CN102220925A - 用于内燃机的燃料高压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于直接喷射的内燃机(9)的燃料高压泵(10)，设有一个低压区域(12)及一个量控制装置，该量控制装置包括一个开关阀(28)，该开关阀被设置在燃料高压泵(10)的进入阀(22)的上游及具有至少一个打开的第一开关位置(84)及一个关闭的第二开关位置(82)。本发明提出：与开关阀(28)在流体上并联地设有一个通流节流器(29)。

Description

用于内燃机的燃料高压泵
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于使用直接喷射的内燃机的燃料高压泵。此外本发明的主题还涉及根据相应的并列独立权利要求的前序部分的用于使用直接喷射的内燃机的燃料高压泵的工作方法，控制装置和/或调节装置及一个计算机程序。
背景技术
当前用于使用直接喷射的内燃机的燃料系统，例如已由DE 10 2007 010502 A1公知，通常在输入区域(低压区域)中设有一个量调节的燃料高压泵，其中量调节基本上通过燃料高压泵的一个进入阀与转速同步的操作来实现。由此可作到非常准确的量调节。对此所使用的量调节阀的开关时间由于与转速同步的控制而很短。此外为了量控制在高压区域中使用了一个压力传感器。一个控制和/或调节装置将高压区域中的实际压力与给定压力相比较及在需要时校正对量控制阀的控制。
由EP 0299 337 A2，EP 0 837 986 B1，EP 0 974 008 B1及DE 196 12413 A1已公知了用于调节燃料压力的装置。由DE 103 27 411 A1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，致力于或进一步开发用于开始部分所述类型的内燃机的燃料高压泵，它能可靠地工作及紧凑地构成。此外该燃料高压泵应在成本上有利。
该任务将通过具有权利要求1的特征的用于内燃机的燃料高压泵、及通过根据相应的并列独立权利要求的特征的用于内燃机的燃料高压泵的工作方法、控制和/或调节装置及一个计算机程序来解决。对于本发明重要的特征可在以下的说明及附图中得到，其中这些特征无论单独地还是不同组合地对于本发明均可为重要的，而无需明确地指出它们。在从属权利要求中可得到其有利的进一步构型。
通过本发明使燃料系统显著地简化及成本上有利。在最简单的情况下对此具有两个开关位置的量控制装置就足够了，其中相应的工作位置在相应的工作阶段保持不变，因此不再需要具有短而快的开关时间的键控式工作。在通常情况下两个开关位置代表一个具有削弱的、强节流的燃料量流的部分输送位置及一个具有实质上无阻碍或无节流的燃料量流的完全输送位置。具有强节流的燃料量流的开关位置尽管开关阀关闭可通过在液控上始终并联的通流节流器来实现。因此开关阀可特别简单及成本上有利地构成。但原则上也适用的是，开关阀还可附加地取得打开与关闭位置之间的一个中间位置。在该中间位置上通过通流节流器流过的被节流的量流与通过处于中间位置的开关阀的被节流的量流叠加地流动。此外可考虑；开关阀的位置为这样一个位置，在该位置中仍可有一定的小流量通过开关阀流动。并且在该情况下该流量与通过通流节流器流动的流量相加。
开关阀的调节通过一个简单结构的调节回路来实现，该调节回路根据燃料高压泵区域中易于测定的工作参数来引起转换。因此仅需识别：在关闭的开关位置中燃料的输送量是否仍是充足的或是否应转换到打开的开关位置上。另一方面在打开的开关位置上需识别：对于当前的工作以部分输送燃料的输送量是足够的及由此可转换到关闭的开关位置上。这些决定可由一个简单构型及由此廉价的控制和/或调节装置来作出。
在一个进一步构型中提出：这样地设计通流节流器的节流作用，以致它可实现最大体积流的约10-20％的体积流。这是基于，在部分输送位置中应这样来进行节流作用的设计：对于一个确定的工作周期燃料高压泵的驱动功率总地为最小。为此对于机动车例如可基于MVEG周期(滚动试验台上排放及油耗测量的欧洲行驶周期)。根据该周期平均仅需高压泵最大输送量的约百分之10至20。因此这代表一个参数设计的优化。因而通过所述节流作用的设计在开关阀关闭位置中可最佳地覆盖内燃机工作时间的大部分。
此外提出：开关阀在非操作状态中为关闭。如果燃料高压泵工作的焦点在内燃机中油耗的优化上，则在上述误差情况下除了高压泵的机械功率还必需考虑开关阀的电功率。如果内燃机尤其工作在部分负载上(及该情况主要在一般的驾驶方式时)，可通过所提出的措施来降低能耗。这尤其适合于通流节流器被这样设计时：内燃机工作时间的大部分可在开关阀关闭时进行。通过通流节流器可保证：即使在例如由于一个打滑的区段开关阀不再好控制的情况下仍可进行应急运行。
变换地开关阀在未操作状态下可为打开的。由此在故障情况下即使当控制导线中断时仍可实现内燃机在很大程度上的正常工作。
