CN104612872A - 船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统 - Google Patents

Abstract

一种船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，包括伺服油供给部分、共轨喷油器和燃油供给部分；其中，伺服油供给部分和燃油供给部分分别向共轨喷油器供给伺服油和燃油，在共轨喷油器中，增压活塞与增压活塞体之间形成增压活塞上腔和增压活塞下腔，增压活塞控制阀控制伺服油供给部分与增压活塞上腔的连通或是切断，以实现燃油的增压或是燃油的吸油，增压活塞下腔内的经增压的高压燃油分为两路，一路进入控制腔，另一路进入盛油槽，喷油控制电磁阀为二位三通电磁阀，在燃油喷射过程中避免了使用二位二通电磁阀引起的较大动态泄油量的缺点，通过对增压活塞控制阀和喷油控制电磁阀这两个二位三通电磁阀工作特性的独立控制，实现了对共轨喷油器的喷油定时和循环喷油量进行全工况的精确柔性控制，有效改善了柴油机的燃油经济性和排放性。

Description

船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统

技术领域

本发明涉及一种发动机喷油器，具体涉及一种用于大功率船用双电磁阀控制的低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，属于柴油机技术领域。

背景技术

柴油机共轨燃油喷射系统可以实现对喷油定时、循环喷油量的精确柔性控制，是大功率船用柴油机实现高燃油经济性和低有害物排放的有效手段。按照燃油增压的形式，共轨燃油喷射系统分为中压共轨和高压共轨两种。

Caterpillar公司研发的一款蓄压式中压共轨燃油喷射系统，使用二位三通电磁阀对增压活塞的运动进行控制，实现了燃油喷射压力和发动机转速的相互独立，但是燃油增压过程和燃油喷射过程仍然相互关联，无法相互独立，因此在一次燃油增压过程中无法实现多次喷射。

中国专利CN 102392771A采用二位三通电磁阀来代替中国专利CN 102022241A上对增压活塞运动进行控制的二位二通电磁控制平板阀，不仅实现了燃油增压过程和燃油喷射过程的相互独立，而且解决了采用平板阀带来的高压密封性差的问题。但其不足之处在于，该专利同专利CN 102022241A、CN 102705121A一样，都是通过对增压活塞小头下方控制腔内燃油泄油、充油的控制，实现对增压活塞运动的控制，从而完成燃油增压过程和吸油过程，然而这种对增压活塞运动的控制方式需要对控制腔上的进油节流孔和泄油节流孔进行精确匹配，这必然造成加工成本上升，制造难度增大，而且由于增压活塞大头上部始终有高压燃油作用，当增压活塞向上复位时，由于高压燃油产生向下的作用力，增压活塞很难快速复位，这将明显减少有效充油时间，限制了柴油机功率的覆盖范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，通过对增压活塞控制电磁阀和燃油喷射控制电磁阀的精确柔性控制，实现燃油增压过程和燃油喷射过程的完全独立，同时减少燃油喷射过程中的动态泄油量，满足柴油机全工况下理想喷油规律的要求，以提高柴油机的燃油经济性和降低有害物的排放。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，其包括伺服油供给部分、共轨喷油器和燃油供给部分；

所述伺服油供给部分连接所述共轨喷油器且向该共轨喷油器供给伺服油；

所述燃油供给部分连接所述共轨喷油器且向该共轨喷油器供给燃油；

所述共轨喷油器包括增压活塞控制阀、增压活塞、增压活塞大头复位弹簧、增压活塞体、燃油进油油路、竖直油腔、喷油控制电磁阀、第一高压油路、第二高压油路、控制腔体、控制腔、喷油器体、针阀、针阀座和针阀复位弹簧；其中，

增压活塞位于共轨喷油器的上部并设置于增压活塞体的内腔中，该增压活塞由上下连接为一体的增压活塞大头和增压活塞小头组成，该增压活塞大头与增压活塞体之间形成增压活塞上腔，该增压活塞小头与增压活塞体之间形成增压活塞下腔，增压活塞大头复位弹簧设于增压活塞体的内腔中且使得增压活塞大头在所述增压活塞上腔不充油的情况下始终位于上部；

