CN101878352B - 用于内燃机的、具有hc-喷射器的燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出具有HC喷射器(16)的燃料喷射系统，其中，前级输送泵(5)的输送压力用于HC喷射器(16)的燃料供给。在HC喷射器(16)将燃料喷射至内燃机的排气系中时，暂时提高在低压区域中的压力。

Description

用于内燃机的、具有HC-喷射器的燃料喷射系统

背景技术

根据柴油发动机方法工作的内燃机由于愈加严格的排气法规通常在排气系中具有一颗粒过滤器。通常该颗粒过滤器被再生，通过这样的方式，即，内燃机的控制在设置在燃烧室中喷射器上引起后续喷射，使得在热的废气中还有没有燃烧的燃料，该没有燃烧的燃料在排气管中氧化并且由此提供用于引起颗粒过滤器再生的必要的热量。

该后续喷射经常不是主要目的，使得已公开在排气管中设有所谓的HC喷射器。该HC喷射器将燃料从颗粒过滤器的上游喷射到废气管中并且由此实现改善的控制颗粒过滤器的再生。

为了实现使该通过HC喷射器喷射的燃料尽可能精细地喷成雾状，7-10bar的运行压力(相对压力)是期望值。该对此必要的燃料循环由于该显著的喷射压力相对地昂贵并且仅很少被需求。所以典型地大约所有500至1000km，相应于部分显著超过10小时的运行持续时间，颗粒过滤器的再生是必要的，其中该再生仅持续大约10至20分钟。仅在该短暂的时间内，该HC喷射器被激活。因此该HC喷射器以及位于前面的泵的运行持续时间是内燃机总共运行持续时间的仅一小部分。

发明内容

本发明任务在于，提供具有一HC喷射器的燃料喷射系统，该系统在效率和成本方面是优化的。

内燃机的燃料喷射系统具有低压区域和高压区域，其中，在低压区域中设有前级输送泵，该前级输送泵将燃料从燃料箱输送到高压泵中，并且其中，在高压区域中设有高压泵，该高压泵将处于高压力下的燃料输送到共轨中或者至少一个喷射阀，该任务根据本发明以这样的方式解决，即该低压区域包括至少一个HC喷射器，并且该至少一个HC喷射器在需要时将燃料从一个或者多个颗粒过滤器的上游喷射至内燃机的废气后处理装置中。

通过根据本发明所要求地将HC喷射器集成在燃料喷射系统的低压区域中，不用考虑用于HC喷射器的一另外的燃料泵。更确切地，原本存在的前级输送泵在需要时也被用来将燃料输送到HC喷射器中。由此燃料喷射系统实现简化以及制造成本显著地小。此外，产生优点，即其他的燃料泵不是必要的，由此配备有该燃料喷射系统的车辆的重量以及燃料消耗和CO₂排放量很小。

燃料喷射系统的根据本发明的实施形式规定，该输送泵构造为电驱动的燃料泵或者为机械驱动燃料泵。也可替换的是，相对于机械驱动的输送泵还附加地设有一可接通的附加燃料泵。

该通常电驱动可接通的附加燃料泵通常在这种情况下用于在启动内燃机时实现尽可能快速地生成压力。此外，该附加燃料泵用于在燃料箱排空后再次填充燃料喷射系统。只要该内燃机启动并且该机械驱动的输送泵生成足够的压力，那么附加燃料泵再次关断。根据本发明，现在能在内燃机运行时接通该附加燃料泵，使得在燃料喷射系统的低压区域中发生两阶段的压力升高。该第一压力升高由附加燃料泵引起，而设置在附加燃料泵下游的机械驱动的输送泵引起另一压力升高。由此在该特别的运行方式过程中，在该前级输送泵压力侧上的压力被暂时并且具有目的地提升，使得在低压区域中存在用于通过HC喷射器喷射燃料的足够高的压力。因为现在可电接通的附加燃料泵本来具有很短的运行持续时间，所以可无问题地附加短暂地要求大约10至20分钟，用于再生，并且不需要用于提高本来存在的附加燃料泵的耐用性和寿命的附加措施。

