CN1187865A - 内燃机的燃油喷射装置 - Google Patents

Abstract

根据固体蓄能原理工作的燃油喷射装置设计成一个具有一个输油活塞(35、24)的往复活塞泵,该活塞从其起始位置向压力室(66)运动,并在一个几乎无阻力的加速阶段存储动能。在喷嘴喷油产生压力波时,存储的动能通过一个冲击运动突然传递到压力室(66)中的油上。第二压力室(66′)布置在与第一压力室(66)对应的输油活塞(35、24)一侧上,因此,当输油活塞回到它的起始位置时,通过输油活塞(35、24)存储的动能便传递到第二压力室(66′)中的油上。

Description

内燃机的燃油喷射装置

本发明涉及一种根据固体蓄能原理工作的燃油喷射装置，特别是按权利要求1前序部分所述的二冲程发动机用的燃油喷射装置。

这种燃油喷射装置已在EP0629265中公开，并结合图13至19进行了说明。这种燃油喷射装置根据带有压力冲击喷油的所谓喷油嘴系统进行工作，其中，设置了一个电磁驱动的喷油泵的一个作为输油活塞工作的一侧轴向导向的衔铁的起始加速部分冲程，在该部分冲程中，泵系统内排出的输送燃油在燃油中不引起压力。在这个起始的部分冲程中，输油活塞或衔铁吸收动能并将它贮存起来，而且为排出的燃油设置了一个预定的流动空间，该空间是由油泵系统中的燃油循环来保证的。借助于一个在衔铁中或在输油活塞中设置的阀门装置操作的衔铁运动使油料循环在输油活塞的前部无阻力的冲程中引起燃油循环突然的、预定的中断，并由于输油活塞随后的运动，使输油活塞将它存储的动能以压力冲击或突然地释放到部分油量上，这部分油量位于一个在输油活塞之间或输油活塞之中和一个例如弹簧加载封闭的喷嘴中由循环中断构成的或循环空间的单独封闭的空间区中-即所谓压力室中。油的压力突然上升到例如60巴使喷嘴打开，并通过喷嘴将油喷入内燃机的燃烧室中，这个过程只需极短的时间例如千分之一秒。

这种在EP0629265中公开的喷油嘴系统包括一个电磁驱动的活塞泵1和喷嘴2(图1a)。这种喷油嘴系统特别适用于二冲程发动机。如所周知，这种发动机由于吹洗损耗排出大量有害物质，而且耗油量高，其中很大一部分油料未经使用便通过排出通路3，因为二冲程发动机的溢流和排出通道3是同时打开的。而采用上述的喷油嘴系统则可显著减少耗油量和有害物质排放量。此外，几乎完全避免了由于在低转速时的不均匀燃烧而引起的发动机的不平稳运转。其次，只有在排出通道3基本关闭时，油料才在极短的时间内直接喷入气缸5的燃烧室4中。为了最佳控制喷油嘴系统，电子控制器6通过例如一台微处理机来控制喷油时间点和喷油量。为此，例如用一个温度传感器7、一个节流阀电位器8和一个曲柄转角传感器9来测定与负荷有关的喷油时间点。该微处理机最好也控制用该喷油嘴系统将油料喷入发动机活塞缸单元中的点火装置10。

通过这种喷油嘴系统可使碳氢化合物排放量比其他二冲程发动机显著减少，同时明显改善运行平稳性，特别是在低转速时的运行平稳性。而且一氧化碳和作为润滑输入的油也大量减少，所以这种二冲程发动机在废气排放量方面可与四冲程发动机相当，但仍具有重量轻的二冲程的大功率。

在上述喷油嘴系统中，油循环空间由一个压力室和一个输送活塞空间或衔铁空间构成，其中，压力室是由一个静压阈与压力室隔开的部分空间区，在这部分空间区中，衔铁的动能传递到燃油上，而且衔铁空间也就是在加速的部分冲程过程中无阻力排出的油可流入的这个部分空间区。

衔铁空间可根据公知的喷油嘴系统通过一个外壳上的孔与燃油冲洗装置连接，这样，在衔铁喷油工作过程中和/或在泵或发动机的起始阶段就可通过这个部分空间区来输送燃油。通过用例如冷却的和无气泡的燃油进行这种冲洗，排出了衔铁空间内含气泡的燃油，衔铁空间及其周围被冷却，并大大抑制了由于热作用形成的气泡和/或气蚀。

在特殊条件下，特别是在喷油嘴系统运行过程中，例如由于电能和/或衔铁摩擦或类似原因而在燃油上产生热作用的条件下，气泡可到达压力室。这种情况对喷油嘴系统的功能，特别是对喷油过程是有害的。

如所周知，在柴油发动机的直接喷油中，其喷油过程是这样进行的：首先喷入第一次油量，并在点火延迟结束后喷入第二次主油量，所以显著减少了柴油发动机的敲击或爆击声。

就这方面而言，原则上有两种喷油方法，即：分阶段喷油和双喷。双喷可用两个泵元件或一个很快工作的泵元件实现再次喷油。为此需要的设计费用至今尚未在实际中应用，特别是人们曾认为，这只减少发动机的爆击声，但不减少它的耗油量。

由于这个原因，借助于一个具有两个在不同压力时打开的喷油孔的预喷油阀实现了分阶段喷油。从而将喷油过程分成一个前射束和主射束。

如所周知，用双喷可实现发动机燃烧室中的燃油的所谓可燃混合气浓度分层。

在快燃发动机的可燃混合气浓度分层中，燃油是这样喷入发动机燃烧室的，即：主燃油量构成贫油的油/气混合物(例如λ＝1.5至3.0)，而在火花塞的范围内则浓集富油的油/气混合物(例如λ＝0.85至1.3)。这种富油的油/气混合物通过火花塞点火，而后带有大量过剩空气的本身不能点火的贫油油/气混合物也被燃烧。由于大量过剩空气可获得有利的废气排放量。

