CN103080531A - 具有压力控制式泄放功能的燃料喷射*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高压燃料喷射泵(5)的高压燃料喷射***，该高压燃料喷射***用于对燃料进行加压并输送燃料以喷射到内燃机中，所述***和高压燃料喷射泵(5)具有：入口(6)；返回端口(4)；至少一个柱塞(9)；吸入通道(8)，该吸入通道(8)位于所述入口(6)和柱塞(9)之间；以及泄放阀(15)，该泄放阀(15)以连接方式布置在高压燃料喷射泵(5)的吸入通道(8)中，其特征在于，在所述入口(6)和返回端口(4)之间设置有选择阀(11)。

Description

具有压力控制式泄放功能的燃料喷射***
技术领域
本发明涉及高压燃料喷射泵以及包括高压燃料喷射泵的燃料喷射***。
这种高压燃料喷射泵和包括这种泵的燃料喷射***通常用于对燃料进行加压并用于输送燃料以将燃料喷射到内燃机中。
背景技术
近年来，原油衍生燃料的价格上涨以及担心其急剧短缺已经引起了替代燃料的生产加工以及使用这些替代燃料的内燃机的发展。能够有效地从包括生物原料在内的多种原料制成的潜在重要替代燃料之一是二甲醚(DME)。DME燃烧时无碳烟且具有高的十六烷值，非常适合于柴油机类型的内部燃烧过程。然而，DME具有较高的挥发性(与通常的柴油燃料相比)，因此，为了在室温下成为液体，它必须被加压至大约5巴。将燃料以液体形式供给以喷射到柴油机式内燃机中具有很多优点，因此，必须专门设计适合于DME或其它类似挥发性燃料的燃料喷射设备(FIE)，以防止燃料的意外蒸发，或将蒸汽空泡从该喷射***中的、蒸汽可能导致中断正常运转的部位中有效去除。
通过选择较高的压力和/或较低的运行温度，能够防止高挥发性燃料的沸腾。在特定的发动机应用中，必须以燃料供给压力和温度的最优组合、将燃料供应至所述FIE的喷射压力生产部。在选择该最优组合的过程中，燃料供给***的成本和复杂性是重要的控制因素。在允许高温下运行的同时，若更倾向于较高的供给压力，将增大***的成本、复杂性、重量和能量消耗，同时，其本身还会导致额外的燃料变热。另一方面，由于某些明显的原因，将燃料供给温度降低到超过特定极限值也是不可行的。
为了使燃料供给压力和温度之间的组合变得更具有能量效率且更低廉，在现有技术的***中已经使用了多种设计方案。这样的方案之一是使燃料供给流在整个***中、以超过发动机的燃料消耗率的速率进行再循环。通过这种方式，实现了***的最冷部件(例如燃料箱)和最热部件之间的温度均衡，因此降低了局部汽化的风险。另一种解决方案是对***的最暴露于热源的部件进行隔热。
由于多种原因，用于诸如DME的高挥发性燃料的、最合适的一种FIE是现有技术中公知的共轨***。这样的***通常包括一个多柱塞高压泵，该高压泵把处于高压下的燃料经由共轨供应至喷射器。经过多年的发展以及在柴油机行业的应用，典型的共轨***高压泵已进化成包括基于入口计量原理和固定柱塞排量的输出控制策略。这使用了单个电子控制式入口计量阀(IMV)来限制在各个柱塞的吸入冲程期间到达这些柱塞的燃料量。在给定的供给压力下，改变所述阀的限制将会改变柱塞的输出，改变柱塞的输出又会在给定的发动机能耗下改变共轨压力。
由于它比变排量泵更简单，单IMV、固定排量多柱塞式泵广泛用在共轨FIE中。但是，当使用高挥发性燃料时，需要对这种泵进行改进，以确保在发动机的整个运行范围内的可靠性能。这是因为：在这种泵中，存在相当大体积的燃料位于吸入通道中，该吸入通道将燃料从所述IMV引导到各柱塞，为了控制泵的输出，吸入通道中的压力大部分时间都需要控制在比可用供给压力低的水平。通过限定，吸入通道的该体积被与再循环燃料供给回路分开，因此容易发生过热和燃料蒸发。解决该问题的一个办法就是将吸入通道与周围部件隔热。这在吸入通道中特定的最小燃料流量时工作良好，但当燃料流量低于该最小量或者根本没有流动时，在相对长的时间段还是可能发生汽化。要求高压泵具有极低输出或没有输出以及相应的在吸入通道内低的通流的运行状态可能经常发生，并且，使泵几乎立即从极低输出或没有输出改变到最大输出可能是必须的，例如，当热的发动机需要启动或在发动机制动一段时间之后需要高扭矩时。一旦燃料被允许在吸入通道内蒸发，泵的液压效率就会急剧下降，并且在泵能够提供最大输出之前可能需要相当长的一段时间，除非采取特别措施。
