專利名稱：再生式燃料泵的制作方法
技術領域：
本申請涉及再生式燃料泵，具體涉及內燃發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)中的轉子動力燃料泵。
背景技術：
由于低成本、小尺寸和安靜的操作，再生式燃料泵已在內燃發(fā)動機的燃料供給系 統(tǒng)中使用。再生式燃料泵可以浸入燃料箱以使燃料泵向下游組件供給充分加壓的燃 料。因為各種原因，向再生泵供給的燃料的溫度在發(fā)動機運行期間會增加。由于溫度 升高，在泵中會產生燃料蒸氣泡，這會降低泵流率，從而減小泵的容量(capacity) 和效率。在一些情況下，流量可能減小到造成性能劣化或使發(fā)動機停止的程度。為了 解決該問題，再生泵可以包括允許從液體燃料中分離燃料蒸氣以便保持泵效率的排氣 孔(purge or if ice )。
已開發(fā)出各種類型的排氣孔以減少燃料中的燃料蒸氣量。特別地，可以加大排氣 孔的直徑，還可以改變排氣孔的位置。在一種方案中，排氣孔可以位于泵入口下游較 遠處。美國專利5, 284, 417中描述了一個示例。
本申請的發(fā)明人認識到，在高流量條件下，增加排氣孔的尺寸并將排氣孔定位在 泵入口下游較遠處不能增加可以從泵中排出的燃料蒸氣量。此外，在高流量應用期間 當排氣孔的尺寸增加時，泵中的湍流(如流中斷)也會增加，從而降低泵效率。因此， 在一方面為了增加蒸氣分離而采用的增加的排氣孔尺寸和/或排氣孔位置與另一方面 由排氣孔造成的流中斷的量之間存在折中。

發(fā)明內容
為了解決該矛盾，在一個實施例中，提供一種內燃發(fā)動機中的轉子動力(再生渦 輪)燃料泵。該轉子動力燃料泵包括延伸穿過下部殼體以允許將燃料吸入葉輪室的泵 入口通道；排氣孔，其包括排氣入口、排氣出口和排氣通道，該排氣通道延伸穿過泵 的下部殼體以允許將燃料蒸氣吸出葉輪室，且通過排氣出口的垂直流動方向與葉輪的 側部界定的水平平面形成小于90度的排氣出口角。
以此方式，可以增加蒸氣排出能力并限制由排氣孔造成的流中斷的量而不需要顯 著增加排氣孔的直徑和/或將排氣孔移至泵入口下游較遠處。然而，如果需要也可以 采取這樣的做法。


圖1示出燃料箱中與燃料導軌、噴射器和發(fā)動機流體連通的轉子動力泵的示意圖。
圖2示出轉子動力泵的惻視圖。
圖3A示出現(xiàn)有技術排氣孔的側視圖。
圖3B示出現(xiàn)有技術排氣孔的另一個側視圖。
圖4A示出本申請排氣孔的側視圖。
圖化示出本申請排氣孔的另一個側視圖。
圖5A示出排氣孔的替代實施例的側視圖。
圖5B示出排氣孔的替代實施例的另一個側視圖。
圖6示出下部殼體的葉輪側視圖。
圖7示出上部殼體的葉輪側視圖。
具體實施例方式
附圖近似地按比例繪制。圖1示出在內燃發(fā)動機110中使用的燃料供給系統(tǒng)100。 該燃料供給系統(tǒng)可以包括轉子動力泵20和包圍轉子動力泵20的燃料箱112。轉子動 力泵20向各種下游組件供給燃料。轉子動力泵可以垂直地安裝在燃料箱中。燃料供 給系統(tǒng)IOO還可以包括與泵流體連通并延伸出燃料箱112連接至燃料導軌116的燃料 管114。燃料導軌116流體連通到一系列的燃料噴射器118。燃料噴射器在一定壓力 下以一定流率向位于發(fā)動機110中的汽缸(未示出)供給燃料。燃料噴射器118可以 是進氣道燃料噴射器和/或直接燃料噴射器。本領域技術人員可以理解，可以使用該 燃料供給系統(tǒng)的其他變體來提高燃料供給系統(tǒng)的性能。特別地，可以在轉子動力泵 20和燃料導軌116之間連接第二泵(未示出)以增加可向發(fā)動機110供給的燃料的
量和壓力。另外，可以包括各種組件如燃料過濾器(未示出)、壓力調節(jié)器(未示出)、 燃料蓄壓器(fuel accumulator)(未示出)、 一個或多個并聯(lián)的泄壓閩(未示出) 和/或無回流燃料管路(未示出)以提高燃料供給系統(tǒng)的效率和性能。
圖2示出轉子動力泵20。垂直軸和水平軸在圖2中示出?？v軸沿垂直于附圖紙 面的方向延伸。轉子動力泵可以包括基本上包圍電動馬達24的外殼22。各種類型的 電動馬達可用作馬達24,如有刷直流馬達、無刷直流馬達、交流馬達、感應馬達、 步進馬達等。由電動馬達24驅動的軸26可以連接到電動馬達并垂直延伸出電動馬達。 盤形葉輪28可以在垂直中軸30上剛性連接到軸26。葉輪可以具有側部32。該側部 可以界定出與馬達的垂直中軸垂直的水平平面33。軸的部分34可以由軸承36包圍， 以允許軸在固定的位置平滑地旋轉。軸26延伸穿過軸孔38,進入轉子動力泵的下部 39。以此方式，電動馬達可以驅動旋轉的軸從而圍繞垂直中軸旋轉葉輪。泵的下部 39還可以包括泵入口通道42、下部殼體44、上部殼體46及排氣孔48。下部殼體可以包圍葉輪的至少一部分并部分地界定出葉輪室。在該實施例中，排氣孔如圖6所示 與泵入口通道隔開。
