CN1288105A - 共轨式电控喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主要用于内燃机缸内液体或气体燃料喷射的共轨式电控喷射器。它包括一个控制针阀运动的电磁铁,和控制喷射过程的针阀,衔铁与针阀接近刚性地连结为一体,作用于衔铁上的电磁力能直接传递至针阀,实现喷射过程控制。采用一节流机构,在喷射过程中产生与针阀关闭方向一致的力,作用于针阀上。其响应速度、能量利用率、可靠性、喷射量及喷射定时的控制精度都得到提高,而结构却得以简化。
Description
本发明涉及内燃机共轨式电控燃料喷射器技术领域。
日趋苛刻的排放法规使得降低内燃机有害排放物成了内燃机技术研究和产品开发过程中关注的焦点。为了实现高效低污染的燃烧过程，理想的燃料喷射过程应该是喷射压力、喷射定时及喷射规律能根据发动机的不同工况作灵活调整。对于柴油机，还要求有较高的喷射压力。共轨式电控喷射系统在喷射压力、喷射定时及喷射规律调整方面有较大的灵活性，因而成了当今国外内燃机制造商竞相开发的目标。到目前为止，典型的系统有：(1)日本电装公司的ECD-U2系统，其喷油器的工作原理是：用一个二位三通电磁阀，控制液力活塞的运动，进而控制针阀，实现喷射过程的控制(引自SAE Paper 980806)；(2)德国BOSCH公司的共轨式电控喷射系统，所用的喷油器与ECD-U2的不同点是：用二位二通电磁阀代替二位三通电磁阀(引自SAE Paper 960871)；(3)英国LUCAS公司的LDCR系统，与BOSCH的不同点在于取消了液力活塞，直接用电磁阀控制针阀运动(引自SAE Paper 980803)。另外还有意大利菲亚特公司、美国的Stanadyne公司、日本丰田公司，都相继开发出各具特色的共轨式电控喷射系统。从目前公开的资料看，现有的共轨式电控喷射系统所用的喷射器，其基本原理都不外乎上述的三种形式，其共同特点是：电磁力先控制电磁阀，再通过电磁阀直接或间接地控制针阀运动，实现喷射过程控制，因而与本发明相比，具有共同的缺点：(1)结构复杂，工艺要求及成本较高；(2)传动环节多，响应慢，喷射定时及喷射量重复性差，可靠性差；(3)泄漏环节多，系统能量利用率低，喷射压力难以进一步提高。上述缺点已成了共轨式电控喷射技术推广中的障碍，许多内燃机制造商至今对该系统的选用仍抱十分慎重的态度，例如，德国大众公司百公里油耗三升的新品轿车，其中的TDI柴油机选用的就是电控泵喷嘴燃油喷射系统，而不是共轨式电控喷射系统。
本发明的目的是，提出一种新型的共轨式电控喷射器，主要用于内燃机缸内液体或气体燃料的喷射。它能充分体现共轨式喷射系统在喷射压力、喷射定时、喷射规律控制方面的灵活性，并能克服现有技术的上述缺点。
本发明摈弃了现有技术用电磁阀控制针阀运动，实现喷射过程控制的方法。本发明包括一个控制针阀运动的电磁铁，和控制喷射过程的针阀，衔铁与针阀接近刚性地连结为一体，作用于衔铁上的电磁力能直接传递至针阀，实现喷射过程控制。采用一节流机构，在喷射过程中产生与针阀关闭方向一致的力，作用于针阀上。
作为本发明的进一步改进，该喷射器设有针阀升程与座面密封状态传感机构，由针阀、阀座、衔铁、铁芯、信号线组成，针阀导向面上附有绝缘导向层，信号线与针阀及衔铁保持电导通状态。
本发明可分为两种方式：
方式一：燃料入口与衔铁室及主室相通。所述节流机构，它可以由设在拉杆上的节流盘构成，也可以由开有节流孔或节流槽的衔铁或针阀自身构成。
方式二：衔铁室与泄漏燃料出口相通，燃料入口与主室相通，主室与衔铁室之间要求密封。衔铁与针阀之间有一压力平衡活塞，压力平衡活塞的直径，和针阀与阀座配合的密封环带直径是相等或相近的。有一活塞套，它与喷射器体之间隔一电绝缘层，压力平衡活塞能在其中上下运动，并与活塞套保持动密封配合与电导通状态。信号线在喷射器体内的一端与活塞套相接。所述节流机构，它可以由设在拉杆上的节流盘构成，也可以由开有节流孔或节流槽的针阀自身构成。
