CN103498743A - 一种高压共轨电控喷油器的控制阀 - Google Patents

Abstract

一种高压共轨电控喷油器的控制阀，其包括阀套、高速电磁阀、衔铁、调整圈、导向座、卡圈、回位弹簧、弹簧下座、钢球以及控制活塞。阀套装在电控喷油器下体中，控制活塞安装在阀套的下部中孔，阀套采用三通道设计，一个进油节流孔将喷油器高压腔和控制腔连通，另一个进油节流孔将喷油器高压腔和出油节流孔中部连通，出油节流孔将控制腔和低压回油腔连通。回位弹簧采用下置式安装，衔铁采用一体式，其下端与弹簧下座通过螺纹连接，上端与电磁线圈相对。本控制阀尺寸紧凑，能产生更大的电磁力和压力，加快了电控喷油器的响应速度，在提高高压共轨系统喷射压力的同时满足柴油机高紧凑性的要求。

Description

一种高压共轨电控喷油器的控制阀

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，主要用于各种高压共轨系统电控喷油器。

背景技术

随着排放法规的日益严格和能源危机的日益加剧，内燃机对燃油系统的要求日益提高。为满足内燃机的排放性、经济性、可靠性等性能指标，其燃油系统越来越普遍采用电控高压共轨燃油系统。电控喷油器作为共轨系统最核心部件之一，其性能直接决定了柴油机的排放、油耗、振动、噪声等各项性能指标。

目前，现有的高压共轨电控喷油器的控制阀，其回位弹簧均采用上置式结构。回位弹簧的上置，导致高速电磁阀必须在其中部打孔，以便于安装弹簧。弹簧越大，其安装孔越大，高速电磁阀的有效磁极面积就越小。高速电磁阀的有效磁极面积减小，将导致电磁力的下降和电控喷油器的响应速度下降。

发明内容

本发明从分析高压共轨电控喷油器的功能需求、结构及安装需求出发，设计一种高压共轨电控喷油器的控制阀，采用回位弹簧下置式结构，可提高高速电磁阀的有效磁极面积，从而提高电控喷油器的响应速度，有利于多次喷射，降低柴油机的油耗和改善柴油机的排放。另一方面，采用回位弹簧下置式设计，可在电磁力不变的情况下，减小高速电磁阀的外径尺寸，有利于电控喷油器的小型化，特别适用于结构经凑的高集成度柴油机使用。另外，通过创新的三通道节流孔设计，该控制阀可以使电控喷油器实现理想的先缓后急喷油规律，改善柴油机的燃烧。

本发明的技术方案如下：

一种高压共轨电控喷油器的控制阀，所述控制阀装在电控喷油器上体和下体之间，包括高速电磁阀、衔铁、调整圈、导向座、卡圈、回位弹簧、弹簧下座、钢球、阀套、控制活塞。

所述阀套装在电控喷油器下体中，采用中部外圆定位，端面密封结构，阀套下部的外圆面与电控喷油器下体的内壁之间围成喷油器高压腔。

所述控制活塞安装在阀套的下部中孔，控制活塞顶面与阀套之间形成控制腔。阀套上设有两个进油节流孔和一个出油节流孔。其中，进油节流孔将喷油器高压腔和控制腔连通；进油节流孔将喷油器高压腔和出油节流孔中部连通；出油节流孔将控制腔和阀套上的回油腔相连通。阀套的大端外圆开有径向回油孔。该控制阀采用三通道设计，可通过匹配通道参数优化喷油器的喷油特性，实现理想的先缓后急喷油规律。

