CN107503870B - 柴油机燃油供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柴油机燃油供给系统，包括：燃油箱、低压油管、高压油泵、高压油管、高压共轨管、中低压共轨管、电磁开关阀、双进油道喷油器、带节流孔的单向阀、ECU以及电控线束；燃油箱通过低压油管与高压油泵相连；高压油泵通过高压油管分别连接高压共轨管和中低压共轨管；燃油由燃油箱通过低压油管供给到高压油泵，由高压油泵产生不同的压力分别通过高压油管供给到高压共轨管和中低压共轨管；喷油器拥有两个进油道，高压共轨管通过电磁开关阀与喷油器的一个进油道相连，中低压共轨管通过带节流孔的单向阀与喷油器的另一进油道相连；在单个喷油持续期内，本发明可实现两种压力的切换，喷油速率也随之产生相应变化。

Description

柴油机燃油供给系统
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，尤其是一种柴油机的燃油供给系统。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭，以及排放要求的日益严格，降油耗和减排放成为新型发动机技术的主要研究方向。为实现充分燃烧，需要改善燃油的雾化效果，提高喷射压力成为主要手段。随着高压共轨技术的发展，喷射压力得到极大的提高。BOSCH、DENSO等公司推出的高压共轨系统，喷射压力达到250MPa以上。在如此高的喷射压力下，燃油的雾化效果得到极大的改善，再单纯地提高喷射压力会造成发动机功率的浪费，不利于油耗的降低。
研究表明，优化喷油速率的形状，不仅能提高发动机的燃烧放热率，减少燃油消耗，还能降低排放。寻找灵活可变的喷油速率，根据发动机工况进行最佳匹配，在降低油耗和排放方面有着很大的潜力。
目前柴油机对燃油系统喷射要求越来越高，除了能实现高压力喷射外，还需要喷射速率能够灵活可变，满足日益严格的排放需求。
针对可变喷油速率的技术要求，目前市面上已经出现了一些产品，可以根据工况要求来控制喷油速率的变化。
（1）Caterpillar公司推出了HEUI系列活塞式增压喷油器；
（2）Bosch公司推出了CRIN4.2型两级增压喷油器。
目前存在的这些解决方案还有一些缺点；
HEUI系列喷油器主要存在如下问题：
1）增压比固定；
2）机油增压，密封性要求高；
3）喷射压力不能太高。
CRIN4.2型两级增压喷油器主要问题有：
1）增压比固定；
2）动态回油量大，对低压油路要求高；
3）增压模块内置，加工制造难度大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种喷油速率随时可变可调的柴油机燃油供给系统，设计简单易实现，且压力由轨压控制，增压比灵活，能满足不同压力的喷射，压力变化范围广，并且能够实现喷射压力柔性控制。本发明采用的技术方案是：
一种柴油机燃油供给系统，包括：燃油箱、低压油管、高压油泵、高压油管、高压共轨管、中低压共轨管、电磁开关阀、双进油道喷油器、带节流孔的单向阀、ECU以及电控线束；
燃油箱通过低压油管与高压油泵相连；高压油泵通过高压油管分别连接高压共轨管和中低压共轨管；燃油由燃油箱通过低压油管供给到高压油泵，由高压油泵产生不同的压力分别通过高压油管供给到高压共轨管和中低压共轨管8，高压共轨管中燃油压力大于中低压共轨管中燃油压力；喷油器拥有两个进油道，其中，高压共轨管通过电磁开关阀与喷油器的一个进油道相连，中低压共轨管通过带节流孔的单向阀与喷油器的另一进油道相连；ECU通过电控线束分别控制高压油泵、高压共轨管、中低压共轨管、电磁开关阀与喷油器工作。
进一步地，在喷射开始时，中低压共轨管中的燃油通过单向阀流入喷油器，实现中低压力燃油喷射；在喷射过程中，ECU控制电磁开关阀打开，高压共轨管中的高压燃油充入喷油器，并推动单向阀关闭，实现高压燃油喷射；在喷射结束后，喷油器内残余的高压燃油通过单向阀中的节流孔向中低压共轨管泄漏，单向阀复位为下次喷射做准备。
