CN104819083A - 大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，包括高压主阀部分、低压伺服系统以及ECU中的喷射模块；高压主阀部分包括主阀体以及高压阀芯；低压伺服系统包括伺服油缸以及电液伺服阀，伺服油缸包括伺服缸体以及活塞杆，活塞杆的上端连接高压阀芯，活塞杆的下端设置有直线位移传感器，直线位移传感器与喷射模块形成电联，喷射模块与电液伺服阀电联。该系统具有响应快、密封性良好、安全性高的特点，易于实现多段喷射控制。低压伺服系统构成位移反馈伺服控制系统，减少了高压流量计环节，进一步简化传统需要高压燃油流道的设计。

Description

大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统

技术领域

本发明涉及一种大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统。

背景技术

燃油喷射技术直接决定了气缸中燃油雾化及油滴分布情况，进而影响柴油机的工作性能和污染物排放。高压共轨燃油喷射技术是二十世纪柴油机领域的重大进步，它采用共轨管道将高压燃油储存，根据ECU信号实现高压燃油的快速喷射。由于它的喷射柔性可控，吸收高压管道中压力波动等技术优势，极大地提高了柴油机工作性能，降低了尾气污染物的排放。高压共轨燃油喷射技术将高压的产生与喷射过程分割开来，使一个喷射时段内实现多次喷射成为可能。小型车用柴油机的台架试验证明，多段喷射技术可以降低氮氧化物的同时明显降低颗粒物的排放。但是多段喷射技术的发展，对燃油喷射控制系统的稳定性、快速性和准确性要求越来越高。特别地，就大型远洋船用柴油机而言，单次喷射燃油量较大，传统的高压共轨燃油喷射控制系统很难满足苛刻的性能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，包括高压主阀部分、低压伺服系统以及ECU中的喷射模块；

所述的高压主阀部分包括主阀体以及用于控制主阀体内高压油路通断的高压阀芯；

所述的低压伺服系统包括伺服油缸以及用于驱动伺服油缸的电液伺服阀，所述的伺服油缸包括伺服缸体以及活塞杆，所述活塞杆的上端连接高压阀芯，所述活塞杆的下端设置有用于检测活塞杆位移量的直线位移传感器，所述直线位移传感器与喷射模块形成电联，所述喷射模块与电液伺服阀电联。

进一步的，所述活塞杆的下端穿过伺服缸体，所述伺服缸体内的活塞杆上设置有用于带动活塞杆移动的活塞体，所述伺服缸体上具有两个工作油端； 

所述的电液伺服阀上具有用于与伺服缸体连通的第一出油端和第一回油端，以及用于与低压油源连通的第二进油端和第二回油端；所述的电液伺服阀经第一出油端和第一回油端与伺服缸体的进油端和出油端之间通过油路连通。

进一步的，所述电液伺服阀为偏转板射流式电液伺服阀，所述的偏转板射流式电液伺服阀与喷射模块电联。

进一步的，所述的偏转板射流式电液伺服阀的功率级为三位四通U型换向阀。

进一步的，所述高压阀芯控制主阀体内高压油路通断的机构为：

所述主阀体内设置有高压进油管路、高压出油管路以及阀腔，所述阀腔连通高压进油管路和高压出油管路，所述的高压阀芯设置在阀腔内，所述高压阀芯设置在活塞杆的上端，并且在高压阀芯上设置有可通过高压阀芯在阀腔内的移动来控制高压进油管路和高压出油管路通断及高压油量的高压节流口。

进一步的，所述主阀体的上端设置有主阀端盖，所述高压阀芯的上端头位于主阀端盖的内腔中，并且高压阀芯的上端头形成锥体端，所述主阀端盖的内腔中设置有用于向高压阀芯的锥体端提供预紧力的弹性元件。

进一步的，所述主阀端盖的下端连接有高压泄油管路，所述的高压泄油管路的另一端连接高压燃油油箱。

进一步的，所述的弹性元件为弹簧。

进一步的，所述阀腔上下两端的主阀体上分别开设有高压密封槽，所述两密封槽内分别设置有高压动密封件，上端的高压动密封件与高压阀芯之间形成动密封配合，下端的高压密封件与活塞杆之间形成动密封配合。

进一步的，所述的高压节流口采用正开口四边滑阀结构。

本发明的有益效果是：该系统具有响应快、密封性好、安全性高的特点，易于实现多段喷射控制。

低压伺服系统构成位移反馈伺服控制系统，减少了高压流量计环节，进一步简化传统需要高压燃油流道的设计。

所述高压阀芯及活塞杆连接了高压和低压部分，通过控制低压伺服部分中活塞杆的位移输出，即可实时控制高压燃油的喷射量。

高压阀芯上的高压节流口采用正开口四边滑阀结构，具有良好的密封性，可降低高压燃油的泄漏。

高压动密封件分别与高压阀芯及活塞杆构成的动密封结构进一步降低了高压燃油的泄露，同时起到防尘的作用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统示意图；