所述回位弹簧采用下置式安装，安装在衔铁下端，弹簧下座与卡圈之间。弹簧下座安装在阀套上部中孔，弹簧下座下端面与阀套的上部中孔的底面之间形成所述回油腔，弹簧下座的下端面有沉孔，沉孔孔径比钢球略大，用以补偿零件加工误差。沉孔内装钢球，钢球下部与阀套中出油节流孔的孔口锥面配合，开启或切断控制腔至回油腔的油路通道。卡圈作为回位弹簧的上座，其小端伸进阀套上部中孔，并以此作为安装定位，其大端压在阀套的上端面，采用平面密封。所述导向座从上端旋进电控喷油器下体，并将卡圈及阀套压紧。该控制阀所采用的回位弹簧下置式设计，可大幅提高高速电磁阀的有效磁极面积，进而提高电控喷油器的电磁力，加快电控喷油器的响应速度，有利于多次喷射；也可用于更高压力的高压共轨系统；还可在保证电磁力不变的情况下有效减小电磁阀的外径，从而使喷油器的外径得以减小，提高喷油器的紧凑性。因此，该控制阀特别适用于结构紧凑、系统压力高及电磁力需求大的紧凑型高压共轨电控喷油器。该控制阀采用端面密封，密封效果好，且便于加工制造。

所述衔铁采用一体式，从导向座中孔装入，穿过卡圈与弹簧下座通过螺纹相连接。衔铁的上端的大圆面与高速电磁阀相对，在高速电磁阀的下端面与螺套上端面之间装有调整圈，调节衔铁的气隙。衔铁行程由卡圈控制，以有效减小衔铁运动过程中的冲击力对螺纹连接的影响，提高系统的可靠性。

所述回油孔采用双通道、大直径回油孔，直径为3～4mm。这种结构回油流通面积大，可有效降低电控喷油器工作时回油背压对衔铁快速落座的影响。

所述卡圈与衔铁的相互配合部位设置有限制衔铁行程的限位结构。

可见，通过采用创新设计的下置式弹簧设计可有效增加电控喷油器的电磁力，使其在相同条件下获得更大的电磁力，加快电控喷油器的响应速度，有利于实现多次喷射，在提高高压共轨系统喷射压力的同时满足了柴油机高紧凑性的要求。

通过创新的三通道节流孔设计，该控制阀可以使电控喷油器实现理想的先缓后急喷油规律，改善柴油机的燃烧。

另外，该控制阀结构简单，加工、调试方便，可有效降低高压共轨系统的运营成本，可用于各种高压共轨系统电控喷油器，特别是尺寸小、压力高（可达220MPa以上）及电磁力要求大的电控喷油器，调节共轨电控喷油器的喷油特性，优化柴油机的燃耗，降低油耗和排放。

该控制阀结构简单，尺寸紧凑，可产生更大的电磁力，用以加快电控喷油器的响应速度，有利于实现多次喷射，或用于压力更高的高压共轨系统，在提高高压共轨系统喷射压力的同时满足柴油机高紧凑性的要求。

附图说明

图1为控制阀的剖面图。

图2A为控制阀在工作初始状态的示意图；

图2B为控制阀在工作开启状态的示意图；

图2C为控制阀在工作关闭状态的示意图。

图中：1高速电磁阀，2电控喷油器上体，3衔铁，4调整圈，5导向座，6卡圈，7回位弹簧，8弹簧下座，9钢球，10阀套，101径向定位，102端面密封，11高压燃油入口，12电控喷油器下体，13控制活塞，14喷油器高压腔，15进油节流孔，16控制腔，17进油节流孔，18出油节流孔，19低压回油腔，20回油孔，21限位结构。

具体实施方式

以下结合附图说明本技术。

如图1所示，控制阀安装在电控喷油器上体2和电控喷油器下体12中。

阀套10采用中部外圆101定位，端面密封102结构，便于加工制造。阀套10装在电控喷油器下体12中，阀套10下部的外圆面与电控喷油器下体12的内壁之间围成喷油器高压腔14。

控制活塞13安装在阀套10的下部中孔，控制活塞13顶面与阀套10之间形成控制腔16。控制腔16采用小容积设计，其容积为15～20mm³，可加快电控喷油器的工作响应速度。

