一种泵喷嘴供油系统与方法

摘要

本发明公开了一种泵喷嘴供油系统与方法，第一油道、第二油道与液压油源系统连通，提供回流高压油，两位三通电磁阀和柱塞套安装在机体上，两位三通电磁阀与第一油道、第二油道连接，两位三通电磁阀的另一开口与第三油道连接，第三油道与柱塞套内油路通道连通，第一柱塞安装在柱塞套内，第一柱塞对应挺柱的滚轮，推杆的下端放置在挺柱内，推杆的上端通过铰链和摇臂连接，摇臂连接第二柱塞的上端，第二柱塞的下端连接着喷油器，在第二柱塞上卡套有回位弹簧，采用了本发明的技术方案，能够在不使用旋转部件的情况下驱动泵喷嘴供油，而且能够保证发动机在各种工况下喷油压力稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种泵喷嘴供油系统和方法。

背景技术

传统的泵喷嘴供油系统，是发动机曲轴通过一对供油正时齿轮驱动的供油凸轮轴上的凸轮旋转来推动喷油泵工作的。这种结构的供油系统中，喷油时刻是通过正时齿轮和凸轮轴上的凸轮型线来保证的，喷油规律是靠凸轮型线保证的，喷油量是由喷油泵中柱塞拉杆带动柱塞斜槽的位置来确定。

液压自由活塞发动机是将往复活塞式内燃机与柱塞式液压泵集成为一体的一种新型的发动机。该发动机是将气缸内活塞的往复运动通过与活塞刚性连接的液压柱塞直接转化为液压能来驱动负载工作。与传统的曲轴式发动机在结构上的主要不同点在于：该发动机没有了曲柄连杆机构，即没有了旋转机构。由于没有了旋转机构，该种发动机的供油系统的驱动若采用传统发动机的凸轮轴驱动的泵喷嘴结构则很难实现，因此需要一种非旋转机构驱动的供油系统来实现液压自由活塞发动机的燃油供给。

发明内容

本发明的目的在于提出一种泵喷嘴供油系统与方法，能够在不使用旋转部件的情况下驱动泵喷嘴供油，而且能够保证发动机在各种工况下喷油压力稳定。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种泵喷嘴供油系统，适用于液压自由活塞发动机，包括第一油道12、第二油道15、两位三通电磁阀2、第三油道13、柱塞套4、第一柱塞3、挺柱6、推杆7、摇臂8、第二柱塞9、回位弹簧10和喷油器11，所述第一油道、所述第二油道分别与所述液压自由活塞发动机的液压油源系统1连通，用于提供、回流高压油，所述两位三通电磁阀和所述柱塞套安装在机体14上，所述两位三通电磁阀两个开口分别与所述第一油道、第二油道的另一端连接，所述两位三通电磁阀的另一开口与所述第三油道的一端连接，所述第三油道的另一端与所述柱塞套内油路通道连通，所述第一柱塞安装在所述柱塞套内，所述第一柱塞的一端对应所述挺柱的滚轮，所述推杆的下端放置在所述挺柱内，所述推杆的上端通过铰链和所述摇臂一端连接，所述摇臂另一端连接所述第二柱塞的上端，所述第二柱塞的下端连接着所述喷油器，在所述第二柱塞上卡套有所述回位弹簧。

还包括间隙调整螺钉16，所述间隙调整螺钉位于所述推杆上，用于调整所述推杆的长度。

所述第一柱塞和所述第二柱塞呈T型，上端截面直径比下端大。

所述第一柱塞的直径与所提供高压油压力、回位弹簧力和喷油器喷油压力之间的关系为$\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{4}\·P=F_1+F_2,$其中，d表示第一柱塞直径，P表示高压油压力，

