CN1312391C - 电控直列组合泵/阀－管－嘴喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于柴油机燃油喷射装置的一种电控直列组合泵/阀—管—嘴型柴油喷射系统。该喷射系统主要包括电子控制单元、直列组合泵/阀装置、高压油管、喷油器及低压燃油系统。特点是直列组合泵/阀装置的柱塞偶件采用直接插入式结构，在泵体中直列式排列；柱塞偶件的柱塞顶部无斜槽，只承担供油和加压功能；在柱塞偶件内柱塞腔上部的高压油路中集成有高速电磁阀组件，电磁阀的线圈与电子控制单元相连，由电子控制单元通过电磁阀直接控制燃油喷射过程；该系统不仅使油泵结构简化，强度增加，大大提高了供油压力，而且使供油过程和调节过程解耦，通过高速电磁阀组件实现了对燃油喷射过程的直接数字控制；喷油规律为较理想的楔型，具有低初始喷油率，高主喷射率，快速高压卸载及残余压力波动小等优点；且系统布局简单，对发动机本体改造少，移植方便。

Description

电控直列组合泵/阀—管—嘴喷射系统

技术领域

本发明涉及一种柴油机燃油喷射装置，特别涉及一种电控直列组合泵/阀—管—嘴型柴油喷射系统。

背景技术

传统的柴油机泵—管—嘴型燃油喷射系统主要包括直列泵(或分配泵)、高压油管和喷油器三大部分，典型系统如Bosch的P型直列泵系统和VE型分配泵系统。以P型直列泵为例，对油量的控制通过调速器拉动齿条带动柱塞转动从而改变柱塞螺旋槽与回油孔的相对位置实现；对喷油开始时刻的控制则是通过惯性机构改变柴油机曲轴与油泵凸轮轴之间的相对位置关系实现；高压出油和卸压过程则由油泵出口的出油阀加以调节。由于机械惯性式控制方式本身的限制，这类系统无法按照发动机工况选择最佳的喷油量和喷油定时；系统结构及强度也限制了喷油压力的大幅度提高和对喷油规律的优化。

随着环境问题的日益突出和能源危机的加重，对柴油机的排放和燃油经济性提出了更高的要求。为了应对这一挑战，改进燃油喷射系统是最关键的环节。除了在原有系统上近一步提高喷射压力，合理选择喷油定时，以及优化喷油规律等有效手段外，将传统机液控制的喷油系统改造为电子控制、机电一体化的喷油系统，并进一步实现以喷油系统为主的整机的电脑综合调控与管理，是一个极为重要的发展方向。

在目前的柴油机中广泛采用的电控直列泵和电控分配泵系统正是基于这样一种改造思路。这种系统的特点是不改变传统喷油系统的工作原理和结构，只是用电子控制装置取代调速器和提前器，对直列泵的油量调节齿杆和VE泵的溢流环套以及油泵驱动轴和凸轮轴的相互位置进行低频连续调节，以控制油量和定时。这类系统生产继承性强，安装方便，可以实现对油量和定时的部分优化，但是由于未变更原有喷油装置，喷油特性也未改变，因此一般不可能对喷油率和喷油压力进行调控。此外，由于只能进行位置控制，不能直接改变油量和定时，中间环节多，控制响应慢，也做不到各缸的分缸控制。

为了进一步提高柴油机排放和经济性能，需要对传统直列泵—管—嘴系统进行更加彻底的改造，以继续提高系统喷射压力，实现理想的喷油规律，并对喷油量和喷油正时进行全工况优化。本发明正是基于这样一个目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种电控直列组合泵/阀—管—嘴型柴油喷射系统。是通过以下技术方案实现的：本发明所述的喷射系统主要由电子控制单元、直列组合泵/阀装置、高压油管、喷油器及低压燃油装置组成；其特征在于泵体外挂于发动机本体上，在泵体下部安装有凸轮轴以驱动柱塞偶件，柱塞偶件采用直接插入式结构，并以直列型式安装在泵体中；柱塞偶件的柱塞腔套和高压油路采用整体加强式结构以增大供油压力，柱塞顶部无斜槽，只起供油加压作用；在柱塞腔上部的高压油路中集成有高速电磁阀组件，电磁阀的电磁线圈与电子控制单元输出端相连，电磁阀控制的衔铁通过阀杆与旁通阀相连，旁通阀通过低压油路与低压燃油系统相连。

所述电子控制单元是由基于32位单片机的控制系统硬件、发动机管理系统软件、安装于泵体上的凸轮轴位置传感器28、安装于发动机飞轮壳体上的曲轴位置传感器27、安装于加速踏板上的油门位置传感器26，以及用于检测发动机状态的各种温度传感器25、压力传感器24、信号开关23和通讯接口22组成。