图2是低压伺服系统、伺服油缸以及ECU中的喷射模块的连接结构图；

图3是主阀体的结构图；

图4是喷射开始低压部分的油液流向图；

图5是主阀开启时其内部流道的油液流向图；

图6是喷射结束低压部分的油液流向图；

其中，1、电液伺服阀，2、伺服缸体，2.1、活塞杆，3、高压阀芯，3.1、高压节流口，4、位移传感器，5、低压进油管，6、低压回油管，7.1、接A口低压工作油管，7.2、接B口低压工作油管， 8、高压动密封件，9、高压出油管路，10、高压泄油管路，11、主阀端盖，12、弹簧，13、主阀体，13.1、高压密封槽，14、高压进油管路。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。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至图6所示，一种大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，包括高压主阀部分、低压伺服系统以及ECU中的喷射模块。

高压主阀部分包括主阀体13以及用于控制主阀体13内高压油路通断的高压阀芯3。

低压伺服系统包括伺服油缸以及用于驱动伺服油缸的电液伺服阀1，伺服油缸包括伺服缸体2以及活塞杆2.1，活塞杆2.1的上端连接高压阀芯3，高压阀芯3与活塞杆2.1之间优先选用螺纹联接；活塞杆2.1的下端设置有用于检测活塞杆2.1位移量的直线位移传感器4，直线位移传感器4与喷射模块形成电联，喷射模块与电液伺服阀1电联。

活塞杆2.1的下端穿过伺服缸体2，伺服缸体2内的活塞杆2.1上设置有用于带动活塞杆2.1移动的活塞体，伺服缸体2上具有两个工作油端。

电液伺服阀1上具有用于与伺服缸体2连通的第一出油端和第一回油端，以及用于与低压油源连通的第二进油端和第二回油端；电液伺服阀1经第一出油端和第一回油端与伺服缸体2的进油端和出油端之间通过油路连通。

电液伺服阀1可以选用偏转板射流式电液伺服阀，因此偏转板射流式电液伺服阀1与喷射模块形成电联；选用偏转板射流式电液伺服阀的优点是，抗污染、安全性高。即便伺服阀前置级的喷孔堵塞了，依然可以进行工作。

电液伺服阀1一般为二级阀。其中一级称为前置级，采用偏转板射流式液压放大器；二级称为功率级，采用滑阀式液压放大器。

电液伺服阀1的功率级液压放大器选用三位四通U型换向阀。选择这种中位机能为u型的换向阀是为了保证当主阀要关闭时，伺服阀从左位变到右位是要经过中间工作位置的，如果油缸的进油和回油不联通的话，那个工作瞬间主阀芯会卡住。

当然，对于电液伺服阀1也可以选用其他的类型。

如图4和图6中所示，三位四通电液伺服阀上用于与伺服缸体2连通的第一出油端和第一回油端分别为A口和B口，用于与低压油源连通的第二进油端和第二出回油端分别为P口和T口，P口连接低压进油管5的一端，低压进油管5的另一端连通低压油箱，T口连接低压回油管6一端，低压回油管6的另一端连通低压油箱。A口和B口分别与伺服缸体2的两个工作油端之间通过7.1和7.2管路连通。

高压阀芯3在控制主阀体13内油路通断的机构为：主阀体13内设置有高压进油管路14、高压出油管路9以及阀腔，阀腔连通高压进油管路14和高压出油管路9，高压阀芯3设置在阀腔内，高压阀芯3设置在活塞杆2.1的上端，并且在高压阀芯3上设置有可通过高压阀芯3在阀腔内的移动来控制高压进油管路14和高压出油管路9通断及高压流量的高压节流口3.1。作为优选，高压节流口3.1采用正开口四边滑阀结构。

主阀体13上高压进油管路14的进油口通过管道与共轨相连，高压出油管路9经管道与喷油嘴相连。

主阀体13的上端设置有主阀端盖11，高压阀芯3的上端头位于主阀端盖11的内腔中，并且高压阀芯3的上端头形成锥体端，主阀端盖11的内腔中设置有用于向高压阀芯3的锥体端提供预紧力的弹性元件。弹性元件优选弹簧12，弹簧12安装在主阀端盖11内壁顶端。

主阀端盖11的下端连接有高压泄油管路10，高压泄油管路10的另一端连接高压燃油油箱。高压泄油管路10的设计主要用于由于高压阀芯运动产生的高压泄漏油液流回油箱。

阀腔上下两端的主阀体13上分别开设有高压密封槽13.1，两密封槽内分别设置有高压动密封件8，上端的高压动密封件8与高压阀芯3之间形成动密封配合，下端的高压密封件与活塞杆2.1之间形成动密封配合。

本发明的工作原理：

当电液伺服阀1的左侧电磁铁得电后，电液伺服阀1工作在左位，如图4所示。低压伺服油液经电液伺服阀1及管路7.1流入伺服缸体2的下侧，推动伺服缸体2中活塞杆2.1向上移动，推动伺服缸体2的上侧油液经过电液伺服阀1及管路7.2流回油箱。活塞杆2.1向上移动后，带动高压阀芯3上移，造成主阀弹簧12压缩，同时高压阀芯3上高压节流口3.1开启，高压进油管路14中的高压燃油进入主阀体13的内部流道，再经高压出油管路9进入高压油管。

