CN104500297B - 一种节能型高压共轨电控喷油器 - Google Patents

Abstract

一种节能型高压共轨电控喷油器，高速电磁阀采用内置式结构，通过蝶形弹簧压紧，并可通过调节垫片对其进行压紧力调节。液压伺服机构位于高速电磁阀下部，并安装于喷油器体内部。控制阀具有平面和球面，球面用于高压密封，平面用于定位，降低零件累计加工误差影响。针阀组件由针阀体、针阀、卡式弹簧座、弹簧及套筒构成。其中，针阀体具有无油道特征，降低生产成本；针阀顶部具有大锥面，上部具有节流孔及环槽特征，中部具有小圆柱，下部具有螺旋槽。套筒具有节流孔。通过套筒、针阀与针阀体的配合实现电控喷油器的高响应、无泄漏、低回油特性，降低高压共轨柴油机的功耗、燃油消耗，改善柴油机的排放，特别适用于多次喷射共轨柴油机。

Description

一种节能型高压共轨电控喷油器

技术领域

本发明涉及高压共轨电控喷油器，属于内燃机燃油喷射系统喷油装置技术领域。

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，人们对内燃机的排放性、经济性等性能指标的要求不断提高，如何降低柴油机排放、减少燃油消耗和柴油机功耗已成为柴油机燃油系统设计必须面对的重要课题。而高压共轨系统的高压力、高响应、柔性控制、多次喷射等特性则具备满足日益严格的排放法规及用户对燃油经济性、排放性要求的潜力。

为了提高高压共轨电控喷油器的响应速度，目前主要通过研究更大电磁力的高速电磁阀来满足要求不断提高的响应要求。但是，通过优化高速电磁阀的手段来提升系统响应速度的方法，成本高、周期长，并且由于受喷油器体的空间限制，电磁力提升空间有限。另外，目前的高压共轨电控喷油器还存在高压燃油径向泄漏量大、电控喷油器喷射期间的回油量大等缺点，导致内燃机的功率损失大，不利于提高内燃机的燃油经济性。

鉴于上述情况，开发一种结构相对简单，具有良好工艺性，还可以提高喷油器的响应速度、消除喷油器径向泄漏油、减少电控喷油器喷射期间的燃油回油量的高压共轨电控喷油器无疑对提高柴油机的经济性和排放性具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提出一种结构简单，便于加工制造和装配调试，还可以提高电控喷油器响应速度、消除喷油器径向泄漏油、减少电控喷油器喷射期间的燃油回油量的节能型高压共轨电控喷油器。这种喷油器可有效降低高压共轨电控喷油器的加工成本；提高喷油器的响应速度，有利于共轨喷油器的多次喷射，改善柴油机的排放特性；降低柴油机的燃油消耗和功率损耗，满足用户对燃油经济性的要求。

本发明所采用的技术方案是：

一种节能型高压共轨电控喷油器主要包括喷油器体、蝶形弹簧、调节垫片、高速电磁阀、O形密封圈、压紧弹簧、液压伺服机构、中间块、控制阀、针阀组件以及紧帽等零部件。

上述的喷油器体与中间块、针阀组件零部件通过紧帽轴向顺序压紧，实现高压密封。高速电磁阀和液压伺服机构安装于喷油器体的下端内孔，通过蝶形弹簧将调节垫片、高速电磁阀以及液压伺服机构顺序压紧于中间块上。控制阀安装于中间块节流孔顶部的锥面上，通过压紧弹簧将调节垫片、液压伺服机构向下压紧于控制阀。

喷油器体的进油孔位于喷油器顶部，采用轴向进油；回油孔位于喷油器的上部，采用径向回油；喷油器体下部为电磁阀安装中孔，电缆穿线孔从电磁阀安装孔轴向进入，中上部斜向引出；压紧肩胛位于喷油器体的中部，穿线孔出口之下。

