CN113464397A - 一种双脉冲泵液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种双脉冲泵液体喷射装置，包括电磁力驱动装置、低压脉冲泵和高压脉冲泵，所述电磁动力装置为一个螺线管驱动装置，包括线圈、磁轭、电枢和储能元件，所述低压脉冲泵与高压脉冲泵均包括有静止部和运动部，所述运动部在电磁力装置和储能元件作用驱动复运动，产生液体喷射。

Description

一种双脉冲泵液体喷射装置

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，尤其是发动机液体计量喷射技术，具体涉及发动机燃油喷射装置，发动机尾气净化氧化氮选择性催化还原（SCR）系统以及柴油发动机尾气颗粒物过滤收集（DPF）的燃油喷射再生系统。

背景技术

液体计量喷射技术是现代工业离不开的基础性技术，特别是内燃机行业，液体计量喷射是发动机重要技术之一，无论是在发动机喷射技术（包括缸内直喷(GDI)系统和缸外喷射(MPI)系统），还是发动机后处理技术，比如尾气净化氧化氮选择性催化还原（SCR）尿素水溶液喷射系统，柴油机尾气排放颗粒物过滤(DPF)再生喷射系统等，这些系统对液体的计量精度以及稳定性都有着较高的要求。

以螺线管柱塞泵喷射装置为例，采用螺线管驱动电枢往复运动方式实现工作液体的定量输出，现有螺线管柱塞泵大多为由一组进、出液组合阀形成高压容积的结构，电枢在运动过程中形成的泵内液体的双向脉冲流动波容易导致其中产生的气体滞留，特别是挥发性比较大的液体，残余的气泡严重影响计量精度，使实际喷射量减小甚至产生空喷。同时，由于液体回流受阻，容易造成热量堆积，影响螺线管柱塞泵装置的使用寿命。

对此，该结构一般需要设置单独设计进液嘴和回液嘴，并且在回液方向增设较大流通截面的排气通道或者改变排气通道结构（如锥形通道），以保证气体可以顺利排出，这在一定程度上增加了喷射泵的外形体积和布置难度。特别是对于布局空间有限的小型发动机喷射系统，不仅需要留出足够的安装喷射泵的空间，还需要增加连接回液嘴并引导回液及排气泡的管路，这是十分困难的。

此外，对于某些系统，由于空间问题其本身储液箱布置低于喷射装置安装位置，为应对此种情况，通常会采用在喷射装置前端增设一个供液泵的方式分步实现液体供给以及计量喷射，这便增加了系统的成本以及复杂程度。

因此谋求高精度，简约化、小型化的液体计量喷射装置不仅可以提高电喷系统的整体适用性，而且从一定程度上增加了整机可靠性和安全性，并能够降低系统成本。

发明内容

本发明针对上述问题，之目的在于提供一种结构简单、布置方便、精度高、稳定性好的发动机电控液体喷射装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，即，一种双脉冲泵液体喷射装置，包括电磁力驱动装置、低压脉冲泵和高压脉冲泵，所述低压脉冲泵串联于高压脉冲泵上游，逐级形成压力溶液。

所述电磁力去驱动装置为一个螺线管装置，包括线圈、磁轭、电枢和储能元件，所述磁轭布置于线圈周围，由良好的导磁材料组成。位于线圈内侧部分磁轭称为内磁轭，为一个圆柱状结构，内部包括一个圆柱形空间。内磁轭被一个低导磁率隔磁环分隔成下内磁轭和上内磁轭，上内磁轭。所述电枢位于圆柱形空间内，可沿圆柱空间做轴向运动，其前端面位于隔磁环附近，圆周方向布置有轴向通槽，以减小往复运动的阻力。所述储能元件为一个储能弹簧，用于产生与驱动力方向相反的回位弹簧力。

所述低压脉冲泵由一个进液阀、一个泄压阀、一个导流杆、一个导流套形成。所述进液阀为一个膜片结构的单向阀，外部液体从进液阀进入，填充整个液体喷射装置。所述泄压阀为一个单向开启的球阀，包括泄压阀座、泄压阀簧以及泄压阀球。所述导流杆和导流套均为柱状结构，导流杆可沿导流套往复运动，在导流杆运动过程中，所述进液阀和泄压阀的交替开闭，使得第一容积腔产生交变液压，当低压脉冲泵腔体中液体压力大于泄压阀簧之弹簧力时，泄压阀开启。

