CN102996260A - 用于内燃机的燃料喷射系统、喷射燃料的方法以及内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统、喷射燃料的方法以及内燃机。燃料喷射系统包括燃料喷射器（4），该燃料喷射器包括用于控制燃料（2）到汽缸（3）的喷射的喷射器控制装置（41）。燃料喷射器（4）借助于高压管（5）流体连接到压力放大器（6）的出口（62），压力放大器具有用于接收在低入口压力（PL）下提供的燃料（2）的入口（61）并且将燃料（2）的低入口压力（PL）转化成在压力放大器（6）的出口（62）处提供的高出口压力（PH）。压力放大器（6）被连接到液压伺服油（7）并且由该液压伺服油驱动，液压伺服油在高于低入口压力（PL）并且低于高出口压力（PH）的中间压力（PI）下被提供。

Description

用于内燃机的燃料喷射系统、喷射燃料的方法以及内燃机

技术领域

本发明涉及用于将燃料喷射到往复式内燃机的汽缸中的燃料喷射系统、用于喷射燃料的方法以及内燃机，该内燃机尤其是二冲程大型柴油机。

背景技术

大型柴油机常常用作船用动力单元或者也用于定点作业，例如用于驱动大型发电机以产生电力。这里，通常发动机在相当长的一段时间内处于恒定运转，这对运转可靠性和可用性提出高要求。为此，对于操作员来说，维护之间的长间隔、低磨损度，尤其是燃料和工作材料的经济使用对于机器的运转来说是中心标准。因而，除了其它方面以外，改善发动机的运转特性，减少排放以及减少燃料消耗量始终是挑战性话题。

关于内燃机（例如大型二冲程柴油机）的运转状态，燃料仅在整个工作循环的窄的曲柄角度范围内被喷射。当然，对于其他类型的内燃机（例如对于四冲程内燃机）同样如此。燃料喷射必须被精确控制以具有恰当的喷射开始和恰当的持续时间，以便适当地控制例如动力、最大汽缸压力以及尤其是有害物质的排放。更严格的排放要求使对具有更精确控制的更灵活的燃料喷射系统的需要渐增。

当今，共轨式燃料喷射系统通常用在柴油机上。关于如图1a和图1b示例性示出的这种众所周知的燃料喷射系统1’，存在直接发动机驱动的高压燃料泵6’，从而将燃料2’输送到燃料共轨空间10’，即，所谓的共轨10’。燃料输送到轨10’通常通过基于来自共轨10’中的压力传感器的反馈使燃料进入到泵6’节流来控制。

请注意，本说明书中，带有引号的附图标记始终与现有技术中已知的示例有关，如图1a、图1b和图1c所示。引用根据本发明的实施方式的特征的附图标记，如分别由图2a和图2b示例性示出的，不带有引号。

燃料油泵6’通常与若干摆动柱塞一起工作，从而将燃料2’泵送到燃料油轨10’。泵6’具有辊子600’，该辊子跟随凸轮601’运动，从而给予柱塞摆动。当来自低压燃料系统的新燃料2’被填充到燃料泵室时，泵6’具有填充冲程（下行冲程），并且当燃料2’被压出到高压共轨10’时，泵6’具有输送冲程（上行冲程）。止回阀602’防止燃料2’在返回冲程期间（也就是说，在柱塞的填充冲程期间）从高压系统回流到低压系统。

对于不同的柱塞，输送通常不因喷射事件而被分阶段，但是高压共轨空间10’的尺寸确定成足够大以防止一定程度而不是足够程度的高压波动。因此，基于轨压反馈并且不基于当进入内燃机的不同汽缸3’的喷射事件发生时的反馈完全控制泵6’。进入汽缸本身的喷射由电子控制单元CU’控制，其中喷射控制单元CU’直接位于燃料轨10’处或喷射器4’本身中。

如从图1a或图1b分别可见的，燃料喷射器4’通常借助于高压管5’连接到共轨10’。燃料喷射的开始和结束通常由包括在喷射器4’内的螺线管控制。燃料2’在给定高压PH’下保存在轨空间10’中，其中燃料轨空间10’设计成具有相对大的燃料空间以便在喷射事件期间不具有太高的压降。将燃料2’的压力从低压PL’升高到高压PH’并且在高压PH’下将燃料2’输送到共轨10’的燃料泵6’的控制通常基于来自轨压力信号的反馈，以便将平均高压PH’保持在恰当的压力范围内。

将燃料2’喷射到汽缸3’中因此受喷射器控制单元CU’控制，其中，除由图1a呈现的以外，根据图1b的已知的喷射系统1’还包括空间喷射控制VIC’，从而允许与根据图1a的更简单的喷射系统1’相比更精确的燃料喷射定时和剂量。

