CN103470385B - 低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，包括高压阀体和阀芯，高压阀体上位于通孔的两端分别设有安装阀头的先导端盖和安装活塞体的主阀端盖，先导端盖内设有向阀头提供预紧力的弹性元件，所述的主阀端盖的无杆腔上连接有向其提供液压驱动力的低压伺服系统，所述的高压阀体内位于高压进油油路上设有计量空腔，所述的计量空腔内安装有高压流量计。本发明的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，该控制系统用于低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制，一方面利用增压缸的增压作用，推动阀芯快速开启，另一方面利用电液伺服控制原理，实时控制喷油量。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机燃油喷射控制技术领域，尤其是一种低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统。
背景技术
随着我国造船工业向着超大型、高附加值船舶方向发展，对其配套柴油机的自主制造、智能性、大型化提出了更高的要求。从现代船用燃油喷射系统的发展来看，低速船用高压共轨燃油喷射系统必须具备响应快速、启闭性好、系统稳定、雾化良好等特性。如图7所示，目前主流的是SULZERRT-Flex船用电喷柴油机系列所采用的高压共轨燃油喷射控制系统。主要包括主阀体和阀芯，主阀体内具有供油油路，阀芯设置在主阀体，阀芯的两端具有驱动部件，驱动阀芯在主阀体内移动，实现油路的切换，还具有高压流量计，高压流量计的活动端设置在主阀体内对应的阀腔内，在高压燃油的作用下，在主阀体内的阀腔中向右运动，根据活动端的移动的速度可计算出高压燃油的流量，进一步计算出一次喷射完成的喷油量。
其优点是可控参数多、易于实现喷油速率的多次喷射。其缺点是：高速电磁阀易损坏，且该控制系统为开环系统，难以实现喷射燃油量的实时控制；高压流量计磨损严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中流量控制为开环系统，难以实现燃油喷射量的实时控制，提供一种低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，高压流量计和低压伺服系统构成闭环反馈控制系统，通过双螺杆转子流量计精确计算出一次喷射所需的喷油量，通过低压伺服系统控制阀杆的位置，从而控制高压进油油路和高压出油油路的连通开度，从而实现实时控制喷油量的目的，易于实现柔性控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，包括高压阀体和阀芯，高压阀体内具有高压进油油路和高压出油油路，所述的阀芯包括阀杆和分别位于阀杆两端的阀头和活塞体，所述的高压阀体内具有容纳阀杆的通孔，所述的阀杆上设有通过阀杆在高压阀体内的移动使高压进油油路和高压出油油路连通或关闭的高压环槽，高压阀体上位于通孔的两端分别设有安装阀头的先导端盖和安装活塞体的主阀端盖，所述的先导端盖内设有向阀头提供预紧力的弹性元件，所述的主阀端盖的无杆腔上连接有向其提供液压驱动力的低压伺服系统，所述的低压伺服系统包括可调节开度的三位四通换向阀和与三位四通换向阀对应通过工作管路连通的增压缸，所述的三位四通换向阀上具有进油端和回油端，所述的增压缸包括缸筒和设置于缸筒内的活塞、活塞杆和套设在活塞杆上的增压套，所述的增压套内填充有液压油，所述的增压套与主阀端盖的无杆腔通过油路连通，所述的高压阀体内位于高压进油油路上设有计量空腔，所述的计量空腔内安装有高压流量计。
进一步的，所述的三位四通换向阀的进油端与主阀端盖的无杆腔之间通过油路连通，所述的油路上设有进油端向无杆腔单向导通的单向阀。若出现进入主阀端盖的无杆腔的油液不足时，则单向阀打开，低压伺服油直接通过单向阀流入主阀端盖的无杆腔内，推动阀芯向上移动。
作为优选，所述的高压流量计为双螺杆转子流量计，双螺杆转子流量计具有一对相互啮合的螺杆转子。
