CN1242821A - 内燃机喷油装置 - Google Patents
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Abstract
具有一个装有高压燃油的共用油轨－蓄压器(2)和一个向内燃机内喷射燃油和添加液双液体的双料喷嘴(3)的喷油装置,包括有位于共用油轨－蓄压器(2)和包围双料喷嘴(3)喷油针(3.1)的压力腔(3.5)之间的喷油管(6)上的第一个2/2－换向阀(MV1)以及第二个2/ 2－换向阀(MV2),其入口通过输入管(7)同喷油管(6)在第一个2/2－换向阀(MV1)和压力腔(3.5)之间的一个部位连接,其出口通过一个排出管(8)同燃油低压侧连接。因此可以用价格便宜的2/2－换向阀来代替常用的、在技术上比较费事的3/2－电磁控制阀。同时也能够使定量供给添加液的任务转移给一个唯一的、操作一组喷射器的定量阀。
Description
技术水平
本发明涉及按照权利要求1所述种类的内燃机喷油装置。
例说，从DE4337048C2中知道了这种喷油装置。在这种喷油装置中，一方面设置了一个双料喷嘴，该喷嘴用来分层喷射燃油和一种添加液，比如说柴油和水，以便减少内燃机有害物质排出量和在可能情况下提高效率。另一方面，在公知的喷油装置中也实现了所谓的共用油轨(Common-Rail)技术，在这种技术中，给所有操作内燃机的喷油嘴供应来自共用油轨(Common-Rail)-蓄压器的高压油。
这种公知的喷油装置的缺点是，为了定量供给添加液对于每个单个喷射器需要一个费事的和比较贵的3/2—换向阀以及为了控制柴油喷射量需要另一个3/2—换向阀。在这里，为了使添加液位于前面，用第一个3/2换向阀中断从共用油轨—蓄压器向喷油嘴的燃油供给并且同时通过适当调整第一个3/2—换向阀将包围喷嘴的、高压油储存在里面的压力腔向燃油低压侧排放。由于压力腔内的压力适当降低，通过一个相应的管道将添加液输送到压力腔内，添加液挤占了相应的燃油容积。紧接着，第一个3/2—换向阀又到达可使共用油轨—蓄压器和压力腔之间产生连接的位置。为了数量精确地定量待喷射的燃油量，该燃油量在下一次阀门开启而引起喷油脉冲时跟在前置添加液之后，设置了另一个3/2—换向电磁阀，该阀将由弹簧作用保持在关闭位置中的喷油针背侧有选择地或是同共用油轨—蓄压器或是同燃油低压侧连接并且通过此有时间性地控制阀针的行程、阀的打开和关闭和从而控制所要求的喷油量。
原则上，公知的喷油装置需要为每个单个喷射器配备两个精确工作的和因此耗费的3/2—控制电磁阀，以便能够精确定量供给所要求的燃油量和所需要的添加液量。
本发明的优点
为了结构简单和廉价制造，按照本发明的喷油装置具有权利要求1特征。通过此，两个费事和比较贵的3/2—电磁控制阀可以用简单而价廉的2/2—换向阀来代替，在这里同时能够使定量供给添加液的任务转移给一个唯一的、精确工作的定量阀，该阀可以操作一组喷射器。第二个2/2—换向阀只决定用于添加液向前放的打开和关闭时间，而定量供给要喷射的燃油量却通过对位于共用油轨—蓄压器和压力腔之间喷油管中的第一个2/2—换向阀的相应时间控制来进行。
为了保证在管路系统中压力情况稳定不变，特别是在高温下也要避免添加液、通常情况下是水在超过沸点时喷射气体，建议在第二个2/2—换向阀和燃油低压侧之间使用一个单向阀。
如果喷油针在其喷射器挺杆的平端在轴向加长中具有一个小活塞，该话塞伸到被施加来自共用油轨—蓄压器高压的腔里，该腔相对包围喷油针的腔被气密地密封，这也是有利的。通过对不变的活塞面积施加共用油轨压力，喷油针在喷油过程中的控制运动与共用油轨—蓄压器中的绝对压缩比无关，因为为了使喷射器挺杆运动必须总是克服相同的阻力，即阀弹簧的弹簧力，这样运动力保持不变。通过此得到了对调节技术有利的恒定转换时间，这由喷射器挺杆的各运动时间来决定。
特别有利的是按照本发明的喷油装置的一个实施形式，其中，采用一个隔离活塞—附加器来输送燃油，该隔离活塞—附加器一方面由一个加料泵从一个相应的储液箱供应液体，另一方面定量地被输油泵的工作液体驱动，该输油泵由内燃机的凸轮轴来驱动并且在一定的曲轴角度输送工作液体，通常是柴油，但是也可以是其它具有有利润滑特性的液体。
