CN109184984A - 可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供可变增压比蓄压式压电‑电磁控制喷油器，包括蓄压腔壁、增压控制阀部分、三级活塞组件、喷油控制阀部分、针阀部分以及喷油器体。本发明采用二级电磁阀结构，对三级活塞的增压面积进行控制，能够有效实现不同的增压比，使得喷油规律更加灵活；喷油器体内的蓄压腔能够减小燃油喷射过程中引起的压力波动，有利于对喷油稳定性的精确控制；针阀的动作过程由压电堆直接驱动，针阀响应速度快，控制自由度大，喷油规律灵活多变，有效提高了柴油机的动力性和燃油的经济性，使柴油机能够满足更加严格的排放法规；同时，增压控制阀浸泡在低压油中，对电磁阀起到冷却作用，保证其安全可靠的工作。
Description
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
传统机械式喷油器由于喷油定时、喷油压力和喷油速率受到高压供油泵凸轮的制约，存在喷油特性不灵活，响应慢，对喷油量控制精度差等不足。随着排放法规的日益严格，其很难进一步改善发动机的经济性和排放性。应用于柴油机电喷系统的增压式电控喷油器，系统中的共轨管不再积蓄直接用于喷射的高压燃油，而是用于蓄积压力较低的燃油或者液压工作油，利用增压活塞按一定的比例将燃油压力放大，对即将进行喷射的燃油进行增压，可以实现较快的响应速度和较高的喷射压力。然而也存在以下缺点：现有的增压式电控喷油器受到增压活塞结构的制约，对于确定的共轨压力，经过增压活塞对燃油压力进行一定比例的放大后，系统仅能以某一确定的喷射压力将燃油喷入气缸中，很难实现柴油机在不同工况下对喷油压力和喷油速率的灵活控制；电磁控制式喷油器结构复杂，由于电磁阀线圈的电感作用，使其响应有一定的滞后时间，导致进一步提高燃油喷射次数受到限制，燃油喷射的重复性有待提高；在大油量喷射状态下，各缸喷油过程的均匀性和稳定性下降等，这些都是开发满足日益严格排放法规的喷油器亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供同时能实现灵活控制增压比以达到不同喷射效果的可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，其特征是：包括喷油器体、增压控制阀部分、三级活塞组件、喷油控制阀部分、针阀部分、蓄压腔壁，增压控制阀部分和三级活塞组件自上而下安装在喷油器体里，喷油控制阀部分和针阀部分通过其外部的喷嘴紧帽安装在三级活塞组件下方，喷油器体里设置燃油进口，蓄压腔壁设置在增压控制阀部分的上方，蓄压腔壁里设置蓄压腔和高压油路，蓄压腔里设置滤波孔板，蓄压腔壁上方安装紧固帽，紧固帽里设置燃油进口，蓄压腔分别连通燃油进口和高压油路；
所述增压控制阀部分包括增压控制阀上阀座、增压控制阀中间阀座、双电磁阀限位孔板、增压活塞限位孔板、增压控制阀阀杆、一级衔铁、二级衔铁、菌状套筒，增压控制阀上阀座、增压控制阀中间阀座、双电磁阀限位孔板和增压活塞限位孔板自上而下设置，增压控制阀阀杆的头部位于由双电磁阀限位孔板和增压活塞限位孔板构成的增压控制阀阀腔里，其外部为菌状套筒，增压控制阀阀杆的尾部安装二级衔铁，增压控制阀阀杆的中部安装一级衔铁，二级衔铁位于增压控制阀中间阀座里，一级衔铁位于双电磁阀限位孔板里，增压控制阀上阀座里缠绕二级电磁铁线圈，增压控制阀中间阀座里缠绕一级电磁铁线圈，增压控制阀阀杆尾部与其上方的增压控制阀上阀座之间设置增压控制阀阀杆复位弹簧，增压控制阀阀杆位于一级衔铁下方的部分套有一级衔铁固定弹簧，菌状套筒的伸出部分与下方的增压活塞限位孔板之间设置菌状套筒弹簧，增压控制阀阀杆的头部加工有T型回油通路，T型回油通路包括相通的竖直通路和横向通路，双电磁阀限位孔板上设置增压节流孔、二级增压油路，增压活塞限位孔板上设置一级增压油路和低压泄油孔，增压节流孔、二级增压油路、一级增压油路和低压泄油孔均连通增压控制阀阀腔，增压节流孔的另一端连通高压油路，低压泄油孔连通油箱；
所述三级活塞组件包括增压活塞、活塞回位弹簧，增压活塞为三级台阶柱体结构，自上而下分别为第一-第三柱体，且直径递减，第一柱体与其上方的增压活塞限位孔板之间形成活塞腔，活塞腔通过增压活塞限位孔板里的孔连通燃油进口，第一柱体和第二柱体与喷油器体之间形成一级增压腔，第二柱体和第三柱体与喷油器体之间形成二级增压腔，第三柱体与其下方的喷油器体之间形成三级增压腔，三级增压腔里安装活塞回位弹簧，一级增压腔连通一级增压油路，二级增压腔连通二级增压油路，三级增压腔通过单向阀连通燃油进口，三级增压腔下部开有增压油路；
