CN100348858C - 具有两分立共轨的燃油喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于向内燃机输送高压燃油的燃油喷射装置，其包括一供油泵(3)、一第一共轨(4)、以及一第二共轨(5)。高压燃油被直接输送给第一共轨(4)，然后再从第一共轨(4)经一条带有节流件(13)的连接通道(12)输送到第二共轨(5)中。蓄积在共轨(4、5)中的高压燃油被输送给喷油器(1、2)，并以可控的方式喷射到气缸中。为了抑制压力波从第一共轨(4)传播到第二共轨(5)中，同时为获得合适的通流尺寸，将节流件(13)的通流直径设定为0.9mm～1.3mm。按照这种方式，可将第一共轨(4)与第二共轨(5)之间压力差减到最小。

Description

具有两分立共轨的燃油喷射装置
技术领域
本发明涉及一种具有两分立共轨的共轨型燃油喷射装置，其用于向内燃机输送高压燃油。
背景技术
具有两分立共轨的共轨型燃油喷射装置通常被用在具有两个缸列的内燃机上，这种内燃机例如是V型发动机或平行对置型发动机。例如在1999年出版的“Motortechnische Zeitschrift(MTZ)”一书中，标题为“Der erste Achetzylinder-Dieselmotor mit Direkteinspritzungvon BMW”的文章(作者为Ferenc Anisits，Klaus.Borgmann，HelmutKratochwill和Fritz Steinparzer)就公开了一种这样的燃油喷射装置。图5中表示了该喷射装置的一个相关部分。
在该燃油喷射装置中，高压燃油被从一供油泵J1输送到一分配构件J2中，然后，燃油被分配到一第一共轨J3和一第二共轨J4中。与第一共轨J3相连接的各个喷油器J5将高压燃油喷射到第一缸体的各个气缸中。类似地，与第二共轨J4相连接的各个喷油器J6将高压燃油喷射到第二缸体的各个气缸中。分配构件J2具有将高压燃油分配到两个分开布置的共轨中的功能。
可以考虑取消分配构件J2，并将第一共轨J3与第二共轨J4串联起来。在这样的结构设计中，高压燃油被从供油泵J1直接输送到第一共轨J3中，然后再从第一共轨J3输送给第二共轨J4。如果这样的设计能良好地工作，则就能取消分配构件J2，整个喷射装置得到了简化。但是，由于需要利用连接通道将两共轨连接起来，所以会在第一共轨J3与第二共轨J4之间产生压力波。该压力波是由于供油泵J1的压力脉动、以及喷油器J5和J6对燃油执行喷射而产生的。受该压力波的影响，两共轨J3和J4之间存在一定的压差。因而，就出现这样一个问题：第一组喷油器J5与第二组喷油器J6的喷射压力是不同的。喷射压力的不同会导致喷油量出现不同。
发明内容
针对上述的问题提出本发明，本发明的一个目的是提供一种改进后的、具有两分立共轨的共轨型燃油喷射装置，在该装置中，无需采用分配构件就能消除两共轨之间的压力差，同时减少零件数目和降低生产成本。
为了实现上述发明目的，提出了一种用于向内燃机输送燃油的共轨型燃油喷射装置，其包括：第一喷油器，其被安装在一具有多个第一气缸的第一气缸体上，每个第一喷油器向各个第一气缸输送高压燃油；第二喷油器，其被安装在一具有多个第二气缸的第二气缸体上，每个第二喷油器向各个第二气缸输送高压燃油；一供油泵，其用于输送高压燃油；一第一共轨，其用于蓄积从供油泵输送来的高压燃油，并用于将蓄积的高压燃油输送给第一喷油器；以及一第二共轨，其用于蓄积从供油泵输送来的高压燃油，并用于将蓄积的高压燃油输送给第二喷油器，其中：第一共轨和第二共轨利用第一节流件、连接通道和第二节流件串联起来，在连接通道与第一共轨相连接的位置处，第一节流件与第一共轨制为一体，在连接通道与第二共轨相连接的位置处，第二节流件与第二共轨制为一体；以及高压燃油被从供油泵直接输送到第一共轨中，并从第一共轨经第一节流件、连接通道和第二节流件输送到第二共轨中。
