CN101368533A - 一种两级加压燃油供应装置 - Google Patents

Abstract

一种两级加压燃油供应装置，属于发动机电子燃油喷射技术领域，包括一个第一级加压泵(2)，一个蓄压器(5)，一个第二级加压泵(1)，其特征为，第二级加压泵(2)包括一个无回油电磁泵(1a)和一个喷射器(1b)，第一级加压泵(2)将来自燃料箱(4)的燃油加压并送入蓄压器(5)实现第一级加压，第二级加压泵(1)将来自蓄压器(5)的燃油进一步加压并喷射出去。本发明燃油供应装置具有两级燃油加压功能，可以在提高寿命、降低成本的前提下满足汽油机缸内直喷技术的需要。

Description

一种两级加压燃油供应装置

技术领域

本发明属于发动机技术领域，特别涉及发动机电子燃油喷射装置。

背景技术

将汽油直接喷入发动机气缸的燃烧方式称为汽油机直喷技术(GDI)。由于GDI发动机具有良好的经济性，是未来发动机的重要发展方向。实现汽油直喷技术的关键在于燃油供应系统，寿命长、成本低是汽油机直喷燃油供应系统所追求的目标。

汽油机直喷燃油供应系统要求3MPa以上的喷射压力。普通多点式进气道喷射系统(MPI)的泵端最大压力不超过1MPa，稳压后的油轨压力通常不超过0.5MPa。因此用于MPI的燃油系统距离GDI的要求还有较大距离。一种螺线管电磁装置驱动的脉冲式燃油喷射装置(见美国专利：US54698828)，一定条件下可以获得50bar以上的喷射压力，但此装置需要一个回油油路用于冷却本体以避免燃油蒸汽影响正常工作。由于这类装置所带有的低压回油系统的燃油压力与环境气压相当，在发动机工作条件下或者热启动条件下，这个燃油压力大大低于饱和蒸汽压，因此燃油系统中会存在大量汽泡以影响燃油的喷射精度和正常工作。这个低压回油系统还会将大量的燃油蒸汽带入油箱，从而带来安全隐患和环境污染问题。另外，这类装置的能量密度较低，因此需要较高的驱动电压，从而带来一些应用问题。

已有的各种往复式电磁喷射装置都具有回油系统以带走体内的热量。美国专利US6964263B2提出的一种双线圈电磁驱动喷射装置，日本专利(公开号P2004-316503A)提出的燃料箱直接供应的脉冲式电磁驱动喷射装置，德国专利DE19515781.8提出的基于固体储能原理的往复式电磁喷射装置，其共同特点都是带有一个用于带走热量的低压回油系统。

WO2005/040600(公开日为2005.05.06)提出一种燃油供应装置，由蒸汽分离器、高压油泵、无回油压力调节器构成，其目的是为消除蒸汽分离器中的温度上升和省略调压器与蒸汽分离器之间的连接管路，这仅仅是一个一级式加压装置，用于取代汽油机常用的基于转子油泵的共轨系统以降低成本。

发明内容

为克服现有技术中喷射压力和系统功率不足的缺陷，本发明之目的在于结合汽油MPI共轨系统和往复式电磁燃油喷射装置的优点，提出一种两级加压泵的燃油供应装置，在消除饱和蒸汽影响的前提下，提高系统的功率和喷射压力，以满足汽油直喷系统对于寿命和喷射压力等方面的要求。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种两级加压燃油供应装置，包括一个第一级加压泵，一个蓄压器，一个第二级加压泵，其特征为，第二级加压泵包括一个无回油电磁泵和一个喷射器，第一级加压泵将来自燃料箱的燃油加压并送入蓄压器实现第一级加压，第二级加压泵将来自蓄压器的燃油进一步加压并喷射出去。

所述第一级加压泵作用是为燃油加压提供基本能量输入，燃油经第一级加压泵加压后进入蓄压器，可在第一级加压泵和蓄压器之间设置止回阀以阻止燃油倒流，从而保持蓄压器中的燃油压力。蓄压器中的燃油压力原则上高于工作环境下燃油的饱和蒸汽压，但要低于喷射器的开启压力。

所述第二级加压泵的作用是通过脉冲能量输入，将燃油的压力瞬时提高。第二级加压泵是一个无回油的脉冲式电磁装置，要求其输入的燃油压力高于工作环境的饱和蒸汽压。

一种进一步的改进方案是，所述蓄压器包括一个溢流阀，当燃油压力大于所定值时，溢流阀开启让燃油回到油箱。溢流阀与止回阀的联合作用使得蓄压器中的压力波动保持在一个较小的变化范围内。

