CN101182826A - 对内燃机用燃料喷射系统的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种喷射系统，该喷射系统包括流量可变的高压泵(7)，该高压泵具有至少一个泵送元件(18)，该泵送元件设有与进油管(10)连通的进油阀(25)和与出油管(8)连通的出油阀(30)。在计量电磁阀(27)下游的进油管(10)上设有压力调节器(32)，该电磁阀被设计成用于根据内燃机的运行条件来计量泵(7)的流量。该压力调节器(32)被设计成将过量的燃料排入曲轴箱(33)的舱室(35)，以润滑泵送元件的常用致动结构(26)。在电磁阀(27)的入口(29)和压力调节器(32)的入口(34)之间设有控制容积(37)，该控制容积(37)被设计成容纳这样的燃料量，该燃料量确保在对应于电磁阀(27)的入口(29)的区域内有足够的燃料流。

Description

对内燃机用燃料喷射系统的改进
技术领域
本发明涉及对内燃机用燃料喷射系统的改进，该燃料喷射系统包括具有可变输送或流量的高压泵，该高压泵具有至少一个以往复运动来致动的泵送元件。
背景技术
在上述类型的公知高压泵中，必须根据内燃机的运行条件来调节泵的流量，以便防止向用于供应喷射器的常用共轨(common rail)传送过多的燃料，并以这种方式减少被高压泵所吸收的功。一般来说，通过低压泵向上述类型的泵供应燃料，由于经济原因，该低压泵通常是供应有恒定电压的电动泵，并因此输送恒定流量的燃料。所述电动泵的容量为这样，即，所输送的恒定流量等于所需的最大流量(在最大载荷条件下由喷射器引入内燃机气缸的燃料流量、对应于所述喷射器的致动的流量以及在同样条件下用于润滑该泵的曲轴箱所必需的流量的总和)乘以大于1的合适的安全系数。此外，所述高压泵包括被封装在曲轴箱内的致动机构，该致动机构由从低压电动泵供应来的流量中减掉的燃料流量来润滑和冷却。
在公知的喷射系统中，已经提出了通过布置在常用进油管(intakepipe)上并由控制单元来控制的截流电磁阀来计量高压泵的流量。因此显然需要在高压泵的泵送元件的进油管上专门设置压力调节器，该压力调节器通过将可能的过量燃料排入燃料箱而能够使截流电磁阀上游的燃料压力保持在恒定值。这样，由于截流阀在两个几乎恒定的压力水平之间工作，因此通过控制该截流阀的打开时间(还有干预速率)可以计量传送给泵送元件的进油阀的燃料量。这样，高压泵只吸入内燃机运行条件所需要的待压缩燃料。当内燃机在低转速水平下工作时，由于内燃机需要较少的燃料量，因此电磁阀在更长的时段内保持关闭。相反，在低内燃机转速下，压力调节器必须向曲轴箱排出大量燃料(即由低压电动泵所供应的燃料的余量)。
在上述公知系统中，截流电磁阀被布置在泵的进油管上，并且在压力调节器的下游，因此，当电磁阀关闭时，在压力调节器的入口和电磁阀之间的进油管的管段(stretch)上燃料流动停止。当电磁阀再次打开时，在所述管段中的燃料流必须从静止状态再次开始流动，因此引起一定的滞后作用(histheresis)，致使电磁阀的重启效应被延迟而且受到干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种高可靠性并且成本有限的燃料喷射系统，从而消除根据公知技术的喷射系统的缺陷。根据本发明，上述目的是通过内燃机用燃料喷射系统来实现的，该燃料喷射系统包括流量可变的高压泵，该高压泵具有至少一个通过吸入和输出冲程而以往复运动来致动的泵送元件，所述泵送元件设有与进油管相连通的进油阀以及与出油管相连通的出油阀；该燃料喷射系统还包括设置在所述进油管上的计量电磁阀，该计量电磁阀被设计成用于根据内燃机的运行条件来计量所述泵的流量；设置压力调节器来使所述进油管内的燃料压力保持恒定；所述系统的特征在于，所述压力调节器设置在所述计量电磁阀的下游。
