CN1261647A - 仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置,增压活塞的上腔形成加压室,通过喷油电磁阀分别与回油箱及共轨相连,其下腔形成计量室,与喷油器相连,同时还通过单向阀、计量孔及计量电磁阀与共轨相连。本发明将供油过程分为计量和喷射两个相对独立的过程,并分别由计量电磁阀和喷油电磁阀控制,降低了对电磁阀响应速度的要求,降低了制造成本。

Description

仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置

本发明涉及一种柴油机电控燃油喷射装置，尤其涉及一种仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置，属于控制、调节技术领域。

为了进一步提高柴油机的动力性及经济性，特别是使柴油机的尾气排放满足日益苛刻的排放法规，用电控燃油喷射系统代替原有的机械式燃油喷射系统已势在必行。自八十年代以来，世界各发达国家先后推出了三代柴油机电喷系统，即第一代的位置控制式，第二代的时间控制式，第三代的共轨(时间控制+共轨)式电喷系统，控制性能和控制自由度大大提高。对于基于时间控制的时间控制式和共轨式电喷系统来说，电控喷油器是一个非常关键的部件，它始终是电喷系统研制中的一个至关重要的课题。电控喷油器开发的难点在于：柴油机的燃油喷射过程时间极短(以柴油机的转速3000转/分为例，喷射时间约为1.7ms)，故要求喷油控制电磁阀需在极短的时间内完成从开启到关闭的动作过程，并保证通过的燃油量能满足要求，而现有的国产电磁阀最快响应速度为6ms左右，难以达到如此高的响应速度要求。提高电磁阀响应速度的难点在于：1、需要高品质的铁芯材料，即在通电时它能迅速产生较大的电磁吸力以使阀芯能迅速开启，在断电时磁滞要小，以使阀芯能在回位弹簧的作用下迅速复位关闭。2、高精度的机械加工工艺。在电磁吸力一定的情况下，要使阀芯动作快，就要使阀芯的运动质量尽可能的小，但由于阀芯需要密封高达100Mpa的高压燃油，故阀的密封性要好，这就要求以较小的密封面来密封压力较高的燃油，因此密封面的加工精度就一定要高。3、开启速度的提高与关闭速度的提高是相互矛盾的。一般情况下，要提高电磁阀的开启速度，就要在保证密封的情况下尽量减小阀芯回位弹簧的反力，但是，另一方面，要提高电磁阀关闭时的速度，就要设法加大回位弹簧的弹力，这两个要求是相互矛盾的。因此，如果设法使电磁阀的关闭速度对电磁阀的工作质量不产生影响，就可将主要精力放在提高电磁阀开启速度上，这无疑对提高整个系统的响应速度是非常有利的。

如上所述，由于柴油机的燃油喷射过程的持续时间极短，故现有技术中的电控喷油器绝大部分都是以高速电磁阀来控制喷油嘴针阀的开启和关闭，即控制喷油正时与喷油量的，如专利US5738075中提出的带有增压活塞的电控喷油器，专利EP240353中提出的具有双电磁阀的电控喷油器等。由于高速电磁阀设计制造难度大、制造成本高，所以缓解喷射过程对电磁阀响应速度的要求是非常有意义的。“内燃机学报”1999年第17卷第一期中刊登的“一种新型共轨蓄压式柴油机电控单体喷油器”介绍了一个这方面的例子。该电控喷油器设有一个两位三通的电磁阀，该阀控制增压活塞大端压力室中燃油的加压与卸压。增压活塞下面设有与之一起运动的增压柱塞，该柱塞与柱塞套形成一个燃油增压腔，在增压腔下设有延迟阀分割的双蓄压室即大室和小室。该电控喷油器的工作过程分为蓄压、预喷射、主喷射及进油四个过程。当电磁阀通电时，电控喷油器进入蓄压过程，共轨燃油作用于增压活塞大端，使小室、大室、增压腔内油压升高。电磁阀关闭后，增压活塞大端的压力室与回油腔相通，压力室内的压力降低，增压活塞上移，增压腔内压力迅速下降，喷油嘴针阀压力不平衡而开启，将小室内燃油喷出，形成预喷射。但此时因延迟阀将小室与大室隔断，故大室内燃油尚未喷出，随着控制阀继续上移，小室与大室连通，小室内压力再次升高使喷嘴针阀开启，形成主喷射，控制阀继续上升，将大室与小室切断，主喷射迅速结束。之后共轨燃油流入大室及增压室，开始下一个工作循环。

