CN106321307B - 燃油喷射器及其控制阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种燃油喷射器及其所用控制阀，所述控制阀包括：阀座，其限定出阀座面和沿纵向穿通阀座面中心的阀孔，所述阀孔和阀座面限定出纵向中心轴线，并且所述阀孔与燃油喷射器的喷射阀相通；阀芯，其被构造成适于沿所述纵向中心轴线在闭阀位置和开阀位置之间移动，在闭阀位置，阀芯与阀座接触配合而关闭阀孔，在开阀位置，阀芯离开阀座而打开阀孔；保持块，其具有容槽，用以保持阀芯；其中，阀芯是以所述纵向中心轴线为回转中心的回转体，其在包含所述纵向中心轴线的纵截面中呈非圆形，以使阀芯能够绕所述纵向中心轴线转动，但不能绕与所述纵向中心轴线垂直的任何横向中心轴线转动。

Description

燃油喷射器及其控制阀

技术领域

本申请涉及一种用在燃油喷射器中的控制阀，以及包含这种控制阀的燃油喷射器、尤其是共轨喷射器。

背景技术

燃油喷射器中通常包含控制阀和喷射阀，通过控制阀的开闭状态控制喷射阀的喷油动作。图1中示意性显示了控制阀的一种局部结构，该控制阀包括阀座1，其形成有阀孔2和阀座面3；圆球形的阀芯4，其与阀座面3配合而实现阀孔2的打开和关闭；保持块5，其容纳着阀芯4的一部分，并且被用于将阀芯4推到关闭阀孔2的位置。阀孔2、阀芯4、保持块5沿控制阀的纵向延伸的中心轴线Z布置。当通过保持块5将阀芯4推抵于阀座面3时，实现喷射阀中的燃油蓄压。在来自保持块5的推力消失后，阀芯4会离开阀座面3，喷射阀中的燃油的一部分经阀孔2流入控制阀中，使得喷射阀中出现压差而实现喷射阀的喷油动作。

在阀孔2被打开时，阀芯4受到经阀孔2引入的来自喷射阀的燃油的冲击。因此，在长期使用中，如图2所示，阀芯4的面对着阀孔2的部位可能会发生冲蚀而产生空蚀部位6。由于阀芯4呈圆球形，因此可相对于保持块5绕纵向中心轴线Z以及与纵向中心轴线Z垂直的横向轴线随机缓慢地转动，如图中的箭头所示。当空蚀部位6转动到面对着阀座面3的位置时，如图3所示，阀芯4就不能有效地封闭阀孔2。这会使得喷射阀中不能实现燃油蓄压，从而导致燃油喷射器故障。

发明内容

本申请的目的是对燃油喷射器作出改进，以减轻或消除现有技术中因阀芯冲蚀带来的前述问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种用在燃油喷射器中的控制阀，包括：阀座，其限定出阀座面和沿纵向穿通阀座面中心的阀孔，所述阀孔和阀座面限定出纵向中心轴线，并且所述阀孔与燃油喷射器的喷射阀相通；阀芯，其被构造成适于沿所述纵向中心轴线在闭阀位置和开阀位置之间移动，在闭阀位置，阀芯与阀座接触配合而关闭阀孔，在开阀位置，阀芯离开阀座而打开阀孔；以及保持块，其具有容槽，用以保持阀芯；其中，阀芯是以所述纵向中心轴线为回转中心的回转体，其在包含所述纵向中心轴线的纵截面中呈非圆形，以使阀芯能够绕所述纵向中心轴线转动，但不能绕与所述纵向中心轴线垂直的任何横向中心轴线转动。

根据本申请的一种可行实施方式，所述阀芯包括容纳在所述容槽中的第一部分和从保持块露出的第二部分，并且通过第一部分与容槽的形状配合使得阀芯能够绕所述纵向中心轴线转动。