本发明与现有技术相比具有如下优点：由于取消了电磁阀，喷射器结构简单，工艺性得以改善，降低了制造成本；由于简化了传动环节，喷射器的响应速度和精度以及可靠性都得以提高；由于减少了泄漏环节，提高了系统能量利用率，同时也提高了系统的喷射压力。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是按方式一实施的例子。
图2是沿图1中A-A线的剖视图。
图3是图1中Ⅰ部分的局部放大图。
图4是按方式二实施的例子。
图5是沿图4中A-A线的剖视图。
图6是图4中Ⅰ部分的局部放大图。
图7是节流机构在拉杆上布置的原理图。
图8是沿图7中A-A线的剖视图。
图9是针阀升程信号发生原理图。
图10是针阀座面密封状态信号发生原理图。
图1、图2、图3是方法一实施的例子。线圈3、铁芯2、衔铁4构成电磁铁部件。衔铁4、导杆5、拉杆7、针阀13依次连结为整体。衔铁室19与燃料入口20相通，并通过连通孔16与主室15相通。衔铁4下面有一衔铁弹簧18，使衔铁受到一个向上的力Fs1，其目的是使拉杆7处于张紧状态，针阀13的导向面上开有节流槽12。
当针阀13处于关闭状态时，存在下列关系：P1=P2，P3=Pa，其中Pa为喷射背压，针阀13作用在阀座9上的力F1=0.25πd2 2(P1-Pa)+Fs2-Fs1，其中Fs2为针阀弹簧14的弹力，d2为针阀13与阀座9密封环带的直径。
电磁铁通电之后，衔铁4受到一个向上的电磁吸力F2，当F2大于F1时，针阀13开启，喷射开始，燃料经燃料入口20、衔铁室19、连通孔16、主室15、节流槽12，最后从喷孔10喷出。当针阀13完全打开后，近似有：P2=P3，由于存在节流槽12，P1大于P2，此时保持针阀13开启所需的最小电磁吸力F2min=0.25πd1 2(P1-P2)+Fs2-Fs1。
当电磁铁断电之后，F2下降，当F2小于F2min时，针阀13关闭，喷射过程结束。
为了使喷射器能输出针阀升程与针阀座面密封状态信号，该喷射器设有针阀升程及针阀座面密封状态传感机构，其设计特点是：有一导套6，它与喷射器体8之间隔一电绝缘层17，导杆5能在其中上下运动，并与导套6保持电导通状态。信号线1在喷射器内的一端与导套6相接。针阀导向面是一绝缘导向层11。信号的发生原理见图9、图10的说明。
本设计的节流机构由开有节流槽的针阀构成，节流槽也可以改为节流孔，节流机构还可以由开有节流槽或节流孔的衔铁构成，或如图7、图8所示由设计在拉杆7的节流盘24构成。
图4、图5、图6是按方式二实施的例子，与方式一的结构相比，不同点是：压力平衡活塞21与活塞套22取代了方式一的导杆5与导套6，压力平衡活塞21能在活塞套22中上下运动，并与活塞套22保持动密封配合与电导通状态。燃料入口20与主室15相通，主室15与衔铁室19之间有一动密封配合环节。从主室15泄漏到衔铁室19的燃料，通过泄漏燃料出口23排出。
当针阀13处于关闭状态时，存在下列关系：P1=P2，P3=Pa，其中Pa为喷射背压，针阀13作用在阀座9上的力F1=0.25π(d2 2-d3 2)P1-0.25πd2 2Pa+Fs，式中Fs为针阀弹簧力，d2为针阀13与阀座9密封环带的直径，d3的选取原则是等于或接近d2，当d3=d2时，F1=Fs-0.25πd2 2Pa，即F1与喷射压力无关。
电磁铁通电后，衔铁4受到向上的电磁吸力F2，当F2大于F1时，针阀13开启，喷射开始。当针阀13完全打开后，近似有P3=P2，由于存在节流槽12，P1大于P2，此时保持针阀开启所需的最小电磁吸力F2min=0.25π(d1 2-d3 2)P1-0.25πd1 2P2+Fs。
当电磁铁断电之后，F2下降，当F2小于F2min时，针阀13关闭，喷射过程结束。
针阀升程及针阀座面密封状态传感机构在组成上与方式一的不同点是：压力平衡活塞21、活塞套22分别代替了方式一中的导杆5、导套6，其工作原理相同。
本设计的节流机构由开有节流槽12的针阀13构成，节流槽也可以改为节流孔，节流机构还可以如图7、图8所示由设计在拉杆7上的节流盘24构成。
图7、图8是节流机构在拉杆上布置的原理图。节流盘24固定在拉杆7上，上开有节流25，节流孔是上室26与下室27之间的唯一通道，节流盘24能在喷射器体8内上下滑动。节流盘24的材料是非导体材料如耐温塑料、陶瓷。针阀13上开有上下贯通的柱槽28。节流机构的工作原理类似图1至图6。
