CN1854496A - 用于内燃机的燃料系统的喷射泵组件 - Google Patents

Abstract

一种燃料系统，具有喷射泵组件，喷射泵组件为燃料容器填充燃料，以便为位于内燃机燃料箱中的电动燃料泵提供可靠的燃料源。该电动燃料泵优选在受控压力下将燃料输送到发动机的一系列燃料喷射器中。离开电动燃料泵的一小部分燃料被分流到喷射泵组件中，而该泵组件将燃料从燃料箱抽吸到容器中。当电动燃料泵在受损的条件下工作时，被偏压的常闭式压力响应阀防止燃料流向喷射泵组件，这样，一般在发动机冷启动状态下，将所有燃料都提供给内燃机。

Description

用于内燃机的燃料系统的喷射泵组件

技术领域

本申请要求享有于2005年4月19日提交的美国临时申请序列号No.60/672,788的权益。

本发明大致涉及一种机动车辆内燃机的液体燃料系统，更具体地说，本发明涉及一种燃料系统的喷射泵组件，其用于保持设置在燃料箱中的容器内燃料的液面水平。

背景技术

电动机燃料泵普遍用于为广泛应用的发动机提供所需燃料。电动燃料泵已知的集成在燃料箱内的燃料泵模块中，其通常具有位于泵入口的过滤器，位于泵出口的止回阀和位于出口止回阀下游的压力调节器，用于控制安装在机动车辆发动机上的燃料输送集管或燃料总管上的燃料压力。该模块的支撑结构通常包括可密封地安装在燃料箱上的法兰以及可限定容器的储油罐。燃料泵通常定位在容器中，并从中抽吸燃料。容器从燃料箱所限定的环绕在周围且大得多的燃料供应室中接收燃料。

即使当较大的燃料室具有相对较少的燃料，和/或当供应室中的燃料由于车辆移动或相对于内燃机发生任何其它运动而晃荡时，容器也为燃料泵提供了可靠的液体燃料源。通过使很少部分燃料从电动泵出口传送出去，并使其穿过文丘里管，而文丘里管则从燃料箱中将非常大量的燃料吸取到容器中，从而喷射泵组件通常可用于使容器中的燃料保持充足的液面水平。不管容器中的燃料液面水平如何，以及泵出口的燃料压力或燃料输送集管处的燃料压力如何，喷射泵组件都将持续起作用。令人遗憾的是，在恶劣或苛刻的条件下，如发动机冷启动或很低电压的条件下，电动燃料泵可能不能以全速操作。当电动泵操作受到受损时，在发动机冷启动和/或低电压条件下，发动机可能会出现燃料供给不足。

发明内容

一种燃料系统具有喷射泵组件，其充填了燃料容器，从而为定位在内燃机燃料箱内的电动燃料泵提供了充足液体燃料的可靠来源。电动燃料泵优选在受控压力下将燃料输送至发动机的一系列燃料喷射器。喷射泵组件使离开电动泵的小部分燃料转向，并从燃料箱所限定的燃料室中将大量燃料抽吸到容器中。当电动燃料泵在受损条件下操作时，响应于偏压关闭压力的阀防止燃料流入文丘里管，这样通常在发动机冷启动的条件下，就将电动泵中的所有燃料输送至内燃机。

本发明的目的、特征和优势包括一种带喷射泵组件的燃料系统，其在电动燃料泵于低电压或受损条件下操作的过程中，仍可实现全部燃料输出的发动机启动。其它优势包括一种更经济且更稳固的燃料泵模块，其具有无需设计成以超过正常容量来处理低电压条件的电动燃料泵，改进了发动机的冷启动，提供了更可靠的发动机启动及相对安静的操作，并且提供了一种制造和装配相对简单、经济且很少需要维护并且在操作期间具有较长使用寿命的设计。

