CN112502879A - 一种燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机燃料喷射技术领域，具体涉及一种燃料喷射阀，包括喷射阀体、阀套、针阀体和一体式针阀。喷射阀体具有容纳燃油的高压腔，阀套和针阀体封堵其两端。阀套设有进油节流孔；针阀体具有盛油槽、针阀体进油孔和针阀体节流孔，针阀体进油孔直径大于针阀体节流孔直径；高压腔通过针阀体进油孔和针阀体节流孔连通盛油槽；针阀体端部设有若干喷孔；针阀包括位于阀套内的第一导向端、位于针阀体内的第二导向端和密封锥，且第一导向端与阀套之间形成控制腔，高压腔通过进油节流孔连通控制腔；密封锥用于封堵喷孔。本发明的燃料喷射阀具有稳定的压降加大针阀的关闭力，提升针阀关闭响应速度，保证喷射燃油稳定可控；结构简单，加工成本低。

Description

一种燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及发动机燃料喷射技术领域，尤其涉及一种燃料喷射阀。

背景技术

燃料喷射阀常用于柴油发动机的高压共轨喷射系统中，它将来自于高压蓄压腔的高压燃料喷射到柴油机气缸内。为满足更高的压力需要，降低高压油泵的功率损失，目前，燃料喷射阀的设计倾向于无静态泄漏的结构形式，该结构消除了阀套内的永久低压腔，因此，用于关闭针阀的作用力较小，针阀关闭速度慢；弥补该缺陷具有较大困难，例如通过设置响应快速的开关控制阀，然而这种开关控制阀造价昂贵且易于损耗。现有公开的无静态泄露长针阀结构的燃料喷射阀中，通常通过设置节流阀产生节流压降从而加大针阀的关闭力来实现快速控制响应，实线燃油的稳定喷射。CN101743394B公开了一种长针阀的燃料喷射阀典型结构，该结构在针阀的头部设置了一个带有锐边的节流阀，可实现针阀的节流效果不受环境温度的影响，从而使得针阀具有始终不变的关闭力和可重现的关闭特性，喷射精度稳定一致。然而，该典型实例并未对节流阀的节流大小进行有效控制，该节流阀所产生的节流压降受制于针阀节流部位的加工尺寸；当该压降过低时，尤其是在高轨压工况下，极易造成燃油喷射的不稳定，使得发动机无法满足工况要求。除此之外，该喷射阀及节流阀的结构在实际加工中，对加工精度要求很高，加工成本高。CN105275694B公开了一种带有限流通道的共轨喷射阀，该喷射阀的针阀限制部分与喷射阀的腔体内壁之间形成限制腔，通过使限制腔节流产生压降，从而实现阀体更好的关闭响应。然而该结构的针阀实施方式加工过于复杂，且加工精度无法保证，加工成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料喷射阀，有效降低了高压油泵的功率损失，同时，具有稳定的压降加大针阀的关闭力，提升了针阀关闭的响应速度，保证喷射燃油稳定可控，有效地降低发动机排放；结构简单，在加工中可以使用较小的代价来实现，具有较高的经济性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

喷射阀体，具有用于容纳燃油的高压腔；

阀套，封堵所述高压腔的一端，所述阀套具有第一容纳腔；所述阀套开设有进油节流孔；

针阀体，封堵所述高压腔的另一端，所述针阀体具有第二容纳腔和盛油槽；所述针阀体上开设有针阀体进油孔和针阀体节流孔，所述针阀体进油孔连通所述针阀体节流孔，所述针阀体进油孔的直径大于所述针阀体节流孔的直径；所述高压腔通过所述针阀体进油孔和所述针阀体节流孔连通所述盛油槽；所述针阀体远离所述喷射阀体的端部设有若干喷孔；以及

针阀，具有一体式结构，所述针阀包括针阀体第一导向端、针阀体第二导向端和密封锥，所述针阀体第一导向端位于所述第一容纳腔内，且所述针阀体第一导向端与所述阀套之间形成控制腔；所述高压腔通过所述进油节流孔连通所述控制腔；所述针阀体第二导向端穿过所述第二容纳腔并位于所述盛油槽内；所述密封锥连接所述针阀体第二导向端，所述密封锥的锥面用于封堵所述喷孔。

