专利名称：用于流体泵的泵送元件及方法
技术领域：
本专利发明一般地涉及用于流体的往复式活塞泵，更具体地涉及供内燃发动机使 用的燃料泵。
背景技术：
具有泵送元件的流体泵是公知的，该泵送元件包括在形成于筒体(barrel)中的 孔内往复运动的柱塞。通常，通过利用旋转的凸轮来移动柱塞的机构来实现柱塞的往复运 动。替代地，柱塞可以与旋转的倾斜盘或旋转斜盘的外部相接触以提供受控的可变排量。流体泵可包括多个柱塞，所述多个柱塞针对内燃发动机中的使用而对流体——通 常为油或燃料——流加压。例如，燃料喷射器可使用来自泵的加压流体流，以喷射燃料或增 强喷射到发动机中的燃料的压力。现代燃料系统使用逐步提高的喷射压力以在发动机内喷射燃料，从而增加发动机 的效率并可能降低排放。然而，当试图增加流体泵的工作压力时存在问题。例如，增加的工 作压力增加了分配给柱塞、孔表面和其它泵元件的热负荷。过去，由于各种泵送元件所经历 的此类热效应，各种材料和设计的局限性一般地限制了泵出口压力。为了解决此类问题，某 些泵设计在柱塞与泵的筒体之间并入更大的间隙，但此类间隙会降低泵的泵送效率、增加 泄漏、可能使离开泵的压缩燃料的温度升高。
发明内容
—方面，本发明描述了一种用于在流体泵内加压流体的泵送元件的各种不同的实 施方式。各泵送元件包括一柱塞和一筒体。柱塞以往复运动的方式设置在一在筒体中界定 出的孔内。柱塞和筒体至少部分界定出流体被加压的加压室。在柱塞与孔之间界定出一流 动路径，该流动路径允许流体在对加压室中的流体加压期间离开该加压室。在柱塞与所述 孔之间形成一集流室。集流室设置在所述孔附近，作为泵送元件的冷却回路的一部分。在 筒体中界定出的多个滴渗开口流体连接到集流室。筒体的直径缩减部形成接收来自滴渗开 口的流体的环形蓄积部。另一方面，本发明描述了一种用于内燃发动机的燃料泵。该燃料泵包括限定流入 端口、返回端口、返回通道、流出端口、冷却燃料流入端口和冷却燃料供应通道的壳体。在一 种实施方式中，一筒体设置在壳体内并界定出延伸穿过该筒体且具有中线的孔。一柱塞至 少部分地设置在该孔内并设置成在该孔内往复运动。一加压腔至少部分地在柱塞的一端部 与孔的一端部之间界定出。加压腔适配成在柱塞的加压冲程期间对一定量的燃料加压，该
4一定量的燃料通过流入端口供应并且提供给流出端口。在柱塞外表面与孔内表面之间界定 出的环形间隙围绕柱塞的一部分、经由形成在筒体中至少一个滴渗通道与加压容积和环形 集流部流体连通，该环形集流部围绕孔内表面限定出。环形蓄积部沿周向围绕筒体界定出， 并设置成围绕筒体的缩减部与返回端口流体连通。缩减部中的材料厚度小于筒体的围绕 (缩减部)的部分的材料厚度。再一方面，本发明描述了一种在高压下操作往复式柱塞流体泵的方法。在一种实 施方式中，流体泵包括至少一个筒体，该筒体具有穿过筒体延伸的孔，该孔以往复运动的方 式接纳柱塞。该方法包括使一定量的流体进入加压室并加压流体。一定量的流体沿在柱塞 与孔之间的界面从加压室渗出，并被收集在集流室中，该集流室是在孔附近、围绕柱塞的一 部分在筒体中界定出的。来自集流室和外源的流体被收集到一环形蓄积部中，该环形蓄积 部是在周向围绕筒体的直径缩减部界定出的，以便从柱塞传出热，从而在流体泵的瞬态操 作条件下使筒体缩减部的温度更紧密地接近柱塞的温度。
图1是根据本发明的、具有多个泵送元件的流体泵的局部剖视图；图2是泵的壳体的一部分的内部视图，其中示出该壳体中界定的流体通道；图3是按照本发明的泵送元件的第一实施例的剖视图；图4是按照本发明的两个相邻的泵送元件的第二实施例的剖视图；图5是按照本发明的泵送元件的第三实施例的剖视图；图6是泵送元件的第三实施例的不同剖视图；图7是按照本发明的配设有高压燃料泵的发动机系统的框图；以及图8是按照本发明的泵送元件的第四实施例的剖视图。图9是按照本发明的泵送元件的第五实施例的局部剖视图。图10是图9所示剖视图的详图。图11是用于图9所示的泵送元件的筒体的略图。图12是按照本发明的形成有通道的构件的剖视图。
具体实施例方式本发明可应用于具有一个或多个往复运动的柱塞的流体泵，其可将流体加压至此 前在使用公知的泵送系统的情况下不能实现的水平。本文公开的实施例有利地适合在能够 在瞬态和稳态操作状态下持久、可靠地操作的流体泵中实现。虽然公知的泵构造一般局限 于在约1800巴或以下的出口压力，但本文公开的泵构造有利地能够实现约2200 3000巴 或更高的操作压力。在图1至图3中示出按照本发明的流体泵100的第一实施例的不同视图。图1是 泵100的局部剖视图。在图2的放大细节中示出泵的壳体的一部分的内部视图，其中显示 出在壳体中界定出的流体通道，而图3为泵送元件的第一实施例的剖视图。本文提出的泵 100设置成用于将燃料泵送到共轨(未示出)中，该共轨在发动机(未示出)工作期间向一 个或多个燃料喷射器(未示出)供应加压燃料，泵100用来举例说明泵送元件的结构。可 以理解，本文所述的结构可有利地用在任何类型的、具有固定或可变排量的流体泵上。