可替换的是，至少一个HC喷射器连接在燃料流入管或者燃料高压泵的内室上。显然至少一个HC喷射器也可连接在回流管上。

因为在正常运行时人们致力于将前级输送泵的输送压力和因此在燃料喷射系统的低压区域中的压力保持尽可能小，所以在本发明另一有利构型中，在燃料高压泵的内室和回流管之间设置一压力调节阀。借助该压力调节阀，内燃机的低压区域的运行压力在正常运行中被调节。根据本发明附加地也可通过合适地控制压力调节阀暂时这样大地提升在燃料喷射系统低压区域中的压力，使得可提供足够高的压力，以便借助HC喷射器将燃料喷射到内燃机的废气后处理装置中。

该压力调节阀例如可被前级输送泵吸入侧上的燃料流入管中的压力控制。通过暂时地提升输送泵的输送量，低压区域中的压力根据压力调节阀的特征曲线也升高。

本发明的另一有利实施例规定，在压力调节阀和回流管之间设置一可开关的节流阀。如果在低压力区域中的压力要被提升，该可开关的节流阀可被电地或者液压地控制并且然后相应地被启动。

用于驱动具有一个低压区域和一个高压区域的燃料喷射系统的方法，其中，在低压区域中设有一前级输送泵，该前级输送泵将燃料从燃料箱输送到高压泵中，并且其中，在高压区域中设有高压泵，该高压泵将处于高压力下的燃料输送到共轨中或者至少一喷射阀上，其中，至少一个HC喷射器连接在该低压区域上，并且其中，该至少一个HC喷射器在需要时将燃料在一个或者多个颗粒过滤器的上游喷射至内燃机的排气管中，该开头所谓的任务也被该方法以这样的方式解决，即在通过该HC喷射器喷射燃料的过程中，将在燃料喷射系统的低压区域中压力升高。

由此保证，为将燃料喷射到内燃机的排气管中，提供用于HC喷射器的足够高的喷射压力。在内燃机正常运行中，这意味着当没有燃料通过HC喷射器喷射时，在燃料喷射系统的低压区域中的压力再次下降到正常值上。由此首先该前级输送泵被减负荷，燃料的加热减少并且燃料喷射系统的整个效率提升。

此外，该前级输送泵不必设计用于一相当于HC喷射器的喷射压力的持续运行压力。如果该前级输送泵可暂时，也意味着短时间提供HC喷射器的喷射压力，就足够。由此该前级输送泵可成本有利地并且较小地实施。

可在电驱动的前级输送泵上通过提升控制电压或者在一压力被调节的电驱动的泵上通过增大压力的额定值来实现该根据本发明要求的在低压区域中的暂时压力升高。

可替换的是，对前级输送泵附加地在上游还设有电驱动的附加燃料泵，并且通过暂时地接通对前级输送泵附加的附加燃料泵实现在低压区域中暂时的压力升高。由此借助简单的方法可实现在燃料喷射系统的低压区域中的两阶段压力升高，其中，两次压力升高的总和必须如此大，使得获得HC喷射器的喷射压力。

也可替换或者附加的是，通过启动一设置在回流管上游的可开关的节流阀来升高低压区域中压力。通过该有目的地节流回流量，在低压区域中的运行压力根据压力调节阀的特征曲线变化到更大的值上，使得实现用于通过HC喷射器喷射燃料的足够的压力。

在此，一个或多个如下的回流量可流经该可开关的节流阀：来自泵壳的回流量具有或者没有流经驱动轴的支承点的燃料，其中，附加地，来自这些喷射器的泄露量也还可流经该可开关的节流阀。

附图说明

从下列附图说明得到其他优点。在附图中示出本发明的实施例。该附图、说明书、权利要求组合起来包括很多特征。技术人员目的性地单一地注意到特征，并且总结出有意义的其他组合。附图示出：