F₁表示回位弹簧力，F₂表示喷油器喷油压力；

所述第一柱塞的长度与第二柱塞最大行程，即最大循环喷油量和导向所需高度之间的关系为$Q_{\max }=\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}\·s\·\mathrm{\λ};$l≥1.5d，其中Q_max表示最大循环喷油量，D表示第二柱塞直径，l表示第一柱塞正常导向所需最小长度，s表示第一柱塞行程，λ表示摇臂比，h＝s·λ表示第二柱塞最大行程，d表示第一柱塞直径，则柱塞长度为max{s，l}；

所述出油油道流量不小于所述两位三通电磁阀的流量。

所述两位三通电磁阀和所述柱塞套通过螺纹安装在机体上。

柱塞套为管状结构，内孔为与柱塞配合圆柱表面，外部为阶梯轴式结构，外径较大的上部有外螺纹，并且以内孔圆为内切圆设置有内正六方凹坑，便于用扳手安装紧固螺纹，机体上相应位置有内螺纹，柱塞套通过螺纹安装于机体上。

一种泵喷嘴供油方法，包括以下步骤：

A、两位三通电磁阀得电打开；

B、高压油通过两位三通电磁阀经第一油道进入柱塞套；

C、高压油推动第一柱塞沿着柱塞套向上运动；

D、第一柱塞推动挺柱向上运动，挺柱带动推杆向上运动；

E、推杆推动摇臂绕其轴线顺时针转动，摇臂另一端向下运动；

F、摇臂推动第二柱塞驱动喷油器给燃油加压并喷出，套在第二柱塞的回位弹簧被压缩；

G、两位三通电磁阀失电，柱塞套内高压油通过两位三通电磁阀经第二油道回流到油箱；

H、回位弹簧伸展带动第二柱塞回位，摇臂绕其轴线逆时针转动；

I、在摇臂的带动下，推杆、挺柱和第一柱塞回复原来位置。

通过调整间隙调整螺钉，使得安装初始状态下回位弹簧存在预压缩量。

采用了本发明的技术方案，通过电子控制液压来驱动泵喷嘴供油系统，可以避免了旋转部件，这对于没有旋转机构的发动机来说是很实用的，而且由于喷油压力与发动机的转速无关，因此可以保证发动机在各种工况下喷油压力恒定。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中泵喷嘴供油系统的原理图；

图2是本发明具体实施方式中泵喷嘴供油系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明的总体思想是：利用液压力驱动液压柱塞在柱塞套内的运动来代替凸轮驱动力的作用，利用电子控制的串联在液压回路中的两位三通电磁阀的开启和关闭时刻来代替凸轮的正时和相位，利用控制两位三通电磁阀的通电时间长短来控制喷油器的供油量。

图1是本发明具体实施方式中泵喷嘴供油系统的原理图。如图1所示，液压油源系统1由液压自由活塞发动机发出的液压能产生，两位三通电磁阀2串联在油道中。当发动机活塞运动到需要喷油的位置时，给两位三通电磁阀通电，使得a、b端接通，高压油通过ab通道进入柱塞套4中，在高压油的推动下柱塞3就会克服回位弹簧10的弹力向上运动，推动挺柱6，向上运动，挺柱推动推杆7向上运动，推杆向上运动使得摇臂8顺时针转动，压缩回位弹簧，使喷油泵柱塞9快速下移，给燃油加压，加压后的高压燃油通过喷油器11，喷入气缸。

当两位三通电磁阀失电时，电磁阀的b、c两端接通，高压油通过bc通道流回到油箱，喷油泵柱塞在回位弹簧的作用下回位，喷油器停止喷油，喷油过程结束，完成一次喷油动作。该系统中喷油量的控制可以通过改变两位三通电磁阀的通电时间来实现，通电时间越长，喷油量越多。

