CN103026044B - 压力控制阀和用于内燃机的燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

压力控制阀包括阀座、阀体和被接纳并在阀体的通孔中并且轴向可滑动的阀杆。阀杆包括圆柱形杆茎、头部以及延伸通过杆茎和头部的中心通路。头部被容纳在阀体的凹腔中。阀体还包括通到阀杆的外表面与轴向通孔的内表面之间的环形室中的分支通路。阀杆的头部和凹腔的形状和尺寸被设置成使得阀杆的头部与凹腔的壁以流体密封的方式匹配，以当阀杆轴向向上运动时在环形室和凹腔之间形成第一流体密封，当阀杆轴向并向下运动以流体密封的方式紧靠阀座时，阀杆的头部与凹腔的壁隔开，以将环形室与在凹腔的壁和头部的外壁之间限定的空间连通，并且在阀杆的中心通路与所述空间之间形成第二流体密封。在阀座中形成至少一个通孔，以与所述空间连通。因此根据本发明的燃料喷射装置在结构上简单，能够容易地且以低成本方式被制造，并提高运行可靠性。

Description

压力控制阀和用于内燃机的燃料喷射装置
技术领域
本发明涉及一种用于燃料喷射装置的压力控制阀以及将用于内燃机的燃料喷射装置。
背景技术
能够将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射装置在市场上已被知晓。燃料喷射装置通常包括壳体、用于打开或者关闭燃料输出口的针状阀元件、以及压力控制阀。压力控制阀用于控制被限定在壳体中的控制室中的压力，使得针状阀元件可根据控制室中的压力运动以打开或者关闭燃料输出口。
US2003/0102452A1公开了一种在内燃机中喷射燃料的共轨燃料喷射装置，该装置具有：壳体，该壳体与中心高压储存器连通，在壳体中，喷嘴针可轴向地移动以按照控制室中的压力调节喷射；密封元件，设置在处于阀元件和壳体之间的环形室中。为了延长使用寿命，除了密封元件之外，在阀元件和壳体之间的环形室中还设置支撑装置。这种燃料喷射装置使用高压密封元件和额外的支撑装置，这增加了制造成本。
US2008/0210787A1公开了一种包括壳体和设置其中的阀元件的燃料喷射装置，该阀元件与位于至少一个燃料排放端口区域中的阀座配合。阀元件由多个部件构成，同时阀元件的至少两个部件通过液压管接头彼此联接。虽然这种燃料喷射装置不需要高压密封元件，但是其具有复杂的压力回路，这也增加了制造成本。
EP1612398B1公开了一种燃料喷射装置。该燃料喷射装置包括：控制伺服阀，该控制伺服阀被接纳在燃料喷射装置的壳体内，并且具有压电致动器；控制室，具有燃料输出通路。该输出通路伸出到由固定的管状部分和气门限定的环形室的内部，该气门以大体流体密封的方式与管状部分接合，并且通过压电致动器从关闭位置轴向地滑动到打开位置，在关闭位置，其使环形室关闭，并受到燃料压力所产生的零轴向合成力的作用，在打开位置，输出通路与排放导管连通。在这种燃料喷射装置中，来自高压燃料通路的高压燃料直接进入控制室。当压电致动器对气门施加轴向推力以打开喷射喷嘴时，高压燃料通路经控制室、燃料输出通路以及环形室与低压回路(LPC)连通。为了防止高压燃料通路中的高压显著下降以致于燃料不能期望地从喷射喷嘴喷射，燃料输出通路设置有校正剖面孔。该校正剖面孔需要被精确地设计和制造，从而燃料喷射装置在结构上复杂，并且难以制造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料喷射装置的压力控制阀以及用于内燃机的燃料喷射装置，该压力控制阀和燃料喷射装置在结构上简单，能够容易地且以低成本方式被制造，并提高运行可靠性。
根据本发明的一方面，提供了一种用于燃料喷射装置的压力控制阀，包括：
