泵单元的制作方法

专利名称：泵单元的制作方法
技术领域：
本申请涉及泵单元。更具体地，本申请涉及用于内燃发动机的燃料喷射系统的泵单元。
背景技术：
日益需要改进内燃发动机的效率。为了满足这些需要且符合新的排放规定，柴油发动机的操作压力继续增加，且设想3000 bar (300 MPa)的操作压力。然而，这些增加的操作压力存在各种技术问题。已知提供包括柱塞的燃料喷射泵单元，所述柱塞在圆筒内操作以在将加压燃料排放到高压歧管之前升高燃料压力。然而，已知泵单元通常不适合在现在所需的增加压力下操作。这种类型的现有技术泵单元在图1中图示且在下文详细描述。已知泵单元通常依赖于静密封和动密封的组合来密封泵送腔。然而，由于在泵单元内遇到的交替压力循环，制造过程中的甚至小的不准确性也可能导致密封失效。例如，通常提供高压静密封以将低压供应通道和压力腔分开。密封经历从非常低到非常高的循环压力变化，且由于差异径向膨胀，可能在密封接口的每一侧上的表面之间引起相对运动。即使得到的运动非常小，也可导致微动磨损和故障。此外，已知泵单元的内部几何形状可包括相交孔，且这些可导致在操作期间引起的高应力。为了确保安全和可靠操作，泵头部可能必须由较高规格材料或用于减少操作应力的专用制造过程形成。在高压下操作加剧的另一个问题是增加的燃料泄漏，这可导致较高燃料消耗。泵送腔内产生的高压可导致圆筒的径向膨胀。当柱塞没有相应膨胀时，可导致经过柱塞的燃料泄漏。从EP 12821861已知提供一种燃料喷射泵单元，包括能在泵工作空间内轴向移动的活塞、止回活塞(non-return piston)和截止活塞(shut-off piston)。止回活塞和截止活塞均可移动以在压缩冲程期间彼此接合。因而，燃料喷射泵需要所述活塞与彼此形成密封且还与壳体形成密封，以在压缩冲程期间形成密封。要求控制两个活塞的相对移动不是理想的。此外，由于需要两个独立密封，因而可增加来自于泵送工作空间的泄漏。本发明至少在优选实施例中试图克服或消除与已知泵单元有关的问题中的至少一些。

发明内容
从第一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元，所述泵单元包括 入口阀构件、出口阀、用于供应燃料的供应管线、泵送腔、和用于在泵送腔内加压燃料
的柱塞；
所述入口阀构件能在第一位置和第二位置之间移动；
其中，所述入口阀构件具有在其中形成的孔，当所述入口阀构件处于所述第一位置时，所述孔在泵送腔和供应管线之间提供第一流体路径，当所述入口阀构件处于所述第二位置时，所述孔在泵送腔和出口阀之间提供第二流体路径。因而，在泵单元的操作循环的不同阶段期间，从供应管线到泵送腔以及从泵送腔到出口阀的燃料供应能够由入口阀构件控制。至少在优选实施例中，该设置能够消除提供独立静密封和动密封的需要。优选地， 入口阀构件可以提供直接从供应管线到泵送腔的流体路径，从而不需要在泵送腔和供应管线之间提供静密封。当所述入口阀构件处于所述第一位置时，在供应管线和泵送腔之间的第一流体路径打开，从而燃料能够进入泵送腔。一旦燃料已经进入泵送腔，入口阀构件就能够移动到所述第二位置，以将泵送腔的内部置于与出口阀流体连通。当所述入口阀构件处于所述第二位置时，在供应管线和泵送腔之间的第一流体路径优选至少基本上关闭。更优选地，当所述入口阀构件处于所述第二位置时，入口阀构件形成密封以至少基本上封闭第一流体路径。 因而，当所述入口阀构件处于所述第二位置时，泵送腔优选排他地与出口阀连通。出口阀可以包括可移动出口阀构件和出口阀主体。当所述入口阀构件处于所述第二位置时，入口阀构件可以与出口阀主体形成密封。出口阀构件能在出口阀主体内移动。出口阀主体能够相对于泵头部固定，例如通过与泵头部整体地形成出口阀主体或者将出口阀主体固定地安装在泵头部中。操作中，出口阀主体能够相对于泵头部保持固定，且出口阀构件能够相对于泵头部移动。出口阀构件可以是能定位在形成于出口阀主体中的阀座内以密封出口的不可渗透构件。例如，出口阀构件可以是球形阀球。入口阀构件在处于所述第二位置时优选与出口阀的主体形成密封。该设置是有利的，因为这意味着可以在远离柱塞头部处形成密封。因而，与在柱塞头部处密封高压燃料的现有技术设置不同，不需要抵靠头部静密封。在使用中，随着入口阀构件从所述第一位置移动到所述第二位置，在柱塞前移以加压泵送腔中的燃料时，入口阀构件能够以与柱塞相同的方向移动。此外，随着入口阀构件从所述第二位置移动到所述第一位置，在柱塞退回以抽吸燃料到泵送腔中时，入口阀构件能够以与柱塞相同的方向移动。在使用中，泵送腔中的流体通过柱塞加压。柱塞优选由凸轮或其它合适驱动机构驱动。入口阀构件在所述第一位置和第二位置之间的移动优选由泵送腔内的流体压力控制。可以设置入口阀复位弹簧，以使得入口阀构件返回至所述第一位置或所述第二位置。出口阀优选控制从泵送腔到高压出口管线或歧管的加压流体流。