CN1036020C - 关于燃油喷射式内燃机燃油系统的改进 - Google Patents

Abstract

一种燃油系统和其运行方法。燃油系统包括：向燃油定量装置(23)供油的油泵(15)，定量的燃油喷入发动机；电控器(22)响应一组确定发动机需要燃油量的输入信号，控制定量装置的动作，输送定量燃油，以满足需要。其运行方法包括，将供给定量装置的燃油维持在预定的油压和油位内，并周期地启动油泵，使供应燃油的油压，油位在上述范围内，另外给电控器(22)提供一个来自传感器(18)表示定量装置(23)的油压的信号，作为输入信号之一经电控器(22)处理后来控制定量装置(23)。

Description

关于燃油喷射式内燃机燃油系统的改进

本发明是关于向内燃机输送定量燃油的一个燃油系统，尤其适用于有一个燃油喷射器的燃油系统，该喷油器或者将燃油直接送至发动机的燃烧室，或者将燃油送至发动机的进气系统。

通常，由于发动机的油压与燃油的定量过程有关，因此，在喷油系统中设置一个油压调节器，将油压维持在一个预定值上。这种传统的调节器需要在调节器到油箱之间配一个回油管，这样，位于油箱和在高压下输送燃油的喷射设备之间的油管长度实际上是双倍的。油管长度的加长，增加了材料用量及组装过程，重要的是，也增加了高压油泄漏的危险。从既安全又经济的观点出发，要减少在油箱和发动机之间的油管长度。在船用发动机中，由于泄漏的燃油可能集中在一个密封的区域里并产生失火的危险，这一点就尤其重要。

更重要的是，发动机的泵油能耗大大超过其实际需要的值是造成能量浪费的主要原因。目前，在喷油系统中的油泵通常是电驱动的，并连续运转。循环那些未被喷射的燃油消耗了其中的大部分电能。发动机在低到中负荷和/或转速运转时，常常发生这种能量的浪费，由于驱动油泵的能量直接或间接来自发动机，所以泵吸超额油量所损失的能量是发动机消耗燃油的主要部分。

美国专利3,967,589和4,565,173中公开了燃油喷射系统，其中油泵周期地运转，以使供给喷射器的燃油保持一个基本恒定的油压，从而无需在油泵到油箱之间设置回油管路。

在以上两种方案中，要求油泵周期性地运转，循环的周期直接与喷油频率相关从而也与发动机的转速有关。在这样高的频率下周期地运转的油泵工作效率低，当然能量消耗的效率也低，此外，在高频下周期运转油泵的使用寿命也降低了。

虽然在美国专利3,967,598中提到的喷油系统中在油泵的下游设置了一个蓄压器，但该油泵仍然以等于喷射频率的频率循环工作，所述的蓄压器仅用来基本上维持供给喷射器的燃油为设计压力，并克服机械和液压系统的滞后。这一滞后的存在无法使喷射器的循环和泵的循环基本同步。

本发明的目的是提供一种用于发动机的供油方法和装置，它能按照发动机所需求的燃油量向发动机准确地供给定量燃油，无需设置到油箱的高压油回油管，提高了油泵的工作效率。

根据这一发明目的，本发明提供了一种向发动机输送定量燃油的供油系统的供油方法。供油系统中有：一个循环工作的油泵，一个用来接收油泵所供燃油的定量装置，和一个用来控制定量装置输送给发动机定量燃油的处理器。所述的处理器处理表示发动机工况的输入信号，确定所需要的定量燃油。所述的方法包括，在处理器的控制下使油泵间歇运行，维持供给定量装置的燃油的油压在选定的范围内。所述的压力范围是这样选择的：在每个运转周期，泵装置输送的能量大于定量装置一次输送的最大定量燃油量一个倍数，感应供给定量装置燃油的油压，并且输入处理器一个表示感应压力的信号，所述处理器依燃油压力信号控制定量装置输送需要的油量。

为了方便，油泵将燃油供入最好为封闭的腔中，燃油从该腔直接进入燃油定量装置中。该腔可以起某种形式的蓄压器的作用，并且压力传感器输入处理器一个信号，表示可使燃油从蓄压器流至定量装置的适当的油压。

处理器按照输入的压力信号来控制油泵的运转，以便在蓄压器中的燃油压力维持在选定的最大和最小值之间。或者，泵的循环可以由输入处理器的表示腔中油位的信号来控制，或者由一个油位传感器直接控制泵的运行。

