CN103104391A

CN103104391A - 带控制阀的电控柴油机喷油器

Info

Publication number: CN103104391A
Application number: CN2013100469749A
Authority: CN
Inventors: 胡林峰; 庄福如; 俞建达; 王凌云; 蔡珍辉
Original assignee: Wuxi Fuel Pump and Nozzle Research Institute of China FAW Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: CN103104391B

Abstract

本发明涉及一种带控制阀的电控柴油机喷油器，包括喷油器体和设置在其内腔中的控制阀，其特征在于：所述控制阀包括衔铁、控制阀座、密封配合件和节流密封板；所述节流密封板放置在喷油器体内腔的安装端面上，控制阀座放置在节流密封板上，控制阀座与喷油器体连接安装，控制阀座通过安装扭矩产生下压力压在节流密封板的上端面上，从而使节流密封板的下端面压紧在喷油器体内腔的安装端面上。本发明中的控制阀结构巧妙，应用该控制阀的电控柴油机喷油器可以适用于高压力场合，大大减小共轨喷油器衔铁回位弹簧的预紧力，即使用较小的弹簧预紧力就能使压力控制腔完全密封，并且共轨系统的最高压力提升至200MPa以上。

Description

带控制阀的电控柴油机喷油器

技术领域

本发明涉及一种带控制阀的电控柴油机喷油器，属于内燃机设备设计制造技术领域。

背景技术

电控共轨系统是一种应用于自燃式内燃机的燃油系统。电控喷油器是负责将燃油雾化，并将定量的雾化燃油喷入内燃机气缸的重要部件。随着排放要求的提高，内燃机对燃油的雾化水平提出了更高的要求。燃油的雾化水平又与燃油系统的工作压力密切相关，压力越高燃油的雾化水平越好。因此，目前电控共轨系统对喷油器提出了200MPa以上高压力的要求。

电控喷油器控制定量燃油是通过控制压力控制腔的压力来实现的。在控制阀关闭的时刻，该压力控制腔需要一个密闭的空间，该密闭的空间是控制阀密封部件与流量控制板的密封部位结合所构成，该结合部位的受力为控制阀密封部件受到控制阀上弹簧的预紧力。该预紧力要求在控制阀关闭的时刻，大于控制阀所受到的轴向液压力。

随着系统压力的提高至200MPa以上，共轨喷油器高压腔的密封力要求越来越高，因此对共轨喷油器衔铁回位弹簧预紧力的要求也越来越高，从而对电磁铁吸力的要求的逐步提高。这样即使能满足共轨喷油器控制阀开启的要求，但控制阀响应的延迟必然增大，由此造成喷油器性能的下降。特别是当系统压力提高到200MPa以上，当今的共轨系统喷油器控制阀将很难同时满足系统的密封要求和响应要求。

通过200810131152.X知道了一种半球阀体这一种控制阀结构，主要考虑的是使半球阀能在电枢前端能够自由转动，提高控制阀的密封性和控制法之间的一致性。但是该发明中半球阀的加工难度相当大，该半球阀体的加工一致性也无法得到保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种带该控制阀的电控柴油机喷油器，所述控制阀结构巧妙，应用该控制阀的电控柴油机喷油器可以适用于高压力场合，大大减小共轨喷油器衔铁回位弹簧的预紧力，即使用较小的弹簧预紧力就能使压力控制腔完全密封，并且共轨系统的最高压力提升至200MPa以上。

按照本发明提供的技术方案：带控制阀的电控柴油机喷油器，包括喷油器体和设置在其内腔中的控制阀，其特征在于：所述控制阀包括衔铁、控制阀座、密封配合件和节流密封板；所述节流密封板放置在喷油器体内腔的安装端面上，控制阀座放置在节流密封板上，控制阀座与喷油器体连接安装，控制阀座通过安装扭矩产生下压力压在节流密封板的上端面上，从而使节流密封板的下端面压紧在喷油器体内腔的安装端面上；所述节流密封板上设有进油节流孔、进油通道、出油节流孔和压力控制腔，所述进油通道与喷油器体上的体进油道相连通，进油通道通过进油节流孔与压力控制腔一侧连通；所述压力控制腔另一侧与出油节流孔连通，出油节流孔的出口位于节流密封板的密封端面上；所述压力控制腔与喷油器体上的活塞腔对正相通，所述活塞腔内密封装有控制活塞；所述控制阀座的轴向中心设有控制阀中孔，所述衔铁下部设有导向部，衔铁的导向部滑动设置在控制阀中孔内；所述密封配合件连接在衔铁下端，密封配合件用于与节流密封板上的密封端面相配合；所述喷油器体内腔的顶部下表面与衔铁顶部上表面之间设置有呈压缩状态的衔铁回位弹簧，衔铁回位弹簧给衔铁提供预紧力，衔铁驱动密封配合件，使密封配合件与节流密封板上的密封端面相配合堵住出油节流孔；所述喷油器体内腔的顶部下表面上结合有电磁驱动器，电磁驱动器通电时产生的吸力能够吸引衔铁克服衔铁回位弹簧的预紧力而抬起，使节流密封板上的出油节流孔与控制阀座上的回油通道连通；所述回油通道与控制阀座顶部的喷油器体内腔连通，控制阀座顶部的喷油器体内腔通过喷油器体上设有的体出油道连通至喷油器体外。