阀套10采用三通道设计，即两个进油节流孔15和17，一个出油节流孔18，可通过匹配通道参数优化喷油器的喷油特性，实现理想的先缓后急喷油规律。其中，进油节流孔15将喷油器高压腔14和控制腔16连通，进油节流孔17将喷油器高压腔14和出油节流孔18的中部连通，出油节流孔18将控制腔16和低压回油腔19连通（钢球9打开时）。阀套10大端径向开有回油孔20，回油孔采用双通道、大直径设计，直径为3～4mm，以降低喷油器工作时回油压力对衔铁快速关闭的影响。

衔铁3采用一体式设计，衔铁3插入导向座5的中孔，并与之配合，用于运动导向。其上端的大圆面与高速电磁阀1相对，在高速电磁阀1下端面与导向座5上端面之间装有调整圈4，以调节衔铁3的气隙。卡圈6从径向装入衔铁3的中部，用以调节衔铁3的行程。衔铁3的下端通过螺纹与弹簧下座8相连接。回位弹簧7则安装于卡圈6和下弹簧座8之间，并以下弹簧座8的外圆定位。

弹簧下座8安装于阀套10的上部中孔，弹簧下座8下端面与阀套10的上部中孔的底面之间形成所述低压回油腔19，下端面采用沉孔设计，沉孔中安装钢球9。沉孔直径比钢球9直径略大，用于钢球9在控制阀的径向限位以及降低对弹簧下座的同轴度要求。钢球9在弹簧下座8的作用下压紧阀套10的出油节流孔18的孔口锥面，以密封高压燃油。

回位弹簧7主要用于非开启状态钢球的密封及钢球在关闭过程中的快速回位。

卡圈6作为弹簧上座使用，其小端插入阀套10的上部中孔，并以之定位，上端则通过导向座5压在阀套10的上端面。卡圈6与衔铁3的相互配合部位设置有限位结构21，具体是在卡圈6径向上设置限位卡槽，在衔铁3轴向上设限位槽，其中衔铁3限位槽的高度大于卡圈6限位卡槽的厚度，限制衔铁行程。

导向座5主要用于压紧卡圈3及阀套10，其大端采用螺纹和六方结构设计，便于拧紧，其中孔主要用于衔铁3的运动导向。

以下是本控制阀的功能及工作原理说明：

1、先缓后急的喷油规律功能：

该控制阀的阀套10为三通道结构设计，其中进油节流孔15将喷油器高压腔14和控制腔16连通，进油节流孔17将喷油器高压腔14和出油节流孔18的中部连通，出油节流孔18将控制腔16和低压回油腔19连通（钢球9打开时）。

（1）初始状态如图2A所示：喷油器高速电磁阀1处于断电状态，钢球9在回位弹簧7的作用下关闭出油节流孔18。控制腔16通过进油节流孔15和进油节流孔17保持腔内压力与喷油器高压腔14压力一致。控制活塞13位于下止点。

（2）开启状态如图2B所示：喷油器高速电磁阀1通电产生电磁力，衔铁3带动弹簧下座8上行，钢球9打开出油节流孔18开始泄压，控制活塞13上行，开始喷油。由于进油节流孔17位于出油节流孔18与控制腔16之间，因此喷油器开启过程的回油量由进油节流孔17的回油量和控制腔16的回油量两部分构成。

（3）关闭状态如图2C所示：喷油器高速电磁阀1断电，钢球9在回位弹簧7的作用下关闭出油节流孔18。燃油从进油节流孔15和进油节流孔17进入控制腔14，控制腔压力升高，控制活塞13下行，关闭针阀，喷油结束。

可见，对控制腔16而言，进油节流孔17在电控喷油器开启过程中起减缓控制腔16压力降低的负向作用；而电控喷油器关闭过程中则主要起加快控制腔16压力升高的正向作用。因此，该电控喷油器所采用的三通道设计可以实现电控喷油器理想的先缓后急喷油规律。

2、提升电磁力作用

该控制阀的回位弹簧7采用下置式设计，可大幅提高电磁阀1磁极的有效使用面积，进而提高电控喷油器的电磁力，加快电控喷油器的响应速度，有利于多次喷射；也可在保证电磁力不变的情况下有效减小电磁阀的外径，从而使喷油器的外径得以减小，提高喷油器的紧凑性。因此，该控制阀特别适用于结构紧凑、系统压力高及电磁力需求大的紧凑型高压共轨电控喷油器。

