CN101251066B - 一种电子燃油喷射装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子燃油喷射装置，包括油外壳，油外壳上开有进油口、回油口，油外壳内设有燃油室、相互呈滑动配合的柱塞与套筒、用于驱动柱塞的电磁动力装置，柱塞的下端与套筒构成一压力室，压力室的下方依次设有出油阀、喷嘴，套筒侧壁开有吸溢孔和进油阀孔，吸溢孔位于压力室的上端，而进油阀孔则位于压力室的下端，并且进油阀孔上装有进油阀。本发明优点：结构简单，部件少，成本低，并且大大减少了燃油蒸汽的产生，能有效排出燃油蒸汽，尽快恢复喷射装置正常工作，极大地提高了高温下的热启动性能。另外，喷嘴的喷射量和阀体、阀座之间实际开启的流通面积不直接关联，而是和所有喷孔面积之和有关联，较无喷嘴帽限制条件下极大地提高了喷嘴的喷射稳定性。

Description

一种电子燃油喷射装置
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及电子供油装置，尤其涉及一种应用在内燃机的电子燃油喷射装置。
背景技术
将电磁泵和喷嘴做成一体，形成独立的燃油喷射装置的方案被越来越多地应用于小型发动机领域，例如摩托车领域。但是当发动机处于热车，尤其是热车启动状态，进气压力波动大时，燃油蒸汽对于燃油喷射装置的正常工作影响很大，因此如何设计此类燃油喷射装置以有利于热车启动是一个难题。另外，在现有技术中，多孔式喷嘴广泛应用于活塞式发动机的供油系统，其最大缺点是：制造成本高，喷射稳定性差。
中国专利申请CN1786459提供的一种新型的燃油喷射器。上述的燃油喷射装置包括柱塞泵装置、驱动柱塞泵的动力装置和喷出装置，燃油腔与压力腔之间设燃油吸溢通道。但是由于其燃油室在有蒸汽的情况下，只能通过吸溢通道把新鲜的燃油带入压力室，所以在发动机长时间大负荷运转，尤其在冷却条件欠佳的爬坡状态运行，然后热车搁置便无法启动，即其高温时的热启动和稳定性极差。另外，由于其喷嘴的喷射量和阀体、阀座之间实际开启的流通面积直接关联，所以其喷射的随机性和稳定性极差。
显然，需要发明一种能够有利于排出气体，尽快恢复喷射装置正常工作，喷嘴喷射稳定，喷嘴安装方式灵活的电子燃油喷射装置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，其目的在于提供一种结构简单，同时装有吸溢孔和进油阀的电子燃油喷射装置。通过吸溢孔和进油阀的配合，有利于排出气体，尽快恢复喷射装置正常工作，另外其喷嘴装有开有多个限流喷孔的喷嘴帽，喷射稳定，喷嘴安装方式灵活的电子燃油喷射装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
这种电子燃油喷射装置，包括油外壳，油外壳上开有进油口、回油口，油外壳内设有燃油室、相互呈滑动配合的柱塞与套筒、用于驱动柱塞的电磁动力装置，柱塞的下端与套筒构成一压力室，压力室的下方依次设有出油阀、喷嘴，套筒侧壁开有吸溢孔和进油阀孔，吸溢孔位于压力室的上端，而进油阀孔则位于压力室的下端，并且进油阀孔上装有进油阀。
柱塞的正常工作行程范围是指，在压力室中燃油所含蒸汽量较少的情况下，电子燃油喷射装置为满足特定应用的要求，例如一台特定发动机的燃油供应，柱塞压送燃油所需要达到的最大行程。
吸溢孔用于吸入燃油和排出蒸汽。在柱塞运动的初期，压力室中的压力仍未建立完全，上循环产生或者存有的燃油蒸汽会从吸溢孔挤出压力室；此后，当柱塞回位时，压力室内所存介质膨胀，温度下降，真空度提高，从而有利于燃油室的新燃油从吸溢孔进入压力室。所以只要合理地设计柱塞运动初期时吸溢孔和压力室之间的连通缝隙，便可以提高高温状态下的热启动性能。
进油阀同样起到吸入燃油和排出蒸汽的作用，尤其是在高温状况下。进油阀孔穿过套筒侧壁并连接燃油室和压力室。当压力室中的燃油蒸汽所占容积超过一定的比例，例如50％，柱塞的运动能够超出正常的工作行程范围，这时，在柱塞运动的初期，由于压力室中的压力不高，蒸汽密度轻且和进油阀密封能力下降，燃油蒸汽会通过进油阀流出压力室；当柱塞回位的初始时刻，新燃油便会从进油阀孔进入压力室，延长了燃油从燃油室进入压力室的时间，进一步避免蒸汽的发生，所以极大地高温状态下的热启动性能。若无进油阀，高温状态下新鲜燃油只能通过吸溢孔进入压力室，会造成热启动困难。
