CN101387250B - 包含可变流率高压泵的燃料喷射*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供喷射***，其包含高压泵(7)，所述高压泵(7)具有通过相应进入冲程和排放冲程以往复方式操作的至少一个抽吸元件(18)。每一抽吸元件(18)装备有与进入管线(10)连通的相应进入阀(25)，所述进入管线(10)由低压泵(9)供给。开启-关闭电磁阀(27)位于所述泵(7)的进入管线(10)上且由控制单元(16)以某频率来控制，所述频率等于由包含在0.90至1.10之间的因数(K)乘抽吸动作的频率的整倍数或约数。

Description

包含可变流率高压泵的燃料喷射***
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的包含可变流率高压泵的燃料喷射***。
背景技术
如众所周知，在现代内燃机中，喷射***的高压泵能够将燃料递送到具有预定积聚容量的受压燃料的共轨，所述共轨供给与引擎的汽缸相关的多个喷射器。大体上，基于引擎的操作条件，由电子控制单元界定此类***的积聚容量中的燃料所需的压力。
已知喷射***，其中位于泵的输送管线上的旁通电磁阀由控制单元控制。当引擎以最大速度运行但功率降低时，泵的流率为过多的，且简单地通过旁通阀将过多燃料直接排放到燃料箱中。此旁通阀因此具有以热量的形式消耗高压泵的部分压缩功的问题。
曾提出喷射***，其中高压泵具有可变流率，以在引擎在功率降低的情况下操作时减少所抽吸燃料的数量。在这些***中的一者中，泵的进入管线装配有用于油门(restriction)的节流电磁阀，所述节流电磁阀由控制单元根据共轨中所需的压力和/或引擎的操作条件而相对于抽吸元件的操作异步地控制。在节流电磁阀和油门下游获得的燃料具有非常低的压力，且处于低流率，从而产生很小的用于打开进入阀的力。
为此，在已知***中，有必要为每一进入阀提供普通的回位弹簧，以便即使在油门下游的压力最小时也保证打开。一方面，必须以非常精确的方式来设置此弹簧，由此泵会变得比较昂贵。另一方面，总是存在以下风险：在由燃料施加在进入阀上的压力与由相关压缩室中的抽吸元件引起的低压的组合效应下，进入阀不能够打开自身，藉此泵不适当地运作且容易被磨损。在任何情况下，如果泵具有多个抽吸元件，那么总是引起不对称的输送，尤其是在强输送阻塞的条件下。
在另一已知喷射***中，曾提出包含开启-关闭计量电磁阀的节流装置，所述计量电磁阀可位于个别抽吸元件的进入管线上或位于多个抽吸元件所共用的进入管线上。所述计量电磁阀具有相对高的流率，以允许在进入冲程的可变部分期间供给所述抽吸元件，其中调制供给的开始和/或结束的瞬间，藉此调制所述抽吸元件的填充系数。
如果此电磁阀的控制和致动是相对于泵轴的旋转频率而同步地发生(即，轴每旋转一次激活计量电磁阀一次，此独立于区别其的抽吸元件的数目)，那么此节流装置具有以下缺点：必须在相关的进入冲程期间使计量电磁阀的操作与每一抽吸元件中活塞的位置同步并定时计量电磁阀的操作。如果计量电磁阀的激活频率具有等于任何抽吸元件的进入冲程频率或为其倍数的值(具体而言，如果计量电磁阀与抽吸元件的进入冲程同步；例如，对于具有由凸轮驱动的三个抽吸元件的泵而言，其激活频率等于所述泵完成一次旋转的频率的三倍)，那么发现相同的缺点。
流量是经由在进入管线上的开启-关闭计量电磁阀来调整和以相对于泵的旋转频率同步的方式来控制的，这些***(且具体而言，计量电磁阀是在抽吸元件的进入冲程期间以同步方式控制或以这些冲程的多倍频率来控制的***)存在在共轨中引起压力振荡的若干其他缺点。首先，有必要区别在相对短的时间间隔(大约一个引擎循环)内引发压力振荡的原因与在比先前时间间隔长两个或三个数量级的时间间隔内在共轨中引发压力振荡的原因。这两类原因是加成的且大体上彼此独立。
