CN102900579A - 可变喷油压力双增压共轨喷油系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供可变喷油压力双增压共轨喷油系统，包括增压喷油装置、机油泵、机油箱、燃油泵、燃油箱、机油共轨管、燃油共轨管，增压喷油装置包括增压控制部分和电控喷油器，机油泵分别连通机油共轨管和机油箱，燃油泵分别连通燃油共轨管和燃油箱，机油共轨管分别连通增压控制部分和电控喷油器，燃油共轨管分别连通增压控制部分和电控喷油器。本发明通过电磁阀的配合控制，能够灵活快速地控制系统的喷油压力，克服了船用大中型柴油机共轨管容积大，压力改变速率慢的不足，并且能够实现多种喷油速率，可以满足柴油机在不同转速和工况下对喷油压力和喷油规律的要求，从而有效提高柴油机的经济性和动力性能，降低有害排放。

Description

可变喷油压力双增压共轨喷油系统

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是柴油机的喷油系统。

背景技术

随着柴油机电控燃油喷射技术的迅速发展和船舶柴油机排放法规的日益严格，采用新型电控喷油系统已成为船舶柴油机发展的必然趋势。电控共轨喷油系统能够快速、精确、灵活地实现对柴油机喷油量和喷油规律控制，有效提高柴油机的经济性能和动力性能，同时大幅降低有害排放，是当前最为先进的电控燃油喷射系统之一，已经在船舶柴油机上得到了广泛的应用。由于船用大中型柴油机循环喷油量大，为提供足够的喷油量同时平抑供油和喷油过程中引起的压力波动，要求柴油机上配备较大容积的共轨管，由此会造成共轨管内压力建立速度慢，并且会同时增加共轨管内恒高压密封的难度和成本。因此许多船用大中型柴油机的燃油喷射系统通常采用增压式电控共轨喷油系统，系统中的共轨管不再用于积蓄直接用于喷射的高压燃油，而是用于蓄积压力较低的燃油或者液压工作油，利用增压活塞按一定的比例将共轨管内蓄积的燃油压力放大，对即将进行喷射的燃油进行增压，供给电控喷油器用于喷射。

应用于船舶大中型柴油机的增压式电控共轨喷油系统，能够在一定程度上提高轨压的建立速度，有效减少共轨管内恒高压密封的难度和成本，并且能够实现高压喷射，但是仍存不足之处，需要进一步改进。

对于船用大中型柴油机应用的增压式电控共轨喷油系统，虽然共轨管内的燃油压力得以大幅降低，但是大中型柴油机的循环喷油量大，为提供足够的喷油量并尽量减小压力波动对喷油过程的干扰，共轨管的容积仍然较大，轨内燃油多，轨压变化滞后时间长，系统无法实现对轨压进行快速，灵活的控制，系统的轨压无法进行快速变化，通常为一确定值。同时增压式电控共轨喷油系统仅有一个增压活塞，对于确定的共轨压力，经过增压活塞对燃油压力进行一定比例的放大后，系统仅能以某一确定的喷射压力将燃油喷入气缸中。因此在当前船用大中型柴油机上所应用的增压式电控共轨喷油系统，难以实现对轨压快速灵活地控制，从而无法实现对喷油压力的灵活控制，只能在单一喷射压力下完成燃油的喷射过程，难以满足大中型柴油机在不同转速和工况下对不同燃油喷射压力的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于船用大中型柴油机上能够实现对燃油喷射压力进行灵活控制的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，

本发明的目的是这样实现的：

本发明可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：包括增压喷油装置、机油泵、机油箱、燃油泵、燃油箱、机油共轨管、燃油共轨管，增压喷油装置包括增压控制部分和电控喷油器，机油泵分别连通机油共轨管和机油箱，燃油泵分别连通燃油共轨管和燃油箱，机油共轨管分别连通增压控制部分和电控喷油器，燃油共轨管分别连通增压控制部分和电控喷油器。

本发明还可以包括：

1、所述的增压控制部分包括增压控制单元，增压控制单元包括电磁控制阀、增压活塞、进油单向阀，增压活塞上方设置增压活塞上方液压腔，增压活塞下方设置增压活塞下方液压腔，增压活塞里设置增压活塞复位弹簧，增压活塞复位弹簧与增压活塞之间设置增压活塞液压控制腔，电磁控制阀分别连通机油共轨管和增压活塞上方液压腔，增压活塞下方液压腔连通电控喷油器，增压活塞液压腔通过进油单向阀连通燃油共轨管。

