CN102852684B - 共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀 - Google Patents

共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀。它由控制阀、衔铁、阀座、阀块组成，阀块设置在高压共轨喷油器体的内部，阀座固定在高压共轨喷油器体内并固定在阀块的上方，衔铁设置在控制阀上部，在阀座的中心处设有上下贯通的阀座内孔，控制阀的下端高精度平面上加工油槽和锥面，阀座与阀块接触的端面也为高精度平面。从出油节流孔出来的高压燃油被控制阀密封在圈槽内，用控制阀的外圈平面来控制高压燃油的流动。本发明具有结构简单，制造容易，使用寿命长的优点。

Description

共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀
技术领域
本发明涉及一种压力平衡式的平面控制阀，特别是一种共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀。属于柴油机喷油系统领域。
背景技术
目前我国常用的BOSCH公司及电装公司的高压共轨喷油器中控制阀分别是球阀和平面阀(参看专利CN1664349A、US2010/0294242A1)属于压力不平衡的控制阀，即高压燃油有一定的力作用在球阀或平面阀上，随着喷油器中喷射压力的提高，例如从140MPa增加到200MPa,高压燃油作用在控制阀上的力增加70％左右，电磁铁对控制阀的控制难度加大，每次喷射之间的时间间隔延长，多次喷射能力下降。所以近几年来许多公司采用压力平衡式控制阀，控制行程减到0.02-0.03毫米，控制流量加大，而电磁铁的控制力可以减小，控制的高压燃油压力在200-250MPa时，每循环可7次喷油。
一般常用的压力平衡控制阀是锥阀，比如意大利FIAT公司(专利EP1985840A1)、BOSCH公司(专利WO2008/155260A1)等控制阀均采用锥阀。但是锥阀采用线密封，即阀座与阀芯锥面接触线是一条线，接触应力很大，所以使用后阀座锥面及阀芯锥面极容易磨损，从线密封转成面密封，密封效果降低，从压力平衡变成压力不平衡，改变了控制阀特性，影响高压共轨喷油器性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，制造容易，使用寿命长的共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀。
本发明的目的是这样实现的：它由控制阀9、衔铁8、阀座3、阀块4组成，阀块4设置在高压共轨喷油器体的内部，阀座3固定在高压共轨喷油器体内并固定于阀块4的上方，衔铁8设置在控制阀9上部，在阀座3的中心处设有上下贯通的阀座内孔3.1，阀座内孔3.1内设有能够在阀座内孔3.1内上下活动的控制阀9，控制阀9的下端高精度平面9.6上设有油槽9.4和锥面9.3，将下端高精度平面9.6分为外圈平面9.2和内圈平面9.8，内圈平面9.8和外圈平面9.2均为高精度平面，阀座3与阀块4接触的下端面3.3也为高精度平面。
本发明的优点在于：将平面控制阀接触面大不易磨损和锥面控制阀压力平衡的原理相结合的压力平衡式平面控制阀。既有压力平衡式控制阀控制力比较小，控制灵敏，控制流量较大，每次喷射之间的时间间隔较小，又有平面控制阀接触面大，寿命长的优点，同时结构简单，制造容易的特点。
附图说明
图1为用压力平衡式外密封平面控制阀的共轨喷油器结构。
图2为控制阀的结构示意图；
图3为图2的仰视图；
图4为阀块的结构示意图；
图5为阀块A-A面的剖视图。
标号说明
1电磁铁、2压紧螺母、3阀座、3.1阀座内孔、3.2圈槽、3.3下端面、4阀块、4.1油孔、4.2出油节流孔、4.3回油孔、4.4横油孔、4.5上平面、4.6下平面、4.7通油凹槽、5喷油器体、5.1环槽、5.2进油口、5.3油孔a、5.4储油腔、6定位芯、7回位弹、8衔铁、9控制阀、9.1外圆、9.2外圈平面、9.3锥面、9.4油槽、9.5泄油槽、9.6下端高精度平面、9.7控制阀内孔、9.8内圈平面、10半球座、10.1进油节流孔、11控制室、12控制套，12.1精密锥面、13控制杆、13.1台阶、14压紧弹簧、15弹簧座、16喷油嘴压紧螺帽，17喷油嘴阀座、17.1盛油槽。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，来详细说明本发明共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀的结构和工作原理。
如图1～5所示：一种压力平衡式外密封平面控制阀，它由控制阀9、衔铁8、阀座3、阀块4组成，阀块4设置在高压共轨喷油器体的内部，阀座3固定在高压共轨喷油器体内并固定于阀块4的上方，衔铁8设置在控制阀9上部，在阀座3的中心处设有上下贯通的阀座内孔3.1，控制阀9在阀座内孔3.1内能上下运动。
控制阀9的下端高精度平面9.6上加工油槽9.4和锥面9.3，将下端高精度平面9.6分为内圈平面9.8和外圈平面9.2。外圈平面9.2与内圈平面9.8位于同一平面上，控制阀9的内圈平面9.8上加工有2-4条泄油槽9.5,外圈平面圆环宽0.05-0.3毫米，内圈平面圆环宽0.5-3毫米。阀块4上平面4.5、下平面4.6均为高精度平面，上平面4.5上加工有出油节流孔4.2和回油孔4.3，以及连接出油节流孔4.2的油孔4.1。阀块4外圆上加工2-4条通油凹槽4.7，在每个通油凹槽4.7中加工与回油孔4.3连通的横油孔4.4。阀座3与阀块4上平面4.5接触的下端面3.3也为高精度平面。
