低速柴油机电控高压油泵的制作方法

本公开涉及发动机燃油系统技术领域，尤其涉及一种低速柴油机电控高压油泵。

背景技术：

大型低速二冲程柴油机是船舶上应用最广泛的发动机类型，燃油系统与发动机的燃烧质量、经济性和排放性直接相关，而高压油泵是燃油系统的核心部件。

低速二冲程柴油机的高压油泵具有体积大、柱塞速度低、工作介质为劣质燃油等特点，这些特点也导致传统的高压油泵存在一些问题：1.传统高压油泵采用凸轮驱动，供油压力随转速变化，尤其低转速下，高压油泵排油压力低，燃油雾化差；高压油泵驱动下的喷油定时不能精确控制；2.高压油泵体积重量大，运动部件惯性大，响应速度慢；3.随着排放法规的日益严格，传统高压油泵的喷射控制以及喷油压力不能满足要求；4.曼恩公司生产的me型柴油机其高压油泵实现了电子控制，但在多次喷射策略因为液力传输的迟滞无法实现精确的控制。

有鉴于此，本公开提供一种低速柴油机电控高压油泵，来解决上述的问题。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种低速柴油机电控高压油泵，以缓解现有技术中高压油泵的喷射控制不够精确导致喷油压力不足、响应速度慢等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种低速柴油机电控高压油泵，包括：燃油增压单元，包括套筒以及配合设置于其内的柱塞，用于进行活塞运动实现燃油的吸入和增压排放；液压驱动单元，与所述燃油增压单元螺接，用于驱动所述柱塞运动；以及气缸电子控制单元，用于接收和发出电信号，对液压驱动单元驱动柱塞的过程以及燃油增压单元吸入和排放燃油的过程进行控制；所述燃油增压单元上设置有燃油进口、进油通道、排油通道以及燃油出口。

在本公开实施例中，所述燃油增压单元，还包括：吸油阀，其为一种单向阀，使从燃油进口流入进油通道的燃油克服吸油阀内的弹簧压力后由进油孔进入套筒内部；等压卸载式出油阀，设置于与出油孔相连的排油通道与燃油出口之间，用于燃油的蓄压、止回和卸载；卸压电磁阀，设置于排油通道和等压卸载式出油阀之间，其阀座连接卸压腔的一端，能够通过阀座移动控制卸压腔的开闭；以及回油通道，设置于卸压腔的另一端，其上设置一单向回油阀后连接至进油通道。

在本公开实施例中，所述等压卸载式出油阀，包括：蓄压弹簧，卸载阀，以及卸载弹簧；当柱塞上部的燃油压力达到蓄压弹簧预紧力时出油阀开启，排出燃油至高压油管；当高压油管中的油压高于卸载弹簧的开启压力，则卸载阀开启，燃油倒流入排油通道及卸压腔内。

在本公开实施例中，卸压电磁阀还包括：电磁线圈，衔铁，阀芯，弹簧以及接线端；卸压电磁阀的阀座控制卸压腔的开闭，其在弹簧弹力作用下处于常闭状态。

在本公开实施例中，所述液压驱动单元，包括：液压缸，液压活塞，活塞杆，电液换向阀，以及柱塞位移传感器；所述液压缸与液压活塞形成密闭的液压油空间，液压缸上部设置的上液压油进口连接上液压油通道；液压缸下部设置的下液压油进口连接下液压油通道。

在本公开实施例中，所述电液换向阀为三位四通的先导型比例换向阀，包括导阀和主阀；所述导阀接收气缸电子控制单元发出的电信号后输出液压油驱动主阀芯移动。

在本公开实施例中，所述主阀包括主阀芯和阀体，其连接口p接通液压源，连接口a连接液压缸上液压油通道，连接口b连接液压缸下液压油通道，连接口t连接液压油柜。

在本公开实施例中，所述柱塞位移传感器，包括：探测杆，游标磁环，波导丝，阻尼器以及传感器头；所述波导丝安装在所述探测杆内，阻尼器位于波导丝尾部；所述传感器头包括：电子腔以及位于其内的检测装置。

