CN102220926A - 当重启动带有停止-启动系统的内燃发动机时快速累积压力的燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有至少一个燃料喷射系统(1)的一种内燃发动机(5)，该内燃发动机包括停止-启动的系统，燃料喷射系统包括一个泵元件(2)，泵元件经由一个泵管路(4)朝向一个公共导轨(6)输送燃料，一个返回管路(7)被连接至至少一个公共导轨。在停止内燃发动机之后，为了能够尽可能迅速地重启动发动机，并且使得增加的启动压力可用，返回管路(7)包括控制元件系统(8、9)，当返回管路(7)中的压力达到第一预定压力限制时控制元件系统(8、9)将燃料压力释放至燃料箱(3)，控制元件系统(8、9)阻止燃料从所述返回管路(7)进一步流入所述燃料箱(3)，但允许燃料从燃料箱(3)流入返回管路(7)，以便返回管路(7)被用作为燃料压力累积器。

Description

当重启动带有停止-启动系统的内燃发动机时快速累积压力的燃料喷射系统

技术领域

本发明涉及具有至少一个燃料喷射系统的内燃发动机，该内燃发动机包括停止-启动系统，所述燃料喷射系统包括至少一个泵元件，该泵元件经由至少一个泵管路朝向至少一个公共导轨输送燃料，至少一个返回管路被连接至所述公共导轨。

背景技术

DE 195 47 877 A1涉及在内燃发动机中使用的燃料喷射系统的高压燃料累积器系统，在该系统中燃料经由高压泵被输送到至少一个中央主燃料累积器中，在此其被输送至电控喷射阀。在运行负载变化的情况下，在仅仅几个发动机旋转内，在高压累积器中必然可能产生显著的压力变化，例如DE 195 47 877 A1说明了额外的燃料通过高压泵可被输送至高压燃料累积器中。然后，高压泵将必须输送几乎两倍的燃料量，且也必须为此设计高压泵，使得对于整体运行的大部分时间，高压泵将是过尺寸的。为了缓解高压泵，特别是在负载变化方面，并且为了能够使用更小尺寸的高压泵，DE 195 47 877 A1提出一种被液压连接至主燃料累积器的辅助燃料累积器，被设置在燃料累积器之间的液压连接中的远程操作的电控阀。因此，在内燃发动机运行负载变化的情况下，燃料被从辅助燃料累积器输送至主燃料累积器，而不需要高压泵输送更多燃料。

DE 102 23 077 A1公开了带有直接燃料喷射的内燃发动机燃料喷射系统。该系统包括预供给泵和高压泵。预供给泵将燃料输送至高压泵，高压泵至少间接将燃料供给至一个或多于一个喷射器。压力累积器被提供在预供给泵和高压泵之间，预供给泵可根据压力累积器中存在的压力被循环操作。换言之，在压力累积器中存在限定的压力时，预供给泵被关闭。

DE 10 2004 017 729 A1公开了内燃发动机的一种燃料喷射系统，其包括低压区域和高压区域。在低压侧，通过在低压区域中借助燃料泵从燃料箱输送燃料并且经由供给管路将其供给至高压泵的吸入侧，燃料量与内燃发动机需求的量进行可控匹配。过量的燃料经由返回管路流回燃料箱。止回阀(不再以更多细节描述其功能)被设置在返回管路中。限制器连接被设置在返回管路和供给管路之间。

DE 30 44 254 A1涉及具有高压累积器的燃料喷射装置。所有喷射阀的压力缓解管路连接到它们的公共低压累积器中，返回管路分支在该低压累积器处分支，并且在该低压累积器中设定燃料压力水平并保持其与高压累积器中的压力的具体比率。缓冲累积器腔室被分配给在导阀下游某处的燃料路径。缓冲累积器腔室形成了补充的容积，其上施加了受限的弹性，并且其本身属于柔韧的设计并且通过带有弹性可变形壁的中空体限定。

现在内燃发动机被设计带有所谓的停止-启动系统，以便在机动车辆的短暂停止情况下关闭内燃发动机，由此在车辆静止时节省燃料。当希望继续行进时可使用适当的方法重启动内燃发动机。

