CN100451324C - 压电陶瓷电控柴油喷油器 - Google Patents

Abstract

一种压电陶瓷电控柴油喷油器，涉及一种共轨式电控柴油喷油器，包括喷油器壳体、沿轴向依次顺序安装在壳体内的压电陶瓷元件，球阀芯、球阀芯弹簧、进油阀体、导流阀体、加压柱塞阀体和加压柱塞、限位环、针阀落座弹簧及挺杆、喷油器偶件，各阀体及限位环上分别开有进油孔以及回油孔，各零件的进油孔、回油孔分别相连通组成进油通道和回油通道，球阀芯、进油阀体、导流阀体、加压柱塞阀体、加压柱塞、加压油腔及导流阀体的导流孔或导流阀体沉割槽、加压柱塞阀体沉割槽构成在接入高压柴油状态下球阀芯微小位移量控制加压柱塞轴向运动的结构，压电陶瓷电致状态下的微量伸缩驱动进油通道球阀芯的升起与落座，从而达到控制喷油器按电指令信号喷油的目的。

Description

压电陶瓷电控柴油喷油器

技术领域：

本发明涉及一种电控柴油发动机燃油喷射系统使用的喷油器，特别是适用于共轨式电控柴油发动机燃油供给系统的压电陶瓷电控柴油喷油器。

背景技术：

目前，共轨式电控柴油机的燃油供给系统采用电磁式喷油器将高压柴油喷入汽缸，由于电磁喷油器的电磁线圈存在较大的电感量，难以响应更高喷射频率的要求，限制了柴油机向更低油耗、排放更清洁、更低噪声的方向发展。

发明内容：

本发明目的在于提供一种压电陶瓷电控柴油喷油器，该喷油器能使柴油机在十分短暂的喷油时间里实现数次预喷加主喷的喷油，使柴油机的噪声、油耗、排放、输出功率的各项技术指标得以改善，以解决现有电磁式喷油器存在的上述问题。

解决其上述技术问题的技术方案是：一种压电陶瓷电控柴油喷油器，包括带进油通道及回油通道的喷油器壳体、安装在喷油器壳体内的通过压电陶瓷元件在高压柴油状态下微小轴向伸缩量控制加压柱塞轴向位移的结构，其特征是：在喷油器壳体和壳体螺母套内沿轴向依次顺序安装压电陶瓷元件、球阀芯、球阀芯弹簧、进油阀体、导流阀体、加压柱塞阀体和加压柱塞、限位环、针阀落座弹簧、挺杆以及喷油器偶件，与压电陶瓷元件一端相接的二级阶梯轴状的球阀芯插入进油阀体的阶梯孔内，球阀芯可在阶梯孔内滑动，球阀芯的球面与导流阀体的球阀座配合构成密封结构，加压柱塞安装在加压柱塞阀体的加压柱塞孔中，导流阀体的下端面、加压柱塞阀体的加压柱塞孔与加压柱塞的上端面形成加压油腔，球阀芯、进油阀体、导流阀体、加压柱塞阀体、加压柱塞、加压油腔及导流阀体的导流孔或导流阀体沉割槽、加压柱塞阀体沉割槽构成在接入高压柴油状态下球阀芯微小位移量控制加压柱塞轴向运动的结构，加压柱塞通过挺杆与喷油器针阀连接，限位环大孔与中孔相接的台肩和挺杆的轴肩之间有间隙。

改变限位环中心阶梯孔大孔与中孔相接的台肩与挺杆轴肩之间的轴向间隙，可以改变喷油器针阀的升程。

由于采用上述结构，本发明的压电陶瓷电控柴油喷油器有以下有益效果：

一、可以实现更精确、更高频率的高压柴油喷射，使多次喷射更加容易实现，从而使柴油机的噪声、油耗、排放、输出功率的各项技术指标得以改善。

本发明采用压电陶瓷作为电控的驱动元件，在高压柴油状态下通过压电陶瓷微小伸缩量控制加压柱塞轴向位移，达到使用计算机控制系统的弱电信号控制高压柴油精确喷射的目的。由于压电陶瓷本身得电伸长、去电恢复自然常态尺寸的过程可以不受外界干扰，可以响应更高喷射频率的要求，因而可以实现更精确、更高频率的高压柴油喷射。

