CN103620199A - 燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于往复式发动机的燃料喷射系统(1),该燃料喷射系统包括:用于将燃料喷射到发动机气缸中的燃料喷射器(2),用于将燃料供给至喷射器(2)的喷射泵(3),每个喷射泵包括至少一个用于加压待喷射的燃料的泵元件(5)。每个喷射器(2)通过燃料管线(4)连接到单独的泵元件(5)。回流管线(10)连接至燃料管线(4),回流管线(10)设置有用于控制燃料管线(4)中的燃料压力的压力控制阀(12)。该燃料喷射系统(1)设置有控制单元(29),该控制单元被配置成控制压力控制阀(12)。

Description

燃料喷射系统
本发明涉及往复式发动机的燃料喷射系统。
燃料喷射泵在往复式发动机中用于定期地喷射加压燃料进入燃料喷射器并进一步经由燃料喷射器进入发动机气缸。燃料喷射泵包括布置有往复式柱塞的燃料室,往复式柱塞的运动致使燃料压力增加。燃料喷射泵包括至少一个燃料口,燃料从位于燃料室外部的进口室通过燃料口被引入燃料室。该柱塞包括两个控制边缘,第一控制边缘限定燃料喷射的起始时刻,第二控制边缘限定喷射的结束时刻。当位于柱塞的侧面的第一控制边缘在压力室内朝上止点运动而覆盖燃料口的开口时,压力室内的燃料压力增加并且加压燃料从压力室流向通到燃料喷射器的燃料管线。当位于柱塞的侧面的第二控制边缘到达燃料口的开口并开启燃料管道时,压力室的压力通过燃料口释放到进口室,并且燃料流向燃料喷射器的流动结束。第二控制边缘是螺旋形的,借此可通过使柱塞绕其纵轴旋转而改变燃料喷射的结束时刻。
本发明的目的是提供一种具有改进的喷射压力控制的燃料喷射系统。
根据本发明,该目的由本发明的第一方面实现。
根据本发明的燃料喷射系统包括用于将燃料喷射到发动机气缸中的燃料喷射器、用于将燃料供给至喷射器的喷射泵,每个喷射泵包括至少一个用于加压待喷射的燃料的泵元件。每个喷射器通过燃料管线连接到单独的泵元件。回流管线连接至燃料管线,回流管线设置有用于控制燃料管线中的燃料压力的压力控制阀。该燃料喷射系统还设置有控制单元,该控制单元被配置成控制压力控制阀。
根据本发明的燃料喷射系统在整个发动机的运转范围内提供大的灵活性来控制喷射压力。通过快速灵活的控制喷射压力,能够实现精确的燃料喷射速率控制以及低排放水平和燃料消耗需求而对喷射系统的设计、发动机自动化和成本的影响非常小。另外,根据本发明的燃料喷射系统可以应用到设置有传统燃料喷射系统的不同类型的二冲程或四冲程柴油发动机。
下面将参照附图以示例方式描述本发明,该附图示意性示出了根据本发明的一个实施方式的燃料喷射系统的一部分。
该图公开了用于往复式发动机的燃料喷射系统1。发动机可以是大型柴油发动机,或者两冲程发动机或者四冲程发动机。大型往复式发动机在本文中是指可以例如用作船上或发电厂中的主辅助发动机用于生产热能和/或电能之类的发动机。该燃料喷射系统1也可以被用在小型柴油发动机中。
燃料喷射系统1包括用于将燃料喷射到发动机气缸中的燃料喷射器2。此外,燃料喷射系统1包括用于通过燃料管线4将燃料供给到喷射器2的燃料喷射泵3。每个燃料喷射泵3包括至少一个用于加压待喷射的燃料的泵元件5。图中所示的燃料喷射泵3包括一个泵元件5,但其也可以包括两个或更多个泵元件。泵元件5包括布置有往复式柱塞7的燃料室6。为了清楚起见,该图仅示出了一个燃料喷射器2和一个燃料喷射泵3,虽然燃料喷射系统1包括多个燃料喷射器2和燃料喷射泵3。每个燃料喷射器2通过燃料管线4连接到各自的泵元件5。在图中以局部剖视图示出了燃料喷射泵3。
当发动机运转时,柱塞7在燃料室6中往复运动。柱塞7的往复运动致使燃料室6中的燃料加压。柱塞7的往复运动通过可旋转的凸轮轴9的凸轮8产生。柱塞7借助弹簧(未示出)压靠凸轮8。
泵元件5具有一个或多个用于从燃料室6中移除加压燃料的出口孔15。从出口孔15通向燃料喷射器2的燃料管线4设置有主流动阀16,当燃料室6内的压力超过预定极限值时主流动阀16开启,并且当燃料室6内的压力减少至低于该极限值时主流动阀16关闭。主流动阀16是止回阀,也就是说,它允许从燃料室6朝向燃料喷射器2的流动,但防止从燃料喷射器2朝向燃料室6的流动。
