CN103133205B - 双通道压电喷油器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双通道压电喷油器，包括双通道喷油器本体，其底端依次连接有上中间体、下中间体和双通道针阀体,其顶端设有两个油管接口且每个油管接口内均设有油管油道，其内部设有两个积层式压电驱动器和两条分别与两根油管油道连通的喷油油道；上中间体和下中间体连接后形成一中间连接体，在中间连接体中设置有自上而下贯通的外控制油道、外喷油油道、内控制油道和内喷油油道；双通道针阀体是套筒结构，其内部设有内喷油嘴和外喷油嘴；两个积层式压电驱动器控制中间连接体内的内控制油道和外控制油道内的油压以控制双通道针阀体内的内针阀和外针阀的开启和关闭，进而控制内喷油嘴和外喷油嘴的喷油动作。本发明结构简单，制造成本低。

Description

双通道压电喷油器
技术领域
本发明应用于双燃料发动机高压共轨电控喷油***(或者是双轨发动机高压共轨电控喷油***),特别是应用于双燃料发动机(或者是双轨发动机)的双通道压电喷油器。
背景技术
在能源逐渐枯竭和环境污染日益恶化的双重压力下，内燃机工业呈现出井喷式发展势头，各种新型燃烧技术层出不穷，双燃料燃烧技术应运而生。随着电控技术的进步和内燃机设计水平的提高，柴油机技术、汽油机技术和汽油/天然气双燃料发动机、天然气/柴油双燃料发动机、汽油/柴油发动机、生物柴油/柴油发动机等双燃料发动机技术得到了快速的发展。
由于内燃机的缸内燃烧状况直接影响着发动机的综合性能，所以合理组织喷油进而控制缸内燃烧是提高发动机性能的最直接、最有效的方法。目前，应用于双燃料发动机的燃油喷射***大都是双喷油器***，即采用两个喷油器以三种不同的安装方式实现不同的喷油方式：一个喷油器安装在进气歧管上，另一个安装在气缸盖上，实现一种燃料缸外喷油另一种燃料缸内喷油；两个喷油器都安装在进气歧管上，实现双燃料缸外喷油；两个喷油器都安装在气缸盖上，实现双燃料缸内喷油。
以上三种喷油方式中前两种可通过对现有的单喷油发动机进行改装而实现，但对燃料的物理特性有特定的限制，即要求缸外喷射的燃料具有较高的挥发性。
第三种由于对燃料的物理特性没有要求，因此具有广大发展前景。但此方式会使得气缸盖的结构变得复杂，在现有的单喷油多气门发动机上的改装变得尤其困难，使得其制造和使用的成本加大。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，提供一种应用于双燃料发动机(或者是双轨发动机)的双通道压电喷油器。
为了解决上述技术问题，本发明双通道压电喷油器予以实现的技术方案是：包括双通道喷油器本体，所述双通道喷油器本体的底端依次连接有上中间体、下中间体和双通道针阀体；所述双通道喷油器本体的顶端设有两个油管接口，每个油管接口内均设有油管油道，所述双通道喷油器本体内设有两个积层式压电驱动器和两条分别与两根油管油道连通的喷油油道；所述上中间体和所述下中间体连接后形成一中间连接体；所述中间连接体中设置有自上而下贯通的外控制油道、外喷油油道、内控制油道和内喷油油道；所述外控制油道的顶端设有倒锥形腔体的外工作行程放大器，所述外控制油道的底部设有环形槽状的外控制油腔；所述内控制油道的顶端设有倒锥形腔体的内工作行程放大器，所述内控制油道的中部设有内控制油腔，所述内控制油道的下部设有内压力室；所述内喷油油道的底端连接至所述内压力室；所述双通道针阀体内设有套筒结构的针阀孔，套筒结构的底部分别设有使套管内孔与外界贯通的内喷油嘴及使套管外孔与外界贯通的外喷油嘴；所述套管外孔的中部设有外压力室，所述中间连接体中的外喷油油道向下延伸至所述外压力室；所述套管外孔的顶部与中间连接体底端环形槽状的外控制油腔连通，从而形成用于放置外针阀的第一空间，所述第一空间的轴向尺寸大于外针阀