作为本发明的进一步改进，所述衔铁中部设有一突出部，所述控制阀座顶部设有与衔铁上突出部形状相适的凹槽，衔铁突出部与控制阀座凹槽之间形成液力阻尼腔和液力阻尼间隙，所述控制阀座上设有液力阻尼通道连接液力阻尼腔和回油通道。

作为本发明的进一步改进，所述密封配合件包括密封球座、钢球和衔接套，所述衔接套采用弹性材料制成，衔接套套在衔铁下端，衔接套上端的圆周内表面上设有一环形凸起，所述衔铁下端的圆周外表面上设有一环形凹槽，所述衔铁与衔接套之间通过环形凹槽和环形凸起相配合连接；所述衔接套通过其自身底部的肩台托住密封球座，密封球座底部的密封端面与节流密封板的密封端面相配合；所述钢球设置在衔铁底部表面与密封球座顶部表面之间，钢球在衔铁的运动方向上有活动间隙。

作为本发明的进一步改进，所述衔铁下端表面设有一半球面状的下凹球窝，所述密封球座顶部表面设有一半球面状的上凹球窝，所述钢球与衔铁下端的下凹球窝和密封球座上端的上凹球窝上下配合。所述下凹球窝和上凹球窝的表面粗糙度不低于Ra0.1。作为本发明的进一步改进，所述钢球在衔铁运动方向上的活动间隙为0.005mm-0.015mm。优选地，所述活动间隙为0.01mm。

所述衔接套为圆形或多边形，衔接套周壁上开设有至少两个沿周向均布的缺口，所述缺口的走向平行于衔接套的轴线方向。所述密封球座的密封端面为一段圆弧凸球冠，所述节流密封板的密封端面为一段圆弧凹陷，所述圆弧凸球冠的弧度曲率半径和圆弧凹陷的弧度曲率半径均大于50mm，并且圆弧凸球冠的弧度曲率半径小于圆弧凹陷的弧度曲率半径。

作为本发明的进一步改进，所述衔接套由弹簧钢冲压而成。

本发明与现有技术相比，优点在于：本发明中的控制阀结构巧妙，应用该控制阀的电控柴油机喷油器可以适用于高压力场合，大大减小共轨喷油器衔铁回位弹簧的预紧力，即使用较小的弹簧预紧力就能使压力控制腔完全密封，并且共轨系统的最高压力提升至200MPa以上。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1中密封球座与节流密封板密封配合部位的放大视图。

图3为图1实施例中衔接套的俯视图。

图4为本发明中可用的另一种衔接套的俯视图。

图5为本发明中可用的另一种衔接套的俯视图。

附图标记说明：1-衔铁、1a-导向部、1b-突出部、2-控制阀座、3-外螺纹、4-回油通道、5-密封球座、6-孔板上端面、7-进油节流孔、8-进油通道、9-控制阀中孔、10-下凹球窝、11-环形凹槽、12-环形凸起、13-钢球、14-上凹球窝、15-衔接套、16-弧形凸球冠、17-出油节流孔、18-节流密封板、19-孔板下端面、20-液力阻尼腔、21-液力阻尼间隙、22-液力阻尼通道、23-缺口、24-体进油道、25-控制活塞、26压力控制腔、27-衔铁回位弹簧、28-电磁驱动器、29-喷油器体、30-活塞腔、31-体出油道、32-圆弧凹陷。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示：实施例中的带控制阀的电控柴油机喷油器主要由衔铁1、控制阀座2、密封球座5、控制阀9、钢球13、衔接套15、节流密封板18、控制活塞25、衔铁回位弹簧27、电磁驱动器28和喷油器体29等零部件组成。