停止-启动系统提供例如汽车和其他机动车辆在燃料消耗上的显著节省。

例如为了能够给公共导轨柴油发动机装备停止-启动系统，在短时间内向公共导轨提供充足压力是必要的，从而能够实施第一燃料喷射。因为在内燃发动机停止之后，高压系统中的压力由于泄漏而降低，在启动程序期间必须再次累积必需的压力。然后，在发动机完全或部分停止之后，必须尽可能迅速地启动发动机，以避免在例如不良道路条件下的不希望的延迟或者保证舒适的驾驶性能。

对于例如启动具有公共导轨系统的柴油发动机，在导轨系统中提供最小压力是必要的。该最小压力达到例如100巴-150巴，这个最小压力根据所使用的系统改变。因此，导轨压力是影响内燃发动机能启动的速度的因素之一。

在公共导轨系统高压区域中的压力一般在发动机停止和发动机已经熄火之后迅速地降低。在此压力的下降主要由喷射器、泵或甚至被安装的任何阀上的泄漏点引起。

多种装配形式自然是合理的。例如，可能的变化是：

a)喷射器的个数

b)公共导轨的个数(例如，两个公共导轨)

c)额外分支的导轨

d)额外的阀，例如用于压力控制等

为了重启动发动机，导轨系统中的压力必须被再次迅速升高到可能启动的水平。在当前知道的系统中，压力仅能够通过已经使用的高压泵来升高，高压泵一般通过发动机来驱动。由于多种原因(例如节省成本和能量效率)，使用最可能小的泵。这首先涉及整体的物理尺寸并且还涉及发动机每转产生的体积流动。

通过高压泵的压力累积关键依赖高压泵活塞腔室的体积效率、液体(柴油)的空气含量以及发动机和泵启动的启动压力。

发明内容

因此，本发明的目的是通过简单的方法来改进内燃发动机，特别是在背景技术中指明的发动机燃料喷射系统类型，以便导轨系统中的压力能够在内燃发动机停止之后容易地并且非常迅速地升高到足够高的启动压力。

该目的通过本发明的内燃发动机和燃料喷射系统来实现，其中返回管路包括控制元件系统，当在返回管路中达到标称的压力限制时，该控制元件系统首先将燃料压力释放至燃料箱，其次阻止由于燃料从返回管路流至燃料箱中导致的返回管路中的压力的进一步下降，以便返回管路被设计为燃料压力累积器。控制元件系统仍被有利地设计为允许燃料流从燃料箱流向并且流入返回管路中。

如果控制元件系统由两个止回阀形成，那么对于本发明的目的是有利的。然而，还可能由单独的、主动阀门形成控制元件系统。当内燃发动机处于其正常的运行阶段时，主动阀门能够降低由第二止回阀导致的损失。

在具有两个止回阀的控制元件系统的优选拓展实施例中，当在返回管路中达到标称压力限制时，两个止回阀的中第一个发挥将返回管路中的燃料压力释放到燃料箱的功能。两个止回阀的中第二个保证了在内燃发动机和机动车辆停止的一小段时间内没有进一步的燃料能从返回管路流到燃料箱中，并且由此保持返回管路中的燃料压力。

两个止回阀的中第一个在燃料流动方向上被适当地设置在返回管路中第二止回阀的下游。在一个优选的拓展实施例中，两个止回阀彼此相反安装。这意味着第一止回阀被定向为其优选的装有弹簧的关闭元件朝向返回管路，第二止回阀被定向为其优选的装有弹簧的关闭元件朝向燃料箱。第一止回阀的标称压力限制适当地是例如3巴，并且第二止回阀的打开压力尽可能低。

如果来自公共导轨的返回管路连接到泵元件或其吸入侧中，则对于本发明的目的是有利的，控制元件系统或者两个止回阀被设置在接合点的上游。两个止回阀被连接至燃料箱。

因此，返回管路实际上形成了燃料累积器或者燃料压力累积器，累积该器被直接连接至泵元件。在内燃发动机停止时，返回管路中的燃料压力被累积并且当内燃发动机重启动时返回管路中的燃料压力立即可用于泵元件。因此，内燃发动机停止时返回管路与控制元件系统的相互作用还具有压力累积器的双重功能，因此有利地作用为向泵元件供给必要的启动压力和必要的燃料量，以便能够迅速累积需要的导轨启动压力。这是由于泵元件上游的高压而实现的。

