CN103075283A - 一种基于液压原理的电控气体喷射系统及喷射方法 - Google Patents

Abstract

一种基于液压原理的电控气体喷射系统及喷射方法，由电控脉冲液压泵部分和气体喷射计量阀组成，电控脉冲液压泵部分由动力凸轮、壳体、液压柱塞偶件、电磁阀、电控指令单元组成，壳体中具有三通油路，且在两个支油路中分别安装液压柱塞偶件和电磁阀，另外一支油路作为液压驱动力源连接到气体喷射计量阀并利用液压作用驱动气体喷射计量阀阀芯的启闭动作，液压柱塞偶件向三通油路中输出液压动力；电控指令单元的输出端子与电磁阀电连接。该发明利用电控液压泵的高功率密度和液压驱动气阀的快速响应性，借助电控调节技术实现大流量、高速率气体喷射系统，电控液控精确配合。

Description

一种基于液压原理的电控气体喷射系统及喷射方法

技术领域

本发明涉及气体喷射技术领域，具体的说是一种基于液压原理的电控气体喷射系统及喷射方法。

背景技术

气体定量喷射阀具有重大应用价值。但是由于气体的密度较低，喷射流量较大时需要的阀门的关联尺寸、质量惯性也较大；同时定量喷射阀的响应时间特性也是关键的性能指标之一。然而运动惯性和时间响应是互相制约的固有特征，特别是较大的气体工作压力会对计量阀开闭运动产生阻碍作用，由此形成了技术难点。例如重型内燃机采用气体燃料时，需要喷射阀具有较大的燃料供给量（可达到每循环200毫克以上），同时需要喷射阀具有极快的开启和关闭响应时间（适应每分钟2000转以上的工况）。一般采用电磁驱动的高速电磁气体喷射阀仅能适应较小的流量要求和较低的气体压力条件，无法满足较大流量和较高压力要求下的高速定量喷射。

发明内容

本发明提出基于液压原理的电控脉冲泵--气阀形式的高速喷射、大计量范围的电控气体喷射系统及喷射方法，目的是解决上述技术难点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于液压原理的电控气体喷射系统，由电控脉冲液压泵部分和气体喷射计量阀组成，其特征在于，所述气体喷射计量阀在电控脉冲液压泵部分的驱动下进行喷射动作；

电控脉冲液压泵部分由动力凸轮、壳体、液压柱塞偶件、电磁阀、电控指令单元组成，所述壳体中具有三通油路，且在两个支油路中分别安装液压柱塞偶件和电磁阀，另外一支油路作为液压驱动力源连接到气体喷射计量阀并利用液压作用驱动气体喷射计量阀阀芯的启闭动作，所述液压柱塞偶件在动力凸轮的驱动下按照时间--定量规律向三通油路中输出液压动力；电控指令单元的输出端子与电磁阀电连接并通过电磁阀调节前述液压规律控制气体喷射计量阀的启闭，以便控制气体喷射计量阀的启闭时间和开启程度，激励所述电磁阀对应气体喷射计量阀关闭，二者同步动作。

气体喷射计量阀由阀体、液压驱动部件、计量阀芯、复位装置、气体入口流道和气体喷射口流道组成，所述计量阀芯、阀体与气体入口流道和气体喷射口流道配合构成气体喷射节制环节，且在计量阀芯和阀体之间设有复位装置；所述液压驱动部件与计量阀芯直接相连且受控于电控液压脉冲泵部分的液压驱动。

所述的气体喷射计量阀和电控脉冲液压泵部分为一体式。

所述的气体喷射计量阀和电控脉冲液压泵部分通过液压管相连。

所述动力凸轮具有与定时、定量液压要求相匹配的凸轮型线，在过程中将原始输入动力和定时定量参数转化为液压作用。

所述的复位装置为弹簧。

所述的计量阀芯是滑阀或者锥阀。

所述液压驱动部件所在阀体处设有溢流方式的位移限制机构以约束计量阀芯的开启最大极限。

一种基于液压原理的电控气体喷射方法，其特征是，常态下电磁阀处于开启溢流状态，计量阀芯处于关闭状态；并通过电磁阀调节液压作用，控制计量阀芯启闭的时刻和开启的程度，包括如下步骤，

