CN114165373A - 喷油器和共轨系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷油器和共轨系统，能够实现喷油规律的灵活调节。该共轨系统包括该喷油器，该喷油器包括喷油孔、针阀偶件、控制腔、控制阀和先导阀，其中：所述针阀偶件包括针阀，所述针阀包括相对的第一端和第二端，所述第一端用于开启或关闭所述喷油孔，所述第二端与所述控制腔相连接，所述控制阀用于调节所述控制腔的压力，进而控制所述针阀的移动，所述先导阀包括先导阀杆、第一执行器和第二执行器，所述先导阀杆与所述控制阀的阀芯相连接，所述第一执行器用于控制所述先导阀杆的移动，所述第二执行器用于调节所述先导阀杆的行程范围。

Description

喷油器和共轨系统

技术领域

本发明涉及燃油供给系统技术领域，具体涉及一种喷油器和共轨系统。

背景技术

高压共轨系统是目前最具发展前景的柴油机燃油系统，在全工况范围内实现了对系统的喷油定时、循环喷油量、喷油规律等关键特性指标的柔性控制，能够优化柴油机缸内燃烧、提高柴油机经济性同时降低排放特性。

电控喷油器是高压共轨系统的关键部件，负责根据柴油机运行工况的需求对喷油定时、喷油量以及喷油速率等实施优化控制。近年来，随着环境污染和能源危机等问题的日益加剧，进一步改善柴油机的能耗和排放等特性已迫在眉睫。面对当前日益严峻的挑战，喷油规律的柔性控制技术在柴油机技术的发展中的重要性越发突出，具有巨大的技术潜力。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种喷油器，能够实现喷油规律的灵活调节。

为实现所述目的的喷油器，包括喷油孔、针阀偶件、控制腔、控制阀和先导阀，其中：所述针阀偶件包括针阀，所述针阀包括相对的第一端和第二端，所述第一端用于开启或关闭所述喷油孔，所述第二端与所述控制腔相连接，所述控制阀用于调节所述控制腔的压力，进而控制所述针阀的移动，所述先导阀包括先导阀杆、第一执行器和第二执行器，所述先导阀杆与所述控制阀的阀芯相连接，所述第一执行器用于控制所述先导阀杆的移动，所述第二执行器用于调节所述先导阀杆的行程范围。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述第一执行器为电磁执行器，所述第二执行器为压电执行器。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述压电执行器在通电后由于逆压电效应而伸长，且伸长的方向平行于所述先导阀杆的移动方向，所述压电执行器的一端固定，另一端用于与所述先导阀杆相抵，以止动所述先导阀杆。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述电磁执行器的内部具有容纳腔，所述压电执行器设置于所述容纳腔。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述电磁执行器包括先导阀弹簧，所述先导阀弹簧用于提供使所述先导阀杆带动所述阀芯向关闭所述控制阀的方向移动的作用力，所述先导阀弹簧套设于所述压电执行器的外侧，所述压电执行器为所述先导阀弹簧提供导向。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述喷油器还包括进油管、回油管、盛油腔和针阀弹簧，所述盛油腔、所述控制腔均与所述进油管流体连接，所述控制腔还与所述回油管通过所述控制阀流体连接，所述针阀与所述盛油腔相连接，所述盛油腔用于向所述针阀施加第一作用力，所述控制腔和所述针阀弹簧用于向所述针阀施加第二作用力，以通过所述第一作用力和所述第二作用力的合力控制所述针阀的移动。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述控制阀为球阀或锥阀或平板阀。

该喷油器通过先导阀和控制阀配合，调节控制腔内的压力，进而控制针阀的开启时间和开启速度，使燃油以需要的喷射规律喷射，通过先导阀的第二执行器控制和调节先导阀杆的行程范围，可以灵活调节控制阀的最大开度，调节控制腔内燃油的流出速度和控制腔内燃油压力的降低速度，改变针阀的开启速度，调节针阀和针阀座之间的流通面积，进而调整喷油速率曲线，实现喷油速率灵活可控，使该喷油器能够满足不同运行工况的需要，提高该喷油器的通用性，且能实现喷油速率的在线柔性控制，可以在正常工作循环内实现喷油速率的在线构造，进而根据实际油气室匹配情况，获得最佳的燃油雾化效果，降低柴油机的油耗、燃烧噪声和碳烟排放。该喷油器的结构简单，易于加工制造。

