CN102230435A - 平面启闭型柴油机高压共轨喷油器 - Google Patents

Abstract

一种平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，控制阀偶件中的密封球为平面密封球，在导向阀座的上端上设有环形密封平面、节流坑、节流孔和快速泄压结构，平面密封球的密封平面的直径与环形密封平面的外径相当，密封平面和环形密封平面的硬度、平面度和表面粗糙度均达到设计要求。由于将控制阀偶件中的密封钢球改为带有密封平面的平面密封球，将导向阀座上端面上的节流锥孔改为平面密封，增设了快速泄压结构，不仅高频率启闭的密封性能可靠，而且密封件的加工工艺性极大改善，采用常规的金加工和热处理即可完成，加工效率高，密封性能和快速卸压性能稳定可靠，是对德国博世公司现有产品的改进和提高。

Description

平面启闭型柴油机高压共轨喷油器

技术领域：

本发明涉及柴油机高压共轨燃油系统，尤其涉及高压共轨喷油器。

背景技术：

高压共轨(Common Rail)电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管(Rail)，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力(Pressure)大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。

目前，世界上主要有三大公司在生产柴油机高压共轨系统，日本电装、德国博世和美国德尔福。共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。在日趋严重的能源危机的背景下，柴油机已成全世界内燃机行业关注的焦点，柴油机越来越受到用户青睐。与汽油机相比柴油机有很多优势：能减少20％～25％的CO₂废气排放，车速较低时的加速性能更有优势，平均燃油消耗低25％～30％，能提供更多的驾驶乐趣，但是与汽油机相比，柴油机的排放控制又是一个难点。

排放标准的提升，必然推动柴油机燃烧技术的发展。在国内，柴油发动机大部分采用机械式燃油系统，且柴油机直喷技术发展历程较短，因而，为了满足新的排放标准的要求必须重新设计新一代柴油机。高压共轨系统实现了压力建立和喷射过程的分离，从而使控制过程更具有柔性，能更准确地实现小油量的精确控制，更好地实现多次喷射。高压共轨系统在国外已得到普遍应用，柴油燃油喷射系统从机械控制式发展到电子控制式系统后，电子喷射系统又经历了三次变革，即位置式燃油喷射系统、时间式燃油喷射系统和时间压力式燃油喷射系统(共轨系统)。目前，我国大部分企业通过引进德国博世(Bosch)公司技术来满足现阶段排放标准(国III)，但也有部分企业在进行自主研发，如中国一汽无锡油泵油嘴研究所、成都威特等。德国博世(Bosch)公司于1995年开发出用于轿车的高压共轨系统，目前，博世公司的共轨系统已在欧洲乘用车和轻型车柴油机上得到普通应用，德国博世(Bosch)公司已生产出2500万套共轨系统，并在江苏无锡投资建设了技术中心和工厂，实现了本地化生产。德国博世(Bosch)公司生产的高压共轨喷油器总成的结构如图1所示，它包括电磁阀1、电磁阀弹簧调整垫圈2、电磁阀弹簧3、衬环4、电磁铁紧帽5、控制阀偶件6、阀组件7、孔板定位销8、密封圈9、弹簧上座10、调整垫片11、调压弹簧12、顶杆13、过渡块14、油嘴定位销15、喷油嘴偶件16、喷油嘴紧帽17、上密封圈18和喷油嘴偶件体19，其中，控制阀偶件6与阀组件7之间密封性能直接影响到喷油器的性能指标和使用寿命，所述控制阀偶件6由吸铁61、移动阀芯62、固定阀座63和密封钢球64组成，移动阀芯62固定安装在吸铁61的中心，密封钢球64设置在移动阀芯62的下端，移动阀芯62精密地套装在固定阀座63的导向孔中，两者之间的配合间隙为0.002毫米～0.005毫米；所述阀组件7包括导向阀座71和活塞72，在导向阀座71的顶面设有节流锥孔73，控制阀偶件6与阀组件7之间是通过密封钢球64与节流锥孔73的线接触来进行配合密封的，由于系统内的油压很高，要实现密封钢球64与节流锥孔73长期可靠密封，对节流锥孔73的锥面要求很高，同时，对密封钢球64的要求也很高。其中，节流锥孔73的设计的要求如下：

①锥面密封直径0.68mm；②表面硬度HRC65～68；③表面粗糙度Ra0.05；

④锥孔面的圆度小于0.0005mm；⑤锥孔面的直线度小于0.0005mm。

从图1中控制阀偶件6与阀组件7之间密封结构及两者密封原理可知，控制阀偶件6与阀组件7之间是通过密封钢球64与节流锥孔73的线接触来进行配合密封的，密封钢球64的直径为1.33mm～1.34mm，节流锥孔73与密封钢球64接触所形成的线密封直径大约为0.68mm，为了保证阀锥面在0.68mm附近具有良好的加工精度，必须采用世界顶级的高速磨床进行磨削加工，其磨削转速为120000r/min，即便如此，节流锥孔也很难达到设计要求，加工的合格率不足60％，由于在磨削直径仅为0.68mm，虽然磨头的转速极高，但在此处的磨削线速度仅为4.3m/s，无法满足高精度磨削加工要求，而被加工锥面与磨头之间的摩擦力很大，磨削高温容易使锥面退火导致硬度降低，节流锥孔的加工精度很难达到设计精度要求。

