CN104018969B - 压电控制蓄压稳压式喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供压电控制蓄压稳压式喷油器，包括喷油器头、喷油器体、限流组件、针阀复位弹簧、喷嘴、针阀、紧帽、压电控制组件和锁紧套。采用限流组件结构，能够有效避免由于喷油器不正常持续喷油造成的燃油经济性下降，保证了喷油器工作的可靠性；喷油器体内的蓄压腔能够减小燃油喷射过程中引起的压力波动，有利于对喷油稳定性的精确控制，本发明用于共轨燃油系统时，能够减小共轨管的结构尺寸，从而降低共轨管材料强度要求，能提高其使用寿命和空间利用率；针阀的动作过程由压电堆直接驱动，针阀响应速度快，控制自由度大，喷油规律灵活多变，有效提高了柴油机的动力性和燃油的经济性，使柴油机能够满足更加严格的排放法规。

Description

压电控制蓄压稳压式喷油器

技术领域

本发明涉及的是一种喷油器，具体地说是柴油机喷油器。

背景技术

传统机械控制式喷油器主要由喷油器体、喷嘴、针阀偶件等组成，以结构简单和工作可靠性高为主要优点，但由于其喷油定时、喷油压力和喷油速率受到高压供油泵凸轮形状的制约，因此存在喷油特性不灵活，响应慢，对喷油量控制精度差等不足，随着排放法规的日益严格，其很难进一步改善发动机的经济性和排放性能，亦不能满足现今市场对发动机的要求。

应用于柴油机电控燃油喷射系统的电磁控制式喷油器相比于机械控制式喷油器响应速度更快，喷油特性灵活可控，对喷油量的控制也更加精确。虽然电磁控制式喷油器对柴油机的排放性能有所改善，但也存在一些不足：由于针阀上方存在控制活塞，其对进一步提高喷油器的响应速度起到了一定制约作用；同时，由于在喷油器喷油和断油等工作过程中会导致紊流流动加剧，引起喷油系统剧烈的压力波动，使喷油压力和喷油速率也出现较大波动，给喷油量的精确控制增加了难度；再者，电磁控制式喷油器结构复杂，由于电磁阀线圈的电感作用，使其响应有一定的滞后时间，导致进一步提高燃油喷射次数受到限制，燃油喷射的重复性有待提高，这些缺点都使得现有电磁控制式喷油器无法满足喷油速率柔性控制等更高要求。

发明内容

本发明的目的在于提供喷油规律灵活、小喷油量喷射时工作稳定的压电控制蓄压稳压式喷油器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明压电控制蓄压稳压式喷油器，其特征是：包括喷油器头、喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴、限流组件、压电控制组件，喷油器头安装在喷油器体上，喷油器头里设置燃油进口，喷油器体里设置蓄压腔，燃油进口与蓄压腔相通，喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴自上而下依次相连，限流组件包括设置在蓄压腔下方的限位块和限流活塞，限流活塞的上部和下部分别套有阻尼弹簧和限位活塞复位弹簧，阻尼弹簧顶在限位块上，限位活塞复位弹簧顶在喷油器体上，限位块上开有主通油孔，限流活塞里开有燃油腔和节流孔，蓄压腔、主通油孔、燃油腔、节流孔依次相通，压电控制组件包括压电堆、顶杆、控制阀、阀座、控制阀复位弹簧，压电堆和阀座安装在压电座里，阀座位于压电堆的下方，阀座里设置阀座腔，顶杆的上端与压电堆相连，顶杆的下端位于阀座腔里，针阀限位块里设置控制腔和针阀复位弹簧腔，控制阀复位弹簧设置在控制腔里，控制阀的下端部套装于控制阀复位弹簧里，控制阀的上端部位于阀座腔里并与顶杆的下端相连，阀座里设置次通油孔，阀座腔的下端和控制阀的下端部均为锥形结构，控制腔与次通油孔通过控制阀的上下移动连通或断开，喷油器体里设置回油口，针阀限位块里设置泄油孔，泄油孔分别与控制腔和回油口相通，针阀复位弹簧腔里设置针阀复位弹簧，针阀的上端部套装于针阀复位弹簧里，针阀其余部分位于喷嘴里，喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴里分别设置第一-第四油路，第一-第四油路依次相通，第一油路与节流孔随限流活塞的上下移动连通或断开，针阀与喷嘴之间形成盛油槽，第四油路与盛油槽相通，针阀复位弹簧腔分别连通次通油孔和第三油路。

