CN1270055C - 活塞式内燃机中的轻燃油定向喷入装置 - Google Patents

活塞式内燃机中的轻燃油定向喷入装置 Download PDF

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Abstract

在活塞式内燃机中用于轻燃油定向喷入的装置(10)，所述内燃机具有一个液压气门控制机构(12)，它带有可液压操作的进气门，轻燃油定向喷入机构通过一个用于两种不同压力液的压力倍增器(50)与该液压气门控制机构连接，该压力倍增器由来自液压气门控制机构的高压液压油存储器(20)的液压油加载，并且用高压对一个高压燃油存储器(78)加载，在高压燃油存储器上连接着用于在活塞式内燃机中轻燃油定向喷入的喷油阀(80)。

Description

活塞式内燃机中的轻燃油定向喷入装置
技术领域
本发明涉及一种活塞式内燃机中的轻燃油定向喷入装置。该装置特别是被设置用于强制点火式发动机，不过也可被用于柴油发动机。
背景技术
已公知活塞式内燃机，它具有一个液压的气门控制机构，该液压气门控制机构代替了广泛使用的借助于凸轮轴的机械式气门控制机构。在液压的气门控制机构中，活塞式内燃机的进气门被液压地操作。操作所需的能量由一个高压液压油泵提供，它通常作为活塞泵构成，并且将液压油置于高压下并供应到一个高压液压油存储器。来自高压液压油存储器的处于高压下的液压油被输送到进气门，用于打开或关闭，其中，所述输送通常借助于电磁阀、即电控制。在这种情况下涉及到一种电气液压气门控制机构。
DE 44 07 585 A1建议使用燃油作为液压液，来代替液压气门控制机构的液压油。使用燃油喷射系统的高压燃油泵作为高压泵，在燃油喷射系统的高压存储器上连接着活塞式内燃机的进气门。所述文献的优点是，仅仅要求一个高压泵来不仅用于液压气门控制机构而且用于燃油喷射机构。
在用燃油作为液压液来液压操作进气门时被认为有问题的是，用于操作进气门的燃油被输送到活塞式内燃机的一个缸盖并由此被加热，它是不希望的。另外成问题的是，燃油是否是合适的液压液。燃油比通常的液压油大大地稀，这样要担心漏泄问题。另外，燃油没有润滑特性，在使用燃油作为液压液时液压系统不能被该液压液润滑，相反燃油会清洁液压系统的燃油加载面上的润滑层。另外，公知的装置仅适合柴油发动机，因为只有柴油发动机产生足够的燃油压力来液压打开进气门。在强制点火式发动机中，以例如相对于大气压为4巴的过压进行轻燃油定向喷入。这样的压力绝对不够操作活塞式内燃机的进气门。
发明内容
根据本发明，提出一种在活塞式内燃机中用于轻燃油定向喷入的装置，其中，该活塞式内燃机具有一个液压气门控制机构，它带有一个高压液压油泵、一个与该高压液压油泵连接的高压液压油存储器以及连接在该高压液压油存储器上的可液压操作的进气门，其中，该装置具有一个用于两种不同的压力液的压力倍增器，它可由来自液压气门控制机构的高压液压油存储器的液压油加载，该装置具有一个高压燃油存储器，它连接在压力倍增器上，并且该装置至少具有一个喷油阀，该喷油阀连接在该高压燃油存储器上。
本发明的活塞式内燃机中、特别是强制点火式发动机中的轻燃油定向喷入装置具有用于两种不同的压力液的压力倍增器。该压力倍增器被活塞式内燃机的一个液压气门控制机构的高压液压油泵的处于高压的液压油加载。该压力倍增器将液压油的压力变换为一个更高的压力，它以该更高的压力对燃油加载。该压力倍增器将处于高压下的燃油输送到一个高压燃油存储器，在该高压燃油存储器上连接着至少一个燃油喷射阀。
本发明的优点是，液压气门控制机构的现有的高压液压油泵用于产生对于燃油或轻燃油定向喷入所必须的高压。即不再需要附加的用于燃油的高压泵。本发明另外的优点是，通过使用用于两种不同压力液的压力倍增器使燃油与用于液压气门控制机构的液压液隔开，这样可用液压油作为液压液。另外，本发明的优点是，液压气门控制机构的压力水平与一个轻燃油定向喷入的压力水平处于大致相同的数量级上，现有的高压液压油泵的供油压力大致处于轻燃油定向喷入所要求的数量级上。
液压气门控制机构的压力水平大致处于50至250巴之间。目前的轻燃油定向喷入具有直至大约100巴的压力水平，期望直至200巴的压力水平，对于进一步开发期望直至约400巴的压力水平。因为可以无困难地实现1∶5的增压的压力倍增器可以无困难地实现轻燃油定向喷入的压力水平。如果液压气门控制机构的压力水平足够用于轻燃油定向喷入，则压力倍增器也可以具有1∶1的变压比，这时则涉及一个压力液变换器，其任务在于，将燃油与液压油分隔开并且以液压油的压力对其加载。如果对于轻燃油定向喷入而言，一个比用于液压气门控制机构更低的压力水平就足够了，则可以使压力倍增器具有小于1的变压比。
