專利名稱:內(nèi)燃機(jī)用油泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及泵,尤其是涉及適合用作泵送燃料的泵。
靠燃油和空氣的燃燒進(jìn)行工作的內(nèi)燃機(jī),這是公知的。在某些發(fā)動機(jī)中,發(fā)動機(jī)的供油需求是與由發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)流閥的位置所確定的預(yù)定空氣流相關(guān)的。部分這種發(fā)動機(jī)與其它形式的發(fā)動機(jī)一起可以是噴油型發(fā)動機(jī),其中計(jì)量份量的燃油輸入發(fā)動機(jī)燃燒室,為了獲得便于燃燒點(diǎn)火的理想空/燃比,該燃油最好夾帶于所要求的量的氣體中。獲得這種空/燃比是很重要的,因?yàn)槿绻摫忍?,則燃燒混合氣將太稀薄以致不能進(jìn)行燃燒點(diǎn)火。如果該比太小,則燃燒混合氣將是富含燃油的,因此發(fā)動機(jī)將典型地易于失火。通常,未能準(zhǔn)確地控制該空/燃比會導(dǎo)致產(chǎn)生過多的廢氣排放物。
因此,所希望的是將盡可能準(zhǔn)確計(jì)量份量的燃油供給內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。在用壓縮氣體將計(jì)量份量的燃油供給發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)中,控制氣體壓力(尤其是燃/氣壓差)及取得理想噴射特性(燃油霧化和/或燃油分布)的噴射正時(shí)也是很重要的。為了該目的,該空氣或氣體壓縮機(jī)通常需具有經(jīng)仔細(xì)地選定的特性,以便達(dá)到上述要求之目的。
通常,用于常規(guī)內(nèi)燃機(jī)中的燃油泵為電動燃油泵,該泵根據(jù)駕駛的要求將所需的燃油量供給發(fā)動機(jī)。這種泵通常位于油箱中并且其尺寸要滿足發(fā)動機(jī)的最大燃油量之需要,另外要允許一些燃油再循環(huán)而返回該油箱。在發(fā)動機(jī)處于低負(fù)荷工況下,將有相當(dāng)大量的剩余燃油返回油箱,因此,由于該油泵進(jìn)行不需要的泵油將消耗相當(dāng)數(shù)量的能量。這種情況在燃油噴射式發(fā)動機(jī)中確是存在的,因?yàn)檫@種發(fā)動機(jī)通常要求燃油壓力相當(dāng)高,典型的是4至7巴。由于該電動燃油泵即使在發(fā)動機(jī)處于低負(fù)荷工況工作時(shí)也要消耗相當(dāng)高的能量,因此從該泵中通常會有大量的熱量輸入到燃油中,結(jié)果導(dǎo)致燃油產(chǎn)生蒸發(fā)。
為了避免由油泵浪費(fèi)能量,開發(fā)了各種試圖使油泵的供油與發(fā)動機(jī)的燃油需要更好地匹配的系統(tǒng)。通常這就要求油泵工作處在控制單元(一般為電子控制單元ECU)的控制之下,其中之油泵可根據(jù)發(fā)動機(jī)對燃油的需求進(jìn)行有效的開或關(guān)。一儲油系統(tǒng)通常是用來保持在油泵關(guān)閉時(shí)將燃油以所要求壓力供給發(fā)動機(jī)。由于在使用期間發(fā)動機(jī)的燃油需求可能改變,因此反復(fù)接通并關(guān)閉該油泵將會導(dǎo)致其加速磨損。盡管這種靈巧的油泵確實(shí)比先前之系統(tǒng)消耗更小的能量,但它們一般更復(fù)雜更昂貴并且通常還使用一根通至油箱的回油管,從而確保在該噴油系統(tǒng)不發(fā)生燃油蒸發(fā)問題。
此外,電動燃油泵的工作不管是否根據(jù)燃油需求或其它進(jìn)行控制都要求使用電能,這一點(diǎn)在某些使用場合下,如小型發(fā)動機(jī)之應(yīng)用場合,諸如低座小摩托車,舷外發(fā)動機(jī)等,可能是一個(gè)缺點(diǎn)。
