專利名稱：電控直列組合泵－管－嘴燃油噴射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種柴油機燃油噴射裝置，尤其是電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置。
背景技術：
現有技術中的柴油機泵-管-嘴型燃油噴射裝置主要包括直列泵(或分配泵)、高壓油管和噴油器三大部分。包括德國Bosch(博士)公司采用在柴油噴射系統(tǒng)中的P型直列泵裝置，其對油量的控制，幾乎都是靠柱塞上制有的回油螺旋斜槽和通過其上安裝的調速器拉動拉桿或齒條旋轉柱塞螺旋斜槽與回油孔的相對位置來實現的。而在柱塞上開回油槽會使泵油部分剛度降低，易產生泄漏，導致供油壓力不足，系統(tǒng)可靠性不高，使系統(tǒng)控制響應慢。對噴油開始時刻的控制還需要通過提前器慣性機構改變柴油機曲軸與油泵凸輪軸之間的相對位置，事實上，這種由機械慣性控制方式來匹配發(fā)動機工況的柴油機泵-管-嘴型燃油噴射裝置，受機械慣性式控制本身的限制，只能兼顧幾個主要工況點，不能兼顧發(fā)動機全工況的最優(yōu)控制，系統(tǒng)結構及控制方式限制了噴油壓力和對噴油規(guī)律的優(yōu)化。。而且它的高壓出油和卸壓過程還要由油泵出口的出油閥來調節(jié)。由此形成的燃油噴射系統(tǒng)裝置的整體結構比較復雜，而且體積大。
而目前在柴油機中采用的電控直列泵燃油裝置和電控分配泵裝置，也沒有改變傳統(tǒng)噴油裝置的工作原理和結構，只是用電子控制裝置取代調速器和提前器，對直列泵的油量調節(jié)齒桿和VE泵的溢流環(huán)套以及油泵驅動軸和凸輪軸的相互位置能進行低頻連續(xù)調節(jié)，實現對油量和定時的部分優(yōu)化。但是由于系統(tǒng)工作原理、結構及噴油特性未改變，因此不能靈活的對噴油率和噴油壓力進行調控。從控制的角度看仍屬于位置式控制。
另外傳統(tǒng)系統(tǒng)中用于驅動的凸輪形線陡急，柱塞運動速率突變對發(fā)動機有較大的剛性沖擊；柱塞高供油速率時間短，保壓不夠，進入汽缸的燃油霧化理想，導致燃燒品質差，油耗高，排放水平較低。
傳統(tǒng)系統(tǒng)中由于油泵結構復雜，泵油部分剛度低，泄漏大，導致供油壓力不高，系統(tǒng)可靠性較差；系統(tǒng)控制響應慢，精度低，不能兼顧發(fā)動機全工況的最優(yōu)控制，也做不到各缸的分缸獨立控制。

發(fā)明內容
為了克服現有技術機械結構復雜，體積大，不能全兼容發(fā)動機工況的運動規(guī)律和時間響應慢，匹配范圍面小的不足之處，本發(fā)明提供一種體積小，可靠性高，安裝方便，能夠對油量與定時靈活控制，幾乎不對發(fā)動機進行改動的電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置。
為了達到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供的一種可外掛于發(fā)動機本體上的電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，主要包括電控單元ECU、電磁閥組件執(zhí)行部件，電控直列組合泵總成、高壓油管和噴油器、以及可檢測發(fā)動機工作狀態(tài)的各類傳感器和低壓燃油裝置，其特征在于所述的電磁閥組件執(zhí)行部件為圓形結構，其鐵芯是一個整體型圓環(huán)狀，中部制有環(huán)形槽，內嵌電磁線圈，用絕緣非金屬封裝成一體，并裝入電控組合泵中，通過通電后產生的電磁力控制閥桿組件運動，實現對供油關斷作用；電控組合泵直列安裝在裝有凸輪的箱體上，形成整體總成。
