CN114278474A - 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，能够消除喷油器的燃油压力波动，实现喷射规律的精确控制，避免由于燃油压力波动导致喷油器发生损坏。该共轨系统包括该喷油器，该喷油器包括进油端，所述进油端设置有谐振机构，所述谐振机构用于消除所述进油端的燃油压力波动。

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

高压共轨电控燃油系统是当前柴油机最前沿的燃油喷射控制系统，电控喷油器是高压共轨电控燃油系统的核心部件，多次喷射技术是高压共轨电控燃油系统的核心技术之一，能够根据柴油机特定运行工况的需要对喷油定时、喷油量和喷油速率等参数匹配控制策略。然而，燃油压力波动会使得柴油机在喷射过程中难以实现理想的喷油规律，影响喷油量的精确控制，并导致柴油机各缸喷射不均匀，各缸的排放、排温差异性加大，此外，燃油压力波动还会影响高压部件的强度和密封性，并产生较大的噪音，当燃油压力波动过大或与喷油器的固有频率耦合时，可能导致喷油器发生损坏。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种喷油器，能够消除喷油器的燃油压力波动。

为实现所述目的的喷油器，包括进油端，所述进油端设置有谐振机构，所述谐振机构用于消除所述进油端的燃油压力波动。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述谐振机构包括进油腔、质量块和弹簧，所述质量块通过所述弹簧连接在所述进油腔内。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述质量块包括端面，所述端面垂直于所述进油腔的进油方向，所述弹簧的伸缩方向平行于所述进油方向。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述喷油器还包括喷油孔和缓冲腔，所述缓冲腔与所述进油端和所述喷油孔流体连接，所述缓冲腔用于消除所述喷油器内部的燃油压力波动并提高所述喷油器的喷射压力。

在所述的喷油器的一个或多个实施方式中，所述喷油器还包括针阀偶件、控制腔、控制阀和回油管，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，所述第一端位于所述缓冲腔内，所述第二端与所述控制腔相连接，所述控制腔与所述进油端流体连接，所述控制腔还与所述回油管通过所述控制阀流体连接，所述控制阀用于调节所述控制腔的压力，进而改变所述针阀的受力情况，以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，所述喷油器还包括先导阀，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，所述第二执行器为压电执行器，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。

该喷油器通过采用该谐振机构，可以有效地消除喷油器的进油端的燃油压力波动，从而精确控制喷油器的喷射规律，并避免由于燃油压力波动导致喷油器发生损坏，减少泄漏的风险，降低噪音，提高喷油器的性能和可靠性，且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，能够实现喷射规律的精确控制。

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，可以有效地消除燃油压力波动，精确控制燃油的喷射规律，保证柴油机各缸的喷射性能的一致性，避免由于燃油压力波动导致的损坏，减少泄漏的风险，降低噪音，提高该共轨系统的性能和可靠性，且结构简单，易于加工制造。

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。

图5是图2中C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和图3，喷油器105包括进油端1和喷油端2。进油端1与共轨系统100的进油管路106流体连接，喷油端2包括用于喷射燃油的喷油孔3，喷油孔3与进油端1流体连接。

进油端1设置有谐振机构4，谐振机构4用于消除进油端1的燃油压力波动。例如谐振机构4包括进油腔5、质量块6和弹簧7。质量块6由密度较大的材料制成，例如采用金属材料。质量块6通过弹簧7可移动地连接到进油腔5的内壁，质量块6将进油腔5分隔为第一腔室9和第二腔室10，第一腔室9和第二腔室10通过质量块6与进油腔5之间的通道11或/和贯穿质量块6的通孔12流体连接。

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和图3，质量块6包括端面8，端面8垂直或接近垂直于燃油流入进油腔5的进油方向，弹簧7的伸缩方向平行于或接近平行于该进油方向，当进油端1的燃油压力稳定时，质量块6在进油腔5内处于一稳定位置，当进油端1的燃油压力发生波动时，质量块6在波动的燃油压力和弹簧7的弹力的作用下在进油腔5内发生振动，使弹簧7发生伸缩，从而将波动能量转换为质量块6和弹簧7的机械能，并使第一腔室9和第二腔室10的体积发生改变，从而产生反向的压力波动，以消除来自进油端1的燃油压力波动。