所述喷油控制阀部分包括喷油控制阀压电堆、喷油控制阀液压套、喷油控制阀阀杆套筒、喷油控制阀阀杆、喷油控制阀限位孔板、伞形活塞、针阀限位孔板，喷油控制阀压电堆、喷油控制阀液压套和喷油控制阀阀杆套筒自上而下设置在喷油器体里，喷油控制阀液压套里设置喷油控制阀液压芯，喷油控制阀阀杆安装在喷油控制阀阀杆套筒里，喷油控制阀阀杆的上端伸入至喷油控制阀液压套里并与其之间形成液压油腔，喷油器体与喷油控制阀限位孔板、针阀限位孔板形成喷油控制阀阀腔，伞形活塞安装在喷油控制阀阀腔里，喷油控制阀阀杆下端压在伞形活塞上，伞形活塞的锥面下端与针阀限位孔板之间安装喷油控制阀回位弹簧，喷油控制阀液压套的外部安装喷油控制阀板状弹簧，喷油控制阀板状弹簧的底端压在喷油控制阀阀杆套筒上方，喷油控制阀板状弹簧的上端压在喷油控制阀液压套的上端，喷油控制阀阀杆套筒上开设有与燃油进口连通的油路以及进油量孔，喷油控制阀限位孔板上设置低压泄油孔，低压泄油孔分别连通低压油路和喷油控制阀阀腔；
所述针阀部分包括喷嘴、针阀，针阀安装在喷嘴并与喷嘴之间形成盛油槽，喷嘴端部设置喷孔，针阀限位孔板与喷嘴之间形成控制腔，针阀的顶部位于控制腔里并套有针阀弹簧，控制腔连通进油量孔，盛油槽连通增压油路。
本发明还可以包括：
1、无增压模式下，增压控制阀部分不通电，单向阀打开；当喷油控制阀部分通电时，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力小于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座。
2、低增压模式下，增压控制阀部分的一级电磁铁线圈通电，一级电磁铁吸引一级衔铁，一级衔铁带动增压控制阀阀杆向上运动到一级电磁铁限位处；菌状套筒在菌状套筒弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆向上抬起，将低压泄油孔打开，直到将菌状套筒上方的锥面密封；一级增压腔内的燃油通过一级增压油路流经低压泄油孔回到低压油箱内，增压活塞向下运动，三级增压腔的进油口处的单向阀关闭；随后喷油控制阀部分通电，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔压力与针阀复位弹簧的合力小于盛油槽内燃油对针阀的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座；当增压控制阀部分断电时，增压控制阀阀杆在增压控制阀复位弹簧的弹簧力作用下带动菌状套筒一起落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开菌状套筒上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路重新进入一级增压腔，增压活塞向上回到初始位置，单向阀再次打开，燃油通过单向阀进入到三级增压腔内再进入到盛油槽。
3、高增压模式下，增压控制阀部分的一级电磁铁线圈通电，一级电磁铁吸引一级衔铁，一级衔铁带动增压控制阀阀杆向上运动到一级电磁铁限位处；菌状套筒在菌状套筒弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆向上抬起，直到将菌状套筒上方的锥面密封的同时打开低压泄油孔；增压控制阀部分的二级电磁铁线圈通电，二级电磁铁吸引二级衔铁，继而二级衔铁带动增压控制阀阀杆脱离一级衔铁继续向上运动到二级衔铁限位处；增压控制阀阀杆脱离菌状套筒继续往上运动，将T型回油通路打开，二级增压腔内的燃油通过二级增压油路再通过菌状套筒中的T型回油通路流回到低压油箱内，增压活塞向下运动，三级增压腔的进油口处的单向阀关闭；继而喷油控制阀部分通电，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔压力与针阀复位弹簧的合力小于盛油槽内燃油对针阀的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座；当增压控制阀部分断电时，增压控制阀阀杆在增压控制阀复位弹簧的弹簧力作用下带动菌状套筒一起落座，T型回油通路横向油路关闭，在将低压泄油孔关闭的同时打开菌状套筒上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路和二级增压油路重新进入一级增压腔和二级增压腔，增压活塞向上回到初始位置，单向阀再次打开，燃油通过单向阀进入到三级增压腔内再进入到盛油槽。
本发明的优势在于：1、本发明的可变增压比压电-电磁控制喷油器采用三级台阶圆台式的增压活塞，通过改变压力作用面积的方式来改变增压比，使盛油槽内的燃油压力能够根据实际工况来进行调整，有效的改善了喷油的灵活性，使柴油机能够更好的满足严格的排放法规要求，有效的提高柴油机的经济性和动力性；2、本发明采用的增压控制阀能够实现多级定位，实现多条增压油路的通断可控，从而调整增压活塞的高压油作用面积，保证电控喷油器增压比的灵活控制；3、本发明采用压电-电磁混合的方式来分别驱动喷油控制阀和增压控制阀，有效的利用了压电驱动的优势，使喷油器的响应速度更快，控制精度更高，同时在增压控制阀部分采用电磁驱动，在满足功能的前提下有效节省了成本；4、蓄压腔能够减缓燃油喷射时引起的压力波动，有利于对喷油量的精确控制，尤其是对于小油量的控制精度可显著提高。同时有利于降低共轨管对材料的要求，提高其使用寿命。蓄压腔中设置有孔板结构，对从蓄压腔流向喷油器高压油管的燃油起到节流和滤波的作用，从而减少喷油器中燃油的压力波动，减少循环喷油量波动，进一步更准确的控制高压共轨燃油系统多次喷射过程。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为增压控制阀部分示意图；
