CN102197213A - 用于内燃机的燃料高压泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于直接喷射的内燃机(9)的燃料高压泵(10)，具有一低压区域(12)和量控制装置(28)。量控制装置(28)包括一切换阀，该切换阀设置在燃料高压泵(10)的入流阀(22)的上游并且具有一个第一切换位置和至少一个第二切换位置，其中，所述这些切换位置在它们的节流效应方面是不同的。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分用于直接喷射的内燃机的燃料高压泵。此外，本发明的对象是根据相应并列权利要求前序部分的驱动用于直接喷射的内燃机的燃料高压泵的方法、控制和/或调节装置和计算机程序。
背景技术
现今用于直接喷射的内燃机的燃料系统在输入区域(低压区域)大部分具有调节流量的燃料高压泵，其中，流量调节基本上通过转速同步地操纵燃料高压泵的入口阀来实现。由此实现非常精确地调节流量。对此应用的流量控制阀的切换时间由于转速同步的控制是非常短的。此外，为了调节流量在高压区域安装一压力传感器。控制和/或调节装置将高压区域中的实际压力与理论压力比较并且必要时校正流量控制阀的控制。
由EP 0 299 337A2、EP 0 837 986B1、EP 0 974 008B1和DE 196 12 413A1已经公知了用于调节燃料压力的装置。由DE 103 27 411A1公知了用于燃料高压泵的限压阀。
发明内容
本发明的任务在于，提供或者改善用于前面所述类型的内燃机的燃料高压泵，该高压泵可靠地工作并且被紧凑地构造。此外，燃料高压泵应是成本有利的。
该任务通过用于内燃机的、具有权利要求1特征的燃料高压泵解决，以及具有根据并列权利要求特征用于驱动用于内燃机的燃料高压泵的方法、控制和/或调节装置和计算机程序。此外，对于本发明重要的特征位于下面的说明书和附图中，其中，这些特征不仅独自地而且以不同组合地对于本发明是重要的，对此没有相应详尽地说明。有利的扩展构型位于从属权利要求中。
通过本发明，燃料系统被显著地简化并且成本有利。在最简单的情况下，具有两个切换位置的量控制装置对此是足够的。这两个切换位置通常情况下代表具有减弱的、被很强节流的燃料流线的部分输送位置和具有基本上无阻碍或者非节流的燃料流线的完全输送位置。实现多于两个等级，例如对于小流量、中等部分流量和全负荷流量的燃料输送在必要时是可行的。通过简单构造的调整回路来调节切换阀，该调节回路与来自燃料高压泵区域的可简单测定的工作参数有关地引起切换。因此，仅需断定，在强节流切换位置中燃料输送量是否还是足够的或者在弱节流切换位置中是否必须切换。另一方面，在弱节流切换位置中必须断定，燃料输送量在部分输送时对于实际运行是足够的并且因此可被切换到强节流切换位置。这些指令可以在一简单配置并且因此重要的控制和/或调节装置中作出。
提出，切换阀包括一电磁操纵装置。通过电磁铁的促动器操纵切换阀是一可靠并且重要的方案。在此，对于每个运动方向，一电磁铁可配置给切换阀；但在接通时也可仅一个电磁铁逆着弹簧的弹簧力工作并且随后在关断之后弹簧力将促动器再次返回到原始位置中。在具有两个切换位置的量控制装置上，该解决方案尤其有利。因为切换可相对较慢地实施，所以对切换时间仅有较低要求，这些要求通过具有电磁铁的切换阀可充分地满足。由此可相对简单地构造切换阀和所属的电输出级。这也降低了成本并且节省了结构空间。因为切换仅偶尔地以较低的切换速度进行，所以噪声通过该切换变小。
此外提出，该切换阀在未被操纵的状态下处于具有最低节流效应的切换位置中。例如在故障情况下可出现至切换阀的控制管路的中断。在控制设备中也出现输出级的关断。在这些故障情况下，切换阀的控制不再进行，就是说“未被操纵”或者“不通电”。通过根据本发明的措施，尽管这样的故障仍然可(紧急)运行内燃机。
对此替代地提出，切换阀在未被操纵的状态下处于具有升高的节流效应的切换位置中。因为在运行燃料高压泵时焦点在于内燃机中消耗的优化，因此在上面描述的故障情况下除了考虑高压泵的机械驱动管路也必须考虑切换阀的电功率。换句话说如果内燃机尤其被部分负荷地驱动，(这在通常运行方式下大多数是这种情况)，那么通过提出的措施可降低能源消耗。
对此补充地提出，如此地设计一切换位置中的节流效应，使得实现最大体积流量的大约10-20％的体积流量。在部分输送位置中的节流效应设计应这样进行，使得燃料高压泵的驱动功率对于确定的运行循环的总和上最小。在载重车辆上，对此例如MVEG循环(在滚柱试验台上用于排放和消耗测量的欧洲行驶循环)是基础。根据该循环，平均仅需要高压泵的最大输送量大约10至20百分比并且因此代表大小最佳值。通过所谓的设计节流效应，在该切换位置中可最优地覆盖内燃机的大部分运行时间。
