一種雙向一體式對置閥、高壓燃油進回聯動控制系統及控制方法

2023-05-05 20:56:31

專利名稱：一種雙向一體式對置閥、高壓燃油進回聯動控制系統及控制方法
技術領域：
本發明屬於流體控制技術領域。特別是涉及一種超高壓燃油進回聯動控制系統及控制方法，尤其適合用於超高壓燃油噴射系統，也適用於其他高壓流體控制。
背景技術：
現有技術中用於控制低壓流體(或氣體)的方法很多，如專利號CN93109383. X 「電液快速大流量排油閥」中，其採用分體式的大小兩個錐閥，並利用一個電磁閥(先導閥)元件的通斷電使得執行元件直接作用於小錐閥閥芯使其動作實現放油，同時結合利用大錐閥閥芯左右兩側有效液壓受力面積的不同使得大錐閥閥芯打開實現系統洩油功能。此系統主要優勢在於大錐閥流量大，但其僅能實現洩油一個功能，更無法用於控制如燃油系統中超高壓燃油管路的通斷控制。現有技術中與本發明有相似功能的用於控制超高壓流體控制的發明，主要技術路線是通過液電耦合液力放大特性利用執行元件平面(或錐面)來實現通斷控制。如專利號86102235 「具有同軸布置的兩個閥的超高壓流體控制電磁閥裝置」中，為了實現超高壓流體的精確定量控制，其中管路結構複雜，大閥套小閥等零部件眾多。其他如德國博世公司的CRS、日本電裝公司的ECD-U2等世界主流燃油系統供應商發明的電控共軌燃油系統中所採用的電控噴油器，其原理為將高壓燃油分成上下兩路，其中一路利用管道上的先導電磁閥通斷電來實現控制容腔的壓力變化與另一路形成的液壓力之間所形成的差異實現油嘴的噴油工作。在這些電控噴油器發明中，其優點是利用先導閥實現了液壓力的放大，系統響應快，但是這些系統都是採用的分體閥芯，且僅能實現高壓燃油在系統處於工作狀態時將高壓燃油直接噴入發動機氣缸內，而無法將高壓燃油穩定的輸出給其他系統使用並聯動地實現系統回油卸壓功能。綜上說來，在這些發明中，其思路都是基於控制管路通斷後的高壓流體通路被打開之後高壓燃油被迅速排洩出去。

發明內容
本發明目的在於針對高壓燃油系統油路通斷要求頻率響應快、密封效果好、流量大的特點，並能將高壓燃油穩定地輸送給其他工作源使用的要求，發明了簡化系統零件設計的一種雙向一體式對置閥、並僅使用一個先導閥工作的高壓燃油進回聯動控制系統及方法。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案
一種雙向一體式對置閥，包括閥座和閥芯，其特徵在於所述閥芯採用一體式結構，設置有雙向對置錐閥芯，所述雙向對置錐閥芯與閥座配合組成聯動的上下錐閥；與對置錐閥芯相對應的兩側設置有上下承壓面和上下導向段。一種高壓燃油進回聯動控制系統，其特徵在於包括控制容腔、進油容腔、出油容腔和雙向一體式對置閥；所述雙向一體式對置閥的上承壓面位於控制容腔處，下錐閥與進油容腔相通，下承壓面位於進油容腔處；進油管道分兩路分別進入所述控制容腔和進油容腔；所述控制容腔的進油管道上設置有進油喉口，所述控制容腔還連接有放油管道，所述放油管道上設置有放油喉口和先導閥，與油箱相通，所述放油喉口直徑大於進油喉口直徑。優選的所述雙向一體式對置閥的上承壓面面積大於下承壓面面積。其進一步特徵在於所述雙向一體式對置閥的上錐閥為常開，下錐閥為常閉。其進一步特徵還在於所述雙向一體式對置閥的上錐閥與回油管道相通，回油管道上設置有回油壓力組件。一種高壓燃油進回聯動控制方法，其特徵在於包括下述工作狀態
(I)初始狀態
先導閥處於關閉狀態，高壓燃油分成兩路進油，一路經進油喉口進入控制容腔，所述控制容腔內的高壓燃油作於雙向一體式對置閥的上承壓面上產生液壓力；另一路高壓燃油進入進油容腔作用於雙向一體式對置閥的下承壓面上產生液壓力，下錐閥關閉，上錐閥打開。(2)出油狀態
