CN1010336B - 柴油机的燃油喷射装置 - Google Patents

Abstract

燃油泵(3)具有一个斜边控制的柱塞(7)。燃油泵(3)由用液压介质加载的轴向活塞单元(20)驱动，调节装置(60)可使柱塞(7)绕其轴线(8)转动。在液压系统中有一个控制装置(31)，它用来控制液压介质向轴向活塞单元(20)的双作用式轴向活塞(22)的流入和排出，开始喷油的脉冲信号由电脉冲发送器(40)发出，或由凸轮轴向控制装置(31)发出。控制装置(31)中的复位活塞(34)用燃料油加载，并经由管道(33)与泵室(6)相通。在喷油行程终了，控制边缘(12)打开通道(14)，压力脉冲经管道(33)作用于复位活塞(34)。

Description

本发明涉及一种柴油机的燃油喷射装置，在该装置中每个喷油嘴经由一根高压油管同一个燃油泵连接，该燃油泵具有一个至少装有一根进油管和出油管的油缸，一个泵室和一个柱塞。该柱塞同一个由液压介质加载的轴向活塞单元连接，并由后者驱动。

大量的柴油机燃油喷射装置是熟知的，大多数这类装置的柱塞是由凸轮轴驱动的。由瑞士专利说明书第539，778号得知一种燃料油喷油装置，它的柱塞是由液压介质加载的轴向活塞单元驱动的。该装置包括一个供油泵，它是向一个或多个喷油嘴供油的管道系统的一部分。供油泵与一个贮油箱和一个调节燃油管道系统供油压力的调压阀连接。从供油泵出来的油先被导入一个电磁操纵的液压阀，然后再导入一个滑阀，再经由一个伺服活塞，然后导入喷油嘴。电磁阀同一个电控器连接，后者向电磁阀发出开始和结束喷油的控制信号。同电磁阀相连的滑阀具有两个控制边缘，以控制流向伺服活塞工作面的燃油。滑阀的滑动部件一面被供油泵的压力油加载，另一面受有一个弹簧力，弹簧力小于供油泵油压所产生的力。伺服活塞直接与喷油泵的柱塞相连，柱塞将燃油由泵室供往喷油嘴。流入泵室的燃油量决定于供油泵内的压力和管道内的节流装置。

在喷油周期开始时，控制信号使电磁阀动作到一个位置，将滑阀置于供油泵的油压之下，从而使滑阀开通从燃油管到伺服活塞工作面的通道。伺服活塞运动，也将柱塞推动，开始喷油过程。当到达所希 望的喷油终止时刻，电控器向电磁阀发出第二个信号，使其转到另一位置，从而使滑阀卸除从供油泵来的油压载荷，滑阀受弹簧力而移动，开启一个通道，使伺服活塞的工作面同燃油系统中的一个无压油管连通，喷油冲程中止，柱塞和伺服活塞被燃油系统的供油压力推回。伺服活塞的回程距离取决于流入的燃油量，该油量又受进油管内节流孔的规定。在部分功率时伺服活塞在进油冲程终止时悬空，即它的位置是不固定的。在伺服活塞这个不准确的位置上，燃油喷射装置准备执行下一个新的喷油过程。

上述燃油喷射装置由于装设了滑阀而能够采用相当小的电磁阀。但也有缺点，即提供准确的喷油量发生困难。电控器和整个燃油系统必须非常准确地相互调谐，以使其在柴油机，特别是在高速柴油机上准时地向气缸供入准确量的燃油。这种调整是困难的，并具有较大的技术耗费。由于伺服活塞在一个很大的负荷范围内并不从一个固定止点开始其行程，因此使得供油量很不准确。悬浮的伺服活塞由于泄漏损耗而不能准确定位，燃油粘度的变化也导致不同的充满度。时间电控器对于这些偏差是无法掌握并加以补偿的，从而造成在多油泵和气缸的情况下出现油量不等的现象。该喷油装置还缺乏紧急运行装置，在电控器失灵时喷油过程就无法进行。根据使用的燃料种类，液压系统的特性也不同。在某些条件下，液压元件的功能不再得到保证。

本发明的任务是要避免上述缺点，创造出一种具有由压力介质驱动柱塞的燃油喷射装置，它不管是对高速还是低速柴油机以及对所有种类的燃油都能适用，其喷出的油量不随时间变化，而随容积确定，并在电气部件失灵时还有紧急运行装置。

