专利名称：往复式活塞燃料泵和用于启动和操作汽车加热器的方法
技术领域：
本发明涉及一种往复式活塞燃料泵，特别用于汽车加热器， 所述泵波电磁驱动，并且设置用于泵送液体燃料，具有缓冲元件， 所述缓冲元件包括弹性体，用于缓冲由往复式活塞燃料泵产生的脉 动。
本发明还涉及一种用于启动和操作利用液体燃料操作的汽车 加热器，其具有燃烧器和往复式活塞燃料泵，所述泵具有缓冲元件， 所述缓冲元件包括弹性体，用于缓冲由往复式活塞燃料泵产生的脉 动。
背景技术：
普通的往复式活塞燃料泵例如在公开文献Fahrzeug- und Verkehrstechnik， Technische Mitteilungen [Automotive and Traffic Engineering, Technical Reports] 97 (2004) No. 1， pp. 9-11中，并且图l示出了它的示意性剖视图。
图1所示的往复式活塞燃料泵16'设置用于将液体燃料沿着箭 头所示的方向泵送，也就是从燃料入口 18到燃料出口 20。 一旦适 合的电压施加到电气端子42，电流流动穿过绕组22，因此用电磁 的方式导致往复式活塞24的运动。首先，泵室30中的燃料通过止 回阀28被排出，抵抗输出管路的液压阻力。然后，穿过绕组22的 电流结束。恢复弹簧26将往复式活塞24朝着左边挤压到它的支承
位置。液体燃料通过进液阀32被抽吸进来，填充泵室30。利用这 种泵原理，还可以实现在体积方面非常精确地输送燃料，甚至那些 具有非常低粘度的燃料也一样。输送量可以通过触发电压脉冲的频 率被精确控制。
然而，由于往复式活塞24的来回运动，在燃料系统中产生有 害的脉动。已经知道，为了至少部分抑制这些脉动，可以设置缓冲 元件34，其包括波纹管(bellows)状弹性体36。当液体燃料穿过 孔40并且与弹性体36相接触时，弹性体36膨胀到相邻位置38中， 所述相邻位置设置在由模制塑料部件44形成的缓冲器壳体中。对 于这个的先决条件是燃料系统中的某种背压，这可以确保弹性体 36将被"固定"在适合的位置。
对于图1所示的往复式活塞燃料泵16'， 一个问题是缓冲元件 34在周围温度非常低例如低于-23°C时功能很少或者根本没有功 能，因为弹性体36硬化，或者经历玻璃化(glass transition) (通常弹性体36的弹性体点(elastomer point)例如为-23°C)。 另一个问题在于所谓的Arctic柴油，它是唯一的被批准用于在低 于-2(TC的温度下用于柴油燃烧器的燃料，例如由于低粘度，在低 于-20X的温度时产生了比室温下的winter柴油低很多的背压。缓 冲元件34的功能因此下降，甚至在达到弹性体36的弹性体点之前。 在"适度的"冷的温度下，例如比-20°C高的温度，这在一些情况 下导致汽车加热器的C0排放增加，这是由于燃料系统中的脉动造 成的。在低于-30°C的极低温度下，例如可能会发生这样的问题， 即燃料系统中的脉动阻止燃料工作的稳定性。虽然燃烧器可以在这 些情况中启动，在电热塞熄灭后，即当没有支持能量用作火焰的基 础时，燃烧器会随着时间变得不稳定，或者甚至熄灭。在电热塞关
闭之后，这种有害的火焰熄灭例如会在0到5分钟内发生。
发明内容
本发明的目的是改善普通的往复式活塞燃料泵和普通的方 法，从而避免上述问题，并且甚至在低于例如-20°C的温度下也能 够实现燃料的没有脉动的泵送。
