CN114607544B - 一种高压共轨发动机的配油转阀及其伺服配油方法 - Google Patents

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Abstract

一种高压共轨发动机的配油转阀及其伺服配油方法，包括四个喷油器，阀座，阀芯，直线电机，高压共轨腔；采用齿形皮带连接发动机曲轴带轮与旋转阀正时带轮，花键连接带轮轴与阀芯，实现阀芯与发动机曲轴的等速比、同相位转动。采用伺服电机直驱技术，以直线电机直接驱动阀芯的轴向滑移，采用光栅尺实时监测和精准反馈阀芯相对于阀座的相对位置，配合阀芯的梯形凹坑的特殊设计，实现对四个气缸中喷油量的伺服精确调节；本装置具有结构紧凑、供油稳定，油量控制精度高，响应频率快，使用调节方便等优点。

Description

一种高压共轨发动机的配油转阀及其伺服配油方法
技术领域
本发明属于汽车工程技术领域，具体涉及一种高压共轨发动机的配油转阀，还涉及一种高压共轨发动机的配油转阀的伺服配油方法。
背景技术
内燃式发动机作为现代分布式动力源的一种，广泛应用于汽车、拖拉机、坦克、轮船、发电机等工具中。随着环境、资源与可持续发展矛盾的日益突出，发动机燃油喷射系统趋向于高速、高精度、低能耗、高排放的发展方向。由此而出现了缸内直喷、多点喷射、高压共轨等多种形式的发动机燃油喷射系统，这对降低发动机的油耗量和提高燃烧质量具有突出的贡献，成为现代内燃式发动机研究的热点。
随着发动机燃油供给系统中高压共轨腔技术的发展，将原有的多缸发动机中的多油泵和多喷油器的结构进行了大幅简化，同时对喷油器、喷油泵和配油器等提出了更高的要求。依据发动机高压共轨腔技术，为了解决燃油多缸发动机连续有序工作，配油器、喷油器、油泵等不同形式的组合，在传统的旋转器的基础上进行改进，可以实现多缸发动机的顺序供油和油量调节。但是存在配油时刻和配油量的调节精度低的缺陷，再加上电子喷油器的控制难度和控制精度要求高等特点，对于高压共轨腔式燃油喷射系统的设计显得尤为重要。
根据以上问题，本发明提出一种高压共轨发动机的配油转阀及其伺服配油方法，采用齿形皮带连接发动机曲轴带轮与转阀正时带轮，使阀芯与发动机曲轴同步转动；阀芯左端与带轮轴通过花键连接，阀芯右端与直线电机轴固定连接，同时阀芯的油道出口开有两侧双曲线的梯形凹坑，根据节气门的位置变化来直接精确调节喷油量的大小，具有突出的工程实用价值。
发明内容
本发明的目的提供一种高压共轨发动机的配油转阀，能够实现对多个气缸的精准供油。
本发明的另一目的是提供一种高压共轨发动机的配油转阀的伺服配油方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种高压共轨发动机的配油转阀，由配油装置、驱动装置和伺服调节装置三部分组成；包括喷油器一1，喷油器二2，喷油器三3，喷油器四4，正时带轮5，带轮轴6，外花键7-1，内花键7-2，阀座8，配油口一8-1，配油口二8-2，配油口三8-3，配油口四8-4，进油口8-5，阀芯9，梯形凹坑10，腰槽11，高压共轨腔12，光电环13，光栅尺14，直线电机定子15，电机轴16。
所述的配油装置由四个喷油器、四个配油口、一个进油口8-5、阀座8、阀芯9、高压共轨腔12组成；圆柱形的阀芯9封装在阀座8中，阀芯9相对阀座8既可以轴向滑动也可以转动；配油装置的四个喷油器分别安装在发动机的四个气缸盖上，四个配油口等间隔均匀分布在阀座8外圆柱面的同一环面上，四个喷油器分别与四个配油口之间经高压油管连通，其中喷油器一1与一缸配油口8-1连通，喷油器二2与二缸配油口8-2连通，喷油器三3与三缸配油口8-3连通，喷油器四4与四缸配油口8-4连通；高压共轨腔12经高压油管与进油口8-5连通。
所述的配油装置的阀芯9是一种三段式圆柱结构，中间有一环形的腰槽11，腰槽11底部开有径向孔，腰槽11与进油口8-5保持常通；阀芯9的一端圆柱面上开有一个双侧曲线的梯形凹坑10，梯形凹坑10底部开有径向孔，梯形凹坑10的径向孔与腰槽11底部的径向孔之间通过轴向孔导通；阀芯9在转动过程中，梯形凹坑10依次与阀座8上的一缸配油口8-1、三缸配油口8-3、四缸配油口8-4、二缸配油口8-2接通；阀芯9的一端的轴心开有花键孔7-2，另一端轴心开有轴承座孔。