泵入口通道"允許將燃料從燃料箱112吸入轉子動力泵20。然后燃料可以流入 葉輪室"。葉輪可以轉動或旋轉以在周向上向外朝葉輪室49推動燃料以增加燃料的 能量?？梢允褂酶鞣N葉輪葉片形狀，如軸向流傾斜葉片(axial flow pitched blades ) 或開式徑向葉片(open radial vanes)。增加燃料的能量之后，流體流入葉輪出口 室50。從葉輪出口室50,燃料向下游流入包圍電動馬達24的下游室52。以此方式， 電動馬達24可以由通過泵流動的燃料冷卻。然后燃料從下游室52通過圖2所示的泵 出口 54離開泵。
圖6示出下部殼體44的葉輪側視圖，下部殼體44具有相鄰于葉輪28在周向上 圍繞下部殼體延伸的環(huán)形通道57、第一環(huán)形通道側壁56和第二環(huán)形通道側壁58。如 圖6所示，排氣孔48可以在泵入口通道42下游位于弧長|3處并在環(huán)形通道57中第 一環(huán)形通道側壁56和第二環(huán)形通道側壁58之間。P在周向上圍繞中軸延伸并且是泵 入口通道和排氣孔之間的分離角。排氣孔允許將蒸氣從葉輪室吸出。液體和蒸氣的混 合物流過排氣孔。在一個實施例中，弧長P約為130度。然而，在替代實施例中，可 以相應于不同的泵尺寸等調節(jié)弧長p 。環(huán)形通道57可以在弧e1處在周向上圍繞下 部殼體44延伸。取決于各種系統(tǒng)參數(shù)，弧長6 1可以在300至360度之間。圖7示 出上部殼體46的葉輪側視圖。上部殼體允許燃料流出葉輪室49并進入葉輪出口室 50。
現(xiàn)參考圖4A,排氣孔48可以具有內徑為Dl的排氣入口 59和內徑為D2的排氣 出口60?？v軸沿垂直于紙面的方向延伸。排氣孔允許將燃料蒸氣推出葉輪并離開泵。 排氣孔與泵入口通道隔開，允許燃料蒸氣離開泵。入口內徑Dl小于出口內徑D2。排 氣入口可以在軸向上與排氣出口偏離。排氣通道62連接排氣入口和排氣出口。排氣 通道可以降低燃料蒸氣的速度，允許蒸氣以降低的速度離開排氣孔，從而減少流體在 排氣出口 60周圍的湍流。排氣通道還可以包括直徑約為Dl并延伸穿過下部殼體44 的入口部分64。入口部分相鄰于錐形部分66。該錐形部分可以在入口部分的下游。 錐形部分的直徑可以逐漸增加到近似于排氣出口內徑D2的尺寸。排氣通道還可以包 括位于錐形部分下游的下部68或下部室，其如圖4B所示以排氣出口角62延伸穿過 殼體，允許流體流入燃料箱。圖4B示出排氣孔的另一個側視圖。圖4B示出圖W所 示側視圖的旋轉視圖。具體地，圖4B示出圍繞垂直中軸30逆時針旋轉90度并水平 地觀看垂直于紙面延伸的垂直平面所得的側視圖。以此方式，排氣出口在縱向上向外 成角。在另一個示例中，排氣出口可以在水平方向上從垂直中軸30向外成角。如圖 4B所示，排氣孔相對于泵的下側72和/或由葉輪的側部界定的水平平面33以角e 2 延伸穿過殼體，產生橢圓形的開口，該開口的面積Al大于面積A2，如圖6所示。'面 積A2決定通過排氣孔的流率，面積Al界定出蒸氣出口面積(vapor exit area )?，F(xiàn)參考圖4B,下部68相鄰于排氣出口并包括排氣出口。與排氣入口相比排氣通道的 所述錐形部分的位置更接近排氣出口。替代地，與排氣出口相比錐形部分的位置更接 近排氣入口。排氣出口角6 2是通過排氣出口 60的流動方向70與由葉輪的頂部32 和/或泵的下側"形成的水平平面33構成的角。在排氣出口角6 2小于90度時，流 體的方向改變，允許排氣孔中的流體從與泵入口隔開的排氣出口排出。這樣的動作可 以減少來自泵入口通道42的干擾。在一些示例中，排氣出口角62可以是45度。在 其他示例中，排氣出口角e2可以是小于75度的任意角。在另外的示例中，排氣出 口角6 2可以在35至55度之間。排氣通道的表面可以按減小流阻的方式構造。在圖 5A和5B示出的一個示例中，可以圓滑排氣入口的邊緣59a。圖5B示出圖5A所示排 氣孔的旋轉視圖。圖5A圍繞垂直中軸30旋轉90度，并水平地觀看沿垂直于紙面的 方向延伸的垂直平面，這樣可得到圖5B。