通过对进油腔5的结构尺寸、质量块6的质量和结构尺寸、弹簧7的弹性系数等进行设计，可以提高谐振机构4对特定频率范围内的燃油压力波动的消除效果，起到滤波作用。

由此，该喷油器105通过采用该谐振机构4，可以有效地消除喷油器105的进油端1的燃油压力波动，从而精确控制喷油器105的喷射规律，并避免由于燃油压力波动导致喷油器105发生损坏，减少泄漏的风险，降低噪音，提高喷油器105的性能和可靠性，且该喷油器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，可以有效地消除燃油压力波动，精确控制燃油的喷射规律，保证柴油机各缸的喷射性能的一致性，避免由于燃油压力波动导致的损坏，减少泄漏的风险，降低噪音，提高该共轨系统100的性能和可靠性，且结构简单，易于加工制造。

继续参照图2和图3，喷油器105内设置有缓冲腔13，缓冲腔13与进油端1和喷油孔3流体连接，以将来自进油端1的燃油输送至喷油孔3处，缓冲腔13还起到蓄压作用，以进一步消除喷油器105内部的燃油压力波动，尤其是由于喷油孔3的开启或关闭导致的喷油端2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，并可以实现更高的喷射压力，提高喷油器105的性能和可靠性。

参照图2至图5，喷油器105还包括针阀偶件14、盛油腔15、控制腔16、控制阀17、先导阀18和回油管(未图示)。其中，回油管与共轨系统100的回油管路107流体连接。

针阀偶件14包括喷嘴体19和针阀20。喷嘴体19的一端连接在喷油器的本体24，另一端设置有针阀座21和喷油孔3，针阀20包括相对的第一端22和第二端23，第一端22插入缓冲腔13，并与针阀座21通过锥面相配合。

由此，通过针阀20的移动可以开启或关闭喷油孔3，通过调节针阀20的位移量，可以调节针阀20和针阀座21之间的流通面积，进而调节喷油器105的喷油速率。

继续参照图2至图5，盛油腔15位于喷嘴体19内，并与进油端1通过缓冲腔13流体连接，针阀20的第一端22穿过盛油腔15，盛油腔15和缓冲腔13内的燃油压力作用在针阀20上，通过对针阀20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20上的作用力相互抵消，并通过盛油腔15内的燃油施加在针阀20上的合力提供朝向开启喷油孔3的方向，即第一方向D₁的第一作用力，从而便于对针阀20的受力进行控制。此外，针阀20等运动部件均位于高压的缓冲腔13内，与传统的高、低压间隔布局形式的柱塞-顶杆-针阀结构的喷油器相比，可以减少高压间隙泄漏，实现更高的液压效率，有利于降低油耗，提高喷油器105的可靠性。

控制阀17包括阀体25和阀芯26，阀体25包括内孔27、进油节流孔31和低压腔32。控制腔16与进油端1通过进油节流孔31流体连接。低压腔32与回油管流体连接。低压腔32与控制腔16分别位于阀体25的两侧，以通过控制阀17连通和切断控制腔16与回油管之间的流体连接，进而调节控制腔16内的燃油压力。内孔27提供控制腔16并为针阀20的移动提供导向，针阀20的第二端23插入内孔27并与控制腔16相连接，从而通过控制腔16内的燃油向针阀20施加朝向关闭喷油孔3的方向，即第二方向D₂的作用力。

针阀20还包括针阀弹簧座28，针阀弹簧座28位于第一端22和第二端23之间。针阀20的径向外侧套设有针阀弹簧29，针阀弹簧29的两端分别与针阀弹簧座28和控制阀17的阀体25相抵，以通过针阀弹簧29向针阀20施加朝向关闭喷油孔3的方向，即第二方向D₂的作用力。