为第一级加压泵提供能量的可以是一台直流电动机，泵体是一个旋转式输液泵。

为第一级加压泵提供能量的还可以是一个往复式电磁驱动装置，泵体是一个往复式活塞泵。

当第一级加压泵为一个往复式活塞泵时，与之工作相配合的是一个压力感应装置，此装置的功能是提供蓄压器内当前燃油压力的信号，可以是一个压力传感器或者压力驱动装置。

第一级加压泵可以置于油箱之内或者油箱出口处以避免燃油蒸汽的干扰，也可以置于油箱之外。当第一级加压装置置于油箱之外时，需要在其燃油入口处设置一个蒸汽分离装置。

如上述两级加压燃油供应装置，无回油电磁泵包括一个可形成推力的螺线管电磁装置和一个活塞泵，活塞泵包括一个活塞和一个高压腔，燃油从蓄压器进入高压腔，螺线管电磁装置推动活塞挤压高压腔中的燃油。

一种适用于上述两级加压燃油供应装置的喷射器，其包括一个喷嘴阀芯、一个喷嘴阀座和一个喷嘴簧，喷嘴阀芯通过喷嘴簧所提供的弹性预紧力与喷嘴阀座贴靠使得喷射器处于关闭状态，当作用于喷嘴阀芯的燃油压力大于喷嘴簧提供的弹性预紧力时，喷嘴阀芯离开喷嘴阀座，喷射器处于开启状态。

在所述喷射器出口一端设置一个能够改变喷雾锥角和喷射方向的帽型体，从而利于调整混合气的形成结构。

在第二级加压泵装置中，一种活塞泵结构的特征是，其高压腔的侧壁设有通向蓄压器的侧通路，活塞处于初始位置时，高压腔与侧通路联通，当活塞前行一定距离后，活塞将侧通路与高压腔切断，高压腔中的燃油受到活塞挤压而被加压。通过此侧通路，燃油在活塞回位过程和之后进入高压腔。

上述活塞包括一个限位凸台以确定活塞运动之初始位置。

在第二级加压泵装置中，另一种活塞泵结构的特征是，活塞伸向高压腔一端设有一个环形锥面形成活塞阀座，沿活塞轴向设有一个轴向通路，其一端通过活塞阀座与高压腔连接，另一端与蓄压器连通，当一个活塞阀芯与活塞阀座接触后，高压腔与蓄压器的连接轴向通路被切断，高压腔中的燃油因此受到挤压而被加压。

上述活塞阀芯可以是一个球形体，材料可以选择金属或者陶瓷，也可以是其它任何可与活塞阀座形成密封关系的形体，例如锥体。

上述高压腔可以包括一个阻挡体，在活塞的初始位置，活塞阀芯受到阻挡体的限位而与活塞阀座保持一定距离，此距离的作用包括，消除活塞初始位置时高压腔内外的燃油压差，调整活塞开始压缩燃油时的初始速度以改变小流量的喷射特性，排出可能存在于高压腔的蒸汽或者空气，一个流通槽穿过阻挡体以避免阻挡体阻断燃油的流通。

在上述所有第二级加压泵中，活塞泵和喷射器之间可以设有一个排出阀以阻止燃油反向流回活塞泵

所述排出阀包括一个排出阀芯和排出簧，其一种方案是排出簧作用于排出阀芯和喷嘴阀芯之间，以有利于调节喷射器的开启压力。

在上述所有第二级加压泵中，活塞泵包括一个吸入阀允许燃油进入高压腔并阻止燃油流出高压腔，吸入阀为一个普通的单向阀。

上述第二级加压泵可以包括一个高压管用于连接无回油电磁泵泵和喷射器，其目的是为了让无回油电磁泵远离炙热的发动机燃烧室，也是为了便于安装。

所述可形成推力的螺线管电磁装置可以包括正向螺线管电磁装置和反向螺线管电磁装，正向螺线管电磁装置推动活塞挤压燃油并实现喷射，反向螺线管电磁装置帮助活塞加速回位，从而提高无回油电磁泵的工作频率。

所述二级燃油泵包括一个进油道，其中可设有燃油过滤器。

本发明相比现有技术的燃油供应装置，通过两次加压，可以在提高寿命、降低成本的前提下满足汽油机缸内直喷技术。

附图说明

通过以下附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

图1为本发明提供的两级加压燃油供应装置第一实施例的构成图；

图2为本发明提供的两级加压燃油供应装置第二实施例的构成图；

图3为本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第一实施例的剖视图；

图4为本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第一实施例的活塞局部放大图；

图5为本发明提供的两级加压燃油供应装置之喷射器第一种实施例的剖视图；

图6为本发明提供的两级加压燃油供应装置之喷射器第二种实施例的剖视图；

图7为本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第二实施例的剖视图；

图8为本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第三实施例的剖视图；

图9为本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第四实施例的剖视图；

图10为本发明提供的两级加压燃油供应装置的一个工业应用实施示意图。

具体实施方式

图1显示了本发明两级加压燃油供应装置第一实施例的构成图。

两级加压燃油供应装置，包括一个第一级加压泵2，一个蓄压器5，一个第二级加压泵1，第二级加压泵1包括一个无回油电磁泵1a和一个喷射器1b，第一级加压泵2将来自燃料箱4的燃油加压并送入蓄压器5实现第一级加压，第二级加压泵1将来自蓄压器5的燃油进一步加压并喷射出去。

