CN112459942B - 钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器 - Google Patents
钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种钢球斜面‑活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，包括压电堆、小活塞、喷油器体以及安装在喷油器体内腔中的导向块、垫块、密封销、第二压套、活塞杆、钢球、回位弹簧和弹簧力调整垫片；导向块和垫块固定在喷油器体内腔中，且上下排列；导向块中设有第一内孔；密封销为工字件，其位于压电堆的下方，其中间部分插入导向块的第一内孔中，且长度大于导向块的第一内孔的深度；第二压套位于密封销的下方；活塞杆竖直放置，且下端与小活塞连接；第二压套、活塞杆和钢球构成行程反向机构；回位弹簧和弹簧力调整垫片套在活塞杆上。本发明的喷油器的结构简单，有效解决了现有技术存在的长时间通电工作对电子元件寿命有很大影响的问题。
Description
技术领域
本发明属于柴油机电控共轨喷油系统技术领域，涉及一种钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器。
背景技术
柴油机共轨燃油喷射系统，是由电子机计算机控制的智能化燃油喷射系统，是柴油机达到国5国6 排放标准的唯一选择。
目前由于柴油机喷射压力在180～220MPa之间，作用在油嘴针阀上的液压力很大，同时压电堆伸缩量很小，在0.04～0.06之间，而油嘴升程在0.2～0.3之间，所以必须将压电堆升程放大。过去柴油机采用伺服控制方法下的压电晶体控制的共轨喷油器，压电堆通过一个先导阀，来间接控制喷油嘴开启和关闭，但是通过伺服阀，针阀开启和关闭速度较慢，影响供油速率，从而影响柴油机排放指标，并且采用先导阀，大量高压燃油(约总油量20％以上)经偶件间隙和出油节流孔，流入低压腔，造成能量损失，系统发热。此外，压电晶体控制的共轨喷油器结构复杂，加工难，且供油曲线随供油压力变化，喷油器调整困难。
因此近几年来国外都在发展压电堆直接控制油嘴开关的共轨喷油器(下述简称压电直控喷油器)来克服上述缺点。如图1所示，是美国德尔福公司压电直控喷油器示意图，其在喷油嘴上端设置一个小活塞12，压电堆1通电直接将小活塞12向下移动，压在下方高压容腔14的高压燃油之上，高压燃油再将油嘴针阀的锥面26压在阀座23的锥面27上，喷油嘴不喷油。当压电堆1断电时，压电堆1回缩，使小活塞12上升，高压容腔14体积增加，针阀24在针阀底下的高压燃油作用下，将针阀抬起，压在高压燃油上，油嘴开启，高压燃油经锥面间隙并通过喷孔喷到燃烧室中，针阀上升距离为压电堆1升程乘上小活塞12面积与针阀导向杆面积之比。压电直控喷油器的断电喷油、通电停油工作方式与一般压电喷油器通电喷油、断电停油的工作方式相反，由于其压电堆工作电压在150伏以上，长时间通电工作对电子元件寿命有很大影响，因此需要研究新的技术来解决该问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器。本发明将通电油嘴关闭、断电油嘴开启的工作模式改为断电油嘴关闭、通电油嘴开启的工作模式，具体是通过在小活塞和压电堆之间设计一个行程反向机构(即钢球--斜面机构，由第二压套、活塞杆、钢球组成)将压电堆通电伸长，通过行程反向机构使通电时活塞不降反而上升实现的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，包括压电堆、小活塞、高压容腔、阀座、针阀、喷油器体，还包括安装在喷油器体内腔中的导向块、垫块、密封销、第二压套、活塞杆、钢球、回位弹簧和弹簧力调整垫片；
导向块和垫块固定在喷油器体内腔中，且上下排列；导向块中设有第一内孔，垫块中设有第二内孔；
密封销为工字件，其位于压电堆的下方，其中间部分插入导向块的第一内孔中，且长度大于导向块的第一内孔的深度；