由此，盛油腔15内的燃油作用在针阀20上的合力提供朝向第一方向D₁的第一作用力，控制腔16内的燃油以及针阀弹簧29作用在针阀20上的合力提供朝向第二方向D₂的第二作用力，针阀20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17的开度，即可调节控制腔16内的燃油的流出速度和控制腔16内的压力，进而改变针阀20的受力，控制针阀20的移动，以控制喷油器105的喷油速率和喷射定时，详见后述。

继续参照图2至图5，控制阀17为球阀，阀体25设置有带锥面的阀座33和回油节流孔34，回油节流孔34用于连通控制腔16和低压腔32，并起到节流作用，以避免控制腔16内压力下降过快。

由此，通过调节控制阀17的开度，即可选择控制阀17的节流状态，例如当控制阀17的开度较小时，通过阀芯26与阀座33之间的狭窄通道以及回油节流孔34共同起到节流作用，当控制阀17的开度较大时，仅通过回油节流孔34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16内的燃油的流出速度和控制腔16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17采用锥阀或平板阀或其他结构。

继续参照图2至图5，先导阀18用于带动控制阀17的阀芯26移动，从而调节控制阀17的开度。先导阀18包括先导阀杆35、第一执行器和第二执行器。先导阀杆35与控制阀17的阀芯26相连接，第一执行器用于控制先导阀杆35的移动，第二执行器用于调节先导阀杆35的行程范围。

第一执行器为电磁执行器36，包括电磁铁38、衔铁39、先导阀弹簧40、弹簧限位座41和先导阀弹簧座42。电磁铁38和弹簧限位座41与喷油器105的本体24固定连接，衔铁39与先导阀杆35固定连接，先导阀弹簧座42与先导阀杆35一体地连接，先导阀弹簧40的两端分别抵在弹簧限位座41和先导阀弹簧座42。当电磁铁38通电时，电磁铁38产生电磁力，衔铁39在电磁铁38的吸引下，带动先导阀杆35和阀芯26克服先导阀弹簧40的弹力向开启控制阀17的方向移动；当电磁铁38断电时，电磁铁38失去磁力，衔铁39、先导阀杆35和阀芯26在先导阀弹簧40的弹力作用下向关闭控制阀17的方向移动，或保持在将控制阀17关闭的状态。

由此，该先导阀18通过电磁执行器36可以便捷可靠地控制控制阀17的开启和关闭，从而调节控制腔16内的压力，改变针阀20的受力情况，控制针阀20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5，第二执行器为压电执行器37，压电执行器37的一端固定，另一端用于与先导阀杆35相抵，以止动先导阀杆35，从而限制先导阀杆35的最大位移，即限制先导阀杆35的行程范围。

由于逆压电效应，压电执行器37在通电后会伸长，伸长的方向平行于先导阀杆35的移动方向，通过调节施加到压电执行器37的电压，可以调节压电执行器37的伸长量，从而调节先导阀杆35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37包括压电叠堆及其封装体，压电叠堆包括多个压电元件43，例如压电陶瓷，多个压电元件43沿先导阀杆35的移动方向排列，且每个压电元件43在通电后的伸长方向平行于先导阀杆35的移动方向，从而增大压电执行器37的最大伸长量，增加压电执行器37的调节范围。

电磁执行器36的线圈内部具有容纳腔44，先导阀弹簧40、弹簧限位座41、压电执行器37等设置在该容纳腔44内，以充分利用电磁执行器36的内部空间，减少先导阀18和喷油器105的体积。

先导阀弹簧40套设在压电执行器37的外侧，压电执行器37为先导阀弹簧40提供导向，从而简化先导阀18和喷油器105的结构，减少体积，减轻重量。

由此，该先导阀18通过设置压电执行器37，可以灵活调节先导阀杆35的行程范围，使先导阀18能够提供比例输出，进而灵活调节控制阀17的最大开度和节流状态，调节控制腔16内燃油的流出速度和控制腔16内燃油压力的降低速度，改变针阀20的开启速度，调节针阀20和针阀座21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18和喷油器105能够满足不同运行工况的需要，提高该先导阀18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5所示的实施方式介绍该喷油器105的工作原理：