先導閥通電，放油喉口所在的放油管道被關閉，由於放油喉口直徑比進油喉口直徑大，控制容腔中高壓燃油壓力急速下降，作用於雙向一體式對置閥的上承壓面上液壓力及預壓縮力小於不變的雙向一體式對置閥的下承壓面上液壓力時，下錐閥迅速打開而上錐閥聯動關閉，進油容腔高壓燃油進入出油容腔中，經出油管道實現出油。(3)回油狀態
先導閥斷電，放油喉口所在的放油管道被關閉，所述放油喉口關閉而進油喉口繼續進油，控制容腔中高壓燃油壓力急速上升，作用於雙向一體式對置閥的上承壓面上液壓力及預壓縮力大於不變的下承壓面上液壓力時，上錐閥迅速打開而下錐閥聯動關閉，出油容腔和出油管道高壓燃油經回油管道實現回油卸壓，通過在回油油路中的回油壓力組件對回油壓力進行動態調節。本發明的有益效果是採用一體式結構的雙向對置錐閥適應於高壓尤其是160MPa及以上超高壓燃油的油路控制，系統結構簡單、頻率響應快、密封效果好、流量大。本發明中的一體式結構閥芯零件數量少，僅使用一個先導閥即可實現高壓燃油兩位三通控制且密封效果優於滑閥軸向密封。另外本發明中採用一體式結構的對置錐閥可以實現高壓燃油進回聯動，頻率響應快。


圖1是本發明原理示意圖。圖中1、進油容腔，2、下承壓面，3、下導向段，4、下錐面，5、下閥體，6、彈簧，7、出油容腔，8、閥芯，9、出油管道，10、上閥體，11、上錐面，12.、回油壓力組件，13、回油管道，14、上導向段，15、上承壓面，16、放油管道，17、先導閥，18、放油喉口，19、控制容腔，20、進油喉口。
具體實施例方式下面結合附圖1對本發明作進一步說明。本發明控制高壓燃油通斷方法的核心是在僅採用一個先導閥的前提下使用一體式結構的閥芯實現高油燃油進回聯動控制，所述一體式結構閥芯8是一個杆式零件，其主要特徵是對置錐閥、雙導向段、兩承壓面。所述一體式結構的閥芯8套插在下閥體5和上閥體10組成的出油容腔7中並能上下運動，對置上下錐面4、11分別與下閥體5和上閥體10聯動密封組成上下錐閥，上下導向段3、14分別在下閥體5和上閥體10中起導向作用確保對置上下錐面4、11與上下閥體5、10之間形成嚴格密封，所述的下閥體5與上閥體10組成出油容腔7經出油管道9出油，將高壓燃油穩定地輸送給其他工作源使用。所述出油容腔7用於將從進油容腔I中燃油經下導向段3上開設的溝槽與下錐面4處流入的高壓燃油暫時收集起來，所述的進油容腔I中燃油來自高壓燃油分成兩路中的B路，另一路即A路高壓燃油經控制容腔19前的進油管道上設置的進油喉口 20進入控制容腔19，控制容腔19還連接有放油管道16，所述放油管道16上設置有放油喉口 18和先導閥17，放油管道16與油箱相通；上承壓面15與下承壓面2分別與控制容腔19和進油容腔I接觸，在控制容腔19與進油容腔I中的高壓燃油分別作用在上承壓面15與下承壓面2上的液壓力及安裝在閥芯8與上閥體10之間的彈簧6預壓縮彈簧力的綜合作用下，閥芯8優先偏壓在進油側的下閥體5上，即下錐閥常閉而上錐閥常開；在上錐面11與上導向段14之間設置回油管道13用於將出油容腔7及出油管道9中高壓燃油在系統不工作狀態下進行回油卸壓，在回油管道上設置有回油壓力組件12對回油壓力進行動態調節。高壓燃油進回聯動控制方法如下
(I)初始狀態
系統未工作時，先導閥17不通電，放油喉口 18所在的放油管道16被關閉。此時控制容腔19中的高壓燃油作用於上承壓面15上所產生的方向向下的液壓力，與彈簧6預壓縮產生的方向向下的彈簧力所形成的合力，大於進油容腔I中的高壓燃油作用於下承壓面2上所產生的方向向上的液壓力，因此一體式結構的閥芯8的下錐面4優先偏壓在下閥體5上形成密封，即下錐閥常閉而上錐閥常開。(2)出油狀態
