CN1294349C - 用于调节一个例如给一内燃机供油的泵的输送压力的装置 - Google Patents

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Abstract

一种输送压力调节装置，包括一个电磁阀(32)，电磁阀又包括一个与泵(16)的输送相通的供油管(34)，一个泄油管(36)，一个位于所述供油管(34)和所述泄油管(36)之间的闸阀(44)，一个可激励的电磁铁(46)，用以控制一个控制闸阀(44)的衔铁(51)，以及当电磁铁(46)被激励时，用于减少泵(16)的输送压力中扰动的减少装置。减少装置包括一个设置在所述输油管(26)中的节流装置(100)；所述节流装置(100)具有一个直径小于0.7mm的标定孔(101)。电磁铁(46)由电子单元(31)通过调制器(86)和频率选择电路(103)控制。调制器用于调制所述脉冲的占空比，电路取决于至少一个运行参数，根据估算的液压扰动选择频率。

Description

用于调节一个例如给一内燃机供油 的泵的输送压力的装置
本申请是艾拉西斯·西斯特玛·里瑟卡·菲亚特·耐尔·麦兹奥吉奥尔诺有限公司于2000年6月30日向中国专利局提交的发明名称为“用于调节一个例如给一内燃机供油的泵的输送压力的装置”、申请号为00121999.5的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于调节一个例如给一内燃机供给燃油的泵的输送压力的装置。
背景技术
在现代的发动机燃油供给系统中，一个低压泵从一个油箱中抽取燃油并将它供给一个高压泵，高压泵又将燃油供给一个分配器或所谓的用于给发动机气缸喷油器供油的“公用油管”。为了控制并在公用油管中维持一个恒定油压，通常提供一些压力传感器控制装置，以将任何多余的燃油排回油箱。
已知的压力控制装置通常包括一个电磁阀，电磁阀本身又包括一个与高压泵的输油管连通的供油管，和一个与油箱连通的泄油管。电磁阀还具有一个设置在供油和泄油管之间的闸阀，和一个电磁铁，该电磁铁被激励以控制一个控制闸阀的衔铁。
在一种已知的压力调节电磁阀中，其包括在一个径向柱塞泵中，电磁铁具有一个带有一个环状电磁线圈的铁芯；衔铁是盘形的并被固定到一个在一个孔中滑动的杆上，该孔位于与电磁线圈同轴的铁芯中；闸阀由杆的一个锥形端部限定，或由一个由杆的端部控制的球限定。
已知的调节装置具有一些缺点。尤其是，输油管中的油压容易受到各种形式的干扰，这些干扰影响了发动机的运行，而且这些干扰主要是由高压泵柱塞的脉动作用和喷油器的脉动燃油输送引起的。
当供油管打开时，已知的装置也容易受到由衔铁杆的活塞效应引起的压力扰动，而活塞效应由油压的变化引起。也就是说，电磁铁一打开调节电磁阀，输送压力马上作用在杆的整个部分，因此立即打开电磁阀并使衔铁振动。
电磁铁由具有一给定频率的电脉冲控制，其采用脉冲宽度调制(PWM)技术，也会在公用油管的油压中引起扰动；而且，由于电磁阀具有一个给定的共振频率，在一定的条件下，各种形式干扰的结果会产生导致扰动巨增的共振现象。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种非常简单的、可靠的调节泵的输送压力的装置，而且它消除了通常与已知装置相关的前述缺点。
根据本发明，提供了一种输送压力调节装置，用来调节燃油供给系统的高压泵的输送压力，该燃油供给系统设有一个输油管，该输油管被连接到一个用于发动机气缸的公共分配器上，所述高压泵包括一个电磁阀，电磁阀本身又包括一个与所述泵的输送相通的一个供油管，一个泄油管，一个位于所述供油管和所述泄油管之间的闸阀，及一个电磁铁，该电磁铁被反复地激励以控制一个控制所述闸阀的衔铁，其特征在于：所述输送压力调节装置包括用于减少所述泵的输送压力中的扰动的减少装置，其中所述供油管与所述输油管相通；所述减少装置包括一个设置在所述输油管中的节流装置；所述节流装置具有一个直径小于0.7mm的标定孔。
如果电磁铁由一个电子单元控制，该电单元包括一个脉冲发生器，用于产生具有给定频率的脉冲，和一个脉冲占空比调制器，则扰动减少装置调节脉冲发生器以产生一个脉冲频率，以避开电磁阀的共振频率。
附图说明