所述直列组合泵/阀装置由泵体7、凸轮轴8、柱塞偶件4组成，并且柱塞偶件4的柱塞腔套和高压油路采用整体式结构，柱塞顶部无斜槽；从而提高了刚度和承压能力，可以产生很高的供油压力，柱塞偶件只起燃油加压和供油作用。

本发明的有益效果是采用重新设计的组合泵/阀装置，与传统直列泵相比结构强度显著增大，使得喷射压力可以大大提高。在组合泵/阀装置的柱塞偶件上部集成的高速电磁阀组件，在工作时能保证旁通阀的紧密吸合，使高压油管中的燃油压力迅速提升并驱动针阀开始喷油；在不工作时通过回位弹簧使旁通阀迅速开启，高压油路与低压油路导通从而快速卸载结束喷油；该过程中电磁阀开始工作的时刻决定了喷油定时，工作时间的长短决定了喷油量，从而实现对燃油喷射过程的直接数字控制，形成了一种新的喷射系统构型，即电控直列组合泵/阀—管—嘴喷射系统。这一新的喷射系统不需要调速器，不仅有效克服了传统直列泵系统结构复杂，可靠性差，喷射压力低等缺陷，使油泵结构大大简化，强度增大，喷射压力显著提高，而且通过高速电磁阀实现了对燃油喷射过程直接、快速的数字控制，能实现对全工况范围的优化匹配；新系统的工作原理决定了其喷油规律为楔型，接近理想喷油规律，在部分工况下还可以实现预喷；柱塞偶件采用直接插入式设计，结构简单互换性好，采用泵体外挂的方式，对现有发动机的改造小，有利于系统移植。通过上述喷射系统方案设计，实现供油过程与调节功能的解耦，即将油量控制机构作为一个独立的部件与供油机构分开，实现对燃油喷射过程的直接数字式控制。实现理想的喷油规律(即低初始喷油率，高主喷射率和快速高压切断)以及稳定的卸载过程。

附图说明

图1为电控直列组合泵/阀—管—嘴型柴油喷射系统总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体结构、工作原理及最佳实施例。

图1所示为电控直列组合泵/阀—管—嘴型柴油喷射系统总体结构示意图。主要包括电子控制单元1、直列组合泵/阀装置6、高压油管2、喷油器3和低压燃油装置10五个功能模块：

电子控制单元1由基于32位单片机的控制系统硬件、发动机管理系统软件、安装于泵体上的凸轮轴位置传感器28、安装于发动机飞轮壳体上的曲轴位置传感器27、安装于加速踏板上的油门位置传感器26，以及用于检测发动机状态的各种温度传感器25、压力传感器24、信号开关23、和通讯接口22组成。它采用的基于32位单片机的控制系统硬件，能够实现高精度的数学运算和高实时性的任务调度，使对发动机的全工况优化匹配及管理成为可能；在此基础上开发的发动机管理系统，除了能对目标喷油量和喷油定时进行精确控制外，还可以根据环境状态及某些运行参数的变化，如大气压力、大气温度、冷却水温、机油温度等的变化对目标油量及定时进行补偿控制，此外还能实现诸如冷启动与怠速稳定性控制、分缸平衡控制、过渡性能与烟度控制、喷油规律与喷油压力控制、自动监控安全保护与自适应机制，以及在线匹配标定，并提供了对外接监控诊断工具的支持。

直列组合泵/阀装置主要包括泵体7、凸轮轴8、柱塞偶件4等部件。泵体主要用于安装和驱动柱塞偶件，在泵体上部加工有与凸轮轴垂直的柱塞偶件安装孔及定位销孔，并在泵体中部加工有供油道20和回油道19。凸轮轴8安装于泵体7的下部，其凸轮型线与组合泵/阀装置6的柱塞偶件一一对应，在凸轮轴的一端装有驱动齿轮9，并在凸轮轴的另一端装有信号盘5以通过与之对应的凸轮轴传感器28感知凸轮相位。柱塞偶件4采用直接插入式结构，并以直列型式安装在泵体7中，关于柱塞偶件的具体结构可参见实用新型专利“一种高压柱塞偶件”(专利号02276776.2)，它主要包括滚轮、挺柱体、挺柱滑套、柱塞、柱塞弹簧、高速电磁阀组件等部件，柱塞偶件4的柱塞腔套和高压油路采用整体加强式结构设计，从而提高了刚度和承压能力，可以产生很高的供油压力；柱塞顶部无斜槽，柱塞偶件只承担燃油加压和供油功能，对燃油喷射过程的控制由安装在泵体上部高压油路中的高速电磁阀组件完成，这一设计使供油与调节功能解耦，并使油泵结构大大简化，；电磁阀组件的电磁线圈与电子控制单元1输出端相连，电磁阀控制高压油路与低压燃油系统的通断。

