专利名称：电控直列组合泵－管－嘴燃油喷射装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种柴油机燃油喷射装置，尤其是电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置。
背景技术：
现有技术中的柴油机泵-管-嘴型燃油喷射装置主要包括直列泵(或分配泵)、高压油管和喷油器三大部分。包括德国Bosch(博士)公司采用在柴油喷射系统中的P型直列泵装置，其对油量的控制，几乎都是靠柱塞上制有的回油螺旋斜槽和通过其上安装的调速器拉动拉杆或齿条旋转柱塞螺旋斜槽与回油孔的相对位置来实现的。而在柱塞上开回油槽会使泵油部分刚度降低，易产生泄漏，导致供油压力不足，系统可靠性不高，使系统控制响应慢。对喷油开始时刻的控制还需要通过提前器惯性机构改变柴油机曲轴与油泵凸轮轴之间的相对位置，事实上，这种由机械惯性控制方式来匹配发动机工况的柴油机泵-管-嘴型燃油喷射装置，受机械惯性式控制本身的限制，只能兼顾几个主要工况点，不能兼顾发动机全工况的最优控制，系统结构及控制方式限制了喷油压力和对喷油规律的优化。。而且它的高压出油和卸压过程还要由油泵出口的出油阀来调节。由此形成的燃油喷射系统装置的整体结构比较复杂，而且体积大。
而目前在柴油机中采用的电控直列泵燃油装置和电控分配泵装置，也没有改变传统喷油装置的工作原理和结构，只是用电子控制装置取代调速器和提前器，对直列泵的油量调节齿杆和VE泵的溢流环套以及油泵驱动轴和凸轮轴的相互位置能进行低频连续调节，实现对油量和定时的部分优化。但是由于系统工作原理、结构及喷油特性未改变，因此不能灵活的对喷油率和喷油压力进行调控。从控制的角度看仍属于位置式控制。
另外传统系统中用于驱动的凸轮形线陡急，柱塞运动速率突变对发动机有较大的刚性冲击；柱塞高供油速率时间短，保压不够，进入汽缸的燃油雾化理想，导致燃烧品质差，油耗高，排放水平较低。
传统系统中由于油泵结构复杂，泵油部分刚度低，泄漏大，导致供油压力不高，系统可靠性较差；系统控制响应慢，精度低，不能兼顾发动机全工况的最优控制，也做不到各缸的分缸独立控制。
实用新型内容为了克服现有技术机械结构复杂，体积大，不能全兼容发动机工况的运动规律和时间响应慢，匹配范围面小的不足之处，本实用新型提供一种体积小，可靠性高，安装方便，能够对油量与定时灵活控制，几乎不对发动机进行改动的电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置。
为了达到本实用新型的上述目的，本实用新型提供的一种可外挂于发动机本体上的电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置，主要包括电控单元ECU、电磁阀组件执行部件，电控直列组合泵总成、高压油管和喷油器、以及可检测发动机工作状态的各类传感器和低压燃油装置，其特征在于所述的电磁阀组件执行部件为圆形结构，其铁芯是一个整体型圆环状，中部制有环形槽，内嵌电磁线圈，用绝缘非金属封装成一体，并装入电控组合泵中，通过通电后产生的电磁力控制阀杆组件运动，实现对供油关断作用；电控组合泵直列安装在装有凸轮的箱体上，形成整体总成。
本实用新型所述的的凸轮是由凸轮推程段ac、回程段cb围成的凸轮轮廓形线投影呈与桃形大致相同的形状，所述的凸轮轮线的最高点a至回程段b之间设有一段向内凹的形线。
本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果。
本实用新型整体构成的圆环状铁芯为机械加工的一次成型提供了加工的方便性和快捷性。而且体积超小，结构十分紧凑，密封形式方便，响应时间快(0.3Ms)，动态驱动力大于200N，瞬态驱动电流20A以下。解决了柴油电喷系统的高速响应和小型化的问题。十分适合于低成本，大批量生产。
