CN101925735B - 设有简单结构的紧凑型喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个喷射装置，包括一个燃料泵(20a)，一个压力调节器(20b)，一个喷射器(20c)及一个空气调节器(20d)，其特征在于：所述燃料泵(20a)，所述喷射器(20c)及所述空气调节器(20d)为一个喷射组件(2)的整体的组成部分，所述压力调节器(20b)为所述喷射器(20c)的整体的组成部分，所述燃料泵(20a)包括一个泵室(31)，所述喷射组件(2)包括一个抽吸室(30；50)，该抽吸室(30；50)与所述泵室(31)通过一个自由的连接管路(33；51)连接。

Description

设有简单结构的紧凑型喷射装置
技术领域
本发明涉及以紧凑结构方式设有一个燃料泵，一个压力调节器，一个喷射器及一个空气调节器的喷射装置。
背景技术
由现有技术已公知了各种构型的喷射装置。尤其出于成本及结构空间的原因仅具有一个或两个汽缸及小工作容积的小型内燃机需要独自的技术方案。这种小型内燃机的应用领域例如为两轮车或三轮车，或割草机等。公知的喷射装置通常在油箱中包括一个具有压力调节器的燃料泵，其中燃料泵将具有一定压力的燃料输送到一个管路、诸如一个“轨”中。在管路的端部设有一个喷射器，它由一个控制装置控制。燃料被喷射到吸气管中或被直接喷射到燃烧室中。但这种喷射装置非常费事及尤其昂贵，以致它使小型内燃机也变得很昂贵。
由EP 1340906B1公知了一种具有电子控制的燃料喷射装置，其中喷射器被布置在泵活塞的附近。此外这里设有一个用于在燃料回流到油箱时的活塞加压冲程的起始阶段中在燃料上施加一个预压力的预压阀。在此情况下该预压阀使位于压力室中的燃料的一部分向回流管路中排气。由此尤其可降低喷射器中汽泡的形成。然而该结构相对地复杂及该装置占有大的结构空间。
发明内容
相比之下根据本发明的具有权利要求1的特征的喷射装置具有其优点，即它具有非常紧凑的结构。此外根据本发明的喷射装置可特别简单及成本上有利地被制造。根据本发明它将这样地实现：该喷射装置包括一个燃料泵，一个用于调节喷射压力的压力调节器，一个喷射器及一个空气调节器，它们为一个喷射组件的整体的组成部分。该喷射组件是一个紧凑的、小型结构的组件。压力调节器为喷射器的整体的组成部分。燃料泵包括一个泵室-在其中可将燃料置于压力下-及喷射组件还包括一个组合的抽吸室。这里抽吸室与泵室通过一个自由的连接管路连接。根据本发明对于“自由的连接管路”的概念应理解为一个可自由通流的管路或孔，其中不设有阀或类似装置及燃料由此可自由地从抽吸室流到泵室或反向地流动。自由的连接管路优选为具有恒定直径的孔。因为可取消抽吸室与泵室之间的止回阀，因此根据本发明可减少喷射装置的部件数目。在此情况下喷射组件可紧凑地预组装，以致它仅需连接到必要的接口上及可直接安装到机动车中。这里喷射组件的构件优选被设置在喷射组件的一个共同的壳体中。除了喷射组件的紧凑性外还有另一大的优点，即用于喷射组件的其它部件也可最小化。
从属权利要求给出了本发明的进一步构型。
优选地，燃料泵的活塞的总行程包括一个移出部分行程及一个压力产生部分行程。移出部分行程及压力产生部分行程一起构成活塞的总行程。在此情况下移出部分行程优选等于或大于压力产生部分行程。通过该措施可保证：如果在泵室中存在燃料蒸汽或其它气体，则可借助移出部分行程使它们由泵室中移出及然后在泵室中仅留有液态燃料用于压力产生部分行程。此外通过在压力产生部分行程前面设置移出部分行程可保证：燃料泵的活塞具有预定的速度及由此带来用于压力产生部分行程的推动力。
根据本发明的另一优选构型，在泵室与回流室之间设有一个第一止回阀，通过回流室产生与油箱的连接。这里止回阀可阻止燃料蒸汽无意地由回流室到达泵室。