在1974年10月第35卷第10期发动机技术杂志(MTZ)307至313页上提出了产生可燃混合气浓度分层的两种可能性。分层燃烧发动机的一种结构是，可将燃油直接喷入一个未分隔的燃烧室中，并通过空气的定向涡流运动产生分层。这样，火花塞附近的混合物富油，而且即使在总的混合物中十分贫油时，仍保持点火能力。

燃料的喷入压力和喷入方向、火花塞和喷嘴之间的对应位置，特别是空气的流速对这个系统的高效能有决定性的影响。由于空气涡流的强度与发动机转数成比例，所以在象汽车发动机典型的和需要的大的转数范围和负荷范围运转时会出现困难。

也可通过一个分隔的燃烧室，即借助一个辅助小室来实现可燃混合气浓度分层。在这种情况中，贫油混合被吸入一个气缸，并借助一个喷嘴或一个附加的喷油系统在辅助小室中进行浓缩。这种结构原则上与转数和负荷变化无关，所以特别适用于汽车发动机。

带有辅助小室的这种分层燃烧发动机也曾在1973年4月第34卷第4期发动机技术杂志(MTZ)的130和131页上有所描述。这种分层燃烧发动机即日本本田公司(Honda)的所谓复合涡流调整燃烧(CVCC)发动机，这种发动机装在小轿车中，而且一氧化碳、碳氢化合物和氧化氮的排放量达到最小值。这种发动机的缺点是，由于辅助小室降低了效率，而且耗油量也比没有辅助小室的常规快燃发动机增加10％左右。

本发明的任务是，提出一种降低有害物质、节省燃烧并与混合物误差无关的简单燃油喷射装置。

这个任务是通过一种具有权利要求1特征的多次燃油喷射装置来实现的。本发明的燃油喷射装置根据固体蓄能原理工作，从而可在短的时间间隔内喷入大量燃料并具有双重作用，即本发明燃油喷射装置利用一个工作冲程中输油活塞元件的往复运动或冲击与反冲击运动来实现先喷和后喷，其中，先喷利用冲击运动，后喷则利用反冲击运动。这样，与用两个单独的燃油喷射装置比较就大大简化了燃油喷射装置的结构，特别是减少了零件数目，尤指输油活塞元件构成一体的情况。

本发明的燃油喷射装置就这样以简单的方式方法实现了精确和快速双喷，因而在燃烧室中达到了理想的燃料分布和可靠的点火或燃烧。从而减少了有害物质的排放和节省燃料。此外，发动机可用燃烧空气比例(λ)的不同混合质量运转，而不影响点火和由于不同空气量引起的燃烧质量。在发动机运行中，不同的空气量在气缸内是不可避免的。

本发明的种种有利改进在从属权利要求中叙述。

本发明设置有一个压力室，在该压力室中，在衔铁或输油活塞元件内存储的能被传递到燃油上，在该压力室中，中断无阻力排出的阀门布置在衔铁空间外面或在空间上与衔铁空间和衔铁范围隔开。从而使衔铁空间内产生的热不直接传到压力室上，因而大大减少了在喷油过程中压缩的燃油产生热和产生气泡的危险。此外，压力室可自由装卸，所以，它可设置例如用散热片和/或直接用输油管进一步冷却，因此压力室可输入无气泡的冷却的燃油。其次，压力室可构成小的容积，这样，在压力室中只有较少的燃油，从而避免了形成气泡的危险。

此外，由于较小的压力室在直接输入燃油时也只需很小的燃油量冲洗。

根据权利要求5所述的衔铁的双向或两侧轴向导向可避免衔铁的摆动引起的摩擦，所以可抑制热的产生。几乎完全避免了气泡的形成及其对功能的不利作用和/或燃油加热。

本发明的燃油喷射装置用于可烧混合气浓度分层的情况是特别有利的。这个装置按固体蓄能器原理工作，因而可在极短的喷油时间间隔内产生高的喷射压力，并在极高的转数(大于10000转/分)情况中也能按很精确计量的、与负荷有关的燃油量进行快速重复操作。

下面结合附图所示的实施例来详细说明本发明。附图表示：

图1a和图1b表示单缸二冲程发动机的燃油喷射装置示意图；

图2表示本发明喷油泵第一实施例纵截面示意图；

图3表示图2所示衔铁的横截面；

图4表示图2中所示阀体的横截面；

图5表示本发明喷油泵第二实施例的纵截面示意图；

图6表示相对于点火时间的前后喷油时间点的时间过程。

本发明的内燃机用的燃油喷射装置作为电磁驱动的双动活塞泵1构成，并按蓄能器原理工作，所以燃油以短的压力冲击喷入内燃机中。

本发明活塞泵1的第一实施例如图2至图4所示。

活塞泵1具有一个大致呈纵向延伸的圆柱形的两半泵壳，即第一泵壳部分15和第二泵壳部分15a，在泵壳上设置有一个中心的衔铁孔16、两个阀孔17，17′和两个压力室孔18、18′，它们依序通入泵壳15、15a中，并构成一个通过整个泵壳15、15a延伸的通路。

