CN103195626B - 冗余电磁与压电组合双阀装置器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供冗余电磁与压电组合双阀装置器，包括阀体外壳和安装在阀体外壳里的冗余高速电磁阀和冗余压电执行器，冗余高速电磁阀构成溢流控制阀，冗余压电执行器构成喷油控制阀，冗余高速电磁阀位于冗余压电执行器的上方，冗余高速电磁阀包括主电磁阀和从电磁阀，冗余压电执行器包括冗余压电晶体、液压耦合器，冗余压电晶体包括圆柱形的主压电执行器，液压耦合器包括相互连接的变换活塞和控制阀，冗余压电晶体与液压耦合器之间安装弹性金属垫片，主压电执行器压在弹性金属垫片上，弹性金属垫片与变换活塞相连，将冗余压电晶体的形变传递给液压耦合器。本发明能够实现对溢流油路和喷油针阀的配合控制，可灵活控制喷油压力和喷油规律。

Description

冗余电磁与压电组合双阀装置器

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装置。

背景技术

当今柴油机发展趋向于利用电子控制实现对柴油机燃油喷射系统的控制，利用响应速度极高的压电晶体执行器对燃油喷射过程进行控制是一种重要技术手段。采用压电晶体执行器与高速电磁阀组合双阀的燃油喷射控制装置可以实现对喷油系统喷油量和喷油规律快速、柔性、精确和稳定地控制，从而达到提高柴油机的经济性能，改善柴油机动力性能和减少有害排放的目的。此外在燃油喷射控制装置中采用冗余结构可以有效增加系统的可靠性。

当前的电控燃油喷射系统通常采用单电磁阀控制方式，此种方式虽然在一定程度上可以改善对喷油系统喷油量和喷油规律控制效果，但仍然存在如下不足：其一，高速电磁阀存在电磁回路的磁滞效应，影响其动作响应速度的进一步提升，难以满足越来越高的喷射要求，如多次喷射和可变喷油规律。其二，传统电控喷油装置只能完成对单一控制阀的控制功能，难以同时实现对喷油规律和喷油压力的优化控制，无法满足柴油机在不同工况条件下对燃油喷射过程的要求。同时，单一控制阀的喷油装置无法克服在低转速下燃油喷射响应慢、喷射压力低和雾化质量差的缺陷，无法实现对燃烧过程的进一步优化。其三，喷油器针阀启闭过程的动作响应速度取决于燃油压力，在单电磁阀控制方式下，无法有效提高喷油器针阀的动作响应速度，尤其在低转速条件下，燃油喷射压力较低，针阀的开启和关闭响应延迟大，无法组织多次喷射。其四，单一电磁阀控制系统存在可靠性问题，高速电磁阀在工作过程中，其感应线圈属于易损部件，单线圈电磁阀难以满足柴油机电控系统更高的可靠性要求。一旦电磁阀出现故障，则喷油装置就会因无法正常工作而报废。其五，压电晶体执行器在工作过程中，其压电堆亦属于易损部件，因此，单一压电晶体执行器也无法满足柴油机电控系统更高的可靠性要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能快速、灵活、精确控制柴油机喷油量和喷油规律，同时具有高可靠性的冗余电磁与压电双阀组合装置，用以提高柴油机经济性、动力性、稳定性和可靠性，同时能够有效降低有害排放的冗余电磁与压电组合双阀装置器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明冗余电磁与压电组合双阀装置器，其特征是：包括阀体外壳和安装在阀体外壳里的冗余高速电磁阀和冗余压电执行器，冗余高速电磁阀构成溢流控制阀且为常开阀，冗余压电执行器构成喷油控制阀且为常闭阀，冗余高速电磁阀位于冗余压电执行器的上方，冗余高速电磁阀包括主电磁阀和从电磁阀，冗余压电执行器包括冗余压电晶体、液压耦合器，冗余压电晶体包括圆柱形的主压电执行器，液压耦合器包括相互连接的变换活塞和控制阀，冗余压电晶体与液压耦合器之间安装弹性金属垫片，主压电执行器压在弹性金属垫片上，弹性金属垫片与变换活塞相连，将冗余压电晶体的形变传递给液压耦合器。

本发明还可以包括：

1、所述的冗余压电晶体还包括圆环形的从压电执行器，从压电执行器安装在主压电执行器的外侧、其端部也压在弹性金属片上，主压电执行器和从压电执行器的压电元件材料相同、通电时伸长变形量相同。

本发明的优势在于：本装置中的冗余压电执行器所拥有的快速响应特性能够优化对针阀开启和关闭的控制,解决了电磁阀因磁滞效应造成的喷油响应时间长、响应速度慢的问题，能够满足喷油系统对多次喷射的要求。本装置中的冗余电磁阀和冗余压电执行器双阀机构，能够实现对溢流油路和喷油针阀的配合控制，可灵活控制喷油压力和喷油规律，满足柴油机在不同工况、不同负荷下的喷射次数、喷油压力和喷油规律需要。利用压电执行器对针阀进行控制，消除了转速对针阀响应的影响，使针阀开启和关闭过程不再受燃油压力的影响，克服了低速工况下燃油喷射压力低、雾化质量差、针阀开启慢等缺陷，进一步提高喷油装置的稳定性和可靠性，满足柴油机电控系统更高的可靠性要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的冗余压电晶体结构示意图；

