CN101027476A - 内燃机的高压燃料供应设备和设计该设备的方法 - Google Patents
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Abstract
高压燃料供应系统适于具有用于将燃料喷入气缸中的缸内喷射器(110)的内燃机。高压燃料供应系统包括：由发动机驱动的高压燃料泵(200，300)；将燃料从高压燃料泵(200，300)供应到缸内喷射器(110)的高压输送管(112)；和设置有泄漏功能并且设置在高压燃料泵(200，300)和高压输送管(112)之间的致动阀。设置有泄漏功能的致动阀的泄漏量设定为不小于高压燃料泵(200，300)的排出量的量。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机高压燃料系统的控制装置，该内燃机包括用于将燃料以高压喷入气缸的燃料喷射机构(缸内喷射器)，或者除了以上燃料喷射机构以外，还包括用于将燃料喷入进气歧管或者进气口的燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。更具体地，本发明涉及避免由间歇致动噪声引起的不舒适感的包括高压燃料泵的高压燃料供应设备，以及设计该设备的方法。
背景技术
一种公知的发动机具有用于将燃料喷入汽油发动机燃烧室的第一燃料喷射阀(缸内喷射器)和用于将燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射阀(进气歧管喷射器)，并且根据发动机速度或者内燃机负荷改变缸内喷射器和进气歧管喷射器之间的燃料喷射比率。还公知仅仅具有用于将燃料喷入汽油发动机燃烧室的燃料喷射阀(缸内喷射器)的直喷发动机。在包括缸内喷射器的高压燃料系统中，压力由高压燃料泵增大的燃料被经由输送管供应到缸内喷射器，缸内喷射器将高压燃料喷入内燃机的每个气缸的燃烧室中。
此外，还公知具有共轨燃料喷射系统的柴油发动机。在共轨燃料喷射系统中，压力由高压燃料泵增大的燃料被储存在共轨中，然后根据电磁阀的开/闭从共轨喷入柴油发动机的每个气缸的燃烧室中。
为了在这些内燃机中获得高压燃料，使用了高压燃料泵，高压燃料泵具有由设置在驱动轴处的凸轮驱动的缸，且驱动轴连接到内燃机的曲轴。
日本专利公开No.2001-41088中公开了能够降低每次关闭电磁溢流阀时产生的连续致动噪声的用于燃料泵的控制装置。该用于燃料泵的控制装置包括燃料泵，和开启和关闭燃料从加压室流出的溢流路径的电磁溢流阀，其中该燃料泵基于缸和柱塞由于凸轮旋转而引起的相对运动而改变加压室的容积，以将燃料吸入加压室，然后将燃料输送到内燃机的燃料喷射阀。根据这种用于燃料泵的控制装置，通过控制电磁溢流阀的阀关闭持续时间来调节燃料从燃料泵输送到燃料喷射阀的输送量。这种用于燃料泵的控制装置包括控制单元，控制单元用于基于内燃机的运转状态控制电磁溢流阀，以调节在规定的时间期间燃料泵输送燃料的次数，使得一次输送燃料从燃料喷射阀喷射燃料的次数变化，即，当发动机在低负荷状态下时，一次燃料输送的燃料喷射次数减小。
根据该用于燃料泵的控制装置，当发动机在低负荷状态(在此期间，连续致动噪声较高)下时，一次燃料输送的燃料喷射次数减小。因而，在一次燃料输送中输送的燃料量能够小。因而，电磁溢流阀的阀关闭开始时间能够更接近上死点，关闭电磁溢流阀时的凸轮速度能够降低，当关闭电磁溢流阀时产生的噪声能够进一步地降低。通过降低当关闭电磁溢流阀时所产生的噪声，降低了每次关闭电磁溢流阀时所产生的连续致动噪声。
然而，上述的日本专利公开No.2001-41088仅仅涉及降低在诸如怠速的低负荷状态下的连续致动噪声。
在这种高压燃料系统中，具有泄漏功能的止回阀设置在电磁溢流阀的较靠近高压管侧。设置有泄漏功能的止回阀是通常类型的止回阀，但是设置有常开的孔。因而，当高压燃料泵内的燃料压力变得低于高压输送管内的燃料压力时(例如，当发动机停机，因而凸轮停止，同时电磁溢流阀保持开启时)，高压输送管内的高压燃料通过孔回流到高压燃料泵侧，由此降低高压输送管内的燃料压力。因而，例如在发动机停机时，高压输送管内的燃料不是高压，使得能够防止燃料从缸内喷射器泄漏。
