專利名稱：電控直列組合泵/閥－管－嘴噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)燃油噴射裝置，特別涉及一種電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的柴油機(jī)泵-管-嘴型燃油噴射系統(tǒng)主要包括直列泵(或分配泵)、高壓油管和噴油器三大部分，典型系統(tǒng)如Bosch的P型直列泵系統(tǒng)和VE型分配泵系統(tǒng)。以P型直列泵為例，對油量的控制通過調(diào)速器拉動齒條帶動柱塞轉(zhuǎn)動從而改變柱塞螺旋槽與回油孔的相對位置實現(xiàn)；對噴油開始時刻的控制則是通過慣性機(jī)構(gòu)改變柴油機(jī)曲軸與油泵凸輪軸之間的相對位置關(guān)系實現(xiàn)；高壓出油和卸壓過程則由油泵出口的出油閥加以調(diào)節(jié)。由于機(jī)械慣性式控制方式本身的限制，這類系統(tǒng)無法按照發(fā)動機(jī)工況選擇最佳的噴油量和噴油定時；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度也限制了噴油壓力的大幅度提高和對噴油規(guī)律的優(yōu)化。
隨著環(huán)境問題的日益突出和能源危機(jī)的加重，對柴油機(jī)的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，改進(jìn)燃油噴射系統(tǒng)是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。除了在原有系統(tǒng)上近一步提高噴射壓力，合理選擇噴油定時，以及優(yōu)化噴油規(guī)律等有效手段外，將傳統(tǒng)機(jī)液控制的噴油系統(tǒng)改造為電子控制、機(jī)電一體化的噴油系統(tǒng)，并進(jìn)一步實現(xiàn)以噴油系統(tǒng)為主的整機(jī)的電腦綜合調(diào)控與管理，是一個極為重要的發(fā)展方向。
在目前的柴油機(jī)中廣泛采用的電控直列泵和電控分配泵系統(tǒng)正是基于這樣一種改造思路。這種系統(tǒng)的特點是不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)，只是用電子控制裝置取代調(diào)速器和提前器，對直列泵的油量調(diào)節(jié)齒桿和VE泵的溢流環(huán)套以及油泵驅(qū)動軸和凸輪軸的相互位置進(jìn)行低頻連續(xù)調(diào)節(jié)，以控制油量和定時。這類系統(tǒng)生產(chǎn)繼承性強(qiáng)，安裝方便，可以實現(xiàn)對油量和定時的部分優(yōu)化，但是由于未變更原有噴油裝置，噴油特性也未改變，因此一般不可能對噴油率和噴油壓力進(jìn)行調(diào)控。此外，由于只能進(jìn)行位置控制，不能直接改變油量和定時，中間環(huán)節(jié)多，控制響應(yīng)慢，也做不到各缸的分缸控制。
為了進(jìn)一步提高柴油機(jī)排放和經(jīng)濟(jì)性能，需要對傳統(tǒng)直列泵-管-嘴系統(tǒng)進(jìn)行更加徹底的改造，以繼續(xù)提高系統(tǒng)噴射壓力，實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律，并對噴油量和噴油正時進(jìn)行全工況優(yōu)化。本發(fā)明正是基于這樣一個目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)。是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所述的噴射系統(tǒng)主要由電子控制單元、直列組合泵/閥裝置、高壓油管、噴油器及低壓燃油裝置組成；其特征在于泵體外掛于發(fā)動機(jī)本體上，在泵體下部安裝有凸輪軸以驅(qū)動柱塞偶件，柱塞偶件采用直接插入式結(jié)構(gòu)，并以直列型式安裝在泵體中；柱塞偶件的柱塞腔套和高壓油路采用整體加強(qiáng)式結(jié)構(gòu)以增大供油壓力，柱塞頂部無斜槽，只起供油加壓作用；在柱塞腔上部的高壓油路中集成有高速電磁閥組件，電磁閥的電磁線圈與電子控制單元輸出端相連，電磁閥控制的銜鐵通過閥桿與旁通閥相連，旁通閥通過低壓油路與低壓燃油系統(tǒng)相連。