在等于引擎循环的周期内引发压力振荡的原因中，以下原因应被提及：
-高压泵的不规则的瞬间流率；
-由于进入弹簧的不等设置的由各个抽吸元件输送的燃料容量的非对称性；
-喷射器的喷射事件和其相对于泵的输送曲线的定时；
-共轨的容量；和
-内燃机的操作点。
关于比先前时间间隔长两个到三个数量级的周期内的压力振荡，主要原因是由于计量电磁阀的激活开始的瞬间相对于参考抽吸元件的上止点的小的或缓慢的定时变化或滑动。
在任何情况下，抽吸元件的填充系数主要取决于打开进入阀的不可避免的延迟且由于不可能均匀地设置进入阀弹簧而在抽吸元件之间为不同的，藉此在每一引擎循环时抽吸元件以互相不对称的方式来运作。
此外，尤其是在流阻塞较极度的情况下，给定抽吸元件的填充系数受以下因素强烈地影响：
-计量电磁阀的激活或打开开始的瞬间相对于相同抽吸元件的上止点的定时，且因此计量电磁阀下游的低压；
-计量电磁阀的通路截面；
-计量电磁阀的激活与可能的其他抽吸元件的相互作用，所述抽吸元件的进入阀与正考虑的抽吸元件的进入阀同时打开；
-包括于计量电磁阀的出口与抽吸元件的进入阀之间的容量；
-低压泵的排放压头；和/或
-由与计量电磁阀平行定位的可能的压力调整器调整的压力。
关于计量电磁阀命令相对于给定抽吸元件的上止点的定时，确定计量电磁阀的激活的持续时间，在所述电磁阀的打开是在抽吸元件处于下止点时发生的情况下，所考虑的抽吸元件的填充系数应假定为较大值，下止点对应于由相同电磁阀“可见”的最大低压。在此情况下，由计量电磁阀供应的燃料的瞬间流量应为最大，因为其与相同电磁阀的入口与出口之间的压力差成比例，藉此所引入燃料的容量应为最大。
相反，在具有多个抽吸元件的泵的情况下，如果在计量电磁阀打开时，所有进入阀皆关闭(例如，也由于对各别弹簧的不正确的设置)，藉此将不存在有助于通过计量电磁阀的流率的低压，则填充系数应为最小。如果其他抽吸元件的进入阀中的一或多者在上述条件出现时同时打开，藉此在从所述计量阀的输出中“可见”的低压为最大，那么所述泵的总体或全局填充系数为最大。
由于控制单元从由引擎驱动轴承载的发音轮接收同步或定时信号以产生数字同步信号，这些数字同步信号相对于由引擎驱动轴的物理位置供应的同步信号而言总是具有误差，虽然误差极小。此同步误差也可得自泵循环除法计算的舍入误差，尤其在产生周期数作为商的许多抽吸元件的情况下。
在这些情况下，所述误差产生控制单元的信号相对于泵循环的向前或向后的缓慢的滑动或卷动。因此，无论选择何种定时和同步以用于在抽吸元件之输送期间激活计量电磁阀，不久之后，这些输送都将具有有错误的定时，从而在共轨中产生具有相对长的周期的大量压力振荡。
具体而言，以发音轮进行的读取越准确且用于计算操作计量电磁阀自身的频率的算法越精确，用于激活计量电磁阀的控制信号相对于用作参考的各别抽吸元件的上止点的此滑动将越缓慢，且因此，所引发的压力振荡的周期将越长。
从美国专利申请US2004016830A1可知一种燃料喷射***，其包括具备三个泵元件的高压泵，和与压力调节器相关联的开关电磁阀，压力调节器和开关电磁阀都位于泵的进入管线上。其中，该电磁阀以等于每个泵元件频率的三倍频率操作。
发明内容
本发明的目的是提出一种包含高压泵的燃料喷射***，以某一方式调整所述高压泵的进口以消除已知技术中的缺点。
根据本发明，通过用于内燃机的燃料喷射***达成此目的，所述燃料喷射***：包含可变流率高压泵，所述高压泵具有通过进入和排放冲程以往复方式操作的至少一个抽吸元件，所述抽吸元件装备有与进入管线连通的进入阀和与输送管线连通的输送阀；且包含用于所述泵的流率的节流装置，其包括位于所述进入管线上以计量供给所述抽吸元件的燃料的数量的计量电磁阀和能够在所述抽吸元件的进入阶段期间基于所述内燃机的操作条件控制所述电磁阀的控制单元，所述燃料喷射***的特征为所述控制单元以等于由包含在0.90至1.10之间因数乘以所述抽吸元件的启动频率的整倍数或约数的频率来操作所述电磁阀。