電動燃油泵的另一個(gè)缺點(diǎn)是該泵及相應(yīng)的動力供應(yīng)及控制部件是相當(dāng)貴的。這一點(diǎn)對上述提到的小型發(fā)動機(jī)之應(yīng)用場合和/或?qū)?jié)約發(fā)動機(jī)制造者及最終用戶之成本很關(guān)鍵的國家(例如在發(fā)展中國家的情況)來說是特別重要的。
在某些使用場合,諸如低座小摩托車,發(fā)動機(jī)重量及空間保持最小也是重要的。因此電動燃油泵用于這種使用場合是不利的。
因此本發(fā)明的目的是提供各種泵,尤其是液體泵,其克服先有技術(shù)系統(tǒng)的至少一個(gè)缺點(diǎn)。
考慮到這一目的,在一方面,本發(fā)明提供了一種內(nèi)燃機(jī)用泵,它包括一個(gè)用于泵送液體之增壓腔,該增壓腔的至少一部分由一個(gè)帶有一泵送面積的泵送裝置構(gòu)成;一個(gè)與壓力流體源連通的致動腔,該致動腔的至少一部分由一個(gè)帶有一致動面積的致動裝置構(gòu)成,該致動面積與該泵送面積是不同的;一連接裝置將致動裝置和泵送裝置連接起來,因此,至少在液體需要用泵進(jìn)行泵送期間,致動腔中的壓力變化影響到該致動裝置之運(yùn)動,轉(zhuǎn)過來又影響該泵裝送置的運(yùn)動,使得液體供給該增壓腔并從該處輸出;其中壓力流體源是由發(fā)動機(jī)提供的,并在泵送液體和壓力流體之間設(shè)有相對恒定的壓差。
該泵最好具有壓力放大作用,其中增壓腔中的壓力或增壓腔中產(chǎn)生的壓力可比致動腔中的壓力更大。這就是說作用于所述增壓腔中的最大壓力大于由所述壓力流體源輸出的最大壓力。為了這一目的,該致動面積最好是大于該泵送面積??紤]到這一點(diǎn),該泵送裝置及致動裝置的相對工作面積可計(jì)算出來,從而使增壓腔中達(dá)到理想的最大壓力。
最好是,該泵為內(nèi)燃機(jī)的雙流體噴射系統(tǒng)泵送燃油。該內(nèi)燃機(jī)最好是一種兩沖程曲軸箱掃氣的發(fā)動機(jī)。
該連接裝置最好通過一連接腔。該連接腔典型地是與大氣相通的,或在該泵用于泵送內(nèi)燃機(jī)中用的燃油的情況下,它被連通到一個(gè)可降低與燃油泄漏相關(guān)的任何危險(xiǎn)的面積上,比如與發(fā)動機(jī)的主進(jìn)氣道連通或在二沖程曲軸箱掃氣發(fā)動機(jī)之情況下直接與發(fā)動機(jī)曲軸箱連通。按這一方式,通過該泵裝置的任何燃油泄漏都將返回至發(fā)動機(jī)中,因此回避了任何不希望出現(xiàn)的結(jié)果。
該連接裝置優(yōu)選為一個(gè)基本上剛性件形式的構(gòu)件,兩端分別作用于致動裝置及泵送裝置。
該壓力流體最好是一種可壓縮流體,如一種氣體。
由泵泵送的液體可是用于內(nèi)燃機(jī)中的燃油。同時(shí)本發(fā)明也特別可用于供給內(nèi)燃機(jī)中用的燃油尤其是由一噴油系統(tǒng)供油。可以想到也可便利地泵送其它液體,如發(fā)動機(jī)潤滑油。
在根據(jù)曲軸箱掃氣原理工作的二沖程發(fā)動機(jī)中,該致動腔直接連到發(fā)動機(jī)曲軸箱上。在這種發(fā)動機(jī)中,為了獲得所要求的理想燃油壓力,要求對發(fā)動機(jī)曲軸箱中的壓力放大。這一點(diǎn)可由使該泵送裝置的面積小于致動裝置的面積而取得。
已經(jīng)認(rèn)識到采用雙流體的燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)將計(jì)量份量的燃油隨同壓縮氣體進(jìn)行噴射具有一些優(yōu)點(diǎn),尤其是在將燃油直接噴入兩沖程發(fā)動機(jī)的燃燒室中時(shí)更是如此。
