CN114458502A - 一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀 - Google Patents

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赵建辉
卢相东
张恒
徐煜
陈硕
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Abstract

本发明的目的在于提供一种稳定落座的永磁‑电磁耦合磁场高速电磁阀，包括铁芯、阀杆、衔铁、永磁环、线圈、壳体、衔铁升程调节环、低压腔体、液压缓冲活塞，铁芯上开有环形凹槽，线圈缠绕在线圈骨架中并一起嵌入铁芯环形凹槽内，衔铁复位弹簧位于铁芯中心通孔内，衔铁上部嵌有永磁环，永磁环的充磁方向为径向充磁，衔铁底部设置有阻尼槽，铁芯中心通孔内布置有液压缓冲活塞。本发明通过永磁‑电磁耦合励磁、衔铁上升过程中液压缓冲活塞与铁芯内壁间的节流阻尼、衔铁落座过程中阻尼槽与低压腔体上表面之间的液压缓冲等技术手段，解决现有高速电磁阀动态响应速度较慢、衔铁吸合和和落座时反弹程度大的问题，提高高压共轨喷油器喷油的稳定性。

Description

一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是柴油机高压共轨装置。
背景技术
随着柴油机电控燃油喷射技术的迅速发展和柴油机排放法规的日益严格，采用新型电控喷油系统已成为柴油机发展的必然趋势。高压共轨燃油喷射系统能够快速、精确、灵活地实现对柴油机喷油量和喷油规律控制，有效提高柴油机的经济性能和动力性能，同时大幅降低有害排放，是现代化柴油机实现高效率和排放的关键技术之一。
为实现喷油规律精确控制以及更加灵活的多次喷射，共轨燃油系统对高速电磁阀的动态响应特性提出非常高的技术要求：在开启阶段电磁阀衔铁要有足够短的开启延迟和足够快的抬升速度，以及在关闭响应阶段具备足够短的释放延迟和落座速度。目前高速电磁阀采用较高的驱动电压产生大电流来加快其抬升速度，但衔铁的高速抬升和迅速落座会产生撞击反弹的现象，不仅使部件变形及磨损，更极大影响高速电磁阀控制的稳定性及寿命，因此如何在更快的动态响应下实现低反弹是共轨燃油系统高速电磁阀需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决现有高速电磁阀动态响应速度较慢、衔铁吸合和和落座时反弹程度大的问题，提高高压共轨喷油器喷油稳定性的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：包括壳体、铁芯、液压缓冲活塞、衔铁、低压腔体、阀杆、喷油器体，壳体的顶部设置固定螺母，固定螺母上通过调节螺母安装十字型螺母，铁芯安装于壳体里，铁芯设置环形凹槽，环形凹槽里嵌入线圈骨架，线圈骨架缠绕线圈，铁芯中间开有轴向中心通孔，轴向中心通孔里安装液压缓冲活塞和衔铁复位弹簧，衔铁复位弹簧的两端分别为液压缓冲霍斯啊和十字型螺母，铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体，阀杆穿过衔铁、低压腔体，低压腔体里设置低压油腔，喷油器体里设置高压油孔，液压缓冲活塞落座于阀杆的顶部，阀杆的下部位于低压油腔里，阀杆的下端部通过球阀与高压油孔配合，低压腔体上设置连通圆孔，连通圆孔连通低压油腔和衔铁所在的壳体腔室，衔铁所在的壳体腔室内壁上安装衔铁升程调节环，壳体上开设壳体出油油孔，衔铁升程调节环上开设调节环出油油孔，壳体出油油孔与调节环出油油孔的位置相对应。
本发明还可以包括：
1、衔铁上端面嵌入永磁环。
2、永磁环的充磁方向为径向辐射充磁。
3、永磁环的上表面与衔铁的上表面平齐。
4、永磁环是完整的磁环或三等分均匀间隔的磁环或四等分均匀间隔的磁环。
5、液压缓冲活塞为凸台式活塞，液压缓冲活塞中间开有活塞轴向中心通孔，液压缓冲活塞侧壁与铁芯中心通孔之间形成0.05-0.1mm的上升节流阻尼间隙。
6、衔铁底部设置有阻尼槽。
7、阻尼槽为矩形凹槽，采用放射式对称结构布置，相邻凹槽之间的角度为45°。
本发明的优势在于：
(1)在本发明中，衔铁嵌入永磁环的结构能够实现永磁-电磁协同耦合励磁，当线圈通过能够产生与永磁环极化方向相同磁场的电流时，线圈产生的磁场和永磁环产生的磁场叠加，穿过衔铁的总磁通量增加，使得衔铁受到的轴向电磁吸力变大，提高高速电磁阀的动态响应；