在这种实施形式的另一个有利构造中，该输油泵被构造为主要是电动和/或者液压控制的调节泵，特别有利的是被构造为可调节的球形转子泵。
从DE4312498A1中知道了一种球形转子泵。但是这种所公知的球形转子泵不是可调节的，因此不适于上述使用场合。包括有用于调节偏心尺寸“e”的调节装置的球形转子泵属于本发明范围。
如果按照本发明的球形转子调节泵在容纳转子球的内泵壳体里具有一个环形腔，该环形腔通过南北向密封的通道被分成一个压力腔和一个抽吸腔，并且同泵内壳里的一个输送孔或者一个抽吸孔相连接，是特别有利的。
为了能够使隔离活塞附加器的隔离活塞有一个抽吸行程，在本发明的上述应用中需要在球形转子调节泵的液压控制装置中附加配置一个阀孔口，该阀孔口可以以简单的技术手段用在转子球中相应的槽来实现，这些槽可以同抽吸腔配合作用。
从说明书、附图和权利要求中可以得出本发明方案的其他优点和有利构造。
附图
附图中示出了按照本发明的内燃机喷油装置的四个实施例并且在下面的说明中进行了介绍。
其中：
图1：按照本发明喷油装置第一个实施例的线路原理图，带有两个2/2—换向阀，用于控制通过用纵剖面示出的双料喷嘴输送或者喷射燃油和添加液的量，在这里，由带有定压阀配置的隔离活塞系统向通向双料喷嘴的添加液管供应添加液；
图2：另一个特别有利的实施例，在这个实施例中，向隔离活塞附加器的隔离活塞供应工作液体的定量泵(M-Pumpe)由一个简单的低压输送泵代替；
图3a：可调节的球形转子泵的垂直剖面图，该泵在图2示出的配置中可以作为输油泵使用；
图3b：图3a球形转子泵局部剖的俯视图；
图3c：沿图3aA-B线的、球形转子泵部分范围的剖面图；
图4：被输油泵活塞挤占的容积以及活塞行程(上)相对于时间或曲轴角度的曲线，添加液(H2O)相应前置以及2/2换向阀MV1和MV2转换时间的时间曲线或曲轴角度曲线。
实施例说明
在图1示出的按照本发明的用于喷射燃油(通常是柴油)和添加液(通常是水)双流体的内燃机喷油装置第一个实施例中，一个高压泵1向共用油轨—蓄压器2供应压力水平大约为1800bar的燃油。因为以前通常使用的喷油泵由共用油轨—蓄压器2和简单高压泵1的组合所代替并且始终存在一定水平的油轨(Rail)—压力，现在，在共用油轨—蓄压器2和由该蓄压器通过一个喷油管6被供应燃油的、包围双料喷嘴3喷油针3.1的压力腔3.5之间必须安置一个定量元件。在本发明的配置中，第一2/2—换向阀MV1承担这个任务。该阀应该作为具有良好可复制性和在两个极限位置之间具有多或者少流动过渡的快速电磁阀来设计，因为可能需要一个在时间上形成的喷油量曲线。通过公知的(被测定的或者被控制的)在共用油轨—蓄压器2和内燃机的由双料喷嘴3供油的燃烧室之间的压力降低，通过一个精确的、其大小取决于其他影响因素的时间窗通过一个在图中没有示出的电子控制装置使精确定量成为可能。
除了小的细节之外，从技术水平中公知了所使用的双料喷嘴3的结构和作用原理。然而，在按照本发明的系统中，在喷油针(喷射器挺杆)3.1背向喷油针尖的轴向平端设置了一个小活塞3.3，它用其背向喷油针3.1的一端伸到腔3.6里，该腔通过一个管4直接与共用油轨—蓄压器2连接并且被施加在那里存在的高压。结果是，为了移动喷射器挺杆3.1必须总是克服基本上相同的阻力，因为现在在活塞面积比恒定不变和排除了在共用油轨—蓄压器2中绝对压力影响的条件下，只必须由油轨—压方(可变化的)的压力脉冲来克服一个恒定的弹簧压力，这样可得到在调节技术方面受欢迎的、接近稳定不变的转换时间(喷射器挺杆运动时间)。为了使容纳喷油针3.1轴向平端的腔3.2通风并且使该腔相对于腔3.6高压密封，设置了一个通往燃油低压侧的通风管5。