所述的驱动装置布置在配油装置的阀座8的左端，由正时带轮5和带轮轴6组成；正时带轮5与发动机曲轴的正时带轮之间通过齿形皮带连接，正时带轮5通过键固定连接在带轮轴6的左端部，带轮轴6通过轴承与配油装置的阀座8连接；带轮轴6的右端部为外花键7-1，外花键7-1与阀芯9上的内花键7-2连接，实现带轮轴6和阀芯9之间的轴向同步转动和轴向的相对滑动。
所述的伺服调节装置布置在配油装置的阀座8的右端，由光电环13、光栅尺14、直线电机定子15、电机轴16组成；光电环13固定安装在配油装置的阀座8的右端盖内侧，光栅尺14固定在电机轴16上，电机轴16通过轴承支撑在阀芯9的右端轴心轴承座孔内，并与阀芯9轴向固定连接；光电环13和光栅尺14可以检测电机轴16相对直线电机定子15之间的移动位移，并反馈至控制器，从而控制阀芯9和阀座8之间的相对轴向位置。
本发明的采用的另一技术方案为：
一种高压共轨发动机的配油转阀的伺服配油方法，采用一种发动机转阀式配油器，具体操作过程为：发动机曲轴的转动经齿形皮带带动带轮轴6等速比、同相位转动；带轮轴6经花键传动带动阀芯9一体转动；高压共轨腔12中的高压油，经高压油管导入进油口8-5，经阀芯9中的油路导至梯形凹坑10中；当阀芯9上的梯形凹坑10与阀座8上的一缸配油口8-1接通时，经高压油管给喷油器一1供油，喷油器一1给发动机的气缸一喷油；同理，当阀芯9上的梯形凹坑10与阀座8上的三缸配油口8-3接通时，经高压油管给喷油器三3供油，喷油器三3给发动机的气缸三喷油；如此实现给发动机的气缸一、气缸三、气缸四和气缸二顺次循环喷油。
当发动机曲轴转速增加时，阀芯9转速也同等增加，电机轴16向左移动，推动阀芯9向左移动，阀芯9上的梯形凹坑10相对阀座8上的配油口向左移动，梯形凹坑10与阀座8上的一缸配油口8-1提前接通并延迟断开，接通持续时间加长，此时电机轴16与阀座8之间保持轴向位置固定，其他各缸的工作情况也是如此；反之，当发动机曲轴转速降低时，阀芯9转速也同等降低，电机轴16向右移动，带动阀芯9向右移动，阀芯9上的梯形凹坑10相对于阀座8上的配油口向右移动，梯形凹坑10与阀座8上的一缸配油口8-1接通的持续时间缩短，其余各缸也重复这一过程。
本发明的有益效果为：
一种高压共轨发动机的配油转阀，采用齿形带连接转阀正时带轮与发动机曲轴正时带轮，使带轮轴与发动机曲轴等速比、同相位转动；采用花键连接带轮轴与阀芯，阀芯可轴向滑动也可转动；采用直线电机直驱的方式推动阀芯在阀座中移动，光栅尺实时监测和精准控制阀芯相对于阀座的位置，从而实现对多个气缸中喷油器的精确配油。本发明具有结构紧凑、供油稳定，油量控制精度高，响应频率快，使用调节方便等优点，具有良好的市场推广前景。
附图说明
图1为本发明的阀芯在右位示意图。
图2为本发明的阀芯在左位示意图。
图3为本发明的图2在A-A处的剖视图。
图4为本发明的驱动装置与阀芯的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图1，一种高压共轨发动机的配油转阀，由配油装置、驱动装置和伺服调节装置三部分组成；包括喷油器一1，喷油器二2，喷油器三3，喷油器四4，正时带轮5，带轮轴6，外花键7-1，内花键7-2，阀座8，配油口一8-1，配油口二8-2，配油口三8-3，配油口四8-4，进油口8-5，阀芯9，梯形凹坑10，腰槽11，高压共轨腔12，光电环13，光栅尺14，直线电机定子15，电机轴16。
如图2、图3，配油装置由四个喷油器、四个配油口、一个进油口8-5、阀座8、阀芯9、高压共轨腔12组成；圆柱形的阀芯9封装在阀座8中，阀芯9相对阀座8既可以轴向滑动也可以转动；配油装置的四个喷油器分别安装在发动机的四个气缸盖上，四个配油口等间隔均匀分布在阀座8外圆柱面的同一环面上，四个喷油器分别与四个配油口之间经高压油管连通，其中喷油器一1与一缸配油口8-1连通，喷油器二2与二缸配油口8-2连通，喷油器三3与三缸配油口8-3连通，喷油器四4与四缸配油口8-4连通；高压共轨腔12经高压油管与进油口8-5连通。