下面参照附图，通过例子对本发明的一些优选的、非限制性实施例进行描述，其中：
图1表示一个高压泵的局部剖视图，该泵的特征在于本发明的一个输送压力调节装置；
图2表示根据本发明第一实施例的图1所示调节装置的一个电磁阀形成部分的一个放大比例的径向剖面图；
图3表示图2的剖开示意图，其按稍小比例示出了电磁阀的一装配阶段；
图4表示根据本发明又一实施例的图3的细节图；
图5和6表示图4所示细节图的两种变化；
图7表示图2所示本发明又一变型的一细节图；
图8表示一个用于控制压力调节装置的电子单元的方框图；
图9和10表示一种已知调节装置的两个操作图；
图11和图12表示根据图6的变型并由具有一给定频率的脉冲控制的一个调节装置的两个操作图，和图9及图10中相同；
图13和图14表示由具有一个不同频率的脉冲控制的同一调节装置的两个操作图，和图11及图12中相同。
具体实施方式
图1中的标号10整体上表示用于一个内燃机，例如一柴油机的燃油供给系统。该系统10包括一个低压泵11，其由一个电动机12驱动以从一个常规车辆的油箱中供给燃油到一个高压泵的进油管14，高压泵整体由标号16表示。
泵16是一个设置在内燃机上的径向柱塞型泵。更准确地说，泵16包括三个设置在一个泵体18上的径向间隔120°的油缸17(在图中只示出一个)；每个油缸17由一盘19封闭，该盘19支撑一进油阀21和一输油阀22；每个油缸17及各自的盘19通过油缸17的相应头部23锁到泵体18上。
三个柱塞24在各自的油缸17中滑动，并由一个凸轮(图1中没有示出)按顺序致动，该凸轮由一个轴25支承，轴25由内燃机的驱动轴驱动。柱塞24通过相应的进油阀21和相应的输油阀22从管14中抽吸燃油到一个公共的输油管26中。设置高压泵16以将燃油泵压到1600巴左右的压力。
管26连接到一个压力油分配器或容器上-由27示意地表示并在此后称为公用油管-其供给内燃机气缸上的通常的喷油器28。公用油管27上的一个压力传感器29连接到一个电子控制单元31(也见图8)上，以控制公用油管27中的油压。
泵16具有一个输油压力调节装置，该装置包括一个电磁阀，电磁阀整体由标号32表示并装在泵体18的一个座33中，电磁阀本身又包括一个供油管34和一个泄油管36。更准确地说，供油管34轴向安装到一个阀体38的一个第一圆柱部分37。
供油管34包括一个标定直径的部分35，并通过泵体18中的一个径向通道39和一个空腔41与输油管26连通。泄油管36径向安装到泵体18上，并通过一个环形空腔42与部分37中的一系列孔43连通。一个闸阀，采用一个球44的形式(图2)，设置在供油管34和径向孔43之间，并与一个形成在部分35出口处的锥形座45配合，以关闭管34。
电磁阀32还包括一个控制电磁铁，该电磁铁整体由标号46表示并具有一个铁磁性的铁芯47，铁芯47又包括一个封装环形电磁线圈49的环形座48。单元31(也见图8)反复地激励电磁铁46，以控制一个控制球44的衔铁51。更准确地说，衔铁51是一个盘形的并安装到一个圆柱形杆52上，杆52可以在铁芯47的一个轴向孔53中滑动。
铁芯47与一个中空的圆柱部分54一体形成，其中以液密方式安装有一个头部56，用于关闭电磁铁32。头部56由非磁性金属材料制成，并具有一个封装衔铁51并限定为衔铁室的室55。头部56还具有一个封装一个压缩弹簧59的中央空腔58，弹簧59被预压以向铁芯47的极靴部推动衔铁51，因此以一给定的力保持球44处于关闭供油管34的关闭位置。
铁芯47还具有一个圆柱形的附件60，附件60具有一个形成一个轴向座61的内肩57，其中安装一个直径比部分37大的阀体38的一个第二圆柱部分62。阀体38包括一个圆柱形的轴向空腔63，其直径基本上和铁芯47中的孔53的直径相同，以保证杆52的端部与球44配合。
空腔63与径向孔43相通，并向上延伸到锥形座45底部的平面。未被杆52和球44占据的空腔63的容积限定了一个截流室64，用于截流供油管34和泄油管36之间的液压波。
通过从图4到图2的位置弯曲附件60的一个环形边65，阀体38被固定在座61内部，以便与部分62的一个倾斜的边66配合。这通过插在肩57和部分62的端面之间的一个调节元件，例如一个校正垫圈67的插入而实现。为了使垫圈67易于定位，部分62的端面有一个肋70。
