CN114251211A - 一种往复式电子燃油喷射单元 - Google Patents

Abstract

一种往复式电子燃油喷射单元，包括一个电磁驱动装置，一个柱塞泵组件和一个高压喷嘴，所述电磁驱动装置由交变的脉冲电流信号控制，驱动柱塞泵组件往复运动形成压力燃油，再经高压喷嘴雾化喷射，其特征在于，所述电磁力驱动装置包括一个线圈以及连接线圈的外部信号线，所述线圈和外部信号线通过弹性导电元件实现连接，所述脉冲电流信号包括一个恒定的持续电流信号，以减小线圈发热并满足喷射需求，其目的在于设计一种控制精度高，雾化效果好，散热效果好，适应性强的发动机燃料喷射装置。

Description

一种往复式电子燃油喷射单元

技术领域

本发明创造属于内燃机技术领域，具体涉及特别是螺线管驱动的燃料喷射泵装置，应用于燃料供给***，特别是发动机燃油喷射***、后处理***等。

背景技术

对于小型非道路用机械（例如手持机械、无人机等）通常需要具有较高的灵活性，以适应各种不同的使用环境，因此，发动机需具备不同的功率、转速等参数特性，为满足这些需求，此类发动机通常采用机械式直喷泵，并根据***进行功率调整。由于机械泵由于受本身结构限制，喷射压力无法适应大功率需求，且精度无法满足要求。

因此，现有技术通常使用共轨喷射***，但共轨***相对较为复杂，***部件较多，对于小型发动机，例如二冲程航空发动机，轻量化、结构紧凑且工况需求复杂，为了适应小型发动机***应用要求，原共轨***需要更改布置方式，并优化参数设置，其成本随之增加。

此外，也有***采用螺线管电磁泵，然而线圈工作发热以及满足直喷要求的雾化状况一直是一大难题。

综上，考虑到适用于小型机械装置的燃油喷射***的计量精度、喷射效果等的需求，提出一种雾化效果好、计量精度高、适用性好且不增加成本的新技术方案是十分有必要。

发明内容

本发明针对上述问题，之目的在于提供一种控制精度高，雾化效果好，散热效果好，适应性强，特别是适用于小型发动机的燃料喷射装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，一种往复式电子燃油喷射单元包括电磁驱动装置、柱塞泵组件、高压喷嘴。

所述电磁驱动装置包括一个音圈电机和一个储能装置，所述音圈电机包括一个运动部和一个静止部，静止部与运动部同轴布置。运动部包括线圈骨架和线圈，所述静止部包括一个大致柱状的磁堆、一个软磁体外壳和一个压盖。所述磁堆包括第一软磁体和第一永磁体，第一永磁体沿轴向充磁，可使运动部相对于静止部做轴向滑动。所述音圈电机由驱动电流控制将电能转化为交替变化的双向驱动力，以驱动运动部往复运动。所述驱动电流包括小于启动电流的恒定的持续电流，所述软磁体外壳与压盖配合形成封装，两者之间由密封圈密封并通过卡扣锁紧，或者两者也可口用过焊接的方式连接。所述储能装置包括至少一个位于运动部和静止部之间的储能弹簧，也可以采用具有一定容积的液压油腔储能。

所述电磁力驱动装置还包括一个连接线圈的外部信号线，所述线圈和外部信号线通过弹性导电元件实现连接，防止电磁力驱动装置运动时外部信号线受力，造成接触不良或者损坏。所述弹性导电元件可以和储能弹簧合并为一体，储能弹簧选用导电性能好的铍铜黄。

所述柱塞泵组件包括套筒、柱塞、输入阀以及输出阀。所述套筒包括一个轴向通孔，套筒之通孔与柱塞外表面滑动配合，所述套筒、柱塞、输入阀和输出阀共同围成一个压送容积。所述输入阀布置于套筒一端，包括输入阀座、输入阀球以及输入阀簧，输入阀座可直接设计于套筒上。输出阀设计于柱塞一端，包括输出阀座、输出阀球以及输出阀簧。所述套筒与运动部相连并保持同步运动，两者可通过一个回位弹簧压紧。