所述高压脉冲泵由一个输出阀、一个柱塞、一个套筒以及一个输入阀形成，所述输入阀布置于套筒一端，所述输出阀布置于套筒一端。所述套筒包括一个轴向中心孔，柱塞之表面与套筒中心孔紧密配合且可以相对滑动，从而实现高压脉冲泵的液体输送。套筒与电枢设可以计为一体，满足套筒功能的所有几何特征均可通过对电枢的机械加工形成。所述套筒与导流杆组成运动部，所述柱塞和导流套组成静止部，套筒与导流杆以实现同步运动的方式连接，储能弹簧安装于静止部和运动部之间，一端相对静止部静止，另一端紧贴套筒底部端面，运动部在螺线管驱动力和储能弹簧之弹簧力作用下往复运动。当螺线管驱动装置上电时，电枢（套筒）带动导流杆往压送行程方向运动，高压脉冲泵产生高压液体，当液体压力高于输出阀预设开启压力时，输出阀打开，高压液体输出，在此过程中低压脉冲泵进行液体补充。

上述低压脉冲泵包括一个位于容积顶部的气液分离槽，气液分离槽的直径大于导流杆外径，使得工作液体中存在的气泡堆积于气液分离槽上部空间。所述气液分离槽上端为所述泄压阀，由于所述导流杆之截面大于所述柱塞之截面，当运动部在储能弹簧之弹簧力作用下往初始方向运动时，低压脉冲泵腔体中压力逐渐变大，泄压阀打开，上部气体以及部分回液从泄压阀排出。

上述，双脉冲泵液体喷射装置包括一个进液道，所述进液道通过所述进液阀和所述进液阀连通低压脉冲泵，进液阀和泄压阀布置于进液道内。所述进液道可与排气泡通道设计为一条通道，通过进液阀和泄压阀控制进、回液流。

进一步，上述双脉冲泵液体喷射装置包括一个限位件和一个壳体，所述壳体用于封装所述双脉冲泵液体喷射装置，所述限位件为一个设计于壳体上的延长杆，延长杆端部作用于输入阀，保证在套筒运动过程中，输入阀的开启时间和开启程度可控，从而保证液体喷射精度。

所述低压脉冲泵与所述高压脉冲泵之建压过程通过调节驱动脉宽实现，低压脉冲泵在电磁力驱动装置小脉宽PWM信号驱动下，进行吸夜，填充液体喷射装置内部容积，并且将容积腔中气体通过泄压阀排出，当在低压脉冲泵建压过程中，输入阀受限位件作用始终处于开启状态。高压脉冲泵电磁力装置大脉宽PWM信号驱动下，产生高压喷射液。所述高压脉冲泵的驱动信号为低压脉冲泵的2倍以上。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明所提供的双脉冲泵液体喷射装置之实施例结构示意图。

图2为本发明所提供的双脉冲泵液体喷射装置之应用例结构示意图之一。

图3为本发明所提供的双脉冲泵液体喷射装置之应用例结构示意图之二。

具体实施方式

本发明所提供的双脉冲泵液体喷射装置10之结构示意图如图1所示，所述双脉冲泵液体喷射装置10包括一个包括电磁力驱动装置1、一个低压脉冲泵2、一个高压脉冲泵3、一个壳体100、一个设计于壳体100之上的进液嘴105，所述低压脉冲泵2串联于高压脉冲泵3上游，逐级形成压力溶液。所述壳体100可以由一个或者若干个塑料或者其它高分子材料部件组成，也可以一次性模压或者注塑而成，用于封装电磁力驱动装置1、低压脉冲泵2以及高压脉冲泵3。

所述电磁力驱动装置1为一个螺线管装置，具有满足产生电磁驱动力基本原理的结构，包括线圈103、磁轭104、隔磁环102、受电磁力驱动的电枢121和储能弹簧120。所述磁轭104布置于线圈103周围，位于线圈103内侧的磁轭为内磁轭104a，内磁轭104a被隔磁环102分隔成上内磁轭101b和下内磁轭101a，上内磁轭101b、下内磁轭101a和隔磁环102形成一个供电枢121往复运动的大致为圆柱形的空间，即电枢室118，电枢121的外轮廓大致为圆柱体，其前端面121a位于隔磁环102附近，当线圈103通电时，电枢121在电磁场力的作用下进入压送行程，向下内磁轭101a方向运动，线圈103断电时，在储能弹簧120之弹簧力的作用下，进入回位行程，向上内磁轭101b方向返回，从而形成电枢121的往复运动。所述电枢121包括周向布置允许液体流动的通槽，可以减小往复运动的阻力。所述磁轭104和电枢121由导磁材料构成，隔磁环102由低导磁率材料构成。

