CN104769273A - 燃料泵装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于燃料喷射系统的燃料泵装置。该燃料泵装置包括一个或多个凸轮驱动的泵单元（110a,110b），该或各泵单元（110a,110b）包括泵送室（112a,112b）及用于增压泵送室（112a, 112b）中的燃料的泵送元件（114a,114b）。该或各泵送元件（114a,114b）被燃料泵装置的各自凸轮（116a,116b）驱动从而在凸轮（116a,116b）的每次旋转中经历至少一个泵送行程。燃料泵装置构造成使得在第一泵送行程中被排出的燃料体积大于在第二泵送行程中被排出的燃料体积。这样，可以提高燃料泵装置的工作效率。

Description

燃料泵装置
技术领域
本发明涉及适合于泵送燃料的泵装置。具体地但不排他地，本发明涉及用于内燃发动机的高压燃料喷射系统的燃料泵装置。
背景技术
在高压燃料喷射系统中，已知的是使用一个或多个凸轮驱动的泵单元来增压输送至燃料喷射器的燃料。通常，设置多个泵单元以便将泵送工作分配到多个单元中。各泵单元包括泵送室、及由相关的凸轮驱动而在泵送室内部做往复运动的泵送柱塞。泵送柱塞的作用是在柱塞的填充或返回行程时将燃料从低压燃料源吸入泵送室中，并且在柱塞的泵送或推进行程期间增压泵送室中的燃料以便输送至燃料喷射器。
在通常被称为“单体式喷射器”的装置中，可将各泵单元的部件与燃料喷射器相结合。可替代地，在所谓的“单位泵”中，可与喷射器分离地容纳泵部件。在这两者中的任一种情况下，都可直接地将增压燃料从泵单元输送至各个喷射器。更常见地，将燃料从各泵输送至每个喷射器所连接的燃料喷射系统的储液器容积或共轨。
在使用中，由燃料喷射器输送至发动机的燃料体积取决于发动机工况，尤其取决于发动机负荷和发动机转速并且取决于响应于节气门应用的所需扭矩。响应于这些工况，由发动机的电子控制单元通过调整喷射压力和喷射时间两者来控制喷射的燃料量。喷射压力例如可以从怠速下的几百巴的压力到最大负荷下的高达3000巴或更大的压力。因此，必须调节共轨中的燃料压力，以便对于在发动机工作期间的任意给定时间的喷射可获得在所需压力下的所需体积的燃料。
附图中的图1是燃料喷射系统的一部分的示意图，该燃料喷射系统包括具有两个单位泵10的已知燃料泵装置。每个泵包括泵送室12和泵送柱塞14。由凸轮轴18的各个凸轮16驱动泵送柱塞14。各泵10的泵送室12经由单向阀22与燃料轨20连通，该单向阀22允许燃料仅在朝向燃料轨20的方向上流动。燃料轨20为多个燃料喷射器（未图示）提供燃料。
各泵10的泵送室12经由电子可切换计量阀26而连接到低压燃料源24。如下所述，可以由发动机的电子控制单元（未图示）控制计量阀26以调节燃料轨20中的燃料压力。
在填充行程期间，泵10的泵送柱塞14移动以增大泵送室12的体积。在填充行程期间，与泵10相关的计量阀26保持在打开位置，从而允许将燃料从低压源24吸入泵送室12中。
当柱塞14处在其行程的极限且泵送室12的容积处于最大时，填充行程结束。然后，柱塞14的泵送行程开始，其中当柱塞14移动入泵送室12时泵送室12的容积减小。在泵送行程期间，计量阀26关闭以防止燃料从泵送室12回流至低压源24。
当泵送行程继续时，泵送室12中的燃料的压力增加，直到当泵送室12中的压力超过燃料轨20的压力时单向阀22打开从而允许燃料在压力作用下从泵送室12流动至燃料轨20。
在柱塞14的泵送行程的更大或更小部分中，可以通过关闭计量阀26来调节燃料轨20中的燃料的压力，由此控制到达燃料轨的增压燃料的量。用传感器（未图示）监测燃料轨20中的燃料压力，该传感器将压力信号输出至电子控制单元。电子控制单元将实际燃料轨压力与根据发动机上的当前和预测的需求而计算出的期望燃料轨压力进行比较。然后，电子控制单元计算出应将计量阀26关闭以便将燃料轨压力增加到期望燃料轨压力的泵送行程的分数。在泵送行程开始时可使计量阀26处于打开状态，然后在泵送行程期间的适当时间关闭计量阀26，或者可替代地，在泵送行程开始时或附近可将计量阀26关闭并且在泵送行程的结束之前将计量阀26打开。一旦计量阀26打开，泵送室12中的剩余增压燃料溢出回流至低压源24。因此，泵送室12中的燃料压力下降，使得单向阀22关闭以防止燃料进一步进入燃料轨20。
当需要最大可能燃料轨压力时，可以将计量阀26保持关闭状态达柱塞14的基本上全部的泵送行程。这是泵10的最有效的操作模式，因为到达燃料轨20的高压燃料的体积与返回至低压源24的高压燃料的体积的比率是最大的。此外，在此操作模式中使噪声、振动和磨损最小化，因为当凸轮16的上升速率为最低时阀关闭。当期望较低的轨压力时，泵10的操作效率下降，因为当计量阀26打开时到达燃料轨20的高压燃料的体积与返回至低压源24的高压燃料的体积的比率较低。与泵10的操作相关的噪声、振动及磨损也增加。
