CN114151254B - 压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供压电直驱‑先导双作用的双针阀喷油器，包括蓄压腔壁、紧帽，蓄压腔壁的下端部固定在紧帽里，紧帽里自上而下依次设置控制块、中间块、回油块、量孔板、喷嘴，蓄压腔壁里设置蓄压腔，控制块里设置压电控制阀部分，回油块里设置控制腔部分，喷嘴里设置喷射部分。本发明可以通过一个压电堆同时直接和间接控制两个针阀，直接控制的针阀既起控制喷油的作用，又起控制另一针阀开启的作用，在提高喷射响应速度的同时，实现大喷油量，还能利用内外两个针阀开启的时间差，实现先缓后急的喷油规律，有利于改善柴油机缸内的燃烧、降低排放污染物。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种燃油系统，具体地说是柴油机电控燃油系统。
背景技术
电控喷油器具有控制灵活、响应快、控制精度高等优点，但随着排放法规的日益严格，柴油机的燃烧及排放性能需求对于燃油喷射系统的控制提出了更高的要求，更高的喷油压力、更快的响应速度、更加灵活可控的喷油规律等将是未来柴油机燃油喷射系统的发展趋势。
想要实现高响应速度，一般采用压电控制喷油器，然而其控制位移小，直驱仅能实现小油量喷射，因此多采用先导阀的方式对针阀进行控制，从而控制喷射，但由于控制腔油路的液力延迟仍会降低喷射响应速度，对压电晶体控制的效果大打折扣，因此压电控制喷油器响应速度与喷油量之间存在一定矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供能够同时直驱和先导控制内外两个针阀、兼顾高响应速度和大喷油量的压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器，其特征是：包括蓄压腔壁、紧帽，蓄压腔壁的下端部固定在紧帽里，紧帽里自上而下依次设置控制块、中间块、回油块、量孔板、喷嘴，蓄压腔壁里设置蓄压腔，控制块里设置压电控制阀部分，回油块里设置控制腔部分，喷嘴里设置喷射部分。
本发明还可以包括：
1、所述压电控制阀部分包括控制阀压电堆、控制阀液压芯，控制阀压电堆位于控制阀液压芯上方，控制阀压电堆与控制阀液压芯之间设置控制阀垫片，控制阀液压芯的顶部开设有油孔，控制阀液压芯里为中空结构。
2、所述压电控制阀部分包括内针阀，内针阀顶端安装内针阀帽，内针阀帽位于控制阀液压芯里，内针阀帽与控制阀液压芯之间形成内针阀帽上腔，内针阀下端穿过、中间块、回油块，并伸入喷嘴里，控制阀液压芯、内针阀帽、内针阀、中间块和控制块共同形成位移放大腔，内针阀设置弹簧卡座，弹簧卡座位于回油块里，内针阀上套有内针阀复位弹簧，内针阀复位弹簧位于弹簧卡座和中间块之间；所述喷射部分包括外针阀，外针阀位于喷嘴里并安装在内针阀的外部，外针阀、内针阀、量孔板之间形成控制腔，内针阀外部套有外针阀复位弹簧，外针阀复位弹簧位于控制腔里，外针阀复位弹簧的两端分别为外针阀和量孔板；所述量孔板里设置进油节流孔、回流节流孔，进油节流孔、回流节流孔均连通控制腔，进油节流孔通过高压油路连通蓄压腔，内针阀中部加工有锥面，锥面与回油块形成面密封，锥面下方的内针阀与量孔板之间形成低压油路连通油路，回油节流孔连通低压油路连通油路；外针阀与喷嘴之间形成盛油槽，盛油槽连通蓄压腔，盛油槽下方形成外通道，内针阀与外针阀之间形成内通道，外针阀上位于盛油槽以下的部分开设进油孔，进油孔连通外通道和内通道，外针阀和内针阀的端部与喷嘴均形成密封，外针阀与喷嘴的密封处设置上排喷孔，内针阀与喷嘴的密封处设置下排喷孔。
3、在喷射准备阶段，控制阀压电堆不通电，高压燃油一路流入喷嘴部分，包括外针阀与喷嘴之间的腔室、通过外针阀加工的进油孔进入内针阀和外针阀之间的腔室；另一路流入控制腔部分，高压油路内的高压燃油通过进油节流孔进入控制腔，控制腔内高压燃油通过回油节流孔与内针阀中部的密封面下方连通，内针阀和外针阀分别受内针阀复位弹簧和外针阀复位弹簧以及液压力共同作用而落座于喷嘴处的阀座，与此同时，内针阀中部的锥面与回油块加工的阀座形成密封，从而隔断控制腔的高压燃油与锥面上方腔室的低压燃油。
