CN111894775B - 一种增压式流体喷射装置及内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体喷射技术领域，公开一种增压式流体喷射装置及内燃机。其中增压式流体喷射装置包括壳体、阀元件、柱塞和复位结构，所述壳体内具有安装腔，所述阀元件、所述柱塞和所述复位结构设置于安装腔内，所述壳体设置有伺服油通道和燃油通道；所述柱塞内部油道分别与所述燃油通道、所述阀元件内部油道连通，所述伺服油通道进入的高压伺服油能够推动所述柱塞将从所述燃油通道进入的燃油挤压至所述阀元件的盛油槽内；所述阀元件用于实现燃油增压过程中的喷射；所述复位结构用于保证流体喷射装置能够实现持续运转。本发明结构紧凑，增压效率高，可实现不同工况下对喷油压力和喷油速率的灵活控制，降低设备损耗，延长使用寿命。

Description

一种增压式流体喷射装置及内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种增压式流体喷射装置及内燃机。

背景技术

流体喷射技术主要应用于将各类液体燃料进行高压喷射的场合，比如内燃机，现有的流体喷射系统多采用压电制动器或电控制信号以控制连接机械部件来进行极快速的轴向往复运动，达到对流体进行增压喷射的目的，然而电控元件与机械部件配合下的流体喷射装置因为必须的油电隔离导致装置结构复杂，且电控系统下，因为增压活塞的制约，燃油增压比较为固定，很难保证不同工况下对喷油压力和喷油速率的灵活控制。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种结构较为紧凑、可灵活调整流体喷射速率和频率的增压式流体喷射装置及内燃机。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种增压式流体喷射装置，包括：

壳体，具有安装腔，所述壳体一端设置有伺服油通道和燃油通道，另一端设置有喷嘴；

阀元件，设置于所述安装腔内，所述阀元件包括设有第一油道的针阀和设有第二油道的针阀座，所述第二油道与所述喷嘴连通，所述针阀与所述针阀座之间形成有盛油槽，所述针阀相对所述针阀座能够在第一位置和第二位置之间运动，当所述针阀位于所述第一位置时，所述盛油槽仅连通所述第一油道，当所述针阀不位于第一位置时，所述盛油槽同时连通所述第一油道和所述第二油道；

柱塞，滑动设置于所述安装腔内，所述柱塞内设有第三油道，所述柱塞一端与所述伺服油通道连通，另一端滑动插设于所述第一油道，所述第三油道一端与所述燃油通道连通，另一端与所述第一油道连通；

复位结构，设置于所述安装腔内，所述复位结构被配置为始终为所述针阀提供向所述第一位置移动的弹力。

作为优选地，还包括限位套，固定设置在所述壳体内，所述针阀穿设于所述限位套内，所述限位套内侧设置有止挡凸起，所述针阀上设有凸起，所述凸起相对所述止挡凸起靠近所述针阀座，当所述针阀位于所述第二位置时，所述凸起抵接于所述止挡凸起。

作为优选地，所述复位结构包括弹性件、上座体和下座体，所述上座体设置于所述安装腔内，所述下座体抵接于所述针阀，所述下座体能够相对所述上座体滑动，所述弹性件套设于所述柱塞，且抵接于所述上座体和所述下座体之间，所述柱塞穿过所述上座体和所述下座体插入所述第一油道内。

作为优选地，所述壳体内设置有第一限位台阶，所述上座体抵接于所述第一限位台阶和所述限位套之间。

作为优选地，所述柱塞上设置有第二限位台阶，当所述针阀位于所述第二位置时，所述第二限位台阶抵接于所述下座体。

作为优选地，所述壳体包括上壳体和紧帽，所述上壳体和所述紧帽连接形成所述安装腔，所述紧帽内侧设置有第三限位台阶，所述上壳体被配置为将所述限位套抵压于所述第三限位台阶。