在本申请人的授权的欧洲专利EP 1921307号中描述了用于燃料喷射系统的燃料泵装置的另一个实例。
针对本背景技术，期望提供一种用于燃料喷射系统的燃料泵装置，该燃料泵装置提供提高的效率，尤其当在相对较低的喷射压力下操作时，但也能够提供用于在相对较高喷射压力下喷射的燃料。
发明内容
在第一方面，本发明涉及一种用于燃料喷射系统的燃料泵装置。该燃料泵装置包括一个或多个凸轮驱动的泵单元。该或各泵单元包括泵送室、及用于增压泵送室中的燃料的泵送元件。由燃料泵装置的各个凸轮驱动该或各泵送元件，从而在每次的凸轮旋转中经历至少一个泵送行程。燃料泵装置构造成使得在第一泵送行程中被排出的燃料体积大于在第二泵送行程中被排出的燃料体积。
因为在第一和第二泵送行程中被排出的燃料体积是不同的，所以该泵装置可以以比现有技术装置（其中每个泵具有每次泵送行程的相同的燃料体积排量）更有效率的方式而操作。本发明允许对在整个泵送行程中泵送小或大体积的燃料进行选择，因此允许对轨压力的更大的控制同时降低噪声和振动并维持高泵送效率。
具体地，在低喷射速率下，当对高压燃料的需求相对较低时，可以仅利用较小容积的第二泵送行程从泵装置中输送燃料。这样，仅对输送所需的燃料进行增压，并且可以避免增压燃料的浪费。此外，使噪声和振动最小化。在较高的喷射速率下，当对高压燃料的需求相对较高时，可以利用较大容积的第一泵送行程来输送燃料。总的来说，可以在部分或全部的第一泵送行程和/或部分或全部的第二泵送行程中输送燃料，以优化泵装置的效率，而且优化由泵装置所输出的燃料的压力变化。
在一个实施例中，泵装置包括第一凸轮驱动的泵单元和第二凸轮驱动的泵单元，第一泵送行程是第一泵单元的泵送行程，第二泵送行程是第二泵单元的泵送行程。通过独立地控制来自第一和第二泵单元的输出，可以选择第一较大体积泵送行程与第二较小体积泵送行程的适当组合，以优化泵装置的效率。
泵装置可包括用于驱动第一泵单元的泵送元件的第一凸轮、及用于驱动第二泵单元的泵送元件的第二凸轮。
在本发明的一个实施例中，第一凸轮可具有与第二凸轮不同的轮廓，使得第一泵送行程比第二泵送行程长。换句话说，第一凸轮的凸轮升程可以大于第二凸轮的凸轮升程。这样，由在第一泵中发生的第一泵送行程所排出的体积大于由在第二泵中发生的第二泵送行程所排出的体积。在本实施例中，第一泵单元的泵送元件优选地具有与第二泵单元的泵送元件相同的截面积。
在具有第一和第二泵单元的另一个实施例中，第一泵单元的泵送元件的截面积大于第二泵单元的泵送元件的截面积。这样，第一和第二泵单元的各自泵送元件经过相同距离的移动导致在第一泵送单元中排出比在第二泵单元中更多的燃料。在本实施例中，当设置用于驱动第一泵单元的泵送元件的第一凸轮及用于驱动第二泵单元的泵送元件的第二凸轮时，第一和第二凸轮可具有相同的轮廓，使得在各泵单元中的泵送元件具有相同的行程长度。
在其中设置一个或多个泵单元的又一个实施例中，该凸轮或者多个凸轮中的至少一个凸轮具有不对称的凸轮轮廓，以便在凸轮的一次旋转期间在第一和第二泵送行程中驱动各个泵单元的泵送元件。例如，不对称的凸轮轮廓可包括用于驱动泵送元件的第一泵送行程的第一凸角、及用于驱动泵送元件的第二泵送行程的第二凸角。第一凸角优选地具有比第二凸角更高的凸轮升程，使得第一泵送行程比第二泵送行程长。这样，该或各泵单元能够通过分别在第一泵送行程或第二泵送行程期间增压并输出燃料，而以最大效率提供相对较大体积的增压燃料或者相对较小体积的增压燃料。
优选地，燃料泵装置包括用于将该或各泵单元的泵送室可切换地连接到低压燃料源的一个或多个计量阀。燃料泵装置还可包括控制器，该控制器用于将该或各计量阀在打开位置（其中各个泵送室与低压燃料源流体连通）和关闭位置（其中各个泵送室与低压燃料源分离从而导致各个泵送室中的燃料增压并且从泵送装置输出增压燃料）之间进行切换。控制器可布置成计算燃料输送需求并且切换该或各计量阀使得泵送装置输出燃料以满足燃料输送需求。
燃料泵装置还可包括用于将该或各泵单元的泵送室连接到燃料喷射系统的共轨的一个或多个单向阀。
在第二方面，本发明涉及一种在包括根据本发明第一方面的燃料泵装置的燃料喷射系统中将燃料输送至共轨的方法。该方法包括：计算燃料输送需求，以及在第一泵送行程和/或第二泵送行程期间将燃料从燃料泵装置输送至共轨以满足燃料输送需求。
该方法可包括：仅在一部分的第一泵送行程和/或仅在一部分的第二泵送行程期间，将燃料从燃料泵装置输送至共轨以满足燃料输送需求。类似地，该方法可包括仅在第一泵送行程或者仅在第二泵送行程期间，将燃料从燃料泵装置输送至共轨以满足燃料输送需求。
