CN103597198B - 用于燃料泵的入口阀设置 - Google Patents

Abstract

一种用于共轨燃料喷射系统的燃料泵泵头的入口阀设置包括：入口阀构件（10），其能在打开和闭合位置之间移动以控制从低压燃料源到燃料泵的泵送腔室（6）的流动。入口阀构件（10）设置成响应于入口阀构件（10）的入口侧上的燃料流体压力和泵送腔室（6）中的流体压力之间的压力差值超出阈值而打开。入口阀设置（9）包括用于选择性地将闭合力施加在入口阀构件（10）上以将其朝向闭合位置偏压的器件，以使得在使用时由所述器件施加闭合力用来增加入口阀构件（10）打开时的压力差值的阈值。

Description

用于燃料泵的入口阀设置

技术领域

本发明涉及入口阀设置，并且尤其地涉及用于共轨燃料喷射系统的燃料泵泵头的入口阀设置。

背景技术

用于共轨燃料喷射系统的高压燃料泵通常包括一个或多个液压泵头，其中，燃料由柱塞的往复移动在泵头的泵送腔室中加压。通常，低压燃料由燃料箱中的低压提升泵或者可选地由建构到高压燃料泵中的输送泵被供给到泵头。一旦加压，高压燃料从泵送腔室供给到共轨。

入口计量阀用来限制供给到高压泵以被压缩和传送到共轨的燃料。惯常的入口计量阀是有效地可控的孔口，其用来节流到高压泵入口阀的燃料流以控制阀入口侧上的压力，其通常被弹簧偏压到闭合位置中。因而，阀入口侧的压力确定阀何时打开以及传送到泵送腔室的燃料量。这样，仅发动机需要的燃料量传送到轨道，由此与燃料由提升或输送泵以恒定的完全传送而供给的情形相比节省了燃料和能量二者。

然而，对于惯常的入口计量阀存在多个缺点。尤其地，这种阀昂贵并且增加共轨喷射系统的总成本，这是不期望的。第二，入口计量阀相对大并且是耗用空间的部件。第三，这种阀易受磨损和劣质燃料的影响，这对于他们所安装于其中的共轨燃料喷射系统具有有害影响。另外，使用惯常的入口计量阀意味着计量/轨道压力控制机构相对远离高压燃料泵的泵送腔室，其导致在轨道压力控制上不期望的延迟。

本发明的目的是提供用于高压燃料泵泵头的入口阀设置，其实质上克服或减轻了上述问题中的至少一些。

对于涉及用于高压流体泵的入口阀设置的更多信息，读者关注以“Continental Automotive GmbH”（大陆汽车GmbH）名义的德国专利申请号10-2008-018018。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在共轨燃料喷射系统中使用的入口阀设置，入口阀设置包括：

入口阀构件，其能在打开和闭合位置之间移动以控制从入口阀构件的入口侧上的第一压力的燃料源到入口阀构件的出口侧上的腔室的流动，其中，入口阀构件设置成响应于入口侧上的燃料的流体压力和腔室中的流体压力之间的压力差值超出阈值而打开；

入口阀设置包括用于选择性地将闭合力施加在入口阀构件上以将其朝向闭合位置偏压的器件，以使得在使用时由所述器件施加闭合力用来增加入口阀构件打开时的压力差值的阈值。

根据本发明第一方面的入口阀设置在用于共轨燃料喷射系统的燃料泵泵头中具有特殊应用，其中，入口阀构件能在打开和闭合位置之间移动以控制从低压燃料源到燃料泵的泵送腔室的流动，并且入口阀构件设置成响应于入口阀构件的入口侧上的燃料流体压力和泵送腔室中的流体压力之间的压力差值超出阈值而打开。

因而，通过选择性地将闭合力施加在入口阀构件上，可以改变打开所述阀所需的跨过入口阀构件的压力差值的阈值。继而，这改变了在所述入口阀设置所安装的燃料泵运行期间入口阀构件打开和闭合的时间，而且改变了传送到燃料泵的泵送腔室的燃料量。因而消除了对于惯常的入口计量阀的需要。优选地，用于选择性地施加闭合力的所述器件可操作以施加随控制信号成比例变化的力，所述控制信号可以是控制电流。

优选地，所述器件包括以螺线管线圈形式的电气部件，所述螺线管线圈可操作以将闭合力施加在入口阀构件上，所述闭合力与其中流动的电流成比例。

更为优选地，入口阀设置包括联接到入口阀构件的铁磁材料的电枢，以使得当电流在螺线管线圈中流动时，螺线管线圈将电磁力施加在电枢上。

惯常地，入口阀设置包括设置成将入口阀构件朝向闭合位置偏压的弹簧，其中，所述压力差值的阈值对应于入口阀构件上的打开力，所述打开力大于由弹簧施加的闭合力。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于共轨燃料喷射系统的燃料泵的泵头，所述泵头包括泵头壳体和根据第一方面的入口阀设置。

