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CN102062032A - 用于直接喷射系统的减小密封磨损的燃料泵 - Google Patents

用于直接喷射系统的减小密封磨损的燃料泵 Download PDF

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CN102062032A
CN102062032A CN2010105435942A CN201010543594A CN102062032A CN 102062032 A CN102062032 A CN 102062032A CN 2010105435942 A CN2010105435942 A CN 2010105435942A CN 201010543594 A CN201010543594 A CN 201010543594A CN 102062032 A CN102062032 A CN 102062032A
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马西莫·马蒂奥利
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Magneti Marelli SpA
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Abstract

一种用于直接喷射系统的燃料泵(4)，具有：至少一个泵送室(14)；滑动地安装在泵送室(14)内以便周期性地改变泵送室(14)的容积的活塞(15)；连接到泵送室(14)并由进口阀(18)调节的进入管道(17)；连接到泵送室(14)并由仅允许燃料流从泵送室(14)输出的单向阀(20)调节的输出管道(19)；和环状密封件(27)，该环状密封件(27)设置在围绕活塞(15)的下部部分布置在泵送室(14)的下面的座(29)内，并且具有防止燃料沿活塞(15)的侧壁泄露的作用。

Description

用于直接喷射系统的减小密封磨损的燃料泵
技术领域
本发明涉及一种用于直接喷射系统的燃料泵。
背景技术
直接喷射系统包括多个喷射器、在压力下将燃料供给到喷射器的共轨和通过供给管路将燃料供给到共轨的高压泵，该直接喷射系统配备有流量调节装置和控制单元，控制单元引导流量调节装置以使共轨内的燃料压力保持等于期待值，该期待值一般作为发动机的运转条件的函数随时间而变化。
该高压泵包括：至少一个泵送室，活塞在所述泵送室内以往复运动滑动；由进口阀控制以供给泵送室内的低压燃料的进入管道；以及由输出阀控制以用于通过供给管路将来自泵送室的高压燃料供给到共轨的输出管路。通常，流量调节装置作用在进口阀上，使得甚至在泵送步骤期间保持进口阀打开，从而存在于泵送室内的燃料的可变部分返回到进入管道中并不通过供给管路泵送到共轨。
专利申请IT2009BO00197描述了一种配备有集流室的高压泵，集流室布置在泵送室的下面，活塞的中部部分穿过集流室，集流室通过靠近进口阀排出的连接管与进入管道连接。环状密封件设置在集流室的下面，该密封件围绕活塞的下部部分布置并具有防止燃料沿活塞的侧壁泄露的作用。特别地，集流室在侧向上和在顶部处由主体的下表面限定，并且在底部处由横向焊接到主体上的环形帽限定；环形帽具有容纳环状密封件的中央圆柱形座。该座在侧向上和在底部处由环形帽的相应壁限定，并且在顶部处由环形元件限定，该环形元件还限定活塞的下限；特别地，活塞的台肩设置在环形元件上，用于防止活塞的进一步下降。
已经注意到，在专利申请IT2009BO00197描述的高压泵中，设置在活塞周围和集流室下方的密封件的寿命短，即，其承受高磨损，结果是在短期运行之后其密封性能丧失。
