可以设置在室内，而该室设置在燃料泵内并且与设置马达的腔连通。通风线路可以把这个室与燃料入口连接起来，从而便于流体流入到这个室中，因此而流入到马达中。局部真空产生于马达腔内，这种通风线路有助于使燃料从进入阀区域连通到马达腔中。在这种方法中，马达腔内的燃料高度可以大于燃料箱内的燃料高度。相信马达腔内的燃料起着进入阀的辅助燃料源的作用。

过滤器可以设置在燃料入口处，从而过滤从燃料箱中进入到燃料泵的燃料。优选地，过滤器具有小于100um的网格，优选地，该过滤器的尺寸大小与泵所提供的燃料系统的燃料喷射器内所采用的任何过滤器相类似。

因此，本发明的燃料泵特别适合用于燃料箱内，而电马达容易被燃料淹没，从而防止在整流器和电刷之间产生火花。此外，如果产生了这种火花，那么通风器装置也起着火焰抑制器的作用。燃料泵也具有基本上完全排空燃料泵的能力，因此有助于使安装有这种燃料泵的机动车的潜在驱动范围最大化。

根据本发明的另一个方面，提供了一种内燃机的燃料回路的燃料泵；所述燃料泵适合设置在燃料箱内，所述燃料回路具有辅助燃料通道，所述燃料泵还适合于安装所述辅助通道，因此在使用时，所述燃料泵的马达被设置在所述辅助通道内。

另一方面，这方面提供了一种内燃机的燃料回路，该燃料回路包括燃料泵和辅助燃料通道；所述燃料泵适合于安装所述辅助燃料通道，而使用时，所述泵的马达被设置在所述辅助通道内。

优选地，所述辅助燃料通道是燃料返回回路，在使用时，它使过量的燃料返回到所述燃料箱内。

优选地，所述泵包括过滤器，该过滤器设置在所述辅助通道和所述马达之间的中间位置上。优选地，所述过滤器是通风器，优选地所述马达设置在马达腔内，并且所述通风器阻止空气流入到所述马达腔中，而在使用时，所述通风器在所述马达腔内产生了局部真空。优选地，当被来自所述辅助通道的燃料弄湿时，所述通风器在使用时提供了所述阻力，并且优选地，当是干燥时，所述通风器提供了最小阻力。优选地，所述阻力足以产生局部真空，该局部真空可以使燃料从进入过滤器处至少升高到进入阀中，更加优选的是，它通过通风线路而升高到马达腔中，该通风线路把邻近进入阀的区域与马达腔连通起来。本申请人发现，当通风器是干燥的时，当泵工作在8V到14V的终端电压的范围内时，燃料可以提升20-25mm的高度，并且，当通风器是湿的时，而终端电压为8V-14V的范围时，燃料可以提升55-65mm的高度。因此，观察到湿的通风器提高了高度，当使用网格尺寸大小为100um的通风器时，通过该高度使燃料提升35-40mm。

根据本发明的另一个方面，提供了一种内燃机的燃料泵，所述泵包括燃料入口，该燃料入口设置在小于所述泵的通风器的高度上；所述通风器提供空气流过所述泵的阻力，因此在所述泵内至少产生了局部真空；所述局部真空与所述入口相配合，从而有助于通过所述燃料入口抽吸燃料。

优选地，所述通风器可工作地设置成与第一腔相联系，该第一腔与所述进入阀的出口侧分隔开；所述第一腔与邻近所述进入阀的进入侧的区域连通。优选地，所述第一腔是所述泵的马达的壳体，通风线路在所述壳体和邻近所述进入阀的进入侧的所述区域之间提供流体连通。

根据本发明的另一个方面，提供了一种燃料回路，该燃料回路至少用于双流体燃料喷射系统，其中所述燃料回路所提供的燃料包括第一所述流体，而推进剂流体包括第二所述流体，所述燃料回路包括：燃料泵，该燃料泵适合在压力下、以间歇脉冲提供燃料；及压力调节器，它把所述燃料供给到燃料测量装置中；所述压力调节器在压差作用下进行工作，该压差是燃料压力和所述第二流体压力的差值；所述压差小于所述压力脉冲上，因此在预定误差内所述燃料测量装置可以精确地测量所述燃料了。

