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技术领域

本发明涉及柴油机燃油系统，尤其是一种用于柴油机的电控单体泵。

背景技术

众所周知，电控高压共轨系统能有效的降低柴油机排放，但其成本较高，适合较大功率的柴油机，不适合对成本要求较低的小型柴油机。电控单体泵可在不改变原机械式燃油系统柴油机结构的情况下，为中小功率柴油机提供高压燃油。

但现有的电控单体泵体积较大，在小型柴油机上较难布置；零件也较多，不利于装配和降低成本；另外，衔铁和电磁铁端面的间隙较难控制，不利于精确控制进油阀的关闭时刻，从而影响供油时刻和供油压力的精确控制。

中国专利申请CN10190062A提出一种单缸柴油机用电控高压喷油泵，所提供的电控单体泵，电磁铁体积较大，电磁铁需通过垫块间接与泵体连接，电磁铁弹簧放置在电磁铁外，且需要另外卡片将其控制，使泵体伸出高度较大；电磁铁端面与衔铁间的最小间隙，需通过隔板的厚度调节，对隔板加工要求高。

中国专利申请CN1693695A提出一种电控组合泵柴油喷射装置，所提供的电控单体泵，体积庞大，柱塞杆长度很长，有卡滞的风险；电磁铁头部较大，安装空间大；所述阀杆连接了电磁铁与柱塞油腔的堵头，结构复杂，并为细长杆，加工工艺难保证。

现有的电控单体泵，总的来说有着下述的缺点：

（1）目前存在的结构体积大，不紧凑，难布置，成本高；

（2）电磁铁体积大，成本高；

（3）喷射压力低，排放高，无法精确控制供油时刻和供油压力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，成本低，供油范围广，供油时刻和供油压力控制精确的电控单体泵，其泵端压力显著提高，有效降低油耗和噪声，以较低成本满足小型柴油机高的排放要求。本发明采用的技术方案是：

一种柴油机用电控单体泵，包括一个柱塞套，柱塞套内具有柱塞腔，柱塞设于柱塞腔内中下部，柱塞腔与柱塞配合形成柱塞偶件；柱塞的下端与挺柱体连接；挺柱体与柱塞套的下端部之间设有第一弹性部件，挺柱体受外力作用能够带动柱塞在柱塞腔内移动；

柱塞套上部一侧具有进油腔，另一侧具有柱塞套安装孔；进油腔与柱塞套安装孔之间具有与柱塞腔连通的阀芯孔；进油阀芯设置于阀芯孔内，进油阀芯与阀芯孔形成配合偶件，进油阀芯的端头与阀芯孔和进油腔相接部位能够形成密封面；进油阀芯的尾端与衔铁固定连接；衔铁和电磁铁均密封安装于柱塞套安装孔内；衔铁和电磁铁之间具有一个间隙，并且衔铁和电磁铁之间设有第二弹性部件；

进油螺套固定安装在具有进油腔的柱塞套那一侧部位，进油螺套中间具有与进油腔相通的进油通道；进油螺套与进油腔内壁间密封；

柱塞套的顶端具有一个与柱塞腔连通的单向出油阀组件。

进一步地，所述柱塞套安装孔内设有一个气隙调整环，气隙调整环位于衔铁周围，所述电磁铁前端与气隙调整环相抵，通过气隙调整环轴向定位,衔铁和电磁铁之间的间隙为0.05mm～0.5mm。