另外，與如圖3A和3B所示現(xiàn)有技術中的排氣孔相比，減小的排氣出口角62允 許流體從以更長的距離與泵入口通道隔開的排氣孔排出，從而進一步減少來自燃料箱 的干擾。改進的幾何形狀增加了流體流動的距離，這可進一步降低流體的速度，最小 化燃料箱的干擾。
在一些示例中，如上文所述，希望增加在以全功率驅動泵時流過排氣孔48的燃 料蒸氣的量。在轉子動力泵運行期間，轉子動力泵的底部40周圍的燃料中會產生湍 流。湍流會減少從排氣孔48中釋放的燃料蒸氣的量，降低泵和發(fā)動機的效率。在現(xiàn) 有技術的方案中，如圖3A和3B所示，排氣出口角6 2近似為90度。圖3B示出圖3A 所示排氣孔的旋轉視圖。圖3A圍繞垂直中軸30旋轉90度，并水平地觀看沿垂直于 紙面的方向延伸的垂直平面，這樣可得到圖3B。在蒸氣以此角度通過排氣出口排出 時，燃料蒸氣的流率會由于燃料中的湍流而顯著減少。然而，本申請發(fā)現(xiàn)，當62小 于90度時，例如在35至55度之間，或具體地為45度時，可從燃料中去除的蒸氣的 量顯著增加而同時葉輪室中的干擾或湍流減少。因此，泵的效率提高。
此外，泵的尺寸可以和排氣出口角62及出口直徑D2相關。例如，在轉子動力 泵的速率為200升/小時的情況下，用于提高泵效率的排氣出口角6 2可以近似地為 45度，且出口內徑D2可以近似地為1.2毫米。在一個實施例中，泵容量大于200升 /小時，且出口內徑D2可以近似地為1.2毫米時，排氣出口角可在縱向上向外成角。 在替代實施例中，可以改變具體的直徑和排氣出口角以考慮到燃料的組成。例如，如 果所使用和存儲在燃料箱中的是較粘稠的柴油燃料，則可以稍微增加出口內徑D2， 且可以稍微減小排氣出口角6 2,反之亦可。
用于增加可從燃料泵中排出的蒸氣量的其他策略可以包括如圖5A和5B所示圓滑 排氣出口和/或排氣入口的邊緣。也可以改變下部殼體中的環(huán)形通道的形狀以減少排 氣入口產生的湍流。也可以結合成角的排氣出口使用其他的修改或附加方法。
對于泵的制造而言，可以首先模制成型出下部殼體44。然后在下部殼體"中機械加工出排氣孔48、泵入口通道42和環(huán)形通道57?；蛘撸虏繗んw可以整體模制成 型以包含排氣孔48、泵入口通道42和環(huán)形通道57。在一個示例中，下部殼體可以整 體模制成型以產生更加平滑的流道，減小流阻。下部殼體可以根據(jù)燃料供給系統(tǒng)的需 要由塑料、鋁或鋼合金制成。
應理解，在本文中公開的配置本質上是示例性的，且這些具體實施例不應被視為 具有限制意義，因為大量的變體是可能的。例如，上述技術可以應用于V-6、 1-4、 I-6、 V-12、對置4、及其他的發(fā)動機類型。本公開的主題包括在本文中公開的各種 系統(tǒng)和配置，及其他特征、功能，和/或屬性的所有新穎和非顯而易見的組合及子組 合。
本申請的權利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權利要求應被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素和/或屬性的其他組合及子組合可以通過本申請權 利要求的修改或通過在本申請或相關申請中提出新的權利要求來請求保護。這樣的權 利要求，無論是在范圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括 在本申請的主題之內。
權利要求
1. 一種內燃發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)中的轉子動力燃料泵，包括泵的殼體；延伸穿過所述殼體以允許將燃料吸入泵的泵入口通道；延伸穿過所述殼體并與泵入口通道隔開的排氣孔，所述排氣孔允許燃料蒸氣離開泵，所述排氣孔包括排氣入口、排氣出口及排氣通道，其中排氣入口在軸向上與排氣出口偏離。
2. 如權利要求1所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，還包括連接到馬達的葉 輪，所述葉輪的惻部界定出與馬達的軸垂直的水平平面，且所述排氣通道的至少一部 分相對于所述水平平面成角。
3. 如權利要求2所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述角小于90度。
4. 如權利要求3所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述角在35至55度之間。
