TW201721012A - 在活塞中具有排放閥的活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種活塞泵，尤其係用於機車及/或小型內部燃燒引擎之燃料噴射系統的活塞泵，該活塞泵包含‧一汽缸，其具有一汽缸底部及汽缸壁，‧一活塞，其配置於該汽缸中，‧一致動器，其在該汽缸中在一第一方向上移動該活塞，‧一返回元件，尤其一彈簧，其在該汽缸中在一第二方向上移動該活塞，其中該第二方向與該第一方向相反，‧一壓縮室，其藉由該活塞、該汽缸底部及該汽缸壁定界，‧一進口閥，一燃料經由其流入至該壓縮室中，及‧一排放閥，該燃料經由其流出該壓縮室，其中該進口閥配置於該汽缸底部中，且該排放閥配置於該活塞中。

Description

在活塞中具有排放閥的活塞泵
根據申請專利範圍第1項，本發明係關於一種用於小型機車(例如，小輪機車、雪地機車、四輪機車、機動船或類似者)或其他小型引擎應用(例如，鏈鋸)之燃料噴射系統的活塞泵。
舉例而言，自GB 2478876B得知此種類型之活塞泵。此為活塞泵，特別是為螺線管活塞泵，其具有：活塞、用於致動活塞之致動器、用於使活塞返回至初始位置之返回元件、進口閥、壓縮室及排放閥。經由致動活塞，在進氣階段中經由進口閥將燃料抽取至壓縮室中。在壓縮階段中，經由排放閥將燃料泵出壓縮室。
在根據先前技術之活塞泵中，進口閥及排放閥彼此共軸配置在壓縮室之同一側上。典型地，該等閥空間上彼此前後配置，此結果為離壓縮室更遠之閥經由通道流體地連接至壓縮室，此閥典型地為排放閥。在活塞泵之壓縮階段期間，通道中之燃料不能類似於壓縮室中之燃料予以壓縮。因此，通道之體積充當無效體積且降低活塞泵之輸送速率。
此外，用於進口閥及排放閥之安裝空間(其必須經劃分及定界)導致閥的流動面積極其有限。尤其對於進口閥而言，通常存在可用作 流動面積之相對較小面積。此較小流動面積引起對流動燃料之高級限制。對進口閥之限制愈大，則用於燃料之進氣真空度必須愈大，以確保在進氣階段期間使足夠燃料流入至壓縮室中。高進氣真空度降低泵之輸送速率。此外，高進氣真空度亦可導致所吸入燃料釋放氣體，且因此，燃料之體積流崩潰。除已提及之因素以外，此降低活塞泵之輸送速率。
因此，本發明之目的在於以消除或最小化以上缺點之方式來改良開始所陳述之類型的活塞泵。
給定此情況，根據具有如申請專利範圍第1項之特徵的本發明之活塞泵具有以下優勢：進口閥具有較大流動面積且因此減少對流動至壓縮室中之燃料的限制；由於可防止燃料之脫氣，藉此同樣減少最小所需進氣真空度。此外，根據本發明之活塞泵具有以下優勢：排放閥在活塞中之配置消除壓縮室與排放閥之間的通道，且因此減少壓縮室中之無效體積。根據本發明，憑藉將進口閥配置於汽缸底部中且將排放閥配置於活塞中之事實來實現此等優勢。在此情況下，活塞泵包含：汽缸，其具有汽缸底部及汽缸壁；配置於汽缸中之活塞；致動器，其在汽缸中在第一方向上移動活塞；返回元件(尤其彈簧)，其在汽缸中在第二方向上移動活塞，其中第二方向與第一方向相反；壓縮室，其藉由活塞、汽缸底部及汽缸壁定界；進口閥，燃料經由其流動至壓縮室中；及排放閥，燃料經由其流出壓縮室。因此，根據本發明，可藉助於配置於壓縮室中之相對側上的閥(進口閥之排放閥)來改良燃料泵之輸送速率及效率。此外，在根據本發明之進口閥及排放閥的配置中消除兩個閥之一個接一個的複雜配置，藉此簡化設計且降低生產成本。
本發明之其他有利具體實例形成從屬申請專利範圍之標的物。
進口閥及排放閥較佳地位於共同軸上，其中特別是此軸對應於活塞之移動軸。此引起燃料穿過泵及壓縮室的軸流，藉此減少流動阻力。相比於來自先前技術之活塞泵，不再需要壓縮室中之燃料流偏轉。流動之每一偏轉增加流動介質之流動阻力。
由本申請人進行之測試已額外展示：若排放閥之流動面積對應於活塞之活塞頭處之截面面積的至少5%，特別是，至少10%，則為有利的。此確保排放閥之流動面積對於燃料在壓縮階段之時段內流出壓縮室而言足夠大。