加压泵2是一个由直流电机驱动的旋转泵，位于油箱4之内。

蓄压器5可以是一由金属薄板冷加工成型，也可以由金属或者塑料压铸成型。

蓄压器5包括蓄压容积5c和一个溢流阀6。溢流阀6是一个发动机进气道燃油喷射系统常用的压力调节器，其中包括一个膜片6d，一个弹簧6c，一个与膜片6d连成一体的平面阀芯6b，一个包含密封平面的阀座6a，一个回油件6e，一个入油件6f，一个低压容积6h，入油件6f与蓄压容积5c始终保持联通，当燃油压力超过由弹簧6c所预设的值时，平面阀芯6b抬起，燃油流入低压容积6h并通过回油件6e回到油箱4中。

第二级加压泵1包括一个无回油电磁泵1a和一个喷射器1b。无回油电磁泵1a是一个往复运动式螺线管电磁驱动装置，从蓄压容积5c中通过初级高压管路5b获得具有一定压力的燃油，燃油经过该装置被加压，当压力上升到预定值时，喷射器1b被开启，燃油随之喷射出。无回油电磁泵1a的工作是由一个电子控制单元7所驱动的，电子控制单元7能够产生PWM电压信号，通过信号线7a提供给无回油电磁泵1a，燃油的喷射量与电子控制单元7发出信号的占宽比成一定关系。

所述两级加压燃油供应装置的一个完整工作过程是：油箱4中的燃油通过第一级加压泵2被加压，并进入蓄压器5之蓄压容积5c中，当蓄压容积5c中的压力超过预设值，例如0.2MPa时，溢流阀6开启，部分燃油通过回油件6e回到油箱4，从而使得蓄压容积5c中的燃油压力始终保持在预定值附近，蓄压器5中的燃油通过初级高压油路5b进入第二级加压泵1中，燃油在无回油电磁泵1a的作用下被再次加压，当燃油压力超过预定值，例如3MPa时，喷射器1b开启，燃油喷入发动机气缸。

在上述过程中，蓄压器5中的燃油压力预设值是根据第一级加压泵2的功率和寿命来确定的，其最小值不能低于普通发动机工作时可能出现的燃油饱和蒸汽压。

所述两级加压燃油供应装置不仅适用于汽油机直喷系统，也适用于进气道喷射系统，此时，燃油通过喷射器1b喷入发动机进气道。

图2显示了本发明两级加压燃油供应装置第二实施例的构成图。

两级加压燃油供应装置，包括第一级加压泵2，蓄压器5，第二级加压泵1，第二级加压泵1包括一个无回油电磁泵1a和一个喷射器1b，第一级加压泵2将来自燃料箱4的燃油加压并送入蓄压器5实现第一级加压，第二级加压泵1将来自蓄压器5的燃油进一步加压并喷射出去。

第一级加压泵2是一个往复式电磁驱动的活塞泵，包括衔铁43，外磁路44，左隔磁件45a和右隔磁件45b，左线圈42a和右线圈42b分别用于驱动衔铁43的左向运动和右向运动，左回位弹簧39a和右回位弹簧39b分别用于右向和左向回位，燃油通过左吸入阀38a和右吸入阀38b分别进入左压缩室41a和右压缩室41b，再经左止回阀40a和右止回阀40b进入蓄压器5，左止回阀40a和右止回阀40b位于第一级加压泵2和蓄压器5之间以阻止燃油倒流。

外磁路44和衔铁43均由软磁材料制成，例如纯铁；左隔磁件45a和右隔磁件45b由导磁性能差或者不导磁的材料制成，例如部分有色金属或者不锈钢。

在油箱4和第一级加压泵2之间设有一个蒸汽分离器36，在燃油箱4内通向蒸汽分离器的管路33的入口设有一个燃油滤清器32，蒸汽通过排气管34回到油箱4。

所述蓄压器5包括一个压力感应装置47，压力感应装置47可以是常用的压力传感器，如压阻式或者霍尔位移感应式的传感器。

第一级加压泵2还包括一个控制器50，控制器50根据压力感应装置47提供的压力信号，发出信号PWM1和PWM2驱动衔铁43左右运动以加压燃油。

左止回阀40a和右止回阀40b可以是普通的单向球阀，也可以是其它形式的平面密封阀。

无回油电磁泵1a是一个往复运动式螺线管电磁驱动装置，从蓄压器5中获得具有一定压力的燃油，燃油经过该装置被加压，当压力上升到预定值，例如3MPa时，喷射器1b被开启，燃油随之喷射出。无回油电磁泵1a的工作是由一个电子控制单元7所驱动的，电子控制单元7能够产生PWM电压信号驱动无回油电磁泵1a。