在特别有利的拓展实施例中，返回管路或其至少部分优选全部由弹性材料形成，更优选由橡胶管形成。由此，当内燃发动机重启动时，返回管路能够响应于其中累积的压力而弯曲，也就是说其能够在体积上膨胀并且能够将这种升高的压力和增加的燃料量输送至泵元件。

由本发明实现的额外燃料累积器无需额外部件的其他优点是明显的。鉴于发动机舱内可用的受限制的整体空间，这是显著的优点，因为返回管路除了其在内燃发动机正常运行中的输送回过量燃料的自身功能，其还发挥可膨胀的燃料压力累积器的(双重)功能，例如当内燃发动机在交通灯或者在例如交叉路口处停止时。

因此，上述问题至少部分能通过用于内燃发动机的燃料喷射系统解决，其包括燃料泵、公共燃料导轨、连至燃料泵和公共燃料导轨且被配置为向公共燃料导轨输送燃料的燃料泵管路以及连至公共燃料导轨和燃料箱的燃料返回管路。燃料返回管路包含控制系统，以当燃料返回管路中的压力值高于预定临界值时释放燃料压力，并且当燃料返回管路中的压力不高于预定临界值时防止燃料流入燃料箱，并且进一步被配置为允许燃料从燃料箱流入燃料返回管路。

附图说明

在从属权利要求和以下对单个附图的描述中公开了本发明进一步有利的拓展实施例，附图显示：

图1是燃料喷射系统的示意说明图。

图2示出根据本发明实施例的用于积聚燃料压力从而使发动机能快速重启动的方法200。

图3是描绘用于实施自动停止-启动的控制操作。

具体实施方式

图1显示了内燃发动机5的燃料喷射系统1的示意说明图，该系统包括至少一个泵元件2，其将燃料从至少一个燃料箱3中抽出并且经由至少一个泵管路4将其向至少一个公共燃料导轨6输送。提供了至少一个喷射器管路，其将泵出的燃料输送至至少一个喷射器。喷射器管路13将泵出的燃料供送至燃料喷射器14，以便为内燃发动机5的汽缸15中的燃烧供应燃料。

从公共燃料导轨6开始，返回燃料管路7将过量燃料向燃料箱3运送。返回管路7连接到泵元件2的吸入侧，泵元件2在所显示的示例性实施例中被实施为高压泵2。

返回管路7包括控制元件系统10，如以示例方式显示的，控制元件系统10包括两个止回阀8和9。在该示例实施例中，阀8、9包括两个并联的止回阀，其被配置为限制反向流动。第一止回阀8被设置在第二止回阀9的下游但在返回管路7连接到泵元件2的点的上游。两个止回阀8、9都被连接至燃料箱3。

第一止回阀8被设计为使得当返回管路7中达到或超过标称燃料压力限制时，可在燃料箱3中发生累积压力。第二止回阀9被设计为使得当内燃发动机5停止时，没有燃料能够从返回管路7中流出到燃料箱3中并且由此保持返回管路7中的燃料压力。控制元件系统10或第二止回阀9被设计为使得燃料能够通过位于燃料箱3中的第二低压燃料泵16从燃料箱3流向并流入返回管路7。

第一止回阀8在燃料返回管路7中沿着燃料流的方向被适当地布置的第二止回阀9的下游。如以示例方式显示的，两个止回阀8、9以彼此相反的方式被安装。这意味着第一止回阀8被定向为使其优选的装有弹簧的关闭元件11朝向返回管路7，第二止回阀9被定向为使其优选的装有弹簧的关闭元件12朝向燃料箱3。第一止回阀8的标称压力限制例如适当地具有三巴的限值，而第二止回阀9的压力限制或其打开压力更低。