第二压套位于导向块和垫块所围成的空腔内，且位于密封销的下方，第二压套自底部向顶部凹陷形成小端在上、大端在下的圆锥台状空腔，圆锥台状空腔的侧壁为第二压套的内锥面；
活塞杆竖直放置，其上端穿过垫块的第二内孔穿入第二压套的圆锥台状空腔内，其下端与小活塞连接，其靠近上端的部位为大端在上、小端在下的倒圆锥台，倒圆锥台的侧面为活塞杆的外锥面；
第二压套的内锥面与水平面的夹角A与活塞杆的外锥面与水平面的夹角B之间的关系为：当B>A 时，压电堆升程放大；当B＝A时，压电堆升程等于活塞杆升程；当B<A时，压电堆升程缩小，但活塞杆升程方向都和压电堆升程方向相反；本发明优选设置第二压套的内锥面与水平面的夹角A为40～50°，活塞杆的外锥面与水平面的夹角B为50～80°，此时压电堆升程放大比在1.5～2.5之间，活塞杆升程方向和压电堆升程方向相反；
钢球的数量为多个，环绕倒圆锥台分布，同时与第二压套的内锥面、活塞杆的外锥面和垫块的上表面相切；
回位弹簧和弹簧力调整垫片套在活塞杆上，弹簧力调整垫片位于垫块的下方，回位弹簧位于垫块和弹簧力调整垫片之间。
作为优选的技术方案：
如上所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，压电堆的中心线与喷油器体的中心线共轴。
如上所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，还包括第一压套；压电堆通过第一压套压在喷油器体上。
如上所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，还包括阀座块；阀座块的上表面与喷油器体的下表面贴合，二者都为高精度平面，以密封喷油器体内的高压燃油；阀座块中设有第三内孔，第三内孔分为上下两段，上段安装小活塞且二者精密配合，下段为高压容腔；活塞杆在回位弹簧和弹簧压力调节垫片的作用下，将头部小活塞压在高压容腔中的高压燃油上。
如上所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，喷油器体内腔为中心油孔；喷油器体上设有与中心油孔连通的上进油孔，以及与上进油孔连通的油箱。
如上所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，密封销的中间部分与导向块的第一内孔之间为偶件配合，以避免喷油器体中的高压燃油泄漏；第二压套上设有连通圆锥台状空腔和第二压套上方空间的小孔；垫块的第二内孔和活塞杆之间的间隙大于0。
如上所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，导向块中设有连通导向块上方空间和油箱的回油孔，以收集回用泄漏的高压燃油。
本发明的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器的工作原理为：
初始状态下，共轨管内的高压燃油经过上进油孔，进入中心油孔，高压燃油向上经过小孔进入第二压套的上部，向下经过下进油孔进入油嘴盛油槽，然后进到针阀的锥面和阀座的锥面附近，整个喷油器体和油嘴内部充满高压燃油，小活塞受到的向下的作用力(即小活塞上方的高压燃油压力加上弹簧力) 与高压容腔内的高压燃油压力相平衡，高压容腔的体积一定，作用在针阀尾部的液压力一定，针阀的锥面压在阀座的锥面上。
当压电堆开始通电时，压电堆伸长，压在密封销上，推动第二压套下移，第二压套的内锥面向内挤压钢球，钢球向内挤压活塞杆的外锥面，使得活塞杆上移，带动小活塞向上移动，高压容腔的体积增加，作用在针阀尾部的液压力减小，盛油槽中的高压燃油推动针阀向上移动，填补小活塞向上移动让出的空间，针阀的锥面离开阀座的锥面，使得油嘴中的高压燃油通过锥面之间间隙和喷孔进入柴油机燃烧室中燃烧。
针阀上升的行程大小，取决于压电堆的伸缩量、行程的放大比(由第二压套的内锥面与水平面的夹角A以及活塞杆的外锥面与水平面的夹角B决定)、小活塞与针阀导向直径的面积比。
