CN104018964B - 蓄压限流式压电控制喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供蓄压限流式压电控制喷油器，包括喷油器头、喷油器体、限流组件、压电控制组件、针阀复位弹簧、定位销、喷嘴、针阀、针阀限位块、阀座、紧帽和密封圈。采用限流组件结构，能有效避免由于喷油器不正常持续喷油造成的燃油经济性下降，保证了喷油器工作的可靠性；喷油器体内的蓄压腔能够减小燃油喷射过程中引起的压力波动，有利于对喷油稳定性的精确控制，本发明用于共轨燃油***时，能够减小共轨管的结构尺寸，从而降低共轨管材料强度要求，能提高其使用寿命和空间利用率；针阀的动作过程由压电堆直接驱动，针阀响应速度快，控制精度高，喷油规律灵活多变，有效提高了柴油机的动力性和经济性。

Description

蓄压限流式压电控制喷油器

技术领域

本发明涉及的是一种喷油器，具体地说是柴油机喷油器。

背景技术

传统机械控制式喷油器以结构简单及工作可靠性高为主要优点，但由于喷油定时、喷油压力和喷油速率受高压油泵凸轮形状的制约，其存在喷油响应慢、控制喷油量精度差等不足，很难在其基础上提高发动机的燃油经济性和排放特性。用于柴油机电喷***的电磁控制式喷油器相比于机械控制式喷油器响应速度更快，喷油特性灵活可控，对喷油量的控制也更加精确，然而，其也存在以下缺点：存在于针阀上方的控制活塞对进一步提高喷油器的响应速度起到了一定限制作用；喷油器在喷油和断油等工作过程中会导致紊流流动加剧，引起燃油***剧烈的压力波动，导致喷油压力和喷油速率出现较大波动，使喷油量控制精度难度增加；电磁控制式喷油器结构复杂，电磁线圈电感作用使其响应时间滞后，导致进一步提高燃油喷射次数受到限制，燃油喷射的重复性有待提高，这些都是开发满足日益严格排放法规的喷油器亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、控制精度高、喷油规律灵活、小喷油量喷射时工作稳定的蓄压限流式压电控制喷油器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明蓄压限流式压电控制喷油器，其特征是：包括喷油器头、喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴、限流组件、压电控制组件，喷油器头安装在喷油器体上，喷油器头里设置主进油孔，喷油器体里设置蓄压腔，主进油孔与蓄压腔相通，喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴自上而下依次相连；限流组件包括限位块、限流活塞、滑套、球阀，限流活塞和滑套自上而下设置在蓄压腔里，滑套里安装球阀复位弹簧和支撑滑块，球阀安装在限流活塞和支撑滑块之间，限流活塞里安装阻尼弹簧，限流活塞上安装限位块，限位块上设置连通蓄压腔和限流活塞的第一进油孔，滑套下方设置与其相通的第二进油孔；压电控制组件包括压电堆、控制阀，压电堆安装在阀座里，控制阀安装在压电堆的下方并与其相连，喷油器体里设置第一油路、回油口，阀座里设置第二油路、第三进油孔，针阀限位块里设置第三油路、第四进油孔、泄油口、控制阀复位弹簧腔，喷嘴里设置第四油路，第一-第四油路依次相通，第一油路与第二进油孔相通，控制阀复位弹簧腔里安装控制阀复位弹簧，控制阀的下端部套于控制阀复位弹簧里，控制阀的下部设置锥形的控制阀上密封面和控制阀下密封面，控制阀与阀座之间分别形成第一油腔和第二油腔，第一油腔位于第二油腔上方，第三进油孔分别与第一油腔和第二油路相通，第一油腔和第二油腔在控制阀上密封面与阀座的配合下连通或断开，第二油腔和控制阀复位弹簧腔在控制阀下密封面与针阀限位块的配合下连通或断开，控制阀复位弹簧腔、泄油口、回油口依次相通，针阀限位块和喷嘴之间设置针阀腔，针阀腔里安装针阀复位弹簧，针阀的上端部套于针阀复位弹簧里，针阀其余部分位于喷嘴里，第四进油孔分别与第二油腔和针阀腔相通，针阀与喷嘴之间设置盛油腔，第四油路与盛油腔相通，喷嘴端部设置喷孔，盛油腔和喷孔随针阀的移动连通或断开。

