CN103261693B - 具有旋转泵的内燃机燃料输送系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种内燃机的燃料输送系统（16），具有一旋转泵（22），所述旋转泵将燃料从低压区域（17）泵送到高压区域（25）中，其中，所述旋转泵（22）具有至少一个低压侧的进入区段（42）和至少一个高压侧的排出区段（44、46），所述燃料输送系统还具有一能控制的且布置在低压侧进入区段（42）与低压区域（17）之间的、用于控制所输送的燃料流的阀装置（32），其中，所述旋转泵（22）包括至少两个沿转动方向看前后相继的且相互分开的排出区段（44、46），并且其中，至少一个沿转动方向看前面的排出区段（44）能够液压地接通或断开。

Description

具有旋转泵的内燃机燃料输送系统

技术领域

本发明涉及一种燃料输送系统。

背景技术

市场上已公知内燃机、例如汽油发动机的燃料系统，它们利用燃料的直接喷射装置工作，其中，需要例如200bar的喷射压力。所需的燃料压力与内燃机的运行状态相关地经常例如在40bar至200bar的范围内调节。

对此已知，为了产生所需的燃料压力而使用柱塞泵，它机械式地由内燃机驱动。获知压力的高压传感器和控制燃料量的流量控制阀可以用于调节压力。这在内燃机的控制和/或调节装置(“控制器”)的共同作用下进行。与分别由高压传感器获知的燃料压力相关地进行气缸各自的喷射阀的操控。

此外可行的是，不使用高压传感器地机械式调节燃料压力。这由结合机械式工作的喷射系统的现有技术已知。

典型地用于产生高压的、经阀门控制的柱塞泵是相对费事地制造的。此外，单柱塞泵经常在高压侧和低压侧上产生高的压力脉动。

燃料输送的替换的可能性是使用旋转泵，它们与柱塞泵相比产生相对小的压力脉动。为了在启动内燃机时产生所需的、用于压力建立和用于喷射的燃料量，必需经常超大尺寸地实施这些泵。在较高转速情况下太多输送的燃料被引回到燃料输送系统的低压区域中。

此外已知，借助偏心性的经压力控制的变化来符合需求地控制叶片泵，从而使得可以至少减少引回到低压区域中的燃料量。

但是，许多在柱塞泵情况下应用的、用于需求调节的较简单的方法在旋转泵情况下失效，因为它们在原理上是经强制控制的。在旋转泵情况下更少地由一对应的压力确定进入量和排出量，而是基本上与旋转泵的所谓的“控制肾”、即进入区段和排出区段的几何形状相关。

例如EP1927754A1是来自该专业领域的专利公开文献。

发明内容

按照本发明，提出了一种内燃机的燃料输送系统，具有一旋转泵，所述旋转泵将燃料从低压区域泵送到高压区域中，其中，所述旋转泵具有至少一个低压侧的进入区段和至少一个高压侧的排出区段，所述燃料输送系统还具有一能控制的且布置在低压侧进入区段与低压区域之间的、用于控制所输送的燃料流的阀装置，其中，所述旋转泵包括至少两个沿转动方向看前后相继的且相互分开的排出区段；至少一个沿转动方向看前面的排出区段能够液压地接通或断开及在所述进入区段与沿转动方向看后面的排出区段之间布置有弹簧加载的第二止回阀，所述第二止回阀向着所述后面的排出区段截止。

本发明提出的问题通过如上述技术方案中所述的燃料输送系统来解决。有利的改进方案在下述说明中记载。对于本发明重要的特征此外在下面的描述和附图中给出，其中，所述特征不仅单独地而且在不同的组合中可以对于本发明是重要的，而无需对此再次清楚地指出。