二、本发明采用压电陶瓷作为电控的驱动元件，其结构比电磁线圈简单，可以大大降低喷油器产品成本。

三、本发明采用由球阀芯、进油阀体、导流阀体、加压柱塞阀体、加压柱塞、加压油腔及导流阀体的导流孔、导流阀体沉割槽、加压柱塞阀体沉割槽构成在接入高压柴油状态下球阀芯微小位移量控制加压柱塞轴向运动的结构，结构科学、简单、可靠，加工制作方便。

四、本发明通过采用由导流阀体的下端面、加压柱塞阀体的加压柱塞孔与加压柱塞的上端面形成加压油腔来控制加压柱塞的下行工作压力，使加压柱塞通过挺杆强迫喷油器针阀落座的结构方式，由于导流孔、导流阀体沉割槽、加压柱塞阀体沉割槽的降压作用使加压油腔的压力比进油通道的压力低，精确控制导流孔、导流阀体沉割槽、加压柱塞阀体沉割槽的截面积与球阀芯和球阀座在球阀芯升起时形成的进油环带面积的比例，可以在加压油腔保持足以使加压柱塞下行的工作压力，加之加压柱塞的直径比喷油器针阀的直径大，其倍压作用使加压柱塞对喷油器针阀的密封性能好，控制准确、效果好。

