CN1570367A

CN1570367A - 电控直列泵－阀－管－嘴柴油喷射系统

Info

Publication number: CN1570367A
Application number: CN 200410037691
Authority: CN
Inventors: 欧阳明高; 李建秋; 杨福源; 周明; 李希浩; 李进; 张科勋
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2005-01-26

Abstract

本发明公开了属于车用柴油喷射系统范围的一种电控直列泵－阀－管－嘴型柴油喷射系统。由微电脑控制单元，直列式供油泵、电磁控制旁通阀、高压油管、喷油器及低压燃油系统组成。在直列式供油泵后安装有一电磁控制旁通阀，低压燃油系统通过低压油管与电磁控制旁通阀相连，喷油嘴通过高压油管与电磁控制旁通阀相连；微电脑控制单元中采用了电磁阀关闭始点反馈电路获得电磁阀关闭始点信号，可快速、灵活的调整对电磁控制旁通阀的控制参数，实现了对油量和定时调节的快速数字控制；在获得稳定喷射压力的同时供油功能和定时调节功能解耦，使油泵结构和控制机构得到简化，改动小，实现了低初始喷油率，高主喷射率和快速高压切断的理想喷油规律。

Description

电控直列泵-阀-管-嘴柴油喷射系统

技术领域

本发明属于车用柴油喷射装置范围，特别涉及一种电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统

背景技术

传统的直列泵-管-嘴柴油喷射系统主要包括直列式油泵、高压油管和喷油器三大部分。该类型柴油喷射系统中，其油量和定时调节功能首先采用的是机械式控制装置，之后利用电子技术进行改进，得到了电控式直列泵-喷-嘴柴油喷射系统。早期的机械式系统中，油量控制是通过转动柱塞改变柱塞螺旋槽和回油孔的相对位置实现的，而柱塞的转动则是由调速器经齿杆传动机构完成的；喷射定时的控制是通过惯性机构改变曲轴和油泵凸轮轴之间的相对位置完成的。为提高控制精度，结合电子技术开发了后来的电控式系统。电控式系统中，油量控制通过电磁机构调整油泵油量调节齿杆实现，而电磁机构由微电脑控制单元直接控制；喷射定时则通过一种滑套式提前角控制机构实现。无论机械式系统还是电控式系统都有相同的缺陷：一方面，油泵结构过于复杂，这是油泵同时承担供油和调节两种功能的必然结果，这种功能耦合的结构导致油泵刚度下降、泄漏增加、高压性能差；另一方面，控制精度低，无论该型油泵的机械式系统还是电控式系统，其油量和定时调节控制系统中都有齿杆、螺旋槽等机械式连接机构。由于机械式连接机构的惯性、时延等特性，导致控制结构响应慢、调整频率低，无法进行高频的油量和定时调整；同时机械机构的多缸统一控制特性限制了分缸独立控制的实现。这种直列泵-喷-嘴柴油喷射系统还存在着控制机构复杂、零件数量多、成本高等缺点。

为克服以上缺点本发明的任务之一是实现供油和调节功能的解耦，即采用一个独立于直列泵以外的部件完成油量和定时调节功能；任务之二是提高喷射的稳定性，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)。

发明内容

本发明的目的是提出一种电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统。所述柴油喷射系统由单片机及传感器组成微电脑控制单元、包括泵体、凸轮轴、滚轮、柱塞、柱塞弹簧构成的直列式供油泵、电磁控制旁通阀、高压油管、喷油器和低压燃油装置组成；其特征是在直列式供油泵后安装有一电磁控制旁通阀，该电磁阀的电磁线圈由微电脑控制单元直接驱动，低压燃油系统通过低压油管与其相连，喷油嘴通过高压油管与其相连；直列式供油泵的柱塞上没有螺旋槽或竖槽，只起供油加压作用；微电脑控制单元中设置有电磁阀关闭始点反馈电路，对各缸关闭始点的单独采样，对各缸独立进行反馈控制，改善各缸喷射的喷油规律。

