CN106762278B - 一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，包括喷油器头、喷油器体、限流阀组件、电磁阀组件、针阀限位套、喷嘴、针阀体。喷油器体内开有蓄压腔，同主进油孔和限流阀组件相连通，保证大喷油量条件下，各缸喷油过程的稳定。限流阀组件放置在蓄压腔下方，阻止了不正常喷油的持续进行。限流阀组件底部加工有谐振通孔和谐振节流孔，利用波的叠加原理减小了通过限流阀组件的燃油的波动。控制腔内部安置有控制滑块，并同中间块接触，起到减缓喷射初期的喷油速率和加快针阀落座响应的作用。中间块内加工的液力反馈油路进一步加强了这一效果。喷油器内部无静态压力差，保证喷油器无静态泄漏的特点，提高了系统液压效率。

Description

一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器

技术领域

本发明涉及的是一种发动机喷油装置。

背景技术

为优化柴油机的燃油经济性和排放指标，当前市场上的柴油机电控喷油器开始采用高速电磁开关阀式控制，其具有系统响应快，控制精度高，具有灵活的控制策略和可靠的工作性能等优点。但随着燃油喷射压力的逐步提高，常规电控喷油器的缺点也显露出来。

首先，喷油器一方面要降低氮氧化物的排放，这就要求对喷油过程的瞬时喷油速率进行控制，降低喷射初期的喷油速率。另一方面，喷射过程结束时，喷油器必须迅速断油，即针阀落座响应要快，以降低颗粒物的形成量。即喷油器要形成“先缓后急”的喷油速率时间历程曲线。但常规电控喷油器很难实现这一点。其次，目前国内电控喷油器大多采用两位两通高速电磁阀来控制喷油过程，其两位两通阀在喷油过程中始终处于开启的状态，高低压油路的连通使得动态回油量较大，造成能量损失。同时，进出油阻尼孔的孔径的限制和动态回油量的存在也使得针阀快速落座响应很难实现。此外，喷油器快速启闭产生的水击压力波动会使得喷油过程不稳定，尤其在大油量喷射时，高压共轨的燃油压力的波动会引起各缸喷射过程的不一致。

发明内容

本发明的目的在于提供带液力反馈油路和谐振结构、具有微动态回油和无静态泄漏功能、能实现“先缓后急”的喷油速率时间历程曲线的一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，其特征是：包括喷油器头、喷油器体、限流阀组件、电磁阀组件、针阀组件、下行高压油路，喷油器头安装在喷油器体上方，喷油器头内部设置主进油孔，喷油器体内部设置蓄压腔，主进油孔与蓄压腔相通，限流阀组件设置在蓄压腔里，喷油器体下端依次安装电磁阀组件、针阀组件，紧帽位于电磁阀组件、针阀组件外部，紧帽的上端通过螺纹连接的方式与喷油器体下端部相连；

所述限流阀组件包括限位弹簧座、限流活塞、球阀复位弹簧座、支撑滑块，限位弹簧座、限流活塞、球阀复位弹簧座自上而下布置，限位弹簧座与限流活塞之间安装阻尼弹簧，支撑滑块安装在球阀复位弹簧座里，支撑滑块的上端与限流活塞之间设置球阀，支撑滑块的下端与其下方的球阀复位弹簧座之间安装球阀复位弹簧，限流活塞里设置活塞盲孔和限流孔，支撑滑块里设置轴向中心通孔，球阀复位弹簧座里设置谐振通孔和谐振节流孔，球阀复位弹簧座与其下方的喷油器体之间设置过渡油腔，活塞盲孔连通蓄压腔和限流孔，限流孔与轴向中心通孔在球阀的控制下连通或断开，谐振通孔和谐振节流孔均连通轴向中心通孔和过渡油腔；