附图说明

从以下优选实施例和最佳实施模式的详细介绍、所附权利要求以及附图中，可以清楚本发明的这些目的、特征和优势以及其它目的、特征和优势，其中：

图1是体现本发明的燃料系统的框图；

图2是燃料系统的简图；

图3是燃料系统的喷射泵组件的压力阀的截面图；

图4是压力阀处于打开位置时的示意性截面图；

图5是压力阀的阀体的顶视图，图中去除了阀盖以显示细节；

图6是压力阀处于关闭位置时的示意性截面图；

图7是改进的压力阀的截面图；

图8是图7所示压力阀的阀头的放大图；

图9是图7所示阀头的截面图；以及

图10是喷射泵组件在操作时的入口燃料流量对入口燃料压力的曲线图。

具体实施方式

现在更详细地参见这些附图，图1和2显示了带箱内燃料泵模块22的车辆燃料系统20，其具有燃料泵24以及优选由结构28来支撑的电动机26，结构28优选包括可密封地接合在燃料箱32上的法兰30，燃料箱32限定了燃料储存室34。燃料泵24具有入口36，其优选颗粒从结构28所限定并设置在燃料箱32的燃料储存室34中的燃料容器或子腔室42经由能过滤优选大约31微米颗粒的过滤器38来接受燃料。燃料泵24的出口44通过车辆的燃料导管46将液体燃料输送至内燃机52的燃料集管(rail)48上，其具有至少一个燃料喷射器50，用于控制流入发动机52的相应燃烧室中的燃料流。燃料供给导管46优选通过设置在模块22的两个止回阀56，58之间的出口过滤器54而与泵出口44相通，以防止回流(如图1中最佳所示)。出口过滤器54能够过滤大约8微米的颗粒，以一般保护燃料喷射器50。止回阀58的下游是压力调节器60，其通过将部分燃料旁通到供给导管46之外来控制燃料集管48处的燃料压力。通常，旁通导管62将旁通走的燃料返回到容器42或燃料供给室34中。

然而，燃料集管48处的压力控制可在改变或不改变压力调节器60形式的条件下通过各种方法来实现。例如，燃料泵24和电动机26可以是速度可变的类型，以响应于操作发动机的燃料需求。而且，燃料系统通常可以是如图2中所示带有旁通导管62的无回流类型，或者可以是其中过多的燃料可从发动机的燃料集管(未示出)返回的回流闭环类型。在2004年9月22日提交的美国专利6,343,589和美国CIP专利申请S/N 10/946,953中详细介绍了这两种带相应压力调节器60的燃料系统，这些专利通过引用而完全地结合在本文中。

如图1中最佳所示，当最初用燃料填充空的燃料箱32时，优选在结构28的储油罐66底部的伞形阀(umbrella valve)或止回阀64为容器填充灌注燃料。在填充过程中，当供给室中的燃料液面水平一般高于容器42中的燃料液面水平时，止回阀64打开，以允许燃料进入容器42。在填充燃料箱之后，并且当发动机52运转且燃料泵24处于满负荷操作时，喷射泵组件68都会工作以保持容器42中所需的燃料液面水平而无论供给室的液面水平如何，以便保证泵的可靠操作运转。如果供给室中的燃料液面水平下降到低于容器中的燃料液面水平，那么止回阀64将保持关闭，而喷射泵组件68继续将储油罐66中的燃料保持在所需的液面水平。

喷射泵组件68可远程定位在燃料供给室34中，远离燃料泵模块22，但优选集成在模块的结构28中，以便从结构28所限定并定位在燃料箱32底部72附近的第一或低压燃料入口70接受从中抽出的燃料(如图2中最佳所示)。低压入口端口70与由结构28的外壳76所限定并且一般优选设置在容器42中的喷射腔74直接相通。通过燃料泵模块22的辅助导管80，可将加压的燃料供给至第二或高压入口78，入口78通向喷射泵组件68的扼流孔板或喷嘴79，辅助导管80与优选处于出口过滤器54的直接下游并优选位于止回阀56，58之间的泵出口44或供给导管46相连通。