由本申請人進行之其他測試已展示：若(另外或作為替代例)排放閥之流動面積對應於活塞之活塞頭處之截面面積的至多60%，特別是，至多50%，則為有利的。此確保活塞仍具有對於活塞之穩定性而言足夠厚的壁及底表面。此外，活塞頭表面對於壓縮壓縮室中之燃料而言仍足夠大。
另外，或作為替代例，如由本申請人進行之系列測試已展示：進口閥之流動面積對應於壓縮室之汽缸底部處之截面面積的至少10%，特別是，至少15%為有利的。此具有進口閥之流動面積足夠大的有利效果，且因此進氣真空度不高，藉此改良泵之輸送速率且同時防止所吸入燃料之脫氣。
另外已證實：進口閥之流動面積對應於壓縮室之汽缸底部處之截面面積的至多80%，特別是，至多60%為有利的。此確保汽缸底部具有使得進口閥能夠固定在汽缸底部中之足夠面積。
將排放閥及/或進口閥較佳地設計為隔膜閥。可因此實現緊密且節省空間的建構。
根據本發明之有利發展，將排放閥配置於活塞中，特別是配置於活塞頭中。活塞頭為活塞面向壓縮室之側。若活塞頭具有其中配置有排放閥之凹口，則為有利的。舉例而言，排放閥藉助於環而固定在活塞中。若環受力配合地及/或實質上連接至活塞，則為有利的。舉例而言，環可按壓裝配、焊接或黏附地結合在活塞頭之凹口中，且藉此可將排放閥固定在凹口中。
作為替代例，排放閥自身可藉由受力配合的及/或材料接合固定於活塞頭上或固定在活塞頭中之凹口中。
有利地規定，將排放閥或排放閥及環以排放閥或排放閥及環與活塞頭齊平結束之方式配置於凹口中。齊平結束最小化活塞頭處之無效體積且增加活塞頭用於壓縮壓縮室中之燃料的面積。
若環不僅充當固定排放閥之構件而且另外亦充當壓縮室與活塞背側之間的密封元件，則更為有利的。活塞背側為活塞背對壓縮室之側，亦即，活塞背側為活塞遠離活塞頭之側。
已證實活塞具有將壓縮室流體地連接至活塞背側上之室的通道為有利的。通道在活塞內軸向延伸。通道在排放閥處開始且在活塞背側結束。返回元件(其在汽缸中在第二方向上移動活塞)(例如)配置於通道之區段內。
1‧‧‧燃料泵
2‧‧‧汽缸
3‧‧‧活塞
4‧‧‧螺線管
5‧‧‧彈簧
6‧‧‧壓縮室
7‧‧‧進口閥
8‧‧‧排放閥
9‧‧‧環
10‧‧‧通道
11‧‧‧外殼
12‧‧‧電樞沖片
13‧‧‧彈簧固持器
21‧‧‧汽缸底部
22‧‧‧汽缸壁
31‧‧‧活塞頭
33‧‧‧活塞背側
34‧‧‧腔室
101‧‧‧第一區域
102‧‧‧第二區域
103‧‧‧第一階梯
104‧‧‧第二階梯
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
C‧‧‧箭頭
D‧‧‧箭頭
M‧‧‧軸
X‧‧‧圓圈
圖1展示根據本發明之活塞泵之實例。
圖2展示根據本發明之在a)抽吸階段及b)壓縮階段中之活塞泵。
下文參考圖1詳細描述根據本發明之較佳說明性具體實例之活塞泵1。在圖1b)中，按放大比例展示由圖1a)中之圓圈X指示的區域。
如自圖1可看出，根據本發明之活塞泵1呈螺線管活塞泵形式，且因此具有：汽缸2、配置於汽缸2中之活塞3、作為用於在第一方向(箭頭A)上致動活塞3之致動器4的螺線管，及作為用於在第二方向(箭頭B)上移動活塞3直至其初始位置之返回元件5的彈簧。此外，根據本發明之燃料泵1包含第一進口閥7、排放閥8及壓縮室6。活塞泵1之該等組件由外殼11及電樞沖片12包圍。
在進氣階段中，螺線管4為通電的，且活塞3在汽缸2內在第一方向(箭頭A)上朝向電樞沖片12移動，且該活塞3可衝擊電樞沖片12。在壓縮階段中，螺線管4為斷開的，且彈簧5在與第一方向(箭頭A)相反的第二方向(箭頭B)上將活塞3移動至其初始位置。在此配置中，彈簧5夾持於活塞3與彈簧固持器13之間。彈簧固持器13配置於電樞沖片12中或其上。彈簧5自身至少部分地配置在活塞背側33上之凹口內。獨立彈簧固持器13使得能夠不受衝擊約束地調整彈簧5之復原力。活塞泵1之衝擊藉助於電樞沖片12調整。