所述电磁阀组件包括电磁铁、线圈、衔铁、平衡阀杆、阀座、中间块，电磁铁上缠绕线圈，电磁铁上方设置电磁阀复位弹簧座，电磁铁下方设置衔铁，衔铁与电磁阀复位弹簧座之间设置电磁阀复位弹簧，平衡阀杆位于阀座里，平衡阀杆上端部与衔铁固连，中间块设置在阀座下方，平衡阀杆的中部与阀座之间形成平衡阀杆上腔，平衡阀杆的下端部、阀座以及中间块之间形成油腔，阀座里设置进油阻尼孔，中间块里设置回油孔、中间油道、中间节流孔、液力反馈油道，进油阻尼孔连通平衡阀杆上腔，中间节流孔分别连通油腔和中间油道，液力反馈油道连通油腔，回油孔在平衡阀杆的控制下与中间油道和油箱连通或断开；

所述针阀组件包括针阀限位套、控制滑块、针阀体、喷嘴，针阀限位套位于喷嘴里，控制滑块位于针阀限位套里，针阀体的上部分位于针阀限位套里，针阀体的下部分位于喷嘴里，控制滑块与针阀体之间形成控制腔，控制腔里设置控制滑块复位弹簧，针阀体中部设置凸起部分，凸起部分与其上方的针阀限位套之间设置针阀复位弹簧，控制滑块的上端面设置中间腔，控制滑块里设置控制滑块通孔、旁通油路，控制滑块通孔分别连通中间腔和控制腔，旁通油路连通控制腔，针阀体与喷嘴之间形成盛油槽，喷嘴端部设置喷孔；

下行高压油路的上端连通过渡油腔，经喷油器体、阀座、中间块、喷嘴连通盛油槽，进油阻尼孔和液力反馈油道分别连通下行高压油路。

本发明还可以包括：

1、喷孔喷油时，过渡油腔的燃油压力下降，限流活塞、球阀、支撑滑块整体向下位移，且球阀未落座在球阀复位弹簧座上，限流孔与轴向中心通孔相通；当喷孔流出的燃油质量超过阈值时，限流活塞压紧球阀并使其落座于球阀复位弹簧座，限流孔与轴向中心通孔断开；喷孔停止喷油时，在球阀复位弹簧的作用下，限流活塞、球阀和支撑滑块整体恢复到初始位置。

2、线圈通电时，平衡阀杆向上运动，平衡阀杆上腔与油腔为断开状态，回油孔与油箱为连通状态，控制腔内的燃油通过中间油道、中间节流孔和回油孔回油至油箱，针阀体向上抬起，喷孔开启喷油；线圈断电后，平衡阀杆在电磁阀复位弹簧的作用向下运动，被压在中间块上端面上，平衡阀杆上腔与油腔连通，回油孔与油箱断开，同时下行高压油路里的燃油一方面经进油阻尼孔、平衡阀杆上腔、油腔、中间节流孔、中间油道、中间腔进入控制腔，另一方面经液力反馈油道、油腔、中间油道、中间腔进入控制腔。

3、喷孔停止喷油时，控制滑块上端面燃油压力高于其下端面，控制滑块克服控制滑块复位弹簧的弹簧预紧力向下位移，旁通油路打开，随着燃油进入控制腔，控制滑块在控制滑块复位弹簧的作用力下，回到初始位置。

4、谐振节流孔中部的直径小于其两端的直径，且小于谐振通孔的直径，谐振节流孔与谐振通孔轴向的总长度一致。

本发明的优势在于：本发明采用了蓄压腔结构，在大喷油量的条件下，保证喷油器的喷油过程的持续进行不会对共轨燃油压力造成较大波动而导致其他喷油器喷油过程受到影响。本发明采用加工有谐振结构的限流阀组件，有效地减少了异常喷油状况的发生并降低了喷油过程中喷油器内的水击效应产生的燃油压力波，保证正常稳定的喷油过程。喷油器采用电磁阀控制平衡阀杆来调节回油油路的开关，提高了控制精度和灵活度，有效的改善了整个柴油机的排放，并提高了燃油的经济性。喷油器的平衡阀杆采用两位三通的形式，可实现锥面、平面的两路密封，减少动态回油量，实现微动态回油功能。控制腔内控制滑块的旁通油道能使得控制腔快速建压，提高了针阀响应特性。控制滑块节流孔和中间节流孔的设计保证了喷油器在初期能缓慢喷油，减少氮氧化物的形成。液力反馈油道进一步减缓初期喷油加快针阀落座。而喷油器内部无静态压力差，保证了喷油器能实现静态无泄漏的功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为限流阀组件示意图；