为了能够从所述通道中移除蒸汽而不是设法使其液化，现有技术中已知的是为该吸入通道提供单独的泄放功能(bleed function)。使蒸汽液化通常是比汽化更长的过程，并且为，了在相对热的泵中提供液化，供给压力***将需要能够承受较高的压力，因此将会变得不必要地复杂、笨重且昂贵。通过对与热的泵体热绝热的吸入通道进行泄放，以及来自供给再循环路线的较冷低压燃料，能够同时地有效冷却该通道并更容易地恢复所述泵的正常运行。在上述这种以及其它现有技术***中，用于所述吸入通道的泄放阀是电子控制阀，由单独的电致动器控制或借助于同时控制该泄放阀和IMV的扩展范围致动器控制。由于所述致动器以及需要针对发动机管理***(EMS)的更复杂的控制算法，这增加了成本。
在现有技术***中，为了有效地进行所述吸入通道的泄放，在再循环回路中、在供给压力设定限制器的下游与泄放阀之间设有单独的返回管线。这是必要的，因为：若不这样，泄放路径将变得与主再循环路径平行，所述主再循环路径被设计成具有尽可能低的限制值，最多低至所述供给压力设定限制值，在这种情况下，该吸入通道和泄放阀两端的压力差(pressure head)将会变得太小，以致不能将蒸汽送到所述泵之外。在该压力设定限制器必须离所述泵较远的***中，由这种单独的返回管线导致的额外成本和复杂性可以是非常显著的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种包括高压燃料喷射泵的燃料喷射***，该高压燃料喷射泵较不易于在燃料中形成蒸汽。
本发明的另一个目的在于提供一种用于内燃机的、用于喷射诸如DME等的高挥发性燃料的***。
本发明的又一个目的在于提供一种喷射诸如DME等的高挥发性燃料的***，该***比现有技术的***具有更高的性能和更低的成本。
通过独立权利要求的特征实现了上述这些目的。其它权利要求和书面描述以及附图公开了本发明进一步的有利改进和实施例。
本发明的总体优势在于：能够确保自动而有效地去除可能形成在燃料中且可能中断燃料喷射泵的正常运行的蒸汽，由此提高对用于喷射到内燃机中的加压燃料的输送控制的可靠性和稳健性。
根据本发明，提出了一种燃料喷射***，该燃料喷射***用于对燃料进行加压并输送燃料以喷射到内燃机中，其中，所述***包括高压燃料喷射泵，该高压燃料喷射泵具有：入口(用于接受来自例如燃料箱的燃料)；至少一个柱塞(对所接收的燃料进行加压并将其输送至喷射器以喷射到内燃机中)；位于所述入口和至少一个柱塞之间的吸入通道(从而将高压燃料喷射泵的入口与所述至少一个柱塞的入流端口连接)；以及泄放阀，该泄放阀连接到所述吸入通道，以移除在某些情形下可能形成在吸入通道中的蒸汽，并用于冷却所述吸入通道以防止在吸入通道中形成导致燃料进一步汽化的条件。该燃料喷射***进还包括返回端口(用于将任何泄漏和再循环的燃料引导回燃料箱)。为了确保所述泄放阀能够有效移除蒸汽，所述选择阀安装在所述入口和返回端口之间。
在本发明的优选实施例中，所述选择阀能够打开或关闭在所述入口和返回端口之间的液压连接。入口计量阀(IMV)安装在所述入口和吸入通道之间，用于精确控制高压泵的输出。为了调节该IMV接收到的入流燃料，借助于向所述入口供应燃料的供给泵和位于返回端口下游的液压限流器(flow restriction)来提供该加压燃料的再循环。有利地，采用止回阀作为所述泄放阀，其入口连接到所述吸入通道。该选择阀由回位弹簧以及由柱塞产生的压力来致动，从而，当柱塞压力低于预定水平时，该弹簧使所述选择阀关闭，而当柱塞压力高于所述水平时，该弹簧被压缩且选择阀被打开。通过选择所述入口、吸入通道和返回端口之间的串联连接，该选择阀确保了蒸汽的有效移除以及对吸入通道的有效冷却，从而经由吸入通道建立了完整的再循环流动。优选地，将所述预定水平的柱塞压力选择为稍低于发动机被设计成在此运行的最小设定点压力，但同时又高于当燃料在吸入通道中蒸发时该高压泵能够维持的压力。然后，如果吸入通道中的不受控制的汽化导致柱塞的不受控制的压力下降，则该选择阀将关闭所述入口和返回端口之间的连接，并建立通过所述IMV、吸入通道和泄放止回阀的完整再循环流动，从而迅速去除已经形成的蒸汽并冷却吸入通道，以防止进一步汽化。通过这种方式，所述泵将恢复最大输出并将其出口压力快速恢复到给定的设定点，在该设定点处，输出压力的瞬时进一步升高将会被由EMS控制的IMV检测到。同时，增加的柱塞压力将会压缩所述弹簧以再次打开该选择阀，从而所述IMV的入口周围的再循环流动将会恢复，以确保没有热点并将液体燃料可靠输送到所述入口。