增压活塞控制阀布置在共轨喷油器的上部且与伺服油供给部分连接，该增压活塞控制阀的工作腔与所述增压活塞上腔相连，该增压活塞控制阀控制伺服油供给部分与该增压活塞上腔的连通或是切断，以实现燃油的增压或是燃油的吸油；

设置于增压活塞体内的燃油进油油路分别连通所述增压活塞下腔和燃油供给部分，该燃油供给部分通过燃油进油油路向该增压活塞下腔内充油以完成燃油的吸油；

喷油控制电磁阀位于竖直油腔的下方，对喷油定时和循环喷油量进行全工况的精确柔性控制；

控制腔体位于喷油控制电磁阀的下侧，控制腔设置于该控制腔体内；

喷油器体位于控制腔体的下侧，针阀安装于该喷油器体的内腔中，在针阀复位弹簧的作用下，该针阀与安装在喷油器体上的针阀座紧密贴合，针阀与喷油器体之间形成有盛油槽；

竖直油腔向上连通所述增压活塞下腔，向下连通第一高压油路和第二高压油路，该第一高压油路始终连通喷油器体内的盛油槽，第二高压油路通过喷油控制电磁阀与控制腔体内的控制腔实现连通或者断开，所述增压活塞下腔内的经增压的高压燃油通过竖直油腔后分为两路，一路进入到控制腔内，另一路进入到所述盛油槽内。

作为进一步改进，所述的增压活塞大头的直径大于所述增压活塞小头的直径，形成一定的增压比。

作为进一步改进，所述的增压活塞控制阀为二位三通电磁阀；所述喷油控制电磁阀为二位三通液力平衡式电磁阀。

作为进一步改进，所述的伺服油供给部分包括伺服油箱、伺服油过滤器、伺服油输油泵、伺服油进油管和伺服油回油管；所述伺服油过滤器位于所述伺服油箱内，并且依次通过所述伺服油输油泵和所述伺服油进油管连接所述增压活塞控制阀，所述伺服油回油管连接所述增压活塞控制阀且通入所述伺服油箱内；所述增压活塞控制阀控制所述伺服油进油管与该增压活塞上腔连通，或是与所述伺服油回油管连通。

作为进一步改进，所述的燃油供给部分包括依次连接的燃油箱、过滤器、输油泵、单向阀和燃油进油管，该燃油进油管连接所述共轨喷油器的燃油进油油路，所述燃油由燃油箱依次通过所述过滤器、输油泵、单向阀、燃油进油管和燃油进油油路进入到所述增压活塞下腔内，实现燃油的供给。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明的燃油增压过程是通过内置的增压活塞实现对低压燃油的增压，通过改变进入增压活塞上腔内的伺服油油压，能够灵活地调节所需要的燃油喷射压力；

2、在该共轨燃油喷射系统中使用二位三通电磁阀作为燃油喷射控制电磁阀，在燃油喷射过程中，避免了在控制上使用二位二通电磁阀引起的较大动态泄漏量的缺点；

3、由于所述喷油器内置增压活塞，系统只在增压阶段才有高压燃油的存在，其他阶段均为低压燃油，因此提高了整个系统工作的可靠性和安全性；

4、该系统实现了燃油增压过程和燃油喷射过程的相互独立，通过控制增压活塞控制阀和燃油喷射控制电磁阀，对燃油增压压力和喷油定时、喷油规律、循环喷油量进行了全工况精确柔性控制，因而有效地提高了船用大功率柴油机的燃油经济性并改善了柴油机的排放性。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图中，

A伺服油供给部分，B共轨喷油器，C燃油供给部分，1伺服油箱，2伺服油过滤器，3伺服油输油泵，4伺服油进油管，5伺服油回油管，6增压活塞控制阀，7增压活塞大头，8增压活塞小头，9增压活塞上腔，10增压活塞下腔，11增压活塞体，12增压活塞大头复位弹簧，13燃油进油油路，14竖直油腔，15喷油控制电磁阀，16第一高压油路，17第二高压油路，18泄油油路，19控制腔体，20控制腔，21喷油器体，22针阀，23针阀复位弹簧，24针阀座，25盛油槽，26燃油箱，27过滤器，28输油泵，29单向阀，30燃油进油管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明，以求更为清楚地理解本发明的结构和使用过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明所述的船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统包括伺服油供给部分A、共轨喷油器B和燃油供给部分C。

