CN104100428B - 一种半球阀喷嘴及其喷射单元 - Google Patents

Abstract

一种半球阀喷嘴，属于发动机技术领域，包括阀件、由容积室和导向室组成的阀件室、前座，后座以及喷孔，阀件为一个包括球面和平面的多半球体，阀件与前阀座面形成前阀，用于切断和开通进油道与阀件室之间的联系，阀件与后阀座面形成后阀，用于切断和开通阀件室与弹簧室之间的联系。当喷射控制单元中的螺线管线圈接受PWM形式驱动信号后，推动柱塞运动产生高压燃油，并作用于阀件，当高压燃料腔中油压高于预定压力时，进油道联通阀件室，燃油从喷孔喷出。本发明半球形喷嘴具有结构简单、体积小、工艺性能好等优点，提高了电喷喷嘴的工作效率和喷射精度。

Description

一种半球阀喷嘴及其喷射单元

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及电子供油装置，尤其涉及一种应用在内燃机的电子燃料喷射系统。

背景技术

发明专利《一种球阀喷嘴》(专利号200810162100.9)和发明专利《一种喷油嘴》(专利号ZL200410089530.4)分别公开了两种通过压力控制喷嘴的开启和关闭的喷嘴。这种喷嘴主要应用于内燃机燃料喷射系统以及其他依靠压力定量开启的装置。这种喷嘴的基本特征和工作原理是：当燃料压力较小时，具有一定压力的燃料被喷嘴阀限定在一侧的空间，而另一侧则是较小的剩余容积，喷射孔分布在剩余容积的四周。当燃料压力超过所定值时，喷嘴阀开启，燃料通过喷嘴阀进入剩余容积，然后通过喷孔喷射出去。

压力控制式喷嘴通常有两种结构：一种是喷嘴阀的阀件向外(剩余容积的一侧)开启，另一种是喷嘴阀的阀件向内(剩余容积的另一侧)开启。前一种喷嘴结构相对简单，不需要参考开启压力；而后一种喷嘴结构则相对较为复杂，并需要一个内部的参考开启压力。但外开式喷嘴存在两个重要的问题。一个是，剩余容积导致冷热状态喷射量的差异，越小越好；另一个是，开启压力与当时的状态相关。如果剩余容积充满液体，则喷嘴的开启压力相对较大；如果剩余容积内部分或者全部液体蒸发，则开启压力就变小。

对于向外开启的喷嘴，发明专利《一种球阀喷嘴》(专利号200810162100.9)公开的现有技术采用的阀件为圆球，喷嘴前座与喷嘴后座均为锥面。此结构在制造工艺上要求喷嘴前座与喷嘴后座同轴度很高，否则会导致阀件运动受阻并影响计量精度。

发明内容

本发明针对上述问题，之目的在于提供一种结构简单且工艺性好的外开式喷嘴。

本发明的目的通过以下技术方案实现：即一种半球阀喷嘴，包括一个阀件，一个包含前阀座面和进油道的前座，一个包含后阀座面和弹簧室的后座，一个由前阀座面、后阀座面以及侧壁形成的阀件室，一个或者多个从阀件室通向外界的喷孔，阀件位于阀件室内，其特征在于：所述阀件为一个包括球面和平面的多半球体，阀件与前阀座面形成前阀，可切断和开通进油道与阀件室之间的联系，阀件与后阀座面形成后阀，可切断和开通阀件室与弹簧室之间的联系。一个喷嘴簧位于弹簧室内，作用于阀件和后座之间，阀件室之侧壁大致为一个环形壳体之壁面，所述环形壳体可以属于前座的一部分，也可以属于后座的一部分，或者为一个独立的壳体，通过焊接等方式与前座或者后座连接。

进一步，上述半球阀喷嘴之阀件室包括容积室和导向室，容积室与前阀座面相邻，导向室位于容积室和后阀座面之间，导向室和容积室分别为圆柱形空间，导向室的直径略大于阀件之球直径，容积室直径大于导向室直径的。

上述半球阀喷嘴方案中，弹簧室可大致为一个一端开放的圆柱形空间，其开放一端之环形端面形成后座面，前座与后座通过焊接连接。在此情况下，前阀座面可以选择的方案是锥形表面或者球面。