共轨型燃油喷射装置被用于向柴油机等内燃机输送高压燃油。这样的喷射装置包括一第一共轨、一第二共轨、以及一供油泵，其中的供油泵用于向两共轨输送高压燃油。第一共轨中蓄积了从供油泵输送来的高压燃油，并将蓄积的高压燃油输送给与其相连的第一喷油器。类似地，第二共轨中也蓄积了从供油泵输送来的高压燃油，并将所蓄积的高压燃油输送给与其相连的第二喷油器。喷油器的喷射正时、以及喷射到发动机各个气缸中的燃油量由一电子控制单元执行控制。
供油泵与第一共轨直接相连，且第一共轨通过一连接通道与第二共轨相连接。也就是说，供油泵、第一共轨、第二共轨依次串联在一起。在连接通道中设置了一个节流件，其通流直径在0.9mm-1.3mm的范围内(更为优选地是在1.0mm-1.1mm的范围内)，该节流件用于抑制或消除第一共轨与第二共轨之间的压力差。高压燃油被输送到第一共轨中，然后再经过具有节流件的连接通道输送到第二共轨中。
由于节流件的通流直径被设定为一个最优值，所以可减小第一共轨与第二共轨之间的压力差，其中的最优值适于抑制或削弱从第一共轨向第二共轨传播的压力波，并能保证合适的流动通道，不会过分地增大流动阻力。因而，第一喷油器与第二喷油器之间的喷射压力差和喷射量差也能得以缩小。无需采用常规的分配构件就能获得上述的效果。因而，能降低该喷射装置的制造成本，且易于将喷射装置安装到发动机上。
节流件可与第一共轨或第二共轨制成一体，或者与两个共轨制成一体。通过将节流件与共轨制成一体，可减少喷射装置中所用部件的数目。作为备选方案，可将节流件设置在连接通道的中部。节流件的通流直径可被制成可变的，从而可根据发动机的工况对其执行控制。
从下文参照附图对优选实施方式所作的描述，可清楚地领会出本发明其它的目的和特征。
附图说明
图1中的原理框图简要地表示了根据本发明第一实施方式的共轨型燃油喷射装置；
图2中的图线表示了共轨中压力增加速率与两共轨间压差之间的关系；
图3A中的图线表示了第一、第二喷油器喷射压力差相对于节流件通流直径的变化关系；
图3B中的图线表示了第一、第二喷油器喷油量差值相对于节流件通流直径的变化关系；
图4中的原理框图简要地表示了根据本发明第二实施方式的共轨型燃油喷射装置；以及
图5中的原理框图简要地表示了普通的共轨型燃油喷射装置。
具体实施方式
下文将参照图1-3B对本发明的第一实施方式进行描述。图1所示的共轨型燃油喷射装置被用在具有两列气缸(两个缸体)的八缸柴油机上，该柴油机例如是V型发动机或平行对置型发动机。该燃油喷射装置是由一供油泵3、其上连接着第一喷油器1的第一共轨4、其上连接着第二喷油器2的第二共轨5、一电子控制及驱动单元6、以及相关的部件构成的。
第一喷油器1被安装在具有四个气缸的第一列缸(缸体)上，并通过喷油器管7与第一共轨4相连接。各个第一喷油器1将蓄积在第一共轨4中的高压燃油喷射到第一列缸的各个气缸中。类似地，第二喷油器2被安装在具有四个气缸的第二列缸(缸体)上，并通过喷油器管8与第二共轨5相连接。各个第二喷油器2将蓄积在第二共轨5中的高压燃油喷射到第二列缸的各个气缸中。
