CN102102614A - 用于快速压力累积的共轨最小压力 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有停止-起动系统的内燃发动机。内燃发动机的燃料喷射系统(1)包括预供给泵(2)，预供给泵(2)在连接到至共轨(7)上游的至少一个高压泵(6)的方向上经由一个泵管路(4)供给燃料，其中连接管路(11)在预供给泵(2)与高压泵(6)之间分支并连接到压力积聚器(12)，当内燃发动机停止时连接管路(11)可以被控制元件(13)关闭，且控制元件(13)在连接管路(11)内布置在压力积聚器(12)的上游，并且当内燃发动机在停止之后被起动时控制元件(13)允许储存在压力积聚器(12)内且处于压力之下的燃料在泵管路(4)的方向上流过。本发明能够在内燃发动机停止之后使其尽可能快地再次起动。

Description

用于快速压力累积的共轨最小压力
技术领域
本发明涉及内燃发动机和操作具有停止-起动系统和至少一个燃料喷射系统的内燃发动机的方法，该燃料喷射系统具有至少一个预供给泵，该至少一个预供给泵在连接到共轨上游的至少一个高压泵的方向上经由至少一个泵管路供给燃料。
背景技术
DE 19547877A1涉及用于在内燃发动机中使用的燃料喷射系统的高压燃料储存系统，其中燃料由高压泵供给进入至少一个中央主燃料积聚器，以便由在其中提供的电控喷射阀供应。在操作负载改变的情况下，能够在少许发动机回转中在高压积聚器内产生相当大的压力变化是必需的，DE 19547877A1以示例的方式解释了额外的燃料可以通过高压泵被供给到高压燃料积聚器内。高压泵然后将必须实际上供给两倍的燃料量并且还将必须为此目的而设计，以使高压泵在整个操作时间的大部分时间内是超尺寸的(overdimensioned)。为了减轻高压泵的负载，尤其关于负载变化，并且为了能够使用更小尺寸的高压泵，DE 19547877A1因此建议将辅助燃料积聚器液压连接到主燃料积聚器，且外部致动的电控阀被布置在这些燃料积聚器之间的液压连接内。因此在内燃发动机操作过程中负载改变的情况下，可以将燃料从辅助燃料积聚器供应到高压燃料积聚器，而高压泵不需要供给更多的燃料。
DE 10223077A1公开了一种用于内燃发动机的具有直接喷射的燃料喷射系统。该系统具有预供给泵和高压泵。预供给泵供给燃料到高压泵，高压泵至少间接输送燃料到一个或更多个喷射器。在预供给泵与高压泵之间设置压力积聚器，且当压力积聚器内的压力起作用时预供给泵以定时的方式被操作。换言之，如果压力积聚器内达到一定的压力时预供给泵被关闭。
如今的内燃发动机装配有所谓的停止-起动系统以在机动车辆的短暂停止后关闭内燃发动机，以便当机动车辆静止时节约燃料。使用适当的方式，当有重新开始行驶的命令时内燃发动机重新起动。
停止-起动系统提供了例如客车或其它机动车辆在燃料消耗方面的相当大的节约。
为了能够给例如具有共轨的柴油发动机装配停止-起动系统，在短暂时间之后在共轨内提供足够的压力以执行第一喷射是必需的。由于高压系统内的压力在内燃发动机停止后由于泄漏而下降，在起动过程中必须再次累积所需的压力。在此，必须有可能在发动机完全或部分地执行停止后尽可能快地实施发动机的起动，以便避免不需要的减速(例如在危急的道路情形中)和/或保证舒适的驾驶行为。
例如，为了起动具有共轨系统的柴油发动机，需要在轨道系统内提供最小压强。所述最小压强例如为100-150巴(bar)，所述最小压强根据所用的相应系统而变化。
共轨系统的高压区域内的压力在发动机停止后或在发动机的停止过程中通常快速下降。在此，压力下降主要是由在喷射器、泵或者安装的阀处的泄漏点引起。
图1仅以示例的方式示意性地示出共轨系统的基础设计，只选择了概略性图解。
没有全部被图1所包括的不同实施例当然是可想象到的。变化的可能性例如为：
a)喷射器的数量
b)共轨的数量(例如2个共轨)
c)额外的分配器轨道
d)额外的阀，例如用于压力调节的阀
等等。
