专利名称：多阀喷油系统以及喷油方法
技术领域：
本发明涉及喷油系统领域，具体地说涉及一种能够实现全工况下理想供油特性的电控高压供油系统和方法。
背景技术：
随着液体燃料发动机技术的不断发展，人们对功率强化程度的要求越来越高。而提高液体燃料发动机功率需要组织高效的缸内燃烧过程，燃油喷射过程的优化是其中最为重要的因素。以柴油机为例，随着柴油机功率强化程度的提高，高低负荷的功率覆盖范围不断加大，因此对喷油量跨度范围的要求也越来越高。而大喷油量就意味着大的喷油器喷孔面积。在小负荷以及怠速等需要较小燃油喷射量的工况下，大的喷油器喷孔会导致相对较大的喷油量误差，从而造成转速的波动；同理，要确保低速时喷油量的精确控制，则无法保证要求的最大燃油喷射量。高强化柴油机需要高压喷射过程具有实时的柔性可调特性，以提高发动机的动态特性。因此对循环间快速可调供油特性的要求更加严格。如何精确控制大跨度的喷油量范围、提高燃油系统的循环响应特性成为燃油系统优化的重点，这对当前主流供油系统提出了新的挑战。高压共轨供油系统可以灵活地调节喷油规律，但由于共轨腔容积较大导致循环响应速度慢，无法实现循环间调节启喷压力；电控单体泵供油系统采用一缸一泵的方式，只在喷射阶段系统积蓄高压，可以实现较高的喷油压力、系统可靠性高，但缺点是启喷压力和喷油规律不可调，喷射压力与凸轮转速相关，无法兼顾高速和低速下的喷油特性。可以看出， 由于电控单体泵和共轨供油系统两种主流供油系统的喷油压力无法实现循环间调节启喷压力，因此难以兼顾高强化柴油机跨度很大的喷油量范围和很高的循环响应特性要求。因此，需要一种能够克服现有技术的上述问题，优化燃油喷射过程的新型喷油技术。
发明内容
本发明融合电控单体泵和高压共轨供油系统两者的优势，采用一个电控单体泵配合多个电控喷油器的结构形式，提出了一种新型多阀燃油系统。新型多阀燃油系统在配合电控单体泵供油凸轮型线及转速的基础上，通过调整电控单体泵和多个电控喷油器的控制时序，可以实现喷油压力和喷油规律的灵活控制。本发明提供了一种多阀喷油系统，该系统包括电控单体泵，用于输出高压燃油；低压油路，用于向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油；供油凸轮，用于推动所述电控单体泵的柱塞运动产生高压燃油；至少两个电控喷油器，用于进行燃油喷射；高压油管，连接所述电控单体泵和所述电控喷油器，用于将所述电控单体泵输出的高压燃油输运至所述电控喷油器；电子控制单元，分别与所述电控单体泵和所述电控喷油器相连接，用于控制所述电控单体泵和所述电控喷油器内的电磁阀的开启和关闭。根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种多阀喷油系统的喷油方法，其中所述多阀喷油系统包括电控单体泵，用于输出高压燃油；低压油路，用于向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油；供油凸轮，用于推动所述电控单体泵的柱塞运动产生高压燃油；至少两个电控喷油器，用于进行燃油喷射；高压油管，连接所述电控单体泵和所述电控喷油器，用于将所述电控单体泵输出的高压燃油输运至所述电控喷油器；以及电子控制单元，分别与所述电控单体泵和所述电控喷油器相连接，用于控制所述电控单体泵和所述电控喷油器内的电磁阀的开启和关闭；其特征在于，所述喷油方法包括以下步骤通过低压油路向电控单体泵的柱塞腔内输入燃油；当所述供油凸轮推动所述电控单体泵的柱塞向柱塞腔内运动时，且关闭电控单体泵内的控制阀时，切断所述低压油路与所述电控单体泵柱塞腔的连通，所述柱塞被所述凸轮推动从而挤压燃油产生高压，并将所述高压燃油经高压油管传输到电控喷油器；根据燃烧需求，定时开启至少一个所述电控喷油器的电磁阀，完成一次喷油过程。