取决于设置有泄漏功能的止回阀的泄漏量，高压泵可以间歇操作。即，当燃料压力变得太高时，通过设置在高压输送管处的燃料压力传感器以反馈的方式控制燃料压力，使得电磁溢流阀的驱动占空(drive duty)设定为0％，并且电磁溢流阀保持开启。尽管只要凸轮(与发动机的旋转一起)继续旋转，泵柱塞就上下滑动，但是电磁溢流阀不关闭，在此情况下，燃料没有被加压。此后，当燃料压力变得太低时，电磁溢流阀的驱动占空不再设定为0％，电磁溢流阀关闭，然后燃料被加压。
如果如上构造的设置有泄漏功能的止回阀的泄漏量不合适，则高压泵被间歇致动(没有产生由电磁溢流阀的阀关闭操作引起的致动噪声的期间和以某间隔重复地产生致动噪声的期间)，产生了不规则的致动噪声，驾驶员等会感到不舒适。即，由于高压泵的间歇致动，发动机的声音发生变化，导致了不舒适感。尤其是，在怠速期间在车辆外面强烈地感觉到这样的不舒适感。
发明内容
本发明旨在解决上述问题。本发明目的是提供一种内燃机高压燃料供应设备，它通过避免高压泵的产生持续致动噪声的间歇致动而不引起不舒适感。
根据本发明的一个方面的高压燃料供应设备适于具有用于将燃料喷入气缸中的燃料喷射机构的内燃机。高压燃料供应设备包括：由内燃机驱动的高压燃料泵；将燃料从高压燃料泵供应到燃料喷射机构的高压管；和设置有泄漏功能并且设置在高压燃料泵和高压管之间的致动阀。设置有泄漏功能的致动阀的每单位时间的泄漏量设定为等于或者大于通过使用高压燃料泵的最小排出量计算的每单位时间的排出量的量。
根据本发明，设置有泄漏功能的致动阀的每单位时间(每一秒)泄漏量设计为等于或者大于通过使用高压燃料泵的最小排出量计算的每单位时间(每一秒)的排出量。因而，高压燃料泵中的排放量不会超过泄漏量，并且燃料压力不会变得太高。因而，高压燃料泵的致动停止不会反复发生，而高压燃料泵的致动停止会导致燃料压力的降低和随后的高压燃料泵的致动恢复。结果，能够提供一种能够防止驾驶员等感受到由于不规则致动噪声引起的不舒适感的内燃机的高压燃料供应设备。
优选地，致动阀是止回阀。
根据本发明，通过将设置有泄漏功能的致动阀的每单位时间(每一秒)泄漏量设计为等于或者大于高压燃料泵的每单位时间(每一秒)的排出量，能够避免高压燃料泵的致动恢复反复发生。
根据本发明另一个方面的设计方法涉及一种设计内燃机的高压燃料供应设备的方法，内燃机具有用于将燃料喷入气缸的燃料喷射机构。该设计方法包括以下步骤：计算高压燃料泵中的每单位时间的最小排出量，其中高压燃料泵由内燃机驱动；和将设置有泄漏功能的致动阀的每单位时间的泄漏量设定为等于或者大于每单位时间的最小排出量的量，其中致动阀设置在高压燃料泵和高压管之间，高压管将燃料从高压燃料泵供应到燃料喷射机构。
根据本发明，设置有泄漏功能的致动阀的每单位时间(每一秒)泄漏量设定为等于或者大于通过使用高压燃料泵的最小排出量计算的每单位时间(每一秒)的排出量。因而，高压燃料泵中的排放量不会超过泄漏量，并且燃料压力不会变得太高。因而，高压燃料泵的致动停止不会反复发生，而高压燃料泵的致动停止会导致燃料压力的降低和随后高压燃料泵的致动恢复。结果，能够提供一种能够防止驾驶员等感受到由于不规则致动噪声引起的不舒适感的设计内燃机高压燃料供应设备的方法。
优选地，计算最小排出量的步骤包括使用内燃机的发动机速度计算每单位时间的最小排出量的步骤。
根据本发明，高压燃料泵的每单位时间(每一秒)的最小排出量取决于内燃机的发动机速度。因而，使用感觉到不舒适感的发动机速度，能够避免在那个发动机速度下产生不规则致动噪声。
优选地，计算最小排出量的步骤包括使用内燃机的怠速速度计算每单位时间的最小排出量的步骤。
根据本发明，高压燃料泵中的每单位时间(每一秒)的最小排出量取决于内燃机的发动机速度。因而，使用尤其感觉到不舒适感的怠速速度，能够避免在怠速速度下产生不规则致动噪声。
根据下面对本发明的详细说明，结合附图，本发明前述和其它目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例，由控制装置控制的汽油发动机的燃料供应系统的总示意图。
图2是图1的局部放大视图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的一个实施例。相同元件具有相同的参考符号。它们的名称和功能也相同。因而，将不再重复其详细的描述。
