CN101086242B - 内燃机喷油系统 - Google Patents

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Abstract

该喷油系统包括一个可变流量的高压泵(7)，有很多由往复运动来驱动的柱塞偶件，并且每一个柱塞偶件都提供有一个相应的进气阀(22)。在低压情况下，燃料通过一个电磁阀(31)由泵(7)的进气管(10)提供给堆积物体积(28)，该电磁阀(31)作为引擎(2)的运转情况的一个函数而得到控制。堆积物体积(28)通过相应的出口(29)和进气阀(22)相一致，而电磁阀(31)提供有喷雾器口(36)从而来产生相应的燃料喷射，每一个喷雾器口都至少对着上述的一个出口(29)。

Description

内燃机喷油系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机喷油系统。
背景技术
如人们所知，现代内燃机的引擎，如柴油机引擎，它的高压力注射系统泵是将燃料送入到普通轨道，使得燃料在压力下能给供给多个与引擎气缸上相连的喷射器。在这类型的系统中，燃料的压力需要一定量的积累，并由一个电子控制单元规定。这个电子控制单元作为引擎操作的一项功能。
喷油系统用一个旁路电磁阀设置泵的传输管道，由控制单元控制，这个控制单元是为了在燃料进入普通轨道之前将过量的注入燃料直接排入燃料箱而设计的，同时高压泵积攒的能量以热能的形式排出。
也有的喷油系统的高压泵通过不同的流量来减少被注入的燃料的量，使得引擎以低能量运转。
在某一个这类系统中，泵的管道的入口都提供一个设备来调节流量，包含一个递减可变横截面的节流装置，它由普通线路或者工作状态下的引擎所必需的压力电子控制单元来控制。在上述系统中，设备需要一个稳定的大约5巴的压强来调节流量，这个压强由辅助泵来提供。由递减管道的可变有效面积并引入一个气压的下降，连接到另一边，由水力抽吸的元件所吸收的量已经被调整了。
不幸的是，在流量低时，燃料的压力在调节电磁阀容器的下游处和上游吸气阀处都相对较低，从而只能提供使吸气阀自动打开所需要的力的一小部分。在这类型系统中，一般来说，电磁阀的复原弹簧必须保证即使在前述容器中的压力接近0时，它也能打开。另一方面，上述弹簧就必须十分精确的校准，所以泵的造价相对昂贵。另一方面，也有可能因为抽吸元件所造成的在压缩腔内产生负压强而不能打开吸气阀，从而不能使泵正常运行，并导致它的恶化。不论哪种情况，如果泵采用抽吸元件，它将会导致不对称的传输，这就产生了互相干扰，就像“串话”一样。
在另一个已知的喷油系统中，被建议在高压泵的吸气管道处提供一个可切断电磁阀，它引入一个压强降，使得能提供一个相对大的流量，如在吸气冲程的变化部分中，在可能的最大压强下，提供给抽吸元件的流量，在提供末尾的瞬间被调整。这个已知的喷油系统需要让电磁阀的启动和在吸气冲程中抽吸元件的活塞位置同步。而在机械传动的运动中，驱动轴和使泵启动的轴同步是十分困难的，也因为通过喷油器燃料的进入发生在一个正常运行的引擎呈现不同功能的阶段。
发明内容
发明的目的在于提供一个喷油系统，包括一个具有不同流量，具有高度可靠性和低耗的高压泵，消除现有技术下喷油系统的缺点。
上述发明目标是完成一个内燃机的喷油系统，它包含一个高压泵，这个高压泵具有不同的流量，有一组在进气冲程和传送冲程往复运动的柱塞偶件，这里每一个所说的柱塞偶件都提供一个相应的进气阀；上述系统的特点在于在低压强下积累燃料的容腔由上述的泵的进气管道通过电磁阀提供，上述的积累燃料的容腔与上述进气阀通过相应的出口孔相连，上述的电磁阀产生相应的燃料射流，它们每个都正对至少一个上述的出口孔。