具体而言，所述压力调节器设置在所述计量电磁阀上游的所述高压泵的所述进油管内，而在所述电磁阀的入口和所述压力调节器的入口之间设置有控制容积，该控制容积被设计成用于确保在对应于所述电磁阀的所述入口的区域内燃料流具有预设流量和/或流速。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面借助附图并仅以示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是根据本发明的燃料喷射系统的简图；
图2和图3是本发明的两个变型例的两个部分简图；以及
图4是根据本发明另一变型例的系统的细节图。
具体实施方式
参照图1，由附图标记1表示用于内燃机(例如可以是四冲程柴油机)2的整个燃料喷射系统。该内燃机2包括多个气缸3，例如四个气缸。该喷射系统1包括与气缸3相关联的多个电控喷射器5，这些喷射器5被设计成用于向气缸3内喷射高压燃料。喷射器5与压力燃料的积累容积(accumulation volume)相连，该积累容积例如由常用共轨6形成，所有的喷射器5都与该共轨相连。
由整体上用附图标记7表示的高压泵通过出油管8向共轨6供应高压燃料。反过来，由低压泵(例如，电动泵9)通过泵7的进油管10向该高压泵7进行供应。电动泵9一般位于常用的燃料箱11中，排油管12伸入该燃料箱11以便将喷射系统1的过量燃料排出。在进油管10上设置有过滤器14，该过滤器14被设计成用于防止由低压泵9泵送的燃料中存在的任何可能杂质进入泵7。
每个喷射器5都被设计成在电子控制单元16的控制下向相应的气缸3内喷射可在最小值和最大值之间变化的燃料量，该电子控制单元16可以由用于控制内燃机2的常用微处理器控制单元构成。该控制单元16被设计成用于接收由相应的传感器(未示出)所产生的表示内燃机2的运行条件的信号，以及表示由压力传感器17检测到的共轨6内的燃料压力的信号。
控制单元16通过专门设置的程序来处理所接收的信号来控制各个喷射器5的瞬时及持续致动时间。因而，排油管12将喷射器5的排放燃料输送到燃料箱11。
高压泵7包括至少一个由缸19形成的泵送元件18，该缸19具有吸入/压缩腔20，活塞21在该吸入/压缩腔20中滑动，该活塞21可以在吸入冲程和输出冲程之间以往复运动的方式移动。具体地说，在图1中，泵7包括两个泵送元件18，每个泵送元件都具有吸入/压缩腔20，该吸入/压缩腔20设置有相应的进油阀25和相应的出油阀30。阀25和30可以是球型阀，并且可以设置有相应的复位弹簧。两个进油阀25与这两个进油阀25共用的进油管10相连通，而两个出油阀30与这两个出油阀30共用的出油管8相连通。
活塞21由容纳在舱室35中的致动机构26致动，该舱室35被封装在曲轴箱33内。在图1的变型例中，所述两个泵送元件18共轴并且彼此相对，即相对于彼此成一直线，并且致动机构只包括由轴23承载的一个偏心凸轮22，从而所述泵送元件以相对于彼此偏移180°的相位被致动。可以用任何已知的方式来致动轴23，例如由常用的凸轮轴(shaft)内燃机2通过运动传动装置来致动。
泵7的流量专门由开关类型的计量或截流电磁阀27来控制，该电磁阀27设有与进油管10相连通的入口29，并且在出口处与进油阀25相连通。该电磁阀27被设计成用来由电子控制单元16根据内燃机2的运行条件通过以频率和/或占空比调制的控制信号而相对于泵送元件18的吸入冲程以同步或异步的方式来致动。
具体地说，电磁阀27的出口与整体由附图标记28表示的另一积累容积相连通，该积累容积28用于积累必须由两个泵送元件18吸入的燃料。该积累容积28通过进油管10的两个管段31又与进油阀相连通。该积累容积28被设计成用来根据内燃机2的运行条件来容纳将要待吸入的燃料量，该燃料量能够在相应吸入冲程的可变部分期间使每个泵送元件18供应燃料。所述积累容积28还可以由电磁阀27下游的进油管10的一个或多个管段构成，或者与管10的所述管段结合为一体。