前面所述的用于液压气门控制机构以及轻燃油定向喷入的压力水平应被理解为本发明意义上的高压。通常的例如大约4巴的(进气管一)轻燃油喷射压力水平应被理解为低压。
本发明另外的优点是，对于带有多于一个喷油阀的多活塞内燃机也仅仅需要一个压力倍增器。
下面给出对于发明技术方案的进一步有利构型和改进。
在该高压液压油存储器与该压力倍增器之间连接了一个阀，该阀在一个阀位置将压力倍增器与高压液压油存储器连通，并且在另一个阀位置将压力倍增器与高压液压油存储器分隔开。
所述阀不断地在两个阀位置之间换接。
压力倍增器作为压力液变换器构成。
该装置具有一个燃油输送泵，借助它可将燃油输送到压力倍增器。
在燃油输送泵与压力倍增器之间接有一个可允许向压力倍增器方向通流的单向阀。
在燃油输送泵之后接有一个溢流阀。
在压力倍增器与高压燃油存储器之间接有一个可允许向高压燃油存储器方向通流的单向阀。
高压燃油存储器具有一个溢流阀。
高压燃油存储器具有一个减压阀和一个压力传感器。
附图说明
以下结合附图所示出的实施例对本发明进一步详细说明。其中，
图1是本发明的带有电气液压气门控制机构的轻燃油定向喷入装置的线路图；
图2是一个可液压操作的进气门的线路图；
图3至图6示出了本发明的图1中局部III的各变型实施形式。
具体实施方式
在图1中示出的整体用10标明的本发明轻燃油定向喷入装置被设置用于一个未示出的活塞式内燃机、尤其是一个强制点火式发动机。按照本发明，该活塞式内燃机具有一个电气液压的气门控制机构12。该电气液压气门控制机构12具有一个高压液压油泵14，它将液压油从油存储箱16中吸出。在高压液压油泵14的压力侧连接着一个高压液压油存储器20，它们之间接有一个单向阀18，在该高压液压油存储器20上又连接着活塞式内燃机的多个可液压操作的进气门22，其中之一在图2中示意示出。
在高压液压油泵14的压力侧连接着一个溢流阀24，它限制高压液压油泵14的供油压力并因此限制高压液压油存储器20中压力在大约250巴(bar)的最大值上。由该溢流阀24溢出的液压油流回油储存箱16。
在高压液压油存储器20上连接着一个压力传感器26，其信号用于监测高压液压油存储器20中的压力，并被输送到一个电子控制装置28。另外，在高压液压油存储器20上连接着一个减压阀30，它在所示出的实施例中作为两位两通换向电磁阀构成并且由电子控制装置28控制。借助于减压阀30可以使高压液压油存储器20中的压力降低，这样，在高压液压油存储器20中可以调节出低于最大压力的所希望的压力。在高压液压油存储器20中的压力可借助于减压阀30被改变，并由此根据活塞式内燃机的运行状态被调节。
在图2中以液压线路图示出的进气门22具有一个气门顶32以及一个与该气门顶32一体的、有阶梯的气门杆34，如由公知的借助凸轮轴机械式驱动的进气门所公开的那样。气门杆34具有一个活塞36，它轴向可移动地被安装在一个油缸38内。借助来自高压液压油存储器20中的高压液压油对油缸38加载，打开进气门22。为了关闭进气门22，其活塞36被双面作用地构造，其背面由来自弹簧加载的储压器40的液压油加载，该储压器在活塞36的背侧连接到油缸38上。该进气门22具有一个用于紧急复位的紧急弹簧42，它在储压器40中的压力损失时使进气门22的活塞36回到一个初始位置，在该位置进气门22被关闭。
为了进行操作，进气门22具有两个阀44，46，它们作为两位两通换向电磁阀44，46构成。这两个电磁阀44，46由电子控制装置28控制。其中第一个电磁阀44被安置在高压液压油存储器20与进气门22的油缸38之间。该电磁阀44在其初始位置是断路的。第二个电磁阀46在其初始位置是通路的，由它接一个油管48通回油储存箱16。为了打开进气门22，使第一电磁阀44通路并且使第二电磁阀46断路，由此，借助来自高压液压油存储器20中的高压液压油对进气门22的油缸38加载，所述液压油使活塞36移动并因此打开进气门22。在所述移动中，双面作用的活塞36的背面将油缸38中的液压油排挤到储压器40中。为了关闭进气门22，将第一电磁阀44断路并由此将进气门22的油缸38与高压液压油存储器20分隔开。同时，使第二电磁阀46通路并由此使油缸38与油储存箱16连通。来自储压器40的处于压力下的液压油将活塞36挤压回其初始位置，在该位置上进气门22关闭。在此，油缸38中的液压油被排挤到油储存箱16中。
进气门22有一个另外的储压器41，它在第一电磁阀44与高压液压油存储器20之间连接在高压液压油存储器20上。由该储压器41通出一个液压管道49在活塞36的背侧通到油缸38。由于气门杆34的原因，活塞36在前侧的受载面积大于在背侧的，因此，在活塞两侧压力相同时进气门22也打开。