下面，结合附图和实施例对本发明之压电陶瓷电控柴油喷油器的技术特征作进一步的说明。

图1～图4：本发明之压电陶瓷电控柴油喷油器整体结构示意图：

图1-主视图，图2-俯视图，图3-左视剖面图，

图4-图2的G-G平面的纵向剖面图；

图5～图6：进油阀体结构示意图：

图5-图6的A-A剖视图，图6-俯视图；

图7～图9：导流阀体结构示意图：

图7-仰视图，图8-图7的B-B剖视图，图9-俯视图；

图10：球阀芯结构示意图；

图11～图13：加压柱塞阀体结构示意图：

图11-俯视图，图12-图11的C-C剖视图，图13-图10的D-D剖视图；

图14～图16：限位环结构示意图：

图14-俯视图，图15-图14的E-E剖视图，图16-图14的F-F剖视图；

图17～图18：挺杆结构示意图：

图17-主视图，图18-俯视图；

图19：挺杆与限位环配合结构示意图。

图中：

1-压电陶瓷元件，2-球阀芯弹簧，3-球阀芯，

4-进油阀体，41-阶梯孔，42-进油阀进油孔，43-进油阀体进油孔，

44-进油阀体回油孔，

5-导流阀体，51-阶梯孔，52-导流阀体进油孔，53-导流阀体沉割槽，54-导流阀体导流孔，55-导流阀体回油孔，56-球阀座，

6-加压柱塞阀体，61-加压柱塞孔，62-加压柱塞阀体进油孔，63-加压柱塞阀体回油孔，

64-加压柱塞阀体沉割槽，

7-限位环，71-阶梯孔，72-限位环进油孔，73-限位环回油孔，

74-限位环回油通道，

8-喷油嘴偶件，81-喷油嘴压力室，82-喷油嘴进油孔，

9-喷油器壳体螺母套，10-喷油嘴针阀，11-喷油嘴针阀阀座，

12-挺杆，13-针阀落座弹簧，14-加压柱塞，15-加压油腔，

16-喷油器壳体，161-进油通道，162-回油通道，

17-高压油管接头，18-上端盖，19-定位轴。

具体实施方式：

实施例一：

一种压电陶瓷电控柴油喷油器，在喷油器壳体(16)和壳体螺母套(9)内沿轴向依次顺序安装压电陶瓷元件(1)、球阀芯(3)、球阀芯弹簧(2)、进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)和加压柱塞(14)、限位环(7)、针阀落座弹簧(13)及挺杆(12)、喷油嘴偶件(8)，其中进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)、限位环(7)的轴向两端面以及喷油嘴偶件(8)的上端面和喷油器壳体(16)的下端面均加工成高平面度的平面，在壳体(16)上开有与高压油管接头相连通的进油通道(161)、以及回油通道(162)，在进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)、限位环(7)上分别开有进油阀体进油孔(43)、导流阀体进油孔(52)、加压柱塞阀体进油孔(62)、限位环进油孔(72)以及进油阀体回油孔(44)、导流阀体回油孔(55)、加压柱塞阀体回油孔(63)、限位环回油孔(73)，各进油孔及回油孔依次对接，喷油嘴偶件(8)上有与限位环(7)上开有的限位环进油孔(72)相连的喷油嘴进油孔(82)以及喷油嘴压力室(81)，与压电陶瓷元件一端相接的二级阶梯轴状的球阀芯插入进油阀体(4)的阶梯孔(41)内，球阀芯(3)可在阶梯孔(41)内滑动，球阀芯(3)的球面与导流阀体(5)的球阀座(56)配合构成密封结构，加压柱塞(14)安装在加压柱塞阀体(6)的加压柱塞孔(61)中，导流阀体(5)的下端面、加压柱塞阀体(6)的加压柱塞孔(61)与加压柱塞(14)的上端面形成加压油腔(15)，导流阀体(5)上有与导流阀体回油孔(55)相通的斜管式导流阀体导流孔(54)和导流阀体沉割槽(53)，并通过进油阀体(4)上的进油阀体回油孔(44)与喷油嘴壳体上的回油通道(162)相连，球阀芯(3)、进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)、加压柱塞(14)、加压油腔(15)及导流阀体的导流孔(54)、导流阀体沉割槽(53)、加压柱塞阀体沉割槽(64)构成在接入高压柴油状态下球阀芯微小位移量控制加压柱塞(14)轴向运动的结构，加压柱塞(14)通过挺杆(12)与喷油嘴针阀(10)连接，限位环(7)大孔与中孔相接的台肩和挺杆(12)的轴肩之间的间隙限定喷油嘴针阀(10)的升程(参见图3、图4)，本实施例中，限位环中心阶梯孔大孔与中孔相接的台肩与挺杆轴肩之间的轴向间隙δ为0.05～0.1。

球阀芯(3)是一个二级阶梯轴，其小直径的一端加工成球形，大直径的端面与轴线垂直(参见图10)。

进油阀体(4)是一个薄的圆柱状元件，其上开有与进油阀体(4)的轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通阀体的进油阀体进油孔(43)、进油阀体回油孔(44)以及阶梯孔(41)，在阶梯孔(41)大直径孔的孔壁有一进油阀进油孔(42)与进油阀体进油孔(43)连通(参见图5～图6)；

导流阀体(5)是一个薄的圆柱状元件，其上开有一个与阀体轴线平行的阶梯孔(51)，大孔径的孔端口是球阀座(56)，球阀芯(3)的球面与球阀座(56)配合构成密封的加压油腔进油控制阀，该阀体上还开有与导流阀体(5)的轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通导流阀体的导流阀体进油孔(52)、导流阀体回油孔(55)(参见图7～图9)；

在导流阀体(5)上还有一斜置的导流阀体导流孔(54)，加压油腔(15)通过该导流阀体导流孔(54)与导流阀体回油孔(55)固定相连通；从加压油腔(15)沿轴线投影在导流阀体(5)的端面内，有一导流阀体沉割槽(53)向导流阀体(5)的导流阀体回油孔(55)延伸，使加压油腔(15)与导流阀体回油孔(55)连通(参见图4和图8)。

加压柱塞阀体(6)是一个薄的圆柱状元件，中间开有一个与阀体轴线平行并贯通阀体的加压柱塞孔(61)，其上还开有与阀体轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通阀体的加压柱塞阀体进油孔(62)、加压柱塞阀体回油孔(63)，加压柱塞阀体(6)与加压油腔(15)相关的端面有一加压柱塞阀体沉割槽(64)从加压柱塞孔(61)向加压柱塞阀体(6)的加压柱塞阀体回油孔(63)延伸，使加压油腔(15)与加压柱塞阀体回油孔(63)连通(参见图4、图11～图13)，

限位环(7)的中心孔是三级阶梯孔(71)，限位环回油孔(73)与限位环的轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通限位环，限位环进油孔(72)的轴线在面内向限位环的轴线倾斜，并贯通限位环的两个端面(参见图14～图16)。

挺杆(12)是同轴线二级阶梯的轴状元件，大轴径一端与小直径轴相接，另一端与一同轴线的圆台相接，在大轴径的台肩有四个与挺杆(12)轴线平行且圆周均布的小孔沿轴向贯通台肩。

所述的压电陶瓷元件(1)、球阀芯(3)、球阀芯弹簧(2)的轴线平行于喷油器壳体(16)的轴线但不重合。

本发明实施例中，所述的压电陶瓷元件(1)可以是圆柱体形的压电陶瓷元件，也可以是由横截面为方形的压电陶瓷柱体与包裹在压电陶瓷柱体外面、外圆内方的塑料套组合构成的压电陶瓷元件组件。