入口阀构件形成入口阀的一部分。入口阀优选为同心阀。出口阀优选为同心阀。 入口阀和出口阀均可以是同心阀以减少泵单元中的应力。第二孔可在出口阀主体中形成，用于提供与入口阀构件中形成的孔的流体连通。 当所述入口阀构件处于所述第二位置时，入口阀构件可以围绕在出口阀主体中形成的第二孔形成密封。因而，当所述入口阀构件处于所述第二位置时，出口阀主体和入口阀构件中的孔可以设置成彼此单独流体连通，从而限定第二流体路径。入口阀构件中的孔和出口阀主体中的孔可以彼此基本上同轴地形成；且任选地还可以与柱塞同轴。出口阀构件优选通过出口阀复位弹簧偏压至关闭位置。优选地，入口阀构件和出口阀构件能以相同方向移动。入口阀构件和出口阀构件优选设置成经历沿大致平行轴线或更优选地沿共同轴线的移动。 柱塞优选在圆筒中行进。密封优选在柱塞和圆筒之间形成，用于减少或防止在燃料加压时圆筒和柱塞之间的燃料泄漏。优选地，排放出口设置用于收集任何泄漏燃料。
泵单元优选包括由第一材料制成的泵头部。插件优选设置在泵头部中以限定泵送腔的侧壁。插件优选为套筒的形式，以限定柱塞在其中行进的圆筒。插件可以由第二材料制成，第二材料具有比第一材料更高的杨氏模量(E)。第二材料可以具有大于或等于400 MPa 或大于或等于500 MPa的杨氏模量。该设置可以减少在泵送腔加压时柱塞周围的泄漏。泵单元还可以包括推杆，所述推杆具有用于形成泵送腔的套筒或孔。在该设置中， 入口阀构件的主体部分可以延伸到套筒或孔中，以用作用于加压燃料的柱塞。在优选实施例中，腔或凹部可以在入口阀构件中形成，以限定所述泵送腔。在使用中，所述柱塞的端部可以操作性地延伸到所述泵送腔内。在使用中，密封优选在所述柱塞和入口阀构件之间形成以密封泵送腔。密封环能够可移动地安装在柱塞上。密封环可以提供动密封以帮助减少或最小化经过柱塞的泄漏。密封环优选能围绕柱塞在泵头部中形成的凹部内轴向移动。凹部优选是环形的。密封环可以采用活塞环的形式。从第四方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元，所述泵单元包括 入口密封环、泵送腔和用于在泵送腔内加压燃料的柱塞；
所述入口密封环可移动地安装在柱塞上；
其中，所述密封环能在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，在泵送腔和用于供应燃料的供应管线之间提供流体路径，在第二位置，密封泵送腔和供应管线之间的流体路径。至少在优选实施例中，密封环可以用作柱塞的密封且还用作控制到泵送腔的流体供应的入口阀。在使用中，入口密封环优选能响应于泵送腔内的流体压力变化而移动。入口密封环优选在围绕柱塞延伸的凹部中轴向移动。凹部优选是环形的。例如，凹部可以在限定泵送腔的泵头部中形成。优选地，当处于所述第二位置时，入口密封环邻接环形凹部的表面或端壁以形成密封，从而封闭泵送腔和供应管线之间的流体路径。从又一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元，所述泵单元包括包括入口阀构件的入口阀和包括出口阀构件的出口阀构件；其中，入口阀构件和出口阀构件能沿共同轴线移动。至少在优选实施例中，入口和出口阀的同轴设置比现有技术设置内在地更强。从又一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元，所述泵单元包括入口阀、出口阀和可移动地安装在泵送腔内的柱塞；出口阀包括出口阀构件；其中，柱塞和出口阀构件能沿共同轴线或者沿大致平行轴线移动。入口阀优选包括入口阀构件。入口阀构件优选能沿与柱塞和出口阀构件能沿其移动的轴线大致平行或大致重合的轴线移动。从又一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元，所述泵单元包括入口阀构件、出口阀、用于供应燃料的供应管线和推杆；入口阀构件能在第一位置和第二位置之间移动；其中，在推杆中形成腔以限定泵送腔，当所述入口阀构件处于所述第一位置时，泵送腔与供应管线流体连通，当所述入口阀构件处于所述第二位置时，泵送腔与出口阀流体连通。在使用中，入口阀构件的一部分优选延伸到泵送腔内以用作柱塞。从另一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元，所述泵单元包括用于控制从供应管线到泵送腔的燃料供应的入口阀、和用于控制从泵送腔到高压出口管线的加压燃料供应的出口阀；其中，入口阀是同心阀和/或出口阀是同心阀。如上所述，与当前泵送相同有关的另一个问题在于在柱塞前面的增加操作压力使得圆筒膨胀，从而增加柱塞和圆筒之间的间隙。这使得燃料泄漏率增加且因而增加寄生功率损失和燃料消耗。