在优选的拓展实施例中，返回管路7被实施为橡胶管，这样返回管路7优选为整体上柔韧或者可膨胀的设计。

内燃发动机5包括停止-启动系统。如果内燃发动机5和机动车辆例如在交通灯处短暂停止，则控制元件系统10或者第二止回阀9使连通至燃料箱3的返回管路关闭，以便具有其固有压力的燃料在返回管路7中累积。这意味着返回管路7在内燃发动机5停止或被停止时起到燃料压力累积器的作用。由于其设计，返回管路7的至少部分为橡胶管，所以返回管路7能够在累积的压力下膨胀并且因此不仅能够保持压力，并且由于体积的增加还能够在相对高压条件下存储对应量的燃料。由于返回管路7被延伸至泵元件2，并且连接到其吸入侧，所以被保持的压力和累积的燃料量可立即在内燃发动机5重启动时可用，结果需要的启动压力能够非常迅速地累积。

如果来自公共燃料导轨6的燃料返回管路7连接至高压泵2或连接到其吸入侧内，控制元件系统10设置在该接头的上游，则是有利的。两个止回阀8、9连接只奥箱3。

但是，控制元件系统由单个动态阀(active valve)形成也是可能的。动态阀可被配置为允许燃料当在第一位置时允许燃料从燃料箱进入燃料返回管路返回管路，并且当在第二位置时将来自燃料返回管路的燃料压力释放至燃料箱。当内燃发动机处于其正常运行阶段时，动态阀能够减少来自第二止回阀的损失。

在优选的发展实施例中，燃料返回管路7由挠性材料构成(比燃料泵管路更挠性)，以使得返回管路7优选为整体韧性或可膨胀的设计。例如，在一个实施例中，燃料返回管路7整体由橡胶软管构成。在另一实施例中，燃料返回管路部分由诸如橡胶软管的挠性材料构成。另一方面，燃料返回管路4优选由刚性材料(比燃料返回管路的挠性材料更刚性)构成，从而防止在燃料泵管路4中的燃料积聚并且将来自高压燃料泵2的压力传递至公共燃料导轨6。

燃料喷射系统1是示例车辆系统100的一部分。在图1所示的示例车辆系统100中，车辆系统的驱动力可由发动机5产生，启动力由连至发动机5的起动机/发生器17的电机提供。从发动机5传递至驱动轮21(例如，前轮)的驱动力经由转矩变换器系统18、变速器系统19和差动传动系统20提供。起动机/发生器17可由电池(未示出)供应电力。

发动机控制设备22用于控制发动机5的运行。车辆系统100的发动机控制设备22可包括发动机控制器23。发动机控制器23可连至各种传感器并且可被配置为接收来自各种传感器的各种传感器信号。该传感器可包括车辆速度传感器、节流阀打开程度传感器、发动机转速传感器、燃料导轨温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器和各种压力传感器。发动机控制设备22也可连至车辆系统的各种致动器，且可进一步被配置为控制各种致动器的运行，包括燃料喷射器14和燃料泵2和16。

发动机控制设备22可进一步被配置为在驾驶员没有请求关闭发动机的所选状况期间自动停止发动机运行，例如怠速状况。发动机控制设备22可接收来自各种传感器的输入，例如车辆速度传感器和车辆刹车传感器，并确定已经达到自动停止的条件。如果内燃发动机5和机动车辆暂时停止，例如在红绿灯下，发动机控制设备22可启动发动机5的自动停止，并且燃料泵2、16可停用。结果，燃料没有经由高压泵从燃料返回管路被泵出，代之，具有固有压力的燃料被积聚在燃料返回管路7中。这意味着当内燃发动机5停止或被停止时，燃料返回管路7作为燃料压力积聚器起作用。由于诸如橡胶软管的挠性材料的成分(至少其部分)，燃料返回管路7在积聚的压力下能够膨胀，并且因此不是只能保持压力，但是由于体积的增加也能在相对高压下储存相应的燃料量。

