专利名称：使共轨泵送事件与发动机操作同步的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于内燃发动机的共轨燃料系统，并且更特别是本发明涉及使得 共轨供应泵的泵送事件与发动机燃烧事件同步。
背景技术：
多年以来，用于压燃发动机的共轨燃料系统在该产业中得到认可。典型的共轨燃 料系统包括经由联动装置通过发动机曲轴直接驱动以便将高压燃料供应到共轨的高压泵。 单独的燃料喷射器被定位成将燃料直接喷射到单独发动机缸内，并且每个燃料喷射器经由 单独的分支通道被流体连接到共轨。高压泵通常包括1-6个往复运动的泵柱塞，该柱塞各 自通过单独或公共凸轮驱动，每个凸轮通常包括1-6个凸角。随着凸轮转动，每个凸角对于 单独的凸轮轴转动造成其相关的柱塞至少往复运动一次。行程的数量取决于凸轮轴凸角的 具体形状。凸角可被成形为随着每次凸轮轴转动每个凸角提供1、2、3或更多的整数个柱塞 行程。虽然凸轮经由联动装置通过发动机曲轴直接驱动转动，设计者可选择联动装置来提 供任何适当的发动机速度与泵速度的比率。与四冲程发动机的720°转动相对应的每个发 动机循环的泵送事件的数量可通过将泵速度与发动机速度的比率乘以2并将该乘积与泵 柱塞的数量乘以凸轮凸角的数量乘以由凸轮轴凸角形状提供的每次凸轮轴转动的柱塞行 程的数量的乘积相乘来计算。几乎所有的共轨燃料系统都采用带有反馈控制系统的电子控制器，以便在发动机 操作的同时控制共轨内的压力。共轨压力控制的问题多年来困扰着工程技术人员，这是由 于对于燃料喷射事件来说燃料以间歇的方式离开共轨，并且燃料以与单独的连续泵送事件 相对应的不太稳定的方式被供应到共轨，因而共轨压力具有波动的趋势。在许多情况下，共 轨压力传感器将为电子控制器提供信息，电子控制器将接着将被检测的压力与所需压力比 较，并且确定误差。这种误差通常将乘以一些增益，以便确定对于来自高压泵的输出率的调 整，从而使被检测的共轨压力更加接近所需压力。例如，控制器可命令与高压泵相关的一个 或多个溢流阀在特定时刻关闭，以便通过朝着共轨移动泵柱塞的一部分位移来改变来自泵 的输出率，其中泵柱塞的位移的其它部分以低压再循环。在其它系统中，泵输出通过电子控 制阀抑制吸入流来控制。这些策略通常采用强化数字处理，所述的数字处理可以包括或不 包括在泵送和喷射事件间歇发生的同时与几乎不可压缩的液体(柴油燃料)相关的共轨压 力的高度动态环境下的压力传感器测量值的过滤。这种基本反馈控制策略的改进在共同拥有的美国专利No. 6484696中得到描述。 该系统根据基于预料燃料进入和离开共轨的策略的模型来减少修正共轨压力中的时滞，使 得反馈控制器只需要修正模型和进入和离开共轨的实际流体量之间的误差。最终结果是更 加紧密的控制以及更少的时滞可以消除共轨压力中的误差。虽然这些策略已经证明成功地 控制了共轨压力，工程技术人员开始认识到在不同时刻以不同速度进入和离开共轨的燃料 的高度动态环境下保持共轨压力稳定是非常困难的。本领域的普通技术人员将理解到，喷 射速度通常与在燃料喷射器喷嘴打开时的共轨压力成比例。因此，共轨压力波动将固有地造成燃料喷射速度和数量的一些不确定性，这会降低性能，增加不希望的排放并造成不希 望的噪音和振动。一种据信可以减小共轨压力变化的策略在美国专利No. 6763808中公开。此文献教导了使用不对称凸轮凸角来减小驱动扭矩变化，并因此据信可以减小共轨内的压力变化 并可能使得将泵驱动轴连接到发动机曲轴的联动装置中的噪音降低。