用于流體泵的泵送元件及方法

專利名稱：用于流體泵的泵送元件及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利發(fā)明一般地涉及用于流體的往復(fù)式活塞泵，更具體地涉及供內(nèi)燃發(fā)動機使 用的燃料泵。
背景技術(shù)：
具有泵送元件的流體泵是公知的，該泵送元件包括在形成于筒體(barrel)中的 孔內(nèi)往復(fù)運動的柱塞。通常，通過利用旋轉(zhuǎn)的凸輪來移動柱塞的機構(gòu)來實現(xiàn)柱塞的往復(fù)運 動。替代地，柱塞可以與旋轉(zhuǎn)的傾斜盤或旋轉(zhuǎn)斜盤的外部相接觸以提供受控的可變排量。流體泵可包括多個柱塞，所述多個柱塞針對內(nèi)燃發(fā)動機中的使用而對流體——通 常為油或燃料——流加壓。例如，燃料噴射器可使用來自泵的加壓流體流，以噴射燃料或增 強噴射到發(fā)動機中的燃料的壓力?，F(xiàn)代燃料系統(tǒng)使用逐步提高的噴射壓力以在發(fā)動機內(nèi)噴射燃料，從而增加發(fā)動機 的效率并可能降低排放。然而，當(dāng)試圖增加流體泵的工作壓力時存在問題。例如，增加的工 作壓力增加了分配給柱塞、孔表面和其它泵元件的熱負(fù)荷。過去，由于各種泵送元件所經(jīng)歷 的此類熱效應(yīng)，各種材料和設(shè)計的局限性一般地限制了泵出口壓力。為了解決此類問題，某 些泵設(shè)計在柱塞與泵的筒體之間并入更大的間隙，但此類間隙會降低泵的泵送效率、增加 泄漏、可能使離開泵的壓縮燃料的溫度升高。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明描述了一種用于在流體泵內(nèi)加壓流體的泵送元件的各種不同的實 施方式。各泵送元件包括一柱塞和一筒體。柱塞以往復(fù)運動的方式設(shè)置在一在筒體中界定 出的孔內(nèi)。柱塞和筒體至少部分界定出流體被加壓的加壓室。在柱塞與孔之間界定出一流 動路徑，該流動路徑允許流體在對加壓室中的流體加壓期間離開該加壓室。在柱塞與所述 孔之間形成一集流室。集流室設(shè)置在所述孔附近，作為泵送元件的冷卻回路的一部分。在 筒體中界定出的多個滴滲開口流體連接到集流室。筒體的直徑縮減部形成接收來自滴滲開 口的流體的環(huán)形蓄積部。另一方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料泵。該燃料泵包括限定流入 端口、返回端口、返回通道、流出端口、冷卻燃料流入端口和冷卻燃料供應(yīng)通道的殼體。在一 種實施方式中，一筒體設(shè)置在殼體內(nèi)并界定出延伸穿過該筒體且具有中線的孔。一柱塞至 少部分地設(shè)置在該孔內(nèi)并設(shè)置成在該孔內(nèi)往復(fù)運動。一加壓腔至少部分地在柱塞的一端部 與孔的一端部之間界定出。加壓腔適配成在柱塞的加壓沖程期間對一定量的燃料加壓，該
4一定量的燃料通過流入端口供應(yīng)并且提供給流出端口。在柱塞外表面與孔內(nèi)表面之間界定 出的環(huán)形間隙圍繞柱塞的一部分、經(jīng)由形成在筒體中至少一個滴滲通道與加壓容積和環(huán)形 集流部流體連通，該環(huán)形集流部圍繞孔內(nèi)表面限定出。環(huán)形蓄積部沿周向圍繞筒體界定出， 并設(shè)置成圍繞筒體的縮減部與返回端口流體連通。縮減部中的材料厚度小于筒體的圍繞 (縮減部)的部分的材料厚度。再一方面，本發(fā)明描述了一種在高壓下操作往復(fù)式柱塞流體泵的方法。在一種實 施方式中，流體泵包括至少一個筒體，該筒體具有穿過筒體延伸的孔，該孔以往復(fù)運動的方 式接納柱塞。該方法包括使一定量的流體進(jìn)入加壓室并加壓流體。一定量的流體沿在柱塞 與孔之間的界面從加壓室滲出，并被收集在集流室中，該集流室是在孔附近、圍繞柱塞的一 部分在筒體中界定出的。來自集流室和外源的流體被收集到一環(huán)形蓄積部中，該環(huán)形蓄積 部是在周向圍繞筒體的直徑縮減部界定出的，以便從柱塞傳出熱，從而在流體泵的瞬態(tài)操 作條件下使筒體縮減部的溫度更緊密地接近柱塞的溫度。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的、具有多個泵送元件的流體泵的局部剖視圖；圖2是泵的殼體的一部分的內(nèi)部視圖，其中示出該殼體中界定的流體通道；圖3是按照本發(fā)明的泵送元件的第一實施例的剖視圖；圖4是按照本發(fā)明的兩個相鄰的泵送元件的第二實施例的剖視圖；圖5是按照本發(fā)明的泵送元件的第三實施例的剖視圖；圖6是泵送元件的第三實施例的不同剖視圖；圖7是按照本發(fā)明的配設(shè)有高壓燃料泵的發(fā)動機系統(tǒng)的框圖；以及圖8是按照本發(fā)明的泵送元件的第四實施例的剖視圖。圖9是按照本發(fā)明的泵送元件的第五實施例的局部剖視圖。圖10是圖9所示剖視圖的詳圖。圖11是用于圖9所示的泵送元件的筒體的略圖。圖12是按照本發(fā)明的形成有通道的構(gòu)件的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明可應(yīng)用于具有一個或多個往復(fù)運動的柱塞的流體泵，其可將流體加壓至此 前在使用公知的泵送系統(tǒng)的情況下不能實現(xiàn)的水平。本文公開的實施例有利地適合在能夠 在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)操作狀態(tài)下持久、可靠地操作的流體泵中實現(xiàn)。雖然公知的泵構(gòu)造一般局限 于在約1800巴或以下的出口壓力，但本文公開的泵構(gòu)造有利地能夠?qū)崿F(xiàn)約2200 3000巴 或更高的操作壓力。在圖1至圖3中示出按照本發(fā)明的流體泵100的第一實施例的不同視圖。圖1是 泵100的局部剖視圖。在圖2的放大細(xì)節(jié)中示出泵的殼體的一部分的內(nèi)部視圖，其中顯示 出在殼體中界定出的流體通道，而圖3為泵送元件的第一實施例的剖視圖。本文提出的泵 100設(shè)置成用于將燃料泵送到共軌(未示出)中，該共軌在發(fā)動機(未示出)工作期間向一 個或多個燃料噴射器(未示出)供應(yīng)加壓燃料，泵100用來舉例說明泵送元件的結(jié)構(gòu)。可 以理解，本文所述的結(jié)構(gòu)可有利地用在任何類型的、具有固定或可變排量的流體泵上。
