CN107476915B - 一种带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置。主要包括液压油单元、燃油供油单元、电液换向阀、溢流阀、缓冲装置、双作用增压油缸、蓄压器、喷油器等组成。双作用增压油缸有一个十字型活塞，外部设有液压油进出口、燃油进出口，液压油通过电液换向阀进入活塞大腔，燃油通过单向阀进入活塞小腔，液压油在大腔中推动活塞，压缩小腔内的燃油，同时另一侧小腔也吸入燃油，当达到预定的压力后，经出口单向阀进入蓄压器中。而后电液换向阀换向，液压油进入另一个大腔，开始压缩另一侧小腔中刚吸入的燃油，使得燃油升压达到预定压力后进入蓄压器。由于在两个活塞大腔的外部设置了缓冲装置，可以避免活塞在增压油缸内运动速度过快的冲击。

Description

一种带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机的高压共轨燃油喷射装置。

背景技术

中国经济持续、高速发展为汽车工业提供了极好的发展机遇，然而，汽车尾气也对大气环境的污染越来越重。经调查，上海大气中，NOX、HC、和CO中的54％、94％和84％都来源于汽车排放。这充分说明，汽车尾气排放已经危害人类健康。

按照国家要求，2007年7月1日开始，所有汽车生产商的新车型必须符合国三排放标准，否则将不允许销售。2008年7月1日全国强制实施国三标准。而现在，从4月1日起，全国11个省市将全面实行汽车国五排放标准。新车国四不能挂牌了，随着形势发展，我国的排放法规将会越来越严格，国六标准也于16年年底发布。这对我国车用发动机的发展带来了严峻考验。

柴油机众多重大技术都和燃油喷射控制息息相关，因此燃油喷射系统在很大程度上影响了发动机的综合性能。为了减少NOX、HC、CO和PM等有害排放物，降低发动机噪声，提高燃油经济性，理想的柴油机燃油喷射系统应能自由控制喷油压力、喷油率、每循环喷油量。

目前的汽车普遍采用了高压共轨系统提高燃油喷射压力。可以说，当前的柴油机燃油喷射系统已经全面进入电控高压共轨时代。共轨式喷油系统主要的贡献就是将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速基本无关。这一柴油发动机技术的创新最大限度地降低了柴油发动机车型的振动和噪声，同时将油耗进一步降低，使排放更加清洁。燃油喷射压力一般能达到120MPa左右，最高可达250MPa甚至更高。由于喷油压力调节术的柴油车能更好地适应各种工况，起步也不会困难。

高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。其主要特点可以概括如下：共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压机构；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。通过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。

从柴油机工作过程来看，高的燃油喷射压力不仅能够缩短油束在缸内的贯穿距，减少了碰壁油量，而且高的喷射压力有利于燃油的雾化和混合，从而极大改进燃烧质量，减少炭烟和氮氧化物的排放。

但是，提高燃油喷射压力也带来种种问题，目前的燃油喷射压力正在朝着200MPa、250MPa甚至更高的压力发展，实现这一目标有着很大的困难。高压共轨的工作原理要求蓄压器，也就是高压油轨始终处在很高的工作压力下，高压油管和喷油器也处在很高的压力下，这不仅对材料的力学性能提出了很高的要求，对加工精度和设计的考量来说也是一个巨大的挑战。比如增压油泵的活塞如果和增压强的内壁配合不好就会带来严重问题；当配合间隙过大时就会使燃油漏泄到液压油里，当配合间隙过小时就容易导致活塞受热膨胀卡死，尤其在长时间工作油温升高时，这种问题更加突出。已有的公开报道如：船用低速机双电磁阀控制的重油高压共轨燃油喷射系统(专利申请号：201410842690.5)并未考虑系统长时间工作时带来的油温上升问题，没有设置冷却机构。一方面极容易导致增压活塞受热卡死，不能供油。另一方面，燃油的温度升高，使得燃油更容易气化，在燃油压缩和喷射过程中更容易发生穴蚀，损害喷油设备。