垫圈67从一系列制成标准组件的垫圈67中选取，它们彼此在厚度上相差2微米，以便于得到杆52的一个停止位置，其中在衔铁51和铁芯47的极靴部间留有一预定的间隙，以提高衔铁51对电磁线圈49的激励中的变化的响应。
电磁线圈49具有通常的终端68(图2)，其与电磁线圈49部分地共同模制在形成两个附件69(在图2中仅示出一个)的绝缘材料中。附件69插在衔铁51的两个孔71中；两个终端68被焊接到两个金属针72上，以便连接到一个电插头上，该插头预先被共同模制在一个插在头部56中的绝缘材料制成的环73中。
通过弯折一个与边65类似的、部分54的环形边76以与头部56的一个倾斜边77牢固配合，头部56以液密方式被固定在铁芯47的中空部分54。部分54和头部56被共同模制到一个模块78中，该模块包括用于针72的通常防护罩79；最后，通过螺栓及通过在阀体38和铁芯47的附件60上设置合适的密封件82和83，电磁阀32以液密方式固定在泵体18的座33内部。
控制单元31(图8)接收电信号，电信号表示发动机的不同运行参数，例如发动机转速、功率输出、动力需求，油耗等。一个脉冲发生器84产生预定频率的限幅脉冲，并被连接到一个用于调制脉冲的占空比的调制器86上，以用PWM技术控制电磁铁46。这样的调制器86使脉冲的占空比在1％到99％之间变化。
电磁铁46的电磁线圈49(还见图2)由调制器86产生的占空比控制。为了这种目的，单元31从压力传感器29接收一个信号，并处理它作为其余参数的一个函数，以相应地控制调制器86。
上述压力调节装置如下操作。
通常，电磁铁46(图1和2)被释放，供油管34被球44和弹簧59关闭。当泵16工作时，燃油沿输油管26供给公用油管27，从而增加压力。当公用油管27中，及因此在输油管26和供油管34中的油压超过一给定的最小值时，它将克服弹簧59作用在球44上的力。但是，由于调制器86发出信号，然后激励电磁线圈49使电磁铁46作用在衔铁51上的磁力增加到与弹簧59的弹力一致。
当公用油管27中的油压超过控制单元31所需的压力时，调制器86减小占空比，从而降低作用在衔铁51上的磁力。因此供油管34中的油压克服弹簧59的力和球44上的磁力的合力，球44从座45释放，因此供油管连通到孔43，因此连通到泄油管36，部分压力的燃油被排入油箱13。
根据本发明，调节装置包括各种装置，它们用于减少输油管26中，进而在公用油管27中的油压中的扰动。更准确地说，这些装置包括截流室64，用于截流供油管34和泄油管36之间的液压波，截流室的这种容积足以减少输油管26中的扰动。杆52最好包括一个小直径的端部87，该端部由一个连接肩88从杆52的其余部分隔开。部分87的直径最好是杆52的直径的1/3～2/3，而且部分87可以延伸室64的整个高度。
在本发明的另一个实施例中，一个固定的防护装置91a，91b，91c(图4至6)插在截流室64和肩88之间。更准确地说，防护装置91a，91b，91c固定在阀体38和铁芯47之间，并具有一个孔或洞92，小直径部分87以最小间隙在孔中滑动，因此截流室64中的可变油压作用在与肩88相对的防护装置91a，91b，91c的表面上，因此大大降低了作用在杆52上的压力。
在第一个变型中(图4)，防护装置91a是杯状的、具有一个平的壁93和一个圆柱形的壁94；阀体38的部分62有一个肩95，该肩形成一个座，用以容纳防护装置91a的圆柱形壁94，因此该肩代替图3中的使垫圈67定位的肋70。
在另一个变型中(图5)，和图4中相同，防护装置91b是杯状的，但圆柱形壁94包括一个凸缘96，该凸缘插在阀体38的部分62的端面和铁芯47的肩57之间，以代替垫圈67。因此防护装置91b从一系列具有凸缘96的防护装置91b中选取，凸缘具有和图3中垫圈67相同的预定的标准厚度，从而限定了阀体38的调节元件。在这种情况中，明显地在防护装置91b的壁93和阀体38的部分62的肩95之间有一定量的间隙。
在又一个变型中(图6)，阀体38的部分62没有肋70，也没有肩95；防护装置91c由一个垫圈限定，该垫圈的外径基本上等于铁芯47的附件60中的轴向座61的外径；中央孔92基本上具有和杆52的部分87相同的直径。
