CN114458504B - 一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种变阻尼预磁化的永磁‑电磁混合励磁高速电磁阀，包括壳体，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弹簧导向套，铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体，阀杆的下部为锥座，低压腔体里设置低压油腔，阀杆的锥座位于低压油腔和喷油器体里，阀杆的上部穿过低压腔体、衔铁并位于弹簧导向套里，阀杆的头部套有复位弹簧，低压腔体上设置环形孔，环形孔连通低压油腔和衔铁所在的腔室。本发明了解决现有高速电磁阀动态响应偏低以及衔铁抬升和落座不彻底的问题，提高了高压共轨喷油器喷油的稳定性。

Description

一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀

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

柴油机具有动力强劲、热效率高和可靠性高等优点，已作为主动力应用于车辆、船舶和动力机械等主要动力行业，随着排放法规要求的日益严格和化石资源的不断减少，各国对柴油机的经济性和排放性提出越来越高的要求。电控高压共轨燃油喷射系统由于具有高响应的高速电磁阀，因而可实现喷油时刻、喷油量和喷油规律的精确柔性控制，可以实现最优的喷射特性满足柴油机的全工况要求。

在电控燃油喷射系统中，高速电磁阀需要具有非常短的开启和关闭响应时间，以实现燃油系统的灵活柔性喷射。在电控燃油喷射系统中，通常采用peak-hold或是peak-hold-hold的驱动电流策略，即：在初始阶段瞬间加载大于48V的高电压，通过瞬间产生大电流实现电磁力的快速增加从而加快电磁阀打开，在电磁阀打开阶段，此时衔铁和电磁铁之间的间隙最小，为维持电磁阀全开，从降低驱动功率角度采用比峰值电流更小的保持电流，在电磁阀关闭阶段，采用加载反向电压方法，通过加快电流从保持电流降低到零来实现电磁阀快速关闭。

高速电磁阀的快速打开和关闭必然导致衔铁-铁芯或衔铁-阀座之间大的撞击力，在较大的撞击力的作用下，衔铁可能发生反跳现象，导致在电磁阀完全打开的瞬间发生部分回落关闭，或是导致衔铁在落座的瞬间反弹震荡导致无法及时完全落座。高速电磁阀打开和关闭的不彻底会直接影响电控燃油喷射系统对喷油特性的精确控制，不仅导致柴油机经济性和排放性恶化，而且电磁阀由于运动部件的不断撞击，部件会产生变形和磨损，这极大影响电磁阀的工作寿命。因此，追求高动态响应特性和减小运动部件与限位装置之间的撞击力是目前燃油喷射系统高速电磁阀设计和研究的主要难点。

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偏低以及衔铁抬升和落座不彻底的问题，提高高压共轨喷油器喷油稳定性的一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀，其特征是：包括壳体、铁芯、阀杆、衔铁、低压腔体、喷油器体，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弹簧导向筒，铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体，低压腔体里设置低压油腔，低压腔体上设置圆孔，低压油腔通过圆孔连通衔铁所在腔室，阀杆穿过低压腔体、衔铁，阀杆的上部位于弹簧导向套里并套有复位弹簧，阀杆的下端部位于喷油器体里，阀杆的下部设置锥台，锥台位于低压油腔和喷油器体里。

本发明还可以包括：

1、衔铁的上表面嵌入永磁环，线圈骨架下表面高于铁芯的下表面形成环形空心凹槽，永磁环顶部的五分之二部分处在环形空心凹槽内，并与铁芯隔开。

2、永磁环嵌入衔铁的深度为永磁环高度的五分之一。

3、永磁环为完整的磁环或是三等分均匀间隔的磁环或是四等分均匀间隔的磁环。

4、衔铁所在腔室的壳体上开设壳体出油油孔，衔铁所在腔室的壳体内壁上安装衔铁升程调节环，衔铁升程调节环开设调节环出油油孔，调节环出油油孔与壳体出油油孔位置相对应。

5、壳体出油油孔直径大于调节环出油油孔直径，二者的圆心径向对齐。

6、阀杆上套有碰撞缓冲凸台和衔铁卡环，衔铁卡环位于衔铁下方，碰撞缓冲凸台位于衔铁上方，碰撞缓冲凸台设置凸台斜面，弹簧导向套的下端设置内斜面，凸台斜面与内斜面相配合，且斜率相同。

7、阀杆锥台的锥面设置阻尼槽，所述阻尼槽采用放射式对称结构布置，相邻阻尼槽之间的角度为45°，锥面与喷油器体之间具有0.005-0.01mm的间隙。

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衔铁的预磁化，在线圈通过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已产生的磁场叠加，永磁-电磁协同耦合励磁，穿过衔铁的总磁通量增加，使得衔铁受到的电磁力变大，从而减小高速电磁阀的开启响应时间；

(2)在阀杆在向上运动的过程中，阀杆顶部的碰撞缓冲凸台插入到弹簧导向套的配合面上，对铁芯中心孔内的液体产生节流作用，使衔铁运动受到液体阻尼力的作用，抑制衔铁顶部碰撞的反弹；

(3)在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铁芯部分构成磁回路，只有极少量磁通穿过铁芯，不会产生自锁，并且永磁环在铁芯内形成的磁回路能够降低线圈断电时的电感，有利于铁芯快速退磁，加速衔铁落座；