的长度；所述套管内孔的顶部与中间连接体中的内控制油腔通，从而形成用于放置内针阀的第二空间，所述第二空间的轴向尺寸大于内针阀的长度；所述外喷油油道和所述内喷油油道分别与所述双通道喷油器本体内的两条喷油油道连通，从而自双通道喷油器本体的两个油管油道分别至所述双通道针阀体的套管内孔底部和套管外孔底部形成了双通道；两个积层式压电驱动器的底端分别嵌在中间连接体中的内控制油道和外控制油道的上端口中；通过两个积层式压电驱动器来控制燃油控制腔内的高压燃油压力，使其与内压力室或外压力室内的高压燃油压力形成压力差，以控制所述双通道针阀体内的内针阀和外针阀的开启和关闭，进而控制内喷油嘴和外喷油嘴的喷油动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用本发明的双通道压电喷油器，采用积层式压电驱动器直接驱动方式，从而使喷油动作更迅速，提高了喷油器的灵敏度，具有比电磁阀控制和压电驱动器间接控制喷油更好地喷油性能；
2、采用本发明的双通道压电喷油器，可以实现不同燃料的缸内多次喷射，并且对燃料的物理特性没有特定的要求；
3、采用本发明的双通道压电喷油器，当两个喷油嘴同时喷油时，通过两油束的相互碰撞和干涉可实现喷油角度的改变；
4、采用本发明的双通道压电喷油器，可以消除缸内直喷双燃料时采用的两个喷油器安装孔结构，简化了气缸盖的复杂程度，同时降低了制造和使用成本。
附图说明
图1是本发明双通道压电喷油器的立体图；
图2是图1所示喷油器的俯视图；
图3是图1所示喷油器的仰视图；
图4是图1所示喷油器的左视剖视图；
图5是图1所示喷油器的后视复合剖视图；
图6是图4中所示双通道针阀体1的俯视图；
图7是图4中所示双通道针阀体1的剖视图；
图8是图5中所示双通道针阀体1的剖视图；
图9是图4中所示外针阀3的剖视图；
图10是图4中所示下中间体4的剖视图；
图11是图5中所示下中间体4的剖视图；
图12是图4中所示上中间体5的剖视图；
图13是图5中所示上中间体5的剖视图；
图14是图4中所示积层式压电驱动器的立体图；
图15是图1中所示双通道喷油器本体9的立体图；
图16是图15所示双通道喷油器本体9的仰视图；
图17是图15所示双通道喷油器本体9的左视剖视图；
图18是图15所示双通道喷油器本体9的后视图。
图中:
1-双通道针阀体          2-内针阀             3-外针阀
4-下中间体              5-上中间体           6、7-积层式压电驱动器
8-紧固体                9-双通道喷油器本体   11-内喷油嘴
12-外喷油嘴             13-针阀体隔壁        14、44、57-外喷油油道
16-外压力室             31-外针阀密封锥面    32-外针阀承压锥面
33-外针阀内圆柱面       40、48-内针阀导孔    45、55-外控制油道
46-外控制油腔           47、54-内喷油油道    49-内压力室
51-内工作行程放大器     53-外工作行程放大器   56-内控制油道
58-内控制油腔           61-驱动器密封体      62-驱动器承压体
63-接线柱               91-喷油器固定槽      92-电路插槽
93-油管接口             94-油管油道密封体    95-接线柱安装孔
98-油管油道             96-内油道本体油腔    97-外油道本体油腔
99-本体隔壁。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的双通道压电喷油器主要由双通道针阀体1、内针阀2、外针阀3、下中间体4、上中间体5、内通道积层式压电驱动器6、外通道积层式压电驱动器7、紧固体8和双通道喷油器本体9组成。