从又一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射泵的泵头部，其中，泵送腔在所述泵头部中形成且设置插件以限定泵送腔的侧壁的至少一部分，泵头部由第一材料制成，插件由第二材料制成，其中，第二材料具有比第一材料更高的杨氏模量。该设置被认为独立于本文所述其它发明是可专利的。插件通常是柱塞在其中往复移动的套筒或圆筒。有利地，通过从具有较高杨氏模量的材料形成插件，可减少插件的膨胀。插件可以具有大于或等于400 MPa或大于或等于500 MPa的杨氏模量。用于形成插件的合适材料是烧结碳化物，具有大约阳0 MPa的杨氏模量。通过提供具有期望属性的插件，可以实施模块化设计，其中，泵头部的其余部分可以由较低规格材料形成。此外，技术人员将理解，提供具有比周围材料更高的杨氏模量的插件的设置适合于其它应用，尤其是液压系统。从另一方面看，本申请涉及一种液压系统，包括主体部分， 其中，在所述主体部分中设置腔，用于接收可移动构件；插件，所述插件设置在主体部分中以限定腔的侧壁的至少一部分，主体部分由第一材料制成，插件由第二材料制成，其中，第二材料具有比第一材料更高的杨氏模量。在使用中，可移动构件优选与插件协作以形成密封。例如，液压系统可以是控制阀或喷射器喷嘴。主体部分可以是用于液压系统的壳体或外壳。从又一方面看，本申请涉及一种用于燃料喷射泵的泵头部，所述泵头部包括泵送腔，所述泵送腔具有侧壁，用于与设置在其中的柱塞协作，其中，所述泵头部的至少限定泵送腔侧壁的区域由具有大于或等于400 MI^a的杨氏模量的材料形成。使用具有大于400 MPa 的杨氏模量的材料可以减少在操作期间泵送腔的膨胀。在某些实施例中，材料可以具有更高杨氏模量，例如大于或等于500 MPa0整个泵头部可以由具有指定杨氏模量(S卩，大于或等于400 MI^a或500 MPa)的材料形成。可选地，仅仅泵头部的一部分可以具有该特性。例如，可以设置套筒形式的插件， 所述插件具有指定杨氏模量。插件可以具有大于或等于400 MPa或大于或等于500 MPa的杨氏模量。用于形成插件的合适材料是烧结碳化物，具有大约阳0 MPa的杨氏模量。将理解的是，本文所述的用于供应燃料到泵单元的供应管线可以是用于将燃料供应到一个或多个泵单元的供应通道。类似地，出口管线可以是用于连接本文所述的一个或多个泵单元的出口歧管。


现在将参考附图通过仅仅示例的方式描述本发明的优选实施例，其中
7图1示意性地示出了现有技术泵单元； 图2示出了根据本发明的泵单元的第一实施例； 图3A至3D图示了根据第一实施例的泵单元的操作循环中的不同步骤； 图4示出了根据本发明的泵单元的第二实施例； 图5A至5D图示了根据第二实施例的泵单元的操作循环中的不同步骤； 图6示出了本发明的第二实施例的第一变型型式； 图7示出了本发明的第二实施例的第二变型型式； 图8示出了根据本发明的第三实施例的泵单元；和
图9示出了具有套筒的泵单元，所述套筒插入到泵头部中以限定柱塞在其中行进的圆筒。
具体实施例方式图1中示出了现有技术泵单元1。泵单元1包括具有泵送腔5的泵头部3、入口阀 7和出口阀9。泵头部3通常具有“整块”结构，意味着其以单件形成，例如作为单件锻件。入口阀7包括可移动入口阀构件11、入口阀复位弹簧13、入口阀主体15和入口阀端塞17。入口阀构件11能在打开和关闭位置之间移动以控制从低压供应通道19到泵送腔 5的燃料供应。入口计量阀Vin设置成与低压供应通道19连通以控制燃料供应。入口阀7具有两个静密封设置在入口阀主体15上的第一高压静密封和设置在入口阀端塞17上的第二低压静密封。在数百万个循环内，高压静密封暴露于在非常低和非常高水平之间交替变化的压力。由于阀主体15和泵头部3的差异径向膨胀，可能发生在密封接口的每一侧上的表面之间的相对运动，即使该运动非常小(S卩，微米)，也可发生微动磨损和故障。出口阀9包括可移动出口阀构件21、出口阀复位弹簧23和出口阀端塞25。出口阀9控制从泵送腔5到高压出口通道27的燃料供应。出口阀9还具有高压静密封，其由于在密封接口处的部件由压力波动引起的运动可能失效，可能导致外部燃料泄漏。入口阀7 和出口阀9两者的静密封表面都难以机加工，因为它们与泵头部3整体形成，通常导致较高处理成本。柱塞四设置用于在泵送腔5内加压燃料。柱塞四能在泵头部3中形成的圆筒31 内轴向移动。柱塞四通常由安装在可旋转凸轮轴上的凸轮(未示出)驱动。低压排放通道 33设置用于收集在柱塞四外侧周围从泵送腔5逸出的燃料。在使用中，燃料从低压供应通道19经由入口阀7供应给泵送腔5。在第一阶段期间，柱塞四在泵送腔5内退回，使得燃料从供应通道19抽吸到泵送腔5中。供应通道19 和泵送腔5之间的压力差确保入口阀构件11移动到或保持在打开位置。在下一阶段，柱塞 29前移到泵送腔5中，导致泵送腔5内的燃料压力增加，这继而允许入口阀构件9响应于入口复位弹簧11的动作而移动到关闭位置。柱塞四的继续前移进一步增加泵送腔5内的压力，且一旦压力大于高压出口通道27内的压力，出口阀构件21就移动到打开位置，从而允许加压燃料通过高压出口通道27离开泵送腔5。这些步骤然后在每个泵循环中按顺序重