2、所述的增压控制单元有两个，两个增压控制单元对称布置，两个增压控制单元的增压活塞液压控制腔相互连通后通过增压活塞回油单向阀连通燃油箱，两个增压控制单元的增压活塞下方液压腔相互连通，两个增压控制单元的增压压力分别为6倍机油共轨管内的轨压和9倍机油共轨管内的轨压，所述的电磁控制阀为二位三通电磁控制阀。

3、所述的电控喷油器包括控制活塞、针阀、针阀复位弹簧、电控喷油电磁阀，控制活塞上方设置压力控制腔，电控喷油电磁阀分别连通压力控制腔和燃油箱，针阀复位弹簧安装在控制活塞外面、顶在针阀上，针阀设置盛油槽，盛油槽和压力控制腔通过管路连通增压控制部分和燃油共轨管。

4、所述的压力控制腔与电控喷油电磁阀之间设置出油节流孔，压力控制腔与管路之间设置进油节流孔。

5、所述的电控喷油电磁阀为二位二通高速电磁阀。

6、所述的增压喷油装置有四组，四组增压喷油装置并联。

本发明的优势在于：本发明通过电磁阀的配合控制，能够灵活快速地控制系统的喷油压力，克服了船用大中型柴油机共轨管容积大，压力改变速率慢的不足，并且能够实现多种喷油速率，可以满足柴油机在不同转速和工况下对喷油压力和喷油规律的要求，从而有效提高柴油机的经济性和动力性能，降低有害排放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的增压控制部分和电控喷油器部分结构示意图；

图3为本发明的增压控制部分结构示意图；

图4为本发明的电控喷油器部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，图1为可变喷油压力双增压共轨喷油系统的结构示意图，可变喷油压力双增压共轨喷油系统主要包括机油箱1、燃油箱12、滤清器2、6、11、13、高压机油泵3、机油共轨管8、燃油泵10、燃油共轨管14、增压控制部分15、电控喷油器16以及油管等。机油箱1中的燃油经过机油滤清器2和6的过滤后被高压机油泵3通过高压机油管4、5送入机油共轨管8中。机油共轨管8上安装有限压阀7和压力传感器9。限压阀7用于限定轨压，当轨压超过限值时，限压阀7开启，机油共轨管内的机油由回油管泄放到机油箱1中，从而降低轨压。压力传感器9用于实时测量机油共轨管内的机油压力，并将压力信号反馈给电子控制单元用于轨压的控制。机油共轨管8具有蓄积机油压力和平抑管内机油压力波动的作用，并负责将机油分配到增压活塞上方的液压腔内。可变喷油压力双增压共轨喷油系统的工作油为机油，利用机油对燃油进行增压。

图2为可变喷油压力双增压共轨喷油系统增压控制部分和电控喷油器部分的结构示意图。图3、4分别为增压控制部分和电控喷油器部分的结构示意图。如图中所示，增压控制部分15与共轨管和电控喷油器相连，包括进油单向阀17、30，增压活塞21、26，二位三通电磁控制阀23、24，增压活塞复位弹簧20、27，增压活塞下方液压腔18、29，增压活塞上方液压腔22、25，增压活塞液压控制腔19、28和增压活塞回油单向阀31。电磁阀23、24用于控制增压活塞上方液压腔22、25与机油共轨管8之间的进油通路和与机油箱1之间的回油通路。增压活塞液压控制腔19和28分别通过进油单向阀17、30与燃油共轨管14相连，并通过回油单向阀31与燃油箱12相连。增压活塞下方液压腔18、29与电控喷油器16相通并通过进油单向阀32与燃油共轨管14相连。回油单向阀31的开启压力大于进油单向阀17和30的开启压力。

增压控制部分利用二位三通电磁阀控制增压活塞是否对增压活塞下方液压腔内的燃油进行增压。当电磁阀不通电时，增压活塞上方液压腔与机油共轨管相通的油路被密封，与机油箱相通的油路开启，增压活塞上方液压腔内机油压力为常压，增压活塞在增压活塞液压控制腔和增压活塞下方液压腔内低压燃油的压力以及增压活塞复位弹簧力的共同作用被压至上止点，增压活塞上方控液压内的机油流回机油箱，增压活塞不对增压活塞下方液压腔内的燃油实施增压作用。

