专利名称：针对用于内燃机的电动燃料泵的创新的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的电动燃料泵。
本发明具体涉及用于引入便宜的单相无刷直流燃料泵的方法和机 构，单相无刷直流燃料泵消除了带刷直流系统的磨损问题和三相无刷直 流系统的成本问题。
背景技术：
如今，为了提高车辆上的燃料泵的效率，已经制造出多种电动燃料 泵。用于内燃机的电动燃料泵已经知道并使用了很久。目前关于内燃机
的申请有很多，专利申请No. US5，120，201 Al就是这些申请当中的一个， 其涉及用于内燃机的燃料输送系统，并且更具体地，涉及一种用于在内 燃机中使用的机内电动马达式燃料泵。具体地，所述申请包括以下描述 "根据本发明用于内燃机燃料输送系统等应用中的机内无刷电动马达 式燃料泵包括具有燃料入口和燃料出口的壳体；以及无刷电动马达， 其具有安装用于在壳体内旋转的永磁体电枢和在壳体内包围电枢的定 子绕组。泵机构可操作地定位在燃料入口与出口之间并且耦联到电枢， 以便与电枢一起在壳体内旋转从而将燃料以一定压力从入口泵送到出 o 。
专利申请No. US4,728,264是涉及电动燃料泵的另 一个申请并且其 公开了 一种燃料输送系统，在该系统中直流马达式燃料泵将燃料以一定 压力从供应罐输送到发动机。可以容纳在整体式泵/马达壳体中的压敏 开关对燃料泵的输出压力做出响应，以便将脉沖宽度调制的直流信号施 加到泵马达并由此控制泵的运行，从而不依赖于燃料需要而使燃料输送 线路中的到发动机的压力保持恒定。
常规永磁直流(PMDC)马达一般设计有相对便宜的换相部件，包 括换相器和电刷系统。对于很多特定的应用，特别是处于低端应用范围 的应用，这些带刷直流马达将保持其重要性。由于被各种可选燃料或者燃料的组合化学侵蚀，碳刷和铜或石墨的 换相器耗损。为了克服发动机的振动而向电刷施加的较大的弹力导致电 刷和换相器快速磨损。从电刷和换相器上剥落并由燃料携带到燃料系统 的颗粒导致高压燃料喷射器的喷嘴的直径不断减小的问题。
由于这些情况， 一些电动燃料泵制造商开始尝试设计并构造无刷直
流电动马达以克服和电刷与换相器的接触磨损相关的问题。EP No 1324474 A2公开了一种无刷直流马达，并且更具体地而非排它性地，公 开了这样一种用于与燃料泵结合使用的马达。到目前为止，所有的尝试 一直停留在三相控制器系统。
三相控制器U于两种系统设计并构造的。带有传感器的系统需要 三个霍尔效应开关(hall-effect switches )以4更能够检测转子的位置。所 谓的无传感器系统则不使用传感器而是使用复杂的算法，这需要微处理 器以便能够执行检测转子位置所需的大量数学运算。两种系统都需要使 用六个功率晶体管以便以一定的顺序给定子线團通电。因此，在小型燃 料泵中使用三相马达使成本增加。
用以在小型燃料泵中控制和驱动三相马达的部件和算法的复杂性 和必须为这种高复杂性支付的成本阻止了三相无刷燃料泵设计得到原 始设备制造商(OEM)的广泛使用。它们始终作为追求技术性配件而 不考虑成本的驾车者所光顾的高档零件市场的商品。
因此，由于便宜的单相无刷直流燃料泵具有众多优点，因此需要将 其引入，而且现有解决方案的不足使得必需对相关的技术领域进行改 进。
发明内容
本发明涉及作为一种方法的用于内燃机的电动燃料泵，其满足了上 述需要，消除了所有的缺点并提供了一些其它优点。
基于现有技术状态，本发明的主要目的是通过引入便宜的单相无刷 直流燃料泵而消除带刷直流系统的磨损问题和三相无刷直流系统的成 本问题。本发明的另 一 个目的是克服限制单相无刷系统用于通风设备的问 题，并且使得能够将它们用在像燃料泵这样的更具挑战性的领域上。