图1示出根据本发明一个实施例的发动机的燃料供应系统10。发动机是V型八缸汽油发动机，并且具有用于将燃料喷入相应气缸的缸内喷射器110和用于将燃料喷入相应气缸的进气歧管的进气歧管喷射器120。注意，本发明可以不仅仅应用到这样的发动机中，而是还可以应用到其它类型的汽油发动机和共轨柴油发动机。此外，高压燃料泵的个数不限于两个，并且该发动机不限于V型八缸的类型。
如在图1中所示，燃料供应系统10包括设置在燃料箱中并且用于供应低排出压力(对应于压力调节器压力的约400kPa)燃料的给料泵100、由第一凸轮210驱动的第一高压燃料泵200、由第二凸轮310(第二凸轮310的排出相位与第一凸轮210的排出相位不同)驱动的第二高压燃料泵300、针对左列和右列的每个设置的并且用于将高压燃料供应到缸内喷射器110的高压输送管112、用于左列和右列的每个并且设置在相应的高压输送管112处的四个缸内喷射器110、针对左列和右列的每个设置的并且用于将燃料供应到进气歧管喷射器120的低压输送管122、和用于左列和右列的每个并且设置在相应的低压输送管122处的四个进气歧管喷射器120。
燃料箱中的给料泵100的排出口连接到低压供应管400，低压供应管400分支成第一低压输送连接管410和泵供应管420。第一低压输送连接管410分支到成V形的列中一列的低压输送管122，并且在那个分支点的下游处，其形成第二低压输送连接管430，第二低压输送连接管430连接到另一列的低压输送管122。
泵供应管420连接到第一和第二高压燃料泵200和300的吸入口。第一脉动减振器220和第二脉动减振器320分别紧接在第一和第二高压燃料泵200和300的吸入口的上游，以减小燃料脉动。
第一高压燃料泵200的排出口连接到第一高压输送连接管500，第一高压输送连接管500连接到成V形的列中一列的高压输送管112。第二高压燃料泵300的排出口连接到第二高压输送连接管510，第二高压输送连接管510连接到另一列的高压输送管112。一列的高压输送管112和另一列的高压输送管112经由高压连接管520连接。
设置在高压输送管112处的安全阀114经由高压输送回流管610连接到高压燃料泵回流管600。高压燃料泵200和300的回流口连接到高压燃料泵回流管600。高压燃料泵回流管600连接到回流管620和630，然后连接到燃料箱。
图2是图1的第一高压燃料泵200和其周围的放大视图。尽管第二高压燃料泵300具有类似的构造，但是它们的凸轮相位是不同的，因而，排出时间的相位也不同，由此抑制脉动的发生。第一和第二高压燃料泵200和300可以具有彼此类似或者彼此不同的特性。在以下说明中，假定第一高压燃料泵200的排出能力小于第二高压燃料泵300的排出能力。这样的数据存储在发动机ECU的存储器中。
高压燃料泵200的主要部件有由凸轮210驱动而上下滑动的泵柱塞206、电磁溢流阀202和设置有泄漏功能的止回阀204。
当凸轮210使泵柱塞206向下移动，同时电磁溢流阀202开启时，燃料被引入(吸入)。当凸轮210使泵柱塞206向上移动时，改变电磁溢流阀202的关闭时刻以控制从高压燃料泵200排出的燃料量。在泵柱塞206向上移动的加压行程期间，当关闭电磁溢流阀202的时刻较早，较大的燃料量被排出了，而当关闭阀的时刻较晚时，较小的燃料量被排出了。当排出最大燃料量时，电磁溢流阀202的驱动占空设定为100％，并且当排出最小燃料量时，电磁溢流阀202的驱动占空设定为0％。当驱动占空是0％时，电磁溢流阀202保持开启，在这情况下，尽管只要第一凸轮210(与发动机的旋转一起)继续旋转，泵柱塞206就上下滑动，但是燃料没有被加压，因为电磁溢流阀202没有关闭。
加压燃料对设置有泄漏功能的止回阀204(其设定压力为约60kPa)施压并使之打开，然后燃料经由第一高压输送连接管500输送到高压输送管112。此时，通过设置在高压输送管112处的燃料压力传感器以反馈的方式控制燃料压力。如上所述，各列处的高压输送管112经由高压连接管520连通。