图1至8根据本发明燃料喷射系统的实施例。

具体实施方式

图1以框图示出根据本发明的燃料喷射系统的第一实施例。

此外，该燃料喷射系统包括燃料高压泵1、燃料箱3、压力传感器4、电驱动的前级输送泵5、燃料过滤器7、轨9以及限压阀11。该连接在轨9上的喷射器在图1中没有示出。

该限压阀11通到回流管13中，该没有示出的喷射器的漏泄量也被排到该回流管中。该回流管13在该实施例的情况下通到燃料箱3中并且在那里驱动喷射泵10。

温度传感器T可选择地设置在燃料高压泵1的内部。该燃料高压泵1通过燃料流入管15、过滤器7以及前级输送泵5与燃料箱3液压地连接。HC-喷射器16在前级输送泵5的下游与燃料流入管15连接。借助该HC-喷射器16，燃料在需要时被喷射到内燃机的排气管(没有示出)中。通过有目的地将燃料在颗粒过滤器下游的一位置上喷射到排气管中，可引起颗粒过滤器的再生。

该燃料流入管15将前级输送泵5的输送侧与高压泵1的泵壳的内室17连接，使得前级输送泵5的全部输送流到达内室17中。连接管18在作为一方的泵壳体内室17与作为另一方的计量单元19和回流管13之间建立液压连接。在连接管18和回流管13之间设有压力调节阀20。

该计量单位19用于控制被燃料高压泵1的泵元件21吸入的燃料量以及因此也控制它的输送量。对此，这些泵元件21的吸入侧通过分配管23与计量单元19的出口液压连接。

这些泵元件21基本上由吸入阀25、高压侧的单向阀27以及活塞29组成，该活塞在气缸孔(没有附图标记)中往复运动。泵元件21的活塞29通过滚柱推杆被驱动轴35的凸轮驱动。这些泵元件21将处于高压力下的燃料通过高压管34输送到轨9中。

这些凸轮33是驱动轴35的部件，该驱动轴相对于凸轮33的两侧可转动地支承在泵壳(没有示出)中的第一轴承和第二轴承中。该驱动轴35设置在泵壳的内室17中。驱动轴35的这些轴承被从燃料流入管15流到泵壳内室17中的燃料的部分流体强迫地通流并且在根据图1的框图中表示为节流点。该第一轴承在图1具有附图标记39，而该第二轴承设有附图标记41。

在根据本发明燃料高压泵的、在图1示出的第一实施例中，该压力调节阀20设置在燃料高压泵1的内室17的下游。该压力调节阀20包括控制活塞55以及漏泄管57，该控制活塞通过弹簧56在关闭方向上被加载。

通过在内室17的下游上设置压力调节阀20，在内室17中的压力与在前级输送泵5压力侧上的压力基本相同。通常前级输送泵5压力侧以及内室17的过压为3至6bar。

此外，该在内室17中存在的压力导致燃料被轴承39和41挤压。因为第一轴承39和第二轴承41通常构造为滑动轴承，所以通过强迫地通流轴承39和41，在轴承39和/或41中形成液力的油楔。由此，第一轴承39和第二轴承41的承载能力很大地提升并且同时第一轴承39和第二轴承41的散热也被改善。

此外，将压力调节阀20设置在连接管18中在燃料喷射系统正常运行中也具有优点，即前级输送泵的输送量可减少。但这也意味着，在燃料喷射系统的低压区域中的正常运行压力不足够运行HC喷射器。如果也就是压力—借助该压力，燃料被从HC喷射器16喷射到内燃机废气后处理装置中—太小，那么燃料没有被足够精细地喷成雾状并且由此不能保证喷射燃料的完全燃烧。当不完全燃烧时，内燃机的废气排出值恶化，这是非期望的。

