CN104806403A - 多模式压电式常闭电控单体泵 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供多模式压电式常闭电控单体泵，包括双桃凸轮、滚轮柱塞、常闭型压电燃油控制阀、燃油油路换向阀和双出油阀。常闭型压电燃油控制阀安装在柱塞上方，包括压电晶体、控制阀杆、泄油锥阀和泄油锥阀弹簧。燃油油路换向阀安装在常闭型压电燃油控制阀上方，其包括压电晶体、前换向阀杆、换向阀和后换向阀杆，以及燃油油路隔块。本发明能有效的提高电控单体泵的工作效率，提高发动机效率，满足发动机在不同工况、不同负荷下的供油次数、供油压力和供油量需要，改善发动机经济性、动力性，有效降低有害排放。

Description

多模式压电式常闭电控单体泵

技术领域

本发明涉及的是一种喷油装置，具体地说是发动机的喷油装置。

背景技术

随着人类社会的发展进步，现代发动机的发展不得不面对能源危机和环境污染带来的双重压力，发动机排放标准不断提高，这使得发动机发展必须向着节能减排的方向。而利用电子控制实现对发动机燃油喷射系统的控制已经成为发动机的发展趋向，电控单体泵技术是一种重要技术手段。电控单体泵是一种满足发动机排放法规和经济性要求的时间控制式燃油喷射系统，具有喷油压力高、喷油定时柔性可调等特点。压电技术的发展使得发动机电控技术进入了新的高度，压电晶体的响应快速，可控性灵活和耗能少等特点，为发动机电控技术的进一步发展提供了技术支持。

传统电控单体泵采用普通常开型电磁阀控制燃油泄油油路，而普通常开型电磁阀不上电时，阀的泄油油路处于常开状态，单体泵中的燃油通过泄油油路流回油箱。当电磁阀上电后，通过电磁力作用关闭泄油油路，柱塞加压后的燃油经常开阀流至喷油器。然而传统电控单体泵存在如下不足：其一，高速开关电磁阀只有开和关两种工作状态，无法完成多模式控制；其二，电磁阀响应速度有限，控制精度和工作稳定性不高；其三，单体泵工作效率低，凸轮轴旋转一周只能完成对一个喷油器的供油功能；其四，若单纯的改变凸轮型线为双桃凸轮，凸轮轴旋转一周所供燃油多于一个喷油器的喷油量，将导致发动机燃油系统的效率降低；其五，传统电控单体泵，只能完成对单一控制阀的控制功能，难以满足发动机在不同工况条件下对燃油喷射过程的要求；其六，当电磁阀故障无法上电时，泄油油路将始终处于打开状态，常开阀将不能完成控制燃油流通的功能；其七，若电磁阀卡死在关闭状态下，阀内油压会不断升高，对常开阀和喷油器造成不良影响，导致喷油器等其他液压装置受到破坏。总之传统电控单体泵工作效率较低，安全性较差，无法满足发动机工作稳定性，不具备对故障及时作出反应的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供用以提高发动机经济性、动力性、稳定性和可靠性，同时能够有效降低有害排放的多模式压电式常闭电控单体泵。