优选地，在入口阀构件的入口侧上的燃料的流体压力由坑道中的流体压力限定，其中，坑道与由装配在泵头壳体外部的关闭构件所部分地限定的外部腔室连通，以使得在使用时坑道经由外部腔室与低压燃料源连通。

更为优选地，外部腔室包括进入端口，进入端口适于限制从低压燃料源到外部腔室中的流动，以使得在使用时外部腔室中的最大流体压力限制到小于低压燃料源的输出压力的压力。还更为优选地，进入端口设置在关闭构件中。

优选地，入口阀构件包括细长颈部，其在泵头壳体中的阀孔中导向，阀孔在泵头壳体的上表面和阀座之间延伸。

更为优选地，外部腔室限定在关闭构件和泵头壳体的上表面之间；并且远离阀座而设置的颈部的远端在泵头壳体的上表面之上突出到外部腔室中。

还更为优选地，所述器件包括可操作以将闭合力施加在入口阀构件上的螺线管线圈，所述闭合力与其中流动的电流成比例；

入口阀设置包括联接到入口阀构件的铁磁材料的电枢以使得当电流在螺线管线圈中流动时，螺线管线圈将电磁力施加在电枢上，以及设置成将入口阀构件朝向闭合位置偏压的弹簧，其中，所述压力差值的阈值对应于入口阀构件上的打开力，所述打开力大于由弹簧施加的闭合力；

并且，电枢从颈部的远端径向向外突出并用作弹簧座，弹簧设置在电枢和泵头壳体的上表面之间。

又更为优选地，螺线管线圈装配在关闭构件中或在关闭构件上以使得当关闭构件装配在泵头壳体上时，螺线管线圈与入口阀构件以及（惯常地）入口阀构件的颈部的远端相邻近并同轴设置。

根据本发明的第三方面，提供了用于共轨燃料喷射系统的燃料泵，包括根据第二方面的至少一个泵头。

将理解的是，本发明第一方面的优选和/或可选择的特征可以单独或以合适的组合与第二方面的泵头和/或第三方面的燃料泵结合。

附图说明

参照附图，现在将仅通过示例描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明的具有入口阀设置实施例的燃料泵头的示意图。

具体实施方式

参照图1，泵头1包括泵头壳体2。泵头壳体2具有柱塞孔4，泵送柱塞5设置在所述柱塞孔4中以在其中往复移动。例如在以本申请人为名的国际专利申请WO-A1-2010-007409中描述的，泵送柱塞5的下端包括由装配在驱动轴（图1中未示出）上的凸轮驱动的脚部。当驱动轴转动时，凸轮将轴向力施加到柱塞脚部上，引起泵送柱塞5在柱塞孔4中往复运动。泵头壳体2在柱塞孔4的上端限定泵送腔室6，以使得燃料由柱塞孔4中的泵送柱塞5的往复运动在泵送腔室6中加压。

低压燃料由燃料箱（图1中未示出）中的低压提升泵或者可选地由建构到高压燃料泵中的输送泵供给到泵送腔室6。泵头壳体2包括与泵送腔室6流体连通的出口钻孔7。在使用时，加压燃料从泵送腔室6，沿着出口钻孔7，并穿过出口阀8供给到燃料喷射系统的下游部件（例如共轨）。

燃料泵头1包括入口阀设置9，其包括用于控制燃料流到泵送腔室6中的可移动入口阀构件10。入口阀构件10具有圆锥本体12和细长颈部14，并能响应于坑道16中的燃料压力在打开和闭合位置之间移动，所述坑道16在泵送腔室6之上被机加工在泵头壳体2中，以包围入口阀构件10的截头圆锥体的下端表面。

圆锥本体12收容在泵头壳体2中，邻近泵送腔室6，而颈部14与柱塞孔4同轴地从圆锥本体12延伸远离泵送腔室6。颈部14能在由泵头壳体2限定的阀孔18中滑动。因此，入口阀构件10在颈部14的下端由泵头壳体2导向。