利用本发明，使得能够将无刷燃料泵作为便宜且可靠的解决方案引 入发动机行业。
本发明的另 一个目的是通过引入耐用的过滤器元件而使入口过滤 器的寿命与延长很多的马达寿命相匹配。在电动燃料泵行业中第一次使 用这种耐用过滤器元件。
本发明的又一个目的是在燃料泵内部使用不耐用的二级过滤器元 件以拦截因各种原因而试图穿过耐用的初级过滤器的碎屑。
通过使用耐用的初级过滤器和不耐用的二级过滤器，已经使得能够 具有很长的泵寿命，这样的泵寿命不受过滤器寿命的限制并保护精密的 泵元件抵御任何性质的误用或者滥用。
本发明的再一个目的是通过将驱动部件和从动部件设计成两个完 全独立的子组件并通过轴向运动将它们夹持在一起而促进整套装置的 制造和组装。两个子组件进入到相同的轴线上并且通过配对表面互相锁 定。
通过灵活的设计和组装技术，使成本保持较低，因为对于OEM设 备制造商来说成本和质量同等重要。
为了实现从以下详细描述中也将变得显而易见的所有上述优点，根 据其所述特点，本发明集合了很多便利。
从附图和以下参照附图的详细描述中，本发明的结构性和特征性特 点及其所有优点将变得更清楚，因此评价必须以这些附图和详细描述为
>^础。
为了结合附件最好地理解本发明的实施方式及其优点，必须与下文 就其加以描述的附图一起考虑。
图l是整个燃料泵的分解图。
7图2是本发明的燃料流的框图。 图3是现有技术的燃料流的框图。 图4是单相无刷直流换向电路的示意图。 图5是两相无刷直流换向电路的示意图。 图6是三相无刷直流换向电路的示意图。 图7是现有技术的过滤系统的示意图。 图8是本发明的过滤系统的示意图。 图9是从动子组件的分解图。 图IO是驱动子组件的分解图。
图11是总装之前的从动子组件和驱动子组件的立体图。 图12和图13是马达转子的两个立体图。 附图标记
1. 泵壳
2. 燃料入口
3. 模制入口罩盖
4. 耐用初级过滤器
5. ^&盖
6. 电接头
7. 电磁干扰过滤器
8. 二级过滤器
9. 插件托架9.1孔O
10. 换向电路
11. 定心装置
12. 定子模制绝缘体
13. 定子
14. 定子端绝缘体
15. 自攻螺钉
16. 止动件
17. 垫圏
18. 磁体转子
19. 间隔件
20. 扭转弹簧联接装置
21. 模制联接装置
22. 泵元件
23. 泵元件
24. 泵元件(泵转子)
25. 泵元件
26. 泵元件
27. 弹簧
28. 释压阀
29. 固定轴30. 泵支架
31. 凸起
32. 凹槽
33. 孔
34. 延伸部
35. 燃料出口
36. 定子线圏
37. 不耐用入口过滤器
具体实施例方式
在下面的详细描述中，对用于引入便宜的单相无刷直流燃料泵的方 法和机构进行了说明，仅仅为了能够更好地理解主题，而没有任何限制 效果。
现在详见附图并首先详见图1,说明根据本发明的燃料泵的第一优 选实施方式。
在图1中示出的整个燃料泵的分解图中，有燃料入口 (2)、燃料出 口 (35)、以及由从入口 (2)输送到出口 (35)的任何类型的燃料或者 燃料的组合进行润滑和冷却的所有元件。模制入口罩盖(3)容纳耐用 初级过滤器(4)、塞盖(5)、电接头(6)、电磁千扰过滤器(7)和二 级过滤器(8)。
燃料经由燃料入口 (2)被吸入模制入口罩盖(3),穿过耐用初级 过滤器(4)，绕过电磁干涉过滤器(7),并穿过二级过滤器(8)。然后， 燃料经电路托架(9)上的多个孔口 (9.1)朝功率晶体管的散热装置行 进，以便高效冷却。
必须将注意力转向图2中本发明的燃料流动路径。在图3中所示的 现有技术的燃料流动路径中，换向电路(10)位于定子(13)的下游，因此接触的是被定子线團(36)加热过的燃料，与此相反，本发明中的 燃料流动路径设计成首先通过低温进入燃料冷却精密的电子电路(10) 然后再将这些燃料引导到不易受高温影响的定子线團(36)中。本发明 的燃料路径的这种灵活的设计通过使运行温度显著地提高到现有技术 无法运行的状态而使其成为优于现有技术的产品。
