CN109098900A - 船用液力增压式微动态压电喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供船用液力增压式微动态压电喷油器，包括喷油器上体、压电堆组件、喷油器中间体、增压器组件、针阀偶件、在喷油器上体中安装有压电堆组件；在增压器组件的喷油器下体上开有进油窗口、连通窗口、增压窗口、喷油窗口、回油窗口、重油进油窗口；增压窗口通过增压油道与针阀偶件的盛油槽连通，喷油窗口通过压力连通通道与针阀控制腔连通。增压器组件的增压活塞上开有槽，并与喷油器下体形成增压活塞环腔，增压活塞环腔通过回油窗口与伺服油主回油路连通。本发明结构紧凑，油路配置简单，可以使用重油，可实现超高压喷射并具有微动态回油功能。

Description

船用液力增压式微动态压电喷油器

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是柴油机燃油系统。

背景技术

柴油机作为目前已知热效率最高、能量利用率最好的动力机械，在采用电子控制后变得更加清洁与智能。目前，柴油机在船用动力方面仍保持领先地位。燃油喷射系统是发动机的心脏，随着民众对油耗标准的日渐提高以及排放法规的日趋严格，柴油机燃油系统发展与改进的必要性不言而喻。

喷油器是柴油机燃油喷射系统的核心零部件之一。超高压喷油更有助于燃油的雾化与燃烧，为了实现超高压喷射，在喷油器内设置增压装置是解决方法之一，而仅仅是简单地增设增压装置的喷油器将使喷油器结构变长、重量加大许多。另外，出于经济性考虑，船用柴油机有相当占比燃用重油，对于电子控制式喷油器来说，重油必须与执行器做出有效隔离，而若又仅仅增加隔离装置，将使得喷油器尺寸进一步加长；而且，油路将变得更加复杂。另外，车用喷油器中目前有产品已采用微动态回油技术，可以大幅降低动态回油量，提高喷油器的液压效率，船用喷油器也应积极尝试应用该项技术。采用压电晶体作为喷油器的执行器，具有响应速度快的优点，喷油器想要提高响应速度，可以尝试使用该种执行器。

发明内容

本发明的目的在于提供能实现喷油器内增压与微动态回油，同时适合于船用柴油机使用的船用液力增压式微动态压电喷油器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船用液力增压式微动态压电喷油器，其特征是：包括喷油器上体、喷油器中间体、喷油器下体、压电堆组件、增压器组件、针阀偶件，喷油器上体、喷油器中间体和喷油器下体自上而下设置，喷油器上体里设置伺服油进油口、伺服油回油口、重油进油口、伺服油主进油路、增压进油道、伺服油主回油路、伺服油循环油道，伺服油主进油路分别连通伺服油进油口、增压进油道，伺服油循环油道和伺服油主回油路均连通伺服油回油口；

所述压电堆组件包括压电晶体、放大器活塞、放大器缸体、顶杆、阀杆，压电晶体、放大器活塞、放大器缸体、顶杆均设置在喷油器上体里，压电晶体位于放大器活塞上方，放大器活塞的头部伸入至其下方的放大器缸体里，顶杆上部分伸入至放大器缸体里并与放大器活塞之间形成油腔，顶杆的下端与阀杆相接触，阀杆的中部设置阀杆锥形凸起，阀杆锥形凸起上侧为阀杆锥面，阀杆锥形凸起下侧为阀杆肩面，阀杆的下部伸入其下方的喷油器中间体里，放大器活塞上套有放大器弹簧，放大器弹簧的两端分别顶在放大器活塞底座和放大器缸体上，放大器弹簧所在位置为放大器弹簧腔，顶杆的下部分与放大器缸体之间设置碟形弹簧，阀杆的阀杆锥形凸起下方套有阀杆弹簧，阀杆弹簧位于喷油器中间体里，阀杆锥形凸起上方的阀杆部分与喷油器上体之间形成上部环腔，阀杆锥形凸起下方的阀杆部分与喷油器中间体之间形成下部环腔，阀杆锥形凸起与喷油器上体、喷油器中间体构成中间环腔，喷油器中间体里设置伺服油进油支路、连通通道、伺服油回油支路，增压进油道连通上部环腔，伺服油进油支路连通伺服油主进油路，连通通道连通中部环腔，伺服油回油支路分别连通下部环腔和伺服油主回油路；

所述增压器组件包括增压活塞，增压活塞设置在喷油器下体里，喷油器下体里开有进油窗口、回油窗口、回油通道、重油进油窗口、重油进油道、增压窗口、增压油道、连通窗口、喷油窗口、压力连通通道，增压活塞包括大头端和小头端，小头端套有增压活塞弹簧，增压活塞弹簧的上下两端分别顶在大头端和增压器下体上，小头端与其下方的增压器下体之间形成增压腔，增压活塞弹簧所在位置为低压腔，大头端中部设置增压活塞环腔，增压活塞环腔上方的大头端上设置过渡槽，进油窗口连通伺服油进油支路，回油窗口通过回油通道连通伺服油主回油路，增压油道分别连通增压窗口和增压腔，重油进油道分别连通重油进油口和重油进油窗口，压力连通通道连通连通窗口和喷油窗口；