图3为三级活塞组件示意图；
图4为喷油控制阀部分示意图；
图5为针阀部分示意图。
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，本发明可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，它由紧固帽1、蓄压腔壁2、增压控制阀部分3、三级活塞组件4、喷油控制阀部分5、针阀部分6、喷油器体8、蓄压腔9和滤波孔板10组成。增压控制阀部分3主要由二级电磁铁线圈15与二级衔铁13、一级电磁铁线圈14与一级衔铁15、增压活塞限位孔板19、菌状套筒22、菌状套筒弹簧21、双电磁阀限位孔板25、增压控制阀阀杆27、一级衔铁固定弹簧26以及增压控制阀阀杆复位弹簧28组成，增压控制阀阀杆27头部开有T型回油通路17，菌状套筒22套在增压控制阀阀杆27头部，通过相对运动切断和打开T型回油通路17横向油路，T型回油通路17纵向油路与低压泄油孔20相连通，增压控制阀阀腔23与一级增压油路18、二级增压油路16和增压节流孔24相通，菌状套筒22位于增压控制阀阀腔23内。三级活塞组件4主要包括增压活塞35、活塞回位弹簧32和单向阀34，增压活塞35为三级台阶式圆台结构，增压活塞35与喷油器体8构成一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31，一级增压腔29与一级增压油路18相连通，二级增压腔30与二级增压油路16相连通，三级增压腔31与盛油槽47相连通，并通过单向阀34与高压油路相连通。所述的喷油控制阀部分5由喷油控制阀压电堆37、喷油控制阀垫片38、喷油控制阀板状弹簧39、喷油控制阀回位弹簧42、喷油控制阀限位孔板46、伞形活塞47、喷油控制阀液压套50和喷油控制阀液压芯49共同构成。
图1为本发明可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的整体结构示意图，主要由紧固帽1、蓄压腔壁2、增压控制阀部分3、三级活塞组件4、喷油控制阀部分5、针阀部分6、喷油器体8以及滤波孔板10组成。紧固帽1通过螺纹将增压控制阀部分3紧扣固定在喷油器体8上，蓄压腔壁2通过螺纹将喷油控制阀部分5与针阀部分6压合在一起并紧扣固定在喷油器体8上，紧固帽1通过螺纹将蓄压腔9封闭，同时紧固帽1上加工有进油孔17用于将高压油引入到蓄压腔9。喷嘴紧帽7通过螺纹将喷油控制阀部分5与针阀部分6压合在一起并紧扣固定在喷油器体8上。
图2为可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的增压控制阀部分3，增压控制阀部分3主要包括二级电磁铁线圈15、二级电磁阀13、一级电磁铁线圈14、一级衔铁15、增压活塞限位孔板19、菌状套筒22、菌状套筒弹簧21、双电磁阀限位孔板25、增压控制阀阀杆27、一级衔铁固定弹簧26以及增压控制阀阀杆复位弹簧28。一级电磁铁线圈14与二级电磁铁线圈15叠加放置，其中二级电磁铁线圈15位于一级电磁铁线圈14的上方。双电磁阀限位孔板25与增压活塞限位孔板19形成增压控制阀阀腔23，双电磁阀限位孔板25上加工有增压节流孔24和二级增压油路16，增压节流孔24和二级增压油路16的一端都与增压控制阀阀腔23相连通，增压节流孔24另一端与高压油路相连通，将高压油引入增压控制阀阀腔23。增压活塞限位孔板25上加工有低压泄油孔20和一级增压油路18，低压泄油孔20和一级增压油路18都与增压控制阀阀腔23相连通，低压泄油孔20与低压油箱连通。菌状套筒22放置在增压控制阀阀腔23内，菌状套筒22通过菌状套筒弹簧21压套在增压控制阀阀杆27的头部，增压控制阀阀杆27可以在菌状套筒22中上下滑动。增压控制阀阀杆27头部加工有T型回油通路17，T型回油通路17的竖直通路与菌状套筒22的通路相连，在菌状套筒22被紧压在增压控制阀阀杆27上时，T型回油通路17的横向通路是关闭的，当增压控制阀阀杆27相对菌状套筒22向上移动时，T型回油通路17打开。增压控制阀阀杆复位弹簧28将增压控制阀阀杆27与菌状套筒22压紧在增压活塞限位孔板19上，并将低压泄油孔20关闭。增压控制阀阀杆27穿过一级电磁铁线圈14中间的孔洞和双电磁阀限位孔板25，在一级电磁铁线圈14和双电磁阀限位孔板25之间放置有一级衔铁15，增压控制阀阀杆27穿过一级衔铁15中心，一级衔铁弹簧26将一级衔铁15固定在增压控制阀阀杆27上，一级衔铁15受到一级电磁铁线圈14的磁力作用，当一级衔铁15被吸合时，增压控制阀阀杆27可以脱离一级衔铁15向上运动。二级衔铁13放置于增压控制阀阀杆27顶端，并与增压控制阀阀杆27连接，二级衔铁13可以受到二级电磁铁线圈15的电磁力作用。