本发明还可以包括：

1、限位块通过螺纹固定在蓄压腔下方。

2、喷油器头和喷油器体通过套在其外面的锁紧套连接在一起，喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴通过套在其外面的紧帽连接在一起。

本发明的优势在于：本发明采用限流组件结构，能够有效防止喷油器出现不正常持续喷油，保证了喷油器工作的可靠性和燃油经济性；喷油器体上的蓄压腔结构能减小喷油器工作过程中引起的压力波动，有利于对喷油量的精确控制；通过压电堆直接控制针阀复位弹簧所在腔内高压燃油的泄放，进而对针阀进行直接驱动，有利于针阀的快速响应，对针阀控制的自由度大，能灵活而精确的控制喷油量、喷油时间和喷油规律，有效提高了柴油机的动力性和经济性，可以实现更多次喷射，能进一步提高喷油器在小喷油量工况工作时的喷油稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的限流组件结构放大图；

图3为本发明的压电控制组件结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～图3，本发明一种压电控制蓄压稳压式喷油器，它由喷油器头1、喷油器体2、限流组件3、针阀复位弹簧5、喷嘴9、针阀10、紧帽12、压电控制组件13和锁紧套15组成。喷油器体2上开有蓄压腔14，蓄压腔14分别与喷油器头1上开有的燃油进口17和限位块18上开有的主通油孔23相连通，限流活塞22两端分别与阻尼弹簧19和限流活塞复位弹簧20相连，限流活塞22上开有节流孔21，针阀10被针阀复位弹簧5压紧至喷嘴9的针阀座上，针阀复位弹簧5所在的腔分别与进油孔11和次通油孔30相连通，进油孔11与喷油器体2上的油路相连通，控制阀26的抬起和落座控制次通油孔30与泄油口28的通断。

图1为本发明压电控制蓄压稳压式喷油器的整体结构示意图，包括1喷油器头、2喷油器体、3限流组件、5针阀复位弹簧、9喷嘴、10针阀、12紧帽、13压电控制组件和15锁紧套。喷油器体2上开有蓄压腔14，喷油器头1上分别开有燃油进口17和用于安装固定喷油器的紧固螺栓的紧固螺栓孔16，喷油器头1被锁紧套15锁紧到喷油器体2上，蓄压腔14分别与燃油进口17和限位块18上开有的主通油孔23相连通，针阀复位弹簧5压紧针阀10至喷嘴9上的针阀座上，针阀10与喷嘴9之间形成盛油槽6，针阀复位弹簧5所在的腔分别与进油孔11和阀座31上开有的次通油孔30相连通，进油孔11与喷油器体2上的高压油路相连通，压电堆32通过顶杆25控制控制阀26的抬起和落座，进而控制次通油孔30与控制腔29的通断，从而控制本发明喷油器内高低压油路之间的切换。喷油器体2内的蓄压腔14能够减小喷油器工作过程中引起的燃油压力波动，有利于电控单元对喷油量的精确控制，尤其是对于小油量的控制精度可显著提高。同时，当本发明应用在高压共轨燃油喷射系统中时，蓄压腔14的稳压作用能够使柴油机共轨管的尺寸在一定程度得到减小，这有利于降低共轨管高强度材料的要求，提高其使用寿命，并能节省共轨管的安装空间。