此外，由于我国的材料工艺、设计加工技术与国外相比仍有差距，所以在设计系统时应尽可能考虑简化工艺，降低成本，以利于技术产业化。已有的公开报道如：可柔性调整的柴油机超高压燃油喷射装置(专利申请号为200620026285.X)，采用凸轮机构驱动的柱塞泵，有3个限制因素未考虑：其一需要设计复杂的凸轮驱动机构，并且要求由较高的凸轮线型精度和较高的加工水平；其二凸轮机构驱动的柱塞泵调速困难，不如电机驱动的油泵调速方便，而且其增压压力不高(一般为50MPa左右)，为实现较高的压力输出(250-280MPa)，还需要增压器有较高的增压比。这就对设计加工提出了比较高的要求。其三采用了电磁阀控制燃油进入增压器，由于电磁阀内的电磁铁吸力有限，流量较大压力较高时不适用，且电磁阀动作快，换向时有冲击，工作可靠性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在实现较高燃油压力输出的同时，兼顾系统可靠性和可维护性，减少故障发生率的带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括燃油增压部分和高压燃油喷射部分，所述的燃油增压部分设有冷却装置来冷却液压油，在通向双作用增压油缸的燃油进油管路上也安装有用于冷却燃油的冷却器，在双作用增压油缸的燃油增压部分的回油管路上还设有带旁通阀的滤器，在双作用增压油缸的燃油增压部分还设有电液换向阀。

本发明的带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置具体包括：由电机驱动的低压油泵27通过滤器28和截止阀29从液压油单元中吸入液压油，并且加压到60-70MPa，经电液换向阀5和单向阀32进入双作用增压油缸7，当泵工作异常，压力表26的压力数值达到溢流阀22b的调定开启压力时，第二溢流阀22b开启，经过冷却器31和带旁通阀的滤器30流回液压油箱，由两个并联的单向节流阀组成缓冲装置，当十字形活塞大腔进油时，通过单向阀进油不经过节流阀，当十字形活塞大腔排油时，通过外部节流阀的节流作用降低缸内十字形活塞的运动速度；

燃油经过电机驱动的截止阀20、低压油泵21和冷却器24、单向阀25进入十字形活塞小腔8，同样在油压超过第一溢流阀22a调定值时第一溢流阀打开，燃油回油，十字形活塞小腔两端的出口，分别连接有进口单向阀和出口单向阀，燃油经进口单向阀进入活塞小室后，活塞压缩活塞小室中的燃油，使得燃油油压上升，当油压达到出口单向阀的调定压力时，出口单向阀开启，燃油进入蓄压器13中；

双作用增压油缸7有被十字形活塞10分开的活塞大腔9、活塞小腔8各两个，通过电液换向阀5的换向改变液压油进入两个活塞大室的顺序，液压油在活塞大腔内推动活塞，压缩活塞小腔内的燃油，即当液压油进入左侧活塞大腔时，右侧活塞大腔的液压油排出，经过缓冲装置6中的节流阀、电液换向阀5、冷却器31和带旁通阀的滤器30回流到液压油单元，同时右侧活塞小腔的燃油被压缩增压；当电液换向阀5换向时，左侧活塞小腔的燃油被压缩，右侧活塞小腔吸入燃油，如此反复，实现了燃油快速加压的同时降低了增压油缸的工作负荷；

蓄压器13上装有压力传感器12和安全阀14，蓄压器13通向喷油器19之间的高压油管连接有滤器15和截止阀16，当蓄压器13内的压力达到调定压力时，压力传感器12发送信号给电控单元，进入准备喷油状态，当有触发信号作用在电控单元上时，电控单元控制的喷油器19开始喷油，并且多余燃油经过回油通道进入燃油箱。

本发明在实现较高燃油压力输出的同时，兼顾系统可靠性和可维护性，减少故障发生率。降低生产设计成本，以利于高压共轨技术的产业化发展。

本发明的带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置，包括燃油增压部分和高压燃油喷射部分。燃油增压部分由低压输油泵、截止阀、单向阀、溢流阀、压力表、滤器、风机、电液换向阀、缓冲装置、双作用增压油缸、遥控系统等组成；高压燃油喷射部分包括蓄压器(高压油轨)、截止阀、滤器、喷油器、电控单元组成。其中，所述的燃油增压部分设有冷却装置来冷却液压油，防止系统内的液压油在长时间工作时温度升高，导致活塞受热膨胀，卡死在活塞腔内不能供油。同时，在通向双作用增压油缸的燃油进油管路上也安装有用于冷却燃油的冷却器，防止长时间工作后燃油温度过高导致燃油汽化，引起喷油设备等的穴蚀而损坏喷油设备。

进一步地，在上述双作用式高压燃油供给装置的燃油增压部分的回油管路上还设有带旁通阀的滤器，由于滤器的阻力较大，每循环仅有少量液压油会经过滤器进入液压油箱，大部分通过单向阀进入液压油箱，但经过较长时间工作后，所有燃油都会经过滤器过滤，除掉液压油中混有的铁屑等杂质。

进一步地，在上述双作用式高压燃油供给装置的燃油增压部分的进油管路还设有遥控系统，遥控系统控制进油管路溢流阀的开启关闭。这样在未达到溢流阀开启压力时，也可以通过遥控系统使溢流阀卸荷。