优选地，所述燃料泵是单室泵。优选地，所述压差小于所述压力脉动的1/4，更加优选的是，它小于所述压力脉动的1/5。

优选地，所述第二流体是空气，该空气以大约500Kpa进行供给，所述燃料以大约750Kpa进行供给，所述泵具有每冲程0.041cc(立方厘米)的排量，并且所述燃料回路把燃料供给到50cc发动机中。优选地，所述泵具有DC马达，当终端电压在14V和17V之间进行改变时，该马达消耗600mA到200mA范围内的电流。但是在12V时，它也是优选的，泵消耗大约450mA。在14V时，优选地，DC马达工作在大约3900RPM(每分钟的转数)，并且在12V时，接近3300-3400RPM。泵可以工作在这些规定范围之外，但是，这些规定范围是优选的工作参数。尤其地，已观察到，当以750Kpa输送燃料时，每冲程0.041cc的泵典型地消耗小于8.4瓦特的电功率，这可以转换成16瓦到30瓦之间的机械功率。典型的50cc发动机产生了大约3.75KW，因此这些泵具有小于1％的、发动机所产生的机械功率的附件损失。

参照附图便于描述本发明，这些附图示出了至少一个可能的实施例。本发明的其它实施例也是可以的，因此附图和描述的特殊性不能被理解来代替本发明前面描述的普通性。

附图说明

在附图中；

图1是典型的燃料喷射式小型发动机摩托车。

图2a和2b是适合用于图1的小型摩托车和其它小型发动机应用中的燃料喷射型发动机和相关的燃料供给回路的示意图。

图3是图2a和图2b的燃料回路中所采用的燃料泵的透视图。

图4是图3的燃料泵的横剖视图。

具体实施方式

这些实施例特别适合用作小型内燃机机动车如踏板式小型摩托车的内置式燃料泵，这些机动车使用内燃机的进气口喷射燃料系统、低压直喷燃料系统和其它直喷燃料系统。在本申请人专利US4693224、US4934329中详细描述了内燃机的低压双流体直喷燃料系统的例子，这些专利在这里引入以作参考。小型发动机机动车和其它应用典型地具有大约50cc到100cc的排量，并且它们典型地具有较小的蓄电池容量，因此，特别适合于大约0.5安培的小电流的泵马达。

这些实施例也应用于供油回路中，该供油回路把燃料从燃料源如燃料箱泵送到内燃机中，然后把过量的燃料返回到燃料源中。

为了更好地理解这些实施例应用于其中的环境，现在描述图1，其中图1是小型摩托车300的示意图，该示意图示出了内置式泵的小型发动机应用。小型摩托车具有前轮305和后轮310，这些轮子支撑着车架和离开路面320的相关板结构315。车架和板结构315包括乘员区域325，该区域典型地具有座，该座可以支撑两个乘员。乘员区域325位于后轮310的上方。发动机和相关的驱动机构330被安装在乘员区域325和后轮310之间的中间部分上。方向把335可旋转地安装到车架和板结构315上，并且还支撑吸振器340，该吸振器340把前轮305设置到小型摩托车300上。

在工作中，乘员把它们自己定位到乘员区域并且把它们的腿放置在搁脚架345上，并且这些搁脚架345设置在车架和相关的板结构315的浅盘形地板350上。这些搁脚架345设置在方向把335的底部和乘员区域325之间的中间部分上。方向把335具有机械节流致动机构，该机构可以通过乘员旋转它们的手来致动。方向把335还具有点火开关，该开关驱动邻近发动机和相关的驱动机构330的电池和电控制元件及其它电元件如燃料泵和前照灯355之间的电路。

尽管也可以使用排量增大的发动机，但是小型摩托车具有单缸燃料喷射发动机，该发动机具有大约50cc到100cc的较小排量。支撑内置式泵的燃料箱可以设置在乘员区域325的下方。内置式泵把燃料供给到燃料供给回路中，该燃料供给回路与发动机的燃料喷射器连通。

现在，参照图2a和2b，每个附图示意性地示出了发动机和相关的燃料供给回路，它们适合与图1的小型摩托车和其它燃料喷射应用一起使用，尤其适合与小型发动机应用一起使用。

