CN211819757U - 一种燃油喷射单元 - Google Patents

Abstract

一种燃油喷射单元，包括一个燃油泵、压力油管以及喷油嘴，所述喷油嘴包括一个喷嘴阀，一个与喷嘴阀连通的喷射口，燃油泵与喷油嘴通过压力油管连接，其特征在于：所述燃油泵提供压力燃油，进入压力油管，当油管内压力高于喷嘴阀开启压力时，燃油喷出，所述压力油管包括至少一个设置于压力油管前端位置的限流孔，以减少压力油管腔内压力波动对喷射精度的影响，所述限流孔之流道截面积大于喷油嘴之喷射口流道截面积。

Description

一种燃油喷射单元

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体设计电子喷油装置，尤其涉及一种应用于小型发动机的电子燃油喷射系统。

背景技术

近年来，电控喷油系统（Electronic Fuel Injection，简称EFI系统）由于其舒适度高、节能环保等优势迅速得到应用并普及，对小型发动机系统而言，以摩托车为例不管是出于使用性能还是排放法规要求，电喷系统逐步替代化油器已成为必然趋势。

电喷系统通过各种传感器感知不同工况和环境的变化以及骑行者的意图，以精确的数字化的方式向发动机提供最佳的燃油量和点火提前角。目前，应用较为广泛的电喷技术之一是采用以BOSCH电子燃油系统为代表的嘴端控制计量的“供油泵-喷油器”方式，该技术需要包括供液、稳压以及喷射等多个装置，导致系统复杂、供电困难，同时系统成本偏高。

另一种技术方案为泵端控制计量方式，该技术的关键优势在于系统体积小且布置灵活，更适用于结构紧凑，可用空间少的小型汽油机。泵端控制计量方式通过外置脉冲式燃油泵产生高压计量液体，并由压力开启式喷油嘴输出，燃油泵与喷油嘴一般采用柔性压力油管连接。然而，该系统受管内压力波及喷嘴开启关闭压力差的影响很大，可能出现不很稳定的喷嘴关闭缓慢或者喷嘴多次开启问题，从而导致管内残余压力不稳定，单次喷射燃油流量不稳定等问题。另外管内压力波受压力油管管壁弹性量的影响较大，高压流体在经过压力油管管道时，直接冲击管壁，也容易造成喷射压力不稳定，影响喷射精度。

综上，泵端控制计量方式虽然结构简单，但单次喷射精度问题解决不好，就无法实际应用。在发动机系统电喷化的大趋势下，兼顾系统流量稳定及系统结构简单的技术研究是十分有意义的。

发明内容

本发明针对泵端控制计量方式燃油喷射系统的上述问题，之目的在于提供一种结构简单，适应性好，成本低并且系统内部液体压力稳定，喷射精度高的脉冲式燃油喷射系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，即，一种燃油喷射单元，包括一个燃油泵、压力油管以及喷油嘴，所述燃油泵与喷油嘴通过压力油管连通。

所述燃油泵为一个脉冲式螺线管柱塞泵，由PWM脉冲信号控制，包括动力部和柱塞泵组件。动力部包括线圈，电枢，导磁体以及隔磁环，电枢包括一个贯穿中心且包含锥孔的电枢油道。导磁体和电枢由导磁材料制成，例如纯铁等，隔磁环由非导磁材料构成，例如有色金属或者塑料等。柱塞泵组件包括柱塞，柱塞套，出油阀，进油阀以及柱塞簧。柱塞套包括进油孔，所述进油阀可以是一个由进油孔以及柱塞组成的滑阀，柱塞套与柱塞壁面滑动配合，控制通过进油孔的液体流量，当柱塞之壁面完全覆盖进油孔时，进油阀关闭。所述出油阀包括阀件和位于柱塞套的出油阀座面，出油阀簧，所述出油阀件可以是一个球体，也可以是一个锥体或者平板，可以由金属或者陶瓷等材料构成，出油阀座面可以是一个在柱塞套出口处形成的锥面，也可以是一个平面，通常由机加工的方式形成。所述柱塞，柱塞套，进油阀以及出油阀行程一个压力容积腔，所述柱塞泵组件之运动部件往复运动过程中导致压力容积腔燃油压力大小交替变化，产生脉冲式燃油喷射。所述运动部件可以是柱塞也可以直接是设计成柱塞套的电枢。

