CN108533433B - 一种燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料喷射阀，包括针阀组件、阀套和喷嘴，喷嘴设于阀套的底端，针阀组件活动连接于阀套内，电磁驱动针阀组件沿阀套轴向往复移动，进行燃料喷射阀的开启和关闭，针阀组件的头部包括阀杆、球套、永磁体和密封球，永磁体嵌于阀杆的下端面，球套固定套接于阀杆的下部，球套的下端收缩，且内径小于密封球的直径，密封球置于球套内永磁体下方的空间内。与现有技术相比，本发明的有益效果是：既解决了喷射阀针阀的反跳问题，减缓了针阀密封球与阀座的碰撞，又避免了阀针与密封球之间的焊接连接，降低了加工成本；特别有利的是，密封球的自适应定位功能，降低了密封球的磨损，显著提高了密封球与阀座之间的密封性。

Description

一种燃料喷射阀

技术领域

本发明属于汽油机燃油喷射系统，涉及一种燃料喷射阀。

背景技术

汽油机燃油喷射系统中的喷射阀通常具有一个针阀，该针阀刚性地连接到电磁阀的衔铁上，并且由电磁阀驱动在关闭位置和打开位置之间移动。电磁阀开启时，在电磁力作用下，衔铁克服将针阀保持在关闭位置的弹簧力而带动针阀打开喷嘴。当电磁阀在关闭时，电磁力消失，针阀带动固联在一起的密封球与喷油器阀座撞击，该撞击时产生的弹性势能转为针阀与密封球的动能，使得针阀与密封球具有微小的反弹跳起、落座以致不断的反跳和落座，直至针阀与密封球的动能完全损失。电磁阀关闭时针阀与密封球的运动会导致喷射阀产生连续的不希望有的喷嘴的打开/关闭，从而存在有不希望的燃料喷射到燃烧室，严重影响喷射阀的精确计量和发动机的良好燃烧。

另一方面，当电磁阀在关闭时，针阀带动固联在一起的密封球与喷油器阀座撞击，会引起密封球与阀座之间的摩擦磨损，缩短了喷射阀的使用寿命。

因此，有必要避免喷射阀针阀组件的反跳，缓解针阀密封球与阀座的碰撞，提高喷射阀的使用寿命。

为了消除喷油器针阀的反跳，已经在喷油器上设置了机械的防反跳装置。例如，CN101440766A中公开了一种汽油机喷油器的针阀结构，其包括针阀杆和衔铁，其中衔铁和针阀杆为可活动地相套接。非固定衔铁的针阀结构，在针阀关闭过程中，由于衔铁与挡环的下端面分离，可减少阀球和阀座之间的冲击力，并有利于减少阀球和阀座之间的磨损。

CN101440766A公开的实施形式的缺点是，当针阀关闭时，衔铁下端面与挡环不可避免的会发生碰撞，由软磁材料制成的衔铁易发生磨损，不利于电磁阀电磁力的形成。同时，针阀开启过程中，需要克服主弹簧和回位弹簧的组合作用力，对喷油器电磁阀的电磁力要求较高。而且，与阀针连接的密封球存在同一位置密封处的磨损，不利于密封球与阀座之间的密封。另外，该喷射阀的密封球与阀针通过激光焊接连接，需要专门一套高精度的夹具完成，增加了制造成本。

发明内容

本发明需要解决的问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种燃料喷射阀。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种燃料喷射阀，包括针阀组件、阀套和喷嘴，喷嘴设于阀套的底端，针阀组件活动连接于阀套内，电磁驱动针阀组件沿阀套轴向往复移动，进行燃料喷射阀的开启和关闭，针阀组件的头部包括阀杆、球套、永磁体和密封球，永磁体嵌于阀杆的下端面，球套固定套接于阀杆的下部，球套的下端收缩，且内径小于密封球的直径，密封球置于球套内永磁体下方的空间内。

球套下端以上的部分与密封球为间隙配合，球套下端内壁设有与密封球同直径的一段内球面。

永磁体下端面与针阀组件的轴向垂直，永磁体下端面与密封球的顶点之间预留有密封球沿针阀组件轴向移动的活动间隙δ。

球套上位于密封球的活动间隙δ处，设有2个以上沿周向均布的节流孔。

密封球的直径与喷嘴的密封锥面的尺寸相适配。

永磁体的下端面向下把密封球压在喷嘴的密封锥面上时，密封球自适应定位于密封锥面上，密封球的密封直径随机的与密封锥面相切。

在针阀组件受到向上的电磁力时，针阀组件中的阀杆先于密封球向上运动，当阀杆向上的位移为δ时，密封球被带动，继而燃料喷射阀开启。

当针阀组件运动到最大升程的后一时刻，由于碰撞，除密封球外的针阀组件的其它部分会向下运动，而因惯性与永磁体的吸力的双重作用，密封球会继续向上运动，针阀组件惯性系统内发生反复碰撞，以内耗的形式消耗掉针阀组件的动能，抑制针阀反跳。