特别的，在低压强下积累燃料的容腔有出口孔与进气阀的柱塞偶件相连，这个积累容腔通过电磁阀提供，电磁阀产生的燃料射流都正对至少一个相应的出口孔，作为运行引擎的一个功能，电磁阀由相应柱塞偶件的进气冲程不同步的控制。
附图说明
为了更好的理解本发明，这里更具体化的用例子辅以相关图示来描述如下：
图1是内燃机喷油系统的图解，根据该发明，包含一个具有不同流量的高压泵；
图2用2幅图说明了图1系统的运作过程；
图3是图1系统泵的部分图示；
图4是所提供的泵的详细的放大的抛面图；
图5是带有三个柱塞偶件的泵的详细图解。
具体实施方式
参考图1，1是整个喷油系统，2是内燃机，这里是一个四冲程的柴油机引擎。引擎2包含一组汽缸3，这里是4个汽缸，其中有各自的活塞(未显示)，每当驱动轴4转动，活塞就滑动一次。喷油系统1包含一组电子控制喷油器，它可以将高压燃料喷射到相应的汽缸3中。喷射器5的加压燃料通过可积累的容腔提供，具体来说，可积累容腔就是由通常的普通通道构成的。
高压泵为通道6供应高压燃料，且高压泵通过传输管道8，被指定为一个整体7。反过来，高压泵7由低压泵来供给，例如电动泵9，通过泵7的进气管供给。电动泵9一般设在油箱11中，其中还提供管道12，为注入系统1的超出燃料提供排放。管道10中的部分燃料通过调压器流向曲轴箱17，以其自身已知的方式冷却润滑其中的机构。
通道6还提供一个与排油管12相通的放电电磁阀13。每个喷射器都被设计为与相应的气缸对应，且其注入量由电子控制单元14所决定的最大值和最小值之间，电子控制单元可以由控制发动机2的通用微电子控制单元14形成。控制单元14接收信号，该信号显示发动机2的运转状况，例如油门踏板的位置，传动轴4的每分钟转速(r.p.m).，这些都是由相应的传感器(未显示)产生，还有通道6的油压通过压力传感器16得到。
控制单元14处理接收的信号，通过合适的已有程序控制单个喷射器5的瞬态和持续动作，还有放电电磁阀13的开启与关闭。因此，排油管12将喷射器5的排放燃料，通道6中由电磁阀13排放的超出燃料，还有来自曲轴箱17中用于冷却润滑的燃料输送到油箱11中。
图1中的高压泵7由一对柱塞偶件18和18a组成，每一个都是由气缸19形成，气缸19有一个气压室，活塞21随着进气行程和传送行程的往复运动而滑动。每个柱塞偶件18，18a都有一个进气阀22，22a和一个排气阀23，23a。阀22，22a，23，23a可以是球形的，也可以使用回动弹簧24。这两个进气阀22，22a与进气管10相通，这很正常，从下文中可以清楚地看到这一点。同样，两个排气阀23，23a与输送管8相通。这两个活塞21被相应的偏心凸轮26驱动控制，凸轮26被作用轴27传动。在图1中，两个柱塞偶件18，18a相协调，也就是说，他们被安排一个挨一个且被两个偏心凸轮26驱动。凸轮26在轴27上且相位角相差180°。
根据本发明，进气管10和进气阀22，22a中间设置一个累积量28用于燃料的进入，燃料的进入是通过两个出口孔29，29a(图3和图4)，其分别与相应的进气阀22，22a相通。累积量28由进气管10低压通过电磁阀31提供燃料。后者被设计为一系列燃料的射流，每个流向至少为累积量28中的出口孔29，29a中的一个。在具体插图中，电磁阀31产生两股射流，每个流向相应指向出口孔29，29a。
