CN112459943B - 杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种杠杆‑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、定位套、垫块、密封销、杠杆、活塞杆、回位弹簧和弹簧力调整垫片；导向块、定位套和垫块自上而下固定在喷油器体内腔中；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；定位套内设矩形孔，杠杆位于其中，且位于密封销的下方；杠杆与活塞杆连接，受到密封销向下的作用力后带动活塞杆上移；活塞杆的下端与小活塞连接；回位弹簧和弹簧力调整垫片套在活塞杆上。本发明的结构简单，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，涉及一种杠杆-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)以改进柴油机共轨燃油喷射系统。如图1所示，是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8，压电堆1通电直接将小活塞8向下移动，压在下方高压容腔15的高压燃油之上，高压燃油再将油嘴针阀10的锥面12，压在阀座的锥面11上，喷油嘴不喷油。
当压电堆断电时，压电堆1回缩，小活塞8上升，高压容腔15体积增加，针阀10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和喷孔喷到燃烧室中，针阀10上升距离为压电堆1升程乘上小活塞8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，由于压电堆工作电压在150伏以上，长时间通电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，提供一种杠杆-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(即杠杆机构)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：
一种杠杆-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、针阀和喷油器体，还包括安装在喷油器体内腔中的导向块、定位套、垫块、密封销、杠杆、活塞杆、回位弹簧和弹簧力调整垫片；
导向块、定位套和垫块固定在喷油器体内腔中，且自上而下顺序排列；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；
定位套内设有一个矩形孔，定位套由定位销定位，杠杆从上向下的正投影是矩形，杠杆与定位套内的矩形孔成动配合；
杠杆位于导向块、定位套内的矩形孔和垫块所围成的空腔内，其纵剖面包含三个支点c、d、e，支点c和支点e位于上方，支点d位于下方，支点d在竖直方向的投影位于支点c和支点e之间；垫块和导向块的厚度可以用来调节杠杆、密封销以及凹槽的上端面之间的距离，使活塞杆下端的小活塞无论上升或下降都一直与高压容腔内的高压燃油接触；
杠杆上设有缺口；活塞杆竖直放置，其穿过垫块的第二内孔且位于垫块上方的部分为凹槽，杠杆的缺口插在活塞杆的凹槽内；活塞杆的下端与小活塞连接；
杠杆纵剖面的支点c顶着密封销，支点e顶着凹槽的上端面，支点d顶着垫块的上表面，杠杆和活塞杆的形状和结构满足：密封销向支点c施加向下的作用力时，杠杆能够绕支点d旋转，且旋转过程中支点e能够向凹槽的上端面施加向上的作用力，进而带动活塞杆上移；
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：
如上所述的杠杆-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不共轴，偏移一定距离M。
如上所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，还包括压套；压电堆通过压套压在喷油器体上。
如上所述的杠杆-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。
如上所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，阀座的上表面与阀座块的下表面贴合，二者都为高精度平面，以密封喷油器体内的高压燃油；阀座中设有第四内孔，针阀安装在第四内孔中，第四内孔分为上中下三段，上段与高压容腔连通且与针阀之间为偶件配合，中段与针阀围成盛油槽，下段与针阀之间的间隙大于0。
如上所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，还包括安装螺套；安装螺套套在阀座块和阀座上，且上端套在喷油器体的下端上。
如上所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，阀座块中第三内孔旁边设有第五内孔，阀座中第四内孔旁边设有第六内孔，第五内孔和第六内孔连接形成下进油孔，下进油孔的下端与盛油槽连接。