图2是本发明具体实施方式中泵喷嘴供油系统的结构示意图。如图2所示，两位三通电磁阀2串联于高压入油油道12、低压出油油道15相应的位置，通过螺纹连接的方式紧固于机体14上，该两位三通电磁阀为快速大流量电磁阀，响应时间不大于3毫秒，流量不小于每分钟20升。高压入油油道12、低压出油油道15通过钻孔的方式布置于机体上相应的位置，高压入油油道12的直径取决于喷油器出油压力、回位弹簧力和推杆弹簧力，高压入油油道直径应大于电磁阀油道直径，防止产生节流作用，影响喷油的时效性，同时高压入油油道直径也不能太大，会产生较大的容积效应，同样也会影响喷油的时效性，低压出油油道的直径应大于高压入油油道。另外出油油道的直径取决于所用电磁阀的流量，即油道流量不小于电磁阀流量。

柱塞套4通过螺纹安装于机体上，柱塞套为管状结构，内孔为高精度与柱塞配合圆柱表面，外部为阶梯轴式结构，外径较大的上部加工出外螺纹，并且以内孔圆为内切圆加工内正六方凹坑，便于用扳手安装紧固螺纹，机体上安装柱塞套相应位置加工出内螺纹，柱塞套通过螺纹安装于机体上，柱塞套轴向位置可以通过柱塞套底平面上的垫片厚度调整。

两位三通电磁阀油路通道和柱塞套内油路通道通过加工在机体内部的油道13贯通，柱塞套位置应与挺柱6的滚轮相对应，柱塞3通过间隙配合安装于柱塞套4内，柱塞3的直径与所提供高压油压力、回位弹簧力和喷油器喷油压力之间的关系为$\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{4}\·P=F_1+F_2,$其中，d表示柱塞3直径，P表示高压油压力，

F₁表示回位弹簧力，F₂表示喷油器喷油压力。

柱塞3长度根据喷油泵柱塞9最大行程和导向所需高度决定，柱塞3的长度与喷油泵柱塞9最大行程，即最大循环喷油量和导向所需高度之间的关系为$Q_{\max }=\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}\·s\·\mathrm{\λ};l\≥1.5d,$其中Q_max表示最大循环喷油量，D表示喷油泵柱塞9直径，l表示柱塞3正常导向所需最小长度，s表示柱塞3行程，λ表示摇臂比，h＝s·λ表示喷油泵柱塞9最大行程，d表示柱塞直径，则柱塞长度为max{s，l}。

柱塞头部直径较柱塞下部大，便于和挺柱滚轮接触传递力，通过调整间隙调整螺钉16，使得安装初始状态保证回位弹簧有一定的预压缩量，推杆7下端放置于挺柱内，上端通过间隙调整螺钉与摇臂8铰链相连，摇臂另一端压在喷油泵柱塞9上，喷油泵柱塞的上端直径较大，回位弹簧卡套在喷油泵柱塞的凸起和喷油器11之间。

电子控制液压驱动泵喷嘴系统在液压自由活塞发动机上的具体实施步骤包括：当发动机活塞运动到需要喷油的位置时，两位三通电磁阀2得电打开，高压入油油道12和两位三通电磁阀油路通道之间导通，高压油经过高压入油油道12通过两位三通电磁阀流经油道13进入柱塞套4内，高压油推动柱塞3沿柱塞套4克服回位弹簧10的弹力向上运动，柱塞3推动挺柱6向上运动，挺柱带动推杆7向上运动，推杆的作用下，摇臂8绕其轴线顺时针转动，使得摇臂右端向下运动，推动喷油泵柱塞9向下运动给燃油加压，经喷油器11，喷出高压油。当活塞运动到需要喷油结束时，两位三通电磁阀失电，低压出油油道15和两位三通电磁阀油路通道之间导通，则柱塞套内的高压油通过两位三通电磁阀经低压出油油道15流回油箱，压力瞬时降低，喷油泵柱塞在回位弹簧的作用下开始回位，喷油器停止喷油，摇臂绕其轴线逆时针转动，在摇臂的带动下，推杆、挺柱和柱塞回复原来位置，完成一次喷油的动作，实现供油。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。