特别的是，电磁阀31是开关型的且可以由电磁可控的低压燃料注射器(图4)形成，例如，四冲程发动机的汽油喷油器。注射器31包含喷嘴33，其终端是圆锥部分34，其中有两个径向相对的喷雾器口36，36a。喷雾器口36，36a通常是由通用开/关元件关闭着的，以探针37的形式。针37的圆锥顶点38与喷嘴33圆锥内部表面相啮合。针37由喷嘴33的部分39轴向引导，且部分41与喷嘴33的壁有一定的间隙使得压射室43中的燃料的通道使能。针37被控制去打开喷雾器口36，用电磁体以一种已知的方式打开(图中未标示)。在图3中，用于低压燃料的累积量28被设置在喷射器31下游的一个短进气管构成。
在油箱11中(图1)，燃料处于大气压力下。在使用中，电动泵9压缩燃料在低压下，例如，在只有2-3巴的区域。相反地是，喷射器31将燃料传送到累积量28，在这里，燃料被高压泵7的进气阀22，22a所吸收。压缩接收的燃料，通过输送管8在压力下将高压燃料输往通道6的方向，例如在1600巴的区域。
根据本发明，泵7的流速由喷射器31专门控制，考虑到柱塞偶件18，18a的活塞21的进气行程将其被设计为异步驱动控制。特别是喷射器31通过两个喷雾器的空穴36，36a(图3和图4)产生两股燃料射流，该射流被定向为朝向累积量28的出口空穴29，29a，因此朝向进气阀22和22a。在这种方式下，即使喷射器31注入的燃料量很少，也能使得阀22，22a有一定的动态能量在充气行程中任何情况下将其立刻打开，而且正确地从相应的活塞21的充气行程的出发点。
特别在图3和图4中，泵7有两个协调的柱塞偶件18，18a，而且累积量28定位于这两个柱塞偶件18和18a中间。喷射器31的两个喷雾器口36，36a，累积量28的出口洞穴29，29a和柱塞偶件18，18a的进气阀22，22a都是镜像排列。电磁阀31的喷雾器口36，36a和累积量28的出口洞穴29，29a被安排为以下的方式，两股燃料射流关于另一个将成小于或等于180°(在包含孔29，29a和36，36a的轴的平面上)。在图3的情形中，进气阀22，22a和出口空穴29，29a实质是共轴的。
喷射器31(图1)被电子控制单元14控制，且电子控制单元14作为活塞21在压缩行程和吸气行程中的操作条件的功能，其中活塞21在发动机2的柱塞偶件18，18a上。电子控制单元14通过控制信号来控制喷射器31，其中的信号是频率和/或占空比已调过的。图2中的两幅图代表两种控制信号。上述信号可以有千分之一秒的时间序列，同时，占空因素可以在2％和95％之间变化。
依照控制元件14的第一个装置，后者设计成依靠控制持续时间常量t1的信号A来控制喷油嘴31，信号的频率是被调制过的。因而，为了改变泵出汽油的总量，就要改变信号A之间的时间间隔B。依照另一个装置，控制元件14设计成依靠控制频率是常数(因此周期也是常数)的信号C来控制喷油嘴31，信号的占空比是被调制过的。频率的稳定性在图2中就用距离恒定的虚线G标示出来了(也就是说，周期恒定)。因而，由改变信号的间隔时间C和相应的间隔D来得到流量的调整，对任意两个周期，都有G1＝C1+D1和G2＝C2+D2，总有G1＝G2，C1≠C2，D1≠D2。显然通过调制信号的频率和相应的占空比来控制喷油嘴31可行的。喷油嘴31的打开频率和泵7的旋转速度是有相关的。
喷油嘴31的喷雾器孔36和36a有一出口部件，也就是燃料通过的部件，这一部分比较小所以在泵7在把燃料压缩到很高的压强之前就能对燃料进行计量。更好的情况是，上述部件，在控制控制信号的最大频率或最大占空比时，喷油嘴31会出现一个比可以被进气阀门22，22a接受最高瞬时流量还高的最高瞬时流量，上述最大流量已经被产品中的柱塞偶件的最大速度和其内径规定了。喷油嘴的最高瞬时流量比每个进气阀门22，22a的最高瞬时流量高20％。