入口阀构件10的颈部14延伸越过阀孔18，并从泵头壳体2的上表面20出来。泵头壳体2的上表面20是平面的并实质上平坦。颈部14的近端22（邻近圆锥本体12）保持在泵头壳体2中，而颈部14的远端24保持在泵头壳体2的外部并承载电枢26，其用作弹簧座。电枢26通过将其压配合到颈部14上而固定到入口阀构件10。阀回复弹簧28设置在泵头壳体2的上表面20和电枢26之间以在坑道16中的燃料压力下降至阈值以下时推动入口阀构件10抵靠阀座30闭合。轻微凹部32设置在泵头壳体2的在其它地方平坦的上表面20中以将弹簧28的下端定位在其中。

以阀盖34形式的关闭构件装配在泵头壳体2的上表面20的顶部上并因而在泵头壳体2的上表面20的外部。阀盖34跨过入口阀构件10的颈部14的远端24（即在泵头壳体2外部的入口阀构件10的部分）而设置。阀盖34总体上是圆柱构件，包括圆形本体部分36和从本体部分36的外围突出的环形壁部分37。泵头壳体2包括实质上为圆形并且突出到阀盖34的环形壁部分37中并与阀盖34的环形壁部分37的足迹配合的升高部分或突出40。阀盖34可以跨过升高部分40配合以使得升高部分40以与插销和插座设置相似的方式伸出到环形壁部分37中。

阀盖34限定外部腔室42，入口阀构件10的远端24收容在所述外部腔室42中。突出40的径向外表面面向并接合环形壁部分37的径向内表面。外部腔室42因此被限定在阀盖34的内表面和升高部分40的上表面20之间。例如通过包围升高部分40的O型环（图1中未示出），在环形壁部分37的径向内表面和升高部分40的径向外表面之间设置低压密封。O型环可以定位在环形沟槽（其设置在升高部分40的径向外表面中）中并用来使来自外部腔室42的燃料损失最小化。

阀盖34的本体部分36包括轴向盲孔38，其收容螺线管线圈39。螺线管线圈39设置成使其与盲孔38同轴。当阀盖34附连到泵头壳体2时，本体部分36的盲孔38对齐以使其与泵头壳体2中的阀孔18同轴。因而，阀盖34中的螺线管线圈39对齐以使其与入口阀构件10继而与电枢26同轴。电枢26由合适的铁磁材料制成以使得激励螺线管线圈39引起施加在电枢26上并因而施加在入口阀构件10上（如随后将更为详细地描述的）的电磁力。

进入端口44设置在阀盖34的环形壁部分37中以允许燃料流动到外部腔室42中。外部腔室42经由设置在泵头壳体2中的多个径向供给钻孔46与限定在泵头壳体2中的坑道16连通。径向供给钻孔46在坑道16和泵头壳体2的上表面20之间延伸，显现在泵头壳体2的上表面20上的位置（其在弹簧28的直径外部）处。径向供给钻孔46围绕坑道16的周边等距间隔。

现在将描述上述入口阀设置9的运行。

在使用时，低压燃料由输送或提升泵泵送穿过所述进入端口44并到外部腔室42中。通常，在共轨燃料喷射系统的环境中，低压燃料以大约5bar的压力供应。低压燃料之后从外部腔室42穿过泵头壳体2中的径向供给钻孔46供给到坑道16中。将入口阀构件10移动远离阀座30以允许燃料到泵送腔室6中取决于作用在其上的力的平衡。打开力由入口阀构件10的入口侧（即坑道16中的流体压力和泵送腔室6中的流体压力）之间的压力差值提供。作用在入口阀构件10上的闭合力由弹簧28和由螺线管线圈39施加在电枢26上的任何电磁力提供。

在高压泵的填充冲程期间，泵送柱塞5移动远离入口阀设置9并且泵送腔室6的体积增加。这导致泵送腔室6中的负压达到大约-1bar。如前所提到的，低压燃料可以以5bar的压力供应。因而，当外部腔室42并且因而坑道16利用燃料填充时，阀设置的入口侧上的压力将为5bar，其导致入口阀构件10的入口和出口侧之间的总压力差值△P为大约6bar。

弹簧28被选择以使得其在填充冲程期间施加在入口阀构件10上的闭合力小于由跨过入口阀构件10的压力差值△P引起的打开力。如果弹簧力是用来闭合入口阀构件10的仅有力，那么当由△P引起的打开力超过弹簧力时其将总是打开并且当△P下降低于弹簧力时再次闭合。然而，依靠螺线管39，附加的力能够施加到入口阀构件10。如前所提到的，当电流流通穿过螺线管39，这产生吸引电枢26的电磁力并因而给弹簧力提供附加闭合力。螺线管线圈39中的电流越大，电枢26上的电磁力越大，并且因此作用在入口阀构件10上的总闭合力越大。因而，通过改变施加到螺线管线圈39的电流，打开入口阀构件10所需的压力差值△P改变，较高的电流需要较大的压力差值△P并且较低的电流需要较低的压力差值△P。因而，通过改变施加到螺线管线圈39的电流，在高压泵运行期间入口阀构件10打开和闭合的时间能够控制。继而，这允许控制传送到泵送腔室6的燃料量。