专利申请WO2008061581A1描述了一种用于直接喷射系统的燃料泵，包括：泵送室；滑动地安装在泵送室内以便周期性地改变泵送室的容积的活塞；连接到泵送室并由进口阀调节的进入管道；连接到泵送室并由仅允许从泵送室输出燃料流的单向阀调节的输出管路道；以及环状密封件，该环状密封件设置在围绕活塞的下部部分布置在泵送室的下面的座内，并具有防止燃料沿活塞的侧壁泄露的作用。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于直接喷射系统的燃料泵，该燃料泵避免了上述缺点，同时易于制造、价格便宜。
根据本发明，提出了一种用于直接喷射系统的燃料泵，包括：
至少一个泵送室，
滑动地安装在泵送室内以便周期性地改变泵送室的容积的活塞，
连接到泵送室并由进口阀调节的进入管道，
连接到泵送室并由仅允许从泵送室输出燃料流的单向阀调节的输出管道，以及
环状密封件，该环状密封件设置在围绕活塞的下部部分布置在泵送室的下面的座内，并具有防止燃料沿活塞的侧壁泄露的作用，
该燃料泵的特征在于，其包括环形元件，该环形元件在其上侧限定所述容纳密封件的座，从而座的轴向尺寸不大于密封件的轴向尺寸，以便防止所述密封件由于活塞的周期轴向运动而在座内轴向“摇动”。
附图说明
现在将参照附图说明本发明，附图示出了实施例的一些非限制性实例，在附图中：
图1是共轨型燃料直接喷射系统的示意性视图，为了清晰删除了一些细节，
图2是图1中的直接喷射系统的高压燃料泵的示意性剖视图，为了清晰删除了一些细节，
图3是图2中的高压燃料泵的阻尼器装置的根据本发明改进的不同实施例的放大比例视图，
图4是图3中的阻尼器装置的细节的放大比例视图，
图5是图3中的阻尼器装置的变型的放大比例视图，
图6是图5中的阻尼器装置的细节的放大比例视图，以及
图7和8是图2中的高压燃料泵的活塞的外部部分的不同实施例的两个不同构造的两个放大比例视图。
具体实施方式
在图1中，参考数字1在整体上表示用于内燃机的共轨型燃料直接喷射系统。
直接喷射系统1包括：多个喷射器2；在压力下将燃料供给到喷射器2的共轨3；以及通过供给管路5将燃料供给到共轨3的高压泵4。直接喷射系统1配备有流量调节装置6、使共轨3内的燃料压力保持等于期待值的控制单元7和通过供给管路10将燃料从油箱9供给到高压泵4的低压泵8，所述期待值一般作为发动机的运转条件的函数随时间而变化。
控制单元7联接到流量调节装置6上以控制高压泵4的流量，以便时时刻刻以在共轨3内获得期望压力水平所需的燃料量供给共轨3；特别地，控制单元7通过利用共轨3内的燃料压力值的反馈控制来调节高压泵4的流量，压力值由压力传感器11实时检测，作为反馈变量。
根据图2所示，高压泵4包括具有纵轴线13并且在其内部限定圆柱形泵送室14的主体12。活塞15滑动地安装在泵送室14内，从而通过沿纵轴线13的往复运动，活塞15使得泵送室14的容积周期变化。活塞15的下部部分一方面联接到趋于朝向泵送室14的最大容积位置推动活塞15的弹簧16上，另一方面联接到由发动机的驱动轴驱动旋转以向上周期性地使活塞15运动从而压缩弹簧16的凸轮(未示出)上。
通过供给管路10与低压泵8连接并由与泵送室14对应布置的进口阀18控制的进入管道17从泵送室14的侧壁延伸。进口阀18通常由压力控制，在没有外部影响时，当泵送室14内的燃料压力高于进入管道17内的燃料压力时进口阀18关闭，当泵送室14内的燃料压力低于进入管道17内的燃料压力时进口阀18打开。
通过供给管路5与共轨3连接并由单向阀20控制的输出管道19从泵送室14的侧壁延伸并在相对侧上从进入管道17延伸，单向阀20与泵送室14对应布置并仅允许从泵送室14输出燃料流。输出阀20由压力控制，当泵送室14内的燃料压力高于输出管道19内的燃料压力时输出阀20打开，当泵送室14内的燃料压力低于输出管道19内的燃料压力时输出阀20关闭。