衔铁孔16设置在阀孔17、17′和压力室孔18、18′之间的纵轴方向内。孔16、17、17′、18、18′与泵壳15、15a的纵轴19同心布置，而且衔铁孔16和压力室孔18、18′分别具有一个大于阀孔17、17′的内径，所以衔铁孔16和阀孔17、17′通过第一环形台阶21、21′和阀孔17、17′以及压力室孔18、18′通过第二环形台阶22、22′相互错开。

平行于纵轴19的方向定为压力冲击方向27，纵轴19从第二泵壳部分15a对准第一泵壳部分15的方向。

孔16、17、17′、18、18′大致与活塞泵1的横向中间平面12镜像对称布置。其中，在压力冲击方向27内布置在平面12前面(图2平面12右方)的部件构成第一输油泵13，而在压力冲击方向27内布置在横向中间平面12后面(图2平面12左方)的部件则构成第二输油泵14。

例如作为前输油泵用的第一输油泵13和例如作为后输送泵用的输油泵14的相同部件用相同的标号表示，其中，后输油泵14的标号带有一个逗号(，)，因为这些部件大致具有相同的立体形状。在下面对孔16、17、17′、18和18′进行描述时的轴向规定是“向内”表示对准平面12的方向。“向外”则表示离开横向中心平面12的方向。

衔铁孔16在径向内限定一个衔铁空间23，在该空间内布置了一个可在纵向内往复运动的大致为圆柱形的衔铁24。该衔铁空间在到前输油泵13的轴向内通过第一环形台阶21限定，而到后输油泵14的方向内则通过第一环形台阶21′限定，其中，后者构成第二壳体部分15a的端面或止挡面25。第二壳体部分15a拧入带有圆柱形螺纹段26的第一壳体部分15的衔铁孔16的轴向敞口端中。

衔铁24由一个大致为圆柱形的部件构成，该部件在相对于第一输油泵13的冲击方向27内具有一具前后端面28、29和一个圆周面30，且其半径从后端面28到衔铁24的纵向中心不断扩大，所以衔铁24在该处构成锥形，并有一个从后向前延伸的圆锥表面31。衔铁24用一个间隙嵌在其圆周面30和衔铁孔内表面之间，所以，当衔铁24在衔铁孔16中往复运动时，衔铁只在倾斜时才接触衔铁孔16的内表面，因而衔铁24和衔铁孔16之间的摩擦很小。通过在衔铁24上设置锥形区31进一步减小了接触面和摩擦面，因而衔铁24和衔铁孔16内表面之间的摩擦可能性进一步减小，所以也进一步减少了放热。衔铁24在其圆周面30的范围内设置至少一个最好两个或多个在纵向内延伸的槽32。

从横截面看，衔铁24具有两个半圆形的径向相对的扇形体24a(图3)，其间布置有平槽32之间。衔铁24的中心沿纵向设置了一个中心通孔33。

一根输油活塞管35通过衔铁24的通孔33，该管构成一个中心的通过空间36并突出衔铁24两侧。

输油活塞35与衔铁24通过摩擦力连接。由输油活塞管35和衔铁24组成的单元，下面也叫做输油活塞元件44，该输油元件44也可作成整体或整件。

衔铁24和输油活塞管35具有两个垂直于纵轴19延伸的孔33a，这两个孔在衔铁24中在通过空间35和槽32或衔铁空间23之间连通。

在压力冲击方向27前方或在前输油泵13方向内设置的衔铁24的环形端面29上装有用塑料制成的第一支承环37，该支承环与输油活塞管35通过外形连接。在支承环37上向前支承一个衔铁弹簧38，该弹簧一直延伸到一个相对应的第二塑料支承环39上。这个支承环39装在衔铁孔16的第一环形台阶21上。

在阀孔17、17＇中分别装有通过外形连接和摩擦力连接的导向管40、40′，其中前输油泵13的导向管40向后伸入衔铁弹簧38范围内的衔铁空间23中，而后输油泵14的导向管40′则在后壳体部分15a的环形端面25前面终止在阀孔17′中，而且没有伸入衔铁空间23。在导向管40、40′的轴向向外端上分别设置一个分别向内支承在第二环形台阶22、22′上的径向向外凸出的环形筋41、41′。环形筋41、41′径向不延伸到压力室孔18、18′的内表面上，所以在环形筋41、41′和压力室孔18、18′之间存在一个窄的圆柱形环形间隙42、42′。通过环形筋41、41′防止了导向管40、40′向内的轴向移动。

与衔铁24通过摩擦力连接的输油活塞管35两端轴向向外延伸入两根导向管40、40′中，所以输油活塞管35既可在它的前端45上又可在它的后端46上导向。通过纵向延伸的输油活塞管35两端45、46上的导向可对输油活塞元件44进行不倾斜导向，因此大大避免了衔铁24和衔铁孔16内表面之间的摩擦。

在导向管40、40′的轴向向外的范围内分别装有一个可轴向移动的阀体50、50′，该阀体分别构成一个具有一个外端面和内端面51、51′、52、52′以及一个圆周面53、53′的大致为圆柱形纵向延伸的塞状实心体。阀体50、50′的外直径分别等于导向管40、40′通道的净宽。在阀体50、50′的圆周面53、53′上分别设置有一条环形筋54、54′，该环形筋大致布置在阀体50、50′外部三分之一的端上。导向管40、40′的环形筋41、41′为阀体50、50′的环形筋54、54′构成一个支座，所以它们不可能继续向里移动。阀体50、50′的圆周上分别设置三个沿纵向延伸的平的宽槽55、55′(图4)。环形筋54、54′分别在槽55、55′的范围内中断。槽55、55′的数量，布置或形状也可按别的方式方法作成。