这个目的通过独立权利要求的特征实现。 本发明的有利的实施例和限定从从属权利要求获得。 本发明的往复式活塞燃料泵是基于现有技术的普通状态，其 中，设置用于加热弹性体的装置。将弹性体加热AxT直到达到满 负荷点与缓冲元件的有效工作范围的直接扩展/縮减相对应，并且 因此，特别的是，汽车加热器的燃烧器的特征图(characteristics map),被加热相同数目的AxT，进入负温度范围。通过本发明的方 案，例如，在-30。C时，使用Arctic柴油的汽车加热器的工作是可 行的。由于加热的较柔软的弹性体，燃料系统中的脉动强度较低， 从而汽车加热器的燃烧器可以在高于-20°C的适度低温下在更稳定 的状态中工作，并且因此产生更均匀和更安静的燃烧噪声(脉动产 生"刺耳的"燃烧噪声)。例如，与汽车加热器相结合，当温度下 降到-25。C的某个极限温度以下时，由于较低的脉动，火焰分离的 可能性例如朝着较低的温度移动。在0°C至lj-20。C的"较高的"温 度，例如，对于使用Arctic柴油和winter柴油的汽车加热器，由 于较低的脉动，可以实现CO排放的降低。
由于下面的事实，即用于加热弹性体的装置包括电加热器， 本发明的往复式活塞燃料泵已经被有利地改进。电加热器可以直接 或者间接地被操作。例如，设置在弹性体材料中的加热导线可以设置，例如那些已知用于加热车辆的防风罩以及滑雪设备和其它设备 的加热导线。在开始实际泵送燃料之前，加热导线优选接受电流， 从而，在开始燃料泵送时，可以超过对于所需要的最低弹性的极限
温度。然而，实际的加热还可包括加热元件，例如PTC加热元件， 其设置用于加热往复式活塞燃料泵内的液体燃料。 一个或多个这种 加热元件例如可以与电磁体的绕组平行连接。单独的触发当然也是 可行的。例如，PTC加热元件具有非常高的电阻温度系数。因此， 在冷启动中，泵中的少量燃料例如被迅速加热到50°C的最高温度。 在这种温度水平，加热导体的电阻非常大，以至于没有可以提到的 热量输出被输送。加热的燃料然后加热弹性体，并且结果增大了它 的弹性。另外或者可替换的是，对于相对应的加热元件，还可以设 置在弹性体的附近以加热它。
另外，利用本发明的往复式活塞燃料泵，对于用于加热弹性 体的装置，可以包括往复式活塞燃料泵的电磁驱动装置的绕组。例 如在低温时，已知的往复式活塞燃料泵的绕组和/或电磁线圈消耗 8瓦的功率。这个能量主要被转化成热，并且热量可以有利地被用 于加热弹性体。
在这种情况中，本发明的往复式活塞燃料泵的有利实施例将 具有低导热率的材料设置在弹性体和环境之间的区域中。原理上， 本领域技术人员熟知的任何绝热材料可用作具有低导热率的材料， 例如泡沫塑料和/或网形钢板(expanded metal)。由于相对于环境 的这种绝热，来自往复式活塞燃料泵的废热有利地被用于加热弹性 体。此处优选的是不是全部往复式活塞燃料泵而仅是缓冲元件的区 域被绝热以避免往复式活塞燃料泵的其它部件的过热。
另外或者可替换的是，利用本发明的往复式活塞燃料泵，对于具有高导热率的材料，可以设置在绕组和弹性体之间的区域中。 金属，特别例如是铝，可以考虑作为具有高导热率的材料。此处对 于与缓冲元件接触的金属肋或者金属壳体部件，可以形成一个或多 个热桥。
本发明的方法是基于现有技术的状态，其中，甚至在燃烧器 被点燃之前弹性体被加热。具有电热塞支持的汽车加热器的启动阶
段的时间水平例如可以总计2分钟。这个时间段至少可用于实现弹 性体的加热，并且在许多情况中，由于能量的上升(叩take)，足 以通过所提供的加热元件实现计量泵以及然后弹性体的加热。如果 往复式活塞燃料泵的废热被用于加热弹性体，避免了在较高温度往 复式活塞燃料泵的过热，因为能量上升在较高温度时较低。
与本发明的方法结合，弹性体还可以通过有利的方式通过电 加热装置被加热。电加热装置可特别包括已经结合本发明的往复式 活塞燃料泵的电加热装置描述的部件。参考相应的描述以避免重 复。
当在本发明的方法中弹性体被往复式活塞燃料泵的电磁驱动 装置的绕组加热时，相同的特征逻辑上可应用到具体情况中。
下面将在附图的基础上详细描述作为实例的本发明的优选实 施例。
图1示出了己知的往复式活塞燃料泵的示意性剖视图，其己 经在前面解释过；
图2示出了示意性框图，该框图示出了包括本发明往复式活 塞燃料泵的车辆加热器；