为了重新起动发动机，轨道系统内的压力必须被再次快速提升到能够起动的程度。在目前已知的系统中，压力增加只能借助于已经使用的通常由发动机驱动的高压泵提供。因为各种原因，例如为了节约成本和为了能量效率，使用尽可能小的泵。这首先涉及物理结构尺寸，并且也涉及每一次回转所产生的体积流量。
高压泵的压力累积很大意义上取决于高压泵的滑阀腔的充气程度、液体(柴油)的空气含量和依赖于起动机和泵的起动压力。尤其关于增加空气含量，这种情况可以例如在不充分充气或真空的情况下发生，此时压力累积太慢而不能获得所需的喷射压力。
发明内容
因此本发明是基于以下目的，即使用简单的装置改善内燃发动机，尤其是在背景技术中详细介绍类型的它的燃料喷射系统，以使在压力上升的开始就使轨道系统内的压力增加到足够高的起动压力(可以例如达到5巴)而不需要大的花费。
根据本发明，该目的通过本发明的内燃发动机实现，其中连接管路在预供给泵与高压泵之间分支并到达压力积聚器，当内燃发动机停止时连接管路可以被控制元件关闭，且控制元件在连接管路内布置在压力积聚器的上游，并且当内燃发动机在停止之后被起动时控制元件允许储存在压力积聚器内且处于压力之下的燃料在泵管路的方向上流过。然而该目的也可通过本发明的方法实现。
本发明是基于以下认识，即压力累积不仅取决于燃料系统的空气含量和滑阀室的充气程度，还取决于轨道系统(包括在高压泵上游的管路)的起动压力。通过本发明，即使通过起动压力从1巴到例如5巴的较小增加都有可能显著改善压力累积，以使可以在例如215°泵角度的期望起动角度获得所需最小压力。
该压力积聚器可有利地被设计为典型的液力积聚器，例如气泡(bladder)积聚器、活塞积聚器和/或类似容器，或者例如只简单地是额外的体积。预供给泵可以例如被设计以使其可累积7巴的压力。因此该压力积聚器不需要被设计为高压积聚器，而是有利地被设计为标准的积聚器，其只被设计为例如达到10巴的压力。这在成本方面是尤其有利的，因为高压积聚器非常昂贵。
在通常发动机运转中，从流动方向看压力积聚器通过预供给泵下游的压力被增加压力。最迟或优选当内燃发动机停止时，压力积聚器或最小压力积聚器与轨道系统分开，控制元件为此目的相应地关闭或阻断连接管路。保持压力积聚器内的压力直到内燃发动机的下一次起动为止。如果内燃发动机现在再次起动，控制阀打开，以使压力积聚器再次连接到轨道系统或在高压泵上游的泵管路，因此压力上升到所需的最小压力(例如5巴)，因此有助于高压泵的滑阀室的完全充气。
如果通过在连接管路内在压力积聚器上游布置控制元件(在简单的实施例中是阀，例如以2/2阀的形式)分开和连接压力积聚器或最小压力积聚器是有利的，即控制元件在预供给泵和高压泵之间的分支下游但在压力积聚器的上游。该表述“上游”是关于当在高压泵的方向上和在压力积聚器的方向上(即通过控制元件)从预供给泵供给燃料时燃料的流动方向。
在一些实施例中的高压泵设置中整个系统被泵直接控制显而易见是可能的，因为在高压泵上游的相对高压处，液体(柴油)流过泵进入“高压”系统。在可选实施例中提供被可选地布置在高压泵下游的分支，在该分支中布置可选的止回阀，该分支通向连接管路到达控制元件上游的压力积聚器，以使液体流能进入“高压”系统。
如果除了控制元件，还提供止回阀是有利的，该止回阀被集成到控制元件自身内或被布置在绕开控制元件的旁通管路内。因此压力积聚器或最小压力积聚器的增压可在通常运转过程中发生。
如果旁通管路与在控制元件与压力积聚器之间的分支连接，且连接分支在控制元件的上游连接是有利的。
为了改善系统行为，例如为了减少压力波动可提供节流元件。
根据另一方面，提供一种具有停止-起动系统的内燃发动机。内燃发动机包括燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括：预供给泵；预供给泵下游的高压泵；燃料共轨，其中燃料经由泵管路供给到燃料共轨，该泵管路连接预供给泵、高压泵和燃料共轨；压力积聚器，其被配置为将加压的燃料供给到泵管路，其中压力积聚器经由连接管路被连接到在预供给泵的下游和高压泵的上游位置的泵管路；和控制元件，其被设置在所述连接管路以响应燃料轨的起动压力控制压力积聚器和泵管路之间的连接。