作为优选地，所述针阀一端伸入所述第二油道内，且该端设置有凸台，所述凸台上开设有连通所述第一油道和所述盛油槽的通油孔，当所述针阀位于所述第一位置时，所述凸台能够堵塞所述第二油道。

作为优选地，所述柱塞上开设有连通所述第三油道的环形油道，所述环形油道始终连通所述燃油通道，以使燃油可进入盛油槽。

作为优选地，所述燃油通道设置有单向阀，所述单向阀沿指向所述第三油道的方向导通。

作为优选地，还提供一种内燃机，包括如上任一项所述的增压式流体喷射装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的流体喷射装置，包括壳体、阀元件、柱塞和复位结构等，壳体内具有安装腔，阀元件、柱塞和复位结构均设置于安装腔内。壳体上设有伺服油通道和燃油通道，通入的高压伺服油，可直接推动柱塞在壳体内沿轴向方向运动，迫使经燃油通道进入针阀内的燃油增压至盛油槽，同时高压燃油可驱动针阀离开针阀座内部油道，进一步促使燃油进入针阀座内部油道，完成燃油增压喷射。本发明将增压柱塞集成到喷射装置内部，通过喷射装置顶端的伺服油进油口引入的高压伺服油对从侧向单向阀进来的燃料进行增压，以高压伺服油作为燃油增压的主要驱动力，不同工况下可以通过改变高压伺服油的压力和频率实现对喷油压力和喷油速率的灵活控制，提升增压效率。同时增压柱塞采用中间过油的方式，减少了增压式流体喷射装置的零件数量以及装置的体积大小，增压装置与喷射装置集成到一处，使得高压燃油的传输距离缩短，保证设备结构的紧凑性，不但减少了过程中的损耗，并且由于超高压承压部位仅位于燃料喷射系统的终端，使得整个系统的负载大大降低，在增加了系统的寿命的同时也减少了整体的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的增压式流体喷射装置的结构示意图一(针阀位于第一位置)；

图2为本发明提供的增压式流体喷射装置的结构示意图二(针阀位于第一位置和第二位置之间)；

图3为本发明提供的增压式流体喷射装置的局部结构示意图(针阀位于第一位置)。

附图标记如下：

1-壳体；101-伺服油通道；102-燃油通道；103-第一限位台阶；104-第一容纳腔；105-第二容纳腔；11-上壳体；12-紧帽；121-第三限位台阶；

2-喷嘴；

3-阀元件；301-盛油槽；31-针阀；311-第一油道；312-通油孔；313-凸台；314-凸起；3111-第一容纳段；3112-第二容纳段；32-针阀座；321-第二油道；

4-柱塞；41-第三油道；42-环形油道；43-第二限位台阶；

5-复位结构；51-弹性件；52-上座体；53-下座体；

6-限位套；601-上段限位套；602-下段限位套；61-止挡凸起。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或是本产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，或者用于区分不同结构或部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明提供一种增压式流体喷射装置，该增压式流体喷射装置包括壳体1、阀元件3、柱塞4和复位结构5。壳体1具有安装腔，壳体1一端设置有伺服油通道101和燃油通道102，另一端设置有喷嘴2，阀元件3、柱塞4和复位结构5均设置于安装腔内；阀元件3包括设有第一油道311的针阀31和设有第二油道321的针阀座32，第二油道321与喷嘴2连通，针阀31与针阀座32之间形成有盛油槽301，针阀31相对针阀座32能够在第一位置和第二位置之间运动，当针阀31位于第一位置时，盛油槽301仅连通第一油道311，当针阀31不位于第一位置时，盛油槽301能够同时连通第一油道311和第二油道321；柱塞4滑动设置于安装腔内，柱塞4内设有第三油道41，柱塞4一端与伺服油通道101连通，另一端滑动插设于第一油道311，第三油道41一端与燃油通道102连通，另一端与第一油道311连通；复位结构5被配置为始终为针阀31提供向第一位置移动的弹力，进而保证喷射装置能够实现持续运转。该增压式流体喷射装置整体结构紧凑，增压效率高，可保证不同工况下对喷油压力和喷油速率的灵活控制。

