CN103415694A - 包括高压燃料喷射泵的燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压燃料喷射泵(5)，该高压燃料喷射泵用于使燃料加压并输送燃料以喷射到内燃机中，所述高压燃料喷射泵(5)具有入口(6)、至少一个活塞(9)以及位于所述入口(6)和所述至少一个活塞(9)之间的吸入通道(8)，其中，所述吸入通道(8)的至少一部分与所述高压燃料喷射泵(5)的其余部分是热绝缘的。本发明还涉及一种燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括上述高压燃料喷射泵(5)。替代地，或者与吸入通道的热绝缘相结合，该排放阀(12)能够以相连接的方式布置在所述高压燃料喷射泵(5)的所述吸入通道(8)处。

Description

包括高压燃料喷射泵的燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及一种高压燃料喷射泵和包括高压燃料喷射泵的燃料喷射系统。
这种高压燃料喷射泵和包括该泵的燃料喷射系统通常用于使燃料加压以及输送燃料以将其喷射到内燃机中。
背景技术
近年原油衍生燃料的涨价和其即将来临的匮乏已经导致替代燃料和使用该替代燃料的内燃机的生产进程的更进一步发展。潜在的重要替代燃料之一是可以高效地从包括生物质的各种原料中生产出的二甲醚(DME)。由于DME的无烟灰燃烧和高十六烷值，DME非常适合于柴油型内燃过程。然而，DME具有相对高的挥发性(相比于常规柴油燃料)，因此，必须被压缩到大约5bar以在室温下是液体。以液体形式供应燃料以将其喷射到柴油型内燃机中存在许多优势，因此适于DME或其它类似挥发性燃料的燃料喷射装置(FIE)应该被特别地设计以防止燃料的不必要的汽化。
可以通过选择较高压力和/或较低操作温度来防止高挥发性燃料沸腾。在具体应用中，必须实现压力和温度的适当结合以保证最小可能的系统成本和复杂性，该结合会提供一种具有可容忍水平的燃料的不必要汽化形成的燃料喷射系统操作。例如，选择燃料罐的操作压力，系统的对于已选燃料来说太低的供给压力部分使安装燃料冷却设备成为必要，并且因此会提高成本和整个系统的复杂性；另一方面，仅通过设计用于较高压力的系统来试图解决燃料蒸发问题也会导致更高成本和更繁重的设计方案。
考虑到该问题的燃料温度部分，重要的是注意到局部燃料温度的控制与燃料供应和喷射系统的平均温度同样重要。这部分地由于蒸发通常比液化更快以及蒸汽空穴一旦形成就可以通过系统行进长的距离，最后进入到最不希望其进入的点，通常是泵的吸入口。如果该泵是将高压燃料输送到内燃机的喷射器的高压燃料喷射泵，则结果是发动机功率的即时损失。
为了除去在燃料供应和喷射系统中的热点，特别是在系统的应该是以合适的压力将液体燃料输送到高压燃料喷射泵的入口的部分(即燃料供给压力子系统)，燃料的被迫再循环可以形成在燃料供给压力子系统中。这样，燃料供给压力子系统的供给泵供应过剩燃料流(其超过在内燃机的燃烧过程中即时需要的燃料量)，该过剩燃料流旁通高压燃料喷射泵并通过限制返回到燃料管和/或燃料供给压力系统的供给泵的入口。燃料流过剩越多，热点出现并由在此发生汽化的风险越小。
该方法通常工作良好，但是构造用于被迫再循环的系统以取得全面的效果的可能性可能略微被高压燃料喷射泵的设计的限制。对于入口计量型的多活塞高压燃料喷射泵这是尤其正确的，所述入口计量型的多活塞高压燃料喷射泵以单入口计量阀(IMV)控制泵的输出为特点。IMV的功能是当需要部分输出时限制向活塞的供给流量，通过该装置实现喷射压力控制。这种类型的高压燃料喷射泵被广泛应用是由于其与变量泵相比相对简单，其允许高效燃料喷射压力控制而没有浪费地旁通高压燃料，该高压燃料被容纳在具有固定活塞位移的一些系统中。