为了装入添加液，如由技术水平中的原理所公知的那样，用于通过添加液将燃油从双料喷嘴3挤出的一条路现在必须开放。它可以通过合适地安装第二个2/2—换向阀MV2实现，该阀入口通过一条输入管7同喷油管6连接，其出口通过一个排出管8同燃油低压侧连接。如果应该定量供给添加液，则第一个2/2—换向阀MV1关闭和第二个2/2换向阀转换到通路。通过此处于高压下的燃油从压力腔3.5经过喷油管6、输入管7、排出管8和单向阀9流到燃油低压侧，通常是燃油箱。通过此添加液可以从通向双料喷嘴3的添加液管15经过一个单向阀3.4(Po＝15bar)流到压力腔3.5。一般来说，双料喷嘴3的液体流动孔和管长度必须这样确定尺寸以及管子这样安置，使得不能有添加液到达燃油箱。
在添加液真正喷射过程之前，必须定量供给正确的量，在还是较低的系统压力时输送到双料喷嘴3里，这借助于一个所谓的定量泵13来进行，定量泵把入口压力水平大约2.5bar的工作液体输送到具有一个隔离活塞11和定压阀12的隔离活塞附加器(Adapter)10里。隔离活塞附加器10把定量泵13的工作液体(通常是柴油)与要输入的添加液(通常是水)分开。在这里，由一个加料泵14通过一个单向阀16将低压(P＜2bar)的添加液供应到隔离活塞11内缸套的水侧。在真正喷射之前、确切地说在喷油节拍之间的正确时刻，由定量泵13向隔离活塞11输出所要求的、具有比用来调节双料喷嘴3单向阀3.4压力要高的压力的工作液体量。通过此，在隔离活塞11另一侧相当于定量泵13工作液体量的添加液量通过定压阀12继续输送到添加液管15。定压阀12用于在隔离活塞附加器11和双料喷嘴3之间的添加液管15的减压或者正确供给入口压。
此外，第二个2/2—换向阀MV2可以是一个比第一个2/2—换向阀MV1简单和价格便宜的阀，因为对于为了把添加液前置将燃油由压力腔3.5挤出这个功能来说，第二个阀不一定必须要特别精确，此外，只需要明确第二个阀MV2的通/断状态。
在图2中示出的按照本发明喷油装置的第二个实施例与在图1中所示出的不同之处在于，用一个很便宜的和结构简单的调节泵23来代替贵的定量泵。该泵应该类似于定量泵13向隔离活塞附加器10的隔离活塞11提供定量的工作液体，然而具有限制，即只在要操作的内燃机的一定工作点添加添加液。这个工作点应该在发动机满负荷范围内，这样只在一定的曲轴角度期间需要喷射添加液。如果固定的曲轴角度也应适合部分负荷范围，在这里则可以同样在需要时添加添加液。
通过输油泵23的可调节性可以确定工作液体量。在不需要喷射添加液时，调节泵23被置于“零输送”上，这主要是电或者电液进行。为了在车辆内燃机使用时满足驾驶员要求和所要求的行驶动力学，一般来说应可以足够快地进行这个调节。因此，这个调节机构也能够在定量供给添加液阶段期间、确切的说在输油泵23工作期间完成调节要求。因此应该足够有力地构造该调节机构。
确切的说能够借助于准确地在正确的角度位置中定位在合适曲轴角度的进油口和排油口、比如说在最高泵活塞速度范围内，用调节泵23把相当于所要求的泵调节的工作液体量输送给隔离活塞—附加器10的隔离活塞11。但是调节泵23的排油口可以由单向阀代替，这样就不需要费事的开口控制，而且还避免在隔离活塞11抽吸阶段期间工作液体回流。
为了可以将事先输入到隔离活塞附加器10里定量容积的工作液体重新压回到调节泵23的抽吸区域，在调节泵的液压控制装置中需要一个附加设置的阀孔口。在图1中示出的定量泵13通过合适的、泵活塞驶过的孔来解决这个问题。
作为超负荷保护，在从输油泵23和隔离活塞附加器10之间的连接分岔出并且通到工作液体容器24中的管路上安置了一个安全阀21。
在图3a至3c中以各种不同剖面图示出的可调节的球形转子泵30特别好的适用作为在图2喷油装置中的调节泵23。在这里，在可纵向移动地安置在导向装置32里和可以碰到外壳体33的内泵壳体31内，转子球36可旋转地容置在一个槽中。在内泵壳体31止挡在外泵壳体33上时，在图中示出的偏心尺寸“e”应近似为零。
由电机34.1调节球形转子泵30，该电机通过一个安装在内泵壳体31里的丝杠34.2使内泵壳体相对于外壳体33往复运动并且在此改变偏心尺寸“e”，由此产生不同的泵输送量。
球形转子泵30通过一个与内燃机凸轮轴角刚性连接的驱动轴35.2驱动，在驱动轴35.2可旋转地支承在其上的外壳体33内，在驱动轴的端部同样角刚性地安装了一个同步法兰。(在示出的实施例中三个)往复运动活塞31.1，31.2，31.3支承在这个同步法兰35.1内，这些活塞纵向可移动地容纳在转子球36里。