本發(fā)明所述的的凸輪是由凸輪推程段ac、回程段cb圍成的凸輪輪廓形線投影呈與桃形大致相同的形狀，所述的凸輪輪線的最高點a至回程段b之間設有一段向內凹的形線。
本發(fā)明相比于現有技術具有如下有益效果。
本發(fā)明整體構成的圓環(huán)狀鐵芯為機械加工的一次成型提供了加工的方便性和快捷性。而且體積超小，結構十分緊湊，密封形式方便，響應時間快(0.3Ms)，動態(tài)驅動力大于200N，瞬態(tài)驅動電流20A以下。解決了柴油電噴系統(tǒng)的高速響應和小型化的問題。十分適合于低成本，大批量生產。
本發(fā)明的電控組合泵，其下部通過凸輪軸驅動挺桿組件運動的柱塞頂部無斜槽結構和泵體高壓油路采用整體結構的設計，取代了由調整器和提前器拉動齒條帶動柱塞轉動改變柱塞螺旋槽與回油孔相對位置的復雜機械結構和噴射裝置中的出油閥。不僅提高了泵油部分剛性強度，而且避免了泄漏，提高了系統(tǒng)可靠性。柱塞偶件僅承擔供油和加壓功能。在泵體無回油螺旋斜槽柱塞上部集成的圓形電磁閥組件，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，控制響應更快，接近理想的楔型供油規(guī)律。在不工作時通過回位彈簧使旁路低壓油路迅速開啟，高壓油路與低壓油路導通短捷，卸壓快速。而且不需要調速器和提前器復雜機械結構的協(xié)調運動，使機械結構大為減少，簡化了油泵結構和中間環(huán)節(jié)。進一步減小了現有技術組合泵總成和噴射系統(tǒng)的體積。泵體總成與發(fā)動機的安裝接口與傳統(tǒng)的起直列泵完全一樣，可以在完全不改動發(fā)動機結構的前提下，非常方便地實現對發(fā)動機噴油系統(tǒng)的改造安裝。從根本上解決了傳統(tǒng)直列泵系統(tǒng)總成結構復雜，體積大，可靠性差，噴射壓力低，單體泵不能直接插入現有技術泵體形成獨立總成和單體泵總成體積大，不能改造現有柴油機噴射系統(tǒng)的技術問題。同時也有效地解決了傳統(tǒng)電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置只能兼顧幾個主要工況點，不能全方位兼顧和實現噴油壓力對噴油規(guī)律的優(yōu)化的問題。實現了對發(fā)動機全工況的最優(yōu)控制和選擇最佳的噴油量和噴油定時。本發(fā)明采用全新設計的電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，與傳統(tǒng)直列泵相比結構強度顯著增大，使得噴射壓力可以有較大的提高。在電控組合泵裝置上部集成了高速電磁閥組件，在工作時能保證關閉密封口，使高壓油管中的燃油壓力迅速提升并驅動噴油器噴油；在不工作時通過回位彈簧使閥迅速開啟，高低壓油路快速導通卸壓結束噴油。在該過程中電磁閥關閉時刻決定了噴油定時，工作時間長短決定了噴油量，從而實現對燃油噴射過程的直接數字控制，形成了一種新的噴射裝置構型。這種的噴射裝置不需要調速器，不僅有效克服了傳統(tǒng)直列泵裝置結構復雜，可靠性差，噴射壓力低等缺陷，使油泵結構大大簡化，強度增大，噴射壓力顯著提高，而且通過高速電磁閥實現了對燃油噴射過程直接、快速的數字控制，能實現對全工況范圍的優(yōu)化匹配；新裝置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；可以完全替代目前在發(fā)動機上大量使用的P型，，能大幅度提高發(fā)動機整體性能，減少排放。并且對現有發(fā)動機的改造小，有利于裝置移植。