所述两级加压燃油供应装置的一个完整工作过程是：油箱4中的燃油从燃油过滤器32通过低压油路33进入蒸汽分离器36，蒸汽部分通过排气管34回到燃油箱4，蒸汽分离器36中的燃油通过左进油管35a和右进油管35b分别从左吸入阀38a和右吸入阀38b进入左压缩室41a和右压缩室41b，控制器50根据压力感应器47提供的压力信号发出信号PWM1和PWM2分别给左线圈42a和右线圈42b用于驱动衔铁43的右向和左向运动，衔铁43的左右向运动将左压缩室41a和右压缩室41b中燃油压缩并通过左止回阀40a和右止回阀40b送入蓄压器5，控制器50根据压力感应器47提供的信号确定驱动信号的长短或者频率以确保蓄压器5中的压力维持在一个较小的浮动范围内，蓄压器5中的燃油进入第二级加压泵1中，燃油在无回油电磁泵1a的作用下被再次加压，当燃油压力超过预定值，喷射器1b开启，燃油喷入发动机气缸。

在上述过程中，蓄压器5中的燃油压力预设值主要根据当时工作环境可能出现的燃油饱和蒸汽压决定的，其燃油压力预设值应高于可能出现的饱和蒸汽压。

图3显示了本发明提出的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第一实施例的剖视图。

第二级加压泵，包括无回油电磁泵1a和喷射器131。

无回油电磁泵1a包括衔铁101，活塞114，线圈103，后磁筒105a，外磁壳108，前磁板109，隔磁件106，活塞套110，回位弹簧117，排出阀座118，排出阀芯119，排出阀簧120，前磁筒105b，进油连接件102，前体129，引线端子123，端子壳122，安装锁母128。

其中，衔铁101与前磁筒105b、后磁筒105a、前磁板109、外磁壳108、隔磁件106和线圈103一起构成一个向前压缩燃油的电磁动力系统，引线端子123借助于端子壳122连接线圈103。

衔铁101包括轴向燃油通道112用于通过燃油和减小衔铁101的往复运动阻力。活塞114的一端包含一个限位凸台115将活塞114的回位限定在活塞套端面，另一端通过连接件113固定于衔铁101，活塞114内部设有轴向燃油道139和径向燃油道133形成一个丁字型联通，径向燃油道133与环形沟槽132相互联通，图4为环形沟槽132与径向燃油道133的连接处的局部外观放大图。活塞套110大致为一个圆柱筒体，活塞套110包含一个侧通路111，活塞114在其内孔中能够无阻力运动并保持较小的间隙以提高泵油效率。

排出阀座118位于前体129之中，为了便于制作和装配，其形状设计成一个开口朝后的桶形体，其内部空间形成高压腔116，回位弹簧117位于高压腔116中，其一端作用于活塞114，另一端作用于排出阀座118，排出阀座118前端外翻的锥面形成排出阀座面118a，排出阀芯119在排出阀簧120的作用下坐落于排出阀座面118a以切断回流到高压腔116的燃油。

后磁筒105a大致为一个圆形桶体，它与隔磁件106、前磁筒105b的内壁面一起形成可供衔铁运动的衔铁室104，衔铁室104在轴向由进油件102和活塞套110所界定。线圈103为漆包线绕制的螺线管。外磁壳108为一个一端开发的桶形体，可通过金属薄板冷加工成型。外磁壳108、外磁体109、后磁筒105a、前磁筒105b和衔铁101均由软磁材料制成，例如纯铁或者低碳钢；隔磁件106由导磁性能差或者不导磁的材料制成，例如部分有色金属或者不锈钢。

进油连接件102包括一个密封O型圈141，一个燃油过滤器125和一个进油道124，进油连接件102的一端与外油路相连，另一端深入到衔铁室104与衔铁101和后磁筒105a形成后衔铁室127。

可应用于本实施例的喷射器的第一种实施例的剖视图如图5所示，喷射器131包括喷嘴阀芯18，喷嘴阀座11，喷嘴弹簧14，弹簧挡片131a，入油口13，过油间隙12，支撑体16，喷嘴阀芯18包括一个密封锥体20，密封锥体20坐落在喷嘴阀座11上，在喷嘴弹簧14的作用下，其密封锥面19与喷嘴阀座11的密封座面17紧密贴合，喷射器131处于关闭状态。

可应用于本实施例的喷射器的第二种实施例的剖视图如图6所示，在喷射器的第一种实施例的基础上，增加了一个帽形体152位于喷嘴阀座151的前端，帽形体151包括壳体22和喷孔21，壳体22可以由机械加工的方式获得，也可以通过冷加工的方式得到，材料可以是耐热不锈钢等，在喷嘴阀座151的前端和帽形体152之间留有一个缓冲容积23为燃油流通和喷嘴阀芯大端24的活动提供空间。

