CN102287270A - 柴油机燃油高压定压喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柴油机燃油高压定压喷射系统，包括液压泵及油缸组件，液压泵配接有高压油总管，高压油总管与每缸的油缸组件之间均经进油支管、高速电磁换向阀和进回油支管相连通，高速电磁换向阀的回油口经回油支管连接有回油总管，电磁换向阀连接有能控制其工作的ECU控制器；油缸组件包括液压缸体、缸底板、缸盖体及液压活塞和压力弹簧，高压油通过液压活塞压缩压力弹簧，ECU控制器信号控制电磁换向阀改变进回油位置，使压力弹簧弹起推动液压活塞上行，通过活塞顶杆进而推动高压油泵的柱塞喷射燃油。本发明采用弹簧实现对燃油喷射泵进行控制，保证柴油机在任何工况下都能保持恒定的压力，使燃油雾化保持稳定，从而使燃油雾化更加完善，燃烧更加充分。

Description

柴油机燃油高压定压喷射系统

技术领域

本发明涉及内燃机中燃油喷射的技术领域，特别涉及一种柴油机燃油高压定压喷射系统。

背景技术

柴油机的燃油喷射系统，一般采用四种结构：1、采用凸轮顶杆机构，即通过凸轮的转动，推动顶杆的滚轮带动顶杆上下运动，使高压油泵喷射燃油；2、采用高压共轨喷射系统，即将燃油通过高压油泵产生高压，进入高压燃油总管，高压燃油通过高速电磁阀控制进行喷射。3.电喷系统，即采用电磁铁产生的磁力，推动高压油泵的柱塞喷射燃油；4.采用反向高压共轨燃油喷射系统，即采用高压油推动液压缸活塞，推动高压油泵柱塞达到高压定压喷油的目的。

就目前所使用的状况，采用凸轮顶杆机构的结构主要存在以下几个缺点：1、凸轮顶杆的滚轮属于线接触，由于受到金属表面承压能力的限制，滚轮的升速不能太大，从而使高压油泵的喷射速度和燃油喷射速率难以提高。特别在柴油机低速运行时，高压油泵的喷射速度和燃油喷射速率进一步降低，燃油雾化效果恶化，在活塞和燃烧室产生大量的积炭，导致缸套急剧磨损。同时由于雾化不良，燃油消耗率急剧增加，NOx和颗粒排放大量增加，对环境造成污染。2、凸轮顶杆式喷射系统属机械结构，在各种工况下时，难以改变喷油角度，只能采用统一的喷油定时，不能使柴油机在各种工况和转速下最佳运行；

采用高压共轨喷射系统的结构，就目前使用情况还没有成熟，由于受到电磁换向阀所承受压力和密封性的限制，还不能将燃油压力提高到180MPa以上，也就是说，喷油器的启喷压力还难以达到60MPa，燃油的雾化没有得到进一步改善；高压共轨喷射系统难以在中高速柴油机上燃用重油。重油的循环系统为：高压泵-燃油进油总管-燃油喷射泵-加热单元-高压泵，这种循环系统就是为了保证重油的温度恒定，以确保重油粘度不超过要求，对于7000秒重油，加热温度要求达到140℃以上。由于重油需要循环加压，要消耗过多的能量，目前高压共轨系统还不能用在中高速柴油机上。

电喷系统是车用柴油机采用较多的一种喷射系统，在中速柴油机上也有使用。但电喷系统是采用电磁铁的磁力推动柱塞，在提高喷射压力时，电磁铁必须做的体积很大，并且受到功率的限制，较难进一步提高喷射压力。