在這一系統(tǒng)中,除需要設(shè)有一壓力油源外,還需要有一壓力氣源及壓力調(diào)節(jié)器,以控制油和氣之間的壓差,從而產(chǎn)生準(zhǔn)確的燃油計(jì)量調(diào)節(jié)。
因此,在優(yōu)選實(shí)施例中,用于該泵的流體源是一個(gè)用來將壓力氣體供給將計(jì)量份量的燃油噴射到發(fā)動機(jī)中的燃油噴射系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)。按這一方式,在沒有調(diào)節(jié)器并且盡管壓縮機(jī)特性變化時(shí),仍可達(dá)到并保持燃油及壓力氣體之間的理想的相對恒定的壓差。盡管壓縮機(jī)工作的變化可引起氣體壓力變化,但這一壓差將得到保持。這一點(diǎn)是特別有益的,大家知道在這種油/氣噴射系統(tǒng)中,尤其是在那些燃油計(jì)量是按“壓力-時(shí)間”原理(例如與對油/氣壓差之變化不是很敏感的正排量計(jì)量相反)完成的系統(tǒng)中,油/氣壓差是一重要的控制參數(shù)。
最好是該泵送裝置或該致動裝置兩者或之一是膜片型的。
該泵是按發(fā)動機(jī)工作頻率工作。由于發(fā)動機(jī)所需油量即使在相對高的負(fù)荷時(shí)也相對來說很少,在發(fā)動機(jī)每個(gè)循環(huán)該致動裝置及泵送裝置只需做相對較小的運(yùn)動。因此,這就使得膜片之應(yīng)用是一種理想的低成本選擇。該各膜片所需要的相對小的運(yùn)動導(dǎo)致該各膜片上只有相當(dāng)小的應(yīng)力。
由于該各膜片相當(dāng)便宜,可對流體提供良好的密封,具有低的摩擦損失并具有相當(dāng)快的動態(tài)響應(yīng),因此它們的使用是特別有利的。上述最后一種特性在內(nèi)燃機(jī)用油泵的情況下是特別優(yōu)利的,尤其是在這種情況下更是如此,即當(dāng)燃油量相當(dāng)少,并且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相當(dāng)高時(shí),該泵只泵送該時(shí)刻(即“需求”型泵)發(fā)動機(jī)所需數(shù)量的燃油。此外,就生產(chǎn)而言,與采用活塞及滑動密封的組件不同,不要求有精密公差或特殊的表面光潔度,因此該各膜片之使用也存在優(yōu)越性。由于實(shí)際上該組件不需要進(jìn)行機(jī)加工,因此整個(gè)組件的加工成本極低。
在優(yōu)選實(shí)施例中,被泵送的液體在泵的下游是以不連續(xù)的計(jì)量份量輸送的。
按本發(fā)明的另外的形式,該泵可用作計(jì)量型泵,其中該致動腔經(jīng)一節(jié)流裝置與該壓力流體源連接。借助于采用一節(jié)流裝置可控制該致動腔中的壓力,因此控制該致動裝置的移動或沖程,這就可通過該連接裝置控制該泵送裝置的移動或沖程。
本發(fā)明可適合用作燃油計(jì)量泵更進(jìn)一步的細(xì)節(jié)參照本申請人的澳大利亞審理中的專利申請可明白地了解。該申請之申請?zhí)枮镹O.PN3915,申請日為1995年5月30日,該申請的內(nèi)容在此一并參考。
如上所述在多缸曲軸箱掃氣兩沖程發(fā)動機(jī)之情況下,較好的是將一缸的曲軸箱與致動腔連接,另一個(gè)不同相位的缸的曲軸箱與該連接腔相連。這將導(dǎo)致該致動裝置兩端存在更大的壓差及致動腔與增壓腔之間更大的壓力放大。這也將導(dǎo)致在再加油沖程中作用于泵中的力更大。其它缸不同相位的度數(shù)可在90°至270°之間變化,但在此方面將發(fā)現(xiàn)180°是特別具優(yōu)越性的。