图3示出了本发明的往复式活塞燃料泵的第一实施例的示意 性剖视图4示出了本发明的往复式活塞燃料泵的第二实施例的示意 性剖视图5示出了本发明的往复式活塞燃料泵的第三实施例的示意 性剖视图6示出了燃料阀的第一实施例的示意性剖视图，其可以是 图2的汽车加热器的一部分；
图7示出了燃料阀的第二实施例的示意性剖视图，其可以是 图2的汽车加热器的一部分；
图8示出了燃料阀的第三实施例的示意性剖视图，其可以是 图2的汽车加热器的一部分；和
图9示出了燃料阀的第四实施例的示意性剖视图，其可以是 图2的汽车加热器的一部分。
具体实施例方式
附图中，相同或相近的附图标记用于表示相同或类似的部件， 在一些情况中，上述部件仅解释一次以避免重复。
图2示出了一个示意性框图，该框图示出了车辆加热器，所 述加热器包括本发明的往复式活塞燃料泵。此处所示的汽车加热器 可以例如是另外的加热器或者辅助加热器。此处所示的汽车加热器 10包括本发明的往复式活塞燃料泵16，借助于所述燃料泵，液体 燃料可以从燃料箱12被泵送到燃烧器/换热器单元14。取决于空 气加热还是水加热，燃烧器/换热器单元14连接到其它的空气管路 和/或水管路(未示出)，这对于本领域普通技术人员是公知的。燃烧器/换热器单元14还包括燃料阀52和/或84，利用该燃料阀， 燃料供应可以被完全或者部分切断。这个燃料阀52和/或84不一 定需要集成在燃烧器/换热器单元14中，而是也可以设置在往复式 活塞燃料泵16和燃烧器/换热器单元14之间。
图3所示的往复式活塞燃料泵16用于将液体燃料沿着箭头所 示方向泵送，也就是从燃料入口 18到燃料出口 20。 一旦适合的电 压施加到电气端子42，电流流过绕组22，从而用电磁方式产生往 复式活塞24的运动。首先，泵室30中的液体燃料通过止回阀28 被排出，抵抗输出管路的液压阻力。之后，穿过绕组22的电流结 束。恢复弹簧26迫使往复式活塞24向左进入它的支承位置。在这 样动作过程中，液体燃料通过进液阀32和泵室30被抽吸进来，从 而填充泵室。利用这种泵输送原理，还可以输送甚至具有非常低粘 度的燃料，而且能够在体积方面高精度的操作，如前面所述，从而 输送速度可以通过触发电压脉冲的频率被精确控制。
为了至少部分抑制在往复式活塞燃料泵的工作过程中产生的 脉动，设置有前面提到的缓冲元件34，其包括波纹管状弹性体36。 当液体燃料穿过孔40并且与弹性体36接触时，弹性体36膨胀到 相邻腔室38中，所述腔室38设置在由模制塑料部件44形成的缓 冲器壳体中。对于这个的先决条件是燃料系统中的某种背压，这确 保了弹性体36将被"固定"在适合的位置。为了这个目的，图3 所示的往复式活塞燃料泵与图1基础上所示的已知的往复式活塞 燃料泵相对应。
然而，图3所示的本发明的往复式活塞燃料泵16的实施例具 有电加热器16，以加热弹性体36。在此处所示的情况中，电加热 器46包括多个设置在弹性体36附近的PTC加热元件46a、集成在
弹性体36中的至少一个加热导线46b、和设置在泵室30附近的两 个PTC加热元件46c。应当清楚，不是此处所示的所有加热元件46a、 46b和46c都需要设置，相反，可选地是仅提供一种类型的加热元 件46a、 46b或46c以适合地充分加热弹性体36。为了优化PTC加 热元件46a和46c的作用，有利的是如果具有高导热率的材料例如 金属设置在待加热的区域即弹性体36禾Q/或泵室30与相应的PTC 加热元件之间。弹性体36的最直接的加热通过加热导线(多个) 46b实现。通过PTC加热元件46c的加热不仅对于加热弹性体36 是有利的，而且燃料的预加热允许更好的燃烧。当它们加热与弹性 体36接触的材料以及与液体燃料接触的材料时，PTC加热元件46a 具有一定的折衷(compromise)。此处所示的一些或全部加热元件 46a、 46b、 46c可以平行地(in parallel)连接到绕组22或者单 独触发。单独的触发较复杂，但是它允许独立于泵操作来进行预加 热。
