一种整体式组合阀装置、可压力初始化的燃油通断控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种整体式组合阀装置、可压力初始化的燃油通断控制系统及控制方法，尤其适应于电控单体泵燃油系统。

背景技术：

随着排放法规要求越来越严格，近年来在中国市场上电控单体泵得到了广泛应用。但是电控单体泵系统由于ecu仅通过电磁—液压执行机构电子控制泵油端，而出油端仍是通过高压油管将泵油端高压燃油进行传递输送，且出油装置仍采用成熟大批量使用的常规机械喷油器以实现系统的低成本与可维护性。众所周知，由于电控单体泵本身结构紧凑，目前多采用常规出油阀装置内置于泵体头部，这样的装置无法较好的卸压而必然存在剧烈的燃油波动,甚至于异常喷射现象发生，进而影响燃油预期喷射量、发动机性能及排放指标。针对这一问题，提供一种使得每次喷油初始时系统具有稳定的且各缸间一致性较好的初始压力功能的燃油通断控制装置，则显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明目的在于针对现有的电控单体泵供油系统的缺陷提供一种有益于提升喷射量计量，防止异常喷射现象发生的整体式组合阀装置、可压力初始化的燃油通断控制系统及控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种整体式组合阀装置，包括泵头，其特征在于：所述泵头内设置有与泵机构、压力容腔相通的进/回油容腔和与机械喷油器相连的出油容腔，及第一单向阀密封结构和第二单向阀密封结构；所述第二单向阀密封结构设置在所述第一单向阀密封结构上，所述第一单向阀密封结构用于控制燃油从进/回油容腔向出油容腔单向流动，所述第二单向阀密封结构用于控制燃油从出油容腔向进/回油容腔单向流动；所述第一单向阀密封结构的密封预紧力大于第二单向阀密封结构的密封预紧力，小于泵机构提供正流燃油压力与第二单向阀密封结构的密封预紧力之和；所述第二单向阀密封结构的密封预紧力小于机械喷油器喷射结束后出油容腔内残余燃油压力。

其进一步特征在于：所述进/回油容腔和出油容腔连接过渡处为锥面；

所述第一单向阀密封结构设置在所述出油容腔内，包括正流弹簧和正流阀芯；所述正流弹簧一端抵压在所述出油容腔顶部，另一端抵压在所述正流阀芯上；所述正流阀芯轴心设置有回流孔，所述回流孔下部内侧具有锥形开口；所述正流阀芯底部外周具有锥面，与所述进/回油容腔和出油容腔连接过渡处形成锥面密封；

所述第二单向阀密封结构设置在所述进/回油容腔内，包括钢球、回流阀芯和回流弹簧；所述回流弹簧一端抵压在所述进/回油容腔底部，另一端抵压在所述回流阀芯上；所述回流阀芯顶部具有少球状凹坑，所述钢球位于所述正流阀芯轴的回流孔锥形开口和回流阀芯顶部少球状凹坑之间，和所述正流阀芯轴的回流孔锥形开口形成锥球密封。

优选的：所述出油容腔包括第四级孔、第三级孔、和第二级孔，所述进/回油容腔包括第一级孔；所述第四级孔至第一级孔直径递次减小；在所述第一级孔中次序设置有回流调压垫片、回流弹簧、回流阀芯、钢球；在所述第二级孔中设置有正流阀芯；在所述第三级孔中次序设置有正流弹簧、正流调压垫片、减容体；在所述第四级孔中置入阀帽，所述阀帽外圆周采用过盈配合压入所述第四级孔中。

所述正流阀芯和回流阀芯外圆周上设置有多个弧形缺口。

一种采用上述整体式组合阀装置的可压力初始化的燃油通断控制系统，其特征在于：包括泵机构、压力容腔、ecu控制模块、整体式组合阀装置、连接管线及机械喷油器；

所述泵机构提供高压/低压燃油；

所述泵机构向所述压力容腔正流/回流燃油；

所述ecu控制模块，用于控制所述泵机构向所述压力容腔正流/回流燃油实现所述压力容腔燃油压力在高压/低压间按需交替变化；

所述连接管线连接整体式组合阀装置和机械喷油器；

所述整体式组合阀装置设置在所述压力容腔和连接管线之间，实现燃油从所述压力容腔向机械喷油器正流/回流通断控制。

一种基于上述可压力初始化的燃油通断控制系统的可压力初始化的燃油通断控制方法，其特征在于包括下述工作状态：

（1）初始状态：

阀帽次序压紧减容体、正流调压垫片、正流弹簧、正流阀芯、钢球、回流阀芯、回流弹簧、回流调压垫片，回流孔下部内侧锥形开口压紧钢球形成锥球密封接触，正流阀芯下部外锥周压紧第一级孔和第二级孔过渡处锥面形成周向锥锥密封接触；