本发明还可以包括：

1、限流活塞上开有连通限流活塞和球阀所在空间的限流孔。

2、限位块通过螺纹固定在蓄压腔里。

3、喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴通过套在其外面的紧帽连接在一起。

本发明的优势在于：本发明采用限流组件结构，能够有效防止喷油器出现不正常持续喷油，保证了喷油器工作的可靠性和燃油经济性；本发明通过压电堆直接控制针阀腔内高压燃油的泄放，进而对针阀进行直接驱动，有利于针阀的快速响应，对针阀的控制精度高，喷油规律灵活，有效提高了柴油机的动力性和燃油的经济性；喷油器体上的蓄压腔结构能有效减小喷油器工作过程中引起的压力波动，有利于对喷油量的精确控制，能进一步提高喷油器在小喷油量工况工作时的喷油稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的限流组件结构放大图；

图3为本发明的压电控制组件结构放大图。

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1～3，本发明蓄压限流式压电控制喷油器，由喷油器头1、喷油器体2、限流组件3、压电控制组件5、针阀复位弹簧6、定位销7、喷嘴10、针阀11、针阀限位块13、阀座14、紧帽15和密封圈16组成。喷油器体2上开有蓄压腔17，蓄压腔17与喷油器头1上的主进油孔18连通，限流活塞27内的油腔通过限位块19上的第一进油孔28与蓄压腔17相连通，限流活塞27内的油腔装有阻尼弹簧20，限流活塞27上开有限流孔26，限流活塞27作为球阀21的阀座与其相连，作为球阀21阀座的滑套25被固定到喷油器体2内，支撑滑块22可以在滑套25内往复滑动，球阀复位弹簧23紧压支撑滑块22至球阀21，控制阀30上端压紧到压电堆39下端面，压电堆39上不加电压时，控制阀下密封面33压紧到针阀限位块13的下密封阀座上，第一油腔31与第二油腔32连通，第一油腔31通过第三进油孔38与喷油器体2上的高压油路相连通，针阀11被针阀复位弹簧6压紧至喷嘴10的针阀座上，针阀腔12通过针阀限位块13的第四进油孔35与第二油腔32相连通，压电堆39上加载电压信号后，控制阀30由于控制阀复位弹簧36的弹力作用向上抬起，控制阀上密封面37压紧到阀座14的上密封座面上，第一油腔31不再与第二油腔32连通，第二油腔32与泄油口34连通，控制阀30的抬起和落座分别控制第一油腔31与第二油腔32和第二油腔32与泄油口34的通断，进而控制针阀腔12与喷油器内高低压油路的通断。

图1为本发明蓄压限流式压电控制喷油器的整体结构示意图，包括1喷油器头、2喷油器体、3限流组件、5压电控制组件、6针阀复位弹簧、7定位销、10喷嘴、11针阀、13针阀限位块、14阀座、15紧帽和16密封圈。喷油器体2上开有蓄压腔17，喷油器头1上开有主进油孔18，蓄压腔17与主进油孔18相连通，主进油孔18与高压进油管道相连通，喷油器头1紧固到喷油器体2上，泄油口34通过喷油器体2上的低压油道与回油口4相连通，回油口4与低压油管相连，针阀复位弹簧6压紧针阀11至喷嘴10的针阀座上，针阀11与喷嘴10之间形成盛油腔8，针阀腔12与第四进油孔35相连通，第三进油孔38与喷油器体2上的高压油路相连通，压电堆39通过控制控制阀30的抬起和落座控制第一油腔31与第二油腔32和第二油腔32与泄油口34的通断，进而实现本发明喷油器内高低压油路之间的切换。喷油器体2内的蓄压腔17能够减小本发明工作过程中引起的燃油压力波动，有利于电子控制单元对喷油量的精确控制，尤其是对于小油量的控制精度可显著提高。同时，当本发明应用于高压共轨燃油喷射***中时，蓄压腔17的稳压作用能够使柴油机共轨管的尺寸在一定程度得到减小，这有利于降低共轨管高强度材料的要求，提高其使用寿命，并能节省共轨管的安装空间。