所述针阀偶件包括针阀体、针阀、喷嘴，喷嘴位于针阀体下方，针阀位于针阀体里并与针阀体之间形成盛油槽，针阀顶端伸入喷油器下体里并套有针阀弹簧，针阀弹簧所在位置为针阀控制腔，针阀控制腔连通压力连通通道，针阀体下端部为球状且开有通孔，针阀下端部为与针阀体球状下端部配合的针阀锥面，喷嘴里开设喷射通道，喷嘴端部开设喷孔。

本发明还可以包括：

1、喷油器上体里设置混合油回油口，喷油器下体里设置混合油回油道，混合油回油道连通混合油回油口，增压活塞的大头端加工有混合油集油槽，混合油集油槽通过混合油出油孔连通混合油回油道；针阀体里设置混合油出油道和针阀混合油集油槽，混合油出油道分别连通混合油回油道和针阀混合油集油槽。

2、油腔上端和下端两侧截面积不同，上端截面积大而下端截面积小；进油窗口与连通窗口位于同一个周向面上，即进油窗口下沿面与连通窗口下沿面在同一平面上；喷油器下体上安装限定增压活塞位置的有限位销。

3、初始状态时，压电晶体不通电，放大器活塞位于最上方位置，阀杆在阀杆弹簧的力的作用下其阀杆锥面与喷油器上体的喷油器上体座面接触实现线密封，中间环腔与上部环腔隔断而与下部环腔连通，在增压活塞弹簧力的作用下，增压活塞位于最上方位置，其顶部与喷油器中间体接触，此时增压活塞位于初始位置，过渡槽连通进油窗口与连通窗口；伺服油进油支路一路的高压伺服油经进油窗口、过渡槽、连通窗口进入压力连通通道，抵达针阀控制腔；在初始位置时增压活塞环腔下表面在轴向位置上高于喷油窗口上沿面，即增压活塞环腔与压力连通通道不连通，增压活塞肩面轴向位置上高于增压窗口下沿面，即低压腔与增压油道连通；在伺服油压力与针阀弹簧的弹簧力的作用下，针阀的针阀锥面与针阀体的针阀体座面接触实现线密封，阻止盛油槽与喷射通道连通；

当压电晶体通电时，放大器活塞下移挤压油腔内的燃油，阀杆受顶杆作用克服阀杆弹簧的力下移直至阀杆肩面与喷油器中间体接触实现平面密封，从而隔断中间环腔与下部环腔的连通；与此同时，阀杆的下移使得上部环腔与中间环腔连通；增压进油道一路的高压伺服油经过连通通道作用在增压活塞上表面上，增压活塞在高压伺服油的作用下下移，下移过程中首先增压活塞肩面遮盖住增压窗口，即切断了低压腔与增压油道的连通，增压油道、增压腔、盛油槽构成封闭空间，增压活塞继续下移压缩该封闭空间内的重油；增压活塞继续下移，过渡槽上沿面运动至进油窗口下沿面以下，即隔断进油窗口与连通窗口的连通，增压活塞仍在下移，增压活塞环腔下表面打开喷油窗口，压力连通通道与针阀控制腔内的高压伺服油依次通过喷油窗口、增压活塞环腔、回油窗口、回油通道流回伺服油主回油路并最终流回发动机伺服油箱；当盛油槽内的重油压力大于针阀弹簧与针阀控制腔内的伺服油压力的合力时，针阀抬起，盛油槽内增压后的重油进入喷射通道并最终从喷孔喷出；喷油时增压活塞位于第二位置；

当期望的燃油量喷入发动机气缸后，压电晶体断电，放大器活塞上移，阀杆在阀杆弹簧的作用下上移，阀杆锥面重新与喷油器上体座面接触实现线密封从而隔断上部环腔与中间环腔的连通，并使下部环腔与中间环腔连通，作用在增压活塞上表面上的高压伺服油通过连通通道、下部环腔、伺服油回油支路、伺服油主回油路流回发动机伺服油箱，增压活塞在增压活塞弹簧、增压腔内油压的作用下上移，此时增压活塞首先关闭喷油窗口，过渡槽与进油窗口、连通窗口连通，高压伺服油重新流入针阀控制腔；增压活塞打开增压窗口，此时重油沿低压腔、增压窗口流入增压油道，即向增压油道、增压腔、盛油槽里补充重油。

本发明的优势在于：本发明利用增压活塞45的上下移动同时实现了重油增压与燃油喷射所需的针阀控制腔泄压功能，减少了所需布置的油路数量，使得整个喷油器结构紧凑，相比一般带增压装置喷油器体积更小，重量更轻。在增压活塞45上设置过渡槽38，利用增压活塞45的下移切断喷油过程中针阀控制腔的高压油供给，实现了微动态回油功能，提高了喷油器的液压效率。重油直接以低压进入喷油器，可以不必在发动机外设置额外的增压泵对重油进行增压，节省了整机费用。在喷油器中开设专门的混合油集油槽，避免了油品受污染情况，并有效保障了压电堆组件的正常运行。压电晶体响应迅速，可增加喷油器喷油的灵活性。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图；