联动装置中的噪音可 通常是由于凸轮凸角随着每个泵柱塞经受其泵送行程并经过其顶部死点位置而加载和卸 载而在联动装置中出现的循环扭矩造成的。由于产业要求越来越高的喷射压力来改善性能 并减少不希望的排放，将发动机曲轴连接到高压共轨泵驱动轴的联动装置中的噪音和振动 问题会变得更加棘手。这些振动会导致联动装置的过早失效。另外，由于一些司法机关现 在正在制定越来越难以满足的噪音限制，这些问题会变得复杂。长期困扰发动机制造商的另一问题是如何将经过验证应用的泵设计应用于新型 发动机。例如，本领域普通技术人员将理解到，为来自单个制造商的发动机系列的每个不同 发动机重新设计泵的成本会是极高的，而且也是极为费时的。另一方面，为了在很少变动或 没有变动的情况下将已经经过技术验证的泵用于不同发动机系列中会是非常成本有效的。 但是，已经证明这样做在实践中会非常难以实现。例如，在用于装备有共轨燃料系统的六缸 发动机的相同的泵在用于四缸发动机时会产生过大的噪音和振动，并且达不到理想的共轨 压力稳定性。本发明针对上面提出的一个或多个问题和/或其它问题。
发明内容
在一个方面，一种操作发动机的方法包括通过至少一个泵在共轨中将燃料加压到 超过大约160兆帕的压力。燃料经由连接到共轨的相应的燃料喷射器被喷射到多个发动机 缸内。至少一个泵的动作与发动机同步，使得每个发动机循环的泵送事件的模式在每个发 动机循环过程中重复。在另一方面，一种发动机包括发动机壳体，发动机壳体具有布置其中的多个缸。曲 轴可转动地支承在发动机壳体内。共轨燃料系统被附接到发动机壳体，并且被构造成包含 超过大约160兆帕的压力的燃料。共轨燃料系统包括具有流体连接到共轨的出口的至少一 个泵以及具有流体连接到共轨的入口的多个燃料喷射器。每个燃料喷射器被定位成直接喷 射到多个发动机缸的一个中，并且泵包括至少一个泵柱塞，泵柱塞具有凸轮，凸轮具有与每 个泵柱塞相关的多个凸角。联动装置将泵可操作地连接到曲轴。联动装置、多个泵柱塞以 及多个凸角被构造成形成每个发动机循环的泵送事件的在每个发动机循环过程中重复的 模式。在另一方面，发动机系列包括第一组相同的X缸发动机，X缸发动机各自包括具有 共轨供应泵的共轨燃料系统。第二组Y缸发动机各自包括具有相同的共轨供应泵的共轨燃 料系统。X和Y是不同的数字，第一组发动机的缸的数量不同于第二组发动机的缸的数量。 共轨供应泵被设置在X缸发动机和Y缸发动机内，从而形成每个发动机循环的泵送事件的 在每个发动机循环过程中重复的模式。在又一方面，一种设计新发动机的方法包括如下步骤选择具有超过160兆帕的 操作压力的共轨燃料系统。共轨供应泵被构造成通过发动机的曲轴直接驱动，从而形成每个发动机循环的泵送事件的在每个发动机循环过程中重复的模式。
图1是根据本发明一个方面包括共轨燃料系统的发动机的示意图；图2是采用相同的共轨供应泵的六缸、四缸和三缸的发动机燃烧事件的视图；图3是与发动机操作同步的共轨燃料系统的共轨压力一多个缸叠加的发动机角 度的视图；图4是类似于图3的视图，不同之处在于表示了采用本发明同步策略的每个发动 机缸的共轨压力曲线；图5是表示根据本发明的发动机缸和共轨泵的不同组合的表格；以及图6是根据本发明另一方面的泵系列的侧视图。