阀体50、50′的内端面52、52′在其边缘区作成锥形并作为阀座与输油活塞35的端部45、46的端面相互作用。输油活塞管35的端部45、46的立体形状作为阀座与阀体50、50′的内端面52、52′配合，其中输油活塞管35的内边缘相应倒棱，而且输油活塞管35的壁向里稍加磨削。所以输油活塞管35用其端部45、46分别构成阀体50、50′的阀座57、57′。当阀体50、50′用它们的内端面52、52′紧贴在阀座57、57′上时，通过管35的通道和嵌入阀体50、50′圆周面范围内的槽55、55′便被堵塞。

从导向管40、40′向前伸进压力室孔18、18′的阀体50、50′的范围分别被一个由一个圆柱形壁61、61′和一个外端壁62、62′组成的压力室本体60、60′包围，其中，在端壁62、62′中，分别设置一个中心孔63、63′。压力室本体60、60′用其圆柱形壁61、61′插入压力室孔18、18′中，通过外形和摩擦力实现连接，并用其位于圆柱壁61、61′自由端上的端面64、64′紧贴在管向管40、40′向外突出的环形筋41、41′上。压力室本体60、60′在其端面64、64′上具有一个垂直延伸的槽65、65′。

压力室本体60、60′用其内部空间分别限定一个压力室66、66′，阀体50、50′可浸入该压力室中，并使压力室中的燃油受压力作用。压力室66、66′在其大致延伸过压力室本体60或60′的长度的一半的内部范围具有一个比外部范围大的内径。内部范围较大的内径是这样设计的，即：具有环形筋54、54′和一个小间隙的阀体50、50′可浸入压力室66、66′中，而前部范围的净宽则设计成只为从环形筋54、54′向前延伸的阀体50的范围和一个箍住这个范围的螺旋弹簧67、67′提供足够的空间。因此压力室66、66′只稍大于喷油过程产生冲击运动时阀体50、50′所需的空间。

螺旋弹簧67，67′用其内端装在压力室本体60、60′的端壁62、62′上，并用其外端紧贴在阀体50、50′上，特别是紧贴在它的环形筋54、54′上，所以该螺旋弹簧可将阀体50、50′和压力室本体60、60′压开。

压力室本体60、60′向外或在喷油方向向前分别通过一个连接段70、70′轴向固定，该连接段拧入压力室孔18、18′的向外敞开端中。连接段70、70′轴向向外限定压力室本体60、60′的位置，所以通过螺旋弹簧67、67′和压力室本体60、60′使阀体50、50′向内预先加载。外侧连接段用一个相应的接头71、71′与输油管72、72′连接(图1a，1b)。连接段70、70′在纵向内具有一个通孔73、73′，静压阀74、74′分别装入该孔中。静压阀74、74′最好与压力室本体60、60′相邻，这样，压力室66、66′不再向外延伸并构成小的容积。

输油管72、72′既可连接在一个共同的喷油阀2上(图1a)，又可分别连接在喷油阀2、2′上(图1b)。后输油用的喷油阀2′最好设计成比前输油用的喷油阀2喷出更细的油雾，这样，分布很细的油滴组成的油雾就能喷入火花塞10的附近。

压力室本体60、60′在其外表面上设置一个环形槽68、68′，该槽中分别放一个塑料密封圈69、69′用来对着压力室孔18、18′的内表面密封压力室本体。

在两半泵壳15、15a上，在压力室孔18、18′的范围内分别设置一个进油孔76、76′，以便输入燃油，所以该孔与压力室本体60、60′的槽65、65′沟通。泵壳15、15′外侧上的进油孔76、76′分别被一个进油阀78、78′的阀座77、77′包围，该进油阀是用螺丝拧入阀座77、77′中的。进油阀78、78′为具有阀体79、79′的单向阀。阀体79、79′分别具有两个轴向对准的孔80、81或80′、81′。其中泵壳侧的孔80、80，具有一个比孔81、81′较大的内径，这样就在两个孔之间构成一个环形台阶，该环形台阶又分别构成球83、83′的阀座82，82′。球83，83′分别通过支承在壳体15、15a壳壁上进油孔76、76′内的弹簧84、84′对着阀座82、82′预加载，所以在压力作用下从外部输入的燃油可使球83，83′从阀座82，82′升起，于是燃油就通过孔80、80′，进油孔76、76′和槽65、65′到达压力室孔18、18′或压力室66、66′中。

一条通路从压力室66、66′经阀体50、50′的槽55、55′在相隔一定距离布置的输油活塞管35的阀座57、57′和阀体50、50′的内端面52、52′之间通过输油活塞管35的通路空间36和活塞元件44的孔33a延伸入衔铁空间23中。

在前输油泵13一侧上设置的第一环形台阶21的球形范围设置了一个向外引的塑料排放孔90，该孔90外部通过连接管91与回油管92连接(图1)。

第二泵壳部分15a在相邻的圆柱形螺纹段26上具有一个径向向外凸出的圆环形台阶93。该环形台阶93也对从外部环抱着第一泵壳部分15的线圈筒体95起轴向固定作用。线圈筒体95由第一段宽的筒壁96和第二段窄的筒壁97组成，筒壁97比筒壁96的内直径小，两段筒壁通过一个径向延伸的环形筋98连成一体。线圈筒体95用它的第一段筒壁96向前移到第一壳体部分15直到该筒壁96与一个从第一泵壳部分15向外凸出的壳壁100接触为止，并这样限定一个具有大致为矩形横截面的环形室101来安装线圈102。