本实用新型的电控组合泵，其下部通过凸轮轴驱动挺杆组件运动的柱塞顶部无斜槽结构和泵体高压油路采用整体结构的设计，取代了由调整器和提前器拉动齿条带动柱塞转动改变柱塞螺旋槽与回油孔相对位置的复杂机械结构和喷射装置中的出油阀。不仅提高了泵油部分刚性强度，而且避免了泄漏，提高了系统可靠性。柱塞偶件仅承担供油和加压功能。在泵体无回油螺旋斜槽柱塞上部集成的圆形电磁阀组件，在工作时能保证旁通阀的紧密吸合，使高压油管中的燃油压力迅速提升，控制响应更快，接近理想的楔型供油规律。在不工作时通过回位弹簧使旁路低压油路迅速开启，高压油路与低压油路导通短捷，卸压快速。而且不需要调速器和提前器复杂机械结构的协调运动，使机械结构大为减少，简化了油泵结构和中间环节。进一步减小了现有技术组合泵总成和喷射系统的体积。泵体总成与发动机的安装接口与传统的起直列泵完全一样，可以在完全不改动发动机结构的前提下，非常方便地实现对发动机喷油系统的改造安装。从根本上解决了传统直列泵系统总成结构复杂，体积大，可靠性差，喷射压力低，单体泵不能直接插入现有技术泵体形成独立总成和单体泵总成体积大，不能改造现有柴油机喷射系统的技术问题。同时也有效地解决了传统电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置只能兼顾几个主要工况点，不能全方位兼顾和实现喷油压力对喷油规律的优化的问题。实现了对发动机全工况的最优控制和选择最佳的喷油量和喷油定时。本实用新型采用全新设计的电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置，与传统直列泵相比结构强度显著增大，使得喷射压力可以有较大的提高。在电控组合泵装置上部集成了高速电磁阀组件，在工作时能保证关闭密封口，使高压油管中的燃油压力迅速提升并驱动喷油器喷油；在不工作时通过回位弹簧使阀迅速开启，高低压油路快速导通卸压结束喷油。在该过程中电磁阀关闭时刻决定了喷油定时，工作时间长短决定了喷油量，从而实现对燃油喷射过程的直接数字控制，形成了一种新的喷射装置构型。这种的喷射装置不需要调速器，不仅有效克服了传统直列泵装置结构复杂，可靠性差，喷射压力低等缺陷，使油泵结构大大简化，强度增大，喷射压力显著提高，而且通过高速电磁阀实现了对燃油喷射过程直接、快速的数字控制，能实现对全工况范围的优化匹配；新装置的工作原理决定了其喷油规律为楔型，接近理想喷油规律；可以完全替代目前在发动机上大量使用的P型，，能大幅度提高发动机整体性能，减少排放。并且对现有发动机的改造小，有利于装置移植。
本实用新型是在原传统直列泵-管-嘴装置基础上进行的进一步改进，它是一套对发动机改动非常小并能完全替代(包括安装位置)传统直列泵的柴油机电控燃油喷射装置。
以下结合附图详细描述本实用新型的具体结构、工作原理及最佳实施例。
图1为实用新型的总体结构示意图。
图2为本实用新型的电控直列组合泵构造示意图。
图3为本实用新型的凸轮形线示意图。
图4为本实用新型的电磁阀铁芯剖面结构示意图。
具体实施例附图描述了主要包括泵体、高速电磁阀组件、柱塞、挺杆组件、凸轮轴、箱体，装置主要包括电控单元ECU、电控直列组合泵总成、高压油管、喷油器、传感器及低压燃油组成的本实用新型装置。在泵体上部高压油路中集成有高速电磁阀组件，电磁阀的线圈与电控单元ECU相连，由电控单元ECU通过高速电磁阀组件控制高压油路与低压燃油装置的通断，实现对燃油喷射过程和油量的精确直接数字控制。其中电控单元ECU29由基于32位单片机的控制硬件与发动机管理软件部件二部分构成。所述的控制装置硬件由电源模块、信号调理模块、微处理器模块、驱动模块等组成。所述的发动机管理软件部件由喷射模块、管理模块、在线标定模块、故障诊断及处理模块等组成。发动机飞轮壳体上安装有曲轴位置传感器，组合泵总成箱体上安装有凸轮轴位置传感器，加速踏板上安装有油门位置传感器，发动机壳体上还安装有用于检测发动机状态的各种温度、压力传感器及信号开关。