优选地，泵室与回流室之间的连接管路的泵室出口在喷射组件的轴向上被设置得比抽吸室与泵室之间的自由的连接管路的泵室出口更靠近喷射器。由此可保证：活塞的控制边缘首先关闭泵室与抽吸室之间的自由的连接管路及然后才关闭泵室与回流室之间的连接管路。由此可使燃料蒸汽通过第一止回阀移出到回流室中及当活塞的控制边缘驶过泵室与回流室之间的连接管路时，才开始泵室中压力的建立。该结构保证：在压力建立阶段期间在泵室中不存在燃料蒸汽或其它的气体，因为它们已可靠地被移出。
根据本发明的一个变换的构型，该喷射装置还包括一个环形室，一个燃料输入管路及一个燃料回流管路通入该环形室。因此该环形室是一个组合的抽吸室及回流室。这里应指出，该环形室无需强制地构造成环形，而可取任意的形状。但环形室的环形构型具有其优点，即喷射装置可被作得非常紧凑。此外设有一个连接管路，该连接管路使环形室与泵室相连接。这里连接管路包括一个通向泵室的共同的针管及一个通向环形室的分支。该通向环形室的分支包括第一管路区域及第二管路区域。其中第一管路区域被设置在第二管路区域的下方及这两个管路区域通入环形室。因此通过环形室与泵室之间的连接管路既实现了燃料的吸入也实现了在泵室中可能存在的气体的移出。当活塞的控制边缘驶过该连接管路的出口后才开始泵室中压力的建立。当可能存在的气体移出时气体先通过共同的针管然后通过第二管路区域导出到环形室中，因为第二管路区域被设置在第一管路区域的上方。
因此环形室具有一个尽可能大的容积，在其中环形室优选与一个弹簧室连接，在该弹簧室中设有一个用于燃料泵的衔铁的复位弹簧。
此外优选的是，泵室与环形室之间的连接管路的分支的第一管路区域被设置在环形室的底部的高度上。由此可保证：在抽吸阶段期间仅通过第一管路区域仅抽吸完全除气的液体燃料(稠液)。这样保证：没有或仅有极小量的蒸汽形式的燃料被吸入泵室。
特别优选的是泵室与环形室之间的连接管路这样地构成，即共同的针管被设置在第一管路区域与第二管路区域之间的分支的中间。
此外优选的是喷射装置包括一个中心壳块，泵室构造在该中心的壳块中。在此情况下可简单地借助孔来提供通向抽吸室和/或回流室或通向环形室的连接管路。
喷射装置优选确切地包括一个执行机构，该执行机构同时地操作燃料泵及空气调节器。由此尤其可取消分别用于空气调节器或燃料泵的一个单独的执行机构，以致部件数目可明显减少。不言而喻由此也得到成本的下降。因此该共同的执行机构首先承担泵驱动的功能及其次承担用于空气调节器的调节驱动的功能。该共同的执行机构可进行燃料泵及空气调节器的同时操作，其中执行机构包括一个线圈，一个第一衔铁及一个第二衔铁。这里第一衔铁配置给空气调节器及第二衔铁配置给燃料泵，及两个衔铁可借助共同的线圈来致动。
为了提供尽可能紧凑的结构，优选第一衔铁是空气调节器的一部分及第二衔铁是燃料泵的一部分。尤其第一衔铁是空气调节器的一个阀件及第二衔铁是燃料泵的一个活塞。
本发明还涉及一个内燃机，它包括正好一个或两个汽缸及一个根据本发明的燃料喷射装置。特别优选地该内燃机包括一个燃料箱，该燃料箱被设置在喷射组件的上面。由此尤其可使燃料泵设计得很小。
附图说明
以下将参照附图详细地说明本发明的优选实施例。附图中表示：
图1：具有一个根据本发明的第一实施例的喷射装置的小型发动机的概要视图，
图2：根据本发明的第一实施例的喷射装置的概要视图，及
图3：根据第二实施例的喷射装置的概要视图。
具体实施形式
以下将参照图1及2来详细地说明设有一个根据本发明的第一实施例的喷射装置的小型发动机1。
图1概要地表示构造成单缸发动机的小型发动机1的结构。该小型发动机1包括一个汽缸3，一个在其内部可往复运动的活塞4，一个控制单元5及一个罐6。罐6通过一个燃料输入管路6a与喷射组件2连接。一个燃料回流管路6b由喷射组件2返回罐6。如由图1概要表示地，罐6设置在喷射组件2的上面。由此燃料基于重力通过燃料输入管路6a流到喷射组件2。该喷射组件2被非常概要地表示及包括一个燃料泵，一个具有组合的压力调节器的喷射器及一个空气调节器，以致该喷射组件2被非常紧凑地构成。