本发明的另一个目的是提供一种共轨系统，能够实现喷油规律的灵活调节。

为实现所述目的的共轨系统，包括前述的喷油器。

该共轨系统通过采用该喷油器，可以实现喷油速率灵活可控，以满足不同运行工况的需要，提高通用性，且能实现喷油速率的在线柔性控制，可以在正常工作循环内实现喷油速率的在线构造，进而根据实际油气室匹配情况，获得最佳的燃油雾化效果，降低柴油机的油耗、燃烧噪声和碳烟排放。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是根据一个实施方式的共轨系统的示意图。

图2是根据一个实施方式的喷油器的示意图。

图3是图2中A处的局部示意图。

图4是图2中B处的局部示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，本申请的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

根据本发明的一个实施方式的共轨系统100如图1所示，包括油箱101、滤清器102、油泵103、共轨管104、喷油器105、进油管路106和回油管路107。油箱101内的低压燃油经过滤清器102的过滤和油泵103的加压后，储存在共轨管104内，共轨管104通过进油管路106向喷油器105提供加压后的高压燃油，喷油器105内的部分燃油通过回油管路107返回油箱101。

参照图2至图4，喷油器105包括进油管1、喷油器体2、针阀偶件3、喷油孔5、盛油腔8、控制腔9、控制阀10、先导阀11和回油管(未图示)。其中，进油管1与共轨系统100的进油管路106流体连接，回油管与共轨系统100的回油管路107流体连接。

针阀偶件3包括喷嘴体4和针阀6。喷嘴体4的一端连接在喷油器体2，另一端设置有针阀座12和喷油孔5，喷油器体2或/和喷嘴体4内设置有缓冲腔13，缓冲腔13与进油管1和喷油孔5流体连接，以将来自进油管1的燃油输送至喷油孔5处，同时缓冲腔13还具有一定的蓄压作用，以减少喷油器105内的燃油压力波动，从而更为准确地控制喷油器105的喷射规律。针阀6包括相对的第一端14和第二端15，第一端14插入缓冲腔13，并与针阀座12通过锥面相配合。

由此，通过针阀6的移动可以开启或关闭喷油孔5，通过调节针阀6的位移量，可以调节针阀6和针阀座12之间的流通面积，进而调节喷油器105的喷油速率。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或流体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

继续参照图2至图4，盛油腔8位于喷嘴体4内，并与进油管1通过缓冲腔13流体连接，针阀6的第一端14穿过盛油腔8，盛油腔8和缓冲腔13内的燃油压力作用在针阀6上，通过对针阀6的结构和尺寸进行设计，可以使缓冲腔13内的燃油施加在针阀6上的作用力相互抵消，并通过盛油腔8内的燃油施加在针阀6上的合力提供朝向开启喷油孔5的方向，即第一方向D₁的第一作用力，从而便于对针阀6的受力进行控制。

控制阀10包括阀体18和阀芯19，阀体18包括内孔20、进油节流孔21和低压腔22。控制腔9与进油管1通过进油节流孔21流体连接。低压腔22与回油管流体连接，低压腔22与控制腔9分别位于阀体18的两侧，以通过控制阀10连通和切断控制腔9与回油管之间的流体连接，进而调节控制腔9内的燃油压力。内孔20提供控制腔9并为针阀6的移动提供导向，针阀6的第二端15插入内孔20并与控制腔9相连接，从而通过控制腔9内的燃油向针阀6施加朝向关闭喷油孔5的方向，即第二方向D₂的作用力。