所述的双螺杆转子流量计上具有将转动信号转换成脉冲信号并发送至柴油机电子控制单元(ECU)的脉冲发生器。脉冲发生器将高压流量计的一对相互啮合螺杆的转子转动信号转换成脉冲信号发送至ECU，由于一对相互啮合螺杆转子每转一周流过的燃油量一定，因此ECU根据脉冲信号可计算出已喷射燃油量。同时，ECU将已喷射燃油量与目标燃油喷射量进行比较，并将计算结果以电信号的形式输出。三位四通换向阀接收到ECU输出的控制电信号后，其阀口开度随之变化，进而导致阀芯的阀口开度改变，从而实现对燃油喷射量的实时控制。
进一步的，为提高阀芯闭合方向的压力，所述的高压阀体内具有连通先导端盖的低压油路，还具有连通低压油路的二位三通换向阀，所述的二位三通换向阀上具有进油端和回油端。通过低压油路内油液的作用，大大增加了阀芯闭合方向的压力，避免了阀芯关闭延迟的现象和阀芯的二次开启，进一步提高了整个单元的频响。由低压先导部分控制高压燃油的通断，进一步简化高压燃油流道的设计，同时低压油路与燃油流道分别独立的布置结构，极大地减少了高压燃油的渗透。
进一步的，为使结构紧凑，所述的二位三通换向阀上的进油端通过供油管路与三位四通换向阀的进油端连通。二位三通换向阀和三位四通换向阀连通同一个供油管路。
作为优选，提高控制反应速度，和便于实现开度调节，所述的三位四通换向阀为三位四通电液伺服阀或三位四通电液比例阀，所述的二位三通换向阀为二位三通电磁换向阀。
进一步的，为便于制造，所述的高压阀体为由主阀体和先导阀体分体连接而成。高压阀体的各个油路复杂，分体设计便于加工制造。
作为优选，所述的弹性元件为弹簧。
进一步的，增加阀芯向闭合方向运动时的压力，所述的阀头呈上大下小的锥形。
本发明的有益效果是，本发明的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，该控制系统用于低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制，一方面利用增压缸的增压作用，推动阀芯快速开启。另一方面利用低压先导油液的作用，大大增加了阀芯闭合方向的压力，避免了其关闭延迟的现象和阀芯的二次开启，进一步提高了整个控制系统的频响。低压油路和高压油路分别独立的布置，极大地减少了高压燃油向低压油路的渗透。
该控制系统是一个闭环反馈位移控制系统。脉冲发生器将双螺杆转子转动信号转换成脉冲信号发送至ECU。由于双螺杆转子每转一周流过的燃油量一定，因此ECU根据脉冲信号可计算出已喷射燃油量。同时，ECU将已喷射燃油量与目标燃油喷射量进行比较，并将计算结果以电信号的形式输出。三位四通换向阀接受到ECU输出的控制电信号后，其阀口开度随之变化，进而控制阀芯的阀口开度改变，即高压进油油路和高压出油油路之间的开度改变，从而实现对燃油喷射量的实时控制，从而有利于燃油的充分燃烧，减少碳颗粒的排放。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统的优选实施例的结构示意图；
图2是低压伺服系统管路图；
图3是喷射起始低压部分的油液流向图；
图4是主阀开启时其内部流道的油液流向图；
图5是喷射结束低压部分的油液流向图；
图6是主阀闭合时其内部流道的油液流向图。
图中：1.高压阀体，11.高压进油油路，12.高压出油油路，13.计量空腔，14.先导油路，2.阀芯，21.阀头，22.活塞体，3.先导端盖，31.弹性元件，4.主阀端盖，41.二位三通换向阀，42.低压油路，5.低压伺服系统，51.三位四通换向阀，52.增压缸，53.单向阀，6.高压流量计。
图7是现有技术的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～6所示的本发明一种低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统的最佳实施例，包括高压阀体1和阀芯2，高压阀体1内具有高压进油油路11和高压出油油路12，阀芯2包括阀杆和分别位于阀杆两端的阀头21和活塞体22，高压阀体1内具有容纳阀杆的通孔，阀杆上设有通过阀杆在高压阀体1内的移动使高压进油油路11和高压出油油路12连通或关闭的高压环槽，高压阀体1上位于通孔的两端分别设有安装阀头21的先导端盖3和安装活塞体22的主阀端盖4，先导端盖3内设有向阀头21提供预紧力的弹性元件31，主阀端盖4的无杆腔上连接有向其提供液压驱动力的低压伺服系统5，低压伺服系统5包括可调节开度的三位四通换向阀51和与三位四通换向阀51对应通过工作管路连通的增压缸52，三位四通换向阀51上具有进油端和回油端，增压缸52包括缸筒和设置于缸筒内的活塞、活塞杆和套设在活塞杆上的增压套，增压套内填充有液压油，增压套与主阀端盖4的无杆腔通过油路连通，高压阀体1内位于高压进油油路11上设有计量空腔13，计量空腔13内安装有高压流量计6。
