CN103527377B - 一种共轨系统用多功能阀 - Google Patents

Abstract

一种共轨系统用多功能阀，包括阀体、钢球、下弹簧座、弹簧、控制活塞和顶盖。弹簧设置上下两个；下弹簧通过下弹簧座安装在阀体中，下弹簧座的下端面与高压油出口配合形成球阀结构或锥阀结构；控制活塞下端装于阀体中，下弹簧上端作用在控制活塞下端，控制活塞有大承压面，承压面与阀体的上端面之间为容积腔；上弹簧装在顶盖中，上弹簧下端压在控制活塞上端，顶盖上设有排气孔。该多功能阀通过集成多种功能可以有效满足共轨系统的各种功能需求和紧凑性要求。

Description

一种共轨系统用多功能阀

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燃油系统。

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，其燃油系统普遍采用电控高压共轨燃油系统。限压阀、调压阀、安全切断阀以及循环阀（主要用于重油系统）是高压共轨系统的关键部件之一，其性能直接决定了高压共轨燃油系统的安全性及使用性能。

目前，根据高压共轨系统所匹配的柴油机用途不同，高压共轨系统所需的限压功能、调压功能、安全切断功能以及燃油循环功能分别由不同的部件实现，造成了高压共轨系统功能部件过多，不利于高压共轨系统的集成；同时由于这些功能部件分散安装，对共轨管的设计带来诸多不变，与此同时，分散安装还使共轨系统的高压密封面的增加，既增加了共轨系统的制造成本，还降低了共轨系统的可靠性。鉴于上述情况，开发一种集限压功能、调压功能、安全切断功能以及燃油循环功能于一体的多功能控制阀，既可提高高压共轨系统功能部件的集成度，增加该部件的通用性，还可以提高共轨系统的可靠性，降低生产成本。

发明内容

本发明通过分析各种高压共轨系统的安保性、调节的灵敏性等要求，设计一种集多种功能于一体的共轨系统用多功能阀，这种多功能阀可以同时满足高压共轨系统的安全限压功能、不同工况的压力调节功能、紧急情况的快速切断功能以及重油系统的燃油循环功能。

本发明的技术方案如下：

一种共轨系统用多功能阀，包括阀体、钢球、下弹簧座、弹簧、控制活塞和顶盖等。

所述弹簧设置上下两个，分别是下弹簧和上弹簧。所述下弹簧通过下弹簧座安装在阀体的中部孔中，下弹簧座的下端面安装钢球，与高压油出口配合形成球阀结构。

所述的下弹簧座大外圆与阀体下部孔之间形成导向配合尺寸，下弹簧座与控制活塞之间留有行程X2。

所述控制活塞下端装于阀体中，并采用O形密封圈进行密封；下弹簧的上端作用在控制活塞的下端；控制活塞的上端远大于下端，位于阀体上端面的沉孔中，并且控制活塞的上端的下表面也有一沉孔，与阀体的上端面之间形成容积腔，该容积腔高度为0.5mm；控制活塞的大端外径采用O形密封圈密封。

所述顶盖盖在阀体上，与阀体之间留出容纳并允许控制活塞移动的空间X1，上弹簧装在顶盖中，上弹簧下端压在控制活塞上端，顶盖上设有排气孔。

所述阀体上有控制介质进孔，连通至容积腔；阀体上还设有燃油流通孔，将阀体的中部孔与阀体外部的低压回油腔连通,阀体下端外圆设计径向回油孔将球阀回油与低压回油腔连通。

从以上结构可见，该阀采用双弹簧设计，下弹簧以控制活塞下端为座，控制球阀的开启压力及其位移X2；上弹簧以导向活塞和顶盖为座，控制控制活塞位移X1。控制活塞采用大承压面设计，有利于减小控制介质的压力，有效降低系统能耗，提高系统效率。顶盖采用排气孔设计，可有效消除控制活塞上部空气压缩产生的阻力，提高阀的响应速度，降低系统能耗。

进一步，该阀可以自成组件，安装灵活，可直接安装于共轨系统的共轨管上，采用阀体的大螺纹拧紧。也可使用独立的阀座，用螺栓压紧安装在柴油机上，使用高压油管将其与共轨系统的共轨管连通。

