CN105765209A - 燃料喷射系统及用于运行燃料喷射系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料喷射系统，尤其共轨喷射系统，包括具有仅一个高压元件(2)的在容积上不平衡的高压泵(1)，还包括一个用于调节高压泵(1)的供给压力的溢流阀(3)，其中，溢流阀(3)具有能抵抗弹簧(4)的弹簧力移动的阀件(5)以释放至少一个控制排出开口(6)，通过控制排出开口高压泵(1)的供给区域(7)能与燃料喷射系统的回流管线(8)连接。本发明溢流阀(3)具有能按照高压泵(1)的排挤容积(Q_geo)协调启用的储存容积，在供给区域(7)中的理论压力幅值最大为1bar的情况下该储存容积至少相应于排挤容积(Q_geo)的一半。本发明还涉及用于运行燃料喷射系统的方法，燃料喷射系统包括具有仅一个高压元件(2)的在容积上不平衡的高压泵(1)。

Description

燃料喷射系统及用于运行燃料喷射系统的方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的燃料喷射系统，尤其是共轨喷射系统。此外，本发明还涉及一种具有权利要求7前序部分特征的用于运行燃料喷射系统的方法。

背景技术

由公开文献DE102011006099A1得知一种具有高压泵的燃料喷射系统，该燃料喷射系统按上述类型构成。此外，在该公开文献中还公开了一种用于在燃料喷射系统的低压区域中进行主动地波动阻尼的方法。

在DE102011006099A1中所述的高压泵包括至少一个泵元件，该泵元件具有一个可通过凸轮式或偏心式驱动器驱动为行程运动的泵活塞。在泵活塞的抽吸行程中通过一个抽吸泵由一个低压区域吸入燃料，并且，在泵活塞的输送行程中压缩燃料，并且，在高压下通过一个输出阀将燃料输送给一个高压储存器。尤其在仅具有一个泵元件和/或至少一个设有非对称行程曲线的泵元件的高压泵的情况下，即在容积上不平衡的(nichtausgeglichen)高压泵的情况下，可出现压力波动，该压力波动尤其出现在燃料喷射系统的低压区域中。该压力波动导致设置在低压区域中的部件的负荷增高，以致需要采取措施来补偿或阻尼该压力波动。

在DE102011006099A1中，为了避免或减小燃料喷射系统的低压区域中的压力波动提出使用一个高压泵与一个设计成电燃料泵的预输送泵相组合。电燃料泵在动态地可转速调节并且除一个基量外还提供一个可调制的附加量。通过动态地可转速调节的电燃料泵的附加输送的燃料量有针对性地将压力波动引入到燃料喷射系统的低压区域中，该压力波动与由于高压泵的不均匀性形成的压力波动相反。这允许所不希望的压力波动得到有针对性的补偿并由此实现主动的波动阻尼。

发明内容

由上述的现有技术出发，本发明基于如下任务：给出一种燃料喷射系统，尤其一种共轨喷射系统，该燃料喷射系统包括具有仅一个高压元件的一个在容积上不平衡的高压泵以及——与一个前置的预输送泵的具体构型无关地——比较不倾向于在低压区域中的压力波动和/或体积流量不均匀性。此外，要给出一种用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统尤其是共轨喷射系统，该燃料喷射系统包括具有仅一个高压元件的一个在容积上不平衡的高压泵，其中，在低压区域中的压力波动和/或体积流量不均匀性明显地减小。

为了解决该任务，建议一种具有权利要求1的特征的燃料喷射系统，以及一种具有权利要求7的特征的用于运行燃料喷射系统的方法。本发明的有利扩展方案由相应的从属权利要求得知。