也有利的是，如果燃料高压泵包括压力调节阀，该压力调节阀将燃料高压泵的高压区域与燃料高压泵的低压区域连接并且因此高压区域中的压力至少基本上可保持恒定。在正常运行中，在切换阀的两个位置中，高压泵的输送量大于内燃机的量需求。为了避免损害燃料高压泵和尤其燃料收集管路，燃料多余的量通过提出的压力调节阀从高压区域返回到低压区域。因此燃料收集管路中的压力基本上与压力调节阀的开启压力有关。
对此补充地提出，压力调节阀纯机械/液压地工作，优选是止回阀。这是尤其价格有利又有效工作的解决方案，因为因此在控制和/或调节装置中可不用考虑压力传感器和压力传感器信号的分析处理。此外提出，切换阀的控制与检测在高压区域产生压力的压力传感器的信号和/或至少一个喷射阀的控制时间有关。在燃料高压泵的高压区域中压力下降时，喷射阀的IST控制时间必须被延长，以便能够将对于燃料/空气混合物的最佳燃烧所需的燃料量喷射到内燃机的燃烧室中。在高压区域中压力升高时，IST控制时间相应地缩短。因此控制时间可被视为高压区域中的压力参数。因此，超过控制时间的预给定的上限值或下限值(理论控制时间)是切换的标志，由此导致，在低压区域中燃料输送量适配高压区域中的状况。在此，控制时间是控制和/或调节装置中已知的运行参数并且可被容易地分析处理。由此可容易并且没有很大消耗地求得用于切换阀的切换时刻。然而高压区域中的压力也通过一传感器测定并且随后在控制和/或调节装置中与压力上限值和压力下限值比较。
对此补充地提出，切换阀的控制与泵转速、前级输送压力和/或燃料温度有关。运行参数的分析处理实现切换阀更精确的切换，由此节省能量并且降低燃料和排放。
附图说明
下面根据附图举例地解释本发明的实施例，附图示出：
图1根据本发明的燃料喷射系统的示意性视图；
图2图1的切换阀的示意性视图；并且
图3根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出用于内燃机9的、具有燃料高压泵10的燃料系统8的示意性视图。该燃料系统8正如实施的一样被分成在图1中左手边示出的低压区域12和右手边示出的高压区域14。在低压区域12中设置的前级输送泵16以一前级输送压力将燃料从燃料储存器18经过低压管路20泵送至燃料高压泵10的入流接管22。在燃料高压泵10中，在低压区域12中设置有一过滤器24和一压力缓冲器26。该压力缓冲器26在低压侧衰减在燃料高压泵10中存在的波动并且也在高转速和高凸轮数的情况下负责高充气系数。
经过切换阀28和下面吸入阀30，燃料被抽吸到燃料高压泵10的工作室32中。切换阀28在后面被详细地描述。工作室32的容积与在泵缸36中的泵活塞34的位置有关。在泵活塞34向下运动期间，工作室32扩大，由此燃料被抽吸。在泵活塞34向上运动期间，燃料被高度压缩并且通过排出阀38和属于高压区域14的排出接管40经过高压管路42被进一步输送到轨44中。喷射阀46连接轨44，喷射阀将燃料直接喷射到内燃机9的燃烧室48中。
因为在正常运行时，燃料高压泵10的输送量可大于被喷射阀46喷射的燃料量，所以非所需的燃料量从高压区域14经过压力调节阀或者溢流阀50又返回到低压区域12中。该溢流阀50可例如构造为止回阀。然后，高压储存器44中的压力基本上相应于溢流阀50的开启压力。溢流阀50通过高压管路55与高压区域14连接并且通过低压管路54与低压区域12连接。尽管在高压区域14中尤其在使用单缸泵时存在波动，其中，但多缸泵即使在应用时产生更小程度的波动。这些波动消极地影响压力调节功能。为了脱耦，可在溢流阀50前(上游)液压地设置节流阀56，由此波动在溢流阀50前被衰减。
泵活塞34通过凸轮58驱动，该凸轮58被内燃机9驱动，例如通过凸轮轴或者曲轴(没有示出)。凸轮58也可是凸轮轴的或者曲轴的部分。泵活塞34至凸轮58的密封通过密封元件60实现。存在于泵活塞34和泵缸36之间的缝隙中的活塞泄漏量通过返回管路62返回到低压区域12中。
控制单元64通过控制管路66控制切换阀28的切换功能。此外，通过控制管路68控制喷射阀46(在图1中仅示出管路68为了简便)。此外，内燃机9包括转速探测器70和温度传感器72，该转速探测器检测没有示出的曲轴的转速，该温度传感器检测内燃机的运行温度，例如气缸盖温度或者冷却水温度。用于实施控制切换阀28的计算机程序在储存介质74上储存，该储存介质位于控制单元64中。
切换阀28的详细的结构和功能以图2详细地解释。在左侧，切换阀28在切换位置“部分输送”中示出，在右侧在切换位置“完全输送”中示出。切换阀28基本上包括移动切换元件78的促动器76和弹性元件80。促动器76可例如构造为电磁铁或者至少电磁式地被驱动并且在通电状态下逆着弹性元件80工作。切换元件78在图2中在下部区域中具有用于部分输送的带有节流阀82的通道。此外，在图2中为了基本上没有被影响的完全输送设置一通道84。