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泵100使用油來潤滑各種運動零件。其它類型的泵可使用燃料進(jìn)行潤滑，或替代 地設(shè)置成泵送油而非燃料以供增強型或混合型燃料系統(tǒng)使用。本文所述的泵100只是為了 說明的目的而提出的，而不應(yīng)當(dāng)解釋為形成限制。泵100包括一基體或外部結(jié)構(gòu)或殼體，在圖中總體上表示為102。殼體102可包括 一個或多個連接的構(gòu)件，所述構(gòu)件形成一封裝并支撐泵的不同內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。在此示例 性圖示中，殼體102包括一具有一個或多個偏心突出部106的凸輪軸或驅(qū)動軸104。每個突 出部106對應(yīng)于一當(dāng)軸104旋轉(zhuǎn)時沿著每個突出部106的外圈110往復(fù)運動的致動器108。 每個致動器108接觸一挺桿112。挺桿112通過彈性元件或彈簧114的作用連續(xù)地接觸所 述致動器的相應(yīng)外圈110。彈簧114將挺桿112推壓在致動器108上，以確保當(dāng)軸104旋轉(zhuǎn) 時致動器108的往復(fù)運動被傳遞至挺桿112。柱塞116可操作地連接到挺桿112，使得柱塞116可在軸104旋轉(zhuǎn)時往復(fù)運動。柱 塞116具有柱形形狀，柱塞的中線118沿其主尺寸延伸。在泵100工作期間，柱塞116沿其 中線118、在界定于筒體122中的孔120內(nèi)往復(fù)運動。筒體122具有大致柱形的形狀，其中 孔120沿筒體的中央部分延伸穿過筒體122?？?20設(shè)置成具有沿著孔120軸向延伸的中 線，該中線與柱塞116的中線118基本重合。在泵100工作期間，柱塞116在加壓沖程期間 的伸出位置A與填充沖程期間的縮回位置B之間移動。進(jìn)口止回閥(未示出)允許來自泵100的進(jìn)口 124的燃料進(jìn)入加壓室126。加壓 室126至少部分是在柱塞116的遠(yuǎn)端128 (還參見圖2和圖3)、孔120的一部分130和出口 止回閥132之間界定出的。當(dāng)柱塞116從縮回位置B向伸出位置A移動時，加壓室126中 存在的燃料被加壓。一旦燃料的壓力足夠高，例如，在30巴與3000巴之間或更高，出口止 回閥132就打開以允許加壓燃料通過一個或多個相應(yīng)開口 134離開加壓室126。通過各開 口 134離開的加壓燃料被收集并傳送至泵100的出口 136。可以理解，要求在柱塞116與孔120之間存在適當(dāng)間隙，該間隙可密封該柱塞與孔 之間的界面以促進(jìn)在加壓室126中對流體的適當(dāng)加壓，并適應(yīng)柱塞116相對于筒體122的 熱膨脹。該環(huán)形間隙，總體上作為138示出，在柱塞116的外表面140與孔120的內(nèi)表面 142之間界定出。允許泵100的效率更高的更小間隙不利地影響柱塞116在孔120內(nèi)的運 動自由度和熱膨脹。而另一方面，更大的間隙造成泵的效率降低。此外，柱塞116在泵100工作期間由于來自加壓室126內(nèi)加壓流體的熱傳遞而被 明顯加熱。在圖3中示出容納柱塞116的筒體122的詳細(xì)剖視圖。在柱塞116的加壓沖程 中通過環(huán)形間隙138從加壓室126逸出的流體被收集在集流部302中。集流部302是在筒 體122中圍繞孔120的一部分形成的環(huán)形腔。集流部302通過環(huán)形間隙138與加壓室126 流體連通，使得在環(huán)形間隙138內(nèi)沿著柱塞116流動或滴滲的流體被收集在集流部302中 并且不允許該流體再沿著柱塞116繼續(xù)流動，以使該流體最終從筒體122與柱塞116之間 的界面304滲出。由于滴滲流體會在與其接觸的區(qū)域中加熱柱塞，所以在集流部302的上 方和下方在柱塞和筒體組件中形成溫度梯度。集流部302與環(huán)形蓄積部306流體連通，該環(huán)形蓄積部通過形成在筒體122中的 直徑縮減部308界定出。集流部302通過一個或多個滴滲通道或孔310與環(huán)形蓄積部306 連通，所述滴滲通道或孔形成在筒體122中并且沿徑向從中線118延伸穿過筒體122?？蓢?繞集流部302周向?qū)⒍鄠€滴滲孔310沿徑向隔開，以促進(jìn)沿環(huán)形間隙138滴滲的流體的對