具体实施例方式参考图1，根据本发明的示例性发动机10包括被构造成在超过大约160兆帕的燃 料压力下操作的共轨燃料系统12。术语“大约”指的是在一个数被四舍五入成有效位的数 时，这两个数相等。因此，159. 5大约等于160。为了在超过160兆帕的压力下操作，与低压 共轨燃料系统相关的结构强度和流体压力包容能力相比，燃料系统的多种特征需要增加的 结构强度和流体压力包容能力。这些结构特征可包括(但不局限于)双壁燃料管道、高压 配件、相对厚壁的共轨和本领域公知的其它特征。发动机10类似于其它发动机之处在于发 动机10包括壳体14，壳体14具有布置其中的多个缸15。活塞16被定位成以传统方式在 每个缸15内往复运动，以便驱动曲轴18转动。在所示实施例中，发动机10被表示成直列 六缸发动机。但是，本领域普通技术人员将理解到本发明的概念潜在地适用于具有任何数 量的缸的发动机，包括三缸发动机到可能的20缸和更多缸发动机。发动机10是四冲程发 动机，使得每个发动机循环造成曲轴18转动两圈，转动总共720度。在每个发动机循环过 程中，每个活塞16将在其单独的缸15内往复运动两次，以经受压缩行程、动力行程和排气 行程和吸气行程。共轨燃料系统12包括高压泵30，高压泵30包括一个或多个泵柱塞33，泵柱塞33 受到一个或多个凸轮34驱动而往复运动，凸轮34具有一个或多个凸角35。在所示的特定 实施例中，泵30包括各自通过具有两个凸角35的凸轮34驱动转动的两个泵柱塞33。凸轮 34可被安装成围绕共用泵轴36转动，泵轴36经由例如为本领域公知类型的齿轮系的联动 装置31通过发动机曲轴18直接驱动。“直接驱动”包括通过联接到发动机曲轴18的另一 发动机组成部件驱动，例如通过曲轴驱动齿轮或一些其它附加驱动或空转齿轮驱动。在操 作时，泵30沿着供应管道38从罐29抽吸燃料并将高压燃料输送到出口 32。泵30可例如 经由入口计量阀(未示出)电子控制，入口计量阀具有经由通信线路41通过来自电子控制 器40的命令控制的流动区域。作为替代，来自泵30的输出可使用本领域公知的溢流阀技 术来控制。不管泵30如何控制，每个泵柱塞通过每次往复运动移动固定数量的流体(燃料 或燃料和蒸气)，但是这种控制可以控制在高压下移动到出口 32的燃料的数量或部分。泵 30还可装备压力释放阀22，压力释放阀22可被设定成在一些希望压力下打开，以便经由返 回管道39将过多加压燃料引导返回罐29，从而防止燃料系统12过压。本领域普通技术人员将理解到联动装置31可被选择成在曲轴18和泵轴36之间提供任何希望的转动速度比。共轨燃料系统12还可包括被定位成将燃料直接喷射到单独缸15内的单独的燃料 喷射器20。每个燃料喷射器20包括经由单独分支通道25连接到共轨24的入口 21。来自 泵30的出口 32的燃料以传统方式经由高压管道37被供应到共轨24。每个单独的燃料喷 射器20可被电子控制，使得燃料喷射事件的数量和正时可经由通过单独的通信线路42 (只 有一个通信线路42被示出)来自电子控制器40的命令而独立于曲轴18的角度进行控制。 根据燃料喷射器20的类型，燃料喷射器20也可包括低压返回管道(未示出)，以便将低压 燃料返回到罐29，从而进行重新循环。例如，许多燃料喷射器采用来自共轨的加压燃料的一 部分来以本领域公知的方式执行控制功能。本领域的普通技术人员将理解到，由于燃料间歇地离开共轨24用于单独的燃料 喷射事件，并经由泵送事件从泵30间歇地到达共轨24，所以已经证明保持共轨24内压力恒 定是很棘手的。为了控制共轨24内的压力，压力传感器23可设置成检测共轨24内的燃料 压力，并经由通信线路43将该压力通信给电子控制器40。电子控制器40使用此信息，并 且可以是例如扼流位置等其它信息，以便为泵30产生命令，从而将准确数量的加压燃料从 出口 32移动到共轨24，以试图将共轨内的流体压力保持在一些希望的程度。但是，本发明 认识到专注于保持恒定共轨压力的更好替代方式是接受如下的事实，即，即使控制器40能 够以极为精密的控制将平均压力保持在平均值附近的可接受的偏差内，共轨24内的压力 本身也将波动。