根据本发明，在燃料喷射系统低压区域中的压力与通过HC喷射器16的燃料喷射同步地升高。这可以通过提升电驱动的前级输送泵5的供给压力来实现，使得该前级输送泵以较高的转速运行并且因此该输送压力升高到期望的值上。

可替换地，也可通过压力调节提升运行压力。这要求在前级输送泵5的输送侧上设有压力传感器4，该压力传感器通过没有示出的信号电路与一压力调节器连接。在正常运行中，该前级输送泵5在低压区域中设有大约3-5bar作为压力的额定值p_soll。如果现在要通过HC喷射器喷射燃料，那么将压力调节器的额定值p_soll短时间内提升到大约7-10bar的值。因此，该前级输送泵5被压力调节器如此地控制，使得在低压区域中产生该期望的额定压力p_soll。

因为颗粒过滤器的再生以及对此必要地通过HC喷射器将燃料喷射到到内燃机的排气管中仅持续10-20分钟并且此外仅很少必要，所以对于该短的运行持续时间该前级输送泵5在额定点之上运行，而不会有损害或者它的寿命不会明显减少。因此，没有在强化的泵中附加投资地实现该根据本发明的燃料喷射系统，这在经济上是有利的。

为了避免该为HC喷射在低压区域中生成的升高的压力再次在轴承39、41上降低，可提出在轴承39、41中的至少一个的出口与回流管13的连接中设置流量限制元件42。也可提出，首先两个轴承39、41的出口聚在一起并且然后共同地与回流管13连接，其中，对于两个轴承39、41需要仅一个流量限制元件42。该流量限制元件42例如可构造为节流点。可替换地，该流量限制元件42也可构造为可开关的节流阀，例如以电或液压操控的阀形式。此外，该流量限制元件42也可构造为稳压阀，该稳压阀在一确定的压力时打开并且然后根据阀特性曲线造成压力升高。如果压力调节阀20具有一递增弹簧特征曲线，则尤其有利的是，与该流量限制元件42组合。由此在正常运行时，也就是在没有HC喷射的情况下，在低压区域中可获得尽可能不变的压力，而在低压区域输送量增加时获得在低压区域的尽可能大的压力升高用于HC喷射。在此，压力调节阀20的弹簧被这样地设计，使得它的弹簧刚性随着打开行程的增加而增加。

在图2中示出根据本发明的燃料喷射系统的另一实施例。在该实施例中，前级输送泵5被机械地驱动。它经常与高压泵1的驱动轴35直接连接。由于该刚性连接，在启动内燃机时压力形成相对较慢，在该情况下转速必然非常低。为了消除该缺陷，在前级输送泵5的上游设有一电驱动可控的附加燃料泵43。该附加燃料泵43通常仅在内燃机启动过程中被驱动，使得在燃料喷射系统中可快速地形成压力。根据本发明提出，如果燃料被HC喷射器16喷射，该附加燃料泵同时并且液压地与前级输送泵5串联地也在内燃机运行时被驱动。然后也就是附加燃料泵43和前级输送泵5的输送量增大到一个足够大的值上，以便通过HC喷射器保证燃料精细地被喷成雾状。

在前级输送泵的吸入侧设有吸入节流阀45，该吸入节流阀用于尤其在高转速时限制前级输送泵5的输送量。

第二实施例的机械驱动的前级输送泵5可构造为叶片泵、内齿轮泵、尤其为摆线转子泵、或者为外齿轮泵。在这些泵中，在转动构件和泵壳之间存在一缝隙，该缝隙造成泄漏损失。该缝隙在图2中通过节流阀的标记(参看附图标记49)示出。通过该缝隙流掉的泄漏量被泄漏管51导走。该泄漏管51通到一个管(没有附图标记)中，该管将流经第一轴承39的燃料量输送至回流管13。

在该图2示出的实施例中，该HC喷射器16被燃料高压泵1的内室17供给燃料并且设置在前级输送泵5的下游，使得它被加载以前级输送泵5的输送压力。接通附加燃料泵43导致—与高压泵1的转数以及附加燃料泵43的功率相关—在内室17中以及因此也在HC喷射器16上压力的升高。