本發(fā)明是在原傳統(tǒng)直列泵-管-嘴裝置基礎上進行的進一步改進，它是一套對發(fā)動機改動非常小并能完全替代(包括安裝位置)傳統(tǒng)直列泵的柴油機電控燃油噴射裝置。


下面結合附圖詳細描述本發(fā)明的具體結構、工作原理及最佳實施例。
圖1為發(fā)明的總體結構示意圖。
圖2為本發(fā)明的電控直列組合泵構造示意圖。
圖3為本發(fā)明的凸輪形線示意圖。
圖4為本發(fā)明的電磁閥鐵芯剖面結構示意圖。
具體實施例附圖描述了主要包括泵體、高速電磁閥組件、柱塞、挺桿組件、凸輪軸、箱體，裝置主要包括電控單元ECU、電控直列組合泵總成、高壓油管、噴油器、傳感器及低壓燃油組成的本發(fā)明裝置。在泵體上部高壓油路中集成有高速電磁閥組件，電磁閥的線圈與電控單元ECU相連，由電控單元ECU通過高速電磁閥組件控制高壓油路與低壓燃油裝置的通斷，實現對燃油噴射過程和油量的精確直接數字控制。其中電控單元ECU 29由基于32位單片機的控制硬件與發(fā)動機管理軟件部件二部分構成。所述的控制裝置硬件由電源模塊、信號調理模塊、微處理器模塊、驅動模塊等組成。所述的發(fā)動機管理軟件部件由噴射模塊、管理模塊、在線標定模塊、故障診斷及處理模塊等組成。發(fā)動機飛輪殼體上安裝有曲軸位置傳感器，組合泵總成箱體上安裝有凸輪軸位置傳感器，加速踏板上安裝有油門位置傳感器，發(fā)動機殼體上還安裝有用于檢測發(fā)動機狀態(tài)的各種溫度、壓力傳感器及信號開關。
所述的控制硬件與發(fā)動機管理軟件部件能夠實現高精度的數學運算和高實時性的任務調度，能對發(fā)動機進行全工況優(yōu)化匹配及管理，通過油門位置傳感器20、燃油溫度傳感器21、水溫傳感器22、蝸輪增壓傳感器23、機油溫度傳感器24、采集的發(fā)動機運行參數進行分析計算，能對目標噴油量和噴油定時進行精確控制，能根據環(huán)境狀態(tài)及某些運行參數的變化，如大氣壓力、大氣溫度、冷卻水溫、機油溫度等的變化對目標油量及定時進行補償控制；此外還能實現諸如啟動，包括冷啟動控制、怠速穩(wěn)定性控制、分缸平衡控制、巡航控制、瞬態(tài)加速煙度控制、噴油規(guī)律與噴油壓力控制、自控安全保護與自適應調控，以及在線匹配標定，故障診斷等功能。
電控直列組合泵總成主要包括泵體1、高速電磁閥組件14、柱塞偶件12、挺桿組件3、凸輪軸5、箱體2等，泵體直列安裝在箱體上，其中加工有供油道和回油道，泵體上部加工有供電磁閥偶件運動的閥桿腔15，下部有供柱塞偶件運動的柱塞腔13；凸輪軸5安裝于泵體1的下部，通過挺桿組件3驅動柱塞偶件12運動，凸輪形線與電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置控制要求一一對應，凸輪軸的一端裝有信號盤4以通過與之對應的凸輪軸傳感器25感知凸輪相位；挺桿組件3采用傳統(tǒng)P型泵的結構形式；柱塞偶件12的具體結構參見實用新型專利“一種高壓柱塞偶件”(專利號02276776.2)。由于柱塞頂部無斜槽，泵體高壓油路也采用了整體加強式結構設計，從而提高了剛度和承壓能力，因此能產生比傳統(tǒng)P型直列泵高的供油壓力；燃油噴射過程的控制通過高速電磁閥組件4完成，其電磁線圈與電控單元ECU29的輸出端相連，由電控單元ECU通過高速電磁閥控制高壓油路與低壓燃油裝置的通斷，實現對油量的精確控制。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，電磁閥組件的電磁線圈與電控單元ECU的輸出端相連，由電控單元ECU通過高速電磁閥控制高壓油路與低壓燃油裝置的通斷，實現對油量的精確控制；高壓油管18能承擔高供油壓力(最大泵端壓力可達130Mpa)，具備較高的彈性模量并盡量減小長度，以減少延程損失。