供油泵3是由一输油泵(低压泵)和一高压泵组成的，输油泵用于将燃油从燃油箱中抽吸出来，高压泵则用于将抽吸上来的燃油加压到一定的高压。输油泵和高压泵由同一凸轮轴9驱动，凸轮轴9由发动机的曲轴驱动。加压后的燃油经一连接管11输送到第一共轨4中，其中的连接管11被连接到第一共轨4的连接端口14上。供油泵3包括一控制阀，用于对抽吸到供油泵3中的燃油量执行控制。控制阀受控制单元6的控制，由此可对从供油泵3输送到第一共轨4中的燃油量执行控制。这样就能对共轨中的压力进行调节或控制。
举例来讲，供油泵3是一个具有三个柱塞的泵，三个柱塞的定位间隔为120度。在凸轮轴9的每一圈转动过程中，每个柱塞都泵送一次加压燃油。利用一减速装置将发动机曲轴的转速降低之后，再将该转动传递给凸轮轴9，由此使凸轮轴9的转速为曲轴转速的2/3。结果就是，曲轴每转过两圈，供油泵3泵送四次加压燃油。在泵送四次加压燃油的过程中，执行八次喷射(每一喷油器喷射一次)。
控制单元6包括：一电子控制单元(ECU)，其用于执行各种运算任务；以及一电子驱动单元(EDU)，其用于对喷油器1、2以及供油泵3中控制阀的供电执行控制。ECU和EDU可被包封在同一个箱体中，或者也可被安装在分开的容器内。ECU是公知的微计算机，其包括一中央处理单元(CPU)、各种存储器(例如ROM、备用RAM、以及RAM)、输入/输送电路等。ECU根据从传感器10输送来的各种信息而执行多种控制，这些控制例如是控制喷油器1、2的喷射正时以及供油泵3中控制阀的开度。从传感器10输送来的信息包括：发动机的参数、发动机的工作条件、以及车辆的行驶状况。传感器10包括用于检测节气门开度的传感器、用于检测发动机转速的传感器、用于检测发动机冷却液温度的传感器、用于检测共轨中压力的传感器、用于检测燃料温度的传感器、以及其它的传感器。
第一共轨4被安装在具有四个气缸体的第一列缸上。从供油泵3输送来的加压燃油被蓄积在第一共轨4中，共轨中蓄积的燃油被输送给第一喷油器1。类似地，第二共轨5被安装在具有四个气缸体的第二列缸上。从供油泵3经第一共轨4输送来的加压燃油被蓄积在第二共轨5中，且蓄积的燃油被输送给第二喷油器2。供油泵3通过一连接管11与第一共轨4相连接，连接管11被连接到第一共轨4的连接端口14上。第一共轨4和第二共轨5通过一连接管12连接起来。经供油泵3加压后的燃油首先被输送到第一共轨4中，然后再经连接管12输送到第二共轨5中。换言之，供油泵3、第一共轨4、以及第二共轨5是串联在一起的。
在第一共轨4与第二共轨5串联着的系统中，由于被供油泵3加压的燃油的压力会出现脉动、且燃油喷射也会造成压力脉动，所以会在第一共轨4与第二共轨5之间产生压力波。在该压力波的影响下，第一、第二共轨4、5之间会出现一定的压力差。该压力差反过来会导致第一喷油器1和第二喷油器2的喷射压力及喷射量出现差异。在该实施方式中，为了抑制该压力波的传播并削弱该压力波，在连接通道12中设置了一对节流件13。也可在连接通道12中只设置一个节流件13，以取代这对节流件13。
为了能不论发动机处于任何工况都有效地减小或消除两共轨4、5之间的压力差，必须要认真地确定节流件13中的通流直径。通过将通道的直径缩小可中断压力波的传播，并削弱压力波。但是，如果直径太小，则节流件的流动阻力就会变得很大。因而，如果单位时间内流过的燃油量很大，则在节流件13的上游部位和下游部位之间就会产生一个压力差。这将会在第一共轨4与第二共轨5之间形成压力差。
为了将节流件13的通流直径确定为合适的尺寸，进行了一些试验。试验结果表示在图2中，在该视图中，压差(单位为兆帕)被表示为纵轴，燃油压力的升高速度(兆帕/秒)被表示为横坐标。进行试验的目的是：针对于最大功率在140kW到240kW之间的3~5升发动机，为节流件13找出合适的通流直径。