(2)阀杆在向上运动的过程中，液压缓冲活塞逐渐插入到其上方的配合面，凸台处的液体受到挤压压力升高，使阀杆受到阻力的作用，降低衔铁顶部碰撞的反弹程度；
(3)当线圈从通电状态转为不通电状态时，永磁环产生的磁通主要在衔铁部分构成磁回路，只有极少量磁通穿过铁芯，电磁铁不会产生自锁；
(4)在衔铁落座时，衔铁底部的阻尼槽对衔铁产生向上的阻尼力，实现衔铁落座时的稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2a为完整的永磁环示意图，图2b为四等分均匀间隔的永磁环，图2c为三等分均匀间隔的永磁环；
图3为阻尼槽的结构和布置形式示意图；
图4为液压缓冲活塞的局部放大图；
图5为阀杆头部结构示意图；
图6为线圈通电时永磁-电磁耦合磁路示意图。
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1-6，本发明的结构组成包括壳体1、铁芯2、线圈3、线圈骨架4、永磁环5、衔铁6、低压腔体7、喷油器体8、调节螺母9、十字型螺栓10、衔铁复位弹簧11、液压缓冲活塞12、衔铁升程调节环13、衔铁卡环14、阻尼槽15、阀杆16。喷油器体8上开有高压油孔，低压腔体7中间开有大圆孔形成低压油腔、同时开有连通圆孔，壳体1和衔铁升程调节环13上分别设置有出油油孔，壳体上的出油油孔直径大于衔铁升程调节环13上出油油孔直径，并且二者油孔的轴中心对齐布置，铁芯2上开有环形凹槽形成铁芯主磁极和副磁极，线圈3缠绕在线圈骨架4中，线圈骨架4的径向宽度等于铁芯2环形凹槽的宽度、轴向高度等于或小于铁芯2环形凹槽的深度，线圈骨架4嵌入在所述铁芯环形凹槽内，铁芯2的中间开有轴向中心通孔，衔铁复位弹簧11位于铁芯中心通孔内，低压腔体7中心同样开有中心孔，阀杆16穿过低压腔体7，衔铁升程调节环13布置在铁芯2与低压腔体7之间，衔铁6安装在阀杆16上部，在衔铁6上部嵌入有永磁环5，永磁环5的充磁方向为径向辐射充磁。永磁环5的上表面与衔铁6的上表面平齐，永磁环5的下表面不超过衔铁6的下表面，永磁环5的内环直径大于线圈3的内环直径，永磁环5的外环直径小于线圈3的外环直径。永磁环5可以是完整的磁环；或是三等分均匀间隔的永磁环；或是四等分均匀间隔的永磁环。在铁芯2中心通孔内布置有液压缓冲活塞12，并在衔铁6底部设置有阻尼槽15，液压缓冲活塞12为凸台式活塞，液压缓冲活塞12中间开有轴向中心通孔，并且液压缓冲活塞12侧壁与铁芯2中心通孔之间形成0.05-0.1mm的上升节流阻尼间隙，液压缓冲活塞12的大头落座在阀杆16的顶部，液压缓冲活塞大头的上表面与其上方配合面的轴向距离大于衔铁与铁芯的轴向距离，液压缓冲活塞12的小头与衔铁复位弹簧11相接触并使衔铁复位弹簧11处于压缩状态。衔铁6底部的阻尼槽15为矩形凹槽，采用放射式对称结构布置，相邻凹槽之间的角度为45°，阻尼槽15的最外侧边缘半径小于衔铁6底部外边缘半径，阻尼槽15的最内侧边缘半径大于衔铁6底部内边缘半径。
结合图6，本发明的永磁-电磁耦合励磁的原理为：当线圈3通过能够产生与永磁环5极化方向相同磁场的电流时，线圈3产生经主磁极18、磁轭17、副磁极20、副磁极气隙21、衔铁6、主磁极气隙19而闭合的磁通Φ1，永磁环5产生经衔铁6、主磁极气隙19、主磁极18、磁轭17、副磁极20、副磁极气隙21而闭合的磁通Φ2，二者协同耦合叠加，使得衔铁6与铁芯2之间的工作气隙处的磁感应强度增强，穿过衔铁6的总磁通量增加，使得衔铁6受到的轴向电磁吸力变大，提高高速电磁阀的动态响应；当线圈3从通电状态转为不通电状态时，永磁环5产生的磁通主要在衔铁6部分构成磁回路，只有极少量磁通穿过铁芯2，电磁铁不会产生自锁。
本发明的结构实现液压缓冲的原理为，阀杆16顶部开有横向贯通凹槽，燃油可以通过凹槽流入到阀杆16头部的凸台处，线圈3通电后，衔铁6受到向上的轴向电磁力同时带动阀杆16向上运动，阀杆16在向上运动的过程中，液压缓冲活塞12逐渐插入到其上方的配合面，凸台处的液体受到挤压压力升高，使阀杆16受到阻力的作用，降低衔铁6顶部碰撞的反弹程度。在衔铁6落座时，衔铁6底部的阻尼槽15内的燃油受到挤压而压力升高，对衔铁6产生向上的液压阻尼力，实现衔铁6落座时的稳定。