图3所示为可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的三级活塞组件4的结构示意图，包括增压活塞35、喷油器体8、活塞回位弹簧32和单向阀34。增压活塞35是一个三级台阶柱体结构，与增压活塞限位孔板19共同构成活塞腔36，高压油通过活塞限位孔板19上开的孔通入活塞腔36。增压活塞35与喷油器体8共同构成一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31，其中一级增压腔29和二级增压腔30分别与一级增压油路18和二级增压油路16相连通，增压控制阀阀腔23内的高压油通过一级增压油路18和二级增压油路16分别进入一级增压腔27和二级增压腔28。三级增压腔31通过单向阀34与高压油路相连通，三级增压腔31内放置有活塞回位弹簧32，同时三级增压腔31下部还开有增压油路33，增压油路33将三级增压腔31内的油引入到盛油槽47。
图4所示为可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的喷油控制阀部分5的结构示意图，包括喷油控制阀压电堆37、喷油控制阀垫片38、喷油控制阀板状弹簧39、喷油控制阀阀杆回位弹簧42、喷油控制阀限位孔板46、伞形活塞47、喷油控制阀液压套50和喷油控制阀液压芯49。喷油控制阀压电堆37与喷油控制阀垫片38叠加放置，其中喷油控制阀液压芯49嵌套在喷油控制阀液压套50中间，喷油控制阀阀杆48也插入到喷油控制阀液压套50中，形成一个液压油腔。喷油控制阀板状弹簧39底端压在喷油控制阀阀杆套筒40上方，喷油控制阀板状弹簧39上端将喷油控制阀液压套50紧压在喷油控制阀垫片38上，使得喷油控制阀液压套50和喷油控制阀液压芯49得随喷油控制阀压电堆37动作而动作。喷油控制阀阀杆48穿过喷油控制阀套筒。喷油控制阀限位孔板46和针阀限位孔板44共同构成了喷油控制阀阀腔43，在喷油控制阀回位弹簧42弹簧力的作用下喷油控制阀阀杆48下端压紧在伞形活塞47上。伞形活塞47位于喷油控制阀阀腔43内，在初始状态下，伞形活塞47的上锥面与喷油控制阀阀杆套筒40形成密封面。当喷油控制阀阀杆48向下运动时，其下锥面会与喷油控制阀阀杆套筒40形成密封面，同时喷油控制阀阀杆48也会带动伞形活塞47向下运动，使伞形活塞47的密封面打开。喷油控制阀阀杆48下锥面上端的喷油控制阀阀杆套筒40中加工有油路与高压油路相连通，两个密封锥面间的喷油控制阀阀杆套筒40中加工有进油量孔45与控制腔51相通。在喷油控制阀限位孔板46中还加工有低压泄油孔41，一端与喷油控制阀阀腔43连通，另一端与低压油箱连通。
图5所示为可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的针阀部分6的结构示意图，包括针阀53、针阀弹簧56和喷嘴55。喷嘴55与针阀限位孔板构成控制腔51和盛油槽52，针阀弹簧56位于控制腔51内。喷嘴55下端开有喷孔54，当针阀弹簧56弹力和控制腔51内的压力形成的合力大于盛油槽52对针阀施加的压力时，针阀53落座将喷孔54关闭；当针阀53抬起时，喷孔54与盛油槽52连通，开始喷油。
燃油从燃油进口11进入到蓄压腔9，在蓄压腔9内横向设置有滤波孔板10，蓄压腔9位于可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的最上方，分别与燃油进口和下方高压油路相连，高压油路在在双电磁阀限位孔板25处引出一条支路，通过增压节流孔24进入到增压控制阀阀腔23中，再经过增压控制阀阀腔23分成两路，一路通过一级增压油路18进入一级增压腔29，另一路通过二级增压油路16进入到二级增压腔30。燃油继续往下在增压活塞限位孔板19处引出一条支路，这条支路通往活塞腔36。燃油在喷油器体8继续往下并在其中分成两路：一路继续往下通过喷油控制阀限位孔板44中的高压油路和喷油控制阀阀杆下锥面，再通过进油量孔42进入控制腔46；另一路通过单向阀34进入到三级增压腔31中，再向下经过增压油路33进入到盛油槽47内。此时活塞腔36内的液压力小于一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31内的液压力以及活塞回位弹簧32的弹力形成的合力，增压活塞35处于最高位置，因此三级增压腔31内的燃油不被增压。同时盛油槽47内的压力与针阀弹簧51形成的合力大于控制腔46内的压力，此时针阀48落座。根据喷油过程的不同，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器可分为三种不同的工作模式：无增压模式、低增压模式和高增压模式。