所述传感器为曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1.实现了供油和调节功能的解耦。本发明中的直列式供油泵只承担供油加压功能，从而大大简化了油泵结构，减少了零部件。2.电磁控制旁通阀由微电脑控制单元直接驱动，实现了快速的数字控制，提高了油量和定时调节的控制精度。3.同时形成了一种新的压力传播方式，能快速减小喷射压力波动，提高喷射系统稳定性。4.引入电磁阀关闭始点反馈电路，可获得各缸电磁阀关闭始点信号，并根据此信号完成电磁阀反馈控制，实现了对电磁阀快速、灵活的调整。本发明适合于对传统直列泵-管-嘴喷油系统的改造，具有改动小，喷油规律改善明显的优点。

图1为电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统结构示意图。

图2为图1的喷射系统示意图。

图3为微电脑控制单元的驱动电路示意图。

图4为微电脑控制单元的电磁阀关闭始点反馈电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体结构、工作过程及最佳实施例。

图1所示为电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统结构示意图。主要包括微电脑控制单元1、直列式供油泵2、电磁控制旁通阀3，高压油管4和喷油器5五个功能模块。

微电脑控制单元1包括32位单片机软硬件及包括曲轴位置传感器(图中未画出)和凸轮轴位置传感器25等各种传感器在内的传感器系统组成。该单片机具有计算速度快、控制功能完备、可扩展性强等特点，外围电路包括电源电路、输入通道、输出通道、电磁阀驱动电路、始点反馈电路、电流传感器、复位电路、时钟电路、内存扩展、通讯电路等部分。单片机硬件系统通过输入通道收集传感器系统采集的发动机状态信号，通过通讯电路与计算机通讯，通过电磁阀驱动电路驱动电磁控制旁通阀，从而构成完整的微电脑控制单元的硬件系统。整个硬件系统需完成以下主要功能：发动机状态采集、状态信号处理、电磁阀驱动、电磁阀关闭始点反馈及通讯功能。微电脑控制单元的软件系统包括电磁阀驱动程序、发动机管理程序、通讯程序三大主要部分。发动机管理程序根据硬件电路采集到的发动机状态计算出喷射控制参数，电磁阀驱动程序将该喷射控制参数转化为驱动电路所需的脉冲信号，而通讯程序负责与计算机交换信息。以32位单片机为核心的微电脑控制单元能完成高精度的数学运算和高实时性的喷射驱动，并能对外界环境的变化进行补偿，实现全工况的优化控制，显著的提高了喷射系统的性能。

图2所示电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统的结构示意图，直列式供油泵主要包括泵体10、凸轮轴11、滚轮12、柱塞套13、柱塞14、柱塞弹簧15等部件。柱塞14上没有螺旋槽或竖槽，这使本油泵只承担供油加压功能，不具有油量和定时调节功能。电磁控制旁通阀3的阀体21固定在柱塞套13上，电磁控制旁通阀3主要包括电磁静磁铁16、电磁铁线圈17、衔铁18、回位弹簧19、阀杆20和阀体21等部分，采用分体式机构、引入液体阻尼，具有动态响应时间短、工作稳定、密封性好等优点，可实现喷射系统的油量和定时调节功能。高压油管4将电磁控制旁通阀3、柱塞套13和喷油器5串连起来，形成高压油道，高压油管4应采用高弹性模量材料，并尽量缩短其长度，以便在高油压下减少压力波动时间，提高喷射系统压力稳定性。

喷油器5可采用无回油管喷油器，以提高针阀的动态关闭压力，实现针阀的快速关闭。

低压燃油系统包括油箱6、低压输油泵7、共轨油道8、低压油管9，共轨油道8通过低压油管9与电磁控制旁通阀3相连，低压输油泵7负责向共轨油道8供油，为稳定油道压力常在共轨油道8中设置压力调节装置。

图3所示为微电脑控制单元的驱动电路示意图。该驱动电路中一缸至六缸的低端功率三极管M1至M6(M2至M5在图中省略)与各缸对应电磁阀用电感L1至L6表示(L2至L5在图中省略)共用一个高端功率三极管M7，在高端功率三极管M7与各电磁阀相连的公共端设有一霍尔式电流传感器U1，用以检测电磁阀驱动电流。

如图4所示的电磁阀关闭始点反馈电路图，其输入为电流传感器信号，输出为始点反馈脉冲信号，处理电路主要包括比较器U8、比较器U11及部分电阻、电容、二极管。其中U8与C124、R5、R91等器件组成微分运算电路，U11与C125、R5、R93等器件组成微分运算电路。