按照本发明的燃料输送系统具有如下优点：可以借助一抽吸节流式的旋转泵至少区段地和/或分步地以符合需求的方式控制高燃料压力的产生，其中，可以减小所述抽吸节流式的旋转泵的运行噪声和压力脉动。因此可以相应于当时的需求以简单的方式节流输送功率。此外可以成本低廉地制造按照本发明的燃料输送系统。

由如下的考虑出发，即，一般超大尺寸设计旋转泵，以便在内燃机低转速情况下也产生足够的燃料压力。在此，本发明利用：与内燃机的转速和/或运行状态相关地，没有在必需的输送功率的整个范围上的无级调节地可以进行燃料输送。例如，在内燃机启动或冷启动进行之后分级地限制旋转泵的有效排流体积就可能已经足够了。在此，至少间接根据抽吸节流来发生排流体积的限制。

按照本发明设置：所述抽吸节流式的旋转泵包括至少两个沿转动方向看彼此相继的且相互分开的排出区段，其中，至少一个沿转动方向看前面的排出区段可以与抽吸节流的程度相关地液压地接通或断开。由此，与对应的燃料需求相关地而可行的是，在旋转泵的尽管抽吸节流仍有利的和柔和的运行行为的情况下，借助相对简单的开关阀来影响旋转泵的输送功率。

在燃料输送系统的一设计方案中，在一方面前面的排出区段和另一方面沿转动方向看后面的排出区段及高压区域之间布置有第一止回阀，该第一止回阀向着所述前面的排出区段截止。由此，原则上能够通过两个排出区段输送燃料。但是，如果进入侧的阀装置是激活的，那么旋转泵因此抽吸节流式地工作，前面的排出区段中的压力保持很低并且所述前面的排出区段因此与高压区域(并且也与后面的排出区段)分开。由此得到一简单且成本低廉的调节。此外也能够设置有多于两个的排出区段，它们与具体的实施方式相关地要么直接要么分别通过另一止回阀与高压区域液压连接或者可以与所述高压区域分开。由此还可以更细分级地调节或限制旋转泵的有效排流体积。

如果所述旋转泵是一行星转子泵，则可以成本低廉地制造所述燃料输送系统。在技术方面，行星转子泵也是特别适合于按照本发明的应用。

此外设置：所述可控制的阀装置电地或机械式/液压式地被操控。在电控制的情况下，所述阀可以例如由内燃机的控制和/或调节装置来控制，由此可以特别好地监控旋转泵的运行或者说产生的燃料压力的高度。在机械式/液压式控制的情况下，所述阀装置例如可以由在高压区域中作用的压力来控制，从而使得仅仅由局部存在的参数能够调节燃料压力。

所述燃料输送系统的另一设计方案设置：所述排出区段这样设计尺寸和布置，使得在完全输送情况下每个排出区段输送整个排流体积的大约一半。所述前面的排出区段(进而旋转泵的完全驱动功率)则只在启动期间被用于快速地建立和保持油轨压力(Raildrucks)。在具有最多相应于启动燃料需求一半的燃料需求的正常运行期间，第一止回阀与之相反保持关闭，因为基于所述抽吸节流实现了这些排流室通常最多填充至一半。如果被这样强烈地抽吸节流，使得排流室填充得少于一半(或者例如根本不填充)，那么满负荷量被最大程度地消耗并且回流量(进而压力脉动)也明显减小。在此包括可能的泄漏。尺寸设计通过(在这种情况下两个)排出区段的各个的几何形状来进行，这些排出区段也称为“压力肾”。自行地通过第一止回阀，根据在前面的和后面的排出区段之间作用的压力差来进行所述接通或断开，所述压力差又依赖于所述抽吸节流的程度(Umfang)。显然，所述排出区段也可以具有任意的不同于“肾形”或“镰刀形”的其它几何形状。

