高压共轨电喷柴油机供油启动系统的制作方法

本发明涉及内燃机控制技术领域，特别是涉及一种高压共轨电喷柴油机供油启动系统。

背景技术：

军用移动装备(装甲车、轻型坦克、运输车、小型舰艇)、民用移动抢险装备(消防车、发电机、排水泵、汽车、运输船...)等大量使用柴油机动力，为了提高重要的移动设备的可靠性(应急启动措施：对常见的蓄电池亏电或电启动回路故障提供预案)，业内提倡采用双能源启动系统：常用的电能启动与后备机械能启动。

1000Hp以下的中小型柴油机的机械储能启动，多采用简单、可靠的纯机械弹簧储能方式。机械弹簧储能的能量释放可使柴油机高速转动0.5-2圈，其有效的持续时间约为0.2-0.3s(秒)。由于柴油机是靠压燃点火。机械弹簧释能的时间虽然很短，但速率很高而对压燃非常有利，高压油泵也自动同步喷油(喷油压力也符合要求)。在机械弹簧释能的过程中，正常的情况下，只要压燃一个缸，柴油机就可以顺利启动了。

这些应急的移动设备，在世界各国对公路与非公路的内燃机排放标准没有严格规定之前。采用普通高压供油泵的柴油机可达到Ⅱ级排放标准而满足了应急装备配套的要求。但随着全球排放法规的日益严格，我国也开始实施国Ⅲ、国Ⅳ的排放标准；其车用与非车用柴油机基本上都需要采用高压共轨电喷系统来满足排放法规的要求。

由于高压共轨电喷柴油机的燃油系统需要较长的盘车时间(2.5s以上)，而机械弹簧释能周期很短(有效的持续时间约为0.2-0.3s)，根本不能满足其必须经历共轨轨道充油与建立轨压过程的启动要求。所以在新排放法规的约束下，原设计(包括某些行业已经制定应急产品的规范要求)的应急救援产品不能再采用机械式弹簧储能的方案实施应急启动。移动装备不能安装应急启动装置，其可靠性与实用性将大打折扣。

基于高压共轨轨道建压与控制喷油压力较高的机理，弹簧储能装置的所有改进措施依然不能使高压共轨电喷柴油机成功启动。该技术的缺失，使某些非常重要的军用与救援装备只能继续违规采用国Ⅱ排放的柴油机。当然，如果装备的体积、重量允许的情况下可改用体积大，成本高而且携带不便的压缩空气储能或液压储能的机械启动方式满足应急的特殊要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能实现采用机械式弹簧储能的方案实施应急启动的高压共轨电喷柴油机供油系统，以使柴油机符合国Ⅲ、国Ⅳ甚至更高的排放标准。

为了解决上述问题，本发明提供了一种高压共轨电喷柴油机供油启动系统，包括油泵总成、高压共轨腔、燃油箱及多个喷油器，所述燃油箱的出油端与所述油泵总成的第一进油口连通，所述油泵总成的第一出油口与所述高压共轨腔的第二进油口连通，所述高压共轨腔上设有多个第一供油口，多个所述喷油器的第三进油口依次与所述第一供油口连通，所述高压共轨腔上还设有第一回油口，所述第一回油口与所述燃油箱的回油端连通，所述喷油器上还设有第二回油口，所述第二回油口与所述燃油箱的回油端连通；还包括预充油/加压装置，所述预充油/加压装置设有第二供油口，所述第二供油口与所述高压共轨腔连通以给所述高压共轨腔预充油，以增加所述高压共轨腔的压力。

作为优选方案，所述预充油/加压装置包括一泵油装置，所述泵油装置设有第四进油口，所述第四进油口所述燃油箱的出油端连通，所述第二供油口设于所述泵油装置上。

作为优选方案，所述泵油装置包括柱塞泵和泵油腔，所述柱塞泵的一端连接于所述泵油腔的侧壁上，并与所述泵油腔连通，所述第四进油口设于所述泵油腔的底部，所述第二供油口设于所述泵油腔的顶部；所第四进油口的内侧设有防止油液从第四进油口流出泵油腔的第一止回阀，所述泵油腔的出油回路上设有防止油液从第二供油口流入泵油腔的第二止回阀。