高速电磁阀采用密封圈进行燃油密封；采用蝶形垫片进行轴向压紧；采用调节垫片进行压紧力调节；高速电磁阀下部为盲孔，主要用于安装压紧弹簧及液压伺服机构的铁心及卡圈。

液压伺服机构包括铁心、卡圈、衔铁、支撑弹簧、定矩环、导向座。铁心自下而上穿过导向座，通过卡圈和支撑弹簧将铁心和衔铁连为一体。铁心下端采用肩胛设计，用以控制衔铁行程；铁心底部采用凸台设计，主要用于与控制阀配合，一方面降低铁心与中间块的锥面的跳动要求，另一方面用以减小控制阀与铁心的冲击应力。卡圈安装于高速电磁阀中孔，通过高速电磁阀中孔进行径向定位。通过调整卡圈而调节铁心的行程。定矩环主要用于调整衔铁的余隙。

中间块安装于喷油器体的下端，中间块上部中孔偏置设计，用于安装控制阀；中间块下部为偏置式节流孔，节流孔上端采用大锥面。使液压伺服机构的运动件在小升程时保证足够的流通面积，有利于提高系统的响应速度。中间块上设有倾斜的高压油道，将喷油器体的高压油道与针阀体内腔连通。

控制阀具有球面和平面两种特征，控制阀下端为球面，与中间块的偏置式节流孔的大锥面相配合，在实现高压燃油密封的同时降低对高速电磁阀电磁力的需求，有利于紧凑性高速电磁阀的设计。控制阀的上端为平面，与液压伺服机构铁心的下平面相作用，以增加接触面积降低冲击应力的同时，补偿控制阀对铁心同轴度要求，降低生产和装配调试成本。

所述针阀组件安装于中间块下部，针阀组件包括针阀体、套筒、弹簧、卡式弹簧座以及针阀。针阀体上部中孔采用大尺寸设计，用以安装套筒、弹簧、卡式弹簧座，同时取消传统的高压油道，简化结构降低生产制造成本。针阀顶部采用大锥面设计，其顶部为控制腔；顶部锥面设有进油节流孔，针阀体上部设有环槽，与锥面进油节流孔连通；套筒安装于针阀体上，套筒内孔与针阀尾部配合，用以控制针阀顶部控制腔的压力变化特性，套筒中部设有径向节流孔，将针阀顶部控制腔与针阀体内腔相连通，便于实现节油功能；针阀体中部设有一段小圆柱，用于安装卡式弹簧盘；弹簧安装于套筒和卡式弹簧盘之间，向上压紧套筒，向下压紧针阀；针阀的下部导向段外圆设有螺旋槽，将针阀偶件上部高压腔和下部高压腔连通。

卡式弹簧座中部径向采用开口槽设计，主要用于卡式弹簧座的装配；卡式弹簧座上部采用沉孔设计，主要用于安装弹簧，同时还具有与弹簧相互径向定位的作用，防止卡式弹簧座在开口槽方向的径向位移。

针阀顶部采用170°大锥面设计，其锥面上设有节流孔；针阀上部采用环槽设计，环槽通过节流孔与针阀顶部控制腔接通。针阀顶部大锥面一方面减小针阀顶部控制腔的容积，提高系统的响应速度；另一方面，针阀上行后可在顶部锥面的节流孔出口处形成更小的节流口（不能切断），减少喷油器喷射燃油期间的系统回油。环槽主要用于保证针阀在全部行程范围内节流孔均能与针阀顶部控制腔保持接通。针阀中部采用小尺寸设计，主要用于卡式弹簧座的安装，该设计一方面可以减小对针阀体内孔尺寸要求，满足紧凑性喷油器的设计要求；另一方面可以降低运动件质量，有利于提高系统的响应速度。针阀下部采用螺旋槽设计，这种设计一方面可以替代传统针阀体高压油道的作用；另一方面有利于控制针阀导向段的几何尺寸及形状公差。

