CN115234417A - 一种平面控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面控制阀，一方面解决由于安装空间小导致电磁力小，从而引起电控喷油器加工难度大的问题；另一方面解决控制阀持续的撞击运动导致零件松动、变形，进而导致喷油器性能稳定性变差的问题。量孔板上依次固定中间体、喷油器体。中间体上设置有蓄压腔、导向孔以及定位孔；导向体穿过导向孔、蓄压腔后固定于量孔板上；套筒固定在定位孔内；衔铁螺钉穿过定位孔后将衔铁固定在导向体上。喷油器体上设有安装电磁阀的第一级中孔；电磁阀固定于套筒上并布置有第二级中孔，衔铁螺钉部分套设于第二级中孔内，顶杆、弹簧通过第二级中孔后依次固定于衔铁螺钉上。

Description

一种平面控制阀

技术领域

本发明涉及柴油机高压共轨燃油系统技术领域，具体是一种具有平衡功能的平面控制阀。

背景技术

国际海事组织（IMO）制定的Tier Ⅲ排放限制法规已于2021年正式生效。越来越严格的排放限制法规已成为船舶柴油机进入市场的先决条件。而燃油系统作为柴油机燃烧与排放的源头，其性能指标对柴油机的排放具有决定性的影响。高压共轨式燃油喷射系统因为在控制喷油量、喷油压力、喷油正时及喷油率等方面表现出极大的灵活性而具有传统燃油系统和其他电控喷油器无法比拟的幼稚，代表了柴油机电控喷油技术的发展方向，高压共轨燃油系统中，其性能优良必须通过电控喷油器来实现。目前，电控喷油器因空间受限，电磁阀尺寸小，导致电磁力小，进一步导致控制阀上的弹簧预紧力就必须小；传统的控制阀采用的钢球密封的形式或者是锥面密封形式，其轴向受到液压力，为了保证控制腔的密封性，弹簧力小了，需要密封相同压力的燃油，其钢球直径必然变小，进一步密封位置变小，导致加工难度加大。本发明采用端面密封形式，在喷油器不工作的时候，控制阀只受到周向液压力，其轴向不受液压力，为了保证控制阀密封要求，需要提供一个弹簧力压紧在密封面上即可，在比较小的弹簧力作用下，就能保证控制阀的密封性。本发明的平面控制阀零件简单化，能够降低小喷油器的加工难度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供用于高压共轨电控喷油器上的具有平衡功能的平面控制阀，一方面解决由于安装空间小导致电磁力小，从而引起电控喷油器加工难度大的问题；另一方面解决控制阀持续的撞击运动导致零件松动、变形，进而导致喷油器性能稳定性变差的问题。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种平面控制阀，包括：从上至下依次布置的喷油器体1、中间体3、量孔板4和针阀偶件，布置在喷油器体1的第一级中孔102内的电磁阀5，布置在中间体3内的衔铁8和导向体10；衔铁8和导向体10相连接；

中间体10从上至下依次布置有相连通的定位孔304、导向孔305和蓄压腔303；量孔板3布置有与蓄压腔303连通的高压油道403和第一低压回油道401/402；针阀偶件的针阀11与量孔板4之间形成有连通高压油道403的控制腔110；

衔铁8布置在中间体3的定位孔304中，导向体10可滑动地穿过定位孔304和导向孔305深入至蓄压腔303内，蓄压腔303将导向体10包裹住，导向体10朝向第一低压回油道401/402的一侧设有凹槽101；

当衔铁升程为0时，蓄压腔303将高压油道403和第一低压回油道401/402连通，控制腔110内燃油经过高压油道403、蓄压腔303和第一低压回油道401/402流出，使控制腔110压力降低，实现针阀11开启；

当衔铁升程为预设最大值时，导向体10和量孔板4紧密贴合，蓄压腔303将高压油道403和第一低压回油道401/402阻隔开。

优选地，中间体3上设有与定位孔304连通的泄露回油道302，量孔板4上设有与泄露回油道302连通的低压回油槽404，低压回油槽404与第一低压回油道401/402连通，中间体3上还设有与低压回油槽404连通的第二低压回油道301。

优选地，电磁阀5朝向衔铁8的一侧设有第二级中孔501，在第二级中孔501内装配有顶杆6，衔铁8和导向体10通过衔铁螺钉9连接，衔铁螺钉部分伸入第二级中孔501内与顶杆6贴合，衔铁螺钉9和顶杆6之间设有弹簧7，弹簧7用于在电磁阀5吸力消失时推动衔铁螺钉9带动衔铁8和导向体10复位。