6稱流出。從滴滲孔310流出的流體被收集在環(huán)形蓄積部306中，并經(jīng)由形成在殼體102中 的排放通道312從泵100移出。排放通道312與在殼體102中界定出并將返回或未使用的 流體送回流體箱和蓄液器(未示出)中的返回端口 144流體連通?？稍诰哂卸嘤谝粋€筒體 122的泵的殼體102中形成任何數(shù)量的環(huán)形蓄積部306。在此類情況下，各種不同的排放或 中間通道312可將每個環(huán)形蓄積部306與相鄰的通道或返回端口 144連接起來。在此前描述的實施例中，筒體122的外徑小于筒體122的第一圍繞部314和第二 圍繞部316的外徑。沿周向形成在筒體122中的通路318可界定直徑縮減部308。通路318 朝向孔的中線118沿徑向向內(nèi)延伸，使得形成筒體122的壁部的材料的厚度在直徑縮減部 308中有利地減小。在所示實施例中，通路318緊鄰?fù)搀w122與殼體102之間的界面，使得 通路318中存在的燃料與用來對泵進(jìn)行潤滑的潤滑油分開。如以下詳細(xì)說明，選擇通路318 的軸向位置以優(yōu)化筒體122與柱塞116之間的傳熱性質(zhì)?？梢岳斫猓诒霉ぷ髌陂g，在筒體122和柱塞116中都將存在熱梯度。該熱梯度由 在加壓室126中被加壓的燃料的加熱引起，并且由于從加壓室126、在柱塞外表面140與筒 體的孔的內(nèi)表面142之間到達(dá)集流部302中的泄漏流而引起。當(dāng)泄漏流從泵送室126前行 至集流部302時，流體中的加壓勢能隨著壓力從高水平下降至低水平而逐漸轉(zhuǎn)化成流體中 的升溫。由于因此形成的燃料的更高溫度，熱量以對流方式從燃料傳遞給筒體122和柱塞 116的包圍加壓室126的部分以及位于集流部302上方的柱塞外表面140和筒體內(nèi)表面 142。熱量還通過構(gòu)件朝向泵的燃料-油界面以傳導(dǎo)方式傳送。熱梯度可在柱塞116與筒 體122之間造成不同程度的熱膨脹，這一點又可能在泵工作期間造成柱塞與筒體之間的尺 寸間隙問題。當(dāng)這些問題存在于與燃料_油界面緊鄰的區(qū)域中、更具體地存在于筒體122的在 集流部302與燃料-油界面之間延伸的部分中時，這些問題影響到泵的工作。通過在圍繞 集流部302的區(qū)域中局部減少筒體122的質(zhì)量，使筒體122的熱質(zhì)減少以更快地平衡在筒 體122與柱塞116之間的界面處的溫度。對于在泵的瞬態(tài)工作中平衡筒體溫度和柱塞溫度、 同時在穩(wěn)態(tài)工作中保持這種平衡，該結(jié)構(gòu)可能是特別有利的。在此情形中包括材料縮減的筒體幾何結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱問題在泵100的瞬態(tài)工作中被放 大時具有特別的優(yōu)勢。例如，當(dāng)在各加壓室126中的流體加壓在較短時間內(nèi)增加時，柱塞 116開始從被泵送的流體和在柱塞表面140與筒體孔表面142之間的泄漏流吸收的熱量不 斷增加。此外，來自加壓室126的流體的流量也增加，因此增加了對柱塞116的熱輸入。柱 塞116，部分由于其比較低的質(zhì)量、部分由于其緊鄰或接觸被泵送的流體、部分由于其相對 缺乏用于散熱的合適傳導(dǎo)路徑，能夠增加其溫度并且較快地、例如在1 2分鐘內(nèi)跟蹤被泵 送的流體的溫度。相反，不具有通路、因此而質(zhì)量更大的典型筒體可需要約8到10分鐘來吸收足夠 的熱量以達(dá)到柱塞溫度的溫度，特別是在瞬態(tài)期間。如本文所述的、筒體122在直徑縮減部 308中縮減的材料或壁厚有助于提高筒體122的溫度，使得柱塞116與筒體122之間的熱膨 脹差被更快地、例如在4到6分鐘內(nèi)減小或消除。在圖4中示出設(shè)置在流體泵400的第二實施例中的相應(yīng)筒體422中的兩個相鄰的 柱塞416的剖視圖。此實施例的筒體422在結(jié)構(gòu)上類似于在圖3所示的第一實施例中所述
7的筒體。在圖4的實施例中，每個筒體422的直徑縮減部408還用來更有效地從筒體422 排出熱量，使得每個柱塞416的溫度在滴滲孔310 (圖3)上方的區(qū)域中更容易降低。在此 實施例中，大致以虛線箭頭示出的冷卻流體流409還經(jīng)由冷卻流體供應(yīng)通道410供應(yīng)到每 個環(huán)形蓄積部406中。進(jìn)入環(huán)形蓄積部406的(流體)流圍繞筒體422的直徑縮減部408 并且以對流方式冷卻筒體422。在滴滲孔310(圖3)上方的區(qū)域中從筒體422排出的熱量 用來對筒體422的剩余部分(在如圖3所示的滴滲孔310下方的區(qū)域中)輸入熱量，以幫 助筒體422和柱塞416沿各自長度的溫度平衡。此類溫度平衡，結(jié)合用來構(gòu)成筒體422和 柱塞416的材料的相似性，允許在所述筒體與柱塞之間采用更緊密的間隙。一般而言，從柱 塞416流出熱量降低了柱塞的溫度，其最終減小或消除柱塞416與筒體422之間的溫差。然 后，可在(流體)流409通過一個或多個排放通道412離開泵400之前使之經(jīng)由連接通道 411依次進(jìn)入相鄰的環(huán)形蓄積部406。在一替代實施例中，可在并行回路連接中同時向所有 的或多于一個的環(huán)形蓄積部406供應(yīng)冷卻流體流409。在圖5和圖6中示出設(shè)置在筒體522內(nèi)的柱塞516的第三實施例的兩個剖視圖。 筒體522界定出以往復(fù)運動的方式接納柱塞516的孔520和包圍柱塞516的一部分的集流 部502。集流部502與在柱塞516的外表面與孔520的內(nèi)表面之間的環(huán)形間隙538流體連 通。多個滴滲開口 510將集流部502與在包圍的泵殼體514中界定出的兩個排放通道512 流體連接。滴滲開口 510延伸穿過筒體522并且與形成在筒體522中的一個或多個縱向通 道602相交。每個縱向通道602都延伸穿過筒體522，并將可形成在筒體522的第一遠(yuǎn)端 面606上的第一導(dǎo)流部604與可類似地形成在筒體522的第二遠(yuǎn)端面610上的第二導(dǎo)流部 608流體連接。