CN1873211A - 柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车发动机的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统。该系统由超高压燃油喷射回路和压力闭环反馈控制回路构成，所述的超高压燃油喷射回路包括第一单向阀、第一两位两通电磁阀、增压器以及喷油器，所述的压力闭环反馈控制回路中包括低压油泵、电控中压柱塞泵、蓄压器、溢流阀、压力传感器及电控单元，其中的电控中压柱塞泵由柱塞偶件以及分别通过油路连接所述柱塞偶件柱塞腔的第二两位两通电磁阀和第二单向阀构成，所述柱塞偶件中的柱塞通过滚轮连接凸轮驱动机构。本发明的优点是：系统结构简单，控制调整方便，可在中压基础上实现超高压燃油喷射压力，对柱塞偶件的加工精度及材料性能没有太高要求，易于实现技术的产业化。

Description

柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统

技术领域

本发明涉及汽车发动机的超高压燃油供应系统。

技术背景

众所周知，电控高压共轨技术是目前柴油机先进电控技术之一。所述的高压共轨系统主要由电控高压柱塞泵、共轨管、电控喷油器及连通泵、共轨管及喷油器的高压油管组成。其共轨管高压的产生及调节过程是通过电子控制高压柱塞泵进油口处压力控制阀(PCV阀)的关闭提前时刻来动态地调整柱塞的有效压油行程，从而控制高压泵对共轨管的供油量实现的。所述的共轨管上装有压力传感器，可以在调整共轨压力的过程中将轨压反馈给电控单元(ECU)，所述的电控单元(ECU)通过逻辑分析，发出对压力控制阀(PCV阀)的控制指令，实现对共轨压力的闭环反馈控制。

由于电控高压共轨技术具有共轨压力与发动机的转速无关、共轨压力值和喷油器喷油定时、喷油量可以动态灵活地调整、以及较高的燃油喷射压力等优点，目前已经引起柴油机行业的密切关注，致使国内的许多厂家开始了将共轨技术产业化的工作。从柴油机本身的工作过程来讲，高燃油喷射压力不仅能够缩短喷射油束在气缸内的贯穿距离，有效减少因贯穿距离过长而引起的撞壁燃油量，而且能够加快液态喷射油束的破碎与蒸发，促进燃油与空气的混合。所以，这些因素的改善能够大大优化柴油机的燃烧过程，大幅度降低柴油机的NO_X和炭烟排放，提高其经济性。

正是由于高燃油喷射压力具有上述优点，使国际上高压共轨技术正朝着喷射压力大于2000bar的超高压方向发展。目前国外的高压共轨系统喷射压力已经能够达到1600bar，极个别的能够达到1850bar，但要实现超过2000bar的超高压力，存在很大困难。

首先，高压共轨系统的结构形式决定了其共轨管、喷油器及高压油管一直工作在高压环境下，所述的高压环境要求这些零部件必须具有很好的材料力学性能和很高的加工精度，尤其是这些零部件的连接部位，如果在工作过程中存在细微的缺陷就会引起泄露，这也就连带地要求这些零部件的加工设备也必须具有非常高的加工精度。

其次，要使共轨压力达到超过2000bar以上的超高压力，又对高压柱塞泵的泵油能力提出了更高要求。我们知道，高压柱塞泵中的出油单向阀有一个开启压力，只有当高压柱塞泵柱塞腔的压力大于该开启压力时，高压柱塞泵才能向共轨管供油，这意味着当共轨管压力为2000bar时，高压柱塞泵柱塞腔的压力比2000bar还要高，这对柱塞及柱塞套偶件的加工精度及材料力学性能同样提出了更高的要求。然而，由于国内用于柱塞及柱塞套的材料及加工设备的限制，即使研发出成熟的超高压共轨技术，也难以将该技术产业化。因此，现实的需要是采取其它的方法实现超高压技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计思想不同于现有技术的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，使燃油供应系统的燃油喷射压力可在中压基础上达到2000bar以上的超高压力而且能够灵活调整，解决现有超高压技术中的零部件质量受材料性质和加工精度限制的问题，以利于超高压共轨技术在我国的推广与实现。