进一步的，三位四通换向阀51的进油端与主阀端盖4的无杆腔之间通过油路连通，油路上设有进油端向无杆腔单向导通的单向阀53。若出现进入主阀端盖4的无杆腔的油液不足时，则单向阀53打开，低压伺服油直接通过单向阀53流入主阀端盖4的无杆腔内，推动阀芯2向上移动。
作为优选，高压流量计6为双螺杆转子流量计，双螺杆转子流量计具有一对相互啮合的螺杆转子。
双螺杆转子流量计上具有将转动信号转换成脉冲信号并发送至柴油机ECU的脉冲发生器(未图示)。脉冲发生器将高压流量计6的一对相互啮合的螺杆转子转动信号转换成脉冲信号发送至ECU，由于一对相互啮合的螺杆转子每转一周流过的燃油量一定，因此ECU根据脉冲信号可计算出已喷射燃油量。同时，ECU将已喷射燃油量与目标燃油喷射量进行比较，并将计算结果以电信号的形式输出。三位四通换向阀51接收到ECU输出的控制电信号后，其阀口开度随之变化，进而导致阀芯2的阀口开度改变，从而实现对燃油喷射量的实时控制。
进一步的，为提高阀芯2闭合方向的压力，高压阀体1内具有连通主阀端盖4的低压油路42，还具有连通低压油路42的二位三通换向阀41，二位三通换向阀41上具有进油端和回油端。通过低压油路42内油液的作用，大大增加了阀芯2闭合方向的压力，避免了阀芯2关闭延迟的现象和阀芯2的二次开启，进一步提高了整个单元的频响。由低压先导部分控制高压燃油的通断，进一步简化高压燃油流道的设计，同时低压油路42与燃油流道分别独立的布置结构，极大地减少了高压燃油的渗透。
进一步的，为使结构紧凑，二位三通换向阀41上的进油端通过供油管路与三位四通换向阀51的进油端连通。二位三通换向阀41和三位四通换向阀51连通同一个供油管路。
作为优选，提高控制反应速度，和便于实现开度调节，所述的三位四通换向阀为三位四通电液伺服阀或者三位四通电液比例阀，二位三通换向阀41为二位三通电磁换向阀。
进一步的，为便于制造，高压阀体1为由主阀体和先导阀体分体连接而成。高压阀体的各个油路复杂，分体设计便于加工制造。
作为优选，弹性元件31为弹簧。
进一步的，增加阀芯2向闭合方向运动时的压力，阀头21呈上大下小的锥形。
本发明的工作原理为：
当三位四通换向阀51的左侧电磁铁得电后，三位四通换向阀51的工作在左位，如图3所示。低压伺服油流入增压缸52的左侧，推动所述增压缸中活塞向右移动，推动增压缸52的右侧增压套中的液压油流入主阀端盖4所形成的无杆腔内，推动阀芯2向上移动，造成弹性元件31压缩。若出现油液不足时，则单向阀53打开，低压伺服油直接通过单向阀53流入所述主阀端盖4形成的无杆腔内。阀芯2向上移动后，主阀端盖4的另一腔燃油流回燃油箱。同时，高压阀体1与先导端盖3所形成的先导阀腔内低压油液经二位三通换向阀41流回低压油箱。阀芯2向上移动后，高压进油油路11中的高压燃油经高压流量计6进入高压阀体1的内部流道。高压流量计6的一对相互啮合的螺杆转子在高压燃油的作用下转动，转轴上的脉冲发生器将转动信号转换成脉冲信号发送至ECU。由于一对相互啮合的螺杆转子每转一周流过的燃油量一定，因此ECU根据脉冲信号即可计算出一次喷射完成的喷油量。此时，系统内高压燃油的流向如图4所示。
当三位四通换向阀51的左侧电磁铁失电、右侧电磁铁得电后，三位四通换向阀51工作在右位，如图5所示。低压伺服油流入增压缸52的右侧，推动增压缸52中活塞向左移动，增压缸52的增压腔形成负压。同时，二位三通换向阀41的电磁铁得电，所述二位三通换向阀41工作在上位，低压油液进入先导端盖3内，产生向下的压力。此外，主阀弹簧9的弹力作用，也会引起阀芯2向下运动。阀芯2向下移动后，系统内高压燃油的流向如图6所示。阀芯2在低压油液的压力、弹性元件31的弹力及增压缸52负压共同作用下，迅速关闭。阀芯2关闭后，三位四通换向阀51的右侧电磁铁、二位三通换向阀41的电磁铁同时失电。
该控制系统用于低速船用柴油机高压共轨燃油喷射，一方面利用增压缸52的增压作用，推动阀芯2快速开启。另一方面利用低压先导油液的作用，大大增加了阀芯2闭合方向的压力，避免了其关闭延迟的现象和阀芯2的二次开启，进一步提高了整个单元的频响。同时低压油流道与燃油流道分别独立的布置结构，极大地减少了高压燃油的渗透。