Μ. ο出口阀9通过相交孔(以90°设置)连接到泵送腔5。然而，该几何形状可导致增加的操作应力。为了可以减少应力，可能需要昂贵的机加工过程以使得相交孔的边缘成圆角(例如，磨料流机加工可使用，因为受限的通路可能使得常规机加工不合适)。此外，泵单元的增加压力规格可意味着不可能使得相交几何形状的应力保持足够低。入口阀弹簧13容纳在高压泵送腔5内。然而，该设置具有这样的缺陷难以减少死体积且这可能导致容积和机械效率的下降。将理解的是，泵头部3是包含高压静密封和柱塞孔的单个部件。因而，在泵头部3 上必须进行大量的过程，可能具有高废品率和废品成本。此外，形成泵头部3的材料仅仅在若干小区域中具有非常高的应力，意味着泵头部3的大部分体积(大约90%或大约2千克) 处于低应力下。结果是在对于泵头部3的大部分而言较低规格材料将足够了时，必须使用较高规格材料。此外，在使用中，随着泵送腔5内的压力增加，圆筒31可以膨胀。该膨胀可以允许燃料泄漏经过柱塞四，从而导致泵单元1的效率下降。柱塞四周围泄漏的任何燃料收集在低压排放通道33中。图2中示意性地示出了根据本发明第一实施例的泵单元101。泵单元101包括泵头部103、泵送腔105、入口阀107和出口阀109。将理解的是，可以在泵头部103中形成多个泵送腔105，但是为了简单起见在本文将仅仅描述一个。入口阀107设置成控制从低压供应通道111到泵送腔105的燃料供应。入口阀 107包括入口阀构件113，入口阀构件113位于在泵头部103中形成的低压腔115内。低压腔115具有的直径大于入口阀构件113的直径，使得入口阀107是同心阀的形式。入口阀构件113可以由常规材料形成，例如钢。然而，优选地，入口阀构件113由具有高杨氏模量的材料形成，例如烧结碳化物。入口计量阀Vin设置成与低压供应通道111连通以控制燃料供应。入口阀构件113是在第一端部分封闭的一件式套筒，套筒的内部限定泵送腔105。 孔117设置在入口阀构件113的第一端。入口阀构件113的内部在第二端开口，以接收柱塞119，用于加压泵送腔105内的燃料。密封在柱塞119和入口阀构件113之间形成以密封泵送腔105。柱塞119在泵头部103内形成的圆筒121内往复移动。在该实施例中，圆筒121 是在泵头部103中形成的孔。密封以已知方式在柱塞119和圆筒121之间形成。技术人员将理解，在柱塞119和圆筒121之间示出的间隙是为了改进附图的清楚性，且不代表泵单元 101。入口阀构件113能从第一位置轴向移动到第二位置，在第一位置，入口阀107打开(如图2所示);在第二位置，入口阀107关闭。入口阀复位弹簧123设置成将入口阀构件 113偏压至入口阀107关闭的第二位置。当入口阀构件113处于所述第一位置时，入口通道 111和低压腔115经由孔117与泵送腔105流体连通，以允许燃料进入泵送腔105。当入口阀构件221处于所述第二位置时，泵送腔105经由孔117排他地与出口阀109流体连通，以允许泵送腔105中的燃料被加压。出口阀109控制从泵送腔105到高压歧管125的加压燃料供应。出口阀109包括出口阀主体127、出口阀构件1 和出口阀复位弹簧131。出口阀构件129能轴向移动以打开和关闭出口阀109。
环形突起133围绕孔117在入口阀构件113的上表面上形成。突起133可以限定与出口阀主体127接触的尖边缘。然而，优选地，突起133限定与出口阀主体127接触的平坦表面以形成密封。当入口阀构件113处于所述第二位置时，突起133邻接出口阀主体 127，以围绕出口阀109的入口形成密封，从而密封泵送腔105。将理解的是，可以设置多于一个的环形突起133。例如，可以设置两个环形突起133，以形成内部和外部密封。低压排放通道135设置用于收集在柱塞119外侧周围从泵送腔105逸出的燃料。 该泄漏可能由于由泵送腔105内的燃料加压引起的圆筒121的膨胀而发生。排放限流器Dott 设置成与排放通道133流体连通，以增加在排放通道135上游泄漏燃料的压力。现在参考图3A至3D描述泵单元101的操作。燃料通过低压供应通道111供应给泵单元101。如图3A所示，在第一阶段期间，柱塞119在泵送腔5内退回，从而减少泵送腔105内的压力且使得入口阀构件113移动到入口阀107打开的第一位置。在该阶段期间，燃料从低压供应通道111抽吸到泵送腔105中。如图:3B所示，在第二阶段期间，柱塞119前移，从而使得通过孔117的燃料流方向相反且引起泵送腔105和低压供应通道111之间的压力差的切换。