与现有技术相比，本发明具有以下优点采用高压油管替代共轨腔降低了其容积， 使得电控单体泵与电控喷油器之间的压力同步，大大提高了系统的响应特性；高压油管内为瞬时高压而非持续高压，提高了系统的可靠性；在每工作循环内能够实现供油特性的快速调节，满足车辆的动态加速特性；利用电子控制单元单独控制用于产生高压的电磁阀以及用于喷油的电磁阀，根据喷油需求来调整这些电磁阀的工作时序，可以灵活调整启喷压力，能够在很低转速下产生高压，可以大幅度改善液体燃料发动机的启动特性、降低启动过程的排放；可以在高转速高负荷工况下在较短时间内实现很大的燃油喷射量，从而更有利于燃烧过程的组织；一个单体泵向多缸供油，可以大幅度减少系统的成本。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显图1为根据本发明的多阀喷油系统的一个优选实施方式的结构的剖面示意图；图2为根据本发明的多阀喷油系统的另一个优选实施方式的结构的剖面示意图；图3为根据本发明的多阀喷油系统的又一个优选实施方式的结构的剖面示意图；图4为根据本发明的多阀喷油系统的又一个优选实施方式的结构的剖面示意图；图5为根据本发明的多阀喷油方法的一个优选实施方式的流程图。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。下面详细描述本发明的实施例。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。下面首先对本发明的多阀喷油系统的结构进行说明，请参考图1。图1所示的多阀喷油系统包括低压油路1，供油凸轮2，电控单体泵3，电控喷油器4，电子控制单元5和高压油管6。其中，电控单体泵3内包括柱塞30和控制低压油路通断的电磁阀31。另外，各电控喷油器4内也包括用于控制喷油状态的电磁阀。低压油路1 一端与油箱7连接，另一端与电控单体泵3连接。通常情况下，低压油路1与电控单体泵3流体连通，从油箱7为电控单体泵3输送低压燃油。当低压油路1与电控单体泵3之间的电磁阀31处于关闭状态时，该连通被切断。工作时，供油凸轮2在驱动系统的带动下以一定的速度旋转，当旋转到某个角度， 供油凸轮2上的凸起就会与电控单体泵3的柱塞30相接触，推动柱塞30向上运动，挤压柱塞腔内的燃油。供油凸轮2不停转动，则柱塞30就会在凸轮的推动下不断上下往复做直线运动，进而带动电控单体泵工作。柱塞下行时，柱塞腔充油；上行时，挤压燃油。当柱塞30 上行，但电磁阀31打开时，由于油箱、低压油路与柱塞腔以及高压油管相通，因此该柱塞的挤压并不会在柱塞腔以及高压油路中建立起高压。当柱塞30上行且电磁阀31关闭时，高压油路与低压油路断开，柱塞压缩密闭的空间从而在高压油路中建立起高压。电控单体泵 3的电磁阀31的开启与关闭由电子控制单元5进行控制。高压燃油通过高压油管6到达电控喷油器4。如图所示，电子控制单元5可以分别控制各个电控喷油器4的工作时序。电子控制单元5根据发动机点火顺序和喷油提前角的要求判断需要喷油的电控喷油器，并将开启指令传输到需要喷油的电控喷油器4，打开其内部的电磁阀以启动该电控喷油器4喷油。可以同时启动所有的电控喷油器4，也可以启动其中的任意一个或者多个。但是为了保证各个电控喷油器4的喷油压力以及整个系统的稳定性，优选在任何时候只允许一个电控喷油器4启动喷油操作。电控喷油器4的电磁阀被启动后，由于高压油管处于高压状态，因此阀门打开的电控喷油器开始喷油，电控喷油器4的电磁阀关闭后，喷油停止，完成一次燃油喷射过程。 在发动机某一气缸的一次工作循环中，通过控制所述电控单体泵内的电磁阀与对应电控喷油器的电磁阀开启或者关闭的时序，实现该电控喷油器的喷油时刻和喷油持续期的控制。喷油结束后，通过电子控制单元5控制电控喷油器4的电磁阀关闭以及使电控单体泵3内的电磁阀31打开，使得高压油路6、电控单体泵3以及低压油路1连通，高压油管 6内的高压燃油回泄到低压油路1中。当高压油管处于高压状态时，可以通过打开电控单体泵3内的电磁阀31，使高压油管内的高压迅速卸放掉。