本发明的目的是这样实现的：

本发明多模式压电式常闭电控单体泵，其特征是：包括双桃凸轮、滚轮柱塞、常闭型压电燃油控制阀、燃油油路换向阀、双出油阀，滚轮柱塞包括滚轮、柱塞、柱塞弹簧、上柱塞壳、下柱塞壳，滚轮安装在下柱塞壳的下端，柱塞的上部位于上柱塞壳里，柱塞的下部位于下柱塞壳里，柱塞外面套装有柱塞弹簧，柱塞弹簧的上端部顶在上柱塞壳下端，柱塞弹簧的下端部位于下柱塞壳里，柱塞与上柱塞壳的内壁之间形成柱塞腔，上柱塞壳上分别设置进油孔、泄油油路以及第一油路，柱塞腔连通进油孔和第一油路；常闭型压电燃油控制阀包括控制阀体、泄油锥阀、控制阀杆、压电晶体、泄油锥阀弹簧，泄油锥阀、控制阀杆、压电晶体、泄油锥阀弹簧均设置控制阀体里，泄油锥阀第一端顶在泄油锥阀弹簧上，泄油锥阀第二端通过控制阀杆与压电晶体相连，控制阀体里设置与第一油路相通的第二油路，泄油锥阀弹簧处与泄油油路相通，泄油锥阀第二端的锥形端面与控制阀体内部的锥面配合，压电晶体未通电时，泄油锥阀的锥形端面顶在控制阀体的锥面上，压电晶体通电时，泄油锥阀的锥形端面离开控制阀体的锥面，第二油路与泄油油路连通；燃油油路换向阀包括压电晶体、前换向阀杆、换向阀体、后换向阀杆、燃油油路隔块，换向壳体与压电晶体并列布置，压电晶体连接前换向阀杆，前换向阀杆通过前换向阀杆小弹簧与钢球相连，钢球顶在换向阀体上，后换向阀杆通过弹簧压在换向阀体上，前换向阀杆、前换向阀杆小弹簧、钢球、换向阀以及后换向阀杆均设置在换向壳体里，换向壳体里设置第一出油油路、第二出油油路、第三出油油路，第一出油油路、第二出油油路均与第三出油油路相通，第三出油油路里设置燃油油路隔块，第二油路伸入至换向壳体里，换向阀体在压电晶体的控制下实现第二油路与第一出油油路或第二出油油路的相通以及第二油路与第一出油油路和第二出油油路同时相通；双出油阀包括第一出油阀和第二出油阀，第一出油阀连通第一出油油路，第二出油阀连通第二出油油路；双桃凸轮与滚轮相配合。

本发明还可以包括：

1、控制阀杆与第二油路相互交叉，控制阀杆上与第二油路交叉的部分分别设置第一受压面和第二受压面，第一受压面和第二受压面分别位于第二油路的泄油锥阀一侧以及压电晶体一侧，第一受压面的面积不小于第二受压面面积的1.2倍。

2、双桃凸轮的每个桃对滚轮作用角度范围为80°～110°，两个桃之间等速段角度为100°～70°。

本发明的优势在于：本装置中的多模式电控单体泵能够实现对两个喷油器灵活供油的功能，可配合双桃凸轮在凸轮轴旋转一周时完成对两个喷油器交替供油的功能，同时也可实现不同工况下两喷油器同时供油或两个喷油器以不同比例同时供油的功能。能有效的提高电控单体泵的工作效率，提高发动机效率，改善发动机经济性、动力性，能够有效降低有害排放。本装置中的燃油油路换向阀，能够实现对双出油阀油路的配合控制，压电晶体控制燃油油路换向阀可提高换向阀的响应速度，可灵活控制喷油器供油时刻和供油量，满足发动机在不同工况、不同负荷下的供油次数、供油压力和供油量需要。同时由于压电晶体所具有的响应速度快，可控性灵活等优点，燃油油路换向阀可实现双出油阀的组合控制，通过改变压电晶体控制信号，可以实现出油阀25工作出油阀26不工作，出油阀26工作出油阀25不工作，以及两出油阀不同比例的流量同时工作的多模式工作方式，从而提高了单体泵的灵活性。

同时本装置还有以下有益效果：本装置燃油控制阀为压电晶体控制的常闭阀，在燃油控制阀压电晶体正常工作时，由于压电晶体的响应速度快，动作稳定性高的特点，能有效的控制燃油通过燃油控制阀的流通速率和流通时间，同时通过燃油控制阀压电晶体不同的控制方式可实现燃油流通量和流通时刻的的灵活控制。通过改变燃油控制阀控制信号可使喷油系统满足发动机多工况多次供油的需求，改善发动机经济性、动力性，有效降低有害排放。本装置燃油控制阀为常闭型阀，当其压电晶体发生故障不能上电时，泄油锥阀处于常闭状态，仍然能够继续完成供油的功能，改善了发动机掉电等情况下发动机的应变能力和工作稳定性。同时，本装置燃油控制阀设计有保护措施，当压电晶体发生故障不能上电时，或连接单体泵的喷油器等液压装置发生故障时，泄油锥阀处于常闭状态会导致常闭阀内压力不断升高，但在保护措施的作用下，泄油锥阀会打开泄油油路，使燃油流回低压油箱，降低整个系统中的燃油压力，保护燃油系统的安全。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的滚轮柱塞结构示意图；