根据本申请的一种可行实施方式，还通过所述第一部分与容槽的形状配合使得阀芯不能绕与所述纵向中心轴线垂直的任何横向中心轴线转动。

根据本申请的一种可行实施方式，通过所述第二部分与阀座面的形状配合使得阀芯不能绕与所述纵向中心轴线垂直的任何横向中心轴线转动。

根据本申请的一种可行实施方式，所述阀芯为椭球体，具有沿所述纵向中心轴线的短半径以及沿与所述纵向中心轴线垂直的横向中心轴线方向的长半径。

根据本申请的一种可行实施方式，所述控制阀还包括施力机构，用于选择性地向保持块施加推力，以借助保持块带动阀芯移动到闭阀位置。

根据本申请的一种可行实施方式，所述控制阀还包括复位机构，用于使施力机构沿着与其施力方向相反的方向回到原位。

根据本申请的一种可行实施方式，借助由阀孔引入的喷射阀腔中的高压燃油将阀芯从闭阀位置推到开阀位置。

根据本申请的另一个方面，提供了一种燃油喷射器，尤其是共轨喷射器，包括如前所述的控制阀；以及与所述控制阀组合在一起的喷射阀；其中，通过控制阀的开闭实现喷射阀的喷油动作。

根据本申请的一种可行实施方式，所述喷射阀包括喷射阀腔和布置在喷射阀腔中的阀针；当控制阀的阀芯处在开阀位置时，喷射阀腔中的高压燃油的一部分通过控制阀的阀孔流入控制阀中，使得阀针前后两侧出现压差，该压差导致阀针向后移动而打开喷射阀，实现喷油动作。

根据本申请，通过采用以纵向中心轴线为回转中心的回转体形式的阀芯(非圆球形)，使得阀芯能绕纵向中心轴线转动，并且通过阀芯与保持块之间的配合和/或阀座面之间的配合，使得阀芯不能绕任何横向中心轴线转动，从而即使阀芯发生冲蚀，也总能有效地确保处在闭阀状态的控制阀的阀孔被严密地封闭，控制阀的功能能够可靠地长久维持。

附图说明

图1是一种现有的用在燃油喷射器中的控制阀的局部示意性剖视图。

图2是解释图1中的控制阀的阀芯的冲蚀以及转动的示意图。

图3是解释图1中的控制阀的阀芯因冲蚀带来的问题的示意图。

图4是根据本申请的一种可行实施方式的燃油喷射器的示意性剖视图。

图5-7是图4中的燃油喷射器的控制阀的阀芯的各方向视图。

图8是解释本申请的阀芯的转动能力的示意图。

图9是解释本申请的阀芯的冲蚀的示意图。

图10-15是解释本申请的阀芯的其它一些可行结构的示意图。

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的一些可行实施方式。

图4中局部显示了根据本申请的一种可行实施方式的用于向发动机喷射燃油的燃油喷射器，尤其是柴油共轨喷射***中的喷射器。该燃油喷射器包含组装在一起的控制阀和喷射阀，例如，它们可以组装在公共的喷射器壳体8(未详示)中。本申请的改进涉及控制阀，因此图4中只显示了控制阀的相关部分。喷射阀组合于控制阀的前侧(图4中的下侧)，朝向发动机。控制阀可在开阀状态和闭阀状态之间切换。通过控制阀的开闭状态，来控制喷射阀的喷油动作。

该控制阀具有纵向延伸的中心轴线Z，并且包括阀座1，其内形成有纵向延伸的阀孔2，以及由阀座面3和内周面7限定的阀座内腔。阀孔2的中心轴线与纵向中心轴线Z重合，且阀孔2的前端(图4中的下端)通入喷射阀的喷射阀腔中、后端(图4中的上端)开通于阀座内腔。供应到喷射阀腔中的高压燃油可经阀孔2流入阀座内腔中，实现喷射阀腔的局部泄压。阀座面3位于阀孔2与内周面7之间。阀座面3和内周面7都是圆锥面，但阀座面3的锥度大于内周面7。

控制阀还包括由椭圆绕中心轴线Z回转形成的椭球体形式的阀芯4，其位于阀座内腔中，面对着阀座面3且与阀座面3配合而实现阀孔2的打开和关闭。阀座面3的锥度有助于阀芯4的对中。构成该阀芯4的椭球体具有沿纵向中心轴线Z的短半径，以及沿与纵向中心轴线Z垂直的横向中心轴线X、Y方向的长半径(这两个长半径相等)，从而在垂直于纵向中心轴线Z所作的正视图(图5)和侧视图(图6)中呈相同的椭圆形，在沿着纵向中心轴线Z所作的俯视图(图7)中呈圆形。