图2a的发动机和相关的燃料系统是直喷单缸两冲程发动机50，该发动机具有燃料箱1，该燃料箱1通过燃料泵3把燃料供给到燃料喷射器5中，而燃料泵3设置在燃料箱1内，如本说明书中所描述的一样。燃料供给回路还包括燃料压力调节器4和燃料供给线52和燃料返回线53。根据从发动机控制元件(ECU)11所接受到的测量信号，燃料喷射器5测量供给到燃料供给喷射器7中的燃料。燃料供给喷射器7通过空气供给线70而与压缩空气处于流体连通中，而该空气供给线70接受来自空气压缩机13的压缩空气。压缩机13通过滚子从动件来驱动，而该滚子从动件通过偏心凸轮68来驱动，该凸轮68被飞轮67上或者形成飞轮67的一部分。燃料供给喷射器7使用压缩空气作为推进剂，从而把燃料喷射器5所测量过的燃料输送到发动机50的燃烧室61中。在本申请人的美国专利US4693224和US4934329(这些专利在前面已引用过)中可以发现这些燃料系统的其它例子。

燃料供给喷射器7以这样的方式把燃油油束输送到燃烧室61中，以致燃料通过火花塞8的火花间隙。火花塞通过点火线圈10来控制，而点火线圈10本身通过ECU11来驱动。在某些发动机工作条件(这些条件典型地低到中等负荷和低到中速条件)下，发动机通过下面方法来进行工作：在燃烧室内形成燃料的分层充量，而该分层充量通过火花塞8来点燃。优选地，当它从燃料输送喷射器7中排出时，火花塞点燃燃油油束，从而形成了油束导向燃烧系统。

气流通过空气箱18和空气过滤器19提供到燃烧室61中。空气箱18与进气歧管65处于流体连通中，该进气歧管65位于节流阀16和进气簧片阀64之间。结合起来的歧管绝对压力(MAP)传感器和湿度传感器20常常被称为TMAP传感器，它被设置在进气歧管中。TMAP传感器把MAP信号提供到ECU11中，而该ECU示出进气歧管65内的压力，并且同样地把温度信号提供到ECU11中，而ECU11示出了进入发动机50中的空气温度。TMAP传感器20是模拟传感器，通过使用模拟-数字转换技术和数字脉冲调制过滤技术，该传感器的信号可以通过ECU11来进行脉冲调制。

进入发动机的气流通过节流阀16的位置来进行局部控制。这个位置通过节流阀位置传感器1315被指示到ECU11中。

借助油泵17把油供给到发动机50中，该油泵17通过ECU11来控制，并且接受来自油箱12中的油。

至少在起动时，借助电池22和点火开关210把电力供给到发动机(包括燃料泵)中。

通过曲轴位置传感器14和编码轮66，ECU11接受活塞60在燃烧室61内的位置的信息，而编码轮66被安装在飞轮67上。编码轮66包括许多齿，典型地具有24个齿(其中一个齿可以被去掉，从而提供了标准齿)，这些齿通过位置传感器14。这些齿与位置传感器14相互作用，从而产生输入到ECU11中的正方形波信号。正方形波通常是ECU11所探测到的脉冲前沿，ECU11在编码轮通过位置传感器16时探测到编码轮66的每个前边缘。

活塞60在燃烧室61内的位置的信息通常称为发动机曲柄角。两冲程发动机循环被认为具有360度的曲柄角，而四冲程发动机循环被认为具有720度的曲柄角。因此，在工作时，发动机曲柄角与发动机在目前发动机循环中的瞬时位置相一致。相对于发动机的上死点(TDC)位置测量这个位置，该上死点位置对于二冲程发动机而言是任何发动机循环中的最大压缩点，而对于四冲程发动机而言，它是进气冲程(即压缩冲程)的最大压缩点，它常常被称为TDC点火。24齿的编码器为两冲程和四冲程的发动机提供了15度的曲柄角分辨率。

图2b是与图4a的两冲程发动机50相类似的、单缸四冲程进气口喷射发动机150的示意图。该四冲程发动机150具有燃料箱101，该燃料箱101在ECU116的控制下、通过燃料过滤器102、内置式燃料泵103和燃料压力调节器104而把燃料供给到燃料喷射器111中。燃料压力调节器174与泵103形成一体，或者如果在下面这样的位置上不与泵形成一个整体：泵被安装到燃料箱101中。相应地，一个燃料供给线172从调节器174延伸到燃料喷射器111中。燃料返回通道173从调节器174延伸到泵103中。