本发明的有益效果：这种节能型高压共轨电控喷油器通过对喷油器关键零部件进行原理和结构的创新设计，首先，简化了电控喷油器的结构，同时不影响零件的加工检测控制，降低了电控喷油器零部件的加工及装配调试成本；其次，减轻了运动件质量，减小了控制腔容积，提高了电控喷油器的响应速度，有利于实现电控喷油器的多次喷射，改善柴油机的油耗和排放；最后消除了电控喷油器工作期间的燃油泄漏，减少了电控喷油器喷射期间的燃油回油，提高共轨系统的燃油利用率，减少柴油机的功率损失。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是节能型高压共轨电控喷油器结构图。

图1A是图1中喷油器体（1）的局部结构图。

图2是针阀组件剖面图；

图2A是图2中的针阀的结构图；

图2B是图2的卡式弹簧座的结构图；

图3是本节能型高压共轨电控喷油器的接油功能原理图，其中a是初始状态，b是开启状态，c是复位状态。

图3A是b是开启状态的I部放大图。

图1中：喷油器体（1）、蝶形弹簧（2）、调节垫片（3）、高速电磁阀（4）、O形密封圈（5）、压紧弹簧（6）、调节垫片（7）、液压伺服机构（8）、中间块（9）、控制阀（10）、针阀组件（11）、紧帽（12）。喷油器体（1）包括高压燃油进油孔（101）、安装压紧肩胛（102）、高速电磁阀缆线安装孔（103）和低压回油孔（104）；液压伺服机构（8）包括铁心（801）、卡圈（802）、衔铁（803）、支撑弹簧（804）、定矩环（805）和导向座（806）；针阀组件（11）包括针阀体（1101）、套筒（1102）、弹簧（1103）、卡式弹簧座（1104）和针阀（1105）。中间块上有偏置式回油节流孔（9a）和高压油道（9b）。

图2中：套筒上又节流孔（1102a），针阀上有节流孔（1105a）、节流孔（1105b）、环槽（1105c）、顶部大锥角（1105d）、中部小圆柱（1105e）、下部螺旋槽（1105f）、定位沉孔（1104a）和卡槽（1104b）。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构：

1、该电控喷油器的结构如图1、图1A、图2和图2A所示：

喷油器体1与中间块9、针阀组件11零部件通过紧帽12轴向顺序压紧，实现高压密封。喷油器体1下部中孔安装高速电磁阀4以及液压伺服机构8，通过蝶形弹簧2将调节垫片3、高速电磁阀以及液压伺服机构8顺序压紧于中间块9上，0形密封圈5密封燃油，以减小运动件的质量，提高系统的响应速度，结构简单，成本低。

中间块9采用偏置式回油节流孔9a设计，节流孔顶部采用大锥面设计，有利于提高系统的响应速度。中间块上还设有倾斜的高压油道9b，将喷油器体1的高压油道与针阀体1101内腔连通；

喷油器体1的高压燃油进油孔101位于喷油器顶部，采用轴向进油，低压回油孔104位于喷油器的上部，采用径向回油。喷油器体下部为电磁阀安装中孔，电缆穿线孔从电磁阀安装孔轴向进入，中上部斜向引出。安装压紧肩胛102位于喷油器体1的中部，穿线孔出口之下。

控制阀10安装于中间块9的偏置式回油节流孔9a顶部的锥面上，通过压紧弹簧6将调节垫片7、液压伺服机构8向下压紧于控制阀10。

控制阀10具有球面和平面两种特征，控制阀的上端为平面，与液压伺服机构铁心801的下平面相作用，减小压紧弹簧的压紧力和增加接触面积降低冲击应力的同时，补偿控制阀对铁心同轴度要求，降低生产和装配调试成本。控制阀下端为球面，与偏置式回油节流孔9a的大锥面相配合，实现高压燃油的密封。

参见图2，针阀组件11的套筒1102、针阀1106、弹簧1103及卡式弹簧座1104均安装于针阀体1101的内部，可防止传统结构存在的径向燃油泄漏。针阀体采用无高压油道简化设计，降低生产成本。