所述伺服油供给部分A包括伺服油箱1、伺服油过滤器2、伺服油输油泵3、伺服油进油管4和伺服油回油管5；所述伺服油过滤器2位于所述伺服油箱1内，所述伺服油输油泵3一端连接所述伺服油过滤器2，另一端连接所述伺服油进油管4，所述伺服油回油管5通入所述伺服油箱1内。

请参阅图1，所述共轨喷油器B包括增压活塞控制阀6、增压活塞、增压活塞上腔9、增压活塞下腔10、增压活塞体11、增压活塞大头复位弹簧12、燃油进油油路13、竖直油腔14、喷油控制电磁阀15、第一高压油路16、第二高压油路17、泄油油路18、控制腔体19、控制腔20、喷油器体21、针阀22、针阀复位弹簧23、针阀座24和盛油槽25。

所述增压活塞位于所述共轨喷油器B的上部并设置于所述增压活塞体11的内腔中，该增压活塞由上下连接为一体的增压活塞大头7和增压活塞小头8组成，该增压活塞大头7的直径大于所述增压活塞小头8的直径，形成一定的增压比；所述增压活塞大头7与增压活塞体11之间形成增压活塞上腔9，该增压活塞小头8与增压活塞体11之间形成增压活塞下腔10，所述增压活塞大头复位弹簧12设于所述增压活塞体11的内腔中，且使得所述增压活塞大头7在增压活塞上腔9不充油的情况下始终位于上部。所述增压活塞控制阀6为二位三通电磁阀，布置在共轨喷油器B的上部，增压活塞控制阀6的工作腔与增压活塞上腔9相连，所述伺服油进油管4和伺服油回油管5连接所述增压活塞控制阀6，并且该增压活塞控制阀6根据外部控制单元的指令控制所述伺服油进油管4与所述增压活塞上腔9连通，或是与所述伺服油回油管5连通，从而实现燃油的增压或是燃油的吸油。所述燃油进油油路13设置于所述增压活塞体11内，并且一端连通所述增压活塞下腔10，另一端连接所述燃油供给部分C，该燃油供给部分C通过所述燃油进油油路13向所述增压活塞下腔10内充油以完成燃油的吸油。

所述竖直油腔14位于所述增压活塞下腔10的下面且连通该增压活塞下腔10；所述喷油控制电磁阀15为二位三通液力平衡式电磁阀，位于所述竖直油腔14的下方；所述泄油油路18与所述喷油控制电磁阀15连接且与外部连接。所述控制腔体19位于所述喷油控制电磁阀15的下面，该控制腔体19内设有控制腔20。所述喷油器体21位于所述控制腔体19的下侧，该喷油器体21内设有针阀座24，并且内腔中安装所述针阀22，该针阀22在位于上方的针阀复位弹簧23的作用下，与所述针阀座24紧密贴合，所述针阀22与喷油器体21之间形成有盛油槽25。所述竖直油腔14向下连通两个高压油路：第一高压油路16始终连通所述喷油器体21内的盛油槽25，第二高压油路17通过所述喷油控制电磁阀15与所述控制腔体19内的控制腔20实现连通或者断开。所述增压活塞下腔10内的经增压的高压燃油通过所述竖直油腔14后分为两路，一路通过所述第二高压油路17和喷油控制电磁阀15进入到所述控制腔20内，另一路通过所述第一高压油路16进入到所述盛油槽25内。

请参阅图1，所述燃油供给部分C包括依次连接的燃油箱26、过滤器27、输油泵28、单向阀29和燃油进油管30，该燃油进油管30连接所述共轨喷油器B的燃油进油油路13，单向阀29位于过滤器27和输油泵28的上端，低压燃油由燃油箱26依次通过过滤器27、输油泵28、单向阀29、燃油进油管30和燃油进油油路13进入到增压活塞下腔10内，实现燃油的供给。