当使用入口计量高压燃料喷射泵时，对于在整个低压燃料供给压力子系统到高压燃料喷射泵的活塞入口的高效燃料再循环的限制是由将高压燃料喷射泵的单个IMV的输出分配到在泵中的多个泵活塞的需要引起的。在IMV下游的得到的抽吸容积中，压力需要比燃料供给压力子系统的其余部分低以实现高压燃料喷射泵的高压流动输出控制。更糟糕的是，所述抽吸容积通常位于以相对高的温度运行的高压燃料喷射泵中，布置在靠近内燃机附近或甚至直接通过凸缘安装到该内燃机。温热环境和燃料压力下降的结合在某种条件之下可以引起在抽吸容积中的燃料的不受控蒸发和随后的泵燃料输送中断。
这种现象在以下情形中会特别地突出，在该情形中内燃机是热的且在部分负荷状态下运行，在该部分负荷状态中需要在抽吸容积中的相对小的燃料通流。在这种情况下，在抽吸容积中的燃料交换是慢的，且与需要从高压燃料喷射泵向内燃机的喷射器的高燃料输送的情形相比，高压燃料喷射泵的活塞也会更慢地产生任何存在的蒸汽空穴。一种本领域熟知的解决该问题的方法是，减小抽吸容积。这会增加燃料交换的速率，因为抽吸容积用于给定的燃料通流并因此会有助于保持其温度在控制下，以及最后还会限制必须通过泵活塞被液化的无法控制而形成的蒸汽空穴的量。然而，这样的抽吸容积减小的可能性(i)被在全输出状态下从IMV到高压燃料喷射泵的活塞的通道的足够的流动面积的需要和(ii)被包装和技术考虑限制，例如，所述IMV有时候不会被布置得非常靠近活塞入口。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高压燃料喷射泵和包括高压燃料喷射泵的燃料喷射系统，所述泵和系统较不易被燃料蒸汽形成影响。
本发明的另一个目的是提供一种适于处理高挥发性燃料，例如DME的用于内燃机的高压燃料喷射泵和燃料喷射系统。
这些目的通过独立权利要求的特征实现。其它权利要求和说明及附图公开了本发明的进一步有利的改进和实施方式。
本发明的一个总体优势是减少了待被高压燃料喷射泵加压的燃料的蒸汽形成量，因此相应地减少了如下风险：即，被高压燃料喷射泵加压的、喷射到内燃机中的加压燃料的输送量被减少至发动机实际运行所需燃料量以下的风险，同时，提高了对喷射到内燃机中的所述加压燃料的输送的控制的可靠性和稳定性。
根据本发明的第一方面，提出了用于将燃料加压并输送燃料以将其喷射到内燃机中的高压燃料喷射泵，其中，所述高压燃料喷射泵包括入口(用于接收来自例如燃料罐的燃料)、至少一个活塞(其使所接收的燃料加压且将该燃料输送到喷射器以将其喷射到内燃机中)以及位于所述入口和所述至少一个活塞之间的吸入通道(因此，连接所述高压燃料喷射泵的入口与所述至少一个活塞的入流端口)。为了确保活塞入流端口处的燃料密度的可靠控制并因此维持泵输出可控性，根据本发明的该第一方面，所述吸入通道的至少一部分是与所述高压燃料喷射泵的保持部分热绝缘。
在本发明的优选实施方式中，套筒插入到高压燃料喷射泵中，以使所述套筒的内径形成所述吸入通道的至少一部分。有利地，套筒由如下材料制成，该材料的热导率比高压燃料喷射泵的邻近所述套筒布置或直接围绕所述套筒布置的至少一部分的材料的热导率低地多。优选地，套筒材料的热导率值比高压燃料喷射泵的邻近所述套筒或直接围绕所述套筒的至少一部分的热导率的值低大约50倍以上，优选低大约100倍以上，特别地低大约200倍以上，至少低大约5.5倍。有利地，套筒的至少一部分涂有热绝缘材料。通过使用套筒设计，具有地具有上述的材料和涂层特性的设计，能够实现吸入通道的临界部分与所述高压燃料喷射泵的保持部分的该热绝缘的非常简单、低成本和有效的设计，从而确保在高压燃料喷射泵的至少一个活塞的入流端口处的燃料密度的期望的可靠的控制以及期望的可靠的和稳定的泵输出可控性。