当可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器在无增压模式下工作时，增压控制阀部分3不通电，由于此时三级活塞各个作用面的压力平衡，单向阀34打开，因此三级增压腔31内的燃油压力并不增加，盛油槽47内的燃油压力等于单向阀34另一边的压力。当喷油控制阀部分5通电时，喷油控制阀压电堆37在逆压电效应的作用下伸长，带动喷油控制阀垫片38压迫喷油控制阀液压套50和喷油控制阀液压芯49共同向下运动，使喷油控制阀液压套50和喷油控制阀阀杆48形成的油腔中的油压升高，喷油控制阀阀杆48受到油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞47克服喷油控制阀回位弹簧42的弹力向下运动。此时喷油控制阀阀杆48下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞47上部的锥面密封打开，控制腔51通过伞形活塞47上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔43与低压泄油孔41相连通，控制腔51内的燃油通过低压泄油孔41流回到油箱内。当控制腔51内的压力和针阀弹簧56的弹力形成的合力小于盛油槽52内燃油向上的液压力时，针阀53向上抬起，喷孔54打开，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器开始喷油。当喷油控制阀部分5断电时，喷油控制阀阀杆48在喷油控制阀阀杆回位弹簧42的弹力作用下落座，在将低压泄油孔41关闭的同时打开高压油路，控制腔51通过进油量孔45重新建压，当控制腔51内的压力和针阀弹簧56的弹力形成的合力大于盛油槽52内燃油向上的液压力时，针阀53重新落座，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器停止喷油。
当可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器在低增压模式下工作时，增压控制阀部分3的一级电磁铁线圈14通电，一级电磁铁吸引一级衔铁15，一级衔铁15带动增压控制阀阀杆27向上运动到一级电磁铁限位处。菌状套筒22在菌状套筒弹簧21弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆27向上抬起，将低压泄油孔20打开，直到将菌状套筒22上方的锥面密封。一级增压腔29内的燃油通过一级增压油路18流经低压泄油孔20回到低压油箱内，此时一级增压腔29内的压力降低，活塞腔36内的压力大于一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31内的压力与活塞回位弹簧32的弹力之和，增压活塞35向下运动，三级增压腔31的进油口处的单向阀34关闭，三级增压腔31内的燃油压力受压升高，进而导致盛油槽47内的燃油压力升高。随后喷油控制阀3部分通电，喷油控制阀压电堆37在逆压电效应的作用下伸长，带动喷油控制阀垫片38压迫喷油控制阀液压套50和喷油控制阀液压芯49共同向下运动，使喷油控制阀液压套50和喷油控制阀阀杆48形成的油腔中的油压升高，喷油控制阀阀杆48受到油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞47克服喷油控制阀回位弹簧42的弹力向下运动。此时喷油控制阀阀杆48下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞47上部的锥面密封打开，控制腔51通过伞形活塞47上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔43与低压泄油孔41相连通，控制腔51内的燃油通过低压泄油孔41流回到油箱内。此时控制腔51内的压力降低，当其压力与针阀复位弹簧51的合力小于盛油槽52内燃油对针阀53的液压力时，针阀53向上抬起，喷孔54打开，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器开始喷油。当喷油控制阀部分5断电时，喷油控制阀阀杆48在喷油控制阀阀杆回位弹簧42的弹力作用下落座，在将低压泄油孔41关闭的同时打开高压油路，控制腔51通过进油量孔45重新建压，当控制腔51内的压力和针阀弹簧56的弹力形成的合力大于盛油槽52内燃油向上的液压力时，针阀53重新落座，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器停止喷油。当增压控制阀部分3断电时，增压控制阀阀杆27在增压控制阀复位弹簧28的弹簧力作用下带动菌状套筒22一起落座，在将低压泄油孔20关闭的同时打开菌状套筒22上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路18重新进入一级增压腔29，此时活塞腔36内的压力小于一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31内的压力与活塞回位弹簧32的弹力之和，增压活塞35向上回到初始位置。三级增压腔31内的压力降低，单向阀34再次打开，燃油通过单向阀34进入到三级增压腔32内再进入到盛油槽52。