本发明的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，包括由低压油泵、电控中压柱塞泵、蓄压器、溢流阀、压力传感器及电控单元构成的压力闭环反馈控制回路和由第一单向阀、第一两位两通电磁阀、增压器以及喷油器构成的超高压燃油喷射回路；所述压力闭环反馈控制回路中的电控中压柱塞泵，由柱塞偶件以及分别通过油路连接所述柱塞偶件柱塞腔的第二两位两通电磁阀和第二单向阀构成，所述柱塞偶件中的柱塞通过滚轮连接凸轮驱动机构，所述低压油泵的出油口连接所述第二两位两通电磁阀的进油口，所述蓄压器的进油口连接所述第二单向电磁阀的出油口，所述的蓄压器上设置有压力传感器和溢流阀，所述的压力传感器连接所述的电控单元；所述超高压燃油喷射回路中的增压器设置有互不相通的活塞小室和活塞大室，所述的活塞小室通过中压油管连接所述的蓄压器，并通过超高压油管实现超高压喷射压力的输出，所述的活塞大室通过所述的第一两位两通电磁阀分别连接所述蓄压器的出油口以及油箱。

所述电控中压柱塞泵设置有1～6个柱塞偶件；

所述柱塞偶件的排列方式为直列式或星型式；

所述凸轮驱动机构的凸轮轴上设置有1～6个凸轮，且每个凸轮上设置有1～3个桃；

所述的低压油泵为齿轮泵、柱塞泵、转子泵及叶片泵中的任一种；

所述的喷油器为电子式或机械式。

本发明的有益效果是：系统结构合理、简单，控制调整灵活、方便，可在中压基础上实现超高压燃油喷射压力，对柱塞偶件的加工精度及材料性能没有太高要求，可延长元件的使用寿命，易于实现技术的产业化。

附图说明

附图为本发明的系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作以详细描述。

附图示出了本发明柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统的原理图。由图可见，该系统包含由低压油泵16、电控中压柱塞泵15、电控单元4以及蓄压器9、溢流阀8和压力传感器10构成的压力闭环反馈控制回路5和由第一单向阀3、第一两位两通电磁阀6、增压器7以及超高压油管2和喷油器1构成的超高压燃油喷射回路17；所述压力闭环反馈控制回路5中的电控中压柱塞泵15，由柱塞偶件11以及分别通过油路连接所述柱塞偶件11柱塞腔的第二两位两通电磁阀14和第二单向阀12构成，所述柱塞偶件11的柱塞通过滚轮连接凸轮驱动机构13，并由所述的凸轮驱动机构13驱动，所述低压油泵16的出油口连接所述第二两位两通电磁阀14的进油口，所述蓄压器9的进油口连接所述第二单向阀12的出油口，所述蓄压器9的出油口分别连接所述的第一两位两通电磁阀6和所述的第一单向阀3，所述的蓄压器9上设置有压力传感器10和溢流阀8，所述的压力传感器10连接所述的电控单元4；在所述的超高压燃油喷射回路17中，所述的第一两位两通电磁阀6和第一单向阀3分别连接所述增压器7的活塞大室和活塞小室，所述增压器7的活塞小室通过中压油管连接所述的第一单向阀3，并通过超高压油管2实现超高压燃油喷射压力的输出，所述增压器的压力的放大通过其活塞的位移予以实现。

所述电控中压柱塞泵14中可根据需要设置1～6柱塞偶件11，所述柱塞偶件11的排列方式有两种：一种是多个柱塞偶件11在竖直方向并列分布于所述凸论驱动机构13凸轮轴上方的直列式，一种是多个柱塞偶件11以凸轮轴为圆心并以等角度分布方式呈发散状分布在一个平面内的星型式。