第一導(dǎo)流部604和第二導(dǎo)流部608是環(huán)形腔，所述環(huán)形腔使縱向通道602彼 此流體連接并使之與冷卻流體進(jìn)入通道612流體連通。每個縱向通道602沿一中線614延 伸，該中線614可平行于孔520的中線616。圍繞筒體522形成環(huán)形蓄積部618，該環(huán)形蓄 積部618流體連接到滴滲開口 510和冷卻流體進(jìn)入通道612。通過虛線箭頭表示的冷卻流體流622通過冷卻流體進(jìn)入通道612進(jìn)入環(huán)形蓄積部 618。冷卻流體流622在環(huán)形蓄積部618內(nèi)分布在筒體522周圍，經(jīng)由中間通道620進(jìn)入 每個縱向通道602。同樣在操作期間，通過環(huán)形間隙538滲漏的滴滲流體流被收集在集流 部502中并經(jīng)由滴滲開口 510進(jìn)入每個縱向通道602。通過滴滲開口 510離開集流部502 的滴滲流與來自中間通道620的冷卻流體流混合，然后分流成穿流縱向通道602的不同部 分?；旌狭鞒虻谝粚?dǎo)流部602流過縱向通道602，經(jīng)過第一導(dǎo)流部604，進(jìn)入第一外集流 部624，通過兩個排放通道512之一離開。類似地，混合流朝向第二導(dǎo)流部608流過縱向通 道602，經(jīng)過第二導(dǎo)流部608，進(jìn)入第二外集流部626，通過兩個排放通道512中的另一個離 開。在筒體522與殼體514之間設(shè)置兩個密封件628。密封件628禁止在冷卻流體進(jìn)入通 道612與兩個排放通道512之間的、會旁通縱向通道602的直接流體路徑。結(jié)果，迫使冷卻 流體流622流過貫穿筒體522的曲折路徑以促進(jìn)冷卻。本發(fā)明的第四實施例的剖視圖在圖8中示出。筒體組件800包括大致圓柱形的筒 體802，該筒體802位于一套筒804內(nèi)，該套筒804的尺寸設(shè)計成在筒體802的端部附近與 筒體802的外表面匹配地接合。筒體802和套筒804可有利地用于代替按照前三個實施例 所述的筒體。柱塞806位于一孔808內(nèi)，該孔808形成在筒體組件800的筒體802部分中。 在柱塞806與筒體802之間的環(huán)形間隙810將加壓容積812與集流部814流體連接。集流
8部814沿周向圍繞柱塞806的至少一部分延伸，沿軸向定位在筒體802的中點附近。集流 部814經(jīng)由多個滴滲開口 818與內(nèi)環(huán)形蓄積部816流體連通。內(nèi)環(huán)形蓄積部816在形成于 套筒804內(nèi)的通路820內(nèi)限定出。通路820在筒體802的外部、套筒804的內(nèi)部以及兩個 通路壁822之間延伸，所述兩個通路壁822在套筒804的兩個端部上沿軸向限定出。每個 壁822在筒體802與套筒804之間延伸，以界定出并且以密封方式封閉內(nèi)環(huán)形蓄積部816。筒體組件800經(jīng)由一適配器826連接到泵殼體824。適配器826形成一用于附接 到形成在泵殼體824中的腔830內(nèi)的安裝部828和一用于以密封方式接合并支撐筒體組件 800的保持部832。適配器826形成一延伸穿過安裝部828和保持部832的接納孔834。接 納孔834設(shè)置成收容筒體組件800。適配器826還沿著接納孔834的沿保持部832延伸的 一部分形成一內(nèi)通路836。當(dāng)筒體組件800被安裝到接納孔834中時，內(nèi)通路836至少部分 界定出一外環(huán)形蓄積部838。在所示實施例中，泵殼體824形成一延伸穿過該泵殼體的流體供應(yīng)通道840。流 體供應(yīng)通道840可流體連接到燃料輸送泵和/或燃料冷卻器(未示出)，并且可設(shè)置成在 柱塞806的重新填充沖程中向加壓容積812供應(yīng)低壓燃料。分支通道842可使流體供應(yīng)通 道840與在適配器826的安裝部828中形成的環(huán)形流路844連接，該環(huán)形流路844圍繞套 筒804的在加壓容積812附近的遠(yuǎn)端。密封件848使環(huán)形流路844與適配器826中的內(nèi)通路836流體分離。在套筒804 中界定出的流入開口 846使環(huán)形流路844與內(nèi)環(huán)形蓄積部816流體連接。類似地，在套筒 804中界定出的流出開口 850使內(nèi)環(huán)形蓄積部816與外環(huán)形蓄積部838流體連接。外環(huán)形 蓄積部838經(jīng)由在適配器826中界定出的出口通道852流體連接到殼體824的流體返回通 道854。外環(huán)形蓄積部838內(nèi)存在的流體被設(shè)置在筒體802與適配器826之間的第二密封 件856密封成不能直接到達(dá)柱塞806。另外，兩個另外的密封件858在出口通道852經(jīng)過適 配器826與殼體824之間的界面時流體隔離出口通道852。在工作期間，流體供應(yīng)通道840中存在的未被加壓的流體圍繞筒體802自由循環(huán) 并且如上所述地、沿著筒體802和柱塞806的長度提供溫度平衡。流體可沿一冷卻路徑流 動，該冷卻路徑起始于流體供應(yīng)通道840、經(jīng)過分支通道842進(jìn)入環(huán)形流路844、經(jīng)由套筒 804的流入開口 846進(jìn)入內(nèi)環(huán)形蓄積部816。當(dāng)處于內(nèi)環(huán)形蓄積部816中時，(流體)流潤 濕筒體802的相當(dāng)一部分外表面并且沿著筒體802的在集流部814上方(如所示的)的節(jié) 段以對流方式冷卻筒體802。