本实施例之排出阀簧120一端作用于排出阀芯119，另一端作用于弹簧挡片131a之上，此种布置的目的是可以通过调节喷射器131与排出阀芯119之间的距离来调整喷射器131的开启压力。

本实施例之前体129用于连接喷射器131和无回油电磁泵108，喷射器131可以通过焊接、冷铆等方式固定于前体129，无回油电磁泵108之活塞套筒110以及排出阀座118可以通过冷压装或者焊接的方式与前体相连接，并由此形成喷嘴腔121。

所述第二级加压泵的一个完整工作过程是，在工作的开始时刻，活塞114被活塞簧117推靠在初始位置，此时，活塞114被其限位凸台115限位于活塞套端面，侧通路111与活塞114的径向燃油道133和轴向燃油道139相连通，经第一级加压的燃油从进油连接件102的一端进入，通过燃油过滤器125和进油道124到达后衔铁室127，再经过燃油通道112到达前衔铁室104，然后进入高压腔116，线圈103通电后，衔铁101在电磁场力的作用下开始推动活塞114向前运动，当侧通路111被活塞的表面关闭后，位于高压腔116内的燃油开始升压，当油压能够克服排出阀簧120的弹簧力时，排出阀芯119被推开，燃油进入喷嘴腔121，当喷嘴腔121中的燃油压力可以直接作用于喷嘴密封锥体20，当所述燃油压力超过喷嘴簧14的预紧力时，喷射器131开启，燃油随之喷出，当磁场力减弱后，喷嘴腔121的燃油压力低于喷嘴簧14产生的预紧力时，喷射器关闭，喷射结束，同时排出阀芯119回位，位于喷嘴腔121内的燃油被封闭，燃油压力得以保持，在活塞簧117的作用下，活塞114连同衔铁101一起开始回退，当侧通路111被再次打开后，新的燃油进入高压腔116，然后，活塞114回到初始位置，等待新的循环开始。

本实施例的一个可以选择的方案是，包括一个通向高压腔116的入油阀135，入油阀135可以为一个普通的单向阀，在活塞114的回位过程中，衔铁室104中的燃油可以自内侧通道134，通过入油阀135进入高压腔116，入油阀135的设置可以减小活塞114的回位阻力，从而可以提高回位速度。

图7显示了本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第二实施例的剖视图。

第二级加压泵，包括无回油电磁泵1a和喷射器131。

无回油电磁泵1a是一个双向驱动的电磁装置，包括工作线圈234a，回位线圈234b，后磁筒205a，中磁筒205b，前磁筒205c，中磁板230，前磁板231，前隔磁件204a，后隔磁件204b，外磁壳206，衔铁201，活塞216，活塞套215，回位弹簧210，排出阀座222，排出阀芯219，排出阀簧220，前体207，进油连接件227，引线端子212。

其中，衔铁201与中磁板230、中磁筒205b、前磁筒205c、前磁板231、外磁壳206、前隔磁件204a和工作线圈234a一起构成一个向前压缩燃油的电磁动力系统，衔铁201与中磁板230、中磁筒205b、后磁筒205a、外磁壳206、后隔磁件204b和回位线圈234b一起构成一个回位驱动的电磁动力系统，引线端子212连接工作线圈234a和回位线圈234b，衔铁201、中磁板230、后磁筒205a、中磁筒205b、前磁筒205c、前磁板231和外磁壳206均由导磁性能较好的软磁材料制成、而前隔磁件204a和后隔磁件204b由不导磁或者磁导率低的材料制成。

活塞216的前端伸入到活塞套215中，活塞216大致为一个圆柱体，活塞216的后端通过过渡件209与衔铁201连接，活塞216的前端与活塞套215的内孔形成高压腔218，活塞216沿轴向设有通油道217并与径向燃油道225形成一个丁字型联通，径向燃油道225与环形沟槽224相互联通，活塞套215大致为一个筒形体，活塞套215包含一个侧通路214，活塞216在活塞套215的内孔215a中能够无阻力运动。

进油连接件227包括一个密封O型圈202和进油道232。

由进油连接件227、前磁筒205c、中磁筒205b、后磁筒205a、前隔磁件204a、后隔磁件204b和活塞套215所划定的空间为衔铁室211，衔铁201在衔铁室211内往复运动，回位弹簧210位于衔铁室211中，一端作用于活塞套215，另一端作用于活塞后座216a协助其回位，过渡件209位于衔铁201和活塞后座216a之间传递衔铁201与活塞216之间的作用力，活塞216一部分位于衔铁室211，另一部分位于活塞套215的内孔中。

衔铁201包括轴向燃油通道213用于通过燃油和减小衔铁201的往复运动阻力，过渡件209设有燃油通道209a使得燃油从进油道232到衔铁室211一路畅通。

喷射器131可以选择与如图5所示的第一种实施例具有相同结构。

前体207用于连接喷射器131和无回油电磁泵1a，喷射器131可以通过焊接、冷铆等方式固定于前体207，无回油电磁泵1a之活塞套筒215可以通过冷压装或者焊接的方式与前体相连接，并由此形成喷嘴腔221。