燃料喷射阀关闭的下一时刻，密封球的加速度向下，而针阀组件内除密封球外的其它部件的加速度仍然向上，且两者的加速度不相等，在针阀组件的惯性体系内部，会发生相对的运动，针阀组件惯性系统内发生反复碰撞，以内耗的形式消耗掉针阀组件的动能，抑制针阀反跳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)针阀与密封球形成惯性体系，在相对运动中内耗动能，可以有效抑制针阀组件的反跳。

(2)密封球在一个相对的密闭空间中运动时，由于小孔的节流作用，使得密闭空间中的液体与其外的液力产生压力差，利用这个压力差的液力阻尼作用，消耗掉针阀的一部分反跳动能，把实际上对针阀运动不利的液力阻尼转化为对其消除反跳有利的阻尼。

(3)密封球具有自适应定位功能，显著提高了密封球与阀座之间的密封性。

(4)针阀与密封球不需要通过激光焊接连接，避免了焊接带来的受热变形等诸多不利影响。

附图说明

图1是本发明一种喷射阀的针阀组件的头部的剖视图；

图2是本发明一种喷射阀关闭时刻状态剖视图；

图3是本发明一种喷射阀开启起始时刻状态剖视图；

图4是本发明一种喷射阀完全开启状态剖视图；

图5是本发明一种燃料喷射阀在开启过程中针阀组件的受力及运动情况示意图；

图6是本发明一种燃料喷射阀在开启过程中针阀组件处于最大升程处的受力及运动情况示意图；

图7是本发明一种燃料喷射阀在关闭过程中针阀组件的受力及运动情况示意图。

其中：1、针阀组件；2、阀杆；21、阀杆的下端面；3、球套；31、球套的下部；32、内球面；33、球套的上部；4、永磁体；5、密封球；6、阀套；7、节流孔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图中包括以下部件：针阀组件1、阀杆2、阀杆的下端面21、球套3、球套的下部31、内球面32、球套的上部33、永磁体4、密封球5、阀套6和节流孔7。

如图1-2所示，一种燃料喷射阀，包括针阀组件、阀套和喷嘴，喷嘴设于阀套的底端，针阀组件活动连接于阀套内，电磁驱动针阀组件沿阀套轴向往复移动，进行燃料喷射阀的开启和关闭，针阀组件的头部包括阀杆、球套、永磁体和密封球，永磁体嵌于阀杆的下端面，球套固定套接于阀杆的下部，球套的下端收缩，且内径小于密封球的直径，密封球置于球套内永磁体下方的空间内。

球套下端以上的部分与密封球为间隙配合，球套下端内壁设有与密封球同直径的一段内球面。

永磁体下端面与针阀组件的轴向垂直，永磁体下端面与密封球的顶点之间预留有密封球沿针阀组件轴向移动的活动间隙δ，这样处于相对自由状态的密封球在运行时，不仅可以轴向上相对于针阀组件的惯性体系运动，还能够自由转动。

球套上位于密封球的活动间隙δ处，设有2个以上沿周向均布的节流孔，密封球轴向上运动时会挤压这个空间，由于小孔的节流作用，在这个密闭空间内外产生压力差。这样空间内外的压力差对针阀组件的惯性体系产生了液力阻尼，有利于消耗掉针阀组件一部分反跳动能。

密封球的直径与喷嘴的密封锥面的尺寸相适配。

如图1所示，当燃料喷射阀处于关闭状态时，永磁体的下端面把密封球压在喷嘴的密封锥面上，由于球套的内径与密封球的内径为间隙配合关系，使得密封球自适应定位于密封锥面上，这样使得每一次的密封直径是随机的与密封锥面相切，从而防止密封锥面对密封球长期某一处密封直径进行磨损，这样非常有利于阀的密封可靠性。

图3是本发明一种喷射阀开启起始时刻状态剖视图。从图3可以看出：在针阀组件受到向上的电磁力时，针阀组件中其它部件先于密封球向上运动(由于针阀组件中其它部件的加速度大于密封球的，详见图5的受力分析)，当其它部件向上的位移为δ时，密封球被带动，继而喷射阀开启。上述的运动过程会带来两个好处，其在于：

1)、在针阀组件的其他部件获得一定的向上的速度后，经过一个位移δ，再带动密封球，使得阀的开启变得更加迅速，有利于喷射阀的开启响应性。

2)、在针阀完全开启时，由于碰撞，针阀组件的其他部件会向下运动，而由于惯性与永磁体的吸力，密封球会继续向上运动，这样在针阀组件的内部产生反复的碰撞，从而消耗掉针阀组件的动能，非常有利于对针阀组件反跳的抑制。

3)、在上述2)的运动过程的同时，密封球挤压这个密闭空间，由于小孔的节流作用，在这个密闭空间内外产生压力差(压力内高外低)，这样对针阀组件惯性体系内部产生了液力阻尼，有利于消耗掉一部分反跳动能，即对反跳的抑制。