附图说明
本发明进一步有利的实施例在从属权利要求和下面对附图的描绘中公开。在附图中：
图1示出现有技术的燃料喷射系统的示意性图解；
图2示出燃料喷射系统的示意性图解；
图3示出燃料喷射系统的另一示意性图解；
图4示出燃料喷射系统的另一示意性图解；以及
图5示出与传统起动压力相比增加的起动压力的图例。
在不同的附图中，同一零件总以相同的附图标记指示，因此通常只描述一次。
具体实施方式
图2示出用于内燃发动机的燃料喷射系统1的示意性图解，该燃料喷射系统1具有至少一个预供给泵2，预供给泵2从至少一个燃料箱3中吸取燃料并且在连接到至少一个共轨7的上游的至少一个高压泵6的方向上经由至少一个泵管路4供给所述燃料。提供引导所供给的燃料向前到达至少一个喷射器的至少一个喷射器管路8(喷射器未在图2至图4中示出)。在示出的示例性实施例中，所示的四个喷射器管路8在各自情况下导向相关的喷射器。
在根据现有技术的图1中，未示出预供给泵。但是，使用了相同的附图标记，并额外示出泄露管路31和喷射器32。
连接管路11从泵管路4中分支出来，其在流动方向(箭头9)上在预供给泵2的下游并且在高压泵6的上游。连接管路11导向压力积聚器12或最小压力积聚器12。控制元件13布置在分支14的下游且在压力积聚器12的上游。
分支16在流动方向上布置在高压泵6的下游，且分支16连接至控制元件13上游的连接管路11。止回阀17布置在分支16内。其中布置有阀17的分支16是可选的，并且因此所讨论的部件以虚线示出。
当内燃发动机和高压泵6停止时，控制元件13将压力积聚器12与泵管路4分开，并且当内燃发动机和高压泵6再次起动时又连接压力积聚器12到泵管路4。
当压力积聚器12连接到连接管路11时，压力积聚器12承受预供给泵2所积聚的压力。这意味着在内燃发动机的通常操作期间，压力积聚器12总是连接到泵管路4，并且只有当内燃发动机和高压泵6停止时才分开。
压力积聚器12被设计为典型的液力积聚器，例如气泡积聚器、活塞积聚器和/或类似容器，或例如就简单地是额外/附加的体积。例如可以设置为预供给泵2使其可以积聚7巴的压强。压力积聚器12不设计为高压积聚器而是被设置为只例如达到10巴的压强的标准积聚器是有利的。
最迟或优选当内燃发动机停止时，压力积聚器12或最小压力积聚器与轨道系统分开，控制元件13为此目的相应地关闭或阻断连接管路11。保持压力积聚器12内的压强直到内燃发动机的下一次起动为止。如果内燃发动机现在再次起动，则控制阀13打开，以使压力积聚器12再次连接到轨道系统或在高压泵6上游的泵管路4，因此压强上升到所需的最小压强(例如5巴)。
这在图5中以示例方式示出。在图5中，线21表明根据现有技术在内燃发动机起动期间在一巴(1巴)的起动压强的情况下在轨道系统内的轨道压力积聚。线22示出根据本发明在起动压强例如为5巴的情况下的轨道压力积聚，其中控制元件13已经被打开并且使得在压力积聚器12或在最小压力积聚器12内在压力下储存的燃料被供应到在更大压力下的系统。很明显根据本发明(线22)的轨道压强积聚比现有技术(线21)的更快。这以例如215°的泵角度以示例方式示出。泵角度在X轴上示出而压强积聚在Y轴上示出。虚线(线23)示出215°的示例性泵角度，该虚线与线21和弦22都相交以便更好地比较。
在图2中所示的示例性实施例中，压力积聚器12或最小压力积聚器12的分开和连接由被设计成2/2方向阀的控制元件13实现。
在图3中所示的示例性实施例中，止回阀24被集成到控制元件13内。在图4中所示的示例性实施例中，旁路26绕过控制元件13，其中单独的止回阀27布置在旁路26中。旁路26具有在控制元件13下游而在压力积聚器12或最小压力积聚器12的上游从连接管路11分支的分支28，且具有连接控制元件13上游的连接管路11的连接分支(opening-out branch)29。