所述低压脉冲泵2由一个进液阀7、一个泄压阀6、一个导流杆126、一个导流套125形成。所述进液阀7为一个膜片结构的单向阀，进液方向为其开启方向，外部液体从进液阀7进入，填充整个液体喷射装置。所述泄压阀6为一个单向开启的球阀，包括泄压阀座108、泄压阀簧110以及泄压阀球111，当低压脉冲泵2之腔体中液体压力高于泄压阀簧110之弹簧力时，泄压阀6开启。所述导流杆126和导流套125均为柱状结构，导流杆126可沿导流套125往复运动，在导流杆126运动过程中，所述进液阀7和泄压阀6的交替开闭，使得低压脉冲泵2腔体中液体压力交替变化。

所述高压脉冲泵3由一个输出阀4、一个柱塞122、一个套筒123以及一个输入阀5形成，所述输入阀5布置于套筒123一端，为一个球阀，包括输入阀球115、输入阀座114和输入阀簧116。所述输出阀4布置于套筒123一端，为一个依靠压力开启的球阀，包括输出阀球117、输出阀簧119和输出阀座124。所述套筒123和柱塞122均为柱状结构，所述套筒123包括一个轴向中心孔123a，柱塞122之侧面与套筒中心孔123a紧密配合且可以相对滑动，从而实现高压脉冲泵3的液体输送。

所述套筒123与电枢121设计为一体，满足套筒123功能的所有几何特征均可通过对电枢121的机械加工形成。所述套筒123与导流杆126组成运动部，所述柱塞122和导流套125组成静止部，套筒123与导流杆126以实现同步运动的方式连接。所述导流杆126之截面面积大于所述柱塞122之截面面积，从而保证低压脉冲泵2能够产生足够的压力差，用于开启所述泄压阀6。

所述低压脉冲泵2包括一个位于容积顶部的气液分离槽127，气液分离槽127为一个槽径大于导流杆126外径的容积腔，使得工作液体中存在的气泡堆积于气液分离槽127上部空间。所述进液阀7和泄压阀6并列设置于进液嘴105中，泄压阀6位于所述气液分离槽127上端位置，使得泄压阀6开启式时，液体喷射装置10中气体可以顺利排出腔体之外。

进一步，本发明所述双脉冲泵液体喷射装置10包括一个限位件112，所述限位件112固定于壳体100上，所述限位件112之底面可以是一个使所述输入阀球115容易落座但不贴合球面的弧形面113。非工作状态时所述输入阀球115在输入阀簧116的弹簧力作用下紧靠所述限位件112之弧形面113，输入阀5在未工作时处于开启状态。限位件112用于限定输入阀球115之开启时刻和开启高度，保证液体喷射精度。

上述双脉冲泵液体喷射装置10，可应用于燃油喷射系统，如图2所示，包括一个燃油箱200、一个过滤装置202和一根油管204。所述双脉冲泵液体喷射装置10之进液嘴105包括一个进液口107和一个回液口109，所述进液口107与回液口109同向设计，所述燃油箱200包括一个出油口203，所述过滤装置202布置于燃油箱200之出油口203，进液嘴105通过油管204连接至燃油箱出油口203，双脉冲泵液体喷射装置10布置于燃油箱200下方，燃油箱200中燃油由于重力作用，经油管204进入双脉冲泵液体喷射装置10。

上述燃油喷射系统之工作过程如下。

初始状态下，运动部（123及126）在储能弹簧120之弹簧力作用下处于压送行程起始位置，进液阀7处于开启状态，输入阀5受限位件112作用处理开启状态，经过滤装置202过滤的燃油，从油管204经进液嘴105进入，填充低压脉冲泵2、高压脉冲泵3以及双脉冲泵液体喷射装置10内部空余容积。当电磁力驱动装置1上电，电枢121（套筒123）带动导流杆126开始往压送行程运动，输入阀5关闭。运动部（123及126）继续往压送行程方向运动，高压脉冲泵3腔体中液体压力不断增大，当液体压力大于输出阀簧119之弹簧力时，输出阀4打开，高压液体输出。在此过程中，低压脉冲泵2之容积腔不断变大，燃油不断吸入，填充腔体，同时，储能弹簧120被不断压缩。当电磁力驱动装置1断电时，电枢121（套筒123）在储能弹簧120之弹簧力作用下，带动导流杆126进入回位行程阶段，随着运动部回位运用，高压脉冲泵3内液体压力减小，输出阀4关闭，继而输入阀5打开，液体迅速填充腔内容积，低压脉冲泵2腔体减小，腔内液体压力增大，泄压阀6开启，过程中产生的回液以及气液分离槽127中存储的气体随之排出。当运动部（123及126）回至初始位置时，本次循环结束。