图3a为本发明的常闭型压电燃油控制阀结构示意图，图3b为图3a的局部示意图；

图4a为本发明的燃油油路换向阀结构示意图，图4b为燃油油路换向阀多模式示意图之一，图4c为燃油油路换向阀多模式示意图之二，图4d为燃油油路换向阀多模式示意图之三，图4e为燃油油路换向阀多模式示意图之四；

图5为本发明的双出油阀结构示意图；

图6为本发明的双桃凸轮结构示意图。；

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1～6，本装置包括双桃凸轮1、滚轮柱塞2、常闭型压电燃油控制阀3、燃油油路换向阀4和双出油阀5组成。滚轮柱塞2安装在泵体6底部，由滚轮7、柱塞8、柱塞弹簧9、柱塞腔10、进油孔11、油路12和泄油油路13组成。柱塞腔8的上方安装有常闭型压电燃油控制阀3，包括泄油锥阀弹簧14、泄油锥阀15、控制阀杆16和压电晶体17。燃油油路换向阀4安装在常闭型压电燃油控制阀3上方，其包括压电晶体20、前换向阀杆21、换向阀22和后换向阀杆23，以及燃油油路隔块24。双出油阀5安装在泵体6顶部，由出油阀25和出油阀26组成。

本发明的多模式压电式常闭电控单体泵由双桃凸轮1、滚轮柱塞2、常闭型压电燃油控制阀3、燃油油路换向阀4和双出油阀5组成。滚轮柱塞2由滚轮7、柱塞8、柱塞弹簧9、柱塞腔10、进油孔11、油路12和泄油油路13组成。当柱塞8下行时，从进油孔11吸入燃油，双桃凸轮1推动滚轮7使柱塞8上行，关闭进油孔11后，压缩柱塞腔10中的燃油，完成燃油加压功能，压缩后的燃油经油路12流入常闭型电磁阀。

常闭型压电燃油控制阀3包括泄油锥阀弹簧14、泄油锥阀15、控制阀杆16和压电晶体17。压电晶体17与泄油锥阀15通过控制阀杆16相连。常闭型压电燃油控制阀不上电时，泄油锥阀15受到泄油锥阀弹簧14和燃油压力P的合力，泄油锥阀弹簧14处于压缩状态，由于压电晶体17未上电时为自然状态，泄油锥阀弹簧14给泄油锥阀15的力F1使得泄油锥阀15落座在锥面上，阀的泄油油路处于常闭状态，柱塞腔10中经压缩后的燃油由油路L1经燃油换向阀流入喷油器。当压电晶体17上电时，压电晶体17产生逆压电作用伸长，通过控制阀杆16施加给泄油锥阀15力F2，此时F₂＞F₁，泄油油路11打开，燃油流回低压油箱。常闭型压电燃油控制阀3由压电晶体控制，相比与传统高速电磁阀控制，其控制速度更快，控制灵活性更高，控制精度更高。

燃油油路换向阀4包括压电晶体20、前换向阀杆21、换向阀22和后换向阀杆23，以及燃油油路隔块24。前换向阀杆21由压电晶体20控制，阀杆前端通过前换向阀杆小弹簧与一小钢球相连，小钢球顶在换向阀22上，另一端后换向阀杆23与换向阀22相连。换向阀22上端顶在燃油油路隔块24上。未接收到控制信号时，压电晶体20处于自然状态，换向阀22右端与燃油油路隔块24左端接触，打开右侧油路并关闭左侧油路，如图4b所示，此时燃油经出油阀26进入一喷油器；当压电晶体20接收到最大控制信号时，压电晶体产生逆压电作用伸长，换向阀22左端与燃油油路隔块24的右端接触，打开左侧油路并关闭右侧油路，如图4c所示，此时燃油经出油阀25进入一喷油器；当压电晶体20接收到的控制信号介于最大和最小之间时，压电晶体按一定比例伸长，此时换向阀22根据压电晶体伸长的比例同时打开两侧油路，如图4d所示，不同控制信号大小，两侧油路的流量不同；例如当压电晶体20接收到最大控制信号的一半时，换向阀22中央位置与燃油油路隔块24中间接触，左右两侧油路同时打开，如图4e所示，燃油经两出油阀以相同的流量同时进入两个喷油器。因此，燃油油路换向阀可实现多种不同的工作模式燃油配置供给。利用本发明设计的双桃凸轮，每个桃对滚轮作用角度ф1范围为80°～110°，两个桃之间等速段角度ф2为100°～70°。可实现凸轮轴转动一周对两个喷油器完成供油的功能。