上述半球阀喷嘴方案中，前座可包括一个限位台阶，后阀座面在轴向靠紧于限位台阶，此限位台阶用于前座与后座连接时的轴向定位。

上述半球阀喷嘴方案，包括一个或者多个从弹簧室通向外界的通气孔。

一种喷射单元，包含上述半球阀喷嘴的一种，包括一个螺线管电磁驱动装置，一个柱塞泵，一个进入柱塞泵的供油道，一个穿过螺线管驱动装置的回油道。

上述的喷射单元中，所述螺线管电磁驱动装置包括一个电枢，电枢包括一个锥形流道。

上述喷射单元中，柱塞泵包括一个柱塞，一个含进油孔的柱塞套，一个出油阀，所述柱塞、柱塞套和出油阀所形成的空间构成高压室，在柱塞运动的起始位置，进油孔与供油道连通，柱塞在螺线管电磁驱动装置的作用下运动，当进油孔被柱塞遮蔽时，高压室内形成压力，出油阀被推开，燃料再通过所述半球阀喷嘴喷出。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

图1为本发明提供的半球阀喷嘴第一个实施例的结构示意图。

图1a为本发明提供的半球阀喷嘴第一个实施例之后座三维视图。

图2为本发明提供的半球阀喷嘴第二个实施例的结构示意图。

图2a为本发明提供的半球阀喷嘴第二个实施例之前座三维视图。

图3为本发明提供的半球阀喷嘴第三个实施例的结构示意图。

图4为本发明提供的应用本发明提供的半球阀喷嘴之喷射单元第一实施例结构示意图。

图5为本发明提供的应用本发明提供的半球阀喷嘴之喷射单元第二实施例结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，在第一实施例中，本发明的半球形阀喷嘴包括：一个半球形阀件13，一个包含前阀座面15和压力燃料腔11a的前座11，一个包含容积室19和导向室20的阀件室21，一个后座12，其包括后阀座面16、弹簧室12a和一个或若干个通气孔18，一个喷嘴簧17，一个位于后座12的喷孔14，上述，半球形阀件13位于前阀座面15与后发座面16之间的阀件室21内。

所述半球形阀件13为一个包括平面13a的多半球体，可以由金属材料或者非金属材料制成；前座11大致为一个圆柱体，其压力燃料腔11a通向前阀座面15，前阀座面15可以是锥形表面或者球面，与半球形阀件13之球表面形成一对密封关系；喷孔14贯通阀件室21与外界；喷嘴后座12大致为一个圆柱体，包括弹簧室12a，弹簧室12a大致为一个一端开放的圆柱形空间，其开放一端之环形端面形成后阀座面16，与半球形阀件13之平面13a相邻并构成一对密封关系；喷嘴簧17位于弹簧室12a中，并作用于后座12与半球形阀件13的平面13a之间；通气孔18联通弹簧室12a与外界，用于排出被压入弹簧室的燃油，保持压力稳定。

所述后座12之一种三维视图见图1a。

半球型阀喷嘴工作过程是：

当来自燃料压力源的燃料进入压力燃料腔11a，燃料压力对于半球形阀件13产生轴向推力，当所述推力大于喷嘴簧17施加给半球形阀件13的反向作用力时，半球形阀件13便离开前阀座面15并向后座面16方向运动，此时，所述半球阀喷嘴开启。在此期间，部分燃料通过喷孔14喷入外界，另一部分燃料通过导向室20与半球形阀件13之间的间隙沿后阀座面16进入弹簧室12a，再通过通气孔18进入外界。当半球形阀件13的运动被后座面16所阻止时，燃料进入弹簧室12a的通路被阻断，燃料只能通过喷孔14喷向外界。当压力燃料腔11a中的压力低于喷嘴簧17的反向推力时，半球形阀件13被推向前阀座面15，继而切断压力燃料腔11a通向外界的道路，此时，所述的半球阀喷嘴处于关闭状态。

在上述开关过程中，因为弹簧室12a中的压力与外界始终保持平衡，而且与温度无关，因此，半球阀喷嘴的开启压力与温度无关。另外，喷嘴簧17的螺线间距可以设定的比较小，从而保证弹簧室12a内的清洁度，使喷嘴簧保持良好的工作性能。

上述实施例之特征是，包括容积室19和导向室20的阀件室21是在后座12中形成，前座11与后座12之间可以通过焊接相互连接和固定。

如图2所示，本发明提供的第二实施例与本发明提供的第一实施例之区别之一在于：包括容积室19和导向室20的阀件室21是在前座11中形成；本发明提供的第二实施例与本发明提供的第一实施例之区别之二在于：喷孔14位于前座11；本发明提供的第二实施例与本发明提供的第一实施例之区别之三在于：前座11包括一个环形台阶11b，后座12包括一个凸台12b，凸台12b靠紧于环形台阶11b以限定前座11与后座12之间的轴向位置，当前座11与后座12由焊接带12c连接在一起时，阀件13之升程随之确定。