該增壓腔可設(shè)置進(jìn)和出油閥。進(jìn)和出油閥的較好特性可包括使進(jìn)和出閥加偏壓,以致該進(jìn)油閥根據(jù)該增壓腔中的壓力降到某一水平以下時(shí)作出響應(yīng)而趨向于打開。同樣地,該出油閥受偏壓在該致動腔的壓力超過某一水平時(shí)進(jìn)行開啟。合適的偏壓裝置包括彈簧及類似裝置。該進(jìn)和出油閥可是單向型的。
該致動或泵送裝置可按同樣的方式由彈簧或類似裝置加偏壓,以致該增壓腔保持在加油或吸油狀態(tài)。
當(dāng)發(fā)動機(jī)用于給汽車/低座小摩托車等提供動力時(shí),根據(jù)操作者之要求需要經(jīng)常改變?nèi)加托枨蟆_@種改變可從最大功率工作時(shí)的最大供油率改變到當(dāng)汽車下坡時(shí)空擋運(yùn)行期間的零供油率。在后一種情況時(shí),油泵不必向發(fā)動機(jī)供給任何一點(diǎn)燃油。
因此,在一優(yōu)選實(shí)施例中,即使當(dāng)該致動腔受來自壓力流體源之壓力波動作用時(shí),該泵送裝置也不會在不需要泵送液體或然油的時(shí)候進(jìn)行泵送。
在給出的示例中,盡管致動腔受曲軸箱壓力波動作用,由于該增壓腔的出口不能排出任何燃油,因此不會產(chǎn)生泵送(因此泵也不作功)。因此,由該泵輸送或泵送的燃油可更好地與發(fā)動機(jī)的總?cè)加托枨笙嗥ヅ?。這就獲得了理想的低成本模式,該模式導(dǎo)致能量浪費(fèi)降至最低以至沒有的程度。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中,特別是當(dāng)用作內(nèi)燃機(jī)燃油泵時(shí),該泵可設(shè)置于油箱內(nèi),并且將燃油輸給發(fā)動機(jī)的輸油管設(shè)置于將流體壓力源(例如在二沖程發(fā)動機(jī)之情況下的曲軸箱)與該泵連接起來的管路中。由于該燃油的泵送依賴于在該致動腔處可獲得的流體壓力源的壓力,因此連接流體壓力源與泵的管路存在任何裂紋或泄漏都將使泵無法工作,從而阻止該泵泵送燃油。該輸油管可以同心地位于壓力流體供給管路中,因此為該輸油管提供額外的保護(hù)。這種結(jié)構(gòu)在船用發(fā)動機(jī)中是尤為有用的,此時(shí)壓力輸油管(在這種情況下位于油箱和發(fā)動機(jī)之間)的存在可能引起安全方面擔(dān)心。這一結(jié)構(gòu)緩解了這一擔(dān)心,因?yàn)槿绻斢凸芷屏?,則致動該泵的壓力氣體的供給也將失掉。
盡管本發(fā)明特別適合于直噴式發(fā)動機(jī),但該泵也可用于化油器型發(fā)動機(jī)中。
該泵可作為備用元件或配套件銷售。由于其中之各膜隨使用時(shí)間而磨損,因此將這些膜單獨(dú)銷售或?qū)⒌谝荒づc第二膜以組件形式銷售將是更合適的。
上述泵適合于產(chǎn)生可與由電動燃油計(jì)量泵生成的壓力相匹敵的壓力,但本發(fā)明之泵是以更便宜之方式工作的。還應(yīng)懂得,不象電動泵那樣,本發(fā)明之泵沒有可引起燃油進(jìn)行不希望的加熱及蒸發(fā)的電動機(jī)。因此,用本發(fā)明可以不采用專門的冷卻燃油并消除蒸氣的裝置。
從參照附圖所示之優(yōu)選實(shí)施例的說明中將更清楚地了解本發(fā)明。其中
圖1是本發(fā)明的燃油泵的剖面示意圖。
本發(fā)明之燃油泵包括一殼體1,設(shè)置于該殼體1內(nèi)的一增壓腔3及一致動腔2。該增壓腔3由一第一膜6形式的泵送裝置限定而成。該增壓腔3還設(shè)有進(jìn)油閥4和出油閥5,并經(jīng)該進(jìn)油閥4與進(jìn)油通道9相連,經(jīng)該出油閥5與出油通道10相連。燃油通過該增壓腔3泵送。
該致動腔2由一第二膜15形式的致動裝置限定而成。連接裝置7將該第二膜15與第一膜6機(jī)械地相連。因此,第二膜15的任何運(yùn)動將直接傳遞給該第一膜6。