该电磁阀的优点是：1、由于设置了增压活塞，故电磁阀工作在低压油路而喷射压力又能达到较高数值，从而降低了对电磁阀密封性的要求。2、电磁阀断电时刻与燃油的喷射过程开始时刻(即喷油正时)相对应，且喷油过程的结束不是由电磁阀的状态转变来控制的，而是由共轨压力及电磁阀本身的结构参数来决定的，故它不象常见的电控喷油器那样需要在极短的时间内让电磁阀进行开启和关闭两次动作，从而大大降低了对电磁阀响应速度的要求。该电控喷油器的缺点是：1、喷油量不是由电磁阀的持续通电时间来决定，而是由共轨压力来控制的，故带来两方面的问题，一是当共轨压力有误差时，会给喷油量控制带来误差，二是共轨压力的调节(以适应不同的工况)与喷油量控制不独立，无法对喷射压力进行最优控制，这是现代柴油机所不希望的。2、结构复杂，精密零件多，且尺寸及精度对供油质量有较敏感的影响。

本发明的目的在于提供一种新的柴油机电控燃油喷射装置，使之不仅能降低对电磁阀响应速度的要求，而且使电磁阀处于低压油路中，并能做到共轨压力与喷油量的调节相互独立，从而能降低电磁阀的制造难度和降低生产成本，更适合我国国情。

为实现这样的目的，本发明在技术方案中采用了将柴油机的供油过程分割为计量(准备)和喷射两个相对独立的过程，并分别用计量电磁阀和喷油电磁阀来控制的方式。装置中增压活塞的上腔形成加压室，通过喷油电磁阀分别与回油箱及共轨相连，由喷油电磁阀来控制增压活塞与共轨或回油箱的通断；增压活塞的下腔形成计量室，与喷油器相连，并通过单向阀、计量孔及计量电磁阀与共轨相连，由计量电磁阀来控制增压活塞与共轨的通断。增压活塞在喷油电磁阀断电时及完成喷油过程后均处于最低位置。

为更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图作进一步描述。

图1为本发明中双电磁阀形式的结构示意图。

如图所示，电控喷油装置中的增压活塞4的上腔通过喷油电磁阀2分别与回油箱3及共轨1相连，增压活塞4的下腔分为两路，一路与喷油器5相连，另一路通过单向阀6、计量孔7、计量电磁阀8与共轨1相连。

增压活塞4包括增压柱塞及柱塞套，在增压活塞4的下腔形成计量室(增压室)，并用计量电磁阀8来控制它与共轨1的通断，而在增压活塞4的上腔形成加压室，并用喷油电磁阀2来控制它与共轨1或回油箱3的通断。这样一来，可把柴油机的供油过程分隔为计量(准备)和喷射两个相对独立的过程，并分别用计量电磁阀8和喷油电磁阀2来控制。

开始工作前，喷油电磁阀2断电，增压活塞4处于最低位置。工作时，计量电磁阀8通电，使共轨1通过计量孔7、单向阀6与增压活塞4的下腔和喷油器5的进油口相通，故增压活塞4的下腔压力接近共轨1的压力，此时喷油电磁阀2断电，使增压活塞4的上腔与回油箱3相通，故增压活塞4的上腔压力很低。增压活塞4在上下腔压差的作用下由最低位置向上运动，共轨1中的燃油通过计量电磁阀8、计量孔7打开单向阀6流入计量室内，计量过程开始，当流入计量室内的燃油达到规定的数值后，喷油电磁阀2通电，转换成另一种状态，使增压活塞4的上腔与共轨1相通，上腔压力变高，由于增压活塞4的上腔端面面积比下腔端面面积大好几倍，故增压活塞4在共轨1燃油液压力的作用下向下运动，增压活塞4的下腔压力增高，单向阀6切断进油油路，当压力增高到大于喷油器5的起喷压力时，喷油器5开始喷油，即计量过程结束而喷射过程开始，此过程一直持续到增压活塞4运动到最低位置，即计量室内的燃油喷完为止。其后，喷油电磁阀2可在某个时刻断电，为下一次喷油作好准备。在上述过程中，由于单向阀6切断了计量电磁阀8与计量室的通道，即便是计量电磁阀8由于响应速度的关系而来不及关闭，也不会有燃油继续流入计量室，也就是说流入计量室内的燃油量仅与计量电磁阀8开启到喷油电磁阀2开启的时间间隔有关，而与计量电磁阀8的迟后关闭无关，所以对计量电磁阀的响应速度要求不高。当燃油喷完后，若喷油电磁阀2由于响应速度的关系来不及关闭，也不会有燃油继续喷出，也就是说喷油量与喷油电磁阀2的迟后关闭无关，故大大降低了对喷油电磁阀2动作速度的要求。由此可见，在上述供油过程中对计量电磁阀8和喷油电磁阀2的响应速度要求都不高。