反向共轨燃油喷射系统，采用液压油推动液压缸活塞，由于液压油的流动性，适用于中速柴油机。但对于高速机，液压油进油速度达不到喷射速率的要求，会使燃油喷射时雾化不良。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供具有油耗更低、操作更加安全简便且压力稳定、性能可靠以及启喷油压高的一种柴油机燃油高压定压喷射系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：柴油机燃油高压定压喷射系统，该系统包括高速运转产生高压油的液压泵以及能控制柴油机燃油喷油器工作的油缸组件，液压泵输出端配接有高压油总管，其中：高压油总管与每缸的油缸组件之间均经进油支管、高速电磁换向阀和进回油支管相连通，高速电磁换向阀的回油口经回油支管连接有回油总管，并且高速电磁换向阀电路连接有能控制其换向工作的ECU控制器；油缸组件包括分别固定安装在液压缸体上下两端的缸底板、缸盖体、液压活塞和压力弹簧；液压活塞安装在液压缸体内腔，并且液压活塞的顶杆伸出于缸盖体外，压力弹簧配装在液压缸体的无杆腔中并与液压活塞顶压相配合，进回油支管与液压缸体的有杆腔相连通；高压油通过液压活塞压缩压力弹簧蓄能，ECU控制器信号控制高速电磁换向阀改变进回油位置，使压力弹簧弹起推动液压活塞上行，通过活塞顶杆进而推动高压油泵的柱塞喷射燃油。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的液压泵为由曲轴自由端齿轮驱动的高压柱塞液压泵或电动柱塞液压泵。

上述的缸底板经螺钉与液压缸体紧密相连接，并且缸底板制有连通无杆腔的中心通孔。

上述的压力弹簧为碟形组合簧或圆柱压缩弹簧，且压力弹簧的压力与所设定的高压油泵柱塞的喷射压力相适配。

上述的液压活塞包括活塞盘和顶杆，活塞盘的周面上制有环形凹槽，环形凹槽内嵌装有活塞密封圈。

上述的缸盖体制有连通有杆腔的内部连接通道，进回油支管经内部连接通道与液压缸体的有杆腔相连通，缸盖体配装有与液压活塞顶杆液密封配合的顶杆密封圈。

上述的活塞盘上表面制有向上凸起的环形凸肩，相应地缸盖体的下表面制有与环形凸肩相匹配的环形槽。

上述的高压油总管的未端配设有能平衡高压油总管内高压油压力的蓄能器。

与现有技术相比，本发明采用由曲轴自由端齿轮驱动的高压柱塞泵或电动高压柱塞泵提供高压液油，每缸液压油缸组件均配装有高速电磁换向阀，高速电磁换向阀连接有能控制该高速电磁换向阀工作的ECU控制器，液压高压油进入液压缸体后，通过活塞压缩压力弹簧，当柴油机运转到喷油角度时，ECU控制器信号控制高速电磁换向阀动作，使电磁阀处于回油位置，压力弹簧弹起推动液压活塞上行，通过液压活塞上的顶杆，推动高压油泵的柱塞喷油。本发明通过ECU控制器的控制，能根据柴油机的转速、负荷大小，自动改变喷油提前角，其采用弹簧实现对燃油喷射泵进行控制，这种喷射方式，保证了柴油机喷油在任何工况下都可以保持恒定的压力，并可以大幅度提高喷射压力，使燃油雾化保持稳定。喷油器启喷压力大幅度的提高，最大可以提高到320MPa，远大于高压共轨的压力。从而使燃油雾化更加完善，燃烧更加充分。通过ECU控制器，能根据柴油机不同的转速和负荷改变喷油定时，达到柴油机在各种转速和负荷都能做到完善的匹配。

附图说明

图1是本发明的实施例的应用示意图；

图2是图1中油缸组件的结构示意图；

图3是图1中高速电磁换向阀装配连接示意图；

图4是图2中液压活塞的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图4所示为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：液压泵1、高压油总管2、蓄能器21、进油支管3、高速电磁换向阀4、进回油支管5、油缸组件6、液压缸体61、缸底板62、中心通孔62a、缸盖体63、内部连接通道63a、环形槽631、液压活塞64、活塞盘641、环形凹槽642、活塞密封圈643、环形凸肩644、顶杆645、顶杆密封圈646、压力弹簧65、回油支管7、回油总管8、ECU控制器9。