当电磁阀通电时，增压活塞上方液压腔与机油共轨管相连的进油通道开启，同时液压腔与机油箱相连的回油通道关闭，机油共轨管内的高压机油进入增压活塞上方的液压腔，液压腔内机油压力迅速升高，增压活塞上方作用面积大，使得增压活塞克服增压活塞液压控制腔和增压活塞下方液压腔燃油压力和增压活塞复位弹簧力的共同作用力下行，对增压活塞下方液压腔内的燃油进行增压，同时将增压活塞液压控制腔内的燃油通过回油单向阀压回燃油箱。

喷油结束后，当电磁阀再次断电，增压活塞上方液压腔与机油共轨管相通的油路重新被密封，与机油箱相通的油路再次被开启，增压活塞上方液压腔内机油回流至机油箱，液压腔内机油压力迅速下降，增压活塞在增压活塞液压控制腔和增压活塞下方液压腔内低压燃油的压力以及增压活塞复位弹簧力的共同作用下复位上行直至上止点，为下一次增压做准备。

进油单向阀17、30用于防止增压活塞下行时增压活塞液压控制腔19和28内的燃油流回燃油共轨管，以确保燃油共轨管内燃油压力稳定，回油单向阀31的开启压力大于进油单向阀17和30的开启压力，可以保证在增压活塞21、26不实施增压作用时，增压活塞液压控制腔19、28的内的燃油不会直接流回燃油箱12。进油单向阀32用于阻止被增压活塞增压的燃油流回燃油共轨管14，从而保证稳定的燃油轨压和增压压力。

增压控制部分15按照控制系统的控制指令可利用不同的增压活塞，采用不同的增压比例将增压活塞下方液压腔内的燃油压力增压放大，从而可以灵活控制燃油的喷射压力和喷射速率。

电控喷油器16通过进油单向阀32与燃油共轨管14相连，并与两个增压活塞下方液压腔相通，主要由二位二通高速电磁阀33、进油节流孔36、压力控制腔35、出油节流孔34、、控制活塞37、针阀复位弹簧38、针阀复位弹簧座39、针阀40、盛油槽41以及油箱12组成。电控喷油器通过单向阀32与燃油共轨管14相连，并与增压活塞下方的液压腔18和29相通。压力控制室35通过进油节流孔36与增压活塞下方液压腔18、29和燃油共轨管12相连，通过出油节流孔34与油箱12相连。由电磁阀33控制压力控制腔35与油箱12之间回油通道的开启与闭合。

电磁阀33控制压力控制腔35内的燃油向油箱12的回油通道，电磁阀33断电闭合时，回油通道被密封，压力控制腔35内燃油对控制活塞37向下的作用面积大于盛油槽41中燃油对针阀40向上的作用面积，因此在压力控制腔35内燃油压力和针阀复位弹簧38的弹簧力的共同作用下，针阀40落座复位，密封喷孔。当电磁阀33通电开启时，回油通道开启，压力控制腔35内的燃油迅速泄放到油箱12中，压力控制腔35内的燃油压力迅速下降，盛油槽41中燃油压力对针阀40向上的作用力大于针阀复位弹簧38的弹簧力，针阀40上升，开启喷孔，开始喷油过程。

电控喷油器16根据柴油机转速和工况需求，按照控制指令调节喷油器的喷油时刻、喷射持续期及喷射次数。

本发明的工作原理为：

喷油器进行喷油时，通过电磁阀23、24和33的配合控制，在机油共轨管内轨压确定的条件下，可变喷油压力双增压共轨喷油系统可以在不同的喷油压力下进行燃油喷射，同时可以获得不同的燃油喷射速率。

1、在喷油过程中，电磁阀24不通电，增压活塞26不实施增压作用。在电磁阀33开启前先行开启电磁阀23，使增压活塞上方液压腔22与机油共轨管8相连的进油通道开启，同时关闭液压腔22与机油箱1相连的回油通道，增压活塞21实施增压作用，对增压活塞下方液压腔18内的燃油进行增压。在电磁阀33开启后，系统开始喷油，系统的喷油压力由增压活塞21的增压比确定，喷油压力为6倍机油共轨管内的轨压。

2、在喷油过程中，电磁阀23不通电，增压活塞21不实施增压作用。在电磁阀33开启前先行开启电磁阀24，使增压活塞上方液压腔25与机油共轨管8相连的进油通道开启，同时关闭液压腔25与机油箱1相连的回油通道，增压活塞26实施增压作用，对增压活塞下方液压腔29内的燃油进行增压。在电磁阀33开启后，系统开始喷油，系统的喷油压力由增压活塞26的增压比确定，喷油压力为9倍机油共轨管内的轨压。

