CN100412353C - 一种高压共轨电控喷油器密封装置 - Google Patents
一种高压共轨电控喷油器密封装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种高压共轨喷油器密封装置，它主要包括：高压共轨喷油器体，楔形密封圈，阀套。喷油器体内孔和阀套最小外圆柱面间形成的环状空间下端装有一个楔形密封圈，采用本发明可以替代Bosch公司的高压共轨喷油器中的矩形截面的固体密封圈，从而实现可靠的高压共轨喷油器中阀套与喷油器内孔轴向间隙的密封，以保证在此环形槽内的液体建立超高压，实现高压共轨喷油器的最关键、最本质的功能—超高压燃油喷射。
Description
技术领域：
本发明为一种高压共轨电控喷油器密封装置，应用于柴油机高压共轨电控喷油系统中。
背景技术：
德国Bosch公司的CR系列高压共轨电控喷油系统是当前最先进的柴油机电控喷油系统，其中包括：电控喷油器，高压共轨，高压油泵，调压阀，限压阀，限流器，各种传感器以及电控单元等。而高压共轨电控喷油器是其最核心、最关键的部件，其中包括高速电磁阀部件：包括：动铁芯，激磁线圈，复位弹簧，静铁芯，回油管，大螺母，复位弹簧，动铁芯导向杆，大调整垫圈，导向杆座，小调整垫圈，钢球。液压挺杆及阀套部件：包括：出油阻尼孔，进油阻尼孔，液压挺杆，阀套，密封圈。喷油嘴部件：包括：喷油嘴弹簧，连接柱，针阀以及喷油器体等。
高速电磁阀的功能是实现喷油嘴针阀的开启与关闭，当电磁阀未激励时，由于电磁阀静铁芯内复位弹簧的作用，钢球使阀套上的出油节流孔关闭，此时，喷油器体中阀套中控制腔和针阀中的蓄压腔的压力都等于共轨压力，由于液压挺杆上部阀套中的控制腔作用面积大于挺杆下部针阀中蓄压腔的作用面积，作用于挺杆上部的控制腔的压力与喷油嘴弹簧力一起使喷油嘴关闭，喷油器处于不喷油状态。
当电控单元给电磁阀激励时，由于电磁铁的吸力作用，动铁芯向上运动，钢球在阀套中控制腔液压作用下离开球座，被钢球密封的出油节流孔开启泄油，控制腔油液压力下降到一定数值，此数值决定于出油节流孔和进油节流孔的流量比。此时来自共轨的高压油作用于喷油嘴针阀底部，使喷油嘴针阀升起打开，开始喷油。喷油量决定于喷油嘴的开启持续期(决定于电控单元输出的脉宽)、喷油嘴流量特性、喷油压力及针阀升程。当电磁阀断电，电磁阀的动铁芯在复位弹簧的作用下，向下运动推动钢球落座封闭出油节流孔，控制腔内的油压上升，推动液压挺杆使针阀落座喷油嘴停止喷油。
高压共轨电控喷油器要实现高压喷射，各环节的密封至关重要。其中包括许多高压静密封和动密封。其中液压挺杆与阀套内孔之间要实现相对轴向运动，此处为滑动配合，也即为动密封。阀套与喷油器体利用阀套外圆与喷油器体内阶梯孔实现静配合，并以此实现阀套在喷油器体中的径向定位，阀套的肩胛面和喷油器体的中空平面贴合实现阀套在喷油器体中的轴向定位。但阀套与喷油体之间还有一个环形槽，此槽内充满超高压燃油。高压燃油在工作时，要经过阀套径向的一个阻尼孔，即进油节流孔进入阀套内，然后作用在液压挺杆上，控制针阀实现喷油。此环形槽内的燃油还会利用阀套肩钾平面与喷油器体中空平面之间的径向间隙泄漏，而且还会利用阀套的最小外圆与喷油器体内孔之间的轴向间隙泄漏。这两处的泄漏如果不能得到有效的控制，则高压共轨喷油器中的超高压喷射是不可能实现的。其中阀套外圆肩钾面与喷油器体中空平面之间的径向缝隙，可以通过柴油机传统喷油系统的成熟技术减少缝隙，以实现可靠的静密封。