对于上述往复式电子燃油喷射单元的进一步优化结构为，所述线圈骨架将线圈分割为绕向相反的两部分，由此所产生的第二线圈的增加可以进一步增强电磁力和减少线圈的发热。所述磁堆包括第二软磁体和第二永磁体，所述第二永磁体与第一软磁体相邻，第二永磁体轴向充磁，其极性与第一永磁体相反，以增加运动部行程范围内的驱动力。

所述高压喷嘴为一个外开式提升阀，包括一个带锥形座面的喷嘴阀体、一个带锥面的喷嘴阀杆、一个喷嘴阀簧。所述喷嘴阀体与喷嘴阀杆通过锥面组成耦合密封件，由于喷嘴阀簧力作用高压喷嘴在非工作状态时常闭。

所述高压喷嘴包括一个旋流道和一个缓冲腔。所述旋流道可以选择布置于喷嘴阀杆上或者布置于喷嘴阀体上，所述缓冲腔布置于旋流道下游，使燃料在喷嘴内部产生旋流，经过缓冲腔后雾化喷出。所述高压喷嘴布置于柱塞泵之输出端，可以通过焊接方式与柱塞泵连接或者通过压板压装于柱塞泵值输出端，通过压装方式更有利于高压喷嘴的定期更换，提高总成的实用寿命。

此外，高压喷嘴通过调整提升阀密封段位置，改进喷射角度，以适应不同喷雾通道需求，例如，所述喷射角度可控制于30°以内。

所述往复式电子燃油喷射单元还包括一个进液嘴和一个回液嘴。所述进液嘴设置于压盖上，连接外部进液，所述回液嘴布置于软磁体外壳上，连接外部回液管。

上述往复式电子燃油喷射单元之工作过程包括，从进液嘴流入的液体通过进液阀进入并充满柱塞泵内部容积腔，在压送行程时，运动部在正向恒定驱动电流和储能弹簧作用下，带动套筒往压送容积变小方向运动，使得压送容积内部压力升高，至出液阀打开，高压液体输出至喷嘴，由高压喷嘴雾化喷出，喷嘴之喷雾粒径一般不大于30um。在此过程中，部分工作液体及所产生的气体通过回液嘴排出，同时液体定向流动带走燃油喷射单元工作过程中产生的热量。在回位行程时，运动部受反向电流作用，往回运动，套筒由于回位弹簧力而始终与运动部贴紧，导致压送容积之体积变大，内部压力减小，出液阀关闭，当运动至行程末端时，进液阀打开，液体进入容积进行补充。在此过程中，储能装置吸收来自运动部的能量，为下一次压送液体做好准备。

下面结合附图和实施例的技术方案对本发明作进一步的限定或优化。

附图说明

图1为本发明提供的往复式电子燃油喷射单元之实施例结构示意图之一。

图2为本发明提供的往复式电子燃油喷射单元之实施例结构示意图之二。

图3为本发明提供的高压喷嘴剖视图示例。

图4为本发明提供的高压喷嘴之喷射口结构示意图。

具体实施方式

本发明所提供第一实施例结构示意图如图1所示，一种往复式电子燃油喷射单元1包括电磁驱动装置2、柱塞泵组件3、高压喷嘴4。

所述电磁驱动装置2包括一个音圈电机5和一个储能装置6，所述音圈电机5包括一个运动部8和一个静止部7，静止部7与运动部8同轴布置。运动部8包括线圈骨架100和线圈103，所述线圈骨架100包括一个挂钩124和一个台阶孔126。静止部7包括一个大致柱状的磁堆10、一个软磁体外壳107和一个压盖122。所述磁堆10包括第一软磁体104和第一永磁体105，第一永磁体105沿轴向充磁。运动部8位于线圈骨架100台阶孔126内，可使运动部8相对于静止部7做轴向滑动。所述音圈电机5由驱动电流控制将电能转化为交替变化的双向驱动力，以驱动运动部8往复运动。所述软磁体外壳107与压盖122配合形成封装，两者之间由密封圈101密封并通过卡扣125锁紧。所述储能装置6包括一个储能弹簧119和一个回位弹簧102，所述储能弹簧119和回位弹簧102皆位于运动部8和静止部7之间，所述储能弹簧119用于增加压送过程时运动部8所需要的力。