具体地，如图1所示，上述针阀31内部沿其轴向方向设有的第一油道311包括同轴且依次设置的第一容纳段3111、第二容纳段3112，且第一容纳段3111的内径大于第二容纳段3112，第一容纳段3111位于靠近柱塞4的一端，柱塞4插设于第一油道311中的第一容纳段3111，且保证柱塞4只在第一容纳段3111内相对滑动，当高压伺服油推动柱塞4向靠近第二容纳段3112方向滑动时，柱塞4下端即可压缩第一容纳段3111内的燃油通过第二容纳段3112移动至盛油槽301，盛油槽301内燃油压力提升，进而盛油槽301内的燃油推动针阀31向靠近柱塞4的方向移动，也即推动针阀31由第一位置向第二位置移动。

可以理解的是，当针阀31处于第一位置时，燃油通过燃油通道102、第三油道41和第一油道311进入盛油槽301，实现进油。当在高压伺服油的作用下，通过柱塞4挤压盛油槽301内的燃油而使得针阀31离开第一位置，此时盛油槽301始终与第二油道321连通，盛油槽301内的燃油能够通过第二油道321，实现喷油，进一步地，即针阀31位于第一位置时，盛油槽301仅与第一油道311连通，针阀32位于第一位置与第二位置之间的任一位置及针阀32位于第二位置时，盛油槽301与第一油道311和第二油道321同时连通。

进一步地，柱塞4上开设有连通第三油道41的环形油道42，与该环形油道42相对应的壳体1侧壁设置有燃油通道102，环形油道42始终与燃油通道102连通，以使燃油可进入盛油槽301。优选地，燃油通道102的内径小于环形油道42的高度，以保证在移动柱塞4的过程中，燃油通道102和环形油道42能够始终保持连通。

如图1所示，增压式流体喷射装置还包括限位套6，固定设置在壳体1内，针阀31穿设于限位套6内，限位套6内侧设置有止挡凸起61，针阀31上设有凸起314，凸起314相对止挡凸起61靠近针阀座32，当针阀31位于第二位置时，凸起314抵接于止挡凸起61。优选地，凸起314与止挡凸起61均设置为环形结构，针阀座32内部设有多个孔径不同的同轴孔，针阀31的凸起314位于限位套6内侧的止挡凸起61和针阀座32之间，其中，凸起314的外径大于止挡凸起61的内径以及针阀座32靠近限位套6的一个孔的内径，针阀31位于第一位置时，凸起314抵接于针阀座32，针阀31位于第二位置时，凸起314抵接于止挡凸起61，限位套6和针阀座32在此共同限制了针阀31沿轴向方向的活动范围。

如图1所示，上述复位结构5包括弹性件51、上座体52和下座体53，上座体52设置于安装腔内，下座体53抵接于针阀31，且下座体53能够相对上座体52滑动，弹性件51套设于柱塞4，且抵接于上座体52和下座体53之间，柱塞4穿过上座体52和下座体53插入第一油道311内。在本实施例中，弹性件51优选为弹簧。上座体52和下座体53均为内部具有空腔的环形结构，其中上座体52内部孔径略大于下座体53的外径，从而使得下座体53能够沿上座体52的内孔滑动，以使得针阀31由第一位置向第二位置移动时，可推动下座体53对弹性件51进行压缩，同时确保上座体52、下座体53对弹性件51的固定作用。