阀座；
设置在阀座上的阀体，所述阀体包括轴向通孔和形成在所述轴向通孔的下端中的凹腔；
被接纳在所述轴向通孔中并且以大体流体密封的方式在所述轴向通孔中轴向可滑动的阀杆，在所述阀杆的外表面布置环形凹槽，以在所述阀杆的外表面与所述轴向通孔的内表面之间形成环形室，所述阀杆包括圆柱形杆茎、形成在所述杆茎的下端的头部以及延伸通过所述杆茎和所述头部的中心通路，所述头部被容纳在所述凹腔中，所述阀体还包括通到所述环形室中的分支通路；
其中，所述阀杆的头部和所述凹腔的形状和尺寸被设置成使得所述阀杆的头部与所述凹腔的壁以流体密封的方式匹配，以便当所述阀杆轴向向上运动时在所述环形室和所述凹腔之间形成第一流体密封，以及当所述阀杆轴向向下运动以流体密封的方式紧靠所述阀座时所述阀杆的头部与所述凹腔的壁隔开，以将所述环形室与在所述凹腔的壁和所述头部的外壁之间限定的空间连通，并且在所述阀杆的中心通路与所述空间之间形成第二流体密封；以及
在所述阀座中形成至少一个通孔，以与限定在所述凹腔的壁与所述头部的外壁之间的空间连通。
根据本发明的其他方面，提供了一种用于内燃机的燃料喷射装置，包括：
壳体，所述壳体具有压力室和形成在其中的燃料输出口，所述压力室与所述燃料供应通路连通；
针状阀元件，所述针状阀元件在所述壳体中轴向地可滑动，使得所述燃料输出口与所述压力室断开连接或者与所述压力室形成连通；
设置在所述壳体中的压力控制阀，所述压力控制阀包括：
阀座，所述阀座设置在所述针状阀元件上方，使得在所述阀座和所述针状阀元件的上端之间限定控制室；
设置在阀座上的阀体，所述阀体包括轴向通孔和形成在所述轴向通孔的下端中的凹腔；
被接纳在所述轴向通孔中并且以大体流体密封的方式在所述轴向通孔中轴向可滑动的阀杆，在所述阀杆的外表面布置环形凹槽，以在所述阀杆的外表面与所述轴向通孔的内表面之间形成环形室，所述阀杆包括圆柱形杆茎、形成在所述杆茎的下端的头部以及延伸通过所述杆茎和所述头部的中心通路，所述头部被容纳在所述凹腔中，所述阀体还包括与所述环形室和所述燃料供应通路连通的分支通路；
其中，所述阀杆的头部和所述凹腔的形状和尺寸被设置成使得所述阀杆的头部与所述凹腔的壁以流体密封的方式匹配，以便当所述阀杆轴向向上运动时在所述环形室和所述凹腔之间形成第一流体密封，以及当所述阀杆轴向向下运动以流体密封的方式紧靠所述阀座时所述阀杆的头部与所述凹腔的壁隔开，以将所述环形室与在所述凹腔的壁和所述头部的外壁之间限定的空间连通，并且在所述阀杆的中心通路与所述空间之间形成第二流体密封；以及
在所述阀座中形成至少一个通孔，以将所述控制室与限定在所述凹腔的壁和所述头部的外壁之间的所述空间连通；
用于轴向向上提升所述压力控制阀的所述阀杆的提升机构；以及
设置在所述阀杆的上端的弹簧，所述弹簧朝着所述阀座推所述阀杆，使得所述阀杆的头部以流体密封的方式紧靠所述阀座。
为了清楚地理解本发明，将参照附图通过示例的方式描述优选的非限制性实施例，其中，为了清楚起见，省略一些部件。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明的燃料喷射装置的示意性局部剖视图，显示了处于关闭状态的燃料喷射装置；
图2是图1的局部放大图；
图3是根据本发明的燃料喷射装置的示意性局部剖视图，显示了处于喷射状态的燃料喷射装置；以及
图4是图3的局部放大图。
具体实施方式
如图1和图2所示，根据本发明的用于内燃机的燃料喷射装置整体由标号“1”来指示。燃料喷射装置1包括具有喷嘴体12、主体14以及端部体16的壳体10。喷嘴针18可运动地容纳在喷嘴体12中，在喷嘴针18周围的喷嘴体12中限定有压力室20。燃料输出口22形成在压力室20的下端。喷嘴针18以已知的方式与喷嘴体12的阀座配合。这样，燃料输出口22能够与压力室20断开连接或者与压力室20形成连通。