流量调节装置6联接到进口阀18上以允许控制单元7在活塞15的泵送阶段期间保持进口阀18打开，并因此允许燃料流通过进入管道17从泵送室14输出。流量调节装置6包括联接到进口阀18的控制杆21，控制杆21在其允许进口阀18关闭的无效位置与其不允许进口阀18关闭的操作位置之间能够运动。流量调节装置6还包括联接到控制杆21上以在操作位置与无效位置之间使控制杆21运动的电磁致动器22。
使泵送室14与输出管道19连通并由仅允许燃料流进入泵送室14的单向减压阀24控制的排出管道23从泵送室14的上侧处延伸。减压阀24的作用是允许燃料在共轨3内的燃料压力超过在设计阶段设定的最大值的情况下(一般地，在由控制单元7产生控制误差的情况下)减压；换句话说，减压阀24设定为当其头部的压力跃变高于在设计阶段设定的阈值时自动打开，因此防止共轨3内的燃料压力超过在设计阶段设定的最大值。
集流室25形成在主体12内，定位在泵送室14的下面，活塞15的中部部分穿过集流室25，活塞15的中部部分成形为使得由于其往复运动而周期性地改变集流室25的容积。特别地，集流室25内的活塞15的中部部分成形为类似于泵送室14内的活塞15的上部部分，从而当活塞15运动时，由于活塞15的运动而发生在集流室25内的容积变化与由于活塞15的运动而发生在泵送室14内的容积变化相反。在理想条件下，由于活塞15的运动而发生在集流室25内的容积变化等于由于活塞15的运动而发生在泵送室14内的容积变化，以便获得两个容积变化之间的完美补偿；但是，由于几何形状和构造上的限制，不能总是达到这些理想条件，因此由于活塞15的运动而发生在集流室25内的容积变化有可能小于由于活塞15的运动而发生在泵送室14内的容积变化。
集流室25通过对应于进口阀18排出的连接管26与进入管道17连接。此外，环状密封件27设置在围绕活塞15的下部部分定位的集流室25的下面，并具有防止燃料沿活塞15的侧壁泄露的作用。根据优选实施例，集流室25在侧向上和在顶部处由主体12的下表面限定，并且在底部处由横向焊接到主体12上的环形帽28限定。环形帽28具有容纳环状密封件27的中央圆柱形座29。座29在侧向上和在底部处由环形帽28的相应壁限定，并且在顶部处由环形元件30限定，环形元件30还限定活塞15的行程的下限；特别地，活塞15的台肩31设置在环形元件30上，从而防止活塞15进一步下降。重要的是要注意到，由环形元件30构成的活塞15的行程的下限仅用于高压泵4的运输期间，以防止“拆卸”活塞15；当高压泵4安装在发动机上时，联接到活塞15的外端上的凸轮(未示出)始终保持活塞15的台肩31升高在环形元件30之上(在使用中，活塞15的台肩31对环形元件30的可能的冲击会引起严重破坏)。
根据附图7和8所示的实施例，除了具有构成活塞15的行程的下限的上述作用之外，环形元件30还具有轴向限制密封件27以避免由于活塞15的周期轴向运动而引起密封件27的可能的轴向运动的作用。换句话说，容纳密封件27的座29的轴向尺寸基本上等于(在密封27轴向可压缩时，至多稍微小于)密封件27的轴向尺寸，以防止由于活塞15的周期轴向运动引起的密封件27在座29内轴向“摇动”(当密封件27在座29内轴向“摇动”时，密封件27承受在相对较短时间内的潜在破坏性的周期应力)。在轴向上，座29在底部处由环形帽28的表面限定，并且在顶部处由环形元件30限定；因此，环形元件30的位置以座29的轴向尺寸基本上等于(或更合适地不大于)密封件27的轴向尺寸的方式限定。