图3示出根据本发明燃料喷射系统的另一实施例。在该实施例中，不存在附加燃料泵43，而是通过一电控的节流阀50实现压力的升高，该节流阀设置在回流管13的上游以及压力调节阀20的后面。该流经支承点39和41的燃料没有流经该可开关的节流阀50。

在节流阀50运行时，该来自燃料高压泵的内室17的回流量减少。因此在可开关的节流阀50的上游导致压力的升高，使得该压力升高到大约为7至10bar的期望值上，该HC喷射器16被加载以该压力。

根据本发明燃料喷射系统的、在图4中示出的实施例中，该可开关的节流阀50被液压地操控。在此，正如在根据图3的实施例中一样，在压力调节阀20与相聚处之间的回流管借助轴承39和41的回流量被节流。

如果该控制液压地进行，那么利用该在节流点61上存在的压力下降。该节流点61设置在HC喷射器16的供给管(没有附图标记)中。这意味着，只要该HC喷射器16喷射燃料，那么在该节流点上存在压力下降。通过控制管，可开关的节流阀50被液压地操控，这些控制管中的一个连接在节流点的上游并且另一个连接在节流点61的下游。

该节流点61或者集成在燃料高压泵1或HC喷射器16中或者在外部设置在HC喷射器16的流入管中。

也可不仅利用来自泵壳的内室17的回流量用于节流以及升高低压区域的压力。也可还将可开关的节流阀50设置在回流管13中的下游较远处，使得该流经轴承39和41的燃料量和/或喷射器的泄漏量(没有示出)流经该可开关的节流阀50。因为在这种情况下，该回流量比较大，所以可通过运行该可开关的节流阀50获得更大的压力升高。另一方面，在节流阀50前的回流管13a中该暂时升高的压力导致该属于轴承39和/或41的轴密封环的载荷升高。

在图5中示出一燃料喷射系统，在该系统中，该全部回流量流经该可开关的节流阀50，使得这里可实现最大的压力升高。

在图6中示出了一燃料喷射系统，在该系统中，设有一流量控制阀63。在附图中示出的流量控制阀63的开关位置中，燃料流入管15和回流管13液压地分开。在流量阀63的第二开关位置中，该回流管13与燃料流入管15连接。由此，在燃料回流管中的压力适合作为在压力调节阀2上的支撑压力。也由此能够实现在HC喷射器上暂时的压力升高。

在图7中示出了一燃料喷射系统，在该系统中，设有一机械驱动的前级输送泵5，其中，在至前级输送泵5的输入管中设有一可开关的节流阀50。该可开关的节流阀50可类似于图3的实施例是一电操控的阀或者类似于图4的实施例是液压操控的。在液压操控可开关的节流阀50时，可如在根据图4的实施例中一样当流至HC喷射器16时产生的压力下降被利用。在机械驱动的前级输送泵5前的上游，类似于根据图2的实施例可设有一附加燃料泵43。如果在低压区域中的升高的压力对于HC喷射是必要的，那么该可开关的节流阀50被调节至一较大的通流横截面，使得该前级输送泵5的输送量提高，这再次导致在低压区域中的压力升高。

在图8中示出一燃料喷射系统，在该系统中设有一电驱动的前级输送泵5。回流管13从压力调节阀20和高压泵1的泵壳的内室17导向到油箱3中，其中，在油箱中，抽吸射流泵10连接该回流管13。在该回流管13中，在抽吸射流泵10前的上游上，例如在油箱3中或者在抽吸射流泵10中设有一可开关的节流阀50，例如一电操控的节流阀50。如果在低压区域中的升高的压力对于HC喷射是必要的，那么该可开关的节流阀50调节到一较小的通流横截面，使得经过回流管13流出的燃料量减少，这再次导致在低压区域中的压力升高。

Claims (16)