该控制系统是一个闭环反馈位移控制系统。脉冲发生器将高压流量计的螺杆转子转动信号转换成脉冲信号发送至ECU。由于一对螺杆转子每转一周流过的燃油量一定，因此ECU根据脉冲信号可计算出已喷射燃油量。同时，ECU将已喷射燃油量与目标燃油喷射量进行比较，并将计算结果以电信号的形式输出。三位四通换向阀51接收到ECU输出的控制电信号后，其阀口开度随之变化，进而导致阀芯2的阀口开度改变，从而实现对燃油喷射量的实时控制。
Claims (10)
1.一种低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，包括高压阀体和阀芯，高压阀体内具有高压进油油路和高压出油油路，所述的阀芯包括阀杆和分别位于阀杆两端的阀头和活塞体，所述的高压阀体内具有容纳阀杆的通孔，所述的阀杆上设有通过阀杆在高压阀体内的移动使高压进油油路和高压出油油路连通或关闭的高压环槽，高压阀体上位于通孔的两端分别设有安装阀头的先导端盖和安装活塞体的主阀端盖，所述的先导端盖内设有向阀头提供预紧力的弹性元件，其特征是：所述的主阀端盖的无杆腔上连接有向其提供液压驱动力的低压伺服系统，所述的低压伺服系统包括可调节开度的三位四通换向阀和与三位四通换向阀对应通过工作管路连通的增压缸，所述的三位四通换向阀上具有进油端和回油端，所述的增压缸包括缸筒和设置于缸筒内的活塞、活塞杆和套设在活塞杆上的增压套，所述的增压套内填充有液压油，所述的增压套与主阀端盖的无杆腔通过油路连通，所述的高压阀体内位于高压进油油路上设有计量空腔，所述的计量空腔内安装有高压流量计。
2.如权利要求1所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的三位四通换向阀的进油端与主阀端盖的无杆腔之间通过油路连通，所述的油路上设有进油端向无杆腔单向导通的单向阀。
3.如权利要求1所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的高压流量计为双螺杆转子流量计，双螺杆转子流量计具有一对相互啮合的螺杆转子。
4.如权利要求3所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的双螺杆转子流量计上具有将转动信号转换成脉冲信号并发送至柴油机ECU的脉冲发生器。
5.如权利要求1所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的高压阀体内具有连通先导端盖的低压油路，还具有连通低压油路的二位三通换向阀，所述的二位三通换向阀上具有进油端和回油端。
6.如权利要求5所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的二位三通换向阀上的进油端通过供油管路与三位四通换向阀的进油端连通。
7.如权利要求5或6所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的三位四通换向阀为三位四通电液伺服阀或三位四通电液比例阀，二位三通换向阀为二位三通电磁换向阀。
8.如权利要求1所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的高压阀体为由主阀体和先导阀体分体连接而成。
9.如权利要求1所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的弹性元件为弹簧。
10.如权利要求1所述的低速船用柴油机高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是：所述的阀头呈上大下小的锥形。
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| CN103470385A (zh) | 2013-12-25 |
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Granted publication date: 20150923 Termination date: 20160918 |