CN104847553A - 可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，包括轨管和常规喷油器，其特征在于：还包括增压装置，增压室体内腔包括大径内腔和小径内腔；增压活塞的大径柱形塞体密封装配于大径内腔中，增压活塞的小径柱形塞体密封装配于小径内腔中；大径内腔中的大径柱形塞体上方的空间构成压缩室，压缩室通过第一油管与轨管相连通；大径内腔中的大径柱形塞体下方的空间构成差压室，差压室通过第二油管与喷油器的控制腔连通，回位弹簧设置在差压室内，回位弹簧一端连接增压活塞的大径柱形塞体，另一端连接增压室体；小径内腔中的小径柱形塞体下方的空间构成高压室，高压室通过第三油管与油嘴盛油槽连通。本发明基本不增加喷油器结构复杂度，实现喷油器内部增压、喷油速率优化可调。

Description

可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器

技术领域

本发明涉及一种喷油器，具体地说是一种可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，属于内燃机特别是高压共轨燃油系统技术领域。

背景技术

喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，其用于内燃机的高压共轨燃油系统中，喷油器接受ECU送来的喷油脉冲信号，精确的控制燃油喷射量。对于用在高压共轨燃油系统中的喷油器来说，其喷油速率的优化及喷射压力的增大对喷油器的性能影响至关重要。

在CN1158460C（申请号CN1158460C）公开了一种将压力放大器与喷油器集成在一起的技术方案，该压力放大器由执行元件通过控制阀操纵，可以将初级压力放大。所用的控制阀是一个二位二通阀和一个第二阀。上述专利的缺点是，由于压力放大器设置在喷油器内，放大器中的增压柱塞的外径和截面积之比都受到喷油器直径的限制，难于满足将最大压力提高到2000bar的要求。

在德国专利DE10059124（US2002/0092502A1）中，公开了一种增压阀经一个二位二通阀连接蓄压器的技术方案，其中增压阀与喷油器不在一起，因此增压活塞的外径和增压活塞与增压柱塞的面积比都不受喷油器直径的限制。

在德国专利DE10335340A1（同族CN1833102A）的专利文献中，公开了具有一个组合的增压器的燃料喷射器。该增压器包括一个在燃料喷射器壳体中导行的压力变换活塞，该压力变换活塞作用在一个压缩室、一个差压室以及一个高压室上。借助第一控制阀控制喷嘴针后部的控制室及控制容积被导出到一个低压回流系统中。第二控制阀使增压器的差压室也与该低压回流系统连接。通过差压室中的压力变化，压力变换活塞压入压缩室及在那里使燃料压缩，由此使燃料经受压力的升高，升高的压力作用传递到喷嘴针的一个压力肩上，以致作用在压力肩上的被变换的高压将喷嘴针从喷嘴针座上抬起及使具有高于系统压力的燃料压力的燃料喷射到内燃机的燃烧室中。但该专利技术存在的问题是，阀活塞由于结构所限（需要大的结构空间来保证阀精准运动所需的大弹簧力），很难实现既精准又快速的闭合运动。

在中国专利CN101583791中，提出一种用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的燃料喷射器，其具有一壳体，在该壳体中设有：喷射阀元件、增压装置、第一控制阀及第二控制阀，其中，该第一控制阀控制喷嘴针的一控制室，该第二控制阀控制增压装置的一差压室。与前述专利相同之处，它也是使用双控制阀实现喷射器的增压工作，同样存在上述缺点。