主体14限定下内孔24和上阶梯凹部26。下内孔24接纳柱塞28，该柱塞28可在下内孔24中轴向地滑动。弹簧30经形成在下内孔24中的环形凸起32和喷嘴针18上的环形轴环34被装在柱塞28的下部分上。弹簧30总是趋于推动喷嘴针18使其靠近燃料输出口22。柱塞28和喷嘴针18一起被称为针状阀元件。应该理解，柱塞28和喷嘴针18可彼此一体地形成。
主体14的上阶梯凹部26接纳压力控制阀36。该压力控制阀36包括优选为板状的阀座38、设置在阀座38上的阀体40以及阀杆42。阀座38设置在上阶梯凹部26的底部44上，使得控制室46被限定在阀座38和柱塞28的上端29之间。
阀体40通过旋紧到上阶梯凹部26的内表面50上的螺母48以流体密封的方式并在固定位置轴向地保持抵靠阀座38，并且包括轴向通孔52。阀杆42被接纳在轴向通孔52中，并且可以以与轴向通孔52的内表面大体流体密封的方式在轴向通孔52中轴向地滑动。阀杆42包括圆柱形杆茎54和形成在杆茎54的下端的头部56。头部56的直径大于杆茎54的直径。阀杆42还包括在其部分外表面上的环形凹槽58，以在阀杆42的外表面与轴向通孔52的内表面之间形成环形室59。优选地，环形凹槽58形成在杆茎54的外表面上。中心通路60延伸穿过杆茎54和头部56。阀体40还包括形成在轴向通孔52的下端以容纳阀杆42的头部56的凹腔62。当阀杆42的头部56紧靠着阀座38时，在凹腔62的壁与阀杆42的头部56的外壁之间限定空间61。阀杆42的头部56与凹腔62的形状和尺寸被设置成使得阀杆42的头部56与凹腔62的壁以流体密封的方式匹配，以便当阀杆42轴向向上运动时在环形室59与凹腔62之间形成第一流体密封(如图4所示)，当阀杆42轴向并下运动以紧靠阀座38时阀杆42的头部56与凹腔62的壁隔开，以将环形室59与凹腔62连通(如图2所示)。优选地，阀杆42的头部56和凹腔62呈截头圆锥形。
燃料喷射装置1还包括用于轴向向上提升压力控制阀36的阀杆42的提升机构63。提升机构63包括固定到阀杆42的杆茎54的电枢64和电磁线圈66。电枢64被设置在电枢64与螺母48之间的弹簧68支撑。电磁线圈66设置在电枢64之上的线圈外壳67中。当电磁线圈66被供应电流时，产生电磁吸力将电枢64向上吸引，使得压力控制阀36的阀杆42在轴向通孔52中轴向向上滑动。虽然提升机构63被显示为电磁提升机构，但是应该理解，其可以是压电提升机构、液压提升机构等。
压力控制阀36的阀杆42部分延伸到线圈外壳67的中心路径69中。弹簧70设置在阀杆42的上端并在线圈外壳67中，并且由燃料喷射装置1的端体16保持在位。弹簧70总是趋于朝向阀座38推动阀杆42，使得阀杆42的头部56以流体密封的方式紧靠阀座38，以在阀杆42的中心通路60与阀杆42的头部56外部的空间61之间形成第二流体密封。中心路径69连接到低压回路(未显示)的回流管道。
燃料喷射装置1还包括形成在壳体10中并可连接到供给泵(未显示)的燃料供应通路72。燃料供应通路72被分成第一分支通路74和第二分支通路76。第一分支通路74通到喷嘴体12中限定的压力室20，第二分支通路76通到在圆柱形杆茎54的外表面与轴向通孔52的内表面之间的环形室59。至少一个通孔78形成在阀座38中，以便将控制室46与在凹腔62的壁和阀杆42的头部56的外壁之间限定的空间61二者连通。