所述電子控制單元是由基于32位單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)軟件、安裝于泵體上的凸輪軸位置傳感器28、安裝于發(fā)動機(jī)飛輪殼體上的曲軸位置傳感器27、安裝于加速踏板上的油門位置傳感器26，以及用于檢測發(fā)動機(jī)狀態(tài)的各種溫度傳感器25、壓力傳感器24、信號開關(guān)23和通訊接口22組成。
所述直列組合泵/閥裝置由泵體7、凸輪軸8、柱塞偶件4組成，并且柱塞偶件4的柱塞腔套和高壓油路采用整體式結(jié)構(gòu)，柱塞頂部無斜槽；從而提高了剛度和承壓能力，可以產(chǎn)生很高的供油壓力，柱塞偶件只起燃油加壓和供油作用。
本發(fā)明的有益效果是采用重新設(shè)計的組合泵/閥裝置，與傳統(tǒng)直列泵相比結(jié)構(gòu)強(qiáng)度顯著增大，使得噴射壓力可以大大提高。在組合泵/閥裝置的柱塞偶件上部集成的高速電磁閥組件，在工作時能保證旁通閥的緊密吸合，使高壓油管中的燃油壓力迅速提升并驅(qū)動針閥開始噴油；在不工作時通過回位彈簧使旁通閥迅速開啟，高壓油路與低壓油路導(dǎo)通從而快速卸載結(jié)束噴油；該過程中電磁閥開始工作的時刻決定了噴油定時，工作時間的長短決定了噴油量，從而實現(xiàn)對燃油噴射過程的直接數(shù)字控制，形成了一種新的噴射系統(tǒng)構(gòu)型，即電控直列組合泵/閥-管-嘴噴射系統(tǒng)。這一新的噴射系統(tǒng)不需要調(diào)速器，不僅有效克服了傳統(tǒng)直列泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，噴射壓力低等缺陷，使油泵結(jié)構(gòu)大大簡化，強(qiáng)度增大，噴射壓力顯著提高，而且通過高速電磁閥實現(xiàn)了對燃油噴射過程直接、快速的數(shù)字控制，能實現(xiàn)對全工況范圍的優(yōu)化匹配；新系統(tǒng)的工作原理決定了其噴油規(guī)律為楔型，接近理想噴油規(guī)律，在部分工況下還可以實現(xiàn)預(yù)噴；柱塞偶件采用直接插入式設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單互換性好，采用泵體外掛的方式，對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的改造小，有利于系統(tǒng)移植。通過上述噴射系統(tǒng)方案設(shè)計，實現(xiàn)供油過程與調(diào)節(jié)功能的解耦，即將油量控制機(jī)構(gòu)作為一個獨(dú)立的部件與供油機(jī)構(gòu)分開，實現(xiàn)對燃油噴射過程的直接數(shù)字式控制。實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律(即低初始噴油率，高主噴射率和快速高壓切斷)以及穩(wěn)定的卸載過程。


圖1為電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及最佳實施例。
圖1所示為電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。主要包括電子控制單元1、直列組合泵/閥裝置6、高壓油管2、噴油器3和低壓燃油裝置10五個功能模塊電子控制單元1由基于32位單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)軟件、安裝于泵體上的凸輪軸位置傳感器28、安裝于發(fā)動機(jī)飛輪殼體上的曲軸位置傳感器27、安裝于加速踏板上的油門位置傳感器26，以及用于檢測發(fā)動機(jī)狀態(tài)的各種溫度傳感器25、壓力傳感器24、信號開關(guān)23、和通訊接口22組成。