腔74的上部通常使喷射泵组件68的文丘里管82优选压配合或模制在外壳76中，并且构造成可接收流过高压入口78和扼流孔板79的加压燃料。文丘里管82具有直径减小部分或喉部84，并且从中流过的燃料流在喷射泵外壳76内产生了压降，以便从燃料储存室34中抽吸或抽出燃料，使燃料经由低压入口或端口70、喷射腔74而进入容器42中。从导管80接收到并流过文丘里管82的加压燃料也排放到容器42中，然后可被抽吸到燃料泵24中。大致垂直的竖管或导管86优选定位在文丘里管82的出口处，文丘里管82延伸到容器内燃料的预期液面水平以上，以防止当喷射泵组件68未启用时，容器42和喷射腔74中的燃料排回至燃料供给室34中。或者，在低压入口70处可用止回阀(未示出)替代竖管86，以防止容器和喷射腔的排出。

根据本发明，在通常由低电压和/或发动机冷启动所引起的可能会暂时有损于燃料泵24性能的低燃料压力状态的过程中，压力响应阀88防止燃料经由辅助导管80而流入喷射泵68。在这种状态下，需要将离开电动泵出口44的所有燃料都经由供给导管46而输送至发动机52，以保证启动发动机时不会缺乏足够的燃料。一旦发动机52启动并且恢复了系统电压，那么燃料泵24和电动机26将满负荷工作，并在泵出口44处达到正常操作的燃料压力，从而导致压力阀88打开并启动喷射泵组件68的操作，以便恢复容器42中的所需燃料液面水平，尤其是当燃料供给室34中的燃料液面水平大体上低于容器42中的所需燃料液面水平时，否则，伞形阀64也将起作用，以便在容器42中维持至少一定程度的燃料液面水平。

压力阀88将导管80分成上游泵侧92和下游喷射侧96。入口倒钩形连接器94优选从阀88的阀体104向外突出，并压配合到导管80的泵侧92中，而出口倒钩形连接器90从阀体104向外突出，并压配合到导管80的喷射侧96中，从而实现从中通过的液体燃料连通。连接器90，94优选是注塑模制的塑料，并可压配合在或旋拧在阀体104中，或者作为一个整体部件而模制在阀体104上。

如图3-6中最佳所示，压力响应阀88具有阀头组件106，其优选具有密封定位在通气基准室(reference chamber)118和阀室144之间的柔性卷曲隔膜112。基准室由隔膜112的第一侧面116和阀盖120限定，并且优选经由阀盖120上的孔或排放口150而通向燃料箱32的内部。在阀88处于打开位置时，阀室144大体上由隔膜112的第二相反侧面114和阀体104限定。阀头组件106与由阀体携带并间断性地暴露于阀室144中的环形阀座110相配合操作，以控制高压燃料流向喷射泵组件68的流动。加压燃料经由一般位于入口连接器94处的入口93而进入阀室144的外环形部分102中。当阀88打开时，燃料流过阀座110，进入阀室144的较小圆柱形部分136中，并通过阀体104的出口通道136，出口连接器90优选压配合在出口通道136中。

隔膜112具有周边132，其被压紧并密封在阀体104的台肩130和阀盖120的环形侧壁135的末端133之间。通过压缩弹簧108可将隔膜112可屈服地偏压在与阀座110形成密封接合的常闭位置(图3和6)，压缩弹簧108被安置在阀盖120和被支撑于隔膜112上的阀头组件106的杯状件122之间。为了引导隔膜112的打开和关闭运动，环形套筒141以很小的间隙可滑动地接受杯状件122。阀盖120的环形的向下突出的侧壁135携带套筒141，并优选与套筒141形成轻微的干涉配合。止动件137限制了隔膜112可移动离开阀座110的程度，并且优选为同阀盖120整体地成形的中心销137。中心销137的远端与杯状件106相接触，以防止隔膜112的过度行程，否则这将对其造成损害。或者，止动件137可以集成到弹簧108的设计中。这样，当弹簧137自身完全压缩时，就限制了隔膜112的挠曲。

隔膜112优选由增强织物、耐燃料腐蚀剂、橡胶、聚合物或合成橡胶制成。压力阀88具有良好的可重复性，并可在一致的设定点压力下打开，这是因为阀室144的上游环形部分102远大于阀室144的下游圆柱形部分136，因而使隔膜112的侧面114的更大表面积暴露于入口燃料压力下。