本实施例之排出阀座222可以与活塞套筒215形成一体，在排出阀座222的一端，设有一个圆锥形座面222a，排出阀簧220一端作用于排出阀芯219使其与圆锥形座面222a形成密封关系，另一端作用于喷射器131或者前体207之上。

所述第二级加压泵的一个完整工作过程是，在工作的开始时刻，活塞216被回位弹簧210推靠在初始位置，活塞216的初始位置由衔铁201过渡件209以及进油连接件227轴向几何关系所确定，此时，侧通路214与活塞216的环形槽224以及径向燃油道225和轴向燃油道217相连通，经第一级加压的燃油从进油连接件227的进油道232进入衔铁201的轴向燃油道213到达衔铁室211，燃油再由衔铁室211进入高压腔218，首先工作线圈234b通电，衔铁201在电磁场力的作用下开始推动活塞216向前运动，当侧通路214被活塞的表面封闭后，位于高压腔218内的燃油开始升压，当油压能够克服排出阀簧220的弹簧力时，排出阀芯219被推开，燃油进入喷嘴腔221，当喷嘴腔221中的燃油压力超过喷射器131的开启压力时，燃油随之喷出，当工作线圈234b断电后，回位线圈234a通电，向前驱动衔铁201工作的磁场力开始衰减，喷嘴腔221内的燃油压力随之降低，当其低于喷射器的开启压力时，喷射器关闭，同时排出阀芯219回位，位于喷嘴腔221内的燃油被封闭，残余燃油压力得以保持，衔铁201和活塞216在回位磁场力与回位弹簧210的共同作用下一起开始回退，当侧通路214被再次打开后，新的燃油进入高压腔218，然后，活塞216回到初始位置，在此之前，回位线圈234a断电，等待新的循环开始。

图8显示了本发明提出的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第三实施例的剖视图。

第二级加压泵，包括无回油电磁泵1a和喷射器131。

无回油电磁泵1a包括衔铁301，活塞316，线圈303，后磁筒305a，外磁壳309，前磁板341，隔磁件304，活塞套315，回位弹簧310，排出阀座343，排出阀芯319，排出阀簧320，前磁筒305b，进油连接件302，前体307，引线端子340，高压油连接器344，喷嘴连接器345。

其中，衔铁301与前磁筒305b、后磁筒305a、前磁板341、外磁壳309、隔磁件304和线圈303一起构成一个向前压缩燃油的电磁动力系统，引线端子340连接线圈303，衔铁301、前磁筒305b、后磁筒305a、前磁板341和外磁壳309均由导磁性能较好的软磁材料制成、而隔磁件304由不导磁或者磁导率低的材料制成。

活塞316的前端伸入到活塞套315中，活塞316大致为一个圆柱体，活塞316的后端通过过渡件313与衔铁301连接，活塞316的前端与活塞套315的内孔形成高压腔318，活塞316沿轴向设有通油道317并与径向燃油道325形成一个丁字型联通，径向燃油道325与环形沟槽324相互联通，活塞套315大致为一个筒形体，活塞套315包含一个侧通路314，活塞316在活塞套315的内孔315a中能够无阻力运动，其配合间隙尽可能小，以降低高压油泄漏的可能。

进油连接件327包括一个密封O型圈302和进油道324。

由进油连接件327、后磁筒305a、前磁筒305b、隔磁件304、和活塞套315所划定的空间为衔铁室311，衔铁301在衔铁室311内往复运动，回位弹簧310位于衔铁室311中，一端作用于活塞套315，另一端作用于过渡件313，过渡件313与活塞316连为一体，过渡件313位于衔铁301和活塞316之间传递衔铁301与活塞316之间的作用力，并设有允许燃油通过的油道313a，活塞316一部分位于衔铁室311，另一部分位于活塞套的内孔315a中。

衔铁301包括轴向燃油通道312用于通过燃油和减小衔铁301的往复运动阻力。

前体307的前端设有一个螺纹连接件330，其中设有燃油通孔321。

本实施例之排出阀座343可以与活塞套筒315一体设置，在排出阀座343的一端，设有一个圆锥形座面343a，排出阀簧320一端作用于排出阀芯319使其与圆锥形座面343a形成密封关系，另一端作用于前体307之上。

高压油连接器344，包括高压油管334，泵端锁母332a，嘴端锁母332b。

喷嘴连接器345，包括喷嘴壳348，其一端设有螺纹接口件333，另一端开放，喷射器131从开放端置入喷嘴壳内腔335并以密封的方式固定于喷嘴壳348之上，螺纹接口件333中设有燃油入口通道347，在燃油入口通道347中设有过滤器336，以阻止污物进入喷嘴壳内腔335。