5. 如權利要求4所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述角相對于所述水平 平面為45度且相對于馬達的軸為45度。
6. 如權利要求5所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣通道包括將排 氣通道的直徑從較小的入口直徑擴大到較大的出口直徑的錐形部分。
7. 如權利要求6所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，與排氣入口相比排氣通 道的所述錐形部分的位置更接近排氣出口。
8. 如權利要求7所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣通道的下部相 鄰于排氣出口并包括排氣出口。
9. 如權利要求8所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣通道的錐形部 分位于排氣通道的下部的上游，與排氣入口隔開，且排氣出口角在水平方向上從泵的 垂直軸向外成角。
10. 如權利要求8所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣出口角在縱向上向外成角。
11. 一種內燃發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)中的轉子動力燃料泵，包括馬達；具有界定出水平平面的惻部的葉輪，所述葉輪連接到所述馬達并圍繞垂直軸旋轉；包圍所述葉輪的至少一部分并部分地界定出葉輪室的下部殼體；延伸穿過下部殼體以允許將燃料吸入葉輪室的泵入口通道；排氣孔，其包括排氣入口、排氣出口和排氣通道，所述排氣通道延伸穿過下部殼 體以允許將燃料蒸氣吸出葉輪室，且通過排氣出口的垂直流動方向與所述水平平面之 間形成小于90度的排氣出口角。
12. 如權利要求11所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述葉輪為盤形，且 所述泵垂直地安裝在燃料箱中，排氣出口角在水平方向上從泵的垂直軸向外成角。
13. 如權利要求11所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣出口角由下 部室相對于所述垂直軸形成，所述下部室所成的角為45度，以45度角進入燃料箱的 排氣出口的開口產生橢圓形的開口。
14. 如權利要求13所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣孔與泵入口 通道在周向上圍繞所述垂直軸間隔130度。
15. 如權利要求11所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣出口的直徑 為1.2毫米，泵容量大于200升/小時，且排氣出口角在縱向上向外成角。
16. 如權利要求11所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述排氣入口的邊緣 是圓滑的。
17. 如權利要求11所述的轉子動力燃料泵，其特征在于，所述下部殼體為整體 模制成型以形成排氣孔和泵入口通道。
18. —種通過發(fā)動機燃料系統(tǒng)中的泵對燃料加壓的方法，包括 在泵的一側通過入口將燃料吸入泵中； 旋轉葉輪以泵送燃料；通過泵的所述一側上的孔排出蒸氣，所述孔相對于泵的所述一側成角。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，相對于泵的所述一側以45度的角 排出所述蒸氣。
全文摘要
本申請涉及再生式燃料泵。一種內燃發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)中的轉子動力燃料泵，包括泵的殼體、延伸穿過殼體以允許將燃料吸入泵的泵入口通道、延伸穿過殼體并與泵入口通道隔開的排氣孔，該排氣孔允許燃料蒸氣離開泵，該排氣孔包括排氣入口、排氣出口及排氣通道，其中排氣入口在軸向上與排氣出口偏離。通過本申請，可增加轉子動力燃料泵的蒸氣排出能力并限制泵中的湍流。
文檔編號F04D29/24GK101509448SQ20091000631
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權日2008年2月11日
發(fā)明者哈羅德·L·卡斯特爾, 斯蒂芬·T·肯普弗爾, 羅伯特·約瑟夫·派爾, 舍文·沙普, 郁德全 申請人:福特環(huán)球技術公司