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泵100使用油来润滑各种运动零件。其它类型的泵可使用燃料进行润滑，或替代 地设置成泵送油而非燃料以供增强型或混合型燃料系统使用。本文所述的泵100只是为了 说明的目的而提出的，而不应当解释为形成限制。泵100包括一基体或外部结构或壳体，在图中总体上表示为102。壳体102可包括 一个或多个连接的构件，所述构件形成一封装并支撑泵的不同内部构件的结构。在此示例 性图示中，壳体102包括一具有一个或多个偏心突出部106的凸轮轴或驱动轴104。每个突 出部106对应于一当轴104旋转时沿着每个突出部106的外圈110往复运动的致动器108。 每个致动器108接触一挺杆112。挺杆112通过弹性元件或弹簧114的作用连续地接触所 述致动器的相应外圈110。弹簧114将挺杆112推压在致动器108上，以确保当轴104旋转 时致动器108的往复运动被传递至挺杆112。柱塞116可操作地连接到挺杆112，使得柱塞116可在轴104旋转时往复运动。柱 塞116具有柱形形状，柱塞的中线118沿其主尺寸延伸。在泵100工作期间，柱塞116沿其 中线118、在界定于筒体122中的孔120内往复运动。筒体122具有大致柱形的形状，其中 孔120沿筒体的中央部分延伸穿过筒体122。孔120设置成具有沿着孔120轴向延伸的中 线，该中线与柱塞116的中线118基本重合。在泵100工作期间，柱塞116在加压冲程期间 的伸出位置A与填充冲程期间的缩回位置B之间移动。进口止回阀(未示出)允许来自泵100的进口 124的燃料进入加压室126。加压 室126至少部分是在柱塞116的远端128 (还参见图2和图3)、孔120的一部分130和出口 止回阀132之间界定出的。当柱塞116从缩回位置B向伸出位置A移动时，加压室126中 存在的燃料被加压。一旦燃料的压力足够高，例如，在30巴与3000巴之间或更高，出口止 回阀132就打开以允许加压燃料通过一个或多个相应开口 134离开加压室126。通过各开 口 134离开的加压燃料被收集并传送至泵100的出口 136。可以理解，要求在柱塞116与孔120之间存在适当间隙，该间隙可密封该柱塞与孔 之间的界面以促进在加压室126中对流体的适当加压，并适应柱塞116相对于筒体122的 热膨胀。该环形间隙，总体上作为138示出，在柱塞116的外表面140与孔120的内表面 142之间界定出。允许泵100的效率更高的更小间隙不利地影响柱塞116在孔120内的运 动自由度和热膨胀。而另一方面，更大的间隙造成泵的效率降低。此外，柱塞116在泵100工作期间由于来自加压室126内加压流体的热传递而被 明显加热。在图3中示出容纳柱塞116的筒体122的详细剖视图。在柱塞116的加压冲程 中通过环形间隙138从加压室126逸出的流体被收集在集流部302中。集流部302是在筒 体122中围绕孔120的一部分形成的环形腔。集流部302通过环形间隙138与加压室126 流体连通，使得在环形间隙138内沿着柱塞116流动或滴渗的流体被收集在集流部302中 并且不允许该流体再沿着柱塞116继续流动，以使该流体最终从筒体122与柱塞116之间 的界面304渗出。由于滴渗流体会在与其接触的区域中加热柱塞，所以在集流部302的上 方和下方在柱塞和筒体组件中形成温度梯度。集流部302与环形蓄积部306流体连通，该环形蓄积部通过形成在筒体122中的 直径缩减部308界定出。集流部302通过一个或多个滴渗通道或孔310与环形蓄积部306 连通，所述滴渗通道或孔形成在筒体122中并且沿径向从中线118延伸穿过筒体122。可围 绕集流部302周向将多个滴渗孔310沿径向隔开，以促进沿环形间隙138滴渗的流体的对