主体部17绕泵元件5布置。进口室18布置在主体部17和泵元件5之间。进口室18是环形的。该进口室18经由供给管线19连接至燃料源,例如燃料箱11。供给管线19设置有泵20,以用于将燃料从燃料源供给到进口室18中。进口室18经由一个或多个燃料口21连接到燃料室6。燃料回流管线22从进口室18引回到燃料源11。该燃料回流管线22设置有调节阀30以调节燃料回流管线22中的燃料压力。
柱塞7包括定位在柱塞7的侧面的第一控制边缘23。该第一控制边缘23确定燃料喷射的起始时刻。第二控制边缘24也定位于柱塞7的侧面。第二控制边缘24确定燃料喷射的结束时刻。第二控制边缘24位于第一控制边缘23的下方。第二控制边缘24是螺旋形的,借此可通过使柱塞7绕其纵轴线25旋转而改变燃料喷射的结束时刻。在柱塞7的侧面设置有在柱塞7的纵轴线25的方向上延伸的纵向凹槽26。
喷射泵3还包括致动器27,该致动器27用于使柱塞7绕其纵轴线旋转并因此调节燃料喷射的结束时刻和喷射的持续时间。该致动器27例如包括绕柱塞杆布置的齿轮和与其协作的齿条。齿条的纵向运动使柱塞7绕其纵轴线25旋转。
每个喷射器2通过燃料管线4流动连接至单独的泵元件5。回流管线10连接到每个燃料管线4,以用于从燃料管线4排出燃料。回流管线10可以与燃料箱11流动连通。每个回流管线10设置有用于控制燃料管线4中的燃料压力的压力控制阀12。回流管线10还设有输送阀13,该输送阀安装在压力控制阀12的下游。输送阀13是止回阀,输送阀13布置成当在压力控制阀12和输送阀13之间回流管线10中的压力超过预定极限值时开启,当所述压力减小至低于该极限值时关闭。燃料管线4设置有用于测量燃料管线4中的燃料压力的压力传感器14。该压力传感器14安装在回流管线10的分支点的下游处。
燃料喷射系统1设置有控制单元29,其被配置成控制压力控制阀12。燃料管线4的压力传感器14的测量数据传送到控制单元29。压力控制阀12能被以脉宽调制控制(PWM)方式控制,其中压力控制阀12的致动器的控制信号由PWM技术生成。在PWM中,通过在开启和关闭至致动器的供给之间快步切换开关而控制供给到致动器的控制电压(或电流)的平均值。与开关关闭时期相比开关开启时期越长,供给到致动器的功率越高。另选地,也可以使用其它的控制技术。
所述控制可以基于闭环或开环控制。在闭环控制中,控制单元29基于压力传感器14的压力测量值控制压力控制阀12的运转。该控制可以基于在喷射发生期间燃料管线4中的最大压力测量值。控制单元29将测量到的压力值与参考值对比,并控制压力控制阀12,使得测量到的压力值接近参考值。
在开环控制中,控制单元29配备有燃料压力矩阵,该矩阵限定了燃料管线4中的燃料压力的参考值以及对应的压力控制阀12位置。控制单元29配置成基于燃料压力值矩阵的参考值控制压力控制阀12。
在闭环控制和开环控制二者中,燃料压力的参考值都取决于发动机控制战略。该参考值可以被定义为例如某一发动机速度和/或负载或排放水平的一个参数。
燃料喷射泵3的运转在下面将更详细地描述。当发动机运行时,凸轮轴9和凸轮8绕凸轮轴的旋转轴线28旋转。燃料通过泵20从燃料箱11供给到进口室18中。当柱塞7处于其下止点时,燃料从进口室18经由燃料口21流进燃料室6。柱塞7在燃料室6内开始向上运动,也就是说朝上止点运动。第一控制边缘23覆盖燃料口21的开口。此后,向上运动的柱塞7对燃料室6中的燃料加压。当燃料室6内的燃料压力超过主流动阀16的开启压力时,燃料流过出口孔15和主流动阀16进入燃料管线4和燃料喷射器2。控制单元29控制压力控制阀12使得燃料管线4中的燃料压力能被调节。当压力控制阀12开启时,部分燃料从燃料管线4流过压力控制阀12和输送阀13流向燃料箱11。
在闭环控制中,由压力传感器14测量燃料管线4中的燃料压力。控制单元29将测量到的压力值和参考值相比较,并且控制压力控制阀12,使得燃料管线4中测量到的压力值接近参考值。在开环控制中,控制单元29基于燃料压力值矩阵的参考值控制压力控制阀12。