如上所述的杠杆-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；下进油孔的上端通过横槽与中心油孔连接；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。
如上所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，活塞杆与垫块的第二内孔之间的间隙大于0；活塞杆与杠杆的缺口之间的间隙大于0；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；定位套的上表面和下表面、导向块的下表面和垫块的上表面都为高精度平面，以密封喷油器体内的高压燃油。
如上所述的杠杆-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。
本发明的杠杆-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，高压燃油向上经过回位弹簧和杠杆上的缺口一直到杠杆上方，向下经过横槽、下进油孔进入盛油槽，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，切断高压燃油通向喷油孔的油道，所以油嘴不喷油。
当压电堆开始通电时，压电堆伸长，压在密封销上，密封销顶在支点c上，使杠杆绕支点d向下转动，支点e作用在活塞杆的凹槽的上端面上，当作用在支点e向上的力超过一定值时，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，针阀的升程S与压电堆升程K的关系如下式：
S＝K·P·Q；
式中，P为杠杆放大比，Q为小活塞面积与针阀头部导向杆面积比；
当压电堆开始断电时，压电堆回缩，密封销停止向杠杆施加压力，作用在支点e上的力消失，活塞杆在回位弹簧的作用下向下移动，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，在此过程中活塞杆带动杠杆绕支点d向上旋转，使得杠杆和密封销复位。
上述过程反复不断，使柴油机连续不断的工作。
有益效果：
本发明的杠杆-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为本发明的杠杆-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的横截面示意图；
图4为图2的局部放大图；
图5为杠杆的主视图；
其中，1-压电堆，2-压套，3-喷油器体，4-导向块，5-定位套，6-杠杆，6.1-缺口，7-活塞杆，7.1-凹槽，7.2-凹槽的上端面，8-小活塞，9-阀座块，10-针阀，11-阀座的锥面，12-针阀的锥面，13-盛油槽，14-下进油孔，15-高压容腔，16-横槽，17-中心油孔，18-弹簧力调整垫片，19-回位弹簧，20-垫块，21-上进油孔，22-回油孔，23-密封销，24-定位销，25-阀座，26-安装螺套，M为压电堆的中心线与喷油器体的中心线的偏移距离，c、d、e为杠杆纵剖面的三个支点。
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。
一种杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，如图2所示，包括压电堆1、压套2、小活塞8、阀座块9、高压容腔15、阀座25、针阀10、喷油器体3、导向块4、定位套5、垫块20、密封销23、杠杆6、活塞杆7、回位弹簧19、弹簧力调整垫片18、安装螺套26；
压电堆1通过压套2压在喷油器体3上；压电堆1的中心线与喷油器体3的中心线不共轴，偏移一定距离M；
喷油器体3内腔为中心油孔17；喷油器体3上设有与中心油孔17连通的上进油孔21，以及与上进油孔21连通的油箱；
导向块4、定位套5、垫块20、密封销23、杠杆6、活塞杆7、回位弹簧19和弹簧力调整垫片18安装在喷油器体3内腔中；
导向块4、定位套5和垫块20自上而下排列固定在喷油器体3内腔中；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22；定位套5通过定位销24来确定在喷油器体3内腔中位置，且其上表面和下表面都为高精度平面；垫块20中设有第二内孔；导向块4的下表面和垫块20的上表面都为高精度平面；
密封销23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(两者之间为偶件配合)，且长度大于导向块4的第一内孔的深度；
定位套5内设有一个矩形孔，定位套5由定位销24定位，杠杆6从上向下的正投影是矩形，杠杆与定位套内的矩形孔成动配合；
如图3～5所示，杠杆6位于导向块4、定位套5内的矩形孔和垫块20所围成的空腔内，其纵剖面包含三个支点c、d、e，支点c和支点e位于上方，支点d位于下方，支点d在竖直方向的投影位于支点c和支点e之间；
杠杆6上设有缺口6.1；活塞杆7竖直放置，其穿过垫块20的第二内孔且位于垫块20上方的部分为凹槽7.1，杠杆的缺口6.1插在活塞杆的凹槽7.1内；活塞杆7的下端与小活塞8连接；活塞杆7与垫块20的第二内孔之间的间隙大于0；活塞杆7与杠杆6的缺口6.1之间的间隙大于0；
杠杆6纵剖面的支点c顶着密封销23，支点e顶着凹槽的上端面7.2，支点d顶着垫块20的上表面，杠杆6和活塞杆7的形状和结构满足：密封销23向支点c施加向下的作用力时，杠杆6能够绕支点d旋转，且旋转过程中支点e能够向凹槽的上端面7.2施加向上的作用力，进而带动活塞杆7上移；