6称流出。从滴渗孔310流出的流体被收集在环形蓄积部306中，并经由形成在壳体102中 的排放通道312从泵100移出。排放通道312与在壳体102中界定出并将返回或未使用的 流体送回流体箱和蓄液器(未示出)中的返回端口 144流体连通。可在具有多于一个筒体 122的泵的壳体102中形成任何数量的环形蓄积部306。在此类情况下，各种不同的排放或 中间通道312可将每个环形蓄积部306与相邻的通道或返回端口 144连接起来。在此前描述的实施例中，筒体122的外径小于筒体122的第一围绕部314和第二 围绕部316的外径。沿周向形成在筒体122中的通路318可界定直径缩减部308。通路318 朝向孔的中线118沿径向向内延伸，使得形成筒体122的壁部的材料的厚度在直径缩减部 308中有利地减小。在所示实施例中，通路318紧邻筒体122与壳体102之间的界面，使得 通路318中存在的燃料与用来对泵进行润滑的润滑油分开。如以下详细说明，选择通路318 的轴向位置以优化筒体122与柱塞116之间的传热性质。可以理解，在泵工作期间，在筒体122和柱塞116中都将存在热梯度。该热梯度由 在加压室126中被加压的燃料的加热引起，并且由于从加压室126、在柱塞外表面140与筒 体的孔的内表面142之间到达集流部302中的泄漏流而引起。当泄漏流从泵送室126前行 至集流部302时，流体中的加压势能随着压力从高水平下降至低水平而逐渐转化成流体中 的升温。由于因此形成的燃料的更高温度，热量以对流方式从燃料传递给筒体122和柱塞 116的包围加压室126的部分以及位于集流部302上方的柱塞外表面140和筒体内表面 142。热量还通过构件朝向泵的燃料-油界面以传导方式传送。热梯度可在柱塞116与筒 体122之间造成不同程度的热膨胀，这一点又可能在泵工作期间造成柱塞与筒体之间的尺 寸间隙问题。当这些问题存在于与燃料_油界面紧邻的区域中、更具体地存在于筒体122的在 集流部302与燃料-油界面之间延伸的部分中时，这些问题影响到泵的工作。通过在围绕 集流部302的区域中局部减少筒体122的质量，使筒体122的热质减少以更快地平衡在筒 体122与柱塞116之间的界面处的温度。对于在泵的瞬态工作中平衡筒体温度和柱塞温度、 同时在稳态工作中保持这种平衡，该结构可能是特别有利的。在此情形中包括材料缩减的筒体几何结构，当热问题在泵100的瞬态工作中被放 大时具有特别的优势。例如，当在各加压室126中的流体加压在较短时间内增加时，柱塞 116开始从被泵送的流体和在柱塞表面140与筒体孔表面142之间的泄漏流吸收的热量不 断增加。此外，来自加压室126的流体的流量也增加，因此增加了对柱塞116的热输入。柱 塞116，部分由于其比较低的质量、部分由于其紧邻或接触被泵送的流体、部分由于其相对 缺乏用于散热的合适传导路径，能够增加其温度并且较快地、例如在1 2分钟内跟踪被泵 送的流体的温度。相反，不具有通路、因此而质量更大的典型筒体可需要约8到10分钟来吸收足够 的热量以达到柱塞温度的温度，特别是在瞬态期间。如本文所述的、筒体122在直径缩减部 308中缩减的材料或壁厚有助于提高筒体122的温度，使得柱塞116与筒体122之间的热膨 胀差被更快地、例如在4到6分钟内减小或消除。在图4中示出设置在流体泵400的第二实施例中的相应筒体422中的两个相邻的 柱塞416的剖视图。此实施例的筒体422在结构上类似于在图3所示的第一实施例中所述
7的筒体。在图4的实施例中，每个筒体422的直径缩减部408还用来更有效地从筒体422 排出热量，使得每个柱塞416的温度在滴渗孔310 (图3)上方的区域中更容易降低。在此 实施例中，大致以虚线箭头示出的冷却流体流409还经由冷却流体供应通道410供应到每 个环形蓄积部406中。进入环形蓄积部406的(流体)流围绕筒体422的直径缩减部408 并且以对流方式冷却筒体422。在滴渗孔310(图3)上方的区域中从筒体422排出的热量 用来对筒体422的剩余部分(在如图3所示的滴渗孔310下方的区域中)输入热量，以帮 助筒体422和柱塞416沿各自长度的温度平衡。此类温度平衡，结合用来构成筒体422和 柱塞416的材料的相似性，允许在所述筒体与柱塞之间采用更紧密的间隙。一般而言，从柱 塞416流出热量降低了柱塞的温度，其最终减小或消除柱塞416与筒体422之间的温差。然 后，可在(流体)流409通过一个或多个排放通道412离开泵400之前使之经由连接通道 411依次进入相邻的环形蓄积部406。在一替代实施例中，可在并行回路连接中同时向所有 的或多于一个的环形蓄积部406供应冷却流体流409。在图5和图6中示出设置在筒体522内的柱塞516的第三实施例的两个剖视图。 筒体522界定出以往复运动的方式接纳柱塞516的孔520和包围柱塞516的一部分的集流 部502。集流部502与在柱塞516的外表面与孔520的内表面之间的环形间隙538流体连 通。多个滴渗开口 510将集流部502与在包围的泵壳体514中界定出的两个排放通道512 流体连接。