燃料持续流进燃料管线4和燃料喷射器2直到柱塞7的第二控制边缘24到达燃料口21的开口并开启该开口。因此燃料室6中的燃料压力经由柱塞7的侧面上的纵向凹槽26和燃料口21释放到进口室18中。主流动阀16和输送阀13关闭。
柱塞7到达其上止点并随后开始在燃料室6中向下运动。第二控制边缘24再次覆盖燃料口21的开口。在下止点附近,第一控制边缘23到达燃料口21的开口并且开启该开口,燃料经由燃料口21流入燃料室6。柱塞7到达其下止点并在该处停留片刻,燃料借此经由燃料口21流入燃料室6。
当柱塞7绕其纵轴线25旋转时,第二控制边缘24的位置相对于燃料口21的开口发生改变。因此,朝其上止点运动的柱塞的第二控制边缘更早或更晚到达燃料口21的开口,燃料喷射时刻相应地结束得更早或更晚。因此,燃料喷射的结束时刻可以被延迟或提前。燃料喷射的持续时间可以通过使柱塞7绕其纵轴线25旋转而被改变。

Claims (9)

1.一种用于往复式发动机的燃料喷射系统(1),该燃料喷射系统包括:
-燃料喷射器(2),所述喷射器用于将燃料喷射到发动机气缸中,
-喷射泵(3),所述喷射泵用于将燃料供给至所述喷射器(2),每个喷射泵(3)包括至少一个用于加压待喷射的燃料的泵元件(5),其中,每个喷射器(2)通过燃料管线(4)连接至单独的泵元件(5),
其特征在于,回流管线(10)连接至所述燃料管线(4),所述回流管线(10)设置有用于控制所述燃料管线(4)中的燃料压力的压力控制阀(12),并且所述燃料喷射系统(1)设置有控制单元(29),所述控制单元被配置成控制所述压力控制阀(12)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述燃料管线(4)设置有压力传感器(14)以测量所述燃料管线(4)中的燃料压力。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述控制单元(29)被配置成基于所述压力传感器(14)测量到的压力来控制所述压力控制阀(12)。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述控制单元(29)被布置成将测量到的压力值与参考值相比较,并且控制所述压力控制阀(12),使得测量到的压力值接近该参考值。
5.根据权利要求3所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述控制单元(29)设置有燃料压力值矩阵,该燃料压力值矩阵用于限定所述燃料管线(4)中的燃料压力的参考值,并且所述控制单元(29)被配置成基于所述参考值控制所述压力控制阀(12)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述回流管线(10)设置有安装在所述压力控制阀(12)下游的输送阀(13),所述输送阀(13)是止回阀并布置成在所述回流管线(10)中的压力超过预定极限时开启。
7.根据上述权利要求中任一项所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述压力控制阀(12)被以脉宽调制控制方式控制。
8.根据上述权利要求中任一项所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述燃料泵的泵元件(5)包括燃料室(6)和布置在所述燃料室(6)中的往复式柱塞(7)、布置成与所述燃料室(6)流体连通的用于燃料的燃料口(21)和出口孔(15)。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射系统,其特征在于,所述柱塞(7)包括确定燃料喷射的起始时刻的第一控制边缘(23)和确定燃料喷射的结束时刻的第二控制边缘(24)。
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