高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的製作方法
2023-10-04 18:16:49
本發明涉及內燃機控制技術領域，特別是涉及一種高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統。
背景技術：
軍用移動裝備(裝甲車、輕型坦克、運輸車、小型艦艇)、民用移動搶險裝備(消防車、發電機、排水泵、汽車、運輸船...)等大量使用柴油機動力，為了提高重要的行動裝置的可靠性(應急啟動措施：對常見的蓄電池虧電或電啟動迴路故障提供預案)，業內提倡採用雙能源啟動系統：常用的電能啟動與後備機械能啟動。
1000Hp以下的中小型柴油機的機械儲能啟動，多採用簡單、可靠的純機械彈簧儲能方式。機械彈簧儲能的能量釋放可使柴油機高速轉動0.5-2圈，其有效的持續時間約為0.2-0.3s(秒)。由於柴油機是靠壓燃點火。機械彈簧釋能的時間雖然很短，但速率很高而對壓燃非常有利，高壓油泵也自動同步噴油(噴油壓力也符合要求)。在機械彈簧釋能的過程中，正常的情況下，只要壓燃一個缸，柴油機就可以順利啟動了。
這些應急的行動裝置，在世界各國對公路與非公路的內燃機排放標準沒有嚴格規定之前。採用普通高壓供油泵的柴油機可達到Ⅱ級排放標準而滿足了應急裝備配套的要求。但隨著全球排放法規的日益嚴格，我國也開始實施國Ⅲ、國Ⅳ的排放標準；其車用與非車用柴油機基本上都需要採用高壓共軌電噴系統來滿足排放法規的要求。
由於高壓共軌電噴柴油機的燃油系統需要較長的盤車時間(2.5s以上)，而機械彈簧釋能周期很短(有效的持續時間約為0.2-0.3s)，根本不能滿足其必須經歷共軌軌道充油與建立軌壓過程的啟動要求。所以在新排放法規的約束下，原設計(包括某些行業已經制定應急產品的規範要求)的應急救援產品不能再採用機械式彈簧儲能的方案實施應急啟動。移動裝備不能安裝應急啟動裝置，其可靠性與實用性將大打折扣。
基於高壓共軌軌道建壓與控制噴油壓力較高的機理，彈簧儲能裝置的所有改進措施依然不能使高壓共軌電噴柴油機成功啟動。該技術的缺失，使某些非常重要的軍用與救援裝備只能繼續違規採用國Ⅱ排放的柴油機。當然，如果裝備的體積、重量允許的情況下可改用體積大，成本高而且攜帶不便的壓縮空氣儲能或液壓儲能的機械啟動方式滿足應急的特殊要求。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種能實現採用機械式彈簧儲能的方案實施應急啟動的高壓共軌電噴柴油機供油系統，以使柴油機符合國Ⅲ、國Ⅳ甚至更高的排放標準。
為了解決上述問題，本發明提供了一種高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統，包括油泵總成、高壓共軌腔、燃油箱及多個噴油器，所述燃油箱的出油端與所述油泵總成的第一進油口連通，所述油泵總成的第一出油口與所述高壓共軌腔的第二進油口連通，所述高壓共軌腔上設有多個第一供油口，多個所述噴油器的第三進油口依次與所述第一供油口連通，所述高壓共軌腔上還設有第一回油口，所述第一回油口與所述燃油箱的回油端連通，所述噴油器上還設有第二回油口，所述第二回油口與所述燃油箱的回油端連通；還包括預充油/加壓裝置，所述預充油/加壓裝置設有第二供油口，所述第二供油口與所述高壓共軌腔連通以給所述高壓共軌腔預充油，以增加所述高壓共軌腔的壓力。
作為優選方案，所述預充油/加壓裝置包括一泵油裝置，所述泵油裝置設有第四進油口，所述第四進油口所述燃油箱的出油端連通，所述第二供油口設於所述泵油裝置上。
作為優選方案，所述泵油裝置包括柱塞泵和泵油腔，所述柱塞泵的一端連接於所述泵油腔的側壁上，並與所述泵油腔連通，所述第四進油口設於所述泵油腔的底部，所述第二供油口設於所述泵油腔的頂部；所第四進油口的內側設有防止油液從第四進油口流出泵油腔的第一止回閥，所述泵油腔的出油迴路上設有防止油液從第二供油口流入泵油腔的第二止回閥。
作為優選方案，所述第二止回閥設於所述泵油腔內，且位於所述第二供油口的內側，或者，所述第二止回閥設於所述高壓共軌腔的側壁上，且與所述高壓共軌腔連通。
