[发明专利]低泄漏凸轮辅助的共轨燃料系统、燃料喷射器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及用于内燃发动机的燃料系统和燃料系统操作方法，更具体地涉及以低泄漏模式操作具有凸轮致动的增压装置的共轨燃料系统。

背景技术

多年来已开发了许多类型的用于内燃发动机的燃料喷射系统。共轨燃料喷射系统是公知的并且广泛地与多缸内燃发动机相结合地使用。一种典型的共轨燃料系统包括低压燃料源、高压泵和将高压泵与多个燃料喷射器连接的共轨。通过电子地控制与共轨联接的各个燃料喷射器可以相对精确地发生以轨道压力喷射燃料。共轨系统已取得普遍的成功，这部分地是由于它们提供了用于向多个燃料喷射器提供燃料的相对简单和直接的手段，并且使得燃料能够在相对精确的时间并以相对精确的喷射量喷射。已证实共轨系统是一种相对有效和起作用的处理相对高燃料压力的方式。尽管已知的共轨系统长期以来被用作用于高压燃料喷射实践的工业标准，但存在改进的余地。

一方面，容纳一定量的高度加压燃料会是相对困难的，需要诸如密封件和管件的特殊硬件。承受极高压力的部件也可能趋于比在低压环境中使用的部件相对更快地磨损。其还需要大量发动机输出能量以将相对大量的燃料维持在高压力下。仅依赖于共轨作为用于燃料的压力源最终会影响发动机效率。

已提出使用共轨以第一压力向发动机系统的多个燃料喷射器供给燃料的系统。在这种系统中也可使用液压致动或凸轮致动的增压装置来以较高压力在选择性的时间进行燃料喷射。授予Knight的美国专利申请公报No.2006/0243253提出了向共轨系统加入凸轮致动的活塞以使得能够从共轨以轨道压力或者从增压装置以较高压力喷射燃料。在Knight的系统中，凸轮致动的增压装置在其未被用于直接提高燃料喷射压力时也被用于辅助维持共轨的压力。结果，Knight的系统中的活塞将明显连续以高压泵送。Knight的系统中燃料系统的构件连续承受来自活塞的高压可能引起某些构件之间以及某些构件之中的过度泄漏。如Knight的系统中那样的高压燃料的泄漏将趋于浪费能量，因为用来加压所泄漏的燃料的发动机输出能量不能被容易地回收。

发明内容

在一个方面，一种操作用于内燃发动机的燃料系统的方法包括至少部分地通过将燃料喷射器的喷嘴出口与共轨流体连接而以中压将燃料喷射到发动机气缸中。该方法还包括通过将燃料喷射器的柱塞腔与共轨流体连接而使柱塞腔中的燃料压力从低压升高至中压，并且通过使机械致动的增压装置的挺柱响应于凸轮的旋转而移动来使柱塞腔中的燃料压力从中压升高至高压。该方法还包括至少部分地通过将喷嘴出口与柱塞腔流体连接而将处于高压下的燃料喷射到发动机气缸中，并且至少部分地经由使柱塞腔中的燃料压力从高压返回到低压而使燃料系统在以高压喷射燃料之后以低泄漏模式操作。

在另一个方面，一种燃料喷射器包括喷射器本体，该喷射器本体限定喷嘴供给通路、与喷嘴供给通路连接的喷嘴出口、控制通路和低压空间。喷射器本体还限定与喷嘴供给通路连接的至少一个燃料入口、柱塞腔和将柱塞腔与喷射器本体内的喷嘴供给通路连接的增压通路。该燃料喷射器还包括直接控制式针阀，该直接控制式针阀定位在喷射器本体内并且可在将喷嘴出口与喷嘴供给通路阻断的封闭位置与开启位置之间移动。直接控制式针阀包括暴露于喷嘴供给通路中的流体压力的开启液压面和暴露于控制通路中的流体压力的封闭液压面。该燃料喷射器还包括止回控制阀，该止回控制阀可在控制通路与低压空间阻断的第一喷射控制位置与控制通路与低压空间相通的第二喷射控制位置之间移动。该燃料喷射器还包括部分地定位在喷射器本体内的机械致动的增压装置，该机械致动的增压装置包括挺柱和柱塞，该柱塞构造成响应于凸轮的旋转而在柱塞腔内在第一柱塞位置与前移后的柱塞位置之间移动。该燃料喷射器还包括单向阀，该单向阀流体地定位在增压通路与喷嘴供给通路之间并且容许流体从柱塞腔流向喷嘴供给通路。该燃料喷射器还包括喷射压力控制机构，该喷射压力控制机构具有第一压力控制构型和第二压力控制构型。在第一压力控制构型中，喷射压力控制机构将柱塞腔与至少一个燃料入口阻断并且使柱塞腔与低压空间流体连接。在第二压力控制构型中，喷射压力控制机构使柱塞腔与至少一个燃料入口流体连接并且将柱塞腔与低压空间阻断。