优选地，供油凸轮的凸轮型线的凸起数与电控喷油器的个数相同。如图1所示，有 3个电控喷油器，相应的，供油凸轮2的凸轮型线有3个凸起。凸轮型线的凸起与电控单体泵3的柱塞接触，推动柱塞压缩柱塞腔内的燃油。此时，如果关闭电控单体泵3的电磁阀 31，则在高压油路中建立起高压。也可以通过提高凸轮与曲轴的速比来实现一个凸起匹配多个喷油器。实际上，对于四冲程柴油机，所述电控喷油器的个数与所述供油凸轮的凸起数之比等于凸轮轴与曲轴速比的2倍；对于二冲程柴油机，所述电控喷油器的个数与所述供油凸轮的凸起数之比等于凸轮轴与曲轴速比。如对于四冲程柴油机，当凸轮与曲轴的速比是1 1时，一个凸起可以匹配2个喷油器；当凸轮与曲轴的速比是2 1时，一个凸起可以匹配4个喷油器。参考图2 图4，为多阀喷油系统的具体工作过程的示意图。图2 图4所示的多阀喷油系统与图1所示的多阀喷油系统的区别在于有两个电控喷油器，分别为电控喷油器41和电控喷油器42 ；相应地，供油凸轮2的凸轮型线有两个凸起，分别为凸起A和凸起 B0如图2所示，电子控制单元5关闭电控单体泵3的电磁阀31，切断低压油路1与电控单体泵3柱塞腔的连通。供油凸轮2上的凸轮型线的凸起A与电控单体泵3的柱塞30 相接触，推动柱塞30向上运动，挤压柱塞腔内的燃油，产生高压燃油。高压燃油通过高压油管6传输到电控喷油器41和电控喷油器42，由电子控制单元5打开电控喷油器42上的电磁阀，则电控喷油器42开始喷油，完成一次燃油喷射。当供油凸轮2转动至其凸轮型线的凸起B与电控单体泵3的柱塞30相接触，同样推动柱塞30向上运动，挤压柱塞腔内的燃油，产生高压燃油。高压燃油通过高压油管6传输到电控喷油器41和电控喷油器42，由电子控制单元5打开电控喷油器41上的电磁阀，则电控喷油器41开始喷油，完成一次燃油喷射。如图3所示。在柱塞向柱塞腔内上行的过程中，多次关闭和开启电控喷油器上的电磁阀，可以实现一个工作过程中的单个电控喷油器的多次燃油喷射。在不同凸起推动柱塞向柱塞腔内挤压运动的过程中，多次关闭和开启电控单体泵3的电磁阀31，同时依次开启和关闭至少一个电控喷油器上的电磁阀，可以实现一个工作过程中的多个电控喷油器的依次燃油喷射。此外，通过改变电控单体泵3的电磁阀31和电控喷油器上的电磁阀之间的控制时序， 可以实现对各电控喷油器的工作顺序，以及对这些电控喷油器的喷油压力和喷油规律(如喷油时刻和喷油持续期)的灵活控制。当柱塞30下降且电控单体泵3的电磁阀处于开启状态时，低压油路1与电控单体泵3的柱塞腔连通，低压油路1向电控单体泵3的柱塞腔内注油。如图4所示。图1 图4仅为示例，供油凸轮2可以有多个，电控喷油器4也可以为多个。值得注意的是，电控喷油器4的个数与供油凸轮2的凸轮型线的凸起数可以相同也可以不同。图5为根据本发明的多阀喷油方法的一个优选实施方式的流程图。首先，在步骤SlOl中，低压油路向电控单体泵的柱塞腔内输入燃油。此时电控单体泵中的电磁阀在电子控制单元的控制下处于开启状态，低压油路、电控单体泵柱塞腔以及高压油路均处于连通状态。然后，在步骤S102中，当所述供油凸轮推动所述电控单体泵的柱塞向上运动，且关闭电控单体泵内的电磁阀时，切断所述低压油路与所述电控单体泵柱塞腔的连通，所述柱塞被所述凸轮推动从而挤压燃油产生高压，并将所述高压燃油经高压油管传输到电控喷油器。在前一步骤中，柱塞腔中充入燃油，当低压油路与电控单体泵之间的电磁阀关闭，电控单体泵不与低压油路连通，其与高压油路共同形成密闭空间，由于柱塞的挤压，密闭空间体积缩小，建立起高压，产生高压燃油。接着，在步骤S103中，根据燃烧需求，定时开启至少一个所述电控喷油器的电磁阀，完成一次喷油过程。由于高压燃油经高压油管传输到电控喷油器，当需要进行喷油时，电子控制单元开启至少一个所述电控喷油器的电磁阀，完成喷油过程。