CN105065163B - 旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器 - Google Patents

Abstract

旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，采用伺服电机与端面凸轮的组合，伺服电机与端面凸轮采用一体化结构，端面凸轮底面为呈周期性变化的曲面并设有圆形滚动体轨道，端面凸轮下部和凸轮从动子配合，凸轮从动子下端设计成锥阀结构，伺服电机拖动端面凸轮高速旋转使锥阀周期性开启与闭合，实现燃油的喷射功能，本发明所采用的伺服电机与端面凸轮一体化结构，放置于喷油器外壳内部，避免了工作环境带来的污染，提高了喷油器的使用寿命；凸轮从动子下端设计成锥阀可以简化结构，提高密封性，减少燃油泄漏引起的功率损耗。

Description

旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器

技术领域

本发明涉及内燃机燃油喷射系统技术领域，具体涉及旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器。

背景技术

笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。为了使负荷调节更加精确，产生了共轨技术。共轨技术是指高压油泵、压力传感器和电控单元组成的闭环系统，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程。喷油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间的长短，及喷油嘴液体流动特性。共轨不但保持了燃油压力，还消除了压力波动，压力从200～2000bar弹性调节，最小喷射量可控制在0.5mm³，减小了烟度和NO_X的排放。

高压共轨式燃油喷射系统是目前柴油机广泛采用的燃油喷射系统，它通过高压油泵将燃油输送到高压共轨管内，并将喷油器连接到共轨管上，利用安装在发动机上的电子控制单元控制喷油器上的高速开关阀动作，进而实现燃油按照一定规律喷射的功能。利用伺服电机与端面凸轮的组合可以代替以电磁铁作为驱动元件的高速开关阀，实现高压共轨喷油器的燃油喷射功能。然而柴油机的工作环境恶劣，将伺服电机直接暴露于恶劣的工作环境下极易导致伺服电机出现故障，使喷油器无法正常工作；另外，球阀的密封性稍差，凸轮从动子下端安装球阀控制高速开关的动作易造成燃油的泄漏量大，进而增大了喷油器的功率损耗。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，实现喷油器的高速开关喷油功能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，包括喷油器主体15，喷油器主体15的上端连接有锥阀阀座14，锥阀阀座14和凸轮从动子10下部锥阀配合，凸轮从动子10上部和端面凸轮8下部曲面配合，端面凸轮8和伺服电机4采用一体化结构设计，端面凸轮8和伺服电机4的内侧转子固定连接，端面凸轮8与伺服电机4的一体式结构安装在喷油器开关阀外壳1内，端面凸轮8中部的通孔作为燃油出口18，直接与喷油器外部的回油管连通；

所述的喷油器主体15内部设有圆柱形空腔，针阀阀芯上部19安装在该空腔内，针阀阀芯上部19插入到锥阀阀座14下部中，但未顶到锥阀阀座14下部的顶端，与锥阀阀座14下部顶端之间形成的空腔称为控制腔17，喷油器主体15的一侧设有燃油入口16，燃油入口16通过流道与控制腔17连通，多余的燃油通过燃油出口18流回油箱，喷油器主体15下部与喷油器喷嘴23连接，喷油器喷嘴23内部开有喷嘴内腔24，燃油入口16与喷嘴内腔24通过喷油器主体15内部的流道连通，针阀阀芯下部22插入到喷油器喷嘴23中，针阀阀芯下部22与针阀阀芯上部19通过针阀阀芯连接套筒21连接，针阀阀芯弹簧20一端顶在针阀阀芯连接套筒21上，另一端顶在喷油器主体15内部空腔的凸台上，针阀阀芯上部19和针阀阀芯下部22共同连接构成针阀阀芯。

所述的端面凸轮8底面为呈周期性变化的曲面，曲面的轮廓为四个幅值频率相位均相等的正弦曲线，曲面上开有圆形滚动体轨道，凸轮从动子10上端每90°间隔有一个圆柱台，柱台顶部开有球槽，从动子钢球11下部嵌入到球槽中，从动子钢球11上部在从动子弹簧12的弹力作用下被压在端面凸轮8底面的圆形滚动体轨道内，凸轮从动子10外圆两侧的喷油器开关阀外壳1与凸轮从动子10对应的位置上均开有键槽，防转平键9安装在该键槽中，凸轮从动子10下部锥阀为中空结构且在圆周方向按90°均布4个通孔，凸轮从动子10下部锥阀离开锥阀阀座14时，燃油通过4个通孔流向燃油出口18，并最终通过喷油器外部回油管流回油箱。

所述的伺服电机4的定子是外侧圆环，转子是内侧圆环，内侧圆环的内圆面上开有两道键槽，平键5安装在伺服电机4的键槽内部，伺服电机4套在端面凸轮8的外圆面上，端面凸轮8的外圆上开有两道键槽，伺服电机4与端面凸轮8通过键连接方式连接，伺服电机4的转子拖动端面凸轮8转动。