高压共轨喷油器在频繁的启闭交替工作过程中，密封钢球64随移动阀芯62反复地与节流锥孔73进行接触分离运动，在此运动过程中，密封钢球64与节流锥孔73所接触形成的实际密封线不断变化，由于节流锥孔73表面粗糙度、表面硬度、锥孔的圆度和直线度都难达到设计要求，因此很难保证两者启闭的可靠性；在频繁的启闭工作过程中，密封钢球64自身会转动，且容易变形，又会导致密封不稳定；由于系统油压很高，在开启状态时高压油束不断冲刷节流锥孔73的锥面，长时间冲刷会将锥面冲磨出不规则的细微浅槽，导致密封性能下降；另外，密封钢球64安装在移动阀芯62下端面的中心孔中，而节流锥孔73开设在导向阀座71的上端面上，两者的轴线总存在偏差，容易产生单边接触，从而影响关闭的密封性能。

通过上述客观分析可知，在现有柴油机高压共轨喷油器中，控制阀偶件6与阀组件7之间密封结构设计不合理，节流锥孔73的技术要求高，加工难度大，用常规磨床无法加工，整条生产线引进一次投入很大，国内一般油泵油嘴生产企业难以承受，即使整条生产线引进，操作者的技术水平也难适应。这种密封结构必然导致产品的成品率不高，密封的稳定性差，使用寿命短，产品价格高，用户难以承受。为了克服德国博世(Bosch)公司现有球面与锥面启闭型柴油机高压共轨喷油器存在的上述不足，更经济地生产出具有自主知识产权的国产柴油机高压共轨喷油，申请人经过多年的研究和不断的试验，研制出结构简单、加工工艺性好，密封性能稳定可靠，成本低廉的平面启闭型柴油机高压共轨喷油器。

发明内容：

本发明的目的是提供一种平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，它结构简单、加工工艺性好，工作稳定性好，具有广阔的实际应用前景。

本发明采取的技术方案如下：

一种平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，包括电磁阀、电磁阀弹簧调整垫圈、电磁阀弹簧、衬环、电磁铁紧帽、控制阀偶件、阀组件、孔板定位销、密封圈、弹簧上座、调整垫片、调压弹簧、顶杆、过渡块、油嘴定位销、喷油嘴偶件、喷油嘴紧帽、上密封圈和喷油嘴偶件体，其特征是：所述控制阀偶件由吸铁、移动阀芯、固定阀座和平面密封球组成，移动阀芯固定安装在吸铁的中心，平面密封球设置在移动阀芯的下端，平面密封球的密封平面向下，移动阀芯精密地套装在固定阀座的导向孔中，两者之间的配合间隙为0.002毫米～0.005毫米；所述阀组件由导向阀座和活塞组成，在导向阀座的上端面上设有周向泄压槽、径向泄压槽、环形密封平面、节流坑和节流孔，节流孔位于节流坑的中心，节流坑位于环形密封平面的中心，周向泄压槽位于环形密封平面的外侧，周向泄压槽和环形密封平面均与节流孔同轴，径向泄压槽沿周向等份地设置在周向泄压槽和环形密封平面之间，密封平面直径大于等于环形密封平面的外径，密封平面直径小于周向泄压槽的内径。

进一步，密封平面和环形密封平面的硬度为HRC65～68，平面度小于0.0005mm，表面粗糙度Ra0.05。

进一步，平面密封球的材质为陶瓷。

由于改变了控制阀偶件与阀组件之间的密封结构，将现有钢球与锥孔密封结构改为平面与平面的对接密封结构，即将控制阀偶件中密封钢球由完整球改为带有密封平面的平面密封球，且平面密封球的密封平面向下；将导向阀座上端面上的节流锥孔改为由周向泄压槽、径向泄压槽、环形密封平面、节流坑和节流孔组成的密封和泄压结构，节流孔位于节流坑的中心，节流坑位于环形密封平面的中心，周向泄压槽位于环形密封平面的外侧，周向泄压槽和环形密封平面均与节流孔同轴，径向泄压槽沿周向等份地设置在周向泄压槽和环形密封平面之间，密封平面的直径大于等于环形密封平面的外径，密封平面的直径小于周向泄压槽的内径，密封平面和环形密封平面的硬度为HRC65～68，平面度小于0.0005mm，表面粗糙度Ra0.05。这样，当控制阀偶件下移处于关闭状态时，平面密封球的密封平面与环形密封平面进行高精度对接密封，当控制阀偶件刚开始上移时节流孔中的高压油经节流坑初步降压后从径向泄压槽直通周向泄压槽，实现快速泄压，从而满足了控制阀偶件与阀组件之间高频率的启闭密封要求。由于将控制阀偶件中完整的密封钢球改为带有密封平面的平面密封球，将导向阀座上端面上的节流锥孔改为平面密封，增设了周向泄压槽和径向泄压槽组合快速泄压结构，不仅高频率启闭的密封性能可靠，而且密封件的加工工艺性极大改善，采用常规的车削、磨削、热处理和精磨即可加工，加工效率高，密封性能和快速泄压性能稳定可靠，是对德国博世(Bosch)公司现有柴油机高压共轨喷油器的改进和提高。