附图说明
为了更好地理解本发明，现将描述优选实施例，以举例的方式提供优选实施例且在附图的帮助下进行描述，其中：
图1为具有第一类高压泵的燃料喷射***的图；
图2为具有另一类高压泵的燃料喷射***的图；和
图3为燃料喷射***的操作的图表，其中根据本发明来调整泵。
具体实施方式
参看图1，参考数字1一般指示用于(例如)具有四冲程狄赛尔(diesel)循环的内燃机2的燃料喷射***。内燃机2包含多个汽缸3(例如，四个汽缸)，其与相应的活塞(未图示)一起运作且可经操作以使引擎驱动轴4转动。喷射***1包含多个电控喷射器5，其与汽缸3相关且能够将高压燃料喷射到汽缸3中。喷射器5连接到由普通共轨6形成的积聚容量的受压燃料，所有喷射器5皆连接到共轨6。
通过高压泵(一般由参考数字7指示)经由输送管线8用高压燃料供给共轨6。接着，通过低压泵(例如，马达驱动的泵9)经由泵7的进入管线10来供给高压泵7。马达驱动的泵9通常位于普通燃料箱11中，排放管线12将过多的燃料从喷射***1排放到燃料箱11中。共轨6也装备有与排放管线12连通的排放电磁阀15。每一喷射器5能够在电子控制单元16的控制下将一定数量的燃料(可在最小值与最大值之间变化)喷射到相应汽缸3中，电子控制单元16可由引擎2的普通微处理器控制单元构成。
控制单元16能够接收：指示引擎2的操作条件的信号，诸如加速器踏板的位置和引擎驱动轴4的旋转次数，所述信号由相应传感器(未图示)产生；和由压力传感器17检测的在共轨6中的燃料的压力。具体而言，引擎驱动轴4的旋转次数由已知类型的传感器34检测，所述传感器34能够读出装配于引擎驱动轴4上的发音轮35的角位置。
以特殊程序处理接收到的信号的控制单元16控制个别喷射器5的激活的瞬间和持续时间。另外，控制单元16控制排放电磁阀15的打开和关闭。因此，排放管线12将以下各者传送到燃料箱11：从喷射器5排放的燃料和通过电磁阀15排放的共轨6中的任何过多燃料，以及来源于泵7的普通贮槽33的冷却和润滑燃料。
根据图1中的实施例，高压泵7为径向型的，且包含三个抽吸元件18，每一抽吸元件由具有压缩室20的汽缸19形成，在压缩室20中，移动活塞21以往复运动的形式滑移，所述往复运动由进入冲程和压缩冲程形成。每一压缩室20装备有相应进入阀25和相应输送阀30。阀25和30可为球型的且装配有各别回位弹簧。三个进入阀25经由内部管线28而彼此连通，内部管线28又与共用进入管线10连通。三个输送阀30经由另一内部管线29而彼此连通，内部管线29又与共用输送管线8连通。
具体而言，三个抽吸元件18彼此成120°径向配置，且活塞21是通过承载于泵7的驱动轴23上的凸轮22驱动，为此其以相互120°相移来操作。凸轮22和泵7的其他驱动元件容纳于贮槽33中。轴23经由传动装置26而连接到引擎驱动轴4，传动比为0.5。因此，在轴23的一次旋转期间，凸轮22控制一个泵循环，其包含三个活塞21的进入冲程和压缩冲程，而引擎2的驱动轴4执行两次旋转，在此期间，在引擎2的各别汽缸3中发生喷射器5的四次喷射事件。
在燃料箱11中，燃料处于大气压下。在使用中，马达驱动的泵9将燃料压缩到低压，例如，大约仅为2-3巴。接着，高压泵7压缩从进入管线10(为三个抽吸元件18所共用)接收的燃料，以经由输送管线8(也为三个抽吸元件18所共用)将高压燃料(例如，大约1600-1800巴)递送到受压燃料的共轨6。