本发明的一个实施例包括用于共轨燃料喷射系统的燃料泵装置；该燃料泵装置包括第一和第二凸轮驱动的泵单元，各泵单元包括泵送室和用于增压泵送室中的燃料的泵送元件、以及用于在各自的泵送行程中驱动第一和第二泵单元的各自泵送柱塞的第一和第二凸轮。第一泵单元的泵送行程排出比第二泵单元的泵送行程更大体积的燃料。
本发明的另一个实施例包括一种用于共轨燃料喷射系统的燃料泵装置；该燃料泵装置包括凸轮驱动的泵单元，该泵单元包括泵送室和用于增压泵送室中的燃料的泵送柱塞、及用于驱动泵单元的泵送柱塞的凸轮。该凸轮具有不对称的凸轮轮廓，以便在凸轮的每次旋转期间在第一和第二泵送行程中驱动泵送柱塞，并且第一泵送行程排出比第二泵送行程更大体积的燃料。
在本发明的其它方面和实施例中，可单独地或者以适当的组合应用本发明各方面和实施例的优选和/或任选的特征。
附图说明
上面所提及的图1是包括已知燃料泵装置的常规燃料喷射系统的一部分的示意图。
现在将参照附图并仅通过举例来描述本发明的实施例，在附图中相似的附图标记是用于相似的特征，并且其中：
图2是根据本发明第一实施例的包括燃料泵装置的燃料喷射系统的一部分的示意图。
图3（a）和图3（b）是分别示出图2的燃料喷射系统的两种操作模式的燃料轨压力随时间推移的变化的示意图，图3（c）是示出如图1中所示的常规燃料喷射系统的燃料轨压力随时间推移的变化的示意图。
图4（a）至图4（c）是示出对应于图3（a）至图3（c）但在较高燃料喷射速率下的燃料轨压力随时间推移的变化的示意图。
图5是根据本发明第二实施例的包括燃料泵装置的燃料喷射系统的一部分的示意图。
图6是根据本发明第三实施例的包括燃料泵装置的燃料喷射系统的一部分的示意图。
图7是图6的燃料泵装置的凸轮凸角的示意图。
具体实施方式
图2示出了根据本发明第一实施例的具有燃料泵装置的燃料喷射系统100的一部分。燃料泵装置包括单位泵类型的多个燃料泵。在图示说明的实施例中，设置第一和第二燃料泵单元110a,110b。
在下文中被称为燃料泵的各燃料泵单元110a,110b包括泵送室112a,112b、及布置成在柱塞孔（未图示）中做往复运动以增加和减小各自泵送室112a,112b的容积的泵送元件或柱塞114a,114b。由被安装在共同的凸轮轴118上的各自的第一和第二凸轮116a,116b驱动泵送柱塞114a,114b。
第一凸轮116a和第二凸轮116b具有不同的凸轮轮廓。具体地，第一凸轮116a具有比第二凸轮116b更大的升程，各凸轮116a,116b的升程是凸轮轮廓的最小半径与凸轮轮廓的最大半径之间的差值。由于凸轮116a,116b之间的升程的差异，与由第二凸轮116b所驱动的第二泵110b的泵送柱塞114b的行程长度相比，第一凸轮116a在更长的行程中驱动第一泵110a的泵送柱塞114a。
各泵110a,110b的泵送室112a,112b经由允许燃料仅在朝向燃料轨120的方向上流动的各自的单向阀122a,122b而连接到燃料轨120。燃料轨120为多个燃料喷射器（未图示）提供燃料，正如本领域技术人员所熟悉的。
各泵110a,110b的泵送室112a,112b还通过各自的电子可切换计量阀126a,126b而连接到低压燃料源124。可以由发动机的电子控制单元（未图示）单独地控制计量阀126a,126b以调节燃料轨120中的燃料压力，正如将在下面所描述的。
当凸轮轴118旋转时，凸轮116a,116b在往复直线运动中驱动泵110a,110b的各自的泵送柱塞114a,114b从而以循环的方式增大或减小相关泵送室112a,112b的容积。
将第一泵110a作为一例，在第一泵110a的泵送柱塞114a的各自的填充或返回行程期间，泵送柱塞114a移动以增大泵送室112a的容积。在填充行程期间，与第一泵110a相关的计量阀126a保持在打开位置，从而允许将燃料从低压源124吸入泵送室112a。
当柱塞114a处在其返回行程的极限且各自的泵送室112a的容积处于最大时，第一泵110a的填充行程结束。然后，当凸轮116a继续旋转时，柱塞114a的泵送行程开始，其中当柱塞114a移动进入泵送室112a时泵送室112a的容积减小。当柱塞114a到达其推进行程的极限时（在该点泵送室112a的容积为最大）泵送行程结束，并且下一个填充行程开始。柱塞114a的行程长度（即，在其前进行程与反向行程的极限之间的距离）由凸轮116a的升程确定，因此在柱塞114a的泵送行程期间泵送室112a中的排出的燃料的体积也由凸轮116a的升程确定。
第二泵110b以同样的方式操作。然而，因为驱动第二泵110b的柱塞114b的第二凸轮116b具备具有比第一凸轮116a小的升程的轮廓, 所以在第二泵110b中在泵送行程期间泵送室112b中被排出的燃料的体积小于在第一泵110a中在泵送行程期间被排出的燃料的体积。