喷射器131可以选择与如图5所示的第一种实施例具有相同结构，

高压油管连接器344的泵端锁母332a将高压油管334的一端锁紧于螺纹连接件330，嘴端锁母332a将高压油管334的另一端锁紧于螺纹接口件333，这样，通过高压油管连接器344将阀后容积346与喷嘴壳内腔335以密闭的方式连通起来。

从高压腔318开始到喷嘴壳内腔335一路所用材料都必须具有一定的刚性，以至于当高压燃油经过时，因材料的变形对燃油压力产生的影响可以忽略不计。

所述第二级加压泵的工作过程与本发明提供的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第一实施例(图3所示)所描述的工作过程基本一致，这里不再赘述。

图9显示了本发明提出的两级加压燃油供应装置之第二级加压泵第四实施例的剖视图。

第二级加压泵，包括无回油电磁泵1a和喷射器131。

无回油电磁泵1a包括衔铁401，活塞416，线圈403，后磁筒405a，外磁壳409，前磁板441，隔磁件404，活塞套415，回位弹簧410，排出阀座418，排出阀芯419，排出阀簧420，前磁筒405b，进油连接件402，前体407，引线端子426，安装锁母429。

其中，衔铁401与前磁筒405b、后磁筒405a、前磁板441、外磁壳409、隔磁件404和线圈403一起构成一个向前压缩燃油的电磁动力系统，引线端子426连接线圈403。

进油连接件402包括进油道424，进油件底面427，进油过滤器425，外连螺纹402a，通过内连螺纹402b，进油连接件402与后磁筒405a相连接。

由前磁筒405b、后磁筒405a和隔磁件404形成的近似圆柱空间为衔铁室411，衔铁室411在轴向由进油件底面427和活塞套415所界定。衔铁401在衔铁室411内往复运动，回位弹簧410位于衔铁室411中，一端作用于活塞套415，另一端作用于过渡件413，过渡件413与活塞416连为一体，过渡件413位于衔铁401和活塞416之间传递衔铁401与活塞416之间的作用力，并设有允许燃油通过的油道413a。衔铁401包括衔铁油道412用于通过燃油和减小往复运动阻力。

活塞416为一个圆柱体，其一部分位于衔铁室411，另一部分伸入到活塞套415中，沿轴向设有一个贯穿两端的中心油道433，中心油道433的前出口是一个外张的锥面416a，活塞416在活塞套内孔415a中能够无阻力运动，其配合间隙尽可能小，以降低高压油泄漏的可能。

活塞套内孔415a向前的延伸段为高压腔428，活塞阀芯414位于高压腔428之中，活塞阀簧417将活塞阀芯414推向活塞416，高压腔428轴向的一端由活塞阀芯414界定，另一端由排出阀芯419界定。

在活塞416的初始位置，即衔铁401的后端面被限位于连接件底面427，活塞阀芯416被活塞套415的阻挡体415b限位，一个流通槽415c穿过阻挡体415b以避免阻挡体415b阻断燃油的流通。

排出阀座418位于前体407之中，为了便于制作和装配，其形状设计成一个朝后的桶形体，其内部空间恰与高压腔428重叠，排出阀座418前端外翻的锥面形成排出阀座面418a，排出阀芯419在排出阀簧420的作用下坐落于排出阀座面418a以切断回流到高压腔428的燃油，排出阀簧420的另一端作用在喷射器131之喷嘴阀芯131a上，喷射器131可以选择与如图5所示的第一种实施例具有相同结构。

所述第二级加压泵的一个完整工作过程是，在工作的开始时刻，活塞416被回位弹簧410推靠在初始位置，活塞416的初始位置由衔铁401通过过渡件413所确定，衔铁401的初始位置被进油件底面427所限定，此时，衔铁的前端面401a处于隔磁件404附近，活塞阀座416a离开活塞阀芯414一定距离，活塞中心油道433通过流通槽415c与高压腔428连通，来自蓄压器的燃油从进油道424穿过衔铁油道412和活塞中心油道433进入高压腔428，当控制器7将驱动信号通过接线端子426传递给线圈403后，衔铁401在电磁场力的作用下开始推动活塞416向前运动，当活塞阀座416a与活塞阀芯414接触后，高压腔428通向活塞中心油道433的通路被切断，高压腔418内的燃油开始升压，当燃油压力能够克服排出阀簧420的弹簧力时，排出阀芯419被推开，燃油进入喷嘴腔421，当喷嘴腔421中的燃油压力超过喷射器131的开启压力时，燃油随之喷出，喷射结束前，控制器7切断驱动信号，电磁推力开始衰减，喷嘴腔421内的燃油压力随之降低，当其低于喷射器131的开启压力时，喷射器关闭，同时排出阀芯419回位，位于喷嘴腔421内的燃油被封闭，残余燃油压力得以保持，衔铁401和活塞416在回位弹簧410和活塞阀簧417的共同作用下一起开始回退，一部分新的燃油进入高压腔428，当活塞阀芯414的位移被阻挡块415b限制后，活塞416脱离活塞阀芯414继续回退，此时新的燃油加速从流通槽415c进入高压腔428，最后，活塞416和衔铁401回到初始位置，等待新的循环开始。