4、喷油开始时，控制阀压电堆通电而伸长，使得控制阀垫片受压，连同控制阀液压芯向下运动，从而对位移放大腔内的燃油进行挤压，燃油压力上升使内针阀帽承受向上的液压力，从而与内针阀下端的液压力共同克服内针阀复位弹簧的预紧力而向上抬起，燃油从内针阀和外针阀之间的腔室进入下排喷孔喷油，与此同时，内针阀中部的锥面脱离回油块，控制腔内高压燃油通过回油节流孔，从内针阀中部锥面与回油块之间的间隙进入上方的低压油腔室，高压油路内高压燃油通过进油节流孔对控制腔内燃油进行补充，控制腔内燃油压力持续降低，直到外针阀下端液压力大于控制腔液压力与外针阀复位弹簧的预紧力之和，外针阀开始抬起，上排喷孔开始喷油。
5、喷油结束后，控制阀压电堆断电，控制阀垫片上表面卸载，控制阀液压芯下端受位移放大腔内燃油向上的液压力而向上运动，控制阀压电堆在控制阀垫片的挤压下恢复至原来的长度，位移放大腔内燃油压力逐渐降低，直到内针阀帽承受向上的液压力与内针阀下端的液压力之和小于内针阀复位弹簧的弹力而向下运动，最后内针阀落座，下排喷孔停止喷油，与此同时，内针阀中部的锥面与回油块密封，控制腔停止回油，高压油路内高压燃油通过进油节流孔进入控制腔，直到控制腔液压力与外针阀复位弹簧弹力之和大于外针阀下端液压力，外针阀开始关闭，上排喷孔停止喷油。
本发明的优势在于：本发明可以通过一个压电堆同时直接和间接控制两个针阀，直接控制的针阀既起控制喷油的作用，又起控制另一针阀开启的作用，在提高喷射响应速度的同时，实现大喷油量，还能利用内外两个针阀开启的时间差，实现先缓后急的喷油规律，有利于改善柴油机缸内的燃烧、降低排放污染物。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为压电控制阀部分结构示意图；
图3为控制腔部分结构示意图；
图4为喷嘴部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-4，本发明的压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器由紧固帽1、蓄压腔壁2、压电控制阀部分3、控制腔部分4、喷嘴5、喷嘴部分6、紧帽7、量孔板8、回油块9、中间块10、控制块11、高压油路12、蓄压腔13和接口14组成。蓄压腔壁2、控制块11、中间块10、回油块9、量孔板8、喷嘴5自上而下安装，并通过定位销连接，压电控制阀部分3、控制腔部分4、喷嘴部分6自上而下安装在喷油器内，紧固帽1与蓄压腔壁2、紧帽7与蓄压腔壁2均通过螺纹紧固在一起。
蓄压腔壁2内开有容积较大的蓄压腔13，上部通过接口14与高压燃油源相连，下部通过高压油路12流经喷油器内的控制腔部分4及喷嘴部分6，流入控制腔部分4的高压燃油通过进油节流孔27进入控制腔26，流入喷嘴部分6的燃油充满内针阀19和外针阀25周围的空间。
控制阀压电堆15上端接电路，下端与控制阀垫片16相接触，控制阀垫片16下端开有凹槽，控制阀液压芯17顶部安装于凹槽内，控制阀液压芯17呈长拱形，下端与内针阀帽18、内针阀19、中间块10和控制块11共同密封了位移放大腔20内的燃油，因此上端开有油孔，连通内针阀帽上腔21与低压油路，便于泄漏，内针阀帽18下端和内针阀19上端通过螺纹连接，内针阀19中上部加工有弹簧卡座，用于安装内针阀复位弹簧22，内针阀19中部和下部均加工有锥面，两个锥面分别与回油块9和喷嘴5加工的阀座形成面密封，中部的密封用于隔断低压油路和控制腔26内的高压燃油，下部的密封用于隔断喷油器内高压燃油与压力室30、下排喷孔31窜入的燃气。内针阀19中部密封面下方的小腔室通过回油节流孔23与控制腔26连通，连接蓄压腔13的高压油路12通过进油节流孔27与控制腔26连通。
控制腔26下方安装有外针阀25，外针阀25顶部开有凹槽，用于安装外针阀复位弹簧24，中下部开有进油孔28，为内针阀19的工作提供高压燃油，下部加工成锥面与喷嘴5加工的锥面形成密封面，隔断喷油器内高压燃油与上排喷孔29内窜入的燃气。