当压电堆开始断电时，压电堆回缩，密封销停止向第二压套施加压力，活塞杆在回位弹簧作用下向下移动，带动小活塞向下移动，高压容腔的体积开始向最小值(即初始状态时高压容腔的体积)减小，作用在针阀尾部的液压力开始向最大值(即初始状态时作用在针阀尾部的液压力)增大，针阀向下移动直到到达初始位置，针阀的锥面压在阀座的锥面上，切断高压燃油通向燃烧室内的通道，喷油器停止供油，在此过程中，活塞杆向下移动时活塞杆的外锥面会向外挤压钢球，钢球向外挤压第二压套的内锥面使得第二压套上升复位。
上述过程反复不断，使柴油机连续不断的工作。
有益效果：
本发明的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器的结构简单，操作简便，将通电油嘴关闭、断电油嘴开启的工作模式改为了断电油嘴关闭、通电油嘴开启的工作模式，有效解决了现有技术存在的长时间通电工作对电子元件寿命有很大影响的问题。
附图说明
图1为德尔福公司压电直控式共轨喷油器的结构示意图；
图2为本发明的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器的结构示意图；
图3为图2的局部放大图；
其中，1-压电堆，2-第一压套，3-喷油器体，4-导向块，5-第二压套，6-第二压套的内锥面，7-钢球， 8-垫块，9-活塞杆，10-回位弹簧，11-弹簧力调整垫片，12-小活塞，13-安装螺套，14-高压容腔，15-阀座块，16-中心油孔，17-活塞杆的外锥面，18-上进油孔，19-小孔，20-回油孔，21-密封销，22-下进油孔， 23-阀座，24-针阀，25-盛油槽，26-针阀的锥面，27-阀座的锥面，A为第二压套的内锥面与水平面的夹角，B为活塞杆的外锥面与水平面的夹角。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，如图2和图3所示，包括压电堆1、第一压套2、小活塞12、高压容腔14、阀座23、针阀24、喷油器体3、导向块4、垫块8、密封销21、第二压套5、活塞杆9、钢球7、回位弹簧10、弹簧力调整垫片11、阀座块15、安装螺套13；
压电堆1通过第一压套2压在喷油器体3上；压电堆1的中心线与喷油器体3的中心线共轴；
喷油器体3内腔为中心油孔16；喷油器体3上设有与中心油孔16连通的上进油孔18，以及与上进油孔18连通的油箱；
导向块4、垫块8、密封销21、第二压套5、活塞杆9、钢球7、回位弹簧10、弹簧力调整垫片11 安装在喷油器体3内腔中；
导向块4和垫块8固定在喷油器体3内腔中，且上下排列；导向块4中设有第一内孔和连通导向块 4上方空间和油箱的回油孔20，垫块8中设有第二内孔；
密封销21为工字件，位于压电堆1的下方，其中间部分插入导向块4的第一内孔中(二者之间为偶件配合)，且长度大于导向块4的第一内孔的深度；
第二压套5位于导向块4和垫块8所围成的空腔内，且位于密封销21的下方，第二压套5自底部向顶部凹陷形成小端在上、大端在下的圆锥台状空腔，圆锥台状空腔的侧壁为第二压套的内锥面6；第二压套5上设有连通圆锥台状空腔和第二压套5上方空间的小孔19；
活塞杆9竖直放置，活塞杆9上端穿过垫块8的第二内孔穿入第二压套5的圆锥台状空腔内，其下端与小活塞12连接；其中垫块8上的第二内孔和活塞杆9之间的间隙大于0；活塞杆9靠近上端的部位为大端在上、小端在下的倒圆锥台，倒圆锥台的侧面为活塞杆的外锥面17；
钢球7的数量为多个，环绕倒圆锥台分布，同时与第二压套的内锥面6、活塞杆的外锥面17和垫块 8的上表面相切；
回位弹簧10和弹簧力调整垫片11套在活塞杆9上，弹簧力调整垫片11位于垫块8的下方，回位弹簧10位于垫块8和弹簧力调整垫片11之间；
阀座块15的上表面与喷油器体3的下表面贴合，阀座23的上表面与阀座块15的下表面贴合，四者都为高精度平面；阀座块15中设有相邻的第三内孔和第五内孔，阀座23中设有相邻的第四内孔和第六内孔；第三内孔分为上下两段，上段安装小活塞12且二者精密配合，下段为高压容腔14；第四内孔分为上中下三段，上段与高压容腔14连通且与针阀24之间为偶件配合，中段与针阀24围成盛油槽25，下段与针阀24之间的间隙大于0；第五内孔和第六内孔连接形成下进油孔22，下进油孔22的下端与盛油槽25连接，下进油孔22的上端与中心油孔16连接；