（2）正流状态：

ecu控制模块控制泵机构产生高压燃油正流注入高压容腔，高压容腔燃油向上正流产生的向上液压力和回流弹簧产生向上的压缩力合力大于正流弹簧产生向下的压缩力，回流阀芯推动钢球，钢球推动正流阀芯向上运动，回流孔下部内侧锥形开口与钢球仍保持初始状态锥球密封接触，正流阀芯下部外锥周与第一级孔和第二级孔过渡处锥面从初始状态锥锥密封接触打开形成周向分离通道，高压燃油经分离通道正流至机械喷油器；

（3）回流状态：

ecu控制模块控制泵机构产生低压对压力容腔卸压，第二级孔中残余燃油产生向下的液压力和正流弹簧产生向下的压缩力合力大于回流弹簧产生向上的压缩力和第一级孔中燃油产生向上的液压力合力，正流阀芯向下运动至正流阀芯下部外锥周与第一级孔和第二级孔过渡处锥面接触形成锥锥密封接触，第二级孔中残余燃油经回流孔作用于钢球产生向下的液压力大于回流弹簧产生向上的压缩力，回流孔下部内侧锥形开口与钢球从初始状态锥球密封接触打开形成分离通道，残余燃油回流至压力容腔，直至残余燃油作用于钢球产生向下的液压力等于回流弹簧产生向上的压缩力，回流孔下部内侧锥形开口与钢球配合形成锥球密封接触，回流结束，回归至初始状态，实现残余燃油压力恒定受制于回流弹簧预压缩力，并由ecu控制模块进行回馈控制泵机构产生低压时刻，实现并优化系统对压力初始化控制。

通过调整所述回流调压垫片厚度，调整所述回流弹簧的压缩力，控制回流开启压力；通过调整所述正流调压垫片厚度，调整正流弹簧的压缩力，控制正流开启压力。

本发明具有一下有益效果：

1）本发明技术方案采用在泵体头部加工出多级孔腔最终形成整体式组合阀装置，结构紧凑，便于组装。

2）本发明采用单向阀式结构在非供油时段连通高压油管内残余燃油和低压腔燃油，从而实现二者压力初始化，即将出油端压力在供油开始时刻总是保持在预设值。

3）由于每次供油均使得系统可处于相一致的初始化压力预设值姿态，进而有益于提升喷射量计量，防止异常喷射现象发生，有益于提升系统标定工作。

4）系统各缸均采用同样的构造，可以使得各缸均获得上述优势，从而有益于发动机燃烧，降低噪声，提升品质。

5）本发明整体式组合阀装置可以被单独分离成设置成为一个独立部件或是有多种其他构造上的诸如分体式/整体式变型实施案设计等而被应用于包括燃油但不限于燃油的各种通断控制装置应用场景中。

附图说明

图1是泵头结构图。

图2是系统图（初始状态）。

图3是正流阀芯立体图。

图4是回流阀芯立体图。

图5是泵头剖视图（正流状态）。

图6是泵头局部图（回流状态）。

图中：1为泵头，11为第一级孔，12为第二级孔，13为第三级孔，14为第四级孔，15为过渡处锥面，2为回流调压垫片，3为回流弹簧，4为回流阀芯，41为顶部少球状凹坑，42为回流阀芯外周流道，5为钢球，6为正流阀芯，61为回流孔，62正流阀芯外周流道，63为锥形开口，64为正流阀芯下部外锥周，7为正流弹簧，8为正流调压垫片，9为减容体，10为阀帽，a为压力容腔，b为ecu控制模块，c为泵机构，d为机械喷油器，e为连接管线。

具体实施方式

本发明示例性实施例见图1～图6所示。如图1所示，一种可压力初始化的燃油通断控制系统，系统包括压力容腔a（公知常识如柱塞顶部容腔）、ecu控制模块b、泵机构c（公知常识如电控单泵泵或组合式电控电体泵，一般采用等速凸轮型线）、整体式组合阀装置、机械喷油器d、连接管线e，系统组成与详细工作原理结合图1～图6如本文进一步所述。

图1示例性给出了泵头1的构造，主要由便于加工且符合燃油流通沿程、减小节流损失原则而依次构造出直径递次增大的第一级孔11、第二级孔12、第三级孔13、第四级孔14，其中第一级孔11和第二级孔12孔壁加工要求高，第一级孔11和第二级孔12通过过渡处锥面15连接，泵头1如此构造主要是便于装入其他阀零件而形成整体式组合阀装置。