在吸溢孔和进油阀孔的燃油室一侧可以设置燃油过滤器，以避免杂质进入压力室。
进一步，柱塞的底端设有细长的柱塞延长部，该柱塞延长部与出油阀的出油阀芯相匹配，出油阀芯的底端设有细长的阀芯延长部，该阀芯延长部与喷嘴的喷嘴阀体相匹配。这样，柱塞的长度可以满足以下条件，柱塞的运动能够超出正常的工作行程范围时，柱塞通过机械接触方式开启喷嘴阀，使得燃油室中的燃油通过喷嘴阀直接喷入发动机，这样一来，极大地提高了高温极限状态下的热启动性能。
在上述各种方案中，可以包括一个由燃油压力控制开闭的喷嘴，喷嘴内设有喷嘴阀，当喷嘴内燃油压力超过特定值时，喷嘴阀开启，燃油喷出。喷嘴内腔连接压力室和喷嘴阀，其形状可以根据发动机进气道的形状任意调整。喷嘴阀包括一个喷嘴阀体，一个喷嘴阀座，一个喷嘴阀弹簧，一个喷嘴阀弹簧座，其中喷嘴阀体和喷嘴阀弹簧座可以采用卡装、套装以及焊接等安装方式。
在上述喷嘴阀方案中，可在喷嘴阀喷出端设置一个喷射方向可调整的喷嘴帽，用于保证燃油的限量喷射，其上可以设一个或多个喷孔，所有喷孔流通面积之和小于喷嘴在无限流孔状态下的最大流通面积，即所有喷孔面积之和应小于喷嘴阀体和喷嘴阀座能够开启的最大流通面积，并且使得座面免受燃烧火焰侵害。这样一来，喷嘴的喷射量和阀体、阀座之间实际开启的流通面积不直接关联，而是和所有喷孔面积之和直接关联，较无喷嘴帽限制条件下会极大地提高了喷嘴的喷射稳定性。这也正是中国专利申请CN1786459提供燃油喷射器的喷射稳定性能较差的主要原因。
本发明有益效果：本发明结构简单，部件少，成本低。通过吸溢孔和进油阀孔的配合，大大减少了燃油蒸汽的产生，能有效排出燃油蒸汽，能迅速将新鲜的燃油带入压力室，尽快恢复喷射装置正常工作，极大地提高了高温极限状态下的热启动性能。另外，喷嘴的喷射量和阀体、阀座之间实际开启的流通面积不直接关联，而是和所有喷孔面积之和直接关联，较无喷嘴帽限制条件下极大地提高了喷嘴的喷射稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1的喷嘴阀结构示意图。
图3为图2中喷嘴阀弹簧座的A向视图。
图4为本发明实施例2的喷嘴阀结构示意图。
图5为图4中喷嘴阀弹簧座的A向视图。
图6为本发明实施例3的喷嘴阀结构示意图。
图7为本发明的一个实施例应用于发动机供油系统的构成图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述：
实施例1：如图1所示，本发明的电子燃油喷射装置包括：一个油外壳10，一个线圈11，一个近似圆柱体的电枢12，一个近似圆柱体的柱塞13，一个喷嘴14，一个进油口15，一个回油口16，一个近似圆孔的套筒17。
柱塞13与套筒17的内孔17a精密配合并可在其中自由运动，柱塞13下端与套筒17内壁形成的空间为压力室30，油外壳10、线圈11、套筒17外壁之间形成燃油室31。
套筒17的侧壁设有吸溢孔17b和进油阀孔17c，其下端设有由出油阀芯19、出油阀座20和出油阀弹簧21构成的出油阀35。吸溢孔17b位于压力室30的上端，而进油阀孔17c刚位于压力室30的下端。
柱塞13下端在压力室30内部设有一个柱塞延长部13b，上端设有柱塞弹簧座13a，回位弹簧18作用于柱塞弹簧座13a和套筒17之间。
电枢12侧壁设有燃油通道12a，确保燃油顺利进出燃油通道，电枢12的上端是油外壳10，油外壳10内设有回油口16。在电枢室32与燃油室31之间设有一个内部回油孔16a，使得燃油能够顺利从燃油室31进入电枢室32。
线圈11周围布置有导磁体11a和隔磁体11b，连同电枢12一起构成一个电磁动力装置36，共同浸于燃油室31中。电枢12近似圆柱体，置于线圈11形成的近似圆孔的电枢室32中。