作为本发明实施例的一种变换，限位环(7)中心阶梯孔大孔与中孔相接的台肩与挺杆轴肩之间的轴向间隙δ数值还可以增大或减小，通过改变δ数值的大小，可以改变喷油嘴针阀的升程。

作为本发明实施例的一种变换，在导流阀体(5)上可以只有斜置的导流阀体导流孔(54)而没有导流阀体沉割槽(53)，加压油腔(15)通过该导流阀体导流孔(54)与导流阀体回油孔(55)固定相连通，；

作为本发明实施例的又一种变换，在导流阀体(5)上没有斜置的导流阀体导流孔(54)，而从加压油腔(15)沿轴线投影在导流阀体(5)的端面内，有一导流阀体沉割槽(53)向导流阀体(5)的导流阀体回油孔(55)延伸，使加压油腔(15)通过该导流阀体沉割槽(53)与导流阀体回油孔(55)连通(参见图4、图8)。

工作过程如下：

零件安装就位后将喷油器上壳体与壳体螺母套拧紧，使各零件端面紧密相接，形成密封面，各零件的进油孔与回油孔组成高压柴油进油通道和回油通道(参见图3、图4)；球阀芯(3)、进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)、加压柱塞(14)、加压油腔(15)及导流孔(54)、沉割槽(53)、(64)构成了在高压柴油状态下微小位移量控制加压柱塞轴向位移的结构。

高压柴油从高压油管接头(17)进入压电陶瓷电控柴油喷油器的进油通道(161)，其中一路进入喷油嘴偶件(8)中部的压力室(81)和喷油嘴的针阀阀座(11)，另一路经过进油阀体(4)的进油阀体进油孔(43)、进油阀进油孔(42)、球阀芯(3)的球面、导流阀体(5)的阶梯孔(51)进入加压油腔(15)，加压油腔(15)通过截面积很小的导流阀体导流孔(54)、导流阀体沉割槽(53)、加压柱塞阀体沉割槽(64)形成的降压通道与回油通道(162)连通(见图4)，由于导流阀体导流孔(54)、导流阀体沉割槽(53)、加压柱塞阀体沉割槽(64)的降压作用使加压油腔(15)的压力比进油通道(161)的压力低，精确控制导流阀体导流孔(54)、导流阀体沉割槽(53)、加压柱塞阀体沉割槽(64)的截面积与球阀芯(3)和球阀座(56)在球阀芯升起时形成的进油环带面积的比例，可以在加压油腔(15)保持足以使加压柱塞(14)下行的工作压力，加压柱塞(14)的直径比喷油嘴针阀(10)的直径大，在没有给压电陶瓷元件(1)加载工作电压时，加压油腔(15)的油压作用使加压柱塞(14)通过挺杆(12)强迫喷油嘴针阀(10)落座，使柴油无法从喷油嘴喷出，压电陶瓷电控柴油喷油器处于不喷油状态。

当给压电陶瓷元件(1)加上工作电压时，压电陶瓷元件(1)轴向伸长，将球阀芯(3)压下与球阀座(56)密封从而关闭进油通道(161)与加压油腔(15)之间的进油通道，高压柴油无法到达加压油腔(15)，导流阀体导流孔(54)、导流阀体沉割槽(53)、加压柱塞阀体沉割槽(64)与回油通道(162)相连，使加压柱塞(14)顶部的加压油腔(15)的压力迅速下降，而喷油嘴压力室(81)保持与进油通道(161)相同的压力，加压柱塞(14)和喷油嘴针阀(10)被高压柴油顶起，高压柴油从喷油嘴针阀(10)与喷油嘴针阀阀座(11)之间喷出，实现喷油。

当压电陶瓷元件(1)失电时，压电陶瓷恢复自然常态尺寸，球阀芯(3)在球阀芯弹簧(2)和高压柴油的作用下向上升起，打开进油通道(161)与加压油腔(15)之间的进油通道，高压柴油迅速加到加压油腔(15)，加压柱塞(14)下行强迫喷油嘴针阀(10)落座，切断喷油通道，停止喷油。

Claims (11)