作为本发明的一种优选结构，所述针阀体节流孔的截面积与所述喷孔的截面积之和的比值为2～7。

作为本发明的一种优选结构，所述针阀体节流孔的长度与其内径之比不大于0.7。

作为本发明的一种优选结构，所述针阀体进油孔连通所述高压腔，所述针阀体节流孔连通所述盛油槽；所述针阀体进油孔和所述针阀体节流孔均相对所述针阀的轴向倾斜设置。

作为本发明的一种优选结构，所述针阀体上开设有安装孔，所述安装孔与所述针阀体进油孔连接；所述安装孔内设置有节流阀，所述节流阀具有所述针阀体节流孔，所述针阀体节流孔连通所述高压腔，所述针阀体进油孔连通所述盛油槽。

作为本发明的一种优选结构，所述节流阀与所述安装孔为过盈配合。

作为本发明的一种优选结构，所述针阀体第一导向端与所述第一容纳腔为偶件配合；所述针阀体第二导向端与所述第二容纳腔也为偶件配合。

作为本发明的一种优选结构，所述阀套还具有出油节流孔，所述控制腔通过所述出油节流孔连通泄压室。

作为本发明的一种优选结构，还包括控制阀组件，所述控制阀组件包括电磁铁和控制阀；所述电磁铁控制所述控制阀实现所述出油节流孔的开闭。

作为本发明的一种优选结构，还包括调压弹簧，所述调压弹簧套装于所述针阀外，所述调压弹簧一端连接所述阀套，另一端连接所述针阀；所述调压弹簧用于向所述针阀施加预紧力。

本发明的有益效果：本发明所提供的燃料喷射阀，采用了无静态燃油泄漏的结构，一体式结构针阀位于高压腔内，有效的降低了高压油泵的功率损失；高压燃油通过针阀体进油孔进入盛油槽，并在针阀体进油孔上设有一个节流孔产生稳定的压降来加大针阀的关闭力，进而提升针阀运动的响应速度，保证燃油能够在稳定可控的范围内进行喷射，可靠有效地降低发动机排放。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的燃料喷射阀总成的剖视图；

图2是本发明实施例一提供的燃料喷射阀的针阀受力分析示意图；

图3是本发明实施例一提供的燃料喷射阀的针阀体的剖视图；

图4是本发明实施例二提供的燃料喷射阀的针阀体的剖视图；

图5是本发明实施例二提供的节流阀的剖视图；

图6是本发明对比例中燃料喷射阀是否设置节流孔的针阀升程对比曲线。

图中：

1、喷射阀体；11、高压腔；12、进油口；

2、阀套；21、第一容纳腔；22、进油节流孔；23、控制腔；24、出油节流孔；

3、针阀体；31、第二容纳腔；32、盛油槽；33、针阀体进油孔；34、针阀体节流孔；35、喷孔；36、安装孔；37、节流阀；

4、针阀；41、针阀体第一导向端；42、针阀体第二导向端；43、密封锥；

5、泄压室；

6、电磁铁；61、电磁铁弹簧；

7、控制阀；71、衔铁；72、控制阀座；73、钢球；

8、调压弹簧；

9、油嘴紧帽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1-图3所示，本发明实施例提供一种燃料喷射阀，包括喷射阀体1、阀套2、针阀体3和针阀4。喷射阀体1具有用于容纳燃油的高压腔11；在喷射阀体1的侧壁上开设有与高压腔11连通的进油口12，高压燃油经过进油口12进入高压腔11内。高压腔11的一端开口被阀套2封堵，阀套2的内部具有第一容纳腔21；阀套2的侧壁上开设有进油节流孔22。喷射阀体1的另一端设有针阀体3，优选地，燃料喷射阀还具有油嘴紧帽9，油嘴紧帽9套设在针阀体3的外部，并可拆卸连接喷射阀体1，从而将针阀体3可靠封堵在高压腔11的另一端。针阀体3具有第二容纳腔31和盛油槽32；针阀体3上开设有针阀体进油孔33和针阀体节流孔34，针阀体进油孔33连通针阀体节流孔34；高压腔11通过针阀体进油孔33、针阀体节流孔34连通盛油槽32。针阀体3的一端部为锥形，锥面设有若干个喷孔35，喷孔35能够选择性地开启或者关闭，使得燃料喷射阀处于打开状态或者关闭状态。当燃料喷射阀处于打开状态时，高压油料从高压腔11通过针阀体进油孔33、针阀体节流孔34进入盛油槽32，并通过打开的喷孔35喷出，从而为发动机的燃烧室提供燃油。