作為優選方案，所述泵油裝置上還設有壓力表，所述壓力表連接在所述第二供油口上。
作為優選方案，所述柱塞泵包括缸體和活塞杆，所述缸體的一端連接於所述泵油腔的側壁上，並與所述泵油腔連通；所述柱塞泵上還設有驅動機構，所述驅動機構與所述活塞杆連接，以驅動所述活塞杆在所述缸體內往復移動。
作為優選方案，所述驅動機構包括第一連杆和第二連杆，所述第一連杆的一端鉸接在基座上，所述第一連杆的另一端為自由端，所述第二連杆的一端連接在所述活塞杆上，所述第二連杆的另一端鉸接於所述第一連杆的中部。
作為優選方案，所述高壓共軌腔上還設有用於檢測高壓共軌腔內壓力的軌壓傳感器。
作為優選方案，所述高壓共軌腔上還設有限壓閥，所述限壓閥連接在所述第一回油口上。
本發明的高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統，設置了預充油/加壓裝置，該預充油/加壓裝置設有第二供油口，第二供油口與高壓共軌腔連通；在彈簧儲能裝置釋放能量之前，通過預充油/加壓裝置可以給高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的高壓共軌腔預充油，以增加高壓共軌腔的壓力，由於燃油幾乎不能被壓縮，所以給高壓共軌腔充油就是排氣，排氣後就等於高壓共軌腔充滿燃油，然後稍加壓就能迅速完成整個充油/加壓過程；當軌道壓力達到要求時，可立即啟動彈簧儲能裝置釋放能量，此時，發動機就能順利啟動；從而實現採用機械式彈簧儲能的方案實施應急啟動的高壓共軌電噴柴油機供油系統，以使柴油機符合國Ⅲ、國Ⅳ甚至更高的排放標準。
附圖說明
圖1是本發明一優選實施例的高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統結構的示意圖；
圖2是本發明另一優選實施例的高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統結構的示意圖；
圖3是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的電動啟動轉速特性曲線圖；
圖4是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的電啟動高壓共軌軌道壓力特性曲線圖；
圖5是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的電啟動的柴油機升速特性曲線圖；
圖6是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統在未設置預充油/加壓裝置時的機械式彈簧啟動轉速特性曲線圖；
圖7是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統在未設置預充油/加壓裝置時的機械式彈簧啟動高壓共軌軌道壓力特性曲線圖；
圖8是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統在未設置預充油/加壓裝置時的機械式彈簧啟動的柴油機升速特性曲線圖；
圖9是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統設置預充油/加壓裝置後的機械式彈簧啟動轉速特性曲線圖；
圖10是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統設置預充油/加壓裝置後的機械式彈簧啟動高壓共軌軌道壓力特性曲線圖；
圖11是高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統設置預充油/加壓裝置後的機械式彈簧啟動的柴油機升速特性曲線圖。
其中，1、油泵總成；11、第一進油口；12、第一出油口；2、高壓共軌腔；21、第二進油口；22、第一供油口；23、第一回油口；3、燃油箱；31、出油端；32、回油端；4、噴射器；41、第三進油口；42、第二回油口；5、預充油/加壓裝置；51、泵油腔；511、第四進油口；512、第二供油口；52、柱塞泵；53、第一止回閥；54、第二止回閥；55、第一連杆；56、第二連杆。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