附图说明：

图1为德国博世(Bosch)公司现有柴油机高压共轨喷油器的结构示意图；

图2为图1中控制阀偶件与阀组件之间的密封结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为图3中控制阀偶件与阀组件之间的密封结构示意图；

图5为平面密封球结构示意图；

图6为导向阀座上端面中心部位的局部视图。

图中，1-电磁阀；2-电磁阀弹簧调整垫圈；3-电磁阀弹簧；4-衬环；5-电磁铁紧帽；6-控制阀偶件；7-阀组件；8-孔板定位销；9-密封圈；10-弹簧上座；11-调整垫片；12-调压弹簧；13-顶杆；14-过渡块；15-油嘴定位销；16-喷油嘴偶件；17-喷油嘴紧帽；18-上密封圈；19-喷油嘴偶件体；61-吸铁；62-移动阀芯；63-固定阀座；64-密封钢球；65-平面密封球；66-密封平面；71-导向阀座；72-活塞；73-节流锥孔；711-周向泄压槽；712-径向泄压槽；713-环形密封平面；714-节流坑；715-节流孔。

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

一种平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，如图3所示，它包括电磁阀1、电磁阀弹簧调整垫圈2、电磁阀弹簧3、衬环4、电磁铁紧帽5、控制阀偶件6、阀组件7、孔板定位销8、密封圈9、弹簧上座10、调整垫片11、调压弹簧12、顶杆13、过渡块14、油嘴定位销15、喷油嘴偶件16、喷油嘴紧帽17、上密封圈18和喷油嘴偶件体19，其中，所述控制阀偶件6如图4和图5所示，它由吸铁61、移动阀芯62、固定阀座63和平面密封球65组成，移动阀芯62固定安装在吸铁61的中心，平面密封球65的材质为陶瓷，平面密封球65设置在移动阀芯62的下端，平面密封球65的密封平面66向下，移动阀芯62精密地套装在固定阀座63的导向孔中，两者之间的配合间隙为0.002毫米～0.005毫米；所述阀组件7如图4和图6所示，它由导向阀座71和活塞72组成，在导向阀座71的密封面上设有周向泄压槽711、径向泄压槽712、环形密封平面713、节流坑714和节流孔715，节流孔715位于节流坑714的中心，节流坑714位于环形密封平面713的中心，周向泄压槽711位于环形密封平面713的外侧，周向泄压槽711和环形密封平面713均与节流孔715同轴，径向泄压槽712沿周向等份地设置在周向泄压槽711和环形密封平面713之间，密封平面66的直径大于等于环形密封平面713的外径，密封平面66的直径小于周向泄压槽711的内径，密封平面66和环形密封平面713的硬度为HRC65～68，平面度小于0.0005mm，表面粗糙度Ra0.05。

Claims (3)

1.一种平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，包括电磁阀(1)、电磁阀弹簧调整垫圈(2)、电磁阀弹簧(3)、衬环(4)、电磁铁紧帽(5)、控制阀偶件(6)、阀组件(7)、孔板定位销(8)、密封圈(9)、弹簧上座(10)、调整垫片(11)、调压弹簧(12)、顶杆(13)、过渡块(14)、油嘴定位销(15)、喷油嘴偶件(16)、喷油嘴紧帽(17)、上密封圈(18)和喷油嘴偶件体(19)，其特征是：所述控制阀偶件(6)由吸铁(61)、移动阀芯(62)、固定阀座(63)和平面密封球(65)组成，移动阀芯(62)固定安装在吸铁(61)的中心，平面密封球(65)设置在移动阀芯(62)的下端，平面密封球(65)的密封平面(66)向下，移动阀芯(62)精密地套装在固定阀座(63)的导向孔中，两者之间的配合间隙为0.002毫米～0.005毫米；所述阀组件(7)由导向阀座(71)和活塞(72)组成，在导向阀座(71)的上端面上设有周向泄压槽(711)、径向泄压槽(712)、环形密封平面(713)、节流坑(714)和节流孔(715)，节流孔(715)位于节流坑(714)的中心，节流坑(714)位于环形密封平面(713)的中心，周向泄压槽(711)位于环形密封平面(713)的外侧，周向泄压槽(711)和环形密封平面(713)均与节流孔(715)同轴，径向泄压槽(712)沿周向等份地设置在周向泄压槽(711)和环形密封平面(713)之间，密封平面(66)直径大于等于环形密封平面(713)的外径，密封平面(66)直径小于周向泄压槽(711)的内径。

2.根据权利要求1所述平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，其特征是：密封平面(66)和环形密封平面(713)的硬度为HRC65～68，平面度小于0.0005mm，表面粗糙度Ra0.05。

3.根据权利要求1所述平面启闭型柴油机高压共轨喷油器，其特征是：所述平面密封球(65)的材质为陶瓷。

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