直线位移传感器4将检测到的活塞杆2.1的位移转换成电信号传输给喷射模块。喷射模块根据直线位移传感器4的电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5所示。随着活塞杆2.1及高压阀芯3的运动，高压燃油会沿着高压阀芯3与主阀体13间的缝隙泄露，高压动密封件8可以减少此类燃油泄漏。

当电液伺服阀1的左侧电磁铁失电、右侧电磁铁得电后，电液伺服阀1工作在右位，如图6所示。低压伺服油液经电液伺服阀1及管路7.2流入伺服缸体2的上侧，推动伺服缸体2中活塞杆2.1向下移动。此外，主阀弹簧12的弹力作用引起高压阀芯向下移动，推动活塞杆2.1加速向下运动，导致高压节流口3.1关闭。高压节流口3.1关闭后，电液伺服阀1的右侧电磁铁失电。一次喷射过程结束。

该控制系统利用低压伺服位置闭环控制活塞杆2.1的位移输出，进一步控制高压输出流量。直线位移传感器4将活塞杆2.1的位移量转换成电信号发送至喷射模块。根据节流口流量公式可计算出通过高压节流阀口3.1的高压燃油流量，因此喷射模块根据电信号可计算出已喷射燃油量。同时，喷射模块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。电液伺服阀1接受到喷射模块输出的控制电信号后，其阀口开度随之变化，进而导致高压节流口3.1的阀口开度改变，从而实现对燃油喷射量的实时控制。

该控制系统用于低速船用柴油机高压共轨燃油喷射系统的多段喷射模式，通过机械螺纹联接的方式将活塞杆2.1与高压阀芯3联接，当然，这只是一种办法，还可以直接将活塞杆2.1与高压阀芯3一体锻造成型。减化了控制系统的结构，特别是大大减少了高压流道，降低高压燃油泄漏的同时，提高了系统的动态响应速度。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，包括高压主阀部分、低压伺服系统以及ECU中的喷射模块；

所述的高压主阀部分包括主阀体（13）以及用于控制主阀体（13）内高压油路通断的高压阀芯（3）；

所述的低压伺服系统包括伺服油缸以及用于驱动伺服油缸的电液伺服阀（1），所述的伺服油缸包括伺服缸体（2）以及活塞杆（2.1），所述活塞杆（2.1）的上端连接高压阀芯（3），所述活塞杆（2.1）的下端设置有用于检测活塞杆（2.1）位移量的直线位移传感器（4），所述直线位移传感器（4）与喷射模块形成电联，所述喷射模块与电液伺服阀（1）电联。

2.根据权利要求1所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述活塞杆（2.1）的下端穿过伺服缸体（2），所述伺服缸体（2）内的活塞杆（2.1）上设置有用于带动活塞杆（2.1）移动的活塞体，所述伺服缸体（2）上具有两个工作油端；

所述的电液伺服阀（1）上具有用于与伺服缸体（2）连通的第一出油端和第一回油端，以及用于与低压油源连通的第二进油端和第二回油端；所述的电液伺服阀（1）经第一出油端和第一回油端与伺服缸体（2）的进油端和出油端之间通过油路连通。

3.根据权利要求2所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述电液伺服阀（1）为偏转板射流式电液伺服阀，所述的偏转板射流式电液伺服阀与喷射模块电联。

4.根据权利要求3所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述的偏转板射流式电液伺服阀（1）的功率级液压放大器为三位四通U型换向阀。

5.根据权利要求1所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述高压阀芯（3）控制主阀体（13）内高压油路通断的机构为：

所述主阀体（13）内设置有高压进油管路（14）、高压出油管路（9）以及阀腔，所述阀腔连通高压进油管路（14）和高压出油管路（9），所述高压阀芯（3）设置在阀腔内，所述高压阀芯（3）设置在活塞杆（2.1）的上端，并且在高压阀芯（3）上设置有可通过高压阀芯（3）在阀腔内的移动来控制高压进油管路（14）和高压出油管路（9）通断及高压油量的高压节流口（3.1）。

6.根据权利要求5所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述主阀体（13）的上端设置有主阀端盖（11），所述高压阀芯（3）的上端头位于主阀端盖（11）的内腔中，并且高压阀芯（3）的上端头形成锥体端，所述主阀端盖（11）的内腔中设置有用于向高压阀芯（3）的锥体端提供预紧力的弹性元件。

7.根据权利要求6所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述主阀端盖（11）的下端连接有高压泄油管路（10），所述的高压泄油管路（10）的另一端连接高压燃油油箱。

8.根据权利要求6所述的大型低速二冲程柴油机用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（12）。

9.根据权利要求5所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述阀腔上下两端的主阀体（13）上分别开设有高压密封槽（13.1），所述两密封槽内分别设置有高压动密封件（8），上端的高压动密封件（8）与高压阀芯（3）之间形成动密封配合，下端的高压密封件与活塞杆（2.1）之间形成动密封配合。

10.根据权利要求5所述的大型低速二冲程柴油机用高压共轨燃油喷射控制系统，其特征是，所述的高压节流口（3.1）采用正开口四边滑阀结构。