进一步地，在上述双作用式高压燃油供给装置的燃油增压部分还设有电液换向阀，该电液换向阀的控制油通过外部单独的小型供油泵提供，以提高控制精度和系统可靠性。当电液换向阀处于右位时，液压油从左侧活塞大室进入，右侧活塞大室排出；当电液换向阀处于左位时，液压油从右侧活塞大室进入，左侧活塞大室排出，从而实现双作用增压油缸的连续吸排增压作用，提高了工作效率也降低了负荷。

进一步地，在上述双作用式高压燃油供给装置的燃油增压部分还设有电机驱动的低压油泵，电机调速方便，可以比较方便地调节低压油泵的转速，低压油泵可以是齿轮泵或叶片泵中的一种。而且低压油泵的油压也可以达到60MPa以上，这样增压器的增压比设置为5就可以轻松达到300MPa以上的燃油压力。

进一步地，在上述双作用式高压燃油供给装置的燃油增压部分还设有压力表和温度表，以便随时掌握液压油的压力以及燃油的温度压力信息。

进一步地，在上述双作用式高压燃油供给装置的高压燃油喷射部分还设有蓄压器，蓄压器上装有压力传感器，压力传感器和电控单元相连，当蓄压器内的压力满足喷射要求时，压力传感器将信号传递给电控单元，再通过外部信号触发，实现喷油器喷油过程。

当液压缸内的活塞运动速度超过30cm/s时，就要考虑设置缓冲装置，以避免活塞撞击缸壁造成损坏。因此在上述双作用式高压燃油供给装置的燃油增压部分还设有缓冲装置，该缓冲装置是由两个并联的单向节流阀组成，当活塞大腔进油时，通过单向阀进油不经过节流阀，当活塞大腔排油时，通过外部节流阀的节流作用降低缸内十字形活塞的运动速度，起到了缸内缓冲作用。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述。

图1中：1-截止阀；2-滤器；3-电机驱动的液压泵a；4-单向阀；5-电液换向阀；6-缓冲装置；7-双作用增压油缸；8-活塞小腔；9-活塞大腔；10-十字形活塞；11-温度计；12-压力传感器；13-蓄压器；14-安全阀；15-滤器；16-截止阀；17-流量计a；18-流量计b；19-喷油器；20-截止阀；21-电机驱动的液压泵b；22a、22b-溢流阀；23-压力计a；24-冷却器；25-单向阀；26-压力计；27-电机驱动的液压泵c；28-滤器；29-截止阀；30-带旁通阀的滤器；31-冷却器；32-单向阀。其中，双作用增压油缸7内有一个“十”字形活塞10，两侧为活塞小头，中间为活塞大头。“十”字形活塞两端的侧壁面与增压油缸内腔壁面接触形成良好密封面，增压油缸下端还接有液压油进口、液压油出口。燃油进出口分布在增压油缸两侧。本发明使得喷射压力的产生过程和喷射过程彼此完全分开，通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速基本无关。

由电机驱动的低压油泵27通过滤器28和截止阀29从液压油单元中吸入液压油，并且加压到60-70MPa，经电液换向阀5和单向阀32进入双作用增压油缸7。当泵工作异常，压力表26显示的压力数值达到溢流阀22b的调定开启压力时，溢流阀开启，经过冷却器31和带旁通阀的滤器30流回液压油箱。所述的缓冲装置是由两个并联的单向节流阀组成，当液压缸内的活塞运动速度超过30cm/s时，就要考虑设置缓冲装置，当活塞大腔进油时，通过单向阀进油不经过节流阀，当活塞大腔排油时，通过外部节流阀的节流作用降低缸内十字形活塞的运动速度，起到了缸内缓冲作用，减轻了对液压缸的损坏。

燃油经过电机驱动的截止阀20、低压油泵21和冷却器24、单向阀25进入双作用增压油缸的活塞小腔8，同样在油压超过溢流阀22a调定值时溢流阀打开，燃油回油。在双作用增压油缸的两个活塞小腔两端的出口，分别连接有进口单向阀和出口单向阀。燃油经进口单向阀进入活塞小室后，活塞压缩活塞小室中的燃油，使得燃油油压上升，由于燃油进口安装有单向阀，所以加压后的燃油不会倒流回去。当油压达到出口单向阀的调定压力时，出口单向阀开启，燃油进入蓄压器13中。