空气通过空气箱105和进气歧管165而进入到燃烧室161中，空气箱105安装有空气过滤器106，而进气歧管165安装着节流阀109、TMAP传感器107、节流空气旁通阀108和燃料喷射器111。

进气阀151在凸轮(未示出)工作的作用下被致动，从而使进气歧管内的空气与燃烧室连通。燃料喷射器111把燃料喷射到进气歧管中，然后，该燃料借助进气而被输送到燃烧室161中，因此在燃烧室161内形成成均匀的燃料充量。火花塞112在点火线圈113的控制下进行工作，而该点火线圈113本身通过ECU116来控制。在排气冲程中，排气阀152在凸轮工作的作用下被致动从而允许燃烧气体从燃烧室中流出。发动机温度传感器114把发动机温度表示到ECU116中。

发动机150具有发动机位置传感器115和相应的编码轮，从而在工作时示出发动机的瞬时曲柄角。

至少在起动时，通过电池118和点火开关117，给发动机150(包括燃料泵103)供给电力。

参照图3和4，这些附图示出了一个优选实施例的燃料泵的细节，该燃料泵适合于设置在燃料箱内如燃料箱101和上面详细描述的燃料箱1。燃料泵包括燃料泵壳体1，在该壳体内设置着电马达3和泵装置205。进气过滤器7被设置在燃料泵壳体1的一端上，该进气过滤器7用来过滤进入到燃料泵的燃料入口9的燃料。当燃料泵设置在燃料箱内时，过滤器7设置在燃料箱的底部上或者设置在该底部的附近，并且可以设置在燃料箱底部的凹槽内。通过过滤器7进入到燃料入口9中的燃料通过进气阀组件11。该进气阀组件11详细描述在本申请人的国际申请No.PCT/AU99/00601中，因此在这里不再描述任何细节了，但是，应该注意的是，这种装置确实提供了一种这样的泵，该泵在高压时效率高，与相同排量(该排量大约为每冲程0.04cc)的小效率泵相比，这种高压便于泵马达吸收较小的流量。泵的另一个特征在于，它可以被布置成设置在高压的更小燃料量内，该高压适合于小型发动机燃料喷射应用。与典型的燃料泵相比(除了是相对效率之外)，借助排出较小量的燃料，泵具有较小的电流吸收，这是小型发动机应用(在这些应用中，大电流燃料泵的发动机功率的附件损失比较明显)的优点。泵布置5的结构意味着，泵的输出具有脉动或者断续的特性。这里，提供这种断续特性作用的细节。

进气过滤器7可以是编织品如尼龙、聚酯或者其它合适的塑料和/或纤维，它们都是本领域中公知的，并且最好具有小于100um的粒度，尽管也可以使用更小的粒度，该更小的粒度与用作燃料喷射器的过滤器的任何网格相差不多，该燃料喷射器通过燃料泵来供给燃料。

优选地，进气过滤器是具有进入管的那种，该进入管延伸到过滤器底部中。进入管在邻近过滤器底部处具有孔，因此通过进入阀组件从过滤器底部的附近处抽吸燃料。

在工作时，燃料从进入阀组件11到达泵送装置205的泵室13中。泵送装置5包括细长的活塞15，该活塞15设置在活塞通道17内，该通道17限定出变容式泵室13。活塞15通过驱动装置19来驱动从而进行往复运动，该驱动装置19包括曲柄销21，该曲柄销21支撑在电马达3的驱动轴306上并且从那里进行延伸。曲柄销21与连杆机构23的一端相配合，而该连杆机构23在另一端通过活塞15来支撑。优选地，连杆、它的支撑结构和具有曲柄销21的接合机构(如孔)由自润滑塑料构成，该塑料适合高压力速度应用，例如聚醚醚酮(PEEK)，如在the Society ofAutomotive Engineers(SAE)paper 970244“Lubriacted ThermoplasticComposites for High P-V Application”Williams E.H中所描述的一样。其它材料如PPS(OBG)和PPA(BQU)可以形成合适的替换物，它们也描述在SAE970244 Williams，E.H中。

驱动装置19支撑在室25内，该室25设置在电马达3的下部并且通到电马达3中。内部通风线路27使这个室25在燃料进入阀组件11的进入侧的一位置上与燃料入口9连通。优选地，通风线路27和燃料进入阀组件11的进入侧邻近，因此燃料进入阀组件11可以通过通风线路27从室25中抽吸燃料或者从室25中供给过量的燃料。