在本发明的第二方面，提出了用于内燃机的燃料喷射系统，该系统包括根据本发明的第一方面的高压燃料喷射泵。为了使得这样的系统在其运行中更稳定以及减少系统中任何汽化的燃料的量，排放阀被以连接方式布置在高压燃料喷射泵的吸入通道上。有利地，所述排放阀被以连接方式布置在吸入通道和与燃料罐连接的燃料返回管线之间，该燃料罐保持在燃料返回管线中收集燃料。优选地，该罐是与供应用于高压燃料喷射泵的燃料的燃料罐相同的罐，因此能够有效地再循环未被高压燃料喷射泵的至少一个活塞作用的燃料，并且因此相应减少总的燃料消耗。在本发明的优选实施方式中，排放阀可以是电子控制的以当吸入通道可能容纳燃料蒸汽时打开，例如当热的内燃机不得不在非常寒冷的周围环境下启动时。排放阀可以保持打开相对较短时段以使较冷的燃料替代返回到燃料返回管线的燃料蒸汽。
根据本发明的第三个方面，提出了用于内燃机的燃料喷射系统，该系统包括用于使燃料加压以及输送燃料以将其喷射到内燃机中的高压燃料喷射泵，其中所述高压燃料喷射泵具有入口(用于接收来自例如燃料罐的燃料)、至少一个活塞(其使所接收的燃料加压且将该燃料输送到喷射器以将其喷射到内燃机中)和位于所述入口和所述至少一个活塞之间的吸入通道(因此，连接所述高压燃料喷射泵的入口与所述至少一个活塞的入流端口)，其中排放阀以连接方式布置在高压燃料喷射泵的所述吸入通道上。有利地，所述排放阀连接地布置在吸入通道和与燃料罐连接的燃料返回管线之间，所述燃料罐保持收集在燃料返回管线中的燃料。当根据本发明的第一个方面的吸入通道(或其一部分)与所述高压燃料喷射泵的保持部分的热绝缘不可能或其设计复杂或实现成本高时，该方案特别地有用。
优选地，该罐是与供应用于高压燃料喷射泵的燃料的燃料罐相同的罐，因此能够有效地再循环未被高压燃料喷射泵的至少一个活塞作用的燃料，并且因此相应减少总的燃料消耗。在本发明的优选实施方式中，排放阀可以是电子控制的以当吸入通道可能容纳燃料蒸汽时打开，例如当热的内燃机不得不在非常寒冷的周围环境下启动时。排放阀可以保持打开相对较短时段以使较冷的燃料替代返回到燃料返回管线的燃料蒸汽。
附图说明
可以从下面的本发明的优选实施方式的详细说明中最充分地理解本发明以及上述及其它目的和优势，但是本发明不限于这些实施方式，其中示意性地示出：
图1根据本发明的燃料喷射系统的第一优选实施方式，具有高压燃料喷射泵，其配备有根据本发明的吸入通道的一部分的有利的热绝缘件(为套筒的形式)；
图2根据本发明的燃料喷射系统的第二优选实施方式，具有高压燃料喷射泵，其配备有根据本发明的吸入通道的一部分的有利的热绝缘件(为套筒的形式)以及与燃料返回管线连接的附加排放阀。
具体实施方式
在图中，相同或相似元件由相同附图标记指示。附图仅是示意性的图示，不意图描述发明的具体参数。此外，附图仅意图描述本发明典型的实施方式，因此不会被认为限制本发明的范围。
在图1中，示出了根据本发明的燃料喷射系统的优选实施方式。该系统包括燃料罐1、低压燃料供给子系统，该低压燃料供给子系统由供给泵2、节流阀3、燃料供应管线13和燃料返回管线4构成。此外，该系统包括具有入口6的高压燃料喷射泵5、入口计量阀(IMV)7、吸入通道8和示例性的三个活塞9和将加压的燃料喷射到内燃机(未示出)中的喷射器10。节流阀3、IMV7和喷射器10均由发动机管理系统(EMS)(未示出)控制。在图中，示出了具有3个活塞9的高压燃料喷射泵，这些活塞9在其泵送运行循环中彼此相位偏移。然而，应明白的是，选择正好3个活塞9仅是一个示例。实际上，这种泵中的活塞数目可以根据应用和具体条件而变化。具有一个、两个、三个、四个、五个、六个或甚至多于六个活塞的泵可以与本发明结合使用。
在高压燃料喷射泵5中，吸入通道8的至少一部分被形成为较大直径孔的形式，在该孔中插入由热绝缘材料制成的套筒11。