从图2示例中可知所述整体式组合阀装置主要构成是：在第一级孔11中次序置入用于调节回流弹簧3产生的方向向上的预压缩力大小的回流调压垫片2、用于控制回流开启压力大小的回流弹簧3、回流阀芯4、在回流阀芯4顶部少球状凹坑41中置入钢球5，在第二级孔12中次序置入正流阀芯6，正流阀芯6下部内侧锥形开口63与钢球5形成锥球接触，在第三级孔13中次序置入正流弹簧7、用于调整正流弹簧7安装空间的正流调压垫片8、用于减小第三级孔13容腔体积、充当弹簧座功效固定且稳定正流弹簧7的减容体9，在第四级孔14中置入阀帽10，阀帽10外圆周采用过盈配合压入第四级孔14中，阀帽10则可次序压紧减容体9、正流调压垫片8、正流弹簧7、正流阀芯6、钢球5、回流阀芯4、回流弹簧3、回流调压垫片2。因此，回流弹簧3、正流弹簧7均处于预压缩状态，且设计正流弹簧7产生的方向向下的预压缩力大于回流弹簧3产生的方向向上的预压缩力，保证正流阀芯下部外锥周64压紧于第一级孔11和第二级孔12连接处的过渡处锥面15形成周向锥锥密封接触。与此同时，正流阀芯6下部内侧锥形开口63向下压紧钢球5形成锥球密封接触。其中回流阀芯4外圆周和第一级孔11之间、正流阀芯6外圆周和第二级孔12之间均为公知偶件级配合。回流阀芯4、正流阀芯6可分别在第一级孔11、第二级孔12中因所承受的弹簧力与液压力的综合作用而上下滑动。

图3是正流阀芯立体图。图4是回流阀芯立体图。所述正流阀芯6和回流阀芯4外圆周上设置有多个弧形缺口。

系统还包括其他公知组成部分：压力容腔a、ecu控制模块b、泵机构c、机械喷油器d、连接管线e。

在高压/低压间按需交替变化的压力容腔a，其主要用于接收泵机构c的正流高压燃油并经整体式组合阀装置由连接管线e输送至出油端机械喷油器d，和接收来自出油端机械喷油器d、连接管线e、及四级孔腔中的残余燃油回流向泵机构c来卸压，实现残余压力迅速衰减至由回流调压垫片2厚度、回流弹簧3结构参数、钢球5承压面积共同决定的回流预设压力值，实现本发明所述的压力初始功能。即总是将燃油压力初始化于一个预设恒定值，用以保证压力稳定并为下一个工作周期提供一致的初始压力。可以提高喷射量计量准确性的同时避免燃油系统常见的异常喷射现象发生。

ecu控制模块b，其主要用于控制泵机构c产生高压/低压燃油发生时刻，且基于本发明的可初始化燃油压力功能特征而可以回馈控制泵机构c产生低压发生时刻。详见下面工作原理中回流状态所述，进一步有益于压力稳定控制、喷射量的计量和减少异常喷射现象发生机率。

泵机构c，受控于ecu控制模块b，其可产生高压/低压燃油向压力容腔a正流/回流燃油，泵机构c主要指公知电控单体泵或组合式电控单泵，其一般采用等速凸轮型线，进而有益于上述产生低压发生时刻控制技术的可实现性。

工作原理：

1、初始状态：阀帽10向下压入第四级孔14可次序压紧减容体9、正流调压垫片8、正流弹簧7、正流阀芯6、钢球5、回流阀芯4、回流弹簧3、回流调压垫片2，从而保证回流弹簧3、正流弹簧7均处于预压缩状态，且设计正流弹簧7产生的方向向下的预压缩力大于回流弹簧3产生的方向向上的预压缩力，保证正流阀芯下部外锥周64可以压紧于第一级孔11和第二级孔12的过渡处锥面15形成周向锥锥密封接触，与此同时，正流阀芯6下部内侧锥形开口63向下压紧钢球5形成锥球密封接触。