作为优选方案，所述第二止回阀设于所述泵油腔内，且位于所述第二供油口的内侧，或者，所述第二止回阀设于所述高压共轨腔的侧壁上，且与所述高压共轨腔连通。

作为优选方案，所述泵油装置上还设有压力表，所述压力表连接在所述第二供油口上。

作为优选方案，所述柱塞泵包括缸体和活塞杆，所述缸体的一端连接于所述泵油腔的侧壁上，并与所述泵油腔连通；所述柱塞泵上还设有驱动机构，所述驱动机构与所述活塞杆连接，以驱动所述活塞杆在所述缸体内往复移动。

作为优选方案，所述驱动机构包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端铰接在基座上，所述第一连杆的另一端为自由端，所述第二连杆的一端连接在所述活塞杆上，所述第二连杆的另一端铰接于所述第一连杆的中部。

作为优选方案，所述高压共轨腔上还设有用于检测高压共轨腔内压力的轨压传感器。

作为优选方案，所述高压共轨腔上还设有限压阀，所述限压阀连接在所述第一回油口上。

本发明的高压共轨电喷柴油机供油启动系统，设置了预充油/加压装置，该预充油/加压装置设有第二供油口，第二供油口与高压共轨腔连通；在弹簧储能装置释放能量之前，通过预充油/加压装置可以给高压共轨电喷柴油机供油启动系统的高压共轨腔预充油，以增加高压共轨腔的压力，由于燃油几乎不能被压缩，所以给高压共轨腔充油就是排气，排气后就等于高压共轨腔充满燃油，然后稍加压就能迅速完成整个充油/加压过程；当轨道压力达到要求时，可立即启动弹簧储能装置释放能量，此时，发动机就能顺利启动；从而实现采用机械式弹簧储能的方案实施应急启动的高压共轨电喷柴油机供油系统，以使柴油机符合国Ⅲ、国Ⅳ甚至更高的排放标准。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的高压共轨电喷柴油机供油启动系统结构的示意图；