图3为电磁阀组件示意图；

图4为针阀组件示意图；

图5为A-A示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-5，本发明一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器主要结构包括喷油器头1、喷油器体11、限流阀组件3、电磁阀组件10、紧帽9、针阀组件5、喷嘴6。喷油器头1同喷油器体11通过螺纹进行配合连接，并用放置在喷油器体11上的密封圈12进行密封。喷油器头1上的主进油孔13同喷油器体11内的蓄压腔2连通。喷油器体11下方是电磁阀组件10、喷嘴6和针阀组件5，三者通过紧帽9装配连接。限流阀组件3放置在喷油器体11内部，其结构主要包括挡圈14、限位弹簧座27、阻尼弹簧15、限流活塞16、球阀25、支撑滑块18、球阀复位弹簧19、球阀复位弹簧座23。限流活塞16上加工了限流孔17以及活塞盲孔26，支撑滑块18加工有轴向中心通孔24，保证燃油能通往下方油路。球阀复位弹簧座23底部加工有两个谐振孔，分别为谐振节流孔22和谐振通孔20。喷油器体11的底部和喷嘴6的上部之间设置了电磁阀组件10，主要结构包括电磁阀复位弹簧28、电磁阀复位弹簧座41、线圈29、电磁铁40、衔铁39、阀座30、中间块36、平衡阀杆38。衔铁39和平衡阀杆38组合放置在阀座30内，并在阀座30内加工进油阻尼孔31。中间块36内加工有液力反馈油道33、回油孔34、中间油道35和中间节流孔37等。电磁阀组件10下方是针阀组件5，主要结构包括控制滑块48、针阀限位套46、控制滑块复位弹簧43、针阀体44、针阀复位弹簧45。控制滑块48置于控制腔47内，加工有控制滑块通孔49和旁通油道42。

图1为本发明喷油器的整体结构示意图。在喷油器头1上加工有主进油孔13，由高压油管输送的高压燃油通过主进油孔13进入喷油器内部。喷油器头1与喷油器体11通过螺纹线进行装配，两者之间有密封圈12进行密封。主进油孔13和蓄压腔2连通。处于蓄压腔2中的燃油会向下经过限流阀组件3。燃油从限流阀组件3流出后通过下行高压油路4进入控制腔47和盛油槽8。喷油器体11下部和针阀组件5之间装配有电磁阀组件10。电磁阀组件10内利用电磁力控制衔铁39和平衡阀杆38的抬起和落座。当平衡阀杆38的向上抬起时，回油孔34开启，控制腔47的燃油流经控制滑块通孔49、中间油道35和中间节流孔37，通过回油孔34泄去。控制腔47燃油压力下降，同盛油槽8形成燃油压差，使得针阀体44克服针阀复位弹簧45的弹簧预紧力而抬起，喷油开始。此时，针阀体44的限位是通过针阀限位套46来实现的。由于控制滑块通孔49和中间节流孔37的两段节流作用，中间油道35的燃油压力不会迅速下降，从而减缓了控制腔47的燃油压力的下降速度。喷油过程中，一直有高压燃油通过液力反馈油道33进入由阀座30和平衡阀杆38构成的油腔32，减缓了油腔32和控制腔47的泄油速率，使得控制腔47在喷油初期的压降进一步变小变缓，减小了氮氧化物的产生。当平衡阀杆38向下落座时，回油孔34关闭，燃油既会通过进油阻尼孔31，流经平衡阀杆38、中间节流孔37、中间油道35、控制滑块通孔49和旁通油道42进入控制腔47，也会通过液力反馈油道33进油使得控制腔47建立油压，针阀体44在针阀复位弹簧45的弹簧预紧力的作用下落座，喷油过程结束。同时，喷嘴6内放置有被针阀复位弹簧45压紧的针阀体44，如图5为针阀体44的截面A-A放大图。针阀体44的弧形面可以很好的起到导向作用。针阀组件5内部无静态压力差，保证喷油器的无静态泄漏的特性。针阀组件5和电磁阀组件10均放置在紧帽9内，再通过螺纹线和喷油器体11紧固。