在最终的偏心尺寸“e”时，确切地说在驱动轴35.2和转子球36的轴线平行移动时，当同步法兰35.1旋转时，活塞36.1至36.3不仅随转子球36作旋转运动，而且还分别进行纵向的、个别的、由偏心尺寸“e”准确确定的往复运动，这样，在内泵壳体31压力腔31.1内在工作液体中产生相关的压力冲击。
如上面建议的，如果在纵向移动的内泵壳体31碰到外泵壳体33时偏心尺寸“e”正好是零的话，在同步法兰35.1旋转时往复运动活塞36.1至36.3不进行往复运动。在这个位置，电机34.1的电控制置于零位。
往复运动活塞36.1至36.3的数量决定了喷射器组的数量，按照本发明，这些喷射器由可调节的球形转子泵30分别通过一个个别的隔离活塞附加器11供应添加液。
借助于将由在内泵壳体31的容纳转子球36的槽内的一个环形槽构成的环形腔37分成一个在最高往复运动活塞速度范围内的压力腔37.1和一个抽吸腔37.2进行球形转子调节泵30的液压缝隙控制(Schlitzsteuerung)。压力腔37.1通过南北向密封的通道38与抽吸腔37.2分隔开。通道38在其与转子球36的接触线中具有一个精细的、几乎在通道38的整个周长上连续的容积减压槽，由于可视性原因这个槽在图中没有示出。通过此往复运动活塞36.1至36.3在转子球36旋转时可以连续输送，在泵运行期间不会发生突然的运动。
在超过下死点之后，往复运动活塞36.1至36.3虽然不再能继续抽吸工作液体，但是现在可以向回输送直到第一个通道38范围内(在转子旋转运动方向看)通到抽吸腔37.2内，一旦越过第一个通道38，当时的往复运动活塞可以带来真正的输送量并且将它们继续传送给隔离活塞11。
为了使隔离活塞11抽吸行程自由，由调节泵输送到隔离活塞11的驱动燃油体积必须可以又流回来。为此，分别在转子球36上的合适位置开有槽39，这些槽在转子球36旋转期间在正确的时刻和正确的时期从通过调节泵30控制的用于其抽吸行程的隔离活塞11侧将输送的油量压回到同抽吸腔37.2相连接的抽吸孔S里。比如说，这些槽可以通过在转子球36上的合适位置切入磨削来制做。
作为时间或者曲轴角度函数，图4的曲线图在其上半部分说明了被往复运动活塞36.1至36.3挤出的工作液体体积以及在不同调节偏心尺寸“e”时的相应活塞行程，在其下部分说明了工作液体(H2O)向前放的时间顺序以及2/2—换向阀MV1和MV2的相应转换动作。
Claims (20)
1.内燃机的喷油装置，具有一个用于将燃油、尤其是柴油输送到双料喷嘴(3)的高压泵(1)以及具有一个用于将通过一个单向阀(3.4)导入的添加液、主要是水输送到通向双料喷嘴(3)的添加液管(15)内的输送装置，这个添加液管同包围双料喷嘴(3)喷油针(3.1)的压力腔(3.5)相连接，此外还具有一个用于把所需的添加液量在双料喷嘴(3)中放到前面的阀装置，在这里，喷油针(3.1)的打开和关闭通过装有高压燃油的共用油轨—蓄压器(2)的压力来进行，该阀装置至少部分地安装在喷油管(6)上并且在将添加液前置时中断燃油向喷嘴(3)的输送并且将压力腔(3.5)同燃油低压侧连接，并且在其它情况下中断到燃油低压侧的连接和使压力腔(3.5)用高压燃油加载，其特征是，
在共用油轨—蓄压器(2)和压力腔(3.5)之间的喷油管(6)里设置一个第一2/2—换向阀(MV1)以及设置一个第二2/2—换向阀(MV2)，该第二换向阀的入口通过输入管(7)同喷油管(6)在第一个2/2—换向阀(MV1)和压力腔(3.5)之间的一个部位连接，其出口通过一个排出管(8)同燃油低压侧连接。
2.按照权利要求1所述的喷油装置，其特征是，
在第二个2/2—换向阀(MV2)和燃油低压侧之间的排出管(8)里设置了一个单向阀(9)。
3.按照权利要求1或者2所述的喷油装置，其特征是，
在背向喷油针尖的喷油针(3.1)的轴向平端，在其轴向加长中固定地、最好是一体地同喷油针连接一个活塞(3.3)，该活塞用其背向喷油针(3.1)的轴向端部伸到一个腔(3.6)中，该腔相对双料喷嘴(3)的容纳喷油针(3.1)轴向平端的腔(3.2)耐压密封并且由共用油轨—蓄压器(2)中的高压加压。