内燃机2的运行条件决定了泵7通过管10而必须吸入的燃料量，从而使所述燃料在积累容积28内保持足够的压力。基于内燃机的运行条件，以相对于每个泵送元件18的吸入冲程同步或异步的方式来执行电磁阀27的控制。有利的是，在每个泵送元件18的活塞21的吸入冲程以及压缩冲程过程中都执行所述控制。具体地说，在处于低内燃机转速下的偏心(partialization)的情况下，所述控制以这样的致动速率与泵送元件18的吸入冲程异步地进行，从而防止电磁阀27的打开/关闭元件在运行时具有冲击运动。
在进油管10上还设置有压力调节器32，该压力调节器32具有使由低压泵9连续泵送的待吸入燃料的压力保持恒定的作用。具体地说，压力调节器32设有与进油管10相连通的入口34。调节器32将过量的燃料输送到泵7的曲轴箱33中，以冷却和润滑容纳在曲轴箱33内的整个致动机构26。曲轴箱33的燃料随后通过管12返回到燃料箱11。
电磁阀27具有相对减小的有效通路截面，以便能够在燃料被泵7施加高压之前计量该燃料。优选的是，所述通路截面是这样的，即，由于所述通路截面的上游压力和下游压力之间存在差值(具体而言，上游压力由压力调节器32限定)，因此电磁阀27提供的最大瞬时流量小于能够通过进油阀25而吸入的最大瞬时流量。电磁阀27的最大瞬时流量最多能够比进油阀25的最大瞬时流量小10％。
在燃料箱11中，燃料处于大气压力。在使用过程中，电动泵9将燃料压缩至低压，例如仅在3～5巴的范围内。接着，高压泵7压缩由电磁阀27计量的燃料，以便通过出油管8将高压(例如大约1600巴)燃料输送至压力燃料共轨6。因此，电磁阀27必须频繁地关闭和再次打开进油管10。但是，低压泵9必须具有这样的流量，即该流量能够确保曲轴箱33内的燃料循环以及内燃机2的气缸3所需的最大燃料量。
根据本发明，压力调节器32被设置在电磁阀27下游的进油管10上，优选由进油管10的管段36分离开，该管段36具有预设的容积。这样，压力调节器32连续地将一定量的燃料输送到曲轴箱33内，从而使得在管10和电磁阀27的入口29之间的支路中总有一定的燃料流。在电磁阀27再次打开的时刻，在管10的包括在电磁阀27的入口29和压力调节器32的入口34之间的管段36内，存在一定的燃料流，使得燃料具有一定的动力分量，从而非常迅速地通过电磁阀27的入口29。明显可以看出，必须选择管段36的容积，以便确保在对应于电磁阀27的入口29的区域内燃料流具有预设的流量或流速，并且不中断压力调节器32向曲轴箱33输送的燃料流。
根据图2的变型例，两个泵送元件18的流量由两个相应的截流电磁阀27计量，这两个截流电磁阀27与两个相应的积累容积28相关联，这两个积累容积28通过进油管10的两个相应管段38与各进油阀相连通。所述两个电磁阀27具有相关的入口29，该入口29被设置在压力调节器32的入口34上游的管10上，因此形成管10的中间管段36。
根据图3的变型例，两个泵送元件18被彼此并排地设置，并由安装在轴23上的两个偏心凸轮22致动，这两个偏心凸轮22相对于彼此的相位差为180°。在这种情况下，这两个泵送元件18的流量也由两个相应的截流电磁阀27计量，这两个截流阀27通过进油管10的两个管段39与相应的进油阀25直接相连通。这两个电磁阀27具有设置在调节器32的入口34上游的两个相应的入口29，在这种情况下，也形成了管10的中间管段36。
根据图4的变型例，可以在电磁阀27的入口29和压力调节器32的入口34之间设置控制容积(control volume)37，该控制容积37的截面不同于进油管10的截面。但是控制容积37所必须容纳的燃料量必须能够保证在对应于每个电磁阀27的入口29的区域内具有足够的燃料流。
在图4中，箭头A表示从过滤器14流出的燃料流，箭头B表示电磁阀27向泵送元件18输送的燃料流，而箭头C表示压力调节器32向曲轴箱33输送的燃料流。最后，箭头D表示穿过控制容积37的燃料流。当电磁阀27关闭时，燃料流D与低压泵9的总流量相一致。或者，当电磁阀27打开时，燃料流D等于由低压泵9所供应的流量减去喷射器所需的流量。由于向低压泵9供应恒定电压，因此该低压泵9输出几乎恒定的流量，并且该低压泵9的容量被设计成输出流量始终大于内燃机在最大载荷条件下所需的流量，以便确保有一定的流量能够用于润滑和冷却泵7的致动机构26。通过与电磁阀27的入口29相对应的区域的燃料流D因而具有一定的动能。