所述换向电路(10)不是密封在不透气的壳体中，而是涂覆有保形 涂料漆，这种保形涂料漆使得无论是从金属散热装置还是从电子部件的 外壳的传热速率都很高。另一方面，所述换向电路(10)监控燃料温度 并通过随着燃料温度降低而增大功率输出的方式对零度以下的温度做 出响应。
在图4、 5和6中分别示出了单相、两相和三相系统如何运行。在 如图4中的单相系统中，以交变的方向给单个线圏(36)通电。由于只 有一个线圈(36)通过驱动信号以交变的方式通电，因此功率输出与铜 的比值最大。
在图5所示的两相系统中，有两个沿相反方向巻绕的线圈(36)。 这些线圈(36)由换向电路(IO)交变地通电。在这种驱动拓朴中，功 率输出与铜的比值为单相系统的1/2。由于这种系统比单相系统需要的 开关(Sl、 S2)少，因此这对于功率输出/铜的比值可以忽略的很低的 功率密度而言是优选的。
在图6所示的三相系统中，三个线圈(36)中的两个同时通电，因 此使得功率输出与铜的比值为单相系统的2/3。由于三相系统需要6个 开关(Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6)来操作，因此它们对于可才艮据应用 调整开关成本的双向应用而言是优选的。
图7示出了现有技术的过滤系统。在现有技术中，燃料在经过其它 泵元件(22、 23、 24、 25、 26)之前先通过不耐用过滤器(37)。由于 该过滤器(37)不能清洁或者更换，因此其决定了泵的寿命。当过滤器 (37)因进入的碎屑而堵塞时，泵就不能再从系统吸入燃料了，而且对 此毫无解决办法。这样会终结所述泵的使用寿命。
图8示出了本发明的过滤系统。与现有技术相反，当入口过滤器(4)被碎屑堵塞时可以对其进行清洁或更换。另外，在燃料流下游紧随在初
级过滤器(4)之后的二级过滤器(8)确保在维修所述初级过滤器(4) 期间碎屑不能进入泵。因为终端用户无法触及二级过滤器(8)，所以不 能拆除该二级过滤器，因此使得该二级过滤器成为保护泵免受误操作的 重要元件。
在图9所示的优选从动子组件中，模制泵支架(30)具有嵌入模内 的轴(29)。泵元件(22、 23、 24、 25、 26 )和间隔件组装在泵支架(30 ) 上并通过四个自攻螺钉(15)紧固。联接装置(20、 21)将泵转子(24) 与磁体转子(18)以可旋转的方式连接在相同的固定轴(29)上，从而 对磁体转子(18)具有一定量的角向牵引效应(angular backlash )，使
矩才能克服的恶劣条件下以较小的转矩起动磁体转子(18)。所述扭转 弹簧联接装置(20)将磁体转子(18)与泵转子(24)以可旋转的方式 连接，以便当泵断电时弹回从而使所述部件准备好通过牵引效应进行下 一次成功启动，并且迫使磁体转子以可旋转的方式朝向比任意位置更有 可能进一步成功启动的位置后退。垫圈(17)和止动件(16)将所有旋 转部件沿轴向固定在固定轴(29)上。
在同样优选的子组件中，滚子叶片泵或其它泵的转子(24)通过两 个联接装置(20、 21)与电动马达的转子(18)以可旋转的方式连接。 具有多个延伸部的模制联接装置(21)以可旋转的方式与泵转子(24) 连接。具有成型端部的扭转弹簧联接装置(20)将模制联接装置(21) 以可旋转的方式连接至马达转子(18)，从而实现了转矩的挠性传递。
在图IO所示的优选的驱动子组件中，模制入口罩盖(3)超声焊接 至插件托架(9)，而插件托架(9)超声焊接至定子模制绝缘体(12)， 从而与定子(13)形成刚性块。在将定子模制绝缘体(12)与插件脱架 (9)焊接到一起之前，将定心装置(11)放置在二者之间。