先導閥17通電勵磁後放油管道16打開，控制容腔19中高壓燃油經放油喉口 18放油至油箱，由於放油喉口 18直徑比進油喉口 20直徑大，控制容腔19中燃油壓力急速下降，控制容腔19中的高壓燃油作用於上承壓面15上所產生的方向向下的液壓力，與彈簧6預壓縮產生的方向向下的彈簧力所形成的合力，迅速小於進油容腔I中的高壓燃油作用於下承壓面2上所產生的方向向上的液壓力，下錐面4迅速向上運動而打開，進油容腔I中高壓燃油經下導向段3上開設的溝槽與下錐面4和下閥體5之間打開的間隙通道流入出油容腔7，經出油管道9高壓燃油出油穩定地輸送給其他工作源使用；下錐面4和下閥體5之間打開間隙通道的同時，上錐面11和上閥體10之間形成錐面密封，有利於出油容腔燃油壓力的建立。(3)回油狀態
先導閥17斷電去磁後放油管道16關閉，放油喉口 18停止放油而進油喉口 20繼續進油，控制容腔19中燃油壓力急速上升，控制容腔19中的高壓燃油作用於上承壓面15上所產生的方向向下的液壓力，與彈簧6預壓縮產生的方向向下的彈簧力所形成的合力，迅速大於進油容腔I中的高壓燃油作用於下承壓面2上所產生的方向向上的液壓力，上錐面11迅速向下運動而打開，出油容腔7與出油管道9中的輸送給其他工作源未使用完的高壓殘油經上錐面11和上閥體10之間打開的間隙通道流入回油管道13，經回油壓力組件12後回至油箱；上錐面11和上閥體10之間打開間隙通道的同時，下錐面4和下閥體5之間形成錐面密封，進油容腔I中高壓燃油無法進入出油容腔7中，有利於系統回油卸壓；在回油管道13上設置的回油壓力組件12可以動態調整回油壓力，確保出油容腔7中的燃油具有一定的初始壓力，有利於下一個工作循環。工作可靠保證:
彈簧6的預壓縮彈簧力具有使一體式閥復位功能，起到防止一體式閥反跳作用。彈簧6的預壓縮力較小，未列入下面的計算。1、閥芯8位於回油側的上導向段14在起到導向閥芯8運動的同時，還要用於密封控制容腔19中高壓燃油，以防止其洩漏至回油管道13中，要求上導向段14的導向長度L與直徑的比值L/D>3以上。2、由公知常識可知高壓燃油作用於承壓面上產生的液壓力大小為高壓燃油壓力與承壓面面積的乘積，通過設計兩承壓面的面積比值，可以產生差異化的液壓力。在本發明中，以優選的上承壓面15面積為S±=18.49mm2，下承壓面面積為ST=12.96mm2，高壓燃油壓力P=I6OMPa為例，產生的液壓力分別為:F上=160MPaX18.49mm2=2958.4N，F下=160MPaX12.96mm2=2073.6N，可見上承壓面15上產生的方向向下的液壓力比下承下面2上產生的方向向上的液壓力大，具體為:F差=2958.4-2073.6=884.8N。此壓力差數倍於市面上電磁閥一般所能提供的力(100 200N)，因此如果直接採用電磁閥控制高壓油路，電磁閥體積勢必很大。3、本發明同時利用了兩個喉口與一個先導閥組合來調節控制容腔中的燃油壓力。以放油喉口 18直徑比進油喉口 20直徑大25%為例，經液力模擬軟體計算可知，在先導閥17通電勵磁打開放油喉口 18約0.5ms的時間內控制容腔19中的高壓燃油壓力從160MPa下降到50MPa，此時上承壓面上液壓力F: =50MPaX 18.49mm2=924.5.4N，可見上承壓面15上產生的方向向下的液壓力比下承壓面2上產生方向向上的液壓力小，具體為:F差』 =2073.6-924.5=1149.1N。因此閥芯8的下錐面4會迅速向上運動響應，打開密封通道實現出油工作。4、經模擬計算，本方法出油流量在升程同為0.2_時是普通滑閥出油流量的6倍。以其他工作源採用P系列噴油器為例，噴油器採用8孔每孔直徑Φ0.14_油嘴，在
0.5ms時間內出油量可達150mm3以上。5、本發明採用雙向一體式結構的對置閥，核心是閥芯8，其結構為一個杆式零件，具有體積小重量輕優點，在上述例子中壓力差達到近千牛頓的情況下，打開與關閉的時間均在Ims以下，因此系統的頻率響應非常快；在近千牛頓的壓力下，採用錐面密封，系統的密封效果好。利用本發明的雙向一體式對置閥，合理設計上下承壓面面積比值與合理設計放油喉口與進油喉口直徑比值，合理設計控制容腔體積並結合使用一個先導閥控制系統控制通電時刻與通電時長，可以實現對供油始點與供油量的精確控制，本發明方法對高壓燃油控制呈兩位三通控制效果，其具有進回聯動特徵，本方法還具有閥芯升程小、頻率響應快、密封效果好，流量大，零件少等優點。