本发明有利地允许将普通的供给压力设定限制器定位在返回端口的下游，因为选择阀允许建立所述入口和吸入通道到返回端口的串联连接，从而，上述泄放功能不会因为从所述入口到返回端口的旁通再循环流动而恶化。
在本发明的另一实施例中，所述泄放阀和选择阀中的任一个或两者都形成为电子控制阀，从而能够利用所述EMS来控制泄放功能。
附图说明
从以下对本发明优选实施例的详细描述中，将能更好地理解本发明以及上述及其他目的和优点，但本发明不限于这些实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的燃料喷射***的优选实施例，其具有高压燃料喷射泵，该高压燃料喷射泵配备有止回阀形式的泄放阀和有利的压控式选择阀。
具体实施方式
附图仅是示意性表示，并不旨在描绘本发明的具体参数。此外，附图仅旨在描绘本发明的典型实施例，因此不应认为其限定了本发明的范围。
在图1中，示出了根据本发明的燃料喷射***的优选实施例。该***包括燃料箱1、由供给泵2构成的低压燃料供给子***、限流器3、以及燃料返回端口4。此外，该***还包括高压燃料喷射泵5以及将加压燃料喷射到内燃机(未示出)中的燃料喷射器10，该高压燃料喷射泵5具有入口6、入口计量阀(IMV)7、吸入通道8以及示例性的三个柱塞9。所述IMV 7、喷射器10以及供给泵2和/或限流阀3由发动机管理***(EMS)(未示出)控制。在该图中，示出了具有3个柱塞9的高压燃料喷射泵，所述柱塞9在它们的泵运行循环中被相移。然而，应该理解，选择正好3个柱塞9仅仅是一种示例。实际上，可以根据实际应用和具体条件来改变这样的泵中的柱塞数量。具有1个、2个、3个、4个、5个、6个或多于6个柱塞的泵都能与本发明相结合使用。该***还包括：选择阀11，该选择阀11具有回位弹簧12，所述选择阀的控制端口13连接到高压泵5的输出压力端口14；和止回阀形式的泄放阀15，该泄放阀15的入口连接到吸入通道8。
图1中的燃料喷射***以如下方式工作：供给泵2从燃料箱1抽吸燃料并将该燃料加压到一定的供给压力，从而迫使燃料经过限流器3。该供给压力被供应到高压泵5的入口6，所述入口经由选择阀11连接到返回端口4。优选地，所述EMS控制该供给泵2和/或限流器3，以实现所需的燃料供给压力并同时建立超过内燃机产生动力所需的量的燃料流。该过量的燃料流构成再循环燃料流，这有助于使整个供给压力回路中的燃料温度保持相对均匀，使得很大程度上避免了局部热点和燃料蒸发，从而确保了所述IMV 7的入口处的、稳定的燃料属性。
如图所示，处于供给压力下的燃料然后通过IMV 7被导入到吸入通道8并进一步被导入到三个柱塞9的入流端口，所述三个柱塞9在它们的泵运行循环中被相移。在向下冲程中，柱塞9填充一定量的燃料(这取决于由EMS控制的IMV 7的限制值(restriction))，然后经由输出压力出口14将燃料泵送出高压燃料喷射泵5并泵送到喷射器10中，以将燃料喷射到内燃机中。来自供给泵2的过量的燃料流通过选择阀11被导引至返回端口4并进入限流器3中，该选择阀11由在其控制端口13处的压力打开。止回阀15由施加到其出口的、在返回端口4处的压力关闭。
如果吸入通道8中的燃料过热(这例如可能发生在热的发动机停止时或在发动机制动期间由于吸入通道中相对低的燃料通流量以及所述通道的相应的不良冷却时)，吸入通道8内的燃料将开始不受控制地蒸发。这种蒸发能够非常快速地发生，并且，甚至在发动机和泵运行时，相对高的蒸汽压力将阻止新鲜的液体燃料通过打开的IMV而进入吸入通道中，同时，另一方面，蒸汽的高可压缩性将使柱塞的泵送动作的水力效率大大降低。由于这些现象，泵的出口处的压力将开始下降。当达到预定的较低水平时，作用于选择阀11上的压力的力将被弹簧12的力克服，从而该选择阀将关闭所述入口6和返回端口4之间的连接。接着，止回阀15的出口处的压力将减小，从而该止回阀将被来自供给泵2并经由打开的IMV7和所述吸入通道8的上游压力打开。因此，打开的止回阀15和吸入通道8将与供给泵2的整个再循环路径串联连接，从而允许将蒸汽迅速移出到燃料箱1并且还允许利用通过所述IMV进入的新鲜液体燃料对吸入通道8进行冷却。这将恢复所述柱塞的水力效率，使得高压泵的出口14处的压力将会升高，因此该选择阀11的控制端口13处的压力也将升高并最终将该选择阀再次打开，从而升高了止回阀15的出口处的压力，以关闭该阀并阻止柱塞的不受控制的最大输出。通过这种方式，恢复了高压泵5的正常运行。