汽缸2具有汽缸底部21及汽缸壁22。活塞3可移動地配置在汽缸2內。汽缸底部21、汽缸壁22及活塞3定界壓縮室6。面向壓縮室6之活塞側被稱為活塞頭31，且活塞3之相對應的相對側為活塞背側33， 返回元件5配置於該活塞背側33上，且該活塞背側33面向電樞沖片12。
進口閥7配置於汽缸底部21中。在此說明性具體實例中，進口閥7具有燃料流動穿過之相對於壓縮室6之汽缸底部21處之截面面積的30%至45%的面積。
排放閥8配置於活塞3中。在此說明性具體實例中，排放閥8配置於活塞頭3中。更精確而言，活塞頭3具有凹口，在該凹口中配置有排放閥8及(在此實例中)用於將排放閥8固定在活塞頭31中之凹口中的環9。環9受力配合地及/或實質上連接至活塞3。舉例而言，環9按壓裝配、黏附地結合或焊接在活塞頭部31之凹口中。環9經較佳地設計且以環9執行活塞上之密封元件之功能的方式連接至活塞3。
作為替代例，排放閥8自身可以有可能省去用於固定及密封的環9的方式來組態及固定。
活塞頭部31中之凹口以環9與活塞頭31齊平結束之方式來組態。若省去環9，則排放閥8相應地與活塞頭部31齊平結束。
在此說明性具體實例中，排放閥8具有燃料流動穿過之相對於活塞3之活塞頭31處之截面面積的5%至15%的面積。
在此說明性具體實例中，將排放閥8及進口閥7設計為隔膜閥。排放閥8及進口閥7位於共同軸M上，該軸對應於活塞3之移動軸。因此，燃料軸向流動穿過活塞泵1。
除活塞頭31中之凹口及活塞背側33中之凹口以外，活塞3另外具有通道10。通道10在活塞背側33之方向上，自排放閥8開始延伸。通道10在活塞頭31中之凹口(其中配置有排放閥8)與活塞背側33上之 凹口(其中配置有返回元件5)之間有利地形成流體連接。通道10可具有直徑不同的區域101、102。典型地，通道10之直接與排放閥8毗連的第一區域101具有比直接與背側33上之凹口毗連的第二區域102大的直徑。通道10之兩個區域101、102可各自獨立地具有恆定直徑(圖2)。通道10之第一區域101與第二區域102之間的過渡由第一階梯103形成。
作為替代例，通道10之第一區域101可具有特別是在第二區域102之方向上連續減少的直徑，因而減少或避免第一階梯103。因此，將燃料引導至通道10之第二區域102，且由第一階梯103處之反射導致的在燃料流中之湍流減少。
通道10之第二區域102亦可具有比活塞背側33上之凹口小的直徑，因而形成第二階梯104。返回元件5夾持在此第二階梯104與彈簧固持器13之間。
作為替代例，若通道3之第一區域101在至活塞背側33上之凹口的過渡處具有比活塞背側33上之凹口更小的直徑，則省去通道3之第二區域102亦為可能的，因而形成第二階梯104。
在本發明之另一替代具體實例中，通道3具有自排放閥8延伸至活塞背側33之直徑為恆定的僅一個區域亦為可能的。接著不將返回元件5配置於活塞背側33上之凹口中，而是夾持在活塞背側33與彈簧固持器13之間。
在圖2中，展示在a)進氣階段及b)壓縮階段期間之根據本發明之活塞泵1。展示於此處之活塞泵1僅在自通道10之第一區域101至通道10之第二區域102的過渡處與圖1中所展示之活塞泵1不同的。
在進氣階段期間，由於在壓縮室6中形成真空且燃料(箭頭C)經由進口閥7流出燃料管線進入壓縮室6中，故活塞3在第一方向(箭頭A)上移動。在該過程中，流動燃料(箭頭C)迫使進口閥7(其為隔膜閥)打開。
在壓縮階段期間，藉由返回元件5在第二方向(箭頭B)上將活塞3移回至其初始位置。在此過程期間，進口閥7閉合。由於壓縮室6中之壓力增加，故燃料(箭頭D)迫使排放閥8(其為隔膜閥)打開，且該燃料經由通道10及活塞背側33上之凹口流動至活塞背側33上之腔室中。經由另一燃料管線，經壓縮燃料(箭頭D)自活塞泵1轉移至噴射裝置。