本发明的优点在于：

(1)柴油机高压共轨喷油器的工作环境恶劣，采用伺服电机4与端面凸轮8一体化结构，可以很好地隔离并保护伺服电机4与端面凸轮8，使其免受工作环境带来的污染，提高了喷油器的使用寿命。

(2)将凸轮从动子10下端设计成锥阀，简化了喷油器的结构，增强了喷油器的密封性，减小了燃油泄漏所带来的功率损耗。

(3)端面凸轮8中部加工成通孔，并将该通孔作为燃油出口18，直接与喷油器外部的回油管连通，省去了喷油器主体15内部回油油路的加工，降低了加工成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明伺服电机与端面凸轮一体化结构的示意图。

图3为本发明凸轮从动子下端锥阀关闭时的结构示意图。

图4为本发明凸轮从动子下端锥阀打开时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，包括喷油器主体15，喷油器主体15的上端连接有锥阀阀座14，锥阀阀座14和凸轮从动子10下部锥阀配合，锥阀阀座14外部套有密封圈13，密封圈13与喷油器开关阀外壳1配合并构成密封，凸轮从动子10上部和端面凸轮8下部曲面配合，端面凸轮8和伺服电机4采用一体化结构设计，端面凸轮8和伺服电机4的内侧转子固定连接，端面凸轮8与伺服电机4的一体式结构安装在喷油器开关阀外壳1内，电机顶部轴承2外圆紧贴喷油器开关阀外壳1的内圆，电机顶部套筒3安装在电机顶部轴承2与伺服电机4之间，将伺服电机4与电机顶部轴承2隔开，电机底部套筒6同样将电机底部轴承7与伺服电机4隔开，端面凸轮8中部的通孔作为燃油出口18，直接与喷油器外部的回油管连通。

所述的喷油器主体15内部设有圆柱形空腔，针阀阀芯上部19安装在该空腔内，针阀阀芯上部19插入到锥阀阀座14下部中，但未顶到锥阀阀座14下部的顶端，与锥阀阀座14下部顶端之间形成的空腔称为控制腔17，喷油器主体15的一侧设有燃油入口16，燃油入口16通过流道与控制腔17连通，多余的燃油通过燃油出口18流回油箱，喷油器主体15下部与喷油器喷嘴23连接，喷油器喷嘴23内部开有喷嘴内腔24，燃油入口16与喷嘴内腔24通过喷油器主体15内部的流道连通，针阀阀芯下部22插入到喷油器喷嘴23中，控制喷油器喷嘴23的开启与闭合，针阀阀芯下部22的上部与针阀阀芯上部19的下部同时插入到针阀阀芯连接套筒21中实现连接，针阀阀芯弹簧20一端顶在针阀阀芯连接套筒21上，另一端顶在喷油器主体15内部空腔的凸台上，针阀阀阀芯上部19和针阀阀芯下部22共同连接构成针阀阀芯，喷油器工作时靠控制腔17内部压力的变化推动整个针阀阀芯做上下方向的直线运动。

所述的端面凸轮8底面为呈周期性变化的曲面，曲面的轮廓为四个幅值频率相位均相等的正弦曲线，曲面上开有圆形滚动体轨道，凸轮从动子10上端每90°间隔有一个圆柱台，柱台顶部开有球槽，从动子钢球11下部嵌入到球槽中，从动子钢球11上部在从动子弹簧12的弹力作用下被压在端面凸轮8底面的圆形滚动体轨道内，当端面凸轮8旋转时，从动子钢球11在端面凸轮8下端面的滚动体轨道内滚动，凸轮从动子10外圆两侧的喷油器开关阀外壳1与凸轮从动子10对应的位置上均开有键槽，防转平键9安装在该键槽中，在防转平键9的限制下，凸轮从动子10只能做上下方向的直线运动，凸轮从动子10下部锥阀为中空结构且在圆周方向按90°均布4个通孔，凸轮从动子10下部锥阀离开锥阀阀座14时，燃油通过4个通孔流向燃油出口18，并最终通过喷油器外部回油管流回油箱。

如图2所示，伺服电机4与端面凸轮8采用一体化结构设计，伺服电机4的定子是外侧圆环，转子是内侧圆环，内侧圆环的内圆面上开有两道键槽，平键5安装在伺服电机4的键槽内部，伺服电机4套在端面凸轮8的外圆面上，端面凸轮8的外圆上开有两道键槽，伺服电机4与端面凸轮8通过键连接方式连接，伺服电机4的转子可以拖动端面凸轮8转动。