当可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器在高增压模式下工作时，首先增压控制阀部分3的一级电磁铁线圈14通电，一级电磁铁吸引一级衔铁15，一级衔铁15带动增压控制阀阀杆27向上运动到一级电磁铁限位处。菌状套筒22在菌状套筒弹簧21弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆27向上抬起，直到将菌状套筒22上方的锥面密封的同时打开低压泄油孔20。此时一级增压腔29内的燃油通过一级增压油路18流经低压泄油孔20回到低压油箱内，一级增压腔29压力降低。然后增压控制阀部分3的二级电磁铁线圈15通电，二级电磁铁吸引二级衔铁13，继而二级衔铁13带动增压控制阀阀杆27脱离一级衔铁15继续向上运动到二级衔铁限位处。此时增压控制阀阀杆27脱离菌状套筒22继续往上运动，将T型回油通路17打开，二级增压腔30内的燃油通过二级增压油路16再通过菌状套筒22中的T型回油通路17流回到低压油箱内，二级增压腔30压力也发生下降。此时活塞腔36内的压力大于一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31内的压力与增压活塞回位弹簧32的弹力形成的合力，增压活塞35向下运动，三级增压腔31的进油口处的单向阀34关闭，三级增压腔31内的燃油压力升高，进而导致盛油槽47内的燃油压力升高。继而喷油控制阀部分5通电，喷油控制阀压电堆37在逆压电效应的作用下伸长，带动喷油控制阀垫片38压迫喷油控制阀液压套50和喷油控制阀液压芯49共同向下运动，使喷油控制阀液压套50和喷油控制阀阀杆48形成的油腔中的油压升高，喷油控制阀阀杆48受到油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞47克服喷油控制阀回位弹簧42的弹力向下运动。此时喷油控制阀阀杆48下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞47上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞47上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔43与低压泄油孔41相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔41流回到油箱内。此时控制腔51内的压力降低，当其压力与针阀复位弹簧51的合力小于盛油槽52内燃油对针48阀的液压力时，针阀53向上抬起，喷孔54打开，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器开始喷油。当喷油控制阀部分5断电时，喷油控制阀阀杆48在喷油控制阀阀杆回位弹簧42的弹力作用下落座，在将低压泄油孔41关闭的同时打开高压油路，控制腔51通过进油量孔45重新建压，当控制腔51内的压力和针阀弹簧56的弹力形成的合力大于盛油槽52内燃油向上的液压力时，针阀53重新落座，可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器停止喷油。当增压控制阀部分3断电时，增压控制阀阀杆27在增压控制阀复位弹簧28的弹簧力作用下带动菌状套筒21一起落座，先将T型回油通路17横向油路关闭，然后在将低压泄油孔20关闭的同时打开菌状套筒22上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路18和二级增压油路16重新进入一级增压腔29和二级增压腔30，此时活塞腔36内的压力小于一级增压腔29、二级增压腔30和三级增压腔31内的压力与增压活塞回位弹簧32的弹力之和，增压活塞35向上回到初始位置。三级增压腔31内的压力降低，单向阀34再次打开，燃油通过单向阀34进入到三级增压腔内31再进入到盛油槽52。
由可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器的工作过程可知，本发明在工作过程中通过改变增压控制阀的动作响应，可实现不同的增压比以达到不同的喷油压力，使喷油器能够实现更为灵活的喷油特性。本发明采用了压电式的喷油控制阀，在电磁驱动的基础上进一步提高了喷油器的响应速度以及控制精度，使本发明能够实现更精确的多次喷射。有效提高了柴油机的动力性和燃油的经济性。同时本发明采用了压电驱动器来实现增压控制阀的不同定位，不仅使增压控制阀的定位更为准确和灵活，同时也加快了增压活塞增压比的调节速度，使喷油规律的控制精度更为提高。蓄压腔能够有效缓减燃油喷射时引起的压力波动，有利于对喷油量的精确控制，尤其是对于小油量的控制精度可显著提高。同时，当喷油器应用在共轨燃油系统中时，蓄压腔的稳压作用能够使柴油机共轨管的尺寸减小，这有利于降低共轨管对材料的要求，提高其使用寿命。同时，蓄压腔中设置有孔板结构，在孔板上钻有不同孔径的节流孔，对从蓄压腔流向喷油器高压油管的燃油起到节流和滤波的作用，从而减少喷油器中燃油的压力波动，减少循环喷油量波动，进一步更准确的控制高压共轨燃油系统多次喷射过程。