图2为本发明限流阀组件部分结构示意图。限流阀组件3主要包括挡圈14、限位弹簧座27、阻尼弹簧15、限流活塞16、球阀25、支撑滑块18、球阀复位弹簧19、球阀复位弹簧座23等。整个限流阀组件3通过蓄压腔2安置在喷油器体11内部，并由挡圈14对其进行限位。限位弹簧座27和挡圈14配合，一方面作为阻尼弹簧15的弹簧座，另一方面对限流活塞16的最大位移起到限制作用。受阻尼弹簧15和球阀复位弹簧19的弹簧预紧力，球阀25同限流活塞16的下端面和支撑滑块18的上端面配合。球阀复位弹簧座23受球阀复位弹簧19的弹簧力，被压紧在底部，其上部变截面处是球阀25的落座面。燃油由蓄压腔2进入限流活塞16内的活塞盲孔26，再通过限流孔17进入支撑滑块18的轴向中心通孔24。由轴向中心通孔24流出的燃油经过谐振通孔20和谐振节流孔22进入过渡油腔21。设置加工谐振通孔20和谐振节流孔22使得通过两孔的燃油压力波的幅值降低。由于谐振节流孔22中有一段孔径较谐振通孔20更小，其节流效果更强烈，造成从两孔流过的燃油流速不同，使得原本同相位的燃油压力波产生相位差，两股燃油压力波叠加后相互抵消，压力波动进一步减小，两孔在轴向的总长度是相同的。下行高压油路4和过渡油腔21相连通并通往下方油路。当喷油器正常喷油时，喷孔7喷出燃油，过渡油腔21内的燃油压力下降。由于限流孔17对燃油的节流作用，限流活塞16内的活塞盲孔26和蓄压腔2内的燃油压力较大，同过渡油腔21形成压差，使得限流活塞16、球阀25和支撑滑块18向下位移，对喷油器喷射的燃油进行补偿，但不会使得球阀25落座在球阀复位弹簧座23上。喷油结束时，随着燃油流过限流孔17，限流活塞16上下压差逐渐减小，在球阀复位弹簧力的作用下，限流活塞16、球阀25和支撑滑块18回复至原位。当喷油器持续不断的喷射燃油，流出的燃油质量超过阈值，喷油器出现异常工作状态时，由于喷孔7喷射的燃油的流量大，流速快，使得限流活塞16的下方过渡油腔21的油压迅速下降，形成上下压差，导致限流活塞16压紧球阀25落座在球阀复位弹簧座23上，阻止燃油流通。由于缺乏燃油供给，喷油器停止工作，阻止了异常喷油的持续进行。

图3为本发明电磁阀组件部分结构示意图。电磁阀组件10主要包括电磁阀复位弹簧28、电磁阀复位弹簧座41、线圈29、电磁铁40、衔铁39、阀座30、中间块36、平衡阀杆38等。电磁阀复位弹簧座41、电磁阀复位弹簧28、线圈29和电磁铁40内置在喷油器体11内部，其中电磁阀复位弹簧座41通过螺纹紧固在电磁阀最顶端。电磁阀复位弹簧座41和衔铁39之间是电磁阀复位弹簧28。衔铁39和平衡阀杆38放置在处于喷油器体11下方的阀座30内部。在下方同阀座30结合的部件是中间块36。整个电磁阀采用的是两位三通阀的形式。当喷油器开始喷油时，电磁阀的线圈29通电，同电磁铁40和衔铁39形成磁回路，产生电磁力，吸引平衡阀杆38向上运动，打开处于中间块36的回油孔34，并堵住进油阻尼孔31。这时，控制腔47内的燃油通过中间油道35、中间节流孔37和回油孔34回油至油箱，控制腔47内油压下降，针阀体44上表面受压减小，与盛油槽8的燃油压力形成压差。针阀体44向上抬起，开启喷孔7喷油。当喷油器停止喷油时，由于衔铁39和平衡阀杆38紧密结合为一体，因而它们共同受到电磁阀复位弹簧28的弹簧预紧力而被压紧在中间块36上，并堵住了回油孔34。与此同时，平衡阀杆38开启了由进油阻尼孔31、中间节流孔37和中间油道35通往控制腔47的油路。