不过，本领域的普通技术人员将认识到单独的燃料喷射器20喷射的燃料数 量与燃料喷射器20的喷嘴出口打开以用于喷射事件的时刻的共轨24内的准确压力紧密相 关。由此，本发明涉及使得泵30的泵送事件与燃料喷射器20的喷射事件之间的关系同步， 从而每个燃料喷射器20在单独喷射事件开始时依次经历相同的共轨压力。更希望的是每 个燃料喷射器在喷射事件开始时经历共轨中的相同初始压力，而且在喷射事件的持续时间 中经历相同的共轨压力变化。本领域的普通技术人员将理解到，如果燃料喷射器20是相同的，如果每个燃料喷 射器在共轨23内的波动共轨压力的看上去相同的压力波部分上进行喷射事件，燃料喷射 器20应该在相同的持续时间内以同样的方式喷射大致相同数量的燃料。本发明通过构造 泵30以形成每个发动机循环内的泵送事件在每个发动机循环中重复的重复模式来实现此 目的。通过选择曲轴18和泵轴36之间的驱动速度比，选择适当数量的泵柱塞33以及每个 柱塞的适当数量的凸轮凸角35以针对每个缸形成相同数量的泵送事件，同时将这些泵送 事件的相位与每个缸15相关的单独柱塞16的运动匹配，来实现泵30的构造。在完成之 后，每个发动机循环的泵送事件的重复模式还将包括泵送事件的每发动机循环重复整数次 数的子模式，其中该整数等于发动机缸的数量。例如，在发动机10的情况下，在采用具有每 一个通过独立的凸轮34驱动的两个泵柱塞33的泵30的同时，其中凸轮34各自包括径向 相对的成对泵送凸角35，联动装置31可被设置成使得泵轴速度与曲轴速度比为1. 5。采用 此构造，每个720度的发动机循环形成12个泵送事件，或者准确地说每个发动机循环的每 缸形成两个泵送事件。参考图3和4，相应地表示用于不同步泵/发动机操作和同步泵/发动机操作的共 轨压力。这些视图表示在与一个发动机活塞16的往复运动相对应的曲轴转动180度部分六 个缸的每个缸所经历的并相互重叠的共轨压力。图3表示虽然平均共轨压力可受到非常精密的控制，对于六个缸的每个缸在发动机的相同的相对角度下在时刻T的喷射事件在喷射 事件的持续时间内造成不同的初始共轨压力和不同的共轨压力波动，这会占据时刻T开始 的发动机曲轴角度的一些部分。因此，图3表示即使平均共轨压力可相对精密地得到控制， 并且给予每个燃料喷射器相同的控制信号，人们还会预料到燃料的数量和来自单独燃料喷 射器的每个喷射器的燃料喷射事件的喷射速率形状略微不同。在此例子中，不同的三对缸 用来进行相同的喷射事件，但是可能产生不同的喷射事件，这是由于这三对缸的每对缸在 其单独的喷射过程中经历不同的波动共轨压力。另一方面，图4表示在使得泵和发动机操 作同步时，六个缸的每个缸在其往复运动过程中经历相同的共轨压力波动曲线。另外，在六 个缸的情况下，共轨压力曲线的每120度的部分是每个发动机循环重复六次的子模式，从 而形成每个发动机循环重复的总体共轨压力曲线，这是由于在发动机循环的不同位置上出 现十二个泵送事件，但是处于相同曲轴角度并处于与每个缸15的单独活塞16的运动相同 的相位。因此，在发动机10如图4所示以泵和发动机同步的关系操作时，人们会想到每个 燃料喷射器以几乎相同的喷射事件来响应相同的控制信号。这将继而造成发动机10的更 加平稳的操作以及联动装置31中更少的噪音和振动。本发明认识到喷射事件和泵送事件不是瞬时发生的，而是在发动机曲轴角度的一 些持续时间上发生。