图2为本发明俯视图；

图3 A-A面剖视图；

图4为B-B面剖视图；

图5为压电堆组件的结构示意图；

图6为区域Ⅱ的局部放大图；

图7为区域Ⅲ的局部放大图；

图8为位置Ⅳ的局部放大图；

图9为位置Ⅴ的局部放大图。

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1-9，本发明的船用液力增压式微动态压电喷油器，主要由罩帽1、密封圈2、喷油器上体3、压电堆组件4、喷油器中间体5、增压器组件6、针阀偶件7、喷嘴紧帽8、套筒9、挡圈10、喷嘴11等组成。压电堆组件4安装在喷油器上体3之中；罩帽1通过螺纹与喷油器上体3连接，二者之间安装有密封圈2。喷油器上体3下方依次装有喷油器中间体5、增压器组件6、针阀偶件7，并经喷嘴紧帽8与喷油器上体3紧固。套筒9将喷嘴11压紧在针阀偶件7的下端，挡圈10将套筒9固定在喷嘴紧帽8上。

压电堆组件4主要由压电晶体12、放大器活塞13、放大器缸体17、阀杆32、顶杆33等组成。放大器活塞13、顶杆33均安装在放大器缸体17中孔之中，三者之间形成油腔35，油腔35上下两侧截面积不同，上侧大而下侧小，从上侧推挤油腔35内的流体，下侧将产生对上侧位移有放大作用的输出位移。阀杆32与喷油器中间体5、喷油器上体3之间分别构成下部环腔24、上部环腔30，三者间还构成中间环腔26。阀杆32的上下移动可以控制中间环腔26与下部环腔24以及中间环腔26与上部环腔30之间的通断。

增压器组件由喷油器下体41、增压活塞45、增压活塞弹簧42、限位销43组成。增压活塞45安装在喷油器下体41之中，两者间形成低压腔46与增压腔44。喷油器下体41上开有回油窗口39、进油窗口49、增压窗口50、重油进油窗口53、连通窗口56、喷油窗口59，这些窗口均由一个与喷油器中心线偏心的环槽与一个连通该环槽与其他油道的孔组成；其中进油窗口49与连通窗口56位于垂直于喷油器下体41的中心线的同一个周向面上；重油进油窗口53连通低压腔46与重油进油道55，增压腔44内流体压力随增压活塞45下移将发生变化。喷油器下体41上还设有增压油道52与压力连通通道60，前者与增压腔44和增压窗口50连通，后者与连通窗口56、喷油窗口59与针阀控制腔65均连通。增压活塞包括至少两个位置，分别为喷油器不喷油时的初始位置与喷油时的第二位置。增压活塞45上开有环槽并与喷油器下体41形成增压活塞环腔40，增压活塞环腔40通过回油窗口39与喷油器伺服油主回油路18连通，增压活塞环腔40内恒为低压伺服油。增压活塞45上还设有过渡槽38，过渡槽38随着增压活塞45的不同位置将连通或断开进油窗口49与连通窗口56。增压活塞45可以在喷油器下体41中上下运动以完成燃油增压和喷射的动作。限位销43安装在喷油器下体41上，位于增压活塞45下方。

针阀偶件由针阀68与针阀体69组成。针阀68安装在针阀体69之中，针阀体69与喷油器下体41之间形成针阀控制腔65。针阀68上方安装有针阀弹簧66，针阀弹簧66位于针阀控制腔65之中。针阀体69端部为球状且开有通孔，针阀体69上还开有盛油槽71，盛油槽71内燃油压力与针阀控制腔65内的流体压力和针阀弹簧66的合力的相对大小将决定针阀68是否抬起，即决定喷油器是否喷油。

在喷油器工作过程中，压电晶体12通电时中间环腔26与上部环腔30连通而与下部环腔24隔断。增压活塞45受高压伺服油作用从初始位置下移，首先关闭增压窗口50，在继续下移过程中对增压腔44、增压油道52及盛油槽71内的重油增压。同时，继续下移过程中紧接着隔断进油窗口49与连通窗口56的连通，使针阀控制腔65内不再有高压伺服油供入；随之再打开喷油窗口59，使针阀控制腔65内的油压降低，当盛油槽71内压力大于针阀控制腔65内压力与针阀弹簧66的合力时，针阀68抬起，盛油槽71内的增压后的重油进入喷嘴11并通过喷孔74喷出。压电晶体12断电时，中间环腔26与下部环腔24连通而与上部环腔30隔断，增压活塞上表面36改作用低压伺服油，增压活塞45停止下移并开始上移。首先关闭喷油窗口59，紧接着过渡槽38上移使进油窗口49与连通窗口56连通，针阀控制腔65内重新供入高压伺服油，最后打开增压窗口50。增压窗口50开启后，低压腔46内的低压重油将补充进入盛油槽71、增压腔44等区域内。压电晶体12断电后的这些过程中盛油槽71内油压降低，针阀68保持落座，喷油器不喷油，直至增压活塞45回到初始位置，等待下一工作循环的开始。限位销43可限制增压活塞45下移的最大位移量，防止喷油量超过设计允许最大值。