设置有泄漏功能的止回阀204是通常类型的止回阀，但是设置有常开的孔。当第一高压燃料泵200(泵柱塞206)内的燃料压力变得低于第一高压输送连接管500内的燃料压力时(例如，当发动机停机因而凸轮210停止，同时电磁溢流阀202保持开启时)，第一高压输送连接管500内的高压燃料通过孔回流到高压燃料泵200侧，由此降低了高压输送连接管500内以及高压输送管112内的燃料压力。因而，例如在发动机停机时，高压输送管112内的燃料不是高压，使得防止燃料从缸内喷射器110泄漏。
上述孔由激光材料处理提供。在设置孔时，通过以下过程计算止回阀的泄漏量A[mm3/sec]。处理孔以实现止回阀泄漏量A[mm3/sec]。止回阀泄漏量A[mm3/sec]设计成满足以下方程式：
((B×C/2)×(N/60)≤A...(1)
其中，B[mm3/st]表示高压燃料泵的最小排出量，N[rpm]表示发动机速度，C表示泵凸轮的凸轮尖的个数。此处，例如，将怠速速度(1000[rpm])代入发动机速度N[rpm]。通过将表示一次旋转的最小排出量的(B×C/2)乘以(N/60)，计算每单位时间(每一秒)的排出量。如果每单位时间(每一秒)的最小排出量不大于止回阀泄漏量A[mm3/sec]，则高压燃料泵应该总是被致动。因而，如果泄漏量设计成满足以上在方程式(1)中计算的止回阀泄漏量A[mm3/sec]，则能够避免高压燃料泵的间歇致动。
另一方面，如果每单位时间(每一秒)的排出量大于止回阀泄漏量A[mm3/sec]，则排出量大于泄漏量。因此，高压输送管112内的燃料压力升高，并且高压燃料泵的致动停止。此后，高压输送管112内的燃料压力被降低，并且高压燃料泵的致动恢复。
如上所述，根据本发明的燃料供应系统设计成设置有泄漏功能的止回阀的泄漏量等于或者大于高压燃料泵的每单位时间(每一秒)的排出量。因而，高压燃料泵中的排出量不超过泄漏量，并且燃料压力不会变得太高。因而，高压燃料泵的致动停止不会反复发生，而高压燃料泵的致动停止导致燃料压力的降低和随后的高压燃料泵的致动恢复。结果，能够避免由驾驶员等感受到的由于不规则致动噪声引起的不舒适感。
至于方程式(1)中的发动机速度N，如果发动机速度高，则发动机的致动噪声而不是间歇致动噪声刺激听觉。因而，不必将大的发动机速度N代入方程式(1)中的发动机速度N。尤其是，如果将大的发动机速度N代入发动机速度，则止回阀泄漏量A[mm3/sec]设定为大的值。在这样的情况下，高压燃料泵的排出量应该变大，这不利于燃料效率，或者会增大提高泵的性能所需的泵的成本。
应该理解到，此处公开的实施例在各个方面是示例性，不是限制性的。本发明的范围由权利要求项限定，而不是由以上描述限定，并且意在包括权利要求范围内的任何修改和与权利要求项等同的意义。
Claims (5)
1.一种内燃机的高压燃料供应设备，所述内燃机具有用于将燃料喷入气缸的燃料喷射机构，包括：
由所述内燃机驱动的高压燃料泵；
高压管，所述高压管将所述燃料从所述高压燃料泵供应到所述燃料喷射机构；和
致动阀，设置有泄漏功能并且设置在所述高压燃料泵和所述高压管之间；其中，
设置有泄漏功能的所述致动阀的每单位时间的泄漏量设定为等于或者大于通过使用所述高压燃料泵的最小排出量计算的每单位时间的排出量的量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的高压燃料供应设备，其中，所述致动阀是止回阀。
3.一种设计内燃机的高压燃料供应设备的方法，所述内燃机具有用于将燃料喷入气缸的燃料喷射机构，包括以下步骤：
计算高压燃料泵的每单位时间的最小排出量，所述高压燃料泵由所述内燃机驱动；和
将设置有泄漏功能的所述致动阀的每单位时间的泄漏量设定为等于或者大于所述每单位时间的最小排出量的量，所述致动阀设置在所述高压燃料泵和高压管之间，所述高压管将所述燃料从所述高压燃料泵供应到所述燃料喷射机构。
4.根据权利要求3所述的设计内燃机的高压燃料供应设备的方法，其中，计算所述最小排出量的所述步骤包括使用所述内燃机的发动机速度计算所述每单位时间的最小排出量的步骤。
5.根据权利要求3所述的设计内燃机的高压燃料供应设备的方法，其中，计算所述最小排出量的所述步骤包括使用所述内燃机的怠速速度计算所述每单位时间的最小排出量的步骤。
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