限位块18、阻尼弹簧19、限流活塞复位弹簧20、节流孔21、限流活塞22和主通油孔23共同构成了压电控制蓄压稳压式喷油器的限流组件3，如图2所示。限流活塞22两端分别与阻尼弹簧19和限流活塞复位弹簧20相连，阻尼弹簧19上端以限位块18为弹簧座，限位块18上开有主通油孔23，限流活塞22下端部侧面开有节流孔21，中间开有燃油腔，此燃油腔上端通过主通油孔23与蓄压腔14相连通，下端通过节流孔21与盛油槽6和进油孔11相连通，限位块18通过螺纹固定在喷油器体2上，并对限流活塞22向上的最大位移起到限制作用。喷油器正常喷油时，喷油器内的高压燃油由喷孔7喷入到燃烧室内燃烧，由于燃油的喷出，限流活塞22节流孔21端压力降低，而连通蓄压腔14的限流活塞22上端压力较大，限流活塞22由于两端压差向下运动一段距离，以补偿喷出的油量，但是限流活塞22不会向下落座密封，喷油结束后，限流活塞22由于限流活塞复位弹簧20的作用恢复至初始位置处，通过节流孔21补充喷出的燃油；当喷孔7常开，喷油器出现持续的不正常喷油，从蓄压腔14中流出的油量超过最大油量时，由于单位时间内流过限流活塞22的油量过大，限流活塞22由于两端的压力差被从静止位置压向节流孔21端的阀座上，并密封座面，此时有效避免了喷油器不正常工作时燃油的浪费，保证了本发明工作的可靠性和燃油的经济性。

压电堆电气接头24、顶杆25、控制阀26、控制阀复位弹簧27、泄油孔28、控制腔29、次通油孔30、阀座31和压电堆32共同构成了压电控制蓄压稳压式喷油器的压电控制组件13，如图3所示。控制腔29始终与泄油孔28相连通，燃油依次流经泄油孔28和喷油器体2上的低压油路，经过回油口4流回油箱，控制阀26通过控制阀复位弹簧27被压紧至阀座上，阀座31上开有次通油孔30，次通油孔30与针阀复位弹簧5所在的燃油腔相连通，压电堆32通过压电堆电气接头24与发动机电控单元相连，通过顶杆25控制控制阀26的抬起和落座，进而控制控制腔29与针阀复位弹簧5所在的高压燃油腔的导通和断开，从而实现本发明内高压油路与低压油路的通断。

柴油机工作时，高压燃油通过喷油器头1上的燃油进口17进入喷油器体2内的蓄压腔14，经过与蓄压腔14相连通的限流组件3，一部分进入盛油槽6内，另一部分通过进油孔11进入针阀复位弹簧5所在的腔内。在压电堆32未加电压时，压电堆32保持原始长度，不伸长，控制阀26由于控制阀复位弹簧27向上的弹簧力作用被压紧至阀座31上，此时，针阀复位弹簧5所在的高压燃油腔未与控制腔29连通，即高低压油路未导通，高压燃油充满于盛油槽6和针阀复位弹簧5所在的腔内，由于盛油槽6和针阀复位弹簧5所在的腔内燃油压力相同，并且针阀复位弹簧5对针阀10有向下的弹力作用，所以此时针阀10不抬起，喷孔7关闭，燃油不喷射；在给压电堆32加电压后，由于压电堆32的逆压电效应，压电堆32变形伸长，向下推动顶杆25，控制阀26随顶杆25一起向下运动，控制阀26离开阀座31，进而通过次通油孔30连通控制腔29和针阀复位弹簧5所在的燃油腔，流经控制腔29的高压燃油迅速经过泄油孔28流回低压油箱内，此时针阀复位弹簧5所在的腔内燃油的压力降低，当其压力与针阀复位弹簧5的弹力的合力小于盛油槽6内燃油对针阀10向上的液压力时针阀10抬起，喷孔7打开，喷油器开始喷油。