从泵送室13中所泵送出的燃料通过燃料出口阀29，并且通过燃料输出通道31而到达燃料泵的燃料出口33。在这些实施例中，燃料入口的高度小于燃料出口的高度。这是某些内置式应用中的优点，尽管不能相信对于实施例的工作来说是必须的。当出口通道31内的压力超过预定最小值时，减压阀50把燃料从出口通道31连通到室25中。减压阀50根据本领域公知的原理进行工作，因此不进一步进行描述了。

电马达3支撑在燃料泵壳体1的马达腔10内。腔10在顶部通过端盖12来关闭。烧结通风器2被支撑在端盖12内。烧结通风器2被设置成邻近孔8，该孔8通过端盖12。通风器允许空气从马达腔流到泵外部的位置中。

当燃料泵设置在燃料箱内时，燃料泵总体上浸入到燃料中。在这些情况下，燃料可以通过燃料入口9、通过内部通风线路27从而到达腔25，因此而通过马达腔10。燃料通过或者渗过电马达3，并且在该马达腔10内的任何空气或者燃料蒸汽通过烧结通风器2和孔8而从燃料泵中出来。这就允许燃料在马达腔10内升高到箱内的燃料高度上，当泵被燃料箱内的燃料浸没或者至少部分被浸没时，这本身允许马达3被淹没。燃料淹没马达有利于防止在电马达整流器和电刷(未示出)之间产生火花。

淹没马达和马达腔意味着，在工作中，经过通风线路27、通过入口9和变容室13从过滤器7和马达腔10中抽吸燃料。但是，相信主要的抽吸工作是通过入口过滤器7。

在某些燃料回路的工作期间，通过燃料泵所泵出的燃料的主要部分被返回到燃料源如燃料箱中。典型地，在发动机工作期间，至少50％的燃料被返回了，而在怠速时，高达98％的燃料被返回了。根据一个实施例，从燃料泵输送到燃料回路中的燃料通过旁通的调节器(未示出)，该调节器确保燃料(燃料回路没有把该燃料输送到发动机中)通过返回线路返回到燃料源中。

在优选实施例中，返回线路被连接到燃料泵的燃料返回套管上。这就允许返回燃料进入烧结通风器2上方的空间37内。这确保了，当安装泵的燃料箱内的燃料量降低到小于烧结通风器2的高度时，通过燃料使通风器2保持湿的。

已发现，如果烧结通风器2是湿的，并且燃料箱内的燃料高度降低到小于烧结通风器的高度，那么通风器内的最后表面张力作用在燃料泵壳体1内产生了局部真空。这导致燃料经过通风线路27、通过燃料入口9而被抽吸到腔25中，已观察到该通风线路27把马达腔25内的燃料保持在高于燃料箱内的燃料高度的高度上。相信，即使在燃料高度降低到小于进入阀11的高度时，这种负排出压力的增大有助于燃料泵连续泵出燃料。实际上，已发现，燃料泵将连续泵送，直到燃料高度降低到接近过滤器7的敏感元件41的底部为止。因此，本发明的燃料泵可以几乎全部地排空燃料箱。另一方面，相信对空气流动提供阻力的通风器也提供了这种局部真空。这种局部真空由于提供了泵壳体而可以实现，该泵壳体与通风器和入口9被密封隔开。

也应相信，沿着燃料返回通道返回的一些燃料(如果不是所有燃料)可以通过通风器并且进入到马达腔中的马达中。这有助于通过燃料使马达保持湿的。相信燃料起着马达润滑剂的作用，因此相信，通过马达的燃料返回通道是特别有利的，在这里，燃料箱内的燃料高度是这样的，以致马达不再被淹没。

通过马达腔的返回通道的另一个优点是，马达腔内的额外燃料有助于使腔10内的空气/燃料比降低到小于理论配比，该理论配比有助于抑制腔内可以产生的任何火焰。

在这方面，相信通过使用足够厚的通风器可以抑制在马达室内可以产生的任何火焰，从而防止火焰通常进入燃料箱中，并且防止产生爆炸，并从而防止热气体一旦通过通风器而重新点燃。通风器可以由烧结金属形成。相信2mm-2.5mm之间的厚度是有效的，但是已发现2.3mm对于小型发动机应用的燃料泵而言已足够了。已经发现这样的通风器特别有效：它的直径接近10.5mm、厚度接近2.5mm，并且该通风器由等级为60的烧结材料形成，从而具有大约100um的网格，但是相信具有在80um到120um范围内的网格的通风器也是有效的。还相信，对空气流动提供阻力的其它材料也提供了详细描述过的烧结通风器材料的有效替换物。例如，火焰抑制器的金属编织网或者替换形式也是合适的。

