CN104265530B - 电控内燃机喷射器控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电控内燃机喷射器控制阀，包括衔铁、控制阀座、喷射器基体、衔铁杆、钢球、控制板、控制活塞、电磁驱动器和衔铁回位弹簧，其特征在于：所述控制板的上端支撑密封面为一锥形凹陷曲面，该锥形凹陷曲面由外周向中心依次为大角度锥面、圆弧过渡段和小角度锥面，所述大角度锥面的角度为130度~150度，所述小角度锥面的角度为90度~125度。本发明的控制阀可以精确稳定地控制压力控制室内压力的变化，使喷射器的喷射量稳定可控；并且该控制阀可以有效的使钢球转动，从而提高控制阀的寿命。

Description

电控内燃机喷射器控制阀

技术领域

本发明涉及一种具有新型结构的电控内燃机喷射器控制阀，属于柴油机喷油系统领域。

背景技术

燃油喷射器是一种将液态燃料喷射到内燃机燃烧室中的设备。其中一电磁阀控制衔铁的开合，使钢球和锥阀密封或不密封，使压力控制室中的燃油的压力上升或下降，从而通过压力差控制燃油喷射器的控制活塞沿轴向的上下运动。由喷射器的原理可知，压力控制室中燃油压力的变化的规律决定了喷射器燃油的喷射量。从内燃机的稳定性和平顺性来说，对于每一工况每一循环的燃油喷射量要求有较高的一致性。因此，解决喷射器喷射量的稳定性需要从压力控制室中燃油压力变化的一致性来着手。

燃油压力控制室的压力变化的关键因素有：进油节流孔的流量；出油节流孔的流量；压力控制室的体积；密封锥面的节流流量。其中进油节流孔的流量；出油节流孔的流量；压力控制室的体积均能通过加工工艺来进行控制，来保持较好的一致性。密封锥面的节流流量由于密封元件的不同，其一致性难以得到保证。

钢球和锥阀的密封为线接触，由于钢球和锥阀在开合的运动中，钢球和锥阀的接触线持续受到冲击力的作用，因此在喷射器的持续工作中，钢球和锥阀的线接触部分很容易由于疲劳而磨损。喷射器的寿命主要受到钢球和锥阀磨损的影响。根据试验研究，大部分磨损均为钢球先产生磨损后致使锥阀的密封锥面也产生磨损。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种新型结构的电控内燃机喷射器控制阀，该控制阀可以精确稳定地控制压力控制室内压力的变化，使喷射器的喷射量稳定可控；并且该控制阀可以有效的使钢球转动，从而提高控制阀的寿命。

按照本发明提供的技术方案：电控内燃机喷射器控制阀，包括衔铁、控制阀座、喷射器基体、衔铁杆、钢球、控制板、控制活塞、电磁驱动器和衔铁回位弹簧，所述控制阀座安装在喷射器基体内，控制阀座中心设有控制阀中孔，所述衔铁下部设有衔铁杆，衔铁杆置于控制阀中孔内并可轴向移动，衔铁杆与控制阀中孔为偶件配合，衔铁杆被控制阀中孔定向；所述电磁驱动器设置在衔铁上方，电磁驱动器内的衔铁回位弹簧下端压在衔铁上端面上；控制板设置在控制阀座下方，控制板上的进油路与喷射器基体上的高压进油道连通，控制活塞设置在喷射器基体的中孔内，控制板、喷射器基体以及控制活塞组成的密闭空间为压力控制室，控制板上的进油路及出油路同时与压力控制室相连通；所述衔铁杆、控制阀座和控制板包围形成一阀室，该阀室一方面与压力控制室通过出油路连通，另一方面与回油通道连通；所述阀室内设有一钢球，该钢球通过与衔铁杆刚性连接，受到衔铁上方的衔铁回位弹簧向下的弹力，被压在控制板的上端支撑密封面上并堵在控制板上的出油路出口处；其特征在于：所述控制板上的出油路主要由顺次连通的出油导流孔、出油节流孔和出油压力释放孔组成，出油压力释放孔的直径均大于出油节流孔和进油节流孔的直径，所述出油压力释放孔的内壁上设有若干道螺旋形的流线槽。