针阀6还包括针阀弹簧座16，针阀弹簧座16位于第一端14和第二端15之间。针阀6的径向外侧套设有针阀弹簧7，针阀弹簧7的两端分别与针阀弹簧座16和控制阀10的阀体18相抵，以通过针阀弹簧7向针阀6施加朝向关闭喷油孔5的方向，即第二方向D₂的作用力。

由此，盛油腔8内的燃油作用在针阀6上的合力提供朝向第一方向D₁的第一作用力，控制腔9内的燃油以及针阀弹簧7作用在针阀6上的合力提供朝向第二方向D₂的第二作用力，针阀6在第一作用力和第二作用力的合力的作用下移动，通过调节控制阀10的开度，即可调节控制腔9内的燃油的流出速度和控制腔9内的压力，进而改变针阀6的受力，控制针阀6的移动，以控制喷油器105的喷油速率和喷射定时：当控制阀10开启时，控制腔9内的燃油通过低压腔22流向回油管，控制腔9内的压力较低，当控制腔9内的燃油与针阀弹簧7作用在针阀6上的第二作用力小于盛油腔8内的燃油作用在针阀6上的第一作用力时，针阀6向第一方向D₁移动，将喷油孔5打开，喷油器105开始喷油；当控制阀10关闭时，控制腔9与回油管之间的流体连接被切断，控制腔9仅与进油管1流体连接，控制腔9内的压力较高，当控制腔9内的燃油与针阀弹簧7作用在针阀6上的第二作用力大于盛油腔8内的燃油作用在针阀6上的第一作用力时，针阀6向第二方向D₂移动，将喷油孔5关闭，或针阀6保持在将喷油孔5关闭的状态。

继续参照图2至图4，控制阀10为球阀，阀体18设置有带锥面的阀座23和回油节流孔24，回油节流孔24用于连通控制腔9和低压腔22，并起到节流作用，以避免控制腔9内压力下降过快。

由此，通过调节控制阀10的开度，即可选择控制阀10的节流状态，例如当控制阀10的开度较小时，通过阀芯19与阀座23之间的狭窄通道以及回油节流孔24共同起到节流作用，当控制阀10的开度较大时，仅通过回油节流孔24起到节流作用，从而可以根据运行工况的需要，灵活和准确地调节控制腔9内的燃油的流出速度和控制腔9内的压力，进而调节喷油器105的喷油规律。

在另一些实施方式中，控制阀10采用锥阀或平板阀或其他结构。

继续参照图2至图4，先导阀11用于带动控制阀10的阀芯19移动，从而调节控制阀10的开度。先导阀11包括先导阀杆25、第一执行器和第二执行器。先导阀杆25与控制阀10的阀芯19相连接，第一执行器用于控制先导阀杆25的移动，第二执行器用于调节先导阀杆25的行程范围。

第一执行器为电磁执行器26，包括电磁铁28、衔铁29、先导阀弹簧30、弹簧限位座31和先导阀弹簧座32。电磁铁28和弹簧限位座31与喷油器体2固定连接，衔铁29与先导阀杆25固定连接，先导阀弹簧座32与先导阀杆25一体地连接，先导阀弹簧30的两端分别抵在弹簧限位座31和先导阀弹簧座32。当电磁铁28通电时，电磁铁28产生电磁力，衔铁29在电磁铁28的吸引下，带动先导阀杆25和阀芯19克服先导阀弹簧30的弹力向开启控制阀10的方向移动；当电磁铁28断电时，电磁铁28失去磁力，衔铁29、先导阀杆25和阀芯19在先导阀弹簧30的弹力作用下向关闭控制阀10的方向移动，或保持在将控制阀10关闭的状态。

由此，该先导阀11通过电磁执行器26可以便捷可靠地控制控制阀10的开启和关闭，从而调节控制腔9内的压力，改变针阀6的受力情况，控制针阀6的开启时间和开启速度，实现喷油器105的喷射规律的精准控制。

继续参照图2至图4，第二执行器为压电执行器27，压电执行器27的一端固定，另一端用于与先导阀杆2相抵，以止动先导阀杆25，从而限制先导阀杆25的最大位移，即限制先导阀杆25的行程范围。