针阀体1101中孔上部采用大尺寸设计，用以安装套筒、弹簧和卡式弹簧座。

针阀1105顶部采用大锥面1105d设计，其顶部为控制腔。顶部锥面设有进油节流孔1105a、1105b，针阀上部设有环槽1105c，与锥面进油节流孔1105a、1105b连通。

套筒1102安装于针阀上部，其上设有径向节油孔1102a，将针阀顶部控制腔与针阀体内腔相连通，便于实现节油功能。针阀中部设有一段小圆柱1105e，用于安装卡式弹簧座1104，弹簧1103安装于套筒1102和卡式弹簧座1104之间，向上压紧套筒，向下压紧针阀。针阀的下部导向段外圆设有螺旋槽1105f，将针阀偶件上部高压腔和下部高压腔连通。

针阀的大锥面、节流孔与环槽设计一方面用于减小控制腔容积，提高系统的响应速度，另一方面与位于针阀顶部锥面的节流孔1105a相配合，用于针阀开启过程中减小流通面积，提高系统的响应速度和减少喷油器喷射期间的回油量，提高燃油利用率。中部小圆柱1105e设计主要用于卡式弹簧盘的安装定位，减小针阀和弹簧座的尺寸，有利于紧凑型喷油器的设计，并可降低生产成本。导向段的螺旋槽1105f设计取代高压油道设计，可提高针阀体的强度，便于加工制造，降低成本。采用卡式弹簧座设计，其具有定位沉孔1104a和卡槽1104b双特征，主要用于针阀、卡式弹簧座及弹簧的相互定位。

2、该电控喷油器的节油功能如图3和图3A所示：

套筒、弹簧、卡式弹簧座及针阀均安装于针阀体内部，针阀上部与套筒配合，套筒在向上的弹簧力和液压力的作用下与中间块密切贴合。针阀顶部控制腔压力与针阀体中孔压力大小相同，因此针阀偶件不存在径向泄漏。针阀顶部为大锥面设计，锥面区设计节流孔，该节流孔与针阀上部的环槽接通，环槽同时与套筒上的节流孔相连通。

a初始状态：高速电磁阀处于断电状态，压紧弹簧向下将铁心压紧于控制阀的平面，控制阀的球面则被压紧于中间块节流孔顶部的大锥面，控制腔回油处于切断状态。此时，针阀体上部高压油腔通过套筒节流孔、环槽及针阀的节流孔与针阀顶部控制腔保持连通，燃油从针阀体控制腔经套筒节流孔、针阀环槽、针阀节流孔进入针阀顶部控制腔。针阀顶部控制腔压力与针阀体中孔压力相同，针阀在弹簧力和液压力的作用下处于关闭状态。

b开启状态：高速电磁阀通电，铁心在电磁力的作用下克服压紧弹簧的弹簧力向上运动，控制阀在液压力的作用下打开，燃油从控制腔经出油节流孔流出，控制腔压力降，针阀在压力差的作用下上行打开并开始喷油。针阀上行以后，针阀体中孔依然通过套筒节流孔、针阀环槽及针阀节流孔与控制腔保持连通状态。针阀打开之前，针阀体中孔至控制腔的最小节流面积为针阀径向节流孔；而随着针阀打开，其最小节流面积将位于针阀轴向节流孔出口处（1105a孔的出口）。由于最小节流面积位置及大小的变化，电控喷油器在喷油过程中回油量减少，提高了燃油的利用率，降低了柴油机的功耗。

c复位状态：高速电磁阀断电，铁心在压紧弹簧的作用下下行并将控制阀重新压紧于中间块节流孔顶部的大锥面，切断控制腔回油。控制腔压力回升并向下将针阀重新关闭，结束喷油。针阀下行初期，针阀体中孔与控制腔之间的最小节流面积仍为针阀轴向节流孔出口（与针阀顶部大锥面的相交处）。一旦针阀下行，该节流面积便迅速变大，因此可以保证针阀的快速关闭，干脆断油。