一个气缸对应一个电控喷油器，在发动机某一气缸的一次工作循环中，通过控制所述电控单体泵内的电磁阀与对应电控喷油器的电磁阀开启或者关闭的时序，亦即在柱塞上行过程中关闭电控单体泵电磁阀而多次开关电控喷油器电磁阀，可以实现该电控喷油器在一次循环中的多次喷油。另外，各气缸的电控喷油器的喷油与否是分别通过电子控制单元来控制的，通过控制所述电控单体泵内的电磁阀与不同电控喷油器的电磁阀开启或者关闭的时序，可以独立地控制每个电控喷油器的喷油压力、喷射时刻和喷油持续期。为了避免高压油管中的压力过高，所述电控单体泵内的电磁阀可以是具有过压保护的电磁阀，当高压油管内的压力大于预定阈值时该电控单体泵内的电磁阀打开，使得高压油管内的燃油回流到油箱，以卸掉高压油管内的压力。本领域技术人员能够理解，尽管本文以柴油发动机为例描述了本发明多阀喷油方法和系统的具体实施细节，实际上，本发明所提供的多阀喷油方法和系统同样可以良好地适用于各种其他液体燃料发动机，包括但不限于汽油机、煤油机、二甲醚发动机等。综上所述，采用一泵多嘴结构形式的新型多阀喷油系统能够满足范围跨度大的喷油量调整要求，而且供油特性可以循环间快速调节，因此该系统可以实现理想供油特性。以进一步提升液体燃料发动机的性能作为需求，提出新型多阀燃油系统方案具有十分重要的意义，它能够满足现代液体燃料发动机性能不断提高和排放控制日益严格的要求，具有重大实用价值。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括” 一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。
权利要求
1.一种多阀喷油系统，其特征在于，包括 电控单体泵，用于输出高压燃油；低压油路，用于向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油； 供油凸轮，用于推动所述电控单体泵的柱塞运动产生高压燃油； 至少两个电控喷油器，用于进行燃油喷射；高压油管，连接所述电控单体泵和所述电控喷油器，用于将所述电控单体泵输出的高压燃油输运至所述电控喷油器；电子控制单元，分别与所述电控单体泵和所述电控喷油器相连接，用于控制所述电控单体泵和所述电控喷油器内的电磁阀的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的多阀喷油系统，其特征在于，当所述电控单体泵内的电磁阀在所述电子控制单元的控制下处于开启状态时，所述低压油路与所述电控单体泵相连通， 并且当所述电控单体泵的柱塞向柱塞腔外运动时，所述低压油路向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油。
3.根据权利要求1所述的多阀喷油系统，其特征在于，所述供油凸轮位于所述电控单体泵的柱塞外侧，当所述供油凸轮推动所述电控单体泵的柱塞向柱塞腔内运动，且所述电子控制单元切断所述低压油路与所述电控单体泵柱塞腔的连通时，柱塞腔及高压油管内的燃油被挤压而产生高压。
4.根据权利要求1所述的多阀喷油系统，其特征在于，当所述电控喷油器内的电磁阀在所述电子控制单元的控制下处于开启状态且高压油管内的燃油处于高压状态时，所述电控喷油器进行燃油喷射。
5.根据权利要求1所述的多阀喷油系统，其特征在于，所述电控喷油器的个数与所述供油凸轮的凸起数之比等于凸轮与曲轴速比的倍数。
6.根据权利要求1所述的多阀喷油系统，其特征在于，所述电子控制单元控制所述电控单体泵内的电磁阀与所述电控喷油器的电磁阀开启或者关闭的时序，以控制所述电控喷油器的工作顺序、喷油压力、喷射时刻和/或喷油持续期。
7.根据权利要求1所述的多阀喷油系统，其特征在于，当所述高压油管内的压力大于预定阈值时，所述电控单体泵内的电磁阀打开，使得所述高压油管内的燃油回流到低压油路。