它采用的基于32位單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的數(shù)學(xué)運(yùn)算和高實時性的任務(wù)調(diào)度，使對發(fā)動機(jī)的全工況優(yōu)化匹配及管理成為可能；在此基礎(chǔ)上開發(fā)的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)，除了能對目標(biāo)噴油量和噴油定時進(jìn)行精確控制外，還可以根據(jù)環(huán)境狀態(tài)及某些運(yùn)行參數(shù)的變化，如大氣壓力、大氣溫度、冷卻水溫、機(jī)油溫度等的變化對目標(biāo)油量及定時進(jìn)行補(bǔ)償控制，此外還能實現(xiàn)諸如冷啟動與怠速穩(wěn)定性控制、分缸平衡控制、過渡性能與煙度控制、噴油規(guī)律與噴油壓力控制、自動監(jiān)控安全保護(hù)與自適應(yīng)機(jī)制，以及在線匹配標(biāo)定，并提供了對外接監(jiān)控診斷工具的支持。
直列組合泵/閥裝置主要包括泵體7、凸輪軸8、柱塞偶件4等部件。泵體主要用于安裝和驅(qū)動柱塞偶件，在泵體上部加工有與凸輪軸垂直的柱塞偶件安裝孔及定位銷孔，并在泵體中部加工有供油道20和回油道19。凸輪軸8安裝于泵體7的下部，其凸輪型線與組合泵/閥裝置6的柱塞偶件一一對應(yīng)，在凸輪軸的一端裝有驅(qū)動齒輪9，并在凸輪軸的另一端裝有信號盤5以通過與之對應(yīng)的凸輪軸傳感器28感知凸輪相位。柱塞偶件4采用直接插入式結(jié)構(gòu)，并以直列型式安裝在泵體7中，關(guān)于柱塞偶件的具體結(jié)構(gòu)可參見實用新型專利“一種高壓柱塞偶件”(專利號02276776.2)，它主要包括滾輪、挺柱體、挺柱滑套、柱塞、柱塞彈簧、高速電磁閥組件等部件，柱塞偶件4的柱塞腔套和高壓油路采用整體加強(qiáng)式結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而提高了剛度和承壓能力，可以產(chǎn)生很高的供油壓力；柱塞頂部無斜槽，柱塞偶件只承擔(dān)燃油加壓和供油功能，對燃油噴射過程的控制由安裝在泵體上部高壓油路中的高速電磁閥組件完成，這一設(shè)計使供油與調(diào)節(jié)功能解耦，并使油泵結(jié)構(gòu)大大簡化，；電磁閥組件的電磁線圈與電子控制單元1輸出端相連，電磁閥控制高壓油路與低壓燃油系統(tǒng)的通斷。
高壓油管2具有較大的壁厚，以承擔(dān)高供油壓力(最大泵端壓力可達(dá)160Mpa-180Mpa)，同時應(yīng)具備較高的彈性模量并盡量減小長度，以減少延程損失，提高噴射壓力。
噴油器3采用一般機(jī)械式噴油器，或采用無回油管噴油器。由于本系統(tǒng)噴射壓力較高，在實際發(fā)動機(jī)上匹配時可采用多孔小孔徑噴油器，以利于進(jìn)一步提高燃油霧化質(zhì)量。使用無回油管噴油器可提高針閥的動態(tài)關(guān)閉壓力，實現(xiàn)針閥的快速關(guān)閉。
低壓燃油系統(tǒng)10由油箱12、過濾網(wǎng)13、單向閥14、低壓輸油泵17、供油道20、回油道19、燃油冷卻器15、低壓油管11等組成。供油道和回油道加工在組合泵/閥裝置的泵體中。燃油經(jīng)燃油冷卻器15、低壓輸油泵17和濾清器18輸送至供油道20，回油經(jīng)回油道19流入燃油冷卻器15之前的低壓油管11中。
該電控直列組合泵/閥-管-嘴系統(tǒng)的工作過程如下充油過程此時柱塞偶4中的電磁閥21不工作，高壓油路與低壓燃油系統(tǒng)連通。組合泵/閥裝置中柱塞下行時，噴射系統(tǒng)內(nèi)部壓力將下降到低于低壓供油系統(tǒng)壓力，燃油從凸輪箱上的供油道20進(jìn)入柱塞偶件4的柱塞腔中。
旁通過程組合泵/閥裝置中的凸輪驅(qū)動柱塞偶件滾輪和挺柱體組件使柱塞上行時，柱塞腔壓力上升，但只要電磁閥仍處于不工作狀態(tài)，高壓油路中的受壓燃油就會向低壓系統(tǒng)高速卸流。
噴射過程在柱塞供油行程中，電控單元根據(jù)當(dāng)前發(fā)動機(jī)狀態(tài)及駕駛需求，確定最佳的噴油量和噴油定時，根據(jù)安裝在泵體上的凸輪軸位置傳感器28和裝在發(fā)動機(jī)飛輪端的曲軸位置傳感器27確定精確的噴油時刻，并發(fā)出控制脈沖驅(qū)動高速電磁閥21。電磁閥的電磁力使得高壓油路與低壓系統(tǒng)間的接口迅速關(guān)閉。此時，接口關(guān)閉引起的壓力波向噴油器和柱塞腔兩個方向傳播。下行壓力波到達(dá)噴油器3時，若其壓力高于針閥開啟壓力則針閥打開開始噴射。上行壓力波到達(dá)柱塞腔時與油泵供油壓力波疊加，行成主供油波向噴油器傳播。主供油波與先前到達(dá)噴油器的“油錘”壓力波之間的噴射能量有限，故形成了低速率的初始噴油段。由于組合泵/閥裝置的柱塞偶件設(shè)計使泄流接口與柱塞腔之間的高壓油路非常短，兩個壓力波之間的時間間隔也很短，經(jīng)過短暫的低速率噴油后噴油壓力迅速上升。柱塞偶件的柱塞剛度強(qiáng)承壓能力大，使最高供油壓力能達(dá)到160Mpa以上，形成高壓高速率主噴油段。
