一种基于GMM的直驱式高压共轨喷油器的制作方法

一种基于gmm的直驱式高压共轨喷油器
技术领域
1.本实用新型涉及柴油机的喷油器领域，具体涉及一种基于gmm的直驱式高压共轨喷油器。


背景技术：

2.节能和环保是当今世界面临的两大主题，随着能源危机的日益严重，以及人们对环境污染问题的重视，国内外对柴油机的节能与排放技术提出了更高的要求。以高喷射压力、高响应速度和高控制精度为特征的高压共轨电控喷射系统是实现柴油机节能减排的关键技术。其中，电控喷油器是高压共轨喷射系统中的核心部件，它的工作原理是根据ecu发出的信号，通过控制驱动器来决定针阀的开启与关闭，同时将共轨管中的高压油液通过喷嘴喷入燃烧室。在此工作过程中，驱动器的种类、针阀的驱动方式和针阀升程的大小等直接影响喷油性能。
3.目前，市场上成熟的电控喷油器主要有电磁式喷油器和压电式喷油器，电磁式喷油器存在响应速度慢且针阀升程不可控的缺陷；而压电式喷油器虽具有较高的响应速度，但其驱动电压较高、针阀升程小以及居里温度低等缺点。另外，这两类喷油器均利用液压伺服控制回路来控制针阀，且只能控制针阀的开启与关闭，针阀具体位置无法精确控制，不能实现直驱喷油，稳定性也比较差，难以精确控制喷油量。这表明传统的高压共轨电控喷油器在性能提升方面存在一定瓶颈，因此，为了更好地适应柴油机的未来发展趋势，亟需开发一种新型高压共轨电控喷油器。
4.超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material，简写为gmm)是一种新型智能材料，具有应变大、响应速度快、磁机耦合系数大以及能量密度高等优异性能，广泛应用于流体元件驱动、智能传感器和超精密加工等领域。因此，将gmm应用在电控喷油器上可达到较好的驱动效果。
5.本实用新型基于gmm棒的磁致伸缩效应和柔性铰链的精密传动理论，研发出一种基于gmm的直驱式高压共轨喷油器，解决了传统高压共轨电控喷油器在针阀驱动方式及驱动元件上存在的问题，使喷油器兼具高响应速度、高稳定性和高喷油精度等优点，从而精确控制喷油量，进一步提高喷油器喷油性能。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种基于gmm的直驱式高压共轨喷油器，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于gmm的直驱式高压共轨喷油器，包括外壁套筒、gmm棒、柔性换向放大机构、输出杆、阀体和针阀，其特征在于：所述外壁套筒内部安装有导磁筒，且外壁套筒一端与外壳通过螺纹连接，外壁套筒另一端与端盖通过螺钉二连接，所述导磁筒内部设置有线圈骨架，且导磁筒两端分别设置有导磁环一和导磁环二，所述gmm棒放置在线圈骨架内部，且gmm棒两端分别设置有左导磁体和右导
磁体，所述gmm棒外围紧密缠绕有水管，所述线圈骨架外围绕接有驱动线圈，所述驱动线圈外围设置有偏置线圈，所述端盖端面中心处开有螺纹孔，所述螺纹孔螺纹连接有预紧螺钉，实现gmm棒预压力的加载，所述柔性换向放大机构通过螺钉一与外壳固定连接，所述输出杆设置在右导磁体顶端，且输出杆贯穿外壳并与柔性换向放大机构的输入端相接触，所述外壳与输出杆之间设置有碟簧，所述阀体与外壳通过螺纹连接，且阀体与外壳之间设置有挡板，所述针阀贯穿挡板与柔性换向放大机构输出端通过螺纹连接，且挡板与针阀之间设置有压力弹簧，所述阀体开有喷嘴和轨压进油孔。
8.优选的，所述线圈骨架、导磁环一和端盖均开有穿线孔。
9.优选的，所述针阀和阀体组成一对精密偶件，喷油器未工作时，两者处于紧密贴合状态。
10.优选的，所述阀体开有调压进油孔和调压出油孔。
11.优选的，所述端盖开有进水管孔和出水管孔。
12.优选的，所述柔性换向放大机构采用杠杆换向放大原理。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
14.1、本实用新型采用gmm棒作为驱动元件，以柔性换向放大机构为微位移传递机构，通过两者的相互配合，能够精确控制针阀的具体位置。该喷油器不仅取消了原有液压伺服控制回路的间接驱动方式，而且还克服了电磁式和压电式执行器驱动存在的问题，从而提高了喷油器的响应速度、稳定性和喷油精度。
15.2、本实用新型基于杠杆换向放大原理设计出一种柔性换向放大机构，一方面将gmm棒的伸长位移转换为针阀升程，使得针阀运动方向与gmm棒的伸长位移方向相反，实现位移换向，满足电控喷油器常闭式要求；另一方面对gmm棒的伸长位移进行放大，能够满足电控喷油器针阀升程大小的要求。
16.3、本实用新型建立驱动电流i
q
和喷油器单位时间喷油量q之间的函数关系i
q
＝f(q)，通过实时监测喷油器单位时间实际喷油量q0'，采用相关误差补偿算法消除单位时间实际喷油量q0'与单位时间理想喷油量q0之间的误差，实现闭环控制，以达到精确定量喷油的要求。
附图说明
17.图1为本实用新型的整体剖视结构示意图；
18.图2为本实用新型的三维结构示意图；
19.图3为本实用新型的俯视图；