控制阀还包括保持块5，其沿轴向位于阀芯4的后面，且形成有与阀芯4的第一部分(大致后半部分)的外形对应的容槽，以容纳阀芯4的第一部分，阀芯4的第二部分(大致前半部分)露出且面对着阀座面3和阀孔2。阀芯4的这两部分可以形成一体，也可以单独制作再组装到一起。

控制阀还包括布置在阀座1后面的中间环9和布置在中间环9后面的导向筒10。该导向筒10包括轴向延伸的圆筒部10a和从圆筒部10a的前端径向向外延伸的法兰盘10b，该法兰盘10b中形成有多个轴向贯通的通孔10c。

控制阀还包括布置在法兰盘10b后面的组装套筒11，其通过螺纹啮合或其它方式固定在喷射器壳体8中。组装套筒11与圆筒部10a之间形成圆环形空间。此外，阀座1的前端推抵于喷射器壳体8中的相应台阶。这样,阀座1、中间环9、导向筒10被组装套筒11沿轴向夹紧。

控制阀还包括衔铁芯12，其本体为轴向延伸的圆柱形，并且靠近本体的前端形成或组装有径向突出的环形凸缘12a。衔铁芯12的本体以可轴向滑动的方式穿过圆筒部10a的内孔，环形凸缘12a处在法兰盘10b前面，且大***于中间环9的内部空间中。通孔10c将中间环9的内部空间与组装套筒11与圆筒部10a之间的圆环形空间连通，中间环9的内部空间又与阀座内腔相通。

衔铁芯12的本体的前端贴合于保持块5的后端。衔铁芯12的本体的后端(未示出)由圆筒部10a的后端伸出。压缩弹簧13安置在组装套筒11与圆筒部10a之间的圆环形空间中，且前端推抵于法兰盘10b的后端面，后端借助于未示出的元件或结构向衔铁芯12的本体的后端施加轴向向后的推力。

控制阀还包括未示出的电磁线圈，用于在通电时在衔铁芯12中感应出轴向向前的推力。电磁线圈产生的向前推力克服了压缩弹簧13产生的向后推力以及阀孔2中的燃油压力，以使得衔铁芯12位于图4中所示的前进位置，从而借助保持块5将阀芯4推压在阀座面3上，以封闭阀孔2，从而实现闭阀状态。在此位置，环形凸缘12a的后端面与法兰盘10b的前端面之间分开一小段轴向距离。为了清楚显示，该轴向距离在图中被夸大，但实际中该轴向距离是非常小的。当电磁线圈断电后，电磁线圈产生的向前推力消失，衔铁芯12在压缩弹簧13的向后推力以及阀孔2中的燃油压力作用下轴向向后移动，直到环形凸缘12a的后端面与法兰盘10b的前端面接触；阀芯4也在阀孔2中的燃油压力作用下与衔铁芯12一起轴向向后移动，从而离开阀座面3而打开阀孔2，达到开阀状态。

前面描述的控制阀的各个组成元件大致以纵向中心轴线Z为其中心轴线。

喷射阀具有布置在其喷射阀腔中的阀针(未示出)，通过该阀针的轴向移动控制喷射阀的开闭，以实现燃油的喷射。当控制阀中的电磁线圈启动而使得控制阀处在图4所示的闭阀状态时，供应到喷射阀腔中的燃油(例如来自共轨)处在蓄压状态，直到喷射阀腔中的各个部分都达到高压，喷射阀中的阀针关闭喷射阀。之后，控制阀中的电磁线圈断电，使得控制阀达到开阀状态，这样，喷射阀腔中的燃油的一部分经阀孔2流入控制阀中，使得阀针后部的燃油压力降低，从而在阀针前后两侧出现压差，该压差实现阀针向后移动而打开喷射阀，实现喷油动作。经阀孔2流入控制阀中的燃油依次流经阀座内腔、中间环9的内部空间、通孔10c、组装套筒11与圆筒部10a之间的圆环形空间，并且返回到油箱。之后，控制阀中的电磁线圈再次启动，使得控制阀再次达到闭阀状态，从而喷射阀中切换到蓄压状态，直到阀针前后两侧压力相同，此时阀针在其复位元件的作用下关闭喷射阀。然后可以进行下一次喷油动作。