图4是本发明一种喷射阀完全开启状态剖视图。从图4可以看出：针阀组件稳定在最大升程，密封球在永磁体吸力的作用下，与永磁体下端面紧贴在一起，燃油流经喷嘴的喷孔喷射出去。

图5是本发明一种燃料喷射阀在开启过程中针阀组件的受力及运动情况示意图。为了方便起见，把阀杆、永磁体与球套看做一个整体，加上上方的衔铁(未示出),假设总质量是m₁,永磁体的质量为M,密封球的质量为m₂,那么，根据经验永磁体的最大吸引力是其自身质量的600倍，设m₁受到的电磁力为F₁,设m₂受到的磁吸力为F₁,则有：

式中：F₁＝70N,F₂＝600M，M＝1×10^-4kg，m₁＝4×10^-3kg，m₂＝1×10^-4kg，那么：

所以，针阀组件的其它部件先于密封球动作，在动作一个位移δ后，再带动密封球向上运动。

图6是本发明一种燃料喷射阀在开启过程中针阀组件处于最大升程处的受力及运动情况示意图。当密封球被带动，组阀针阀组件一起向上运动，当针阀组件运动到最大升程的后一时刻，由于碰撞，除密封球外的针阀组件的其它部分会向下运动，而因惯性与永磁体的吸力的双重作用密封球会继续向上运动，不可避免的发生在针阀组件惯性系统内的反复碰撞，以内耗的形式消耗掉针阀组件的动能，从而削弱了针阀反跳的程度，达到抑制针阀反跳的目的。

图7是本发明一种燃料喷射阀在关闭过程中针阀组件的受力及运动情况示意图。仍然把阀杆、永磁体与球套看做一个整体，加上上方的衔铁,作为一个质量体m₁,密封球的质量为m₂,那么在关闭时刻发生碰撞，喷嘴锥面对密封球产生一个向上的反弹力为F_f,回位弹簧向下的弹力为F_s，在针阀组件的内部，密封球的上顶点处，有一对大小相等方向相反的由于接触变形产生的力为F₀(此时，永磁体的吸力相对于F₀要小得多。可以忽略不计)。

假设在此刻，密封球在针阀组件的惯性体系内没有发生分离现象，那么组件就会以相同的速度及加速度向上运动，则有：

而在此时的下一时刻，由于针阀组件的向上的位移，在密封球与喷嘴锥面的分离时刻，反弹力F_f变为零，但是由于组件就以相同的速度及加速度向上运动，即密封球与组件的其它部分向上的位移相等，那么组件的内力F₀不变，则上式变为：

从上式中可以看出：密封球的加速度向下，而针阀组件的其它部件的加速度则仍然向上，这时它们的加速度显然是不相等的，也就是说在针阀组件的惯性体系内部，会发生相对的运动，这样不可避免的会发生在针阀组件惯性系统内的反复碰撞，即内耗针阀组件的动能，从而达到抑制针阀反跳的目的。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种燃料喷射阀，包括针阀组件、阀套和喷嘴，喷嘴设于阀套的底端，针阀组件活动连接于阀套内，电磁驱动针阀组件沿阀套轴向往复移动，进行燃料喷射阀的开启和关闭，其特征在于：针阀组件的头部包括阀杆、球套、永磁体和密封球，永磁体嵌于阀杆的下端面，球套固定套接于阀杆的下部，球套的下端收缩，且内径小于密封球的直径，密封球置于球套内永磁体下方的空间内；

球套下端以上的部分与密封球为间隙配合，球套下端内壁设有与密封球同直径的一段内球面；

永磁体下端面与针阀组件的轴向垂直，永磁体下端面与密封球的顶点之间预留有密封球沿针阀组件轴向移动的活动间隙δ。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：球套上位于密封球的活动间隙δ处，设有2个以上沿周向均布的节流孔。

3.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：密封球的直径与喷嘴的密封锥面的尺寸相适配。

4.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：永磁体的下端面向下把密封球压在喷嘴的密封锥面上时，密封球自适应定位于密封锥面上，密封球的密封直径随机的与密封锥面相切。

5.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：在针阀组件受到向上的电磁力时，针阀组件中的阀杆先于密封球向上运动，当阀杆向上的位移为δ时，密封球被带动，继而燃料喷射阀开启。

6.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：当针阀组件运动到最大升程的后一时刻，由于碰撞，除密封球外的针阀组件的其它部分会向下运动，而因惯性与永磁体的吸力的双重作用，密封球会继续向上运动，针阀组件惯性系统内发生反复碰撞，以内耗的形式消耗掉针阀组件的动能，抑制针阀反跳。

7.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：燃料喷射阀关闭的下一时刻，密封球的加速度向下，而针阀组件内除密封球外的其它部件的加速度仍然向上，且两者的加速度不相等，在针阀组件的惯性体系内部，会发生相对的运动，针阀组件惯性系统内发生反复碰撞，以内耗的形式消耗掉针阀组件的动能，抑制针阀反跳。