滴渗开口 510延伸穿过筒体522并且与形成在筒体522中的一个或多个纵向通 道602相交。每个纵向通道602都延伸穿过筒体522，并将可形成在筒体522的第一远端 面606上的第一导流部604与可类似地形成在筒体522的第二远端面610上的第二导流部 608流体连接。第一导流部604和第二导流部608是环形腔，所述环形腔使纵向通道602彼 此流体连接并使之与冷却流体进入通道612流体连通。每个纵向通道602沿一中线614延 伸，该中线614可平行于孔520的中线616。围绕筒体522形成环形蓄积部618，该环形蓄 积部618流体连接到滴渗开口 510和冷却流体进入通道612。通过虚线箭头表示的冷却流体流622通过冷却流体进入通道612进入环形蓄积部 618。冷却流体流622在环形蓄积部618内分布在筒体522周围，经由中间通道620进入 每个纵向通道602。同样在操作期间，通过环形间隙538渗漏的滴渗流体流被收集在集流 部502中并经由滴渗开口 510进入每个纵向通道602。通过滴渗开口 510离开集流部502 的滴渗流与来自中间通道620的冷却流体流混合，然后分流成穿流纵向通道602的不同部 分。混合流朝向第一导流部602流过纵向通道602，经过第一导流部604，进入第一外集流 部624，通过两个排放通道512之一离开。类似地，混合流朝向第二导流部608流过纵向通 道602，经过第二导流部608，进入第二外集流部626，通过两个排放通道512中的另一个离 开。在筒体522与壳体514之间设置两个密封件628。密封件628禁止在冷却流体进入通 道612与两个排放通道512之间的、会旁通纵向通道602的直接流体路径。结果，迫使冷却 流体流622流过贯穿筒体522的曲折路径以促进冷却。本发明的第四实施例的剖视图在图8中示出。筒体组件800包括大致圆柱形的筒 体802，该筒体802位于一套筒804内，该套筒804的尺寸设计成在筒体802的端部附近与 筒体802的外表面匹配地接合。筒体802和套筒804可有利地用于代替按照前三个实施例 所述的筒体。柱塞806位于一孔808内，该孔808形成在筒体组件800的筒体802部分中。 在柱塞806与筒体802之间的环形间隙810将加压容积812与集流部814流体连接。集流
8部814沿周向围绕柱塞806的至少一部分延伸，沿轴向定位在筒体802的中点附近。集流 部814经由多个滴渗开口 818与内环形蓄积部816流体连通。内环形蓄积部816在形成于 套筒804内的通路820内限定出。通路820在筒体802的外部、套筒804的内部以及两个 通路壁822之间延伸，所述两个通路壁822在套筒804的两个端部上沿轴向限定出。每个 壁822在筒体802与套筒804之间延伸，以界定出并且以密封方式封闭内环形蓄积部816。筒体组件800经由一适配器826连接到泵壳体824。适配器826形成一用于附接 到形成在泵壳体824中的腔830内的安装部828和一用于以密封方式接合并支撑筒体组件 800的保持部832。适配器826形成一延伸穿过安装部828和保持部832的接纳孔834。接 纳孔834设置成收容筒体组件800。适配器826还沿着接纳孔834的沿保持部832延伸的 一部分形成一内通路836。当筒体组件800被安装到接纳孔834中时，内通路836至少部分 界定出一外环形蓄积部838。在所示实施例中，泵壳体824形成一延伸穿过该泵壳体的流体供应通道840。流 体供应通道840可流体连接到燃料输送泵和/或燃料冷却器(未示出)，并且可设置成在 柱塞806的重新填充冲程中向加压容积812供应低压燃料。分支通道842可使流体供应通 道840与在适配器826的安装部828中形成的环形流路844连接，该环形流路844围绕套 筒804的在加压容积812附近的远端。密封件848使环形流路844与适配器826中的内通路836流体分离。在套筒804 中界定出的流入开口 846使环形流路844与内环形蓄积部816流体连接。类似地，在套筒 804中界定出的流出开口 850使内环形蓄积部816与外环形蓄积部838流体连接。外环形 蓄积部838经由在适配器826中界定出的出口通道852流体连接到壳体824的流体返回通 道854。外环形蓄积部838内存在的流体被设置在筒体802与适配器826之间的第二密封 件856密封成不能直接到达柱塞806。另外，两个另外的密封件858在出口通道852经过适 配器826与壳体824之间的界面时流体隔离出口通道852。在工作期间，流体供应通道840中存在的未被加压的流体围绕筒体802自由循环 并且如上所述地、沿着筒体802和柱塞806的长度提供温度平衡。