线圈筒体95卡入壳壁100和第二壳体部分15的环形台阶93之间，并固定在它的轴向位置内。第二筒壁97在其指向后输油泵14的端面的内圆上开槽，并在该槽，第一壳体部分15和环形台阶93之间卡入一个密封圈103例如一个O形密封圈。

线圈102大致为矩形横截面，并用环氧树脂浇入一个横截面为U形的支承筒体104中，所以线圈102和支承筒体104构成一个整体的线圈组件。支承筒体104有一个筒壁105和两个侧壁106、107，这两个侧壁从筒壁105径向向外凸出并限定线圈102的空间。其中筒壁105侧向伸入后面的侧壁106，所以它的端面108、侧壁106、107的端面109和筒壁105的内表面和前侧壁107通过外形连接紧贴在环形室101中。

在线圈102和衔铁空间23之间的第一泵壳部分15的范围内嵌入一种低磁导率的材料110例如铜、铝、不锈钢，以避免线圈102和衔铁24之间的磁短路。

本发明喷油泵的第二实施例如图5所示。

根据第二实施例，活塞泵1的结构大致与上述活塞泵1的结构相同，所以相同立体形状和相同功能的部件用相同的标号表示。

根据第二实施例，活塞泵在其纵向内的延伸比第一实施例的活塞泵短，这种缩短主要是通过使用球50a、50a′作为阀体来实现的。导向管40、40′的环形筋41、41′构成球50a、50a′的支座，所以，这两个球不可能再向里移动，而且环形筋41、41′分别构成一个配合球形的环形球座41a、41a′，所以球50a、50a′在部分范围内可通过外形连接紧贴在环形筋41、41′上。

球50a、50a′具有一个光滑的表面，所以槽41b、41b′嵌入球座41a、41a′中，该槽在球50a、50a′的表面离阀座57、57′有一定距离时用介于输油活塞管35的阀座57、57′和球50a、50a′的表面之间的间隙连接压力室66、66′。通过设置槽41b、41b′可用输油活塞管35进行冲洗。

下面借助于本发明的第一实施例来说明本发明燃油喷射装置的工作原理。

当通过线圈102的电流中断时，衔铁24通过衔铁弹簧38向后对着第二壳体部分15a的端面或止档面25施压，衔铁24用其后端面49紧贴在端面25上。这是衔铁24的起始位置，在这个位置上，在其指向前输油泵13的方向内具有阀座57的输油活塞管35与阀体50的后端面52相隔一定的距离SV布置。在这个起始位置上，输油活塞管35用阀座57′对后输油泵14的阀体50′施压克服螺旋弹簧67′的弹力作用，所以阀体50′的环形筋54′与导向管40′的环形筋41′相隔一定的距离SR。

在这个起始位置上，用一个油泵112和一条油管113把在入口压力作用下的燃油从油箱111通过进油阀78输入前输油泵13的压力室66中。燃油从压力室66通过嵌入阀体50圆周范围内的槽55经导向管40流入输油活塞管35的阀座57和阀体50的内端面52之间的缝隙和输油活塞35的通道空间36中。在压力作用下的燃油从输油活塞35的通道空间36经孔33a、输油活塞管35和衔铁24进入衔铁空间23。衔铁24前后的衔铁空间23的范围通过在衔铁24上设置的槽32相互连通，所以整个衔铁空间23都注满了燃油。通过孔90和连接管91燃油回流到油箱111中。

所以，在输油活塞元件44的起始位置上有一条从进油阀78经前输油泵13的压力室66延伸到输油活塞35的通道空间36、活塞元件44的孔33a、衔铁空间23、孔90和连接管91的油路，因而燃油可连续输入并经这条油路冲洗，其中，前输油泵13的压力室66总是用新的、冷却的，因而无气泡的燃油直接由油箱111供给和冲洗。

通过油泵112产生的入口压力一方面大于油路中产生的压力降，所以保证了活塞泵1的连续吹洗，另一方面又小于静压阀74的通过压力，所以在输油活塞元件44的起始位置上没有燃油从活塞泵1输送到喷嘴2。

当线圈102通过电流激励时，由于产生的磁场而使衔铁向前输油泵13的方向运动，并产生一个操作前输油泵13阀体50的起始喷油运动。活塞元件44(等于衔铁24和输油活塞管35)的运动在起始冲程中通过长度S(相当于在起始位置上输油活塞管35的阀座57和阀体50的内端面52之间的距离)只对衔铁弹簧38的弹力产生反作用。衔铁弹簧38的弹力作得很弱，使衔铁24几乎没有阻力地运动，但仍具有足够的弹力来使衔铁24回到它的起始位置。衔铁24“浮在”注满燃油的压力室23中，而且燃油可在衔铁空间23的前后衔铁24的范围之间任意来回流动，所以不会对衔铁产生反作用压力。于是由衔铁24和输油活塞管35组成的输油活塞元件44连续加速，并存储动能。

在活塞元件44朝前输油泵13方向冲击运动的过程中，后输油泵14的阀体50′由于螺旋弹簧67的弹力作用也随着活塞元件44一起运动直至它的环形筋54′紧贴在导向管40′的环形筋41′上为止。从而使后输油泵14的压力室66′的容积扩大，所以通过进油阀78′吸入“新鲜的”或无气泡的燃油。在活塞元件44进行起始冲程超过行程段SR(相当于活塞元件44在起始位置时从导向管40′的环形筋41′到阀体50′环形筋59′之间的距离)以后，阀座57′便从阀体50′的内端面52′松开，于是在端面52′和阀座57′之间构成一个距离，这个距离形成一条从压力室66′、经槽55′进入输油活塞管35的通道空间36的通道。所以在活塞元件44冲击运动过程中形成一条从进油阀78′到衔铁空间23或孔90的畅通油路。