作为本发明的进一步改进，所述控制板的上端支撑密封面为一锥形凹陷曲面，该锥形凹陷曲面由外周向中心依次为大角度锥面、圆弧过渡段和小角度锥面，所述大角度锥面为的角度为130度~150度，所述小角度锥面的角度为90度~125度。

作为本发明的进一步改进，所述控制板的底面上设有一流体均压环槽，控制板上出油路的入口位于该流体均压环槽的中心位置。

作为本发明的进一步改进，所述控制阀座下部外圆周面上设有外螺纹，所述喷射器基体内圆周面设有内螺纹，控制阀座与喷射器基体螺纹连接。

作为本发明的进一步改进，所述控制板上的进油路主要由顺次连通的进油导流孔、进油节流孔和进油压力释放孔组成，进油压力释放孔的直径大于进油节流孔的直径。

作为本发明的进一步改进，所述进油压力释放孔的直径为进油节流孔直径的2~4倍。

作为本发明的进一步改进，所述控制活塞头部为圆台形，控制活塞头部的直径大于出油导流孔的直径。

作为本发明的进一步改进，所述衔铁杆末端中心设有一球窝，该球窝的弧度大于半球，并且该球窝的内径大于钢球的外径，钢球可以在球窝内转动或微量径向偏移。

作为本发明的进一步改进，所述出油压力释放孔的直径为出油节流孔直径的2~4倍。

本发明与现有技术相比，优点在于：

（1）出油压力释放孔内部加工有若干道螺旋形的流线槽，该螺旋形的流线槽使高压燃油出来时对钢球产生方向不同、速度不同的液体冲击力，使钢球能在球窝内转动，这样可以大大提高钢球的耐磨性，提高系统的可靠性。

（2）所述控制板的上端支撑密封面为一由大角度锥面、圆弧过渡段和小角度锥面组成的锥形凹陷曲面，由于有圆弧过渡段，所以整个密封面的节流作用大大降低，在钢球部分升程的时刻，依然由出油节流孔控制整个控制板的出油流量。

（3）在控制板底部设有流体均压环槽，流体均压环槽将流进压力控制室的燃油均匀分布，而且由于进油压力释放孔和圆台形的控制活塞头部，燃油的压力对控制活塞的压力分布均匀，使燃油流体对控制活塞不产生不利的侧向力。

（4）控制板上的进油路和出油路结构设计合理，可以使控制板的流量在各压力工况下均保持较好的一致性。

附图说明

图1为本发明实施例电控内燃机喷射器控制阀的结构示意图。

图2为本发明实施例电控内燃机喷射器控制阀密封处的放大示意图。

图3为本发明实施例出油压力释放孔的平面展开详细视图。

附图标记说明：1-衔铁、2-控制阀座、3-喷射器基体、4-回油通道、5-衔铁杆、6-进油导流孔、7-进油节流孔、8-进油压力释放孔、9-控制阀中孔、10-大角度锥面、11-小角度锥面、12-圆弧过渡段、13-出油压力释放孔、14-流线槽、15-阀体节流处、16-钢球节流处、17-钢球、18-控制板、19-阀室、20-高压进油道、21-流体均压环槽、22-控制活塞、23-出油导流孔、24-电磁驱动器、25-衔铁回位弹簧、26-出油节流孔、27-压力控制室、28-球窝。

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1所示：实施例中的电控内燃机喷射器控制阀主要由衔铁1、控制阀座2、喷射器基体3、衔铁杆5、钢球17、控制板18、控制活塞22、电磁驱动器24和衔铁回位弹簧25组成，所述控制阀座2安装在喷射器基体3内，控制阀座2中心设有控制阀中孔9，所述衔铁1下部设有衔铁杆5，衔铁杆5置于控制阀中孔9内并可轴向移动，衔铁杆5与控制阀中孔9为偶件配合，衔铁杆5被控制阀中孔9定向；所述电磁驱动器24设置在衔铁1上方，电磁驱动器24内的衔铁回位弹簧25下端压在衔铁1上端面上；控制板18设置在控制阀座2下方，控制板18上的进油路与喷射器基体3上的高压进油道20连通，控制活塞22设置在喷射器基体3的中孔内，控制板18、喷射器基体3以及控制活塞22组成的密闭空间为压力控制室27，控制板18上的进油路及出油路同时与压力控制室27相连通；所述衔铁杆5、控制阀座2和控制板18包围形成一阀室19，该阀室19一方面与压力控制室27通过出油路连通，另一方面与回油通道4连通；所述阀室19内设有一钢球17，该钢球17通过与衔铁杆5刚性连接，受到衔铁1上方的衔铁回位弹簧25向下的弹力，被压在控制板18的上端支撑密封面上并堵在控制板18上的出油路出口处；所述控制板18上的出油路主要由顺次连通的出油导流孔23、出油节流孔26和出油压力释放孔13组成，出油压力释放孔13的直径均大于出油节流孔26和进油节流孔7的直径，所述出油压力释放孔13的内壁上设有若干道螺旋形的流线槽14。