本发明提供的第二实施例所述前座11之一种三维视图见图2a。

本发明提供的半球阀喷嘴之第二实施例与本发明提供的半球阀喷嘴之第一实施例的工作过程基本相同。

图3为本发明提供的半球阀喷嘴第三个实施例之示意图。与本发明提供的半球阀喷嘴第一和第二实施例相比较，本发明提供的半球阀喷嘴第三个实施例的区别在于：前阀座面15是一个平面，与阀件13之平面13a形成密封关系，后阀座面16是一个锥面或者球面，与阀件13之球面形成密封关系；包含容积室19和导向室20的阀件室21是由前座11和后座12共同形成；喷嘴簧17位于弹簧室12a中，并作用于后座12与半球形阀件13的球面之间。

本发明提供的半球阀喷嘴之第三实施例与本发明提供的半球阀喷嘴之第一实施例的工作过程基本相同。

在上述三个实施例中，容积室19所形成的剩余容积在不影响燃料流动阻力的情况下，可以设计得较小，有利于高压喷射以及减少冷热状态的流量喷射差异。

如图4显示了本发明提供的应用本发明提供的半球阀喷嘴之喷射单元第一实施例结构示意图。所述喷射单元包括一个动力部31，一个柱塞泵32和一个半球阀喷嘴1。

动力部31包括线圈41，电枢45，导磁体34，内导磁体34a，隔磁环43，电枢室56，电枢45包括一个贯穿中心且包含锥孔的电枢油道46。导磁体34和电枢45由导磁材料制成，例如纯铁等，隔磁环43由非导磁材料构成，例如有色金属或者塑料等。

柱塞泵32包括柱塞48，柱塞套50，出油阀52，高压腔57，柱塞簧49。柱塞套50包括进油孔51。所述出油阀52包括阀件53和位于柱塞套50的出油阀座面50a，出油阀簧54，出油阀件53可以是一个球体，也可以是一个锥体或者平板，可以由金属或者陶瓷等材料构成，出油阀座面50a可以是一个在柱塞套50出口处形成的锥面，也可以是一个平面，通常由机加工的方式形成。

动力部31与柱塞泵32由外壳体35组合在一起。外壳体35可以由一个或者若干个塑料或者其它高分子材料部件组成，也可以一次模压或者注塑而成。外壳体35包含进油嘴59和回油嘴33，进油嘴59含进油道59a，回油嘴33含回油道33a，回油嘴33位于动力部31之上方，并与动力部通过密封材料44相互密封避免燃油泄漏；外壳体35与柱塞泵32形成进油室58和高压室57a，进油室58是一个围绕柱塞套50的环形空间，进油室58由过油孔55与电枢室56相互连通，出油阀簧54位于高压室57a之中并作用于出油阀件53和外壳体35之间；动力部31之电枢45通过连接件47与柱塞泵32之柱塞48相互作用，连接件47贴靠于电枢45与柱塞48之间且不影响燃油通过电枢油道46流动，连接件47可以由金属或者非金属材料制成，例如不锈钢或者塑料。

上述喷射单元的工作过程如下：

电枢45在静止位置，在柱塞簧49的作用下，柱塞48通过连接件47将电枢45压靠在上端盖33b上，此时进油孔51打开，来自油箱底部的燃油从进油道59a进入进油室58，一部分燃油通过进油孔51进入高压腔57，另一部分由过油孔55进入电枢室56，再由电枢油道46进入回油道33a，回油嘴33与油箱顶部相连通。

动力部31之线圈41可由PWM形式的电信号驱动。在加电压的情况下，电磁场在隔磁环43处形成磁隙，电枢45在含磁隙磁场的作用下通过连接件47推动柱塞48向下运动，柱塞48压缩柱塞簧49，当柱塞48之端面覆盖进油孔51时，高压腔57中的燃油受到压缩并推开出油阀52之出油阀件53进入高压室57a，高压室57a与本发明提供的半球阀喷嘴之压力燃料腔11a相通，当进入压力燃料腔11a的燃油压力高于所定压力时，燃油则通过半球阀喷嘴1喷射出去。

当PWM驱动信号在线圈41两端所加电压消失或者即将消失时，作用于柱塞48之电磁力、燃油压力、和柱塞弹簧力以及惯性力等相互平衡时，柱塞48则停止向下运动，此时高压腔57和高压室57a中的燃油压力开始下降，当高压室57a中的燃油压力低于所定压力(喷嘴开启所需压力)时，半球阀喷嘴关闭，燃油停止喷射。与此同时，柱塞48在柱塞簧49的作用下开始上行并回到初始位置，出油阀52随之关闭，残存在高压室57a中的燃油保持一定的压力，而高压腔57中的燃油压力急剧下降，当进油孔51被再次打开时，燃油从进油室58在此进入高压腔57，等待下一个压缩循环。