喷嘴14由喷嘴外壳28、喷嘴阀体22、喷嘴阀座23、喷嘴阀弹簧24和喷嘴阀弹簧座25构成。喷嘴阀弹簧24作用于喷嘴阀座23和喷嘴阀弹簧座25之间，并且喷嘴阀体22与喷嘴阀座23之间座面密封。
喷嘴内腔33的形状可以随着发动机的需求任意改变，所以柱塞13的轴线和喷嘴阀体的轴线可以承任意角度。
喷嘴帽27置于喷嘴14喷出端，外形近似U型，其上开有喷孔27a。喷孔27a的数量和面积可以根据发动机所需的燃油喷射量要求设计，喷嘴帽的设计思想，原则上应保证所有喷孔27a面积之和小于喷嘴阀体22和喷嘴阀座23在无喷嘴帽27限制时能够开启的最大流通面积。这样便可以使得燃油喷射量被所有喷孔27a流通面积之和所限制，保证了燃油喷射量的某种线性关系；否则，燃油喷射量会随着喷嘴阀体22和喷嘴阀座23实际开启的流通面积改变而波动，造成燃油喷射量难以控制或者失去某种线性关系。所以极大地提高了喷嘴实际喷射情况下的稳定性，不会随着喷嘴阀体22和喷嘴阀座23的实际开启面积变化而变化。
以下为本发明提供的电子燃油喷射装置的工作过程：
电枢12在其初始位置，下端位于隔磁体11b附近，上端被限位体所阻挡；柱塞13在其初始位置，吸溢孔17b与燃油室31连通。
燃油从外部油路通过进油口15进入燃油室31，一部分通过内部回油孔16a进入电枢室32，通过电枢燃油通道12a，然后经回油口16回到外部油路，另一部分燃油通过吸溢孔17b进入压力室30。
当一个PWM脉冲电压施加于线圈11两端时，电枢12在电磁场力的作用下前行，并推动柱塞13向下运动，位于压力室30中的部分燃油和燃油蒸汽通过吸溢孔17b回流到燃油室31之中，当柱塞13完全封堵吸溢孔17b后，柱塞13进入有效的燃油压送行程。
此时，如果压力室30内的燃油蒸汽量较少，燃油的压缩性较低，柱塞13的前行运动能够有效地压送燃油，燃油压力升高后，推开出油阀芯19进入喷嘴内腔33，当燃油压力进一步升高时，可以克服喷嘴阀弹簧24的关闭力，使得喷嘴阀体22被推开，燃油从喷嘴阀体22和喷嘴阀座23之间的缝隙中喷出，这样的喷射为正常喷射，燃油的喷射量基本取决于柱塞13的有效行程。在柱塞13到达其产生最大供油量的行程之前，进油阀29处于关闭状态，即进油阀芯29a和进油阀座29c在受压缩燃油压力的作用下完好密封，因此进油阀孔17c对于正常喷射不产生任何影响。根据加在线圈11脉冲电压的宽度，当电磁力下降后，喷嘴阀体22重新落座于喷嘴阀座23，本循环喷射结束。之后，回位弹簧18推动柱塞13和电枢12回到初始位置，当柱塞13前端平面再次遇见吸溢孔17b时，来自燃油室31的新鲜燃油进入压力室30，准备下循环供油。
如果压力室30内的燃油蒸汽量占据了一定的容积，例如50％的容积，在相同电压脉冲宽度的情况下，柱塞13会运动更长的距离，这样，被压缩的燃油蒸汽可能从进油阀29冲出压力室30，并且部分液体燃油有可能从进油阀29进入压力室30。尽管本次柱塞行程没有能够实现燃油喷射，但由于燃油蒸汽被排出，当柱塞13回位后，在压力室30中产生一定的真空度，并且压力室30内的温度会有所下降，当柱塞13回到初始位置时，液体燃油能够从燃油室31进入压力室30。否则，如果没有进油阀29，若燃油蒸汽的泄漏量忽略不计，压力室30内的空间仍被燃油蒸汽所占据，新鲜燃油无法便进入压力室30。
燃油从燃油室31通过进油阀29和进油阀孔17c进入压力室30，这在柱塞13每次回位的开始阶段就发生了，从而延长了燃油从燃油室31进入压力室30的时间，进一步避免蒸汽的发生；
当压力室30内的燃油蒸汽量占据了相当大的容积时，例如80％的容积，柱塞13的长行程运动同样会导致蒸汽从进油阀29排出，并且柱塞延长部13b会通过机械接触强行推开出油阀芯19，接下来出油阀芯延长部19a会通过机械接触喷嘴阀体22，强行推开喷嘴阀体22，此时，压力室30中的燃油从出油阀芯19与出油阀座20的缝隙之间到达喷嘴内腔33，再从喷嘴阀体22与喷嘴阀座23之间的缝隙中流出。这样，在极端高温和大量燃油蒸汽产生的情况下，只要给线圈11加一个高频脉冲电压，本发明提供的电子燃油喷射装置的作用便类似一个电磁阀。尤其是在发动机进气管真空度的作用下，燃油会直接吸入发动机。