如图2所示，如果节流件13的通流直径为0.9mm，则第一、第二共轨4、5之间的压力差会随着燃油压力升高速度的增大而略微地增加。如果通流直径是0.7mm，则随着燃油压力升高速度的增大，压力差会显著地增大。这就意味着：通流直径优选为大于(或至少等于)0.9mm。如果通流直径为1.0mm，燃油压力升高速度对压力差的影响将非常小。这就意味着：通流直径更为优选地是大于(或等于)1.0mm。
在另一方面，如果节流件13的通流直径太大，则就无法利用节流件13适当地抑制压力波的传播，也无法利用节流件13对压力波进行衰减。如图2所示，如果通流直径为1.3mm，则随着燃油压力升高速度的降低，压力差会略有增加。已经发现，如果通流直径超过1.3mm(此种情况在图2中未示出)，则随着通流直径的变大，压力差会增大。这就意味着：优选的情况是将节流件13的通流直径设计成小于(或等于)1.3mm。从图中还可看出，如果通流直径为1.1mm，则压力差能进一步降低。这就意味着：将通流直径设计成小于(或等于)1.1mm将更为优选。还已证实：只要发动机的排量在3~5升的范围内，则通流直径的优选尺寸或更为优选的尺寸将不取决于发动机的排量。
从上述试验结果可得到结论：节流件13通流直径的优选值为0.9mm-1.3mm，更为优选地是在1.0mm-1.1mm之间。图3A和图3B所示的后序试验进一步证实该结论。在图3A中，第一喷油器1与第二喷油器2之间的喷射压力差被表示在纵坐标(单位为兆帕)上，节流件13的通流直径(单位为mm，其被称为节流孔直径)被表示在横坐标上。在发动机的正常工况下对喷射压力差执行测量。在图3B中，第一喷油器1与第二喷油器2之间的喷射量差被表示在纵坐标上，节流孔直径被表示在横坐标上。从图3A和图3B可清楚地看出，通过将节流孔直径设定在1.0mm-1.1mm的范围内，可将喷射压力差和喷射量差减到最小，通过将节流孔直径设定在0.9mm-1.3mm的范围内，也能合理地减小上述的两个差值。
上述的第一实施方式能实现如下的优点。通过使节流孔直径小于1.3mm(更为优选地是小于1.1mm)，可抑制压力波在连接管12中的传播，由此能减小第一、第二共轨4、5之间的压力差。通过使节流孔直径大于0.9mm(更为优选地是大于1.0mm)，可降低连接管12中的流动阻力，由此可防止第一、第二共轨4、5之间的压力差随着燃油压力升高速度的增大而增大。也就是说，通过将节流孔直径设定为0.9-1.3mm(更为优选地是1.0-1.1mm)，可显著地减小第一、第二喷油器1和2之间的喷射压力差和喷射量差。无需采用普通燃油喷射装置所使用的分配构件J2就能实现上述的效果。通过取消分配构件，可低成本低制造出喷射装置，另外，也易于将喷射装置安装到发动机上。
在图1所示的第一实施方式中，在两共轨上各连接了一个节流件13。并非必须要使用两个节流件13，也可只在其中一个共轨4、5上连接一个节流件13。已经发现：使用一个节流件与使用两个节流件几乎没有任何差别。节流件13被与共轨4、5制成一体，因而可减少零部件的数目。如果采用了两个节流件13，则可使用结构几乎完全相同的共轨4、5(除了第一共轨4具有与供油泵3相连接的连接端口14之外)。这将有助于降低生产成本。