所述喷油嘴包括一个喷嘴阀，一个与喷嘴阀连通的喷射口，所述喷嘴阀包括一个喷嘴阀件、一个喷嘴阀座和一个喷嘴阀簧，其开启状态由压力油管内腔液体压力和喷嘴阀簧之弹簧力共同作用决定，当喷嘴阀开启时压力燃油呈雾化状态自喷射口喷出。

所述喷嘴阀可以是一种常见的压力提升阀式喷嘴（poppet valve），所述喷嘴阀件包含一个与喷嘴阀座之锥面配合的密封锥面，也可以是另一种球阀喷嘴，所述喷嘴阀件为一个多半球体，通过球面与喷嘴阀座之锥面配合密封，所述喷射口位于喷嘴阀一侧，以比较方便地改变喷射方向。

所述压力油管为一根内径不大于5mm的柔性细管，非喷射状态时，压力油管内腔液体压力不低于喷嘴阀开启压力的1/2，压力油管包括至少一个限流孔。所述限流孔设置于压力油管前端位置，限流孔之流道截面积大于喷油嘴之喷射口流道截面积，燃油泵产生高压液体，进入压力油管，当压力油管内液体压力大于喷嘴阀簧之弹簧力时，喷嘴阀开启，高压燃油自喷射口雾状喷出。在高压液体经过限流孔时，压力波动减小，有效的降低了压力对管壁冲击造成的能量波动，同时又能保证管内有足够的液体压力，因此有助于在较宽广的流量和工作频率范围内防止喷嘴多次开启等异常工作状态发生，保持稳定的残余压力，提高单次燃油喷射稳定性。

进一步，上述压力油管沿高压液体流方向设置有第一限流孔和第二限流孔，所述限流孔分别布置于压力油管两端，限流孔之孔径沿高压液体流方向递减，第二限流孔之流道截面积大于喷射口之流道截面积。这样设计，能够防止泵端和嘴端机械运动部件产生的压力波对另一端的动态影响，从而提高泵端泵入高压油管的液体流量的稳定性，同时提高喷嘴喷出液体流量的稳定性。

上述压力油管两端包括第一快接头和第二快接头，压力油管与快接头可以通过注塑的方式连接为一体。第一快接头位于压力油管一端，包括第一接头本体和第一倒扣，第二快接头位于压力油管另一端，包括第二接头本体和第二倒扣。所述燃油泵之出油嘴包括一个泵锁紧凸台，第一接头本体通过轴向推力导致倒扣受泵锁紧凸台尺寸影响产生弹性变形而撑开，当接头本体继续向前运动，当接头运动至一定位置时，倒扣回弹，与泵锁紧凸台相互扣紧，保证连接。所述喷油嘴包括一个嘴端锁紧凸台，第二快接头按照同样原理与嘴端锁紧凸台配合卡紧。第一快接头通过弹性密封材料与出油嘴之间相互密封，第二快接头通过弹性密封材料与喷油嘴之间相互密封。

上述，燃油喷射单元还包括一个发动机控制单元（ECU），所述ECU控制单元按照发动机喷油量需求和冲程同步给出驱动脉冲，所述燃油泵由ECU控制按照自身计量方式向压力油管提供等于或约等于喷嘴喷射燃油流量的燃油，通过计量的燃油平均流量以及限流孔的稳压从而保持压力油管中的燃油量和压力基本不变。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明所提供的燃油喷射单元实施例结构示意图之一。

图2为本发明所提供的燃油喷射单元实施例结构示意图之二。

图3为本发明所提供的燃油喷射单元实施例结构示意图之三。

图4为本发明提供的燃油喷射单元之应用例结构示意图。

具体实施方式

本发明所提供第一实施例结构示意图如图1所示，所述燃油喷射单元1包括一个燃油泵15、压力油管2以及喷油嘴3，所述燃油泵15与喷油嘴3通过压力油管2连通。

所述燃油泵15为一个脉冲式螺线管柱塞泵，由PWM脉冲信号控制，包括动力部4和柱塞泵组件5。动力部4包括线圈101，电枢114，导磁体100，内导磁体116，隔磁环102，电枢114室，电枢114包括一个贯穿中心且包含锥孔的电枢油道115。导磁体100、内导磁体116和电枢114由导磁材料制成，例如纯铁等，隔磁环102由非导磁材料构成，例如有色金属或者塑料等。