除进气门22之外，在高压液压油存储器20上还连接着一个用于两种不同压力液的压力倍增器50，这两种不同压力液为一侧的液压油以及另一侧的燃油。在压力倍增器50与高压液压油存储器20之间接有一个两位三通换向电磁阀52，它由电子控制装置28控制。在未通电流的初始位置，该电磁阀52将压力倍增器50与高压液压油存储器20连通，在通电流的接通位置，该电磁阀52将压力倍增器50与油储存箱16连通。
压力倍增器50具有一个大活塞62和一个小活塞64，它们相互间刚性地连接，并且可刚性地在压力倍增器50的一个壳体中移动。在电磁阀52处于初始位置时，大活塞62被高压液压油存储器20的液压油加载。
该两位三通换向电磁阀52可以按公知的方式由两个两位两通换向电磁阀54，56代替，如图3所示。
在图4中示出了一种用一个唯一的、便宜的两位两通电磁阀60代替图1中两位三通电磁阀52的可能性。这里，一个油管未中间接阀直接由高压液压油存储器20通到压力倍增器50，高压液压油存储器20的液压油直接对压力倍增器50的大活塞62加载。压力倍增器50大活塞62的背面通过一个节流阀58同样由高压液压油存储器20的液压油加载，这样压力倍增器50大活塞62两侧有相同的压力。为了使压力倍增器50的两个活塞62，64移动，大活塞62背侧的压力通过打开一个两位两通换向电磁阀60被减压。为了使两个活塞62，64复位，该两位两通换向电磁阀60又被关闭，这样，由燃油泵68输送的、对压力倍增器50小活塞64加载的燃油使这两个活塞62，64复位。另外，这两个活塞62，64也受压力倍增器50的活塞复位弹簧66作用而复位。
本发明的轻燃油定向喷入装置10具有一个低压燃油泵68，借助该泵可将燃油由一个燃油箱70输送到压力倍增器50中的小活塞64侧。在燃油泵68与压力倍增器50之间安置了一个向压力倍增器50方向可通流的单向阀72。在燃油泵68的压力侧连接着一个溢流阀，一个燃油管路从该溢流阀通回燃油箱70。压力倍增器50的功能如下：在电磁阀52处于初始位置时，大活塞62被高压液压油存储器20的液压油加载，由此，压力倍增器50的两个活塞62，64被移动，小活塞64将由燃油泵68输送到压力倍增器50中的燃油挤压到一个高压燃油存储器78中，所述高压燃油存储器通过一个单向阀76与压力倍增器50连接。在此，压力倍增器50将燃油压力提高到一个值上，该值与液压油压力之比等于大活塞62的面积与小活塞64面积之比。如果不需要增压，压力倍增器50两个活塞62，64可以具有一样大的面积，如图5所示。在这种情况下，压力倍增器50是一个压力液变换器71。在原理上也可以的是，压力倍增器50的大活塞64由燃油、小活塞62由液压油加载，这样，燃油压力相应地小于液压油的压力。这在图6中示出。
在压力倍增器50的活塞62，64移动之后，电磁阀52被接通，由此使得压力倍增器50与油储存箱16连接。燃油泵68将燃料输送到压力倍增器50，它挤压小活塞64，使其回移到其初始位置。小活塞64将与其刚性地相连的大活塞62同样回移到初始位置，其中，大活塞62将液压油从压力倍增器50排挤到油储存箱16中。通过不断地将电磁阀52从初始位置换接到接通位置并且再换接回，压力倍增器50的活塞62，64交替地往复移动，其中，燃油以所描述的方式被置于高压下并且被排挤到高压燃油存储器78中。电磁阀52例如被施加上矩形脉冲电压来进行换接。脉冲电压的频率可以被改变，因此压力倍增器50的燃油输送能力可以与活塞式内燃机的需求相匹配。
为了使压力倍增器50的活塞62，64复位，它也可以具有一个活塞复位弹簧66。
在高压燃油存储器78上对于活塞式内燃机的每一个汽缸连接一个喷油阀80。喷油阀80具有一个喷油嘴82以及为了控制喷油具有一个两位两通换向电磁阀84，它通常与喷油嘴82组合成一个称为喷油阀80的结构单元。
为了防止爆裂，在高压燃油存储器78上连接着一个溢流阀86，一个回油管88由该溢流阀通到燃油箱70。为了监测高压燃油存储器78中的压力，在高压燃油存储器78上连接了一个压力传感器90，，它向电子控制装置28提供一个信号。借助该电子控制装置28可以通过电磁阀52这样控制压力倍增器50的输送能力，使得在高压燃油存储器78中有所希望的压力，该压力也可以在活塞式内燃机的运行期间与不同的运行条件相匹配。在高压燃油存储器78上连接了一个减压阀92用于降低高压燃油存储器78中的压力，它作为两位两通换向电磁阀构成，并且同样连接在通到燃油箱的回油管88上。
在高压燃油存储器78中的压力为大约100巴至200巴。大约400至500巴的更高的压力也可以是没有问题的。