在前面描述的例子中，通过电磁线圈和衔铁芯12产生作用于保持块5的向前推力。可以理解，也可以采用其它形式的施力机构来向保持块5施加向前的推力，以使得阀芯4推抵于阀座面2而封闭阀孔2。

此外，在前面描述的例子中，通过压缩弹簧13使衔铁芯12复位而解除施加到保持块5的向前推力。可以理解，也可以采用其它形式的复位机构迫使施力机构后退到其原位，以使得阀芯4能够离开阀座面3而打开阀孔2。

此外，需要指出，由于衔铁芯12与保持块5之间存在油膜，并且保持块5总是受到来自阀孔2的燃油压力(直接，或从阀芯4传递到保持块5)，因此，在衔铁芯12移动时，保持块5总保持与衔铁芯12贴合。为了确保二者之间的正确定位，可在二者之间的界面处设置形状配合的定位结构。

如图8所示，由于本申请的阀芯4为绕纵向中心轴线Z回转形成的椭球体，并且保持块5中设有与其形状匹配的用于容纳其第一部分的容槽，因此其相对于保持块5以及阀座1具有绕纵向中心轴线Z缓慢转动的能力，如图中的箭头所示，但不能绕其两条横向中心轴线X、Y转动。

当控制阀从闭阀状态向开阀状态变化时，随着阀芯4轴向向后离开阀座面3，经阀孔2从喷射阀引入的高压燃油会以喷流的形式冲击阀芯4。在长期操作中，该喷流，主要是喷流中的气态形式的燃油，会导致阀芯4的面对着阀孔2的部分冲蚀而产生空蚀部位6，见图9。然而，由于阀芯4不会绕其横向中心轴线X、Y转动，因此，即使阀芯4绕纵向中心轴线Z转动，该空蚀部位6总是面对着阀孔2，而不会到达面对阀座面3的位置。这样，即使阀芯4产生了空蚀部位6，也不会导致阀孔2封闭不良。此外，绕纵向中心轴线Z的椭球体形式的阀芯4的这种只能绕纵向中心轴线Z转动的能力使得其与阀座面3之间的接触部位保持为圆形，从而有效地确保控制阀在闭阀状态下的封闭，控制阀的功能不会下降。

在上面描述的阀芯4的例子中，通过椭球体形式的阀芯4与保持块5之间的配合，消除了阀芯4绕其任何横向中心轴线的转动能力。可以理解，阀芯4也可以采用其它回转体形式，以实现同样的功能。

例如，在图10所示的可行实施方式中，阀芯4由配合在保持块5中的半椭球体形式的第一部分和从保持块5露出的半圆球体形式的第二部分组合而成，这两个部分都以纵向中心轴线Z为回转中心。通过半椭球体形式的第一部分与保持块5中的匹配容槽之间的配合，使得阀芯4具有绕纵向中心轴线Z的转动能力、但不具有绕任何横向中心轴线的转动能力。

在图11所示的可行实施方式中，阀芯4由配合在保持块5中的截头圆锥体形式的第一部分和从保持块5露出的半圆球体形式的第二部分组合而成，这两个部分都以纵向中心轴线Z为回转中心。通过截头圆锥体形式的第一部分与保持块5中的匹配容槽之间的配合，使得阀芯4具有绕纵向中心轴线Z的转动能力、但不具有绕任何横向中心轴线的转动能力。

在图12所示的可行实施方式中，阀芯4由配合在保持块5中的圆柱体形式的第一部分和从保持块5露出的半圆球体形式的第二部分组合而成，这两个部分都以纵向中心轴线Z为回转中心。通过圆柱体形式的第一部分与保持块5中的匹配容槽之间的配合，使得阀芯4具有绕纵向中心轴线Z的转动能力、但不具有绕任何横向中心轴线的转动能力。

