CN106121890A - 一种用于共轨系统的轨压调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨压调节阀，尤其涉及一种用于共轨系统的轨压调节阀，属于内燃机燃油喷射系统领域。包括：计量阀，它安装于低压油泵出口和高压油泵入口之间；反馈阀，它通过高压油管与共轨管连接，计量阀和反馈阀通过计量阀壳体和反馈阀壳体的螺纹进行联接；计量阀的阀芯上端和反馈阀的阀杆下端通过过盈配合刚性的连接在一起；计量阀的盘型衔铁与反馈阀的阀杆通过螺纹联接或过盈配合刚性的连接在一起。本发明为反馈式轨压调节阀，具有瞬态响应迅速、能量损失小、轨压控制算法大幅简化的特点。

Description

一种用于共轨系统的轨压调节阀

技术领域

本发明涉及一种轨压调节阀，尤其涉及一种用于共轨系统的轨压调节阀，属于内燃机燃油喷射系统领域。

背景技术

“节能减排，提高功率密度”是内燃机领域一直追求的目标。电控高压共轨燃油喷射系统(简称共轨系统)是内燃机行业实现这一目标最具潜力的技术，其最大特点就是喷油压力、喷油量、喷油时刻等都可以精确调节和控制。喷油压力的控制与调节实质就是轨压的控制。轨压既需要根据发动机的运行工况而改变，也需要在给定的运行工况下保持相对稳定(在目标轨压附近的压力波动≤5％)，因此轨压的控制是共轨系统的一个关键技术。

早期的共轨系统主要采用在高压油泵出口或共轨管上安装电液比例高压溢流阀的方式来对多余的高压燃油进行溢流，从而控制轨压，如专利CN 105408619A。采用高压溢流阀来进行轨压调节的优点是响应迅速，而缺点是能量损失大、燃油发热严重。

目前的共轨系统普遍采用在高压油泵入口处安装燃油计量阀的方式来控制进入高压油泵的低压流量，使输送到轨中的燃油量与系统的需求量一致，从而保持轨压的稳定，如专利CN 102725508B和CN 103291515B。采用计量阀来进行轨压调节的优点是能量损失小，而缺点是控制的瞬态响应能力很差。轨压的调节需要经过以下几个阶段：转速传感器和轨压传感器分别采集发动机转速和轨中压力并将信号传输到ECU；ECU通过复杂的控制算法来改变计量阀的驱动电流；计量阀的阀芯在改变了的电磁力、弹簧力的作用下移动到下一个平衡位置并继而导致阀口开度的改变；进入到处于吸油状态的柱塞腔中的低压流量开始发生变化；吸油行程结束后，柱塞腔中的低压燃油开始被柱塞压缩，燃油压力升高；柱塞腔中燃油压力升高到轨压时高压油泵的出油阀才打开并向共轨管中输送高压燃油，从而导致轨压的改变。由此可见，采用计量阀进行轨压调节需要经过复杂的步骤，使得轨压变化的延迟时间很长(即瞬态响应差)，而发动机转速越低，延迟时间越长，可高达几十毫秒。此外，计量阀相应的控制算法非常复杂，一方面需要精确计算共轨的输出油量，也称前馈控制量(发动机气缸的每循环喷油量、控制喷油器实现喷油而必须的控制泄漏量、柱塞副的泄漏量等之和)，另一方面需要计算能够补偿实际轨压与目标轨压偏差的油量，两者之和才是高压油泵的实际应输出油量，然后将此所需输油量转换成计量阀的驱动电流，并对计量阀的励磁线圈电阻和电感进行补偿，从而控制轨压稳定。计算与实际的偏差，计量阀阀口流量特性随阀口前后压力差的变化，以及阀口开度改变时刻与吸油开始时刻的偏差量所导致的实际吸油量的变化等都会影响控制效果。

近期，专利CN 102124203B公开了一种将高压溢流阀与计量阀组合在一起的轨压调节装置，它结合了高压溢流阀响应迅速、计量阀能量损失小的优点，也不可避免的继承了高压溢流阀能量损失大、燃油发热严重的缺点。

因而有必要设计一种瞬态响应好、能量损失小、控制算法简单而高效的轨压调节阀。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的瞬态响应差、能量损失大以及控制算法复杂的问题，提供一种用于共轨系统的轨压调节阀，该装置能够提高共轨系统轨压调节的瞬态响应速度、减少能量损失、简化轨压控制算法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种用于共轨系统的轨压调节阀，包括：计量阀和反馈阀。