替换地设置：所述排出区段这样设计尺寸和布置，使得在完全输送情况下通过前面的排出区段输送整个排流体积的大致百分之75。由此，所述旋转泵尤其在少或无燃料输送的运行状态(例如惯性工况)情况下具有特别小的损失功率。因此，从旋转泵只须将很少热量排出到环境。在一上部的部分负荷范围中或者在完全负荷情况下或者在启动内燃机时建立压力时，如果输送最大燃料量的话，那么可能发生增强的回流。在此产生的损失功率可以作为较高燃料输送量的结果被充分地排出，产生的脉动可以被容忍或平衡，并且泵噪声通过较高的内燃机运行噪声被覆盖。

所述燃料输送系统的另一设计方案设置：所述前面的排出区段的横截面大致具有旋转泵的一个排流室的大小。这可以尤其在所述旋转泵具有相对少数量的排流室时是有利的。所述前面的排流区段在此以如下方式构造，即，基本上仅一个排流室可以在同一时间通过所述第一止回阀输送。由此可以至少区域地相应于分别待输送的燃料量无级地调节旋转泵的输送功率。

在另一设计方案中设置：所述可控制的阀装置布置在进入区段与前面的排出区段之间。在此，所述可控制的阀装置承担流量控制阀的任务。另一方面可以补充地在前面的与后面的排出区段之间布置有所述第一止回阀，它可以向着前面的排出区段截止。利用该布置来提供一受控制的液压旁路，它可以与需求相关地回引一部分由前面的排出区段输送的燃料量到进入区段中。在此，可以连续地、分级地或者优选切换式(schaltend)地改变流量控制阀的通流横截面。

对于上述的燃料输送系统的设计方案补充地设置：在进入区段与沿转动方向看后面的排出区段之间布置有弹簧加载的第二止回阀，它向着后面的排出区段截止。第二止回阀的任务是，在内燃机和/或旋转泵的可能的静止状态中执行一上压力限制，如果例如燃料由于变热而膨胀的话。此外，通过第二止回阀可以使可能太多输送的燃料量被输送回到进入区段中。为此，第二止回阀具有相对高的触发压力。

此外，在这方面建议：所述可控制的阀装置以如下方式具有一滞后作用，即，打开压力大于、优选大约两倍于关闭压力。由此来保证，只有当真正需要最大输送量用于保持油轨压力时，才提供所述最大输送量。

附图说明

下面借助附图详细解释本发明的示例性实施方式。在附图中示出：

图1内燃机的燃料系统和布置在其中的燃料输送系统的简化示意图；

图2图1的燃料输送系统的第一实施方式；

图3燃料输送系统的另一实施方式；以及

图4燃料输送系统的另一实施方式。

对于所有附图中的功能等同的元件和参数，也在不同的实施方式中使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出在这里未示出的内燃机的燃料系统10的极其简化的示意图。在附图中从左向右，燃料油箱12通过低压管道14与燃料输送系统16连接。燃料输送系统16的上游的区域相应于低压区域17。此外，高压储存器20(“共轨”)通过高压管道18联接到燃料输送系统16上。燃料输送系统16包括旋转泵22，所述旋转泵可以由内燃机的控制和/或调节装置24控制。燃料输送系统16的下游的区域相应于高压区域25。

在运行中，旋转泵22从燃料油箱12输送燃料到高压储存器20中。由该高压储存器出发可以借助喷射阀将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。

图2示出燃料输送系统16和高压储存器20的第一实施方式。当前，燃料输送系统16包括基本在附图中间区域中示出的旋转泵22、向着高压储存器20的第一止回阀28、向着低压区域17的第二止回阀30和可控制的阀装置32，该阀装置可以通过电磁体33控制。旋转泵22当前实施为行星转子泵，它具有径向对称的外壳体区段26、布置在轮毂34上的内齿轮36和八个在壳体区段26中沿径向对称地布置在(未示出的)圆上的行星齿轮38。内齿轮36具有七个齿37以及一个环绕的细齿部(没有附图标记)。行星齿轮38具有与其互补的细齿部。