此實施例的內(nèi)環(huán)形蓄積部816具有與上述縱向通路相似的功 能，因為經(jīng)過內(nèi)環(huán)形蓄積部816的(流體)流冷卻筒體802并且與從集流部814滴滲的、被 加熱的流體混合。當(dāng)(流體)流通過套筒804的流出開口 850離開內(nèi)環(huán)形蓄積部816時， (流體)流攜帶被加熱的流體離開筒體802。流經(jīng)流出開口 850的(流體)流在經(jīng)過出口 通道852并離開殼體824的流體返回通道854之前被收集在外環(huán)形蓄積部838中。通過以 所述方式循環(huán)流體，在工作期間可有效地從筒體802排出熱量。此外，內(nèi)、外環(huán)形蓄積部中 存在的流體的熱質(zhì)有助于在較短的時間內(nèi)使柱塞806、筒體802、套筒804和適配器826的 溫度穩(wěn)定和平衡。泵送元件900的第五實施例的剖視圖在圖9中示出。在此實施例中，所示的大致 圓柱形的泵筒體902被組裝在燃料泵殼體904中，該燃料泵殼體904被部分示出以說明在 其中形成的不同流體通道。泵筒體902形成一筒體孔906，該筒體孔以可滑動但總體密封的
9方式接納一柱塞908。如結(jié)合前述實施例所述，柱塞908設(shè)置成在燃料泵殼體904的工作期 間在筒體孔906內(nèi)往復(fù)運動，使得壓縮室910的容積改變以壓縮該壓縮室中的燃料。在此實施例中，泵筒體902包括頭部912和體部914。如圖9所示，頭部912的外 徑大于體部914的外徑。在泵筒體902的頭部912中形成多個流動通路916。此類流動通 路916是可選的并且可沿著泵筒體902的主要縱向尺寸延伸。流動通路916可布置成在不 同的徑向位置處圍繞頭部912對稱。如圖所示，在頭部912中形成四個此類流動通路916。 泵筒體902還形成至少兩個滴滲開口 918，所述滴滲開口 918使筒體孔906與體部914的外 表面相互流體連接。滴滲開口 918可用來在工作期間沿著在筒體孔906與柱塞908之間的 界面引導(dǎo)從壓縮室910泄漏的燃料。以與圖8所示實施例類似的方式，泵筒體902被放置在一套筒920內(nèi)。套筒920 大致為圓柱形并且圍繞體部914的主要節(jié)段設(shè)置。套筒920連接到一適配器922，該適配器 922是在其不同位置密封接合泵殼體904的中間構(gòu)件，該適配器如前文結(jié)合圖8所示實施例 所述地還接合并支撐泵筒體902和套筒920。套筒920的一個端部連接到適配器922，并且 以懸臂形式沿著泵筒體902的體部914同心地延伸，如圖9所示。當(dāng)泵送元件900被組裝 在燃料泵殼體904內(nèi)時，一彈簧924推動柱塞908使之保持與凸輪隨動件(未示出)接觸， 從而可實現(xiàn)柱塞908的往復(fù)運動。彈簧924在存在潤滑油的環(huán)境中工作。在適配器922與 彈簧924之間設(shè)置一保持器926以將彈簧924保持就位并且密封泵筒體902和套筒920使 之不接觸潤滑油。保持器926密封接合泵殼體904并且沿著泵筒體902的體部914同心地延伸。此 外，保持器926在體部914的端部附近密封接合泵筒體902。復(fù)合式密封結(jié)構(gòu)929以密封、 可滑動的方式接合柱塞908，并且密封接合體部914的一端部?？梢岳斫獾氖?，可以使用其 它密封結(jié)構(gòu)來將泵筒體902與容納其它流體——例如在凸輪或泵的驅(qū)動部分中存在的潤滑 油——的腔室流體隔離。在此實施例中，在泵筒體902與套筒920之間界定出一內(nèi)環(huán)形蓄積部928，而在套 筒920與保持器926的內(nèi)表面之間界定出一外環(huán)形蓄積部930。內(nèi)環(huán)形蓄積部928和外環(huán) 形蓄積部930通過跨過套筒920延伸的開口或間隙932互相流體連接。在一個實施例中， 間隙932可以是在套筒920中形成的開口。在所示的實施例中，間隙932由套筒920與保 持器926的靠近套筒一端部的內(nèi)表面之間的長度差而產(chǎn)生，如圖所示。在泵送元件900工作期間，低壓燃料被供應(yīng)到在適配器922內(nèi)界定出的進(jìn)口容積 934。此類燃料由在泵殼體904中形成的供應(yīng)通道936提供，該供應(yīng)通道936通過在適配器 922中形成的一個或多個供應(yīng)開口 938流體連接到進(jìn)口容積934。當(dāng)柱塞908經(jīng)歷吸入沖 程時，即，當(dāng)柱塞908在筒體孔906內(nèi)回縮以增加壓縮室910的容積時，燃料經(jīng)由兩個或多 個供應(yīng)通道940和進(jìn)口止回閥942從進(jìn)口容積934進(jìn)入壓縮室910。在所示的實施例中，兩 個或更多供應(yīng)通道940形成在頭部件944中，該頭部件還收容出口止回閥946。當(dāng)柱塞908 經(jīng)歷使壓縮室910的容積減小的壓縮沖程時，加壓燃料經(jīng)過出口止回閥946進(jìn)入形成在高 壓流出端口 950中的高壓通道948。如上述實施例，提供用以冷卻泵筒體902的燃料流。在所示實施例中，泵殼體904 形成冷卻燃料供應(yīng)通道952和燃料返回通道954。冷卻燃料供應(yīng)通道952可以是分離的通 道，也可以流體連接到還向供應(yīng)通道936供應(yīng)燃料的燃料源。此外，燃料返回通道954可以