压力变化与入口复位弹簧123的偏压相结合使得入口阀构件113移动到其第二位置，从而突起133邻接出口阀主体127。突起133围绕孔117形成密封，从而封闭低压腔115和泵送腔105之间的流体路径。泵送腔105从而被密封且泵送腔105内的燃料通过柱塞117的继续前移而加压，如图 3C所示。当泵送腔105内的压力超过高压歧管125内的压力时，出口阀构件129抵抗出口阀复位弹簧131的动作而从出口阀主体127离开，出口阀109打开，从而允许加压燃料从泵送腔105排放到高压歧管125。将理解的是，根据该实施例的入口阀构件113的设置允许泵送腔105和入口阀107 组合成一个部件。有利地，这消除了入口阀组件的高压静密封。此外，入口阀复位弹簧123 可以从泵送腔105移动到低压系统，至少在优选实施例中，可以减少死体积和改进效率。在该实施例中，入口阀构件113、出口阀构件1 和柱塞119均可同轴地移动。此夕卜，出口阀109的入口和入口阀构件113中的孔113同轴地延伸。因而，可以减少泵单元 101的操作应力且简化制造过程。图4中示出了根据本发明第二实施例的泵单元201。泵单元201包括泵头部203、 泵送腔205、入口阀207和出口阀209。燃料从低压入口通道211供应给泵送腔205且从泵送腔205排出到高压歧管213。入口计量阀Vin设置成与低压供应通道211连通以控制燃料供应。低压排放通道 215设置成收集从泵送腔205泄漏的燃料。排放限流器Dqut可以任选地设置成与排放通道 215流体连通，以加压在排放通道215上游的燃料。柱塞217设置用于加压泵送腔205内的燃料。柱塞217能在位于泵头部203内的圆筒219内轴向移动且密封在柱塞217和圆筒219之间以已知方式形成。在该实施例中， 圆筒219是插入到泵头部203中的套筒。圆筒219由具有比形成泵送腔203的材料的其余部分更高的杨氏模量的材料制成。这是有利的，因为其可以减少柱塞217周围的泄漏。用于形成圆筒219的合适材料是烧结碳化物，具有550 MPa的杨氏模量，大约为钢的2. 5倍。 将理解的是，形成圆筒219的套筒可以省去，从而圆筒219直接在泵头部203中形成。
入口阀207包括入口阀构件221，用于控制进入泵送腔205的燃料流。入口阀构件221能从第一位置轴向移动到第二位置，在第一位置，入口阀207打开(如图4所示)；在第二位置，入口阀207关闭。入口阀构件221包括密封地定位在圆筒219中的圆柱形主体部分223 ；和位于低压腔227中的头部225，燃料从入口通道211供应给低压腔227中。孔 229轴向延伸通过入口阀构件221的主体部分223和头部225两者。低压腔227具有比入口阀构件221的头部225更大的直径，使得入口阀207呈现同心阀的形式。当入口阀构件221处于所述第一位置时，入口通道211和低压腔227经由孔229 与泵送腔205流体连通，以允许燃料进入泵送腔105。当入口阀构件221处于所述第二位置时，泵送腔205经由孔2 排他地与出口阀209流体连通，以允许泵送腔105中的燃料被加压。复位弹簧231设置成将入口阀构件221偏压至所述第二位置。出口阀229与本发明的第一实施例总体上无变化，且包括出口阀主体233、出口阀构件235和出口复位弹簧237。如同第一实施例那样，出口阀2 控制从泵送腔205到高压歧管213的加压燃料供应。出口阀构件235能轴向移动以打开和关闭出口阀209。环形突起239在入口阀构件221的上表面上形成，用于邻接出口阀主体233，以围绕出口阀209的入口形成密封。从而，突起239可以形成密封以分开低压供应通道211和泵送腔205。突起239可以限定与出口阀主体233接触的尖边缘。然而，优选地，突起239 限定与出口阀主体接触的平坦表面。将理解的是，可以设置多于一个的突起239。例如，可以设置两个突起239，以限定形成内部和外部密封的同心表面。现在参考图5A至5D描述根据本发明第二实施例的泵单元201的操作。如图5A所示，在第一阶段期间，柱塞217在泵送腔205内退回，从而减少泵送腔 205内的压力且使得入口阀构件223移动到所述第一位置。从而打开入口阀207，且燃料从低压供应通道211抽吸到泵送腔205中。如图5B所示，在第二阶段期间，柱塞217前移到泵送腔205中，从而使得泵送腔 205内的压力增加。泵送腔205和低压腔227之间的压力差切换允许入口阀构件223移动到所述第二位置，如图5C所示，其中，环形突起239邻接出口阀主体233，从而关闭入口阀 207且防止低压供应通道211和泵送腔205之间的流体连通。泵送腔205从而被密封且柱塞217的继续前移加压泵送腔205内的燃料。一旦泵送腔205内的燃料压力超过高压歧管213内的压力，出口阀209抵抗出口复位弹簧237的动作而打开，且加压燃料离开泵送腔 205到高压歧管213，如图5D所示。