替换实施例可以不具有燃料返回回路，或者可以不把邻近孔的燃料返回通道设置到安装马达的腔中。在这些实施例中，可以设计额外燃料通道如主供给线路或者返回线路的分支线路，该额外燃料通道把燃料供给到通风器中，从而使通风器保持湿态，或者使燃料在马达上方保持流动。

常常不需要在燃料回路中提供通风器，该燃料回路使燃料返回通过内置式马达，但是在一些应用中，优选的是，这种回路具有这种通风器或者过滤器。另一方面，相信从具有通风器和燃料返回线路(该线路旁通通风器)的泵中获得满意的工作。

如上面详细描述一样，图3和4的内置式燃料泵机构是单室布置，与标准燃料泵(它们的效率大约为15％)相比，这种布置在高压和较小流动速率下提供了较高的效率(大约30％)。在用于小型发动机应用中如小型摩托车时，这使得泵吸收小于800mA、典型地为500mA。

在实现这种小电流吸收时，泵具有间歇输出，这可以被看作燃料供给回路中的燃料压力脉冲。在上述的双流体燃料喷射系统中，燃料典型地通过燃料喷射器而被测量到气动输送喷射器，而该燃料喷射器通常用于进气口喷射系统中。为了精确地测量燃料，燃料喷射器需要在它的燃料入口处承受相对稳定的燃料压力。

在双流体系统中，通常相对于第二流体的压力、典型地压缩空气的压力来设置燃料喷射器入口处所承受的燃料压力。典型地，输送喷射器与第二流体的增压源处于连续连通中。相应地，燃料供给回路典型地具有高于第二流体的压力，因此它可以克服第二流体的压力而被测量到输送喷射器中。不同压力的控制调节器典型地被用来得到燃料供给压力和第二流体压力之间的这种不同压力。

燃料供给回路承受由于使用例如一个室而产生的压力脉冲，从而使燃料泵机构进行往复运动，优选的是，燃料供给压力和第二流体的压力之间的压差超过压力脉冲大小一个这样的量，以致在通到燃料喷射器的入口处承受通常不变的压力，该燃料喷射器测量进入燃料输送喷射器的燃料。这种通常不变的压力应该足以在预定测量误差内测量进入到燃料输送喷射器中的燃料。

例如，在图2a的50cc的小型摩托车发动机中，发现这样的上述实施例的泵就足够了：该泵具有4mm直径的柱塞，在燃料压力和压缩空气之间的压差为250Kpa时，该柱塞每个冲程输送0.041cc。为此，燃料压力接近750Kpa并且压缩空气的压力接近500Kpa。泵以DC马达为动力进行运转，在终端的两端电压为14V时，该泵具有每分钟3900冲程的频率，而在12V时，泵典型地工作在每分钟3300和3400冲程之间。相应地，希望生产中的典型泵吸收小于大约11.2瓦特的电能(即在14V时小于0.8A)，根据驱动泵的电马达的交流发电机或者磁电机的效率，该电能典型地具有20到30瓦特之间的机械功。典型的50cc发动机产生了大约3.75KW的功率，相应地，典型生产泵可能具有小于1％的发动机寄生机械功率。

柱塞的直径可能大于4mm。对于各种各样的泵(这些泵在750Kpa下在马达终端的两端电压为14V时输送燃料)而言，已观察到下面细节：

柱塞直径(mm)	流动速率(L/h)	电流消耗(mA)
			4.0	9.4	500
5.0	13.1	680
			6.0	16.4	870

还发现，具有4mm柱塞的典型泵在燃料线路中可以产生高达20Bar压力。

还观察到，泵(该泵具有4mm柱塞和通风器，该通风器的直径大约为10.5mm、厚度大约为2.5mm并且具有大约100um的网格)通过干燥的通风器、20到25mm的负吸程、终端电压处于8-14V的范围内来提升燃料。还观察到，通过湿式通风器，如把通风器设置在燃料返回通道中所提供的一样，对于相同的终端电压而言，负吸程范围增大到55-65mm。当通风器是湿的并且当燃料箱内的燃料高度小于通风器高度时，相信这种增大的负吸程可以产生，其结果是，通过表面张力作用在马达腔内产生了局部真空。还相信这种增大的负吸程沿着通风线路27抽吸燃料，并且把燃料输送到马达腔中，从而导致马达腔内的燃料高度常常超过燃料箱内的燃料高度。相信，这种负吸程使泵几乎完全排空燃料箱(即允许泵从进入阀组件11的高度下方抽吸燃料)。