所述凸轮驱动机构13的凸轮轴上设置的凸轮个数和每个凸轮上的桃数以实际需要的燃油超高压喷射压力范围及超高压喷射次数为设置原则。一般原则是在凸轮轴上设置1～6凸轮，且在每个凸轮上布置1～3个桃，其总桃数的设置应该与超高压喷射的次数相等，假如在一个凸轮上设置多个桃，则每个桃的分布相位要合理分配。例如，对于需要4次超高压喷射的柴油机，所述凸轮驱动机构13的凸轮轴上可设置2个凸轮，并在每个凸轮上设置2个桃，每个桃占有的相位角度为180度。这种设置方式可以让每个桃对应的电控中压柱塞泵15通过第二单向阀12向所述蓄压器9供油的过程与所述蓄压器9通过第一单向阀2向活塞小室供油的过程对应起来，使蓄压器9中的燃油量在工作过程中能够出入平衡，从而达到有效降低蓄压器9压力波动的目的。

为了方便系统设置，所述的低压油泵16可选择齿轮泵、柱塞泵、转子泵及叶片泵中的任一种。

为了满足不同要求，所述的喷油器1可选择电子控制式或机械式喷油器。本实施例采用的是电子控制式，故添加了图中所示的喷油器控制回路18。如果采用机械式喷油器，则可以简化系统油路，取消所述的喷油器控制回路18。

在系统不工作的时候，所述压力闭环反馈控制回路5中的第二两位两通电磁阀14与柱塞偶件11的柱塞腔保持油路常开状态，其柱塞在凸轮机构13的驱动下作往复运动；当柱塞下行时，所述低压油泵16输送的燃油被吸入柱塞偶件11的柱塞腔，当柱塞上行时，吸入的燃油又经第二单向电磁阀14被压回低压油路，此时，所述超高压燃油喷射回路17中第一两位两通电磁阀6通向油箱的油路打开，并同时关闭通向所述增压器7活塞大室的油路。

在系统工作的时候，当所述柱塞偶件11中的柱塞在上行过程中的某个时刻，第二两位两通电磁阀14在所述电控单元4的控制下将通向柱塞偶件11柱塞腔的油路关闭，并将通向油箱的油路打开，柱塞开始压油，从而使柱塞腔内的压力迅速升高。当压力超过第二单向阀12的开启压力后，所述的第二单向阀12打开，使柱塞腔内的中压油进入蓄压器9，然后由设置在所述蓄压器9上的压力传感器10将压力的变化情况传输给所述的电控单元4，从而控制、调整进入蓄压器9内的燃油量。当蓄压器9的压力超过其额定工作压力时，所述的溢流阀8会自动打开，将蓄压器9内的燃油送回油箱，起到对蓄压器9的保护作用。当蓄压器9内的压力被调整到所需要的增压压力值后，所述的第一两位两通电磁阀6通过电控单元4的控制动作，切断通向油箱的油路，并接通通向增压器7活塞大室的油路，使中压油进入活塞大室并推动所述增压器7中的活塞上行，压缩充满活塞小室的中压燃油(压力值等于蓄压器9内的压力值)，使其经过所述增压器7增压后通过超高压油管1进行超高压燃油喷射压力输出，该输出的压力值等于所述蓄压器9的压力值与所述增压器7增压比的乘积。因此，如果将所述蓄压器9的压力调整为500～600bar的中等压力值，只需要将所述增压器7的增压比设置为3.4～4就可以很轻易的将燃油的喷射压力提高到2000bar以上的超高压。当超高压喷射结束后，所述第一两位两通电磁阀6在电控单元4的控制下，重新打开所述增压器7活塞大室通向油箱的油路，并切断其与所述蓄压器9的油路。这样活塞大室的中压油会迅速流回油箱，同时活塞大室中的压力也相应的迅速下降，并使其活塞小室中压力随所述增压器7中的活塞下移而下降，继而所述第一单向阀3在蓄压器9中压油的作用下打开，使所述的蓄压器9通过第一单向阀3向所述增压器7的活塞小室供油，同时将其活塞压到下止点，为下一次增压器7的超高压燃油输出工作做好准备。

