CN112796916B - 一种阀杆组件及高压燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压燃料喷射阀技术领域，公开了一种阀杆组件，包括：控制杆、阀针、上套筒、下套筒、复位弹簧、调整环、调整垫，所述控制杆的下端伸入所述上套筒，所述调整环套装在所述控制杆外，所述调整环的两端分别与所述上套筒的上端面和所述控制杆的轴肩相抵接，所述阀针伸入所述下套筒，所述复位弹簧将所述下套筒抵压在所述上套筒的下端面，所述调整垫上下面分别与所述控制杆和所述阀针相抵接，所述上套筒、下套筒、控制杆、阀针、调整垫共同构成一个密封的耦合腔室。还公开了一种高压燃料喷射阀，包括上述的阀杆组件。

Description

一种阀杆组件及高压燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及高压燃料喷射阀技术领域，具体而言涉及一种阀杆组件及高压燃料喷射阀。

背景技术

当今世界，动力总成污染物排放成为国际社会关注的焦点，随着排放法规的日趋严格，能够实现高压精确控制喷射的发动机电控燃料喷射系统成为柴油机技术的唯一技术路线。为实现对排放污染物的有效控制，需要对喷射过程的开启和关闭进行精确控制，使喷射波形达到先慢后快的状态，与此同时要求燃料喷射阀在小油量喷射和低燃料压强喷射时响应迅速，这利于发动机形成更均匀的可燃混合气，起到降低油耗，减少排放污染物和改善发动机运行噪音的作用。当今大多数高压燃料喷射阀阀杆组件为一体式、控制杆与阀针通过连接套连接，此类结构阀杆组件作为一个整体一同向上或向下运动，其运动受力完全取决于控制腔内燃料的压强及喷射阀弹簧弹簧力，并不能兼顾燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆、小油量喷射和低燃料压强喷射响应迅速”的要求。

发明内容

本发明实施例的目的是一种阀杆组件及高压燃料喷射阀，以解决减慢活塞杆或阀针开启速度、加快活塞杆或阀针关闭速度、提高小油量喷射和低燃料压强喷射响应速度的技术问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

根据本发明施例的第一方面，提供一种阀杆组件，包括：控制杆、阀针、上套筒、下套筒、复位弹簧、调整环、调整垫，所述控制杆的下端伸入所述上套筒，所述调整环套装在所述控制杆外，所述调整环的两端分别与所述上套筒的上端面和所述控制杆的轴肩相抵接，所述阀针伸入所述下套筒，所述复位弹簧将所述下套筒抵压在所述上套筒的下端面，所述调整垫上下面分别与所述控制杆和所述阀针相抵接，所述上套筒、下套筒、控制杆、阀针、调整垫共同构成一个密封的耦合腔室。

进一步地，所述上套筒中开有上配合中孔，所述上配合中孔直接延伸至所述上套筒的上下平面，或通过一阶或多阶孔连接所述上套筒的上下平面，所述上套筒上部设置有供燃油流通的十字槽或斜面。