流体可沿一冷却路径流 动，该冷却路径起始于流体供应通道840、经过分支通道842进入环形流路844、经由套筒 804的流入开口 846进入内环形蓄积部816。当处于内环形蓄积部816中时，(流体)流润 湿筒体802的相当一部分外表面并且沿着筒体802的在集流部814上方(如所示的)的节 段以对流方式冷却筒体802。此实施例的内环形蓄积部816具有与上述纵向通路相似的功 能，因为经过内环形蓄积部816的(流体)流冷却筒体802并且与从集流部814滴渗的、被 加热的流体混合。当(流体)流通过套筒804的流出开口 850离开内环形蓄积部816时， (流体)流携带被加热的流体离开筒体802。流经流出开口 850的(流体)流在经过出口 通道852并离开壳体824的流体返回通道854之前被收集在外环形蓄积部838中。通过以 所述方式循环流体，在工作期间可有效地从筒体802排出热量。此外，内、外环形蓄积部中 存在的流体的热质有助于在较短的时间内使柱塞806、筒体802、套筒804和适配器826的 温度稳定和平衡。泵送元件900的第五实施例的剖视图在图9中示出。在此实施例中，所示的大致 圆柱形的泵筒体902被组装在燃料泵壳体904中，该燃料泵壳体904被部分示出以说明在 其中形成的不同流体通道。泵筒体902形成一筒体孔906，该筒体孔以可滑动但总体密封的
9方式接纳一柱塞908。如结合前述实施例所述，柱塞908设置成在燃料泵壳体904的工作期 间在筒体孔906内往复运动，使得压缩室910的容积改变以压缩该压缩室中的燃料。在此实施例中，泵筒体902包括头部912和体部914。如图9所示，头部912的外 径大于体部914的外径。在泵筒体902的头部912中形成多个流动通路916。此类流动通 路916是可选的并且可沿着泵筒体902的主要纵向尺寸延伸。流动通路916可布置成在不 同的径向位置处围绕头部912对称。如图所示，在头部912中形成四个此类流动通路916。 泵筒体902还形成至少两个滴渗开口 918，所述滴渗开口 918使筒体孔906与体部914的外 表面相互流体连接。滴渗开口 918可用来在工作期间沿着在筒体孔906与柱塞908之间的 界面引导从压缩室910泄漏的燃料。以与图8所示实施例类似的方式，泵筒体902被放置在一套筒920内。套筒920 大致为圆柱形并且围绕体部914的主要节段设置。套筒920连接到一适配器922，该适配器 922是在其不同位置密封接合泵壳体904的中间构件，该适配器如前文结合图8所示实施例 所述地还接合并支撑泵筒体902和套筒920。套筒920的一个端部连接到适配器922，并且 以悬臂形式沿着泵筒体902的体部914同心地延伸，如图9所示。当泵送元件900被组装 在燃料泵壳体904内时，一弹簧924推动柱塞908使之保持与凸轮随动件(未示出)接触， 从而可实现柱塞908的往复运动。弹簧924在存在润滑油的环境中工作。在适配器922与 弹簧924之间设置一保持器926以将弹簧924保持就位并且密封泵筒体902和套筒920使 之不接触润滑油。保持器926密封接合泵壳体904并且沿着泵筒体902的体部914同心地延伸。此 外，保持器926在体部914的端部附近密封接合泵筒体902。复合式密封结构929以密封、 可滑动的方式接合柱塞908，并且密封接合体部914的一端部。可以理解的是，可以使用其 它密封结构来将泵筒体902与容纳其它流体——例如在凸轮或泵的驱动部分中存在的润滑 油——的腔室流体隔离。在此实施例中，在泵筒体902与套筒920之间界定出一内环形蓄积部928，而在套 筒920与保持器926的内表面之间界定出一外环形蓄积部930。内环形蓄积部928和外环 形蓄积部930通过跨过套筒920延伸的开口或间隙932互相流体连接。在一个实施例中， 间隙932可以是在套筒920中形成的开口。在所示的实施例中，间隙932由套筒920与保 持器926的靠近套筒一端部的内表面之间的长度差而产生，如图所示。在泵送元件900工作期间，低压燃料被供应到在适配器922内界定出的进口容积 934。此类燃料由在泵壳体904中形成的供应通道936提供，该供应通道936通过在适配器 922中形成的一个或多个供应开口 938流体连接到进口容积934。当柱塞908经历吸入冲 程时，即，当柱塞908在筒体孔906内回缩以增加压缩室910的容积时，燃料经由两个或多 个供应通道940和进口止回阀942从进口容积934进入压缩室910。在所示的实施例中，两 个或更多供应通道940形成在头部件944中，该头部件还收容出口止回阀946。当柱塞908 经历使压缩室910的容积减小的压缩冲程时，加压燃料经过出口止回阀946进入形成在高 压流出端口 950中的高压通道948。如上述实施例，提供用以冷却泵筒体902的燃料流。在所示实施例中，泵壳体904 形成冷却燃料供应通道952和燃料返回通道954。冷却燃料供应通道952可以是分离的通 道，也可以流体连接到还向供应通道936供应燃料的燃料源。此外，燃料返回通道954可以