例如，如果相对小的电流施加到螺线管线圈39，那么电枢26上的电磁力将相对小，导致作用在入口阀构件10上的闭合力比由弹簧28所单独提供的稍大。这意味着入口阀构件10将在泵送柱塞5的填充冲程期间稍晚打开并在泵送冲程开始时稍早关闭。另一方面，如果更大电流施加到螺线管线圈39，施加在入口阀构件10上的附加闭合力还将更大。因而，入口阀构件10还将较晚打开并较早闭合，由此，与所施加的电流较低或者根本没有施加的情况相比而减少了传送到泵送腔室6的燃料量。这样，螺线管线圈39能够用来从柱塞冲程的开始向所述冲程的结束或者在任何其他时间而在入口阀构件10上提供可变力以与跨过其的压力差值△P匹配，由此确定入口阀构件10打开和闭合的时间以及所传送的燃料量。

带有上述配置的入口阀设置具有优于使用惯常入口计量阀的多个优点。首先，其当与惯常入口计量阀相比时远远更小并具有简单结构，由此减少了成本和空间需求。另外，除了已经合并到燃料泵头1中的那些部件之外，不需要移动部件以调节传送到泵送腔室6的燃料量。因而，上述设置与使用惯常入口计量阀的系统相比具有增加的耐久性。上述燃料泵头1还容易组装，因为将阀盖34附连到泵头壳体2确保了螺线管线圈39在入口阀构件10上相对于电枢26而正确定位。

上述的入口阀设置9还方便，因为在电失效的情况下，其与惯常的入口计量阀同样失效，这意味着其与现有的共轨系统兼容。更为特殊地，当到惯常入口计量阀的电供应丧失时，所述阀不能至打开状态并导致了100%填充，即当入口阀构件打开时最大量的燃料由输送泵被泵送到燃料泵头的外部腔室并向前泵送到泵送腔室。系统中的任何附加压力能够借助在共轨或在所述阀上的压力泄放阀而泄放。同样，利用上述的入口阀设置9，电失效将导致螺线管线圈39不提供附加闭合力并因此导致最大填充，其将以与带有惯常入口计量阀的系统中相同的方式被泄放。

具有上述配置的入口阀设置9还当在具有多个泵送柱塞的高压泵中使用以平衡由各个泵送元件的每个所传送的燃料时有益。例如，高压泵可以具有设置在凸轮（其装配在驱动轴上）的相对侧上的两个泵送柱塞，或者围绕凸轮等距间隔的三个泵送柱塞。每个泵送柱塞关联分开的燃料泵头1，并因而关联各个入口阀设置9。因而，各个入口阀设置9的螺线管线圈39能够被提供有来自电子控制单元的分开的控制信号（即电流）以使得各种燃料泵头之间的任何差异（例如由于制造公差）能够被补偿。这能够通过将电特征保存在（例如）合并在电子控制单元中的数据矩阵码或学习函数中而获得。

在上述实施例的变型中，阀盖34的入口端口44可以提供有对到外部腔室42中的燃料流限制的节流件。利用此设置，外部腔室42中的燃料在泵送腔室6已经填充后由输送泵补充的速率减少。这在如下方面是有益的：在高压泵运行期间，外部腔室42中的流体压力将永不达到输送泵的全部5bar的压力，因为外部腔室42不足以对于这种情况发生而迅速地再填充。因而，跨过入口阀构件10的最大压力差值 △P更小。这意味着能够使用具有更低弹簧力的弹簧28，继而，由螺线管线圈39施加到电枢26以控制入口阀构件10的打开和闭合定时的电磁力能够更小。对于来自螺线管线圈39的更低电磁力的要求意味着能够供应给其更小的控制电流，由此节省能量。

另外，上述的入口阀设置9在如下方面是有益的：供应到螺线管线圈39的控制电流相对于轨道压力是闭环控制。这与例如螺线管线圈直接联接到入口阀构件以直接控制开关（即打开和闭合）上述入口阀构件的情形不同。这种直接作用的设置将需要编码器并因而需要与上述的入口阀设置9所需的相比更为复杂的控制结构。

在参照图1的上述实施例中，入口阀构件10直接集成到泵头壳体2中。然而，本领域的技术人员将理解的是，入口阀构件10不是必须直接集成到泵头壳体2中。例如，入口阀设置9可以与阀盖34集成。