进一步地，所述下套筒中开有下配合中孔，所述下配合中孔直接延伸至所述下套筒的上下平面，或通过一阶或多阶孔连接所述下套筒的上下平面。

进一步地，所述上配合中孔的直径大于所述下配合中孔的直径。

进一步地，所述调整垫的轴向高度用于微调阀杆组件的整体长度。

进一步地，所述调整环的轴向高度用于调整所述上套筒、下套筒与所述控制杆的相对位置。

进一步地，所述控制杆下部设置一与所述上配合中孔相配合的第一外圆面，所述第一外圆面位于所述上配合中孔中。

进一步地，所述阀针组件上部设置一与所述下配合中孔相配合的第二外圆面，所述第二外圆面位于所述下配合中孔中。

进一步地，所述上套筒和下套筒之间紧密贴合后形成密封。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种高压燃料喷射阀，包括电磁阀、控制套筒、喷射阀弹簧、第一方面所述的阀杆组件、壳体、紧帽、阀体，所述电磁阀、控制套筒、喷射阀弹簧和所述控阀杆组件从上至下安装在所述壳体上，所述阀体被油嘴紧帽紧固在壳体下端面上，所述控制杆上部位于所述控制套筒的控制中孔中，所述控制套筒与所述电磁阀下部相抵接，所述控制套筒、电磁阀、控制杆共同围合构成控制腔，所述控制腔设置有与高压燃料联通的进油孔、与低压燃料联通的出油孔、所述电磁阀可打开或关闭所述出油孔，所述复位弹簧位于下所述下套筒下部，分别与所述下套筒下端面和所述阀体抵接。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本发明实施例在控制杆与阀针之间设置上套筒、下套筒、复位弹簧、调整环、调整垫，使得在控制杆在向上运动与向下运动时处于不同的受力状态，由此兼顾不同的性能要求。通过设置耦合腔室、复位弹簧实现对活塞杆上升运动及下降运动中受力的调节，从而实现燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆、小油量喷射和低燃料压强喷射响应迅速”的要求。

通过本发明的技术方案，可以减慢活塞杆或阀针的开启速度，更有利于改善预喷射效果，优化燃烧过程，减少污染物排放尤其是NOx的比重；加快活塞杆或阀针的关闭速度，使喷射快速结束，大大减少喷射后期低压燃料的喷射量，控制不良燃烧，减少污染物排放尤其是PM的比重；提高燃料喷射阀在低燃料压强下的响应，以实现燃料喷射阀在低燃油压力下喷射；提高燃料喷射阀在低燃料喷射量下的响应，以实现对低燃油喷射量的精确控制；降低了阀体、阀针、控制杆、调整垫的冲击载荷，提高了可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见的是，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的特定实施例，其不是对本发明的保护范围的限制。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，当然还可以根据本发明的如下实施例及其附图获得一些其它的实施例和附图

图1为根据发明的一个实施例提供的一种阀杆组件结构示意图；

图2为根据发明的一个实施例提供的上套筒的结构示意图；

图3为根据发明的一个实施例提供的下套筒的结构示意图；

图4为根据发明的一个实施例提供的控制杆的结构示意图；

图5为根据发明的一个实施例提供的阀针的结构示意图；

图6为根据发明的一个实施例提供的一种高压燃料喷射阀的结构示意图；

图7为图6中A处的局部放大结构示意图。

图中：110-电磁阀；120-控制套筒；130-喷射阀弹簧140-高压腔；150-壳体；160-油嘴紧帽；170-阀体；180-出油孔；190-进油孔；210-控制腔；201-调整环；202-上套筒；203-调整垫；204-下套筒；205-壳体下端面；206-控制杆；207-耦合腔室；208-阀针；209-肩胛面；211-第一外圆面；212-第二外圆面；213-十字槽；214-上配合中孔；215-下配合中孔；216-复位弹簧。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种部件，这些术语仅用来将同一类型的部件彼此区分开。

根据现有技术，电磁阀通电打开出油孔使控制室与低压燃料联通时，高压燃料由出油孔流出，控制室中燃料压强降低，控制杆、连接套与阀针或一体式阀针在液压力的作用下克服喷射阀弹簧的弹簧力一同抬升。电磁阀电流切断后，关闭出油孔，隔断控制室与低燃料，控制室燃料压强上升，与高压腔燃料压强平衡，喷射阀弹簧弹簧力作用使控制杆和阀针下降。综上，控制杆与阀针的向上运动与向下运动只通过控制室液压力与喷射阀弹簧弹簧力控制，这种控制方式不能完全兼顾燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆、小油量喷射和低燃料压强喷射响应迅速”的要求。

因此，本发明实施例提供一种阀杆组件，图1为根据发明的一个实施例提供的一种阀杆组件的结构示意图，该阀杆组件可用于高压燃料喷射阀，可以包括：控制杆206、阀针208、上套筒202、下套筒204、复位弹簧216、调整环201、调整垫203，所述控制杆206的下端伸入所述上套筒204，所述调整环201套装在所述控制杆206外，所述调整环201的两端分别与所述上套筒202的上端面和所述控制杆206的轴肩相抵接，所述阀针208伸入所述下套筒204，所述复位弹簧216将所述下套筒204抵压在所述上套筒202的下端面，所述调整垫203上下面分别与所述控制杆206和所述阀针208相抵接，所述上套筒202、下套筒204、控制杆206、阀针208、调整垫203共同构成一个密封的耦合腔室207(可能带少许泄漏)。