所述的双作用增压油缸7有被“十”字形活塞10分开的活塞大腔9、活塞小腔8各两个，通过电液换向阀5的换向改变液压油进入两个活塞大室的顺序，液压油在活塞大腔内推动活塞，压缩活塞小腔内的燃油。即当液压油进入左侧活塞大腔时，右侧活塞大腔的液压油排出，经过缓冲装置6中的节流阀、电液换向阀5、冷却器31和带旁通阀的滤器30回流到液压油单元。同时右侧活塞小腔的燃油被压缩增压。由于活塞腔室内的液体压强乘以活塞的受力面积等于该侧液体对活塞施加的力，而活塞大腔和活塞小腔内的活塞面积成又是成一定比例的，所以活塞大腔和活塞小腔压力的比值反比于其对应的活塞截面积之比。也就是说，活塞小腔内的液体压力可以成倍的被放大。双作用增压油缸7的增压比设置为5时，就可以达到300MPa以上的高压燃油。当电液换向阀5换向时，左侧活塞小腔的燃油被压缩，右侧活塞小腔吸入燃油，如此反复，实现了燃油快速加压的同时降低了增压油缸的工作负荷。

蓄压器13上装有压力传感器12和安全阀14，当蓄压器13压力超过安全值时安全阀打开，以实现对蓄压器13的安全保护作用。蓄压器13通向喷油器19之间的高压油管连接有滤器15和截止阀16，当蓄压器13内的压力达到调定压力时，压力传感器12发送信号给电控单元，进入准备喷油状态。当有触发信号作用在电控单元上时，电控单元控制的喷油器19开始喷油，并且多余燃油经过回油通道进入燃油箱。

本发明克服了现有技术的缺点，可以实现300MPa以上的超高压燃油喷射，而且燃油喷射压力可调，并且降低了对材料的性能和设计加工工艺方面的要求。成本降低，动作可靠，而且由于加装了一系列传感器和安全保护装置，使得系统故障率降低。与现有技术相比，有较大的进步。

尽管参照实施方式对发明方案进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明技术方案的修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (1)

1.一种带缓冲装置的双作用式高压燃油供给装置，包括燃油增压部分和高压燃油喷射部分，所述的燃油增压部分设有冷却装置来冷却液压油，在通向双作用增压油缸的燃油进油管路上也安装有用于冷却燃油的燃油冷却器，在双作用增压油缸的燃油增压部分的回油管路上还设有带旁通阀的液压油回油滤器，在双作用增压油缸的燃油增压部分还设有电液换向阀，其特征是具体包括：

由电机驱动的液压油低压油泵(27)通过液压油滤器(28)和液压油截止阀(29)从液压油单元中吸入液压油，并且加压到60-70MPa，经电液换向阀(5)和液压油单向阀(32)进入双作用增压油缸(7)，当泵工作异常，压力表(26)的压力数值达到第二溢流阀(22b)的调定开启压力时，第二溢流阀(22b)开启，经过液压油冷却器(31)和带旁通阀的液压油回油滤器(30)流回液压油箱，由两个并联的单向节流阀组成缓冲装置，当十字形活塞大腔进油时，通过单向阀进油不经过节流阀，当十字形活塞大腔排油时，通过外部节流阀的节流作用降低缸内十字形活塞的运动速度；

燃油经过电机驱动的燃油截止阀(20)、燃油低压油泵(21)和燃油冷却器(24)、燃油单向阀(25)进入十字形活塞小腔(8)，同样在油压超过第一溢流阀(22a)调定值时第一溢流阀打开，燃油回油，十字形活塞小腔两端的出口，分别连接有进口单向阀和出口单向阀，燃油经进口单向阀进入活塞小室后，活塞压缩活塞小室中的燃油，使得燃油油压上升，当油压达到出口单向阀的调定压力时，出口单向阀开启，燃油进入蓄压器(13)中；

双作用增压油缸(7)有被十字形活塞(10)分开的活塞大腔(9)、活塞小腔(8)各两个，通过电液换向阀(5)的换向改变液压油进入两个活塞大室的顺序，液压油在活塞大腔内推动活塞，压缩活塞小腔内的燃油，即当液压油进入左侧活塞大腔时，右侧活塞大腔的液压油排出，经过缓冲装置(6)中的节流阀、电液换向阀(5)、液压油冷却器(31)和带旁通阀的液压油回油滤器(30)回流到液压油单元，同时右侧活塞小腔的燃油被压缩增压；当电液换向阀(5)换向时，左侧活塞小腔的燃油被压缩，右侧活塞小腔吸入燃油，如此反复，实现了燃油快速加压的同时降低了增压油缸的工作负荷；

蓄压器(13)上装有压力传感器(12)和安全阀(14)，蓄压器(13)通向喷油器(19)之间的高压油管连接有燃油滤器(15)和高压燃油截止阀(16)，当蓄压器(13)内的压力达到调定压力时，压力传感器(12)发送信号给电控单元，进入准备喷油状态，当有触发信号作用在电控单元上时，电控单元控制的喷油器(19)开始喷油，并且多余燃油经过回油通道进入燃油箱。