为了在引擎2的操作条件要求较少燃料时降低泵7的流率，通常由节流装置31控制此流率，节流装置31包含开启-关闭型的计量电磁阀27，其位于进入管线10上。电磁阀27的出口界定共同管线10的区段10′，此区段10′与进入阀25的三个内部管线28连通。由电子控制单元16基于引擎2的操作条件来控制电磁阀27，电子控制单元16相应地控制由喷射器5吸入的燃料数量和在共轨6中此燃料的压力。
节流装置31也包含位于电磁阀27上游的压力调整器32。压力调整器32能够使电磁阀27的供应压力保持于恒定水平且将管线10中的过多燃料递送到贮槽33，以便润滑其机构。接着经由排放管线12从贮槽33排放燃料。
控制单元16能够经由恒频控制信号来控制电磁阀27，其中调制工作循环(PWM脉宽调制)，或相反地经由信号的持续时间来控制电磁阀27，其中这些信号之间的时间间隔也改变。明显地，可能通过调制信号频率和相关工作循环来控制电磁阀27。
对电磁阀27的控制界定在相关活塞21的进入冲程的可变部分内通过每一进入阀25的进入阻塞。可通过改变进入的开始和/或结束来达成阻塞。在所考虑的实例中，电磁阀27在每一活塞21的各别进入冲程期间与抽吸元件的激活频率同步地操作，且因此以泵7的轴23的旋转频率的三倍的频率同步地操作。为此，控制单元16接收由发音轮35的传感器34发射的同步信号，且发射频率和/或工作循环调制控制信号。这些信号可具有大约千分之一秒的持续时间，而工作循环可在2％到95％的范围内变化。
实际上，请注意，几乎不可能的是，由控制单元16界定的定时信号准确地复制泵7的轴23的位置。造成不精确性的原因之一为由于以下事实：定时信号为数字的，而由传感器34界定的那些信号是得自在引擎驱动轴4上的发音轮35的模拟位置。
造成不精确性的另一原因可得自用发音轮35的一次旋转中所包括的定时信号的数目除以三。事实上，此除法的商必定由控制单元16舍入或舍位；例如，当其由周期数组成时。控制单元16的不精确性或定时误差产生开始打开电磁阀27的瞬间相对于假定为参考的瞬间的某一向前或向后滑动，在所述参考瞬间中，在上止点处供给抽吸元件。
用实验方法观测到，由控制单元16的定时引发的滑动使泵7的流量引起某种不规则但大体上周期性的振荡。在图3的图表中通过曲线G将此振荡展示随时间而变。此曲线是在引擎2以5000rpm运行且共轨中的压力被设置为1200巴的情况下用实验方法获得的。请注意，在图3中，在横坐标上以秒为单位来指示时间，而在纵坐标上以巴为单位来指示容器6中的燃料压力。因为泵7的轴23以2500rpm运行，所以曲线G中的波形的周期为近似15秒且包含轴23的近似600次旋转，且因此近似1800次抽吸动作。如先前所解释，所述滑动发生的速度越低，此振荡的持续时间将越大。
根据本发明，以在由发音轮35提供的定时中引入不同于1的倍增因数K的方式来程序设计控制单元16。因此，控制单元16以等于由这个K因数所乘的抽吸动作的频率的频率来控制电磁阀27。有利地，这个K因数可在0.90与1.10之间。优选地，K因数可经选择以不同于值1，比1大或小0.01。
在图3中，用虚线展示在K因数等于0.95的情况下共轨6中的压力振荡的曲线A，而点线展示在K因数等于1.05的情况下共轨6中的压力振荡的曲线B。很明显，在两种情况下，压力振荡具有比与抽吸元件的冲程同步的电磁阀27操作的情况下的压力振荡的周期短得多的周期，和小得多的振幅。曲线A和曲线B中压力振荡的周期是在0.1秒与1.5秒之间，而压力振荡的振幅是在10巴与30巴之间，为此，为达成控制泵7的流量的目的，此为可忽略的。
每一曲线A和B的最大值与最小值之间的差异是由于在那一瞬间在抽吸元件18的阶段中在不同条件下关闭电磁阀27的事实。具体而言，在同时打开两个进入阀25那刻打开电磁阀27时，出现最大值。此刻，泵7的“全局”填充系数最高。在此情况下，电磁阀27的入口与出口之间的低压最高，且因此，抽吸流量最大。相反，在仅打开一个进入阀25那刻打开电磁阀27时，出现曲线A和B的最小值。电磁阀27的入口与出口之间的低压因此为最小。