限位块19、阻尼弹簧20、球阀21、支撑滑块22、球阀复位弹簧23、第二进油孔24、滑套25、限流孔26、限流活塞27和第一进油孔28共同构成了蓄压限流式压电控制喷油器的限流组件3，如图2所示。球阀21两端分别以限流活塞27和支撑滑块22作为阀座，阻尼弹簧20装在限流活塞27内的油腔中，限流活塞27内的油腔通过限位块19上开有的第一进油孔28与蓄压腔17相连通，限流活塞27上开有限流孔26，支撑滑块22被球阀复位弹簧23压紧至球阀21，作为球阀21座面的滑套25被固定到喷油器体2内，支撑滑块22可以在滑套25内往复滑动，第二进油孔24分别与喷油器体2内的高压燃油油道和球阀复位弹簧23所在的高压油腔相连通，支撑滑块22开有轴向燃油通孔，支撑滑块22靠近球阀21的一端开有侧向燃油通孔，轴向燃油通孔与侧向燃油通孔相连通，作为阻尼弹簧20弹簧座的限位块19限制限流活塞27向上的最大位移，限位块19通过螺纹固定在喷油器体2内。喷油器正常喷油时，喷油器内的高压燃油由喷孔9喷入到燃烧室内燃烧，由于燃油的喷出，球阀复位弹簧23所在的腔内燃油压力降低，而由于限流孔26对燃油的节流作用，阻尼弹簧20所在的腔内燃油压力较大，限流活塞27由于两端压差带动球阀21和支撑滑块22向下运动一段距离，以补偿喷出的油量，但球阀21不会向下落座至滑套22阀座上，即球阀21不密封，喷油结束后，限流活塞27两端压差逐渐减小至平衡，由于球阀复位弹簧23的作用限流活塞27、球阀21及支撑滑块22恢复至初始位置处；当喷孔9常开，喷油器出现持续的不正常喷油，从蓄压腔17中流出的燃油质量超过最大油量时，由于流过限流孔26的油量过大，流速过快，限流活塞27因为两端的压力差被从静止位置快速下压，球阀21随之被压向滑套25的阀座上，并密封座面，此时，蓄压腔17内的高压燃油不再通过第一进油孔28和限流孔26流向第二进油孔24，直至喷油器停止不正常喷油，有效避免了喷油器不正常工作时燃油的浪费，有利于燃油的经济性和喷油器工作的可靠性。

压电堆电气接头29、控制阀30、第一油腔31、第二油腔32、控制阀下密封面33、泄油口34、第四进油孔35、控制阀复位弹簧36、控制阀上密封面37、第三进油孔38和压电堆39共同构成了蓄压限流式压电控制喷油器的压电控制组件5，如图3所示。压电堆39通过压电堆电气接头29与发动机电控单元相连，进而控制控制阀30的起落，控制阀30上端面通过控制阀复位弹簧36被压紧至压电堆39的下端面上，第三进油孔38连通第一油腔31和喷油器体2上的高压燃油油道，第四进油孔35连通第二油腔32和针阀腔12，控制阀30上存在控制阀上密封面37和控制阀下密封面33两个密封面，针阀限位块13上的密封座面与控制阀下密封面33相配合，阀座14上的密封座面与控制阀上密封面37相配合。压电堆39不加电压时，如图3所示，控制阀30被压紧到针阀限位块13的阀座上，控制阀下密封面33密封，控制阀上密封面37打开，第二油腔32与泄油口34隔断，第一油腔31与第二油腔32相连通，由蓄压腔17流下的高压燃油流经第三进油孔38进入第一油腔31，再流入第二油腔32，通过第四进油孔35流入针阀腔12，此时，针阀11上表面所受液压力及针阀复位弹簧6的弹力的合力大于针阀11下表面所受的燃油液压力，故针阀11落座不抬起，喷油器不喷油；压电堆39加电压后，由于压电晶体堆的逆压电效应，压电堆39变形缩短，控制阀30在控制阀复位弹簧36的弹力作用下随之向上运动，控制阀上密封面37密封，控制阀下密封面33打开，第一油腔31与第二油腔32隔断，第二油腔32与泄油口34连通，针阀腔12通过第四进油孔35与泄油口34相连通，针阀腔12内的高压燃油通过与低压油管相连通的回油口4流回到油箱中，此时，针阀11上表面所受的燃油液压力迅速减小，当其与针阀复位弹簧6的弹力的合力小于针阀11下表面所受的液压力时，针阀11向上抬起，喷油器开始喷油。控制阀30的抬起和落座控制第一油腔31与第二油腔32及第二油腔32与泄油口34通断，进而控制针阀腔12与高压蓄压腔17或低压油箱的通断，从而实现喷油器内高低压燃油油路的转换。