由于逆压电效应，压电执行器27在通电后会伸长，伸长的方向平行于先导阀杆25的移动方向，通过调节施加到压电执行器27的电压，可以调节压电执行器27的伸长量，从而调节先导阀杆25的行程范围，以满足不同的运行工况的需要。

可选地，压电执行器27包括压电叠堆及其封装体，压电叠堆包括多个压电元件33，例如压电陶瓷，多个压电元件33沿先导阀杆25的移动方向排列，且每个压电元件33在通电后的伸长方向平行于先导阀杆25的移动方向，从而增大压电执行器27的最大伸长量，增加压电执行器27的调节范围。

电磁执行器26的线圈内部具有容纳腔34，先导阀弹簧30、弹簧限位座31、压电执行器27等设置在该容纳腔34内，以充分利用电磁执行器26的内部空间，减少先导阀11和喷油器105的体积。

先导阀弹簧30套设在压电执行器27的外侧，压电执行器27为先导阀弹簧30提供导向，从而简化先导阀11和喷油器105的结构，减少体积，减轻重量。

由此，该先导阀11通过设置压电执行器27，可以灵活调节先导阀杆25的行程范围，使先导阀11能够提供比例输出，进而灵活调节控制阀10的最大开度和节流状态，调节控制腔9内燃油的流出速度和控制腔9内燃油压力的降低速度，改变针阀6的开启速度，调节针阀6和针阀座12之间的流通面积，进而调整喷油速率曲线，实现喷油速率灵活可控，使该先导阀11和喷油器105能够满足不同运行工况的需要，提高该先导阀11和喷油器105的通用性，且能实现喷油速率的在线柔性控制，可以在正常工作循环内实现喷油速率的在线构造，进而根据实际油气室匹配情况，获得最佳的燃油雾化效果，降低柴油机的油耗、燃烧噪声和碳烟排放。

下面结合图2至图4所示的实施方式介绍该喷油器105的工作原理：

1、高压燃油通过进油管1进入喷油器105内，随后分为两路，一路通过进油节流孔21向控制腔9供油，另一路通过缓冲腔13向盛油腔8和喷油孔5供油；

2、通过先导阀11和控制阀10配合，调节控制腔9内的压力，控制针阀6的开启时间和开启速度，使燃油以需要的喷射规律喷射；其中，该先导阀11可采用两种控制方式，一种为仅采用电磁执行器26的控制模式，另一种为采用电磁执行器26和压电执行器27联合控制模式：

2.1当仅采用电磁执行器26控制时，压电执行器27断电，电磁执行器26的电磁铁28通电，衔铁29在电磁铁28的吸引下，带动先导阀杆25和控制阀10的阀芯19克服先导阀弹簧30的弹力向开启控制阀10的方向移动，使控制腔9与低压腔22相连通，控制腔9开始泄压，当控制腔9内的燃油与针阀弹簧7作用在针阀6上的第二作用力小于盛油腔8内的燃油作用在针阀6上的第一作用力时，针阀6向第一方向D₁移动，将喷油孔5打开，喷油器105开始喷油，当先导阀杆25抵到压电执行器27时，先导阀杆25达到最大位移，先导阀杆25与阀芯19停止移动；当电磁执行器26的电磁铁28断电时，衔铁29、先导阀杆25和阀芯19在先导阀弹簧30的弹力作用下向关闭控制阀10的方向移动，切断控制腔9与低压腔22之间的流体连接，此时，高压燃油继续向控制腔9和盛油腔8供油并建压，当控制腔9内的燃油与针阀弹簧7作用在针阀6上的第二作用力大于盛油腔8内的燃油作用在针阀6上的第一作用力时，针阀6向第二方向D₂移动，将喷油孔5关闭，喷油器105停止喷射；