引入K因数的目的是确保在开始激活电磁阀27的控制信号与相关抽吸元件18处于上止点那刻之间出现的滑动的速度很高，使得泵7的“全局”填充系数维持为或多或少恒定的值，而非在可能的最小值与最大值之间的连续假定的值，可能的最小值与最大值与曲线G的最大压力和最小压力的条件有关。
电磁阀27具有相对小的有效通路区段，以允许燃料在高压下由泵7压缩之前被计量。有利地，电磁阀27的通路区段也致使在预定时间间隔期间产生平均流率，所述预定时间间隔为多倍的预置时间单位，可具有抽吸元件18的进入冲程持续时间的量值。
在图2的实施例中，提供由共同凸轮驱动的两个相对的抽吸元件18。以相同参考数字指示对应于图1之实施例的部件的部件，为此，不再重复描述。此处也同样，电磁阀27为两个抽吸元件18所共用，且每次是经由在那一刻正好执行进入冲程的抽吸元件18的相关进入阀25来抽吸经由进入管线10递送到泵7的燃料。另一抽吸元件18的进入阀25通常为关闭的，因为其处于压缩阶段。
然而，如存图1中所示的具有三个抽吸元件的泵的情况下在流率阻塞的情况下，可发生同时打开进入阀25的情况。事实上，例如在抽吸元件18的压缩阶段中，因为泵在阻塞条件下运作，所以存在相当大的蒸汽分数。因此，各别进入阀25也保持打开，此由于由管线28中所含有的燃料施加于其上的压力的效应。
同样在具有两个抽吸元件18的泵7的情况下(其中以与抽吸元件18的进入冲程同步的方式来控制电磁阀27)，泵7的“全局”填充系数受到电磁阀27的打开发生的瞬间与各别抽吸元件18处于假定为参考的上止点处的瞬间之间的相移强烈地影响。举例来说，如果在同时打开两个进入阀25时打开电磁阀27，那么“全局”填充系数可为最高的。相反，当对应于处于排放阶段中(因此进入阀25关闭)的抽吸元件18来操作打开时，此填充系数最低，同时另一抽吸元件18发现自身处于进入阀25的弹簧的阻力最大且由所述抽吸元件18造成的低压最少(确切地说在抽吸开始时)的条件下。
由上文所见，具有用于根据发明变数而操作的燃料抽吸的计量电磁阀27的喷射***相对于已知技术的优点为明显的。具体而言，可有利地由电磁阀27对低压下的燃料完成燃料比计量，而非由抽吸元件18来完成。在对电磁阀27的控制并不完全与抽吸元件18的进入冲程同步的情况下，有可能避免共轨6中的强烈压力振荡，所述强烈压力振荡是由于开始激活计量电磁阀27的命令的瞬间与抽吸元件18处于假定为参考的上止点处的瞬间之间的缓慢滑动而产生的。此滑动可由发音轮35的信号与由控制单元16计算或产生的定时之间的不可避免的同步误差产生。
应理解，在不脱离权利要求的范畴的情况下，可对具有高压泵的上述喷射***进行各种修改和改进。举例来说，在电磁阀27与泵7的循环同步地操作的***的情况下，在具有三个抽吸元件的泵的情况下，电磁阀27对于每三个进入冲程操作一次，确切地说泵7的轴23的每旋转一次电磁阀27操作一次。为避免过慢滑动而操作电磁阀27的频率应由轴23的旋转频率乘以K因数而给出。在此情况下，K应仍在0.90与1.10之间，且经选择以不同于值1，比1大或小至少0.01。
相同的情况也适用于以等于每一抽吸元件18的进入冲程发生的频率的整倍数的频率或以泵7的循环频率来操作电磁阀27的情况。接着引入因数K，使得通过由此K因数乘以电磁阀27的操作频率，有可能避免具有慢滑动且因此避免共轨中的广泛压力振荡。此外，可以等于每一抽吸元件18的进入冲程的频率的整约数的频率或以等于泵7的循环频率的整约数的频率来操作电磁阀27。同样在这些情况下，K的值是在0.90与1.10之间且经选择以不同于值1，比1大或小至少0.01。