计量阀由阀体、弹簧、阀芯、计量阀壳体、励磁线圈和盘型衔铁组成；阀体为底端封口的中空圆柱体，底端中心处开设出油孔，侧壁上开设进油孔；弹簧置于阀体和阀芯之间；阀芯置于阀体的内部，可轴向滑动；阀芯上开设节流孔，所述节流孔与进油孔相匹配；计量阀壳体的下部与阀体的上部为过盈配合；计量阀壳体为中空圆柱体，沿计量阀壳体的上部向下开设环形槽，用于放置励磁线圈；盘型衔铁处于励磁线圈的磁场中；励磁线圈通过电缆被施加电流，电流的改变将导致盘型衔铁所受电磁力的改变。

反馈阀由反馈阀壳体和阀杆组成；反馈阀壳体为三凸台结构的圆柱形壳体；反馈阀壳体顶端向内开设两阶梯式深孔；反馈阀壳体底端向内开设凹槽；反馈阀壳体的第二凸台的下部开设有带环形槽的回油通道；阀杆上下两端向内分别开有深孔以减小其质量，所述深孔不连通；阀杆穿过盘型衔铁然后置于反馈阀壳体的内部；阀杆通过螺纹联接或过盈配合与盘型衔铁刚性连接；盘型衔铁初始的被预压缩的弹簧通过阀杆压靠在反馈阀壳体凹槽的上表面。

所述阀杆的顶端与反馈阀壳体的两阶梯孔交界面存在间隙。

所述阀杆在计量阀壳体与反馈阀壳体中轴向滑动。

所述阀杆的下端与阀芯的上端为刚性连接；计量阀壳体与反馈阀壳体通过螺纹进行联接。

所述弹簧的预压缩量通过计量阀壳体和反馈阀壳体的螺纹联接长度来调节。

本发明的工作过程如下：

弹簧初始的被预压缩，以使得弹簧对阀杆向上的作用力可以平衡共轨系统最大轨压对阀杆向下的压力；发动机启动时，轨压很低，励磁线圈也不通电，这使得弹簧对阀杆向上的作用力大于轨压对阀杆向下的压力，盘型衔铁将被压靠在反馈阀壳体凹槽的上表面；此时进油孔和节流孔完全贯通，计量阀的阀口开度最大；低压油泵从油箱中吸出的低压燃油流入进油口，然后经出油孔进入高压油泵的入口，由于此时阀口开度最大，进入到高压油泵的低压燃油流量也将保持最大，高压油泵将此低压燃油加压，然后以最大流量向共轨管中输送高压燃油，轨压也将很快建立。

之后根据发动机工况确定目标轨压，励磁线圈通以相应的电流，该电流使得当实际轨压等于目标轨压时，励磁线圈对盘型衔铁向下的吸力加上轨压对阀杆向下的压力等于预压缩弹簧对阀杆向上的作用力；则当实际轨压低于目标轨压时，盘型衔铁仍会被压靠在反馈阀壳体凹槽的上表面，计量阀的阀口开度仍会保持最大，高压油泵继续以最大流量向共轨管输送高压燃油，轨压将继续上升；一旦实际轨压超过目标轨压，阀杆将受到向下的合力并继而向下滑动，阀杆的顶端与反馈阀壳体的两阶梯孔交界面所封闭的容积将增大而轨压将迅速下降；与此同时，由于阀芯与阀杆是刚性连接的，阀芯也会随之向下滑动，进油孔和节流孔将只有部分贯通，计量阀的阀口开度减小，进入到高压油泵的低压流量以及高压油泵可送到共轨管的高压流量都将减少，从而使得轨压也将缓慢下降。

有益效果

本发明为一种用于共轨系统的轨压调节阀，它结合了计量阀和反馈阀的优点。其中，反馈阀属于容积式压力调节阀，轨压调节时的瞬态响应十分迅速。此外，由于反馈阀调压时只是容积发生变化而不是像高压溢流阀那样对高压燃油进行溢流，因而避免了能量损失大、燃油发热严重的现象，而且对小幅轨压波动的抑制效果要远好于高压溢流阀。最后，由于采用了反馈调节，该轨压调节阀的控制算法十分简单，只需根据目标轨压调节励磁线圈的驱动电流即可，而这种调节几乎是线性的。由此可见，此发明是一种反馈式轨压调节阀，具有瞬态响应迅速、能量损失小、轨压控制算法大幅简化的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中，1-油箱，2-低压油泵，3-阀体，3.1-进油孔，3.2-出油孔，4-弹簧，5-阀芯，5.1-节流孔，6-计量阀壳体，7-励磁线圈，8-盘型衔铁，9-反馈阀壳体，9.1-回油通道，10-阀杆，11-计量阀，12-反馈阀，13-轨压调节阀，14-高压油泵，15-共轨管。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