所述的控制硬件与发动机管理软件部件能够实现高精度的数学运算和高实时性的任务调度，能对发动机进行全工况优化匹配及管理，通过油门位置传感器20、燃油温度传感器21、水温传感器22、蜗轮增压传感器23、机油温度传感器24、采集的发动机运行参数进行分析计算，能对目标喷油量和喷油定时进行精确控制，能根据环境状态及某些运行参数的变化，如大气压力、大气温度、冷却水温、机油温度等的变化对目标油量及定时进行补偿控制；此外还能实现诸如启动，包括冷启动控制、怠速稳定性控制、分缸平衡控制、巡航控制、瞬态加速烟度控制、喷油规律与喷油压力控制、自控安全保护与自适应调控，以及在线匹配标定，故障诊断等功能。
电控直列组合泵总成主要包括泵体1、高速电磁阀组件14、柱塞偶件12、挺杆组件3、凸轮轴5、箱体2等，泵体直列安装在箱体上，其中加工有供油道和回油道，泵体上部加工有供电磁阀偶件运动的阀杆腔15，下部有供柱塞偶件运动的柱塞腔13；凸轮轴5安装于泵体1的下部，通过挺杆组件3驱动柱塞偶件12运动，凸轮形线与电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置控制要求一一对应，凸轮轴的一端装有信号盘4以通过与之对应的凸轮轴传感器25感知凸轮相位；挺杆组件3采用传统P型泵的结构形式；柱塞偶件12的具体结构参见实用新型专利“一种高压柱塞偶件”(专利号02276776.2)。由于柱塞顶部无斜槽，泵体高压油路也采用了整体加强式结构设计，从而提高了刚度和承压能力，因此能产生比传统P型直列泵高的供油压力；燃油喷射过程的控制通过高速电磁阀组件4完成，其电磁线圈与电控单元ECU29的输出端相连，由电控单元ECU通过高速电磁阀控制高压油路与低压燃油装置的通断，实现对油量的精确控制。燃油喷射过程的控制由安装在泵体上部高压油路中的高速电磁阀组件完成，电磁阀组件的电磁线圈与电控单元ECU的输出端相连，由电控单元ECU通过高速电磁阀控制高压油路与低压燃油装置的通断，实现对油量的精确控制；高压油管18能承担高供油压力(最大泵端压力可达130Mpa)，具备较高的弹性模量并尽量减小长度，以减少延程损失。
喷油器19采用一般机械式喷油器，或采用无回油管喷油器。由于本装置喷射压力较高，在实际发动机上匹配时可采用多孔小孔径喷油器，以利于进一步提高燃油雾化质量。使用无回油管喷油器可提高针阀的动态关闭压力，实现针阀的快速关闭。
低压燃油装置由油箱8、过滤网7、单向阀11、低压输油泵6、滤清器17、低压供油路16、低压回油路10等组成。燃油经低压输油泵6和滤清器17输送至供油路16，回油经回油路10流入低压输油泵6前端。
图2描述了本实用新型的电控直列组合泵结构，在柱塞油腔上方制有圆锥密封面，还制有与阀杆头部凹面段环形油路相通的高压油路；所述阀杆的端头制有开关高压油路的圆锥密封面，它与泵体上的圆锥密封面配合形成密封面；所述阀杆移动产生的间隙使高压油路与低压供油系统相通；该阀杆受控于ECU电子控制单元工作，并与圆形电磁铁、弹簧和圆环形衔铁组成的电磁阀组件相连。具体结构的描述在另一专利有详细叙述。
图3描述了本实用新型的凸轮形线，凸轮是由凸轮推程段ac、回程段cb围成的凸轮轮廓形线投影呈与桃形大致相同的形状，所述的凸轮轮线的最高点a至回程段b之间设有一段向内凹的形线。具体结构的描述在另一专利有详细叙述。
图4描述了本实用新型的电磁阀铁芯，该铁芯是一个整体型圆环状铁芯，在它的环形槽中部还制有与铁芯连成一体的中心极柱，所述的电磁线圈嵌入于所述环形槽与中心极柱之间。具体结构的描述在另一专利有详细叙述。
本实用新型电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置工作过程如下吸油过程凸轮轴5转动通过挺杆组件3带动柱塞12向下运动时，低压输油泵6提供的燃油经滤清器17，凸轮箱2上的供油路16，泵体上的供油道，进入柱塞偶件12的柱塞腔13中，完成充油过程。
旁通过程凸轮轴5带动柱塞12上行时，柱塞腔中燃油受压，压力迅速上升，高速电磁阀组件14不工作，受压燃油通过密封口、进回油道向低压装置高速卸流旁通。