为解决增压用的伺服油与喷射用的重油的泄漏问题，喷油器还设计了混合油回油路，在喷油器下体41上开设混合油集油槽62，在针阀体69上开设混合油集油槽70，均用以搜集伺服油与重油的泄漏，并通过混合油回油道61排出。

如图1所示，压电堆组件4安装在喷油器上体3之中；罩帽1通过螺纹与喷油器上体3连接，二者之间安装有密封圈2，防止燃油从螺纹连接处泄漏。喷油器上体3下方依次装有喷油器中间体5、增压器组件6、针阀偶件7，并经喷嘴紧帽8与喷油器上体3拧紧。套筒9将喷嘴11压紧在针阀偶件7的下端，挡圈10将套筒9固定在喷嘴紧帽8上。

压电堆组件4主要由压电晶体12、放大器活塞13、放大器缸体17、阀杆32、顶杆33等组成。如图5所示，放大器缸体17安装在喷油器上体3的中孔之中，放大器缸体17的较大一侧中孔之中安装有放大器活塞13，二者之间还安装有放大器弹簧14。放大器活塞13上方安装有压电晶体12，整个喷油器安装完成后，罩帽1对压电晶体12限位，放大器弹簧14为预紧状态，使放大器活塞13一直与压电晶体12保持接触。顶杆33安装在放大器缸体17的较小一侧中孔之中，二者间还安装有碟形弹簧34。放大器活塞13与放大器缸体17、顶杆33间形成油腔35，其上下两端横截面积不同，上侧较大而下侧较小。顶杆33下方安装有阀杆32，阀杆32下端安装有阀杆弹簧22，阀杆弹簧22下端与喷油器中间体5的中孔底平面接触，阀杆32与阀杆弹簧22之间设有调整垫片25，用于对阀杆32所受弹簧力进行微调。整个喷油器安装好后，阀杆弹簧22与碟形弹簧34也都处于预紧状态，碟形弹簧34使得顶杆33的下端面与阀杆32顶部球面一直保持接触。从图5可以看出，阀杆32与喷油器中间体5形成下部环腔24，与喷油器上体3形成上部环腔30；此外，三者还共同形成中间环腔26。在喷油器中心线左侧，喷油器上体3上设有伺服油主进油路31、增压进油道29，后者连通伺服油主进油路31与上部环腔30。喷油器中间体5上设有伺服油进油支路27与连通通道23，前者接续伺服油主进油路31而后者与中间环腔26连通。在喷油器中心线右侧，喷油器上体3上还设有伺服油主回油路18、伺服油循环油道16，二者均与图1所示伺服油回油口连通。在伺服油循环油道16末端还设有回油节流孔15与喷油器上体3中孔连通。喷油器中间体5上则设有伺服油回油支路20连通下部环腔24与伺服油主回油路18。

增压器组件6由喷油器下体41、增压活塞45、增压活塞弹簧42及限位销43组成。如图6所示，增压活塞45安装在喷油器下体41之中，两者之间的配合间隙很小。增压活塞弹簧42安装在喷油器下体41与增压活塞45之间，喷油器装配好后为预紧状态。增压活塞45与喷油器下体41之间形成低压腔46与增压腔44。增压活塞45大端外圆中部位置开有一槽，该槽与喷油器下体41形成增压活塞环腔40，称其下表面为增压活塞环腔下表面64。增压活塞环腔40上方，增压活塞45外圆上还加工有过渡槽38。限位销43安装在喷油器下体41上，处于增压活塞45正下方。喷油器下体41上设有进油窗口49与回油窗口39，其均由一与喷油器中心线偏心的环槽与一个连通该环槽与其他的油道的孔组成，从图6中可看出进油窗口49与图5中的伺服油进油支路27连通，回油窗口39通过回油通道37与伺服油主回油路18连通。与进油窗口49和回油窗口39结构类似地，喷油器下体41上还开有增压窗口50、重油进油窗口53以及连通窗口56与喷油窗口59。如图7所示，增压窗口50与增压油道52连通，重油进油窗口53与重油进油道55连通。结合图3还可知，增压油道52与增压腔44连通，重油进油道55接重油进油口。图8为增压器组件6的另一个位置的剖面的局部放大图，由图可知，喷油器下体41上还设有混合油集油槽62、压力连通通道60与混合油回油道61，出油孔63连通混合油集油槽62与混合油回油道61；连通窗口56、喷油窗口59与压力连通通道60连通。结合图4可知，混合油回油道61连通混合油回油口。值得一提的是，图6中的进油窗口49与图8中的连通窗口56位于同一个周向面上，即二者在喷油器中心线上的位置相等。换句话说，进油窗口下沿面48与连通窗口下沿面57在垂直于喷油器中心线的同一平面上。