2、正流状态：

参见图5正流状态示例。ecu控制模块b控制泵机构c产生高压燃油，正流供应至压力容腔a，压力容腔a中高压燃油继续正流供应至第一级孔11并经回流阀芯外周流道42向上流动，由于初始状态时正流阀芯下部外锥周64压紧于过渡处锥面15形成周向锥锥密封接触，正流阀芯6下部内侧锥形开口63向下压紧钢球5形成锥球密封接触，油路处于断开状态。此时高压燃油作用于正流阀芯6下端面产生方向向上的液压力，和回流弹簧3产生方向向上的压缩力的合力，将迅速大于正流弹簧7产生方向向下的压缩力，和第三级孔13中残余燃油（如果有）作用于正流阀芯6上端面产生方向向下的液压力合力，回流阀芯4、钢球5、正流阀芯6一起向上抬升运动，正流弹簧7继续被压缩，正流阀芯6最多向上运动至其上端面与减容体9下端面相接触，正流阀芯下部外锥周64、第一级孔11和第二级孔12的过渡处锥面15间分离形成燃油流通通道，油路连通打开。第一级孔11中高压燃油经此流通通道且其最大流量由正流阀芯6上端面与减容体9下端面间初始状态下安装间距控制，经正流阀芯外周流道62进入第三级孔13中，经减容体9空腔、阀帽10空腔、连接管线e，供应至出油端机械喷油器d实现喷油操作。

3、回流状态：

参见图6回流状态示例。ecu控制模块b控制泵机构c产生产低压，压力容腔a中燃油回流向泵机构c持续卸压直至回流状态结束，致使压力容腔a中燃油压力迅速下降并迅速传导至第一级孔11，致使第一级孔11中燃油压力迅速下降。作用于正流阀芯6下端面产生方向向上的液压力迅速下降，作用于正流阀芯6下端面产生方向向上的液压力，和回流弹簧3产生方向向上的压缩力的合力，将迅速小于正流弹簧7产生方向向下的压缩力和第三级孔13中残余燃油作用于正流阀芯6上端面产生方向向下的液压力合力。正流阀芯6、钢球5、回流阀芯4一起向下运动，直至从正流状态中的正流阀芯下部外锥周64、第一级孔11和第二级孔12的过渡处锥面15间分离形成燃油流通通道变为正流阀芯下部外锥周64压紧于第一级孔11和第二级孔12的过渡处锥面15形成锥锥密封接触。此燃油流通通道被关闭，此时第三级孔13中残余燃油将通过设置于回流阀芯轴心的贯通型回流孔61作用于钢球5承压面产生方向向下的液压力。此液压力大于回流弹簧3产生方向向上的压缩力和第一级孔11作用于钢球5承压面产生方向向上的液压力合力，回流弹簧3被向下压缩，钢球5、回流阀芯4一起向下运动，正流阀芯6下部内侧锥形开口63和钢球5之间从锥球密封接触形成新的分离通道，出油端机械喷油器d、连接管线e中残余燃油经阀帽10空腔、减容体9空腔进入第三级孔13，经回流孔61和打开的分离通道，进入第一级孔11，经回流阀芯外周流道42最终流向压力容腔a，实现系统残余燃油压力的迅速卸压功效，直至作用于钢球5承压面产生方向向下的液压力下降至等于回流弹簧3产生方向向上的压缩力时，钢球5在回流弹簧3作用下被回流阀芯顶部少球状凹坑41带动向上运动，此分离通道将被关闭，关闭过程中残余燃油仍在持续卸压，直至最终正流阀芯6下部内侧锥形开口63和钢球5之间再次接触形成锥球密封接触，整个卸压过程结束，回归至初始状态。

可以看出，系统中残余压力大小相当于在回流状态结束时被初始化定格于恒定受制于回流弹簧预压缩力（即回流调压垫片2厚度、回流弹簧3结构参数、钢球5承压面积共同决定）所预设压力值并在多次和/或多缸喷射间提供给系统一个被初始化操作过的初始状态以利于系统的喷射量计量，基于本发明设计方案，压力的迅速下降回流向泵机构，有效避免系统出现燃油喷射系统常见的各类异常喷射现象显著提升发动机各项性能与排放指标。这里需要特别指出的是，基于本发明所述的可以回流功效，即残余燃油在持续卸压至初始状态过程中当残余压力仍大于机械喷油器开启压力状态下，出油端机械喷油器仍处于开启状态喷油，结合（组合式）电控单体泵系统仅对泵端采用ecu控制模块进行控制的技术特征，本发明进一步指出，可以由ecu控制模块控制泵机构所产生低压时刻，则可以进一步精确控制机械喷油器结束开启喷油时刻，从而优化并回馈控制机械喷油器喷油量，即可以优化系统标定工作中ecu控制模块关闭时刻，实现机械喷油泵燃油系统所达不到的此项控制功能。

上述示例性实施例中介绍了本发明所指组合阀具有正流、回流功能形成初始化式操作燃油系统压力特征，本领域技术人员将理解的是，可以作出等价变化，如将此组合阀单独应用于他处。此外，可以作出许多修改以使得具体情况适合于本发明的教导，如将实施例中燃油理解为其他流体，而不偏离其实旨范围。因而，本发明并不旨在限于作为设想用于实施本发明的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入本申请范围内的所有实施。