提出用于喷射阀46的操控的控制时间作为用于识别切换阀28切换必要性的参数。也可以在轨44中应用一通过没有示出的传感器检测的压力。在燃料高压泵10的高压区域14中的压力下降时，喷射阀46的IST控制时间必须被延长，以便能够将对于燃料/空气混合物的最佳燃烧所需的燃料量喷射到内燃机9的燃烧室48中。在高压区域14中压力升高时，IST控制时间相应地缩短。因此，超过控制时间的预给定的上限值或下限值(理论控制时间)是切换的标志，由此导致，在低压区域中燃料输送量适配高压区域中的状况。
图3示出具有方法过程的流程图，尤其用于适配切换阀28的切换时刻的方法。该方法被移植到在控制单元64中运行的计算机程序中。在询问100中确定，切换阀28是否部分输送地工作(切换位置82)。如果是这种情况，在110中检测燃料高压泵10中燃料量需求的增大，例如喷射阀46的IST控制时间被检测和分析处理。在120中被询问，当前的IST控制时间是否超过预给定的理论上限值。如果是这种情况，那么在130中切换阀28切换到完全输送(切换位置84)。如果不是这种情况，那么将下次的IST控制时间与理论限值比较。
如果在询问100中确定，切换阀28已经完全输送(切换位置84)地工作，那么在140中检测燃料高压泵10中燃料量需求的减小，又通过检测和分析处理喷射阀46的IST控制时间。在150中被询问，当前的IST控制时间是否低于预给定的理论下限值。如果是这种情况，那么在160中切换阀28切换到部分输送(切换位置82)。如果不是这种情况，那么将下次的IST控制时间与理论限值比较。在切换之后，在170中切换时刻在控制单元64中储存。在求得切换时刻时，在控制单元64的计算机程序中考虑其他运行参数(例如马达转速、前级输送压力和燃料温度)的影响。完全可考虑并且在其他实施例中可考虑附加的其他运行参数，这些运行参数影响高压区域14中的压力或者燃料量需求。
为了确定，当切换阀在切换位置82(部分输送)中时燃料高压泵10是否足够地输送燃料，IST功率或者IST转矩或者其变化和/或IST转速也可被分析处理。如果确定功率下降，并且基于合适的分析处理功率下降被配置给非足够的燃料输送，那么这可被应用作为到完全输送的切换标准(切换位置84)。
Claims (12)
1.用于直接喷射的内燃机(9)的燃料高压泵(10)，具有一低压区域(12)和量控制装置(28)，其特征在于，该量控制装置(28)包括一切换阀，该切换阀设置在该燃料高压泵(10)的入流阀(22)的上游并且具有一个第一切换位置和至少一个第二切换位置，其中，所述这些切换位置在它们的节流效应方面是不同的。
2.根据权利要求1的燃料高压泵(10)，其特征在于，所述切换阀(28)包括一电磁的操纵装置(76)。
3.根据权利要求1或2的燃料高压泵(10)，其特征在于，所述切换阀(28)在未被操纵状态下处于具有最小节流效应的切换位置中。
4.根据权利要求1或2的燃料高压泵(10)，其特征在于，所述切换阀(28)在未被操纵状态下处于具有升高的节流效应的切换位置中。
5.根据上述权利要求之一的燃料高压泵(10)，其特征在于，如此地设计一切换位置中的节流效应，使得该切换位置能实现最大体积流量的大约10-20％的体积流量。
6.根据上述权利要求之一的燃料高压泵(10)，其特征在于，所述燃料高压泵包括一压力调节阀(50)，该压力调节阀将该燃料高压泵(10)的高压区域(14)与该燃料高压泵(10)的低压区域(12)连接并且因此能将该高压区域(14)中的压力至少基本上保持恒定。
7.根据上述权利要求6的燃料高压泵(10)，其特征在于，所述压力调节阀(50)纯机械/液压地工作，优选是止回阀。
8.用于驱动根据上述权利要求之一的燃料高压泵(10)的方法，其特征在于，所述切换阀(28)的控制与检测在所述高压区域中的压力的压力传感器的信号和/或与至少一个喷射阀(46)的控制时间相关。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，当所述喷射阀(46)的控制时间超过一限值时，所述切换阀(28)从一较强节流的切换位置被切换到一较弱节流的切换位置中。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，所述切换阀(28)的控制与泵转速、前级输送压力和/或燃料温度相关。
11.用于燃料高压泵(10)的控制和/或调节装置(64)，其特征在于，它被编程以应用在根据权利要求8至10之一的方法中。
12.计算机程序，其特征在于，它被编程以应用在根据权利要求8至10之一的方法中。
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