由上可见，由于电磁阀的关闭过程对燃油喷射过程没有影响，所以本发明较好地解决了提高电磁阀开启速度的措施与提高关闭速度的措施互相牵制、互相矛盾的难题，降低了对电磁阀的响应速度要求，并且使电磁阀工作在低压油路中，共轨压力与喷油量的调节相互独立。与现有电控喷油器相比，无需高品质的铁芯材料，对电磁阀的密封性要求较低，使得基于目前我国材料工业水平的电控喷油器的制造成为可能，降低了制造成本。

当实际喷油量比计量电磁阀开关一次所通过的燃油量大时，可在计量电磁阀完全关闭(计量过程结束)后再打开喷油电磁阀，使计量和喷射两个过程完全分开。因此，本发明可按不同的应用情况，采取灵活多样的控制方式。

当柴油机需要的喷油量比喷油电磁阀启闭一次所通过的喷油量大时，可将双电磁阀方案进一步简化成单电磁阀方案，使系统结构得到较大简化。

图2为本发明单电磁阀结构示意图。

图中，增压活塞4的上腔通过喷油电磁阀2与回油箱3及共轨1相连，增压活塞4的下腔分为两路，一路与喷油器5相连，另一路通过单向阀6、计量孔7直接与共轨1相连。

喷油电磁阀2通电时，增压活塞4的上腔与回油箱3相通，故增压活塞4的上腔压力很低。由于增压活塞4的下腔通过单向阀6、计量孔7与共轨1相连，下腔压力大于上腔压力，增压活塞4在上下腔压差的作用下向上运动，共轨1中的燃油通过计量孔7打开单向阀6流入计量室(即增压活塞4的下腔)内，计量过程开始。当流入计量室内的燃油达到所需的数值时，喷油电磁阀2断电，电磁阀转换成另一种状态，使增压活塞4的上腔与共轨1相通，上腔压力变高。由于增压活塞的上腔端面面积比下腔端面面积大好几倍，故增压活塞4在共轨燃油液压力的作用下向下运动，增压活塞4的下腔压力增高，单向阀6关闭共轨1与计量室的通道，当压力增高到大于喷油器5的起喷压力时，喷油器5开始喷油，此过程一直持续到喷油电磁阀2再次通电时为止。由于该过程时间较长，计量室内的燃油已在其间的某个时刻喷完。为了使喷油电磁阀2有足够的时间开启，计量孔7要适当的小一些。在此方案中，喷油电磁阀2通电后(喷油过程开始)不要求在限定的时刻(喷油过程结束时刻)使喷油电磁阀2转换成另一种工作状态，故在整个喷油过程中，对喷油电磁阀2的响应速度要求都不高。

本发明提出的电控喷油装置是柴油机电喷系统中最为关键的部件，为现有国情下制造电喷系统、替代国外产品、降低制造成本、普及电喷系统的应用提供了有效手段，有着广阔的市场前景。

Claims (3)

1、一种仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置，由共轨(1)、增压活塞(4)及喷油电磁阀(2)等组成，其特征在于增压活塞(4)的上腔形成加压室，通过喷油电磁阀(2)分别与回油箱(3)及共轨(1)相连，其下腔形成计量室，与喷油器(5)相连，同时还通过单向阀(6)、计量孔(7)、计量电磁阀(8)与共轨(1)相连，计量和喷射两个相对独立程分别由计量电磁阀(8)及喷油电磁阀(2)控制。

2、一种如权利要求1所说的仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置，其特征在于所说的增压活塞(4)在喷油电磁阀(2)断电时及完成喷油过程后均处于最低位置。

3、一种如权利要求1或2所说的仅控制喷油开始时刻的柴油机电控燃油喷射装置，其特征在于所说的增压活塞(4)下腔通过单向阀(6)、计量孔(7)直接与共轨(1)相连。

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