然而，如由图1c可见，该图1c示出了以巴给出的共轨压力变化与以度给出的曲柄角’的相关性，如分别根据图1a或图1b的已知燃料喷射系统1’中所测的，在将燃料2’喷射到汽缸3’期间在共轨存储器10’中存在显著压降，这是因为泵6’的控制不能解决由于喷射事件造成的非常高频的压力变化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种改进的燃料喷射系统，其中与已知的现有技术系统相比，高压的变化被显著降低，并且同时，燃料喷射能被更精确地控制，从而能够实现减少的燃料消耗量并且显著减少有害物质的排放。

因此，本发明涉及用于将燃料喷射到往复式内燃机（尤其是二冲程大型柴油机）的汽缸中的燃料喷射系统。所述燃料喷射系统包括燃料喷射器，该燃料喷射器包括用于控制燃料到所述汽缸的喷射的喷射器控制装置。所述燃料喷射器借助于高压管流体地连接到压力放大器的出口，并且所述压力放大器具有用于接收在低入口压力下提供的燃料的入口并且将该低入口压力的燃料转化成在所述压力放大器的所述出口处提供的高出口压力。根据本发明，所述压力放大器被连接到在中间压力下提供的液压伺服油并且由该液压伺服油驱动，所述中间压力高于所述低入口压力并且低于所述高出口压力。

这意味着，根据本发明的共轨系统具有由液压伺服油驱动的智能控制压力放大器。所述压力放大器优选地以电子方式进行控制，使得它在所述喷射事件期间仅将燃料泵送到所述喷射器。所述压力放大器和相应的喷射器能例如同时被致动，从而导致在喷射开始时的小压降。关于另一实施方式，所述压力放大器恰好在喷射开始之前被致动，以便避免喷射开始时的压降。该设计和所述压力放大器的智能控制的优点在于，可以将所述压力放大器之后的燃料油轨减少到最小。也给予了以下可能性，根据与所述喷射事件的开始有关的致动所述压力放大器的时候，在所述喷射事件期间控制喷射压力。

而且，根据本发明的燃料喷射系统不会强制需要如现有技术已知的并且如由图1a或图1b分别示例性显示的大的高压共轨存储器。这是因为以下事实，根据本发明，高压燃料恰好并且仅在发生喷射的相对小的时间范围期间被提供。原则上，不需要高压燃料的相对大的贮存器的存储，从而导致非常简单构造的、便宜的且需要较少维护并运转更可靠的喷射系统。

但是当然，应理解的是，在特定实施方式中，用于高压燃料的共轨存储器可能存在于根据本发明的喷射系统中，以便进一步将高压燃料管线中的压降降低到绝对最小值。

如将在下面更详细说明的，还可存在一个以上压力放大器，从而供给如例如图2b所示的系统。在该情况下，压力放大器能制造得更小，因此便宜。在低发动机负荷下，例如，当需要较少燃料时，可以仅用一个压力放大器运转，并且在增大的发动机负荷下，更多的压力放大器能另外被接通以输送更多燃料。该系统的总效率由此将被增加，这是因为仅被需要输送到所述系统的燃料的量被压缩。不同压力放大器的致动能对所有放大器同时进行或对不同放大器在不同时间进行，以在喷射期间得到不同的压力增加率。不同的压力放大器可以是相同的或它们可以具有不同的设计，即，不同的尺寸或略微不同的压力放大比。这对不同的喷射率形状给予了更多自由度。

总结根据本发明的燃料喷射系统的优点，燃料喷射到所述内燃机的所述汽缸的恰当的开始和结束以及恰当的持续时间能被更精确地控制，使得例如动力的适当控制、最大汽缸压力的控制以及尤其是有害物质排放的控制和减少首先由本发明适当地确保。

关于根据本发明的燃料喷射系统的具体实施方式，所述液压伺服油在中间压力下在液压供给空间中被提供，该液压供给空间借助液压驱动管与所述压力放大器流体连接。

优选地，所述压力放大器包括用于将低入口压力转化成高出口压力的压力放大器活塞，其中，所述压力放大器实际上可包括用于致动和控制所述压力放大器活塞的液压控制装置。

为了获得最大的灵活性，可设置多个压力放大器，其中，所述液压供给空间优选地是液压共轨空间，最优选地被连接到所述燃料喷射系统中存在的所有的压力放大器，并且向所述燃料喷射系统中存在的所有压力放大器提供所述液压伺服油。

关于本发明的非常具体的实施方式，可在所述燃料喷射器和所述压力放大器的所述出口之间设置燃料共轨空间，以便将所述高压管中的压降减少到绝对最小值。

要理解的是，最优选地，所述喷射器控制装置和/或所述压力放大器能以电子方式进行控制，尤其是能独立地以电子方式进行控制，以便确保关于将燃料喷射到上所述内燃机的所述汽缸的最大灵活性。