进一步地，壳体1内设置有第一限位台阶103，上座体52抵接于壳体1的第一限位台阶103和限位套6之间。具体地，壳体1内腔设置为阶梯状，包括第一容纳腔104和第二容纳腔105，其中第一容纳腔104的内径小于第二容纳腔105，其中内径变化处即为第一限位台阶103，在壳体1内腔，第一限位台阶103也被设置为环形。更进一步地，上座体52安装于壳体1的第二容纳腔105，且上座体52的上端抵接于第一限位台阶103，下座体53下端抵接于限位套6上，以此共同限制上座体52在轴向方向的运动。

同时，由于高压伺服油压力较高、柱塞4与阀元件3间为滑动配合等因素，为保证柱塞4活动的有效范围，提高设备使用的安全性，下座体53还具有对柱塞4的限位作用，柱塞4上设置有第二限位台阶43，当针阀31位于第二位置时，第二限位台阶43将抵接于下座体53，限制柱塞4沿轴向方向的滑动。

如图3所示，针阀31一端伸入所述第二油道321内，且该端设置有凸台313，凸台313上开设有连通第一油道311和盛油槽301的通油孔312，当针阀31位于第一位置时，凸台313能够堵塞第二油道321。具体地，在本实施例中，凸台313为锥形凸台，第二油道321的内壁面上具有与锥形凸台相配合的锥形面，当针阀31位于第一位置时，锥形凸台抵压于锥形面，实现对第二油道321的封堵，此时盛油槽301仅连通第一油道311。当针阀31由第一位置向第二位置移动时，锥形凸台与锥形面脱离接触，从而凸台313即失去对第二油道321的封堵作用，第二油道321将和盛油槽301、第一油道311处于连通状态，此时盛油槽内的燃油将通过第二油道321喷出。

进一步地，在本实施例中，燃油通道102内设有单向阀105，单向阀105沿指向所述第三油道41的方向导通，同时根据增压式流体喷射装置的工作时间为燃油通道102提供燃油。具体地，当针阀31位于第一位置时，单向阀105开启，燃油通过燃油通道102、第三油道41和第一油道311进入盛油槽301。当针阀31由第一位置向第二位置移动时，单向阀105关闭，停止燃油的进入。

可选地，壳体1包括上壳体11和紧帽12，上壳体11和紧帽12连接形成安装腔，紧帽12内侧设置有第三限位台阶121，上壳体11被配置为将限位套6抵压于第三限位台阶121，进而实现限位套6的固定。进一步地，在本实施例中，紧帽12与上壳体11通过螺纹连接，可极大的方便设备的安装与维护。

为了进一步实现对流体的增压喷射，喷嘴2一端位于紧帽12内与针阀座32连接，另一端伸出紧帽12，燃油经过针阀座32内的第二油道321流入喷嘴2，优选地，喷嘴2和针阀座32通过螺纹连接，喷嘴2侧面开设有多个小孔，可供燃油在此进一步增压喷射。

需要特别说明的是，本发明提供的一种增压式流体喷射装置具体工作原理如下：

流体增压喷射装置工作时总共分为两步：

第一步、通入燃油。针阀31位于第一位置，燃油通道102内的单向阀105打开，燃油经燃油通道102、环形油道42、第三油道41和第一油道311后，进入盛油槽301内。

第二步、通入高压伺服油。燃油通道102的单向阀105关闭，伺服油通道101通入伺服油，伺服油驱使柱塞4开始向靠近针阀31方向移动，第一油道311内的燃油被加压，盛油槽301内燃油压力升高，针阀31被燃油驱使向远离喷嘴2的方向运动，也即由第一位置向第二位置移动，盛油槽301与第二油道321连通，增压燃油依次进入第二油道321、喷嘴2，开始喷射。在此过程中，针阀31推动下座体53相对上座体52滑动而压缩弹性件51。燃油喷射结束或高压伺服油停止通入后，盛油槽301内的燃油压力降低，复位结构5驱动针阀31回到第一位置。