本发明的具体工作原理如下：增压活塞控制阀6为二位三通电磁控制阀，当不通电时，通过其内部油路将伺服油进油管4和伺服油回油管5相连通，切断伺服油进油管4与增压活塞上腔9之间的油路；伺服油在伺服油输油泵3的作用下，从伺服油箱1流出，通过伺服油过滤器2、伺服油进油管4、增压活塞控制阀6、伺服油回油管5流回到伺服油箱1内，增压活塞大头7在增压活塞大头复位弹簧12的作用下处于上部。低压燃油在输油泵28的作用下，从燃油箱26中泵出，通过过滤器27、单向阀29、燃油进油管30、增压活塞体11内的燃油进油油路13进入到增压活塞下腔10内，完成吸油过程。控制单元采集各传感器输入信号，向增压活塞控制阀6发出指令信号，通电后的增压活塞控制阀6将连通着的伺服油进油管4和伺服油回油管5切断，而将增压活塞上腔9与伺服油进油管5相连通，伺服油进入到增压活塞上腔9内。当增压活塞上腔9内伺服油产生的向下作用力大于增压活塞大头复位弹簧12产生的向上作用力与增压活塞下腔10内低压燃油产生的向上作用力之和时，增压活塞大头7沿着喷油器轴线向下运动，增压活塞小头8受迫向下运动，压缩增压活塞下腔10内的低压燃油，直到增压活塞受力平衡为止，此时燃油压力增压到规定的燃油喷射压力。在增压活塞对低压燃油进行增压的过程中，通过竖直油腔14的燃油分成两路：一路通过第一高压油路16进入到喷油器体21中的盛油槽25内，另一路通过第二高压油路17、喷油控制电磁阀15进入到控制腔体19内的控制腔20，而喷油控制电磁阀15切断控制腔20和泄油油路18的连通，此时控制腔20内燃油产生的向下作用力和针阀复位弹簧23产生的向下作用力之和大于盛油槽25内燃油产生的向上作用力时，针阀22落座在针阀座24上，喷油器不喷油。当共轨喷油器的控制单元从传感器采集信号，判断需要喷油时，控制单元向喷油控制电磁阀15发出控制信号，喷油控制电磁阀15切断第二高压油路17和控制腔20的连通，而连通控制腔20和泄油油路18，此时控制腔20内的高压燃油通过喷油控制电磁阀15，经过泄油油路18泄出，而增压后的高压燃油继续通过竖直油腔14、第一高压油路16进入到喷油器体21内的盛油槽25中，当控制腔20内高压燃油产生的向下作用力和针阀复位弹簧23产生的向下作用力之和小于盛油槽25内高压燃油产生的向上作用力时，针阀22在压力差的作用下向上运动，离开针阀座24，喷油器开始喷油。当喷油控制电磁阀15得到控制单元发出的停喷控制信号后，喷油控制电磁阀15切断控制腔20和泄油油路18的连通，而打开控制腔20和第二高压油路17的连通，高压燃油通过第二高压油路17、喷油控制电磁阀15进入到控制腔体19的控制腔20内，当控制腔20内燃油产生的向下作用力和针阀复位弹簧23产生向下的作用力之和大于盛油槽25内燃油产生的向上作用力时，针阀22落座，喷油器喷油结束。在一次喷射结束后，增压活塞控制阀6接受控制单元发出的断电信号，增压活塞上腔9和伺服油回油管5接通，伺服油从增压活塞上腔9流出，由于增压活塞上腔9内伺服油压力下降，增压活塞大头7在复位弹簧12的作用下，开始向上运动，增压活塞下腔10内油压下降，低压燃油在压力差的作用下，从燃油供给部分C进行吸油，准备为燃油进行下一次增压。