在喷油器喷射准备阶段，控制阀压电堆15不通电，高压燃油先后通过接口14、蓄压腔13、高压油路12进入喷油器内的连通腔室，主要分为两路，一路流入喷嘴部分6，包括：外针阀25与喷嘴5之间的腔室、通过外针阀25加工的进油孔28进入内针阀19和外针阀25之间的腔室两部分；另一路流入控制腔部分4，高压油路12内的高压燃油通过进油节流孔27进入控制腔26，控制腔26内高压燃油通过回油节流孔23与内针阀19中部的密封面下方连通。内针阀19和外针阀25分别受内针阀复位弹簧22和外针阀复位弹簧24以及液压力共同作用而落座于喷嘴5处的阀座，且由于内针阀帽18此时所受液压力微小，因此内针阀复位弹簧22的预紧力略大于内针阀19下端所受的液压力而使内针阀19能够正常关闭，与此同时，内针阀19中部的锥面与回油块9加工的阀座形成密封，从而隔断控制腔26的高压燃油与锥面上方腔室的低压燃油。
喷油开始时，控制阀压电堆15通电而伸长，使得控制阀垫片16受压，连同控制阀液压芯17向下运动，从而对位移放大腔20内的燃油进行挤压，燃油压力上升使内针阀帽18承受向上的液压力，从而与内针阀19下端的液压力共同克服内针阀复位弹簧22的预紧力而向上抬起，燃油快速从内针阀19和外针阀25之间的腔室进入压力室30，下排喷孔31开始喷油，且位移放大腔20内燃油对控制阀垫片16的受力面积大于内针阀帽18，而控制阀垫片16向下运动排出的燃油体积一定，因此内针阀帽18的位移大于控制阀垫片16，实现了内针阀19位移放大的效果，提高了其喷油量和喷射速率。与此同时，内针阀19中部的锥面脱离回油块9，控制腔26内高压燃油通过回油节流孔23，从内针阀19中部锥面与回油块9之间的间隙进入上方的低压油腔室，随着回油过程的进行，控制腔26内燃油压力降低，同时高压油路12内高压燃油通过进油节流孔27对控制腔26内燃油进行补充，由于回油节流孔23的直径大于进油节流孔27的直径，控制腔26内燃油压力持续降低，直到外针阀25下端液压力大于控制腔26液压力与外针阀复位弹簧24的预紧力之和，外针阀25开始抬起，上排喷孔29开始喷油。由于控制阀压电堆15响应快，且对内针阀19进行直接驱动，因此能实现喷油控制的高响应速度；虽然控制腔26的回油是通过内针阀19的先导控制实现的，开启速度较快，但控制腔26回油速率慢，且其中的燃油压力需降低到一定数值才能使外针阀25开启，因此相比于内针阀19的开启时刻有一定延迟，从而实现了先缓后急的喷油规律。比起压电直驱，先导控制能够使针阀产生大几十倍的位移，因此外针阀25采用先导控制能够弥补内针阀19喷油量不足的缺点，而压电直驱能够弥补先导控制响应慢的缺陷。
喷油结束后，控制阀压电堆15断电，控制阀垫片16上表面突然卸载，控制阀液压芯17下端受位移放大腔20内燃油向上的液压力而向上运动，控制阀压电堆15在控制阀垫片16的挤压下逐渐恢复至原来的长度，位移放大腔20内燃油压力逐渐降低，直到内针阀帽18承受向上的液压力与内针阀19下端的液压力之和小于内针阀复位弹簧22的弹力而向下运动，最后内针阀19落座，下排喷孔31停止喷油，与此同时，内针阀19中部的锥面与回油块9密封，控制腔26停止回油，高压油路12内高压燃油通过进油节流孔27进入控制腔26，直到控制腔26液压力与外针阀复位弹簧24弹力之和大于外针阀25下端液压力，外针阀25开始关闭，上排喷孔29停止喷油。
Claims (4)
1.压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器，其特征是：包括蓄压腔壁、紧帽，蓄压腔壁的下端部固定在紧帽里，紧帽里自上而下依次设置控制块、中间块、回油块、量孔板、喷嘴，蓄压腔壁里设置蓄压腔，控制块里设置压电控制阀部分，回油块里设置控制腔部分，喷嘴里设置喷射部分；
所述压电控制阀部分包括控制阀压电堆、控制阀液压芯，控制阀压电堆位于控制阀液压芯上方，控制阀压电堆与控制阀液压芯之间设置控制阀垫片，控制阀液压芯的顶部开设有油孔，控制阀液压芯里为中空结构；