2.2当采用电磁执行器26和压电执行器27联合控制时，压电执行器27通电，利用逆压电效应使压电执行器27伸长，当电磁执行器26的电磁铁28通电，先导阀杆25移动至与伸长后的压电执行器27相抵时达到最大位移，先导阀杆25与阀芯19停止移动，从而可以根据运行工况的需要灵活调节先导阀杆25的行程范围，进而调节控制腔9内燃油压力的降低速度，改变针阀6的开启速度，调节针阀6和针阀座12之间的流通面积，调整喷油速率曲线，实现喷油速率的灵活可控和在线柔性控制。

该喷油器105通过先导阀11和控制阀10配合，调节控制腔9内的压力，进而控制针阀6的开启时间和开启速度，使燃油以需要的喷射规律喷射，通过先导阀11的第二执行器控制和调节先导阀杆25的行程范围，可以灵活调节控制阀10的最大开度，调节控制腔9内燃油的流出速度和控制腔9内燃油压力的降低速度，改变针阀6的开启速度，调节针阀6和针阀座12之间的流通面积，进而调整喷油速率曲线，实现喷油速率灵活可控，使该喷油器105能够满足不同运行工况的需要，提高该喷油器105的通用性，且能实现喷油速率的在线柔性控制，可以在正常工作循环内实现喷油速率的在线构造，进而根据实际油气室匹配情况，获得最佳的燃油雾化效果，降低柴油机的油耗、燃烧噪声和碳烟排放。该喷油器105的结构简单，易于加工制造。

该共轨系统100通过采用该喷油器105，可以实现喷油速率灵活可控，以满足不同运行工况的需要，提高通用性，且能实现喷油速率的在线柔性控制，可以在正常工作循环内实现喷油速率的在线构造，进而根据实际油气室匹配情况，获得最佳的燃油雾化效果，降低柴油机的油耗、燃烧噪声和碳烟排放。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.喷油器，包括喷油孔、针阀偶件、控制腔、控制阀和先导阀，其中：所述针阀偶件包括针阀，所述针阀包括相对的第一端和第二端，所述第一端用于开启或关闭所述喷油孔，所述第二端与所述控制腔相连接，所述控制阀用于调节所述控制腔的压力，进而控制所述针阀的移动，所述先导阀包括先导阀杆和第一执行器，所述先导阀杆与所述控制阀的阀芯相连接，所述第一执行器用于控制所述先导阀杆的移动，其特征在于，所述先导阀还包括第二执行器，所述第二执行器用于调节所述先导阀杆的行程范围。

2.如权利要求1所述的喷油器，其特征在于，所述第一执行器为电磁执行器，所述第二执行器为压电执行器。

3.如权利要求2所述的喷油器，其特征在于，所述压电执行器在通电后由于逆压电效应而伸长，且伸长的方向平行于所述先导阀杆的移动方向，所述压电执行器的一端固定，另一端用于与所述先导阀杆相抵，以止动所述先导阀杆。

4.如权利要求2所述的喷油器，其特征在于，所述电磁执行器的内部具有容纳腔，所述压电执行器设置于所述容纳腔。

5.如权利要求2所述的喷油器，其特征在于，所述电磁执行器包括先导阀弹簧，所述先导阀弹簧用于提供使所述先导阀杆带动所述阀芯向关闭所述控制阀的方向移动的作用力，所述先导阀弹簧套设于所述压电执行器的外侧，所述压电执行器为所述先导阀弹簧提供导向。

6.如权利要求1至5中任一项所述的喷油器，其特征在于，所述喷油器还包括进油管、回油管、盛油腔和针阀弹簧，所述盛油腔、所述控制腔均与所述进油管流体连接，所述控制腔还与所述回油管通过所述控制阀流体连接，所述针阀与所述盛油腔相连接，所述盛油腔用于向所述针阀施加第一作用力，所述控制腔和所述针阀弹簧用于向所述针阀施加第二作用力，以通过所述第一作用力和所述第二作用力的合力控制所述针阀的移动。

7.如权利要求1至5中任一项所述的喷油器，其特征在于，所述控制阀为球阀或锥阀或平板阀。

8.共轨系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的喷油器。

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