而后，连通燃油通道102的单向阀105打开，燃油进入盛油槽301，柱塞4在燃油的作用下缓慢抬起，回到初始位置，然后通入高压伺服油，依次往复。

本实施例还提供一种内燃机，该内燃机包括上述增压式流体喷射装置，可实现对燃油增压喷射的灵活控制，提升增压效率，降低设备损耗，延长使用寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种增压式流体喷射装置，其特征在于，包括：

壳体（1），具有安装腔，所述壳体（1）一端设置有伺服油通道（101）和燃油通道（102），另一端设置有喷嘴（2）；

阀元件（3），设置于所述安装腔内，所述阀元件（3）包括设有第一油道（311）的针阀（31）和设有第二油道（321）的针阀座（32），所述第二油道（321）与所述喷嘴（2）连通，所述针阀（31）与所述针阀座（32）之间形成有盛油槽（301），所述针阀（31）相对所述针阀座（32）能够在第一位置和第二位置之间运动；

所述针阀（31）一端设置有凸台（313）且伸入所述第二油道（321）内，所述凸台（313）上开设有连通所述第一油道（311）和所述盛油槽（301）的通油孔（312），当所述针阀（31）位于所述第一位置时，所述凸台（313）能够堵塞所述第二油道（321），所述盛油槽（301）仅连通所述第一油道（311），当所述针阀（31）不位于所述第一位置时，所述盛油槽（301）同时连通所述第一油道（311）和所述第二油道（321）；

柱塞（4），滑动设置于所述安装腔内，所述柱塞（4）内设有第三油道（41）以及连通所述第三油道（41）的环形油道（42），所述柱塞（4）一端与所述伺服油通道（101）连通，另一端滑动插设于所述第一油道（311），所述第三油道（41）一端与所述燃油通道（102）连通，另一端与所述第一油道（311）连通，所述环形油道（42）始终连通所述燃油通道（102），以使燃油可进入盛油槽（301）；

复位结构（5），所述复位结构（5）被配置为始终为所述针阀（31）提供向所述第一位置移动的弹力，所述复位结构（5）包括弹性件（51）、上座体（52）和下座体（53），所述上座体（52）设置于所述安装腔内，所述下座体（53）抵接于所述针阀（31），所述下座体（53）能够相对所述上座体（52）滑动，所述弹性件（51）套设于所述柱塞（4），且抵接于所述上座体（52）和所述下座体（53）之间，所述柱塞（4）穿过所述上座体（52）和所述下座体（53）插入所述第一油道（311）内；

限位套（6），固定设置在所述壳体（1）内，所述针阀（31）穿设于所述限位套（6）内，所述限位套（6）内侧设置有止挡凸起（61），所述针阀（31）上设有凸起（314），所述凸起（314）相对所述止挡凸起（61）靠近所述针阀座（32），当所述针阀（31）位于所述第二位置时，所述凸起（314）抵接于所述止挡凸起（61）。

2.根据权利要求1所述的增压式流体喷射装置，所述壳体（1）内设置有第一限位台阶（103），所述上座体（52）抵接于所述第一限位台阶（103）和所述限位套（6）之间。

3.根据权利要求1所述的增压式流体喷射装置，其特征在于，所述柱塞（4）上设置有第二限位台阶（43），当所述针阀（31）位于所述第二位置时，所述第二限位台阶（43）抵接于所述下座体（53）。

4.根据权利要求1所述的增压式流体喷射装置，其特征在于，所述壳体（1）包括上壳体（11）和紧帽（12），所述上壳体（11）和所述紧帽（12）连接形成所述安装腔，所述紧帽（12）内侧设置有第三限位台阶（121），所述上壳体（11）被配置为将所述限位套（6）抵压于所述第三限位台阶（121）。

5.根据权利要求1所述的增压式流体喷射装置，其特征在于，所述燃油通道（102）内设置有单向阀（105），所述单向阀（105）沿指向所述第三油道（41）的方向导通。

6.一种内燃机，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的增压式流体喷射装置。