进一步，所述电磁力驱动装置2还包括一个连接线圈103的引线128，所述线圈骨架100处设置有引线接头128a。所述压盖122上固定有外部信号线129以及外部信号线接头129a，所述线圈103和外部信号线129通过弹性导电元件实现连接，连接处通过引线接头128a和外部信号线接头129a导通，这种连接方式可以有效避免电磁力驱动装置2运动时信号线129受力，造成接触不良或者损坏。所述弹性导电元件与储能弹簧119合并为一体，储能弹簧选用导电性能好的铍铜黄。

所述柱塞泵3组件3包括套筒120、柱塞114、输入阀11以及输出阀9。所述套筒120包括一个轴向通孔和一个外部台阶，套筒120之通孔与柱塞114外表面滑动配合，所述套筒120、柱塞114、输入阀11和输出阀9共同围成一个压送容积127。所述输入阀11布置于套筒120一端，包括输入阀座121、输入阀球118以及输入阀簧117，输入阀座121可直接设计于套筒120上。输出阀9设计于柱塞114一端，包括输出阀座113、输出阀球112以及输出阀簧110，所述输出阀簧110之弹簧力通过一个输出阀弹簧座111作用于输出阀球112上，以保证阀件结构稳定性。所述套筒120之外部台阶受线圈骨架100之挂钩124限位，同时依靠回位弹簧102使两者贴紧相连并保持同步运动。

所述高压式喷嘴4如图3所示为一个外开式提升阀，包括一个带锥孔403的喷嘴阀体400、一个带锥面402的喷嘴阀杆404、一个喷嘴阀簧405和一个喷嘴套108。所述喷嘴阀体400与喷嘴阀杆404组成耦合密封件，并通过两锥面（402、403）配合密封，组成提升阀4a，由于喷嘴阀簧405之弹簧力作用，高压喷嘴4在非工作状态时提升阀4a常闭。

所述高压喷嘴4包括一个旋流道401和一个缓冲腔407。所述旋流道401可以选择布置于喷嘴阀杆404（如图3所示）上或者布置于喷嘴阀体400上（未示出），所述缓冲腔407布置于旋流道下游，使燃料在喷嘴4内部产生旋流，经过缓冲腔407后雾化喷出，同时旋转流体的反作用力矩作用到喷嘴杆上使其缓慢旋转，以防止阀件卡滞。

如图4所示，为高压喷嘴4之喷射口结构示意图，所述密封锥面（402、403）包括密封段（402a、403a）和导向段（402b、403b），所述密封段（402a、403a）形成提升阀4a，所述导向段（402b、403b）控制高压喷雾角度，喷嘴锥角为A，可以根据实际管路需求进行调整。

另外，所述往复式电子燃油喷射单元1还包括一个进液嘴123和一个回液嘴106。所述进液嘴123设置于压盖122上，连接外部进液管（未示出），所述回液嘴106布置于软磁体外壳107上，连接外部回液管（未示出）。

上述往复式电子燃油喷射单元1之工作过程如下，燃料从进液嘴123流入，经过滤网131过滤后由输入阀11进入并充满柱塞泵3内部容积腔。在压送行程时，运动部8在正向驱动电流和储能弹簧119的共同作用下，带动套筒120往压送容积127变小方向运动，使得压送容积127内部压力升高，至输出阀9打开，液体经过高压通道130，,至高压喷嘴4，由高压喷嘴4旋流后雾化喷出。在此过程中，部分工作液体及所产生的气体通过回液嘴106排出。在回位行程时，运动部8受反向电流作用，往回运动，套筒120由于回位弹簧102之弹簧力而始终与运动部8贴紧，导致压送容积127之体积变大，内部压力减小，输出阀9关闭，当运动至行程末端时，输入阀11打开，液体进入容积进行补充。在此过程中，储能装置6吸收来自运动部8的能量，为下一次压送液体做好准备。