一种用于共轨系统的轨压调节阀13，包括：计量阀11和反馈阀12。

计量阀11由阀体3、弹簧4、阀芯5、计量阀壳体6、励磁线圈7和盘型衔铁8组成；阀体3为底端封口的中空圆柱体，底端中心处开设出油孔3.2，侧壁上开设进油孔3.1；弹簧4置于阀体3和阀芯5之间，并初始的被阀芯5预压缩；阀芯5置于阀体3的内部，并可轴向滑动；阀芯5上开设节流孔5.1，所述节流孔5.1与进油孔3.1相匹配，阀芯5的轴向移动将改变进油孔3.1与节流孔5.1的贯通面积，从而导致阀口开度的改变；计量阀壳体6的下部与阀体3的上部为过盈配合；计量阀壳体6为中空圆柱体，沿计量阀壳体6的上部向下开设环形槽，用于放置励磁线圈7；盘型衔铁8处于励磁线圈7的磁场中；励磁线圈7通过电缆被施加电流，电流的改变将导致盘型衔铁8所受电磁力的改变。

反馈阀12由反馈阀壳体9和阀杆10组成；反馈阀壳体9为三凸台结构的圆柱形壳体；反馈阀壳体9顶端向内开设两阶梯式深孔；反馈阀壳体9底端向内开设凹槽；反馈阀壳体9的第二凸台的下部开设有带环形槽的回油通道9.1；阀杆10上下两端向内分别开有深孔以减小其质量，所述深孔不连通；阀杆10穿过盘型衔铁8然后置于反馈阀壳体9的内部；阀杆10通过螺纹联接或过盈配合与盘型衔铁8刚性连接；盘型衔铁8初始的被预压缩的弹簧4通过阀杆10压靠在反馈阀壳体9凹槽的上表面。

所述阀杆10从上端向内开设的深孔用于增大阀杆10的径向膨胀变形以减小阀杆10与反馈阀壳体9之间的径向间隙，从而减少从阀杆10与反馈阀壳体9间隙泄漏的燃油。

所述从阀杆10与反馈阀壳体9间隙泄漏的燃油经回油通道9.1返回到油箱1中。

所述阀杆10的顶端与反馈阀壳体9的两阶梯孔交界面存在间隙，以使得阀杆10的顶端始终受到高压燃油的作用力。

所述阀杆10可在计量阀壳体6与反馈阀壳体9中轴向滑动。

所述阀杆10的下端与阀芯5的上端为刚性连接；计量阀壳体6与反馈阀壳体9通过螺纹进行联接。

所述弹簧4的预压缩量通过计量阀壳体6和反馈阀壳体9的螺纹联接长度来调节。

所述进油孔3.1与低压油泵2的出口通过油路连通；出油孔3.2与高压油泵14的进口通过油路连通。

所述反馈阀壳体9上部的第一阶梯孔与共轨管12通过油管进行连接。

所述低压油泵2与油箱1通过油管进行连接；所述高压油泵14与共轨管15通过油管进行连接。

本发明的工作过程如下：

弹簧4初始的被预压缩，以使得弹簧4对阀杆10向上的作用力可以平衡共轨系统最大轨压(共轨管15中的燃油压力)对阀杆10向下的压力；发动机启动时，轨压很低，励磁线圈7也不通电，这使得弹簧4对阀杆10向上的作用力大于轨压对阀杆向下的压力，盘型衔铁8将被压靠在反馈阀壳体9凹槽的上表面；此时进油孔3.1和节流孔5.1完全贯通，计量阀11的阀口开度最大；低压油泵2从油箱1中吸出的低压燃油流入进油口3.1，然后经出油孔3.2进入高压油泵14的入口，由于此时阀口开度最大，进入到高压油泵14的低压燃油流量也将保持最大，高压油泵14将此低压燃油加压，然后以最大流量向共轨管15中输送高压燃油，轨压也将很快建立。

之后根据发动机工况确定目标轨压(一般低于最大轨压)，励磁线圈7通以相应的电流，该电流使得当实际轨压等于目标轨压时，励磁线圈7对盘型衔铁8向下的吸力加上轨压对阀杆10向下的压力等于预压缩弹簧4对阀杆10向上的作用力；则当实际轨压低于目标轨压时，盘型衔铁8仍会被压靠在反馈阀壳体9凹槽的上表面，计量阀11的阀口开度仍会保持最大，高压油泵14继续以最大流量向共轨管15输送高压燃油，轨压将继续上升；一旦实际轨压超过目标轨压，阀杆10将受到向下的合力并继而向下滑动，阀杆10的顶端与反馈阀壳体9的两阶梯孔交界面所封闭的容积将增大而轨压将迅速下降；与此同时，由于阀芯5与阀杆10是刚性连接的，阀芯5也会随之向下滑动，进油孔3.1和节流孔5.1将只有部分贯通，计量阀11的阀口开度减小，进入到高压油泵14的低压流量以及高压油泵14可送到共轨管15的高压流量都将减少，从而使得轨压也将缓慢下降。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于共轨系统的轨压调节阀，其特征在于：包括计量阀和反馈阀；