第二实施例与第一实施例不同之处在于，泵送腔205和入口阀207是独立部件。这提供这样的优势入口阀207可以制成相对小且其质量减少以提供改进动态性能，至少在优选实施例中。入口阀207和出口阀209的同心设置还可以帮助减少应力负荷以及减少泵单元201的死体积。由于当柱塞217前移时圆筒219的膨胀，泵送腔205内的燃料可能经过柱塞217 逸出。该泄漏收集在低压排放通道215中。图6中示出了泵单元201’，其是根据第二实施例的泵单元201的变型型式。为了简单起见，相同附图标记用于相同部件。泵单元201，设置有活塞环Ml以帮助减少从泵送腔205，到低压排放通道215，的泄漏。活塞环241位于泵头部203’中形成的同心凹部M3内且能沿柱塞217’轴向移动。
当柱塞217’前移时，泵送腔205’内的增加压力使得活塞环Ml向下移动(即，以与柱塞217’行进方向相反的方向)，使得其坐靠在凹部M3的底表面245上。作用于活塞环241外部上的燃料压力防止活塞环241膨胀且可以使之围绕柱塞217’收缩。因而，将理解的是，在活塞环241和凹部M3的底表面245之间形成第一密封且在柱塞217’和活塞环 241的内表面之间形成第二密封。因而，活塞环241在两个表面上形成密封以密封泵送腔 205，。在使用中，活塞环Ml由于其在所有侧面均暴露于泵送压力因而不径向膨胀，与仅仅内部暴露于压力的常规圆筒219不同。因而，活塞环241在压力增加时并不径向膨胀， 从而环241和柱塞217’之间的间隙可以保持小且减少泄漏。因而，活塞环241可以减少或最小化柱塞217’周围的泄漏。该设置可以帮助最小化寄生能量损失且改进系统效率(燃料消耗)，至少在优选实施例中。可设想的是，可能证明难以控制由活塞环Ml施加的压力梯度。具体地，当活塞环 241内侧上的压力从高压侧到低压侧减少时，将建立压力梯度。这意味着压力可能从内侧到外侧不完全相等，且活塞241可能径向压缩且夹持柱塞217’。由于耐用性和效率(由于增加的摩擦)的原因，这可能是不希望的。为了帮助解决该问题，环可以发展成包括改进压力平衡和减少径向压缩的内部轮廓。此外，环可以由较高杨氏模量材料制成以减少径向压缩。图7中示出了泵单元201’ ’，其是根据第二实施例的泵单元201的另一个变型型式。为了简单起见，相同附图标记用于相同部件。在该设置中，修改泵单元201，，使得柱塞217用推杆249取代。套筒251设置在推杆M9的端部上以形成泵送腔205’’。入口阀构件221’，的主体部分223’，可滑动地定位在设置在推杆249上的套筒251内，以用作加压泵内的燃料的柱塞。如前述实施例中那样，入口阀构件221’’能在第一和第二位置之间移动，以控制进出泵送腔205’’的燃料供应。当入口阀构件221’’处于其第一位置时，从低压供应通道 211’’到泵送腔205’，的第一流体路径打开。当入口阀构件221’，处于其第二位置时，第一流体路径关闭，且从泵送腔205’ ’到出口阀209’ ’的第二流体路径打开。因而，当入口阀构件221’，处于所述第二位置时，泵送腔205’，经由孔225’，排他地与出口阀209’，连通。 复位弹簧231，’设置成将入口阀构件221，，朝第二位置偏压。现在将描述泵单元201，’的操作。在第一阶段期间，推杆249退回，从而减少泵送腔205’ ’内的压力且使得入口阀构件221’ ’移动到所述第一位置。入口阀207’，从而打开且燃料从低压供应通道211’ ’抽吸到泵送腔205中。在第二阶段期间，推杆248前移，使得入口阀构件221’ ’的主体部分223’，引入套筒251中。这导致泵送腔205’，内的燃料压力增加。泵送腔205’’和低压腔227’’之间的压力差切换允许入口阀构件221’，移动到所述第二位置。从而，在入口阀构件221’，的头部225’，上形成的环形突起239’，邻接出口阀主体233’’，且入口阀207’，关闭，从而密封泵送腔205’ ’并防止与低压供应通道211’ ’流体连通。推杆249的继续前移加压密封泵送腔205’’内的燃料。一旦泵送腔205’’内的燃料压力超过高压歧管213’’内的压力，出口阀209’，打开，且加压燃料离开泵送腔205’，通过孔229’，和出口阀209’，到达高压歧管 213”。