此任务在本发明中是这样解决的：油泵柱塞至少具有一条与泵室 连通的控制边缘，并可绕其轴线转动。轴向活塞单元通过一个液压系统同一个与燃油系统无关的压力源连接。在压力源和轴向活塞单元之间的该液压系统中装设一个机械和（或）电气控制装置，它至少配置一个主滑阀。该主滑阀与控制装置内的一个复位活塞相连，该活塞用一根连接管道与泵室相连，并由燃油加载。在与泵室连接的燃油管道上至少还装有另外一个控制装置，它与泵室相连。该控制装置通过连接管道与控制装置以及复位活塞协同动作。

本发明将具有控制边缘的油泵柱塞原理同一个驱动单元结合起来，该驱动单元有一个用液压介质加载的驱动活塞。喷油泵的燃油系统与轴向活塞单元的液压介质系统是两个彼此独立的系统，通过一个控制装置相互联系。控制装置可以用机械及（或）电气的方式连接，并具有一个与泵室相连，由燃油加载的复位活塞。泵室与控制装置复位活塞的这个连接管道利用柱塞上的控制边缘通过燃油系统向液压系统施加直接影响。根据柱塞位置，亦即其上的控制边缘，在所希望的瞬间将处于高压状态的燃油加载于控制装置，并控制轴向活塞单元的液压系统。这样的布置保证柱塞在移过一段希望的距离后喷油过程便立即终止，从而送出规定的准确容积油量。

本发明的进一步发展是控制装置的主滑阀具有控制室和控制边缘，用来开启和关闭通往轴向活塞的液压管道，该主滑阀同装于一端的推杆和另一端的由燃油加载并与泵室相连的复位活塞一起发挥作用。至少推杆的一部分构成励磁线圈的磁芯，该励磁线圈同一个电脉冲发送器相连。此外推杆还是一个机械闭锁装置的一部分，该闭锁装置将推杆和主滑阀的控制边缘保持在一个控制位置上。

本发明的一个优先实施方案的特征是：液压系统中的控制装置与一根凸轮轴相连，凸轮盘作用于控制装置的推杆上。这样布置可采用 一根质量较小的凸轮轴，因其只须推动控制元件。这同凸轮轴驱动柱塞的喷油装置相反，后者需要一个较重的和较昂贵的结构。而该凸轮轴直接作用于主滑阀的推杆上，用作主滑阀的操纵机构或作为励磁线圈失灵时的应急控制装置。本发明的另一发展是轴向活塞为双作用式的。通向具有活塞整个承载面的工作室的液压管道经由控制装置引向压力源，而通向具有活塞环形面的环形室的液压管道则直接连往压力源。

可通过设置第二个控制装置，使柱塞上端面形成第一个控制边缘来使燃油喷射装置进一步改进。在柱塞圆周表面沿轴线方向有一个与轴线方向相倾斜的沟槽，其上具有第二控制边缘，该沟槽通过一条通道与泵室相通。在泵缸内至少开有一条燃油通道，当柱塞在下死点时，该通道位于第一控制边缘上方，而在柱塞上死点时，该通道位于第二控制边缘下方并与通往液压系统的控制装置的连接管道相连。

燃油喷射装置的另一个有利实施方案的特征是：该燃油管道中的第三个控制装置由一个溢流-吸入阀和一个作用于溢流-吸入阀阀杆上的控制活塞构成，其溢流-吸入阀通过一根供油管与泵室的顶部相连，控制活塞的活塞室经由一根管道与泵缸内的通道相连，并因此与第二个控制装置相连。通过这样的布置泵缸内的通道尺寸可优化选择，发挥它的控制功能。泵室的进油和排油是由位于泵室顶部的供油管来完成的，该供油管的尺寸以及溢流-吸入阀的尺寸也可以根据进油和排油过程进行优化选择。

本发明的燃油喷射装置在运行时利用一个已知的控制装置，根据柴油机的功率将柱塞调整到一个位置，使控制边缘产生所希望的喷油量。喷油过程的开始是利用励磁线圈产生的一个电脉冲或用凸轮轴通 过液压系统中的控制装置来实现的。控制装置开启流向轴向活塞单元的液压介质通道，而推动柱塞，使泵室中的燃油升压。到达某一压力时，喷油嘴的进油阀开启，燃油进入柴油机。一候柱塞移动了一段所希望的距离，泵室通过连接管道与控制装置连通，压力冲击作用于复位活塞，使主滑阀复位，这样就切断了通往轴向活塞单元的整个活塞加载面的液压介质。而活塞的环形面仍然承载，而使轴向活塞立即回程，泵室内的压力马上降低。由于喷入的燃油量是纯容积定量，所以这种燃油喷射装置具有极高的精度，因为它无需限时元件。喷油过程始点可以通过已知的和经过考验的方法准确确定，并传递给控制装置。由于燃油系统同液压介质系统分开，使得有可能采用专门的液压油或其他的液压介质，从而保证燃油喷射装置达到所希望的高寿命。柱塞面上的斜边控制同液压介质加载的驱动单元相连，而得到非常高的运行可靠性和结构独立性。这种燃油喷射装置的一个较大优点在于所有的结构元件都可彼此轴向安装，而在安装多个喷油装置时，每个都与其它无关。笨重和昂贵的驱动凸轮轴完全可以去消，这对大型和高速柴油机特别重要。采用具有一个轻型凸轮轴的凸轮轴控制装置使应急控制得到保证。