此外，本发明涉及用于将燃料喷射到往复式内燃机的汽缸中的方法，所述往复式内燃机尤其是二冲程柴油机。所述燃料借助于包括燃料喷射器的燃料喷射系统被喷射到所述汽缸中，所述燃料喷射器包括用于控制燃料到所述汽缸的喷射的喷射器控制装置。因此，所述燃料喷射器借助于高压管被流体连接到压力放大器的出口，所述压力放大器具有用于接收在低入口压力下提供的燃料的入口，并且将燃料的低入口压力转化成高出口压力并且在所述压力放大器的所述出口处提供高出口压力。根据本发明，所述压力放大器被连接到液压伺服油并且由该液压伺服油驱动，所述液压伺服油在中间压力下被提供，其中所述中间压力被选择成高于所述低入口压力并且低于所述高出口压力。

关于根据本发明的方法的具体实施方式，所述低入口压力借助于压力放大器活塞被转化成所述高出口压力，其中所述压力放大器活塞优选地由液压控制装置致动和控制。

优选地，设置有多个压力放大器，其中尤其是设置有液压供给空间，并且该液压供给空间被设计为液压共轨空间，该液压共轨空间连接到所有压力放大器并且向所有压力放大器提供所述液压伺服油，所述所有压力放大器存在于用于实施本发明的方法的所述燃料喷射系统中。

关于根据本发明的方法的另一具体实施方式，该方法在实际中非常重要，所述喷射器控制装置和/或所述压力放大器能以电子方式进行控制，优选地能独立地以电子方式进行控制，其中所述压力放大器和所述燃料喷射器同时被致动和/或其中所述压力放大器在所述燃料喷射器起动之前被致动。

在多个压力放大器存在于所述燃料喷射系统中的情况下，在所述内燃机的低负荷运转状态下，所述燃料喷射系统的至少一个压力放大器可被停用，以便减少燃料消耗量。通过增大负荷和/或发动机转速，运转中的压力放大器的数量可分别被连续地增加。

另外，本发明涉及一种内燃机，尤其是二冲程大型柴油机，该柴油机包括如所述的和/或利用根据本发明的方法被操作的燃料喷射系统。

附图说明

将借助于示意性附图更严密地描述本发明，附图中：

图1a是现有技术中已知的燃料喷射系统的第一示例；

图1b是根据图1a的能够进行空间喷射控制的第二示例；

图1c是在根据图1a或图1b的已知的燃料喷射系统中测量的共轨压力变化；

图2a是根据本发明的燃料喷射系统的第一实施方式；

图2b是根据图2a的具有多个压力放大器的第二实施方式。

具体实施方式

图1a、图1b和图1c分别示出了现有技术中已知的示例，这些示例已经在上面很详细地讨论过了，因此不需要任何进一步的考虑。

关于图2a和图2b，显示了用于内燃机的燃料喷射系统1的两个具体实施方式，其中根据图2的燃料喷射系统1具有多个压力放大器6，为了清楚，仅示出了两个压力放大器6。

用于将燃料2喷射到往复式内燃机（在图2a和图2b的本示例中为船用二冲程大型柴油机）的汽缸3中的燃料喷射系统1包括燃料喷射器4，该燃料喷射器包括用于控制燃料2到汽缸3的喷射的喷射器控制装置41。燃料喷射器4借助于高压管5流体连接到压力放大器6的出口62。压力放大器6具有用于接收在低入口压力PL下提供的燃料2的入口61并且将燃料2的低入口压力PL增大到在压力放大器6的出口62处提供的高出口压力PH。因此，压力放大器6被连接到液压伺服油7并且由该液压伺服油驱动，该液压伺服油在高于低入口压力PL并且低于高出口压力PH的中间压力PI下被提供。

液压伺服油7在中间压力PI下在液压供给空间8、81中被提供，该液压供给空间借助于液压驱动管9流体连接到压力放大器6。

因此，压力放大器6包括用于以本身已知的方式将低入口压力PL转化成高出口压力PH的压力放大器活塞63。另外，压力放大器6包括用于致动和控制压力放大器活塞63的液压控制装置64，其中，控制装置64连接到液压供给空间8、81并且从该液压供给空间8、81被供给液压伺服油7。

关于图2b的具体实施方式，设置有多个压力放大器6，为了附图的清楚，仅示出了两个压力放大器6。根据图2a和图2b的液压供给空间8、81分别是液压共轨空间81，在根据图2b的实施方式中，该液压共轨空间被连接到燃料喷射系统1中存在的所有压力放大器6，因此，同时向燃料喷射系统1存在中的所有压力放大器6提供液压伺服油7。