本发明的工作原理为：如图3所示，凸轮从动子10下部锥阀还未打开，喷油器处于初始位置状态，此时从动子钢球11位于端面凸轮8曲面的最高点，从动子弹簧12的压缩量达到最大，当端面凸轮8旋转时，从动子钢球11在端面凸轮8的圆形滚动体轨道内滚动，同时在从动子弹簧12的弹力作用与防转平键9的限制下，凸轮从动子10向上做直线运动，凸轮从动子10下部锥阀开始离开锥阀阀座14，当从动子钢球11运动到端面凸轮8曲面上的最低点时，凸轮从动子10下部锥阀与锥阀阀座14之间的开口达到最大，如图4所示，此时凸轮从动子10下部锥阀处于完全打开状态，燃油通过凸轮从动子10下部锥阀上的4个通孔流向燃油出口18，并最终通过喷油器外部回油管流回油箱。

如图1所示，由于凸轮从动子10下部锥阀做周期性的开启与闭合，导致控制腔17内部压力同样周期性的减小与增大，在控制腔17内部压力的作用下，喷油器主体15内部圆柱形空腔内的针阀阀芯会随着控制腔17内部压力的变化做周期性的直线运动，当控制腔17内部压力减小时，针阀阀芯被顶起，喷油器喷嘴23打开，喷油器执行喷油动作，当控制腔17内部压力增大时，针阀阀芯被压下，喷油器喷嘴23关闭，喷油器不喷油，回到初始位置状态，端面凸轮8每旋转90°喷油器完成一次喷油，旋转一周则喷油器完成4次喷油。

Claims (3)

1.旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，包括喷油器主体(15)，喷油器主体(15)的上端连接有锥阀阀座(14)，所述的喷油器主体(15)内部设有圆柱形空腔，针阀阀芯上部(19)安装在该空腔内，针阀阀芯上部(19)插入到锥阀阀座(14)下部中，但未顶到锥阀阀座(14)下部的顶端，与锥阀阀座(14)下部顶端之间形成的空腔称为控制腔(17)，喷油器主体(15)的一侧设有燃油入口(16)，燃油入口(16)通过流道与控制腔(17)连通，多余的燃油通过燃油出口(18)流回油箱，喷油器主体(15)下部与喷油器喷嘴(23)连接，喷油器喷嘴(23)内部开有喷嘴内腔(24)，针阀阀芯下部(22)插入到喷油器喷嘴(23)中，针阀阀芯上部(19)和针阀阀芯下部(22)共同连接构成针阀阀芯，其特征在于：锥阀阀座(14)和凸轮从动子(10)下部锥阀配合，凸轮从动子(10)上部和端面凸轮(8)下部曲面配合，端面凸轮(8)和伺服电机(4)采用一体化结构设计，端面凸轮(8)和伺服电机(4)的内侧转子固定连接，端面凸轮(8)与伺服电机(4)的一体式结构安装在喷油器开关阀外壳(1)内，端面凸轮(8)中部的通孔作为燃油出口(18)，直接与喷油器外部的回油管连通；

燃油入口(16)与喷嘴内腔(24)通过喷油器主体(15)内部的流道连通，针阀阀芯下部(22)与针阀阀芯上部(19)通过针阀阀芯连接套筒(21)连接，针阀阀芯弹簧(20)一端顶在针阀阀芯连接套筒(21)上，另一端顶在喷油器主体(15)内部空腔的凸台上。

2.根据权利要求1所述的旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，其特征在于：所述的端面凸轮(8)底面为呈周期性变化的曲面，曲面的轮廓为四个幅值频率相位均相等的正弦曲线，曲面上开有圆形滚动体轨道，凸轮从动子(10)上端每90°间隔有一个圆柱台，柱台顶部开有球槽，从动子钢球(11)下部嵌入到球槽中，从动子钢球(11)上部在从动子弹簧(12)的弹力作用下被压在端面凸轮(8)底面的圆形滚动体轨道内，凸轮从动子(10)外圆两侧的喷油器开关阀外壳(1)与凸轮从动子(10)对应的位置上均开有键槽，防转平键(9)安装在该键槽中，凸轮从动子(10)下部锥阀为中空结构且在圆周方向按90°均布4个通孔，凸轮从动子(10)下部锥阀离开锥阀阀座(14)时，燃油通过4个通孔流向燃油出口(18)，并最终通过喷油器外部回油管流回油箱。

3.根据权利要求1所述的旋转伺服电机与端面凸轮一体化的高压共轨喷油器，其特征在于：所述的伺服电机(4)的定子是外侧圆环，转子是内侧圆环，内侧圆环的内圆面上开有两道键槽，平键(5)安装在伺服电机(4)的键槽内部，伺服电机(4)套在端面凸轮(8)的外圆面上，端面凸轮(8)的外圆上开有两道键槽，伺服电机(4)与端面凸轮(8)通过键连接方式连接，伺服电机(4)的转子拖动端面凸轮(8)转动。