该电控直列泵-管-阀-嘴型柴油喷射系统的工作过程如下：

充油过程：当油泵柱塞14下行时，柱塞套13进油孔22打开，电磁阀开启，此时，喷射系统内部压力将下降到低于低压供油系统的压力，低压系统的燃油将通过柱塞套上的进油孔22和电磁阀阀口23进入高压喷射系统。

旁通过程：当柱塞上行时，柱塞腔内压力上升，只要电磁阀仍处于开启状态，受压燃油就会经过电磁阀阀口23高速泄流，回到低压供油系统。

喷射过程：在柱塞供油行程中，微电脑控制单元在计算所得的喷油开始时刻接通电磁铁，使电磁阀吸合，阀口23快速关闭，此时它将引起一个油压冲击波。如果其压力波高于喷油嘴针阀24开启压力，则喷油嘴针阀24打开，产生喷射。当压力波到达油泵时，它与油泵供油压力波叠加，然后再往喷油器方向传播，形成主供油波。

卸载过程：微电脑控制单元在计算所得的喷油结束时刻断开电磁铁，电磁阀在回位弹簧19的作用下快速打开，高压燃油与低压燃油直接相通。高压燃油经电磁阀阀口23向低压系统高速泄流，喷射迅速终止。同时，油泵供油过程仍在继续，其压力波对高压卸载过程起到了缓冲作用从而形成了“先急后缓”的理想卸压特性。此外，由于卸压后的残余压力总是等于低压系统的供油压力，因此在低速小供油量时，不会产生由残余压力波动所引起的异常喷射。

电磁阀关闭始点反馈电路工作过程如下：

喷射电流信号转化：各缸电磁阀工作时，其驱动电流必然流经公共端，在此处设有霍尔式电流传感器U1。该传感器可利用霍尔效应将流经此处的电流转化为电压信号，电压信号幅值的高低与喷射电流的大小成正比，从而使喷射电流信号转化为成比例的电压信号。

二次微分电路：电流传感器输出的电压信号作为U8的输入，U8为一比较器，与C124、R91等器件组成了常用的微分运算电路，其输出用作U11的输入，同样U11也与C125、R93等器件组成了微分运算电路，与U8微分运算电路一起构成了二次微分电路。当电磁阀关闭时，驱动电流必然有一突变，该突变经电流传感器的转换后，经过两次微分处理可获得一脉冲信号，该脉冲信号可作为始点反馈信号送入单片机。

新燃油通道具有以下优点：一方面，实现了供油和调节功能的解耦，只有供油加压功能的油泵结构大大简化，可减少零部件，降低成本。由微电脑控制单元数字控制的电磁阀响应迅速，可实现快速的油量和定时调节。对电磁阀的直接数字控制为改善喷油规律奠定了硬件基础。另一方面，油管内喷射压力更稳定，这是因为较短的高压油管使燃油压力波的反射路程变短，可增加相同时间内燃油压力波在油路系统内的反射次数，从而使喷射后的油路压力能快速恢复稳定，使喷射系统的稳定性提高。这一设计还具有不破坏原有系统整体结构，改动小的优点。

Claims

1.一种电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统，所述柴油喷射系统由单片机及传感器组成微电脑控制单元、包括泵体、凸轮轴、滚轮、柱塞、柱塞弹簧构成的直列式供油泵、电磁控制旁通阀、高压油管、喷油器和低压燃油装置组成；其特征在于：在直列式供油泵后安装有一电磁控制旁通阀，该电磁阀的电磁线圈由微电脑控制单元直接驱动，低压燃油系统通过低压油管与其相连，喷油嘴通过高压油管与其相连；直列式供油泵的柱塞上没有螺旋槽或竖槽，只起供油加压作用；微电脑控制单元中设置有电磁阀关闭始点反馈电路，对各缸关闭始点的单独采样，对各缸独立进行反馈控制，改善各缸喷射的喷油规律。

2.根据权利要求1所述电控直列泵-阀-管-嘴型柴油喷射系统，其特征在于：所述传感器为曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器。