噴油器19采用一般機械式噴油器，或采用無回油管噴油器。由于本裝置噴射壓力較高，在實際發(fā)動機上匹配時可采用多孔小孔徑噴油器，以利于進一步提高燃油霧化質量。使用無回油管噴油器可提高針閥的動態(tài)關閉壓力，實現針閥的快速關閉。
低壓燃油裝置由油箱8、過濾網7、單向閥11、低壓輸油泵6、濾清器17、低壓供油路16、低壓回油路10等組成。燃油經低壓輸油泵6和濾清器17輸送至供油路16，回油經回油路10流入低壓輸油泵6前端。
圖2描述了本發(fā)明的電控直列組合泵結構，在柱塞油腔上方制有圓錐密封面，還制有與閥桿頭部凹面段環(huán)形油路相通的高壓油路；所述閥桿的端頭制有開關高壓油路的圓錐密封面，它與泵體上的圓錐密封面配合形成密封面；所述閥桿移動產生的間隙使高壓油路與低壓供油系統(tǒng)相通；該閥桿受控于ECU電子控制單元工作，并與圓形電磁鐵、彈簧和圓環(huán)形銜鐵組成的電磁閥組件相連。具體結構的描述在另一專利有詳細敘述。
圖3描述了本發(fā)明的凸輪形線，凸輪是由凸輪推程段ac、回程段cb圍成的凸輪輪廓形線投影呈與桃形大致相同的形狀，所述的凸輪輪線的最高點a至回程段b之間設有一段向內凹的形線。具體結構的描述在另一專利有詳細敘述。
圖4描述了本發(fā)明的電磁閥鐵芯，該鐵芯是一個整體型圓環(huán)狀鐵芯，在它的環(huán)形槽中部還制有與鐵芯連成一體的中心極柱，所述的電磁線圈嵌入于所述環(huán)形槽與中心極柱之間。具體結構的描述在另一專利有詳細敘述。
本發(fā)明電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置工作過程如下吸油過程凸輪軸5轉動通過挺桿組件3帶動柱塞12向下運動時，低壓輸油泵6提供的燃油經濾清器17，凸輪箱2上的供油路16，泵體上的供油道，進入柱塞偶件12的柱塞腔13中，完成充油過程。
旁通過程凸輪軸5帶動柱塞12上行時，柱塞腔中燃油受壓，壓力迅速上升，高速電磁閥組件14不工作，受壓燃油通過密封口、進回油道向低壓裝置高速卸流旁通。
燃油噴射過程柱塞12繼續(xù)上行，電控單元ECU 29根據當前發(fā)動機狀態(tài)及駕駛需求，通過凸輪軸位置傳感器25和發(fā)動機飛輪端的曲軸位置傳感器26確定精確的噴油時刻，發(fā)出控制脈沖驅動高速電磁閥組件14，迅速關閉閥口切斷高、低壓油路聯(lián)通。燃油在柱塞12作用下壓力快速升高，當壓力高于噴油器19針閥開啟壓力時，則針閥打開燃油噴入汽缸。由于柱塞偶件承壓能力大，使最高供油壓力能達到近130Mpa。
卸壓過程在到達目標噴射油量后，電控單元29快速切斷電磁閥驅動電流，根據當前柱塞，瞬時速度和已知的油泵特性對噴油量進行精確計量，在回位彈簧作用下，高、低壓油路與快速接通，高壓燃油向低壓燃油裝置高速泄流，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)機械噴油泵裝置要快得多，且卸壓后高壓油管的殘余壓力總是等于低壓裝置的供油壓力，因此能夠保證噴射過程的高速切斷且不會產生由殘余壓力動態(tài)過程引起的異常噴射。
權利要求