常闭型压电燃油控制阀3在发动机发生掉电等情况压电晶体17无法上电时，泄油锥阀处于常闭状态，仍然能够继续完成供油的作用，可提高燃油系统的可靠性，改善发动机工作稳定性。当常闭型压电燃油控制阀3的压电晶体17发生故障无法工作时，泄油油路13无法打开，燃油由进油孔11和油路12不断的流入喷油器，导致常闭型压电燃油控制阀和喷油器等其他液压装置内燃油压力不断升高，可能对系统造成破坏。因此，常闭型压电燃油控制阀设计有安全保护装置。泄油锥阀15的燃油压力受压面由受压面18和受压面19组成。在传统的常开式燃油控制阀中，这两个受压面面积相同，受到平衡的液压力。常闭型压电燃油控制阀将泄油锥面处的燃油油路设计为阶梯形，增大了受压面18的面积，使其与受压面19的面积的面积比大于1.2。受压面18处的压力F₁₈＞1.2F₁₉，当燃油压力增大到一定程度时，F₁₈＞F₁₉+F₁，受压面18处的压力将会使泄油锥阀15打开，燃油经泄油油路13流回至低压油箱，使系统内的燃油压力降低，保护了常闭阀和其他液压装置的安全。

常闭型压电燃油控制阀由压电晶体控制，相比与传统高速电磁阀控制，其控制速度更快，控制灵活性更高，控制精度更高。常闭型压电燃油控制阀在未上电时为常闭状态，上电后，压电晶体伸长推动泄油锥阀打开泄油油路。常闭型压电燃油控制阀可解决发动机掉电等情况下燃油的供给问题。通过对泄油锥阀处燃油油路的改造，将油路设计为阶梯型，改变了阀两端所受燃油压力的面积，当压电晶体出现故障时，过高的燃油压力会推开泄油锥阀，完成泄油卸压功能。带保护装置常闭型压电燃油控制阀提高了阀本身的稳定性和安全性，进而改善了电控单体泵和喷油器等液压装置的可靠性，提高了发动机运行的稳定性。燃油油路换向阀控制燃油流向，能快速切换燃油油路，通过控制燃油油路换向阀能够快速实现多种油路配置的多模式工作，进而实现两个出油阀交替工作或两个出油阀以不同比例同时供油的功能。通过燃油控制阀和燃油油路换向阀的配合，改变压电晶体信号大小和形式可以实现不同的供油时刻和供油时间。利用本发明所设计的双桃凸轮能实现凸轮转角旋转一周对两个喷油器灵活供油的功能，能有效的提高电控单体泵的工作效率，提高发动机效率，满足发动机在不同工况、不同负荷下的供油次数、供油压力和供油量需要，改善发动机经济性、动力性，有效降低有害排放。

本发明一种多模式压电式常闭电控单体泵，包括双桃凸轮1、滚轮柱塞2、常闭型压电燃油控制阀3、燃油油路换向阀4和双出油阀5。所述多模式压电式常闭电控单体泵，其底部安装滚轮柱塞2，滚轮柱塞2上方依次安装常闭型燃油控制阀3、燃油油路换向阀4，泵体1顶部安装双出油阀5。通过双桃凸轮1推动柱塞进行压油。所述常闭型压电燃油控制阀，包括：泄油锥阀弹簧14、泄油锥阀15、控制阀杆16和压电晶体17。压电晶体17与泄油锥阀15通过控制阀杆16相连。其未上电时压电晶体17处于自然状态，泄油锥阀15处于常闭状态，上电后压电晶体17伸长推动控制泄油锥阀15打开泄油油路13完成泄油。所述常闭型压电燃油控制阀，其泄油锥面处的燃油油路设计为阶梯形，增大了受压面18的面积，使其与受压面19的面积的面积比大于1.2。当燃油压力过大时，两端不同受力面积引起的不同受力可打开泄油锥阀15完成泄油，保护系统安全性。所述燃油油路换向阀，其上装配有压电晶体20、前换向阀杆21、换向阀22和后换向阀杆23，以及燃油油路隔块24。未接收到控制信号时，压电晶体20处于自然状态，换向阀22右端与燃油油路隔块24左端接触，打开右侧油路并关闭左侧油路，此时燃油经出油阀26进入一喷油器；当压电晶体20接收到最大控制信号时，压电晶体产生逆压电作用伸长，换向阀22左端与燃油油路隔块24的右端接触，打开左侧油路并关闭右侧油路，此时燃油经出油阀25进入一喷油器；当压电晶体20接收到的控制信号介于最大和最小之间时，压电晶体按一定比例伸长，此时换向阀22根据压电晶体伸长的比例同时打开两侧油路，不同控制信号大小，两侧油路的流量不同。可实现多种工作方式的多模式灵活配置。所述多模式压电式常闭电控单体泵，其凸轮为双桃凸轮，每个桃对滚轮作用角度ф1范围为80°～110°，两个桃之间等速段角度ф2为100°～70°。通过压电晶体20控制换向阀实现对燃油油路的灵活调节和配置，以实现凸轮轴转动一周完成对两个喷油器灵活供油的功能。