步骤一，动力凸轮旋转，在动力凸轮的作用下，液压柱塞偶件前进压缩油路中的液压油；

步骤二，在液压柱塞偶件前行压缩液压油行程过程中，电控指令单元控制电磁阀关闭溢流，液压作用驱动气体喷射计量阀阀芯瞬间打开；

步骤三，计量阀芯保持打开状态，气体沿着气体入口流道通过打开的计量阀芯进入气体喷射出口流道进行喷射；

步骤四，达到预计喷射量或者喷射时间，电控指令单元控制电磁阀开启溢流，三通油路中的液压作用撤销，计量阀芯在复位装置的作用下恢复到关闭状态，完成一次喷射。

本发明的有益效果是：借助电控脉冲液压泵的高功率密度和液压驱动气阀的快速响应性，利用电控调节技术使得气体计量喷射从阀芯开启至关闭的过程受控，灵活而精确地调节喷射定时参数和定量参数。即通过电控与液控技术的精确配合，实现大流量、高速率气体喷射系统。

附图说明

图1-1为实施例一的喷射系统的装置图（喷射状态）；

图1-2为实施例一的喷射系统的装置图（停喷瞬间）；

图2为实施例二的喷射系统的装置图；

图3为喷射系统原理框图；

图4为电控液压气体喷射系统控制特性。

图中：10电控指令单元，11壳体，12液压柱塞偶件，13电磁阀，14三通油路，15动力凸轮，21阀体，22液压驱动部件，23计量阀芯，24复位装置，25气体入口流道，26气体喷射口流道，3液压管。

具体实施方式

结合实现技术路线进一步说明该发明的原理。

如附图1-1、图1-2、图3所示，一种基于液压原理的电控气体喷射系统，由电控液压脉冲泵部分和气体喷射计量阀组成，气体喷射计量阀在电控液压脉冲泵部分的驱动下进行喷射动作，原理如下：

电控脉冲泵部分也可以是电控柱塞泵、电控分配泵等形式，产生符合预期要求的液压作用，借助电控调节技术，使得单次气体计量喷射从计量阀芯开始开启至完全关闭的过程受控，实现灵活而精确地喷射定时参数和定量参数调节。

电控脉冲液压泵部分由壳体11、液压柱塞偶件12、电磁阀13、电控指令单元10、动力凸轮15组成，壳体中具有三通油路14，且在两个支油路中分别安装液压柱塞偶件12和电磁阀13，另外一支油路作为液压驱动力源连接到气体喷射计量阀。

动力凸轮15具有与喷射定时定量要求相匹配的凸轮型线，具体轮廓可以根据需要进行设计。凸轮机构15在规定的角度相位和时间区间内作用于液压柱塞偶件12，其往复运动中从油箱取得一定数量的液压油并压缩输出至三通油路14。

电控指令单元10的输出端子与电磁阀13电气连接并通过电磁阀13调节气体喷射计量阀的启闭时间，通过电磁阀13的启闭来在时间轴上截取三通油路14内部产生液压作用的时间段，并作用于气体喷射计量阀。

如图1-1所示，气体喷射计量阀和电控脉冲液压泵部分集成为一个部件，由阀体21、液压驱动部件22、计量阀芯23、复位装置24、气体入口流道25和气体喷射口流道26组成，计量阀芯23是滑阀或者锥阀。计量阀芯、阀体与气体入口流道和气体喷射口流道配合构成气体喷射节制环节，且在计量阀芯和阀体之间设有复位装置24，复位装置为压缩弹簧。液压驱动部件22与计量阀芯23为一体结构且受控于电控脉冲液压泵部分的液压驱动力，也就是说电控脉冲液压泵部分三通油路产生的液压力通过液压驱动部件22作用于计量阀芯23，迫使计量阀芯开启和关闭。

该喷射方法常态为计量阀芯处于关闭状态，对应地，常态下电磁阀处于开启状态，动力凸轮处于非工作曲线状态；包括如下步骤，

步骤一，动力凸轮驱动液压柱塞偶件开始压缩进入油路中的液压油，此时由于电磁阀处于开启状态，液压油通过电磁阀返回到油箱而不能建立液压驱动作用。电控液压气体喷射系统控制特性如附图4所示，动力凸轮具有快速打开的特性。较小的开度指令，对应较小的液压作用持续期。

步骤二，在液压柱塞偶件前进压缩液压油行程过程中，电控指令单元的“喷射开始指令”使电磁阀关闭至油箱的溢流，从而使液压作用建立并输出至液压驱动部件，以使得气体喷射计量阀产生受控的直线运动；因电磁阀对液压作用油量的调节作用使得计量阀芯开启时刻受控。

步骤三，计量阀芯成打开状态，燃气气体沿着气体入口流道通过打开的计量阀芯进入气体喷射出口流道喷射；电控液压气体喷射系统控制特性如附图4所示，具有时间调节特性，在较大的开度调节范围内，气体喷射量主要靠喷射持续时间调节。液压驱动部件并在凸轮机构以及液压位移极限的配合下保持计量阀芯打开。计量阀芯开启过程形成的位移引起复位装置弹性变形并蓄积变形能量。