小型电动机1还包括一个节流阀7，该节流阀被设置在一个吸气管8中。在汽缸3上还设有一个火花塞9，一个进气阀10及一个排气阀11。标号12表示一个用于空气的旁路管路，它使空气由吸气管8中在空气流动方向上节流阀7前面的一个区域分支出来及直接地导入组合在喷射组件2中的空气调节器中。这里旁路管路12的一个出口12z通入节流阀7后面的吸气管8中。
小型发动机1还包括一个排气管路13，它通过排气阀11释放或关闭。此外在排气管路13上设有一个氧气传感器14，该氧气传感器与控制单元5连接，及控制单元5还与一个冷却水传感器15，一个油温度传感器16及一个用于检测吸气管8中的节流位置、温度及吸气管8中压力的传感器单元17连接。在此情况下控制单元5借助得到的信号控制喷射组件2。
因此根据本发明的喷射装置被设置成具有一个燃料泵，一个压力调节器，一个喷射器及一个空气调节器的喷射组件2，及可被设计成特别地紧凑及结构小。此外根据本发明的喷射装置可在成本上非常有利地制造及尤其可预先预装配成完备的喷射组件，以致它作为紧凑型结构的组件仅需被安装到小型发动机1上。因此通过四个单独部分即燃料泵，压力调节器，喷射器及空气调节器的组合保证了简单且成本上有利的制造性。燃料泵及空气调节器在此情况下由一个共同的执行机构操作。由此根据本发明的喷射装置2例如可使用在两轮车或割草机的小型发动机中。
图2表示喷射组件2的细节图。在该喷射组件2中组合了燃料泵20a，压力调节器20b，喷射器20c及空气调节器20d。为此设有一个多件式的壳体25(图2中仅概要地示出)。在此情况下压力调节器20b是喷射器20e的组成部分。这里一个共同的执行机构同时操作燃料泵20a及空气调节器20d。该共同的执行机构包括一个线圈21，一个第一衔铁22及一个第二衔铁23。如由图2可看到的，第一衔铁22是空气调节器20d的一部分，其中衔铁22在其一端上构造成阀件22a，该阀件在一个旁路管路12的阀座12a处可释放或关闭该旁路管路12。对空气调节器20d还配置了一个第一复位弹簧28。执行机构还包括第二衔铁23，在该实施例中它是燃料泵20a的一部分。这里第二衔铁23与燃料泵20a的活塞26固定地连接。变换地第二衔铁23与活塞未固定地连接而仅是接触。第二衔铁23是一个圆柱形的部件及借助一个导向部件19在线圈内部被导向。导向部件19除了导向功能外还具有用于第一复位弹簧28的支撑功能。标号29表示一个非磁性的部件，以便断开线圈21的铁回路。在此情况下当线圈21被通电时，该线圈既操作第一衔铁22也操作第二衔铁23。在线圈21的电流被取消后，第一复位弹簧28与用于第二衔铁的第二复位弹簧24使两个衔铁又返回到图2中所示的原始位置中。这里第二复位弹簧支撑在一个壳块25a上及第二衔铁23的一个端面上。
如由图2可看到的，在壳体25上设有燃料输入管路6a及燃料回流管路6b。这里燃料输入管路6a通入一个抽吸室30中。燃料回流管路6b由一个回流室32引出。在此情况下抽吸室30的容积与回流室32的容积大致相同。变换地抽吸室30及回流室32也可构成一个共同的室。在壳块25a中还构有泵室31。泵室31通过第一孔33与抽吸室30连接及通过第二孔34与回流室32连接。这里在抽吸室30与泵室32之间未设置止回阀等。由此孔33构成泵室31与抽吸室30之间的一个自由连接管路。在泵室31与回流室32之间设有一个第一止回阀35。在此情况下泵室31是燃料泵20b的一部分。如由图2可看到的，燃料泵的活塞26被这样地设在壳块25a中，即该活塞可使位于泵室31中的流体处于压力下。这里活塞26与第二衔铁23固定地连接。这里在图2中所示的位置是燃料泵20a的抽吸行程的终端。在此泵室31，第一衔铁22及第二衔铁23位于一个共同的轴线X-X上。如由图2中可看到的，第二孔34的泵室出口在喷射组件2的轴向X-X上被设置在比第一孔33的泵室出口更靠近喷射器20c的位置上。