10是专门用于引导用于冷却泵送元件900的燃料的通道，或者也可以与燃料泵的燃料排放通 道流体连通，如所示实施例中的情况。在泵工作期间，经由冷却燃料供应通道952向泵提供冷却燃料流。此类(燃料) 流可以是流向泵的、被压缩并提供给燃料喷射器(例如参见图7的图示)的主燃料流的一 部分，或者也可以设置成包括燃料冷却器或其它装置的、分离的冷却回路的一部分。在包括 多于一个泵送元件的燃料泵的实施例中，冷却燃料流可依次经过串接的各泵送元件，如图4 所示，或者也可以被提供给并行的布置结构中的所有泵送元件。在所示的实施例中，冷却燃料流的在冷却燃料供应通道952处的一部分经由在泵 壳体904中形成的供应通道956、然后经由在适配器922中形成的供应开口 958进入适配器 922的内部。可以理解的是，可使用多于一个的供应通道或开口。为清楚起见，经过图9所 示泵的各构件和部分的燃料流通过虚线箭头来表示。经由供应开口 958进入适配器922的冷却燃料流经过流动通路916、进入内环形 蓄积部928。在此实施例中，套筒920用作导流部，其沿着泵筒体902的体部914的几乎整 个长度引导进入内环形蓄积部928的冷却流体流。可以理解的是，当冷却燃料流沿着体部 914流动时以对流方式从泵筒体902排出热量。内环形蓄积部928中的冷却燃料流经由开 口或间隙932进入外环形蓄积部930中。当处于外环形蓄积部中时，冷却燃料流朝向适配 器922回行。当冷却燃料流到达适配器922时，该(燃料)流经由流出开口 960穿过适配 器922的一部分以进入排放容积962。进入排放容积962的(燃料)流还可包括如前文所 述经由滴渗开口 918提供的燃料。排放容积962流体连接到燃料返回通道954，该燃料返回 通道954可以是通向箱或存储器的低压返回通道(例如，参见图7中连接到HP泵702的返 回流出端口 712的LP燃料返回线路)。在图10中示出图9所示实施例的一替代实施例的细节的局部剖视图。在此替代 实施例中，为简明起见，与前述构件或特征相同或相似的构件或特征通过相同的附图标记 表示。在此替代实施例中，泵筒体902设置在适配器922内。适配器围绕泵筒体902同心 地支撑套筒1020。与图9所示套筒920不同，套筒1020沿保持器926的内表面1022的整 个长度延伸。换言之，套筒1020的一端部抵靠在保持器926的表面上，因此不存在如图9 所示间隙932的间隙或开口。在图10所示的实施例中，套筒形成一个或多个使内环形蓄积 部928与外环形蓄积部930流体连接的开口 1024，所述内环形蓄积部928和外环形蓄积部 930如上所述在泵筒体902、套筒1020和保持器926之间界定出。在图11中示出泵筒体902的概图，在图12中以剖视图示出适配器922的概图，用 以图示它们的各种特征。如图11和图12所示，在泵筒体902的头部912中形成的多个流 动通路916中的每一个均沿着该头部的最外侧表面1120以及径向延伸的表面1104 二者延 伸。径向延伸的表面1104可包括斜面或其它表面特征，并且如图所示在头部912的较大的 外径与体部914的内侧的、较小的外径之间延伸。这样，冷却燃料流的流经多个流动通路 916的部分可保持与泵筒体902连续接触以优化冷却，并且可被更有效地引导到内环形蓄 积部928 (如图8-10所示)中。现在转到图12所示的适配器922的剖视图，适配器922包括一形成台肩1204的 内孔1202。台肩1204在组装好时接触并支撑泵筒体902的头部912。在所示实施例中，适 配器922的内径1206设置成与套筒920 (图9)或套筒1020 (图10)的外径过盈配合，以向