有利的是，燃料高压泵包括一个压力调节阀，该压力调节阀将燃料高压泵的一个高压区域与燃料高压泵的一个低压区域连接并由此使高压区域中的压力至少基本上可保持恒定。在常规工作中可在开关阀的两个位置上使高压泵的输送量大于内燃机的需要量。为了避免燃料高压泵及尤其燃料汇流导管处的损坏，燃料的过剩量通过所提出的压力调节阀由高压区域回输到低压区域。燃料汇流导管中的压力主要与压力调节阀的打开压力相关。
对此补充地提出，压力调节阀纯机械地/液压地工作，尤其为一个单向阀。这是特别廉价的、但可高效工作的方案，因为由此可取消一个压力传感器及压力传感器信号在控制和/或调节装置中的求值。
此外还提出：开关阀的控制与一个检测高压区域中具有的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相关。当燃料高压泵的高压区域中压力下降时必需延长喷射阀的实际控制时间，以便可将对于燃料/空气混合物最佳燃烧所需的燃料量喷射到内燃机的燃烧室中。当高压区域中压力上升时实际控制时间相应地缩短。因此控制时间可被看作高压区域中压力的特征参数。因而预给定的控制时间(给定控制时间)的上限或下限的超过是开关转换的标志，由此将引起：低压区域中燃料的输送量适配于高压区域中测定的数据。在此情况下控制时间是控制和/或调节装置中已知的工作参数及可容易地求值。由此开关阀的转换时刻可既容易且不用多少成本地被测定。然而高压区域中的压力也可通过传感器来测定及接着在控制和/或调节装置中与一个上限及下限相比较。
对此还补充地提出，开关阀的控制与泵转速或内燃机转速，输送压力和/或染料温度，例如燃料温度相关。这些工作参数的求值能使开关阀更精确地转换，由此可节省能量及燃料及减少排放。
附图说明
以下将借助附图来描述本发明的一个实施例。附图表示：
图1：一个根据本发明的燃料喷射系统的概图；
图2：图1中开关阀的概图；及
图3：根据本发明的方法的一个流程图。
具体实施方式
图1表示一个用于内燃机9的燃料系统8，设有燃料高压泵10。燃料系统8如还将描述的、被分为图1中左面所示的一个低压区域12及右面所示的一个高压区域14。一个设置在低压区域12中的输送泵16用输送压力将燃料由燃料储存容器18通过一个低压导管20泵入到燃料高压泵10的一个进入接管22中。在燃料在低压区域12中设有一个过滤器24及一个压力阻尼器26。压力阻尼器26阻尼燃料高压泵10中低压侧存在的压力波动及在高转速及凸轮转数时也能以高输送率供给。
燃料通过开关阀28及随后的一个进入阀30被抽吸到燃料高压泵10的一个工作室32中。就此而言开关阀28被设置在进入阀30的上游。它也可以被设置在燃料高压泵10的进入接管的上游。与开关阀28在流体上并联地设有一个通流节流器29。该通流节流器29可被设置在开关阀28的外面，或组合在该开关阀中。在后面将详细地描述开关阀28及通流节流器29。工作室32的容积取决于泵活塞34在泵缸36中的位置。当泵活塞34向下运动期间工作室32增大，由此抽吸燃料。当泵活塞34向上运动期间燃料燃料被压缩升压及通过排出阀38与属于高压区域14的排出接管40并通过一个高压导管42继续输送到一个轨44中。在轨44上连接着喷射阀46，这些喷射阀直接地将燃料喷射到内燃机9的燃烧室9中。
因为在常规工作中燃料高压泵10的输送量可大于由喷射阀46喷射的燃料量，故不需要的燃料量可由高压区域4通过一个压力调节阀或限压阀50再回送到低压区域12中。限压阀50例如可被构成单向阀。高压存储器44中的压力则基本上相应于限压阀50的打开压力。限压阀50通过一个高压导管52与高压区域14连接及通过一个低压导管54与低压区域12连接。尤其当使用单缸泵时在高压区域14中也形成压力波动，但其中也可使用多缸泵以产生较小量值的波动。该波动对压力调节功能产生副面影响。为了去耦合可在限压阀50的前面(上游)对液流设置一个节流器56，由此来阻尼限压阀50前面的压力波动。
泵活塞34通过一个凸轮58来驱动，该凸轮由内燃机驱动-例如通过凸轮轴或曲轴(未示出)来驱动。凸轮58也可为凸轮轴或曲轴的一部分。泵活塞34相对凸轮58通过一个密封件60进行密封。在泵活塞34与泵缸36之间的间隙中形成的活塞泄漏通过一个回流导管62导回低压区域12中。
控制单元64通过一个控制导线66控制开关阀28的开关功能。此外还通过控制导线68控制喷射阀46(在图1中为了简化仅表示出一根导线66)。内燃机9还包括：一个转速调节器70，它检测一个未示出的曲轴的转速；及一个温度传感器72，它检测内燃机的工作温度，例如汽缸头的温度或冷却水的温度。一个用于执行开关阀28的控制的计算机程序被存储在处于控制单元64中的存储器介质74上。
对于开关阀28及通流节流器的详细结构将借助图2来详细说明。在图左面表示开关阀28在关闭的开关位置“部分输送”中，在右面表示其在打开的开关位置“完全输送”中。