具体地，双进油道喷油器包括喷油器体、第一进油道、第二进油道、电磁铁、衔铁、衔铁杆、球座、控制阀座、第一弹簧、球阀、节流孔板、控制活塞、第二弹簧、顶杆、针阀、针阀体、过渡块、第一进油孔、第二进油孔、喷油嘴；
喷油器体、过渡块和针阀体自上而下装配成一个整体；第一进油道、第二进油道位于喷油器体、过渡块和针阀体中，向下均连通喷油嘴的喷油孔道，向上分别与节流孔板中的第一进油节流孔和第二进油节流孔连通；
在喷油器体上设有两个进油口，分别用于连接单向阀和进油接头,其中进油接头通过油管连接电磁开关阀；
所述两个进油口通过喷油器体上设置的第一进油孔和第二进油孔分别连通喷油器体中的第一进油道和第二进油道；
控制活塞设置在喷油器体中间，能够上下移动；控制活塞下方设置顶杆，顶杆下方设置针阀；针阀下端伸入喷油嘴的喷油孔道；第二弹簧套设在顶杆上，下端与顶杆的下端头相抵，上端与喷油器体内设置的内台阶相抵；
喷油器体上端设有一个上腔体，在上腔体中自下而上装配节流孔板和控制阀座；
节流孔板中间下部设有控制腔，控制腔位于控制活塞上方；在节流孔板中控制腔上方设有与控制腔连通的第一出油节流孔，两侧设有与控制腔连通的第一进油节流孔和第二进油节流孔；第一进油节流孔和第二进油节流孔分别通过连接油道与第一进油道和第二进油道连通；在节流孔板的第一出油节流孔上方设置球阀，球阀上方设置球座；
控制阀座上方设置衔铁，电磁铁位于衔铁上方；第一弹簧一端与控制阀座相抵，另一端与衔铁相抵；衔铁杆位于控制阀座和衔铁中，并与衔铁相连接；衔铁杆下端与球座相抵；
第一进油道下端、第二进油道下端和喷油嘴的喷油孔道间设有盛油槽。
更进一步地，喷油器体、过渡块和针阀体通过喷油嘴紧帽自上而下装配成一个整体。
进一步地，所述单向阀包括阀体、阀芯、回位弹簧以及弹簧垫片；阀芯装配在阀体中，回位弹簧一端抵住阀体外周台阶，另一端抵住弹簧垫片，将弹簧垫片压在阀体内腔体端面；阀芯和阀体为偶件，第一主油道和第二主油道分别位于阀芯和阀体中心；在阀芯上靠近前端头处沿径向设有连通第一主油道和阀体内腔体的进油小孔；阀芯的前端头中设有第二出油节流孔；阀芯的前端头与阀座内腔体连接第二主油道处能够形成油道密封
更进一步地，阀芯和阀体间油道密封为锥面密封。
本发明的优点在于：本发明提供双进油道的喷油器，以及带节流孔的单向阀，通过这两种结构能实现喷射压力的快速切换；
1）对喷油器的改动小，制造加工难度不大；
2）单向阀和电磁开关阀等原理简单，设计方便；
3）压力由轨压控制，增压时刻与增压比例灵活，且能实现高压喷射。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的双进油道喷油器剖面示意图。
图3为本发明的喷油器的控制腔部分的局部剖面视图。
图4为本发明的带节流孔的单向阀的结构图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供的一种柴油机燃油供给系统，包括燃油箱1、低压油管2、高压油泵3、高压油管4、高压共轨管5、中低压共轨管8、电磁开关阀6、双进油道喷油器7、带节流孔的单向阀9、ECU（电控单元）10以及电控线束11；
燃油箱1通过低压油管2与高压油泵3相连；高压油泵3通过高压油管4分别连接高压共轨管5和中低压共轨管8；高压油泵3为电控多缸泵，燃油由燃油箱1通过低压油管2供给到高压油泵3，由高压油泵3产生不同的压力分别通过高压油管供给到高压共轨管5和中低压共轨管8；喷油器7拥有两个进油道，其中，高压共轨管5通过电磁开关阀6与喷油器7的一个进油道相连，中低压共轨管8通过带节流孔的单向阀9与喷油器7的另一进油道相连；ECU10通过电控线束11分别控制高压油泵3、高压共轨管5、中低压共轨管8、电磁开关阀6与喷油器7工作；