以彼此偏离90°的方式将第一和第二凸轮116a,116b布置在凸轮轴118上。这样，虽然第一泵110a的柱塞114a是在泵送行程中移动，但第二泵110b的柱塞114b却是在填充行程中移动，反之亦然。在图示说明的实施例中，凸轮116a,116b是双凸角的，因此在凸轮轴118的每次旋转中发生两个泵送循环（即，一个填充行程之后跟随着一个泵送行程）。
利用计量阀126a,126b来控制燃料轨120中的燃料压力。有利地，通过独立地控制计量阀126a,126b，可以独立地分别调节从第一泵110a和第二泵110b到达燃料轨120的燃料量以使燃料喷射系统的操作效率最大化。
例如，当期望利用第一泵110a将燃料泵送入燃料轨120时，在泵送行程期间电子控制单元关闭第一计量阀126a，以防止燃料从第一泵110a的泵送室112a回流至低压源124。当泵送行程继续时，泵送室112a中的燃料的压力增加，直到在预定的压力下用于将第一泵110a连接到燃料轨120的单向阀122a打开以允许燃料在压力作用下从泵送室112a流到燃料轨120。在泵送行程结束时，将第一计量阀126a打开以允许泵送室112a在下一个填充行程期间进行填充。
如果期望将最大体积的增压燃料从第一泵110a输送至燃料轨120，那么可以将第一计量阀126a保持在其关闭状态达基本上全部的泵送行程。在这种情况下，将在泵送行程期间排出的基本上全部体积的燃料加压并输送至燃料轨120。
可替代地，如果期望将小于最大体积的增压燃料从第一泵110a输送至燃料轨120，那么可以在仅一部分的泵送行程将第一计量阀126a保持在其关闭状态。例如，在泵送行程开始时可以将第一计量阀126a保持在打开状态，并且在泵送行程期间的适当时间点将第一计量阀126a关闭以便将适当体积的增压燃料输送至燃料轨120。
燃料仅经过单向阀122a流到燃料轨120同时第一计量阀126a关闭。如果在泵送行程期间将第一计量阀126a打开，那么泵送室112a中的压力下降并且单向阀122a关闭，从而阻止燃料从第一泵110a流入燃料轨120。在剩余的泵送行程期间，由柱塞114a所排出的剩余燃料体积在没有增压的情况下回流至低压源124。
可以以类似的方式，通过打开和关闭第二计量阀126b，而控制增压燃料从第二泵110b经过相关的单向阀 122b向燃料轨120的流动。
电子控制单元布置成通过确定燃料轨120中的实际燃料压力与满足燃料输送需求所需的燃料压力（即，在适当的压力下为喷射器提供适当体积的燃料以满足发动机上的当前和预测的扭矩需求所需的压力）之间的差，计算出第一和第二计量阀126a,126b的适当的打开和关闭时间。由传感器（未图示）监测燃料轨120中的实际燃料压力。正如本领域技术人员所熟悉的，可以由电子控制单元基于合适的传感器输入（例如来自节气门位置传感器、曲轴位置传感器、温度传感器、空气流量传感器等）来确定满足扭矩需求所需的燃料轨压力。
燃料轨120中的燃料压力，作为时间的函数，沿着大体呈锯齿状的曲线。由喷射器喷射燃料时燃料压力随着时间推移而降低，并且当由每个燃料泵110a,110b将燃料输送至燃料轨时燃料压力急剧地增加。因此，电子控制单元计算出目标最小燃料轨压力（该压力反映满足燃料需求所需的当前最小喷射压力）及目标峰值燃料轨压力（该压力充分地超过目标燃料轨压力以便允许在各泵送事件之间的压力降低）。
电子控制单元将测量的燃料轨压力与目标最小和目标峰值燃料轨压力进行比较，并且将输出信号发送至第一和第二计量阀126a,126b，由此将实际轨压力保持在目标峰值燃料轨压力与目标最小燃料轨压力之间。
当实际燃料轨压力接近目标最小燃料轨压力时，在柱塞114a,114b的各自泵送行程期间电子控制单元关闭计量阀126a,126b中的一个或两个，以便将高压燃料从第一泵110a和/或第二泵110b供给至燃料轨120。一旦足够的高压燃料已被输送至燃料轨120以使实际轨压力达到目标峰值轨压力，那么电子控制单元打开所需的计量阀126a,126b以使泵送室122a,122b中的剩余燃料溢出回到低压源124。
实际上，当泵送行程进行时并非连续地监测轨压力，而是电子控制单元事先计算出计量阀126a,126b的各泵送行程所需的关闭和打开时间以确保各泵110a,110b的泵送行程的期望部分用于将燃料泵送至燃料轨120。
有利地，此策略在各自的泵送行程期间视情况允许各计量阀126a,126b关闭并且在泵送行程结束时将各计量阀126a,126b打开，从而使计量阀126a,126b打开时溢出至低压源124的增压燃料的量最小化。应当理解的是，尽管甚至当计量阀126a,126b保持关闭状态直到泵送行程结束时，仍有一些增压燃料将由于泵110a,110b的死体积而将损失到低压源124。正如本领域技术人员应理解的，死体积相当于在各泵送行程结束时留在泵送室122a,122b中的燃料的体积。