根据附图7和8所示的实施例，环形元件30具有抵靠环形帽28的上侧设置的平坦上边缘32、抵靠环形帽28的侧壁设置的侧边缘33和从环形帽28的侧壁垂直突出的下边缘34，下边缘34在一侧上构成活塞15的行程的下限，在另一侧上形成容纳密封件27的座29的上界。优选地，下边缘34具有U形截面以便提供一定的弹性可变形性(即，其能够以弹性方式轴向变形)，该弹性可变形性对于补偿可能的构造上的公差和以更小应力吸收活塞15的台肩31的冲击都是必要的。为了提高下边缘34的弹性可变形性，下边缘34与环形帽28的侧壁分离，即，在下边缘34与环形帽28的侧壁之间具有一定的间隙。优选地，环形元件30通过焊接固定到环形帽28上。
特别地，在图7中，活塞15位于台肩31与环形元件30接触的下限位置，而在图8中，活塞15设定为与其下限位置分离，因此台肩31位于距离环形元件30一定距离处。
如图2所示，弹簧23在环形帽28的底侧和与活塞15的底端成一体的环形扩张部35的上侧之间被压缩；这样，弹簧23布置在主体12的外部并因此能够目测检查，同时还与燃料完全隔离。
在使用中，集流室25的第一作用是收集在泵送阶段期间沿活塞15的侧壁从泵送室14不可避免地泄漏的燃料。该泄漏的燃料到达集流室25内，并且从这里通过连接管26被改线至泵送室14。设置在集流室25下面的环状密封件27防止了燃料沿活塞15的侧壁进一步泄露到集流室25的外部。重要的是应该注意到，集流室25内的燃料处于低压，因此环状密封件27不承受高应力。
在使用中，集流室25的另外的作用是有助于燃料流中的脉动补偿：当活塞15上升时，缩小泵送室14的容积，由于活塞15的上升增大了集流室25的容积(在理想条件下，等于泵送室14的容积的相应缩小)，因此通过由流量调节装置6保持打开的进口阀18从泵送室14排出的燃料能够流向集流室25。当活塞15上升时，缩小泵送室14的容积，进口阀18关闭，集流室25的容积增大使得燃料从进入管道17吸入到集流室25内。当活塞15下降时，泵送室14的容积增大，集流室25的容积减小(在理想条件下量相同)；在这种情况下，由于泵送室14的容积增大，由于集流室25的容积的减小而从集流室25排出的燃料由泵送室14吸入。
换句话说，在集流室25(当活塞15在泵送阶段期间上升时该集流室充满，并当活塞15在吸入阶段期间下降时该集流室排空)与泵送室14(当活塞15在泵送阶段期间上升时该泵送室排空，并当活塞15在吸入阶段期间下降时该泵送室充满)之间发生了燃料的周期互换。在理想条件下，当活塞15的运动使得集流室25的容积变化等于泵送室14的容积变化且与泵送室14的容积变化相反时，就优化了集流室25与泵送室14之间的这种燃料互换；如上所述，由于几何形状和构造上的限制，不能总是达到这些理想条件，因此由于活塞15的运动而发生在集流室25内的容积变化有可能小于由于活塞15的运动而发生在泵送室14内的容积变化。
由于集流室25与泵送室14之间的上述燃料的周期互换，因此有可能实现在供给管路10内的燃料脉动的非常大的减小；某些理论仿真已推定，在供给管路10内的燃料脉动的减小可超过50％(即，脉动的振辐相对于没有上述燃料周期互换的相似高压泵减半以上)。
在主体12内部分地延伸的进入管道17将供给管路10连接至泵送室14，并由(对应于泵送室14布置的)进口阀18控制。沿进入管道17定位(因此在进口阀18的上游)并固定到高压泵4的主体12上的阻尼器装置36(补偿器)具有减小在低压支管(即，沿供给管路10)内的燃料流的整体脉动并因此减小燃料压力中的整体摆动的作用。燃料流内的脉动能够产生可听范围内的噪音，该噪音能够影响到采用该燃料泵的车辆的乘坐者；另外，燃料压力摆动能够损坏低压泵8。
阻尼器装置36包括圆柱形盒37，在该圆柱形盒37内限定有容纳两个弹性可变形的(或更合适地弹性可压缩的)阻尼器体39的阻尼室38。阻尼器体39的作用是阻尼燃料流沿供给管路10的波动(脉动)。泵送室14内的燃料供应以极度不连续的方式发生，即具有：燃料进入泵送室14的时刻(在进口阀18打开的进入阶段期间)；燃料不进入也不离开泵送室14的时刻(在进口阀18关闭的泵送阶段期间)；以及燃料离开泵送室14的时刻(在由于流量调节装置6的作用进口阀18打开的泵送阶段期间)。泵送室14内的燃料供应的这些不连续性由阻尼器体39的容积变化阻尼，因此通过供给管路10的燃料的流动能够更加恒定，即更小的脉动(或更合适地，保持脉动，但振辐减小)。