进一步地，所述电磁铁通过电磁铁紧帽紧固在柱塞套上，电磁铁紧帽和柱塞套安装孔外壁、电磁铁之间分别设有柱塞套密封圈和电磁铁密封圈。

进一步地，所述第一弹性部件为柱塞弹簧，柱塞弹簧一端套设于柱塞套的下端部，另一端与固定在挺柱体上的弹簧下座相抵；

所述第二弹性部件为进油阀弹簧，进油阀弹簧安装在电磁铁中间的环槽内，一端与衔铁接触，另一端与电磁铁环槽底面接触；进油阀弹簧通过电磁铁中柱导向。

进一步地，柱塞套下端周面上嵌入有装配销，与柱塞周面上的定位台阶相配合，用于防止柱塞从柱塞套中脱出。

进一步地，进油阀芯的端头与阀芯孔和进油腔相接部位的密封面为锥形密封面。

进一步地，进油螺套的端面与进油阀芯对应部位具有凸起，作为进油阀芯的限位挡块；

进油螺套通过紧固螺钉固定在柱塞套上，且进油螺套与进油腔内壁之间设有进油螺套密封圈。

进一步地，所述出油阀组件包括压套、出油阀弹簧、出油阀，以及与柱塞腔连通的高压出油孔；压套与柱塞套上高压出油孔过盈配合，将出油阀弹簧和出油阀锁定在柱塞套上的高压出油孔内。

更进一步地，所述出油阀为球阀。

进一步地，柱塞套上阀芯孔的旁侧设有连通进油腔和柱塞套安装孔的油压平衡孔。

进一步地，所述衔铁采用低碳钢并经过碳氮共渗热处理。

本发明的优点在于：该单体泵整体体积小、占用柴油机空间小，加工成本低，供油时刻和供油压力的控制精度得到显著提高，从而提高柴油机的排放性能。

1）电磁铁采用目前成熟喷油器用高速电磁铁，通过电磁铁紧帽嵌入式安装到柱塞套内，缩小了整个泵的体积，通过控制电磁铁的开关，精确控制供油时刻和供油压力，并提高电磁铁的响应速度；目前市场上的单体泵其电磁铁体积均较大，通过长螺钉拧紧在柱塞套端面。

2）进油阀组件采用滑阀（进油阀芯）与衔铁组合结构，用螺钉拧紧方式或焊接方式紧固。运动件质量小，对衔铁加工要求低；衔铁采用低碳钢并经过碳氮共渗热处理，提高其硬度及耐磨损性，进油阀弹簧通过电磁铁中柱导向，直接与衔铁连接，取消复杂的弹簧座结构。

3）出油阀组件采用球阀结构及压套压配装配，结构简单，易于加工，易装配；传统单体泵采用阻尼阀结构或锥阀结构，加工困难，不易保证精度。

4）柱塞偶件及柱塞弹簧采用卡销定位结构，使得整个泵油部件可以整体式装配，传统单体泵均采用柱塞卡簧结构，装配困难。

5）进油螺套既作为进油的通道，也起到进油阀芯升程限位的作用，多个零件配合完成的功能集成在一个零件中。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图。

图2为本发明的C-C向剖视图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所提出的柴油机用电控单体泵，包括紧固螺钉1、进油螺套2、进油螺套密封圈3、进油阀芯4（也称为阀杆）、压套5、出油阀弹簧6、出油阀7、气隙调整环8、衔铁9、电磁铁紧帽10、电磁铁密封圈11、电磁铁12、进油阀装配螺钉13、进油阀弹簧14、柱塞套密封圈15、柱塞套16、柱塞17、柱塞弹簧18、装配销19、弹簧下座20、挺柱体21。

柱塞套16亦称为泵体，柱塞套16内具有柱塞腔163，柱塞17设于柱塞腔163内中下部，柱塞腔163与柱塞17配合形成柱塞偶件；柱塞17的下端与挺柱体21连接；挺柱体21与柱塞套16的下端部之间设有柱塞弹簧18，柱塞弹簧18一端套设于柱塞套16的下端部，另一端与固定在挺柱体21上的弹簧下座20相抵。柱塞套16的下端部周面上具有台阶以抵住柱塞弹簧18。挺柱体21受外力作用能够带动柱塞17在柱塞腔163内移动；柱塞套16下端周面上嵌入有装配销19，与柱塞17周面上的定位台阶171相配合，用于防止柱塞17从柱塞套16中脱出。