本发明的公开内容

所建议的燃料喷射系统，尤其是共轨喷射系统，包括：具有仅一个高压元件的一个在容积上不平衡的高压泵；一个用于调节高压泵的供给压力的溢流阀。该溢流阀具有一个能抵抗弹簧的弹簧力移动的阀件，用于释放至少一个控制排出开口，通过所述控制排出开口，高压泵的供给区域可与该燃料喷射系统的回流管线相连接。根据本发明提出：为了容积补偿，溢流阀具有一个能按照高压泵的排挤容积Q_geo协调启用的储存容积，在供给区域中的理论压力幅值最大为1bar的情况下该储存容积至少相应于排挤容积Q_geo的一半。因此，该溢流阀在固有频率方面这样设计，使得其在由高压泵产生的激励的整个被预料的频率范围上能实现容积补偿。以此方式防止或至少显著地减小压力波动进入到低压区域中。由此使设置在低压区域中的部件的负荷下降并且防止邻接部件的功能受损。低压区域中压力波动的降低还将导致由构件振动产生的噪音减小。

根据本发明的一个优选实施方式，溢流阀的储存容积可通过阀件抵抗弹簧的弹簧力的移动来启用。因此，溢流阀的储存容积通过一个弹簧-质量系统来提供。虽然溢流阀通常被设计成具有弹簧加载的阀活塞的活塞滑移阀并且因此构成一个弹簧-质量系统，但由此可达到的容积补偿受到很强的限制和/或需要大的行程或压力幅值，该压力压力幅值明显地高于1bar。大的行程或压力幅值又将引起：低于溢流阀的打开压力的压力波动虽然不通过控制排出横截面但通过一个衔接到燃料喷射系统的回流管线上的弹簧室进入低压区域中。为了防止这点，需要将行程幅值和/或压力幅值保持为小。替代地或补充地，在这方面提出：储存容积或储存容积的至少一部分通过一个流体室来保持，该流体室通过一个膜片与供给区域分隔开。该储存容积则可通过一个将流体室与供给区域分隔开的膜片的弹性变形来启用。

优选地，流体室被填充一种可压缩的流体，例如空气。流体室尤其可涉及一个用于接收对阀件加载的弹簧的弹簧室。

优选地，溢流阀的阀件活塞状地构造并且具有在8mm至18mm之间的、优选地在10mm至14mm之间的直径D。因此，该活塞状的阀件的直径D被选择为大于一个传统的溢流阀的阀活塞的直径D，传统的溢流阀的阀活塞的直径通常小于8mm、例如为6mm。随着阀件直径的增大实现行程幅值的减小。

此外优选地，溢流阀的弹簧具有在2N/mm之15N/mm之间的、尤其在4N/mm至10N/mm之间的弹簧系数C。因此，用于根据本发明的燃料喷射系统的溢流阀的弹簧的弹簧系数被选择为大于一个传统的溢流阀的弹簧的弹簧系数，传统的溢流阀的弹簧的弹簧系数通常小于2N/mm，例如为1.6N/mm。对阀件加载的弹簧的弹簧系数C的提高用于保障所需的固有频率，以便在高压泵的整个输送频率范围上保证期望的阀动力特性。

作为进一步构型的措施建议：溢流阀具有两个控制排出开口，所述两个控制排出开口相对置地位于一个平面中。传统的溢流阀通常具有四个位于一个平面中的控制排出开口。通过控制排出开口的数目的减少可影响液压的控制排出特性。也可在多个平面中进行该控制排出开口的布置。优选地，设有至少两个平面，在所述至少两个平面中分别相对置地设有二个控制排出开口。平面的数目例如可为三个或四个。借助在多个平面中设置控制排出开口，增多了控制排出开口的数目。因此进一步建议：同时减小控制排出开口的控制排出横截面。上述措施导致了控制排出体积流量的幅值减小，即导致一个平坦的控制排出特性曲线并且导致减小的最大流量。

在本发明的进一步构型中还建议：溢流阀的阀件在外圆周侧上具有一个与至少一个控制排出开口液压连接的或能液压连接的环形槽。该环形槽减少了阀件导向区域中的泄漏，其方式是到达导向区域中的燃料通过环形槽输送给所述至少一个控制排出开口。以此方式防止填充有燃料的弹簧室的过填充，过填充会对溢流阀的功能或其在高频时的动态振动性能产生不利影响。