柴油机工作时，高压燃油通过喷油器头1上的主进油孔18进入喷油器体2内的蓄压腔17，经过与蓄压腔17相连通的限流组件3一部分进入盛油腔8内，另一部分分别通过第三进油孔38、第一油腔31、第二油腔32、第四进油孔35，进入针阀腔12内。当压电堆39接收来自电控单元的通电喷油信号由于逆压电效应变形缩短后，控制阀30在控制阀复位弹簧36的弹力作用下随之向上运动，控制阀上密封面37密封，第一油腔31与第二油腔32不再连通，控制阀下密封面33打开，第二油腔32与泄油口34连通，泄油油路开启，针阀腔12内高压燃油通过喷油器体2上的回油口4进入低压油路中，此时，针阀腔12内燃油压力迅速降低，盛油腔8内燃油压力大于针阀腔12内燃油压力，针阀11所受向上的液压力大于其所受的向下的液压力和针阀复位弹簧6的弹力之合力，针阀11离开针阀座面而抬起，喷油器开始喷油；当断开压电堆39的喷油电压时，压电堆39恢复原始长度，控制阀30向下运动，控制阀下密封面33密封，第二油腔32与泄油口34不再连通，泄油油路关闭，控制阀上密封面37打开，第一油腔31与第二油腔32连通，蓄压腔17内的高压依次流经第三进油孔38、第一油腔31、第二油腔32、第四进油孔35，再次进入针阀腔12内，此时，针阀腔12内的燃油压力与盛油腔8内的燃油压力恢复相等，针阀11在针阀复位弹簧6的弹力作用下落座，喷油器喷油结束。

由上述工作过程可知，本发明蓄压限流式压电控制喷油器的喷油过程中，针阀11的动作响应由高压燃油配合压电堆直接进行驱动，动作速度快，控制精度高，喷油规律灵活多变，能有效提高柴油机的动力性和燃油经济性，使柴油机能够满足更加严格的排放法规；蓄压腔17能够减小燃油喷射过程中引起的压力波动，有利于对喷油量的精确控制，同时，当本发明喷油器应用于共轨燃油喷射***时，能够减小共轨管的结构尺寸，从而降低共轨管材料强度要求，提高其使用寿命；采用限流组件结构，能够有效避免由于喷油器不正常持续喷油造成的燃油经济性下降，保证了本发明工作的可靠性。

本发明蓄压限流式压电控制喷油器包括喷油器头、喷油器体、限流组件、压电控制组件、针阀复位弹簧、定位销、喷嘴、针阀、针阀限位块、阀座、紧帽和密封圈。喷油器体上开有蓄压腔，蓄压腔分别与喷油器头上的主进油孔和限位块上的第一通油孔相连通，限流组件安装在喷油器体内，限流组件下端与喷油器体内的燃油油道连通，针阀腔通过针阀限位块上的第四进油孔与第二油腔相连通，第一油腔通过阀座上的第三进油孔与喷油器体内的高压燃油油路连通，泄油口通过喷油器体内的低压油路与回油口连通，针阀限位块作为针阀复位弹簧的弹簧座安装在针阀上端。

限流组件包括限位块、阻尼弹簧、球阀、支撑滑块、球阀复位弹簧、滑套和限流活塞。限流活塞内的油腔通过限位块上的第一进油孔与蓄压腔相连通，阻尼弹簧装在限流活塞内的油腔中，限流活塞上开有限流孔，限流活塞作为球阀的阀座与其相连，作为球阀阀座的滑套被固定到喷油器体内，支撑滑块可以在滑套内往复滑动，球阀复位弹簧紧压支撑滑块至球阀，第二进油孔分别与球阀复位弹簧所在的腔和喷油器体内的高压燃油油路相连通，支撑滑块开有轴向燃油通孔和侧向燃油通孔，且轴向燃油通孔与侧向燃油通孔相连通。