本发明认识到通过减小共轨压力的变化、减小来自联动装置31的噪音 和振动，发动机的总体性能可通过在大部分(如果不是全部的)发动机操作范围上将泵送 事件的正时设置成不与所期望的喷射事件重叠来进一步提高。换言之，可通过避免将流体 供应到共轨的泵送事件与用于喷射事件的燃料离开共轨24同时出现来增强总体性能。因 此，根据图3的发动机和根据图4的本发明的发动机可以是看上去明显相同的发动机，其具 有看上去明显相同的泵，但是具有略微不同的联动装置。根据图3的发动机的泵速度与发 动机速度的比率不是1.5。本领域的普通技术人员将理解到图4只是图1所示的发动机构造类型的一个例 子。例如，存在可以产生类似的结果、但在每个发动机循环上具有不同的泵送事件的重复模 式的多种其它的联动装置31。例如，如果联动装置31被选择成使得泵速度与发动机速度的 比率为3，这将造成每个发动机循环每缸四个泵送事件。因此，本发明优选的每个发动机循 环每缸的泵送事件为整数次数。然而，每个发动机循环上的重复模式还可通过不同的联动 装置实现，这种联动装置造成在重复的发动机循环中重复的整数次数的泵送事件，但是不 产生图4示例性示出的驻波式关系。例如，如果发动机10的所具有的泵速度与发动机速度 的比率为2，会产生每个发动机循环16个泵送事件的重复模式，但是这会造成每个发动机
循环每个缸的2|个泵送事件。但是，这些泵送事件会在发动机循环上分布，其方式是不将
发动机的运动的相位与活塞16匹配。参考图5，表示了根据本发明的一些示例性发动机泵联动装置组合。例如，表格最 后一行与图1的发动机10对应。此表格还显示，朝着表格的中心，另一个六缸发动机可以 类似于发动机10的同步方式操作，不同之处是其包括1 1的泵与发动机驱动比，而且采 用了各自通过具有三个凸角的凸轮驱动的两个泵柱塞。在这种组合中，图4的视图会具有 不同的形状，但是结果还会是每个发动机循环的泵送事件的重复模式，其包括与六缸发动 机相对应地在每个发动机循环中重复六次的泵送事件的子模式。图5的图表在最后一栏中
8描述了每个燃烧事件的泵行程。这假设每个缸会与每个发动机循环的一个燃烧事件相关。 因此，本发明认识到每个燃烧事件可与一两个或多个燃料喷射事件相关。另外，每个“燃烧 事件”可实际上是单独缸的顶部死点附近的一个燃烧事件，或者可包括给定缸的两个燃烧 事件，其中一个燃烧事件出现在即将到达顶部死点之前，而第二个燃烧事件出现在例如顶 部死点短暂之后的随后一些持续时间。因此，本发明绝不限于以准确数量的燃烧事件或喷 射事件来计算燃烧。相反，本发明针对泵操作与发动机活塞运动同步，同时均衡喷射的整个 序列和本领域公知的燃烧策略，从而增强性能，并减少包括噪音和振动的不希望的排放。本发明还考虑到将在发动机操作中同步泵的理念应用于具有不同数量的缸、但采 用由不同联动装置驱动的相同或类似的泵的不同发动机的系列中。因此，本发明考虑到将 经过验证的泵设计应用于具有不同数量的缸的发动机系列中，这些缸被以不同的泵与发动 机速度比来驱动，以便形成本说明书所述的同步关系。例如，图2表示具有相对于六缸发 动机50、四缸发动机60和三缸发动机70的燃烧事件绘制的泵送事件的相同的泵。在该情 形中，泵具有两个泵柱塞，泵柱塞各自通过各自具有三个凸角的独立凸轮驱动。在此例子 中，三种不同的发动机50、60和70的泵速度与发动机速度比均相同，仍会造成泵和发动机 之间的同步关系，但是对于不同发动机的每个燃烧事件具有不同数量的泵送事件80。发动 机50、60和70在图5的表格中通过带有五角星标记的行来反映，五角星靠近缸的数量。如 所示，每个泵相对于发动机以1 1的比例被驱动，以便形成同步关系。