燃油喷射过程柱塞12继续上行，电控单元ECU29根据当前发动机状态及驾驶需求，通过凸轮轴位置传感器25和发动机飞轮端的曲轴位置传感器26确定精确的喷油时刻，发出控制脉冲驱动高速电磁阀组件14，迅速关闭阀口切断高、低压油路联通。燃油在柱塞12作用下压力快速升高，当压力高于喷油器19针阀开启压力时，则针阀打开燃油喷入汽缸。由于柱塞偶件承压能力大，使最高供油压力能达到近130Mpa。
卸压过程在到达目标喷射油量后，电控单元29快速切断电磁阀驱动电流，根据当前柱塞，瞬时速度和已知的油泵特性对喷油量进行精确计量，在回位弹簧作用下，高、低压油路与快速接通，高压燃油向低压燃油装置高速泄流，高压油管中压力迅速下降，喷射被快速终止。由于这种泄流过程比传统机械喷油泵装置要快得多，且卸压后高压油管的残余压力总是等于低压装置的供油压力，因此能够保证喷射过程的高速切断且不会产生由残余压力动态过程引起的异常喷射。
权利要求1.一种可外挂于发动机本体上的电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置，主要包括电控单元ECU、电磁阀组件执行部件，电控直列组合泵总成、高压油管和喷油器、以及可检测发动机工作状态的各类传感器和低压燃油装置，其特征在于所述的电磁阀组件执行部件为圆形结构，其铁芯是一个整体型圆环状，中部制有环形槽，内嵌电磁线圈，用绝缘非金属封装成一体，并装入电控组合泵中，通过通电后产生的电磁力控制阀杆组件运动，实现对供油关断作用；电控组合泵直列安装在装有凸轮的箱体上，形成整体总成。
2.根据权利要求1所述电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置，其特征在于所述的电控组合泵在柱塞油腔上方制有圆锥密封面，还制有与阀杆头部凹面段环形油路相通的高压油路；所述阀杆的端头制有开关高压油路的圆锥密封面，它与泵体上的圆锥密封面配合形成密封面；所述阀杆移动产生的间隙使高压油路与低压供油系统相通；该阀杆受控于ECU电子控制单元工作，并与圆形电磁铁、弹簧和圆环形衔铁组成的电磁阀组件相连。
3.根据权利要求1所述电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置，其特征在于所述的凸轮是由凸轮推程段ac、回程段cb围成的凸轮轮廓形线投影呈与桃形大致相同的形状，所述的凸轮轮线的最高点a至回程段b之间设有一段向内凹的形线。
4.根据权利要求1所述电控直列组合泵-管-嘴型柴油喷射装置，其特征在于所述的电控直列组合泵总成包括直列排放并由凸轮轴驱动的电控组合泵体和安装泵体的泵室，所述的电控组合泵带有控制高压油路与低压油路通断的圆形电磁阀组件，还包括与电磁阀组件连接在一起的阀杆组件和制有连通高低压油路通道的泵体，所述的电控组合泵是直列排放安装于泵室内，形成电控组合泵整体总成装置，并由其连接螺钉紧固。
专利摘要本实用新型公开了一种可外挂于发动机本体上的电控直列组合泵－管－嘴型柴油喷射装置。主要包括电控单元ECU、电磁阀组件执行部件，电控直列组合泵总成、高压油管和喷油器以及可检测发动机工作状态的各类传感器和低压燃油装置。所述的电磁阀组件执行部件为圆形结构，其铁芯是一个整体型圆环状，中部制有环形槽，内嵌电磁线圈，用绝缘非金属封装成一体，并装入电控组合泵中，通过通电后产生的电磁力控制阀杆组件运动，实现对供油关断作用；电控组合泵直列安装在装有凸轮的箱体上，形成整体总成。本实用新型不需要调速器和提前器复杂机械结构的协调运动，机械结构少，中间环节简捷。整个喷射系统装置体积小。解决了传统直列泵系统总成结构复杂，体积大，可靠性差，喷射压力低的问题。
文档编号F02M51/00GK2760270SQ20042010547
公开日2006年2月22日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者朱元宪, 唐仁宏, 裘洌, 徐平涛 申请人:成都威特电喷有限责任公司