因为各泵110a,110b利用各泵送行程输送不同体积的增压燃料，所以可以采用若干种不同的操作模式来优化泵装置的效率和性能。
图3（a）是对于在相对较低喷射速率下操作并且泵装置在提供高效率操作的第一模式下操作的图2的燃料喷射系统的燃料轨压力相对于时间的示意曲线图。在本实例中，目标最小轨压力（PTM）相对较低，并且可以通过仅使用第二泵110b的泵送来维持该目标最小燃料轨压力。
因此，在第二泵110b的泵送行程开始时，第二计量阀126b关闭。在图3（a）中将此点标记为V2。对于第二泵110b的整个泵送行程第二计量阀126b保持关闭状态，从而导致轨压力增加到目标峰值燃料轨压力（PTP）。在图3（a）中将泵送行程的结束标记为F2。然后，第二计量阀126b打开，从而允许第二泵110b的泵送室112b在柱塞114b的填充行程期间重新填充。一旦燃料轨压力降低回到目标最小燃料轨压力PTM，则在下一个泵送行程（V2）开始时将第二计量阀126b关闭以再一次提高燃料轨压力。
因此，在此第一操作模式中，第二泵110b的大体上全部的泵送工作用于升高燃料轨120中的燃料压力。由于泵110a中的死体积，因而仅使最小量的增压燃料从泵送室112b溢出至低压源124。在整个过程中第一计量阀126a保持打开，因此没有燃料从第一泵110a被泵送至燃料轨。因为第一泵110a的泵送室112a保持对低压源124打开，所以在第一泵110a中没有燃料被增压并且使浪费的能量最小。因此，此操作模式在相对较低的喷射速率下实现最大效率。另外，因为避免了在泵送行程期间计量阀126a,126b关闭，所以在此操作模式中使噪声、振动和磨损最小化。
从图3（a）中应理解的是，在第一操作模式中，燃料轨120中燃料压力的变化（即，目标最小压力PTM与目标峰值压力 PTP之间的差）相对较大。然而，通过在第一泵110a和第二泵110b之间分配泵送负荷，对于相同喷射速率下可以获得燃料轨压力的降低的变化。将参照图3（b）描述以此方式操作的第二操作模式。
在本实例中，第一凸轮116a的升程是第二凸轮116b的升程的两倍。因此，在第一泵110a的全部泵送行程中被排出的燃料的体积是在第二泵110b的全部泵送行程中被排出的燃料的体积的两倍。在第二操作模式中，通过关闭第一计量阀126a达第一泵110a的泵送行程的25%并通过关闭第二计量阀126b达第二泵110b的泵送行程的50%，而维持目标最小轨压力PTM。由于由各自泵送行程所排出的燃料体积的差异，因而这些比率意味着各行程导致燃料轨压力升高到相同的目标峰值燃料轨压力PTP。由于第一凸轮116a与第二凸轮116b的偏离，因而第二泵110b的泵送行程在第一泵110a的填充行程期间发生，反之亦然。在图3（b）中，分别用V1和V2表示第一和第二计量阀126a,126b的关闭时间，用F1和F2表示打开时间。
正如可以从图3（b）中所见，与图3（a）中所示的第一操作模式相比，在此第二操作模式中燃料轨压力仍然更加接近目标最小压力PTM。因此，在第二操作模式中，尽管操作效率稍微于第一操作模式，但可以改善喷射压力的一致性。
尽管在第二操作模式中被输送至燃料轨120的燃料与溢出至低压源124的燃料的比率低于在第一操作模式中的比率，但与根据现有技术的装置（其中所有的泵在每个泵送行程中排出相同体积的燃料）相比仍然获得效率的提高。
为了比较，图3（c）示出了图1中所示的现有技术装置（其中由对于每个泵10具有相同轮廓的凸轮16来驱动泵10）的示意性压力-时间曲线图。在图1的装置中，将凸轮16的尺寸设计成使得在泵送行程期间各泵10排出相同体积的燃料，该体积等于图2中每次泵送行程中由第一泵110a所排出的体积的75%、或者同等地每次泵送行程中由第二泵110b所排出的体积的150%。这样，两个泵10连同图1的常规装置的总排出量与两个泵110a,110b连同根据图2的发明的装置的总排出量是相同的。
为了实现与由如图3（b）中所示的在第二模式中操作的图2的装置所实现的相同的燃料轨压力变化，具有常规尺寸的凸轮的图1的装置要求对于各泵的泵送行程的三分之一计量阀打开，如图3（c）中所示。在图3（c）中，将这些阀的关闭时间标记为V，将打开时间标记为F。
与图3（b）中所示的第二模式相比较，如图3（c）中所示的常规装置的操作效率较低。
当喷射速率较高时，需要较大体积的燃料以满足燃料需求。图4（a）至图4（c）示出了对于图3（a）至图3（c）中的同等情况、但在较高喷射速率下燃料轨压力随时间的变化。
在图4（a）中，图2的装置是在第三操作模式中操作，其中通过单独使用第一泵110a进行泵送并利用第一泵110a的容量的100%来维持燃料轨压力。因此，在第一泵110a的泵送行程开始时第一计量阀126a关闭，在图4（a）中用V1表示，，并且保持关闭直到泵送行程结束，用F1表示。第二计量阀126b在整个过程中都保持打开，因此没有燃料被第二泵110b泵送入燃料轨120。