针阀偶件7由针阀68与针阀体69组成。如图9所示，针阀68安装在针阀体69之中，针阀体69与喷油器下体41形成针阀控制腔65，压力连通通道60与针阀控制腔65连通。针阀弹簧66安装在针阀控制腔65中，喷油器装配好后针阀弹簧66为预紧状态，针阀68受到针阀弹簧66向下的作用力，针阀68与针阀弹簧66之间设有调整垫片67。针阀体69上设有混合油集油槽70，与图8中的混合油集油槽62相似，用于搜集重油与伺服油的混合油，混合油出油道78连通混合油集油槽70与混合油回油道61。针阀体69上还开有盛油槽71，从图3易于得知盛油槽71与增压油道52连通。针阀控制腔65内的流体压力和针阀弹簧66的合力与盛油槽71内的流体压力的相对大小将决定针阀68的抬起与落座。喷嘴10安装在针阀体69上，喷嘴座面76与针阀体球面73接触实现周向密封。喷嘴10上设有喷射通道75，当针阀68抬起时，盛油槽71内的流体进入喷射通道75并通过喷孔74喷入发动机气缸。

以下再结合图1～9说明喷油器的工作过程：

本喷油器利用伺服油给重油增压，共配置有四条油路，分别为伺服油进油路，伺服油回油路，重油进油路(含增压油道52)以及混合油回油路。下面依次说明。

伺服油从图1所示的伺服油进油口进入喷油器，通常伺服油为加压后的高压滑油。经过喷油器主进油路31后分成两部分，一部分经由增压进油道29抵达上部环腔30，另一部分通过伺服油进油支路27，向下流至进油窗口49处。图1所示伺服油回油口通常连接发动机伺服油箱或储油装置，接入的是低压油。由于下部环腔24通过伺服油回油支路20与伺服油主回油路18连通；增压活塞环腔40通过回油窗口39、回油通道37也与伺服油主回油路18连通，故下部环腔24与增压活塞环腔40内均为低压伺服油。由于上部环腔30内总为高压伺服油，而阀杆32与喷油器上体3之间存在间隙；同样，顶杆33与放大器缸体17、放大器活塞13与放大器缸体17的安装配合面之间也存在间隙，高压伺服油将随着上述间隙从上部环腔30泄漏进入油腔35并最终通过回油节流孔15、伺服油循环油道16流出伺服油回油口。如此，可保障油腔35内的伺服油量为恒定值。

重油从图3所示重油进油口进入喷油器，经重油进油道55与重油进油窗口53进入低压腔46，值得指出的是，进入喷油器的重油均为低压，于是低压腔46内的油压为低压。

初始状态时，压电晶体12不通电，放大器活塞13位于最上方位置，此时阀杆32在阀杆弹簧22的力的作用下其阀杆锥面28与喷油器上体3的喷油器上体座面19接触实现线密封，由此使中间环腔26与上部环腔30隔断而与下部环腔24连通，正如图5所示。下部环腔24内的低压伺服油经中间环腔26、连通通道23作用在增压活塞上表面36上。因低压腔46与此时增压活塞上表面36上作用的流体压力均为低压，在增压活塞弹簧42的力的作用下，增压活塞45位于最上方位置，其顶部与喷油器中间体5接触。我们称此时增压活塞32位于初始位置，正如图6所示。

参考图6～8，当增压活塞45位于初始位置时，过渡槽上沿面47轴向位置高于进油窗口下沿面48，当然也就高于连通窗口下沿面57，即过渡槽38连通进油窗口49与连通窗口56。伺服油进油支路27一路的高压伺服油经进油窗口49、过渡槽38、连通窗口56进入压力连通通道60，最终抵达针阀控制腔65；换句话说，初始状态下针阀控制腔65中的流体压力为高压。另外，在初始位置时增压活塞环腔下表面64在轴向位置上高于喷油窗口上沿面58，即此时增压活塞环腔40与压力连通通道60不连通。并且，在初始位置时增压活塞肩面54轴向位置上高于增压窗口下沿面51，即低压腔46与增压油道52连通。之前提到增压油道52与增压腔44连通，并与盛油槽71连通。故在初始状态时增压腔44、增压油道52、盛油槽71内均为低压重油。

由前所述可知，当增压活塞45位于初始位置时，针阀控制腔65内为高压伺服油而盛油槽71内为低压重油，在伺服油压力与针阀弹簧66的弹簧力的作用下，针阀68的针阀锥面72与针阀体69的针阀体座面77接触实现线密封，阻止盛油槽71与喷射通道75连通，此时喷油器不喷油。

当压电晶体12通电时，压电晶体12将轴向伸长，放大器活塞13下移挤压油腔35内的燃油。由于油腔两侧截面积不同，上端截面积大而下端截面积小，所以顶杆33受油腔35内液体推挤将移动比放大器活塞13的更长的行程，二者移动行程比就为油腔大小端面积比。阀杆32受顶杆33作用克服阀杆弹簧22的力下移直至阀杆肩面21与喷油器中间体5接触实现平面密封，从而隔断中间环腔26与下部环腔24的连通；与此同时，阀杆32的下移使得上部环腔30与中间环腔26连通。增压进油道29这一路的高压伺服油经过连通通道23作用在增压活塞上表面36上。由于之前时刻低压腔46、增压腔44内油压均为低压，于是增压活塞45在高压伺服油的作用下下移。下移过程中首先增压活塞肩面54遮盖住增压窗口50，即切断了低压腔46与增压油道52的连通。于是增压油道52、增压腔44、盛油槽71等构成了一个封闭空间，增压活塞45继续下移将压缩该封闭空间内的重油，即对该空间内重油进行增压，于是盛油槽71内的重油油压将升高。

