CN111207016A - 直控式高压共轨喷油器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直控式高压共轨喷油器，它包括喷油器体、电磁铁组件、喷油嘴阀座组件以及喷油嘴螺套；所述喷油嘴阀座组件包括阀座及针阀；针阀下压时，针阀的下端封住底孔的上端形成与中心油孔连通的S1腔室，工艺环槽与通油环槽形成S2腔室；针阀上升时，中心油孔、S1腔室、S2腔室以及喷油孔相互连通。本发明的目的在于提供一种直控式高压共轨喷油器。本发明的优点在于：本发明采用等密封线的方法，使作用在油嘴针阀上的高压燃油压力合力为零，其上的电磁铁不通过伺服控制阀，便有足够的电磁力直接控制喷油嘴的开关；且喷油器全密封，无回油孔，采用高压密封的高速电磁铁，使共轨喷油器达到无回油、无泄漏、无死容积。

Description

直控式高压共轨喷油器
技术领域
本发明涉及内燃机燃油系统领域，特别是一种直控式高压共轨喷油器。
背景技术
现有的柴油机共轨喷油器，有电磁铁和压电晶体控制喷油嘴开关两种方式，它们主要通过液压伺服阀，间接控制喷油嘴的开关，结构复杂，加工精度高，同时响应速度慢。目前国外不通过液压伺服阀，采用压电晶体直接控制喷油嘴开关的共轨喷油器，已经上市，例如美国德尔福公司和德国大陆公司已经将直接控制油嘴开关的共轨喷油器用在柴油机上。
而电磁铁控制的共轨喷油器，由于共轨喷油器的高速电磁铁体积小，作用力仅一百多牛顿，比压电晶体控制力(几千牛顿)要小很多，目前常用的闭式喷油嘴参见图1，针阀导向密封直径D1＝4mm，锥面密封直径D2＝2mm，当电磁铁在低压区，作用在油嘴针阀上的高压燃油，会产生向上的不平衡液压力。燃油喷射压力在200Mpa时，作用在油嘴针阀上，向上的不平衡液压力高达1800牛顿以上，电磁铁的电磁力远远小于不平衡的液压力，电磁铁不可能直接拉动针阀，来控制喷油嘴的开关。所以必须通过液压伺服阀，将电磁力转化为强大的液压力，才能拉动针阀，控制喷油嘴的开关。目前国内外尚无由电磁铁直接控制喷油嘴开关的高压共轨喷油器。
图1为现有的德国BOSCH生产柴油机共轨喷油器的典型结构。它的上端部安装电磁铁、衔铁，中部安装球形二位二通伺服阀，使液压活塞上的高压液压力快速转到低压，或从低压快速转到高压，从而控制喷油嘴的开关。这种共轨喷油器，电磁铁要通过伺服阀来开关喷油嘴，响应速度比直接控制喷油嘴要慢一些。
另外作用在液压活塞上高达180-200Mpa的液压冲击力，会使针阀和阀座精密的密封锥面快速磨损，降低油嘴寿命和工作的可靠性。且伺服阀的高压区有一个小孔，在伺服阀打开时，直通低压区，同时高压燃油也会经过偶件间隙泄流到低压区，泄漏量很大，占供油量百分之二十以上，致使系统温度大大升高，损失很多能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直控式高压共轨喷油器，其采用等密封线的方法，使作用在油嘴针阀上的高压燃油压力合力为零，以便电磁阀有足够的电磁力直接控制喷油嘴的开关。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种直控式高压共轨喷油器，它包括喷油器体、电磁铁组件、喷油嘴阀座组件以及喷油嘴螺套，电磁铁组件和喷油嘴阀座组件通过喷油嘴螺套固定在喷油器体的下侧；所述喷油嘴阀座组件包括阀座及针阀；所述阀座的中部设有插置针阀的通道，所述通道由上至下依次设置盛油槽、中孔、高精度内孔、工艺环槽以及底孔；并且高精度内孔的周壁设有若干环形分布的喷油孔，工艺环槽上端距喷油孔进口的高度为H；
所述针阀的外周设置与中孔间隙配合的通油外圆段以及与高精度内孔密封配合的密封外圆段，密封外圆段的下部设有通油环槽，并且所述针阀的中轴设有贯通的中心油孔，针阀侧壁设有侧进油孔，侧进油孔的进口位于盛油槽内，出油口连通中心油孔；喷油器体上的高压进油通道与中心油孔以及盛油槽连通；