該致動腔2通過一支承在該殼體1上的連接管接頭8與發(fā)動機(jī)(未示出)的曲軸箱連通。因此,該致動腔2受到該曲軸箱內(nèi)的波動氣壓的作用。
在該第一膜片6和第二膜片15之間設(shè)有一連接腔14。該連接腔14通過通氣孔11與大氣相通。因此該第二膜15對著該致動腔2的一側(cè)受到曲軸箱內(nèi)壓力作用,在發(fā)動機(jī)每個(gè)循環(huán)期間,該壓力在低于大氣壓和高于大氣壓之間通常循環(huán)變化。然而該第二膜15對著該連接腔14的相反一側(cè)總是受到至少基本上為大氣壓力的作用。因此,在發(fā)動機(jī)每個(gè)循環(huán)期間,該第二膜15將遠(yuǎn)離或朝該增壓腔3移動。由于第一膜6直接連接到該第二膜15上,因此該第一膜6也將直接按該第二膜15的循環(huán)移動而循環(huán)移動。
因此,當(dāng)曲軸箱壓力低于大氣壓時(shí),該第二膜將運(yùn)動遠(yuǎn)離該增壓腔3,該第一膜6將同樣運(yùn)動,這將導(dǎo)致在該增壓腔3中產(chǎn)生一真空,從而導(dǎo)致進(jìn)油閥4打開,所以燃油可流入該增壓腔3,同時(shí)該出油閥5保持關(guān)閉。相應(yīng)地,當(dāng)曲軸箱壓力高于大氣壓時(shí),該第二膜15將移向該增壓腔3,從而引起該第一膜也在相同的方向運(yùn)動,最終導(dǎo)致該進(jìn)油閥4關(guān)閉,而出油閥5打開,因此將燃油輸送到發(fā)動機(jī)和/或其噴油系統(tǒng)中。
該第二膜15的致動面積A1比該第一膜6的泵送面積A2大。因此致動腔2內(nèi)的壓力變化被有效地放大,在該增壓腔3中形成更高的壓力變化。因此,所需要的燃油壓力能由該燃油泵供給。
由于本發(fā)明燃油泵由第二膜15根據(jù)發(fā)動機(jī)曲軸箱內(nèi)氣體壓力的循環(huán)波動而作出的運(yùn)動而致動,因此本發(fā)明不需要用電動燃油泵,該第二膜15的運(yùn)動用于驅(qū)動該燃油泵。
也可設(shè)想存在別的替代壓力氣體源。例如,在雙流體噴射系統(tǒng)中利用來自空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣,該空氣壓縮機(jī)也能提供燃油泵所用的壓力氣體源。與該壓力氣體源無關(guān),本發(fā)明能提供在泵送燃油及壓力氣體源之間相對恒定的壓差。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用泵,其包括一個(gè)用于泵送液體的增壓腔,該增壓腔的至少一部分由一個(gè)帶有一泵送面積的泵送裝置構(gòu)成;一個(gè)與一壓力流體源連通的致動腔,該致動腔的至少一部分由一個(gè)帶有一致動面積的致動裝置構(gòu)成;該致動面積與泵送面積不同;一連接裝置將該致動裝置和泵送裝置連接起來,所以,至少在液體需要由該泵進(jìn)行泵送期間,該致動腔中壓力的變化影響致動裝置之運(yùn)動,這又轉(zhuǎn)而影響泵送裝置的運(yùn)動,以便使液體供給該增壓腔并將該液體從該增壓腔輸出,其中該壓力流體源是由發(fā)動機(jī)提供的,并且在該泵送液體和壓力流體之間具有相對恒定的壓差。
2.如權(quán)利要求1所述泵,其特征在于致動面積大于泵送面積,因此該泵可產(chǎn)生壓力放大,所以該增壓腔中的壓力或該增壓腔中產(chǎn)生的壓力大于該致動腔的壓力。
3.如權(quán)利要求1或2所述泵,其特征在于該泵用于為一種內(nèi)燃機(jī)的雙流體噴射系統(tǒng)泵送燃油。
4.如權(quán)利要求1,2或3所述泵,其特征在于該發(fā)動機(jī)是兩沖程曲軸箱掃氣型發(fā)動機(jī)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于它還包括一個(gè)連接裝置穿過其特征在于的連接腔。