增压活塞45继续下移，紧接着过渡槽上沿面47运动至进油窗口下沿面48以下，即隔断进油窗口49与连通窗口56的连通，此后针阀控制腔65与压力连通通道60中不会再补充进入伺服油，直到两窗口重新连通。增压活塞45仍在下移，几乎是紧接着刚才的动作，增压活塞环腔下表面64打开喷油窗口59，压力连通通道60与针阀控制腔65内的高压伺服油开始依次通过喷油窗口59、增压活塞环腔40、回油窗口39、回油通道37流回伺服油主回油路18并最终流回发动机伺服油箱。针阀控制腔65内压力降低。综上可知，随着增压活塞45的下移，一方面盛油槽71内流体的压力升高，另一方面针阀控制腔65内的流体压力降低，当盛油槽71内的重油压力大于针阀弹簧66与针阀控制腔65内的伺服油压力的合力时，针阀68抬起，即针阀锥面72与针阀体座面77脱离，盛油槽71内的增压后的重油进入喷射通道75并最终从喷孔74喷出，即喷油器开始喷油动作。我们称喷油器喷油时增压活塞位于第二位置，由于喷油期间针阀控制腔65与压力连通通道60区域内没有高压伺服油进入，故喷油器实现了微动态喷油功能。

当期望的燃油量喷入发动机气缸后，压电晶体12断电，放大器活塞13上移，阀杆32在阀杆弹簧22的作用下上移，阀杆锥面28重新与喷油器上体座面19接触实现线密封从而隔断上部环腔30与中间环腔26的连通，并使下部环腔24与中间环腔26连通。于是作用在增压活塞上表面36上的高压伺服油通过连通通道23、下部环腔24、伺服油回油支路20、伺服油主回油路18流回发动机伺服油箱，增压活塞上表面36上油压降低，增压活塞45将在增压活塞弹簧42、增压腔44内油压的作用下上移。此时增压活塞45将首先关闭喷油窗口59，紧接着过渡槽38与进油窗口49、连通窗口56连通，高压伺服油重新流入针阀控制腔65使其压力迅速升高；接着刚才的动作，增压活塞45还将打开增压窗口52，此时重油将沿着低压腔46、增压窗口50流入增压油道52，即向增压油道52、增压腔44、盛油槽71里补充重油。在增压活塞45上移直至打开增压窗口50的过程中，盛油槽71内压力逐步降低，甚至低于从喷油器重油入口进入的重油油压。这样，在压电晶体12断电后，一方面针阀控制腔65内的油压快速升高，另一方面盛油槽71内油压快速降低，相比与常规的盛油槽内压力不变的喷油器，本喷油器针阀68将更加快速地落座，喷油器表现为断油更加干脆。

限位销43可限制增压活塞45下移的最大位移量，换句话说即约束了喷油器的最大喷油量，防止喷油器故障时增压活塞过分下移造成喷油量超过最大允许值。正常情况下增压活塞在喷油器工作循环内不会与限位销43接触。

经过一个喷油循环后增压活塞45回到初始位置，等待指令进行下一次喷油。另外，值得指出的是，增压活塞环腔40在整个喷油过程中都保持与回油窗口39连通且流体流通面积足够大，以保证压力连通通道60与针阀控制腔65内的高压伺服油及时泄走。

由于增压活塞环腔40内总为低压伺服油，而低压腔46内总为低压重油，在喷油器的使用过程中，两种油都有可能通过增压活塞45与喷油器下体41之间的周向间隙泄漏入对方区域，由此带来伺服油受污染或伺服油消耗量大等隐患。为此特意设计了混合油集油槽62用于搜集泄漏的油，并通过出油孔63导入混合油回油道61，在通过图4所示混合油回油口统一搜集处理。混合油集油槽70也是基于同样的考虑设计的，由于针阀控制腔65内为伺服油而盛油槽71内为重油，混合油集油槽70将搜集二者的泄漏的油并同样通过混合油回油道61导出统一处理。

Claims (5)

1.船用液力增压式微动态压电喷油器，其特征是：包括喷油器上体、喷油器中间体、喷油器下体、压电堆组件、增压器组件、针阀偶件，喷油器上体、喷油器中间体和喷油器下体自上而下设置，喷油器上体里设置伺服油进油口、伺服油回油口、重油进油口、伺服油主进油路、增压进油道、伺服油主回油路、伺服油循环油道，伺服油主进油路分别连通伺服油进油口、增压进油道，伺服油循环油道和伺服油主回油路均连通伺服油回油口；