在本发明的另一实施例中，选择阀11和/或泄放阀15能够形成为电子控制阀，从而该吸入通道的有效泄放功能可以由所述EMS完全或部分控制。
所提供的上述描述仅用于参考，并且，在权利要求的范围内，能够以各种不同的形式和变型来构造本发明。

Claims (14)

1.一种高压燃料喷射***，所述高压燃料喷射***用于对燃料进行加压并输送燃料以喷射到内燃机中，所述***包括高压燃料喷射泵(5)，所述高压燃料喷射泵(5)具有入口(6)、吸入通道(8)和至少一个柱塞(9)，所述吸入通道(8)位于所述入口(6)和所述柱塞(9)之间，所述***还包括返回端口(4)和泄放阀(15)，所述泄放阀(15)以连接方式布置在所述高压燃料喷射泵(5)的所述吸入通道(8)处，其特征在于，在所述入口(6)和所述返回端口(4)之间设置有选择阀(11)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射***，其特征在于，所述泄放阀(15)以连接方式布置在所述吸入通道(8)和所述返回端口(4)之间。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射***，其特征在于，所述选择阀(11)能够控制在所述入口(6)和所述返回端口(4)之间的液压限流。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述选择阀(11)能够打开或关闭所述入口(6)和所述返回端口(4)之间的液压连接。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述选择阀(11)由所述柱塞(9)产生的压力控制。
6.根据权利要求6所述的燃料喷射***，其特征在于，当所述柱塞(9)产生的压力低于预定水平时，所述选择阀(11)被完全关闭，而当所述压力等于或高于所述预定水平时，所述选择阀(11)被部分或完全打开。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述选择阀(11)是电子控制阀。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述泄放阀(15)由所述柱塞(9)产生的压力控制。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，当所述柱塞(9)产生的压力低于预定水平时，所述泄放阀(15)被完全打开，而当所述压力等于或高于所述预定水平时，所述泄放阀(15)被部分或完全关闭。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述泄放阀(15)是电子控制阀。
11.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述泄放阀(15)是止回阀，所述泄放阀(15)的入口连接到所述吸入通道(8)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，在所述入口(6)和所述返回端口(4)之间安装有液压限流器(3)。
13.根据权利要求1至11中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，在所述返回端口(4)的下游安装有液压限流器(3)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，在所述入口(6)和所述吸入通道(8)之间以连接方式布置有入口计量阀(IMV)(7)。
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