如图1~图3所示，所述控制板18的上端支撑密封面为一锥形凹陷曲面，该锥形凹陷曲面由外周向中心依次为大角度锥面10、圆弧过渡段12和小角度锥面11，所述大角度锥面10为的角度为130度~150度，所述小角度锥面11的角度为90度~125度。

如图1~图3所示，所述控制板18的底面上设有一流体均压环槽21，控制板18上出油路的入口位于该流体均压环槽21的中心位置。

如图1~图3所示，所述控制阀座2下部外圆周面上设有外螺纹，所述喷射器基体3内圆周面设有内螺纹，控制阀座2与喷射器基体3螺纹连接，这样在拧紧过程中能够产生足够的下压力，并使控制板18上端面与控制板18下端面受到相同的下压力，从而使控制板18与喷射器基体3紧密相连。

如图1、图2所示，所述衔铁杆5末端中心设有一球窝28，该球窝28的弧度大于半球，所述球窝28以衔铁杆5为中心轴加工而成，因此该球窝28与衔铁杆5有很好的同心度。并且该球窝28的内径大于钢球17的外径，钢球17可以在球窝28内有较大范围的转动或较小范围内的径向偏移。但偏移量不影响到钢球17在下落关闭控制阀过程中的总时间。喷射器控制阀关闭时，在衔铁1往下运动的过程中，由于衔铁杆5与控制阀中孔9的偶件配合以及球窝28与钢球17的配合，钢球17下落的位置可以得到精确的保证，从而使钢球17落座的稳定性得到保证。

本发明中，所述控制活塞22与喷射器基体3的中孔为偶件配合，控制活塞22能够沿喷射器基体3的中孔上下运动。

本发明的具体应用及工作原理如下：

本发明控制阀的密封方式是由一定的预紧力压在一钢球17上，使钢球17和控制板18上端支撑密封面形成密封，该预紧力应大于钢球17密封时所受到的燃油对其施加的轴向液压力。

按照本发明构成的喷射器由电磁驱动器24驱动。在喷射器通电时，该电磁驱动器24可以产生足够的吸力，使衔铁1克服衔铁回位弹簧25的预紧力而上行。当喷射器不通电时，电磁驱动器24的吸力消失，衔铁1在衔铁回位弹簧25预紧力的作用下往下运动。

具体应用时，高压燃油由喷射器基体3的高压进油道20进入控制板18上的进油路，然后通过进油路进入压力控制室27。控制板18主要从以下几方面来控制压力控制室27的压力变化规律：1、进油节流孔7的流量；2、出油节流孔26的流量；3、压力控制室27的体积；4、密封锥面的节流流量。

本发明中，所述控制板18上的进油路主要由顺次连通的进油导流孔6、进油节流孔7和进油压力释放孔8组成，进油导流孔6和进油压力释放孔8为平底孔，进油压力释放孔8的直径大于进油节流孔7的直径，优选地，进油压力释放孔8的直径为进油节流孔7直径的2~4倍。高压油依次经过进油导流孔6、进油节流孔7、进油压力释放孔8进入压力控制室27。进油压力释放孔8的作用是将通过进油节流孔7的高速燃油的速度降低，避免高速燃油直接冲击到控制活塞22头部，对控制活塞22施加侧向力，从而使控制活塞22的上下运动受到的阻力增大，影响到喷射器的响应速度。由于进油压力释放孔8是个平底孔，因此进油节流孔7的长度可以得到较精确的控制。