从出油节流孔4.2出来的高压燃油被控制阀9密封在圈槽3.2内，用控制阀9的外圈平面9.2来控制高压燃油的流动。由于密封在圈槽3.2中的高压燃油作用在控制阀9轴向上的液压合力理论上为0，压力平衡，但控制阀9的下端高精度平面9.6(包栝外圈平面9.2和内圈平面9.8)与阀块4接触面积很大，降低了接触应力，提高了控制阀寿命。
所谓外密封平面控制阀是一种利用控制阀9的外圈平面9.2(它是控制阀9外圆9.1与下端高精度平面9.6及锥面9.3相交的宽度很小的平面)，用来密封高压燃油，外圈平面9.2圆环的宽度在0.05-0.3毫米，内圈平面9.8圆环宽为0.5-3毫米。因为控制阀9的外圆9.1直径与阀座内孔3.1的直径一样，下端面3.3中的高压燃油作用在控制阀9轴向的静合力为零，这样高速电磁铁用很小的力就可以在控制控制阀轴向打开或关闭高压燃油。
如图1所示：共轨喷油器由电磁铁1、压紧螺母2、阀座3、阀块4、喷油器体5、定位芯6、回位弹簧7、衔铁8、控制阀9、半球座10、控制套12、控制杆13(与针阀合成一体)、压紧弹簧14、弹簧座15、喷油嘴压紧螺帽16、喷油嘴阀座17等零部件组成。
压紧螺母2将阀座3和阀块4压紧在喷油器体5上，它的控制杆13与喷油嘴针阀合为一体(整体加工或控制杆与针阀一起焊接)，由压紧弹簧14通过弹簧座15和控制杆13上的台阶13.1，将它压紧在喷油嘴阀座17的锥面上，控制杆13上部套有精密配合的控制套12，控制杆13和控制套12是一对偶件，控制套12上端加工有精密锥面12.1，压紧弹簧14通过精密锥面12.1将控制套12和半球座10压在阀块4的精密下平面4.6上，因为半球座10的球面为精密球面，所以在半球座10和控制杆13，控制套12之间形成高压密封的控制室11。压力平衡平面控制阀9的结构细节见图2，控制阀9外圆9.1与阀座内孔3.1是一对精密偶件，阀座内孔3.1与阀座3的下端面3.3严格垂直(参看图1)，下端面3.3也是高精度平面，用来密封高压燃油。控制阀9的上部焊接有衔铁8，控制阀9的外圆9.1与内圈平面9.8,外圈平面9.2严格垂直，9.7是控制阀座9中的泄油小内孔，油槽9.4是一条较深的圆槽。高精度外端面分两部份，一部分靠近外圆9.1的锥面9.3与下端高精度平面9.6相交形成一条圆环宽0.05-0.3的外圈平面9.2，用来密封高压燃油，另一部份是靠控制阀内孔9.7的内圈平面9.8，圆环宽0.5-3毫米，上面加工有2-4条泄油槽。
阀座内孔3.1下部加工有一圈槽3.2(参看图1)，以便储存高压燃油。
本发明不仅用于高压共轨喷油器上，也可用于电控分配泵、电控单体泵、电控泵喷嘴，及其他电控系统的控制阀。
工作原理：
共轨管中的高压燃油从喷油器体5的进油口5.2、油孔a5.3进入喷油器体5中的储油腔5.4，并通过半球座10上的进油节流孔10.1进入控制室11，向上经阀块4的油孔4.1和出油节流孔4.2进入阀座3中的圈槽3.2。此时电磁阀不通电，弹簧7将控制阀芯9的外圈平面9.2和内圈平面9.8同时压在阀块4的上平面4.5上面，控制阀9的外圈平面9.2将圈槽3.2中的高压燃油与低压燃油区严格密封。高压燃油经进油节流孔10.2进入控制室11中的高压燃油压力将控制杆13的高精度锥面压在喷油嘴座17的锥面上，喷油器不喷油。
当电磁阀1通电，电磁阀1吸引衔铁8，使控制阀芯9的控制外圈平面9.2和内圈平面9.8上升，控制室11中的高压燃油，经过阀块4的出油节流孔4.2到圈槽3.2中的高压燃油，从外圈平面9.2和阀块4的上平面4.5的间隙中经过内圈平面9.8与上平面4.5的间隙及泄油槽9.5，流经阀块4上的回油孔4.3、横油孔4.4和通油凹槽4.7进入喷油器体5中的环槽5.1，再通过回油孔回到低压油箱。由于进油节流孔10.1的直径小于出油节流孔4.2的直径，进入控制室11的燃油比流出控制室11的燃油少，此时控制室11中压力下降，喷油嘴阀座17的盛油槽17.1中的高压燃油克服压紧弹簧14的压力使控制杆13(与油嘴针阀合成一体)上升，高压燃油从喷油器喷到燃烧室中，完成供油任务。
当电磁铁断电，控制阀芯9在弹簧7作用下回位，外圈平面9.2马上回落，切断圈槽3.2中的高压燃油，经进油节流孔10.1流入控制室11的燃油无法流出去，控制室11中的压力再度上升，使控制杆13落座，控制杆13上的锥面紧压在阀座17的锥面上，停止供油。
因为控制阀9的下端高精度平面9.6中的外圈平面9.2在弹簧7作用下与阀块4平面紧密接触，控制阀9与控制套3内孔是偶件配合，作用在控制阀9上液压合力在轴向为0。如果只有外圈平面9.2与阀块4接触，因为外圈平面9.2只是一条很窄的圆圈面，与阀块4的接触应力很大，与阀块4长期碰撞磨损很快。而本发明的控制阀增加了一块与外圈平面9.2同一平面的内圈平面9.8，外圈平面9.2与内圈平面9.8同时与与阀块4的高精度上平面4.5接触，接触平面面积增大，接触应力大大下降，提高了工作寿命。由于在内圈平面9.8上设置了多条泄油槽9.5，这样使圈槽3.2中的高压燃油经过外圈平面9.2少量泄漏到控制阀9中的燃油，很快经泄油槽9.5流到阀块4上的低压回油孔4.3、横油孔4.4、通油凹槽4.7，经过喷油器体上的环槽5.1流入低压油箱，保证控制阀9的下端高精度平面9.6下不会形成高压液流，消除可能作用在控制阀9上的不平衡液压力，从而保证控制阀9的高速运动。