这些实施例提供了一种燃料泵，该燃料泵可以设置在燃料箱内，并且浸入在燃料中。对于直喷燃料系统而言，燃料泵以足够大的压力和以足够小的功率消耗提供燃料，以致它可以用在小型发动机应用中。

如这里所描述的、本发明和实施例的变化和改进包括在附加权利要求的范围内。

Claims (33)

1.一种燃料泵，该燃料泵可以设置在燃料箱内，它包括：

燃料泵壳体；

泵送机构，它设置在壳体内从而泵送燃料；

电马达，它驱动泵送机构，马达被安装在壳体的马达腔中；

泵送机构的燃料入口，它至少与所述燃料泵壳体处于流体连通中；

其特征在于，燃料泵壳体包括通风器装置，在使用时，它把燃料加入到燃料泵壳体中，并且当借助进入到燃料泵壳体中的燃料来排出时，该装置允许腔内的空气和燃料蒸汽出来。

2.如权利要求1所述的燃料泵，其特征在于，布置所述通风器和所述壳体，因此，在使用时，当燃料箱被填充到高于通风器的高度上并且所述马达腔与泵送装置的所述燃料入口处于流体连通时，把燃料加入到所述马达腔中。

3.如权利要求1所述的燃料泵，其特征在于，所述泵壳体被密封，并且布置所述通风器和所述壳体，因此，在使用时，当燃料箱被填充到高于通风器的高度上并且所述马达腔与泵送装置的所述燃料入口处于流体连通时，把燃料加入到所述马达腔中，泵送装置的所述燃料入口与所述燃料箱处于流体连通中。

4.如权利要求1-3任一所述的燃料泵，其特征在于，通风器还适合作为过滤器进行工作，该过滤器用来过滤通到所述壳体中的燃料。

5.如权利要求1所述的燃料泵，其特征在于，在使用时，当燃料箱内的燃料高度低于通风器的高度从而在所述泵壳体或者马达腔内产生了局部真空时，在泵起动(priming)之后，通风器提供空气至少流入到泵壳体或者马达腔中的阻力，因此额外的燃料被抽吸到所述泵壳体或者马达腔中。

6.如权利要求5所述的燃料泵，其特征在于，布置了泵，在使用时，当泵被设置在燃料箱内时，燃料入口被设置在通风器的下方，因此通风器有助于起动泵。

7.如权利要求1所述的燃料泵，其特征在于，通风器装置包括烧结金属。

8.如权利要求1所述的燃料泵，其特征在于，烧结通风器具有足够的厚度，从而在马达腔或者泵壳体内产生火焰时起着火焰抑制器的作用。

9.如权利要求1所述的燃料泵，该泵适合在邻近所述通风器的位置上接受来自燃料供给回路的返回燃料，因此至少部分返回燃料通过泵壳体，因此当燃料箱内的燃料高度下降到低于通风器装置的高度时，电马达保持至少局部被燃料淹没。

10.如权利要求1所述的燃料泵，其特征在于，通风线路把泵壳体或者马达腔与燃料入口连接起来，从而允许在泵壳体和入口之间或者在马达腔和入口之间的流体流动。

11.如权利要求1所述的燃料泵，所述燃料泵被布置向内燃机的油路供应燃料，所述燃料回路具有辅助燃料通道，所述燃料泵还适合于安装所述辅助通道，因此在使用时，所述燃料泵的马达被设置在所述辅助通道内，从而接受来自所述辅助通道的燃料。

12.如权利要求11所述的燃料泵，其特征在于，所述辅助燃料通道是燃料返回回路，在使用时，它使过量的燃料返回到所述燃料箱内。

13.如权利要求11或者12所述的燃料泵，其特征在于，所述泵包括过滤器，该过滤器设置在所述辅助通道和所述马达之间的中间位置上。

14.如权利要求13所述的燃料泵，其特征在于，所述过滤器是通风器，所述马达设置在马达腔内，所述通风器阻止空气流入到所述马达腔中，而在使用时，所述通风器在所述马达腔内产生了局部真空。