图9是针阀升程信号发生原理图，该功能由如下几个部分共同完成：(1)喷射器中的针阀升程与针阀座面密封状态传感机构，由针阀13、阀座9、衔铁、铁芯2、信号线1组成；(2)外接电路，即升程信号发生器29。针阀13、衔铁4与信号线1之间保持电常通状态。铁芯2、阀座9与喷射器体8常通并接地。升程信号发生器29也有接地端。
工作原理及过程如下：针阀13与阀座9、衔铁4与铁芯2构成电路中的两对电触点，当针阀13开启而衔铁4又未吸合至终点时，衔铁4未与铁芯2接触，信号线1与喷射器体8之间是电绝缘的，升程信号发生器29中的上拉电路使信号线1保持高电平。当针阀13落座或衔铁吸合至终点时，针阀13与阀座9，或衔铁4与铁芯2接触，信号线1被下拉至低电平。升程信号发生器29对信号线1输入的信号进行滤波和放大整形处理后，从升程信号线30输出脉冲信号，该信号的上升沿与下降沿对应着针阀开启开始与结束，或关闭开始与结束的时刻。
图10是针阀座面密封状态信号发生原理图。该功能由如下几个部分共同完成：(1)喷射器中的针阀升程与座面密封状态传感机构(见图9)；(2)外接电路，即电阻检测器31。
工作原理及过程如下：当针阀处于关闭状态时，针阀13与阀座9之间存在接触电阻R，如果发生座面粘附赃物、或座面损坏等密封不良的情况，R增大。电阻检测器31检测R值并与标准值比较，当R大于标准值时，密封状态信号线32输出电平突变信号，表明座面已经密封不良。
图9中的升程信号发生器29与图10中的电阻检测器31也可以合并为一个电路，同时参与完成针阀升程与座面密封状态信号的发生。
Claims (8)
1．一种共轨式电控喷射器，它包括一个控制针阀运动的电磁铁，和控制喷射过程的针阀，其特征是：衔铁(4)与针阀(13)接近刚性地连结为一体；
有一节流机构，在喷射过程中产生与针阀(13)关闭方向一致的力，作用于针阀(13)上。
2．按权利要求1所述的共轨式电控喷射器，其特征是：设有针阀升程与针阀座面密封状态传感机构，由所述针阀(13)与阀座(9)、所述衔铁(4)与铁芯(2)、信号线(1)组成，所述针阀(13)的导向面上附有一绝缘导向层(11)；所述信号线(1)与所述针阀(13)和所述衔铁(4)保持电导通状态。
3．按权利要求1或2所述的共轨式电控喷射器，其特征是：燃料入口(20)与衔铁室(19)及主室(15)相通。
4．按权利要求3所述的共轨式电控喷射器，其特征是：所述节流机构，它可以由设在拉杆(7)上的节流盘(24)构成；也可以由开有节流孔或节流槽的衔铁(4)或针阀(13)构成。
5．按权利要求4所述的共轨式电控喷射器，其特征是：还包括有一导杆(5)和一导套(6)，所述衔铁(4)、导杆(5)、拉杆(7)、针阀(13)依次连结为一体；所述导套(6)与喷射器体(8)之间隔一电绝缘层(17)，所述导杆(5)能在其中上下运动，并与所述导套(6)保持电导通状态；所述信号线(1)在喷射器内的一端与所述导套(6)相接。
6．按权利要求1或2所述的共轨式电控喷射器，其特征是：衔铁(4)与针阀(13)之间有一压力平衡活塞(21)，压力平衡活塞(21)的直径，和针阀(13)与阀座(9)配合的密封环带直径是相等或相近的；衔铁室(19)与泄漏燃料出口(23)相通，燃料入口(20)与主室(15)相通，主室(15)与衔铁室(19)之间有一动密封配合环节。
7．按权利要求6所述的共轨式电控喷射器，其特征是：所述的节流机构，它可以由设在拉杆(7)上的节流盘(24)构成；也可以由开有节流孔或节流槽的针阀(13)构成。
8．按权利要求7所述的共轨式电控喷射器，其特征是：所述衔铁(4)、压力平衡活塞(21)、拉杆(7)、针阀(13)依次连结为一体；有一活塞套(22)，它与喷射器体之间隔一电绝缘层(17)，所述压力平衡活塞(21)能在活塞套(22)中上下运动，并与活塞套(22)保持动密封配合与电导通状态；所述信号线(1)在喷射器体内的一端与活塞套(22)相接。
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