根据图3所示的实施例，阻尼器装置36的盒37包括关闭并密封阻尼室38的上盖40；另外，盒37具有连接到供给管路10的侧向进口开口41和排入到进入管道17的下排出开口42。
每个阻尼器体39具有充满受压气体的密闭内室43，密闭内室43由通过连续的环状焊缝47与环形边缘46一致地焊接在一起的两个杯形金属板44和45形成(即，环状焊缝47延伸360°，从而形成对应于环形边缘46的封闭圆周)。
阻尼器体39由环形支承元件48支承在阻尼室38内，环形支承元件48在彼此之间夹持环状焊缝47外部的阻尼器体39的外边缘46。换句话说，每个阻尼器体39的环形边缘47由布置在环状焊缝47的外部的两个支承元件48在上方和下方夹持。特别地，设有三个支承元件48：两个外部或侧向支承元件48，每一个支承元件保持仅一个阻尼器体39；以及一个内部或中央支承部件48，其保持两个阻尼器体39并布置在两个阻尼器体39之间。
三个支承元件48组通过盖40的挤压作用堆压在盒37内，盖40的挤压作用通过插入在盖40与三个支承元件48组之间的盘簧49传递；插入在盖40与三个支承元件48组之间的盘簧49的作用是补偿构造上的公差并以预定力保持三个支承元件48堆压。根据另一实施例(未示出)，不设有盘簧49，其作用由在轴向方向上具有一定水平的弹性可压缩性的支承元件48执行；换句话说，支承元件48是轴向弹性的，以便当被盖40压缩时能够沿轴向方向弹性地变形。
根据优选实施例，每个支承部件48具有一系列通孔50，所述通孔形成在圆柱形侧壁内以允许燃料流过支承部件48。
如图4所示，每个阻尼器体39的板44和45具有一个放置在另一个顶部上并由环状焊缝47接合以形成阻尼器体39的环形边缘46的相应的环形边缘51和52。重要的是应该注意到，在每个阻尼器体39中，环状焊缝47形成在板44和45的环形边缘51和52的中间区内，以便处于距离环形边缘51和52的外端一定距离处。换句话说，环状焊缝47位于板44和45的环形边缘51和52的外端与密闭室43之间的中间位置，根据构造上的变型，其能够稍微靠近环形边缘51和52的外端或稍微靠近密闭室43定位。
在附图3和4所示的实施例中，两个板44和45的环形边缘51和52具有相同的形状和尺寸，因此限定对应于阻尼器体39的环形边缘46的镜像结构，在该镜像结构中，边缘51的内表面与边缘52的内表面接触。在附图5和6所示的实施例中，两个板44和45的环形边缘51和52具有不同的形状和尺寸：板44的环形边缘51宽于板45的环形边缘52，并被折叠成“U”形以包围(环绕)板45的环形边缘52的两侧；换句话说，板45的环形边缘52是平坦的，而板44的环形边缘51为U形以包围板45的环形边缘52的两侧。在该实施例中，环状焊缝47可以是双的以将板44的环形边缘51结合到板45的环形边缘52的两侧上(如图6中清晰的示出)，或者可以是单的以将板44的环形边缘51仅结合到板45的环形边缘52的一侧上(变型未示出)。
上述阻尼器装置36具有确保阻尼器体39的长期密封性的优点，该阻尼器体39不会使包含于限定在阻尼器体39内的密闭室53中的气体的压力渐进失去。这一结果的获得归因于以下事实：每个阻尼器体39上的环状焊缝47没有对应于板44和45的环形边缘51和52的外端形成，而是形成在板44和45的环形边缘51和52的中间区(即，距离环形边缘51和52的外端一定距离处)；事实上，由于环状焊缝47的这种定位，使得环状焊缝47本身具有更大的机械阻力和更小的产生横向裂缝的可能性。

Claims (12)