图2是本发明另一优选实施例的高压共轨电喷柴油机供油启动系统结构的示意图；

图3是高压共轨电喷柴油机供油启动系统的电动启动转速特性曲线图；

图4是高压共轨电喷柴油机供油启动系统的电启动高压共轨轨道压力特性曲线图；

图5是高压共轨电喷柴油机供油启动系统的电启动的柴油机升速特性曲线图；

图6是高压共轨电喷柴油机供油启动系统在未设置预充油/加压装置时的机械式弹簧启动转速特性曲线图；

图7是高压共轨电喷柴油机供油启动系统在未设置预充油/加压装置时的机械式弹簧启动高压共轨轨道压力特性曲线图；

图8是高压共轨电喷柴油机供油启动系统在未设置预充油/加压装置时的机械式弹簧启动的柴油机升速特性曲线图；

图9是高压共轨电喷柴油机供油启动系统设置预充油/加压装置后的机械式弹簧启动转速特性曲线图；

图10是高压共轨电喷柴油机供油启动系统设置预充油/加压装置后的机械式弹簧启动高压共轨轨道压力特性曲线图；

图11是高压共轨电喷柴油机供油启动系统设置预充油/加压装置后的机械式弹簧启动的柴油机升速特性曲线图。

其中，1、油泵总成；11、第一进油口；12、第一出油口；2、高压共轨腔；21、第二进油口；22、第一供油口；23、第一回油口；3、燃油箱；31、出油端；32、回油端；4、喷射器；41、第三进油口；42、第二回油口；5、预充油/加压装置；51、泵油腔；511、第四进油口；512、第二供油口；52、柱塞泵；53、第一止回阀；54、第二止回阀；55、第一连杆；56、第二连杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，示意性地显示了本发明一实施例的高压共轨电喷柴油机供油启动系统，其包括油泵总成1、高压共轨腔2、燃油箱3及多个喷油器4，燃油箱3的出油端31与油泵总成1的第一进油口11连通，油泵总成1的第一出油口12与高压共轨腔2的第二进油口21连通，高压共轨腔2上设有多个第一供油口22，多个喷油器4的第三进油口41依次与第一供油口22连通，高压共轨腔2上还设有第一回油口23，该第一回油口23与燃油箱3的回油端32连通，喷油器4上还设有第二回油口42，该第二回油口42与燃油箱3的回油端32连通；此外，高压共轨电喷柴油机供油启动系统还包括预充油/加压装置5，预充油/加压装置5设有第二供油口512，第二供油口512与高压共轨腔2连通以给高压共轨腔2预充油，以增加高压共轨腔2的压力。

由于预充油/加压装置5设有第二供油口512，该第二供油口512与高压共轨腔2连通；在弹簧储能装置(未图示)释放能量之前，可通过预充油/加压装置5给高压共轨电喷柴油机供油启动系统的高压共轨腔2预充油，以增加高压共轨腔2的压力，由于燃油几乎不能被压缩，所以给高压共轨腔2充油就等于给高压共轨腔2排气，排气后就等于高压共轨腔2充满燃油，然后，再稍加压就能迅速完成整个充油/加压过程；当高压共轨腔内压力达到要求时，可立即启动弹簧储能装置释放能量，此时，发动机就能顺利启动；从而可以使高压共轨电喷柴油机供油系统实现采用机械式弹簧储能的方式实施应急启动，以使柴油机符合国Ⅲ、国Ⅳ甚至更高的排放标准。

如图1所示，预充油/加压装置5包括一泵油装置(未标号)，泵油装置设有第四进油口511，该第四进油口511与燃油箱3的出油端31连通，第二供油口512设于泵油装置上；从而可以利用燃油箱3的燃油来给高压共轨腔2充油，无需额外接入其它储油附件，以简化系统的结构。

泵油装置包括柱塞泵52和泵油腔51，柱塞泵52的一端连接于泵油腔51的侧壁上，并与泵油腔51连通，第四进油口511设于泵油腔51的底部，第二供油口512设于泵油腔51的顶部；第四进油口511的内侧设有防止油液从第四进油口511流出泵油腔51的第一止回阀53，泵油腔51的出油回路上设有防止油液从第二供油口512流入泵油腔51的第二止回阀54；当柱塞泵52的活塞杆往复运动时，可以将燃油箱3内的油液通过泵油腔51泵入到高压共轨腔2内，以实现给给高压共轨腔2充油加压。

如图1所示，第二止回阀54可设于泵油腔51内，且位于第二供油口512的内侧，以防止高压共轨腔2内的油液从第二供油口512流回泵油腔51内。

当然，如图2所示，第二止回阀54还可设于高压共轨腔2的侧壁上，且与高压共轨腔2连通；这样设置的好处是当预充油/加压装置5预充油/加压过程结束后，受到第二止回阀54的作用，预充油/加压装置5不承受来自高压共轨腔2内的压力，同时还可以保持原高压共轨腔2的内腔容积不发生改变，从而不会影响电控单元的测量与控制。

泵油装置上还设有压力表9，该压力表9连接在第二供油口512上；压力表9可以直观地反映出预充油/加压装置5的压力值。

如图1及图2所示，柱塞泵52包括缸体(未标号)和活塞杆(未标号)，缸体的一端连接于泵油腔51的侧壁上，并与泵油腔51连通；柱塞泵52上还设有驱动机构(未标号)，驱动机构与活塞杆连接，以驱动活塞杆在缸体内往复移动；以使泵油腔51实现将燃油箱3内的燃油泵入到高压共轨腔2的目的；驱动机构包括第一连杆55和第二连杆56，第一连杆55的一端铰接在基座上，第一连杆55的另一端为自由端，该自由端上设有手柄，第二连杆56的一端连接在活塞杆上，第二连杆56的另一端铰接于第一连杆55的中部，可以通过拨动第一连杆55的自由端，使第二连杆56带动活塞杆在缸体内往复移动。