喷油嘴31的喷雾器孔36，36a的出口部件也可以方便的形成一个平均流量，在预先设置的时间间隔T期间，每个进气阀门22，22a的流量要大于平均燃料流量。在图2中，上述时间间隔T用两条虚点线标示出来，包括大多数信号A和C。上述时间间隔的值和每个柱塞偶件18，18a的活塞21的进气冲程的持续时间相等。显然，在图2中时间间隔T中的信号A和C的数值被完全表示出来了。
试验出来之后，发现泵7的燃料流量调节可以精确计量，经过控制元件14控制的喷油嘴31的开口的调节每个喷油嘴5的启动。这样，高压燃料的通道6的体积能极大地缩减。而且还发现，如果燃料射流定向，通过喷雾器孔36，36a，指向相应的进气阀门22，22a，就会防止进气阀门22，22a之间的压力干扰现象，甚至用油量可以达到最小。
依照一个变体(没有图示)，高压泵7可以由三个柱塞偶件排成星形组成并由偏心凸轮驱动。在这种情况下，堆积体28可以是棱镜的形状，圆柱的形状或是球面形和偏心轮旋转轴同轴。堆积体28有三个出口孔29，29a，29b，每个孔与其他两个各成120°角，并通过相应的泵7的曲轴箱里的管子43，43a，43b和三个柱塞偶件18的进气阀门22相联系。喷油嘴31和锥形体34放置在一起嵌入堆积体28，并且拥有三个各成120°角排列的喷雾器孔36，36a，36b，排列成这样是因为低压时燃油射流在相应的出口孔29，29a，29b之上。
依照本发明的另一个变体，泵7可由四个柱塞偶件18组成，堆积体28可以有四个相应的出口孔29，当然，喷油嘴31要设计成四燃料射流和上述出口孔相对应。这四个柱塞偶件18可分成两组，和其他两个都成一个角度，并和泵7的轴27保持联系。在这种情况下，柱塞偶件18的作用是定向的，一个组的柱塞偶件的进气冲程和另一个组的柱塞偶件是轮流互换的。喷油嘴31可以只由两个喷雾器口36，36a组成，在图4中，每个喷嘴都对着柱塞偶件18的相应组的两个进气阀门。
依照本发明关于已知技术喷油系统的优点已经很明显了。特别的，喷油嘴31可以在低油压时方便的进行燃油计量，而不是用柱塞偶件18。因而，堆积体28的尺寸要适合，也就是说，值要和所需燃油最小体积相似，甚至和内燃机所需最小流量相似，在堆积体28中，总可以获得一个足够的压力打开阀门22和22a。对喷油嘴31的异步控制，喷油嘴31到活塞21的测量控制的约束被取消了。这样，喷油嘴31被控制在泵7的进气冲程的频率之下。最后，由于喷油嘴31的开关类型，比现在通用的螺线管阀门更简单，所以依照本发明的系统节省了成本。
现在我们知道了喷油系统的各种改变和改进，本系统有高压泵和没有背离随后的权利要求书的调节设备。举个例子，取消了通常的驱动轴4和高压泵7的轴27之间的运动传递装置，高压泵7就可以以驱动轴4的速率旋转。通道6上的电磁阀13也被取消了。

Claims (18)

1.一个内燃机喷油系统，它包含一个可变流量的高压泵(7)，通过入口和输送冲程用往复运动来驱动的许多柱塞偶件(18)，所述每一个柱塞偶件(18)都有一个相应的进气阀(22)，所述系统的特征在于：在低压情况下，燃料堆积物的体积(28)通过一个电磁阀(31)由所述高压泵(7)的进气管(10)提供；所述燃料堆积物的体积(28)通过相应的出口(29)和所述进气阀(22)有直接关系；所述电磁阀(31)达到产生相应燃料喷射的目的，每一个电磁阀都正对至少一个所述的出口(29)。
2.根据权利要求1所述的喷油系统，其特征在于所述的每一次燃料喷射都由所述电磁阀(31)的一个相应的喷雾器口(36)产生。
3.根据权利要求1所述的喷油系统，其特征在于所述电磁阀(31)由一个电磁控制的喷雾器组成，该喷雾器被用来在低压情况下喷射燃料。