套筒11可以仅在具有特定长度的特定部分处覆盖该孔的内侧(如图中作为示例示出的)或者在该孔的整个长度上覆盖该孔的内侧。可选地，可以将多于一个的套筒插入到该孔中，以在具有特定(且可能不同)长度的特定(可能彼此分离的)部分上覆盖该孔的内侧。再进一步，所述套筒或任何其它热绝缘件甚至可以在该孔的外侧覆盖吸入通道8的其它部分或覆盖位于IMV7和活塞9的入流端口之间的整个吸入通道8。
套筒11的内径被选择成使得套筒11(以内径为特征的套筒11的内管)的流动面积对于高压燃料喷射泵5来说足够大，以达到其最大设计流动输出而不会限制活塞9的入口，否则使套筒11处于最小值，以便为了所述吸入通道8中的燃料密度的良好可控性而使入通道8的总容量保持尽可能小。
图1中的燃料喷射系统以下述方式工作：供给泵2从燃料罐1中抽吸燃料并将该燃料加压到特定的供给压力。该供给压力通过燃料供应管线13被供应到IMV7和节流阀3。节流阀3优选被所述EMS控制以达到所需的燃料供给压力，同时，供给泵2以超出内燃机产生功率所需的量来供应燃料流。过量的燃料流通过燃料返回管线4再循环。由此确立的再循环燃料流有助于使燃料温度在整个供给压力回路中保持相对一致，以较大可能地避免局部热点和燃料汽化，从而确保IMV7的入口处的稳定的燃料特性。
如图所示，处于供给压力下的燃料然后被允许通过IMV7到达吸入通道8并进一步达到三个泵送活塞9的入流端口，这些泵送活塞9在它们的泵送运行循环中彼此相位偏移。在向下行程中，取决于IMV7的EMS控制的限制，活塞9填充有一定量的燃料，然后将该燃料泵出高压燃料喷射泵5之外并进入喷射器10中以将其喷射到内燃机内。热绝缘套筒11减缓了由于高压燃料喷射泵5的热本体对燃料的加热而发生在吸入通道8中的燃料特性(温度、密度等)的变化速率，因此减小了在吸入通道8中形成蒸汽的风险，这种风险在某些临界运行状态下可能是高的，例如：当内燃机和高压燃料喷射泵5的泵本体部分处于或接近于其温度最大值并且向吸入通道8供应的新鲜冷燃料处于或接近于其温度最小值时，在内燃机的高速/高负荷运行之后的、在低速下的非常低负荷的运行。
在图2中，示出了根据本发明的燃料喷射系统的第二优选实施方式。除图1所示的系统外，图2中的系统示出了排放阀12，该排放阀12布置在吸入通道8处，排放阀12的出口连接到燃料返回管线4。当内燃机和高压燃料喷射泵5特别热但燃料罐1中的燃料相对冷而导致燃料罐1中的压力低且供给泵2不能提供足够压力来液化该吸入通道8中的蒸汽时，排放阀12打开一段有限的时间，以将蒸汽排出到燃料返回管线4并允许用新鲜的较冷(液态)燃料填满该吸入通道8。这例如有助于在冷环境中起动热发动机。
所提供的上述说明仅用于参考，可以在权利要求范围内、以许多不同形式和变体来实施本发明。

Claims (3)

1.一种用于内燃机的燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括高压燃料喷射泵(5)，所述高压燃料喷射泵(5)用于将燃料加压并输送所述燃料，以喷射到所述内燃机中，所述高压燃料喷射泵(5)具有入口(6)、至少一个活塞(9)、以及位于所述入口(6)和所述至少一个活塞(9)之间的吸入通道(8)，
其特征在于，在所述高压燃料喷射泵(5)的所述吸入通道(8)处以相连接的方式布置有排放阀(12)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述排放阀(12)以相连接的方式布置在所述吸入通道(8)和燃料返回管线(4)之间，所述燃料返回管线(4)连接到燃料罐(1)。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的燃料喷射系统，其特征在于，在所述高压燃料喷射泵(5)的入流端口(6)处以相连接的方式布置有入口计量阀(IMV)(7)。
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