第一进油孔至少为两个且对称于喷油器轴线布置，限流孔至少为一个，且为多个时对称于喷油器轴线布置，第一进油孔的横截面积总和大于限流孔的横截面积总和。

支撑滑块上开有的轴向燃油通孔为一个，支撑滑块上开有的侧向燃油通孔至少为两个且对称于喷油器轴线布置。

压电控制组件包括压电堆电气接头、控制阀、控制阀复位弹簧和压电堆。控制阀上有控制阀上密封面和控制阀下密封面两个密封面，控制阀上端面压紧至压电堆下端面，压电堆不加电压时，控制阀下密封面被压紧到针阀限位块的下密封阀座上，第一油腔与第二油腔连通；压电堆加电压后，控制阀抬起，控制阀上密封面压紧到阀座的上密封座面上，第一油腔不再与第二油腔连通，第二油腔与泄油口连通，控制阀的抬起和落座分别控制针阀腔与第一油腔或泄油口的通断。

Claims (5)

1.蓄压限流式压电控制喷油器，其特征是：包括喷油器头、喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴、限流组件、压电控制组件，喷油器头安装在喷油器体上，喷油器头里设置主进油孔，喷油器体里设置蓄压腔，主进油孔与蓄压腔相通，喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴自上而下依次相连；限流组件包括限位块、限流活塞、滑套、球阀，限流活塞和滑套自上而下设置在蓄压腔里，滑套里安装球阀复位弹簧和支撑滑块，球阀安装在限流活塞和支撑滑块之间，限流活塞里安装阻尼弹簧，限流活塞上安装限位块，限位块上设置连通蓄压腔和限流活塞的第一进油孔，滑套下方设置与其相通的第二进油孔；压电控制组件包括压电堆、控制阀，压电堆安装在阀座里，控制阀安装在压电堆的下方并与其相连，喷油器体里设置第一油路、回油口，阀座里设置第二油路、第三进油孔，针阀限位块里设置第三油路、第四进油孔、泄油口、控制阀复位弹簧腔，喷嘴里设置第四油路，第一-第四油路依次相通，第一油路与第二进油孔相通，控制阀复位弹簧腔里安装控制阀复位弹簧，控制阀的下端部套于控制阀复位弹簧里，控制阀的下部设置锥形的控制阀上密封面和控制阀下密封面，控制阀与阀座之间分别形成第一油腔和第二油腔，第一油腔位于第二油腔上方，第三进油孔分别与第一油腔和第二油路相通，第一油腔和第二油腔在控制阀上密封面与阀座的配合下连通或断开，第二油腔和控制阀复位弹簧腔在控制阀下密封面与针阀限位块的配合下连通或断开，控制阀复位弹簧腔、泄油口、回油口依次相通，针阀限位块和喷嘴之间设置针阀腔，针阀腔里安装针阀复位弹簧，针阀的上端部套于针阀复位弹簧里，针阀其余部分位于喷嘴里，第四进油孔分别与第二油腔和针阀腔相通，针阀与喷嘴之间设置盛油腔，第四油路与盛油腔相通，喷嘴端部设置喷孔，盛油腔和喷孔随针阀的移动连通或断开。

2.根据权利要求1所述的蓄压限流式压电控制喷油器，其特征是：限流活塞上开有连通限流活塞和球阀所在空间的限流孔。

3.根据权利要求1或2所述的蓄压限流式压电控制喷油器，其特征是：限位块通过螺纹固定在蓄压腔里。

4.根据权利要求1或2所述的蓄压限流式压电控制喷油器，其特征是：喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴通过套在其外面的紧帽连接在一起。

5.根据权利要求3所述的蓄压限流式压电控制喷油器，其特征是：喷油器体、阀座、针阀限位块、喷嘴通过套在其外面的紧帽连接在一起。