转动箭头39表示轮毂34在运行中的转动方向。沿径向在内齿轮36与壳体区段26之间或在行星齿轮38之间分别以不同的大小和几何形状形成只部分地通过它们的附图标记能识别的排流室40，这些排流室的容积随着内齿轮的转动运动首先增加然后再减小。在附图中的上部区域中，旋转泵22具有进入区段42(“进入肾”)以及在下部区域中具有沿转动方向前面的排出区段44和后面的排出区段46(“排出肾”)。进入区段42和排出区段44和46至少部分地覆盖排流室40并且相应地与排流室40流体连接。

在图2的附图中示出的进入区段42以及前面的排出区段44和后面的排出区段46的横截面分别具有大致肾形的或者镰刀形的几何形状。在此，肾或镰刀与转动运动大致相切地取向。

进入区段42的肾大致在圆周的三分之一上延伸并且沿转动方向持续地加宽到初始宽度的百分之200左右。前面的排出区段44的肾大致在圆周的八分之一上延伸并且沿转动方向突变地加宽到初始宽度的百分之200左右。后面的排出区段46的肾大致在圆周的十六分之一上延伸并且沿转动方向持续地变窄到出口宽度的百分之50左右。

第一止回阀28通过流体管道48与前面的排出区段44，并且通过流体管道50与后面的排出区段46和与燃料储存器20液压式地这样连接：使得第一止回阀28可以向着前面的排出区段44截止。第二止回阀30通过流体管道52与进入区段42和可控制的阀装置32的出口并且通过流体管道54与后面的排出区段46液压式地这样连接：使得第二止回阀30可以向着后面的排出区段46截止。此外，可控制的阀装置32布置在低压管道14与流体管道52之间。

在运行中，内齿轮36在转动箭头39方向上相对于布置行星齿轮38的圆以偏心方式转动。内齿轮36的七个齿37借助细齿部与八个行星齿轮38啮合，其中，内齿轮36的啮合或转动或者轮毂34的偏心性通过一种“浸入的”悬浮(Schwebung)来表征。齿37到行星齿轮38的中间空间里面的浸入运动分别依次地进行并因此与时间和位置相关。

行星齿轮38在壳体区段26的从属空隙中转动，其中，空隙分别具有圆扇段的形状。当前，确定所述圆扇段的扇段高度大于圆半径。空隙的开口沿径向向内指向内齿轮36。

通过内齿轮36的转动运动使排流室40连续地沿转动方向推移，其中，排流室40在进入区段42范围内持续地首先变大并且然后在排出区段44和46的范围内再变小。由此可以对应于进入区段42、前面的排出区段44和后面的排出区段46的横截面输送燃料。在此，燃料由旋转泵22通过进入区段42抽吸，沿转动方向输送，并且根据阀装置32的状态的不同通过两个排出区段44和46或者只通过后面的排出区段46给向高压储存器20。

第二止回阀30可以限制在后面的排出区段46中作用的燃料压力并且具有相应高的触发压力。由此，在燃料系统10中故障的情况下或者在内燃机停止时燃料压力可能提高的情况下(燃料变热)，可以使多余的燃料被导回进入区段42。由此，第二止回阀30具有限压阀的功能。

由旋转泵22待输送的燃料量可以通过可控制的阀装置32来计量。获得所谓的“抽吸节流”，其中，借助电磁体33而与高压储存器20中作用的燃料压力相关地由控制和/或调节装置24来控制可控制的阀装置32。为此，在高压储存器20上尤其设置有压力传感器(未示出)。由此可以使燃料压力例如持续地适配于内燃机的实际运行状态并由此进行调节。

替换地，可控制的阀装置32可以液压式地或机械式地通过高压储存器20的燃料压力来控制，并由此使燃料压力被调节到通常固定的值。可选地，这可以借助于附加的“压力控制功能”实施。但是，这在图2的附图中未示出。