通过各自的止回阀24或27，在通常操作期间压力积聚器12的自动增压是可能的，这在图2的示例性实施例中显而易见也是可能的。但是，在图2的示例性实施例中，如果寻求检测在通常操作期间聚器增压何时具备足够高的压力，则可以进行压力检测。

Claims (10)

1.一种具有停止-起动系统和至少一个燃料喷射系统(1)的内燃发动机，所述至少一个燃料喷射系统(1)具有至少一个预供给泵(2)，所述至少一个预供给泵(2)在连接到至少一个共轨(7)上游的至少一个高压泵(6)的方向上经由至少一个泵管路(4)供给燃料，其中：
连接管路(11)在所述预供给泵(2)与所述高压泵(6)之间分支并连接到压力积聚器(12)，当所述内燃发动机停止时所述连接管路(11)可以被控制元件(13)关闭，且所述控制元件(13)在所述连接管路(11)内布置在所述压力积聚器(12)的上游，并且当所述内燃发动机在停止之后被起动时所述控制元件(13)允许储存在所述压力积聚器(12)内且处于压力之下的燃料在所述泵管路(4)的方向上流过。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中：
所述压力积聚器(12)被设置为气泡积聚器、活塞积聚器或具有附加体积的液力积聚器。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，其中：
所述控制元件(13)被设置为2/2方向阀。
4.根据前述任一权利要求所述的内燃发动机，其中：
所述控制元件(13)被设置为止回阀(24、27)，所述止回阀(24、27)被集成到所述控制元件(13)内或作为单独的止回阀(27)被布置在旁路(26)内。
5.根据前述任一权利要求所述的内燃发动机，其中：
分支(16)布置在所述高压泵(6)的下游，并且所述分支(16)具有止回阀(17)，且该旁路通向所述控制元件(13)上游的所述连接管路(11)。
6.一种操作内燃发动机，尤其操作前述权利要求中的一个所述的内燃发动机的方法，所述内燃发动机具有停止-起动系统和至少一个燃料喷射系统(1)，所述至少一个燃料喷射系统(1)具有至少一个预供给泵(2)，所述至少一个预供给泵(2)在连接到至少一个共轨(7)上游的至少一个高压泵(6)的方向上经由至少一个泵管路(4)供给燃料，其中：
在流动方向上看压力积聚器(12)通过所述预供给泵(2)的下游压力被增加压力，且最迟当所述内燃发动机停止时所述压力积聚器(12)与所述泵管路(4)分开，控制元件(13)关闭连接管路(11)到所述压力积聚器(12)的连接，以便压力被保持在所述压力积聚器(12)内直到所述内燃发动机的下一次起动，并且当所述内燃发动机起动时所述控制阀(13)打开，以便所述压力积聚器(12)在所述高压泵(6)的上游再次连接到所述泵管路(4)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
当所述内燃发动机停止时燃料以处于最小压强例如5巴的水平的压强值被储存在所述压力积聚器(12)内。
8.一种具有停止-起动系统的内燃发动机，其包括：
燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括：
预供给泵；
所述预供给泵下游的高压泵；
燃料共轨，其中燃料经由泵管路供给到所述燃料共轨，所述泵管路连接所述预供给泵、所述高压泵和所述燃料共轨；
压力积聚器，其被配置为将加压的燃料供给到所述泵管路，其中所述压力积聚器经由连接管路被连接到在所述预供给泵的下游和所述高压泵的上游位置的所述泵管路；以及
控制元件，其被设置在所述连接管路以响应燃料轨的起动压力控制所述压力积聚器和所述泵管路之间的连接。
9.根据权利要求8所述的内燃发动机，其中当内燃发动机被停止时所述控制元件关闭所述连接，当所述内燃发动机被起动时所述控制元件打开所述连接。
10.根据权利要求8所述的内燃发动机，其中所述压力积聚器被配置为具有可达到10巴的压力。
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