入口阀构件不是必然需要圆锥本体：在本发明的可选实施例中，本体可以是球形或对应于合适形状阀座的任何其他合适形状。

Claims (15)

1.一种用于共轨燃料喷射系统的燃料泵泵头的入口阀设置，所述入口阀设置（9）包括：

入口阀构件（10），其能在打开和闭合位置之间移动以控制从低压燃料源到燃料泵的泵送腔室（6）的流动，其中，入口阀构件（10）设置成响应于入口阀构件（10）的入口侧上的燃料流体压力和泵送腔室（6）中的流体压力之间的压力差值超出阈值而打开；

入口阀设置（9）包括用于选择性地将闭合力施加在入口阀构件（10）上以将其朝向闭合位置偏压的器件，以使得在使用时由所述器件施加闭合力用来增加入口阀构件（10）打开时的压力差值的阈值。

2.根据权利要求1所述的入口阀设置，其中，用于选择性地施加闭合力的所述器件可操作以施加随控制信号成比例变化的力，可选地所述控制信号为控制电流。

3.根据权利要求1所述的入口阀设置，其中，所述器件包括电气部件。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的入口阀设置，其中，所述器件包括可操作以将闭合力施加在入口阀构件（10）上的螺线管线圈（39），所述闭合力与其中流动的电流成比例。

5.根据权利要求4所述的入口阀设置，包括联接到入口阀构件（10）的铁磁材料的电枢（26），以使得当电流在螺线管线圈（39）中流动时，螺线管线圈（39）将电磁力施加在电枢（26）上。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的入口阀设置，包括设置成将入口阀构件（10）朝向闭合位置偏压的弹簧（28），其中，所述压力差值的阈值对应于入口阀构件（10）上的打开力，所述打开力大于由弹簧（28）施加的闭合力。

7.一种用于共轨燃料喷射系统的燃料泵的泵头，所述泵头（1）包括泵头壳体（2）和根据权利要求1至6中任一项所述的入口阀设置（9）。

8.根据权利要求7所述的泵头，其中，在入口阀构件（10）的入口侧上的燃料的流体压力由坑道（16）中的流体压力限定，其中，坑道与由装配在泵头壳体（2）外部的关闭构件（34）所部分地限定的外部腔室（42）连通，以使得在使用时坑道（16）经由外部腔室（42）与低压燃料源连通。

9.根据权利要求8所述的泵头，其中，外部腔室（42）包括进入端口（44），进入端口（44）适于限制从低压燃料源到外部腔室（42）中的流动，以使得在使用时外部腔室（42）中的最大流体压力限制到小于低压燃料源的输出压力的压力。

10.根据权利要求9所述的泵头，其中，输入端口（44）设置在关闭构件（34）中。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的泵头，其中，入口阀构件（10）包括细长颈部（14），其在泵头壳体（2）中的阀孔（18）中导向，阀孔（18）在泵头壳体（2）的上表面（20）和阀座（30）之间延伸。

12.根据权利要求11所述的泵头，其中，外部腔室（42）限定在关闭构件（34）和泵头壳体（2）的上表面（20）之间；以及

其中，远离阀座（30）而设置的颈部（14）的远端（24）在泵头壳体（2）的上表面（20）之上突出到外部腔室（42）中。

13.根据权利要求12所述的泵头，其中，所述器件包括可操作以将闭合力施加在入口阀构件（10）上的螺线管线圈（39），所述闭合力与其中流动的电流成比例；

入口阀设置（9）包括联接到入口阀构件（10）的铁磁材料的电枢（26）以使得当电流在螺线管线圈（39）中流动时，螺线管线圈（39）将电磁力施加在电枢（26）上，以及设置成将入口阀构件（10）朝向闭合位置偏压的弹簧（28），其中，所述压力差值的阈值对应于入口阀构件（10）上的打开力，所述打开力大于由弹簧（28）施加的闭合力；

其中，电枢（26）从颈部（14）的远端（24）径向向外突出并用作弹簧座，弹簧（28）设置在电枢（26）和泵头壳体（2）的上表面（20）之间。

14.根据权利要求13所述的泵头，其中，螺线管线圈（39）装配在关闭构件（34）中或在关闭构件（34）上以使得当关闭构件（34）装配在泵头壳体（2）中时，螺线管线圈（39）与入口阀构件（10）的颈部（14）的远端（24）邻近并同轴设置。

15.一种用于共轨燃料喷射系统的燃料泵，包括根据权利要求7至14中任一项所述的至少一个泵头（1）。