所述压电堆组件包括压电晶体、放大器活塞、放大器缸体、顶杆、阀杆，压电晶体、放大器活塞、放大器缸体、顶杆均设置在喷油器上体里，压电晶体位于放大器活塞上方，放大器活塞的头部伸入至其下方的放大器缸体里，顶杆上部分伸入至放大器缸体里并与放大器活塞之间形成油腔，顶杆的下端与阀杆相接触，阀杆的中部设置阀杆锥形凸起，阀杆锥形凸起上侧为阀杆锥面，阀杆锥形凸起下侧为阀杆肩面，阀杆的下部伸入其下方的喷油器中间体里，放大器活塞上套有放大器弹簧，放大器弹簧的两端分别顶在放大器活塞底座和放大器缸体上，放大器弹簧所在位置为放大器弹簧腔，顶杆的下部分与放大器缸体之间设置碟形弹簧，阀杆的阀杆锥形凸起下方套有阀杆弹簧，阀杆弹簧位于喷油器中间体里，阀杆锥形凸起上方的阀杆部分与喷油器上体之间形成上部环腔，阀杆锥形凸起下方的阀杆部分与喷油器中间体之间形成下部环腔，阀杆锥形凸起与喷油器上体、喷油器中间体构成中间环腔，喷油器中间体里设置伺服油进油支路、连通通道、伺服油回油支路，增压进油道连通上部环腔，伺服油进油支路连通伺服油主进油路，连通通道连通中部环腔，伺服油回油支路分别连通下部环腔和伺服油主回油路；

所述增压器组件包括增压活塞，增压活塞设置在喷油器下体里，喷油器下体里开有进油窗口、回油窗口、回油通道、重油进油窗口、重油进油道、增压窗口、增压油道、连通窗口、喷油窗口、压力连通通道，增压活塞包括大头端和小头端，小头端套有增压活塞弹簧，增压活塞弹簧的上下两端分别顶在大头端和增压器下体上，小头端与其下方的增压器下体之间形成增压腔，增压活塞弹簧所在位置为低压腔，大头端中部设置增压活塞环腔，增压活塞环腔上方的大头端上设置过渡槽，进油窗口连通伺服油进油支路，回油窗口通过回油通道连通伺服油主回油路，增压油道分别连通增压窗口和增压腔，重油进油道分别连通重油进油口和重油进油窗口，压力连通通道连通连通窗口和喷油窗口；

所述针阀偶件包括针阀体、针阀、喷嘴，喷嘴位于针阀体下方，针阀位于针阀体里并与针阀体之间形成盛油槽，针阀顶端伸入喷油器下体里并套有针阀弹簧，针阀弹簧所在位置为针阀控制腔，针阀控制腔连通压力连通通道，针阀体下端部为球状且开有通孔，针阀下端部为与针阀体球状下端部配合的针阀锥面，喷嘴里开设喷射通道，喷嘴端部开设喷孔。

2.根据权利要求1所述的船用液力增压式微动态压电喷油器，其特征是：喷油器上体里设置混合油回油口，喷油器下体里设置混合油回油道，混合油回油道连通混合油回油口，增压活塞的大头端加工有混合油集油槽，混合油集油槽通过混合油出油孔连通混合油回油道；针阀体里设置混合油出油道和针阀混合油集油槽，混合油出油道分别连通混合油回油道和针阀混合油集油槽。

3.根据权利要求1或2所述的船用液力增压式微动态压电喷油器，其特征是：油腔上端和下端两侧截面积不同，上端截面积大而下端截面积小；进油窗口与连通窗口位于同一个周向面上，即进油窗口下沿面与连通窗口下沿面在同一平面上；喷油器下体上安装限定增压活塞位置的有限位销。

4.根据权利要求1或2所述的船用液力增压式微动态压电喷油器，其特征是：初始状态时，压电晶体不通电，放大器活塞位于最上方位置，阀杆在阀杆弹簧的力的作用下其阀杆锥面与喷油器上体的喷油器上体座面接触实现线密封，中间环腔与上部环腔隔断而与下部环腔连通，在增压活塞弹簧力的作用下，增压活塞位于最上方位置，其顶部与喷油器中间体接触，此时增压活塞位于初始位置，过渡槽连通进油窗口与连通窗口；伺服油进油支路一路的高压伺服油经进油窗口、过渡槽、连通窗口进入压力连通通道，抵达针阀控制腔；在初始位置时增压活塞环腔下表面在轴向位置上高于喷油窗口上沿面，即增压活塞环腔与压力连通通道不连通，增压活塞肩面轴向位置上高于增压窗口下沿面，即低压腔与增压油道连通；在伺服油压力与针阀弹簧的弹簧力的作用下，针阀的针阀锥面与针阀体的针阀体座面接触实现线密封，阻止盛油槽与喷射通道连通；