卸載過程在噴射過程中電子控制單元1根據(jù)當(dāng)前柱塞瞬時速度和已知的油泵特性對噴油量進(jìn)行精確計量，在到達(dá)目標(biāo)油量時快速切斷電磁閥驅(qū)動電流。此時高壓油路與低壓系統(tǒng)的接口快速打開，高壓燃油向低壓燃油系統(tǒng)高速泄流，高壓油管中壓力迅速下降，噴射被快速終止。由于這種泄流過程比傳統(tǒng)機(jī)械噴油泵系統(tǒng)要快得多，且卸壓后高壓油管的殘余壓力總是等于低壓系統(tǒng)的供油壓力，因此能夠保證噴射過程的高速切斷且不會產(chǎn)生由殘余壓力動態(tài)過程引起的異常噴射。
權(quán)利要求
1.一種電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)，所述的噴射系統(tǒng)主要由電子控制單元、直列組合泵/閥裝置、高壓油管、噴油器及低壓燃油裝置組成；其特征在于泵體外掛于發(fā)動機(jī)本體上，在泵體下部安裝有凸輪軸以驅(qū)動柱塞偶件，柱塞偶件采用直接插入式結(jié)構(gòu)，并以直列型式安裝在泵體中；柱塞偶件的柱塞腔套和高壓油路采用整體加強(qiáng)式結(jié)構(gòu)以增大供油壓力，柱塞頂部無斜槽，只起供油加壓作用；在柱塞腔上部的高壓油路中集成有高速電磁閥組件，電磁閥的電磁線圈與電子控制單元輸出端相連，電磁閥控制的銜鐵通過閥桿與旁通閥相連，旁通閥通過低壓油路與低壓燃油系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)，其特征在于所述電子控制單元是由基于32位單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)軟件、安裝于泵體上的凸輪軸位置傳感器(28)、安裝于發(fā)動機(jī)飛輪殼體上的曲軸位置傳感器(27)、安裝于加速踏板上的油門位置傳感器(26)，以及用于檢測發(fā)動機(jī)狀態(tài)的各種溫度傳感器(25)、壓力傳感器(24)、開關(guān)量信號(23)和通訊接口(22)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電控直列組合泵/閥-管-嘴型柴油噴射系統(tǒng)，其特征在于所述直列組合泵/閥裝置主要由泵體(7)、凸輪軸(8)、柱塞偶件(4)組成。
全文摘要
木發(fā)明公開了屬于柴油機(jī)燃油噴射裝置的一種電控直列組合泵/閥－管－嘴型柴油噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)主要包括電子控制單元、直列組合泵/閥裝置、高壓油管、噴油器及低壓燃油系統(tǒng)。特點是直列組合泵/閥裝置的柱塞偶件采用直接插入式結(jié)構(gòu)，在泵體中直列式排列；柱塞偶件的柱塞頂部無斜槽，只承擔(dān)供油和加壓功能；在柱塞偶件內(nèi)柱塞腔上部的高壓油路中集成有高速電磁閥組件，電磁閥的線圈與電子控制單元相連，由電子控制單元通過電磁閥直接控制燃油噴射過程；該系統(tǒng)不僅使油泵結(jié)構(gòu)簡化，強(qiáng)度增加，大大提高了供油壓力，而且使供油過程和調(diào)節(jié)過程解耦，通過高速電磁閥組件實現(xiàn)了對燃油噴射過程的直接數(shù)字控制；噴油規(guī)律為較理想的楔型，具有低初始噴油率，高主噴射率，快速高壓卸載及殘余壓力波動小等優(yōu)點；且系統(tǒng)布局簡單，對發(fā)動機(jī)本體改造少，移植方便。
文檔編號F02M57/02GK1570366SQ200410037690
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者歐陽明高, 李建秋, 楊福源, 李進(jìn), 安利強(qiáng), 李希浩, 周明 申請人:清華大學(xué)