10是專門用于引導(dǎo)用于冷卻泵送元件900的燃料的通道，或者也可以與燃料泵的燃料排放通 道流體連通，如所示實施例中的情況。在泵工作期間，經(jīng)由冷卻燃料供應(yīng)通道952向泵提供冷卻燃料流。此類(燃料) 流可以是流向泵的、被壓縮并提供給燃料噴射器(例如參見圖7的圖示)的主燃料流的一 部分，或者也可以設(shè)置成包括燃料冷卻器或其它裝置的、分離的冷卻回路的一部分。在包括 多于一個泵送元件的燃料泵的實施例中，冷卻燃料流可依次經(jīng)過串接的各泵送元件，如圖4 所示，或者也可以被提供給并行的布置結(jié)構(gòu)中的所有泵送元件。在所示的實施例中，冷卻燃料流的在冷卻燃料供應(yīng)通道952處的一部分經(jīng)由在泵 殼體904中形成的供應(yīng)通道956、然后經(jīng)由在適配器922中形成的供應(yīng)開口 958進(jìn)入適配器 922的內(nèi)部?？梢岳斫獾氖?，可使用多于一個的供應(yīng)通道或開口。為清楚起見，經(jīng)過圖9所 示泵的各構(gòu)件和部分的燃料流通過虛線箭頭來表示。經(jīng)由供應(yīng)開口 958進(jìn)入適配器922的冷卻燃料流經(jīng)過流動通路916、進(jìn)入內(nèi)環(huán)形 蓄積部928。在此實施例中，套筒920用作導(dǎo)流部，其沿著泵筒體902的體部914的幾乎整 個長度引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)環(huán)形蓄積部928的冷卻流體流?？梢岳斫獾氖牵?dāng)冷卻燃料流沿著體部 914流動時以對流方式從泵筒體902排出熱量。內(nèi)環(huán)形蓄積部928中的冷卻燃料流經(jīng)由開 口或間隙932進(jìn)入外環(huán)形蓄積部930中。當(dāng)處于外環(huán)形蓄積部中時，冷卻燃料流朝向適配 器922回行。當(dāng)冷卻燃料流到達(dá)適配器922時，該(燃料)流經(jīng)由流出開口 960穿過適配 器922的一部分以進(jìn)入排放容積962。進(jìn)入排放容積962的(燃料)流還可包括如前文所 述經(jīng)由滴滲開口 918提供的燃料。排放容積962流體連接到燃料返回通道954，該燃料返回 通道954可以是通向箱或存儲器的低壓返回通道(例如，參見圖7中連接到HP泵702的返 回流出端口 712的LP燃料返回線路)。在圖10中示出圖9所示實施例的一替代實施例的細(xì)節(jié)的局部剖視圖。在此替代 實施例中，為簡明起見，與前述構(gòu)件或特征相同或相似的構(gòu)件或特征通過相同的附圖標(biāo)記 表示。在此替代實施例中，泵筒體902設(shè)置在適配器922內(nèi)。適配器圍繞泵筒體902同心 地支撐套筒1020。與圖9所示套筒920不同，套筒1020沿保持器926的內(nèi)表面1022的整 個長度延伸。換言之，套筒1020的一端部抵靠在保持器926的表面上，因此不存在如圖9 所示間隙932的間隙或開口。在圖10所示的實施例中，套筒形成一個或多個使內(nèi)環(huán)形蓄積 部928與外環(huán)形蓄積部930流體連接的開口 1024，所述內(nèi)環(huán)形蓄積部928和外環(huán)形蓄積部 930如上所述在泵筒體902、套筒1020和保持器926之間界定出。在圖11中示出泵筒體902的概圖，在圖12中以剖視圖示出適配器922的概圖，用 以圖示它們的各種特征。如圖11和圖12所示，在泵筒體902的頭部912中形成的多個流 動通路916中的每一個均沿著該頭部的最外側(cè)表面1120以及徑向延伸的表面1104 二者延 伸。徑向延伸的表面1104可包括斜面或其它表面特征，并且如圖所示在頭部912的較大的 外徑與體部914的內(nèi)側(cè)的、較小的外徑之間延伸。這樣，冷卻燃料流的流經(jīng)多個流動通路 916的部分可保持與泵筒體902連續(xù)接觸以優(yōu)化冷卻，并且可被更有效地引導(dǎo)到內(nèi)環(huán)形蓄 積部928 (如圖8-10所示)中?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖12所示的適配器922的剖視圖，適配器922包括一形成臺肩1204的 內(nèi)孔1202。臺肩1204在組裝好時接觸并支撐泵筒體902的頭部912。在所示實施例中，適 配器922的內(nèi)徑1206設(shè)置成與套筒920 (圖9)或套筒1020 (圖10)的外徑過盈配合，以向
11套筒提供支撐并圍繞穿過的泵筒體902體部914同心地定位套筒。如附圖的各視圖可見， 在適配器922的不同部分之間的密封可通過0型圈密封件來實現(xiàn)，這些0型圈密封件設(shè)置 在與泵殼體904成密封關(guān)系的密封槽、如密封槽1028中。工業(yè)實用性本發(fā)明可應(yīng)用于具有一個或多個往復(fù)運動的柱塞的流體泵，其可將流體加壓至此 前不能通過使用公知的泵送系統(tǒng)實現(xiàn)的水平。本文公開的實施例有利地適合在能夠在高壓 瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)條件下持久、可靠地工作的流體泵中實施。按照本發(fā)明的泵能夠有利地實現(xiàn)在 1800巴至3000巴或更高的范圍內(nèi)的出口壓力。該有利的操作由于改進(jìn)了在泵送元件之間 的傳熱管理而得以實現(xiàn)。一方面，本發(fā)明提供了一種將冷卻流與被加熱的泄漏流相混合的方法?？梢龑?dǎo)混 合流圍繞泵送元件流動，然后離開泵送元件，從而為柱塞和筒體提供均勻的溫度控制。此類 均勻的控制可有利地使柱塞和筒體的熱膨脹相匹配，并且為柱塞和筒體提供冷卻。