1、高压燃油通过进油端1进入喷油器105内，经谐振机构4消除压力波动后，分为两路，一路通过进油节流孔31向控制腔16供油，另一路通过缓冲腔13向盛油腔15和喷油孔3供油，并通过缓冲腔13进一步消除燃油的压力波动；

2、通过先导阀18和控制阀17配合，调节控制腔16内的压力，控制针阀20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18可采用两种控制方式，一种为仅采用电磁执行器36的控制模式，另一种为采用电磁执行器36和压电执行器37联合控制模式：

2.1当仅采用电磁执行器36控制时，压电执行器37断电，电磁执行器36的电磁铁38通电，衔铁39在电磁铁38的吸引下，带动先导阀杆35和控制阀17的阀芯26克服先导阀弹簧40的弹力向开启控制阀17的方向移动，使控制腔16与低压腔32相连通，控制腔16开始泄压，当控制腔16内的燃油与针阀弹簧29作用在针阀20上的第二作用力小于盛油腔15内的燃油作用在针阀20上的第一作用力时，针阀20向第一方向D₁移动，将喷油孔3打开，喷油器105开始喷油，当先导阀杆35抵到压电执行器37时，先导阀杆35达到最大位移，先导阀杆35与阀芯26停止移动；当电磁执行器36的电磁铁38断电时，衔铁39、先导阀杆35和阀芯26在先导阀弹簧40的弹力作用下向关闭控制阀17的方向移动，切断控制腔16与低压腔32之间的流体连接，此时，高压燃油继续向控制腔16和盛油腔15供油并建压，当控制腔16内的燃油与针阀弹簧29作用在针阀20上的第二作用力大于盛油腔15内的燃油作用在针阀20上的第一作用力时，针阀20向第二方向D₂移动，将喷油孔3关闭，喷油器105停止喷射；

2.2当采用电磁执行器36和压电执行器37联合控制时，压电执行器37通电，利用逆压电效应使压电执行器37伸长，当电磁执行器36的电磁铁38通电，先导阀杆35移动至与伸长后的压电执行器37相抵时达到最大位移，先导阀杆35与阀芯26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35的行程范围，进而调节控制腔16内燃油压力的降低速度，改变针阀20的开启速度，调节针阀20和针阀座21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。

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 (9)

1.喷油器，包括进油端，其特征在于，所述进油端设置有谐振机构，所述谐振机构用于消除所述进油端的燃油压力波动。

2.如权利要求1所述的喷油器，其特征在于，所述谐振机构包括进油腔、质量块和弹簧，所述质量块通过所述弹簧连接在所述进油腔内。

3.如权利要求2所述的喷油器，其特征在于，所述质量块包括端面，所述端面垂直于所述进油腔的进油方向，所述弹簧的伸缩方向平行于所述进油方向。

4.如权利要求1至3中任一项所述的喷油器，其特征在于，所述喷油器还包括喷油孔和缓冲腔，所述缓冲腔与所述进油端和所述喷油孔流体连接，所述缓冲腔用于消除所述喷油器内部的燃油压力波动并提高所述喷油器的喷射压力。

5.如权利要求4所述的喷油器，其特征在于，所述喷油器还包括针阀偶件、控制腔、控制阀和回油管，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，所述第一端位于所述缓冲腔内，所述第二端与所述控制腔相连接，所述控制腔与所述进油端流体连接，所述控制腔还与所述回油管通过所述控制阀流体连接，所述控制阀用于调节所述控制腔的压力，进而改变所述针阀的受力情况，以控制所述针阀的移动。

6.如权利要求5所述的喷油器，其特征在于，所述喷油器还包括先导阀，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。

7.如权利要求6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。

8.如权利要求6所述的喷油器，其特征在于，所述第二执行器为压电执行器，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。

9.共轨系统，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的喷油器。

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