根据以上技术方案，本发明实施例在控制杆206与阀针208之间设置上套筒202、下套筒204、复位弹簧216、调整环201、调整垫203，使得在控制杆在向上运动与向下运动时处于不同的受力状态，由此兼顾不同的性能要求。通过设置耦合腔室207、复位弹簧216实现对活塞杆上升运动及下降运动中受力的调节，从而实现燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆、小油量喷射和低燃料压强喷射响应迅速”的要求。

在控制杆206向上运动与向下运动时，由于耦合腔室207的存在，为阀杆组件提供了额外的液压力，从而使得控制杆206及阀针208在向上运动时速度较慢，而在向下运动时速度较快。这种上升缓慢、下降迅速的运动特点可实现燃料喷射阀喷射速率上升段的速度减缓而喷射速率下降段的速度加快。该喷射过程有利于发动机形成更均匀的可燃混合气，起到降低油耗，减少排放污染物和改善发动机运行噪音的作用。

相对于现有大部分使用连接套连接控制杆206和阀针208或控制杆206阀针208一体式的结构，由于设置了有利于阀杆向上运动的复位弹簧216，且通过设定上套筒202的相对位置，控制复位弹簧216的弹簧力力只在向上运动的初期与向下运动的末期起作用，使得控制杆206及阀针208向上运动时响应迅速。以此实现燃料喷射阀在低燃料压强和低喷射油量工况时的快速响应。

参考图1和图2，本实施例中，所述上套筒202设置一上配合中孔214，所述上配合中孔214可直接连接所述上套筒202上下平面，也可通过一阶或多阶孔联通所述上套筒202上下平面，上套筒202上部设置有供燃油流通的十字槽213或斜面。

参考图1和图3，本实施例中，所述下套筒204设置一下配合中孔215，所述下配合中孔215可以直接连接所述下套筒204上下平面，也可通过一阶或多阶孔联通所述下套筒204上下平面。

参考图2和图3，本实施例中，所述上配合中孔214的直径应大于所述下配合中孔215的直径。

参考图1，本实施例中，所述调整垫203上下面分别与所述控制杆206与所述阀针208相抵接，所述调整垫203的轴向高度可用于微调阀杆组件的整体长度，所述调整环201的轴向高度可用于调整所述上套筒202、下套筒204与所述控制杆206的相对位置。

参考图1、图4和图5本实施例中，所述控制杆206下部设置一与所述上配合中孔214精密配合的第一外圆面211，所述第一外圆面211位于所述上配合中孔214中。所述阀针208组件上部设置一与所述下配合中孔215精密配合的第二外圆面212、所述第二外圆面212位于所述下配合中孔215中。上套筒202和下套筒204之间的平面有较高的平面度，并紧密贴合并形成密封。

本发明实施例还提供一种高压燃料喷射阀，参考图6，包括电磁阀110、控制套筒120、喷射阀弹簧130、上述的阀杆组件、壳体150、紧帽、阀体170，所述电磁阀110、控制套筒120、喷射阀弹簧130和所述控阀杆组件从上至下安装在所述壳体150上，所述控制杆206上部位于所述控制套筒120的控制中孔中，所述控制套筒120与所述电磁阀110下部相抵接，所述控制套筒120、电磁阀110、控制杆206共同围合构成控制腔210，所述控制腔210设置有与高压燃料联通的进油孔190、与低压燃料联通的出油孔180、所述电磁阀110可打开或关闭所述出油孔180。所述复位弹簧216位于下所述下套筒204下部，分别与所述下套筒204下端面和所述阀体170抵接。所述上套筒202、下套筒204与控制杆206的相对位置决定了所述上套筒202与所述壳体下端面205间的轴向距离。