安装螺套13套在阀座块15和阀座23上，且上端套在喷油器体3的下端上。
本发明的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器的结构简单，操作简便，将通电油嘴关闭、断电油嘴开启的工作模式改为了断电油嘴关闭、通电油嘴开启的工作模式，有效解决了现有技术存在的长时间通电工作对电子元件寿命有很大影响的问题。
Claims (7)
1.钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，包括压电堆(1)、小活塞(12)、高压容腔(14)、阀座(23)、针阀(24)、喷油器体(3)，其特征在于，还包括安装在喷油器体(3)内腔中的导向块(4)、垫块(8)、密封销(21)、第二压套(5)、活塞杆(9)、钢球(7)、回位弹簧(10)和弹簧力调整垫片(11)；
导向块(4)和垫块(8)固定在喷油器体(3)内腔中，且上下排列；导向块(4)中设有第一内孔，垫块(8)中设有第二内孔；
密封销(21)为工字件，其位于压电堆(1)的下方，其中间部分插入导向块(4)的第一内孔中，且长度大于导向块(4)的第一内孔的深度；
第二压套(5)位于导向块(4)和垫块(8)所围成的空腔内，且位于密封销(21)的下方，第二压套(5)自底部向顶部凹陷形成小端在上、大端在下的圆锥台状空腔，圆锥台状空腔的侧壁为第二压套的内锥面(6)；
活塞杆(9)竖直放置，其上端穿过垫块(8)的第二内孔穿入第二压套(5)的圆锥台状空腔内，其下端与小活塞(12)连接，其靠近上端的部位为大端在上、小端在下的倒圆锥台，倒圆锥台的侧面为活塞杆的外锥面(17)；
钢球(7)的数量为多个，环绕倒圆锥台分布，同时与第二压套的内锥面(6)、活塞杆的外锥面(17)和垫块(8)的上表面相切；
回位弹簧(10)和弹簧力调整垫片(11)套在活塞杆(9)上，弹簧力调整垫片(11)位于垫块(8)的下方，回位弹簧(10)位于垫块(8)和弹簧力调整垫片(11)之间。
2.根据权利要求1所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，压电堆(1)的中心线与喷油器体(3)的中心线共轴。
3.根据权利要求1所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，还包括第一压套(2)；压电堆(1)通过第一压套(2)压在喷油器体(3)上。
4.根据权利要求1所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，还包括阀座块(15)；阀座块(15)的上表面与喷油器体(3)的下表面贴合，二者都为高精度平面；阀座块(15)中设有第三内孔，第三内孔分为上下两段，上段安装小活塞(12)且二者精密配合，下段为高压容腔(14)。
5.根据权利要求4所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，喷油器体(3)内腔为中心油孔(16)；喷油器体(3)上设有与中心油孔(16)连通的上进油孔(18)，以及与上进油孔(18)连通的油箱。
6.根据权利要求5所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，
密封销(21)的中间部分与导向块(4)的第一内孔之间为偶件配合；第二压套(5)上设有连通圆锥台状空腔和第二压套(5)上方空间的小孔(19)；垫块(8)的第二内孔和活塞杆(9)之间的间隙大于0。
7.根据权利要求6所述的钢球斜面-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，
导向块(4)中设有连通导向块(4)上方空间和油箱的回油孔(20)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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