在附图中所示的燃料喷射装置1运转如下：在开始阶段，电磁线圈66没有电流，没有电磁吸引力施加到电枢64上。在由阀杆42的上端的弹簧70施加的推力的作用下，阀杆42以大体流体密封的方式在轴向通孔52中轴向向下滑动，使得阀杆42的头部56以流体密封的方式紧靠阀座38，以在阀杆42的中心通路60与阀杆42的头部56外部的空间61之间形成第二流体密封。此时，阀杆42的头部56与凹腔62的壁隔开。控制室46经通孔78、空间61、环形室59以及第二分支通路76与燃料供应通路72连通，如图2所示。因此，在控制室46中以高压为主。在这种状态下，在压力室20中也以高压为主。由于接近控制室46的柱塞28的上端的直径大于喷嘴针18的直径，所以产生向下的力差并且该力差作用在柱塞28上。作为该力差和弹簧30的结果，柱塞28推动喷嘴针18向下以压靠喷嘴体12的阀座。因此，燃料不能通过燃料输出口22离开，如图1所示。
现在，当电流施加到电磁线圈66上时，产生电磁吸引力以将电枢64向上吸引，使得抵消弹簧70的力，压力控制阀36的阀杆42与电枢64一起在轴向通孔52中轴向向上滑动。结果，阀杆42的头部56以流体密封的方式与凹腔62的壁匹配，以在环形室59与凹腔62之间形成第一流体密封。此时，由于阀杆42的头部56从阀座38运动离开，所以控制室46经通孔78和凹腔62与阀杆42的中心通路60连通，如图4所示。由于中心路径69连接到低压回路的回流管路，所以控制室46中的压力下降。但是此时，在压力室20中依然以高压为主。在高压室20中的高压的作用下，喷嘴针18克服弹簧30的力和由控制室46中的压力引起的液压力轴向向上运动，以从喷嘴体12的阀座提升。因此，来自燃料供应通路72的加压燃料经第一分支通路74、压力室20和燃料输出口22被喷射到燃烧室(未显示)中，如图3所示。
为了终止喷射，施加到电磁线圈66的电流被切断。没有电磁吸引力施加到电枢64。在由阀杆42的上端的弹簧70施加的推力的作用下，燃料喷射装置1返回如图1所示的关闭状态。
根据本发明的燃料喷射装置，来自燃料供应通路的加压燃料被供应到圆柱形杆茎的外表面与轴向通孔的内表面之间的环形室，而没有直接进入控制室，当阀杆轴向向下运动时压力控制阀可在阀杆的中心通路与阀杆的头部外部的空间之间提供第二体密封，并且当阀杆轴向并向上运动时压力控制阀可在环形室和凹腔之间提供第一流体密封。由此，校正剖面孔或者油门限制是比必要的。此外，本发明的燃料喷射装置中的压力回路相对简单。因此，本发明的燃料喷射装置在结构上简单，能够容易地且以低成本方式被制造，并提高运行可靠性。
虽然已经结合非限制意义的附图详细描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离由本发明所附权利要求限定的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。

Claims (10)

1.一种用于燃料喷射装置的压力控制阀，包括：
阀座；
设置在阀座上的阀体，所述阀体包括轴向通孔和形成在所述轴向通孔的下端中的凹腔；
被接纳在所述轴向通孔中并且以大体流体密封的方式在所述轴向通孔中轴向可滑动的阀杆，在所述阀杆的外表面布置环形凹槽，以在所述阀杆的外表面与所述轴向通孔的内表面之间形成环形室，所述阀杆包括圆柱形杆茎、形成在所述杆茎的下端的头部以及延伸通过所述杆茎和所述头部的中心通路，所述头部被容纳在所述凹腔中，所述阀体还包括通到所述环形室中的分支通路；
其中，所述阀杆的头部和所述凹腔的形状和尺寸被设置成使得所述阀杆的头部与所述凹腔的壁以流体密封的方式匹配，以便当所述阀杆轴向向上运动时在所述环形室和所述凹腔之间形成第一流体密封，以及当所述阀杆轴向向下运动以流体密封的方式紧靠所述阀座时所述阀杆的头部与所述凹腔的壁隔开，以将所述环形室与在所述凹腔的壁和所述头部的外壁之间限定的空间连通，并且在所述阀杆的中心通路与所述空间之间形成第二流体密封；以及