开关阀28主要包括一个使开关部件78移动的致动器76及一个弹簧件80。致动器76例如可被构成电磁铁或至少由电磁铁操作及在通电状态中抵抗弹簧件80地作功并将开关部件加载在关闭位置82中。打开位置用84表示。在关闭位置82-例如图1中也表示该位置-中，仍可有约由燃料高压泵10最大可输送体积流的10-20％在开关阀28的旁边通过通流节流器29经由进入阀30到达工作室32。
作为用于识别开关阀28转换的必要性的特性参数例如可使用由转速发送器70检测的内燃机9的转速，和/或由温度传感器72检测的冷却水或燃料的温度。如果每个输送行程要输送更多的燃料，例如在低转速及高负载时，则开关阀被转换到打开的开关位置84上。在额定负载及转速时相反地开关阀28被转换到关闭的开关位置82上，以致燃料仅还通过通流节流器29到达工作室32。
图3表示具有方法过程的一个流程图，尤其用于开关阀28的转换时刻的适配的方法。该方法以一个计算机程序来实施，该程序在控制单元64中运行。在询问步骤100中将确定：开关阀28是否工作在“部分输送”(开关位置82)中。如果是该情况，则在步骤110中检测燃料高压泵10中燃料量需要的上升，例如对喷射阀46的实际控制时间进行检测及求值，及对转速及温度检测及求值。在120中将询问：是否表征每个输送行程的当前输送需要的参数超过一个边界值。如果是该情况，则在步骤130中使开关阀28转换到“完全输送”(开关位置84)上。
如果在询问步骤100中确定出开关阀28已工作在“完全输送”(开关位置84)中，则在步骤140中检测燃料高压泵10中(每个输送行程)燃料量需要的减小。在步骤150中将询问是否表征每个输送行程的当前输送需要的参数低于一个边界值。如果是该情况，则在步骤160中使开关阀28关闭(开关位置82)。在转换后将在步骤170中使转换时刻存储到控制单元64中。
为了确定燃料高压泵10在开关阀处于关闭的开关位置82(部分输送)时是否输送足够的燃料，也可对实际功率或实际转矩或它们的变化曲线求值。如果确定出功率下降，及可基于适当的求值将该功率下降归结为不充分的燃料输送时，则可将其作为转换到完全输送(开关位置84)的转换判据来使用。

Claims (12)

1.用于直接喷射的内燃机(9)的燃料高压泵(10)，设有低压区域(12)及量控制装置，该量控制装置包括开关阀(28)，该开关阀设置在该燃料高压泵(10)的输送室(32)的上游及具有至少一个打开的第一开关位置(84)及一个关闭的第二开关位置(82)，其特征在于：与所述开关阀(28)在流体上并联地设有通流节流器(29)。
2.根据权利要求1的燃料高压泵(10)，其特征在于：这样地设计所述通流节流器(29)的节流作用，以致该通流节流器可实现最大体积流的约10-20％的体积流。
3.根据权利要求1或2的燃料高压泵(10)，其特征在于：所述通流节流器(29)设置在所述开关阀(28)外部。
4.根据以上权利要求中任一项的燃料高压泵(10)，其特征在于：所述开关阀(28)在未被操作的状态下为打开的。
5.根据以上权利要求中任一项的燃料高压泵，其特征在于：所述开关阀在未被操作的状态下为关闭的。
6.根据以上权利要求中任一项的燃料高压泵(10)，其特征在于：所述燃料高压泵包括压力调节阀(50)，该压力调节阀将所述燃料高压泵(10)的高压区域(14)与所述燃料高压泵(10)的低压区域(12)连接并由此能使所述高压区域(14)中的压力基本上保持恒定。
7.根据权利要求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，优选为单向阀。
8.用于根据以上权利要求中任一项的燃料高压泵(10)的工作的方法，其特征在于：所述开关阀(28)的控制与表征所述燃料高压泵(10)每行程所期望的输送功率的参数相关，该参数例如为检测所述高压区域中具有的压力的压力传感器的信号和/或至少一个喷射阀(46)的控制时间和/或所述内燃机(9)的转速和/或温度。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于：当表征所述燃料高压泵(10)每行程所期望的输送功率的所述参数经过一个边界值时，所述开关阀(28)由所述关闭的开关位置(82)转换到所述打开的开关位置(84)中。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于：所述开关阀(28)的控制与泵转速、预输送压力和/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：该控制和/或调节装置被编程以应用在根据权利要求8至10中任一项的方法中。
12.计算机程序，其特征在于：该计算机程序被编程以应用在根据权利要求8至10中任一项的方法中。
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