柱塞套16上部一侧具有进油腔22，另一侧具有柱塞套安装孔23；进油腔22与柱塞套安装孔23之间具有与柱塞腔163连通的阀芯孔161；进油阀芯4设置于阀芯孔161内，进油阀芯4与阀芯孔161形成配合偶件。进油阀芯4的端头与阀芯孔161和进油腔22相接部位能够形成密封面，此处的密封面优选为锥形密封面，具体表现为：进油阀芯4端头后端面为锥形面，阀芯孔161和进油腔22相接部位为与前述锥形面配合的锥形面。进油阀芯4的尾端与衔铁9固定连接，连接方式可采用图1中所示，进油阀芯4与衔铁9通过进油阀装配螺钉13拧紧，或者焊接固定。衔铁9和电磁铁12均密封安装于柱塞套安装孔23内；衔铁9和电磁铁12之间具有一个间隙，并且衔铁9和电磁铁12之间设有进油阀弹簧14。具体地，进油阀弹簧14安装在电磁铁12中间的环槽内，一端与衔铁9接触，另一端与电磁铁12环槽底面接触；进油阀弹簧14通过电磁铁中柱121导向。电磁铁紧帽10将电磁铁12紧固在柱塞套16上，电磁铁紧帽10和柱塞套安装孔23外壁、电磁铁12之间分别设置柱塞套密封圈15和电磁铁密封圈11，以避免柱塞套安装孔23内的油漏出。衔铁9和电磁铁12之间的间隙为0.05mm～0.5mm，优选为0.1mm～0.3mm。柱塞套安装孔23内设有一个气隙调整环8，气隙调整环8位于衔铁9周围；所述电磁铁12前端与气隙调整环8相抵，通过气隙调整环8轴向定位。选配气隙调整环8高度，就可以控制电磁铁12端面与衔铁9间的间隙。

衔铁9优选采用低碳钢并经过碳氮共渗热处理。

进油螺套2固定安装在具有进油腔22的柱塞套那一侧部位，进油螺套2中间具有与进油腔22相通的进油通道201；也就是说进油螺套2中间设有与低压燃油管路连接的孔，且进油螺套2端面上还设有连通进油腔22的孔。进油螺套2通过紧固螺钉1固定在柱塞套16上，且进油螺套2与进油腔22内壁之间设有进油螺套密封圈3，从而使得进油螺套2与进油腔22内壁间密封，用于密封燃油。进油螺套2的端面与进油阀芯4对应部位具有凸起，作为进油阀芯4的升程限位挡块。进油螺套2既作为进油通道，又作为进油阀芯4的升程限位挡块。进油螺套2头部的环形平面和柱塞套上进油腔22底部的环形平面的距离在1.5mm～4mm之间。

柱塞套16的顶端具有一个与柱塞腔163连通的出油阀组件。该出油阀组件为一个单向阀，采用球阀结构。具体结构为：出油阀组件包括压套5、出油阀弹簧6、出油阀7，以及与柱塞腔163连通的高压出油孔162；压套5与柱塞套16上高压出油孔162过盈配合，将出油阀弹簧6和出油阀7锁定在柱塞套16上的高压出油孔162内。所述出油阀7为球阀。

另外，如图2所示，柱塞套16上阀芯孔161的两侧设有连通进油腔22和柱塞套安装孔23的油压平衡孔164。

上述结构的单体泵总体结构紧凑，总高度仅97.5mm，总宽度仅80.5mm，安装使用空间非常小，覆盖中小功率柴油机用；单体泵的零部件加工性能好，成本低。

柱塞17在凸轮驱动系统的作用下在上止点和下止点之间上下移动。在柱塞17下行时，柱塞腔163产生真空，吸入燃油；在柱塞17上行时，燃油被加压，压力超过出油阀弹簧6预紧力和背压之和时，高压燃油通过高压油管输送给喷油器。在外部ECU的控制下，电磁铁12通电时，衔铁9带动进油阀芯4向关闭方向移动（向右），至进油阀芯4端头锥面与柱塞套锥面贴合，形成高压密封面，进油关闭；电磁铁12断电时，在进油阀弹簧14预紧力的作用下，进油阀芯4（阀杆）向开启方向移动至进油螺套2限位挡块处，进油孔打开，燃油进入柱塞腔163内。进油阀芯4工作过程中，其定位发生的碰撞在进油阀芯4与进油螺套2之间，衔铁不与任何零件发生接触，对衔铁与进油阀芯的连接紧固强度要求较低。