1.一种用于直接喷射系统的燃料泵(4)，包括：
至少一个泵送室(14)，
滑动地安装在所述泵送室(14)内以便周期性地改变所述泵送室(14)的容积的活塞(15)，
连接到所述泵送室(14)上并由进口阀(18)调节的进入管道(17)，
连接到所述泵送室(14)上并由单向阀(20)调节的输出管道(19)，所述单向阀(20)仅允许燃料流从所述泵送室(14)输出，以及
环状密封件(27)，所述环状密封件(27)设置在围绕所述活塞(15)的下部部分布置在所述泵送室(14)的下面的座(29)内，并且具有防止燃料沿所述活塞(15)的侧壁泄露的作用，
所述燃料泵(4)的特征在于，其包括环形元件(30)，所述环形元件(30)在其上侧限定容纳所述密封件(27)的所述座(29)，使得所述座(29)的轴向尺寸不大于所述密封件(27)的轴向尺寸，以防止所述密封件(27)由于所述活塞(15)的周期轴向运动而在所述座(29)内轴向“摇动”。
2.根据权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，容纳所述密封件(27)的所述座(29)的轴向尺寸稍微小于所述密封件(27)的轴向尺寸，从而所述密封件(27)在所述座(29)内被轻微地轴向压缩。
3.根据权利要求1所述的燃料泵(4)，其中，所述环形元件(30)限定所述活塞(15)的行程的下限；所述活塞(15)的台肩(31)设置在所述环形元件(30)上，从而防止所述活塞(15)进一步下降。
4.根据权利要求3所述的燃料泵(4)，其中，所述环形元件(30)具有下边缘(34)，所述边下缘(34)在一侧上形成所述活塞(15)的行程的所述下限，并且在另一侧上形成容纳所述密封件(27)的所述座(29)的上界。
5.根据权利要求4所述的燃料泵(4)，其中，所述下边缘(34)具有U形截面以便提供一定的弹性变形能力。
6.根据权利要求5所述的燃料泵(4)，其中，所述下边缘(34)插入在支承所述下边缘(34)的环形帽(28)内；所述下边缘(34)与所述环形帽(28)的侧壁分离。
7.根据权利要求1所述的燃料泵(4)，包括焊接到所述燃料泵(4)的主体(12)的下部部分上的环形帽(28)；容纳所述密封件(27)的所述座(29)在侧向上和在底部处由所述环形帽(28)的相应壁限定，并且在顶部处由所述环形元件(30)限定。
8.根据权利要求7所述的燃料泵(4)，其中，所述环形元件(30)具有抵靠所述环形帽(28)的上侧设置的平坦的上边缘(32)、抵靠所述环形帽(28)的侧壁设置的侧边缘(33)和从所述环形帽(28)的所述侧壁垂直突出并具有U形截面以便提供一定的弹性变形能力的下边缘(34)。
9.根据权利要求1所述的燃料泵(4)，包括集流室(25)，所述集流室(25)定位在所述泵送室(14)的下面且在所述密封件(27)的上方，所述活塞(15)的中部部分穿过所述集流室(25)。
10.根据权利要求9所述的燃料泵(4)，包括将所述集流室(25)连接到所述进入管道(17)并对应于所述进口阀(18)排出的连接管(26)。
11.根据权利要求10所述的燃料泵(4)，其中，在所述集流室(25)内的所述活塞(15)的所述中部部分成形为使得由于所述活塞(15)的所述中部部分的往复运动而周期性地改变所述集流室(25)的容积。
12.根据权利要求11所述的燃料泵(4)，其中，在所述集流室(25)内的所述活塞(15)的所述中部部分成形为类似于在所述泵送室(14)内的所述活塞(15)的上部部分，从而当所述活塞(15)运动时，由于所述活塞(15)的运动而发生在所述集流室(25)内的容积变化与由于所述活塞(15)的运动而发生在所述泵送室(14)内的容积变化相反，并且优选地相等。
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