此第三操作模式使装置的效率最大化，因为第一泵110a的全部泵送工作被用于增加燃料轨120中的燃料压力，同时没有泵送工作被耗费在增压第二泵110b中的燃料。
通过在第一泵110a和第二泵110b之间分配泵送负荷，可以减小燃料轨压力的变化。因此，在图4（b）所示的第四操作模式中，第一计量阀126a关闭达第一泵110a的泵送行程的一半，第二计量阀126b关闭达第二泵110b的整个泵送行程。这样，满足与如图4（a）中所示相同的燃料需求，但具有较低的燃料轨压力变化。
尽管第四操作模式的效率低于第三操作模式，但使用常规装置（其中各泵在每个泵送行程中具有相同的排量，例如图1中所示）来满足同等的燃料需求仍然效率较低。图4（c）中示出了图1的装置的压力-时间曲线。为了获得相同的目标最小燃料轨压力PTM并且具有与图2装置的第四模式相同的压力变化性，图1装置的计量阀22必须关闭达各泵10的泵送行程的三分之二。这导致比图2装置的第四操作模式低的效率。
本领域技术人员应理解的是，对于特定的用途和特定的发动机工况，可以优化根据本发明的泵装置的操作模式。例如，对于任何给定的喷射速率而言，可以由电子控制单元控制该泵装置，以便以最大效率或以最小燃料轨压力变化或者以效率与压力变化之间的适当平衡将燃料输送至燃料轨120，从而整体地优化燃料喷射系统的操作。
在本发明第一实施例的变体中，可设置另外的泵。例如，可设置由具有与第一凸轮116a相同轮廓的各自凸轮所驱动的一组两个或更多的泵、及由具有与第二凸轮116b相同轮廓的各自凸轮所驱动的一组两个或更多的另外的泵。这样，可以用泵装置满足更大的燃料的量和/或压力的需求。在另一个变体中，可设置由具有在第一凸轮116a和第二凸轮116b之间的中间几何形状的凸轮所驱动的一个或多个的另外的泵。与现有技术中的已知装置相比，这种装置允许效率的进一步改善。
图5中示出了根据本发明第二实施例的具有燃料泵装置的燃料喷射系统。如同第一实施例，在此第二实施例中设置第一和第二燃料泵210a,210b。各燃料泵210a,210b包括泵送室212a,212b、及布置成在柱塞孔（未图示）中做往复运动的泵送柱塞214a,214b。被安装在共用凸轮轴218上的各自的第一和第二凸轮216a,216b驱动泵送柱塞214a,214b。
本发明的第二实施例与第一实施例的不同之处在于：在第二实施例中第一和第二凸轮216a,216b具有相同的凸轮轮廓。相反，为了实现在每次泵送行程中由第一和第二泵210a,210b所排出的燃料的体积的差异，第一泵210a的泵送柱塞214a和相关泵送室212a 具有比第二泵210b的泵送柱塞214b和相关泵送室212b更大的直径。
这样，尽管各泵送柱塞214a,214b的行程是相同的，但在泵送行程期间由第一泵210a的柱塞214a所排出的体积大于由第二泵210b的柱塞214b所排出的体积。具体地，第一泵210a的柱塞214a的截面积是第二泵210b的柱塞214b的截面积的两倍，因此第一泵210a在每个泵送行程中排出是第二泵210b的两倍的燃料。
如同本发明的第一实施例，在第二实施例中各泵210a,210b的泵送室212a,212b经由各自的单向阀222a,222b连接到燃料轨220，并且经由各自的电子可切换计量阀226a,226b连接到低压燃料源224。
本发明第二实施例的泵装置的操作与如上所述的本发明第一实施例中的操作是相同的。
本发明第二实施例的泵装置提供对第一实施例的装置的有用替代。例如，当期望提供平衡的泵凸轮轴时，有利的是使用由相同的凸轮216a,216b所驱动的具有不同柱塞直径的泵210a,210b。此外，在本发明第二实施例的一个变体中，可以由同一凸轮驱动第一泵和第二泵，因为这些泵本身被布置成对于相同行程长度输出不同体积的燃料。
在本发明第二实施例的其它变体中，可设置另外的泵。例如，可设置一组两个或更多的具有相对较大柱塞的泵、及一组两个或更多的具有相对较小柱塞的另外的泵。这样，可以用泵装置来满足对燃料的量和/或压力的更大需求。在另一个变体中，可设置具有在第一泵210a的柱塞直径与第二泵210b的柱塞直径之间的中间柱塞直径的一个或多个的另外的泵。与现有技术中的已知装置相比，这种装置允许效率的进一步改善。
图6示出了根据本发明第三实施例的具有泵装置的燃料喷射系统的一部分。
如同在第一和第二实施例中，在此第三实施例中设置第一和第二燃料泵310a,310b。各燃料泵310a,310b包括泵送室312a,312b、及布置成在柱塞孔（未图示）中做往复运动的泵送柱塞314a,314b。由被安装在共用凸轮轴318上的各自的第一和第二凸轮316a,316b驱动泵送柱塞314a,314b。