如图2、图3所示喷嘴阀中，本发明的喷嘴阀结构包括：一个喷嘴阀体22，一个喷嘴阀座23，一个喷嘴阀弹簧座25，一个喷嘴阀弹簧24。喷嘴阀体22尾部有一粗凸台22c和一细杆22d；喷嘴阀弹簧座25近似一个扁圆柱体，并在外侧面开一凹槽25a直至其中心；细杆22d轮廓小于凹槽25a轮廓，凹槽25a轮廓小于凸台22c轮廓，因此喷嘴阀弹簧座25能顺利卡入喷嘴阀体22内，并在喷嘴阀弹簧24的压力作用下靠紧喷嘴阀体22。
如图7所示，本发明之电子燃油喷射装置在发动机上的一个实际应用举例。
燃油由油箱3经过滤网5和过滤装置6进入汽液分离器7之中，然后经进油口29进入本发明之电子燃油喷射装置1，其中一部分燃油喷入发动机2的进气道8，其余部分从回油口31回到汽液分离器7之中，汽液分离器7之中的燃油蒸汽通过排气管4回到油箱。
在热车启动时，如果本发明之电子燃油喷射装置1中的压力室30存在燃油蒸汽而无法正常供油，那么在驱动前，首先由适当占宽比的PWM脉冲电压驱动，例如按照低于怠速供油量的占宽比，压力室30会被此过程冷却，蒸汽离开压力室后再按正常程序启动发动机。
实施例2：如图4、图5所示喷嘴阀中，与实施例1结构不同之处为：喷嘴阀体22的尾部有一个近似长方体的凸台22c和一细杆22d；喷嘴阀弹簧座25中心有一形状与凸台22c相似的长方形中孔25b；凸台22c可以顺利穿过长方形中孔25b，经旋转一个角度后，并在喷嘴阀弹簧24的压力作用下靠紧喷嘴阀体22。
实施例3：如图6所示喷嘴阀中，与实施例1结构不同之处为：喷嘴阀体22尾部有细杆22d，喷嘴阀弹簧座25中心有一形状与细杆相似的中心孔25c，细杆22d穿入中心孔25c中，两者端面近似平齐，并在两者接缝处进行焊接处理。

Claims (6)

1.一种电子燃油喷射装置，包括油外壳(10)，油外壳(10)上开有进油口(15)和回油口(16)，油外壳(10)内设有燃油室(31)、相互呈滑动配合的柱塞(13)与套筒(17)和用于驱动柱塞(13)的电磁动力装置(36)，柱塞(13)的下端与套筒(17)构成一压力室(30)，压力室(30)的下方依次设有出油阀(35)和喷嘴(14)，所述套筒(17)侧壁开有吸溢孔(17b)和进油阀孔(17c)，所述吸溢孔(17b)位于压力室(30)的上端，而进油阀孔(17c)则位于压力室(30)的下端，并且进油阀孔(17c)上装有进油阀(29)，其特征是：
所述柱塞(13)的底端设有细长的柱塞延长部(13b)，该柱塞延长部(13b)与出油阀(35)的出油阀芯(19)相匹配，出油阀芯(19)的底端设有细长的阀芯延长部(19a)，该阀芯延长部(19a)与喷嘴(14)的喷嘴阀体(22)相匹配。
2.根据权利要求1所述的电子燃油喷射装置，其特征是：所述喷嘴(14)的喷出端上设有喷嘴帽(27)，该喷嘴帽(27)上开有至少一个限流喷孔(27a)，所有限流喷孔(27a)流通面积之和小于喷嘴(14)在无限流孔状态下的最大流通面积。
3.根据权利要求1所述的电子燃油喷射装置，其特征是：所述喷嘴(14)内设有喷嘴阀，该喷嘴阀包括喷嘴阀体(22)、喷嘴阀座(23)、喷嘴阀弹簧(24)和喷嘴阀弹簧座(25)，喷嘴阀弹簧(24)作用于喷嘴阀座(23)和喷嘴阀弹簧座(25)之间，并且喷嘴阀体(22)与喷嘴阀座(23)之间座面密封。
4.根据权利要求3所述的电子燃油喷射装置，其特征是：所述喷嘴阀弹簧座(25)与喷嘴阀体(22)通过焊接方式连接在一起。
5.根据权利要求3所述的电子燃油喷射装置，其特征是：所述喷嘴阀弹簧座(25)为一个盘形体，开有一个中孔和一个从中孔出发沿半径方向破开的凹槽(25a)，所述喷嘴阀体(22)的顶端卡接在该凹槽(25a)内。
6.根据权利要求1所述的电子燃油喷射装置，其特征是：所述电磁动力装置(36)包括线圈(11)和电枢(12)，线圈(11)周围布置有导磁体(11a)和隔磁体(11b)，电枢(12)的侧壁设有燃油通道(12a)。
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