步骤四，在气体喷射计量阀保持开启的过程中，当电控指令单元向电磁阀发出“喷射结束指令”时，电磁阀打开液压油至油箱的溢流并结束对液压驱动部件的作用，复位装置释放弹性变形能量作用于阀芯并带动液压驱动部件向开启过程相反的方向运动直至关闭，完成一次喷射。

因电磁阀对液压作用油量的调节作用使得计量阀芯关闭时间和开启程度受控。

最后，当动力凸轮结束做功相位后，液压柱塞偶件也靠自身的恢复机构改变作用方向并补充液压油，直至恢复循环初态。

在本过程中，动力凸轮将原始输入动力和定时定量参数作用于液压柱塞偶件并转化为液压作用，通过电磁阀的调节作用包括开启的时刻和开启的程度，在时间轴上进行截取，驱动计量阀芯启闭。

计量阀芯开启过程形成的位移引起复位装置弹性变形并蓄积变形能量，同时液压驱动部件因电磁阀对液压油量的调节作用使得开启程度受控，并在动力凸轮以及液压位移极限的配合下保持打开。

当电控指令单元向电磁阀发出“喷射结束指令”时，电磁阀打开液压油至油箱的溢流并结束对液压驱动部件的作用，复位装置释放弹性变形能量作用于阀芯并带动液压驱动部件向开启过程相反的方向运动直至关闭。当动力凸轮结束做功相位后，油泵柱塞偶件也靠自身的恢复机构随着动力凸轮改变作用方向并撤销液压油输出，完成一次喷射过程直至恢复循环初态。

实施例二

如图2所示，所述的气体喷射计量阀和电控脉冲液压泵部分通过液压管3相连，为分体式的，可以满足多点喷射控制。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于液压原理的电控气体喷射系统，由电控脉冲液压泵部分和气体喷射计量阀组成，其特征在于，所述气体喷射计量阀在电控脉冲液压泵部分的驱动下进行喷射动作；

电控脉冲液压泵部分由动力凸轮、壳体、液压柱塞偶件、电磁阀、电控指令单元组成，所述壳体中具有三通油路，且在两个支油路中分别安装液压柱塞偶件和电磁阀，另外一支油路作为液压驱动力源连接到气体喷射计量阀并利用液压作用驱动气体喷射计量阀阀芯的启闭动作，所述液压柱塞偶件在动力凸轮的驱动下按照时间--定量规律向三通油路中输出液压动力；电控指令单元的输出端子与电磁阀电连接并通过电磁阀调节前述液压规律控制气体喷射计量阀的启闭。

2.根据权利要求1所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述气体喷射计量阀由阀体、液压驱动部件、计量阀芯、复位装置、气体入口流道和气体喷射口流道组成，所述计量阀芯、阀体与气体入口流道和气体喷射口流道配合构成气体喷射节制环节，且在计量阀芯和阀体之间设有复位装置；所述液压驱动部件与计量阀芯直接相连且受控于电控液压脉冲泵部分的液压驱动。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述的气体喷射计量阀和电控脉冲液压泵部分为一体式。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述的气体喷射计量阀和电控脉冲液压泵部分通过液压管相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述动力凸轮具有与定时、定量液压要求相匹配的凸轮型线。

6.根据权利要求2所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述的计量阀芯是滑阀或者锥阀。

7.根据权利要求2所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述液压驱动部件所在阀体处设有溢流方式的位移限制机构以约束计量阀芯的开启最大极限。

8.根据权利要求2所述的一种基于液压原理的电控气体喷射系统，其特征是，所述的复位装置为弹簧。

9.一种基于液压原理的电控气体喷射方法，其特征是，常态下电磁阀处于开启溢流状态，计量阀芯处于关闭状态；并通过电磁阀调节液压作用，控制计量阀芯启闭的时刻和开启的程度，包括如下步骤，

步骤一，动力凸轮旋转，在动力凸轮的作用下，液压柱塞偶件前进压缩油路中的液压油；

步骤二，在液压柱塞偶件前行压缩液压油行程过程中，电控指令单元控制电磁阀关闭溢流，液压作用驱动气体喷射计量阀阀芯瞬间打开；

步骤三，计量阀芯保持打开状态，气体沿着气体入口流道通过打开的计量阀芯进入气体喷射出口流道进行喷射；

步骤四，达到预计喷射量或者喷射时间，电控指令单元控制电磁阀开启溢流，三通油路中的液压作用撤销，计量阀芯在复位装置的作用下恢复到关闭状态，完成一次喷射。

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