此外，为了解决开头所述的任务，建议一种用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统尤其是共轨喷射系统，其中，为了调节具有仅一个高压元件的在容积上不平衡的高压泵的供给压力，使用一个溢流阀，该溢流阀具有一个可抵抗弹簧的弹簧力移动的阀件，用于释放至少一个控制排出开口，通过所述控制排出开口，高压泵的供给区域可与该燃料喷射系统的回流管线相连接。根据本发明，溢流阀还用于容积补偿。为了容积补偿，启用溢流阀的一个按照高压泵的排挤容积Q_geo协调的储存容积，在供给区域中的理论压力幅值最大为1bar的情况下该储存容积至少相应于排挤容积Q_geo的一半。

因此，在所建议的方法中，溢流阀满足多个功能。因为除其作为压力调节器之外，溢流阀同时用于补偿在容积上不平衡的高压泵的排挤容积Q_geo。以此方式通过该前置的溢流阀补偿了由在容积上不平衡的高压泵引起的压力波动和/或体积流量不均匀性，使得压力波动和/或体积流量不均匀性不会导入燃料喷射系统的低压区域中。因此降低了设置在低压区域中的部件的负荷。此外，还减小了这些部件在其功能上受损的风险。另外，使由于构件振动产生噪音风险最小化。

储存容积优选地通过阀件抵抗弹簧的弹簧力的移动来启用，该弹簧对阀件加载。与具有弹簧加载的阀件及必要时通过阀件的弹入允许小的容积补偿的传统溢流阀不同，这里使用的溢流阀的储存容积有针对性地按照高压泵的排挤容积协调。以此方式，该溢流阀能在一个宽的频率范围上实现动态的容积补偿。

替代地或补充地建议：存储容积或存储容积的至少一部分通过一个将流体室与供给区域分隔开的膜片的弹性变形来启用。流体室优选地被填充一种可压缩的流体，例如空气，使得在膜片变形时所述流体被压缩而非排出。该填充可压缩流体的流体室还优选地不具有与燃料喷射系统的回流管线的连接。由此取消了用于低压区域中压力波动的传递路径。

根据本发明的一个优选实施方式，可启用的储存容积通过优选活塞状构造的阀件的直径D和/或通过对阀件加载的弹簧的弹簧系数C来调节设定。优选地，直径D确定为在8mm至18mm之间，优选地为10mm至14mm之间。弹簧系数C优选地调整设定在2N/mm至15N/mm之间，优选地在4N/mm至10N/mm之间。相应的直径和/或弹簧系数允许在同时小行程幅值和/或小压力幅值的情况下实现储存容积的启用。在此情况下，弹簧系数C和直径D相互协调。

有利地，所建议的该方法被用于运行根据本发明的燃料喷射系统。因为在根据本发明的燃料喷射系统中，溢流阀具有可启用的储存容积，在供给区域中的理论压力幅值最大为1bar的情况下该储存容积至少相应于高压泵的排挤容积Q_geo的一半。溢流阀以此方式可用于容积补偿，以防止或至少显著地减小所述压力波动和/或体积流量不均匀性带入低压区域中。

附图说明

以下将借助附图来详细地描述本发明的优选实施例。附图示出：

图1：根据本发明的燃料喷射系统的示意图，

图2：包括其工作原理的描述的一个传统溢流阀的示意性纵截面图，

图3：包括以图表形式描述其工作原理的一个用于根据本发明的燃料喷射系统的第一溢流阀的示意性纵截面图，

图4：包括以图表形式描述其工作原理的一个用于根据本发明的燃料喷射系统的第二溢流阀的示意性纵截面图，

图5：包括以图表形式描述其工作原理的一个用于根据本发明的燃料喷射系统的第三溢流阀的示意性纵截面图，

图6：根据本发明的燃料喷射系统的第四溢流阀的示意性纵截面图，及

图7：图6的溢流阀的一个局部放大图。

具体实施方式

图1中所示的根据本发明的燃料喷射系统包括一个在容积上不平衡的高压泵1，其具有仅一个用于输送高压燃料的高压元件2。燃料通过一个供给区域7供给给高压泵1，该供给区域是燃料喷射系统的低压区域的一部分。在供给区域7中设置了一个用于调节供给压力的溢流阀3。供给区域7通过一个预输送泵12由一个燃料储备容器13供应燃料。在预输送泵3与溢流阀3之间还设有一个燃料过滤器14。