如图1所示，所述控制阀设置在喷油器体29的内腔中，所述控制阀主要由衔铁1、控制阀座2、密封配合件和节流密封板18组成，所述节流密封板18放置在喷油器体29内腔的安装端面上，控制阀座2放置在节流密封板18上，控制阀座2通过其外周设有的外螺纹3与喷油器体29螺纹连接安装，控制阀座2通过一定的安装扭矩产生一定的下压力压在节流密封板18的孔板上端面6上，从而使节流密封板18的孔板下端面19压紧在喷油器体29内腔的安装端面上。在安装后，该密封面能保持对相当大高压（200MPa以上）的密封作用。所述节流密封板18上设有进油节流孔7、进油通道8、出油节流孔17和压力控制腔26，所述进油通道8与喷油器体29上的体进油道24相连通，进油通道8通过进油节流孔7与压力控制腔26一侧连通；所述压力控制腔26另一侧与出油节流孔17连通，出油节流孔17的出口位于节流密封板18的密封端面上；所述压力控制腔26与喷油器体29上的活塞腔30对正相通，所述活塞腔30内密封装有控制活塞25。所述控制阀座2的轴向中心设有控制阀中孔9，所述衔铁1下部设有导向部1a，衔铁1的导向部1a滑动设置在控制阀中孔9内；所述密封配合件连接在衔铁1下端，密封配合件用于与节流密封板18上的密封端面相配合；所述喷油器体29内腔的顶部下表面与衔铁1顶部上表面之间设置有呈压缩状态的衔铁回位弹簧27，衔铁回位弹簧27给衔铁1提供预紧力，衔铁1驱动密封配合件，使密封配合件与节流密封板18上的密封端面相配合堵住出油节流孔17。所述喷油器体29内腔的顶部下表面上结合有电磁驱动器28，电磁驱动器28通电时产生的吸力能够吸引衔铁1克服衔铁回位弹簧27的预紧力而抬起，使节流密封板18上的出油节流孔17与控制阀座2上的回油通道4连通；所述回油通道4与控制阀座2顶部的喷油器体29内腔连通，控制阀座2顶部的喷油器体29内腔通过喷油器体29上设有的体出油道31连通至喷油器体29外。

本发明中，所述电磁驱动器28可采用常规的电磁铁。

如图1所示，所述衔铁1下端表面设有一半球面状的下凹球窝10，所述密封球座5顶部表面设有一半球面状的上凹球窝14，所述钢球13的直径为2mm左右，钢球13与衔铁1下端的下凹球窝10和密封球座5上端的上凹球窝14上下配合，在密封配合件随着衔铁1沿控制阀中孔9轴向上下运动时，该钢球13具有自我定位的作用，这是因为钢球13是可以自由活动的，通过衔铁1下端的下凹球窝10可以将衔铁1的位置正确的传递给密封球座5。所述下凹球窝10和上凹球窝14通过加工处理后，应有较低的表面粗糙度，应达到Ra0.1以上。下凹球窝10和上凹球窝14的粗糙度要求较高是因为考虑到零部件的可靠性，若粗糙度较低，钢球13可以在上下两个凹弧面内形成转动，这将大大减小钢球13的磨损，表面的光洁度的提高也有利于凹弧面受到冲击力时，能有效提高接触面的疲劳强度，由此提高整个控制阀的可靠性。同时，所述衔铁1和密封球座5的零部件硬度应大于钢球13的硬度，这样在喷油器工作中，首先磨损的为钢球13，由于零部件拆装的简便性，该钢球13可以很方便的更换，提高了控制阀的可维护性。

如图1所示，所述密封配合件主要由密封球座5、钢球13和衔接套15组成，所述衔接套15采用弹性材料制成，衔接套15套在衔铁1下端，衔接套15上端的圆周内表面上设有一环形凸起12，所述衔铁1下端的圆周外表面上设有一环形凹槽11，所述衔铁1与衔接套15之间通过环形凹槽11和环形凸起12相配合连接；所述衔接套15通过其自身底部的肩台托住密封球座5，密封球座5底部的密封端面与节流密封板18的密封端面相配合；所述钢球13设置在衔铁1底部表面与密封球座5顶部表面之间，钢球13在衔铁1的运动方向上有活动间隙。通过采用这样的结构，所述衔铁1、密封球座5、钢球13和衔接套15的装配和拆卸均很便捷，并且安装后，应能保证钢球13在衔铁1运动方向上的活动间隙为0.01mm左右。