在本公开实施例中，所述柱塞位移传感器还包括：活塞孔道，加工于活塞杆和液压活塞中心内部；游标磁环安装槽，加工于液压活塞的下端。

在本公开实施例中，柱塞上移初期，燃油喷射后，气缸电子控制单元发送电脉冲信号给卸压电磁阀打开卸压腔，出油阀落座，高压油管中的燃油由卸载阀流回排油通道和卸压腔内，喷油暂停，完成一次预喷；气缸电子控制单元电脉冲信号结束后，卸压电磁阀断电，阀芯落座关闭卸压腔，出油阀开启，燃油喷射重新开始，进行主喷；柱塞上行的末期，气缸电子控制单元再次发送电脉冲信号给卸压电磁阀是主喷结束；气缸电子控制单元电脉冲信号再次结束后，卸压电磁阀再次断电，后喷开始，直到柱塞上行过程结束。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开低速柴油机电控高压油泵至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现了高压油泵的电子控制，柴油机喷油量、喷油压力和喷油定时可以通过电子控制单元独立控制，实时调整到最佳值，不受柴油机转速的限制；

(2)可以实现柴油的多次喷射，即预喷、主喷和后喷，预喷射会改善主喷的燃烧状态和放热率，降低nox的排放和发动机噪声；主喷的喷油量大且放热率高，是主要的动力输出阶段；后喷有助于促进油气混合，减少碳烟排放，并且能够产生促进nox分解的碳氢化合物。因此柴油机的燃烧质量和排放性大大改善；

(3)液压驱动单元驱动柱塞，喷油压力大大提高，燃油雾化性好。

附图说明

图1是本公开实施例低速柴油机电控高压油泵的整体结构示意图。

图2是本公开实施例中燃油增压单元的部分结构示意图。

图3是本公开实施例中等压卸载式出油阀的结构示意图。

图4是本公开实施例中卸压电磁阀的结构示意图。

图5是本公开实施例中柱塞位移传感器的结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-燃油增压单元；2-液压驱动单元；3-柱塞位移传感器；4-泵体；5-燃油进口；6-进油通道；7-排油通道；8-燃油出口；9-回油通道；10-液压通道；11-卸压腔；12-连接螺栓；13-固定螺栓孔；14-柱塞；15-套筒；16-进油孔；17-出油孔；18-吸油阀；19-等压卸载式出油阀；20-出油阀；21-蓄压弹簧；22-卸载阀；23-卸载弹簧；24-卸压电磁阀；25-回油阀；26-电磁线圈；27-衔铁；28-阀芯；29-弹簧；30-接线端；31-液压缸；32-液压活塞；33-电液换向阀；34-导阀；35-主阀；36-主阀芯；37-阀体；38-探测杆；39-游标磁环；40-波导丝；41-阻尼器；42-传感器头；43-电子腔；44-检测装置；45-活塞杆；46-活塞孔道；47-游标磁环安装槽；48-隔磁垫片；49-保护垫片；50-专用螺钉；51-螺纹接头；a、b、p、t-连接口。

具体实施方式

本公开提供了一种低速柴油机电控高压油泵，实现了高压油泵的电子控制和柴油的多次喷射，即预喷、主喷和后喷，液压驱动单元驱动柱塞，使柴油机的高压油泵的喷射控制更精确，燃油燃烧质量和排放性大大改善。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种低速柴油机电控高压油泵，结合图1至图5所示，所述低速柴油机电控高压油泵，包括：