在起始冲程SV结束时，输油活塞元件44用阀座57冲击到前输油泵13的阀体50的内端面52上，于是该阀体便突然向外压。由于输油活塞管35现在与它的阀座57紧贴在阀体50的内端面52上，所以中断了从前输油泵13的压力室66到输油活塞管35的通道空间36的油路，因此压力室66的燃油不再可能向后流动。所以燃油通过阀体50的冲击和继续推进运动从压力室66排出，同时燃油受压力作用。由于压力室中和进油阀78的孔80中建立了一个比燃油从油泵输入的压力大的压力，所以进油阀78关闭。然后，静压阀74从一个预定的压力起打开，于是一个预定的压力作用到喷嘴2的活塞泵1之间的输油管内的燃油上，这个压力例如为60巴，并由喷嘴2的通过压力来确定。所以随着输油活塞元件44的冲击，在输油活塞元件44运动过程中存储的能量便突然传递到压力室66的油上。

电磁线圈102激励和活塞元件44运动过程的时间长度确定在压力室66中的燃油排出时阀体50返回的行程，从而使通过前输油泵13输送的油与阀体50回程成比例或与电磁线圈102接通电流的时间间隔成比例。最大的输油行程可达到在活塞元件44位于起始位置时阀座57和阀体50内端52之间的距离Sv的几倍。

前输油泵13的输油通过电磁线圈102断电而结束，然后活塞元件44通过衔铁弹簧38的弹力作用回到它的起始位置并产生一个反冲击运动来操作后喷油用的后输油泵14的阀体50′。当衔铁24离止档面25的距离为SR时，活塞元件44便用它指向后输油泵14方向的阀座57′冲击到阀体50′上，并将阀体推入压力室66′中，于是燃油从压力室66′排出。衔铁24碰到止档面25上，从而突然中断后输油泵14的冲程SR，于是活塞元件44又处于它的起始位置。

活塞元件44的反冲运动也可以时间上延迟，即：在用前输油泵13结束输油后，电磁线圈不是转换为无电流，而是电流值在预定的延迟时间间隔下降到一定的水平，使活塞元件44不再冲击方向27运动，并阻止它的返回运动，这样活塞元件44便以一定的时间延迟冲击阀体50′，从而可控制前输油泵13的输油和后输油泵14的输油之间的时间间隔。

在后输油泵14喷油过程中，从阀体50′返回的行程SR等于任一次后输油冲程的长度，所以用后输油泵14进行的每次喷油过程总是喷出相同的油量。这个恒定的喷油量最好选择成使它相当于与该油泵连接的发动机在空转时所需的油量。

前输油泵13的冲程SV最好大于或等于后输油泵的冲程SR(SV≥SR)，这样，后输油泵14可进行完整的输油冲程，而不需要用前输油泵13进行输油。

本发明的双动活塞泵1特别适用于快燃发动机的可燃混合气浓度的分层，其中具有高压力的燃油在很短的时间内用喷油泵1喷入燃烧室4中(图1a)。燃烧室4按公知的方式由气缸5、气缸头115和活塞116限定。气缸头115上有一个火花塞10和一个直接将油喷入燃烧室4中的喷嘴或喷油阀2。喷油阀2通过输油管72、72′与喷油泵1连接。

必要时在入口压力作用下的燃油从油箱111经油泵112从输油管113输入喷油泵1中。喷油泵1和火花塞10由一个控制装置5控制，该控制装置与探测发动机状态的几种传感器连接，例如温度传感器7，节流传感器8和曲柄转角传感器9。

用本发明的方法可在一个提前的时间点将可变的、亦即油量根据负荷的第一次油量、即主油量喷入燃烧室4中。这个主油量是这样计量的，即：在一个活塞冲程过程中，例如通过吸入空气量的涡流混合时可实现一个贫油的、没有点火能力的混合物比例λ大于1.5，然后第二次油量即点火油量喷入火花塞10范围内的燃烧室4中，这个第二次油量具有一个富油的混合物比例，例如λ＝0.85至1.3，这个混合比例用火花塞10点火。点火油量最好保持大致不变。从中产生的火焰前沿在这种油/气混合物中扩散相当均匀，并由于预调节或预选的混合物比例而可达到理想的废气排放量。

本发明方法的成功是建立在这样的事实上的，即大油量在用高的喷入压力例如超过40巴的情况下构成油雾例如射束117的形式，这种射束不会被燃烧室中含有的气体在喷油阀10的附近减速，而是按先前确定的传播进入燃烧室并在燃烧室中分布开来。较小的喷雾油量由于高的压力在进入燃烧室4时直接在喷油阀2的附近减速。当这种油雾118这样定位时，即它达到火花塞10的火花区时，它便可点燃。喷油阀2布置在火花塞10的附近，最好呈一个上下对准的V形位置(图1a、1b)。

所以用本发明的方法可按特别简单的方式方法通过将贫油的油/气混合物和富油的油/气混合物分开喷入同一燃烧室中即可达到最佳的可燃混合气浓度的分层，而不需要构成喷油用的一个辅助小室的燃烧室。直接喷油与带辅助小室的常规分层燃烧发动机比较大大减少了耗油量。