本发明的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，通过电控单元4适时调整所述电控柱塞泵15中第二两位两通电磁阀14的关闭提前时刻，可灵活控制所述电控中压柱塞泵15向蓄压器9提供的油量，从而可灵活调整所述蓄压器9的待增压压力。需要指出的是：所述第二两位两通电磁阀14的关闭提前时刻由所需增压的蓄压器9的目标压力值和实际压力值确定，其范围在所述柱塞偶件11的柱塞从下止点到上止点所对应的凸轮驱动机构13中凸轮轴的转角范围内。由于系统的超高压输出压力是由所述蓄压器9的压力通过所述增压器7的放大作用得到的，故系统的超高压工作压力能够灵活调整，另外，通过调整所述电控中压柱塞泵15中驱动凸轮的个数及凸轮上数桃的分布相位，还可以对所述蓄压器9的压力稳定性进行调整。

本发明克服了现有技术的不足，为解决现有技术难以实现超过2000bar的超高压力以及零部件的材料性能和加工精度难以达到超高压要求的问题，提供了一种与现有技术不同的技术方案，与现有的电控高压共轨技术相比，具有突出的实质性特点与显著的进步。本发明的优点在于：

1.技术构思巧妙，系统结构简单，可实现低成本制造；

2.由于对蓄压器内的压力要求不高(只需10～60MPa)，中压柱塞泵所需的驱动功率小，故系统的功耗小；

3.由于该装置只在柴油机超高压喷射时才在超高压下工作，因此解决了长期处于超高压工作环境下所带来的零部件磨损、泄露等问题，延长了元件以及系统的使用寿命；

4.由于中压柱塞泵和增压器选定后，可通过控制中压柱塞泵中两位两通电磁阀的关闭提前时刻对系统的超高输出压力值进行灵活调整，所以，满足了柴油机在不同工况下所需的不同超高压喷射压力的要求；

5.系统控制简单方便，只需要对两个两位两通电磁阀进行时序控制就可使系统满足柴油机不同的超高压喷射压力、喷射油量及喷射定时等要求；

6.通过对凸轮驱动机构中的凸轮个数及所述凸轮上数个桃的相位设置进行优化，可大大减小蓄压器压力的波动，使其具有很好的增压稳定性。

以上参照附图和实施例，对本发明的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统进行了示意性描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，其实，为了达到同样目的，本发明的超高压燃油喷射压力发生系统还可以采用其它的构成方式。所以，如果本领域的普通技术人员受本发明技术启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，对其进行任何显而易见的修改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，包括超高压燃油喷射回路和压力闭环反馈控制回路，其特征是，所述的超高压燃油喷射回路由第一单向阀、第一两位两通电磁阀、增压器以及喷油器构成；所述的压力闭环反馈控制回路由低压油泵，电控中压柱塞泵、蓄压器、溢流阀、压力传感器及电控单元构成；所述压力闭环反馈控制回路中的电控中压柱塞泵，由柱塞偶件以及分别通过油路连接所述柱塞偶件柱塞腔的第二两位两通电磁阀和第二单向阀构成，所述柱塞偶件中的柱塞通过滚轮连接凸轮驱动机构，所述低压油泵的出油口连接所述第二两位两通电磁阀的进油口，所述蓄压器的进油口连接所述第二单向电磁阀的出油口，所述的蓄压器上设置有压力传感器和溢流阀，所述的压力传感器连接所述的电控单元；所述超高压燃油喷射回路中的增压器设置有互不相通的活塞小室和活塞大室，所述的活塞小室通过中压油管连接所述的蓄压器，并通过超高压油管实现超高压喷射压力的输出，所述的活塞大室通过所述的第一两位两通电磁阀分别连接所述蓄压器的出油口以及油箱。

2.根据权利要求1所述的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，其特征是，所述电控中压柱塞泵设置有1～6个柱塞偶件。

3.根据权利要求1所述的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，其特征是，所述柱塞偶件的排列方式为直列式或星型式。

4.根据权利要求1所述的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，其特征是，所述凸轮驱动机构的凸轮轴上设置有1～6个凸轮，且每个凸轮上设置有1～3个桃。

5.根据权利要求1所述的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，其特征是，所述的低压油泵为齿轮泵、柱塞泵、转子泵及叶片泵中的任一种。

6.根据权利要求1所述的柴油机可调整超高压燃油喷射压力发生系统，其特征是，所述的喷油器为电子式或机械式。