总的来说，现有的优化喷油速率和增大喷射压力的技术方案均需要配置两个各具有可相互无关启动的致动器的阀，以保证灵活的喷射曲线造型。在共轨系统工作中需要实现喷油速率的优化，目前主要通过在喷油器油嘴端设置增压装置及电磁阀来实现。通过在喷油器的喷射端（油嘴）增加一个电磁阀，通过对电磁阀的开关控制实现对喷油增压功能的控制。当增压时，喷油速率可在原先基础上达到更高的喷油速率。这当中，最为成熟的当属BOSCH增压式共轨喷油器，它通过增压活塞实现工作压力的放大，这种由几何尺寸所决定的固定不变的压力放大器放大倍数与共轨系统原理所形成的可自由选择的系统压力相结合，使得增压后的压力能够覆盖发动机特性曲线中从最低压力到最高压力的整个压力范围。因此，根据所设定的目标，能够通过选择恰当的放大倍数在喷油压力和液力效率之间达到尽可能最好的折中。该喷油器中，喷油控制与压力放大控制功能块分开，使得有可能实现喷油特性曲线的柔性设计，不仅能在无增压喷射和增压喷射之间进行选择，而且能够与喷射始点无关地控制压力放大的开始时刻，从而能够获得“靴形”、“斜坡形”和“矩形”喷油特性曲线，并与多次喷射能力相结合，为发动机开发者提供了燃烧技术向更低的燃油消耗、更少的排放和更高的升功率进一步优化的可能性。

但是，上述的技术方案存在的问题在于：除了需要增加压力放大模块外，还需要在喷油嘴单独开发和集成一个控制模块，通过对电磁阀的控制来实现喷油器增压状态的切换，这就对控制系统提出较高的要求，同时新增的电磁阀部件也增加了喷油器的生产制造成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，其结构设计巧妙合理，基本不增加共轨喷油器的结构复杂度，完全可以与常规喷油器一样，应用于现代内燃机较小的目标安装空间中，实现喷油器内部增压、喷油速率优化可调。

按照本发明提供的技术方案：可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，包括轨管和常规的喷油器，轨管通过高压油管和喷油器内部油道与喷油器的控制腔直接连通，喷油器的控制腔与喷油器喷射端的油嘴盛油槽通过内部油道连通，内部油道上安装有单向阀，所述单向阀使油只能从控制腔向油嘴盛油槽单向流通；其特征在于：还包括增压装置，所述增压装置包括增压室体、增压活塞和回位弹簧，所述增压室体的内腔为T形，增压室体内腔包括大径内腔和小径内腔；所述增压活塞设置于增压室体的内腔中，增压活塞也为T形，增压活塞包括一体连接的大径柱形塞体和小径柱形塞体，大径柱形塞体密封装配于大径内腔中，小径柱形塞体密封装配于小径内腔中；所述大径内腔中的大径柱形塞体上方的空间构成压缩室，所述压缩室通过第一油管与轨管相连通；所述大径内腔中的大径柱形塞体下方的空间构成差压室，差压室通过第二油管与喷油器的控制腔连通，所述回位弹簧设置在差压室内，回位弹簧一端连接增压活塞的大径柱形塞体，回位弹簧另一端连接增压室体；所述小径内腔中的小径柱形塞体下方的空间构成高压室，所述高压室通过第三油管与喷油器喷射端的油嘴盛油槽连通。

作为本发明的进一步改进，所述增压室体一体设置在喷射器基体上。

作为本发明的进一步改进，所述增压活塞上大径柱形塞体和小径柱形塞体的截面积之比（1.5~3）：1。

作为本发明的进一步改进，所述增压活塞上大径柱形塞体和小径柱形塞体的截面积之比为2：1。

作为本发明的进一步改进，所述喷油器内部油道中设置一限制流体单向流动的节流装置。

作为本发明的进一步改进，所述节流装置采用单向节流阀。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明在采用常规喷油器结构基础上，仅通过增设一个增压装置，对增压装置内部的结构参数、回位弹簧预紧力等参数进行匹配设计，即可实现喷油速率形状的灵活可控，不仅在结构布置上避免现有技术中需增设控制阀用于控制喷嘴针的后部的繁琐，基本不增加共轨喷油器的结构复杂度，完全可以与常规喷油器一样，应用于现代内燃机较小的目标安装空间中，实现喷油器内部增压、喷油速率优化可调，同时也极大地省去了由于控制模块的增加而所需的控制策略改变的工作，以最经济的方式实现了喷油速率的优化。