针阀4具有针阀体第一导向端41、针阀体第二导向端42和密封锥43。针阀体第一导向端41位于阀套2的第一容纳腔21内，针阀体第一导向端41的顶部与阀套2之间形成控制腔23；高压腔11通过进油节流孔22连通控制腔23。针阀体第二导向端42穿过针阀体3的第二容纳腔31并位于盛油槽32内。密封锥43连接针阀体第二导向端42，密封锥43的锥面封堵喷孔35。优选地，阀套2位于高压腔11内的一端具有调压弹簧8，调压弹簧8连接针阀4，并将预紧力作用于针阀4，通过调压弹簧8对针阀4施加关闭预紧力F3，因而将针阀4的密封锥43压靠在针阀体3上。控制腔23为针阀4施加向下的液压力F1，调压弹簧8为针阀4施加向下的弹簧预紧力F3，盛油槽32为针阀4施加向上的液压力F2，通过F1、F3之和与F2的压力差值变化，可实现针阀4的向上运动和向下运动，进而控制喷孔35的打开与关闭。

进一步地，针阀体进油孔33连通高压腔11，针阀体节流孔34连通盛油槽32，针阀体进油孔33的直径大于针阀体节流孔34的直径，从而达到节流的作用；针阀体进油孔33和针阀体节流孔34斜向设置。通过设置针阀体进油孔33和针阀体节流孔34，使得高压腔11内的燃油能够快速通过针阀体进油孔33和针阀体节流孔34并进入盛油槽32进而流至喷孔35处，增加高压腔11向喷孔35处的燃油输送能力，降低燃料喷射阀的开启响应时间，提高燃料喷射阀的响应速度。当需要关闭喷孔35时，针阀体节流孔34因具有小于针阀体进油孔33的直径，使得盛油槽32内的燃油压力稍低于高压腔11内的燃油压力，从而针阀4下端所受的液压力F2较小，当增大控制腔23为针阀4施加的液压力F1，使得针阀4所受到的关闭合力F1+F3-F2变大，加速针阀4的关闭运动，有助于针阀4能够快速落座。

进一步地，针阀体节流孔34的截面积与所有喷孔35的截面积之和的比为2～7。为保证燃料喷射阀的稳定工作，针阀体节流孔34的流通面积与所有喷孔35的流通面积之和的比值设置在2～7的范围之内，比值过小会造成节流严重，喷油量减少；比值过大会降低节流效应，使得针阀4的关闭变慢。

进一步地，针阀体节流孔34的长度与其内径之比不大于0.7。燃料喷射阀在工作过程中，若保证喷射油料的稳定，针阀体节流孔34两端的压力损失应不随燃油温度的变化而改变，此时，针阀体节流孔34的长度与孔径之比应小于等于0.7。当针阀体节流孔34的长度与孔径之比不大于0.7时，针阀体节流孔34为薄壁节流孔，流过该薄壁孔的流量与压差的平方根、该孔的面积分别成正比，从而与油料的粘度无关，这意味着针阀体节流孔34对燃油的温度不敏感，从而可以保证针阀4在不同的工作环境温度下所受到的关闭合力保持不变，确保油料喷射的稳定性和一致性。