如图3所示，为本发明提供的双脉冲泵液体喷射装置10之应用例结构示意图之二，包括一个燃油箱200、一个过滤装置202、一根进油管300、一根回油管301以及所述双脉冲泵液体喷射装置10。所述燃油箱200包括一个出油嘴302和一个回油口303，所述双脉冲泵液体喷射装置10包括一个进液嘴105a和一个回液嘴304，所述出油嘴302位置高于进液嘴105a位置。进液嘴105a通过进油管300连接至燃油箱200之出油嘴302，所述回液嘴304通过回油管301连接至所述回油口303。所述过滤装置202布置于燃油箱200之出油嘴302处。

上述双脉冲泵液体喷射装置10之应用例之工作过程如下。

初始状态下，运动部（123及126）在储能弹簧120之弹簧力作用下处于压送行程起始位置，进液阀7处于开启状态，输入阀5受限位件112作用处理开启状态，经过滤装置202过滤的燃油，从进油管300经进液嘴105a进入，填充低压脉冲泵2、高压脉冲泵3以及双脉冲泵液体喷射装置10内部空余容积。

当电磁力驱动装置1上电，给出小脉宽驱动信号，电枢121（套筒123）带动导流杆126往压送行程方向运动，低压脉冲泵2液体容积腔增大，液体由于负压被吸入腔体中，同时储能弹簧120被压缩。当电磁力驱动装置1断电，电枢121（套筒123）在储能弹簧120之弹簧力作用下，带动导流杆126进入回位行程阶段，低压脉冲泵2内压力增大，泄压阀6开启，内部气体以及部分回流液体排出，本次低压脉冲泵2工作循环结束。当低压脉冲泵2工作次数达到预设值时，进入高压脉冲泵3工作循环，电磁力驱动装置1给出较大脉宽驱动信号，电枢121（套筒123）带动导流杆126往压送行程方向运动，高压脉冲泵3腔体中液体压力不断增大，当液体压力大于输出阀簧119之弹簧力时，输出阀4打开，高压液体输出。在此过程中，储能弹簧120被不断压缩。当电磁力驱动装置1断电时，电枢121（套筒123）在储能弹簧120之弹簧力作用下，带动导流杆126进入回位行程阶段，随着运动部（123及126）回位运用，高压脉冲泵3内液体压力减小，输出阀4关闭，继而输入阀5打开，液体迅速填充高压脉冲泵3内部容积，当运动部回至初始位置时，本次高压脉冲泵3喷射循环结束，同时本次双脉冲泵液体喷射装置10工作循环结束。

上述实施例仅用于说明本发明的实质，但并不限制本发明。在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种双脉冲泵液体喷射装置，包括电磁力驱动装置、低压脉冲泵和高压脉冲泵，所述电磁动力装置为一个螺线管驱动装置，包括线圈、磁轭、电枢和储能元件，所述低压脉冲泵与高压脉冲泵均包括有静止部和运动部，所述运动部在电磁力装置和储能元件作用驱动复运动，产生液体喷射，其特征在于，

低压脉冲泵由一个进液阀、一个泄压阀、一个导流杆、一个导流套形成，

高压脉冲泵由一个输入阀和一个输出阀、一个柱塞、一个套筒形成，所述输入阀布置于套筒一端，所述输出阀布置于套筒一端，

所述低压脉冲泵设置于高压脉冲泵上游，所述运动部包括所述导流杆和所述套筒，所述静止部包括所述导流套和柱塞，所述导流杆和套筒在运动过程中保持同步，运动部往复运动，使得低压脉冲泵和高压脉冲泵产生交替变化的液体压力。

2.如权利要求1所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，所述进液阀为一个膜片阀式单向阀。

3.如权利要求1所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，所述泄压阀为一个单向开启的膜片阀或者球阀。

4.如权利要求2或者3所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，包括一个进液道，所述进液道通过所述进液阀和泄压阀连通低压脉冲泵，进液阀和泄压阀布置于进液道内。

5.如权利要求4所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，所述低压脉冲泵之顶部包括一个直径大于导流杆外径的气液分离槽，使工作液体中气泡堆积于气液分离槽上部空间，所述泄压阀布置于气液分离槽上端，气泡随泄压阀开启而排出。

6.如权利要求5所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，所述导流杆之截面大于所述柱塞之截面，以便在运动部往初始方向运动时所述低压脉冲泵产生足够的压力。

7.如权利要求1所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，包括一个限位件，所述限位件一端固定，另一端作用于输入阀，用于控制输入阀开启时刻以及开启大小。

8.如权利要求7所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，所述低压脉冲泵与所述高压脉冲泵之建压过程通过调节驱动脉宽实现，在低压脉冲泵建压过程中，输入阀受限位件作用始终处于开启状态。

9.如权利要求8所述的双脉冲泵液体喷射装置，其特征在于，所述高压脉冲泵之驱动脉宽约为低压脉冲泵驱动脉宽的2倍以上。

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