下面将参照图4对本发明的第二实施方式进行描述。在该第二实施方式中，使用了一个节流件13′来取代上述的节流件13，节流件13′是由一个通流直径可变的阀门13a和一个致动器13b构成的，其中的致动器13b用于改变阀门可变的通流直径。其它的结构与第一实施方式完全相同。尽管在图4所示的第二实施方式中，节流件13′被连接到第一共轨4上，但也可将节流件连接到第二共轨5上，或者也可将其布置在连接通道12中。
致动器13b可以是电磁致动器或压电型致动器，其可连续或步进地改变阀门13a的通流直径。致动器13b由控制器6根据发动机的工况进行控制。更具体来讲，阀门13a的通流直径可随着燃油压力升高速度的增大而从0.9mm逐渐变化到1.3mm。按照这种方式，不论燃油压力的升高速度如何变化，都能将第一、第二共轨4和5之间的压力差保持在非常小的数值上。还可设计一种具有两个不同通流直径的阀门13a，并能根据发动机的工况在两通流直径之间进行切换。例如，如果燃油压力的升高速度超过了一个预定的数值水平，则阀门13a就从较小的通流直径变换为较大的通流直径。在此情况下，致动器可按照通/断模式进行工作。也可采用除电磁致动器或压电致动器之外其它类型的致动器一例如真空压力致动器。
节流件13的最佳通流直径被确定为与排量为3~5升的发动机相对应。对于除上述发动机之外的其它发动机，优选为按照这样的方式确定最佳通流直径：使该直径与发动机排量和发动机输出功率大致上成比例。
尽管上文参照优选实施方式对本发明进行了表示和描述，但本领域普通技术人员可清楚地认识到：在不悖离本发明保护范围的前提下，可对本发明的具体形式和细节特征进行改动，其中，本发明的保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims (5)

1、一种用于向内燃机输送燃油的共轨型燃油喷射装置，其包括：
第一喷油器(1)，其被安装在一具有多个第一气缸的第一气缸体上，每个第一喷油器(1)向各个第一气缸输送高压燃油；
第二喷油器(2)，其被安装在一具有多个第二气缸的第二气缸体上，每个第二喷油器(2)向各个第二气缸输送高压燃油；
一供油泵(3)，其用于输送高压燃油；
一第一共轨(4)，其用于蓄积从供油泵输送来的高压燃油，并用于将蓄积的高压燃油输送给第一喷油器(1)；以及
一第二共轨(5)，其用于蓄积从供油泵输送来的高压燃油，并用于将蓄积的高压燃油输送给第二喷油器(1)，其中：
第一共轨(4)和第二共轨(5)利用第一节流件(13)、连接通道(12)和第二节流件(13)串联起来，在连接通道(12)与第一共轨(4)相连接的位置处，第一节流件(13)与第一共轨(4)制为一体，在连接通道(12)与第二共轨(5)相连接的位置处，第二节流件(13)与第二共轨(5)制为一体；以及
高压燃油被从供油泵(3)直接输送到第一共轨(4)中，并从第一共轨(4)经第一节流件(13)、连接通道(12)和第二节流件(13)输送到第二共轨(5)中。
2、根据权利要求1所述的共轨型燃油喷射装置，其特征在于：
第一节流件和第二节流件的每一个的通流直径在0.9mm到1.3mm的范围内。
3、根据权利要求1所述的共轨型燃油喷射装置，其特征在于：
第一节流件(13′)是由一通流直径可变的阀门(13a)和一用于驱动所述阀门的致动器(13b)构成的；以及
可根据内燃机的工况改变所述的可变通流直径。
4、根据权利要求3所述的共轨型燃油喷射装置，其特征在于：
致动器(13b)是电磁致动器或压电致动器。
5、根据权利要求2所述的共轨型燃油喷射装置，其特征在于：
第一节流件和第二节流件中的每一个的通流直径在1.0mm到1.1mm的范围内。
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