进一步地，针阀体第一导向端41与第一容纳腔21为偶件配合；针阀体第二导向端42与第二容纳腔31也为偶件配合。因此，针阀4与阀套2、针阀4与针阀体3之间的间隙极小，高压油不足以通过这两个间隙向针阀4的端部输送足够的燃油，保证燃料喷射阀无静态泄露。针阀体第一导向端41与第一容纳腔21、针阀体第二导向端42与第二容纳腔31的偶件配合结构简单，为燃料喷射阀的喷油量持续稳定提供了有效支持，且在加工中可以使用较小的代价来实现，具有较高的经济性。

进一步地，燃料喷射阀还包括控制阀组件，控制阀组件包括电磁铁6和控制阀7。阀套2的顶部设有出油节流孔24，控制腔23通过出油节流孔24可连通无压力的泄压室5，控制阀7通过电磁铁6控制出油节流孔24的开闭。控制阀7包括衔铁71、控制阀座72和钢球73，其中，钢球73封堵在出油节流孔24的一端。电磁铁6通电时，控制阀7的衔铁71被电磁铁6吸引并克服电磁铁弹簧61的预紧力抬起，从而钢球73被控制腔23内的高压燃油顶开，出油节流孔24被打开，高压燃油可以从控制腔23流出到泄压室5中。

燃料喷射阀的工作过程如下：初始状态时，调压弹簧8的预紧力F3使针阀4的密封锥43封堵喷孔35，电磁铁弹簧61的预紧力使衔铁71压紧控制阀座72。为电磁铁6通电，衔铁71被电磁铁6吸引并克服电磁铁弹簧61的预紧力抬起，从而钢球73被控制腔23的燃油顶开，出油节流孔24被打开，高压燃油从控制腔23流出到泄压室5中。由于控制腔23的燃油压力降低，针阀4上端所受的液压力F1也随之降低，当针阀4上端所受液压力F1和调压弹簧8的预紧力F3之和低于针阀4下端所受的液压力F2时，针阀4向上移动，喷孔35被打开，位于高压腔11内的燃油经由喷孔35喷出。当需要结束喷射时，切断电磁铁6的供电，衔铁71在电磁铁弹簧61的作用下回复到初始位置，使钢球73压紧在阀套2上关闭出油节流孔24。通过进油节流孔22补偿控制腔23流出的燃油，控制腔23内的燃油压力逐渐上升，针阀4上端所受的液压力F1也随之提高，因针阀体节流孔34的存在，使得F2小于高压腔11内的油压，针阀4上端所受的液压力F1和调压弹簧8的预紧力F3之和很快即能高于针阀4下端所受的液压力F2，使得针阀4下行落座，封堵喷孔35，结束喷油。

实施例二

如图4-图5所示，本发明实施例的燃料喷射阀，其具有和实施例一相同的喷射阀体1、阀套2、针阀体3和针阀4。本发明实施例与实施例一的不同之处在于，针阀体3上开设有安装孔36，安装孔36内设置有节流阀37，节流阀37内具有针阀体节流孔34。燃料喷射阀工作时，高压燃油通过节流阀37内的针阀体节流孔34流经针阀体进油孔33进入盛油槽32。优选地，将安装孔36设置在针阀体进油孔33的上部，针阀体进油孔33连通盛油槽32，便于节流阀37的安装与调整。优选地，安装孔36的直径大于针阀体进油孔33的直径，从而保证其可加工性。进一步优选地，针阀体节流孔34的流通面积与所有喷孔35的流通面积之和的比值为2～7，保证燃料喷射阀的稳定工作。同时，为保证燃料喷射阀在工作过程中，节流阀37两端的压力损失不随外界温度的变化而改变，针阀体节流孔34的长度与孔径之比应不大于0.7，即针阀体节流孔34为薄壁节流孔，此时，高压油料的流动与雷诺数无关且与温度无关，从而可以保证针阀4所受到的关闭合力保持不变，确保油料喷射的稳定性和一致性。

进一步地，节流阀37与安装孔36之间为过盈配合，保证燃料喷射阀工作过程中，节流阀37的可靠性。根据燃料喷射阀的喷油设计需求，可对节流阀37的压力降进行合理的匹配设计，通过改变节流阀37内的针阀体节流孔34的尺寸满足不同的工况要求，更换方便，加工成本低。