6.如權(quán)利要求5所述泵,其特征在于該連接腔是與大氣連通的。
7.如權(quán)利要求5所述泵,其特征在于該連接腔是與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口連通的。
8.如權(quán)利要求5所述泵,其特征在于該發(fā)動機(jī)是二沖程曲軸箱掃氣型發(fā)動機(jī)并且該連接腔與發(fā)動機(jī)曲軸箱連通。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述泵,其特征在于該連接裝置是基本上剛性件形式的,將該致動裝置和該泵送裝置連接起來。
10.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于該壓力流體是一種可壓縮流體。
11.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于該發(fā)動機(jī)為二沖程曲軸箱掃氣型發(fā)動機(jī),而壓力流體源處于曲軸箱中。
12.如權(quán)利要求11所述泵,其特征在于該發(fā)動機(jī)包括一組氣缸,一個(gè)氣缸的曲軸箱連接到該致動腔上,另一個(gè)不同相的氣缸的曲軸箱與該連接腔連接。
13.如權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述泵,其特征在于壓力流體源是一個(gè)用于給發(fā)動機(jī)的噴油系統(tǒng)供給壓力氣體的空氣壓縮機(jī)。
14.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于該泵送裝置和致動裝置的至少一個(gè)是一膜形式的。
15.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于所泵送的液體以不連續(xù)的計(jì)量份量向該泵的下游輸送。
16.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于,它還包括防止在發(fā)動機(jī)的某些工況下進(jìn)行泵送的裝置。
17.如前述任一權(quán)利要求所述泵,其特征在于,它還包括設(shè)置于該致動腔和壓力流體源之間以控制該致動腔中的壓力的節(jié)流裝置。
18.如前述任一權(quán)利要求任一所述泵,當(dāng)用作內(nèi)燃機(jī)油泵時(shí),其特征在于該泵位于油箱內(nèi),并具有將燃油輸送給發(fā)動機(jī)的輸油管,該輸油管設(shè)置于將壓力流體源與泵相連的供給管路中。
19.如權(quán)利要求18所述泵,其特征在于燃油輸送管同心地設(shè)置于供給管路內(nèi)。
全文摘要
一種泵,它包括一個(gè)用于泵送液體的增壓腔(3),該增壓腔(3)的至少一部分由一個(gè)帶有泵送面積(A2)的泵送裝置(6)形成;一致動腔(2)與壓力流體源連通;該致動腔(2)的至少一部分是由一個(gè)帶有一致動面積(A1)的致動裝置(5)構(gòu)成的;一連接裝置(7)將該致動裝置和泵送裝置連接,所以,至少在當(dāng)液體需要由泵進(jìn)行泵送期間,致動腔中壓力的變化影響致動裝置的運(yùn)動,這又轉(zhuǎn)而影響該泵送裝置的運(yùn)動,以便使液體供給該增壓腔并從該增壓腔輸出;其特征在于該增壓腔內(nèi)的壓力大于該致動腔內(nèi)的壓力。
文檔編號F02M59/14GK1148139SQ9611171
公開日1997年4月23日 申請日期1996年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月30日
發(fā)明者雷蒙德·J·西爾 申請人:軌道工程有限公司