优选地，中间体3的定位孔304内装配有套筒2，电磁阀5固定在套筒2上，衔铁8、导向体10位于套筒2内。

优选地，衔铁螺钉9和衔铁8的接触面设有第一密封锥角a1，衔铁8和衔铁螺钉9的接触面设有第二密封锥角a2，第一密封锥角a1小于第二密封锥角a2。

优选地，在衔铁升程为预设最大值时，衔铁最大气隙h2大于衔铁升程h1的预设最大值，蓄压腔303的高度h3大于衔铁最大气隙h2。

优选地，在衔铁升程为0时，蓄压腔303内的燃油流通面积S2大于高压油道403的燃油流通面积S1，第一低压回油道401/402的燃油流通面积S3大于蓄压腔303内的燃油流通面积S2。

优选地，导杆6和衔铁螺钉9互相配合的部分采用激光淬火处理。

本发明有益技术效果为：

（1）导向体的下端面固定在量孔板的上端高压密封面上，采用端面密封，减小了导向体的位置度要求低，能有效保证密封性。

（2）导向体压紧在量孔板上，阻隔高压燃油与低压回油的连通，导向体受到周向蓄压腔的压力，轴向不受液压力，异于一般的导向体受力形式；进一步的导向体压紧在量孔板上需要弹簧力变小，所需要的克服弹簧力的电磁力将变小，这样可以有效的减小电磁阀的尺寸要求，进一步的可以减少喷油器的大小，能有效的用于安装空间小的柴油机上。

（3）衔铁螺钉与衔铁接触面均设置了密封锥面，衔铁的螺钉锥角a1＜衔铁的密封锥角a2，衔铁和衔铁螺钉形成线密封接触，能有效保证衔铁螺钉、衔铁以及导向体成一体，在连续撞击的过程中，不容易出现松动，不会导致喷油器性能变差的情况出现。

（4）h1是衔铁升程，h2是衔铁最大气隙，h3蓄压腔的高度，其中h3＞h2＞h1，当升程h1=0；导向体下部的流通面积S2,高压油道流通面积S1，S2的面积必须达到S1流通面积的2.5倍以上，针阀的响应能达到最大，喷油量达到最大。另一方面保证衔铁不撞击电磁阀下端面，导致衔铁变形，电磁力减弱；最后是导向体下边缘运动过程中避免与中间体的导向孔位接触，碰伤导向孔位，进一步的可能导致咬卡的现象发生。

（5）导向体下端面设置凹槽，使导向体与量孔板的接触的密封面积减小，在相同压力下，面积越小，受到的应力越大，密封性更好。

（6）衔铁螺钉上端面与顶杆下端面，采用激光淬火的技术手段，保证两个撞击部位，能够在高频率的撞击下，不会因为零件产生变形导致低压回油流通面积变小，从而导致喷油器性能变差的现象发生。

附图说明

图1为本发明实施例的平面控制阀的结构示意图之一；

图2为本发明实施例的平面控制阀的结构示意图之二；

图3为本发明实施例的平面控制阀的结构示意图之三；

图4为本发明实施例的中间体的结构示意图；

图5为本发明实施例的量孔板的结构示意图；

图6为本发明实施例的衔铁的结构示意图；

图7为本发明实施例的衔铁螺钉的结构示意图；

附图标记说明：

1—喷油器体；102—第一级中孔；2—套筒；3—中间体；301—第二低压回油道；302—泄露回油道；303—蓄压腔；304—定位孔；305—导向孔；4—量孔板；401、402—第一低压回油道；403—高压油道；404—低压回油槽；5—电磁阀；501—第二级中孔；6—顶杆；7—弹簧；8—衔铁；9—衔铁螺钉；10—导向体；101-凹槽；110—控制腔；a1—衔铁螺钉锥角；a2—衔铁锥角；h1—衔铁升程；h2—衔铁最大气隙；h3—蓄压腔高度。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的用于电控喷油器的具有平衡功能的平面控制阀，喷油器体1、套筒2、中间体3、量孔板4、电磁阀5、顶杆6、弹簧7、衔铁8、衔铁螺钉9、导向体10等零件。所述量孔板4上依次固定中间体3、喷油器体1。所述中间体3上设置有蓄压腔303、导向孔305以及定位孔304；所述导向体10穿过导向孔305、蓄压腔303后固定于量孔板4上，所述导向体10下部设置凹槽101，使导向体10与量孔板4的接触的密封面积减小，在相同压力下，面积越小，受到的应力越大，密封性更好。