通过高压泵1的高压元件2以高压输送的燃料通过一个高压管线15供给一个储存管线16，在该储存管线上衔接有多个燃料喷射器17，用于将高压输送的燃料喷射到一个内燃机(未示出)的燃烧室中。为了控制排出流量和/或泄漏量的回流，燃料喷射器17通过一个回流管线8与燃料喷射系统的燃料储备容器13连接。

设置在供给区域7中的溢流阀3用于供给压力的调节。这里，溢流阀3构造为活塞滑移阀并且具有一个活塞状的阀件5，该阀件可抵抗一个弹簧4的弹簧力移动。弹簧4的弹簧力确定了溢流阀3的打开压力。如果打开压力被超过，则阀件5的移动释放多个控制排出开口6，通过这些控制排出开口可建立供给区域7与回流管线8的连接。

这里，在回流管线8上还衔接有一个流体室10，在该流体室中同时接收所述弹簧4。以泄漏方式到达流体室10的燃料能以此方式输送给回流管线8，由此使流体室10减载。

在图1中所示的根据本发明的燃料喷射系统的情况下，设置在供给区域7中的溢流阀3具有另一功能。该另一功能在于，补偿由在容积上不平衡的高压泵1引起的压力波动和/或体积流量不均匀性，以便避免这些压力波动和/或体积流量不均匀性被带入低压区域中。对此所需的容积补偿将通过溢流阀3的储存容积来起作用，该储存容积这样设计：使得在供给区域7中的理论压力幅值最大为1bar的情况下该储存容积至少相应于高压泵1的排挤容积Q_geo的一半。

储存容积的启用仅需要活塞状的阀件5抵抗弹簧4的弹簧力的移动。在此情况下，阀件5的直径D被这样地设计，使得容积补偿需要阀件5的一个小行程。这样选择弹簧4的弹簧系数C，使得对于容积补偿必需的行程所必要的压力幅值＜1bar。

图1的燃料喷射系统的溢流阀3被放大地表示在图3中。溢流阀3的阀件5具有一个直径D＝18mm。对阀件5加载的弹簧4具有弹簧系数C＝14.4N/mm。在缸形的阀壳体18的周缘上在一个平面E中均匀分布地设置了四个控制排出开口6。

与此相对应地，在图2中表示出一个传统的溢流阀3，其阀件5具有一个直径D＝6mm并且其弹簧4具有弹簧系数C＝1.6N/mm。在阀壳体18的圆周上在一个平面E中也均匀分布地设置了四个控制排出开口6。

图2和3中所示的阀3的工作原理可从另外表示的图表得知。在这些图表中各给出了这些曲线：

a)阀件5的行程[mm]

b)控制排出体积流量[l/h]

c)储存容积[mm³]，以及

d)控制排出横截面[mm²]。

虚线之间的区域确定了用于抑制压力波动所期望的容积补偿的范围。箭头19给出了对此所需的压力变化。

在图2的实例(传统的阀)中，压力幅值为2.5并且行程幅值为4.4。在图3的实例中，压力幅值可下降到0.3并且行程幅值可下降到0.5。如果我们比较箭头19的长度，则该变化尤其清楚。

图4中表示用于根据本发明的燃料喷射系统的一个溢流阀3，它的阀件5具有一个直径D＝12mm。弹簧4具有弹簧系数C＝6.4N/mm。控制排出开口6的数目减少到位于平面E中的二个开口。此外，阀件5具有一个环形槽11，通过该环形槽可使在阀件5与阀壳体18之间的导向间隙与控制排出开口6相连接，使得出现在导向间隙中的泄漏量输送给控制排出开口6中。以此方式防止流体室10以燃料过填充。以上措施有助于——相对于图2的实例而言——能使压力幅值下降到0.6并且行程幅值可下降到1.1。