Claims (5)

1.一种用于共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀，其特征在于：它由控制阀(9)、衔铁(8)、阀座(3)、阀块(4)组成，阀块(4)设置在高压共轨喷油器体的内部，阀座(3)固定在高压共轨喷油器体内并固定于阀块(4)的上方，衔铁(8)设置在控制阀(9)上部，在阀座(3)的中心处设有上下贯通的内孔(3.1)，阀座内孔(3.1)内设有能够在阀座内孔(3.1)内上下活动的控制阀(9)，控制阀(9)的下端高精度平面(9.6)上设有油槽(9.4)和锥面(9.3)，将下端高精度平面(9.6)分为外圈平面(9.2)和内圈平面(9.8)，内圈平面(9.8)和外圈平面(9.2)均为高精度平面，阀座(3)与阀块(4)接触的下端面(3.3)也为高精度平面。
2.根据权利要求1所述的共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀，其特征在于：控制阀(9)的外圈平面(9.2)与内圈平面(9.8)位于同一平面上；控制阀(9)的外圈平面(9.8)上加工有2-4条泄油槽(9.5)，外圈平面圆环宽0.05-0.3毫米，内圈平面圆环宽0.5-3毫米。
3.根据权利要求2所述的共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀，其特征在于：控制阀(9)的外圆(9.1)与内圈平面(9.8),外圈平面(9.2)严格垂直。
4.根据权利要求1所述的共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀，其特征在于：阀座(3)的内孔(3.1)与阀座(3)的下端面(3.3)严格垂直。
5.根据权利要求4所述的共轨喷油器压力平衡式外密封平面控制阀，其特征在于：阀块(4)上下端面均为高精度平面，上端面设有油孔(4.1)、与油孔(4.1)联通的出油节流孔(4.2)、回油孔(4.3)，阀块(4)外圆上加工2-4条通油凹槽(4.7)，在每个通油凹槽(4.7)中加工与回油孔(4.3)连通的横油孔(4.4)。
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