11套筒提供支撑并围绕穿过的泵筒体902体部914同心地定位套筒。如附图的各视图可见， 在适配器922的不同部分之间的密封可通过0型圈密封件来实现，这些0型圈密封件设置 在与泵壳体904成密封关系的密封槽、如密封槽1028中。工业实用性本发明可应用于具有一个或多个往复运动的柱塞的流体泵，其可将流体加压至此 前不能通过使用公知的泵送系统实现的水平。本文公开的实施例有利地适合在能够在高压 瞬态和稳态条件下持久、可靠地工作的流体泵中实施。按照本发明的泵能够有利地实现在 1800巴至3000巴或更高的范围内的出口压力。该有利的操作由于改进了在泵送元件之间 的传热管理而得以实现。一方面，本发明提供了一种将冷却流与被加热的泄漏流相混合的方法。可引导混 合流围绕泵送元件流动，然后离开泵送元件，从而为柱塞和筒体提供均勻的温度控制。此类 均勻的控制可有利地使柱塞和筒体的热膨胀相匹配，并且为柱塞和筒体提供冷却。这样，在 柱塞与筒体之间导致的操作间隙在所有稳态和瞬态操作条件下永远不会达到零。在一个实 施例中，可将一具有约12微米的间隙并且在约190MPa下工作的泵按照本发明重新设计成 具有约5 6微米的间隙并且能够在更高、例如300MPa的压力下工作。此外，例如针对第二和第三实施例所示的、对元件的主动冷却，可进一步帮助降低 柱塞、筒体和泵的其它构件的整体温度。另外，所提出的三个实施例的筒体的总质量的减少 降低了每个筒体的热容，使得筒体的温度跟随柱塞的温度，这在泵工作的瞬变期间特别有 用。在图7中示出用于发动机系统700的框图，该发动机系统可操作地连接有高压 (HP)燃料泵702。发动机系统700包括与HP泵702连接的内燃发动机704。发动机704可 以是在工作期间在多个燃烧室中接收空气和燃料的压缩点火式发动机或柴油发动机。从箱 或存储器706向HP泵702供应低压(LP)燃料。存储器706连接到一输送泵或低压泵708， 该输送泵或低压泵708操作以从存储器706泵出燃料、并通过HP泵702的供应流入端口 710向HP泵702供应燃料。HP泵702的返回流出端口 712连接到存储器706，使得离开HP 泵702的LP燃料——例如上述离开HP泵702的环形蓄积部的燃料——返回存储器706。在发动机704工作期间，从发动机704输出的功操作HP泵702。加压燃料(HP燃 料)流离开HP泵702并被传送到发动机704。例如，HP燃料流可被传送到HP燃料轨714， 该HP燃料轨714连接到内置于发动机704中的多个燃料喷射器716。来自燃料喷射器716 的未使用的燃料流可返回存储器706。在此示例性图示中，HP泵702使用来自发动机704 的润滑油以润滑内部运动构件，例如接触HP泵702的驱动轴(未示出)的致动器和挺杆 (未示出)。为此目的，一供油线路718与回油线路720协同地使润滑油流在发动机704与 HP泵702之间循环。可以理解，如本文所述的发动机系统700适合用于车辆中，其中发动机 704设置成为车辆上的各种系统进行驱动和供电。应该理解，上述说明为本发明的系统和技术提供了实例。然而可以设想，本发明的 其它实施方案可以在细节上不同于前述实例。对本发明或其实例的所有引用旨在引用就那 一点说明的具体实例，而并非意图在更一般的意义上隐含对本发明的范围的限制。关于特 定特征的所有区分性和贬低性的语言旨在表示那些特征并非优选，而非将其彻底排除在本 发明的范围以外，除非另外指出。
12
文中对数值范围的叙述仅旨在用作引用处于该范围内的每个单独数值的简便方 法，除非文中另外指出，每个单独数值都结合在说明书中，便如在文中单独叙述一样。文中 所述的所有方法均能以任何合适的次序执行，除非文中另外指出或明显与上下文抵触。因此，如适用的法律允许的那样，本发明包括所附权利要求书中述及的主题的所 有改型和等效方案。此外，本发明包含上述元件在其所有可能变型中的任何组合，除非文中 另外指出或与上下文明显抵触。
权利要求
一种流体泵(100)，包括燃料泵壳体(904)；柱塞(908)，该柱塞以往复运动的方式设置在一在筒体(914)中界定出的孔(906)内，所述柱塞(908)和所述筒体(914)至少部分界定出其中流体被加压的加压室(910)；在所述柱塞(908)与所述孔(906)之间界定出的流动路径，所述流动路径允许流体在对所述加压室(906)中的流体加压期间离开该加压室；在所述柱塞(908)与所述孔(906)之间形成的集流室，所述集流室设置在所述孔(906)附近；在所述筒体(914)中界定出的至少一个滴渗开口，所述至少一个滴渗开口流体连接到所述集流室；以及在所述筒体(914)与所述燃料泵壳体(904)之间界定出的环形蓄积部(306)，所述环形蓄积部(306)设置成经由所述至少一个滴渗开口接纳流体。
2.根据权利要求1的流体泵(100)，其中，所述环形蓄积部(406)形成在所述筒体 (422)中。
3.根据权利要求1的流体泵(100)，其中，所述环形蓄积部(838)形成在所述燃料泵壳 体(828)中。