如图2所示，所述导向体10的下端面与中间体3下端面平齐，同时压紧在量孔板4上端密封面上，当衔铁升程h1最大的时候，此时蓄压腔303与高压油道403连通，与第一低压回油道401断开，导向体10与所述导向孔305间隙只有0.004-0.006，在一定时间内，间隙流通面积相对与高压油道的流通面积忽略不计，所述蓄压腔303形成高压腔；如图3所示，在衔铁升程h2为0时，即导向体正向移动时，此时所述蓄压腔303与所述量孔板4上设置的高压油道403与第一低压回油道401、402连通；在本发明中，所述h1是衔铁升程，h3为蓄压腔的高度，其中h3＞h1，当导向体正向移动，控制腔110燃油经过高压油道403、蓄压腔303后流出，2.5×高压油道403的流通面积S1＜蓄压腔303后流出的流通面积S2＜第一低压回油道401的流通面积S3，控制腔110压力降低，实现针阀11开启，喷油器喷油；此时针阀开启响应快，喷油量大。在本发明中，设置h3＞h1，还有另一有益效果，导向体10下端面运动过程中避免了与中间体3的导向孔305接触，碰伤导向孔305，进一步的可能导致咬卡的现象发生。

如图1和图4所示，所述导向孔305与导向体10之间的间隙流通面积与高压油道403相比可忽略，但是在长时间工作下，也会有燃油泄露到定位孔304内，当定位孔304泄露油积累一定量，在衔铁8运动过程中产生阻力，影响衔铁8的响应时间，进一步影响喷油器的性能稳定性，在此情况下，设置有泄露回油道302与低压回油槽404、第二低压回油道301连通；所述第一低压回油道401、402与所述第二低压回油道301连通，最终第二低压回油道301连通回油箱回油。

如图1和图6、图7所示，所述套筒3固定在所述定位孔304内；所述衔铁螺钉9穿过定位孔304后将衔铁8固定在导向体10上。衔铁8与衔铁螺钉9接触面上都设置密封锥面，衔铁螺钉锥角a1＜衔铁密封锥角a2，形成线接触，能有效保证衔铁螺钉9、衔铁8以及导向体10成一体，在连续撞击的过程中，不容易出现松动，亦不会因此因素导致喷油器性能变差的情况出现。

如图1所示，所述喷油器体1上设有安装所述电磁阀5的第一级中孔102；所述电磁阀5布置了第二级中孔501，所述衔铁螺钉9部分套设于所述第二级中孔501内，所述顶杆6、弹簧7通过所述第二级中孔501后依次固定于衔铁螺钉9上。如图3所示，在导向体10与衔铁8一起正向运动到最大升程h1时，即h1=0，如图3所示，顶杆6下部与衔铁螺钉9上部产生撞击,h2＞h1，保证衔铁8不会撞击到电磁阀5下端面，这样就不会使衔铁8产生变形，使电磁力减弱，进而使喷油器性能变差的现象发生。在本发明中，由于顶杆6下部与衔铁螺钉9是在微秒级的短时间内达到最大升程，撞击力大，很容易产生变形，故此两个撞击面进行激光淬火处理，保证有足够的硬度。

如图2所示，在本发明中，导向体10压紧在量孔板4上，阻隔高压燃油道403与第一低压回油道401的连通，导向体10受到周向蓄压腔303的压力，轴向不受液压力，异于一般的导向体10受力形式，进一步的导向体10压紧在量孔板4上需要弹簧力变小，导向体10与衔铁8正向运动时，所需要的克服弹簧力的电磁力将变小，由于电磁阀越小，电磁力就会越小，这样可以有效的减小电磁阀的尺寸要求，进一步的可以减少喷油器的大小，能有效的用于安装空间小的柴油机上。

通过本发明提供的平衡功能的控制阀，利用导向体10压紧在量孔板4上端面上，使蓄压腔303形成高压腔，导向体10底部是第一低压回油道401，导向体10受周向蓄压腔的压力，在轴向方向只有弹簧力，当电磁阀5通电产生电磁力，衔铁受电磁力作用正向移动h1，此时蓄压腔303连接第一低压回油道401、402，第一低压回油道401、402的燃油流通面积大于高压油道403的燃油流通面积，控制腔110的压力降低，针阀11抬起，喷油器实现喷油。

本实施例的上述平面控制阀，具有如下效果：

（1）导向体10的下端面固定在量孔板4的上端高压密封面上，采用端面密封，减小了导向体的位置度要求低，能有效保证密封性。

（2）导向体10压紧在量孔板4上，阻隔高压燃油与低压回油的连通，导向体10受到周向蓄压腔303的压力，轴向不受液压力，异于一般的导向体10受力形式；进一步的导向体10压紧在量孔板4上需要弹簧力变小，所需要的克服弹簧力的电磁力将变小，这样可以有效的减小电磁阀的尺寸要求，进一步的可以减少喷油器的大小，能有效的用于安装空间小的柴油机上。

（3）衔铁螺钉9与衔铁8接触面均设置了密封锥面，衔铁螺钉9的密封锥角a1＜衔铁8的密封锥角a2，衔铁8和衔铁螺钉9形成线密封接触，能有效保证衔铁螺钉9、衔铁8以及导向体10成一体，在连续撞击的过程中，不容易出现松动，不会导致喷油器性能变差的情况出现。