這樣，在 柱塞與筒體之間導(dǎo)致的操作間隙在所有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)操作條件下永遠(yuǎn)不會達(dá)到零。在一個實 施例中，可將一具有約12微米的間隙并且在約190MPa下工作的泵按照本發(fā)明重新設(shè)計成 具有約5 6微米的間隙并且能夠在更高、例如300MPa的壓力下工作。此外，例如針對第二和第三實施例所示的、對元件的主動冷卻，可進(jìn)一步幫助降低 柱塞、筒體和泵的其它構(gòu)件的整體溫度。另外，所提出的三個實施例的筒體的總質(zhì)量的減少 降低了每個筒體的熱容，使得筒體的溫度跟隨柱塞的溫度，這在泵工作的瞬變期間特別有 用。在圖7中示出用于發(fā)動機系統(tǒng)700的框圖，該發(fā)動機系統(tǒng)可操作地連接有高壓 (HP)燃料泵702。發(fā)動機系統(tǒng)700包括與HP泵702連接的內(nèi)燃發(fā)動機704。發(fā)動機704可 以是在工作期間在多個燃燒室中接收空氣和燃料的壓縮點火式發(fā)動機或柴油發(fā)動機。從箱 或存儲器706向HP泵702供應(yīng)低壓(LP)燃料。存儲器706連接到一輸送泵或低壓泵708， 該輸送泵或低壓泵708操作以從存儲器706泵出燃料、并通過HP泵702的供應(yīng)流入端口 710向HP泵702供應(yīng)燃料。HP泵702的返回流出端口 712連接到存儲器706，使得離開HP 泵702的LP燃料——例如上述離開HP泵702的環(huán)形蓄積部的燃料——返回存儲器706。在發(fā)動機704工作期間，從發(fā)動機704輸出的功操作HP泵702。加壓燃料(HP燃 料)流離開HP泵702并被傳送到發(fā)動機704。例如，HP燃料流可被傳送到HP燃料軌714， 該HP燃料軌714連接到內(nèi)置于發(fā)動機704中的多個燃料噴射器716。來自燃料噴射器716 的未使用的燃料流可返回存儲器706。在此示例性圖示中，HP泵702使用來自發(fā)動機704 的潤滑油以潤滑內(nèi)部運動構(gòu)件，例如接觸HP泵702的驅(qū)動軸(未示出)的致動器和挺桿 (未示出)。為此目的，一供油線路718與回油線路720協(xié)同地使?jié)櫥土髟诎l(fā)動機704與 HP泵702之間循環(huán)?？梢岳斫猓绫疚乃龅陌l(fā)動機系統(tǒng)700適合用于車輛中，其中發(fā)動機 704設(shè)置成為車輛上的各種系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動和供電。應(yīng)該理解，上述說明為本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)提供了實例。然而可以設(shè)想，本發(fā)明的 其它實施方案可以在細(xì)節(jié)上不同于前述實例。對本發(fā)明或其實例的所有引用旨在引用就那 一點說明的具體實例，而并非意圖在更一般的意義上隱含對本發(fā)明的范圍的限制。關(guān)于特 定特征的所有區(qū)分性和貶低性的語言旨在表示那些特征并非優(yōu)選，而非將其徹底排除在本 發(fā)明的范圍以外，除非另外指出。
12
文中對數(shù)值范圍的敘述僅旨在用作引用處于該范圍內(nèi)的每個單獨數(shù)值的簡便方 法，除非文中另外指出，每個單獨數(shù)值都結(jié)合在說明書中，便如在文中單獨敘述一樣。文中 所述的所有方法均能以任何合適的次序執(zhí)行，除非文中另外指出或明顯與上下文抵觸。因此，如適用的法律允許的那樣，本發(fā)明包括所附權(quán)利要求書中述及的主題的所 有改型和等效方案。此外，本發(fā)明包含上述元件在其所有可能變型中的任何組合，除非文中 另外指出或與上下文明顯抵觸。
權(quán)利要求
一種流體泵(100)，包括燃料泵殼體(904)；柱塞(908)，該柱塞以往復(fù)運動的方式設(shè)置在一在筒體(914)中界定出的孔(906)內(nèi)，所述柱塞(908)和所述筒體(914)至少部分界定出其中流體被加壓的加壓室(910)；在所述柱塞(908)與所述孔(906)之間界定出的流動路徑，所述流動路徑允許流體在對所述加壓室(906)中的流體加壓期間離開該加壓室；在所述柱塞(908)與所述孔(906)之間形成的集流室，所述集流室設(shè)置在所述孔(906)附近；在所述筒體(914)中界定出的至少一個滴滲開口，所述至少一個滴滲開口流體連接到所述集流室；以及在所述筒體(914)與所述燃料泵殼體(904)之間界定出的環(huán)形蓄積部(306)，所述環(huán)形蓄積部(306)設(shè)置成經(jīng)由所述至少一個滴滲開口接納流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流體泵(100)，其中，所述環(huán)形蓄積部(406)形成在所述筒體 (422)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的流體泵(100)，其中，所述環(huán)形蓄積部(838)形成在所述燃料泵殼 體(828)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的流體泵(100)，還包括在所述筒體(522)中界定出的多個縱向通道(602)，所述多個縱向通道(602)與所述孔 (538)并行地延伸并圍繞所述孔(538)對稱地布置；以及多個中間通道(510)，所述多個中間通道分別使所述多個縱向通道(602)中的每一個 都與所述環(huán)形蓄積部(518)流體連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的流體泵(100)，還包括在所述筒體(522)中界定出的導(dǎo)流部 (606)，所述導(dǎo)流部(606)沿著所述筒體(522)的遠(yuǎn)端面的一部分(604)延伸，所述導(dǎo)流部 使所述多個縱向通道(602)互相流體連接。