针阀下压时，针阀的下端封住底孔的上端形成与中心油孔连通的S1腔室，工艺环槽与通油环槽形成S2腔室；针阀上升时，中心油孔、S1腔室、S2腔室以及喷油孔相互连通。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：
本发明采用等密封线的方法，使作用在油嘴针阀上的高压燃油压力合力为零，其上的电磁铁不通过伺服控制阀，便有足够的电磁力直接控制喷油嘴的开关；且喷油器全密封，无回油孔，采用高压密封的高速电磁铁，使共轨喷油器达到无回油、无泄漏、无死容积。
附图说明
图1是现有柴油机共轨喷油器的结构示意图。
图2是本发明一种直控式高压共轨喷油器实施例的结构示意图。
图3是直控式高压共轨喷油器中电磁铁组件部分的结构示意图。
图4是阀座的结构示意图。
图5是针阀的结构示意图。
图6是喷油嘴阀座组件的结构示意图。
图7是电磁铁定铁芯的结构示意图。
标号说明：1喷油器体、11高压进油通道、2喷油嘴螺套、3阀座、31盛油槽、32中孔、33高精度内孔、34工艺环槽、35底孔、36喷油孔、37密封锥面A、4针阀、41通油外圆段、42密封外圆段、43通油环槽、44中心油孔、45侧进油孔、46密封锥面B、47定量通孔、48台阶、49润滑槽、410通油环槽上端面、5电磁铁定铁芯、51内腔、52铁芯连通孔、53隔磁密封圈、54线圈、55线圈引出线、6衔铁、61中心通孔、62辅助进油孔、7回位弹簧、71限位套、72调节垫片A、73调节垫片B、74调节垫片C、8顶压弹簧。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
如图2-7所示为本发明提供的一种直控式高压共轨喷油器的实施例示意图。
一种直控式高压共轨喷油器，它包括喷油器体1、电磁铁组件、喷油嘴阀座组件以及喷油嘴螺套2，电磁铁组件和喷油嘴阀座组件通过喷油嘴螺套2固定在喷油器体1的下侧；
所述喷油嘴阀座组件包括阀座3及针阀4；所述阀座3的中部设有插置针阀4的通道，所述通道由上至下依次设置盛油槽31、中孔32、高精度内孔33、工艺环槽34以及底孔35；并且高精度内孔33的周壁设有若干环形分布的喷油孔36，工艺环槽34上端距喷油孔36进口的高度为H；
所述针阀4的外周设置与中孔32间隙配合的通油外圆段41以及与高精度内孔33密封配合的密封外圆段42，密封外圆段42的下部设有通油环槽43，并且所述针阀4的中轴设有贯通的中心油孔44，针阀4侧壁设有侧进油孔45，侧进油孔45的进口位于盛油槽31内，出油口连通中心油孔44；喷油器体1上的高压进油通道11与中心油孔44以及盛油槽31连通；
针阀4下压时，针阀4的下端封住底孔35的上端形成与中心油孔44连通的S1腔室，工艺环槽34与通油环槽43形成S2腔室；针阀4上升时，中心油孔44、S1腔室、S2腔室以及喷油孔36相互连通。
所述底孔35的上侧沿设有密封锥面A37，所述密封外圆段42的下端设有与密封锥面A37限位配合的密封锥面B46。
针阀4关闭时，针阀4的密封锥面B46压到阀座3的密封锥面A37上，针阀4的通油环槽43上端面与工艺环槽34上端齐平，即此时通油环槽43上端面距离喷油孔36进口的高度也为H，控制H大小可以改变喷油孔36的喷油速率。
所述密封锥面A37的锥角比密封锥面B46的锥角小0.5-3度。
所述密封外圆段42的直径为d1，所述密封锥面B46与密封锥面A37的接触线直径为d2，d1＝d2。
所述中心油孔44的出口端设有定量通孔47，定量通孔47连通S1腔室，且定量通孔47直径小于中心油孔44的直径，定量通孔47的直径为d3。