由以上结构进一步说明本发明具有：

1、结构简单，加工制造及装配调试方便，可有效降低成本。

2、可有效降低运动件质量，提高系统的响应速度，满足多次喷射需求。

3、消除电控喷油器工作期间的燃油泄漏，减少电控喷油器喷射期间的回油量，可有效提高高压燃油的使用效率，降低柴油机的功耗。

本发明通过套筒、针阀与针阀体的配合实现电控喷油器的高响应、无泄漏、低回油特性，降低高压共轨柴油机的功耗、燃油消耗，改善柴油机的排放，特别适用于多次喷射共轨柴油机。

Claims (5)

1.一种节能型高压共轨电控喷油器，包括喷油器体、蝶形弹簧、调节垫片、高速电磁阀、密封圈、压紧弹簧、液压伺服机构、中间块、控制阀、针阀组件以及紧帽；其特征在于：

所述喷油器体与中间块、针阀组件通过紧帽轴向顺序压紧，紧帽上端与喷油器体下端采用螺纹紧固连接，实现高压密封；

所述高速电磁阀、液压伺服机构安装在喷油器体下部中孔中；高速电磁阀采用蝶形弹簧压紧，并由密封圈密封燃油；

液压伺服机构包括铁心、卡圈、衔铁、支撑弹簧、定矩环及导向座；铁心自下而上穿过导向座，通过卡圈和支撑弹簧将铁心和衔铁连为一体，铁心下端采用肩胛设计，用以控制衔铁行程；铁心底部采用凸台设计，用于与控制阀配合，一方面降低铁心与中间块密封锥面的跳动要求，另一方面用以减小控制阀与铁心的冲击应力；卡圈则安装于高速电磁阀中孔，通过高速电磁阀中孔进行径向定位；通过调整卡圈进而调节铁心的行程；定矩环主要用于调整衔铁的余隙；

所述中间块安装于喷油器体的下端，中间块上部中孔偏置设计，用于安装控制阀；中间块下部为偏置式节流孔，节流孔上端采用大锥面；控制阀的上端为平面，与液压伺服机构铁心的下平面相作用，控制阀下端为球面，与偏置式节流孔的大锥面相配合，实现高压燃油的密封；中间块上设有倾斜的高压油道，将喷油器体的高压油道与针阀体内腔连通；

所述针阀组件安装于中间块下部，针阀组件包括针阀体、套筒、针阀、弹簧及卡式弹簧座；针阀体中孔上部采用大尺寸设计，用以安装套筒、弹簧和卡式弹簧座；针阀顶部采用大锥面设计，其顶部为控制腔；顶部锥面设有进油节流孔，针阀上部设有环槽，与锥面进油节流孔连通；套筒安装于针阀上部，其上设有径向油孔，将针阀顶部控制腔与针阀体内腔相连通，便于实现节油功能；针阀中部设有一段小圆柱，用于安装卡式弹簧盘；弹簧安装于套筒和卡式弹簧盘之间，向上压紧套筒，向下压紧针阀；针阀的下部导向段外圆设有螺旋槽，将针阀偶件上部高压腔和下部高压腔连通。

2.根据权利要求1所述的电控喷油器，其特征是：所述喷油器体的高压进油孔位于喷油器顶部，采用轴向进油；低压回油孔位于喷油器的上部，采用径向回油；高速电磁阀的电缆线穿线孔位于电磁阀安装孔顶部，缆线从电磁阀安装孔轴向进入，中上部斜向引出；安装肩胛位于喷油器体的中部，穿线孔出口之下，用于喷油器的安装压紧。

3.根据权利要求1所述的电控喷油器，其特征是：所述卡式弹簧座中部径向采用开口槽，用于卡式弹簧座的装配；卡式弹簧座上部采用沉孔设计，用于安装弹簧，同时还具有与弹簧相互径向定位的作用，防止卡式弹簧座在开口槽方向的径向位移。

4.根据权利要求1所述的电控喷油器，其特征是：所述针阀顶部采用170°大锥面设计。

5.根据权利要求1所述的电控喷油器，其特征是：高速电磁阀使用调节垫片进行压紧力调整，以补偿零件累计误差。