如圖1所示，示意性地顯示了本發明一實施例的高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統，其包括油泵總成1、高壓共軌腔2、燃油箱3及多個噴油器4，燃油箱3的出油端31與油泵總成1的第一進油口11連通，油泵總成1的第一出油口12與高壓共軌腔2的第二進油口21連通，高壓共軌腔2上設有多個第一供油口22，多個噴油器4的第三進油口41依次與第一供油口22連通，高壓共軌腔2上還設有第一回油口23，該第一回油口23與燃油箱3的回油端32連通，噴油器4上還設有第二回油口42，該第二回油口42與燃油箱3的回油端32連通；此外，高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統還包括預充油/加壓裝置5，預充油/加壓裝置5設有第二供油口512，第二供油口512與高壓共軌腔2連通以給高壓共軌腔2預充油，以增加高壓共軌腔2的壓力。
由於預充油/加壓裝置5設有第二供油口512，該第二供油口512與高壓共軌腔2連通；在彈簧儲能裝置(未圖示)釋放能量之前，可通過預充油/加壓裝置5給高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的高壓共軌腔2預充油，以增加高壓共軌腔2的壓力，由於燃油幾乎不能被壓縮，所以給高壓共軌腔2充油就等於給高壓共軌腔2排氣，排氣後就等於高壓共軌腔2充滿燃油，然後，再稍加壓就能迅速完成整個充油/加壓過程；當高壓共軌腔內壓力達到要求時，可立即啟動彈簧儲能裝置釋放能量，此時，發動機就能順利啟動；從而可以使高壓共軌電噴柴油機供油系統實現採用機械式彈簧儲能的方式實施應急啟動，以使柴油機符合國Ⅲ、國Ⅳ甚至更高的排放標準。
如圖1所示，預充油/加壓裝置5包括一泵油裝置(未標號)，泵油裝置設有第四進油口511，該第四進油口511與燃油箱3的出油端31連通，第二供油口512設於泵油裝置上；從而可以利用燃油箱3的燃油來給高壓共軌腔2充油，無需額外接入其它儲油附件，以簡化系統的結構。
泵油裝置包括柱塞泵52和泵油腔51，柱塞泵52的一端連接於泵油腔51的側壁上，並與泵油腔51連通，第四進油口511設於泵油腔51的底部，第二供油口512設於泵油腔51的頂部；第四進油口511的內側設有防止油液從第四進油口511流出泵油腔51的第一止回閥53，泵油腔51的出油迴路上設有防止油液從第二供油口512流入泵油腔51的第二止回閥54；當柱塞泵52的活塞杆往復運動時，可以將燃油箱3內的油液通過泵油腔51泵入到高壓共軌腔2內，以實現給給高壓共軌腔2充油加壓。
如圖1所示，第二止回閥54可設於泵油腔51內，且位於第二供油口512的內側，以防止高壓共軌腔2內的油液從第二供油口512流回泵油腔51內。
當然，如圖2所示，第二止回閥54還可設於高壓共軌腔2的側壁上，且與高壓共軌腔2連通；這樣設置的好處是當預充油/加壓裝置5預充油/加壓過程結束後，受到第二止回閥54的作用，預充油/加壓裝置5不承受來自高壓共軌腔2內的壓力，同時還可以保持原高壓共軌腔2的內腔容積不發生改變，從而不會影響電控單元的測量與控制。
泵油裝置上還設有壓力表9，該壓力表9連接在第二供油口512上；壓力表9可以直觀地反映出預充油/加壓裝置5的壓力值。
如圖1及圖2所示，柱塞泵52包括缸體(未標號)和活塞杆(未標號)，缸體的一端連接於泵油腔51的側壁上，並與泵油腔51連通；柱塞泵52上還設有驅動機構(未標號)，驅動機構與活塞杆連接，以驅動活塞杆在缸體內往復移動；以使泵油腔51實現將燃油箱3內的燃油泵入到高壓共軌腔2的目的；驅動機構包括第一連杆55和第二連杆56，第一連杆55的一端鉸接在基座上，第一連杆55的另一端為自由端，該自由端上設有手柄，第二連杆56的一端連接在活塞杆上，第二連杆56的另一端鉸接於第一連杆55的中部，可以通過撥動第一連杆55的自由端，使第二連杆56帶動活塞杆在缸體內往復移動。