如图1所示，高压燃料阀设置有高压腔140，该高压腔140由电磁阀110、壳体150和阀体170限定，阀体170通过油嘴紧帽160被固定在壳体下部，控制组件可纵向移动地布置在高压腔140中。阀体170深入到发动机燃烧室中完成喷射功能。控制套筒120与控制杆206之间设置喷射阀弹簧130，该喷射阀弹簧130分别对控制套筒120及阀杆组件施加弹簧力，该弹簧力一方面将控制套筒120抵接在电磁阀110下端，另一方面通过控制杆206、调整垫203作用在阀针208上，将阀针208压在阀体170中。

该高压燃料喷射阀的高压腔140充满来自于高压油泵(未图示)压缩过的处于高压下的燃料。这些高压燃料直接或通过共轨管蓄压后供给到高压燃料喷射阀高压腔140中。这个高压燃料存在于整个高压腔140中，处于高压腔140中的阀针208受到向上的液压力，而控制杆206上端位于控制腔210内，控制腔210内的高压燃料使控制杆206受到向下的液压力。同时控制杆206收到向下的喷射阀弹簧130弹簧力，下套筒204收到向上的复位弹簧216弹簧力。当阀杆组件整体受到的向上的力小于向下的力时，阀针208压在阀体170密封座面上，没有燃料喷射过程发生。当向上的力大于向下的力时，阀针208向上运动，离开阀体170密封座面，燃料喷射过程发生。

通过设置耦合腔室207、复位弹簧216实现对活塞杆上升运动及下降运动中受力的调节，从而实现燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆、小油量喷射和低燃料压强喷射响应迅速”的要求。

高压燃料喷射阀不工作时，电磁阀110没有接受到工作电流，电磁阀110关闭出油孔180，所以高压腔140和控制腔210燃料压强一致，都是此刻的系统设定燃料压强。阀针208受到向下的液压力大于向上的液压力，压在阀体170密封座面上，没有燃料喷射过程发生。

高压燃料喷射阀工作时，电磁阀110接受到工作电流，电磁阀110打开出油孔180，出油孔180开始流出燃油、高压腔140内燃料经由进油孔190流入控制腔210。由于进油孔190和出油孔180的节流作用控制腔210内燃料压强压强下降，当燃料压强下降到一定时，控制杆206与上套筒202、下套筒204在复位弹簧216和液压力的共同作用下克服喷射阀弹簧130弹簧力向上运动，在控制杆206、上套筒202和下套筒204上升瞬间，耦合腔室207容积增大，燃料压强下降，阀针208在液压力作用下跟随控制杆206向上运动。直至上套筒202的上端面与壳体下端面205相抵接之前，此阶段内阀杆组件整体向上运动，耦合腔室207内液压力为内力，不影响阀杆组件的运动状态。阀杆组件在复位弹簧216弹簧力的作用下，可在较低的液压力克服弹簧力向上运动，燃料喷射阀迅速进行喷射，以此达到小油量喷射和低燃料压强喷射时响应迅速的要求。

本实施例在上套筒202的上端面与壳体下端面205相抵接后，上套筒202与下套筒204的向上运动被限制，控制杆206、阀针208、调整垫203继续向上运动，此时控制杆206、阀针208、调整垫203相对上套筒202、下套筒204产生相对向上运动，由于上配合中孔214直径大于下配合中孔215直径，耦合腔室207容积总量变大，腔室内燃料压强进一步降低。又由于上配合中孔214直径大于下配合中孔215直径，作用在控制杆206与阀针208上的液压力合力方向向下，同时复位弹簧216弹簧力不再作用到控制杆206上，控制杆206、阀针208所受向上合外力降低，控制杆206、阀针208向上运动减缓、以此实现高压燃料喷射阀“缓慢开启”的目的。