高压油管2具有较大的壁厚，以承担高供油压力(最大泵端压力可达160Mpa-180Mpa)，同时应具备较高的弹性模量并尽量减小长度，以减少延程损失，提高喷射压力。

喷油器3采用一般机械式喷油器，或采用无回油管喷油器。由于本系统喷射压力较高，在实际发动机上匹配时可采用多孔小孔径喷油器，以利于进一步提高燃油雾化质量。使用无回油管喷油器可提高针阀的动态关闭压力，实现针阀的快速关闭。

低压燃油系统10由油箱12、过滤网13、单向阀14、低压输油泵17、供油道20、回油道19、燃油冷却器15、低压油管11等组成。供油道和回油道加工在组合泵/阀装置的泵体中。燃油经燃油冷却器15、低压输油泵17和滤清器18输送至供油道2o，回油经回油道19流入燃油冷却器15之前的低压油管11中。

该电控直列组合泵/阀—管—嘴系统的工作过程如下：

充油过程：此时柱塞偶4中的电磁阀21不工作，高压油路与低压燃油系统连通。组合泵/阀装置中柱塞下行时，喷射系统内部压力将下降到低于低压供油系统压力，燃油从凸轮箱上的供油道20进入柱塞偶件4的柱塞腔中。

旁通过程：组合泵/阀装置中的凸轮驱动柱塞偶件滚轮和挺柱体组件使柱塞上行时，柱塞腔压力上升，但只要电磁阀仍处于不工作状态，高压油路中的受压燃油就会向低压系统高速卸流。

喷射过程：在柱塞供油行程中，电控单元根据当前发动机状态及驾驶需求，确定最佳的喷油量和喷油定时，根据安装在泵体上的凸轮轴位置传感器28和装在发动机飞轮端的曲轴位置传感器27确定精确的喷油时刻，并发出控制脉冲驱动高速电磁阀21。电磁阀的电磁力使得高压油路与低压系统间的接口迅速关闭。此时，接口关闭引起的压力波向喷油器和柱塞腔两个方向传播。下行压力波到达喷油器3时，若其压力高于针阀开启压力则针阀打开开始喷射。上行压力波到达柱塞腔时与油泵供油压力波叠加，行成主供油波向喷油器传播。主供油波与先前到达喷油器的“油锤”压力波之间的喷射能量有限，故形成了低速率的初始喷油段。由于组合泵/阀装置的柱塞偶件设计使泄流接口与柱塞腔之间的高压油路非常短，两个压力波之间的时间间隔也很短，经过短暂的低速率喷油后喷油压力迅速上升。柱塞偶件的柱塞刚度强承压能力大，使最高供油压力能达到160Mpa以上，形成高压高速率主喷油段。

卸载过程：在喷射过程中电子控制单元工根据当前柱塞瞬时速度和已知的油泵特性对喷油量进行精确计量，在到达目标油量时快速切断电磁阀驱动电流。此时高压油路与低压系统的接口快速打开，高压燃油向低压燃油系统高速泄流，高压油管中压力迅速下降，喷射被快速终止。由于这种泄流过程比传统机械喷油泵系统要快得多，且卸压后高压油管的残余压力总是等于低压系统的供油压力，因此能够保证喷射过程的高速切断且不会产生由残余压力动态过程引起的异常喷射。

Claims (1)

1.一种电控直列组合泵/阀—管—嘴型柴油喷射系统，所述的喷射系统主要由电子控制单元、高压油管、喷油器、低压燃油装置和由泵体、凸轮轴、柱塞偶件组成的直列组合泵/阀装置组成；所述电子控制单元是由基于32位单片机的控制系统硬件、发动机管理系统软件、安装于泵体上的凸轮轴位置传感器、安装于发动机飞轮壳体上的曲轴位置传感器、安装于加速踏板上的油门位置传感器，以及用于检测发动机状态的各种温度传感器、压力传感器、开关量信号和通讯接口组成；其特征在于：泵体外挂于发动机本体上，在泵体下部安装有凸轮轴以驱动柱塞偶件，在柱塞偶件内柱塞腔上部的高压油路中集成有高速电磁阀组件，柱塞偶件采用直接插入式结构，并以直列型式安装在泵体中；柱塞偶件的柱塞腔套和高压油路采用整体加强式结构以增大供油压力。