但是，六缸发动机 每个燃烧事件经历两个泵送事件，四缸发动机60每个燃烧事件经历三个泵送事件，并且三 缸发动机70每个燃烧事件经历四个泵送事件。因此，通过选择具有适当数量的柱塞的泵， 其中柱塞通过具有适当数量的凸角的凸轮驱动，相同的泵可用于明显完全不同的发动机系 列，并且还可形成根据本发明的同步的泵和发动机关系。每个发动机50、60和70都具有每 个发动机循环泵送事件的重复模式，这种模式还包括每发动机循环的泵送事件在每个发动 机循环重复整数次数的子模式，其中该整数与特定发动机的缸的数量相对应。现在另外参考图6，表示了根据本发明的另一泵/发动机系列的理念。图6用来 表示三种不同的发动机，该发动机包括6. 4升V8、中型直列式六缸发动机和重型直列式六 缸发动机。V8和中型直列式六缸发动机与图5中的带有方形的行相对应，该方形靠近缸的 数量。在这种情况下，中型直列式六缸发动机与图1的发动机10相对应。因此，在V8发 动机和中型直列式六缸发动机中可采用相同的泵，只是以不同的发动机速度与泵速度比驱 动，以便产生根据本发明的同步关系。重型直列式六缸发动机可采用两个如图1所示类型 的泵，或者采用类似的单个泵，单个泵的差别在于具有各自通过带两个凸角的凸轮驱动的 四个泵柱塞。本领域的普通技术人员将理解到，采用两个如图1所示类型的泵或等同于该 泵的单个较大的泵允许发动机制造商将经过验证的单个泵设计的技术应用于整个发动机 系列。重型六缸发动机采用四个泵柱塞，原因很简单，重型发动机具有比和图1相关的中型 直列式六缸发动机更大的排量。在通过图6所示的泵/发动机系列的情况下，每个泵输出 可通过入口扼流阀27来控制，扼流阀27以传统方式电子控制。因此，随着入口扼流，每个 柱塞随着每次往复运动而移动固定量的流体(燃料和蒸气)，但是可只输出与通过扼流阀 27计量进入到单独泵腔内的燃料量相对应的燃料量。图2和6用来说明根据本发明的发动机系列的理念。因此，发动机制造商可制造 各自包括共轨燃料系统和共轨供应泵的第一组相同的X缸发动机。制造商还可制造各自包括共轨燃料系统和与用于X缸发动机的共轨供应泵相同的共轨供应泵的第二组相同的Y缸 发动机。当然，数字X不同于数字Y。在图2的情况下，X可以是6，并且Y可以是3。在图 6的情况下，X可以是6，并且Y可以是8。通过适当选择联动装置以提供选择的泵速度与发 动机速度比，所有发动机在每个发动机循环产生根据本发明在每个发动机循环中重复的泵 送事件的模式。另外，如果在选择泵柱塞和凸轮凸角的数量的过程中进行更加仔细的选择， 该重复模式可包括在每个发动机循环中重复整数次数的泵送事件的子模式，该整数与给定 发动机内的缸的数量相对应。本发明还认识到在设计新发动机时可以采用经过验证的泵设计，其具有适当数量 的泵活塞，泵活塞通过具有适当数量的凸角的凸轮驱动。在这种情况下，新发动机可被设计 和选择成采用具有超过160兆帕的操作压力的共轨燃料系统。共轨供应泵可被构造成通过 新发动机的发动机曲轴驱动，以产生在每个发动机循环的泵送事件在每个发动机循环重复 的重复模式。另外，新设计的发动机可通过将已经验证的泵设计应用于完全不同的发动机 来实现，该不同的发动机可包括不同数量的发动机缸。另外，如果泵本身具有正确数量的泵 柱塞和每个柱塞的凸轮凸角，本发明的同步性能可通过泵送事件在每个发动机循环内重复 整数次数的子模式来进一步均衡，其中该整数与给定发动机的缸的数量相对应。另外，泵送 事件可与发动机活塞的运动同相，以造成整体性能的改进以及振动和噪音的减小、特别是 与泵驱动联动装置相关的振动和噪音的减小。