另外，所述控制板18的底面上设有一流体均压环槽21，控制板18上出油路的入口位于该流体均压环槽21的中心位置。所述流体均压环槽21也有降低进油速度的作用，同时流体均压环槽21还可以使压力控制室27内部压力分布均匀，特别是在控制活塞22抬起至最高点的时刻，由于流体均压环槽21的存在，高压燃油在压力控制室27内的流动方向为从四周向中心，而非方向不确定的紊乱流动。由此可知，控制活塞22头部受到的压力基本上呈均匀分布状态，因此控制活塞22完全不会由于燃油流向不稳定而产生侧向力，对控制活塞22的运动产生影响。

另外，本发明将控制活塞22头部设计成圆台形，控制活塞22头部的直径大于出油导流孔23的直径。这样可以增大流体均压环槽21的容积，使压力分布更加均匀；同时燃油流动时沿圆台方向往低压端流动，可以增加流动的速度，使压力控制室27压力下降过程中的压力下降更快，使喷射器的响应更加迅速。当控制活塞22抬起至最高点的时刻，圆台形的控制活塞22头部与控制板18的底面距离控制在0.05mm以下。因此，圆台形的控制活塞22头部与控制板18的底面产生节流的作用，该节流作用使压力控制室27内的压力保持在一定值，防止压力控制室27中的燃油压力持续降低，使喷射器在关闭过程中，减小注入压力控制室27中的燃油量，可以使喷射器的关闭速度增加。

本发明中，所述流体均压环槽21的外形尺寸可以通过较简易的机加工得到精确的控制。所述控制活塞22头部圆台形的外形尺寸可以通过较简易的机加工得到精确的控制。通过调节控制活塞22与控制板18底面的距离，可以很精确的控制压力控制室27的容积。

图2为本发明控制阀密封处的详细示意图。当衔铁1抬起后，衔铁杆5抬起，钢球17受轴向液压力的作用上升，压力控制室27内的燃油通过出油路进入阀室19内。

本发明中，所述控制板18上的出油路主要由顺次连通的出油导流孔23、出油节流孔26和出油压力释放孔13组成，出油导流孔23和出油压力释放孔13为平底孔，出油压力释放孔13的直径大于出油节流孔26的直径，出油压力释放孔13的直径也大于进油节流孔7的直径，优选地，出油压力释放孔13的直径为出油节流孔26直径的2~4倍，两者长度基本相同。压力控制室27内的燃油依次经过出油导流孔23、出油节流孔26、出油压力释放孔13进入阀室19。出油压力释放孔13起到降低出油节流孔26中流出燃油速度的作用。流出出油压力释放孔13的燃油速度为流出出油节流孔26速度的一半左右。流出出油压力释放孔13的速度下降更有利于钢球17抬起和关闭的稳定性，即避免燃油的流速过快，使钢球17的径向偏移量增大。由于出油导流孔23和出油压力释放孔13均为平底孔，因此出油节流孔26的长度可以精确的控制。

要控制出油节流孔26的长度，可以先打出油导流孔23，接着用电火花的加工方式打出油节流孔26，然后通过测量分组的方式，以出油导流孔23的平底为基准，用电火花的加工方式加工出油压力释放孔13，由此可以得到精确的出油节流孔26长度。

本发明中，所述控制板18的上端支撑密封面为一锥形凹陷曲面，该锥形凹陷曲面由外周向中心依次为大角度锥面10、圆弧过渡段12和小角度锥面11，所述大角度锥面10的角度为130度~150度，所述小角度锥面11的角度为90度~125度。小角度锥面11的角度其实由燃油系统的压力决定，一般来说，压力越大，则应将角度扩大，但选择较小的角度更有利于控制板18小角度锥面11的可靠程度。所述圆弧过渡段12用来连接大角度锥面10和小角度锥面11，使燃油流过小角度锥面11至大角度锥面10时流动更加顺畅，减小流动阻力。当钢球17抬起时，钢球17与小角度锥面11之间有一个钢球节流处16，衔铁杆5与圆弧过渡段12之间有一个阀体节流处15，此两处的节流作用均对控制板18总体的出油流量造成影响，特别是当钢球17处于部分升程的时候，钢球节流处16和阀体节流处15的节流作用大于出油节流孔26的作用。所以在大角度锥面10和小角度锥面11之间的圆弧过渡段12可以减小钢球节流处16和阀体节流处15的节流作用，使钢球17在小升程的时候，整个控制板18的出油流量由出油节流孔26控制。