当压电晶体通电时，放大器活塞下移挤压油腔内的燃油，阀杆受顶杆作用克服阀杆弹簧的力下移直至阀杆肩面与喷油器中间体接触实现平面密封，从而隔断中间环腔与下部环腔的连通；与此同时，阀杆的下移使得上部环腔与中间环腔连通；增压进油道一路的高压伺服油经过连通通道作用在增压活塞上表面上，增压活塞在高压伺服油的作用下下移，下移过程中首先增压活塞肩面遮盖住增压窗口，即切断了低压腔与增压油道的连通，增压油道、增压腔、盛油槽构成封闭空间，增压活塞继续下移压缩该封闭空间内的重油；增压活塞继续下移，过渡槽上沿面运动至进油窗口下沿面以下，即隔断进油窗口与连通窗口的连通，增压活塞仍在下移，增压活塞环腔下表面打开喷油窗口，压力连通通道与针阀控制腔内的高压伺服油依次通过喷油窗口、增压活塞环腔、回油窗口、回油通道流回伺服油主回油路并最终流回发动机伺服油箱；当盛油槽内的重油压力大于针阀弹簧与针阀控制腔内的伺服油压力的合力时，针阀抬起，盛油槽内增压后的重油进入喷射通道并最终从喷孔喷出；喷油时增压活塞位于第二位置；

当期望的燃油量喷入发动机气缸后，压电晶体断电，放大器活塞上移，阀杆在阀杆弹簧的作用下上移，阀杆锥面重新与喷油器上体座面接触实现线密封从而隔断上部环腔与中间环腔的连通，并使下部环腔与中间环腔连通，作用在增压活塞上表面上的高压伺服油通过连通通道、下部环腔、伺服油回油支路、伺服油主回油路流回发动机伺服油箱，增压活塞在增压活塞弹簧、增压腔内油压的作用下上移，此时增压活塞首先关闭喷油窗口，过渡槽与进油窗口、连通窗口连通，高压伺服油重新流入针阀控制腔；增压活塞打开增压窗口，此时重油沿低压腔、增压窗口流入增压油道，即向增压油道、增压腔、盛油槽里补充重油。

5.根据权利要求3所述的船用液力增压式微动态压电喷油器，其特征是：初始状态时，压电晶体不通电，放大器活塞位于最上方位置，阀杆在阀杆弹簧的力的作用下其阀杆锥面与喷油器上体的喷油器上体座面接触实现线密封，中间环腔与上部环腔隔断而与下部环腔连通，在增压活塞弹簧力的作用下，增压活塞位于最上方位置，其顶部与喷油器中间体接触，此时增压活塞位于初始位置，过渡槽连通进油窗口与连通窗口；伺服油进油支路一路的高压伺服油经进油窗口、过渡槽、连通窗口进入压力连通通道，抵达针阀控制腔；在初始位置时增压活塞环腔下表面在轴向位置上高于喷油窗口上沿面，即增压活塞环腔与压力连通通道不连通，增压活塞肩面轴向位置上高于增压窗口下沿面，即低压腔与增压油道连通；在伺服油压力与针阀弹簧的弹簧力的作用下，针阀的针阀锥面与针阀体的针阀体座面接触实现线密封，阻止盛油槽与喷射通道连通；

当压电晶体通电时，放大器活塞下移挤压油腔内的燃油，阀杆受顶杆作用克服阀杆弹簧的力下移直至阀杆肩面与喷油器中间体接触实现平面密封，从而隔断中间环腔与下部环腔的连通；与此同时，阀杆的下移使得上部环腔与中间环腔连通；增压进油道一路的高压伺服油经过连通通道作用在增压活塞上表面上，增压活塞在高压伺服油的作用下下移，下移过程中首先增压活塞肩面遮盖住增压窗口，即切断了低压腔与增压油道的连通，增压油道、增压腔、盛油槽构成封闭空间，增压活塞继续下移压缩该封闭空间内的重油；增压活塞继续下移，过渡槽上沿面运动至进油窗口下沿面以下，即隔断进油窗口与连通窗口的连通，增压活塞仍在下移，增压活塞环腔下表面打开喷油窗口，压力连通通道与针阀控制腔内的高压伺服油依次通过喷油窗口、增压活塞环腔、回油窗口、回油通道流回伺服油主回油路并最终流回发动机伺服油箱；当盛油槽内的重油压力大于针阀弹簧与针阀控制腔内的伺服油压力的合力时，针阀抬起，盛油槽内增压后的重油进入喷射通道并最终从喷孔喷出；喷油时增压活塞位于第二位置；

当期望的燃油量喷入发动机气缸后，压电晶体断电，放大器活塞上移，阀杆在阀杆弹簧的作用下上移，阀杆锥面重新与喷油器上体座面接触实现线密封从而隔断上部环腔与中间环腔的连通，并使下部环腔与中间环腔连通，作用在增压活塞上表面上的高压伺服油通过连通通道、下部环腔、伺服油回油支路、伺服油主回油路流回发动机伺服油箱，增压活塞在增压活塞弹簧、增压腔内油压的作用下上移，此时增压活塞首先关闭喷油窗口，过渡槽与进油窗口、连通窗口连通，高压伺服油重新流入针阀控制腔；增压活塞打开增压窗口，此时重油沿低压腔、增压窗口流入增压油道，即向增压油道、增压腔、盛油槽里补充重油。