Claims (8)

1.一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：包括壳体、铁芯、液压缓冲活塞、衔铁、低压腔体、阀杆、喷油器体，壳体的顶部设置固定螺母，固定螺母上通过调节螺母安装十字型螺母，铁芯安装于壳体里，铁芯设置环形凹槽，环形凹槽里嵌入线圈骨架，线圈骨架缠绕线圈，铁芯中间开有轴向中心通孔，轴向中心通孔里安装液压缓冲活塞和衔铁复位弹簧，衔铁复位弹簧的两端分别为液压缓冲霍斯啊和十字型螺母，铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体，阀杆穿过衔铁、低压腔体，低压腔体里设置低压油腔，喷油器体里设置高压油孔，液压缓冲活塞落座于阀杆的顶部，阀杆的下部位于低压油腔里，阀杆的下端部通过球阀与高压油孔配合，低压腔体上设置连通圆孔，连通圆孔连通低压油腔和衔铁所在的壳体腔室，衔铁所在的壳体腔室内壁上安装衔铁升程调节环，壳体上开设壳体出油油孔，衔铁升程调节环上开设调节环出油油孔，壳体出油油孔与调节环出油油孔的位置相对应。
2.根据权利要求1所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：衔铁上端面嵌入永磁环。
3.根据权利要求2所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：永磁环的充磁方向为径向辐射充磁。
4.根据权利要求2所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：永磁环的上表面与衔铁的上表面平齐。
5.根据权利要求2所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：永磁环是完整的磁环或三等分均匀间隔的磁环或四等分均匀间隔的磁环。
6.根据权利要求1所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：液压缓冲活塞为凸台式活塞，液压缓冲活塞中间开有活塞轴向中心通孔，液压缓冲活塞侧壁与铁芯中心通孔之间形成0.05-0.1mm的上升节流阻尼间隙。
7.根据权利要求1所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：衔铁底部设置有阻尼槽。
8.根据权利要求7所述的一种稳定落座的永磁-电磁耦合磁场高速电磁阀，其特征是：阻尼槽为矩形凹槽，采用放射式对称结构布置，相邻凹槽之间的角度为45°。
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