下面将结合附图用一个实例来对本发明作详细的说明：

图1是燃油泵及驱动单元、主滑阀和液压系统的剖面示意图;

图2是燃油泵及燃油系统中的另外两个控制装置剖面示意图;

图3是带有主滑阀闭锁装置和凸轮轴控制装置的液压系统控制装置的纵剖面图。

图1表示出具有喷油嘴1，油泵3，轴向活塞单元20以及控制装置31的燃油喷射装置。油泵3由一个具有泵室6的泵缸4以及装 在泵缸内的柱塞7所构成。泵缸4上装有燃油管道，包括进油管15、油道5和排油管16。这些燃油管道是燃油系统的构成部分，该燃油系统由一台供油泵以较低的压力供油。进油管15上装有一个止回阀17，它防止燃油流回进油管15，并防止油道5内出现的压力冲击传到进油管15中去。为了减轻压力冲击，在排油管16中装有一个节流孔板18。从泵室6引出一根压力油管2接到喷油嘴1。在该压力油管2中接有一个控制阀19，当泵室6内的油压达到一定数值时，它就开启流往喷油嘴的通道，而当压力降低时就将压力油管2重新关闭。

柱塞7的下端与轴向活塞单元20的轴向活塞22相连。柱塞不仅可在轴向滑动，而且还可利用调节装置60使其绕轴线8转动。调节装置60是喷油泵常用的一种斜边控制装置。轴向活塞单元20由一个缸体21、轴向活塞22、工作室25和环形室26构成。轴向活塞22是双作用式的，它具有面向工作室25的活塞面23，而在其反面则是一个面向环室26的环形面24。轴向活塞单元20是液压系统的组成部分，在该系统中可使用任何常用的液压介质。在本例中使用的是高压液压油。液压油通过液压管27、28导入轴向活塞单元20，并由压力源29供给。

在压力源29和液压管27之间装有一个控制装置31。该装置包括一个主滑阀32、一个复位活塞34、一个励磁线圈38及其磁芯39、一个机械闭锁装置41和一个凸轮轴控制装置61。装有液压油的液压系统与燃油系统是分开的，轴向活塞22的动作由主滑阀32控制，该主滑阀32在图3中有详细的描绘。它有两个具有控制边缘64、65的滑阀体62、63。滑阀体62与控制室66相配 合，而滑阀体63则与控制室67相配合。两者之间有第三控制室68。在每个滑阀体62、63的后面有相应的泄压室69、70和密封活塞71、72;泄压室69、70同一根泄油管88相连。利用一个心轴使滑阀体62、63和密封活塞71、72保持正确的间隔并且相互连接。在主滑阀32的一端装有一根与滑阀体63相连的推杆37，该推杆37的一部分构成励磁线圈38中的磁芯39。推杆37穿过励磁线圈38，并被机械闭锁装置41包围，该机械闭锁装置41与凸轮轴控制装置61相接。

在主滑阀32的另一端有一个复位活塞34，它通过一个凸头74与滑阀体62协同动作。复位活塞34的活塞室75经由连接管33与燃油系统连接。从图1和图2可以看出，该连接管33接到泵缸4上的一个通道14，该通道与泵室6相通。通道14以泵活塞7上的控制边缘10和12构成第二个控制装置。

液压系统由压力源29供油，为控制该系统中的压力而装有一个压力调节阀30。从压力源29引出一根压力油管35通到主滑阀32，另外还有一根液压管28通到轴向活塞单元20的环形室26。从主滑阀32有一根回油管通到油箱76。