所述压电控制阀部分包括内针阀，内针阀顶端安装内针阀帽，内针阀帽位于控制阀液压芯里，内针阀帽与控制阀液压芯之间形成内针阀帽上腔，内针阀下端穿过、中间块、回油块，并伸入喷嘴里，控制阀液压芯、内针阀帽、内针阀、中间块和控制块共同形成位移放大腔，内针阀设置弹簧卡座，弹簧卡座位于回油块里，内针阀上套有内针阀复位弹簧，内针阀复位弹簧位于弹簧卡座和中间块之间；所述喷射部分包括外针阀，外针阀位于喷嘴里并安装在内针阀的外部，外针阀、内针阀、量孔板之间形成控制腔，内针阀外部套有外针阀复位弹簧，外针阀复位弹簧位于控制腔里，外针阀复位弹簧的两端分别为外针阀和量孔板；所述量孔板里设置进油节流孔、回流节流孔，进油节流孔、回流节流孔均连通控制腔，进油节流孔通过高压油路连通蓄压腔，内针阀中部加工有锥面，锥面与回油块形成面密封，锥面下方的内针阀与量孔板之间形成低压油路连通油路，回油节流孔连通低压油路连通油路；外针阀与喷嘴之间形成盛油槽，盛油槽连通蓄压腔，盛油槽下方形成外通道，内针阀与外针阀之间形成内通道，外针阀上位于盛油槽以下的部分开设进油孔，进油孔连通外通道和内通道，外针阀和内针阀的端部与喷嘴均形成密封，外针阀与喷嘴的密封处设置上排喷孔，内针阀与喷嘴的密封处设置下排喷孔。
2.根据权利要求1所述的压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器，其特征是：在喷射准备阶段，控制阀压电堆不通电，高压燃油一路流入喷嘴部分，包括外针阀与喷嘴之间的腔室、通过外针阀加工的进油孔进入内针阀和外针阀之间的腔室；另一路流入控制腔部分，高压油路内的高压燃油通过进油节流孔进入控制腔，控制腔内高压燃油通过回油节流孔与内针阀中部的密封面下方连通，内针阀和外针阀分别受内针阀复位弹簧和外针阀复位弹簧以及液压力共同作用而落座于喷嘴处的阀座，与此同时，内针阀中部的锥面与回油块加工的阀座形成密封，从而隔断控制腔的高压燃油与锥面上方腔室的低压燃油。
3.根据权利要求1所述的压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器，其特征是：喷油开始时，控制阀压电堆通电而伸长，使得控制阀垫片受压，连同控制阀液压芯向下运动，从而对位移放大腔内的燃油进行挤压，燃油压力上升使内针阀帽承受向上的液压力，从而与内针阀下端的液压力共同克服内针阀复位弹簧的预紧力而向上抬起，燃油从内针阀和外针阀之间的腔室进入下排喷孔喷油，与此同时，内针阀中部的锥面脱离回油块，控制腔内高压燃油通过回油节流孔，从内针阀中部锥面与回油块之间的间隙进入上方的低压油腔室，高压油路内高压燃油通过进油节流孔对控制腔内燃油进行补充，控制腔内燃油压力持续降低，直到外针阀下端液压力大于控制腔液压力与外针阀复位弹簧的预紧力之和，外针阀开始抬起，上排喷孔开始喷油。
4.根据权利要求1所述的压电直驱-先导双作用的双针阀喷油器，其特征是：喷油结束后，控制阀压电堆断电，控制阀垫片上表面卸载，控制阀液压芯下端受位移放大腔内燃油向上的液压力而向上运动，控制阀压电堆在控制阀垫片的挤压下恢复至原来的长度，位移放大腔内燃油压力逐渐降低，直到内针阀帽承受向上的液压力与内针阀下端的液压力之和小于内针阀复位弹簧的弹力而向下运动，最后内针阀落座，下排喷孔停止喷油，与此同时，内针阀中部的锥面与回油块密封，控制腔停止回油，高压油路内高压燃油通过进油节流孔进入控制腔，直到控制腔液压力与外针阀复位弹簧弹力之和大于外针阀下端液压力，外针阀开始关闭，上排喷孔停止喷油。
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- 2021-11-19 CN CN202111374098.3A patent/CN114151254B/zh active Active
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