随着柱塞48以及电枢45的上行，燃油被随之带向回油道54。在电枢45的往复运动过程中，由于含锥孔的柱塞油道46的作用，电枢45引起燃油流动之净流量是从进油道59a到回油道54，这样的流动会不断地将驱动部31产生的热量带走，以保证所述喷射单元的正常工作。

如图5显示了本发明提供的应用本发明提供的半球阀喷嘴之喷射单元第二实施例结构示意图。

所述喷射单元包括动力部31和柱塞泵32和半球阀喷嘴1，包括一个含第一快接头36和第二快接头37以及高压油管38的快接管60，包括一个含出油孔40a和出油锁紧凸台40b的出油连接件40。半球阀喷嘴1与喷嘴转接件39以焊接或者注塑的方式连接为一体，喷嘴转接件39包括一个喷嘴锁紧凸台39a。

高压油管38可以有金属管或者高分子材料管制成，与第一快接头36和第二快接头37用注塑的方式连接为一体。第一快接头36包括第一快接体36a和第一弹性锁紧扣36b，第二快接头37包括第二快接体37a和第二弹性锁紧扣37b，第一弹性锁紧口36b通过轴向推力导致的弹性变形和回弹的方式与出油锁紧凸台40b相互扣紧，第二弹性锁紧口37b通过轴向推力导致的弹性变形和回弹的方式与喷嘴锁紧凸台39b相互扣紧，第一快接头36通过弹性密封材料41a与出油连接件40之间相互密封，第二快接头37通过弹性密封材料41b与喷嘴转接件39之间相互密封。

所述喷射单元与本发明提供第一实施例之喷射单元的工作过程基本相同。在本实施例中，高压燃油从高压室57进入出油孔40a，再经过快接管60到达过滤器61，经过过滤器61后，高压燃油进入半球阀喷嘴1之压力燃料腔11a，当燃油高于所定压力时，则喷射出去。

本发明提供的半球阀喷嘴之喷射单元第一实施例至第三实施例均可应用于为本发明提供的供油装置第四实施例至第五实施例。基于本发明精神实质的其它进一步的方案均属本发明应属保护权利范围。

Claims (7)

1.一种半球阀喷嘴，包括一个阀件，一个包含前阀座面和进油道的前座，一个包含后阀座面和弹簧室的后座，一个由前阀座面、后阀座面以及侧壁形成的阀件室，一个或者多个从阀件室通向外界的喷孔，阀件位于阀件室内，其特征在于：所述阀件为一个包括球面和平面的多半球体，阀件与前阀座面形成前阀，可切断和开通进油道与阀件室之间的联系，阀件与后阀座面形成后阀，可切断和开通阀件室与弹簧室之间的联系，所述前座包括一个限位台阶，后阀座面在轴向靠紧于限位台阶，所述阀件的运动行程随限位台阶和后阀座面的贴紧而确定。

2.如权利要求1所述半球阀喷嘴，所述阀件室包括容积室和导向室，容积室与前阀座面相邻，导向室位于容积室和后阀座面之间，其特征在于：导向室和容积室分别为圆柱形空间，导向室的直径略大于阀件之球直径，容积室直径大于导向室直径。

3.如权利要求2所述半球阀喷嘴，其特征在于：弹簧室大致为一个一端开放的圆柱形空间，其开放一端之环形端面形成后座面，前座与后座通过焊接连接。

4.如权利要求3所述半球阀喷嘴，包括一个或者多个从弹簧室通向外界的通气孔。

5.一种喷射单元，包括如权利要求1-4之一项所述半球阀喷嘴，其特征是：包括一个螺线管电磁驱动装置，一个柱塞泵，一个进入柱塞泵的供油道，一个穿过螺线管驱动装置的回油道。

6.如权利要求5所述的喷射单元，其特征在于，所述螺线管电磁驱动装置包括一个电枢，所述电枢包括一个锥形流道。

7.如权利要求6所述的喷射单元，其特征在于，所述柱塞泵包括一个柱塞，一个含进油孔的柱塞套，一个出油阀，所述柱塞、柱塞套和出油阀所形成的空间构成高压室，在柱塞运动的起始位置，进油孔与供油道连通，柱塞在螺线管电磁驱动装置的作用下运动，当进油孔被柱塞遮蔽时，高压室内形成压力，出油阀被推开，燃料再通过所述半球形喷嘴喷出。