所述工艺环槽34的直径大于密封外圆段42的直径，工艺环槽34的直径为d4。
所述密封外圆段42上设有若干润滑槽49，所述润滑槽49连通中心油孔44。
所述电磁铁组件包括电磁铁定铁芯5、衔铁6、回位弹簧7以及顶压弹簧8；
所述电磁铁定铁芯5的下侧设有用于安装衔铁6的内腔51，且内腔51的顶部设有连通高压进油通道11的铁芯连通孔52。
电磁铁定铁芯5是由上铁芯、下铁芯及隔磁密封圈采用特殊焊接方法焊接固定，并密封高压燃油。上铁芯的上端为高精度平面，下铁芯的下端为高精度平面，上铁芯和下铁芯上加工有定位销孔，分别与喷油器体1以及阀座3固定连接。
电磁铁定铁芯5上设有用无磁不锈钢材料制成的隔磁密封圈，用来隔磁。
所述针阀4穿过衔铁6的中心通孔61，且针阀4的上端设有与中心通孔61限位配合的台阶48，回位弹簧7设于铁芯连通孔52内，其下端顶压在针阀4的上端，所述顶压弹簧8设于盛油槽31和衔铁6下端之间。
所述衔铁6的中心通孔61外周设有上下贯通的辅助进油孔62，辅助进油孔62连接在铁芯连通孔52和盛油槽31之间。
所述回位弹簧7外侧设有限位套71，限位套71的顶端设有调节垫片A72；限位套71和回位弹簧7之间设有调节垫片B73；
所述针阀4的台阶48下侧和衔铁6的中心通孔61之间设有调节垫片C74。
针阀4上密封外圆段42的直径为d1，密封锥面B46与密封锥面A37的接触线直径为d2，且d1＝d2；针阀4上定量通孔47的直径为d3。
设作用在针阀4顶部的压力为F1，作用在针阀4底部的压力为F2；
盛油槽31和底孔35内的燃油比压力分别为p1和p2，由于喷油孔36直径很小，流动面积是定量通孔47面积的十分之一左右，不记压力流动损失，即p1和p2近似相等。
F1＝π/4xp1x(d12-d32)，作用力向下。
F2＝π/4xp2x(d22-d32)，作用力向上。
因为d1＝d2,p1＝p2；所以F1＝F2。
作用在针阀上的燃油压力大小相等，且方向相反，液压合力为零，液压压力平衡。
本发明的工作过程如下：
初始时，高压共轨管中的高压燃油从喷油器体1上的高压进油通道11到达电磁铁定铁芯5，经由铁芯连通孔52进入内腔51。
经由针阀4的中心油孔44和侧进油孔45进入盛油槽31和内腔51，内腔51内的高压燃油可由针阀4后端的中心油孔44进入S1室，或者由衔铁的辅助进油孔62达到阀座3的盛油槽31，再由针阀4的侧进油孔45进入S1室。
当电磁铁定铁芯5的线圈53通电时，产生电磁吸力，吸动衔铁6，克服回位弹簧7的予紧力上升，针阀4上升，其下端的密封锥面B46脱离阀座3的密封锥面A37，直到针阀4上端面碰到限位套71的下端面为止。上述过程中，高压燃油从两个锥面的间隙中流入S2室中，当针阀4升程超过H时，通油环槽43接通喷油孔36，高压燃油从各喷油孔36喷到柴油机燃烧室中燃烧。
当电磁铁定铁芯5的线圈53断电时，失去电磁力，在回位弹簧7的压力作用下，针阀4的密封锥面B46紧压在阀座3的密封锥面A37上，S1室内的高压燃油停止进入S2室内，并且针阀4的密封外圆段42切断高压燃油，喷油孔36停止喷油，死容积为零。
同时偶件的背压都是高压，所以喷油器内高压燃油无泄漏。

Claims (10)

1.一种直控式高压共轨喷油器，其特征在于：它包括喷油器体(1)、电磁铁组件、喷油嘴阀座组件以及喷油嘴螺套(2)，电磁铁组件和喷油嘴阀座组件通过喷油嘴螺套(2)固定在喷油器体(1)的下侧；
所述喷油嘴阀座组件包括阀座(3)及针阀(4)；所述阀座(3)的中部设有插置针阀(4)的通道，所述通道由上至下依次设置盛油槽(31)、中孔(32)、高精度内孔(33)、工艺环槽(34)以及底孔(35)；并且高精度内孔(33)的周壁设有若干环形分布的喷油孔(36)，工艺环槽(34)上端距喷油孔(36)进口的高度为H；