在自动停止之后，发动机控制设备22可接收来自各种传感器的输入并确定已经达到自动停止的条件。然后发动机控制设备22可例如通过致动起动机/发生器17来开始自动停止。由于燃料返回管路7连至高压燃料泵2，并且连接至其吸入侧，当重启动内燃发动机5时，发动机中止期间被保持的压力和积聚的燃料量立即可用，其结果是能够非常迅速地累积所需启动压力。

因此燃料返回管路实际上形成燃料积聚器，或燃料压力积聚器，其被直接连至高压燃料泵。当内燃发动机被停止时，燃料返回管路中的燃料中存在的压力被积聚并且当内燃发动机被重启动时立即可用于燃料泵。停止内燃发动机时控制元件系统与燃料返回管路的交互作用也具有作为压力积聚器的双重功能，因此有利地以必需启动压力和必需燃料量供应燃料泵，从而能够快速累积所需的公共燃料导轨启动压力。由于燃料泵上游的高压，这可以实现。

在特别有利的发展实施例中，燃料返回管路或至少其部分优选整体由弹性材料形成，更优选由橡胶软管形成。因此燃料返回管路能响应于其中积聚的压力而屈服，也就是说其能体积能够膨胀，并且在重启动内燃发动机时能将该增加的压力和增加的燃料量运送至燃料泵。

转向描绘了流程图的图2，其示出根据本发明实施例的用于积聚燃料压力从而使发动机能快速重启动的方法200。在201，方法200包含确定发动机是否正在运行。如果发动机没有正在运行，则该方法进行至205。如果是，则在202燃料被从高压燃料泵经由燃料泵管路运送至公共燃料导轨，从而提供用于运行发动机的燃料。在203，来自燃料导轨的过量燃料被经由燃料返回管路运送至燃料泵或燃料箱。如果燃料返回管路中的压力低于预定临界值，则燃料被运送至燃料泵，并且如果燃料返回管路中的压力高于临界值，则燃料被释放至燃料箱。方法200在204包含确定发动机是否已经停止。如果发动机还没有停止，则方法可返回至202从而继续提供燃料至发动机。如果确定发动机已经停止，例如发动机控制设备由于机动车辆在红绿灯下停止而已经开始自动停止，燃料返回管路中的压力积聚在205处被使能。结果，在即中止运行期间，燃料返回管路可在206处膨胀从而积聚过量燃料。在207处，方法200包括确定是否已经再请求发动机重启动(比如去除制动压力)，例如通过发动机控制设备接收到驾驶员希望驾驶的信号。如果没有，方法200返回至205并继续使压力在燃料返回管路中积聚。如果是，则在208处，被积聚的燃料和燃料压力被运送至高压燃料泵，在此处被积聚的压力能够用于使发动机能快速重启动。

图3是描绘用于实施自动停止-启动的控制操作。程序300可包括在301确定已经满足自动停止条件。自动停止条件例如可包括：发动机正在运行(例如，进行燃烧)，车辆速度低于临界值和驾驶员请求的转矩被估算为小于预定临界值。如果自动停止条件在301未被满足，则程序可结束。如果自动停止条件被满足，则程序300可在302开始自动停止程序，包括在303关闭燃料泵，这可导致燃料在燃料返回管路中积聚。在304，程序300确定是否已经满足自动启动条件。自动启动条件例如可包括：证实发动机当前处于怠速停止状态，驾驶员请求的转矩被估算为高于预定临界值。如果确定没有满足自动启动条件，则程序300继续监测是否已经满足自动启动条件。如果已经满足自动启动条件，则在305开始自动启动程序，其包括：在306致动燃料泵，允许自动停止期间积聚的燃料用于自动启动。

Claims (20)

1.一种具有至少一个燃料喷射系统(1)的内燃发动机，该内燃发动机包括停止-启动系统，所述燃料喷射系统(1)包括至少一个泵元件(2)，所述泵元件(2)经由至少一个泵管路(4)朝向至少一个公共导轨(6)输送燃料，至少一个返回管路(7)被连接到所述至少一个公共导轨(6)，其中

所述返回管路(7)包括控制元件系统(10；8、9)，首先当所述返回管路(7)中的压力达到预定压力限制时，所述控制元件系统(10；8、9)将燃料压力释放至燃料箱(3)，其次所述控制元件系统(10；8、9)阻止燃料从所述返回管路(7)进一步流入所述燃料箱(3)，但允许燃料从所述燃料箱(3)流入所述返回管路(7)，以使所述返回管路(7)被用为燃料压力累积器。