在电磁阀110通电关闭出油孔180时，进油孔190继续向控制腔210流入燃油，当控制腔210内燃料压强到达一定时，控制杆206、上套筒202、下套筒204、调整垫203及阀针208受到向下合力而向下运动。由于此时耦合腔室207增大的容积不可能被泄露的燃油全部填满，耦合腔室207内绝对压力仍然低于高压腔140和控制腔210内燃油压强，因而控制杆206及阀针208所受的耦合腔室207液压力的合力仍然向下。控制杆206及阀针208在喷射阀弹簧130向下的弹簧力与耦合腔室207向下的液压力共同作用下向下运动，相较于只有弹簧力作用下的运动速度更快，由此实现高压燃料喷射阀“快速关闭”的目的。

由于在阀针208、控制杆206上升过程中，耦合腔室207内燃料压强下降，喷射阀高压腔140内燃油少量泄入耦合腔室207。由此在针阀、控制杆206下降过程的末端针阀与调整垫203、或控制杆206和调整垫203之间被多余燃油填充而处于分离状态，在阀针208撞击阀体170的瞬间，控制杆206、阀针208与调整垫203不直接接触，其之间的燃料起到缓冲作用，由此可减少阀体170、阀针208、控制杆206、调整垫203的磨损。在缓冲过程中，耦合腔室207中燃料压强升高，液压力作用于上套筒202与下套筒204，迫使上套筒202与下套筒204分离，多余燃油通过分离的缝隙流出耦合腔室207，从而控制油嘴针阀对针阀体170的最大撞击力。而后上套筒202与下套筒204在复位弹簧216作用下重新抵接，准备下次运动。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种阀杆组件，其特征在于，包括：控制杆、阀针、上套筒、下套筒、复位弹簧、调整环、调整垫，所述控制杆的下端伸入所述上套筒，所述调整环套装在所述控制杆外，所述调整环的两端分别与所述上套筒的上端面和所述控制杆的轴肩相抵接，所述阀针伸入所述下套筒，所述复位弹簧将所述下套筒抵压在所述上套筒的下端面，所述调整垫上下面分别与所述控制杆和所述阀针相抵接，所述上套筒、下套筒、控制杆、阀针、调整垫共同构成一个密封的耦合腔室；

所述上套筒中开有上配合中孔，所述上配合中孔直接延伸至所述上套筒的上下平面，或通过一阶或多阶孔连接所述上套筒的上下平面，所述上套筒上部设置有供燃油流通的十字槽或斜面；

所述下套筒中开有下配合中孔，所述下配合中孔直接延伸至所述下套筒的上下平面，或通过一阶或多阶孔连接所述下套筒的上下平面；

所述上配合中孔的直径大于所述下配合中孔的直径。

2.根据权利要求1所述的一种阀杆组件，其特征在于，所述调整垫的轴向高度用于微调阀杆组件的整体长度。

3.根据权利要求1所述的一种阀杆组件，其特征在于，所述调整环的轴向高度用于调整所述上套筒、下套筒与所述控制杆的相对位置。

4.根据权利要求1所述的一种阀杆组件，其特征在于，所述控制杆下部设置一与所述上配合中孔相配合的第一外圆面，所述第一外圆面位于所述上配合中孔中。

5.根据权利要求1所述的一种阀杆组件，其特征在于，所述阀针组件上部设置一与所述下配合中孔相配合的第二外圆面，所述第二外圆面位于所述下配合中孔中。

6.根据权利要求1所述的一种阀杆组件，其特征在于，所述上套筒和下套筒之间紧密贴合后形成密封。

7.一种高压燃料喷射阀，其特征在于：包括电磁阀、控制套筒、喷射阀弹簧、权利要求2-6任一项所述的阀杆组件、壳体、紧帽、阀体，所述电磁阀、控制套筒、喷射阀弹簧和控阀杆组件从上至下安装在所述壳体上，所述阀体被油嘴紧帽紧固在壳体下端面上，所述控制杆上部位于所述控制套筒的控制中孔中，所述控制套筒与所述电磁阀下部相抵接，所述控制套筒、电磁阀、控制杆共同围合构成控制腔，所述控制腔设置有与高压燃料联通的进油孔、与低压燃料联通的出油孔、所述电磁阀可打开或关闭所述出油孔，所述复位弹簧位于下所述下套筒下部，分别与所述下套筒下端面和所述阀体抵接。