应当理解，供给定量装置的燃油的压力将影响定量装置输送燃油的速度，如通过一个量孔的燃油流速。这样，就要求处理器在控制输入发动机的燃油量时考虑到燃油压力。一般的燃油定量装置包括一个选定的孔口或喷嘴，并且孔口或喷嘴开启时间的变化控制着输送的油量，这样，当喷嘴或孔口被打开时，在喷嘴或孔口处的压力降的变化将影响燃油的流速，并且处理器能按照供应到喷嘴或孔口的油压及其它发动机工况参数，控制喷嘴的开启时间，以便送入适量的燃油，燃油压力传感器也可感应所供应的燃油与在定量期间这部分输送的燃油所混入的气体之间的压力差，处理器用类似的方法，依此输入信号精确定量燃油。

上述供油系统的优点在于，无需在油泵的高压侧设置回油管，并且燃油泵只需满足发动机实际的燃油需要即可，节省了一部分能量，这部分能量通常只是用来从蓄压油箱中泵出燃油，随后这些燃油又返回到了油箱中。此外，由于处理器接收的是表示燃油定量装置供油的实际油压，所以不需要保持供油的油压基本恒定，因此油泵运行时可以没有固定的间隔，而只是两次连续运转之间停较长的时间。这样，泵能在设计速度下，提高工作效率、降低能量消耗、减少磨损率。

另外，由于有一传感器将输入燃油定量装置的燃油实际油压信号输入处理器，因此，无需再调整压力，仅用一处理器即能准确控制定量装置，以保证输入发动机准确的燃油量，满足在各种供油压力下所需的燃油量。

在通常使用的喷油系统中，定量的燃油输入到发动机的气体(一般为空气)中。在这种喷油系统中，当燃油进入气体时，经常会影响燃油的定量，从而使气体压力也与燃油定量过程有关。这样，当油泵间歇运转控制给定量装置的燃油压力时，处理器可以随着燃油所进入的气体的压力之变化来调节供油压力，以控制气体和燃油的压力差，使其基本为一恒定值。也就是说，可以测出和控制燃油和气体之间的压力差，使之基本恒定。

在有些发动机工况下，还希望改变到发动机的燃油或油气混合汽的压力。由于具有变化供油压力的特征，本发明的喷油系统可以满足上述要求，而且对燃油定量过程没有任何不利的影响。

本发明还提供了一种内燃机的燃油系统，该系统包括一个把燃油从油箱输送到定量装置的油泵，一个燃油泵下游的油箱，一个产生指示油箱中油压信号的传感器装置和一个处理器，该处理器接收并处理所述信号，通过油泵的打开或关闭来保持油箱中的油压在预定的范围内。最好，处理器也响应油箱中的供油压力，控制定量装置来满足所需的燃油量，而泵的运转周期却不对燃油的定量精度有什么不利影响。

以下结合附图，说明燃油装置的一个实施例，将更容易理解本发明。

图1是一个用于船用发动机的燃油系统示意图。

参照图1，多个燃油定量和喷射装置10是这样设置的，它们每一个分别把燃油输送到一台多缸发动机的各气缸或气缸进汽口。应当理解，燃油定量和喷射装置的数目随燃油系统的特性而变化，并且还可以在一个多缸发动机中只用一个定量喷射装置。

每一个燃油定量和喷射装置10接收来自由油箱12供油的公共油道11的燃油。因为图示的装置用在船上的，所以油箱12的燃油又经过一个提升泵14来自更远处的油箱13。油箱12中设有一个浮子阀9。当油箱12的油位达到一预定位置时，浮子阀9将油箱12关闭，禁止提升泵14继续输送燃油。本发明油箱12的结构、提升泵14和浮子阀9都符合美国船用发动机标准。这个标准不适用于在如汽车或其它车辆等上的安装。在车辆等上的油箱可以是普通车辆用油箱。

高压泵15从油箱12中抽出燃油，并经由过滤器17将燃油输到蓄压器16中。蓄压器16是密封腔形式的，具有至少一个可变形或移动的膜19，该膜由弹簧20或类似的弹性元件预加压力。当燃油输送到蓄压器中时，由于燃油的压力，膜19向上弯曲(如图1)，在燃油被送出时，弹簧则使膜19向下弯曲。这样，在燃油从蓄压器16经油道11送至定量和喷射系统10的过程中，蓄压器16的油压能保持在预定的范围内。或者，蓄压器16可制成这样的结构，在一位置传感器表示油位在预置的高、低位之间变化时，仍可保持有一个接近稳定的油压。

压力传感器18感应蓄压器16中的油压，或感应在蓄压器上游和喷射装置10下游任意位置上的油压，并且产生一个输给电控单元ECU22的输入信号，ECU22依程序开启、关闭油泵15，以保持蓄压器16中的压力在预定的最大和最小值之间。于是，当油耗率低的时候，泵15将长时间关闭，直到消耗的燃油能使蓄压器中的油压从最大值降至预置的最小值。即使在油耗率最大时，泵15的运转也是周期地开启、关闭，因为蓄压器设计的容量为喷射系统的每一喷射周期的最大油耗率的一个倍数。应当清楚，ECU22接收来自蓄压器中表示油位的传感器的信号，也可以在泵的工作中，获得类似的循环。蓄压器的容量所允许的油压或油位的变化最好选定为：即使在最大油耗率时，泵启动的时间间隔也相当于喷射器供油时间的50或更多倍。燃油泵循环的进行和停止将大大减少燃油系统的能量消耗，尤其减少由发动机带动的交流发电机所产生的电能的消耗。当发动机在低到中负荷和/或转速工作中，上述能量就会节省得更多。