（4）h1是衔铁升程，h2是衔铁最大气隙，h3蓄压腔303的高度，其中h3＞h2＞h1，当升程h1=0；导向体10下部的流通面积S2,高压油道流通面积S1，S2的面积必须达到S1流通面积的2.5倍以上，针阀11的响应能达到最大，喷油量达到最大。另一方面保证衔铁8不撞击电磁阀5下端面，导致衔铁8变形，电磁力减弱；最后是导向体10下边缘运动过程中避免与中间体3的导向孔305接触，碰伤导向孔位，进一步的可能导致咬卡的现象发生。

（5）导向体10下端面设置凹槽101，使导向体10与量孔板4的接触的密封面积减小，在相同压力下，面积越小，受到的应力越大，密封性更好。

（6）衔铁螺钉9上端面与顶杆6下端面，采用激光淬火的技术手段，保证两个撞击部位，能够在高频率的撞击下，不会因为零件产生变形导致低压回油流通面积变小，从而导致喷油器性能变差的现象发生。

Claims (8)

1.一种平面控制阀，其特征在于，包括：从上至下依次布置的喷油器体（1）、中间体（3）、量孔板（4）和针阀偶件，布置在喷油器体（1）的第一级中孔（102）内的电磁阀（5），布置在中间体（3）内的衔铁（8）和导向体（10）；衔铁（8）和导向体（10）相连接；

中间体（10）从上至下依次布置有相连通的定位孔（304）、导向孔（305）和蓄压腔（303）；量孔板（3）布置有与蓄压腔（303）连通的高压油道（403）和第一低压回油道（401、402）；针阀偶件的针阀（11）与量孔板（4）之间形成有连通高压油道（403）的控制腔（110）；

衔铁（8）布置在中间体（3）的定位孔（304）中，导向体（10）可滑动地穿过定位孔（304）和导向孔（305）深入至蓄压腔（303）内，蓄压腔（303）将导向体（10）包裹住，导向体（10）朝向第一低压回油道（401、402）的一侧设有凹槽（101）；

当衔铁升程为0时，蓄压腔（303）将高压油道（403）和第一低压回油道（401、402）连通，控制腔（110）内燃油经过高压油道（403）、蓄压腔（303）和第一低压回油道（401、402）流出，使控制腔（110）压力降低，实现针阀（11）开启；

当衔铁升程为预设最大值时，导向体（10）和量孔板（4）紧密贴合，蓄压腔（303）将高压油道（403）和第一低压回油道（401、402）阻隔开。

2.根据权利要求1所述的平面控制阀，其特征在于，中间体（3）上设有与定位孔（304）连通的泄露回油道（302），量孔板（4）上设有与泄露回油道（302）连通的低压回油槽（404），低压回油槽（404）与第一低压回油道（401、402）连通，中间体（3）上还设有与低压回油槽（404）连通的第二低压回油道（301）。

3.根据权利要求1所述的平面控制阀，其特征在于，电磁阀（5）朝向衔铁（8）的一侧设有第二级中孔（501），在第二级中孔（501）内装配有顶杆（6），衔铁（8）和导向体（10）通过衔铁螺钉（9）连接，衔铁螺钉部分伸入第二级中孔（501）内与顶杆（6）贴合，衔铁螺钉（9）和顶杆（6）之间设有弹簧（7），弹簧（7）用于在电磁阀（5）吸力消失时推动衔铁螺钉（9）带动衔铁（8）和导向体（10）复位。

4.根据权利要求1所述的平面控制阀，其特征在于，中间体（3）的定位孔（304）内装配有套筒（2），电磁阀（5）固定在套筒（2）上，衔铁（8）、导向体（10）位于套筒（2）内。

5.根据权利要求3所述的平面控制阀，其特征在于，衔铁螺钉（9）和衔铁（8）的接触面设有第一密封锥角a1，衔铁（8）和衔铁螺钉（9）的接触面设有第二密封锥角a2，第一密封锥角a1小于第二密封锥角a2。

6.根据权利要求1所述的平面控制阀，其特征在于，在衔铁升程为预设最大值时，衔铁最大气隙h2大于衔铁升程h1的预设最大值，蓄压腔（303）的高度h3大于衔铁最大气隙h2。

7.根据权利要求1所述的平面控制阀，其特征在于，在衔铁升程为0时，蓄压腔（303）内的燃油流通面积S2大于高压油道（403）的燃油流通面积S1，第一低压回油道（401、402）的燃油流通面积S3大于蓄压腔（303）内的燃油流通面积S2。

8.根据权利要求1所述的平面控制阀，其特征在于，导杆（6）和衔铁螺钉（9）互相配合的部分采用激光淬火处理。

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