但阀套外圆与喷油器体内孔之间的轴向间隙形成的泄漏，用传统的密封技术是解决不了的。Bosch公司是在阀套与喷油器体内孔之间的环形槽内装了一个矩形截面的复合材料的固体密封圈，其材料的具体成份不清楚。这种密封件的密封机理与一般接触式密封圈的密封机理完全不同。一般接触式密封圈在装配时，首先要有一定的预压缩量，从而在密封面上产生预压紧力。当单位面积上的单位压紧力大于液体压力时，即构成了密封。而且当液体压力升高时，密封圈因受到挤压而使密封面上的压紧力进一步提高，故仍能实现可靠的密封。这种密封圈都必须装在沟槽内，否则不能正常工作。
发明内容：
本发明的目的是提出一种新型高压共轨电控喷油器密封圈，具体地说是一种楔形密封圈，取代Bosch公司在阀套与喷油器体内孔之间的环形槽内安装的矩形截面的复合材料的固体密封圈。这种楔形密封圈外圆有一斜面，相应地喷油器体中孔也有一斜面或锥面。楔形密封圈内圆为圆柱面，以保证与阀套最小外圆处实现配合。这种楔形密封装入喷油器体后，高压燃油作用在它的顶部，即径向环形平面上，使密封圈向楔形槽内挤压，从而实现可靠的阀套与喷油器内孔轴向间隙的密封。以保证在环形槽内的液体实现高压甚至超高压。这种楔形密封圈可以是聚四氟乙烯圈或者是尼龙圈。通过金属切削加工的方法即可制造。楔形密封圈和喷油器体中空锥面的角度名义尺寸相同，但两者的公差不同，这样才能保证楔形密封圈可靠密封。根据密封原理，保证密封的两个重要因素是密封压力和密封宽度。所谓密封压力，就是密封圈与零件表面的接触压力；密封宽度就是密封圈与零件表面接触部份的轴向长度。很显然，若增加密封压力和密封宽度，则密封性增强，反之则减弱。但密封压力的增加，势必加大摩擦力，但对静密封这不应是问题。而密封宽度的增加，也要加大密封装置的尺寸。楔形密封的密封压力是利用高压燃油作用在密封圈的顶部，即径向圆环形平面上而产生的。因此，要提高密封压力，此径向环形平面的宽度即径向尺寸应加大。但由于喷油器体中空尺寸以及阀套尺寸的限制，这个尺寸是不能增大的。因此从提高密封压力来讲，轴向密封宽度则不能太宽，否则，轴向密封面的单位预紧力就会下降，从而影响密封性，因此，在这里密封长度有个最佳值。有益效果：
采用本发明可以替代Bosch公司的高压共轨喷油器中的矩形截面的固体密封圈，从而实现可靠的高压共轨喷油器中阀套与喷油器内孔轴向间隙的密封，以保证在此环形槽内的液体建立超高压，实现高压共轨喷油器的最关键、最本质的功能-超高压燃油喷射。
附图说明：
图1为高压共轨喷油器的结构图
图2为高压共轨喷油器的局部放大图
图3为楔形密封圈
由图1、图2可知，该喷油器包括：
1、高速电磁阀部件，用于控制喷油器的喷油量与喷油正时，它包括：一个静铁芯(2)，一个动铁芯(3)，一个复位弹簧(4)，动铁芯安装在一个阀芯(5)上，阀芯(5)安装在导向体(6)内，导向体(6)由螺母(7)压在一个调整垫圈(8)上，调整垫圈(8)压在阀套(9)上，阀套(9)压在喷油器体(1)的中空肩胛面上，从而实现导向体(6)的轴向定位。
2、液压挺杆(10)及阀套(9)部件，液压挺杆(10)上端外圆与阀套(9)内孔滑动配合，阀套(9)上有一个径向的阻尼孔(a)，一个轴向的阻尼孔(b)，轴向的阻尼孔(b)出口有一个钢球(11)，钢球(11)由阀芯(5)控制，实现阻尼孔(b)的开启与闭合。