图3为本发明的冗余高速电磁阀结构示意图；

图4为本发明的液压耦合器结构示意图。

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：

本发明包括冗余高速电磁阀3、冗余压电执行器4和阀体外壳1、2，冗余高速电磁阀3和冗余压电执行器4安装在阀体外壳1、2内部。冗余压电与电磁双阀组合装置的上方装有冗余高速电磁阀3，下方装有冗余压电执行器4。冗余压电执行器4包括内外两个压电晶体，外侧为圆环形压电晶体，内侧为圆柱形压电晶体。内侧圆柱形压晶体为工作压电执行器9，通过控制常闭型喷射控制阀实现对燃油喷射过程的灵活调节。外侧圆环形压电晶体为冗余压电执行器10，作为工作压电执行器9的热备份，当工作压电执行器9出现故障无法正常工作时，用于代替工作压电执行器9对常闭型喷射控制阀进行控制，从而保证正常喷油，维持柴油机正常工作。

结合图1～4，本发明的冗余电磁与压电组合双阀装置由冗余高速电磁阀3，冗余压电执行器4和阀体外壳1、2组成。冗余高速电磁阀由工作电磁阀7和冗余电磁阀8组成，冗余压电执行器由工作压电执行器9、冗余压电执行器10和液压耦合器5组成。工作压电执行器9为圆柱形压电元件，压在弹性金属垫片11上，该弹性金属垫片11将压电元件的形变传递给下面的液压耦合器5，通过液压耦合器5中的控制阀13控制燃油喷射。弹性金属垫片11还能有效减小液压耦合器5中变换活塞12对压电元件的冲击。

冗余高速电磁阀3构成的溢流控制阀为常开阀，未通电时，溢流控制阀为开启状态，燃油经溢流油路流回油箱。当冗余高速电磁阀3通电关闭溢流控制阀时，截断燃油溢流通路，在柱塞的压缩作用下燃油压力迅速升高，为喷油做好准备。

冗余压电晶体执行器4构成的喷油控制阀为常闭阀，工作压电执行器9未通电时，压电晶体无伸长形变，喷油针阀在高压燃油压力和弹簧预紧力的作用下密封喷孔。当系统喷油时，工作压电执行器9通电，压电晶体产生形变并通过弹性金属垫片11将形变传至喷油控制阀，开启泄油通道，实现对喷油过程的控制。如果工作压电执行器9出现如通电问题等故障无法正常工作，作为工作压电执行器9的热备份的冗余压电执行器10立即取代工作压电执行器9对喷油控制阀实施控制作用。冗余压电执行器10同样作用在弹性金属垫片11上，能够实现与工作压电执行器9相同的控制作用。工作压电执行器9和冗余压电执行器10的压电元件材料相同，通电时伸长变形量相同，因此，可以保证工作和冗余压电执行器工作时对燃油喷射装置的控制作用完全相同。工作压电执行器9为圆柱形，冗余压电执行器10为圆环形，以保证弹性金属垫片11受力均匀。此结构以保证冗余压电执行器及柴油机工作的稳定性和连续工作能力，提高了电控系统和柴油机的可靠性。

为了实现多次喷射，可以通过控制冗余高速电磁阀3关闭溢流控制阀的时间，控制冗余压电执行器4开启喷油控制阀的时间，当燃油积蓄到一定的压力，由冗余压电执行器4执行多次开启和关闭喷油控制阀的动作，完成多次喷油。通过对冗余高速电磁阀3和冗余压电执行器4的控制，完成溢流控制阀和喷油控制阀的配合控制，可以实现矩形喷射和靴型喷射等多种喷射规律。

Claims (1)

1.冗余电磁与压电组合双阀装置器，其特征是：包括阀体外壳和安装在阀体外壳里的冗余高速电磁阀和冗余压电执行器，冗余高速电磁阀构成溢流控制阀且为常开阀，冗余压电执行器构成喷油控制阀且为常闭阀，冗余高速电磁阀位于冗余压电执行器的上方，冗余高速电磁阀包括主电磁阀和从电磁阀，冗余压电执行器包括冗余压电晶体、液压耦合器，冗余压电晶体包括圆柱形的主压电执行器，液压耦合器包括相互连接的变换活塞和控制阀，冗余压电晶体与液压耦合器之间安装弹性金属垫片，主压电执行器压在弹性金属垫片上，弹性金属垫片与变换活塞相连，将冗余压电晶体的形变传递给液压耦合器；

所述的冗余压电晶体还包括圆环形的从压电执行器，从压电执行器安装在主压电执行器的外侧、其端部也压在弹性金属片上，主压电执行器和从压电执行器的压电元件材料相同、通电时伸长变形量相同。