如图2所示，回位弹簧19和弹簧力调整垫片18套在活塞杆7上，弹簧力调整垫片18位于垫块20的下方，回位弹簧19位于垫块20和弹簧力调整垫片18之间；
阀座块9的上表面与喷油器体3的下表面贴合，阀座25的上表面与阀座块9的下表面贴合，四者都为高精度平面；阀座块9中设有相邻的第三内孔和第五孔，阀座25中设有相邻的第四内孔和第六孔；第三内孔分为上下两段，上段安装小活塞8且二者精密配合，下段为高压容腔15；针阀10安装在第四内孔中，第四内孔分为上中下三段，上段与高压容腔15连通且与针阀10之间为偶件配合，中段与针阀10围成盛油槽13，下段与针阀10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14，下进油孔14的下端与盛油槽13连接，下进油孔14的上端通过横槽16与中心油孔17连接；
安装螺套26套在阀座块9和阀座25上，且上端套在喷油器体3的下端上。
本发明的一种杠杆-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 (8)
1.杠杆-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(8)、高压容腔(15)、阀座(25)、针阀(10)和喷油器体(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)、定位套(5)、垫块(20)、密封销(23)、杠杆(6)、活塞杆(7)、回位弹簧(19)和弹簧力调整垫片(18)；
导向块(4)、定位套(5)和垫块(20)固定在喷油器体(3)内腔中，且自上而下顺序排列；导向块(4)中设有第一内孔，垫块(20)中设有第二内孔；
密封销(23)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；
定位套(5)内设有一个矩形孔，定位套(5)由定位销(24)定位，杠杆(6)从上向下的正投影是矩形，杠杆(6)与定位套(5)内的矩形孔成动配合；
杠杆(6)位于导向块(4)、定位套(5)内的矩形孔和垫块(20)所围成的空腔内，其纵剖面包含三个支点c、d、e，支点c和支点e位于上方，支点d位于下方，支点d在竖直方向的投影位于支点c和支点e之间；
杠杆(6)上设有缺口(6.1)；活塞杆(7)竖直放置，其穿过垫块(20)的第二内孔且位于垫块(20)上方的部分为凹槽(7.1)，杠杆的缺口(6.1)插在活塞杆的凹槽(7.1)内；活塞杆(7)的下端与小活塞(8)连接；
杠杆(6)纵剖面的支点c顶着密封销(23)，支点e顶着凹槽的上端面(7.2)，支点d顶着垫块(20)的上表面，杠杆(6)和活塞杆(7)的形状和结构满足：密封销(23)向支点c施加向下的作用力时，杠杆(6)能够绕支点d旋转，且旋转过程中支点e能够向凹槽的上端面(7.2)施加向上的作用力，进而带动活塞杆(7)上移；
回位弹簧(19)和弹簧力调整垫片(18)套在活塞杆(7)上，弹簧力调整垫片(18)位于垫块(20)的下方，回位弹簧(19)位于垫块(20)和弹簧力调整垫片(18)之间。
2.根据权利要求1所述的杠杆-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)的中心线不共轴，偏移一定距离M。
3.根据权利要求1所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，还包括压套(2)；压电堆(1)通过压套(2)压在喷油器体(3)上。
4.根据权利要求1所述的杠杆-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(9)；阀座块(9)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(9)中设有第三内孔，第三内孔分为上下两段，上段安装小活塞(8)且二者精密配合，下段为高压容腔(15)。
5.根据权利要求4所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，阀座(25)的上表面与阀座块(9)的下表面贴合，二者都为高精度平面。
6.根据权利要求5所述的杠杆-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(17)；喷油器体(3)上设有与中心油孔(17)连通的上进油孔(21)，以及与上进油孔(21)连通的油箱。
7.根据权利要求6所述的杠杆-活塞控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，活塞杆(7)与垫块(20)的第二内孔之间的间隙大于0；活塞杆(7)与杠杆(6)的缺口(6.1)之间的间隙大于0；密封销(23)的中间部分与导向块(4)的第一内孔之间为偶件配合；定位套(5)的上表面和下表面、导向块(4)的下表面和垫块(20)的上表面都为高精度平面。
8.根据权利要求7所述的杠杆-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(22)。
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