本发明双通道压电喷油器，包括双通道喷油器本体9，所述双通道喷油器本体9的底端依次连接有上中间体5、下中间体4和双通道针阀体1；所述双通道喷油器本体9的顶端设有两个油管接口93，每个油管接口93内均设有油管油道98，所述双通道喷油器本体9内设有两个积层式压电驱动器和两条分别与两根油管油道连通的喷油油道，如图5和图18所示。
如图4所示，所述双通道喷油器本体9、上中间体5、下中间体4和双通道针阀体1之间的定位和连接采用定位销和定位孔配合的结构，连接后的上中间体5、下中间体4和双通道针阀体1的外部套装有与所述双通道喷油器本体9紧密结合的紧固套8。
如图4、图8、图10、图11、图12和图13所示，所述上中间体5和所述下中间体4连接后形成一中间连接体；所述中间连接体中设置有自上而下贯通的外控制油道45、55、外喷油油道44、54内控制油道56和内喷油油道47、57所述外控制油道55顶端设有倒锥形腔体的外工作行程放大器53，所述外控制油道45底部设有环形槽状的外控制油腔46；所述内控制油道56的顶端设有倒锥形腔体的内工作行程放大器51，所述内控制油道的中部设有内控制油腔58，所述内控制油道的下部设有内压力室49；所述内喷油油道47的底端连接至所述内压力室49。
如图6、图7和图8所示，所述双通道针阀体1内设有套筒结构的针阀孔，套筒结构的底部分别设有使套管内孔与外界贯通的内喷油嘴11及使套管外孔与外界贯通的外喷油嘴12；所述套管外孔的中部设有外压力室16，所述中间连接体中的外喷油油道向下延伸至所述外压力室16；所述套管外孔的顶部与中间连接体底端环形槽状的外控制油腔46连通，从而形成用于放置外针阀3的第一空间，所述外针阀3上设置有外针阀密封锥面、外针阀承压锥面和外针阀内圆柱面，所述第一空间的轴向尺寸大于外针阀3的长度；所述套管内孔的顶部与中间连接体中的内控制油腔58连通，从而形成用于放置内针阀2的第二空间，所述内针阀2上设置有内针阀密封锥面和内针阀承压锥面；所述第二空间的轴向尺寸大于内针阀2的长度；所述外针阀3与所述第一空间的内壁之间为间隙配合，所述内针阀2与所述第二空间的内壁之间为间隙配合。
如图5和图18所示，所述外喷油油道和所述内喷油油道分别与所述双通道喷油器本体9内的两条喷油油道连通，从而自双通道喷油器本体9的两个油管油道分别至所述双通道针阀体1的套管内孔底部和套管外孔底部形成了双通道；
如图14所示，所述积层式压电驱动器6由驱动器密封体61、驱动器承压体62和与控制电路连接的接线柱63构成。两个积层式压电驱动器6、7的底端分别嵌在中间连接体中的外控制油道55和内控制油道56的上端口中；通过两个积层式压电驱动器6、7来控制燃油控制腔内的高压燃油压力，使其与外压力室16或内压力室49内的高压燃油压力形成压力差，以控制所述双通道针阀体1内的内针阀和外针阀的开启和关闭，进而控制内喷油嘴11和外喷油嘴12的喷油动作。
本发明中形成的内通道油路是：内通道积层式压电驱动器6下部的驱动器密封体61、内工作行程放大器51、内控制油道56和内控制油腔58形成内通道控制油道，内喷油油道47、内喷油油道54、内压力室49、内针阀承压锥面、内针阀密封锥面和内喷油嘴11形成内通道喷油油道。如图10至图14。
本发明中形成的外通道油路是：外通道积层式压电驱动器7下部的驱动器密封体61、外工作行程放大器53、外控制油道55、外控制油道45和外控制油腔46形成外通道控制油道，外喷油油道44、外喷油油道57、外喷油油道14、外压力室16、外针阀承压锥面32、外针阀密封锥面31和外喷油嘴12形成外通道喷油油道。如图10至图14。