所述阀体与阀座或共轨系统的安装配合面上设计有锥面加小球面线性密封结构。采用锥面加小球面线性密封可以减小阀体螺纹预紧力，提高阀体的强度。

所述径向回油孔采用大回油孔设计，其值为2×φ3mm，低压回油腔采用大容积设计，其值为6850mm³，以利于循环卸压。

该阀的中部孔即下弹簧安装腔采用燃油流通孔设计，以消除下弹簧座和控制活塞运动过程对腔内燃油的挤压作用。

该阀的控制介质可采用较低压力的压缩空气或者控制油，使用方便。使用时，通过两位三通阀将该阀组件与控制源相连接即可实现上述多种功能。

可见，本多功能阀具有以下优点：

1该阀自成组件，安装灵活，可使用独立的阀座（螺栓压紧）也可直接安装于共轨系统的共轨管上（阀体大螺纹拧紧）。

2该阀对控制介质的种类要求较低，采用压缩空气或者控制油，其压力要求相对较低，方便使用；控制介质压力低，有效降低系统能耗，提高系统效率。

3该阀结构紧凑，并且具备多种功能：限制系统最高压力，保证系统安全；实时调节系统压力；紧急切断以及燃油循环。

4该阀可普遍用于汽油、柴油及重油型和各种压力（可达220MPa以上）的高压共轨燃油系统，通用性强，使用范围广泛。

附图说明

图1为一种共轨系统用多功能阀组件（带阀座）的剖面图；

图2为该阀（带阀座）的外形图。

图中：1垫片、2上弹簧、3顶盖、4螺栓、5控制活塞、6下弹簧、7阀体、7a阀体安装螺纹、8下弹簧座、9钢球、10阀座、11低压回油通道、12高压进油通道、13低压回油腔、14低压回油通道、15流通孔、16O形密封圈、17垫片、18O形密封圈、19控制介质进孔、20O形密封圈、21容积腔、22排气孔、X1球阀行程、X2控制活塞行程。

具体实施方式

以下结合附图说明本技术。

参见图1，该多功能阀主要由垫片1、上弹簧2、顶盖3、控制活塞5、下弹簧6、阀体7、下弹簧座8、钢球9、阀座10等零件组成。该阀自成组件，安装灵活，可使用独立的阀座10，通过螺栓压紧，也可直接安装于高压共轨系统的共轨管（阀体大螺纹拧紧）。具体结构如下：

钢球9安装于阀体7的密封锥面，与高压油出口配合形成球阀结构。下弹簧座8安装于阀体7的下部配合孔，向下作用于钢球9。下弹簧6安装于控制活塞5和下弹簧座8之间，即阀体7的中部孔中，可通过垫片17调整球阀9的开启压力。下弹簧座8大外圆与阀体7下部孔之间形成导向配合尺寸，下弹簧座8与控制活塞5之间留有行程X2，其值为0.5mm。

控制活塞5安装于阀体7的上部配合孔，下端采用O形密封圈18进行密封，上端远大于下端，位于阀体上端面的沉孔中，上端采用O形密封圈20进行密封。控制活塞的上端的下表面也有一沉孔，与阀体7的上端面之间形成容积腔21。控制活塞5的上端面采用小沉孔设计，用于上弹簧2安装定位。

顶盖3盖在阀体7上，与控制活塞5之间留出控制活塞5移动的空间X1，垫片1及上弹簧2装在顶盖中孔，上弹簧2下端压在控制活塞5上端面沉孔，顶盖上设有排气孔22。

阀体7下端高压密封采用球面——锥面密封，上部采用O形密封圈16进行密封。其中孔用于安装钢球9、下弹簧座8、下弹簧6、垫片17以及控制活塞5。阀体7下端外径远小于螺纹大径，用以形成低压回油腔13；下端外圆设计径向回油孔14将球阀回油与低压回油腔13连通；设计流通孔15将下弹簧安装腔与低压回油腔13连通。上端设计控制介质进孔19，控制介质由径向进入控制阀。阀体7上端面设计沉孔用以装配控制活塞5，并与控制活塞5一起形成容积腔21；阀体7与顶盖一起形成控制活塞行程空间X1。

阀体7下端的径向回油孔14采用大回油孔设计，回油孔为两个，直径φ3mm，低压回油腔13采用大容积设计，容积为6850mm³，以利于循环卸压。

阀座10上有阀体7安装孔，阀座10内孔的高压密封面为锥面，径向设计系统高压燃油入口和低压燃油回油口，通过高压进油通道12将高压燃油与多功能阀连通；通过低压回油通道11，将多功能阀开启时的回油与低压回油管连通。

以下说明该阀的功能及工作方式：

1、限压功能（与普通的机械式限压阀功能相同）

（1）正常工作时：系统压力在安全工作压力范围以内，控制介质保持切断状态，控制活塞5在上弹簧2的作用下位于下止点，钢球9在下弹簧6的作用下保持关闭。

（2）系统超压时：系统压力超过安全工作压力，钢球9在系统高压油液压力的作用下打开卸压，限制系统最高压力，控制介质保持切断状态，控制活塞5在上弹簧2的作用下位于下止点。