在此第三实施例中，第一和第二凸轮316a,316b具有相同的不对称凸轮轮廓，如图7中更详细地示出。被同轴地安装在凸轮轴318上的各凸轮316a,316b围绕轴线350旋转。分别限定第一和第二突出部356,358的两个凸角352,354在直径方向上跨轴线350相对布置。各突出部352,354位于距轴线350为半径RN处。
凸轮316a,316b在凸角352,354之间的最小半径360,362的点位于在凸轮316a,316b的每侧上的不同半径处。随着凸轮316a,316b沿逆时针方向旋转，在第一凸角352前面的最小半径360的点位于距轴线350为半径R1处，在第二凸角354前面的最小半径362的点位于距轴线350为半径R2处。半径R2是半径R1的两倍。
因此，当凸轮轴318旋转时，各凸轮316a,316b在每次旋转的两个泵送循环中驱动各自的泵送柱塞314a,314b。由第一凸角352驱动第一泵送循环的泵送行程，因此该第一泵送行程具有由RN-R1所得出的行程长度。由第二凸角354驱动第二泵送循环的泵送行程，因此此第二泵送行程具有由RN-R2所得出的行程长度。
因此，第一泵送行程的长度是第二泵送行程的两倍。因此，在各泵310a,310b的第一泵送循环期间被排出的燃料体积是在各泵310a,310b的第二泵送循环期间被排出的燃料体积的两倍。
如同在本发明的第一和第二实施例中，在第三实施例中各泵310a,310b的泵送室312a,312b经由各自的单向阀322a,322b连接到燃料轨320，并且经由各自的电子可切换计量阀326a,326b而连接到低压燃料源324。
根据本发明第三实施例的装置的操作类似于本发明第一和第二实施例的装置的操作。在这种情况下，两个泵310a,310b能够在对应于在凸轮轴318的每次旋转期间在各泵310a,310b中所发生的第一和第二泵送行程的每次泵送行程中，提供大体积或者小体积的燃料。对于凸轮轴318的每次旋转，电子控制单元可以独立地选择对于各自计量阀326a,326b应保持关闭的第一（较长）泵送行程和第二（较短）泵送行程的比例。
本发明的第三实施例提供第一和第二实施例的有用替代。有利地，因为泵310a,310b是相同的并且不对称凸轮316a,316b也是相同的，所以本发明的此实施例提供一种具有比前述实施例低的独特部件数的相对简单装置。
应当理解的是，因为本发明第三实施例中的各泵可以输送小排量和大排量的泵送行程，所以单独的一个泵便可足以获得本发明的益处。因此，在第三实施例的一个变体中，仅设置一个泵。在其它的变体中，可以设置三个或更多的泵，以满足更大的体积和/或压力需求。也应当理解的是，可以由同一不对称凸轮来驱动两个或更多的泵。也可以采用具有三个或更多凸角的凸轮轮廓，用以提供具有不同行程长度的多个泵送行程。
在本发明第三实施例的另一个变体中，凸轮316a,316b具有不同的不对称轮廓，因此每个泵310a,310b在其各自的第一和第二泵送行程中提供不同体积的燃料。在优化泵送装置的效率上，这种装置可以提供进一步的改进。
本领域技术人员应理解的是，本发明的上述实施例和变体仅仅是例子，并且也可以想到在上面未明确描述但能够在第一泵送行程中输送大于在第二泵送行程中所输送的燃料体积的燃料体积的其它泵送装置。
例如，可以将上述实施例的两个或更多的特征组合。例如，也可以由具有不对称凸轮轮廓的凸轮来驱动包括具有不同截面积的泵送柱塞的两个或更多的泵。
在上述实施例中，在第一泵送行程中被排出的燃料的体积是在第二泵送行程中被排出的燃料的体积的两倍。然而，应当理解的是，可以选择对于给定用途为合适的、在第一和第二泵送行程中被排出的燃料的相对体积。可以想到其中可得到各自排出不同体积燃料的三个或更多泵送行程的本发明的另外实施例。这样，可以提供更多数量的最大效率操作模式。
在不背离如所附权利要求中所限定的本发明范围的前提下，其它修改和变型也是可能的。

Claims (13)

1. 一种用于燃料喷射系统的燃料泵装置，所述燃料泵装置包括：
第一凸轮驱动的泵单元（110a;210a）和第二凸轮驱动的泵单元（110b;210b）；
用于可切换地将所述第一泵单元（110a;210a）的所述泵送室（112a;212a）连接到低压燃料源（124;224）的第一计量阀（126a;226a）；及用于可切换地将所述第二泵单元（110b;210b）的所述泵送室（112b;212b）连接到所述低压燃料源（124;224）的第二计量阀（126b;226b），
其中，各泵单元（110a,110b;210a,210b）包括泵送室（112a,112b;212a,212b）、及用于使所述泵送室（112a,112b;212a,212b）中的燃料增压的泵送元件（114a,114b;214a,214b）；