1、一种压电陶瓷电控柴油喷油器，包括带进油通道及回油通道的喷油器壳体、安装在喷油器壳体内的通过压电陶瓷元件在高压柴油状态下微小轴向伸缩量控制加压柱塞轴向位移的结构，其特征是：在喷油器壳体和壳体螺母套内沿轴向依次顺序安装压电陶瓷元件(1)、球阀芯(3)、球阀芯弹簧(2)、进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)和加压柱塞(14)、限位环(7)、针阀落座弹簧(13)、挺杆(12)以及喷油嘴偶件(8)，与压电陶瓷元件一端相接的二级阶梯轴状的球阀芯插入进油阀体(4)的阶梯孔(41)内，球阀芯(3)可在阶梯孔(41)内滑动，球阀芯(3)的球面与导流阀体(5)的球阀座(56)配合构成密封结构，加压柱塞(14)安装在加压柱塞阀体(6)的加压柱塞孔(61)中，导流阀体(5)的下端面、加压柱塞阀体(6)的加压柱塞孔(61)与加压柱塞(14)的上端面形成加压油腔(15)，球阀芯(3)、进油阀体(4)、导流阀体(5)、加压柱塞阀体(6)、加压柱塞(14)、加压油腔(15)及导流阀体导流孔(54)和导流阀体沉割槽(53)、加压柱塞阀体沉割槽(64)构成在接入高压柴油状态下球阀芯微小位移量控制加压柱塞(14)轴向运动的结构，加压柱塞(14)通过挺杆(12)与喷油嘴针阀(10)连接，限位环(7)大孔与中孔相接的台肩和挺杆(12)的轴肩之间有间隙。

2、根据权利要求1所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：所述的导流阀体(5)是一个薄的圆柱状元件，其上开有与导流阀体(5)的轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通导流阀体的导流阀体进油孔(52)、导流阀体回油孔(55)以及与导流阀体(5)的轴线平行的阶梯孔(51)，大孔径的孔端口是球阀座(56)，球阀芯(3)的球面与球阀座(56)配合构成密封的加压油腔进油控制阀。

3、根据权利要求2所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：所述导流阀体(5)上有一斜置的导流阀体导流孔(54)，加压油腔(15)通过该导流阀体导流孔(54)与导流阀体回油孔(55)固定相连通。

4、根据权利要求2或3所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：加压油腔(15)沿轴线投影至导流阀体(5)的端面内，有一导流阀体沉割槽(53)向导流阀体回油孔(55)延伸，使加压油腔(15)与导流阀体回油孔(55)连通。

5、根据权利要求4所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：所述的加压柱塞阀体(6)是一个薄的圆柱状元件，其上开有的加压柱塞阀体回油孔(63)、加压柱塞阀体进油孔(62)的轴线与阀体中心的加压柱塞孔(61)的轴线平行，三个孔都沿轴线方向延伸并贯通元件，加压柱塞阀体(6)与加压油腔相邻的端面有一加压柱塞阀体沉割槽(64)从加压油腔(15)向加压柱塞阀体(6)的加压柱塞阀体回油孔(63)延伸，使加压油腔(15)与加压柱塞阀体回油孔(63)连通。

6、根据权利要求5所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：所述的进油阀体(4)是一个薄的圆柱状元件，其上开有与进油阀体(4)的轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通阀体的进油阀体进油孔(43)、进油阀体回油孔(44)以及阶梯孔(41)，在阶梯孔(41)大直径孔的孔壁有一进油阀进油孔(42)与进油阀体进油孔(43)连通。

7、根据权利要求6所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：限位环(7)的中心孔是三级阶梯孔(71)，限位环回油孔(73)与限位环的轴线平行且沿轴线方向延伸并贯通限位环，限位环进油孔(72)的轴线在面内向限位环的轴线倾斜，并贯通限位环的两个端面。

8、根据权利要求7所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：所述的喷油嘴偶件(8)上开有与限位环(7)上的限位环进油孔(72)相连的喷油嘴进油孔(82)以及喷油嘴压力室(81)。

9、根据权利要求8所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：挺杆(12)是同轴线二级阶梯的轴状元件，大轴径一端与小直径轴相接、另一端与一同轴线的圆台相接，在大轴径的台肩有四个与挺杆(12)轴线平行且圆周均布的小孔沿轴向贯通台肩。

10、根据权利要求9所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：压电陶瓷元件(1)、球阀芯(3)、球阀芯弹簧(2)的轴线平行于喷油器壳体(16)的轴线但不重合。

11、根据权利要求1或10所述的压电陶瓷电控柴油喷油器，其特征是：所述的压电陶瓷元件(1)是圆柱体形的压电陶瓷元件或是由横截面为方形的压电陶瓷柱体与包裹在压电陶瓷柱体外面、外圆内方的塑料套组合构成的压电陶瓷元件组件。

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