柱塞泵组件5包括柱塞113，柱塞套111，出油阀7，进油阀6以及柱塞簧112。柱塞套111包括进油孔104，所述进油阀6可以是一个由进油孔104以及柱塞113组成的滑阀，柱塞套111与柱塞113之壁面滑动配合，柱塞113为一个运动部件，在驱动力和柱塞弹簧112的作用下相对于柱塞套111往复运动，从而控制通过进油孔104的液体流量，当柱塞113之壁面完全覆盖进油孔104时，进油阀6关闭。所述出油阀7包括出油阀件106和位于柱塞套111的出油阀座面105，出油阀簧118，所述出油阀件106可以是一个球体，也可以是一个锥体或者平板，可以由金属或者陶瓷等材料构成，出油阀座面105可以是一个在柱塞套111出口处形成的锥面，也可以是一个平面，通常由机加工的方式形成。所述柱塞113，柱塞套111，进油阀6以及出油阀7行程一个压力容积腔119，压力容积腔119内液体压力随着进油阀6的打开和关闭交替变化，产生脉冲式燃油喷射。

所述压力油管2为一根内径不大于5mm的柔性细管，压力油管2两端包括第一快接头8和第二快接头9，所述快接头包括倒扣108并与压力油管2通过注塑的方式连接为一体。所述燃油泵15包括一个出油嘴110，所述出油阀7设置于压力容积腔119与出油嘴110之间，出油嘴110包括一个锁紧凸台109，第一接头本体通过轴向推力导致倒扣受泵锁紧凸台109尺寸影响产生弹性变形而撑开，当接头本体8继续向前运动，当接头8运动至一定位置时，倒扣108回弹，与泵锁紧凸台109相互扣紧，保证连接，第一快接头8通过弹性密封材料120与出油嘴110之间相互密封。所述喷油嘴3以同样快接的方式通过第二快接头9连接锁紧，并由密封性材料实现密封。

所述出油阀7与喷油嘴3之间腔体为高压室121，静止状态两端阀门关闭以保证高压室121内存在一定的液体压力。所述高压室121前段设置有一个限流孔122，限流孔122之流道截面积大于喷油嘴3之喷射口212流道截面积，在高压液体经过限流孔122时，压力波动减小，有效的降低了压力对管壁冲击造成的能量波动，同时又能保证管内有足够的液体压力以满足喷射需求。

上述燃油喷射单元1的工作过程如下：

电枢114在静止位置，在柱塞簧112的作用下，柱塞113压靠电枢114，电枢114上端面靠紧上端盖，此时进油孔104打开，来自燃料箱（图中未示出）的燃油从进油道103进入，一部分燃油通过进油孔104进入压力容积腔119，另一部分由过油孔123进入电枢114室，再由电枢油道115进入回油道124，回油嘴117与燃料箱顶部相连通。

动力部4之线圈101可由PWM形式的电信号驱动。在加电压的情况下，电磁场在隔磁环102处形成磁隙，电枢114在磁隙磁场的作用下推动柱塞113向下运动，柱塞113压缩柱塞簧112，当柱塞113之壁面完全覆盖进油孔104时，压力容积腔119中的燃油受到压缩并推开出油阀7之出油阀件106涌入高压室121，当高压液体经过限流孔122时，液体压力波减弱，压力液体以稳定状态填充高压室121后段容积，当高压室121的燃油压力高于喷油嘴3之预设开启压力时，燃油则通过喷油嘴3以稳定的喷射量喷射出去。