3、在喷油过程中，在电磁阀33开启前，电磁阀23先行通电而电磁阀24不通电，增压活塞21首先实施增压作用，系统先以6倍机油共轨管内轨压的压力进行喷射，当电磁阀33开启后，再开启电磁阀24，使增压活塞26也实施增压，则喷油压力在两增压活塞21和26共同的增压作用下进一步升高，系统随后以接近9倍机油共轨管内轨压的压力进行喷射，即增压活塞21和26依次实现增压作用，从而实现压力逐渐升高的两级阶梯式的燃油喷射压力，进而有效控制喷油过程中的喷油喷油速率。

喷油过程中，由电控喷油器上电磁阀33的开启和关闭时刻确定喷油的开始和结束时刻，电磁阀33的开启延迟时间确定系统的喷油脉宽。电控喷油器的电磁阀33开启时，喷油器液压控制腔35内的燃油经由回油管流回燃油箱12。

喷油结束，电磁阀33断电关闭后，在喷油过程中通电动作的增压控制部分的电磁阀断电复位，增压活塞上方液压腔与机油共轨管8相连的进油通道被关闭，同时活塞上方液压腔与机油箱1的回油通道开启，增压活塞上方液压腔内的机油回流至机油箱1，增压活塞在增压活塞下方液压、增压活塞液压控制腔和增压活塞复位弹簧力的共同作用下上行复位，为下一次喷射过程做准备。

通过三种工作模式下对喷油压力的控制以及电控喷油器能够实现的多次喷射控制功能能，可变喷油压力双增压共轨喷油系统能够灵活地控制系统的喷油压力和喷油速率，满足柴油机在不同转速和工况下对不同喷油压力的要求，有效地改善喷射性能，进一步提高柴油机的性能，降低有害排放。

Claims (10)

1.可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：包括增压喷油装置、机油泵、机油箱、燃油泵、燃油箱、机油共轨管、燃油共轨管，增压喷油装置包括增压控制部分和电控喷油器，机油泵分别连通机油共轨管和机油箱，燃油泵分别连通燃油共轨管和燃油箱，机油共轨管分别连通增压控制部分和电控喷油器，燃油共轨管分别连通增压控制部分和电控喷油器。

2.根据权利要求1所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的增压控制部分包括增压控制单元，增压控制单元包括电磁控制阀、增压活塞、进油单向阀，增压活塞上方设置增压活塞上方液压腔，增压活塞下方设置增压活塞下方液压腔，增压活塞里设置增压活塞复位弹簧，增压活塞复位弹簧与增压活塞之间设置增压活塞液压控制腔，电磁控制阀分别连通机油共轨管和增压活塞上方液压腔，增压活塞下方液压腔连通电控喷油器，增压活塞液压腔通过进油单向阀连通燃油共轨管。

3.根据权利要求2所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的增压控制单元有两个，两个增压控制单元对称布置，两个增压控制单元的增压活塞液压控制腔相互连通后通过增压活塞回油单向阀连通燃油箱，两个增压控制单元的增压活塞下方液压腔相互连通，两个增压控制单元的增压压力分别为6倍机油共轨管内的轨压和9倍机油共轨管内的轨压，所述的电磁控制阀为二位三通电磁控制阀。

4.根据权利要求1-3任一所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的电控喷油器包括控制活塞、针阀、针阀复位弹簧、电控喷油电磁阀，控制活塞上方设置压力控制腔，电控喷油电磁阀分别连通压力控制腔和燃油箱，针阀复位弹簧安装在控制活塞外面、顶在针阀上，针阀设置盛油槽，盛油槽和压力控制腔通过管路连通增压控制部分和燃油共轨管。

5.根据权利要求4所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的压力控制腔与电控喷油电磁阀之间设置出油节流孔，压力控制腔与管路之间设置进油节流孔。

6.根据权利要求4所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的电控喷油电磁阀为二位二通高速电磁阀。

7.根据权利要求5所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的电控喷油电磁阀为二位二通高速电磁阀。

8.根据权利要求1-3任一所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的增压喷油装置有四组，四组增压喷油装置并联。

9.根据权利要求4所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的增压喷油装置有四组，四组增压喷油装置并联。

10.根据权利要求5所述的可变喷油压力双增压共轨喷油系统，其特征是：所述的增压喷油装置有四组，四组增压喷油装置并联。

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