2.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述控制元件系统(10)包括两个止回阀(8、9)。

3.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其中，第一止回阀(8)被设置在第二止回阀(9)的下游。

4.如以上权利要求中的一项所述的内燃发动机，其中，所述返回管路(7)连接到所述泵元件(2)中，所述控制元件系统(10；8、9)被设置在所述返回管路(7)进入的点的上游。

5.如以上权利要求中的一项所述的内燃发动机，其中，所述控制元件系统(10；8、9)被连接至所述燃料箱(3)并被连接至所述返回管路(7)。

6.如以上权利要求中的一项所述的内燃发动机，其中，所述返回管路(7)的至少部分具有柔韧的设计。

7.如以上权利要求中的一项所述的内燃发动机，其中，所述返回管路(7)整体上具有柔韧的设计和/或被实施为橡胶管。

8.一种燃料喷射系统，其包含：

燃料泵；

连至所述燃料泵并且连至公共燃料导轨的燃料泵管路；以及

连至所述公共燃料导轨和所述燃料泵的燃料返回管路，所述燃料返回管路经由多个并联的阀与燃料箱流体连通，所述燃料返回管路由比所述燃料泵管路更挠性的挠性材料构成。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述燃料泵管路由比所述燃料返回管路的挠性材料更刚性的刚性材料构成。

10.据权利要求8所述的系统，其中所述挠性材料是橡胶。

11.据权利要求8所述的系统，其中所述燃料返回管路经由限制反向流动的并联的两个止回阀被流体连接至所述燃料箱。

12.据权利要求11所述的系统，其中所述两个止回阀进一步包括第一止回阀和第二止回阀，所述第一止回阀被配置为当所述返回管路中的压力值大于预定临界值时将燃料压力从所述燃料返回管路释放至所述燃料箱，并且所述第二止回阀被配置为允许燃料从所述燃料箱进入所述燃料返回管路。

13.据权利要求12所述的系统，其中所述预定临界值是3巴。

14.据权利要求8所述的系统，其中所述燃料管路经由动态阀连至所述燃料箱，所述动态阀被配置为当处于第一位置时允许燃料从所述燃料箱进入所述燃料返回管路，并且当处于第二位置时将燃料压力从所述燃料返回管路释放至所述燃料箱。

15.一种用于快速重启动内燃发动机的方法，包含：

在发动机运行期间，将燃料从第一高压燃料泵经由燃料泵管路运送至公共燃料导轨，所述公共燃料导轨给燃料喷射器供送燃料；

将过量燃料从所述公共燃料导轨经由燃料返回管路运送至燃料箱和/或所述高压燃料泵；

在发动机中止以后，使燃料压力能积聚在所述燃料返回管路中，所述燃料返回管路由比所述公共燃料导轨和所述燃料泵管路更挠性的材料构成，所述燃料返回管路膨胀从而在发动机停止运行中或整个期间积聚过量燃料；

在所述发动机中止后紧接下来的随后重启动期间，将积聚的燃料压力从所述燃料返回管路运送至所述高压燃料泵。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述燃料返回管路还包含控制元件系统，所述控制元件系统流体连接至所述燃料箱，并且被配置为当所述返回管路中的压力值大于预定临界值时将燃料压力从所述燃料返回管路释放至所述燃料箱，并且被进一步配置为允许燃料从所述燃料箱进入所述燃料返回管路。

17.据权利要求16所述的方法，其中所述控制元件系统包括两个止回阀。

18.据权利要求16所述的方法，其中所述控制元件系统包括一个动态阀。

19.据权利要求15所述的方法，其中在驾驶员不请求发动机关闭的情况下实施所述发动机中止。

20.根据权利要求15所述的方法，其中在发动机运行期间被供应至所述高压燃料泵的所述燃料从位于所述燃料箱内的第二低压燃料泵经由所述燃料返回管路被供应至所述高压燃料泵。

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