主要优点：

1该控制阀结构简单，加工制造方便，可有效降低成本。

2该控制阀三通道设计可实现理想的先缓后急喷油规律。

3该控制阀弹簧下置式设计可有效增加电磁阀磁极面积，提升喷油器电磁力或在保证电磁力不变的情况下减小电磁阀外径，适用于紧凑型电控喷油器。

Claims (7)

1.一种高压共轨电控喷油器的控制阀，所述控制阀装在高压共轨电控喷油器的上体（2）和下体（12）之间，其包括高速电磁阀（1）、衔铁（3）、调整圈（4）、导向座（5）、卡圈（6）、回位弹簧（7）、弹簧下座（8）、钢球（9）、阀套（10）和控制活塞（13）；

其特征在于：所述阀套（10）装在电控喷油器下体（12）中，采用中部外圆（101）定位，端面密封（102）结构，阀套（10）下部的外圆面与电控喷油器下体的内壁之间围成喷油器高压腔（14）；

所述控制活塞（13）安装在阀套（10）的下部中孔，控制活塞（13）顶面与阀套（10）下部中孔的顶面之间形成控制腔（16），阀套（10）上设有两个进油节流孔（15）和（17），一个出油节流孔（18）；其中，进油节流孔（15）将喷油器高压腔（14）和控制腔（16）连通，进油节流孔（17）将喷油器高压腔（14）和出油节流孔（18）中部连通，出油节流孔（18）将控制腔（16）和阀套（10）的低压回油腔（19）连通，阀套（10）大端外圆开有回油孔（20）；

所述回位弹簧(7）采用下置式安装，安装在衔铁（3）的下端、弹簧下座（8）与卡圈（6）之间；弹簧下座（8）安装在阀套（10）上部中孔，弹簧下座（8）下端面与阀套（10）的上部中孔的底面之间形成所述低压回油腔（19），弹簧下座（8）的下端面有沉孔，沉孔内装钢球（9），钢球（9）下部与阀套（10）上的出油节流孔（18）的孔口锥面配合，开启或切断控制腔（16）至回油腔（19）的油路通道；卡圈（6）作为回位弹簧（7)的上座，其小端伸进阀套(10)中，并以此定位，其大端通过导向座(5)压紧于阀套(10)上端面；所述导向座(5)旋进电控喷油器下体(12)，以压紧卡圈(6)及阀套(10)；

所述衔铁(3)采用一体式，其下端穿过卡圈(6)与弹簧下座(8)相连，其中部穿过导向座(5)的中孔，为导向配合段，其上端为与高速电磁阀(1)相对的大圆面，在高速电磁阀(1)下端面与导向座(5)上端面之间装有调整圈(4)，调节衔铁(3)的气隙。

2.根据权利要求1所述的高压共轨电控喷油器的控制阀，其特征在于：所述回油孔(20)采用双通道、大直径回油孔，直径为3～4mm。

3.根据权利要求1或2所述的高压共轨电控喷油器的控制阀，其特征在于：所述卡圈(6)与衔铁(3)的相互配合部位设置有限制衔铁行程的限位结构(21)。

4.根据权利要求3所述的高压共轨电控喷油器的控制阀，其特征在于：所述限位结构(21)是在卡圈(6)径向上设置限位卡槽，在衔铁(3)轴向上设限位槽，其中衔铁(3)的限位槽的高度大于卡圈(6)的限位卡槽的厚度，限制衔铁行程。

5.根据权利要求3所述的高压共轨电控喷油器的控制阀，其特征在于：所述衔铁(3)下端通过螺纹与弹簧下座(8)相连接。

6.根据权利要求3所述的高压共轨电控喷油器的控制阀，其特征在于：所述导向座(5)的大端采用螺纹及外六方结构，便于拧紧。

7.根据权利要求1-6之一所述的高压共轨电控喷油器的控制阀，其特征在于：所述控制腔（16）采用小容积设计，其容积为15～20mm³。

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