图11中所示的驱动子组件和从动子组件的一种优选组合利用位于 驱动组件的定子端绝缘体(14)上的四个灵活设计的凸起(31)和位于 从动组件的间隔件(19)上的四个凹槽(32)来确保两个子组件组装成 同中心的，从而在定子(13)与转子(18)之间形成均匀的气隙。驱动子组件和从动子组件的另一种优选组合利用位于定子端绝缘
体(14) +的四个凸，(31)、，位于间隔件:(19)上的四个凹槽(32) 彼此旋转。
在本发明的另一种优选组合中，凸起(31)和凹槽(32)可以呈不 同的形状，或者它们可以位于相反的部件上(凸起(31)位于间隔件(19) 上而凹槽(32)位于定子端绝缘体(14)上)。
驱动组件和从动子组件的另一种优选组合利用图10中的定心装置 (11)的孔(33)来固定图(9)中的固定轴(29)的自由端的延伸部 (34)。当驱动子组件与从动子组件组装在一起时，确保了在转子(18) 和定子(13)的整个长度范围内气隙是均匀的。
另外，图12和13是磁体转子(18)两个不同角度的立体图。磁体 转子(18)构造有四个磁体，这四个磁体以等角的方式围绕叠片铁芯放 置并且包胶模制有将所有元件保持在一起的工程塑料。优选的包胶模制 塑料设计成使得磁体与塑料包胶模形成外侧没有凸起或凹槽的非常类 似于卵的极好的旋转部件。通过采用卵状外形，燃料在低温凝胶状态下 对磁体转子(18)的旋转运动的阻力被完全消除。
本申请的保护范围在权利要求部分中确定并且该范围绝不限于仅 仅作为示例提供的以上描述。显然，本领域技术人员还可以采用类似的
而将本实施方式应用到其它领域。因此，这样的实施方式明显达不到创 造性标准，并且具体地达不到超越现有技术状态的标准。
权利要求
1.一种用于内燃机的电动燃料泵，包括泵壳(1)、泵支架(30)、固定轴(29)、转子(18)、定子(13)以及给线圈(36)通电的换相电路(10)，所有的旋转部件都固定在所述固定轴上，其特征在于包括以可旋转的方式与滚子叶片泵或者其它泵机构连接的至少一个单相无刷直流马达，所述电动燃料泵的所述转子(18)位于所述整体式机构的从动子组件部分中，而所述电动燃料泵的所述定子(13)位于所述整体式机构的驱动子组件部分中。
2. 如权利要求l所述的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于， 所述换相电路(10)放置在所述定子线團(36)的上游，从而使得低温 进入燃料能够对所述换相电路(10 )进行更有效的冷却并使所述定子线 圏(36)所产生的热量远离精密的换相电路(10)。
3. 如权利要求l所述的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于， 所迷单相换相电路(IO)涂覆有保形涂料漆，所述保形涂料漆使得无论 是从金属散热装置还是从电子部件的外壳的传热速率都能够很高。
4. 如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵， 其特征在于，所述单相换相电路(10 )监控燃料温度并通过随着燃料温 度降低而增大功率输出的方式对零度以下的温度做出响应。
5. 如前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的电动燃料泵，其 特征在于，所有的绕组线集中的所述单相定子绕组(36)在每个换相相 位下都通电，因此产生具有最小铜质量的高密度电力站，所述铜质量低 至两相定子的铜质量的1/2和三相定子的铜质量的2/3。