工业实用性本发明适用于采用共轨燃料系统的任何发动机，共轨燃料系统包括通过发动机直 接驱动的共轨供应泵。本发明还适用于在其相应的共轨系统中采用相同泵的发动机系列， 但是发动机本身的缸的数量各自很不同。另外，本发明适用于新发动机的设计，该发动机可 以应用或不应用与前述发动机的共轨燃料系统中所采用的泵相关的已经验证的技术，该发 动机可以具有或不具有相同数量的发动机缸。采用其操作压力超过160兆帕的共轨系统的 发动机系统通常不同于其低压共轨系统之处在于例如较厚壁的部分的一些结构特征以及 用于容纳较高压力的其它结构特征。同样，共轨压力释放阀将被设置成比和低压共轨系统 相关的压力释放阀高的压力。另外，喷射器喷嘴可被构造成在所希望的较高共轨压力下提 供更好的燃烧，这可与较高压力下的较小孔口相对应。燃料的热损耗会在根据本发明的发 动机中变成较大问题，因此通常在超过160兆帕下操作的根据本发明的发动机上设置燃料 冷却器。本发明的优点在于，取决于这种概念例如如何在设计新的发动机中使用、在不同 发动机系列中使用单个泵或者简单调节给定发动机以根据本发明的泵和发动机同步关系 进行操作而事半功倍。无论如何，本发明提供如下优点将高压共轨泵送事件的序列与发 动机喷射和燃烧事件的序列匹配以便通过喷射开始时刻以及随后在喷射器喷嘴处的明显 改善的压力重复性能而最小化燃料泵所引起的齿轮系冲击、噪音、振动和不平衡程度、缸与 缸的添加燃料程度以及喷射速率形状的变化。在与其中泵送和燃料事件不同步的十分类似 的燃料系统比较时，这些优点如图3和4所示那样变得容易理解。本发明通过选择泵驱动 比例和/或凸轮轴型面而进一步得到均衡，由此与发动机燃烧频率相比，这造成泵柱塞操 作频率的整数倍增。通过不仅具有每个发动机循环的泵送事件的重复模式，而且通过该重 复模式包括泵送事件在每个发动机循环重复整数次数的子模式，得以反映本发明的这个方面，其中该整数与给定发动机的缸的数量相对应。另外，通过选择泵和发动机曲轴之间的联 动装置中的适当相位，可以根据哪种特征对于给定发动机构造和应用最为重要来选择泵送 事件相对于燃烧事件的更好配置。例如，可能希望的是选择联动装置，使得泵送事件和喷射 事件不在大部分发动机操作范围的时间内重叠。本发明的策略使得少量的泵构造能够有效 地满足许多不同的发动机构造并与其同步操作。
应该理解到以上描述只出于说明目的，而不打算以任何方式限制本发明的范围。 因此，本领域的普通技术人员将理解到本发明的其它方面可从阅读附图、说明书和权利要 求来获得。
权利要求
一种操作发动机(10)的方法，包括如下步骤通过至少一个泵在共轨(24)中将燃料加压到超过大约160兆帕的压力；经由相应的燃料喷射器(20)将来自所述共轨(24)的燃料喷射到多个发动机缸(15)的每一个内；使所述至少一个泵的动作与所述发动机(10)同步，使得每个发动机循环的泵送事件(80)的模式在每个发动机循环过程中重复。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个发动机循环的泵送事件(80)的模式包括泵送 事件(80)的子模式，该子模式在每个发动机循环中重复整数次数，并且所述整数等于所述 发动机缸(15)的数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述泵送事件(80)的子模式与所述发动机缸 (15)的每个发动机缸的柱塞运动同相。