在操作过程中，当施加在隔膜112的燃料侧114上的总液压力超过施加在基准侧上的总偏压关闭力F时，压力阀88将从正常的偏压关闭位置打开。总偏压关闭力基本上是弹簧力(弹簧108所产生的)加上通气基准室118中的压力所产生的作用力。当燃料供给室34处于或接近大气压时，或者如果基准室118或燃料箱通往大气时，那么偏压关闭力F就基本上只是弹簧力。尽管如此，因为基准室118优选在燃料箱32中通气，所以阀88的操作就与燃料箱压力的动态变化相关联。

出于示例目的，并利用通用汽车公司的GMT360370燃料输送模块，该模块设计成可在大约13.8伏和优选在大约12至14伏直流电压范围内满负荷操作，燃料系统的正常操作压力为大约400千帕斯卡(kPa)，并且离开燃料泵的总燃料流量为大约150升/小时(lph)。在这种操作压力下，打开的隔膜类型的压力阀88上的压降最小，大约为或小于2kPa。大约21 lph的总燃料流量的离开燃料泵的燃料流过辅助导管80，穿过打开的压力阀88，并穿过喷射泵组件68，从而以通常为大约150至180 lph的抽吸燃料流量而进入容器中，该流量通常大于发动机52的约150 lph的峰值燃料需求。

使用GMT360370燃料输送模块的测试数据已经显示出，在大约7.1伏的受损系统直流电压下，泵24将在大约300kPa的降低压力下，输送33 lph的总燃料流量。由此压力阀88优选设计成在大约332kPa下打开，因此在低的系统电压条件下，该阀88仍将关闭。这样，所有33 lph燃料流量的燃料都流入发动机52中，以保证可靠的发动机启动。一旦发动机启动，并且在容器42耗尽燃料之前，系统电压和系统燃料压力就得以恢复，超过了压力阀88的332kPa的设定点，从而打开了阀。

参看图10，因为燃料经由喷射泵组件68抽吸或流动通常是进入燃料压力的平方根的数学函数，所以压力阀88上的较小压降是有利的，并使文丘里管82的大约0.019英寸的相对较小喉部直径成为可能。例如，在大约400kPa的正常燃料系统压力下，流过喷嘴79的燃料流为大约20 lph(离开燃料泵的总燃料的大约15％)，从而产生大约150至180lph的总抽吸燃料流量。如果系统燃料压力受损至大约100kPa，那么流过文丘里喷嘴79的燃料仍将保持相对较高，并且为大约10lph(可能为离开燃料泵的总燃料的大约40-50％)。在燃料泵24的受损操作过程中和发动机启动中，流向发动机的这种燃料流量降低将有益于压力阀88。

如图7-9中最佳所示，燃料泵模块22的改进包括利用在线式的提升阀类型的压力阀88’来取代隔膜类型的压力阀88，压力阀88’具有优选带弹性阀壳112’的扩大的锥形头组件106’，并且被压缩弹簧108’偏压关闭。压缩弹簧108’优选压在与出口连接器90’成形为一体的端盖120’与杯状件122’的环面116’之间，该杯状件122’相对于辅助燃料流朝下游敞开或面向下游。弹簧108’设置在由阀盖120’和阀体104’所限定的喷射侧流动室144’内，并集合入辅助导管中，并设置在阀体104’所携带的大致环形阀座110’的下游。

提升阀类型的压力阀88’通常比隔膜型压力阀88’制造起来要便宜，但它比隔膜型压力阀88具有更大的固有压降，并且通常噪音更大。当使用GMT360370燃料泵模块时，在大约400kPa的燃料系统压力下，提升阀类型的压力阀88’上的压降为大约300kPa，其远大于隔膜型压力阀88的2kPa。对于大约100kPa的操作而言，通过将文丘里管的喉部直径从之前所述的0.019英寸增加到0.025英寸，就可以抵消喷射泵组件68处的燃料供给压力损耗，从而产生大约150至180lph的总抽吸流量。压力阀的阀体和阀壳优选由注塑模制塑料制成，这种塑料具有相对较高的碳含量，以用于导电，以及用于降低或消除静电积聚。