20.图4为本实用新型柔性换向放大机构的结构示意图；
21.图5为本实用新型图1中a处的局部放大图；
22.图6为本实用新型未工作时的剖视结构示意图；
23.图7为本实用新型工作时的剖视结构示意图。
24.图中：1
‑
外壁套筒；2
‑
驱动线圈；3
‑
导磁筒；4
‑
偏置线圈；5
‑
右导磁体；6
‑
螺钉一；7
‑
外壳；8
‑
输出杆；9
‑
调压进油孔；10
‑
轨压进油孔；11
‑
针阀；12
‑
喷嘴；13
‑
压力弹簧；14
‑
调压出油孔；15
‑
阀体；16
‑
挡板；17
‑
柔性换向放大机构；18
‑
碟簧；19
‑
导磁环二；20
‑
gmm棒；21
‑
水管；22
‑
线圈骨架；23
‑
左导磁体；24
‑
导磁环一；25
‑
端盖；26
‑
进水管孔；27
‑
螺纹孔；28
‑
预紧
螺钉；29
‑
出水管孔；30
‑
穿线孔；31
‑
螺钉二。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.请参阅图1
‑
7，本实用新型提供一种技术方案：一种基于gmm的直驱式高压共轨喷油器，包括外壁套筒1、gmm棒20、柔性换向放大机构17、输出杆8、阀体15和针阀11，其特征在于：所述外壁套筒1内部安装有导磁筒3，且外壁套筒1一端与外壳7通过螺纹连接，外壁套筒1另一端与端盖25通过螺钉二31连接，所述导磁筒3内部设置有线圈骨架22，且导磁筒3两端分别设置有导磁环一24和导磁环二19，所述gmm棒20放置在线圈骨架22内部，且gmm棒20两端分别设置有左导磁体23和右导磁体5，所述gmm棒20外围紧密缠绕有水管21，所述线圈骨架22外围绕接有驱动线圈2，所述驱动线圈2外围设置有偏置线圈4，所述端盖25端面中心处开有螺纹孔27，所述螺纹孔27螺纹连接有预紧螺钉28，实现gmm棒20预压力的加载，所述柔性换向放大机构17通过螺钉一6与外壳7固定连接，所述输出杆8设置在右导磁体5顶端，且输出杆8贯穿外壳7并与柔性换向放大机构17的输入端相接触，所述外壳7与输出杆8之间设置有碟簧18，所述阀体15与外壳7通过螺纹连接，且阀体15与外壳7之间设置有挡板16，所述针阀11贯穿挡板16与柔性换向放大机构17输出端通过螺纹连接，且挡板16与针阀11之间设置有压力弹簧13，所述阀体15开有喷嘴12和轨压进油孔10。
27.所述线圈骨架22、导磁环一24和端盖25均开有穿线孔30，使驱动线圈2和偏置线圈4的引线经过穿线孔30与外部控制电源相连。
28.所述针阀11和阀体15组成一对精密偶件，喷油器未工作时，两者处于紧密贴合状态，防止漏油，满足电控喷油器常闭式要求。
29.所述阀体15开有调压进油孔9和调压出油孔14，这是因为考虑到柔性换向放大机构17的带载能力，通过控制调压进油孔9和调压出油孔14的状态，使针阀11两端受到油液的压力为一对相互作用力，从而使柔性换向放大机构17仅克服压力弹簧13来打开针阀11。
30.所述端盖25开有进水管孔26和出水管孔29，使水管21一端从进水管孔26穿出与水泵连接，另一端从出水管孔29中穿出与水泵一起放在水箱中，起到恒温冷却的作用。
31.所述柔性换向放大机构17采用杠杆换向放大原理，具有运动再现性高、运动平稳、刚性好和精度高等优点，并满足机构放大倍数高，位移换向且呈直线输出的要求。
32.工作原理：
33.(1)喷油器静止状态
34.喷油器未工作时，驱动线圈2和偏置线圈4均不通电，gmm棒20没有产生位移，针阀11在压力弹簧13的作用下处于静止关闭状态，即喷油器处于静止状态，共轨管中的高压油液通过轨压进油孔10充满蓄油腔等待喷射。
35.(2)喷油器开启状态
36.当喷油器工作时，首先在偏置线圈4通入偏置电流i
p
，偏置电流i
p
产生的偏置磁场不仅消除了gmm棒20的“倍频”现象，而且使gmm棒20的应变线性度更好。根据喷油器喷油需
要，可任意设定单位时间理想喷油量q0和喷油时间t0，由i
q
＝f(q)，计算出驱动电流i
q0
的值，在驱动线圈2中通入驱动电流i
q0
，此时gmm棒20伸长，并通过输出杆8把位移传递到柔性换向放大机构17，从而带动针阀11反向运动，针阀11打开，即喷油器处于开启状态，然后高压油液从喷嘴12中喷射出去。通过传感器测量出单位时间实际喷油量q'，并反馈给计算机，然后将单位时间实际喷油量q0'与单位时间理想喷油量q0比较，采用相关误差补偿算法消除单位时间实际喷油量与单位时间理想喷油量之间的误差，计算出修正后的驱动电流i
q0
'，对喷油器的单位时间喷油量进行修正，实现闭环控制，最终实现精准喷油。
37.(3)喷油器关闭状态
38.当喷油时间达到t0时，在电控系统的作用下，驱动线圈2和偏置线圈4均断电，gmm棒20恢复原长，使得柔性换向放大机构17也恢复自然状态，针阀11关闭，针阀11升程为零，即喷油器处于关闭状态，喷油器停止喷油。
39.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。