Claims (10)

1.一种在活塞式内燃机中用于轻燃油定向喷入的装置，其中，该活塞式内燃机具有一个液压气门控制机构，它带有一个高压液压油泵、一个与该高压液压油泵连接的高压液压油存储器以及连接在该高压液压油存储器上的可液压操作的进气门，其特征在于，该装置(10)具有一个用于两种不同的压力液的压力倍增器(50)，它可由来自液压气门控制机构(12)的高压液压油存储器(20)的液压油加载，该装置(10)具有一个高压燃油存储器(78)，它连接在压力倍增器(50)上，并且该装置(10)至少具有一个喷油阀(80)，该喷油阀连接在该高压燃油存储器(78)上。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在该高压液压油存储器(20)与该压力倍增器(50)之间连接了一个阀(52，54)，该阀在一个阀位置将压力倍增器(50)与高压液压油存储器(20)连通，并且在另一个阀位置将压力倍增器(50)与高压液压油存储器(20)分隔开。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述阀(52，54)不断地在两个阀位置之间换接。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，压力倍增器(50)作为压力液变换器(71)构成。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，装置(10)具有一个燃油输送泵(68)，借助它可将燃油输送到压力倍增器(50)。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，在燃油输送泵(68)与压力倍增器(50)之间接有一个可允许向压力倍增器(50)方向通流的单向阀(72)。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，在燃油输送泵(68)之后接有一个溢流阀(74)。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在压力倍增器(50)与高压燃油存储器(78)之间接有一个可允许向高压燃油存储器(78)方向通流的单向阀(76)。
9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，高压燃油存储器(78)具有一个溢流阀(86)。
10.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，高压燃油存储器(78)具有一个减压阀(92)和一个压力传感器(90)。
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