计量阀由阀体、弹簧、阀芯、计量阀壳体、励磁线圈和盘型衔铁组成；阀体为底端封口的中空圆柱体，底端中心处开设出油孔，侧壁上开设进油孔；弹簧置于阀体和阀芯之间；阀芯置于阀体的内部，可轴向滑动；阀芯上开设节流孔，所述节流孔与进油孔相匹配；计量阀壳体的下部与阀体的上部为过盈配合；计量阀壳体为中空圆柱体，沿计量阀壳体的上部向下开设环形槽，用于放置励磁线圈；盘型衔铁处于励磁线圈的磁场中；励磁线圈通过电缆被施加电流，电流的改变将导致盘型衔铁所受电磁力的改变；

反馈阀由反馈阀壳体和阀杆组成；反馈阀壳体为三凸台结构的圆柱形壳体；反馈阀壳体顶端向内开设两阶梯式深孔；反馈阀壳体底端向内开设凹槽；反馈阀壳体的第二凸台的下部开设有带环形槽的回油通道；阀杆上下两端向内分别开有深孔以减小其质量，所述深孔不连通；阀杆穿过盘型衔铁然后置于反馈阀壳体的内部；阀杆通过螺纹联接或过盈配合与盘型衔铁刚性连接；盘型衔铁初始的被预压缩的弹簧通过阀杆压靠在反馈阀壳体凹槽的上表面。

2.如权利要求1所述的一种用于共轨系统的轨压调节阀，其特征在于：所述阀杆的顶端与反馈阀壳体的两阶梯孔交界面存在间隙。

3.如权利要求1所述的一种用于共轨系统的轨压调节阀，其特征在于：所述阀杆在计量阀壳体与反馈阀壳体中轴向滑动。

4.如权利要求1所述的一种用于共轨系统的轨压调节阀，其特征在于：所述阀杆的下端与阀芯的上端为刚性连接；计量阀壳体与反馈阀壳体通过螺纹进行联接。

5.如权利要求1所述的一种用于共轨系统的轨压调节阀，其特征在于：所述弹簧的预压缩量通过计量阀壳体和反馈阀壳体的螺纹联接长度来调节。

6.如权利要求1至5任意一项所述的一种用于共轨系统的轨压调节阀的调节方法，其特征在于：弹簧初始的被预压缩，以使得弹簧对阀杆向上的作用力可以平衡共轨系统最大轨压对阀杆向下的压力；发动机启动时，轨压很低，励磁线圈也不通电，这使得弹簧对阀杆向上的作用力大于轨压对阀杆向下的压力，盘型衔铁将被压靠在反馈阀壳体凹槽的上表面；此时进油孔和节流孔完全贯通，计量阀的阀口开度最大；低压油泵从油箱中吸出的低压燃油流入进油口，然后经出油孔进入高压油泵的入口，由于此时阀口开度最大，进入到高压油泵的低压燃油流量也将保持最大，高压油泵将此低压燃油加压，然后以最大流量向共轨管中输送高压燃油，轨压也将很快建立；

之后根据发动机工况确定目标轨压，励磁线圈通以相应的电流，该电流使得当实际轨压等于目标轨压时，励磁线圈对盘型衔铁向下的吸力加上轨压对阀杆向下的压力等于预压缩弹簧对阀杆向上的作用力；则当实际轨压低于目标轨压时，盘型衔铁仍会被压靠在反馈阀壳体凹槽的上表面，计量阀的阀口开度仍会保持最大，高压油泵继续以最大流量向共轨管输送高压燃油，轨压将继续上升；一旦实际轨压超过目标轨压，阀杆将受到向下的合力并继而向下滑动，阀杆的顶端与反馈阀壳体的两阶梯孔交界面所封闭的容积将增大而轨压将迅速下降；与此同时，由于阀芯与阀杆是刚性连接的，阀芯也会随之向下滑动，进油孔和节流孔将只有部分贯通，计量阀的阀口开度减小，进入到高压油泵的低压流量以及高压油泵可送到共轨管的高压流量都将减少，从而使得轨压也将缓慢下降。