当PWM驱动信号在线圈101两端所加电压消失或者即将消失时，作用于柱塞113之电磁力、燃油压力和柱塞弹簧力以及惯性力等相互平衡时，柱塞113则停止向下运动，此时压力容积腔119和高压室121中的燃油压力开始下降，当高压室121中的燃油压力低于所定压力（喷嘴开启所需压力）时，喷油嘴3停止喷射燃油。与此同时，柱塞113在柱塞簧112的作用下开始上行并回到初始位置，出油阀7随之关闭，残存在高压室121中的燃油保持一定的压力，而压力容积腔119中的燃油压力急剧下降，当进油孔104被再次打开时，燃油迅速从进油道103再次进入压力容积腔119，等待下一个压缩循环。

随着柱塞113以及电枢114的上行，燃油被随之带向回油道124。在电枢114的往复运动过程中，由于含锥孔的电枢114油道的作用，电枢114引起燃油流动之净流量是从进油道103到回油道124，这样的流动会不断地将动力部4产生的热量带走，以保证所述喷射单元的正常工作。

本发明所提供第二实施例结构示意图如图2所示，与第一实施例所示结构之区别之一在于，高压室121沿高压液体流方向设置有第一限流孔122和第二限流孔200，所述限流孔122分别布置于压力油管2两端，限流孔（122、200）之孔径沿高压液体流方向递减，第二限流孔200之流道截面积大于喷射口212之流道截面积。本实施例与第一实施例所示结构之区别之二在于，所述喷油嘴3为一个依靠压力开启的球阀喷嘴，所述球阀喷嘴3包括一个喷嘴阀座204、喷嘴阀件202和喷嘴阀簧203。所述喷嘴阀座204包括一个与喷嘴阀件202之球面配合的锥面204a，喷嘴阀件202受喷嘴阀簧203之弹簧力作用贴紧锥面204a，形成密封，当内部压力逐步增大至开启压力时，喷嘴阀件202离开阀座锥面204a，喷嘴阀3打开。所述喷嘴阀3前端设置有一个滤网205，高压燃油经过滤网205后进入喷油嘴3，从而有效防止喷油嘴3之阀件202以及喷射口212因脏物堵塞影响喷射精度或者喷雾状态。本实施例与第一实施例所示结构之区别之三在于，所述燃油喷射单元1集成有油气分离装置10，所述油气分离装置串联于进油道103和回油嘴117之间，包括相互连通的一个汽液分离室208和一个进油室209。所述气液分离室208是一个具有一定容积的空间，包括一个设置于顶部的排气泡嘴207。所述进油室209包括一个进油嘴206和一个过滤装置210，燃油从进油嘴206进入经过滤装置210过滤后再进入进油道103，以保证燃油泵15中燃油无影响喷射精度的脏物。

上述燃油喷射单元1的工作过程与第一实施例之工作过程基本一致，主要过程如下。

燃料箱中燃油经进油嘴206流入进油室209并填充，经滤网装置210过滤后从进油道103流入燃油泵15，进油室209中气体由排气通道211进入气液分离室208。在动力部4上电时，电枢114在磁场作用下推动柱塞113向下运动，过程中进油阀6关闭，随着压力容积腔119内液体压力升高，出油阀7打开，燃油进入高压室121并经过第一限流孔122，形成较为稳定的液体流，在高压液体经过第二限流孔200时，液体压力波趋于平稳。电枢114继续推动柱塞113下行，高压室121压力持续升高，当高压室121的燃油压力高于预设喷嘴阀簧203之弹簧力时，喷嘴阀3开启，燃油则通过喷射口212以稳定的喷射量喷射出去。

当脉冲驱动信号消失或者即将消失时，柱塞113停止向下运动，此时高压室121中压力开始下降，喷嘴阀3受阀簧力作用关闭。柱塞113在柱塞弹簧112作用下推动电枢114往相反方向运动。随后出油阀7关闭，压力腔121中保存一定压力的燃油，以备下一次喷射。随着进油阀6再次开启，经滤网过滤的燃油迅速补充至压力容积腔119内，等待下一个循环。

在柱塞113以及电枢114上行过程中燃油被随之带向回油道，并通过回油嘴117进入气液分离室208，当汽相和液相物质同时占有汽液分离室的空间时，在静止状态下，汽相物质将占据其上部空间，而液相物质则占据其下部空间，因此气液分离室208中气体将被从排气泡管嘴207端排出，下部洁净燃油则从排气通道211进入进油室209。