有利的是，设置在电磁阀27的入口29和压力调节器32的入口34之间的进油管10的管段36的容积(即控制容积37)与每个泵送元件18的吸入/压缩腔的最大容积的比值被选定在1和2之间。
根据本发明的另一特征，为了便于制造喷射系统1或者便于将喷射系统1安装在机动车辆的内燃机舱中，使曲轴箱33与泵主体成一体，该泵主体包括所述两个泵送元件18的缸19；而压力调节器32和电磁阀(或电磁阀27)能够结合在与泵7的主体相分离的单个主体内，并且还可以与燃料的过滤器14相结合，如图1和图2的变型例的附图所示的那样。
从上述说明可以清楚地看出根据本发明的喷射系统相对于公知技术的优点。具体而言，在对应于电磁阀27的入口29的区域中总是存在具有一定动力分量的燃料流，从而在打开电磁阀27时，燃料不必从静止状态开始流动，从而能够更迅速地响应电磁阀。
应该理解到，在不脱离权利要求保护范围的情况下，可以对上述喷射系统做出各种变动及修改。例如，可以设置用于调节共轨6内的压力的阀15。此外，在图1和图2的变型例中，甚至可以省略待吸入燃料的积累容积28。反之，在图3所示的变型例中，在电磁阀27和相应的进油阀25之间可以设置两个积累容积28。在该变型例中，可以设置共用主体，该共用主体封装过滤器14、电磁阀27以及压力调节器32，例如，如在图2的变型例所示的情况下那样。
反之，高压泵7可以是泵送元件数量不是两个的泵。具体而言，在具有三个泵送元件的泵的情况下，即使在处于高内燃机转速下的明显偏心的情况下，电磁阀27的快速干预也能够更均匀地填充吸入/压缩腔20。

Claims (7)

1.一种用于内燃机的燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括流量可变的高压泵(7)，该高压泵(7)具有至少一个通过吸入和输出冲程而以往复运动来致动的泵送元件(18)，所述泵送元件(18)设置有与进油管(10)相连通的进油阀(25)以及与出油管(8)相连通的出油阀(30)；该燃料喷射系统还包括设置在所述进油管(10)上的计量电磁阀(27)，该计量电磁阀(27)被设计成用于根据所述内燃机的运行条件来计量所述泵(7)的流量；设置压力调节器(32)使所述进油管(10)内的燃料压力保持恒定；所述系统的特征在于，所述压力调节器(32)被设置在所述计量电磁阀(27)的下游。
2.根据权利要求1所述的喷射系统，其中所述泵(7)包括容纳在曲轴箱(33)的舱室(35)中的致动机构(26)，其特征在于，所述压力调节器(32)与所述舱室(35)相连通以润滑所述机构(26)。
3.根据权利要求2所述的喷射系统，其特征在于，在所述电磁阀(27)的入口(29)和所述压力调节器(32)的入口(34)之间设置有控制容积(37)，该控制容积(37)被设计成用于容纳这样的燃料量，该燃料量确保在对应于所述电磁阀(27)的所述入口(29)的区域内燃料流具有预设流量或流速。
4.根据权利要求3所述的喷射系统，其中所述泵送元件(18)具有吸入腔(20)，该吸入腔(20)具有预设的吸入容积，其特征在于，所述控制容积(37)和所述腔(20)的吸入容积之间的比值包括在1和2之间。
5.根据权利要求3所述的喷射系统，其中所述曲轴箱(33)被结合在泵主体内，其特征在于，所述压力调节器(32)被设置在待吸入的燃料的过滤器(14)的下游，所述过滤器(14)、所述压力调节器(32)以及所述电磁阀(27)被结合在与所述泵主体相分离的调节主体内。
6.根据权利要求1所述的喷射系统，其中所述泵(7)包括至少两个泵送元件(18)，其特征在于，每个所述泵送元件(18)都与相应的计量阀(27)相关联，所述计量阀(27)与位于所述压力调节器(32)上游的所述进油管(10)相连接。
7.根据权利要求1所述的喷射系统，其中所述泵(7)包括三个泵送元件(18)。
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