所示的高压油泵3为电控多缸泵，能根据需要产生不同压力的燃油；ECU10控制高压油泵3产生相对低压的燃油，通入中低压共轨管8；同时控制产生相对高压的燃油，通入高压共轨管5；高压共轨管5中燃油压力大于中低压共轨管8中燃油压力；在喷射开始时，中低压共轨管8中的燃油通过单向阀9流入喷油器7，实现中低压力燃油喷射；在喷射过程中，ECU10控制电磁开关阀6打开，高压共轨管5中的高压燃油充入喷油器7，并推动单向阀9关闭，实现高压燃油喷射；在喷射结束后，喷油器7内残余的高压燃油通过单向阀9中的节流孔向中低压共轨管8泄漏，单向阀9复位为下次喷射做准备。
双进油道喷油器7，能实现高压共轨管5和中低压共轨管8在同一次喷射过程中往喷油器7供油。如图2所示，双进油道喷油器7包括喷油器体30、第一进油道29、第二进油道28、电磁铁27、衔铁26、衔铁杆25、球座24、控制阀座23、第一弹簧231、球阀22、节流孔板21、控制活塞20、第二弹簧19、顶杆18、针阀17、针阀体16、过渡块15、第一进油孔14、第二进油孔13、喷油嘴；
喷油器体30、过渡块15和针阀体16通过喷油嘴紧帽161自上而下装配成一个整体；第一进油道29、第二进油道28位于喷油器体30、过渡块15和针阀体16中，向下均连通喷油嘴的喷油孔道(喷油嘴的结构同现有技术，故此省略未画出)，向上分别与节流孔板21中的第一进油节流孔31和第二进油节流孔32连通；
在喷油器体30上设有两个进油口，分别用于连接单向阀9和进油接头12,其中进油接头12通过油管连接电磁开关阀6；
所述两个进油口通过喷油器体30上设置的第一进油孔14和第二进油孔13分别连通喷油器体30中的第一进油道29和第二进油道28；
控制活塞20设置在喷油器体30中间，能够上下移动；控制活塞20下方设置顶杆18，顶杆18下方设置针阀17；针阀17下端伸入喷油嘴的喷油孔道；第二弹簧19套设在顶杆18上，下端与顶杆18的下端头相抵，上端与喷油器体内设置的内台阶相抵；
喷油器体30上端设有一个上腔体，在上腔体中自下而上装配节流孔板21和控制阀座23；
如图3所示，节流孔板21中间下部设有控制腔201，控制腔201位于控制活塞20上方；在节流孔板21中控制腔201上方设有与控制腔201连通的第一出油节流孔33，两侧设有与控制腔201连通的第一进油节流孔31和第二进油节流孔32；第一进油节流孔31和第二进油节流孔32分别通过连接油道与第一进油道29和第二进油道28连通；在节流孔板21的第一出油节流孔33上方设置球阀22，球阀22上方设置球座24；
控制阀座23上方设置衔铁26，电磁铁27位于衔铁26上方；第一弹簧231一端与控制阀座23相抵，另一端与衔铁26相抵；衔铁杆25位于控制阀座23和衔铁26中，并与衔铁26相连接；衔铁杆25下端与球座24相抵；衔铁杆25上端通过预紧力弹簧251施加向下预紧力；
第一进油道29下端、第二进油道28下端和喷油嘴的喷油孔道间设有盛油槽291；
在电磁铁27未通电的情况下，燃油通过单向阀9和第一进油孔14进入喷油器7内第一进油道29，并分别流向喷油器7的蓄压腔（主要是两个进油道29、28和盛油槽291）和控制腔201；此时控制腔201的出油节流孔（即第一出油节流孔33）孔口被球阀22堵住，控制腔201内为压力油，液压力通过控制活塞20和顶杆18传递到喷油嘴针阀17，针阀17关闭；电磁铁27通电之后，电磁力吸引衔铁26向上运动并带动衔铁杆25运动，球阀22打开，控制腔201的压力油泄出，针阀17在蓄压腔内压力油的推动下打开，开始喷油；
针阀17打开后，经过按需控制的一个时间，然后ECU10控制电磁开关阀6打开，高压燃油通过进油接头12进入第二进油道28，在针阀17打开的状态下，开始喷高压燃油；且高压燃油也通过盛油槽291进入第一进油道29和第一进油孔14，并进入单向阀9；
电磁铁27断电之后，衔铁杆25在弹簧力的作用下向下运动，推动球座24，球阀22关闭，控制腔201压力重新恢复，针阀17在液压力作用下关闭，喷油过程结束。