在这种情况下，铁芯47的座61的肩57包括一个环形槽97，该槽保证了抵靠在肩57上的防护装置91c的整个表面的精加工。作为防护装置91c的垫圈从一系列预定的标准厚度的垫圈91c中选取，从而形成一个非常经济的阀体38的调节元件。明显地，采用垫圈形式的防护装置91c也大大简化了阀体38中座61的形成。
减少高压泵16的输送压力中干扰的装置可以包括，或可以由一个可去除地安装在电磁阀32的供油管34内部的节流元件98(图7)限定。更准确地说，节流元件98可以由一个具有一个标定轴向孔99的圆柱体限定。
可以提供一系列具有相同外径、但具有预定的标准直径的孔99的圆柱体98，因此每个电磁阀32可以安装有圆柱体98，圆柱体98最适于减少泵16的输送压力中的扰动。孔99的直径最好在供油管34的部分35的直径的6/10和10/10之间变动。
减少高压泵16的输送压力中扰动的装置还可以包括一个可去除地安装在泵16的输油管26内部的节流元件100(图1)，该元件可以由一个配件限定，该配件在输油管26的一个座102内部具有一个标定孔101。实验表明，用一个直径小于0.7mm的孔101可以最佳地减少扰动。孔101的直径最好在0.5和0.7mm之间变动。
圆柱体98和配件100可以分别单独提供，或者它们两者彼此一起，和/或与截流室64的防护装置91a，91b，91c一起提供，这得视在具体的运行情况下哪一种更有效而定。至于泵16的转速，特别是，在泵转速超过2000rpm时，圆柱体98和配件100都可大大降低压力扰动。
对于公用油管27中所需的油压来说，在压力超过600巴时，圆柱体98可大大降低压力扰动，而配件100在压力低于700巴时，可大大降低压力扰动。无论是哪种情况，由圆柱体98和配件100所实现的压力扰动的减少是在防护装置91所实现的以外再产生的。
众所周知，电磁阀32具有一个共振频率，在上述情况中，该频率通常在500和600Hz之间变动。在一定的条件下，任何压力扰动都会引起电磁阀32的被迫振动，导致干扰巨增，因此必须根据避免共振现象的要求来选择减少压力扰动的装置。
在压力调节装置的实际操作过程中，施加在球44上的力不是常量，不仅要考虑由泵16和喷油器28的间歇操作，及电磁铁46的PWM控制所引起的脉动流动成分，而且要考虑其他机械原因，例如衔铁51的间隙、球44相对于座45的位置及杆52和孔53之间的摩擦。
由于和保持在一个固定位置相反，因此电磁铁46的球44和衔铁51都在一个平衡点附近振动或“颤动”。当幅度有限时，颤动有助于使杆52和孔53之间的摩擦减至最小，因此，电磁铁46的控制频率可以用于控制颤动幅度。例如，在泵16的低运转速度下，而且当公用油管27中需要低压时，颤动必须用一个低的PWM一控制频率增强，例如400Hz左右的频率。
相反地，当高幅度时，例如在泵16的高运转速度下，而且当公用油管27中需要低压时，颤动会影响公用油管27中油压的调节。在这种情况中，为了使电磁铁46的电子控制所引起的脉动效应最小，必须采用一个足够高的控制脉冲频率，即2000Hz左右的频率。
在本发明的又一个实施例中，为了控制颤动幅度，压力扰动减少装置可以包括一个电路103，用于改变脉冲发生器84所发出控制信号的频率。为了这个目的，电路103最好由单元31自动控制，以使每次选择的发生器84产生的控制信号的频率最适于实现公用油管27中液压扰动的最大降低。
因此设计单元31，以根据估算的干扰选择频率控制电路103，干扰的估算取决于一个或多个参数，这些参数可以包括公用油管27中所需的液压，泵16和内燃机的转速，喷入发动机气缸的油量，即发动机的输出功率和油门踏板的位置。
电路103也可以通过手工经验地调节，以防止发生器84产生一个频率与电磁阀32及供给系统10的共振频率基本相同的脉冲。就上述电磁阀32而论，最好如此调节电路103，以使发生器84产生控制脉冲，该脉冲具有至少1500Hz的频率。
图9表示输油管26中的压力，它是在1667Hz频率脉冲下施加到一个传统的开路控制的电磁阀上的调节电流的函数。五条曲线A-E表示和泵16有关的压力，泵的运转速度从左到右增加。
更准确地说，曲线A与500rpm转速的泵16对应，而且其最低点到0励磁电流；曲线B、C、D和E分别与1000rpm、1500rpm、2000rpm和2500rpm转速的泵16对应，而且其最低点到0励磁电流。可以看出，1500rpm的曲线C表示在低于600巴的压力下出现剧烈扰动，而与2000rpm和2500rpm转速对应的曲线D和E表示在实际的任何压力下都出现剧烈扰动。