此外，建立在与油量有关的突然改变流动条件的、由油量决定的喷雾和减速作用具有这样的优点，较小的主油量与较大的主油量比较，前者的中心更靠近火花塞附近。所以可实现喷入的点火油量的富油的油雾118和主油量的贫油的油雾117之间的有目的影响，从而使本发明的方法与转数和负荷有关的不希望出现的波动无关，因为既可在较小的主油量又可在较大的主油量进行最佳的主油量或点火油量的前喷和后喷。

前喷I的较早时间点和后喷II的较迟时间点之间存在着一个相当大的时间范围III(图6)，所以大的主油量时在燃烧室4中例如通过吸入的空气的涡流可达到均匀分布。这样产生的油/气混合物在燃烧室4中是十分均匀分布。由于在高负荷时点火油量比主油量少得多，只有在点火时间点IV之前一瞬间或同时间喷入火花塞10的点火位置范围内时，燃烧室4中的油和空气才会出现不均匀分布。前喷和后喷之间的时间范围最好相当于曲轴转角差大约40°至100°，并在快燃发动机的负荷范围内最好超过60°。

前喷的较早时间点和后喷的较迟的时间点之间的时间间隔与主油量成比例进行控制，这样，在大的主油量可确保大的主油量的均匀分布，而较小的主油量尚未扩散到这样的程度，即它变得这样的贫油，并离开由点火油量形成的油雾9b，以致不再可能被燃烧。主油量可根据负荷进行可变化的控制，而且在空转时发动机甚至可只用点火油量即没有主油量也可运转。在高负荷时，主油量例如可为点火油量的10倍。

图6表示在平均负荷和平均转数时前喷、后喷和点火的典型时间过程与曲轴转动一转的关系。按上述的方式方法，前喷和后喷的角度范围与负荷和转数有关，特别需要考虑的是，在不断增加转数时，一定的角度范围相当于一个较小的或不断减小的时间间隔，所以前喷和后喷的角度范围随转数的不断增加而变大。在平均负荷和平均转数时，角度范围的典型比例为1∶2∶4为后喷的时间：前喷和后喷之间的时间间隔：前喷的时间。

按本发明方法施加的例如压力冲击的喷油压力大于或等于40巴并最好为60巴的范围。在喷油压力为60巴时，用常规的喷嘴可达到大约50米/秒的喷油速度。高的喷油速度以及高的喷油压力显然会引起与喷油量有关的喷雾和减速作用，这种作用在采用本发明的双喷时导致最佳的可燃气混合物浓度分层。

Claims (26)

1.燃油喷射装置按固体蓄能器原理工作并作成一个具有一个输油活塞元件(44)的活塞泵，该输油活塞元件从它的起始位置朝压力室(66)方向运动，并在几乎无阻力的加速阶段储蓄动能，动能通过冲击运动突然传递到压力室(66)中的燃油上，因此产生一个压力冲击来喷射通过一个喷嘴装置的燃油，其特征是，第二压力室(66′)布置在与第一压力室(66)对应的输油活塞元件(44)的一侧上，而且在输油活塞元件(44)返回它的起始位置时吸收的动能传递到第二压力室(66′)中的燃油上。

2.按权利要求1的燃油喷射装置，其特征是，动能是在返回起始位置的运动过程中在一个几乎无阻力的加速阶段储蓄的，而且储蓄的动能通过返回运动突然传递到第二压力室(66′)中的燃油上。

3.按权利要求1或2的燃油喷射装置，其特征是，中断无阻力的加速阶段并在第一压力室(66)中产生压力冲击的装置是一个阀门，该阀门包括一个阀体(50)和一个在输油活塞元件(44)上构成的阀座(57)并在产生压力冲击时关闭第一压力室(66)，其中阀座(57)和阀体(50)布置在位于冲击方向内输油活塞元件(44)前端(45)上，所以压力室(66)在空间上是与输油活塞元件(44)隔开的。

4.按权利要求2或权利要求2和权利要求3的燃油喷射装置，其特征是，中断无阻力的加速阶段和在第二压力室(66′)中产生压力冲击的装置是一个阀门，该阀门包括一个阀体(50′)和一个在输油活塞元件上构成的阀座(57′)，并在产生压力冲击时关闭第二压力室(66′)，其中阀座(57′)和阀体(50′)布置在反冲击方向内活塞元件(44)的前端(46)上，所以压力室(66′)在空间上与输油活塞元件(44)是隔开的。

5.按权利要求1至4一项或多项的燃油喷射装置，其特征是，燃油喷射装置作成一个电磁操作的活塞泵(1)，该泵具有一个电磁线圈(102)和一个由该线圈(102)驱动的输油活塞元件(44)，其中，输油活塞元件(44)具有一个大致呈圆柱形的衔铁(24)和一个纵向延伸的输油活塞管(35)，而且输油活塞管(35)的端部(45、46)在纵向内延伸超过衔铁(24)并分别通过外形连接装在槽中而可纵向移动。

6.按权利要求5的燃油喷射装置，其特征是，输油活塞管(35)通过摩擦力与衔铁(24)连接，其中输油活塞管(35)的端部(45、46)分别布置在一个阀座(57、57′)上。

7.按权利要求3和4或3和4和5和/或6的燃油喷射装置，其特征是，一个阀体或两个阀体(50或50′)分别构成一个纵向延伸的大致为圆柱形的实心体，该实心体装在导向管(40、40′)中可轴向移动，而且在其圆周上设置有纵向延伸的槽(55或55′)，该槽构成一条从一个压力室(66或66′)到输油活塞管(35)内部的通道空间(36)的通道，而且当阀座(57、57′)的一个阀座紧贴在相应阀体(50或50′)上时，该通道关闭，从而关闭相应的压力室(66或66′)。