图10显示了本发明两级加压燃油供应装置的一个工业应用实施例示意图。

一种火花塞点火式汽油直喷(GDI)四缸发动机，包括为符合汽油直喷要求设计的发动机气缸56和燃烧室57以及火花塞55，第二级加压泵1固定在每个气缸头部，电子控制单元7与每个第二级加压泵相连接，燃油可以直接喷入燃烧室57，蓄压器5通过密封接头54与第二级加压泵1相连接，第一级加压泵2置于燃油箱4中。

燃油箱4中的燃油通过燃油过滤器51进入第一级加压泵2，燃油经第一级加压后送入蓄压器5，当蓄压器中燃油压力超过预定值时，溢流阀6开启将多余燃油送回燃油箱4，使得蓄压器中的燃油保持一个稳定的压力。

所述汽油发动机的工作过程是，在每个缸的吸气和/或压缩冲程，电子控制单元7按照预先设定的时刻发给第二级加压泵1驱动信号，经过一定延时(例如5毫秒)后，燃油以较高的压力(例如3MPa)和较好的雾化效果喷入气缸，燃油的喷射时刻取决于发动机转速、负荷和环境等因素，燃油喷入四个气缸的时序与气缸的点火次序相一致，在活塞接近上止点前，火花塞点燃混合气，气缸然后进入膨胀冲程做功，再经过一个排气冲程就完成一个标准的工作循环。

Claims (18)

1.一种两级加压燃油供应装置，包括一个第一级加压泵，一个蓄压器，一个第二级加压泵，其特征为，第二级加压泵包括一个无回油电磁泵和一个喷射器，第一级加压泵将来自燃料箱的燃油加压并送入蓄压器实现第一级加压，第二级加压泵将来自蓄压器的燃油进一步加压并喷射出去。

2.如权利要求1所述的两级加压燃油供应装置，其特征为：所述蓄压器包括一个溢流阀，当燃油压力大于所定值时，溢流阀开启让燃油回到油箱。

3.如权利要求2所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述第一级加压泵包括一个为第一级加压泵提供动力的直流电动机。

4.如权利要求1所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述第一级加压泵包括一个往复式电磁驱动装置。

5.如权利要求4所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述蓄压器包括一个压力感应装置。

6.如权利要求1～5之一项所述的两级加压燃油供应装置，无回油电磁泵包括一个可形成推力的螺线管电磁装置和一个活塞泵，活塞泵包括一个活塞和一个高压腔，燃油从蓄压器进入高压腔，螺线管电磁装置推动活塞压缩高压腔中的燃油。

7.如权利要求6所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述喷射器包括一个喷嘴阀芯、一个喷嘴阀座和一个喷嘴簧，喷嘴阀芯通过喷嘴簧所提供的弹性预紧力与喷嘴阀座形成密封关系。

8.如权利要求7所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述喷射器出口一端包括一个能够改变喷雾锥角和喷射方向的帽型体。

9.如权利要求7所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述高压腔的侧壁设有侧通路，活塞处于初始位置时，高压腔与侧通路联通，当活塞前行一定距离后，活塞切断侧通路与高压腔之间的通路，高压腔中的燃油压力开始升高。

10.如权利要求9所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述活塞泵和喷射器之间设有一个排出阀以阻止燃油反向流回活塞泵。

11.如权利要求10所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述活塞包括一个限位凸台。

12.如权利要求11所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述活塞泵包括一个吸入阀允许燃油进入高压腔。

13.如权利要求7所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述活塞泵包括一个活塞阀芯，活塞伸向高压腔一端设有一个环形锥面形成活塞阀座，一个轴向通路贯穿活塞两端。

14.如权利要求13所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述高压腔包括一个阻挡体，在活塞的初始位置，活塞阀芯受到阻挡台的限位而与活塞阀座保持一定距离。

15.如权利要求14项所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述活塞泵和喷射器之间设有一个排出阀以阻止燃油反向流回活塞泵。

16.如权利要求15所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述第二级加压泵包括一个进油道，其中设置有燃油过滤器。

17.如权利要求16所述的两级加压燃油供应装置，其特征为所述第二级加压泵包括一个高压管连接无回油电磁泵泵和喷射器。

18.如权利要求17所述的两级加压燃油供应装置，其特征为，所述可形成推力的螺线管电磁装置包括正向螺线管电磁装置和反向螺线管电磁装，正向螺线管电磁装置推动活塞挤压燃油并实现喷射，反向螺线管电磁装置帮助活塞加速回位。

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