權利要求
1.一種雙向一體式對置閥，包括閥座和閥芯，其特徵在於:所述閥芯採用一體式結構，設置有雙向對置錐閥芯，所述雙向對置錐閥芯與閥座配合組成聯動的上下錐閥；與對置錐閥芯相對應的兩側設置有上下承壓面和上下導向段。
2.一種高壓燃油進回聯動控制系統，其特徵在於:包括控制容腔、進油容腔、出油容腔和雙向一體式對置閥；所述雙向一體式對置閥的上承壓面位於控制容腔處，下錐閥與進油容腔相通，下承壓面位於進油容腔處；進油管道分兩路分別進入所述控制容腔和進油容腔；所述控制容腔的進油管道上設置有進油喉口，所述控制容腔還連接有放油管道，所述放油管道上設置有放油喉口和先導閥，與油箱相通，所述放油喉口直徑大於進油喉口直徑。
3.根據權利要求2所述的高壓燃油進回聯動控制系統，其特徵在於:所述雙向一體式對置閥的上承壓面面積大於下承壓面面積。
4.根據權利要求2所述的高壓燃油進回聯動控制系統，其特徵在於:所述雙向一體式對置閥的上錐閥為常開，下錐閥為常閉。
5.根據權利要求2所述的高壓燃油進回聯動控制系統，其特徵在於:所述雙向一體式對置閥的上錐閥與回油管道相通，回油管道上設置有回油壓力組件。
6.一種高壓燃油進回聯動控制方法，其特徵在於包括下述工作狀態: (1)初始狀態: 先導閥處於關閉狀態，高壓燃油分成兩路進油，一路經進油喉口進入控制容腔，所述控制容腔內的高壓燃油作用於雙向一體式對置閥的上承壓面上產生液壓力；另一路高壓燃油進入進油容腔作用於雙向一體式對置閥的下承壓面上產生液壓力，下錐閥關閉，上錐閥打開； (2)出油狀態: 先導閥通電，放油喉口所在的放油管道被打開，由於放油喉口直徑比進油喉口直徑大，控制容腔中高壓燃油壓力急速下降，作用於雙向一體式對置閥的上承壓面上液壓力及預壓縮力小於不變的雙向一體式對置閥的下承壓面上液壓力時，下錐閥迅速打開而上錐閥聯動關閉，進油容腔高壓燃油進入出油容腔中，經出油管道實現出油； (3)回油狀態: 先導閥斷電，放油喉口所在的放油管道被關閉，而進油喉口繼續進油，控制容腔中高壓燃油壓力急速上升，作用於雙向一體式對置閥的上承壓面上液壓力及預壓縮力大於不變的下承壓面上液壓力時，上錐閥迅速打開而下錐閥聯動關閉，出油容腔和出油管道高壓燃油經回油管道實現回油卸壓，通過回油管道中的回油壓力組件對回油壓力進行動態調節。
全文摘要
本發明公布了一種雙向一體式對置閥，包括閥座和包括對置錐閥、兩承壓面、雙導向段的閥芯。一種高壓燃油進回聯動控制系統，包括控制容腔、進油容腔、出油容腔和雙向一體式對置閥；所述雙向一體式對置閥的上承壓面位於控制容腔處，下錐閥與進油容腔相通，下承壓面位於進油容腔處；進油管道分兩路分別進入所述控制容腔和進油容腔；所述控制容腔的進油管道上設置有進油喉口，所述控制容腔還連接有放油管道，所述放油管道上設置有放油喉口和先導閥，與油箱相通。一種高壓燃油進回聯動控制方法，包括初始狀態、出油狀態和回油狀態三種工作狀態。該系統和方法適應於高壓尤其是160MPa及以上超高壓燃油的油路控制，系統結構簡單、頻率響應快、密封效果好、流量大。
文檔編號F16K11/044GK103075537SQ20131004708
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者王健, 房志紅, 陳希穎, 居鈺生, 繆雪龍, 夏少華, 王先勇, 劉志華 申請人:中國第一汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所