低压燃油进油通道集成在进油螺套2上，所述进油螺套2中间设有与低压燃油管路连接的孔。不需要在柱塞套上单独设计燃油进油孔，节约空间。进油螺套2和柱塞套之间通过橡胶密封圈密封燃油。

进油螺套2头部的环形平面和柱塞套上进油腔22底部的环形平面的距离要求在1.5mm～4mm之间，起到低压燃油稳压的作用，保证柱塞腔进油稳定、充分。

柱塞套16上阀芯孔161的附近具有连通进油腔22和电磁铁所在油腔（即柱塞套安装孔23与电磁铁紧帽10形成的油腔）的油压平衡孔164，使进油阀芯4（阀杆）两侧的油压平衡。在吸油行程和供油行程，快速控制进油阀的开启和关闭。

电磁铁12通过气隙调整环8轴向定位。通过选配气隙调整环8，可优选衔铁和电磁铁之间的最小间隙，间隙一般为0.1-0.3mm，从而精确控制衔铁动作反应延迟时间，也提高了装配的合格率。

电磁铁12设有放置进油阀弹簧14的环槽，进油阀弹簧14的一个端面与电磁铁接触，另一端面直接与衔铁9接触。此结构，不需要柱塞套伸出空间安装进油阀弹簧，同时，省去了弹簧卡片，进油阀结构紧凑。衔铁9的材料采用高硬度低碳钢，具有较好的电磁感应性，表面氮化处理，硬度高且耐磨损性好。

出油阀组件采用出油阀7、出油阀弹簧6和压套5等组成的单向阀，压套5与柱塞套上高压出油孔162过盈配合，将出油阀弹簧6和出油阀7锁定在高压燃油出油孔内。该单向阀结构简单，易于加工。

本发明的工作过程如下所述：

单体泵由发动机上的凸轮驱动机构驱动，凸轮由上止点向下止点运动时，柱塞弹簧18驱动挺柱体21和柱塞17下行，因进油阀弹簧14的作用使进油阀芯4处于开启状态（图示进油阀芯4向左移动至进油螺套2端面），进油阀芯4与柱塞套16的高压密封锥面打开，柱塞17下行产生真空使燃油从进油螺套2通过进油阀芯4与柱塞套16之间的锥面缝隙面积吸入柱塞腔163，为下一次供油做好准备。当柱塞17上行时，燃油系统的电控单元（ECU）根据当前工况和凸轮旋转的位置适时的发出控制信号，电磁铁12随即产生电磁力，吸合衔铁9向右运动，因进油阀芯4与衔铁9通过进油阀装配螺钉13紧固为一体，从而当电磁铁12通电产生电磁力时，进油阀芯4同时向右动作，经过非常短且基本固定的机械延迟时间后，进油阀芯4与柱塞套16形成的高压密封锥面关闭，将低压燃油与高压燃油隔离，随着柱塞17继续上行，柱塞腔163内的压力迅速升高，因柱塞腔163内的燃油对进油阀芯4产生左右平衡的力，此时电磁铁12仅需要维持超过进油阀弹簧14的力即可，当柱塞腔163内的压力超过出油阀7的开启压力（出油阀弹簧6的预压缩力）后，出油阀7开启，燃油通过高压出油孔162进入高压油管，开始供油；当ECU判断需停止喷油时，电磁铁12断电停止产生维持进油阀关闭的电磁力，进油阀芯4在进油阀弹簧14的作用下开启（进油阀芯4向左移动），柱塞腔163又与低压腔相通，当燃油压力继续下降到出油阀开启压力以下时，出油阀7在出油阀弹簧6的作用下落座，单体泵停止供油，完成一个吸油与供油循环。