8.按权利要求3和4或权利要求3和4和/或6的燃油喷射装置，其特征是，一个或两个阀体是一个或两个球(50a、50a′)，并设有球座(41a，41a′)，该球座构成球(50、50a)的支座，所以该球不可能继续向里移动，而且球座(41a、41a′)分别至少具有一个槽(41b、41b′)，该槽构成一条从一个压力室(66或66′)到输油活塞管(35)内的一个通道空间(36)的通道，其中当一个阀座(57、57′)紧贴在相应阀体(50或50′)上时，该通道关闭，从而关闭相应的压力室(66或66′)。

9.按权利要求5至8任一项或多项的燃油喷射装置，其特征是，大致为圆柱形的衔铁(24)在冲击方向内具有一个前端面和一个后端面(28、29)以及一个圆周面(30)并具有一个从后端面(28)到大致衔铁(24)纵向中线从后向前外伸的圆锥表面(31)。

10.按权利要求5至9任一项或多项的燃油喷射装置，其特征是，活塞泵(1)具有一个带一个衔铁孔(16)的泵壳，在该孔中，衔铁空间(23)通过衔铁孔(16)在冲击方向内向前由第一环形台阶(21)限定，而在冲击方向内向后则由第二环形台阶(22)限定，衔铁(24)在衔铁空间内通过一个电磁线圈(102)和一个在纵向内对该衔铁(24)加载的衔铁弹簧(38)而可来回运动，而且衔铁(24)在它的表面范围内构成一个在纵向内延伸的槽(32)。

11.按权利要求10的燃油喷射装置，其特征是，当线圈(102)没有电流时，衔铁(24)通过衔铁弹簧(38)的弹力作用处于它的起始位置，这时朝第一压力室(66)方向内作用的阀座(57)与相应的端壁(52)有一定的距离(Sv)，而布置在第二压力室(66′)方向内的阀座(57′)则紧贴在相应阀体(50′)的相应端面(52′)上，所以，该阀体稍微压入压力室(66′)中。

12.按权利要求11的燃油喷射装置，其特征是，活塞元件(44)具有一个孔(33a)，该孔连通衔铁空间(23)与输油活塞管(35)内的通道空间(36)，而且衔铁空间(23)通过向外引导的孔(90)和一根连接管段(91)与回油管(92)连接。

13.按权利要求1至12任一项或多项的燃油喷射装置，其特征是，压力室(66，66′)分别通过一个静压阀(74，74′)限定，该阀以一个预定的压力起打开，并打开输油管(72)到喷嘴(2)的通道。

14.按权利要求1至13任一项或多项的燃油喷射装置，其特征是，第一和/或第二压力室(66或66′)只比在喷油过程中由相应阀体(50、50′)产生冲击运动所需的空间大一点。

15.快燃发动机用高压燃油最好超过40巴的燃油喷入燃烧室中的可燃混合气浓度分层方法是这样进行的，即在一个较早的时间点将随负荷变化的第一次主油量喷入燃烧室中，并在较晚的时间点将点火油量喷入同一燃烧室的火花塞点火位置范围内并实现点火，其特征是，使用一种燃油喷射装置，特别是按权利要求1至14任一项的喷射装置，该装置根据固体蓄能器原理工作并构成带有一个输油活塞元件(44)的输油泵，该输油活塞元件从它的起始位置朝一个压力室(66)的方向运动，并在一个几乎无阻力的加速阶段储藏动能，储蓄的动能通过一个冲击运动突然传递到压力室(66)中的燃油上，因此产生一个冲击压力来喷射通过喷嘴的燃油，其中第二压力室(66′)布置在与第一压力室(66)对应的输油活塞元件(44)的一侧上，在输油活塞元件(44)返回它的起始位置时吸收的动能传递到第二压力室(66′)中的燃油上，于是燃油便直接喷入燃烧室中。

16.按权利要求15的方法，其特征是，在返回起始位置时的一个几乎无阻力的加速阶段存储动能，而且存储的动能通过一个反冲击运动突然传递到第二压力室(66′)中的燃油上。

17.按权利要求15和/或16的方法，其特征是，较早和较迟的时间点之间的时间间隔是这样设计的，即用吸入的空气量将主油量混合成贫油的混合物比例λ＞1.5。

18.按权利要求17的方法，其特征是，较早和较迟时间点之间的时间间隔与主油量成比例控制。

19.按权利要求15至18一项或多项的方法，其特征是，喷油时的压力大约为60巴。

20.按权利要求15至19任一项或多项的方法，其特征是，在发动机满负荷的主油量大约为点火油量的10倍。

21.按权利要求15至20任一项或多项的方法，其特征是，在空转过程中不喷入主油量。

22.按权利要求15至21一项或多项的方法，其特征是，喷入一个大致恒定的点火油量。

23.按权利要求15至22一项或多项的方法，其特征是，从第一压力室输送的主油量根据在冲击运动过程中活塞元件返回的行程进行控制。

24.按权利要求15至23任一项或多项的方法，其特征是，从第二压力室输送的点火油量是恒定的，而且该点火油量在喷入发动机的一个燃烧室时被点燃。

25.按权利要求15至24任一项或多项的方法，其特征是，活塞元件用一个电磁线圈操作，而且第一次喷油量通过一个激励该线圈施加的电流脉冲的持续时间来控制。

26.按权利要求15至25一项或多项的方法，其特征是，点火油量大致符合空转过程的需要，主油量则在一个相当于上死点(OT)之前60°或大于60°的曲轴位置的时间点喷入。

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