附图说明

图1为本发明实施例的结构原理示意简图。

图2为本发明在增压装置不介入和介入情况下的喷油速率对比示意图。

图3为本发明实施例的喷油器模型图。

图4为增压装置不介入和介入情况下的喷油器针阀升程对比示意图。

图5为增压装置不介入和介入情况下的喷油器喷油规律对比示意图。

图6为喷油器增压装置增压行程对应的针阀升程对比示意图。

图7为喷油器增压装置不同增压行程对应的喷油规律对比示意图。

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：实施例中的可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器主要由轨管1、常规的喷油器和增压装置组成。

如图1所示，轨管1通过高压油管2和喷油器内部油道4与喷油器的控制腔3直接连通，喷油器的控制腔3与喷油器喷射端的油嘴盛油槽6通过内部油道4连通，内部油道4上安装有单向阀5，所述单向阀5使油只能从控制腔3向油嘴盛油槽6单向流通；所述增压装置包括增压室体8、增压活塞10和回位弹簧11，所述增压室体8的内腔为T形，增压室体8内腔包括大径内腔和小径内腔；所述增压活塞10设置于增压室体8的内腔中，增压活塞10也为T形，增压活塞10包括一体连接的大径柱形塞体10a和小径柱形塞体10b，大径柱形塞体10a密封装配于大径内腔中，小径柱形塞体10b密封装配于小径内腔中；所述大径内腔中的大径柱形塞体10a上方的空间构成压缩室9，所述压缩室9通过第一油管7与轨管1相连通；所述大径内腔中的大径柱形塞体10a下方的空间构成差压室12，差压室12通过第二油管14与喷油器的控制腔3连通，所述回位弹簧11设置在差压室12内，回位弹簧11一端连接增压活塞10的大径柱形塞体10a，回位弹簧11另一端连接增压室体8；所述小径内腔中的小径柱形塞体10b下方的空间构成高压室13，所述高压室13通过第三油管15与喷油器喷射端的油嘴盛油槽6连通。

如图1所示，本发明实施例中，所述增压室体8一体设置在喷射器基体上。所述喷油器内部油道4中设置一限制流体单向流动的节流装置，所述节流装置采用常规的市售节流阀。

本发明的工作过程和工作原理如下：

当喷油器的电磁铁16处于非通电状态时，轨管1内的高压油经高压油管2和喷油器内部油道4分别流至喷油器的控制腔3以及喷油器喷射端的油嘴盛油槽6，经第一油管7流至增压装置的压缩室9，流至控制腔3的高压油再经第二油管14流至增压装置的差压室12，流至油嘴盛油槽6的高压油再经第三油管15流至增压装置的高压室13；并且由于差压室12内设置有回位弹簧11，依靠回位弹簧11的预紧力作用，此时增压装置内的压缩室9、差压室12和高压室13均处于相同的压力下，增压装置内的增压活塞10处于静止平衡位置，增压装置未发挥增压作用。

当喷油器的电磁铁16通电后，电磁铁16产生吸力，使衔铁17上行，低压油道18打开，控制腔3中的高压油经过低压油道18流出，则使得控制腔3内的高压力得到一定程度的快速释放，喷油器内部的运动件包括控制活塞、顶杆和针阀由于其下部受力大于控制腔3往下的液力传递力，下部的喷射装置则开始常规的喷射。同时由于差压室12与控制腔3之间是连通的，在低压油道18打开时，差压室12内的高压油也有一定程度的缓慢释放，此时差压室12内的压力降低，当降低到一定数值时，就打破了增压装置的内部平衡状态，此时增压装置内的增压活塞10的上下表面所受的压力差逐渐增加，并克服回位弹簧11的预紧力，将增压活塞10朝高压室13容积减小的方向进行推进，同时高压室13内的经过压缩加压的燃油经过第三油管15流向喷油器喷射端的油嘴盛油槽6，这时经过加压的高压燃油就介入到上述的常规喷射中，从而实现喷射压力的提高，带来喷油速率增加的有益效果（如图2所示）。