4.一种发动机(10)，包括发动机壳体(14)，其具有布置在其中的多个缸；曲轴(18)，其可转动地支承在所述发动机壳体(14)内；共轨燃料系统(12)，其被附接到所述发动机壳体(14)，并且能够包含燃料压力超过大 约160兆帕的燃料；所述共轨燃料系统(12)包括具有流体连接到共轨(24)的出口(32)的至少一个泵，以 及具有流体连接到所述共轨(24)的入口(21)的多个燃料喷射器(20)，所述多个燃料喷射 器(20)中的每个燃料喷射器被定位成直接喷射到所述多个缸中的一个缸中，并且所述至 少一个泵包括凸轮(34)和至少一个泵柱塞，所述凸轮具有与每个泵柱塞相关的至少一个 凸角；联动装置(31)，其将所述至少一个泵可操作地连接到所述曲轴(18)；以及其中所述联动装置(31)、所述至少一个泵柱塞以及所述至少一个凸角能够形成每个发 动机循环的泵送事件(80)的在每个发动机循环过程中重复的模式。
5.根据权利要求4所述的发动机(10)，其中每个发动机循环的泵送事件(80)的模式 包括泵送事件(80)的子模式，该子模式在每个发动机循环中重复整数次数，其中所述整数 等于所述发动机的所述缸(15)的数量。
6.根据权利要求5所述的发动机(10)，其中，泵送事件(80)的子模式与所述发动机的 所述缸(15)的每个缸的活塞(16)的运动同相；所述至少一个泵柱塞为两个；并且所述至少一个凸角为两个凸角(35)。
7.一种发动机(10)的系列，包括第一组相同的X缸发动机，所述X缸发动机各自包括具有共轨供应泵的第一共轨燃料 系统(12)；第二组相同的Y缸发动机，所述Y缸发动机各自包括具有所述共轨供应泵的第二共轨 燃料系统(12)；其中X是不同于Y的数字；其中所述共轨供应泵被设置在所述X缸发动机和所述Y缸发动机内，从而形成每个发 动机循环的泵送事件(80)的在每个发动机循环过程中重复的模式。
8.根据权利要求7所述的发动机(10)的系列，其中每个发动机循环的泵送事件(80) 的模式包括泵送事件(80)的子模式，该子模式在每个发动机循环中重复整数次数，其中所 述整数等于发动机缸(15)的数量。
9.一种设计新发动机(10)的方法，包括如下步骤选择具有超过160兆帕的操作压力的共轨燃料系统(12)；构造所述共轨燃料系统(12)的共轨(24)供应泵，使所述共轨供应泵能够通过所述新 发动机(10)的曲轴(18)驱动，从而形成每个发动机循环中的泵送事件(80)的在每个发动 机循环过程中重复的重复模式。
10.根据权利要求9所述的方法，其中构造步骤包括构造所述共轨(24)供应泵，从而形 成泵送事件(80)的子模式，该子模式在每个发动机循环中重复整数次数，其中所述整数等 于发动机缸(15)的数量；以及所述泵送事件(80)的子模式与每个所述发动机缸(15)的活塞(16)的运动同相。
全文摘要
通过将高压共轨(24)供应泵与发动机操作同步来减小与共轨燃料系统(12)的驱动联动装置(31)相关的噪音和振动。这可通过选择与发动机速度相对于泵速度的所希望的比率相关的联动装置(31)以及选择泵柱塞和凸轮凸角(35)的数量从而造成泵的动作与发动机燃烧事件同步来实现。特别是，每个发动机循环的泵送事件(80)的模式在每个发动机循环过程中重复。在更加先进的形式中，每个发动机循环的泵送事件(80)的模式包括泵送事件(80)的子模式，该子模式在每个发动机循环中重复整数次数，其中整数等于发动机缸(15)的数量。
文档编号F02M39/00GK101878364SQ200880118198
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月25日 优先权日2007年11月30日
发明者D·伊布拉希姆, S·沙弗, 张建华 申请人:卡特彼勒公司