(4)在衔铁落座时，阀杆锥台下表面的阻尼槽内液体受到挤压，对阀杆产生向上的阻尼力，实现衔铁稳定落座。

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为图1中A处的局部放大图；

图4为线圈通电时高速电磁阀的磁路示意图；

图5为线圈不通电时高速电磁阀的磁路示意图；

图6为阀杆的仰视示意图。

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、固定螺母9、复位弹簧座10、弹簧导向套11、复位弹簧12、衔铁升程调节环13、碰撞缓冲凸台14、衔铁卡环15、阀杆16。低压腔体7中间开有大圆孔形成低压油腔、同时低压油腔上方设有同衔铁6所在腔室连通的圆孔，衔铁升程调节环13和壳体1侧壁设置有出油油孔，壳体1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，并且二者油孔的圆心径向对齐，铁芯2上开有环形凹槽形成铁芯主磁极18和副磁极20，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环形凹槽的宽度、轴向高度等于或小于铁芯环形凹槽的深度，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，复位弹簧12位于铁芯中心通孔内，低压腔体7轴向中心开有中心孔，阀杆16穿过低压腔体7，阀杆16顶部插入铁芯中心通孔内，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，永磁环5嵌入衔铁6的深度为永磁环5高度的五分之一，线圈骨架4下表面高于铁芯2的下表面，形成环形空心凹槽，永磁环5顶部的五分之二部分处在环形空心凹槽内，但不与环形凹槽内侧和外侧的铁芯2相互接触，永磁环5上表面和线圈骨架4下表面的距离大于衔铁碰撞凸台14和限位环的轴向距离。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。在阀杆16头部安装有碰撞缓冲凸台14，并在阀杆16锥座下表面设置有阻尼槽。碰撞缓冲凸台14与阀杆16为螺纹连接或过盈配合，碰撞缓冲凸台14的侧壁面与轴向方向之间具有30°斜度，所述弹簧导向套11与铁芯2过盈配合，弹簧导向套11的下表面斜率与碰撞缓冲凸台14测壁面斜率相同。阀杆锥台的阻尼槽为矩形凹槽，采用放射式对称结构布置，相邻凹槽之间的角度为45°，阻尼槽最外侧边缘半径小于阀杆锥台外边缘半径，阻尼槽的最内侧边缘半径大于阀杆锥台内边缘半径，阀杆锥台下表面与锥座之间具有0.005-0.01mm的间隙。

结合图4和图5，本发明的永磁-电磁混合励磁原理为，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；当线圈从通电状态转为不通电状态时，如图3所示，永磁环5产生经副磁极气隙21、副磁极20、磁轭17、主磁极18、主磁极气隙19而闭合的磁通Φ3主要在铁芯2部分构成磁回路，只有极少量磁通Φ4穿过铁芯，不会产生自锁，并且永磁环5在铁芯2内形成的磁回路能够降低线圈3断电时的电感，有利于铁芯2快速退磁，加速衔铁落座。

结合图6，本发明的阻尼缓冲工作原理为，在衔铁6抬升时，衔铁6受到向上的轴向电磁力的同时带动阀杆16向上运动，阀杆16顶部的碰撞缓冲凸台14插入到弹簧导向套11的配合面上，对铁芯中心孔内的液体产生节流的作用，使衔铁6运动受到液体阻尼力的作用，抑制衔铁6顶部碰撞的反弹；在衔铁6落座时，阀杆锥台下表面的阻尼槽内液体受到挤压，对阀杆16产生向上的阻尼力，实现衔铁6落座时的稳定。

Claims (4)

1.一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀，其特征是：包括壳体、铁芯、阀杆、衔铁、低压腔体、喷油器体，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弹簧导向筒，铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体，低压腔体里设置低压油腔，低压腔体上设置圆孔，低压油腔通过圆孔连通衔铁所在腔室，阀杆穿过低压腔体、衔铁，阀杆的上部位于弹簧导向套里并套有复位弹簧，阀杆的下端部位于喷油器体里，阀杆的下部设置锥台，锥台位于低压油腔和喷油器体里；

衔铁的上表面嵌入永磁环，线圈骨架下表面高于铁芯的下表面形成环形空心凹槽，永磁环顶部的五分之二部分处在环形空心凹槽内，并与铁芯隔开；

衔铁所在腔室的壳体上开设壳体出油油孔，衔铁所在腔室的壳体内壁上安装衔铁升程调节环，衔铁升程调节环开设调节环出油油孔，调节环出油油孔与壳体出油油孔位置相对应；

壳体出油油孔直径大于调节环出油油孔直径，二者的圆心径向对齐；

阀杆上套有碰撞缓冲凸台和衔铁卡环，衔铁卡环位于衔铁下方，碰撞缓冲凸台位于衔铁上方，碰撞缓冲凸台设置凸台斜面，弹簧导向套的下端设置内斜面，凸台斜面与内斜面相配合，且斜率相同。

2.根据权利要求1所述的一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀，其特征是：永磁环嵌入衔铁的深度为永磁环高度的五分之一。

3.根据权利要求1所述的一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀，其特征是：永磁环为完整的磁环或是三等分均匀间隔的磁环或是四等分均匀间隔的磁环。

4.根据权利要求1所述的一种变阻尼预磁化的永磁-电磁混合励磁高速电磁阀，其特征是：阀杆锥台的锥面设置阻尼槽，所述阻尼槽采用放射式对称结构布置，相邻阻尼槽之间的角度为45°，锥面与喷油器体之间具有0.005-0.01mm的间隙。

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