该变型设置允许减少入口阀209’，的尺寸。然而，将认识到，入口阀构件221’，需要足够长以在通过249退回时保持接合在套筒251中。现在参考图8描述根据本发明第三实施例的泵单元301。泵单元301包括泵头部303、泵送腔305、入口阀307和出口阀309。在该实施例中，入口阀307包括活塞环311和活塞环复位弹簧313，两者均位于泵头部303中形成的环形凹部315内。燃料供应从低压供应通道317提供给围绕柱塞321设置的第一环形腔319内。第一环形腔319通向活塞环311的第一侧。低压排放通道323连接到也围绕柱塞321延伸的第二环形腔325。第一和第二环形腔319、325通过环形凸缘327彼此分开，环形凸缘327围绕其周边密封地接合活塞321。泵送腔305具有的直径大于柱塞321的直径，以允许燃料围绕柱塞 321进入泵送腔305。入口计量阀Vin设置成与低压供应通道317连通以控制燃料供应。排放限流器Dott 设置成与排放通道323流体连通，以增加在排放通道323上游的燃料压力。活塞环311能在提升位置和邻接环形凹部315的底表面329 (如图7所示)的坐靠位置之间移动。在活塞环311处于所述提升位置时，低压供应通道317与泵送腔305流体连通，因而入口阀307打开。在活塞环311处于所述坐靠位置时，泵送腔305被密封，因而入口阀307关闭。出口阀309与本文所述的前述实施例总体上无变化，且包括出口阀主体331、出口阀构件333和出口复位弹簧335。出口阀309控制从泵送腔305到高压歧管337的燃料流。现在描述根据第三实施例的泵单元301的操作。在第一阶段期间，柱塞321在泵送腔305内退回，从而减少泵送腔305内的压力。 当泵送腔305内的压力小于低压供应通道317中的压力时，活塞环311从环形凹部315的底表面3 提升且打开入口阀307以允许燃料进入泵送腔305。在第二阶段期间，柱塞321前移到泵送腔305中，从而使得泵送腔305内的压力增力口，继而使得活塞环311返回到其坐靠位置，从而邻接环形凹部315的底表面3 且关闭入口阀307。泵送腔305从而被密封且柱塞321的继续移动增加泵送腔205内的压力，直到其高于高压歧管337中的压力。出口阀构件333然后抵抗出口复位弹簧335的动作而离开且出口阀309打开，以允许加压燃料从泵送腔305排放到高压歧管337中。根据本发明第三实施例的泵单元301有利地使用活塞环311来围绕柱塞321提供密封，以减少泄漏且还用作入口阀307。因而，可以减少泵单元301中的部件数量。根据第二实施例的设置被认为独立于本文所述其它发明是可专利的，藉此，在泵头部203中设置插件以限定活塞217在其中往复移动的圆筒219。实际上，现有技术泵单元 1被认为可以变型为包含由烧结碳化物制成的套筒以限定圆筒31。当然，其它材料可以用于套筒，只要它们具有比形成泵头部3的材料更高的杨氏模量即可。图9中图示变型泵单元1’且相同附图标记用于相同部件。烧结碳化物套筒33固定地安装在泵头部3’中以接收柱塞四’。套筒33较不易受由于泵送腔5内的增加压力引起的膨胀，因而减少柱塞29’周围的燃料泄漏。泵单元1’的操作保持与本文先前所述无变化。
将理解的是，本文所述的多个泵单元1，；101 ；201 ；201，；201" ；301能以两个或更
多个的阵列形式设置，以便增加泵的容量。此外，将理解的是，在本文所述各个实施例中，柱塞可以由凸轮轴或其它合适机械或机电驱动机构驱动。技术人员将理解，可以对本文所述实施例进行各种变化和变型，而不偏离本发明的范围。
权利要求
1.一种用于燃料喷射系统的泵单元(101 ；201 ；201，；201，，)，所述泵单元(101 ；201 ； 201，；201，，)包括入口阀构件(113 ；221 ；221，；221，，)、出口阀(109 ；209 ；209，，)、用于供应燃料的供应管线(111 ；211 ；211，，)、泵送腔(105 ；205 ；205，；205，，)、和用于在泵送腔(105 ；205 ； 205” ；205，)内加压燃料的柱塞(119 ；217 ；217，；223，，)；所述入口阀构件(113 ；221 ；221，；221’ ’)能在第一位置和第二位置之间移动；其中，所述入口阀构件(113 ；221 ；221，；221’’)具有在其中形成的孔(117 ；229 ； 229"),当所述入口阀构件(113 ；221 ；221，；225’ ’)处于所述第一位置时，所述孔(117 ； 229 ；229’’)在泵送腔(105 ；205 ；205，;205，，)和供应管线(111 ；211 ；211，，)之间提供第一流体路径，当所述入口阀构件(113 ；221 ；221，；221’ ’)处于所述第二位置时，所述孔(117 ； 229 ；229’’)在泵送腔(105 ；205 ；205，；205，，)和出口阀(109 ；209 ；209，，)之间提供第二流体路径。
2.根据权利要求1所述的泵单元(101；201 ；201’ ；201’ ’)，其中，当处于所述第二位置时，入口阀构件(113 ；221 ；221，；221’ ’)形成密封以至少基本上封闭泵送腔(105 ；205 ； 205，；205，，)和供应管线(111 ；211 ；211，，)之间的第一流体路径。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的泵单元(101；201 ；201，；201，，)，其中，入口阀构件(113 ；221 ；221，；201，，)形成入口阀(107 ；207 ；207，，)的一部分，入口阀(107 ；207 ； 207，，)为同心阀和/或出口阀(109 ；209 ；209，，)为同心阀。