15.如权利要求14所述的燃料泵，其特征在于，当被来自所述辅助通道的燃料弄湿时，所述通风器在使用时提供了所述阻力，并且当是干燥时，所述通风器提供了最小阻力。

16.如权利要求15所述的燃料泵，其特征在于，所述阻力足以产生局部真空，该局部真空可以使燃料从进入过滤器处升高到进入阀中。

17.如权利要求16所述的燃料泵，其特征在于，局部真空可以把燃料升高到大约30mm的高度。

18.如权利要求1所述的燃料泵，所述泵包括燃料入口，该燃料入口设置在低于所述泵的通风器的高度上；所述通风器提供空气流过所述泵的阻力，因此在所述泵内至少产生了局部真空；所述局部真空与所述入口相配合，从而在使用中有助于从燃料箱中把燃料抽吸到所述燃料入口中。

19.一种燃料回路，至少用于双流体燃料喷射系统，包括如权利要求1所述的燃料泵，其中所述燃料回路所提供的燃料包括第一所述流体，一推进剂流体包括第二所述流体，所述燃料泵在压力下、以间歇脉冲提供燃料；及压力调节器，它把所述燃料供给到燃料测量装置中；所述压力调节器在压差作用下进行工作，该压差是燃料压力和所述第二流体压力的差值；所述压差小于所述压力脉冲，因此在预定容差内所述燃料测量装置可以精确地测量所述燃料。

20.如权利要求19所述的燃料回路，其特征在于，燃料泵是单室泵。

21.如权利要求19或者20所述的燃料回路，其特征在于，所述压差小于所述压力脉冲的1/4。

22.如权利要求21所述的燃料回路，其特征在于，所述压差小于所述压力脉冲的1/5。

23.如权利要求19-21任一所述的燃料回路，其特征在于，所述第二流体是空气，该空气以大约500Kpa进行供给，所述燃料以750Kpa进行供给，所述泵具有每冲程0.041cc的排量，并且所述燃料回路把燃料供给到50cc发动机中。

24.如权利要求23所述的燃料回路，其特征在于，所述泵具有DC马达，当终端电压在14V和7V之间进行改变时，该马达消耗600mA到200mA范围内的电流。

25.如权利要求24所述的燃料回路，其特征在于，在12V时，泵消耗大约450mA。

26.如权利要求24或25所述的燃料回路，其特征在于，在14V时，DC马达工作在大约3900RPM，并且在12V时，接近3300-3400RPM。

27.一种具有内燃机的小型摩托车，该内燃机具有至少一个燃料喷射器，该喷射器从燃料供给回路中接受燃料，该燃料供给回路包括如权利要求1所述的燃料泵，该泵设置在燃料箱内，燃料泵产生了小于1％的、所述发动机所产生的机械功率的附加损失。

28.如权利要求27所述的小型摩托车，其特征在于，所述燃料喷射器是直喷燃料喷射器，该喷射器接受压力超过600Kpa的燃料。

29.如权利要求27或28所述的小型摩托车，其特在于，所述发动机具有100cc或者更小的排量。

30.如权利要求27所述的小型摩托车，其特征在于，所述泵具有泵送机构，其中所述泵被布置来在燃料输送压力大约为750Kpa时产生至少55mm的负吸程，而泵送装置具有直径大约为4mm的活塞。

31.如权利要求30所述的小型摩托车，其特征在于，至少在燃料箱内的燃料降低到小于通风器的高度时，产生了所述负吸程，其中通过燃料返回通道使所述通风器保持湿的状态。

32.如权利要求27所述的小型摩托车，其特征在于，燃料泵还包括泵送机构，该泵送机构通过燃料进入阀吸入燃料并且通过燃料出口阀排出燃料，燃料泵送机构通过电马达来驱动，而电马达设置在马达腔内，马达腔具有通风器装置，从而从燃料箱或者燃料返回线路把燃料抽吸到马达腔中。

33.如权利要求32所述的小型摩托车，其特征在于，所述马达腔与紧紧靠着所述进入阀的进入侧的位置处于流体连通中。

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