4.根据权利要求2所述的喷油系统，其中所述的高压泵(7)由许多排成一排的柱塞偶件(18)提供，所述系统的特征在于所述电磁阀(31)有相当数量的用来产生所述燃料喷射的喷雾器口。
5.根据权利要求4所述的喷油系统，其中所述的高压泵(7)由两个柱塞偶件(18，18a)提供，所述系统的特征在于所述电磁阀(31)有两个喷雾器口(36)，所述的堆积物体积(28)被固定在所述的柱塞偶件(18)之间并且有两个出口(29)，所述的进气阀(22)和所述的出口(29)被安置在相互成镜象的位置。
6.根据权利要求5所述的喷油系统，其特征在于所述电磁阀(31)的喷雾器口(36)和所述出口(29)被安置成这样的一种方式，即所述喷射形成关于彼此小于180°的角。
7.根据权利要求5所述的喷油系统，其特征在于所述的进气阀(22)和所述的出口(36)要充分地同轴，所述的喷射关于彼此成180°。
8.根据权利要求4所述的喷油系统，其中所述的高压泵(7)由三个被安置成星形结构并且由普通偏心凸轮驱动的柱塞偶件(18)提供，所述系统的特征在于所述的堆积物体积(28)和所述偏心凸轮的旋转轴要充分的同轴。
9.根据权利要求8所述的喷油系统，其特征在于所述电磁阀(31)的喷雾器口(36)和所述出口(29)被安置成这样一种方式，即所述喷射形成彼此等于120°的角。
10.根据权利要求4所述的喷油系统，其中所述的高压泵(7)由四个柱塞偶件(18)提供，所述系统的特征在于所述电磁阀(31)由四个喷雾器口(36)提供并且所述堆积物体积(28)由四个相应的出口(29)提供，所述的喷雾器口(36)和所述的出口(29)被安置成这样一种方式，即所述的喷射都指向相应的出口(29)。
11.根据权利要求4所述的喷油系统，其中所述的高压泵(7)由四个柱塞偶件(18)提供，这四个柱塞偶件被分成两组，每一组由两个柱塞偶件(18)形成，所述系统的特征在于对于每一个柱塞偶件(18)，所述堆积物体积(28)都提供有四个相应的出口(29)；并且为了所述每一组柱塞偶件(18)，所述电磁阀(31)都提供有一个喷雾器口(36)；所述喷雾器口(36)用来向相应的一组柱塞偶件(18)的堆积物体积(28)的出口(29)产生一次相应的燃料喷射。
12.根据权利要求1所述的喷油系统，其特征在于依靠作为引擎(2)运转情况的函数的调频和/或者调占空比的控制信号(A，C)，所述电磁阀(31)被一个控制单元(14)作为引擎运转情况的函数，关于所述吸气冲程进行异步的控制。
13.根据权利要求12所述的喷油系统，其特征在于依靠频率和所述泵的旋转速度有相互关系的、和/或者有可变占空比的控制信号，所述控制单元(14)被设计用来控制所述的电磁阀(31)。
14.根据权利要求13所述的喷油系统，其特征在于依靠持续时间不变但是频率可变的控制信号(A)，控制单元(14)被设计用来控制所述的电磁阀(31)。
15.根据权利要求14所述的喷油系统，其特征在于所述频率要比所述泵(7)的吸气冲程的最大频率低。
16.根据权利要求12所述的喷油系统，其特征在于通过所述电磁阀(31)的最高瞬时流量比每个进气阀门(22，22a)的最高瞬时流量高20％。
17.根据权利要求16所述的喷油系统，其特征在于所述电磁阀(31)的出口部分释放的流量要能够达到比通过所述进气阀(22)进入的燃料的平均流量还要高的程度。
18.根据权利要求12所述的喷油系统，其特征在于每一个控制信号(A，C)的持续时间都要达到千分之一秒的等级，和/或者其占空比能在2％到95％之间可调。
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