8.一种多阀喷油系统的喷油方法，其中所述多阀喷油系统包括 电控单体泵，用于输出高压燃油；低压油路，用于向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油； 供油凸轮，用于推动所述电控单体泵的柱塞运动产生高压燃油； 至少两个电控喷油器，用于进行燃油喷射；高压油管，连接所述电控单体泵和所述电控喷油器，用于将所述电控单体泵输出的高压燃油输运至所述电控喷油器；以及电子控制单元，分别与所述电控单体泵和所述电控喷油器相连接，用于控制所述电控单体泵和所述电控喷油器内的电磁阀的开启和关闭； 其特征在于，所述喷油方法包括以下步骤 通过低压油路向电控单体泵的柱塞腔内输入燃油；当所述供油凸轮推动所述电控单体泵的柱塞向柱塞腔内运动时，且关闭电控单体泵内的控制阀时，切断所述低压油路与所述电控单体泵柱塞腔的连通，所述柱塞被所述凸轮推动从而挤压燃油产生高压，并将所述高压燃油经高压油管传输到电控喷油器；根据燃烧需求，定时开启至少一个所述电控喷油器的电磁阀，完成一次喷油过程。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述电控单体泵内的电磁阀在所述电子控制单元的控制下处于开启状态时，所述低压油路与所述电控单体泵相连通，并且当所述电控单体泵的柱塞向柱塞腔外运动时，所述低压油路向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当高压油管中处于高压时，通过所述电子控制单元的控制打开所述电控单体泵内的电磁阀，以便迅速卸掉高压油管中的压力。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述电控喷油器内的电磁阀在所述电子控制单元的控制下处于开启状态且高压油管内的燃油处于高压状态时，所述电控喷油器进行燃油喷射。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电子控制单元控制所述电控单体泵内的电磁阀与所述电控喷油器的电磁阀开启或者关闭的时序，以控制所述电控喷油器的工作顺序、喷油压力、喷射时刻和/或喷油持续期。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述供油凸轮推动所述电控单体泵的柱塞向柱塞腔内运动时，通过对电控单体泵电磁阀和电控喷油器电磁阀的时序控制，实现一个电控喷油器在一个工作循环内的多次燃油喷射。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在一个工作循环内，通过对电控单体泵的电磁阀和不同电控喷油器的电磁阀的时序控制，实现多个电控喷油器依次燃油喷射。
15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述高压油管内的压力大于预定阈值时，所述电控单体泵内的电磁阀打开，使得所述高压油管内的燃油回流到低压油路。
全文摘要
本发明提供了一种多阀喷油系统，包括电控单体泵，用于输出高压燃油；低压油路，用于向所述电控单体泵的柱塞腔内输入燃油；供油凸轮，用于推动所述电控单体泵的柱塞运动产生高压燃油；至少两个电控喷油器，用于进行燃油喷射；高压油管，连接所述电控单体泵和所述电控喷油器，用于将所述电控单体泵输出的高压燃油输运至所述电控喷油器；电子控制单元，分别与所述电控单体泵和所述电控喷油器相连接，用于控制所述电控单体泵和所述电控喷油器内的电磁阀的开启和关闭。根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种多阀喷油方法。本发明能够达到大范围的喷油量和很高的循环响应特性要求。
文档编号F02D41/30GK102425516SQ20111034423
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者刘福水 申请人:北京理工大学