6. 如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵， 其特征在于包括至少一个耐用入口 (初级)过滤器(4)，所述初级过滤器由于使得 当被碎屑堵塞时能够进行更换或清洗而与无刷直流燃料泵的长使用寿 命相适应。
7. 如前述权利要求中任意一项所迷的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于包括至少一个不耐用二级过滤器(8)，所述二级过滤器位于所述耐用初级过滤器(4 )的下游且不能够通过任何方法进行调节，以便拦截在过滤器更换期间偶然会越过所述初级过滤器(4)屏障的任何碎屑，从而形成无法逾越的二级屏障以保护精密的泵机构和燃料系统的部件。
8. 如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于包括至少一个扭转弹黃联接装置(20 )，所述扭转弹簧联接装置将磁体转子(18)与泵转子(24)以可旋转的方式连接，从而对所述磁体转子(18)具有一定量的角向牵引效应，使得能够在像低温凝胶状燃料或者异物卡在所述泵机构内这样需要较大的转矩才能克服的恶劣条件下以较小的转矩起动所述磁体转子(18 )。
9. 如权利要求8所述的用于内燃机的电动燃料泵，所述扭转弹簧联接装置(20 )能够由多种材料制成。
10. 如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于包括位于所述驱动组件的定子端绝缘体(14)上的至少一个凸起(31)和位于所述从动组件的间隔件(19)上的至少一个凹槽(32)，以确保所述两个子组件组装成同中心的从而在所述定子(13 )与所述转子(18 )之间形成均勻的气隙，并且确保所述驱动子组件与所述从动子组件之间的转矩为零。
11. 如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于包括位于所述驱动组件的定子端绝缘体(14)上的至少一个凹槽(32)和位于所述从动組件的间隔件(19)上的至少一个凸起(31),以确保所述两个子组件组装成同中心的从而在所述定子(13 )与所述转子(18 )之间形成均勻的气隙，并且确保所述驱动子组件与所述从动子组件之间的转矩为零。
12. 如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵，其特征在于包括所述固定轴(29)上的轴延/(申部(34)和定心装置(11)上的孔(33 )， 以确保所述两个子组件组装成同中心的，从而在所述定子(13)与所述 转子(18)之间形成均匀的气隙。
13.如前述权利要求中任意一项所述的用于内燃机的电动燃料泵，其 特征在于，所i^体转子(18)包胶模制有将所有元件保持在一起的工 程塑料并且外侧没有凸起或凹槽，从而形成非常类似于卵的极好的旋转部 件。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机的电动燃料泵，其中，单相无刷直流马达以可旋转的方式与滚子叶片泵或者其它泵机构连接，从而能够将任何类型的燃料或燃料的组合从容置所有上述元件的单元的入口(2)传输至所述单元的出口(35)，从而给上述元件提供润滑和冷却。燃料流动路径设计成通过以下方式为换相电路(10)提供更好的冷却将换相电路(10)放置成为与新进燃料进行接触的第一个元件，将燃料流朝换相电路(10)的散热装置引导，并且将定子线圈(36)放置在燃料流下游，从而使得定子线圈(36)所产生的热量远离换相电路。
文档编号F04C11/00GK101680403SQ200780052657
公开日2010年3月24日 申请日期2007年5月1日 优先权日2007年5月1日
发明者穆罕默德·费亚兹·塔兰哲奥卢 申请人:超级汽车工业和贸易公司