带节流孔的单向阀9，能实现在喷射过程中，由中低压共轨管8供给的燃油能通过单向阀9进入喷油器，而电磁开关阀6开启之后，高压燃油会被单向阀9阻断；在喷射结束之后，喷油器7中的残余的高压燃油通过单向阀9中的节流孔向中低压共轨管8泄漏，确保下次喷射开始时喷油器内残余燃油为低压油。
单向阀9通过螺纹与双进油道喷油器7的左侧进油口连接；如图4所示，所述单向阀9包括阀体34、阀芯35、回位弹簧36以及弹簧垫片37；阀芯35装配在阀体34中，回位弹簧36一端抵住阀体34外周台阶，另一端抵住弹簧垫片37，将弹簧垫片37压在阀体34内腔体端面；阀芯35和阀体34为偶件，第一主油道38和第二主油道41分别位于阀芯35和阀体34中心；在阀芯35上靠近前端头处沿径向设有连通第一主油道38和阀体34内腔体的两个进油小孔39；阀芯35的前端头中设有第二出油节流孔40；阀芯35的前端头与阀座34内腔体连接第二主油道41处能够形成油道密封；阀芯35和阀体34间油道密封为锥面密封；
单向阀9的初始状态为开启。在喷油开始阶段，燃油从第二主油道41，主要经进油小孔39和第二主油道38流入喷油器7，实现中低压喷射；在电磁开关阀6开启之后，高压燃油通过喷油器7内油道回流至第一进油孔14，此时液压力作用于阀芯35端面，推动阀芯35运动，单向阀9关闭，阻断中低压进油，实现高压喷射；在高压喷射结束之后，喷油器7油道内残留的高压燃油通过单向阀9中的第二出油节流孔40向中低压共轨管8泄漏，阀芯35在回位弹簧36的作用下恢复开启状态。
相较于现有的燃油供给系统，本发明具有以下特点；
1）实现喷油规律灵活可变，提供两种的压力源—一个相对高压，一个相对低压；在单个喷油持续期内，实现两种压力的切换，喷油速率也随之产生相应变化。采用两条共轨管分别为系统提供高、低压，采用一台电控共轨多缸泵分别为两条轨管同时供油。这种结构利用现有共轨系统的元件，两条轨管平行布置，方便实现，且对系统改变不大。
2）采用双进油道喷油器。两条油路分别连接高、中低压共轨管，在喷油器内部靠近喷油嘴端实现压力切换。相比切换油路外置的装置，本发明压力切换更靠近喷油嘴，能提供更快的响应速度。
3）在双进油道喷油器连接高压共轨管一端油路中布置电磁开关阀，能实现在喷油过程中高压燃油的供给与关闭。
4）在双进油道喷油器连接中低压共轨管一端进油道连接带节流孔的单向阀。能实现中低压燃油的供给和高压燃油的阻断，同时在喷射结束后，能泄去喷油器内部残余压力油，为下次喷射做准备。
5）电控单元ECU能分别控制共轨多缸泵，两条共轨管，电磁开关阀以及喷油器工作。其中轨管压力能够自由调节，电磁开关阀的开启关闭时刻在喷油器喷油过程中能够灵活调节。

Claims (6)

1.一种柴油机燃油供给系统，其特征在于，包括：
燃油箱(1)、低压油管(2)、高压油泵(3)、高压油管(4)、高压共轨管(5)、中低压共轨管(8)、电磁开关阀(6)、双进油道喷油器(7)、带节流孔的单向阀(9)、ECU(10)以及电控线束(11)；
燃油箱(1)通过低压油管(2)与高压油泵(3)相连；高压油泵3通过高压油管(4)分别连接高压共轨管(5)和中低压共轨管(8)；燃油由燃油箱(1)通过低压油管(2)供给到高压油泵(3)，由高压油泵(3)产生不同的压力分别通过高压油管供给到高压共轨管(5)和中低压共轨管(8)，高压共轨管(5)中燃油压力大于中低压共轨管(8)中燃油压力；喷油器(7)拥有两个进油道，其中，高压共轨管(5)通过电磁开关阀(6)与喷油器(7)的一个进油道相连，中低压共轨管(8)通过带节流孔的单向阀(9)与喷油器(7)的另一进油道相连；ECU10通过电控线束(11)分别控制高压油泵(3)、高压共轨管(5)、中低压共轨管(8)、电磁开关阀(6)与喷油器(7)工作；
双进油道喷油器(7)包括喷油器体(30)、第一进油道(29)、第二进油道(28)、电磁铁(27)、衔铁(26)、衔铁杆(25)、球座(24)、控制阀座(23)、第一弹簧(231)、球阀(22)、节流孔板(21)、控制活塞(20)、第二弹簧(19)、顶杆(18)、针阀(17)、针阀体(16)、过渡块(15)、第一进油孔(14)、第二进油孔(13)、喷油嘴；