当喷油器的电磁铁16断电后，电磁铁16吸力消失，低压油道18重新处于关闭状态，轨管1继续向喷油器的控制腔3、喷油器喷射端的油嘴盛油槽6和增压装置的压缩室9进行充油，从而使增压装置的差压室12和高压室13得到继续充油；此时喷油器内部各处以及增压装置内部各室之间均会逐渐建立起系统工作压力，喷油器的常规部分也将因为控制腔3内压力的建立而使得喷油器喷射装置向关闭的方向运动，并直至完全关闭；同时增压装置的各室均建立了系统压力，再次满足了增压活塞10的平衡条件。

本发明中，可以通过对喷油器控制腔3容积、进出油节流孔流量的参数进行优化，使控制腔3泄压的速率大幅度提高。可以通过对增压活塞10大径柱形塞体10a和小径柱形塞体10b的截面积之比进行设计，截面积之比（1.5~3）：1，优选为2：1，实现增压装置的增压参数调节。

对采用上述设计的喷油器进行模拟计算，显示本发明具有明显的效果，具体结果如3~图7所示。

从模拟计算结果可以看出，采用本发明设计的喷油器与常规的未增压的喷油器相比，可以在一定程度上实现发动机所需的“靴形”喷油速率。

Claims (6)

1.可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，包括轨管（1）和常规的喷油器，轨管（1）通过高压油管（2）和喷油器内部油道（4）与喷油器的控制腔（3）直接连通，喷油器的控制腔（3）与喷油器喷射端的油嘴盛油槽（6）通过内部油道（4）连通，内部油道（4）上安装有单向阀（5），所述单向阀（5）使油只能从控制腔（3）向油嘴盛油槽（6）单向流通；其特征在于：还包括增压装置，所述增压装置包括增压室体（8）、增压活塞（10）和回位弹簧（11），所述增压室体（8）的内腔为T形，增压室体（8）内腔包括大径内腔和小径内腔；所述增压活塞（10）设置于增压室体（8）的内腔中，增压活塞（10）也为T形，增压活塞（10）包括一体连接的大径柱形塞体（10a）和小径柱形塞体（10b），大径柱形塞体（10a）密封装配于大径内腔中，小径柱形塞体（10b）密封装配于小径内腔中；所述大径内腔中的大径柱形塞体（10a）上方的空间构成压缩室（9），所述压缩室（9）通过第一油管（7）与轨管（1）相连通；所述大径内腔中的大径柱形塞体（10a）下方的空间构成差压室（12），差压室（12）通过第二油管（14）与喷油器的控制腔（3）连通，所述回位弹簧（11）设置在差压室（12）内，回位弹簧（11）一端连接增压活塞（10）的大径柱形塞体（10a），回位弹簧（11）另一端连接增压室体（8）；所述小径内腔中的小径柱形塞体（10b）下方的空间构成高压室（13），所述高压室（13）通过第三油管（15）与喷油器喷射端的油嘴盛油槽（6）连通。

2.如权利要求1所述的可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，其特征在于：所述增压室体（8）一体设置在喷射器基体上。

3.如权利要求1所述的可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，其特征在于：所述增压活塞（10）上大径柱形塞体（10a）和小径柱形塞体（10b）的截面积之比（1.5~3）：1。

4.如权利要求1所述的可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，其特征在于：所述增压活塞（10）上大径柱形塞体（10a）和小径柱形塞体（10b）的截面积之比为2：1。

5.如权利要求1所述的可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，其特征在于：所述喷油器内部油道（4）中设置一限制流体单向流动的节流装置。

6.如权利要求5所述的可优化喷油速率且可增压式共轨喷油器，其特征在于：所述节流装置采用单向节流阀。