所述针阀(4)的外周设置与中孔(32)间隙配合的通油外圆段(41)以及与高精度内孔(33)密封配合的密封外圆段(42)，密封外圆段(42)的下部设有通油环槽(43)，并且所述针阀(4)的中轴设有贯通的中心油孔(44)，针阀(4)侧壁设有侧进油孔(45)，侧进油孔(45)的进口位于盛油槽(31)内，出油口连通中心油孔(44)；喷油器体(1)上的高压进油通道(11)与中心油孔(44)以及盛油槽(31)连通；
针阀(4)下压时，针阀(4)的下端封住底孔(35)的上端形成与中心油孔(44)连通的S1腔室，工艺环槽(34)与通油环槽(43)形成S2腔室；针阀(4)上升时，中心油孔(44)、S1腔室、S2腔室以及喷油孔(36)相互连通。
2.根据权利要求1所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述底孔(35)的上侧沿设有密封锥面A(37)，所述密封外圆段(42)的下端设有与密封锥面A(37)限位配合的密封锥面B(46)。
3.根据权利要求2所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述密封锥面A(37)的锥角比密封锥面B(46)的锥角小0.5-3度。
4.根据权利要求2所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述密封外圆段(42)的直径为d1，所述密封锥面B(46)与密封锥面A(37)的接触线直径为d2，d1＝d2。
5.根据权利要求1所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述中心油孔(44)的出口端设有定量通孔(47)，定量通孔(47)连通S1腔室，且定量通孔(47)直径小于中心油孔(44)的直径。
6.根据权利要求1所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述工艺环槽(34)的直径大于密封外圆段(42)的直径。
7.根据权利要求1所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述密封外圆段(42)上设有若干润滑槽(49)，所述润滑槽(49)连通中心油孔(44)。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述电磁铁组件包括电磁铁定铁芯(5)、衔铁(6)、回位弹簧(7)以及顶压弹簧(8)；
所述电磁铁定铁芯(5)的下侧设有用于安装衔铁(6)的内腔(51)，且内腔(51)的顶部设有连通高压进油通道(11)的铁芯连通孔(52)；
所述针阀(4)穿过衔铁(6)的中心通孔(61)，且针阀(4)的上端设有与中心通孔(61)限位配合的台阶(48)，回位弹簧(7)设于铁芯连通孔(52)内，其下端顶压在针阀(4)的上端，所述顶压弹簧(8)设于盛油槽(31)和衔铁(6)下端之间。
9.根据权利要求8所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述衔铁(6)的中心通孔(61)外周设有上下贯通的辅助进油孔(62)，辅助进油孔(62)连接在铁芯连通孔(52)和盛油槽(31)之间。
10.根据权利要求8所述的直控式高压共轨喷油器，其特征在于：所述回位弹簧(7)外侧设有限位套(71)，限位套(71)的顶端设有调节垫片A(72)；限位套(71)和回位弹簧(7)之间设有调节垫片B(73)；
所述针阀(4)的台阶(48)下侧和衔铁(6)的中心通孔(61)之间设有调节垫片C(74)。
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