本发明提供的燃油喷射单元1实施例结构之三如图3所示，与本发明所述燃油喷射单元1之第二实施例结构示意图之区别在于，所述喷油嘴3为一个压力提升阀式喷嘴（poppet valve），包括一个喷嘴阀杆301，一个喷嘴阀簧300和一个喷嘴阀座302，所述喷嘴阀座302和喷嘴阀杆301通过锥面（303、304）配合密封。所述喷油嘴3可以通过螺纹305方式锁紧于压力油管2之接头处，并通过端面密封圈306进行密封。

如图4所示，为本发明所提供的燃油喷射单元1之应用例结构示意图，包括一个燃料箱11，一个燃油喷射单元1，一个ECU控制单元12和一个进气接头13。所述燃油喷射单元1包括一个燃油泵15，一个压力油管2和一个喷油嘴3。所述燃料箱11包括一个设置于底部的出油接头400和一个设置于燃料箱11顶部的回油接头402，出油接头400与燃油泵15之进油嘴206连接，回油接头402与燃油泵15之排气泡嘴207连接。出油接头400上端安装有一个内置于燃油箱11中过笔形粗滤网401，用于粗滤进入出油接头的燃油。所述喷油嘴3安装进气接头13之上，喷嘴之喷孔以满足喷雾大致位于发动机进气道中心的方式设置。

上述应用例之工作过程如下，

经粗滤后燃油受重力作用，自出油接头400流出，从进油嘴206进入燃油泵15。当车辆发动机给出喷油量需求及冲程，ECU控制单元12按照其自身计量方式同步给出驱动脉冲，燃油泵15收到ECU控制单元12给出的驱动信号，燃油泵15产生高压燃油，并经过限流孔122（如图1），向压力油管2提供等于或约等于喷嘴喷射燃油流量的燃油。在此过程中，部分燃油从回油嘴117（如图1）流回，经油气分离室208（如图2）后洁净燃油重新回到进油道103，气体部分则从排气泡嘴207排出，并带走部分热量，使得燃油泵15工作更加稳定。

上述实施例仅用于说明本发明的实质，但并不限制本发明。在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种燃油喷射单元，包括一个燃油泵、压力油管以及喷油嘴，所述喷油嘴包括一个喷嘴阀，一个与喷嘴阀连通的喷射口，燃油泵与喷油嘴通过压力油管连接，其特征在于：所述燃油泵提供压力燃油，进入压力油管，当油管内压力高于喷嘴阀开启压力时，燃油喷出，所述压力油管包括至少一个设置于压力油管前端位置的限流孔，以减少压力油管腔内压力波动对喷射精度的影响，所述限流孔之流道截面积大于喷油嘴之喷射口流道截面积。

2.如权利要求1所述的燃油喷射单元，其特征在于：包括第一限流孔和第二限流孔，所述限流孔布置于压力油管两端，限流孔之孔径沿高压液体流方向递减。

3.如权利要求2所述的燃油喷射单元，其特征在于：所述压力油管为一根内径不大于5mm的柔性细管，非喷射状态时，压力油管内腔液体压力不低于喷嘴阀开启压力的1/2。

4.如权利要求3所述燃油喷射单元，其特征在于：所述喷嘴阀包括一个喷嘴阀件、一个喷嘴阀座和一个喷嘴阀簧，其开启状态由压力油管内腔液体压力和喷嘴阀簧之弹簧力共同作用决定，当喷嘴阀开启时压力燃油呈雾化状态自喷射口喷出。

5.如权利要求1所述的燃油喷射单元，其特征在于：所述燃油泵为一个由PWM脉冲信号控制的螺线管柱塞泵。

6.如权利要求5所述的燃油喷射单元，其特征在于：所述燃油泵的供油流量计量由其单脉冲供油量和泵工作脉冲频率确定。

7.如权利要求1-6之一项所述的燃油喷射单元，其特征在于：包括一个发动机控制单元ECU，所述ECU控制单元按照发动机喷油量需求和冲程同步给出驱动脉冲，所述燃油泵由ECU控制按照自身计量方式向压力油管提供等于或约等于喷嘴喷射燃油流量的燃油。

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