在图1所示的初始状态下，燃油从进油管15经油道5和通道14流入泵室6。此时柱塞7处于最低位置，与柱塞7相连的轴向活塞22也处于下死点位置。主滑阀32由弹簧77保持在它的初始位置上，此时滑阀体62遮断压力管35与液压管27间的通道。在喷油过程开始时电脉冲发送器40将励磁线圈38激励，推杆37就将主滑阀32向复位活塞34的方向推动。这样，滑阀体62就将控制室66和控制室68连通，而另一方面滑阀体63则将控制室68和控制室67之间的通道遮断。这样，液压介质在高压状态下从压力管 35流入液压管27，并进入轴向活塞单元20的工作室25。轴向活塞22向上移动，并将柱塞7向泵室6的上端方向推动。这一轴向运动使得泵缸4中的通道14被关闭，在泵室6内建立起压力。达到一定的压力，控制阀19开启。燃油从喷油嘴1喷入柴油机的燃烧室内。泵室6内的压力通过开在柱塞7面上的沟槽13传往控制边缘12的沟槽11。一待此控制边缘到达通道14处，在燃油通道5和连接管33中就会出现一个以声速传播的压力脉冲。该压力脉冲进入控制装置31的活塞室75中并作用于复位活塞34，立即将主滑阀32向励磁线圈38的方向推动。因此液压管35和控制室66被滑阀体62关闭。具有控制边缘65的滑阀体63则开启控制室68和控制室67间的通道，从而也使液压管27同回油管36连通。在轴向活塞单元20的工作室25内，压力立即降低。环形室26内的压力使轴向活塞22停止，并开始往回运动。泵室6降压，控制阀19在某一压力值时将压力油管2关闭。一待柱塞7的顶面9所形成的控制边缘10到达通道14时，泵室6又重新充满燃油，柱塞-轴向活塞单元停留在下死点，处于等待状态，直至一个新的喷油循环开始。

图2表示的燃油喷射装置除具有第二控制装置外还有第三控制装置42。柱塞7、轴向活塞单元20和控制装置31与图1所示的前述实例相同。在泵缸4上除通道14以外，还有一根从泵室6顶部引入的供油管46。第三控制装置42包括一个带有溢流室53、控制活塞44和平衡阀54的溢流-吸入阀43。溢流室53一方面通过流通管52与燃油通道5连通，另一方面又与排油管16连接。控制活塞44下方的活塞室45通过管道47与通道14相连。控制活塞44靠在阀杆48上，而溢流-吸入阀43则被弹簧50保持在关闭位置上。在控制44下 面还装有另一弹簧49，它将控制活塞44紧压在阀杆48上。平衡阀54设计成一个止回阀，它通过一个孔55与活塞室45相通。当活塞室45内的压力低于管道16内的压力时，阀门54开启阀座56开通，燃油就流往活塞室45及管道47和33。

当柱塞7工作行程开始时，控制边缘10将通道14关闭。由于泵室6内建立起的压力，阀43被压紧在阀座51上。一候控制边缘12到达通道14，压力脉冲马上经管道33传向控制装置31的复位活塞34，经管道47传向活塞室45，从而也传到控制活塞44上。如有关图1所述，通过控制装置31，而使轴向活塞动作中止。作用于控制活塞44上的压力脉冲通过阀杆48，使溢流-吸入阀43立即开始，因此泵室6内的压力经由管道46传递到溢流室53并经油管16而卸载。泵室6内压降使控制阀19在所规定的准确时刻立即关闭，阻止燃油向喷油嘴1流动。

图3除主滑阀32以外，还示出了机械闭锁装置41和凸轮轴控制装置61。机械闭锁装置41主要由闭锁体78，掣子79和释放销钉80组成。推杆37伸入到闭锁体78内，并在该处有一个凸台81。如果推杆37在励磁线圈38的作用下向左移动，则凸台81带动闭锁体78，于是受有弹簧力的掣子79扣住凸台82。因此通入励磁线圈38的电流就可断开，线圈就不会有超载和过热的危险。在喷油过程结束点，由于复位活塞34受到喷射压力的作用，而使推杆37复位。此时推杆37反抗弹簧83的作用力向右移动，将释放销80推挤向外。该释放销80将闭锁掣子79抬起，从而将闭锁体78上的凸台82放开。此时弹簧77将闭锁体78重新推回到它的初始位置。