Claims (3)

1.多模式压电式常闭电控单体泵，其特征是：包括双桃凸轮、滚轮柱塞、常闭型压电燃油控制阀、燃油油路换向阀、双出油阀，滚轮柱塞包括滚轮、柱塞、柱塞弹簧、上柱塞壳、下柱塞壳，滚轮安装在下柱塞壳的下端，柱塞的上部位于上柱塞壳里，柱塞的下部位于下柱塞壳里，柱塞外面套装有柱塞弹簧，柱塞弹簧的上端部顶在上柱塞壳下端，柱塞弹簧的下端部位于下柱塞壳里，柱塞与上柱塞壳的内壁之间形成柱塞腔，上柱塞壳上分别设置进油孔、泄油油路以及第一油路，柱塞腔连通进油孔和第一油路；常闭型压电燃油控制阀包括控制阀体、泄油锥阀、控制阀杆、压电晶体、泄油锥阀弹簧，泄油锥阀、控制阀杆、压电晶体、泄油锥阀弹簧均设置控制阀体里，泄油锥阀第一端顶在泄油锥阀弹簧上，泄油锥阀第二端通过控制阀杆与压电晶体相连，控制阀体里设置与第一油路相通的第二油路，泄油锥阀弹簧处与泄油油路相通，泄油锥阀第二端的锥形端面与控制阀体内部的锥面配合，压电晶体未通电时，泄油锥阀的锥形端面顶在控制阀体的锥面上，压电晶体通电时，泄油锥阀的锥形端面离开控制阀体的锥面，第二油路与泄油油路连通；燃油油路换向阀包括压电晶体、前换向阀杆、换向阀体、后换向阀杆、燃油油路隔块，换向壳体与压电晶体并列布置，压电晶体连接前换向阀杆，前换向阀杆通过前换向阀杆小弹簧与钢球相连，钢球顶在换向阀体上，后换向阀杆通过弹簧压在换向阀体上，前换向阀杆、前换向阀杆小弹簧、钢球、换向阀以及后换向阀杆均设置在换向壳体里，换向壳体里设置第一出油油路、第二出油油路、第三出油油路，第一出油油路、第二出油油路均与第三出油油路相通，第三出油油路里设置燃油油路隔块，第二油路伸入至换向壳体里，换向阀体在压电晶体的控制下实现第二油路与第一出油油路或第二出油油路的相通以及第二油路与第一出油油路和第二出油油路同时相通；双出油阀包括第一出油阀和第二出油阀，第一出油阀连通第一出油油路，第二出油阀连通第二出油油路；双桃凸轮与滚轮相配合。

2.根据权利要求1所述的多模式压电式常闭电控单体泵，其特征是：控制阀杆与第二油路相互交叉，控制阀杆上与第二油路交叉的部分分别设置第一受压面和第二受压面，第一受压面和第二受压面分别位于第二油路的泄油锥阀一侧以及压电晶体一侧，第一受压面的面积不小于第二受压面面积的1.2倍。

3.根据权利要求1或2所述的多模式压电式常闭电控单体泵，其特征是：双桃凸轮的每个桃对滚轮作用角度范围为80°～110°，两个桃之间等速段角度为100°～70°。