此外，高壓共軌腔2上還設有用於檢測高壓共軌腔2內壓力的軌壓傳感器7；並可在高壓共軌腔2上設至限壓閥8，限壓閥8連接在第一回油口23上，以用於將高壓共軌腔2內的壓力限制在某一個壓力值範圍內。
由於高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統，在柴油機啟動時，燃油泵首先要對高壓共軌腔2，而燃油泵一般經過2-3秒的時間才能完成充油並達到足夠的電控噴油壓力(噴油壓力通常設定為40MPa)；
在圖3和圖5中，其中縱坐標S表示轉速，其單位為rpm(Revolutions Per minute,轉/分鐘)，橫坐標T表示時間，其單位為s(秒)；在圖4中，其中縱坐標P表示壓強，其單位為MPa(兆帕)。
如圖3所示，在正常的電啟動操作中，電機在大約1.2s時，轉速達到250rpm，即已滿足柴油機的啟動轉速要求，如圖4所示，大約需要經過2.4s，高壓共軌腔的壓力才能達到40MPa的電控噴油壓力，因此，在1.2s-2.4s的時間內，電機需要繼續輸出扭矩來帶動柴油機運轉，結合圖3至圖5所示，大約經過2.4s的盤車時間，電機帶動柴油機的轉速和電控噴油壓力同時滿足啟動要求，柴油機啟動成功。
在圖6和圖8中，其中縱坐標S表示轉速，其單位為rpm(Revolutions Per minute,轉/分鐘)，橫坐標T表示時間，其單位為s(秒)；在圖7中，其中縱坐標P表示壓強，其單位為MPa(兆帕)。
如圖6所示，高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統在未設置預充油/加壓裝置時，機械式彈簧啟動過程中，彈簧勢能使發動機升速很快，大約在0.26s即可到達柴油機的轉速達到250rpm，以滿足柴油機的啟動轉速要求，但是，機械蓄能式彈簧啟動的釋能時間過短，大約只能維持0.24s，如圖7所示，在高壓共軌腔的壓力並沒有達到足夠的電控噴油壓力時，彈簧儲存的能量即釋放完畢，使電控噴油壓力不能滿足啟動要求，如圖8所示，雖然盤車速度達標，但因高壓共軌的軌壓未能建立而發動機電噴系統不噴油，導致柴油機啟動失敗。
在圖9和圖11中，其中縱坐標S表示轉速，其單位為rpm(Revolutions Per minute,轉/分鐘)，橫坐標T表示時間，其單位為s(秒)；在圖10中，其中縱坐標P表示壓強，其單位為MPa(兆帕)。
如圖9所示，在彈簧釋能的0.26s-0.5s範圍內，其盤車速度均符合250rpm的轉速要求，高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統在設置預充油/加壓裝置5後，如圖10所示，由於預充油/加壓裝置5可以事先給高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的高壓共軌腔2預充油，以增加高壓共軌腔2的壓力，使其達到足夠的電控噴油壓力後，彈簧釋放的能量在0.26s即可達到柴油機的啟動轉速要求，如圖11所示，當柴油機的高壓共軌軌道被預充油加壓，其壓力≥40MPa，而發動機的盤車轉速同時≥250rpm，電控噴油壓力也已經滿足啟動要求，柴油機啟動成功。
綜上所述，本發明的高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統，設置了預充油/加壓裝置，由於預充油/加壓裝置5設有第二供油口512，該第二供油口512與高壓共軌腔2連通；在彈簧儲能裝置(未圖示)釋放能量之前，可通過預充油/加壓裝置5給高壓共軌電噴柴油機供油啟動系統的高壓共軌腔2預充油，以增加高壓共軌腔2的壓力，由於燃油幾乎不能被壓縮，所以給高壓共軌腔2充油就等於給高壓共軌腔2排氣，排氣後就等於高壓共軌腔2充滿燃油，然後，再稍加壓就能迅速完成整個充油/加壓過程；當高壓共軌腔內壓力達到要求時，可立即啟動彈簧儲能裝置釋放能量，此時，發動機就能順利啟動；從而可以使高壓共軌電噴柴油機供油系統實現採用機械式彈簧儲能的方式實施應急啟動，以使柴油機符合國Ⅲ、國Ⅳ甚至更高的排放標準。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。