如图1至图4所示，本发明的柴油机燃油高压定压喷射系统，该系统包括高速运转产生高压油的液压泵1以及能控制柴油机燃油喷油器工作的油缸组件6，液压泵1输出端配接有高压油总管2，高压油总管2与每缸的油缸组件6之间均经进油支管3、高速电磁换向阀4和进回油支管5相连通，高速电磁换向阀4的回油口经回油支管7连接有回油总管8，并且高速电磁换向阀4电路连接有能控制其换向工作的ECU控制器9；油缸组件6包括分别固定安装在液压缸体61上下两端的缸底板62、缸盖体63、液压活塞64和压力弹簧65；液压活塞64安装在液压缸体61内腔，并且液压活塞64的顶杆645伸出于缸盖体63外，压力弹簧65配装在液压缸体61的无杆腔中并与液压活塞64顶压相配合，进回油支管5与液压缸体61的有杆腔相连通；高压油通过液压活塞64压缩压力弹簧65蓄能，ECU控制器9信号控制高速电磁换向阀4改变进回油位置，使压力弹簧65弹起推动液压活塞64上行，通过活塞顶杆645进而推动高压油泵的柱塞喷射燃油。本发明的工作原理是：高速运转的液压泵1输出的高压液压油进入高压油总管2内，ECU控制器9控制进出油高速电磁换向阀4处于进油位置，高压油经高压进油支管3和高速电磁换向阀4，再经过进回油支管5进入液压缸体61内的有杆腔中，液压高压油通过液压活塞64压缩压力弹簧65，使柴油机高压油泵的柱塞下行，燃油进入高压油泵的喷油腔。当柴油机运转到喷油角度时，ECU控制器9控制高速电磁换向阀4动作，使高速电磁换向阀4处于回油位置，液压缸体内的液压油经进回油支管5、高速电磁换向阀4、回油支管7回到回油总管8，同时压力弹簧65弹起，推动液压活塞64上行，通过液压活塞64上的顶杆645，推动高压油泵的柱塞喷射燃油。

与现有柴油机的燃油喷射系统相比，本发明采用ECU控制器控制电磁阀的动作，能根据柴油机的转速和负荷工况，自动调整喷油定时，使柴油机可以满足各种工况要求，并且采用弹簧喷射，使喷射速度加快，达到瞬间喷射，提高燃油喷射速率；再则由于液压活塞面积远大于高压油泵的柱塞面积，可以使喷射压力极大提高，能根据柴油机性能的要求，使喷射压力达到300Mpa。另外采用弹簧喷射方式，还能使柴油机在一个工作循环内，大部分时间处于进油状态，避免了液压油进油不充分的缺陷。本发明能有效降低燃油消耗率，特别是在部分负荷工况时降低的效果更加明显。由于采用的是液压动力结构，使燃油喷射系统工作更加安全、可靠，降低NOx排放，使系统达到IMO欧II的排放标准。

为了取得更好的技术效果：

本发明的液压泵1采用由曲轴自由端齿轮驱动的高压柱塞液压泵或电动柱塞液压泵。

实施例中，如图2所示，液压油缸的缸底板62经螺钉与液压缸体61紧密相连接，并且缸底板62制有连通无杆腔的中心通孔62a。底板设计有中心通孔62a的主要作用是用来流出液压活塞64泄漏进无杆腔中的液压油，防止泄漏的液压油阻碍活塞行程。

本发明的压力弹簧65采用碟形组合簧或圆柱压缩弹簧，压力弹簧65应根据高压油泵柱塞的行程设计弹簧的工作行程，并且压力弹簧65的压力与所设定的高压油泵柱塞的喷射压力相适配。

如图4所示，液压活塞64包括活塞盘641和活塞顶杆645，活塞盘641的周面上制有环形凹槽642，为了保证液压活塞64与液压缸体61内壁的液密封性环形凹槽642内嵌装有活塞密封圈643。

本发明的缸盖体63制有连通有杆腔的内部连接通道63a，进回油支管5经内部连接通道63a与液压缸体61的有杆腔相连通，缸盖体63配装有与液压活塞顶杆645液密封配合的顶杆密封圈646。根据实际需要顶杆密封圈646能设计有多道密封结构。