1.内燃机的燃料喷射系统，具有低压区域和高压区域，其中，在该低压区域中设有前级输送泵（5），该前级输送泵将燃料从燃料箱（3）输送至燃料高压泵（1），并且其中，在所述高压区域中设有燃料高压泵（1），该燃料高压泵该具有设置在其内室（17）中的、通过至少一个轴承（39，41）可转动地支承的驱动轴（35）并且将处于高压下的燃料输送至共轨（9）或者至少一个喷射阀，其中，该燃料高压泵（1）的该内室（17）是所述低压区域的一部分，该低压区域包括至少一个HC喷射器（16），该至少一个HC喷射器（16）在需要时将燃料从所述低压区域以及在所述前级输送泵（5）的下游喷射至内燃机的废气后处理装置中，其特征在于，在通过所述至少一个HC喷射器（16）喷射燃料的过程中，所述低压区域中的压力通过增大向所述低压区域的流入量而升高。

2.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于，该前级输送泵（5）构造为电驱动的燃料泵。

3.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于，该前级输送泵（5）构造为机械驱动的燃料泵。

4.根据权利要求3的燃料喷射系统，其特征在于，在所述前级输送泵（5）前的上游设有可开关的节流阀（50）。

5.根据权利要求3的燃料喷射系统，其特征在于，对所述机械驱动的前级输送泵（5）附加地还设有一电驱动的、可接通的附加燃料泵（43）。

6.根据上述权利要求之一的燃料喷射系统，其特征在于，该至少一个HC喷射器（16）连接在燃料流入管（15）或者该燃料高压泵（1）的内室（17）上。

7.根据权利要求1至5之一的燃料喷射系统，其特征在于，该至少一个HC喷射器（16）连接在回流管（13）上。

8.根据权利要求1至5之一的燃料喷射系统，其特征在于，在所述燃料高压泵（1）的内室（17）和回流管（13）之间设置了压力调节阀（20）。

9.根据权利要求8的燃料喷射系统，其特征在于，在所述压力调节阀（20）和所述回流管（13）之间或者在所述回流管（13）中设置了可开关的节流阀（50）。

10.根据权利要求4或9的燃料喷射系统，其特征在于，该可开关的节流阀（50）被电地或者液压地开关。

11.根据权利要求1至5之一的燃料喷射系统，其特征在于，在所述至少一个轴承（39，41）与回流管（13）的连接部中设有流量限制元件（42）。

12.根据权利要求1至5之一的燃料喷射系统，其特征在于，该前级输送泵（5）构造为直接被所述燃料高压泵（1）驱动的燃料泵。

13.用于驱动具有一个低压区域和一个高压区域的燃料喷射系统的方法，其中，在低压区域中设有一前级输送泵（5），该前级输送泵将燃料从燃料箱（3）输送至高压泵（1），并且其中，在所述高压区域中设有高压泵（1），该高压泵将处于高压下的燃料输送至共轨（9）或者至少一喷射阀，其中，至少一个HC喷射器（16）连接在该低压区域上，并且其中，该至少一个HC喷射器（16）在需要时将燃料在一个或者多个颗粒过滤器的上游喷射至内燃机的排气管中，其特征在于，在通过该HC喷射器（16）喷射燃料的过程中，所述低压区域中的压力通过增大流入量而升高。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，该前级输送泵（5）被电驱动，通过升高所述前级输送泵（5）的控制电压实现在所述低压区域中的压力升高。

15.根据权利要求13的方法，其特征在于，该前级输送泵（5）被一压力调节器控制，通过增大压力的额定值（P_Soll）实现在所述低压区域中的压力升高。

16.根据权利要求13至15之一的方法，其特征在于，对所述前级输送泵（5）附加地设有一设置在所述前级输送泵（5）的上游的、电驱动的附加燃料泵（43），通过接通所述对所述前级输送泵（5）附加的附加燃料泵（43）实现在所述低压区域中的压力升高。

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