在根据图2a和图2b的具体实施方式中，在燃料喷射器4和压力放大器6的出口62之间设置有燃料共轨空间10，但这不是强制性的。

要理解的是，喷射器控制装置41以及压力放大器6能以电子方式进行控制，优选地，能由在图2a或图2b中未明确示出了的电子控制装置进行独立的电子控制。

Claims (15)

1.一种用于将燃料（2）喷射到往复式内燃机的汽缸（3）中的燃料喷射系统，所述往复式内燃机尤其是二冲程大型柴油发动机，所述燃料喷射系统包括燃料喷射器（4），所述燃料喷射器包括用于控制所述燃料（2）到所述汽缸（3）的喷射的喷射器控制装置（41），其中，所述燃料喷射器（4）借助于高压管（5）流体连接到压力放大器（6）的出口（62），所述压力放大器（6）具有用于接收在低入口压力（PL）下提供的所述燃料（2）的入口（61）并且将所述燃料（2）的所述低入口压力（PL）转化成在所述压力放大器（6）的所述出口（62）处提供的高出口压力（PH），所述燃料喷射系统的特征在于，所述压力放大器（6）被连接到液压伺服油（7）并且由该液压伺服油驱动，所述液压伺服油在高于所述低入口压力（PL）并且低于所述高出口压力（PH）的中间压力（PI）下被提供。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其中，所述液压伺服油（7）在所述中间压力（PI）下在液压供给空间（8、81）中被提供，所述液压供给空间由液压驱动管（9）流体连接到所述压力放大器（6）。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射系统，其中，所述压力放大器（6）包括用于将所述低入口压力（PL）转化成所述高出口压力（PH）的压力放大器活塞（63）。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射系统，其中，所述压力放大器（6）包括用于致动和控制所述压力放大器活塞（63）的液压控制装置（64）。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射系统，其中，设置有多个压力放大器（6）。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射系统，其中，所述液压供给空间（8、81）是液压共轨空间（81），优选地，所述液压共轨空间连接到所述燃料喷射系统中存在的所有压力放大器（6）并且向所述燃料喷射系统中存在的所有压力放大器（6）提供所述液压伺服油（7）。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射系统，其中，在所述燃料喷射器（4）和所述压力放大器（6）的所述出口（62）之间设置有燃料共轨空间（10）。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射系统，其中，所述喷射器控制装置（41）和/或所述压力放大器（4）能以电子方式进行控制，优选地，能独立地以电子方式进行控制。

9.一种用于将燃料（2）喷射到往复式内燃机的汽缸（3）中的方法，所述往复式内燃机尤其是二冲程大型柴油发动机，其中，所述燃料（2）借助于燃料喷射系统（1）被喷射到所述汽缸（3）中，所述燃料喷射系统包括燃料喷射器（4），所述燃料喷射器包括用于控制所述燃料（2）到所述汽缸（3）的喷射的喷射器控制装置（41），并且所述燃料喷射器（4）借助于高压管（5）流体连接到压力放大器（6）的出口（62），所述压力放大器（6）具有用于接收在低入口压力（PL）下提供的所述燃料（2）的入口（61）并且将所述燃料（2）的所述低入口压力（PL）转化成高出口压力（PH），并且在所述压力放大器（6）的所述出口（62）处提供所述高出口压力（PH），所述方法的特征在于，所述压力放大器（6）被连接到液压伺服油（7）并且由该液压伺服油驱动，所述液压伺服油在中间压力（PI）下被提供，其中所述中间压力（PI）被选择成高于所述低入口压力（PL）并且低于所述高出口压力（PH）。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述低入口压力（PL）借助于压力放大器活塞（63）被转化成所述高出口压力（PH），所述压力放大器活塞（63）优选地由液压控制装置（64）致动和控制。

11.根据权利要求9或10中的任一项所述的方法，其中，设置有多个压力放大器（6）。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，设置有液压供给空间（8、81），并且，该液压供给空间被设计为液压共轨空间（81），所述液压共轨空间被连接到所述燃料喷射系统（1）中存在的所有压力放大器（6）并且向所有压力放大器提供所述液压伺服油（7）。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法，其中，所述喷射器控制装置（41）和/或所述压力放大器（6）能以电子方式进行控制，优选地，能独立地以电子方式进行控制，其中，所述压力放大器（6）和所述燃料喷射器（4）同时被致动和/或所述压力放大器（6）在所述燃料喷射器（4）起动之前被致动。

14.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其中，在低负荷运转状态下，所述燃料喷射系统（1）的至少一个压力放大器（6）被停用。

15.一种内燃机，尤其是二冲程大型柴油发动机，所述内燃机包括根据权利要求1至8中的任一项所述的燃料喷射系统（1）和/或利用根据权利要求9至14中的任一项所述的方法被操作。

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