尽管本文所公开的本发明的形式构成了当前优选的实施例，但是，许多其它形式也是可以的。本文并不试图提及本发明的所有可能的等效形式或派生形式。可以理解，这里所用的用语只是描述性的，而非限制性的，并且在不脱离本发明精神和或范围的条件下，可以进行各种变化。

Claims (16)

1.一种用于燃料喷射式内燃机的液体燃料系统，其包括：

构造成可设在燃料箱中的燃料容器；

燃料泵，其具有设置在所述容器中的入口，并具有至少一个燃料出口；

在所述出口和所述内燃机之间连通的供给导管；

用于将燃料从所述燃料箱输送到所述容器中的喷射泵组件；

在所述燃料出口和所述喷射泵组件之间连通的辅助导管；和

压力阀，其设置在所述辅助导管中，并且被可屈服地朝着关闭位置偏压，所述压力阀在关闭时可防止辅助燃料在燃料泵的受损操作过程中流向所述喷射泵组件。

2.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，所述压力阀是在线式的提升阀。

3.根据权利要求2所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统包括：

外壳，其携带环形阀座，并限定了设置在所述环形阀座下游的流动室；

所述压力阀的扩大弹性阀头，其偏压在所述环形阀座上；和

处于所述流动室中的被压在所述外壳和所述扩大的阀头之间的压缩弹簧，其用于将所述压力阀偏压至关闭。

4.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，所述压力阀是一种在线式的隔膜阀。

5.根据权利要求4所述的液体燃料系统，其特征在于，其包括：

部分限定了基准室的阀盖；

部分限定了阀室的阀体；

具有周边的柔性隔膜，所述周边密封地接合在所述阀盖和所述阀体之间；和

压缩弹簧，其设置在所述基准室中，并被轴向地压在所述阀盖及所述隔膜之间。

6.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统包括：

辅助导管，其至少部分地为所述压力阀所插入的管的一部分；

所述压力阀的倒钩形入口喷嘴，其可密封地配合在所述管的泵侧中；

所述压力阀的倒钩形出口喷嘴，其可密封地配合在所述管的喷射侧中。

7.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，当所述内燃机在正常电压条件下工作时，所述压力阀克服所述压缩弹簧的弹力而打开，并且所述喷射泵组件使燃料从所述燃料箱流入到所述容器内；而当所述内燃机在远低于正常电压条件下工作时，所述压力阀关闭，并且所述喷射泵组件不工作，因而不会使燃料从所述燃料箱流入所述容器。

8.根据权利要求7所述的液体燃料系统，其特征在于，所述容器具有足够的容积来容纳足以使冷启动的发动机预热的燃料。

9.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统还包括位于结构底部的止回阀，其用于使燃料从所述燃料供给室流入所述容器。

10.根据权利要求9所述的液体燃料系统，其特征在于，所述止回阀是伞形阀。

11.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统还包括：

所述喷射泵组件的外壳；

由所述外壳和所述容器底部来限定的所述喷射泵组件的喷射腔；

喷射泵组件的由所述外壳支撑的管，其使所述辅助导管在入口处与所述喷射腔相通，并且在出口处与所述容器相通；和

位于所述底部并与所述喷射腔相连通的低压端口。

12.根据权利要求11所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统还包括与所述管的出口相连通的竖管。

13.根据权利要求11所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统还包括位于所述低压端口处的止回阀，其用于防止燃料从所述喷射腔流到所述燃料箱所限定的燃料储存室中。

14.根据权利要求1所述的液体燃料系统，其特征在于，电动机驱动所述泵。

15.根据权利要求14所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统还包括用于支撑所述燃料泵和电动机的结构，所述结构具有可密封地接合在所述燃料箱上的法兰。

16.根据权利要求15所述的液体燃料系统，其特征在于，所述液体燃料系统还包括：

所述喷射泵组件的外壳，其限定了经由所述容器底部的低压入口端口而与所述燃料箱相连通的空腔；和

设置在所述空腔中的喷射泵组件的管，所述管由所述外壳来支撑，并在高压入口处与所述辅助导管和空腔相连通。

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