图4所示的本发明的往复式活塞燃料泵16的实施例与根据图 3的实施例的区别在于其处没有设置加热元件，相反，弹性体36 通过往复式活塞燃料泵16的废热被加热。为了允许这种加热和/ 或优化它，被具有低导热率的材料50包围的缓冲元件36的区域例 如被绝热器包围。虽然此处并未示出，但是具有低导热率的材料 50可选地可具有分层结构。在许多情况中，对于往复式活塞燃料 泵16来说优选的是没有完全被绝热材料包围，因为这将导致往复 式活塞燃料泵的过热，特别是在较高的外部温度的情况下。
图5所示的往复式活塞燃料泵16的实施例与根据图3的实施 例的不同在于其处没有设置加热元件，相反，弹性体36的加热通 过绕组22中产生的热量实现。为了这个目的，具有高导热率的材
料48设置在绕组22和弹性体36之间。具有高导热率的材料48可 以是金属，特别例如是铝，在这种情况中，金属例如可以形成为肋 的形状，从而产生适合的热桥。虽然此处未示出，但是同样有利的 是将热桥设置在与液体燃料接触的区域中，从而加热燃料。然而， 在此处所示的情况中，具有高导热率的材料48以金属肋的形式集 成在模制塑料部件44中，并且仅加热弹性体36。
本领域普通技术人员应当清楚，参考图3-5描述的本发明的 往复式活塞燃料泵的实施例可以以任何适合的方式彼此结合，并且 所有这种可能的结合在此公开。
同样清楚的是，用于启动和操作汽车加热器的本发明的方法 可以利用上述本发明的往复式活塞燃料泵的所有实施例、并通过在 燃烧器14燃烧之前(图2)加热弹性体36来执行，所述汽车加热 器利用液体燃料操作，例如图2所示的汽车加热器10。如果由绕 组22产生的热量被用于加热弹性体36，那么适合的是在燃烧器燃 烧之前，仅将相当弱的电流施加到绕组22，也就是说从而产生的 热量足以加热弹性体36，同时不会使得往复式活塞24开始运动。
图6示出了燃料阀52的第一实施例的示意性剖视图，其可以 是图2的汽车加热器10的一部分。燃料阔52是电磁操作的共轴的 阀，其具有燃料入口 54和燃料出口 56。 一旦适合的电压施加到电 气端子74，电流流过绕组58，从而基于图6的图形使得阀门活塞 60向右运动，从而燃料阀52开启，并且燃料可以从燃料入口 54 流动到燃料出口 56。在绕组58的无电流状态中，恢复弹簧62基 于图6的图形将阀门活塞60向左挤压，从而阀门活塞60与阀座 64配合以闭合燃料阀52。
虽然在许多情况中为往复式活塞燃料泵本身装配缓冲元件是
充分的，但是图6所示的燃料阀52具有另外的缓冲元件66，缓冲 元件66还有助于抑制燃料系统中的脉动。在这种情况中，缓冲元 件66还包括波纹管状弹性体68。当液体燃料穿过孔72并且与弹 性体68接触时，弹性体68膨胀到相邻腔室70中，所述腔室70设 置在由模制塑料部件76形成的缓冲器壳体中。对于这个的先决条 件是燃料系统中的某种背压，这确保了弹性体68将被"固定"在 适合的位置。
为了防止例如由材料FKN2制成的弹性体68经历玻璃化，甚至 在例如低于-23。C的非常低的温度下，缓冲元件66设置有电加热器 78。在此处所示的情况中，电加热器78包括多个PTC加热元件78a 和至少一个加热导线78b，所述加热元件78a设置在弹性体68附 近，所述加热导线78b集成在弹性体68中。应当清楚，不是此处 所示的所有加热元件78a和78b都需要设置，相反，可选的是仅一 种类型的加热元件78a或78b就足以用于适合地加热弹性体68。 为了优化PTC加热元件78a的效果，有利的是如果具有高导热率的 材料例如金属设置在待加热的区域即弹性体36和各个PTC加热元 件之间。弹性体68的直接加热通过加热导线78b实现。PTC加热 元件78a加热与弹性体68接触的材料以及与液体燃料接触的材料。 燃料的预加热用于提供弹性体68的间接加热，并且导致更好的燃 烧。其它加热元件(未示出)可以可选地同样设置，专门用于加热 液体燃料。此处所示的一些或者全部加热元件78a和78b可以平行 连接到绕组58，或者可以被单独触发。单独的触发更复杂，但是 它允许独立于阀组件的预加热。