Claims (5)
1.可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，其特征是：包括喷油器体、增压控制阀部分、三级活塞组件、喷油控制阀部分、针阀部分、蓄压腔壁，增压控制阀部分和三级活塞组件自上而下安装在喷油器体里，喷油控制阀部分和针阀部分通过其外部的喷嘴紧帽安装在三级活塞组件下方，喷油器体里设置燃油进口，蓄压腔壁设置在增压控制阀部分的上方，蓄压腔壁里设置蓄压腔和高压油路，蓄压腔里设置滤波孔板，蓄压腔壁上方安装紧固帽，紧固帽里设置燃油进口，蓄压腔分别连通燃油进口和高压油路；
所述增压控制阀部分包括增压控制阀上阀座、增压控制阀中间阀座、双电磁阀限位孔板、增压活塞限位孔板、增压控制阀阀杆、一级衔铁、二级衔铁、菌状套筒，增压控制阀上阀座、增压控制阀中间阀座、双电磁阀限位孔板和增压活塞限位孔板自上而下设置，增压控制阀阀杆的头部位于由双电磁阀限位孔板和增压活塞限位孔板构成的增压控制阀阀腔里，其外部为菌状套筒，增压控制阀阀杆的尾部安装二级衔铁，增压控制阀阀杆的中部安装一级衔铁，二级衔铁位于增压控制阀中间阀座里，一级衔铁位于双电磁阀限位孔板里，增压控制阀上阀座里缠绕二级电磁铁线圈，增压控制阀中间阀座里缠绕一级电磁铁线圈，增压控制阀阀杆尾部与其上方的增压控制阀上阀座之间设置增压控制阀阀杆复位弹簧，增压控制阀阀杆位于一级衔铁下方的部分套有一级衔铁固定弹簧，菌状套筒的伸出部分与下方的增压活塞限位孔板之间设置菌状套筒弹簧，增压控制阀阀杆的头部加工有T型回油通路，T型回油通路包括相通的竖直通路和横向通路，双电磁阀限位孔板上设置增压节流孔、二级增压油路，增压活塞限位孔板上设置一级增压油路和低压泄油孔，增压节流孔、二级增压油路、一级增压油路和低压泄油孔均连通增压控制阀阀腔，增压节流孔的另一端连通高压油路，低压泄油孔连通油箱；
所述三级活塞组件包括增压活塞、活塞回位弹簧，增压活塞为三级台阶柱体结构，自上而下分别为第一-第三柱体，且直径递减，第一柱体与其上方的增压活塞限位孔板之间形成活塞腔，活塞腔通过增压活塞限位孔板里的孔连通燃油进口，第一柱体和第二柱体与喷油器体之间形成一级增压腔，第二柱体和第三柱体与喷油器体之间形成二级增压腔，第三柱体与其下方的喷油器体之间形成三级增压腔，三级增压腔里安装活塞回位弹簧，一级增压腔连通一级增压油路，二级增压腔连通二级增压油路，三级增压腔通过单向阀连通燃油进口，三级增压腔下部开有增压油路；
所述喷油控制阀部分包括喷油控制阀压电堆、喷油控制阀液压套、喷油控制阀阀杆套筒、喷油控制阀阀杆、喷油控制阀限位孔板、伞形活塞、针阀限位孔板，喷油控制阀压电堆、喷油控制阀液压套和喷油控制阀阀杆套筒自上而下设置在喷油器体里，喷油控制阀液压套里设置喷油控制阀液压芯，喷油控制阀阀杆安装在喷油控制阀阀杆套筒里，喷油控制阀阀杆的上端伸入至喷油控制阀液压套里并与其之间形成液压油腔，喷油器体与喷油控制阀限位孔板、针阀限位孔板形成喷油控制阀阀腔，伞形活塞安装在喷油控制阀阀腔里，喷油控制阀阀杆下端压在伞形活塞上，伞形活塞的锥面下端与针阀限位孔板之间安装喷油控制阀回位弹簧，喷油控制阀液压套的外部安装喷油控制阀板状弹簧，喷油控制阀板状弹簧的底端压在喷油控制阀阀杆套筒上方，喷油控制阀板状弹簧的上端压在喷油控制阀液压套的上端，喷油控制阀阀杆套筒上开设有与燃油进口连通的油路以及进油量孔，喷油控制阀限位孔板上设置低压泄油孔，低压泄油孔分别连通低压油路和喷油控制阀阀腔；
所述针阀部分包括喷嘴、针阀，针阀安装在喷嘴并与喷嘴之间形成盛油槽，喷嘴端部设置喷孔，针阀限位孔板与喷嘴之间形成控制腔，针阀的顶部位于控制腔里并套有针阀弹簧，控制腔连通进油量孔，盛油槽连通增压油路。
2.根据权利要求1所述的可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，其特征是：无增压模式下，增压控制阀部分不通电，单向阀打开；当喷油控制阀部分通电时，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力小于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座。