在所述阀座中形成至少一个通孔，以与限定在所述凹腔的壁与所述头部的外壁之间的空间连通。
2.如权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述阀杆的所述头部的直径大于所述阀杆的所述杆茎的直径。
3.如权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述环形凹槽设置在所述阀杆的杆茎的外表面上。
4.如权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述阀杆的头部和所述凹腔呈截头圆锥形。
5.一种用于内燃机的燃料喷射装置，包括：
壳体，所述壳体具有压力室和形成在其中的燃料输出口，所述压力室与所述燃料供应通路连通；
针状阀元件，所述针状阀元件在所述壳体中轴向地可滑动，使得所述燃料输出口与所述压力室断开连接或者与所述压力室形成连通；
设置在所述壳体中的压力控制阀，所述压力控制阀包括：
阀座，所述阀座设置在所述针状阀元件上方，使得在所述阀座和所述针状阀元件的上端之间限定控制室；
设置在阀座上的阀体，所述阀体包括轴向通孔和形成在所述轴向通孔的下端中的凹腔；
被接纳在所述轴向通孔中并且以大体流体密封的方式在所述轴向通孔中轴向可滑动的阀杆，在所述阀杆的外表面布置环形凹槽，以在所述阀杆的外表面与所述轴向通孔的内表面之间形成环形室，所述阀杆包括圆柱形杆茎、形成在所述杆茎的下端的头部以及延伸通过所述杆茎和所述头部的中心通路，所述头部被容纳在所述凹腔中，所述阀体还包括与所述环形室和所述燃料供应通路连通的分支通路；
其中，所述阀杆的头部和所述凹腔的形状和尺寸被设置成使得所述阀杆的头部与所述凹腔的壁以流体密封的方式匹配，以便当所述阀杆轴向向上运动时在所述环形室和所述凹腔之间形成第一流体密封，以及当所述阀杆轴向向下运动以流体密封的方式紧靠所述阀座时所述阀杆的头部与所述凹腔的壁隔开，以将所述环形室与在所述凹腔的壁和所述头部的外壁之间限定的空间连通，并且在所述阀杆的中心通路与所述空间之间形成第二流体密封；以及
在所述阀座中形成至少一个通孔，以将所述控制室与限定在所述凹腔的壁和所述头部的外壁之间的所述空间连通；
用于轴向向上提升所述压力控制阀的所述阀杆的提升机构；以及
设置在所述阀杆的上端的弹簧，所述弹簧朝着所述阀座推所述阀杆，使得所述阀杆的头部以流体密封的方式紧靠所述阀座。
6.如权利要求5所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述阀杆的所述头部的直径大于所述阀杆的所述杆茎的直径。
7.如权利要求5所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述环形凹槽设置在所述阀杆的所述杆茎的外表面上。
8.如权利要求5所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述阀杆的头部和所述凹腔呈截头圆锥形。
9.如权利要求5所述的燃料喷射装置，其特征在于，还包括用于推动 所述针状阀元件以关闭所述燃料输出口的弹簧。
10.如权利要求5所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述提升机构是电磁提升机构，所述电磁提升机构包括固定到所述阀杆的杆茎的电枢和设置在所述电枢上方的电磁线圈。
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