由压力传感器输送给ECU22的信号也被用来控制燃油定量和喷射装置10中的燃油定量部件23，所以在确定每一输油过程所需的油量时，要考虑当时的实际油压，这样就能够准确计算出燃油定量部件所需的开启时间，以便输送计算出的、发动机所需要的燃油量。

ECU也接收如发动机的转速、负荷及温度等确定所需油量的一般输入信号。

由于油泵15只是在需要将油位和油压维持在预定限度内时才运转，所以不需要从油道11到蓄压器12的回油管。然而，出于其它一些原因，如防止油道11中油蒸汽的聚集，要考虑油道周围的环境温度，在有些结构中可以使少量的燃油从油道流回到蓄压器12中。这可以通过一回油管21来达到。回油管上有一流量控制孔24，该孔的大小只要能使燃油返回油箱、燃油蒸汽不在油槽中积存即可。在回油管21可配置一个电磁阀，按照预定的周期或运行工况，如发动机的温度、启动或燃油温度等，在ECU的控制下将阀打开。

上述发动机的供油方法和装置，适用于仅燃油或者油和气(如空气)混合汽送入发动机的喷油系统。定量的燃油是在喷射期间或者在此之前与空气混合的。在美国专利4,934,329中公开了一种典型的燃油定量和喷射系统的结构，在此仅供参考。

在定量的燃油先与空气混合再进入发动机的燃油喷射系统中，ECU22也接受一个表示空气压力的输入信号，以控制燃油的定量，在该压力下(可低于大气压)的气体，作用在蓄压器16的可移动膜19上，补充由弹簧20所加的负载。在这种结构中，蓄压器中的油压与空气压力间的关系是预定的，这有助于在燃油定量过程中所供的油和气之间达到一个基本恒定的压力差；发动机在高负荷工况时，气体的压力可以大于发动机在中到低负荷时的气体压力，当然以上所说的不同负荷也可以改为不同的发动机转速，或两者兼而有之。处理器可以确定这种带有一定压力的进气，它取决于表示发动机负荷和/或转速的输入信号，或取决于发动机所需的大于预定油位的燃油量。

Claims (9)

1、一种用于供给内燃机定量燃油的燃油系统的运行方法，该系统具有一个周期运转的油泵，一个接收油泵供应燃油的定量装置，一个控制确定发动机所需燃油量的处理器，所述的处理器是根据表示发动机工况的输入信号来确定油量的，其特征在于：在处理器的控制下间断地操作所述的油泵，以保持供给定量装置燃油的油压在选定的范围内，该范围是这样选定的：在每一次运转期间，泵装置输送的燃油量大于只用定量装置输送的最大燃油量的一个倍数，感应供给定量装置燃油的油压，并输给处理器表示所感应的压力信号，在控制定量装置过程中，所述处理器根据燃油压力信号输送所需要的油量。

2、根据权利要求1所述的燃油系统的运行方法，其中在控制油泵间断运行时，处理器还要根据燃油压力信号将燃油压力保持在所述的范围内。

3、根据权利要求2所述的燃油系统的运行方法，油泵将燃油送到一蓄压器中。

4、根据权利要求1所述燃油系统的运行方法，其中油泵将燃油输送到一个蓄压器，油泵的间断运行是根据蓄压器内油位的预定的变化来控制的。

5、根据权利要求4所述的燃油系统的运行方法，包括感应蓄压器中的油位，并将表示感应的该油位的一个信号输入处理器中，所述的处理器供给一个控制泵的间歇运转的信号。

6、根据权利要求1至4中任何一项所述的燃油系统的运行方法，其中定量装置将定量的燃油送到气体的进气中，所述的燃油压力的测量与气体进气的压力有关。

7、根据权利要求6所述燃油系统的运行方法，包括通过所述处理器来控制气体进气的压力，以便随着发动机负荷和/或转速预定的变化来改变气体进气的压力。

8、根据权利要求7所述燃油系统的运行方法，其中当发动机需要的燃油量大于预定值时，处理器增加气体进气的压力。

9、一种用于内燃机的燃油系统，所述的系统包括一个将燃油从油箱输送到定量装置的油泵，一个油泵下游的油箱，产生一个表示油箱中油压信号的传感装置，和一个处理器，该处理器接收并处理所述的信号，利用油泵的开启和关闭来保持油箱中的油压在预定范围内。

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