上述双通道油路的分隔结构：本体隔壁99(如图15所示)处于内工作行程放大器51和外工作行程放大器53的中心平面上，并与上中间体5上表面密封接触，实现内油道本体油腔96和外油道本体油腔97的完全分离；针阀体隔壁13上表面和下中间体隔壁43下表面密封接触，实现内外通道油路的分离；此外，双通道针阀体1、下中间体4和上中间体5上的油道的空间设计，实现控制油道和喷油油道的分离及内外通道油路的分离。
本发明中各连接部分的固定与连接形式，如图6、图10和图11：在双通道针阀体1和下中间体4的接触面上分别设有对正的定位孔15、41以放置定位销A，用于实现双通道针阀体1和下中间体4的精确定位；同理，在下中间体4和上中间体5的接触面上分别设有定位孔(下中间体4和上中间体5上的定位孔未画出)以放置定位销B，用于实现下中间体4和上中间体5的精确定位；紧固体8将双通道针阀体1、下中间体4、上中间体5和双通道喷油器本体9通过螺纹结构紧密连接在一起。
本发明中针阀的移动：所述外针阀3与所述第一空间的内壁(也即外针阀内圆柱面33与针阀体隔壁13)之间为间隙配合，两者之间形成移动副；所述内针阀2与所述第二空间的内壁(也即内针阀导孔40和48的内表面与内针阀2的外圆柱面)之间为间隙配合，其两者之间也形成移动副。如图9、图10和图11。
本发明双通道压电喷油器的工作原理：
如图4、图5、图7、图8和图17所示，本发明中的两个油管接头93、油管油道98、本体隔壁99、上中间体5、下中间体4和针阀体隔壁13，通过密封、定位和钻孔设计形成两个独立的互不干涉的双通道油路，每个油路包括控制油道和喷油油道；
如图4和图14所示，两个积层式压电驱动器6、7的驱动器密封体61分别与上中间体5中的外、内两个工作行程放大器密封配合,两个工作行程放大器的高压油出口分别与内、外针阀顶面相连形成两路控制油道；
如图5和图18所示，用定位销定位的双通道针阀体1、下中间体4和上中间体5之间通过密封、定位和钻孔设计共同形成两路喷油油道；
通过控制积层式压电驱动器接线柱上的电压值来控制积层式压电驱动器的缩短和伸长。积层式压电驱动器的缩短时，由于驱动器承压体固定于喷油器本体上使得驱动器密封体向上移动进而带动控制油腔内的燃油压力降低，使得压力室内的燃油压力大于控制油腔内的压力，实现针阀向上移动开启，进而控制喷油嘴喷油。积层式压电驱动器的伸长时，使得驱动器密封体向下移动进而带动控制油腔内的燃油压力升高，使得压力室内的燃油压力小于控制油腔内的压力，实现针阀向下移动关闭，进而控制喷油嘴断油。
两个工作行程放大器利用两个积层式压电驱动器的微小缩短量或伸长量，使内、外针阀产生较大的位移变动量，继而控制针阀的有效开启和关闭。
本发明双通道压电喷油器实现喷油控制的过程是：
1、内通道喷油控制：内通道内的积层式压电驱动器6在缩短时，内控制油道的压力小于内喷油油道的压力，内针阀2上的内针阀密封锥面双通道针阀体1分离，内喷油油道内的高压燃油到达内喷油嘴11，实现内通道喷油；内通道的积层式压电驱动器6在伸长时，内控制油道的压力大于内喷油油道的压力时，内针阀2上的内针阀密封锥面和双通道针阀体1密封接触，内喷油油道内的高压燃油不能到达内喷油嘴11，实现内通道断油：通过控制内通道积层式压电驱动器6的缩短或伸长，直接控制内通道喷油动作。
2、外通道喷油控制：外通道内的积层式压电驱动器7在缩短时，外控制油道的压力小于外喷油油道的压力，外针阀3上的外针阀密封锥面31和双通道针阀体1分离，外喷油油道内的高压燃油到达外喷油嘴12，实现外通道喷油；外通道积层式压电驱动器7在伸长时，外控制油道的压力大于外喷油油道的压力时，外针阀3上的外针阀密封锥面31和双通道针阀体1密封接触，外喷油油道内的高压燃油不能到达外喷油嘴12，实现外通道断油：通过控制外通道积层式压电驱动器7的缩短或伸长，直接控制外通道喷油动作。