如图1所示，所述衔铁1中部设有一突出部1b，所述控制阀座2顶部设有与衔铁1上突出部1b形状相适的凹槽，衔铁1突出部1b与控制阀座2凹槽之间形成液力阻尼腔20和液力阻尼间隙21，所述控制阀座2上设有液力阻尼通道22连接液力阻尼腔20和回油通道4。当衔铁1往上运动时，液力阻尼腔20的容积增大，因此液力阻尼腔20内部的压力瞬间降低，直至低于回油通道4的压力；经出油节流孔17流出的燃油，流经液力阻尼通道22，补充流入液力阻尼腔20中，直至液力阻尼腔20中的压力与回油通道4的压力相同。因此液力阻尼腔20内部可以时刻保持充满燃油，液力阻尼间隙21的单边间隙为0.01mm左右，可以起到阻碍燃油流出液力阻尼腔20。在衔铁1下落的过程中，衔铁1的突出部1b挤压液力阻尼腔20中的燃油，使液力阻尼腔20中的液体经液力阻尼间隙21和液力阻尼通道22流出。由于液力阻尼腔20内部燃油起到了液力阻尼作用，衔铁1的突出部1b受到一个沿轴向向上的阻尼力，该阻尼力在衔铁1下落的过程中，对衔铁1起到减缓冲击力的作用，可以保证密封球座5落座时的稳定性，并能够极大的提高衔铁1、钢球13和密封球座5的可靠性。

如图2所示，本发明中，起到密封作用的部件是密封球座5和节流密封板18，所述密封球座5的密封端面为一段圆弧凸球冠16，所述节流密封板18的密封端面为一段圆弧凹陷32，所述圆弧凸球冠16的弧度曲率半径R1和圆弧凹陷32的弧度曲率半径R2均大于50mm，并且圆弧凸球冠16的弧度曲率半径R1小于圆弧凹陷32的弧度曲率半径R2。在关闭过程中，密封球座5受到从出油节流孔17中流出液体的挤压力作用，该挤压力在圆弧凸球冠16上为中心高四周低的分布，该挤压力为沿轴向向上，因此沿圆弧的切向有一个分力，对圆弧凸球冠16的落座有自定心功能，可以提高球冠落座的稳定性，由此提高喷油器喷油的稳定性。本发明中，所述节流密封板18上出油节流孔17的开口直径一般不超过0.3mm，因此该控制阀要求的密封力相对较小。

在静态的状态下，密封球座5受到的轴向液压力F的计算公式为：F=P*D；式中：P为压力控制腔2626中的燃油压力，D为出油节流孔17的孔径。当P=200MPa，D=0.3mm时，F仅为14N。所以采用该种结构的控制阀可以大大降低衔铁1所受衔铁回位弹簧27的预紧力。也就是说，使用这种新型控制阀的电控柴油机喷油器可以控制200MPa以上的燃油压力，达到节能减排的效果。

图3为图1所示实施例中的衔接套15的俯视图，该衔接套15为圆形，是由厚度为t的弹簧钢冲压而成，衔接套15周壁上开设有四个沿周向均布的缺口23，所述缺口23的走向平行于衔接套15的轴线方向。开有缺口23后的衔接套15可以很方便地与衔铁1下端连接起来。

本发明中，所述衔接套15的形状并不局限于图3所示，其还可以由其他多种变形。图4为衔接套15的一个变形。该衔接套15的径向均布了三个缺口23。这是考虑到若衔接套15的外径过小，缺口23较多的话，整个衔接套15肩部的强度较低，会使衔接套15整体失效。另外，还可以进一步减少缺口23的数量，加大衔接套15肩部的强度，提高衔接套15可靠性。图5为衔接套15的另一个变形。该衔接套15截面为正方形，与之配合的衔铁1下部也应为正方形。该种形状的衔接套15更易于加工。

本发明的工作过程和工作原理如下：

具体工作时，燃油从喷油器体29上的高压油入口经体进油道24进入到节流密封板18上的进油通道8，然后经进油节流孔7进入压力控制腔26内。

当需要喷油时，给电磁驱动器28通电，电磁驱动器28通电时产生一定的吸力，衔铁1受到该吸力的作用，克服衔铁回位弹簧27的预紧力而抬起。此时密封球座5随着衔接套15的带动一起上升，因此，密封端面处失去密封作用，压力控制腔26内的高压燃油从出油节流孔17中流出至回油通道4。当出油节流孔17的流量大于进油节流孔7的流量时，压力控制腔26处的压力开始下降，控制活塞25受到液压力差的作用开始沿轴向向上运动，由此喷油器开始喷油。

当需要停止喷油时，给电磁驱动器28断电，电磁驱动器28失去电流不再对衔铁1有吸力，衔铁1受到衔铁回位弹簧27的力而沿轴向往下运动，衔铁1通过钢球13将密封球座5压紧在节流密封板18的密封端面上。此时压力控制腔26内的压力开始上升，控制活塞25在压力差的作用下沿轴向向下运动，使喷油器的油嘴针阀关闭，喷油器停止喷油。