如图4，配油装置的阀芯9是一种三段式圆柱结构，中间有一环形的腰槽11，腰槽11底部开有径向孔，腰槽11与进油口8-5保持常通；阀芯9的一端圆柱面上开有一个双侧曲线的梯形凹坑10，梯形凹坑10底部开有径向孔，梯形凹坑10的径向孔与腰槽11底部的径向孔之间通过轴向孔导通；阀芯9在转动过程中，梯形凹坑10依次与阀座8上的一缸配油口8-1、三缸配油口8-3、四缸配油口8-4、二缸配油口8-2接通；阀芯9的一端的轴心开有花键孔7-2，另一端轴心开有轴承座孔。
如图4，驱动装置布置在配油装置的阀座8的左端，由正时带轮5和带轮轴6组成；正时带轮5与发动机曲轴的正时带轮之间通过齿形皮带连接，正时带轮5通过键固定连接在带轮轴6的左端部，带轮轴6通过轴承与配油装置的阀座8连接；带轮轴6的右端部为外花键7-1，外花键7-1与阀芯9上的内花键7-2连接，实现带轮轴6和阀芯9之间的轴向同步转动和轴向的相对滑动。
伺服调节装置布置在配油装置的阀座8的右端，由光电环13、光栅尺14、直线电机定子15、电机轴16组成；光电环13固定安装在配油装置的阀座8的右端盖内侧，光栅尺14固定在电机轴16上，电机轴16通过轴承支撑在阀芯9的右端轴心轴承座孔内，并与阀芯9轴向固定连接；光电环13和光栅尺14可以检测电机轴16相对直线电机定子15之间的移动位移，并反馈至控制器，从而控制阀芯9和阀座8之间的相对轴向位置。
本发明的一种高压共轨发动机的配油转阀的工作原理为：
发动机在工作状态下，进油口8-5与高压共轨腔12常通，保证阀芯9油道中有持续稳定的高压油。
发动机曲轴的转动经齿形皮带带动带轮轴6等速比、同相位转动；带轮轴6经花键传动带动阀芯9一体转动；高压共轨腔12中的高压油，经高压油管导入进油口8-5，经阀芯9中的油路导至梯形凹坑10中；当阀芯9上的梯形凹坑10与阀座8上的一缸配油口8-1接通时，经高压油管给喷油器一1供油，喷油器一1给发动机的气缸一喷油；同理，当阀芯9上的梯形凹坑10与阀座8上的三缸配油口8-3接通时，经高压油管给喷油器三3供油，喷油器三3给发动机的气缸三喷油；如此实现给发动机的气缸一、气缸三、气缸四和气缸二顺次循环喷油。
本发明的一种高压共轨发动机的配油转阀的伺服配油方法工作原理为：
步骤一：如图1，当节气门开度保持最小时，电机轴16不动，此时阀芯9处于右位，不向左移动，阀芯9上的梯形凹坑10与阀座8上的配油口以最小旋转扫略面积重合开启，只供给发动机各缸在怠速工况下工作所需的燃油量。
步骤二：如图2，当节气门开度增大时，行车电脑将节气门开度增大信号传至直线电机15，使电机轴16推动阀芯9向左移动，此时阀芯9处于左位，光电环13和光栅尺14可以检测电机轴16相对直线电机定子15之间的移动位移，并反馈至控制器，从而控制阀芯9的位移量，梯形凹坑10与阀座8上的各个配油口以较大的旋转扫略重合面积开启，此时配油量增大，从而增加供给发动机各缸的燃油量。
步骤三：当节气门开度减小时，行车电脑将节气门开度减小信号传至直线电机15，使电机轴16带动阀芯9向右移动，梯形凹坑10与阀座8上的各个配油口以较小的旋转扫略重合面积接通，此时配油量减小，从而减少供给发动机各缸的燃油量。
通过上述方式，配油原理就是对步骤一、步骤二和步骤三的重复循环。根据发动机实时工作情况，行车电脑控制电机轴16的左右移动，使得阀芯9相对于阀座8处在不同的轴向位置时，梯形凹坑10与阀座8上的配油口之间存在不同的重合持续时间，可实现配油量的伺服精确调节，以供给发动机所需燃油量。

Claims (3)

1.一种高压共轨发动机的配油转阀，其特征在于：由配油装置、驱动装置和伺服调节装置三部分组成；包括喷油器一(1)，喷油器二(2)，喷油器三(3)，喷油器四(4)，正时带轮(5)，带轮轴(6)，外花键(7-1)，内花键(7-2)，阀座(8)，配油口一(8-1)，配油口二(8-2)，配油口三(8-3)，配油口四(8-4)，进油口(8-5)，阀芯(9)，梯形凹坑(10)，腰槽(11)，高压共轨腔(12)，光电环(13)，光栅尺(14)，直线电机定子(15)，电机轴(16)；配油装置由四个喷油器、四个配油口、一个进油口(8-5)、阀座(8)、阀芯(9)、高压共轨腔(12)组成；