图10是表示和图9中相同的电磁阀相关的压力及泵16转速的曲线图。六条曲线表示和电磁铁47的供给电流相对应的压力，其中电流从0.75到2安培变动，并从底部曲线向上依次增加0.25安培。可以看出，除极低压力的底部曲线例外，所有的曲线表示在较高的转速下出现剧烈扰动。
图11和图12表示和图9及图10相同的曲线图，但是相对于一个由833Hz频率脉冲控制的调节装置，而且其中电磁阀32具有一个防护装置91c(图6)，和具有一个节流元件100的输油管26(图1)，元件100有一个0.65mm直径的孔101。如图11和12所示，在低压和低的泵16转速下，在公用油管27的压力中只有轻微的扰动。
图13和图14表示和图9及图10相同的曲线图，但是相对于一个由1667Hz频率脉冲控制的调节装置，而且其中电磁阀32具有一个防护装置91c，和输油管26具有一个与图11及12中相同的0.65mm直径的节流元件，供油管34具有一个0.5mm直径的节流元件。如图13和14中所示，在实际上所有的公用油管27压力和所有的泵16转速下，都消除了压力扰动。
和已知的装置相比，根据本发明的调节装置的优点将从前述描述中清楚地看出。特别是，供油管34的截流室64和节流元件98，或者输油管节流元件100减少了公用油管27中的油压扰动。
而且，防护装置91a，91b，91c消除了由节流室64中压力在衔铁51上造成的活塞效应。最后，选择电磁阀32的电磁线圈49的控制脉冲的频率会消除压力扰动，其中压力扰动是由装置本身的频率共振和发动机的特殊运行条件引起的。
显然，在不偏离本发明范围的情况下，可以对此处所述的调节装置进行改变。例如，与盘形相对，电磁铁46的衔铁51可以是圆柱形的；也可以通过改变空腔63的高度和/或直径来增大截流室64的容积；电磁阀32也可以设置在公用油管27上，与泵16相对。

Claims (6)

1.一种输送压力调节装置，用来调节燃油供给系统(10)的高压泵(16)的输送压力，该燃油供给系统(10)设有一个输油管(26)，该输油管被连接到一个用于发动机气缸的公用油管(27)上，所述高压泵(16)包括一个电磁阀(32)，电磁阀本身又包括一个与所述泵(16)的输送相通的一个供油管(34)，一个泄油管(36)，一个位于所述供油管(34)和所述泄油管(36)之间的闸阀(44)，及一个电磁铁(46)，该电磁铁被反复地激励以控制一个控制所述闸阀(44)的衔铁(51)，其特征在于：
所述输送压力调节装置包括用于减少所述泵(16)的输送压力中的扰动的减少装置(98，100，103)，其中所述供油管(34)与所述输油管(26)相通；所述减少装置(98，100，103)包括一个设置在所述输油管(26)中的节流元件(100)；所述节流元件(100)具有一个直径小于0.7mm的标定孔(101)。
2.如权利要求1所述的输送压力调节装置，其特征在于：所述节流元件(100)的标定孔(101)具有一个在0.5和0.7mm之间变动的直径。
3.如前述权利要求中一个所述的输送压力调节装置，其特征在于：所述电磁铁(46)由一个电子单元(31)控制，该单元包括一个发生器(84)，用于产生预定频率的脉冲，和一个调制器(86)，用于调制所述脉冲的占空比。
4.如权利要求3所述的输送压力调节装置，其特征在于：所述减少装置(64，91a，91b，91c，98，100，103)调节所述发生器(84)，以产生一种能避开所述电磁阀(32)共振频率的频率的所述脉冲。
5.如权利要求3所述的输送压力调节装置，其特征在于：调节所述发生器(84)，以产生不低于1500Hz频率的脉冲。
6.如权利要求3所述的输送压力调节装置，其特征在于：所述发生器(84)通过一个频率选择电路(103)由所述电子单元(31)驱动，所述电路(103)用于根据估算的液压扰动选择频率，扰动的估算取决于下述运行参数中的至少一个：所述公用油管(27)中的液压；所述泵(16)和发动机的转速；由发动机提供的动力和/或要求发动机提供的动力。
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