如图2所示为本发明提供的往复式电子燃油喷射单元1之第二实施例之结构示意图，本实施例与本发明所提供第一实施例之区别之一在于：所述线圈骨架100包括一个凸台200，将线圈103分割为绕向相反的两部分（103和103a），由此所产生的第二线圈103a的增加可以进一步增强电磁力和减少线圈（103和103a）的发热。所述磁堆10包括第二软磁体202和第二永磁体201，所述第二永磁体201与第一软磁体104相邻，第二永磁体201轴向充磁，其极性与第一永磁体105相反，以增加运动部8行程范围内的驱动力。所述软磁体外壳107和一个压盖122通过焊接方式连接进行封装。

本实施与本发明所提供第一实施例之区别之二在于：所述柱塞泵组件3还包括一个限位机构203，所述限位机构203包括第一限位台203a和第二限位台203b，所述第一限位台203a和第二限位台203b分别布置于套筒120的往返运动行程上，使得所述压送容积127的变化值为一个定值，从而实现通过机械结构控制单次行程的燃料输出量，提高喷***度。

本实施与本发明所提供第一实施例之区别之三在于：所述第一限位台203a布置于输入阀11一端，包括一个凸起部204，所述凸起部204作用于输入阀11之阀件，确保输入阀11在进液状态时处于打开状态。

本实施与本发明所提供第一实施例之区别之四在于：高压喷嘴4上游之高压通道130上布置有过滤装置205，燃料经过滤后进入高压喷嘴4，以提高喷嘴4使用寿命。

上述往复式电子燃油喷射单元1，也可以用于现场定量给燃油添加燃油添加剂，例如向柴油机主燃油中即时定量注入燃油携带性催化剂（FBC），以降低柴油机颗粒物的启燃温度，或者向DPF主动再生燃油中即时注入助燃剂来降低再生燃油与发动机排气形成混合气的启燃温度，等等。

上述实施例仅用于说明本发明的实质，但并不限制本发明。在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种往复式电子燃油喷射单元，包括一个电磁驱动装置，一个柱塞泵组件和一个高压喷嘴，所述电磁驱动装置由交变的脉冲电流信号控制，驱动柱塞泵组件往复运动形成压力燃油，再经高压喷嘴雾化喷射，其特征在于，所述电磁力驱动装置包括一个线圈以及连接线圈的外部信号线，所述线圈和外部信号线通过弹性导电元件实现连接，所述脉冲电流信号包括一个恒定的持续电流信号，以减小线圈发热并满足喷射需求。

2.如权利要求1所述的往复式电子燃油喷射单元，其特征在于，所述高压喷嘴为一个外开式喷嘴，包括一个阀杆和一个阀体，所述阀杆和阀体组成外开式提升阀。

3.如权利要求2所述的往复式电子燃油喷射单元，其特征在于，所述外开式提升阀通过锥面配合实现密封，所述高压喷嘴通过调节所述锥面之锥角，实现液体喷射角度控制。

4.如权利要求3所述的往复式电子燃油喷射单元，其特征在于，所述高压喷嘴包括一个旋流道，所述旋流道设置于阀杆上。

5.如权利要求3所述的往复式电子燃油喷射单元，其特征在于，所述高压喷嘴包括一个旋流道，所述基旋流道设置于阀体上。

6.如权利要求4或者5之一项所述的往复式电子燃油喷射单元，其特征在于，所述高压喷嘴包括一个缓冲腔，所述缓冲腔设置于旋流道下游。

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