图4为本发明针阀组件部分结构示意图。针阀组件5主要包括控制滑块48、控制滑块复位弹簧43、针阀限位套46、针阀体44和针阀复位弹簧45。控制滑块48放置在控制腔47内部，由控制滑块复位弹簧43将其顶起并紧靠在中间块36的下端面。控制滑块48上加工有控制滑块通孔49和旁通油道42。当喷油开始时，由于中间块36上的中间节流孔37和控制滑块通孔49的两段节流作用，控制腔47内的燃油压力下降较正常喷油器缓慢，且通过液力反馈油道33的高压燃油的进入进一步加强了这一效果，达到减少氮氧化物排放的目的。当喷油结束时，由于控制滑块48上端面燃油压力高于下端面，控制滑块48会克服控制滑块复位弹簧43的弹簧预紧力向下位移，打开旁通油道42，使得控制腔47内的燃油压力迅速建立，提高了针阀落座响应。这时，液力反馈油道33成为另一路进油油道，也起到加速针阀落座的效果。随着燃油进入控制腔47，控制滑块48上下端面油压趋于一致。在控制滑块复位弹簧43的作用下，控制滑块48复位。

由上述工作过程可知，本发明一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器的喷油过程中，采用了两位三通阀的形式，大大减少了动态回油量，实现微动态回油功能。内置于控制腔47中的控制滑块48结构和中间块36内的液力反馈油道33，保证了喷射初期低的喷油速率和喷油结束能快速断油的的特点。整个喷油过程采用电磁阀控制，利用电磁力带动平衡阀杆38的运动，实现了对喷油过程响应速度快，控制精度高的要求。喷油器体11内置带有谐振结构的限流阀组件3，阻止了异常喷油状态的持续进行，减小了燃油压力波动，保证工作过程的稳定性。本发明在大油量喷射状态下，采用蓄压腔2能有效减小共轨压力波动，从而减少了各缸喷油过程的均匀性和稳定性下降现象的发生。

Claims (5)

1.一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，其特征是：包括喷油器头、喷油器体、限流阀组件、电磁阀组件、针阀组件、下行高压油路，喷油器头安装在喷油器体上方，喷油器头内部设置主进油孔，喷油器体内部设置蓄压腔，主进油孔与蓄压腔相通，限流阀组件设置在蓄压腔里，喷油器体下端依次安装电磁阀组件、针阀组件，紧帽位于电磁阀组件、针阀组件外部，紧帽的上端通过螺纹连接的方式与喷油器体下端部相连；

所述限流阀组件包括限位弹簧座、限流活塞、球阀复位弹簧座、支撑滑块，限位弹簧座、限流活塞、球阀复位弹簧座自上而下布置，限位弹簧座与限流活塞之间安装阻尼弹簧，支撑滑块安装在球阀复位弹簧座里，支撑滑块的上端与限流活塞之间设置球阀，支撑滑块的下端与其下方的球阀复位弹簧座之间安装球阀复位弹簧，限流活塞里设置活塞盲孔和限流孔，支撑滑块里设置轴向中心通孔，球阀复位弹簧座里设置谐振通孔和谐振节流孔，球阀复位弹簧座与其下方的喷油器体之间设置过渡油腔，活塞盲孔连通蓄压腔和限流孔，限流孔与轴向中心通孔在球阀的控制下连通或断开，谐振通孔和谐振节流孔均连通轴向中心通孔和过渡油腔；