燃油增压单元1，包括套筒15以及配合设置于其内的柱塞14，用于进行活塞运动实现燃油的吸入和增压排放；

所述燃油增压单元1上设置有燃油进口5、进油通道6、排油通道7以及燃油出口；

液压驱动单元2，与所述燃油增压单元1螺接，用于驱动所述柱塞14运动；以及

气缸电子控制单元(图未示)，用于接收和发出电信号，对液压驱动单元2驱动柱塞14过程以及燃油增压单元1吸入和增压排放燃油的过程进行控制。

所述柱塞14和套筒15为精密偶件，柱塞14在套筒15内上、下移动，起压缩和吸进燃油的作用；

所述套筒15上部开设有进油孔16和出油孔17；

所述燃油增压单元1和液压驱动单元2通过连接螺栓12连接；固定螺栓孔13用于固定泵体4。

所述燃油增压单元1，还包括：

吸油阀18，其为一种单向阀，使从燃油进口5流入进油通道6的燃油克服吸油阀18内的弹簧压力后由进油孔16进入套筒15内部；

等压卸载式出油阀19，设置于与出油孔17相连的排油通道7与燃油出口8之间，用于燃油的蓄压、止回和卸载；

卸压电磁阀24，设置于排油通道7和等压卸载式出油阀19之间，其阀座连接卸压腔11的一端，能够通过阀座移动控制卸压腔11的开闭；以及

回油通道9，设置于卸压腔11的另一端，其上设置一单向回油阀25后连接至进油通道6。

参阅图3，所述等压卸载式出油阀19，包括：

出油阀20，蓄压弹簧21，卸载阀22，以及卸载弹簧23；

所述卸压电磁阀24优选为高速电磁阀，响应速度快；

卸压电磁阀24还包括：电磁线圈26，衔铁27，阀芯28，弹簧29以及接线端30；

卸压电磁阀24的阀座控制卸压腔11的开闭，其在弹簧29弹力作用下处于常闭状态；

所述回油阀25安装在回油通道9末端，便于拆装；

所述卸压腔11中的燃油经所述回油阀25流回到所述进油通道6中，所述进油通道6中的燃油由于单向阀的作用不能进入所述卸压腔11中；

参阅图1，所述液压驱动单元，包括：

液压缸31，液压活塞32，活塞杆45，电液换向阀33，以及柱塞位移传感器3；

所述液压缸31与液压活塞32形成密闭的液压油空间，液压缸31上部设置的上液压油进口连接上液压油通道；液压缸31下部设置的下液压油进口连接下液压油通道；

上液压油通道和下液压油通道统称为液压油通道10；

所述活塞杆45上端与柱塞14直接连接(例如螺接)；

所述液压活塞32上设有两道活塞环，用于提高液压油密封效果；

所述电液换向阀33是一个三位四通的先导型比例换向阀，包括导阀34和主阀35；所述导阀34接收控制信号后输出液压油驱动主阀芯36移动；

所述主阀35包括主阀芯36和阀体37，其连接口p接通20mpa的液压源，连接口a连接液压缸31上液压油通道，连接口b连接液压缸31下液压油通道，连接口t连接液压油柜；

主阀芯36与阀体37相配合，中间腔室一直存在20mpa的液压油；

参阅图5，所述柱塞位移传感器3，包括：

探测杆38，游标磁环39，波导丝40，阻尼器41以及传感器头42；

波导丝40安装在所述探测杆38内，阻尼器41位于波导丝40尾部；

传感器头42包括：电子腔43和检测装置44，检测装置44位于电子腔43内部；

所述柱塞位移传感器3还包括：

活塞孔道46，加工于活塞杆45和液压活塞32中心内部；

游标磁环安装槽47，加工于液压活塞32的下端。

优选地，参阅图5，探测杆38安装在活塞孔道46内；游标磁环39安装在游标磁环安装槽47内；探测杆38穿过游标磁环39中孔，游标磁环39可以上、下自由移动；

游标磁环39随液压活塞32上、下移动，检测装置44接收一个电流脉冲，并发送到波导丝40上，在波导丝40周围产生一个环形磁场，环形磁场和游标磁环39产生的磁场相交时，叠加产生螺旋形磁场，由于磁致伸缩作用，螺旋形磁场使波导丝40在游标磁环39当前位置处产生瞬时扭转形变，形成扭转弹性波，该波以声波速度沿波导丝40向两端传播，根据发射脉冲与回波信号的时间差，即可计算得到液压活塞32的位移量，即柱塞14的位移量；柱塞14的位移量的电信号作为反馈信号发送给气缸电子控制单元(ccu)；其中，传播到尾部的信号被阻尼器41吸收，防止发生反射而干扰信号检测。

优选地，所述柱塞位移传感器还包括：

隔磁垫片48，安装于游标磁环39上部，防止液压活塞32被磁化影响检测结果；

保护垫片49安装于所述游标磁环39下部，防止液压活塞32下部20mpa的液压油损坏所述游标磁环39；

专用螺钉50，用于固定游标磁环39，隔磁垫片48和保护垫片49；

螺纹接头51，加工于探测杆38和传感器头42之间，用于将柱塞位移传感器3固定在所述泵体4内。

本公开低速柴油机电控高压油泵的工作原理及吸排油过程如下：

在柱塞14上行排油过程中，卸压电磁阀的接线端30可接收气缸电子控制单元(ccu)的电信号，电磁线圈26通电，在电磁力的作用下，衔铁27左移，阀座打开，接通排油通道7与卸压腔11，由于卸压腔11与燃油低压侧相连，同时卸压腔11使排油通道7容积迅速增大，出油阀20下部的压力迅速下降，出油阀20关闭，停止排油；出油阀20关闭后，如果高压油管中的油压高于卸载弹簧23的开启压力，则卸载阀22开启，燃油倒流入排油通道7及卸压腔11内，高压油管中燃油压力降低，直到同卸载阀22的关闭压力相等时为止。其中，高压油管中压力降低，使得压力波的幅值减小，可快速停止喷油，避免重复喷射。