4.按照权利要求3所述的喷油装置，其特征是，
容纳喷油针(3.1)轴向平端的腔(3.2)通过一个通风管(5)同燃油低压侧连接。
5.按照前述权利要求之一的喷油装置，其特征是，
通向双料喷嘴(3)的添加液管(15)在另一端通到一个隔离活塞附加器(10)里，该隔离活塞附加器包括有一个隔离活塞(11)以及一个定压阀(12)，隔离活塞的一侧由一个输油泵(13；23；30)供应工作液体，主要是柴油，其另一侧由加料泵(14)添加添加液。
6.按照权利要求5所述的喷油装置，其特征是，
从输油泵(13；23；30)和隔离活塞附加器(10)之间的管道分岔出一个装有安全阀(21)的管，该管通到工作液体箱(24)里。
7.按照权利要求5或者6之一所述的喷油装置，其特征是，
输油泵(23；30)具有一个与内燃机凸轮轴的端侧连接的传动连接件。
8.按照权利要求5至7之一所述的喷油装置，其特征是，
输油泵(23；30)是一个主要是电动和/或者液压控制的调节泵。
9.按照权利要求8所述的喷油装置，其特征是，
该调节泵具有单向阀代替排油口。
10.按照权利要求8或者9所述的喷油装置，其特征是，
调节泵具有带有一个附加阀孔口的液压控制装置，该装置可以在隔离活塞(11)的抽吸行程期间使工作液体回流到调节泵里。
11.按照权利要求8至10之一所述的喷油装置，其特征是，
调节泵(23；30)包括有一个内泵壳体(31)，该泵壳纵向可移动地安装在一个导向装置(32)里，并且设置了一个包围泵壳(31)的外壳体(33)，可移动的泵壳(31)在一个终端位置上可止挡在该外泵壳体上。
12.按照权利要求11所述的喷油装置，其特征是，
设置了一个电机(34.1)，它可以通过驱动一个安装在泵壳(31)里的丝杠(34.2)来调节输油泵(23；30)。
13.按照权利要求11或者12之一所述的喷油装置，其特征是，
输油泵(23；30)是一个可调节的球形转子泵。
14.按照权利要求13所述的喷油装置，其特征是，
该球形转子调节泵30包含有一个转子球(36)，它可旋转地容置在内泵壳体(31)的一个槽内，该转子球又纵向可移动地容纳了一个或者多个往复运动活塞(36.1至36.3)，这些活塞在一端通过球支承在一个同步法兰(35.1)里，该法兰与可旋转的驱动轴(35.2)刚性连接，活塞另一端伸入内泵壳体(31)内的一个压力腔(31.1)里，在槽里的内泵壳体(31)具有一个由一个环形槽构成的环形腔(37)，该环形腔通过南北向密封的通道(38)被分成一个压力腔(37.1)和一个抽吸腔(37.2)，压力腔(37.1)同内泵壳体(31)里的一个输送孔(P)连接，抽吸腔(37.2)同抽内泵壳体(31)内的一个抽吸孔(S)连接。
15.按照权利要求14所述的喷油装置，其特征是，
通道(38)具有一个精细的、几乎在通道(38)整个周长上连续的容积减压槽。
16.按照权利要求10和权利要求14或者15之一所述的喷油装置，其特征是，
在转子球(36)上开有槽(39)，这些槽在转子球(36)的合适位置同抽吸腔(37.2)配合作用。
17.按照权利要求7和权利要求8至16之一所述的喷油装置的工作方法，其特征是，
输油泵(23；30)通过在内燃机全负荷范围内驱动连接件与一定的凸轮轴角度相应的耦合连接产生添加液的输送。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征是，
如果固定的凸轮轴角度与此相配，也可以在内燃机部分负荷范围内由输油泵(23；30)输送添加液。
19.按照权利要求17或者18所述的方法，其特征是，
在不需要喷射添加液时调节泵(23；30)被置于零输送。
20.球形转子泵，特别是具有按照权利要求9至16所述的一个或者多个特征，其特征是，
该球形转子泵(30)包括有一个用于调节偏心尺寸(e)的调节装置。
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