图3为出油压力释放孔13的展开视图。在出油压力释放孔13的内壁上用电加工的方法加工有若干道螺旋形的流线槽14。当钢球17由关闭至打开的过程中，密封在控制板18内的高压燃油瞬间从出油压力释放孔13中喷出，部分燃油经流线槽14流出后沿流线槽14的切线方向流出。流线槽14的主要作用是使钢球17开启瞬间流出的燃油的边缘区域产生不同方向和不均匀速度的流动状况，这种燃油瞬间的流动状况迫使钢球17产生一定角度范围内旋转。因此可以使钢球17在每次开启和密封的过程中，其每次的密封线位置不同，避免相同位置的冲击，提高钢球17的使用寿命。当钢球17开启一段时间后，出油压力释放孔13出口处的压力已经降至大气压，燃油的流速也大大下降，因此此时流线槽14对燃油的流动速度和方向的影响微乎其微。在钢球17要关闭的时刻，流线槽14对钢球17关闭的稳定性无恶化的作用。

Claims (8)

1.电控内燃机喷射器控制阀，包括衔铁（1）、控制阀座（2）、喷射器基体（3）、衔铁杆（5）、钢球（17）、控制板（18）、控制活塞（22）、电磁驱动器（24）和衔铁回位弹簧（25），控制板（18）设置在控制阀座（2）下方，控制板（18）上的进油路与喷射器基体（3）上的高压进油道（20）连通，控制板（18）、喷射器基体（3）以及控制活塞（22）组成的密闭空间为压力控制室（27），控制板（18）上的进油路及出油路同时与压力控制室（27）相连通；阀室（19）内设有一钢球（17），该钢球（17）通过与衔铁杆（5）刚性连接，受到衔铁（1）上方的衔铁回位弹簧（25）向下的弹力，被压在控制板（18）的上端支撑密封面上并堵在控制板（18）上的出油路出口处；其特征在于：所述控制板（18）上的出油路主要由顺次连通的出油导流孔（23）、出油节流孔（26）和出油压力释放孔（13）组成，出油压力释放孔（13）的直径均大于出油节流孔（26）和进油节流孔（7）的直径，所述出油压力释放孔（13）的内壁上设有若干道螺旋形的流线槽（14）；

所述控制板（18）的上端支撑密封面为一锥形凹陷曲面，该锥形凹陷曲面由外周向中心依次为大角度锥面（10）、圆弧过渡段（12）和小角度锥面（11），所述大角度锥面（10）的角度为130度~150度，所述小角度锥面（11）的角度为90度~125度。

2.如权利要求1所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述控制板（18）的底面上设有一流体均压环槽（21），控制板（18）上出油路的入口位于该流体均压环槽（21）的中心位置。

3.如权利要求1~2任一项所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述控制阀座（2）下部外圆周面上设有外螺纹，所述喷射器基体（3）内圆周面设有内螺纹，控制阀座（2）与喷射器基体（3）螺纹连接。

4.如权利要求1~2任一项所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述控制板（18）上的进油路主要由顺次连通的进油导流孔（6）、进油节流孔（7）和进油压力释放孔（8）组成，进油压力释放孔（8）的直径大于进油节流孔（7）的直径。

5.如权利要求4所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述进油压力释放孔（8）的直径为进油节流孔（7）直径的2~4倍。

6.如权利要求1~2任一项所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述控制活塞（22）头部为圆台形，控制活塞（22）头部的直径大于出油导流孔（23）的直径。

7.如权利要求1~2任一项所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述衔铁杆（5）末端中心设有一球窝（28），该球窝（28）的弧度大于半球，并且该球窝（28）的内径大于钢球（17）的外径，钢球（17）可以在球窝（28）内转动或微量径向偏移。

8.如权利要求1~2任一项所述的电控内燃机喷射器控制阀，其特征在于：所述出油压力释放孔（13）的直径为出油节流孔（26）直径的2~4倍。