图5中表示出另一变型。这里为直径D＝12mm并且弹簧系数C＝4.2N/mm。在一个平面E中各设有两个控制排出开口6，其中总共设置了四个这样的平面E。同时减少了控制排出开口6的控制排出横截面。阀件5也具有一个环形槽11。以此方式结果达到0.4的压力幅值和1.1的行程幅值。在图4的实例中控制排出体积流量(曲线b)仍具有一个大的幅值，这归结为一个陡的控制排出特性曲线和一个大的最大流量，而在图5的实例中控制排出体积流量的幅值可明显地下降。这就是说，实现一个平坦的控制排出特性曲线和一个降低的最大流量。其结果是，进入低压区域中的压力波动在溢流阀之后不仅通过控制排出开口6的传送路径而且还通过流体室10的传送路径而减小。

后者也可通过如下方式实现，使用相应于图6及7的溢流阀3。该溢流阀具有一个膜片9，该膜片将流体室10与供给区域7分隔开。流体室10被空气填充，使得供给区域7中压力升高引起膜片9向着流体室方向的弹性变形。通过在流体室10中存在的空气的压缩就使一个储存容积启用，所述储存容积引起所需的容积补偿。

Claims (10)

1.燃料喷射系统，尤其是共轨喷射系统，其包括具有仅一个高压元件(2)的一个在容积上不平衡的高压泵(1)，还包括一个用于调节高压泵(1)的供给压力的溢流阀(3)，其中，所述溢流阀(3)具有一个能抵抗弹簧(4)的弹簧力移动的阀件(5)用于释放至少一个控制排出开口(6)，通过所述控制排出开口，所述高压泵(1)的供给区域(7)能与该燃料喷射系统的回流管线(8)相连接，

其特征在于：所述溢流阀(3)具有一个能按照高压泵(1)的排挤容积(Q_geo)协调启用的储存容积，在供给区域(7)中的理论压力幅值最大为1bar的情况下该储存容积至少相应于所述排挤容积(Q_geo)的一半。

2.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于：所述储存容积能通过所述阀件(5)抵抗弹簧(4)的弹簧力的移动和/或通过一个将流体室(10)与供给区域(7)分隔开的膜片(9)的弹性变形来启用。

3.根据权利要求1或2的燃料喷射系统，其特征在于：所述溢流阀(3)的阀件(5)活塞状地构造并且具有在8mm至18mm之间的直径(D)、优选地在10mm至14mm之间的直径。

4.根据以上权利要求中一项的燃料喷射系统，其特征在于：所述溢流阀(3)的弹簧(4)具有在2N/mm至15N/mm之间的弹簧系数(C)、优选地在4N/mm至10N/mm之间的弹簧系数。

5.根据以上权利要求中一项的燃料喷射系统，其特征在于：所述溢流阀(3)具有两个控制排出开口(6)，所述两个控制排出开口在一个平面(E)中相对置，其中，优选地设有多个平面(E)，在所述多个平面中分别相对置地设有两个控制排出开口(6)。

6.根据以上权利要求中一项的燃料喷射系统，其特征在于：所述溢流阀(3)的阀件(5)在外圆周侧上具有一个与所述至少一个控制排出开口(6)液压连接的或能液压连接的环形槽(11)。

7.用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统尤其是共轨喷射系统，其中，为了调节具有仅一个高压元件(2)的在容积上不平衡的高压泵(1)的供给压力，使用一个溢流阀(3)，该溢流阀具有一个能抵抗弹簧(4)的弹簧力移动的阀件(5)，用于释放至少一个控制排出开口(6)，通过所述控制排出开口，所述高压泵(1)的供给区域(7)能与该燃料喷射系统的回流管线(8)相连接，

其特征在于：所述溢流阀(3)还用于容积补偿，并且为了容积补偿，启用溢流阀(3)的按照高压泵(1)的排挤容积(Q_geo)协调的储存容积，在供给区域(7)中的理论压力幅值最大为1bar的情况下所述储存容积至少相应于所述排挤容积(Q_geo)的一半。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于：所述储存容积通过阀件(4)抵抗弹簧(4)的弹簧力的移动和/或通过将流体室(10)与供给区域(7)分隔开的膜片(9)的弹性变形来启用。

9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于：能启用的储存容积通过优选地活塞状构造的阀件(5)的直径(D)和/或通过所述弹簧(4)的弹簧系数(C)来调节设定。

10.根据权利要求7至9中一项的方法，其特征在于：该方法被用于运行根据权利要求1至6的燃料喷射系统。