如由图2中可看到的，喷射器20c包括一个阀件40，它是一个向外打开的阀件。阀件40被设置在一个喷嘴室41中及包括一个阀座40a及一个弹簧保持区域40b。复位弹簧42被设置在弹簧保持区域40b与喷嘴室41的一个底部区域41a之间。该复位弹簧总是将阀件40复位到图2中所示的原始位置上及预给定一个打开压力，可借助该打开压力使阀件41打开。这里喷嘴室41中的压力作用在阀件40的压力面40c上。第二止回阀36被设置在泵室31与喷嘴室41之间的连接部分中。止回阀36由一个弹簧支撑在阀件40的压力面40c的对面及当泵室31中的压力高于喷嘴室41中的压力时被打开。为了保持该弹簧及第二止回阀36的球珠，设有一个笼形构件。由此压力调节器20b被组合在喷射器20c中及包括复位弹簧42及阀件40的弹簧保持区域40b，复位弹簧42支撑在该弹簧保持区域上。
如图2中还表示的，泵室31及回流室32之间的连接管路34在喷射组件2的轴向X-X上被设置在第一连接管路33的下面。在此情况下这样来选择喷射组件2的安装位置，使得垂直方向与喷射组件的纵向X-X相一致。
这里根据本发明的喷射组件2的功能如下：燃料泵20a的抽吸阶段通过第二复位部件24导入，其中第二复位部件24的静止位置确定了抽吸阶段的终端位置。在抽吸阶段期间第一止回阀35及第二止回阀36关闭。在复位运动即活塞26的向上运动期间活塞26的控制边缘26a运动到第一连接管路33的出口的后面之后，燃料开始由抽吸室30通过第一连接管路33流入泵室31。在此情况下第一及第二止回阀35，36各继续保持关闭。如果在泵室31中有气体时，则该气体将聚集在活塞26的控制边缘26a上的压力面的下面。当线圈21被通电时，随着压入阶段的开始活塞26在箭头A的方向上向下运动。由此使可能存在的气体通过第一连接管路33回移到抽吸室30中或通过这时打开的第一止回阀35移出到回流室32中。在泵室31中活塞26驶过第一连接管路33的出口后气体仅还可通过打开的止回阀35移出到回流室32中。因此活塞行程的第一部分用于使可能存在的燃料蒸汽或其它气体移出。因为用于除气的活塞行程相对地大，即使大的气体量也可由泵室31移出。在活塞26、确切地活塞的控制边缘26a驶过连接管路34后，在泵室31中才开始真正的压力升高。一旦压力室31中的压力大于喷嘴室41中的压力时，第二止回阀36打开，以致燃料可由泵室31流到喷嘴室41中。当现在喷嘴室41中的压力大于复位弹簧42的复位力时，阀件40向外打开，以致燃料可被喷射到吸气管8中。当通过喷射使喷嘴室41中的压力又下降到打开压力以下时，复位弹簧42又使阀件40关闭。结束线圈21的通电及第二复位弹簧24使活塞26的运动方向反向及一旦控制边缘26a驶过第一连接管路33的泵室出口，又开始抽吸阶段。因为在活塞26的返回行程期间在第一行程部分中在泵室31中形成一个负压，燃料蒸汽或空气将与温度状况无关地由液态燃料中排出。在驶过第一连接管路33的泵室出口时才开始真正的抽吸阶段。因此根据本发明在泵室31中总是具有大的气体或蒸汽量，以致在热工作状态时可能附加的蒸汽气泡形成不会导致输送特性的显著改变。由此可保证：始终可将恒定的燃料量喷射到吸气管中。
随着燃料泵20a的操作，在线圈21通电时空气调节器20d的第一衔铁22在箭头B的方向上被吸引。由此使空气调节器20d打开，以致空气可通过旁路管路12流动。由此空气可通过出口12z流向吸气管8。