出于安全的考虑，在本例中除控制喷油的励磁线圈38外，还加装了一个凸轮轴控制装置61。它由具有凸轮85的凸轮盘84和装在闭锁体78上的滚轮86构成。凸轮轴由图中未示出的与曲柄机构相连接的一个传动机构所驱动。当电脉冲发送器40或励磁线圈38发生故障，或电源中断时，凸轮85通过滚轮86驱动闭锁体78，从而在喷油过程开始时将推杆37推向左方。使闭锁体78和推杆37运动仅需很小的力，因此凸轮轴及其控制装置61可以做得很轻，而无需多大动力。喷油过程结束时，推杆37的复位过程如前所述。在本例中除励磁线圈38外，还装有第二个励磁线圈87。两个线圈都从导线89接受电脉冲发生器的信号。通过电脉冲对线圈87的激励，推杆37可向左移动，从而可使喷油过程提前中断。这就能使喷油装置紧急停车，因为主滑阀的这一移动，使轴向活塞单元20的轴向活塞22的加载中止，活塞22返程运行。

Claims (8)

1、一种用于柴油机的燃油喷射装置，在该装置中每个喷油嘴经由一根高压油管同一个燃油泵连接，该燃油泵的油缸至少装有一根进油管和出油管，并有一个泵室和一个柱塞，柱塞同一个由液压介质加载的轴向活塞单元连接，并由后者驱动，其特征是，柱塞(7)至少具有一条与泵室(6)相连的控制边缘(12)并可绕其轴线(8)转动，轴向活塞单元(20)通过一个液压系统与一个与燃油系统无关的压力源(29)连接，在该液压系统的压力源(29)和轴向活塞单元(20)之间有一个机械和(或)电控的控制装置(31)，它至少配置有一个主滑阀(32)，该主滑阀(32)与控制装置(31)内的一个复位活塞(34)相连，该活塞用一根连接管道(33)与泵室(6)相连，并由燃油加载，在与泵室(6)连接的燃油管道(15，5，16)上至少还装有另外一个控制装置，它与泵室(6)相连，该控制装置通过连接管道(33)与控制装置(31)以及复位活塞(34)协同动作。

2、根据权利要求1的柴油机燃油喷射装置，其特征是，控制装置（31）的主滑阀（32）具有控制室（66，67，68）和控制边缘（64，65），以此来开启或关闭通往轴向活塞单元（20）的液压管道（27，35），该主滑阀（32）同装于它一端的推杆（37）和另一端的由燃油加载并与泵室（6）相通的复位活塞（34）协同动作。

3、根据权利要求2的柴油机燃油喷射装置，其特征是，推杆（37）至少有一部分构成励磁线圈（38）的磁芯（39），该励磁线圈同一个电脉冲发送器（40）相连。

4、根据权利要求2或3的柴油机燃油喷射装置，其特征是，推杆（37）是一个机械闭锁装置（41）的一部分，该闭锁装置（41）将推杆（37）及主滑阀（32）的具有控制边缘（64，65）的滑阀体（62，63）保持在一个控制位置。

5、根据权利要求2或3的柴油机燃油喷射装置，其特征是，液压系统中的控制装置（31）与一个凸轮轴控制装置（61）相结合，凸轮盘（84）作用于控制装置（31）的推杆（37）上。

6、根据权利要求2或3的柴油机燃油喷射装置，其特征是，轴向活塞（22）是双作用式的，通向具有全部承载活塞面（23）的活塞室（25）的液压管道（27）经由控制装置（31）与压力源（29）相连，通向具有活塞（22）的环形受载面（24）的环形室（26）的液压管道（28）则直接连到压力源（29）上。

7、根据权利要求1或2或3的柴油机燃油喷射装置，其特征是，设有第二个控制装置，使柱塞（7）上端面（9）形成第一个控制边缘（10），在柱塞（7）的圆周表面沿轴线（8）的方向上有一个倾斜于轴线（8）的扩展沟槽（11），它具有第二控制边缘（12），并通过一条通道（13）与泵室（6）相通。在泵缸（4）内至少开有一条与燃油管道（5，16）相通的燃油通道（14），当柱塞（7）在下死点时，该通道（14）位于第一控制边缘（10）之上，而当柱塞（7）在下死点时，该通道（14）位于第二控制边缘（12）之下，通道（14）与通往液压系统的控制装置（31）的连接管道（33）相通。

8、根据权利要求7的柴油机燃油喷射装置，其特征是，燃油管（15，5，16）中的第三控制装置（42）由一个溢流-吸入阀（43）和一个作用于溢流-吸入阀（43）的阀杆（48）上的控制活塞（44）构成，溢流-吸入阀（43）通过一根供油管（46）与泵室（6）的顶部相连，控制活塞（44）的活塞室（45）经由一根管道（47）与泵缸（4）内的通道（14）相连，并藉此与第二个控制装置相连。

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