4.根据权利要求1、2或3中的任一项所述的泵单元(101；201 ；201，；201，，)，其中， 出口阀(109 ；209 ；209’’)包括可移动出口阀构件(129 ；235)；入口阀构件(113 ；221 ；221，； 221’’)和出口阀构件(129 ；235)能以相同方向移动。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的泵单元(201)，还包括由第一材料制成的泵头部(203)，其中，由第二材料制成的插件(219)设置在泵头部(203)中以限定泵送腔(205) 的侧壁；第二材料具有比第一材料更高的杨氏模量。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的泵单元(101；201 ；201，)，其中，所述泵送腔 (105 ；205 ；205，)在入口阀构件(113 ；221 ；221，)中形成，所述柱塞(119 ；217 ；217，)的端部操作性地延伸到所述泵送腔(105 ；205 ；205，)内。
7.根据权利要求6所述的泵单元(101；201 ；201，)，其中，所述入口阀构件(113 ；221 ； 221，)可移动地安装在所述柱塞(119 ；217 ；217，)上。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的泵单元(101；201 ；201，)，还包括可移动地安装在柱塞(119 ；217 ；217，)上的密封环(241)。
9.根据权利要求8所述的泵单元(101；201 ；201，)，其中，密封环(241)能在围绕柱塞 (119 ；217 ；217，)设置的凹部(243)内轴向移动。
10.一种用于燃料喷射系统的泵单元(301)，所述泵单元(301)包括入口密封环(311)、泵送腔(305)和用于在泵送腔(305)内加压燃料的柱塞(321)；所述入口密封环(311)可移动地安装在柱塞(321)上；其中，所述密封环(311)能在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，在泵送腔 (305)和用于供应燃料的供应管线(317)之间的流体路径打开，在第二位置，泵送腔(305) 和供应管线(317)之间的流体路径关闭。
11.根据权利要求10所述的泵单元，其中，在使用中，入口密封环(311)能响应于泵送腔(305)内的流体压力变化而移动。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的泵单元，其中，入口密封环(311)能在围绕柱塞(321)设置的凹部(315)中轴向移动。
13.根据权利要求12所述的泵单元，其中，在处于所述第二位置时，入口密封环(311) 邻接凹部(315)的表面(3 )以形成密封。
14.一种用于燃料喷射泵的泵头部，所述泵头部包括泵送腔，所述泵送腔具有侧壁，用于与设置在其中的柱塞协作，其中，所述泵头部的至少限定泵送腔侧壁的区域由具有大于或等于400 MPa的杨氏模量的材料形成。
15.根据权利要求14所述的泵头部，其中，泵头部由具有大于或等于400MPa的杨氏模量的材料形成；或者根据权利要求14所述的泵头部，其中，仅仅泵头部中的一部分由具有大于或等于400 MPa的杨氏模量的材料形成。
全文摘要
本申请涉及一种用于燃料喷射系统的泵单元(101；201；201’)。所述泵单元具有入口阀(107；207)、出口阀(109；209)、用于供应燃料的供应管线(111；211)、泵送腔(105；205；205’)、和用于在泵送腔(105；205；205’)内加压燃料的柱塞(119；217；217’)。入口阀包括能在第一位置和第二位置之间移动的入口阀构件(113；221；221’)。入口阀构件具有在其中形成的孔(117；229)。当所述入口阀构件处于其第一位置时，所述孔(117；229)在泵送腔(105；205；205’)和供应管线(111；211)之间提供第一流体路径，当所述入口阀构件处于其第二位置时，所述孔(117；229)在泵送腔(105；205；205’)和出口阀之间提供第二流体路径。泵头部的材料可以具有大于400GPa的杨氏模量。
文档编号F04B53/16GK102472220SQ201080030643
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年7月8日
发明者马勒 A. 申请人:德尔福技术控股有限公司