图7所示的燃料阀52与根据图6的实施例的不同之处在于其 处没有设置加热元件，相反，弹性体68通过来自燃料阀52的废热被加热。为了允许这种加热和/或为了优化它，缓冲元件66的区域 被具有低导热率的材料82即绝热材料包围。虽然此处并未示出， 但是具有低导热率的材料82可选地可具有分层设计。清楚的是， 当燃料阀52开启时，由于施加到绕组58的相对应的电流，产生充 分的废热以加热弹性体68。然而，燃料阀52d也可以以这样一种 方式设计，即低水平的电流穿过绕组58，该电流不足以开启燃料 阀52d，但是足以加热弹性体68。
图8所示的燃料阀52的实施例与根据图6的实施例的不同之 处在于其处没有设置加热元件，相反，弹性体的加热通过在绕组 58中产生的热量以及在通向弹性体68的至少一个热桥上输送的热 量而实现。为了这个目的，具有高导热率的材料80设置在绕组58 和弹性体68之间。具有高导热率的材料80可以特别是金属，例如 铝，在这种情况中，形状例如可以是肋的形式，以产生适合的热桥。 虽然此处并未示出，但是同样有利的是将热桥设置在与液体燃料接 触的区域中，从而加热燃料。在此处所示的情况中，具有高导热率 的材料80以金属肋的形式集成在模制塑料部件76中，并且至少主 要仅加热弹性体68。
本领域普通技术人员应当清楚，此处参考图6-8描述的燃料 阀52的实施例可以以任何方式彼此结合，并且所有这些可能的结 合都在此公开。
图9示出了燃料阀84的另一个实施例的示意性剖视图，其可 以是图2的汽车加热器10的一部分，代替上述的燃料阀52。在燃 料阀84的情况中，它是电磁操作的共轴的阀，具有燃料入口86和 燃料出口 88。 一旦适合的电压施加到电气端子98，电流流过绕组 90，从而基于图9的图形使得阀门活塞92向右运动，从而燃料阀
84开启，并且燃料可以从燃料入口 86流动到燃料出口 88。在绕组 90的无电流状态中，恢复弹簧94基于图9的图形将阀门活塞92 向左挤压，从而阀门活塞92与阀座96配合以闭合燃料阀84。
图9所示的燃料阀84设计成预加热燃料。为了预加热燃料， 绕组90产生的热量被使用，其中具有高导热率的材料88设置在绕 组90和与燃料接触的区域之间。具有高导热率的材料88可以特别 是金属，例如铝。燃料的加热通过在燃料阀84的外侧区域设置具 有低导热率的材料100即绝热器而被优化。具有低导热率的材料 100原理上可以由本领域技术人员熟悉的任何绝热材料形成，例如 网形钢板和/或塑料泡沫。虽然此处并未示出，但是具有低导热率 的材料100也可具有分层结构。应当清楚，当燃料阀84开启时， 由于流过绕组90的相对应电流，产生充分的废热以预加热燃料。 然而，燃料阀84也可以设计成使得即使穿过绕组90的较小的电 流不足以开启燃料阀84，但它仍然足以预加热燃料。
由于图9所示的燃料阀84的使用，可选的是可以省略通常使 用的加热筒(heating cartridge)。这种加热筒通常例如具有40 瓦的较高的功耗，并且因此，在汽车加热器的整个燃烧工作过程中 不接受电能，相反，仅在启动阶段接受电能。与其相反，燃料可以 利用燃料阀84在整个燃烧器工作过程中被预加热，并且如果需要， 燃料阀84可具有增大的电能功耗。燃料加热导致燃料的烚的增大 以及粘度的降低，这对于燃烧工作具有积极影响。
前面的说明书、附图和权利要求中公开的本发明的特征对于 单独地或者以任何组合的方式实现本发明是必要的。
附图标记列表