ccu的电信号脉冲结束后，卸压电磁阀24断电，在弹簧29作用下阀座关闭卸压腔11，高压油泵恢复正常排油；通过卸压电磁阀24的开闭可以实现柱塞14一个行程中燃油的多次喷射，即预喷，主喷和后喷。

吸油过程中，气缸电子控制单元(ccu)的电信号控制导阀34输出液压油驱动主阀芯36下移，连接口a与连接口p连通，液压活塞32上侧进油，连接口b与连接口t连通，液压活塞32下侧液压油卸放至油柜，液压活塞32下行，同时带动柱塞14下行，柱塞14上部的套筒15内形成真空区域，进油通道6内0.7～0.8mpa的燃油克服吸油阀18弹簧的弹力打开吸油阀18，进入柱塞14上方；

排油过程中，ccu电信号控制导阀34输出液压油驱动主阀芯36上移，连接口b与连接口p连通，液压活塞32下侧进油，连接口a与连接口t连通，液压活塞32上侧液压油卸放至油柜，柱塞14上移，吸油阀18关闭；当柱塞14上部的燃油压力达到蓄压弹簧21预紧力时，出油阀20开启，排出燃油到高压油管；本公开实施例中，柱塞14压缩燃油至80～100mpa，满足燃油的喷射和雾化要求；

柱塞14上移初期，燃油喷射后，ccu发送电脉冲信号给卸压电磁阀24，卸压电磁阀24的阀芯28左移，打开卸压腔11，出油阀20落座，高压油管中的燃油由卸载阀22流回排油通道7和卸压腔11内，喷油暂停，即完成了一次预喷；

ccu电脉冲信号结束后，卸压电磁阀24断电，阀芯28落座，关闭卸压腔11，出油阀20开启，燃油喷射重新开始，进行主喷；

柱塞14上行的末期，ccu再次发送电脉冲信号给卸压电磁阀24(过程同预喷时)，暂停喷射，即主喷结束；

ccu电脉冲信号再次结束后，卸压电磁阀24再次断电，后喷开始，直到柱塞14上行过程结束。

工作时，电液换向阀33的位移传感器把主阀芯36位移信号反馈至气缸电子控制单元，气缸电子控制单元(ccu)将目前对应的主阀芯36位置的电信号与指令要求的主阀芯位置的电信号进行对比，ccu再输出新的电信号对所述主阀芯36位置进行修正；主阀35阀芯的开度和开启时间由ccu输出电信号的电流强度和脉宽控制。

同时，ccu根据柱寨位移传感器3传输的电信号判断柱塞14的位移，将柱塞14的位移信号与指令要求的位移信号进行比较后，传输电信号给电液换向阀33，电液换向阀33通过控制液压活塞32，进一步控制柱塞14的移动和停止，通过电液换向阀33中主阀芯36的开度控制柱塞14移动的速度，从而对柱塞14的位移和速度进行精确控制，进一步实现喷油量、喷油压力和喷油定时的精确控制。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开低速柴油机电控高压油泵有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种低速柴油机电控高压油泵，实现了高压油泵的电子控制，柴油机喷油量、喷油压力和喷油定时可以通过电子控制单元独立控制，实时调整到最佳值，不受柴油机转速的限制；可以实现柴油的多次喷射，即预喷、主喷和后喷，预喷射会改善主喷的燃烧状态和放热率，降低nox的排放和发动机噪声；主喷的喷油量大且放热率高，是主要的动力输出阶段；后喷有助于促进油气混合，减少碳烟排放，并且能够产生促进nox分解的碳氢化合物。因此柴油机的燃烧质量和排放性大大改善；液压驱动单元驱动柱塞，喷油压力大大提高，燃油雾化性好。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。