对比例

如图6所示，图中对无静态泄露的燃料喷射阀是否设置针阀体节流孔34的针阀4升程进行了对比。其中，横坐标为测试时间，纵坐标为针阀4的升程；实线为针阀体3设有针阀体节流孔34时，针阀4的升程曲线；虚线为针阀体3没有设置针阀体节流孔34时，针阀4的升程曲线。实线和虚线的下降段即为针阀4下降时的升程，通过对比两种结构的针阀4下降时的升程曲线可以发现，达到同一个升程数值时，实线比虚线的时间更短；当下降段的实线和虚线的纵坐标为0时，针阀4完全关闭喷孔35，此时实线的横坐标时间值小于虚线的横坐标的时间值；也即，设置有针阀体节流孔34的针阀4明显比无针阀体节流孔34的针阀4关闭速度快，关闭响应更好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料喷射阀，其特征在于，包括：

喷射阀体(1)，具有用于容纳燃油的高压腔(11)；

阀套(2)，封堵所述高压腔(11)的一端，所述阀套(2)具有第一容纳腔(21)；所述阀套(2)开设有进油节流孔(22)；

针阀体(3)，封堵所述高压腔(11)的另一端，所述针阀体(3)具有第二容纳腔(31)和盛油槽(32)；所述针阀体(3)上开设有针阀体进油孔(33)和针阀体节流孔(34)，所述针阀体进油孔(33)连通所述针阀体节流孔(34)，所述针阀体进油孔(33)的直径大于所述针阀体节流孔(34)的直径；所述高压腔(11)通过所述针阀体进油孔(33)和所述针阀体节流孔(34)连通所述盛油槽(32)；所述针阀体(3)远离所述喷射阀体(1)的端部设有若干喷孔(35)；以及

针阀(4)，具有一体式结构，所述针阀(4)包括针阀体第一导向端(41)、针阀体第二导向端(42)和密封锥(43)，所述针阀体第一导向端(41)位于所述第一容纳腔(21)内，且所述针阀体第一导向端(41)与所述阀套(2)之间形成控制腔(23)；所述高压腔(11)通过所述进油节流孔(22)连通所述控制腔(23)；所述针阀体第二导向端(42)穿过所述第二容纳腔(31)并位于所述盛油槽(32)内；所述密封锥(43)连接所述针阀体第二导向端(42)，所述密封锥(43)的锥面用于封堵所述喷孔(35)。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀体节流孔(34)的截面积与所述喷孔(35)的截面积之和的比值为2～7。

3.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀体节流孔(34)的长度与其内径之比不大于0.7。

4.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀体进油孔(33)连通所述高压腔(11)，所述针阀体节流孔(34)连通所述盛油槽(32)；所述针阀体进油孔(33)和所述针阀体节流孔(34)均相对所述针阀(4)的轴向倾斜设置。

5.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀体(3)上开设有安装孔(36)，所述安装孔(36)与所述针阀体进油孔(33)连接；所述安装孔(36)内设置有节流阀(37)，所述节流阀(37)具有所述针阀体节流孔(34)，所述针阀体节流孔(34)连通所述高压腔(11)，所述针阀体进油孔(33)连通所述盛油槽(32)。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述节流阀(37)与所述安装孔(36)为过盈配合。

7.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀体第一导向端(41)与所述第一容纳腔(21)为偶件配合；所述针阀体第二导向端(42)与所述第二容纳腔(31)也为偶件配合。

8.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述阀套(2)还具有出油节流孔(24)，所述控制腔(23)通过所述出油节流孔(24)连通泄压室(5)。

9.根据权利要求8所述的燃料喷射阀，其特征在于，还包括控制阀组件，所述控制阀组件包括电磁铁(6)和控制阀(7)；所述电磁铁(6)控制所述控制阀(7)实现所述出油节流孔(24)的开闭。

10.根据权利要求1-9任一所述的燃料喷射阀，其特征在于，还包括调压弹簧(8)，所述调压弹簧(8)套装于所述针阀(4)外，所述调压弹簧(8)一端连接所述阀套(2)，另一端连接所述针阀(4)；所述调压弹簧(8)用于向所述针阀(4)施加预紧力。

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