10汽车加热器200680018863.5
说明书第13/14页
12 燃料箱
14燃烧器/换热器单元
16往复式活塞燃料泵
18 燃料入口
20 燃料出口
22 绕组
24往复式活塞
26恢复弹簧
28 止回阀
30 泵室
32 进液阀
34缓冲元件
36 弹性体
38 腔
40 孔
42电气端子
44模制塑料部件
46 加热元件
48具有高导热率的材料/金属肋
50具有低导热率的材料/绝热器
52 燃料阀
54 燃料入口
56 燃料出口
58 绕组
60 阀门活塞62恢复弹簧
64 阀座 66缓冲元件 68弹性体 70腔 72孔
74电气端子
76模制塑料部件
78加热元件
80具有高导热率的材料/金属肋
82具有低导热率的材料/绝热器
84燃料阀
86 燃料入口
88 燃料出口
90 绕组
92 阀门活塞
94恢复弹簧
96 阀座
98 电气端子
100模制塑料部件/绝热器
权利要求
1.一种往复式活塞燃料泵(16)，特别是用于汽车加热器(10)，所述往复式活塞燃料泵被电磁驱动，并且设置用于输送液体燃料，具有缓冲元件(34)，所述缓冲元件包括弹性体(36)，用于缓冲由往复式活塞燃料泵(16)产生的脉动，其特征在于，设置用于加热弹性体(36)的装置(22，46，48，50)。
2. 如权利要求1所述的往复式活塞燃料泵，其特征在于，所 述用于加热弹性体的装置(22， 46， 48， 50)包括电加热器(46)。
3. 如权利要求1或2所述的往复式活塞燃料泵，其特征在于， 所述用于加热弹性体的装置(22， 46， 48， 50)包括往复式活塞燃 料泵(16)的电磁驱动装置的绕组(22)。
4. 如上述权利要求中任一项所述的往复式活塞燃料泵，其特 征在于，具有低导热率的材料(50)设置在弹性体(36)和环境之 间的区域中。
5. 如权利要求3所述的往复式活塞燃料泵，其特征在于，具 有高导热率的材料(48)设置在绕组(22)和弹性体(36)之间的 区域中。
6. —种用于启动和操作汽车加热器(10)的方法，所述汽车 加热器利用液体燃料操作，并且具有燃烧器(14)和往复式活塞燃 料泵(16)，所述往复式活塞燃料泵具有缓冲元件(34)，所述缓冲 元件包括弹性体(36)，用于缓冲由所述往复式活塞燃料泵(16) 产生的脉动，其特征在于，在燃烧器(14)燃烧之前，弹性体(36)已经被加热。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，弹性体(36)被 电加热装置(46)加热。
8. 如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，弹性体(36) 被往复式活塞燃料泵(16)的电磁驱动装置的绕组(22)加热。
全文摘要
本发明涉及一种往复式活塞燃料泵(16)，特别用于汽车加热器(10)，其被电磁驱动，并且用于输送液体燃料。所述燃料泵包括缓冲元件(34)，所述缓冲元件(34)设置有弹性体(36)，并且用于缓冲由往复式活塞燃料泵(16)产生的脉动。根据本发明，设置有用于加热弹性体(36)的装置(22，46，48，50)。本发明还涉及一种用于启动和操作汽车加热系统(10)的方法，所述加热器利用液体燃料操作，并且具有燃烧器(14)和往复式活塞燃料泵(16)，所述泵具有缓冲元件(34)，所述元件(34)包括弹性体(36)，并且用于缓冲由往复式活塞燃料泵(16)产生的脉动。在燃烧器(14)燃烧之前，弹性体(36)已经被加热。
文档编号F04B17/03GK101208517SQ200680018863
公开日2008年6月25日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年4月1日
发明者D·莫斯特, M·开普勒, V·施密特 申请人:韦巴斯托股份公司