（3）系统回位：系统压力回落至限制压力以下，钢球9在下弹簧6的作用下回位，系统全部回位。

2、压力调节功能（主要用于部分工况的限压）

（1）稳态工况的系统压力调节：通过调节两位三通阀，连通控制介质源与该多功能阀，改变控制活塞承压面下的容积腔21的控制介质压力，使控制活塞发生位移X1，从而改变下弹簧6的预紧力，进而改变钢球9的开启压力，实现系统不同工况时的不同限压压力的调节。

（2）变工况的系统压力调节：系统工况发生变化时（从高工况向低工况转变），可根据系统工况的变化情况，调节两位三通阀的状态，以实调节控制活塞5的容积腔21的压力、调节控制活塞5的位置X1以减小钢球9的开启压力，实现系统的压力卸载，使系统压力达到新的工况点所需压力。

3、紧急切断功能（主要用于系统紧急情况的停车）

当系统出现紧急情况需要紧急停车时，调节两位三通阀使控制活塞5的容积腔21的压力，使控制活塞5直接达到最大行程X1，使下弹簧6预紧力迅速降低（可调），钢球9迅速完全开启，使系统压力迅速卸载，实现系统紧急停车。

4、燃油循环功能（主要用于重油系统）

由于重油系统的特殊性，在柴油机停车期间或起机预热时需要对系统重油进行流通循环，因此重油共轨系统需要一个燃油循环阀，该多功能阀具有这种功能：

（1）停车或起机时：调节两位三通阀，升高控制活塞5的容积腔21控制介质的压力，使控制活塞5上行一定位移X1，从而降低钢球9的开启压力，实现重油在较低压力循环。

（2）工作时：调节两位三通阀，降低控制活塞5的容积腔21控制介质的压力，使控制活塞5下行，从而使钢球9的开启压力达到系统工况所需的开启压力，实现系统的正常运行。

Claims (6)

1.一种共轨系统用多功能阀，包括阀体（7）、钢球（9）、下弹簧座（8）、弹簧、控制活塞（5）和顶盖（3）；其特征在于：

所述弹簧设置上下两个，分别是下弹簧（6）和上弹簧（2）；

所述下弹簧（6）通过下弹簧座（8）安装在阀体（7）的中部孔，下弹簧座（8）的下端面安装钢球（9），与阀体（7）的高压油出口配合形成球阀结构；

所述的下弹簧座（8）大外圆与阀体（7）下部孔之间形成导向配合尺寸，下弹簧座（8）与控制活塞（5）之间留有行程X2；

所述控制活塞（5）下端装于阀体（7）的上部孔中，并采用O形密封圈（18)进行密封；下弹簧（6）的上端作用在控制活塞（5）的下端；控制活塞（5）的上端远大于下端，位于阀体上端面的沉孔中，并且控制活塞的上端的下表面也有一沉孔，与阀体（7）的上端面之间形成容积腔（21）；控制活塞（5）的大端外径采用O形密封圈（20）密封；

所述顶盖（3）盖在阀体（7）上，与阀体（7）之间留出容纳并允许控制活塞（5）移动的空间X1，上弹簧（2）装在顶盖（3）中，上弹簧下端压在控制活塞（5）上端，顶盖（3）上设有排气孔（22）；

所述阀体（7）上有控制介质进孔（19），连通至容积腔（21）；阀体（7）上还设有燃油流通孔（15），将阀体的中部孔与阀体外部的低压回油腔（13）连通,阀体（7）下端外圆设计径向回油孔(14)将球阀回油与低压回油腔（13）连通。

2.根据权利要求1所述的共轨系统用多功能阀，其特征在于：所述多功能阀的阀体带有安装螺纹（7a），通过螺纹直接安装于共轨系统的共轨管上。

3.根据权利要求1所述的共轨系统用多功能阀，其特征在于：所述多功能阀安装于阀座（10）中，再安装到柴油机上，通过高压油管与共轨系统的共轨管相连；所述阀座（10）上设有安装孔，阀体（7）通过阀体安装螺纹（7a）将多功能阀安装在阀座中，并在阀体（7）下端与安装孔之间形成所述低压回油腔（13）；阀座(10)上设有高压进油通道(12)和低压回油通道(11)，高压进油通道的高压油出口处为锥面结构，与所述钢球(9)形成高压密封，低压回油通道(11)连通所述低压回油腔(13)。

4.根据权利要求2或3所述的共轨系统用多功能阀，其特征在于：所述阀体(7)与阀座(10)或共轨系统的安装配合面上设计有锥面加小球面线性密封结构。

5.根据权利要求2或3所述的共轨系统用多功能阀，其特征在于：所述阀体（7）下端的径向回油孔(14)采用大回油孔设计，回油孔为两个，直径φ3mm，低压回油腔（13）采用大容积设计，容积为6850mm³，以利于循环卸压。

6.根据权利要求2或3所述的共轨系统用多功能阀，其特征在于：所述行程X2为0.5mm，容积腔高度为0.5mm。