由上述工作过程可知，在本发明压电控制蓄压稳压式喷油器的喷油过程中，其针阀10的动作响应由高压燃油配合压电堆直接进行驱动，动作速度快，控制精度高，喷油规律灵活多变，有效提高了柴油机的动力性和燃油的经济性，使柴油机能够满足更加严格的排放法规；蓄压腔14能够减小燃油喷射过程中引起的压力波动，有利于对喷油量的精确控制，同时，当喷油器应用于共轨燃油喷射系统时，能够减小共轨管的结构尺寸，从而降低共轨管材料强度要求，提高其使用寿命；采用限流组件3结构，能够有效避免由于喷油器不正常持续喷油造成的燃油经济性下降，保证了本发明工作的可靠性。

本发明压电控制蓄压稳压式喷油器包括喷油器头、喷油器体、限流组件、针阀复位弹簧、喷嘴、针阀、紧帽、压电控制组件和锁紧套。喷油器体上开有蓄压腔，蓄压腔分别与喷油器头上开有的燃油进口和限位块上开有的主通油孔相连通，限流组件安装在喷油器体内，限流活塞两端分别与阻尼弹簧和限流活塞复位弹簧相连，限流活塞上开有轴向燃油腔和节流孔，节流孔与轴向燃油腔连通，针阀复位弹簧所在的腔分别与进油孔和次通油孔相连通，进油孔与喷油器体上的油路相连通。

限流组件包括限位块、阻尼弹簧、限流活塞复位弹簧和限流活塞，节流孔的个数为偶数个且对称于喷油器轴线布置。

压电控制组件包括压电堆电气接头、顶杆、控制阀、控制阀复位弹簧、泄油孔、控制腔、次通油孔、阀座和压电堆，阀座上开有次通油孔，次通油孔与针阀复位弹簧所在的油腔相连通，控制腔与泄油孔相连通，控制阀被控制阀复位弹簧压紧至阀座上，控制阀压紧顶杆至压电堆下端面，控制阀与阀座之间形成环形油腔。

Claims (3)

1.压电控制蓄压稳压式喷油器，其特征是：包括喷油器头、喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴、限流组件、压电控制组件，喷油器头安装在喷油器体上，喷油器头里设置燃油进口，喷油器体里设置蓄压腔，燃油进口与蓄压腔相通，喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴自上而下依次相连，限流组件包括设置在蓄压腔下方的限位块和限流活塞，限流活塞的上部和下部分别套有阻尼弹簧和限位活塞复位弹簧，阻尼弹簧顶在限位块上，限位活塞复位弹簧顶在喷油器体上，限位块上开有主通油孔，限流活塞里开有燃油腔和节流孔，蓄压腔、主通油孔、燃油腔、节流孔依次相通，压电控制组件包括压电堆、顶杆、控制阀、阀座、控制阀复位弹簧，压电堆和阀座安装在压电座里，阀座位于压电堆的下方，阀座里设置阀座腔，顶杆的上端与压电堆相连，顶杆的下端位于阀座腔里，针阀限位块里设置控制腔和针阀复位弹簧腔，控制阀复位弹簧设置在控制腔里，控制阀的下端部套装于控制阀复位弹簧里，控制阀的上端部位于阀座腔里并与顶杆的下端相连，阀座里设置次通油孔，阀座腔的下端和控制阀的下端部均为锥形结构，控制腔与次通油孔通过控制阀的上下移动连通或断开，喷油器体里设置回油口，针阀限位块里设置泄油孔，泄油孔分别与控制腔和回油口相通，针阀复位弹簧腔里设置针阀复位弹簧，针阀的上端部套装于针阀复位弹簧里，针阀其余部分位于喷嘴里，喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴里分别设置第一-第四油路，第一-第四油路依次相通，第一油路与节流孔随限流活塞的上下移动连通或断开，针阀与喷嘴之间形成盛油槽，第四油路与盛油槽相通，针阀复位弹簧腔分别连通次通油孔和第三油路。

2.根据权利要求1所述的压电控制蓄压稳压式喷油器，其特征是：限位块通过螺纹固定在蓄压腔下方。

3.根据权利要求1或2所述的压电控制蓄压稳压式喷油器，其特征是：喷油器头和喷油器体通过套在其外面的锁紧套连接在一起，喷油器体、压电座、针阀限位块、喷嘴通过套在其外面的紧帽连接在一起。