在进行了喷射后，结束线圈21的通电，以致复位弹簧24及28又使第一及第二衔铁22，23复位到原始位置。由此空气调节器20d又关闭及在第二衔铁23复位期间将活塞26一起拉回，以致抽吸阶段又开始。应该注意，复位弹簧24及28的复位力被这样地设计，使得当线圈21通小电流时空气调节器20d也可单独被操作，而不操作燃料泵。
此外喷射组件2具有一个用于燃料泵20a及空气调节器20d的共同的执行机构。由此在燃料泵20a及空气调节器20d中仅需要一个线圈及单个带有电缆的电未级。此外在小型发动机1需要空气调节器的工作状态中，即通常在空载时空气调节器20d可被打开及关闭及在不强制需要空气调节器的工作状态中可保证：尽管是与燃料泵20a共同的执行机构，燃料泵20a的操作无延时或受其它的阻碍。这里在该实施例中作为执行机构所描述的是通过线圈通电的电磁铁执行机构。但应指出，原则上也可使用其它可能的执行机构，例如压电执行机构。还应指出，所述的空气调节器20d的关闭部件22a也可被作成衔铁22的逐渐缩小的、尤其锥形的端部区域，或以任意的其它方式构成，例如构成球形或部分球形。
以下参照图3来详细描述根据本发明的第二实施例的一个喷射装置1。这里与第一实施例中相同的或功能相同的部分用相同的标号表示。
第二实施例基本上相应于第一实施例，其中与第一实施例不同地在第二实施例中喷射组件2具有一个环形室50，该环形室组合了抽吸室与回流室。环形室50环形地围绕壳块25a，在该壳块中设有泵室31。在泵室31与环形室50之间设有一个连接管路51，它使泵室31与环形室50连接。连接管路51包括一个由泵室31导出的共同的针管52及一个分支53。分支53包括第一管路区域53a及第二管路区域53b。这里第一管路区域53a被布置在第二管路区域53b的下面。共同的针管52大致从分支53的中间导出(参见图3)。这里第一管路区域53a这样地向环形室50张开，即第一管路区域53a的出口位于环形室50的底部区域50a上。
环形室50通过一个燃料输入管路6a及一个燃料回流管路与一个油箱(未示出)连接。在此情况下燃料回流管路6b的一个入口被设置在油箱的一个位置上，该位置高于燃料输入管路6a的接口。由此可保证：燃料通过燃料输入管路6a输入环形室50。
此外通过第二管路区域53b建立与一个弹簧室55的连接，其中在弹簧室55中设有用于第二衔铁23及活塞26的第二复位弹簧24。由此可达到构成共同的抽吸室及回流室的环形室50的容积增大，以致实际的环形室50可相应小地定尺寸。
这里根据第二实施例的喷射装置的功能如下：图3表示喷射组件2的一个状态，在该状态中一个抽吸阶段已结束。当线圈21现在被通电时，活塞26向下(如由箭头A所示地)运动。因为在泵室31与环形室50之间通过连接管路51建立了一个开启的连接，使可能存在的燃料蒸汽或其它气体通过连接管路51移出。在此情况下气体主要通过设置在共同的针管51上面的第二管路区域53b移出到环形室50中。在由第二管路区域53b排出到环形室50后气体向上朝燃料回流管路6b的方向上升高及导回到油箱中。这里分支53的设置可作到：在分支53中形成一定的烟囱作用，其中有利于气体上升到第二管路区域53b中。只要控制边缘26b未完全地驶过共同的针管52，在泵室31中仍不能实现压力的升高。一旦共同的针管52被活塞26完全驶过时才可实现该压力升高。一旦泵室31中的压力高于喷射器20c的喷嘴室41中的压力，设置在泵室31与喷嘴室41之间的连接部分中的止回阀36打开，及喷嘴室41中的压力上升。当喷嘴室41中的压力达到打开压力时，阀件40打开及燃料被喷射到吸气管8中。一旦喷嘴室41中的压力又下降到打开压力以下时，喷射器又关闭及结束线圈的通电，及活塞又返回图3中所示的初始位置。这里在返回的第一部分行程期间还未通过连接管路51在泵室31与环形室50之间建立连接。由此在第一抽吸阶段中在泵室31中形成一个负压，以致这导致在泵室31中存有的燃料的气体排出。仅当活塞26的控制边缘26a达到共同的针管52，才通过连接管路51进行燃料的抽吸。在此情况下主要通过第一管路区域53a实现抽吸。因为第一管路区域53a通到环形室50的最低点，则可保证：仅是液态的燃料通过第一管路区域53被吸入。由此使最小量的液态燃料吸入到泵室31中。