圆柱形的阀芯(9)封装在阀座(8)中，阀芯(9)相对阀座(8)既可以轴向滑动也可以转动；配油装置的四个喷油器分别安装在发动机的四个气缸盖上，四个配油口等间隔均匀分布在阀座(8)外圆柱面的同一环面上，四个喷油器分别与四个配油口之间经高压油管连通，其中喷油器一(1)与一缸配油口(8-1)连通，喷油器二(2)与二缸配油口(8-2)连通，喷油器三(3)与三缸配油口(8-3)连通，喷油器四(4)与四缸配油口(8-4)连通；高压共轨腔(12)经高压油管与进油口(8-5)连通；配油装置的阀芯(9)是一种三段式圆柱结构，中间有一环形的腰槽(11)，腰槽(11)底部开有径向孔，腰槽(11)与进油口(8-5)保持常通；阀芯(9)的一端圆柱面上开有一个双侧曲线的梯形凹坑(10)，梯形凹坑(10)底部开有径向孔，梯形凹坑(10)的径向孔与腰槽(11)底部的径向孔之间通过轴向孔导通；
阀芯(9)在转动过程中，梯形凹坑(10)依次与阀座(8)上的一缸配油口(8-1)、三缸配油口(8-3)、四缸配油口(8-4)、二缸配油口(8-2)接通；阀芯(9)的一端的轴心开有花键孔(7-2)，另一端轴心开有轴承座孔；
驱动装置布置在配油装置的阀座(8)的左端，由正时带轮(5)和带轮轴(6)组成；正时带轮(5)与发动机曲轴的正时带轮之间通过齿形皮带连接，正时带轮(5)通过键固定连接在带轮轴(6)的左端部，带轮轴(6)通过轴承与配油装置的阀座(8)连接；带轮轴(6)的右端部为外花键(7-1)，外花键(7-1)与阀芯(9)上的内花键(7-2)连接，实现带轮轴(6)和阀芯(9)之间的轴向同步转动和轴向的相对滑动；
伺服调节装置布置在配油装置的阀座(8)的右端，由光电环(13)、光栅尺(14)、直线电机定子(15)、电机轴(16)组成；光电环(13)固定安装在配油装置的阀座(8)的右端盖内侧，光栅尺(14)固定在电机轴(16)上，电机轴(16)通过轴承支撑在阀芯(9)的右端轴心轴承座孔内，并与阀芯(9)轴向固定连接；光电环(13)和光栅尺(14)可以检测电机轴(16)相对直线电机定子(15)之间的移动位移，并反馈至控制器，从而控制阀芯(9)和阀座(8)之间的相对轴向位置。
2.一种高压共轨发动机的配油转阀的伺服配油方法，其特征在于：使用如权利要求1所述的一种高压共轨发动机的配油转阀，具体操作过程为：发动机曲轴的转动经齿形皮带带动带轮轴(6)等速比、同相位转动；带轮轴(6)经花键传动带动阀芯(9)一体转动；高压共轨腔(12)中的高压油，经高压油管导入进油口(8-5)，经阀芯(9)中的油路导至梯形凹坑(10)中；当阀芯(9)上的梯形凹坑(10)与阀座(8)上的一缸配油口(8-1)接通时，经高压油管给喷油器一(1)供油，喷油器一(1)给发动机的气缸一喷油；同理，当阀芯(9)上的梯形凹坑(10)与阀座(8)上的三缸配油口(8-3)接通时，经高压油管给喷油器三(3)供油，喷油器三(3)给发动机的气缸三喷油；如此实现给发动机的气缸一、气缸三、气缸四和气缸二顺次循环喷油。
3.根据权利要求2所述的一种高压共轨发动机的配油转阀的伺服配油方法，其特征在于：当发动机曲轴转速增加时，阀芯(9)转速也同等增加，电机轴(16)向左移动，推动阀芯(9)向左移动，阀芯(9)上的梯形凹坑(10)相对阀座(8)上的配油口向左移动，梯形凹坑(10)与阀座(8)上的一缸配油口(8-1)提前接通并延迟断开，接通持续时间加长，此时电机轴(16)与阀座(8)之间保持轴向位置固定，其他各缸的工作情况也是如此；反之，当发动机曲轴转速降低时，阀芯(9)转速也同等降低，电机轴(16)向右移动，带动阀芯(9)向右移动，阀芯(9)上的梯形凹坑(10)相对于阀座(8)上的配油口向右移动，梯形凹坑(10)与阀座(8)上的一缸配油口(8-1)接通的持续时间缩短，其他各缸也重复这一过程。
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