4.根据权利要求1-3中任一项的流体泵(100)，还包括在所述筒体(522)中界定出的多个纵向通道(602)，所述多个纵向通道(602)与所述孔 (538)并行地延伸并围绕所述孔(538)对称地布置；以及多个中间通道(510)，所述多个中间通道分别使所述多个纵向通道(602)中的每一个 都与所述环形蓄积部(518)流体连接。
5.根据权利要求4的流体泵(100)，还包括在所述筒体(522)中界定出的导流部 (606)，所述导流部(606)沿着所述筒体(522)的远端面的一部分(604)延伸，所述导流部 使所述多个纵向通道(602)互相流体连接。
6.根据前述权利要求中任一项的流体泵(100)，其中，所述环形蓄积部(306)至少部分 由一通路(318)界定，所述通路(318)沿周向围绕所述筒体(122)的直径缩减部(130)形 成并朝向所述孔(304)沿径向向内延伸，其中所述直径缩减部(130)在所述筒体(122)的 末端部与所述筒体(122)的头部(314)之间延伸，所述直径缩减部(130)界定出所述筒体 (122)的体部(308)。
7.根据前述权利要求中任一项的流体泵(100)，还包括一套筒(1020)和一与所述筒体 (914)接合的适配器(922)，所述套筒(1020)大致为圆柱形、同心地围绕所述筒体(914)设 置、并连接到所述适配器(922)。
8.根据权利要求7的流体泵(100)，还包括一围绕所述套筒(1020)和所述筒体(914) 设置的保持器(926)，所述保持器(926)形成一同心地围绕所述套筒(1020)设置的内柱表 面，其中在所述筒体(914)与所述套筒(1020)之间界定出一内环形蓄积部(928)，其中至少 部分地在所述套筒(1020)与所述保持器(926)的所述内柱表面之间界定出一外环形蓄积 部(930)，其中所述内环形蓄积部(928)经由一间隙(932)与所述外环形蓄积部(930)流体 连接，所述间隙在所述保持器(926)与所述套筒(1020)的一端部之间界定出。
9.根据权利要求8的流体泵(100)，其中，所述内环形蓄积部(928)与提供一冷却流体流的供应通道(936)流体连接，其中所述供应通道(936)形成在所述燃料泵壳体(904)中。
10.根据权利要求9的流体泵(100)，其中，所述适配器(922)形成一流入开口(938) 和一流出开口(958)，该流入开口适配成使所述供应通道(936)与所述内环形蓄积部(928) 互相流体连接，该流出开口使所述外环形蓄积部(930)与形成在所述燃料泵壳体(904)中 的返回通道(954)流体连接。
11.根据权利要求8的流体泵(100)，其中，用于所述冷却流体流的路径起始于所述供 应通道(936)，终止于一返回通道(954)，并延伸穿过所述内环形蓄积部(928)和所述外环 形蓄积部(930)。
12.根据前述权利要求中任一项的流体泵(100)，其中，所述流体泵(100)的操作包括加压所述加压室(910)内的流体；使一定量的流体从所述加压室(910)流出并沿着在所述柱塞(908)与所述孔(906)之 间的间隙流动；将沿所述间隙流动的、所述一定量的流体收集到所述集流室中； 通过所述至少一个滴渗开口(918)将流体流从所述集流室引出； 将来自所述至少一个滴渗开口(918)的流体流收集到所述环形蓄积部中； 将冷却流体流供应到所述环形蓄积部中；在所述环形蓄积部(928)中使所述冷却流体流与来自所述集流室的流体流混合以形 成一混合物；以及通过从所述环形蓄积部(928)排出所述混合物而从所述柱塞(908)传出热。
13.根据权利要求12的方法，其中，所述流体泵(100)的操作还包括利用所述冷却流 体流以对流方式主动冷却所述筒体(914)。
全文摘要
本发明涉及一种用于对流体泵(100)内的流体进行加压的泵送元件(900)，其具有围绕泵送元件(900)设置的燃料泵壳体(904)。柱塞(908)在一在筒体(122)中界定出的孔(906)内往复运动，它们界定出流体被加压的加压室(910)。在柱塞(908)与孔(906)之间界定出一流动(409)路径。该流动(409)路径允许流体在流体被加压期间离开加压室(910)。在柱塞(908)与孔(906)之间、在孔(906)附近设置一集流室。在筒体(122)中界定出的至少一个滴渗开口流体连接到集流室，在筒体(122)与燃料泵壳体(904)之间界定出的环形蓄积部(306)设置成经由至少一个滴渗开口接收流体。
文档编号F02M59/02GK101903641SQ200880122326
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月21日
发明者A·斯多克纳尔, S·沙弗尔 申请人:卡特彼勒公司