为了进一步优化，所采用的技术措施还包括：活塞盘641上表面制有向上凸起的环形凸肩644，相应地缸盖体63的下表面制有与环形凸肩644相匹配的环形槽631。设计有环形凸肩644和环形槽631其优点是在液压活塞64快速上行时，活塞的环形凸肩644进入环形槽631内，形成液压腔，环形凸肩644挤压液压油，使液压油从环形凸肩644与环形槽631周边的间隙内流出，能起到阻尼作用，防止液压活塞与缸盖体直接撞击，导致液压缸体损坏。

本发明的高压油总管2的未端还配设连接有能平衡高压油总管2内高压油压力的蓄能器21。在液压油缸组件进油时，蓄能器21能补充高压柱塞泵流量的不足，起到平衡总管内的压力作用。

本发明的高速电磁换向阀4是由ECU控制器9来控制的，ECU控制器9控制完成高速电磁换向阀4的进油或回油动作，同时还控制高速电磁换向阀4的进油时间和回油时间以及回油时间与曲轴的转角。燃油的喷射持续时间由压力弹簧频率设定，一般为20～30°曲轴转角，电磁阀的回油时间稍大于燃油喷射时间，以利于燃油的正常喷射。剩余的690～700°曲轴转角用以液压缸进油。这种设计可以保证液压油缸充分进油。

本发明的优点在于：采用弹簧实现对燃油喷射泵进行控制，保证了柴油机喷油在任何工况下都可以保持恒定的压力，使燃油雾化保持稳定；喷油器启喷压力大幅度的提高，从而使燃油雾化更加完善，燃烧更加充分；通过ECU控制器，实现液压换向的准确性，并可以根据柴油机不同的转速和负荷改变喷油定时，达到柴油机在各种转速和负荷都能做到完善的匹配。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (8)

1.柴油机燃油高压定压喷射系统，包括高速运转产生高压油的液压泵(1)以及能控制柴油机燃油喷油器工作的油缸组件(6)，所述液压泵(1)输出端配接有高压油总管(2)，其特征是：所述的高压油总管(2)与每缸的油缸组件(6)之间均经进油支管(3)、高速电磁换向阀(4)和进回油支管(5)相连通，所述高速电磁换向阀(4)的回油口经回油支管(7)连接有回油总管(8)，并且高速电磁换向阀(4)电路连接有能控制其换向工作的ECU控制器(9)；所述油缸组件(6)包括分别固定安装在液压缸体(61)上下两端的缸底板(62)、缸盖体(63)、液压活塞(64)和压力弹簧(65)；所述液压活塞(64)安装在液压缸体(61)内腔，并且液压活塞(64)的顶杆(645)伸出于缸盖体(63)外，所述压力弹簧(65)配装在液压缸体(61)的无杆腔中并与液压活塞(64)顶压相配合，所述进回油支管(5)与液压缸体(61)的有杆腔相连通。

2.根据权利要求1所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的液压泵为由曲轴自由端齿轮驱动的高压柱塞液压泵或电动柱塞液压泵。

3.根据权利要求2所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的缸底板(62)经螺钉与液压缸体(61)紧密相连接，并且缸底板(62)制有连通无杆腔的中心通孔(62a)。

4.根据权利要求3所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的压力弹簧(65)为碟形组合簧或圆柱压缩弹簧，且压力弹簧的压力与所设定的高压油泵柱塞的喷射压力相适配。

5.根据权利要求4所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的液压活塞(64)包括活塞盘(641)和顶杆(645)，所述活塞盘(641)的周面上制有环形凹槽(642)，环形凹槽(642)内嵌装有活塞密封圈(643)。

6.根据权利要求5所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的缸盖体(63)制有连通有杆腔的内部连接通道(63a)，所述进回油支管(5)经内部连接通道(63a)与液压缸体(61)的有杆腔相连通，缸盖体(63)配装有与液压活塞顶杆(645)液密封配合的顶杆密封圈(646)。

7.根据权利要求6所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的活塞盘(641)上表面制有向上凸起的环形凸肩(644)，相应地所述缸盖体(63)的下表面制有与环形凸肩(644)相匹配的环形槽(631)。

8.根据权利要求7所述的柴油机燃油高压定压喷射系统，其特征是：所述的高压油总管(2)的未端配设有能平衡高压油总管(2)内高压油压力的蓄能器(21)。

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