Claims

1.带控制阀的电控柴油机喷油器，包括喷油器体（29）和设置在其内腔中的控制阀，其特征在于：所述控制阀包括衔铁（1）、控制阀座（2）、密封配合件和节流密封板（18）；所述节流密封板（18）放置在喷油器体（29）内腔的安装端面上，控制阀座（2）放置在节流密封板（18）上，控制阀座（2）与喷油器体（29）连接安装，控制阀座（2）通过安装扭矩产生下压力压在节流密封板（18）的孔板上端面（6）上，从而使节流密封板（18）的孔板下端面（19）压紧在喷油器体（29）内腔的安装端面上；所述控制阀座（2）的轴向中心设有控制阀中孔（9），所述衔铁（1）下部设有导向部（1a），衔铁（1）的导向部（1a）滑动设置在控制阀中孔（9）内；所述密封配合件连接在衔铁（1）下端，密封配合件用于与节流密封板（18）上的密封端面相配合；所述喷油器体（29）内腔的顶部下表面与衔铁（1）顶部上表面之间设置有呈压缩状态的衔铁回位弹簧（27），衔铁回位弹簧（27）给衔铁（1）提供预紧力，衔铁（1）驱动密封配合件，使密封配合件与节流密封板（18）上的密封端面相配合堵住出油节流孔（17）；所述喷油器体（29）内腔的顶部下表面上结合有电磁驱动器（28），电磁驱动器（28）通电时产生的吸力能够吸引衔铁（1）克服衔铁回位弹簧（27）的预紧力而抬起，使节流密封板（18）上的出油节流孔（17）与控制阀座（2）上的回油通道（4）连通；所述回油通道（4）与控制阀座（2）顶部的喷油器体（29）内腔连通，控制阀座（2）顶部的喷油器体（29）内腔通过喷油器体（29）上设有的体出油道（31）连通至喷油器体（29）外。

2.如权利要求1所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述衔铁（1）中部设有一突出部（1b），所述控制阀座（2）顶部设有与衔铁（1）上突出部（1b）形状相适的凹槽，衔铁（1）突出部（1b）与控制阀座（2）凹槽之间形成液力阻尼腔（20）和液力阻尼间隙（21），所述控制阀座（2）上设有液力阻尼通道（22）连接液力阻尼腔（20）和回油通道（4）。

3.如权利要求1所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述密封配合件包括密封球座（5）、钢球（13）和衔接套（15），所述衔接套（15）采用弹性材料制成，衔接套（15）套在衔铁（1）下端，衔接套（15）上端的圆周内表面上设有一环形凸起（12），所述衔铁（1）下端的圆周外表面上设有一环形凹槽（11），所述衔铁（1）与衔接套（15）之间通过环形凹槽（11）和环形凸起（12）相配合连接；所述衔接套（15）通过其自身底部的肩台托住密封球座（5），密封球座（5）底部的密封端面与节流密封板（18）的密封端面相配合；所述钢球（13）设置在衔铁（1）底部表面与密封球座（5）顶部表面之间，钢球（13）在衔铁（1）的运动方向上有活动间隙。

4.如权利要求3所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述衔铁（1）下端表面设有一半球面状的下凹球窝（10），所述密封球座（5）顶部表面设有一半球面状的上凹球窝（14），所述钢球（13）与衔铁（1）下端的下凹球窝（10）和密封球座（5）上端的上凹球窝（14）上下配合。

5.如权利要求4所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述下凹球窝（10）和上凹球窝（14）的表面粗糙度不低于Ra0.1。

6.如权利要求3所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述钢球（13）在衔铁（1）运动方向上的活动间隙为0.005mm-0.015mm。

7.如权利要求3所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述钢球（13）在衔铁（1）运动方向上的活动间隙为0.01mm。

8.如权利要求3所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述衔接套（15）为圆形或多边形，衔接套（15）周壁上开设有至少两个沿周向均布的缺口（23），所述缺口（23）的走向平行于衔接套（15）的轴线方向。

9.如权利要求3所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述密封球座（5）的密封端面为一段圆弧凸球冠（16），所述节流密封板（18）的密封端面为一段圆弧凹陷（32），所述圆弧凸球冠（16）的弧度曲率半径（R1）和圆弧凹陷（32）的弧度曲率半径（R2）均大于50mm，并且圆弧凸球冠（16）的弧度曲率半径（R1）小于圆弧凹陷（32）的弧度曲率半径（R2）。

10.如权利要求3所述的带控制阀的电控柴油机喷油器，其特征在于：所述衔接套（15）由弹簧钢冲压而成。