根據本發明之活塞泵1在(例如)3巴及高於60℃下具有5公升/小時的輸送速率。此活塞泵1可用於(例如)機車、四輪機車、雪地機車、機動船或鏈鋸。
1‧‧‧燃料泵
2‧‧‧汽缸
3‧‧‧活塞
4‧‧‧螺線管
5‧‧‧彈簧
6‧‧‧壓縮室
7‧‧‧進口閥
8‧‧‧排放閥
9‧‧‧環
10‧‧‧通道
11‧‧‧外殼
12‧‧‧電樞沖片
13‧‧‧彈簧固持器
21‧‧‧汽缸底部
22‧‧‧汽缸壁
33‧‧‧活塞背側
34‧‧‧腔室
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
X‧‧‧圓圈

Claims (11)

  1. 一種活塞泵(1)，尤其係用於機車及/或小型引擎應用之燃料噴射系統的活塞泵(1)，該活塞泵包含一汽缸(2)，其具有一汽缸底部(21)及汽缸壁(22)，一活塞(3)，其配置於該汽缸(2)中，一致動器(4)，其在該汽缸(2)中在一第一方向(箭頭A)上移動該活塞(3)，一返回元件(5)，尤其一彈簧，其在該汽缸中在一第二方向(箭頭V)上移動該活塞(3)，其中該第二方向與該第一方向相反，一壓縮室(6)，其藉由該活塞(3)、該汽缸底部(21)及該汽缸壁(22)來定界，一進口閥(7)，一燃料經由其流入至該壓縮室(6)中，及一排放閥(8)，該燃料經由其流出該壓縮室(6)，其中，該進口閥(7)配置於該汽缸底部(21)中，且該排放閥(8)配置於該活塞(3)中。
  2. 如申請專利範圍第1項之活塞泵，其中該進口閥(7)及該排放閥(8)定位於一共同軸(M)上，特別是，其中此軸對應於該活塞(3)之移動軸。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該排放閥(8)之流動面積對應於該活塞(3)之活塞頭(31)處之截面面積的至少5%，特別是，至少10%。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該排放閥(8)之該流動 面積對應於該活塞(3)之該活塞頭(31)處之截面面積的至多60%，特別是，至多50%。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該進口閥(7)之該流動面積對應於該壓縮室(6)之該汽缸底部(21)處之截面面積的至少10%，特別是，至少15%。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該進口閥(7)之該流動面積對應於該壓縮室(6)之該汽缸底部(21)處之截面面積的至多80%，特別是，至多60%。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該排放閥(8)及/或該進口閥(7)為一隔膜閥。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該排放閥(8)藉助於一環(9)固定在該活塞(3)中。
  9. 如申請專利範圍第8項之活塞泵，其中該環(9)受力配合地及/或實質上連接至該活塞(3)。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項之活塞泵，其中該環(9)充當該壓縮室(6)與一活塞背側(33)之間的一密封元件。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項之活塞泵，其中該活塞(3)具有將該壓縮室(6)流體地連接至該活塞背側(33)上之一腔室(34)的一通道(10)。
TW105136266A 2015-11-10 2016-11-08 在活塞中具有排放閥的活塞泵 TWI695931B (zh)

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