当前，这样设计前面的排出区段44和后面的排出区段46的横截面尺寸：使得在所谓的燃料输送系统16的“完全输送”的情况下，每个排出区段44和46大约输送一半的排流体积。在完全输送时(阀装置32因此完全且总是打开)，排流室40通过进入区段完全以燃料填充。在排流室40变小时，燃料首先通过前面的排出区段44和打开的止回阀28并且然后通过后面的排出区段46被压入燃料储存器20中。例如，在内燃机启动时为了燃料储存器20中的快速压力建立发生这样的完全输送。

在部分输送时操控阀装置32并由此只允许排流室40以例如50％左右的液体燃料填充。因此在结束填充过程时，在排流室中作用一相对低的压力，从而使得该排流室以燃料和燃料蒸汽填充。如果这样的排流室40现在到达前面的排出区段44的区域中，则尽管排流室40的在此期间容积变小，在该排流室中作用的压力也不足以使止回阀28打开。进一步的容积变小提供了这样的压力，使得燃料可以通过后面的排出区段46被按压到燃料储存器20中。如果比完全输送的一半量更少地进行输送，则最多从旋转泵22排出对应于完全输送的热功率，并且同样地，通过第二止回阀30返回到进入区段42中的燃料量保持相对很少。由此也可以明显地减小燃料压力的脉动。

前面的排出区段44和后面的排出区段46的横截面的替换尺寸设计设置如下：在旋转泵22的完全输送的情况下，前面的排出区段44输送排流体积的大致百分之75。这例如可以是一适当的尺寸设计，如果为了启动内燃机而需要比在正常运行中多得多的燃料的话。

可以看出，因此这样实施排出区段44和46：使得前面的排出区段44的横截面大致具有排流室40的大小。由此可以使燃料的压力脉动保持较小。如果一部分填充的排流室40与排出区段44或46中的一个排出区段连接，而这个排出区段与沿转动方向超前的且已经输送的排流室40连接的话，则通常可能产生压力脉动。

图3示出燃料输送系统16的另一实施方式，又补充有高压储存器20。基本结构和一些基本功能相应于图2的所述装置的那些结构和功能，从而使得下面只描述关于另外布置的可控制的阀装置32的不同之处。

在图3的燃料输送系统16中，前面的排出区段44通过流体管道56，可控制的阀装置32和流体管道58与进入区段42液压式连接。与可控制的阀装置32的状态以及对应的液压压力相关地可以使燃料从前面的排出区段44流回到进入区段42。此外，低压管道14通过流体管道52直接与进入区段42液压式连接。

此外，图3的可控制的阀装置32以如下方式具有一滞后作用，即，打开压力明显大于关闭压力。当前，打开压力两倍于关闭压力。因此，当超过打开压力时，可控制的阀装置32打开，并且当低于关闭压力时，该可控制的阀装置关闭。所述打开和关闭压力例如可以在燃料储存器20中接收，即可以是油轨压力。如果例如在超过打开压力以后可控制的阀装置32打开，则当燃料压力紧接着只相对微少下降时，只要不低于关闭压力，则阀装置也还此外保持打开。相应地，在低于关闭压力的情况下相反。

在图3中，第二止回阀30的任务比图2扩展。第二止回阀30在图3的燃料输送系统16中不只用作限压阀，例如对于故障情况，而且也可以使太多输送的燃料量从后面的排出区段46输送回到进入区段42中。作为通过可控制的阀装置32实现的调节结果，通过第二止回阀30流动的燃料量一般相对较小。

在内燃机冷启动时，可控制的阀装置32首先截止。旋转泵22输送燃料到高压储存器20中并且在那里连续地建立燃料压力。只要在高压储存器20中的燃料压力还这样小，使得第一止回阀28可以打开，前面的排出区段44和后面的排出区段46就输送燃料到高压储存器20中。旋转泵22的输送功率因此是最大的。