喷油器体(30)、过渡块(15)和针阀体(16)自上而下装配成一个整体；第一进油道(29)、第二进油道(28)位于喷油器体(30)、过渡块(15)和针阀体(16)中，向下均连通喷油嘴的喷油孔道，向上分别与节流孔板(21)中的第一进油节流孔(31)和第二进油节流孔(32)连通；
在喷油器体(30)上设有两个进油口，分别用于连接单向阀(9)和进油接头(12),其中进油接头(12)通过油管连接电磁开关阀(6)；
所述两个进油口通过喷油器体(30)上设置的第一进油孔(14)和第二进油孔(13)分别连通喷油器体(30)中的第一进油道(29)和第二进油道(28)；
控制活塞(20)设置在喷油器体(30)中间，能够上下移动；控制活塞(20)下方设置顶杆(18)，顶杆(18)下方设置针阀(17)；针阀(17)下端伸入喷油嘴的喷油孔道；第二弹簧(19)套设在顶杆(18)上，下端与顶杆(18)的下端头相抵，上端与喷油器体内设置的内台阶相抵；
喷油器体(30)上端设有一个上腔体，在上腔体中自下而上装配节流孔板(21)和控制阀座(23)；
节流孔板(21)中间下部设有控制腔(201)，控制腔(201)位于控制活塞(20)上方；在节流孔板(21)中控制腔(201)上方设有与控制腔(201)连通的第一出油节流孔(33)，两侧设有与控制腔(201)连通的第一进油节流孔(31)和第二进油节流孔(32)；第一进油节流孔(31)和第二进油节流孔(32)分别通过连接油道与第一进油道(29)和第二进油道(28)连通；在节流孔板(21)的第一出油节流孔(33)上方设置球阀(22)，球阀(22)上方设置球座(24)；
控制阀座(23)上方设置衔铁(26)，电磁铁(27)位于衔铁26上方；第一弹簧(231)一端与控制阀座(23)相抵，另一端与衔铁(26)相抵；衔铁杆(25)位于控制阀座(23)和衔铁(26)中，并与衔铁(26)相连接；衔铁杆(25)下端与球座(24)相抵；衔铁杆(25)上端通过预紧力弹簧(251)施加向下预紧力；
第一进油道(29)下端、第二进油道(28)下端和喷油嘴的喷油孔道间设有盛油槽(291)。
2.如权利要求1所述的柴油机燃油供给系统，其特征在于，
在喷射开始时，中低压共轨管(8)中的燃油通过单向阀(9)流入喷油器(7)，实现中低压力燃油喷射；在喷射过程中，ECU(10)控制电磁开关阀(6)打开，高压共轨管(5)中的高压燃油充入喷油器(7)，并推动单向阀(9)关闭，实现高压燃油喷射；在喷射结束后，喷油器(7)内残余的高压燃油通过单向阀(9)中的节流孔向中低压共轨管(8)泄漏，单向阀(9)复位为下次喷射做准备。
3.如权利要求1所述的柴油机燃油供给系统，其特征在于，
高压油泵(3)为共轨多缸泵，能实现不同压力分开供油。
4.如权利要求1所述的柴油机燃油供给系统，其特征在于，
喷油器体(30)、过渡块(15)和针阀体(16)通过喷油嘴紧帽(161)自上而下装配成一个整体。
5.如权利要求1或2所述的柴油机燃油供给系统，其特征在于，
所述单向阀(9)包括阀体(34)、阀芯(35)、回位弹簧(36)以及弹簧垫片(37)；阀芯(35)装配在阀体(34)中，回位弹簧(36)一端抵住阀芯(35)外周台阶，另一端抵住弹簧垫片(37)，将弹簧垫片(37)压在阀体(34)内腔体端面；阀芯(35)和阀体(34)为偶件，第一主油道(38)和第二主油道(41)分别位于阀芯(35)和阀体(34)中心；在阀芯(35)上靠近前端头处沿径向设有连通第一主油道(38)和阀体(34)内腔体的进油小孔(39)；阀芯35的前端头中设有第二出油节流孔(40)；阀芯(35)的前端头与阀座(34)内腔体连接第二主油道(41)处能够形成油道密封。
6.如权利要求5所述的柴油机燃油供给系统，其特征在于，
阀芯(35)和阀体(34)间油道密封为锥面密封。
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