3.根据权利要求1或2所述的可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，其特征是：低增压模式下，增压控制阀部分的一级电磁铁线圈通电，一级电磁铁吸引一级衔铁，一级衔铁带动增压控制阀阀杆向上运动到一级电磁铁限位处；菌状套筒在菌状套筒弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆向上抬起，将低压泄油孔打开，直到将菌状套筒上方的锥面密封；一级增压腔内的燃油通过一级增压油路流经低压泄油孔回到低压油箱内，增压活塞向下运动，三级增压腔的进油口处的单向阀关闭；随后喷油控制阀部分通电，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔压力与针阀复位弹簧的合力小于盛油槽内燃油对针阀的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座；当增压控制阀部分断电时，增压控制阀阀杆在增压控制阀复位弹簧的弹簧力作用下带动菌状套筒一起落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开菌状套筒上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路重新进入一级增压腔，增压活塞向上回到初始位置，单向阀再次打开，燃油通过单向阀进入到三级增压腔内再进入到盛油槽。
4.根据权利要求1或2所述的可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，其特征是：高增压模式下，增压控制阀部分的一级电磁铁线圈通电，一级电磁铁吸引一级衔铁，一级衔铁带动增压控制阀阀杆向上运动到一级电磁铁限位处；菌状套筒在菌状套筒弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆向上抬起，直到将菌状套筒上方的锥面密封的同时打开低压泄油孔；增压控制阀部分的二级电磁铁线圈通电，二级电磁铁吸引二级衔铁，继而二级衔铁带动增压控制阀阀杆脱离一级衔铁继续向上运动到二级衔铁限位处；增压控制阀阀杆脱离菌状套筒继续往上运动，将T型回油通路打开，二级增压腔内的燃油通过二级增压油路再通过菌状套筒中的T型回油通路流回到低压油箱内，增压活塞向下运动，三级增压腔的进油口处的单向阀关闭；继而喷油控制阀部分通电，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔压力与针阀复位弹簧的合力小于盛油槽内燃油对针阀的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座；当增压控制阀部分断电时，增压控制阀阀杆在增压控制阀复位弹簧的弹簧力作用下带动菌状套筒一起落座，T型回油通路横向油路关闭，在将低压泄油孔关闭的同时打开菌状套筒上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路和二级增压油路重新进入一级增压腔和二级增压腔，增压活塞向上回到初始位置，单向阀再次打开，燃油通过单向阀进入到三级增压腔内再进入到盛油槽。
5.根据权利要求3所述的可变增压比蓄压式压电-电磁控制喷油器，其特征是：高增压模式下，增压控制阀部分的一级电磁铁线圈通电，一级电磁铁吸引一级衔铁，一级衔铁带动增压控制阀阀杆向上运动到一级电磁铁限位处；菌状套筒在菌状套筒弹簧力的作用下随着增压控制阀阀杆向上抬起，直到将菌状套筒上方的锥面密封的同时打开低压泄油孔；增压控制阀部分的二级电磁铁线圈通电，二级电磁铁吸引二级衔铁，继而二级衔铁带动增压控制阀阀杆脱离一级衔铁继续向上运动到二级衔铁限位处；增压控制阀阀杆脱离菌状套筒继续往上运动，将T型回油通路打开，二级增压腔内的燃油通过二级增压油路再通过菌状套筒中的T型回油通路流回到低压油箱内，增压活塞向下运动，三级增压腔的进油口处的单向阀关闭；继而喷油控制阀部分通电，喷油控制阀压电堆压迫喷油控制阀液压套和喷油控制阀液压芯共同向下运动，喷油控制阀阀杆受到液压油腔中压力作用向下运动，进而压迫伞形活塞克服喷油控制阀回位弹簧的弹力向下运动；此时喷油控制阀阀杆下端的锥面密闭，使高压油路被切断，同时伞形活塞上部的锥面密封打开，控制腔通过伞形活塞上部的锥面通道和喷油控制阀阀腔与低压泄油孔相连通，控制腔内的燃油通过低压泄油孔流回到油箱内；当控制腔压力与针阀复位弹簧的合力小于盛油槽内燃油对针阀的液压力时，针阀向上抬起，喷孔喷油；当喷油控制阀部分断电时，喷油控制阀阀杆在喷油控制阀阀杆回位弹簧的弹力作用下落座，在将低压泄油孔关闭的同时打开高压油路，控制腔通过进油量孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀弹簧的弹力形成的合力大于盛油槽内燃油向上的液压力时，针阀重新落座；当增压控制阀部分断电时，增压控制阀阀杆在增压控制阀复位弹簧的弹簧力作用下带动菌状套筒一起落座，T型回油通路横向油路关闭，在将低压泄油孔关闭的同时打开菌状套筒上端的锥面密封，高压燃油通过一级增压油路和二级增压油路重新进入一级增压腔和二级增压腔，增压活塞向上回到初始位置，单向阀再次打开，燃油通过单向阀进入到三级增压腔内再进入到盛油槽。
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|---|---|---|---|---|
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2018
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