在冷起动进行之后，可控制的阀装置32借助电磁体32打开，从而使得燃料可以从前面的排出区段44向着进入区段42流动。由此实现内燃机或燃料输送系统16的正常运行情况并且可控制的阀装置32保持打开，只要燃料压力不低于关闭压力。基于排出区段44中的相对小的压力，第一止回阀28保持截止，只通过后面的排出区段46进行输送。

替换于通过电磁体33的控制可以液压式地或者机械式地通过高压储存器20的燃料压力来控制所述可控制的阀装置32。但是在图3中未示出这一点。

此外也可行的是，旋转泵22也实施具有多于两个的排出区段44和46。在此，这些排出区段可以有选择地直接(如同排出区段46)或者通过止回阀(如同排出区段44)地与高压储存器20液压式连接。

流体管道48、50、52、54、56和58的面朝旋转泵22的接口在图2和图3的附图中分别通过一个点表示。显然，点仅仅示出了液压上的配置，但不示出对应的接口的准确的几何位置。

此外显然的是，图3的实施方式可以与图2的实施方式的所有变型方案组合。

图4示出燃料输送系统16的另一实施方式。当前，旋转泵22的进入区段42通过流体管道52和机械式的节流装置60联接到低压区域17上。第二止回阀30联接在流体管道52与高压储存器20之间，其中，第二止回阀30可以向着高压储存器20截止。

此外，后面的排出区段46通过第三止回阀62以如下方式联接到高压管道18或高压储存器20上，即，第三止回阀62可以向着后面的排出区段46截止。在图4中补充地示出储罐64，它可以接收可能的燃料泄漏。图4的燃料输送系统16的优点是，防止从高压储存器20到旋转泵22的可能的倒流。此外可以减小旋转泵22的运行噪声。

Claims (7)

1.内燃机的燃料输送系统(16)，具有一旋转泵(22)，所述旋转泵将燃料从低压区域(17)泵送到高压区域(25)中，其中，所述旋转泵(22)具有至少一个低压侧的进入区段(42)和至少一个高压侧的排出区段(44、46)，所述燃料输送系统还具有一能控制的且布置在低压侧进入区段(42)与低压区域(17)之间的、用于控制所输送的燃料流的阀装置(32)，其特征在于，所述旋转泵(22)包括至少两个沿转动方向看前后相继的且相互分开的排出区段(44、46)；至少一个沿转动方向看前面的排出区段(44)能够液压地接通或断开，及在所述进入区段(42)与沿转动方向看后面的排出区段(46)之间布置有弹簧加载的第二止回阀(30)，所述第二止回阀向着所述后面的排出区段(46)截止。

2.如权利要求1所述的燃料输送系统(16)，其特征在于，在一方面所述前面的排出区段(44)和另一方面沿转动方向看后面的排出区段(46)及所述高压区域(25)之间布置有第一止回阀(28)，所述第一止回阀向着所述前面的排出区段(44)截止。

3.如权利要求1所述的燃料输送系统(16)，其特征在于，所述旋转泵(22)是一行星转子泵。

4.如权利要求1所述的燃料输送系统(16)，其特征在于，能控制的所述阀装置(32)电地或机械式/液压式地被操控。

5.如权利要求1至4中任一项所述的燃料输送系统(16)，其特征在于，所述排出区段(44、46)这样设计尺寸和布置，使得在完全输送情况下通过每个排出区段(44、46)输送整个排流体积的大约一半。

6.如权利要求1至4中任一项所述的燃料输送系统(16)，其特征在于，所述排出区段(44、46)这样设计尺寸和布置，使得在完全输送情况下通过所述前面的排出区段(44)输送整个排流体积的大致百分之七十五。

7.如权利要求1至4中任一项所述的燃料输送系统(16)，其特征在于，所述前面的排出区段(44)的横截面大致具有所述旋转泵(22)的一个排流室(40)的大小。