所述电磁阀组件包括电磁铁、线圈、衔铁、平衡阀杆、阀座、中间块，电磁铁上缠绕线圈，电磁铁上方设置电磁阀复位弹簧座，电磁铁下方设置衔铁，衔铁与电磁阀复位弹簧座之间设置电磁阀复位弹簧，平衡阀杆位于阀座里，平衡阀杆上端部与衔铁固连，中间块设置在阀座下方，平衡阀杆的中部与阀座之间形成平衡阀杆上腔，平衡阀杆的下端部、阀座以及中间块之间形成油腔，阀座里设置进油阻尼孔，中间块里设置回油孔、中间油道、中间节流孔、液力反馈油道，进油阻尼孔连通平衡阀杆上腔，中间节流孔分别与油腔和中间油道直接连通，液力反馈油道与油腔直接连通，回油孔在平衡阀杆的控制下与中间油道和油箱连通或断开；

所述针阀组件包括针阀限位套、控制滑块、针阀体、喷嘴，针阀限位套位于喷嘴里，控制滑块位于针阀限位套里，针阀体的上部分位于针阀限位套里，针阀体的下部分位于喷嘴里，控制滑块与针阀体之间形成控制腔，控制腔里设置控制滑块复位弹簧，针阀体中部设置凸起部分，凸起部分与其上方的针阀限位套之间设置针阀复位弹簧，控制滑块的上端面设置中间腔，控制滑块里设置控制滑块通孔、旁通油路，控制滑块通孔分别连通中间腔和控制腔，旁通油路连通控制腔，针阀体与喷嘴之间形成盛油槽，喷嘴端部设置喷孔；

下行高压油路的上端连通过渡油腔，经喷油器体、阀座、中间块、喷嘴连通盛油槽，进油阻尼孔和液力反馈油道分别连通下行高压油路；

喷孔喷油时，过渡油腔的燃油压力下降，限流活塞、球阀、支撑滑块整体向下位移，且球阀未落座在球阀复位弹簧座上，限流孔与轴向中心通孔相通；当喷孔流出的燃油质量超过阈值时，限流活塞压紧球阀并使其落座于球阀复位弹簧座，限流孔与轴向中心通孔断开；喷孔停止喷油时，在球阀复位弹簧的作用下，限流活塞、球阀和支撑滑块整体恢复到初始位置。

2.根据权利要求1所述的一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，其特征是：线圈通电时，平衡阀杆向上运动，平衡阀杆上腔与油腔为断开状态，回油孔与油箱为连通状态，控制腔内的燃油通过中间油道、中间节流孔和回油孔回油至油箱，针阀体向上抬起，喷孔开启喷油；线圈断电后，平衡阀杆在电磁阀复位弹簧的作用向下运动，被压在中间块上端面上，平衡阀杆上腔与油腔连通，回油孔与油箱断开，同时下行高压油路里的燃油一方面经进油阻尼孔、平衡阀杆上腔、油腔、中间节流孔、中间油道、中间腔进入控制腔，另一方面经液力反馈油道、油腔、中间油道、中间腔进入控制腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，其特征是：喷孔停止喷油时，控制滑块上端面燃油压力高于其下端面，控制滑块克服控制滑块复位弹簧的弹簧预紧力向下位移，旁通油路打开，随着燃油进入控制腔，控制滑块在控制滑块复位弹簧的作用力下，回到初始位置。

4.根据权利要求1或2所述的一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，其特征是：谐振节流孔中部的直径小于其两端的直径，且小于谐振通孔的直径，谐振节流孔与谐振通孔轴向的总长度一致。

5.根据权利要求3所述的一种带液力反馈的微动态回油谐振旁通式电控喷油器，其特征是：谐振节流孔中部的直径小于其两端的直径，且小于谐振通孔的直径，谐振节流孔与谐振通孔轴向的总长度一致。

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