因为液体中的气泡上升，故当气体由泵室31中移出时有比抽吸时可能吸入的气泡更多的气泡移出。由此可保证：始终作到泵室31中注入足够的液体燃料。
在第二实施例中实现了一个喷射组件，它既在泵室与抽吸室之间不需要一个止回阀又在泵室与回流室之间也不需要一个止回阀。因为在该实施例中设有一个共同的抽吸-回流室，该喷射组件可被设计得特别紧凑及结构小。此外尤其是运动部件的数目可被减小，以致该喷射组件特别地结实及寿命长。
该实施例的其余方面相应于上述的实施例，由此可参考上面给出的描述。

Claims (11)

1.喷射装置，包括一个燃料泵(20a)，一个压力调节器(20b)，一个喷射器(20c)及一个空气调节器(20d)，其特征在于：所述燃料泵(20a)，所述喷射器(20c)及所述空气调节器(20d)为一个喷射组件(2)的整体的组成部分，所述压力调节器(20b)为所述喷射器(20c)的整体的组成部分，所述燃料泵(20a)包括一个泵室(31)，所述喷射组件(2)包括一个抽吸室(30；50)，该抽吸室(30；50)与所述泵室(31)通过一个自由的连接管路(33；51)连接，该自由的连接管路为在两侧可自由通流的管路或孔。
2.根据权利要求1的喷射装置，其特征在于：所述燃料泵(20a)的活塞(26)的总行程包括一个移出部分行程及一个压力产生部分行程，该移出部分行程大于或等于该压力产生部分行程。
3.根据权利要求1或2的喷射装置，其特征在于：在所述泵室(31)与一回流室(32)之间设有一个第一止回阀(35)。
4.根据权利要求3的喷射装置，其特征在于：在所述喷射组件(2)的轴向(X-X)上，所述泵室(31)与所述回流室(32)之间的连接管路(34)的泵室出口设置得比所述抽吸室(30)与所述泵室(31)之间的自由的连接管路(33)的泵室出口更靠近所述喷射器。
5.根据权利要求1或2的喷射装置，包括一个环形室(50)，一个燃料输入管路(6a)及一个燃料回流管路(6b)通入该环形室中，及包括一个连接管路(51)，该连接管路使所述环形室(50)与所述泵室(31)相连接，其中，该连接管路(51)包括一个通向所述泵室(31)的共同的针管(52)及一个通向所述环形室(50)的、具有第一管路区域(53a)及第二管路区域(53b)的分支(53)，其中，该第一管路区域(53a)在该第二管路区域(53b)下方通入所述环形室(50)中。
6.根据权利要求5的喷射装置，其特征在于：在其中设有一个用于所述活塞(26)的衔铁(23)的复位弹簧(24)的弹簧室(55)与所述环形室(50)连接。
7.根据权利要求5的喷射装置，其特征在于：所述分支(53)的所述第一管路区域(53a)通到所述环形室(50)的底部区域(50a)的高度上。
8.根据权利要求5的喷射装置，其特征在于：所述共同的针管(52)设置在所述第一管路区域与所述第二管路区域(53a，53b)之间的所述分支(53)的中间。
9.根据权利要求1或2的喷射装置，其特征在于：所述泵室(31)设置在一个中心的壳块(25a)中。
10.根据权利要求1或2的喷射装置，其特征在于：该喷射装置包括正好一个执行机构，该执行机构既操作所述燃料泵(20a)也操作所述空气调节器(20d)，其中，所述执行机构包括一个线圈(21)，一个第一衔铁(22)及一个第二衔铁(23)。
11.内燃机，包括正好一个或两个汽缸及一个根据以上权利要求之一的喷射装置。
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