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的流體泵(100)，其中，所述環(huán)形蓄積部(306)至少部分 由一通路(318)界定，所述通路(318)沿周向圍繞所述筒體(122)的直徑縮減部(130)形 成并朝向所述孔(304)沿徑向向內(nèi)延伸，其中所述直徑縮減部(130)在所述筒體(122)的 末端部與所述筒體(122)的頭部(314)之間延伸，所述直徑縮減部(130)界定出所述筒體 (122)的體部(308)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的流體泵(100)，還包括一套筒(1020)和一與所述筒體 (914)接合的適配器(922)，所述套筒(1020)大致為圓柱形、同心地圍繞所述筒體(914)設(shè) 置、并連接到所述適配器(922)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的流體泵(100)，還包括一圍繞所述套筒(1020)和所述筒體(914) 設(shè)置的保持器(926)，所述保持器(926)形成一同心地圍繞所述套筒(1020)設(shè)置的內(nèi)柱表 面，其中在所述筒體(914)與所述套筒(1020)之間界定出一內(nèi)環(huán)形蓄積部(928)，其中至少 部分地在所述套筒(1020)與所述保持器(926)的所述內(nèi)柱表面之間界定出一外環(huán)形蓄積 部(930)，其中所述內(nèi)環(huán)形蓄積部(928)經(jīng)由一間隙(932)與所述外環(huán)形蓄積部(930)流體 連接，所述間隙在所述保持器(926)與所述套筒(1020)的一端部之間界定出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的流體泵(100)，其中，所述內(nèi)環(huán)形蓄積部(928)與提供一冷卻流體流的供應(yīng)通道(936)流體連接，其中所述供應(yīng)通道(936)形成在所述燃料泵殼體(904)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的流體泵(100)，其中，所述適配器(922)形成一流入開口(938) 和一流出開口(958)，該流入開口適配成使所述供應(yīng)通道(936)與所述內(nèi)環(huán)形蓄積部(928) 互相流體連接，該流出開口使所述外環(huán)形蓄積部(930)與形成在所述燃料泵殼體(904)中 的返回通道(954)流體連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的流體泵(100)，其中，用于所述冷卻流體流的路徑起始于所述供 應(yīng)通道(936)，終止于一返回通道(954)，并延伸穿過所述內(nèi)環(huán)形蓄積部(928)和所述外環(huán) 形蓄積部(930)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的流體泵(100)，其中，所述流體泵(100)的操作包括加壓所述加壓室(910)內(nèi)的流體；使一定量的流體從所述加壓室(910)流出并沿著在所述柱塞(908)與所述孔(906)之 間的間隙流動；將沿所述間隙流動的、所述一定量的流體收集到所述集流室中； 通過所述至少一個滴滲開口(918)將流體流從所述集流室引出； 將來自所述至少一個滴滲開口(918)的流體流收集到所述環(huán)形蓄積部中； 將冷卻流體流供應(yīng)到所述環(huán)形蓄積部中；在所述環(huán)形蓄積部(928)中使所述冷卻流體流與來自所述集流室的流體流混合以形 成一混合物；以及通過從所述環(huán)形蓄積部(928)排出所述混合物而從所述柱塞(908)傳出熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述流體泵(100)的操作還包括利用所述冷卻流 體流以對流方式主動冷卻所述筒體(914)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對流體泵(100)內(nèi)的流體進(jìn)行加壓的泵送元件(900)，其具有圍繞泵送元件(900)設(shè)置的燃料泵殼體(904)。柱塞(908)在一在筒體(122)中界定出的孔(906)內(nèi)往復(fù)運動，它們界定出流體被加壓的加壓室(910)。在柱塞(908)與孔(906)之間界定出一流動(409)路徑。該流動(409)路徑允許流體在流體被加壓期間離開加壓室(910)。在柱塞(908)與孔(906)之間、在孔(906)附近設(shè)置一集流室。在筒體(122)中界定出的至少一個滴滲開口流體連接到集流室，在筒體(122)與燃料泵殼體(904)之間界定出的環(huán)形蓄積部(306)設(shè)置成經(jīng)由至少一個滴滲開口接收流體。
文檔編號F02M59/02GK101903641SQ200880122326
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者A·斯多克納爾, S·沙弗爾 申請人:卡特彼勒公司