各泵送元件（114a,114b;214a,214b）由所述燃料泵装置的各自凸轮（116a,116b;216a,216b）驱动从而在所述凸轮（116a,116b;216a,216b）的每次旋转中经历至少一个泵送行程；
其中所述燃料泵装置构造成使得在所述第一泵单元（110a;210a）的整个泵送行程中被排出的燃料体积大于在所述第二泵单元（110b;210b）的整个泵送行程中被排出的燃料体积。
2. 如权利要求1所述的燃料泵装置，还包括：
用于驱动所述第一泵单元（110a;210a）的所述泵送元件（114a;214a）的第一凸轮（116a;216a）；及
用于驱动所述第二泵单元（110b;210b）的所述泵送元件（114b;214b）的第二凸轮（116b;216b）。
3. 如权利要求3所述的燃料泵装置，其中所述第一凸轮（116a）具有与所述第二凸轮（116b）不同的轮廓，使得所述第一泵送行程长于所述第二泵送行程。
4. 如权利要求4所述的燃料泵装置，其中所述第一泵单元（110a）的所述泵送元件（114a）具有与所述第二泵单元（110b）的所述泵送元件（114b）相同的截面积。
5. 如权利要求1或2所述的燃料泵装置，其中所述第一泵单元（210a）的所述泵送元件（214a）的截面积大于所述第二泵单元（210b）的所述泵送元件（214b）的截面积。
6. 一种用于燃料喷射系统的燃料泵装置，所述燃料泵装置包括凸轮驱动的泵单元（310a,310b）；
所述泵单元（310a,310b）包括泵送室（312a,312b）、及用于增压所述泵送室（312a,312b）中的燃料的泵送元件（314a,314b）；
所述泵送元件（314a,314b）由所述燃料泵装置的凸轮（316a,316b）驱动以便在所述凸轮（316a,316b）的每次旋转中经历第一泵送行程和第二泵送行程；
其中所述燃料泵装置构造成使得在第一泵送行程中所排出的燃料体积大于在第二泵送行程中所排出的燃料体积；并且其中所述凸轮（316a,316b）具有不对称的凸轮轮廓以便在所述凸轮（316a,316b）的一次旋转期间在第一和第二泵送行程中驱动其各自泵单元（310a,310b）的所述泵送元件（314a,314b）。
7. 如权利要求6所述的燃料泵装置，其中所述不对称的凸轮轮廓包括用于驱动所述泵送元件（314a,314b）的第一泵送行程的第一凸角（352）、及用于驱动所述泵送元件（314a,314b）的第二泵送行程的第二凸角（354），并且其中所述第一凸角（352）具有比所述第二凸角（354）高的凸轮升程，因此所述第一泵送行程比所述第二泵送行程长。
8. 如权利要求1或6所述的燃料泵装置，还包括用于将所述或各计量阀（126a,126b;226a,226b;326a,326b）在以下两种位置之间进行切换的控制器：
（i）打开位置，其中所述各自的泵送室（112a,112b;212a,212b;312a,312b）与所述低压燃料源（124;224;324）流体连通；及
（ii）关闭位置，其中所述各自的泵送室（112a,112b;212a,212b;312a,312b）与所述低压燃料源（124;224;324）隔离从而导致所述各自的泵送室（112a,112b;212a,212b;312a,312b）中的燃料增压并且从所述泵送装置输出增压的燃料。
9. 如权利要求8所述的燃料泵装置，其中所述控制器布置成计算燃料输送需求，并且切换所述或各计量阀（126a,126b;226a,226b;326a,326b）使得所述泵送装置输出燃料以满足燃料输送需求。
10. 如任一项前述权利要求所述的燃料泵装置，还包括一个或多个单向阀（122a,122b;222a,222b;322a,322b），所述单向阀用于将所述或各泵单元（110a,110b;210a,210b;310a,310b）的所述泵送室（112a,112b;212a,212b;312a,312b）连接到所述燃料喷射系统的共轨（120;220;320）。
11. 一种用于在包括根据权利要求1所述的燃料泵装置的燃料喷射系统中将燃料输送至共轨（120,220,320）的方法，所述方法包括：
计算燃料输送需求；及
在所述第一泵送行程和/或所述第二泵送行程期间，将燃料从所述燃料泵装置输送至所述共轨（120,220,320）以满足燃料输送需求。
12. 如权利要求11所述的方法，包括仅在一部分的第一泵送行程和/或仅在一部分的所述第二泵送行程期间,将燃料从所述燃料泵装置输送至所述共轨以满足燃料输送需求。
13. 如权利要求11或12所述的方法，包括仅在所述第一泵送行程或者仅在所述第二泵送行程期间，将燃料从所述燃料泵装置输送至所述共轨以满足燃料输送需求。
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