根据上述工作过程的描述可知，所述船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统使用二位三通电磁阀作为喷油控制电磁阀，在燃油喷射过程中，避免了在喷油过程控制上使用二位二通电磁阀引起的较大动态泄漏量的缺点；所述共轨喷油器内部集成了增压活塞，由于只有在增压情况下系统才有高压，降低了系统承受高压的负荷，保证了系统的可靠性；通过对增压活塞控制阀和喷油控制电磁阀的双电磁阀工作特性的控制，实现了对增压过程和喷油过程的精确柔性控制，能够实现多次喷射，有效提高了船用大功率柴油机的燃油经济性并改善了柴油机的排放性。

上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述共轨燃油喷射系统包括伺服油供给部分、共轨喷油器和燃油供给部分；

所述伺服油供给部分连接所述共轨喷油器且向该共轨喷油器供给伺服油；

所述燃油供给部分连接所述共轨喷油器且向该共轨喷油器供给燃油；

所述共轨喷油器包括增压活塞控制阀、增压活塞、增压活塞大头复位弹簧、增压活塞体、燃油进油油路、竖直油腔、喷油控制电磁阀、第一高压油路、第二高压油路、控制腔体、控制腔、喷油器体、针阀、针阀座和针阀复位弹簧；其中，

增压活塞位于共轨喷油器的上部并设置于增压活塞体的内腔中，该增压活塞由上下连接为一体的增压活塞大头和增压活塞小头组成，该增压活塞大头与增压活塞体之间形成增压活塞上腔，该增压活塞小头与增压活塞体之间形成增压活塞下腔，增压活塞大头复位弹簧设于增压活塞体的内腔中且使得增压活塞大头在所述增压活塞上腔不充油的情况下始终位于上部；

增压活塞控制阀布置在共轨喷油器的上部且与伺服油供给部分连接，该增压活塞控制阀的工作腔与所述增压活塞上腔相连，该增压活塞控制阀控制伺服油供给部分与该增压活塞上腔的连通或是切断，以实现燃油的增压或是燃油的吸油；

设置于增压活塞体内的燃油进油油路分别连通所述增压活塞下腔和燃油供给部分，该燃油供给部分通过燃油进油油路向该增压活塞下腔内充油以完成燃油的吸油；

喷油控制电磁阀位于竖直油腔的下方，对喷油定时和循环喷油量进行全工况的精确柔性控制；

控制腔体位于喷油控制电磁阀的下侧，控制腔设置于该控制腔体内；

喷油器体位于控制腔体的下侧，针阀安装于该喷油器体的内腔中，在针阀复位弹簧的作用下，该针阀与安装在喷油器体上的针阀座紧密贴合，针阀与喷油器体之间形成有盛油槽；

竖直油腔向上连通所述增压活塞下腔，向下连通第一高压油路和第二高压油路，该第一高压油路始终连通喷油器体内的盛油槽，第二高压油路通过喷油控制电磁阀与控制腔体内的控制腔实现连通或者断开，所述增压活塞下腔内的经增压的高压燃油通过竖直油腔后分为两路，一路进入到控制腔内，另一路进入到所述盛油槽内。

2.根据权利要求1所述的船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的增压活塞大头的直径大于所述增压活塞小头的直径，形成一定的增压比。

3.根据权利要求1所述的船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的增压活塞控制阀为二位三通电磁阀；所述喷油控制电磁阀为二位三通液力平衡式电磁阀。

4.根据权利要求3所述的船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的伺服油供给部分包括伺服油箱、伺服油过滤器、伺服油输油泵、伺服油进油管和伺服油回油管；所述伺服油过滤器位于所述伺服油箱内，并且依次通过所述伺服油输油泵和所述伺服油进油管连接所述增压活塞控制阀，所述伺服油回油管连接所述增压活塞控制阀且通入所述伺服油箱内；所述增压活塞控制阀控制所述伺服油进油管与该增压活塞上腔连通，或是与所述伺服油回油管连通。

5.根据权利要求4所述的船用低速柴油机重油高压共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的燃油供给部分包括依次连接的燃油箱、过滤器、输油泵、单向阀和燃油进油管，该燃油进油管连接所述共轨喷油器的燃油进油油路，所述燃油由燃油箱依次通过所述过滤器、输油泵、单向阀、燃油进油管和燃油进油油路进入到所述增压活塞下腔内，实现燃油的供给。