本发明双通道压电喷油器的大小尺寸与普通喷油器一样，消除了缸内直喷双燃料时采用的两个喷油器安装孔结构，简化了气缸盖的复杂程度；本发明集双燃料(或单燃料双油轨)喷射于一体，能够实现双燃料(或单燃料)不同喷射压力的缸内多次喷射，同时降低了制造和使用成本；当早喷燃油时，采用内喷油嘴喷油以避免普通喷油器早喷时湿壁加重的现象的发生；当两个喷油嘴同时喷油时，通过两油束的相互碰撞和干涉可实现喷油角度的改变，进一步避免早喷情况下的湿壁现象；本发明可以提供良好的喷油特性，能够满足未来双燃料发动机和双轨发动机的需要。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种双通道压电喷油器，包括双通道喷油器本体(9)，其特征在于，所述双通道喷油器本体(9)的底端依次连接有上中间体(5)、下中间体(4)和双通道针阀体(1)；
所述双通道喷油器本体(9)的顶端设有两个油管接口(93)，每个油管接口(93)内均设有油管油道(98)，所述双通道喷油器本体(9)内设有两个积层式压电驱动器和两条分别与两根油管油道连通的喷油油道；
所述上中间体(5)和所述下中间体(4)连接后形成一中间连接体；所述中间连接体中设置有自上而下贯通的外控制油道、外喷油油道、内控制油道和内喷油油道；所述外控制油道的顶端设有倒锥形腔体的外工作行程放大器(53)，所述外控制油道的底部设有环形槽状的外控制油腔；所述内控制油道的顶端设有倒锥形腔体的内工作行程放大器(51)，所述内控制油道的中部设有内控制油腔，所述内控制油道的下部设有内压力室(49)；所述内喷油油道的底端连接至所述内压力室(49)；
所述双通道针阀体(1)内设有套筒结构的针阀孔，套筒结构的底部分别设有使套管内孔与外界贯通的内喷油嘴(11)及使套管外孔与外界贯通的外喷油嘴(12)；所述套管外孔的中部设有外压力室(16)，所述中间连接体中的外喷油油道向下延伸至所述外压力室(16)；所述套管外孔的顶部与中间连接体底端环形槽状的外控制油腔连通，从而形成用于放置外针阀(3)的第一空间，所述第一空间的轴向尺寸大于外针阀的长度；所述套管内孔的顶部与中间连接体中的内控制油腔连通，从而形成用于放置内针阀(2)的第二空间，所述第二空间的轴向尺寸大于内针阀的长度；
所述外喷油油道和所述内喷油油道分别与所述双通道喷油器本体(9)内的两条喷油油道(98)连通，从而自双通道喷油器本体(9)的两个油管油道分别至所述双通道针阀体(1)的套管内孔底部和套管外孔底部形成了双通道；
两个积层式压电驱动器的底端分别嵌在中间连接体中的内控制油道和外控制油道的上端口中；通过两个积层式压电驱动器来控制燃油控制腔内的高压燃油压力，使其与内压力室(49)或外压力室(16)内的高压燃油压力形成压力差，以控制所述双通道针阀体(1)内的内针阀和外针阀的开启和关闭，进而控制内喷油嘴(11)和外喷油嘴(12)的喷油动作。
2.根据权利要求1所述双通道压电喷油器，其特征在于，所述双通道喷油器本体(9)、上中间体(5)、下中间体(4)和双通道针阀体(1)之间的定位和连接采用定位销和定位孔配合的结构，连接后的上中间体(5)、下中间体(4)和双通道针阀体(1)的外部套装有与所述双通道喷油器本体(9)紧密结合的紧固套(8)。
3.根据权利要求1所述双通道压电喷油器，其特征在于，所述积层式压电驱动器(6)由驱动器密封体(61)、驱动器承压体(62)和与控制电路连接的接线柱(63)构成。
4.根据权利要求1所述双通道压电喷油器，其特征在于，所述外针阀与所述第一空间的内壁之间为间隙配合，所述内针阀与所述第二空间的内壁之间为间隙配合。
5.根据权利要求1所述双通道压电喷油器，其特征在于，所述内针阀(2)上设置有内针阀密封锥面和内针阀承压锥面；所述外针阀(3)上设置有外针阀密封锥面、外针阀承压锥面和外针阀内圆柱面。
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