此外，高压共轨腔2上还设有用于检测高压共轨腔2内压力的轨压传感器7；并可在高压共轨腔2上设至限压阀8，限压阀8连接在第一回油口23上，以用于将高压共轨腔2内的压力限制在某一个压力值范围内。

由于高压共轨电喷柴油机供油启动系统，在柴油机启动时，燃油泵首先要对高压共轨腔2，而燃油泵一般经过2-3秒的时间才能完成充油并达到足够的电控喷油压力(喷油压力通常设定为40MPa)；

在图3和图5中，其中纵坐标S表示转速，其单位为rpm(Revolutions Per minute,转/分钟)，横坐标T表示时间，其单位为s(秒)；在图4中，其中纵坐标P表示压强，其单位为MPa(兆帕)。

如图3所示，在正常的电启动操作中，电机在大约1.2s时，转速达到250rpm，即已满足柴油机的启动转速要求，如图4所示，大约需要经过2.4s，高压共轨腔的压力才能达到40MPa的电控喷油压力，因此，在1.2s-2.4s的时间内，电机需要继续输出扭矩来带动柴油机运转，结合图3至图5所示，大约经过2.4s的盘车时间，电机带动柴油机的转速和电控喷油压力同时满足启动要求，柴油机启动成功。

在图6和图8中，其中纵坐标S表示转速，其单位为rpm(Revolutions Per minute,转/分钟)，横坐标T表示时间，其单位为s(秒)；在图7中，其中纵坐标P表示压强，其单位为MPa(兆帕)。

如图6所示，高压共轨电喷柴油机供油启动系统在未设置预充油/加压装置时，机械式弹簧启动过程中，弹簧势能使发动机升速很快，大约在0.26s即可到达柴油机的转速达到250rpm，以满足柴油机的启动转速要求，但是，机械蓄能式弹簧启动的释能时间过短，大约只能维持0.24s，如图7所示，在高压共轨腔的压力并没有达到足够的电控喷油压力时，弹簧储存的能量即释放完毕，使电控喷油压力不能满足启动要求，如图8所示，虽然盘车速度达标，但因高压共轨的轨压未能建立而发动机电喷系统不喷油，导致柴油机启动失败。

在图9和图11中，其中纵坐标S表示转速，其单位为rpm(Revolutions Per minute,转/分钟)，横坐标T表示时间，其单位为s(秒)；在图10中，其中纵坐标P表示压强，其单位为MPa(兆帕)。

如图9所示，在弹簧释能的0.26s-0.5s范围内，其盘车速度均符合250rpm的转速要求，高压共轨电喷柴油机供油启动系统在设置预充油/加压装置5后，如图10所示，由于预充油/加压装置5可以事先给高压共轨电喷柴油机供油启动系统的高压共轨腔2预充油，以增加高压共轨腔2的压力，使其达到足够的电控喷油压力后，弹簧释放的能量在0.26s即可达到柴油机的启动转速要求，如图11所示，当柴油机的高压共轨轨道被预充油加压，其压力≥40MPa，而发动机的盘车转速同时≥250rpm，电控喷油压力也已经满足启动要求，柴油机启动成功。

综上所述，本发明的高压共轨电喷柴油机供油启动系统，设置了预充油/加压装置，由于预充油/加压装置5设有第二供油口512，该第二供油口512与高压共轨腔2连通；在弹簧储能装置(未图示)释放能量之前，可通过预充油/加压装置5给高压共轨电喷柴油机供油启动系统的高压共轨腔2预充油，以增加高压共轨腔2的压力，由于燃油几乎不能被压缩，所以给高压共轨腔2充油就等于给高压共轨腔2排气，排气后就等于高压共轨腔2充满燃油，然后，再稍加压就能迅速完成整个充油/加压过程；当高压共轨腔内压力达到要求时，可立即启动弹簧储能装置释放能量，此时，发动机就能顺利启动；从而可以使高压共轨电喷柴油机供油系统实现采用机械式弹簧储能的方式实施应急启动，以使柴油机符合国Ⅲ、国Ⅳ甚至更高的排放标准。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。