3、喷油器体，由高压共轨来的燃油由进油接口(W)进入，然后分为两路：一路由油孔(Y)进入针阀蓄压腔，一路由油孔(X)进入由喷油器体内孔和阀套(9)外圆间形成的环状空间(Z)，此环状空间(Z)的燃油经阀套(9)上的径向的阻尼孔(a)进入阀套(9)的内孔，然后经轴向的阻尼孔(b)作用到钢球(11)上。喷油器体内孔和阀套(9)外圆间形成的环状空间(Z)下端有一个楔形密封圈(18)，实现高压密封。
4、喷油嘴部件，包括一个针阀(12)和针阀体(13)，针阀上端与液压挺杆(10)的下端结合，并由螺母(14)固定。针阀(12)上端还有一个垫圈(15)，此垫圈上有一个弹簧(16)，此弹簧为针阀落座的辅助弹簧。
此外，还包括：连接螺母(19)，大调整垫片(20)，o型密封圈(21)，静铁芯压块(22)，动铁心复位弹簧垫圈(23)，定位螺母(24)，端盖(25)，上阀体(26)，o型密封圈(27)，垫圈(28)，o型密封圈(29)，线圈(30)，卡圈(31)。
具体实施方案：
下面结合附图对本发明做进一步说明：
这种楔形密封圈(18)外圆有一斜面，相应地喷油器体中孔也有一斜面或锥面。楔形密封圈(18)内孔为圆柱面，以保证与阀套(9)最小外圆处实现配合。这种楔形密封圈(18)装入喷油器体后，高压燃油作用在它的顶部，即径向环形平面上，使楔形密封圈(18)向楔形槽内挤压，从而实现可靠的阀套与喷油器内孔轴向间隙的密封。以保证在环形槽内的液体实现高压甚至超高压。喷油器体内孔在将密封圈安装后，其下部截面要加工一个直角三角形的环形空间，以使密封圈有一定压缩变形的空间；这种楔形密封圈可以是聚四氟乙烯圈或者是尼龙圈。通过金属切削加工的方法即可制造。楔形密封圈(18)和喷油器体中空锥面的角度名义尺寸相同，但两者的公差不同，这样才能保证楔形密封圈可靠密封。根据密封原理，保证密封的两个重要因素是密封压力和密封宽度。所谓密封压力，就是密封圈与零件表面的接触压力；密封宽度就是密封圈与零件表面接触部份的轴向长度。楔形密封圈(18)的工作压力可达160MPa。楔形密封圈(18)的内孔是一个圆柱面，外周面是一个圆锥面，上端面是一个环形平面，下端面是一个环形平面或尖角。楔形密封圈的材料可以是聚四氟乙烯或者是尼龙，可以通过金属切削加工的方法制造，也可以磨具注塑加工。楔形密封圈和喷油器体中空锥面的角度名义尺寸相同，但两者的公差不同，这样才能保证楔形密封圈可靠密封。喷油器体中空锥面可以通过金属切削加工的方法实现，其表面粗糙度不能太低。
Claims (3)
1. 一种高压共轨电控喷油器超高压密封装置，包括：一个高压共轨喷油器体(1)，一个楔形密封圈(18)，一个阀套(9)，其特征在于：喷油器体(1)内孔和阀套(9)最小外圆柱面间形成的环状空间(Z)下端装有一个楔形密封圈(18)，楔形密封圈(18)与喷油器体(1)内锥面、阀套(9)最小外圆柱面结合，形成一个对阀套(9)最小外圆柱面与喷油器体(1)内孔轴向间隙的超高压密封，喷油器体内孔在将楔形密封圈(18)安装前，下部截面加工一个直角三角形的环形空间，以使楔形密封圈(18)安装后，受压时有一定压缩变形的空间，楔形密封圈(18)的内孔是一个圆柱面，外周面是一个圆锥面，上端面是一个环形平面，下端面是一个环形平面或尖角。
2. 按照权利要求1所述的高压共轨电控喷油器超高压密封装置，其特征在于，楔形密封圈(18)是由填充聚四氟乙烯PTFE塑料制成的。
3. 按照权利要求1所述的高压共轨电控喷油器超高压密封装置，其特征在于，楔形密封圈(18)的工作压力可达160MPa。
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