最后，可将发音轮35直接置放于轴23上，或可去除传动装置26，且高压泵7的轴23是以独立于引擎驱动轴4的速度来操作。甚至可去除共轨6的燃料排放电磁阀15。

Claims (13)

1.一种用于内燃机(2)的燃料喷射***(1)，其包含可变流率高压泵(7)，所述高压泵具有可操作以执行进入冲程和排放冲程的至少一个往复抽吸元件(18)，所述抽吸元件(18)装备有与进入管线(10)连通的进入阀(25)和与输送管线(8)连通的输送阀(30)，且包含可操作以调节所述高压泵(7)的所述流率的节流装置(31)，所述节流装置(31)包括布置于所述进入管线(10)上且可操作以计量供给所述抽吸元件(18)的燃料的数量的计量电磁阀(27)和可操作以在所述抽吸元件(18)的进入阶段期间基于所述引擎(2)的操作条件控制所述电磁阀(27)的控制单元(16)，所述燃料喷射***的特征在于所述控制单元(16)配置成以等于由包含在0.90至1.10之间的因数(K)乘所述抽吸元件(18)的激活频率的整倍数或约数的频率来操作所述电磁阀(27)。
2.根据权利要求1所述的喷射***，其特征在于所述因数(K)不同于1，比1大或小至少0.01。
3.根据权利要求1或2所述的喷射***，其中所述高压泵(7)包含在泵循环期间顺序地操作的两个或两个以上的抽吸元件(18)，所述高压泵(7)是以预置泵频率来操作，所述喷射***的特征在于所述电磁阀(27)是在所述抽吸元件(18)的进入冲程期间以等于由所述因数(K)乘的所述泵(7)的所述频率的整倍数或约数的频率来操作。
4.根据权利要求3所述的喷射***，其特征在于所述整倍数为1。
5.根据权利要求1或2所述的喷射***，其特征在于所述高压泵(7)包含由与所述引擎(2)的普通驱动轴(4)同步的旋转轴(23)操作的两个或两个以上的抽吸元件(18)，所述进入管线(10)为所述抽吸元件(18)所共用，且所述电磁阀(27)位于所述进入管线(10)上。
6.根据权利要求5所述的喷射***，其特征在于所述高压泵(7)包含反相操作的两个抽吸元件(18)。
7.根据权利要求5所述的喷射***，其特征在于所述高压泵(7)包含彼此以120°相移操作的三个抽吸元件(18)。
8.根据权利要求1所述的喷射***，其特征在于所述控制单元(16)能够基于由积聚容量(6)的高压燃料中的相应压力传感器(7)所检测的所述燃料的压力来控制所述电磁阀(27)。
9.根据权利要求1所述的喷射***，其特征在于所述控制单元(16)能够经由频率和/或工作循环调制控制信号来控制所述电磁阀(27)。
10.根据权利要求9所述的喷射***，其特征在于所述控制单元(16)能够经由具有恒定持续时间和以可变频率发射的控制信号来控制所述电磁阀(27)。
11.根据权利要求9所述的喷射***，其特征在于所述控制单元(16)能够经由频率与所述泵的旋转速度相关的和/或具有可变工作循环的控制信号来控制所述电磁阀(27)。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的喷射***，其特征在于每一控制信号的所述持续时间为大约千分之一秒，和/或所述工作循环在2％到95％的范围内变化。
13.根据权利要求1所述的喷射***，其中所述高压泵(7)包含容纳泵驱动机构的贮槽(33)，所述喷射***的特征在于所述节流装置(31)包含与所述计量电磁阀(27)平行地定位的压力调整器(32)，所述压力调整器(32)能够使所述电磁阀(27)上游的压力维持恒定且将过多燃料递送到所述贮槽(33)以冷却并润滑所述机构。
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