1.一種可外掛于發(fā)動機本體上的電控直列組合泵—管—嘴型柴油噴射裝置，主要包括電控單元ECU、電磁閥組件執(zhí)行部件，電控直列組合泵總成、高壓油管和噴油器、以及可檢測發(fā)動機工作狀態(tài)的各類傳感器和低壓燃油裝置，其特征在于所述的電磁閥組件執(zhí)行部件為圓形結構，其鐵芯是一個整體型圓環(huán)狀，中部制有環(huán)形槽，內嵌電磁線圈，用絕緣非金屬封裝成一體，并裝入電控組合泵中，通過通電后產生的電磁力控制閥桿組件運動，實現對供油關斷作用；電控組合泵直列安裝在裝有凸輪的箱體上，形成整體總成。
2.根據權利要求1所述電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，其特征在于所述的電控單元ECU由電源模塊、信號調理模塊、微處理器模塊、驅動模塊等組成。
3.根據權利要求1所述電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，其特征在于電控單元ECU含有發(fā)動機管理軟件部件，該部件由噴射模塊、管理模塊、在線標定模塊、故障診斷及處理模塊等組成。
4.根據權利要求1所述電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，其特征在于所述的電控組合泵在柱塞油腔上方制有圓錐密封面，還制有與閥桿頭部凹面段環(huán)形油路相通的高壓油路；所述閥桿的端頭制有開關高壓油路的圓錐密封面，它與泵體上的圓錐密封面配合形成密封面；所述閥桿移動產生的間隙使高壓油路與低壓供油系統(tǒng)相通；該閥桿受控于ECU電子控制單元工作，并與圓形電磁鐵、彈簧和圓環(huán)形銜鐵組成的電磁閥組件相連。
5.根據權利要求1所述電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，其特征在于所述的凸輪是由凸輪推程段ac、回程段cb圍成的凸輪輪廓形線投影呈與桃形大致相同的形狀，所述的凸輪輪線的最高點a至回程段b之間設有一段向內凹的形線。
6.根據權利要求1所述電控直列組合泵-管-嘴型柴油噴射裝置，其特征在于所述的電控組合泵總成，包括直列排放并由凸輪軸驅動的電控組合泵體和安裝泵體的泵室，所述的電控組合泵帶有控制高壓油路與低壓油路通斷的圓形電磁閥組件，還包括與電磁閥組件連接在一起的閥桿組件和制有連通高低壓油路通道的泵體，所述的電控組合泵是直列排放安裝于泵室內，形成電控組合泵整體總成裝置，并由其連接螺釘緊固。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可外掛于發(fā)動機本體上的電控直列組合泵—管—嘴型柴油噴射裝置。主要包括電控單元ECU、電磁閥組件執(zhí)行部件，電控直列組合泵總成、高壓油管和噴油器、以及可檢測發(fā)動機工作狀態(tài)的各類傳感器和低壓燃油裝置。所述的電磁閥組件執(zhí)行部件為圓形結構，其鐵芯是一個整體型圓環(huán)狀，中部制有環(huán)形槽，內嵌電磁線圈，用絕緣非金屬封裝成一體，并裝入電控組合泵中，通過通電后產生的電磁力控制閥桿組件運動，實現對供油關斷作用；電控組合泵直列安裝在裝有凸輪的箱體上，形成整體總成。本發(fā)明不需要調速器和提前器復雜機械結構的協(xié)調運動，機械結構少，中間環(huán)節(jié)簡捷。整個噴射系統(tǒng)裝置體積小。解決了傳統(tǒng)直列泵系統(tǒng)總成結構復雜，體積大，可靠性差，噴射壓力低的問題。
文檔編號F02M51/00GK1696490SQ200410081418
公開日2005年11月16日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權日2004年12月8日
發(fā)明者朱元憲, 唐仁宏, 裘洌, 萬彬, 徐平濤 申請人:成都威特電噴有限責任公司