具有上述功能的第一部分的其它形状(包括组合形状)也可以构想出来。

作为前面描述的通过阀芯4与保持块5之间的配合(可称作静态配合，因为阀芯4与保持块5之间的配合状态总是维持着的)消除阀芯4绕横向中心轴线转动能力的方案的替代，可以通过阀芯4与阀座面3之间的配合(可称作动态配合，因为阀芯4与阀座面3之间的配合仅发生在控制阀关闭时)消除阀芯4绕横向中心轴线转动能力。例如，在图13所示的可行实施方式中，阀芯4的配合在保持块5中的第一部分为半圆球体形式，从保持块5露出的第二部分的主体为大致圆柱体，但前端周缘处(圆柱面与平坦的前端面之间的过渡部位)形成圆锥面部分4a，其锥度与阀座面3的锥度相等，构成与阀座面3接触密封的部位。在控制阀关闭时，保持块5将电磁线圈在衔铁芯12中感应出的轴向向前的推力传递到阀芯4，以将阀芯4强制推压在阀座面3上，圆锥面部分4a与阀座面3之间的配合使得阀芯4自动对中。这样，可消除阀芯4的任何可能有的绕任何横向中心轴线的微量转动，从而阀芯4的面对着阀孔2的部位不会沿横向错位。

在图14所示的可行实施方式中，阀芯4的配合在保持块5中的第一部分为半圆球体形式，从保持块5露出的第二部分为大致圆锥体的形式。此外，阀座面3的与阀芯4的第二部分对应的部位的锥度被修改成与阀芯4的第二部分的锥度相等。这样，通过阀芯4的第二部分与阀座面3的对应部位之间的动态配合，实现阀芯4自动对中，以消除阀芯4的任何可能有的绕任何横向中心轴线的微量转动。

具有上述功能的第二部分的其它形状(包括组合形状)也可以构想出来，从而设计出各种通过阀芯4与阀座面3之间的动态配合防止阀芯4绕横向中心轴线的转动的方案。在这种情况下，阀芯4绕纵向中心轴线Z的转动能力仍是由阀芯4的第一部分与保持块5中的匹配容槽之间的配合实现的。

此外，可以设想，可以将阀芯4与保持块5之间的静态配合方案和阀芯4与阀座面3之间的动态配合方案组合，来避免阀芯4的绕横向中心轴线的转动。例如在图15所示的可行实施方式中，阀芯4的配合在保持块5中的第一部分为截头圆锥体形式(类似于图11中的)，从保持块5露出的第二部分的主体为大致圆柱体，但前端周缘处形成圆锥面部分4a(类似于图13中的)。这样，可利用阀芯4的第一部分与保持块5之间的静态配合消除阀芯4绕任何横向中心轴线的转动能力，利用阀芯4的第二部分与阀座面3之间的配合赋予阀芯4自动对中功能，进一步防止其绕任何横向中心轴线转动。其它组合配合方案也可以构想出来。

可以看出，通过采用以纵向中心轴线Z为回转中心的回转体形式的阀芯4，使其具有绕纵向中心轴线转动的能力(这为控制阀的装配和操作提供了灵活性)，但阀芯4在包含所述纵向中心轴线Z的纵截面中呈非圆形，并且通过阀芯4与保持块5之间的配合(静态配合)和/或与阀座面3之间的配合(动态配合)，使得阀芯4绕任何横向中心轴线的转动被防止。这样，阀芯4的面对着阀孔2的部位保持不沿横向错位，从而不会偏移到面对着阀座面3的位置。即使阀芯4的面对着阀孔2的部位发生冲蚀，阀芯4也总能有效地确保处在闭阀状态的控制阀的阀孔封闭，控制阀的功能能够可靠地长久维持。这使得控制阀、乃至整个燃油喷射器的寿命能够延长。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (11)

1.一种用在燃油喷射器中的控制阀，包括：

阀座(1)，其限定出阀座面(3)和沿纵向穿通阀座面(3)中心的阀孔(2)，所述阀孔(2)和阀座面(3)限定出纵向中心轴线(Z)，并且所述阀孔(2)与燃油喷射器的喷射阀相通；

阀芯(4)，其被构造成适于沿所述纵向中心轴线(Z)在闭阀位置和开阀位置之间移动，在闭阀位置，阀芯(4)与阀座(1)接触配合而关闭阀孔(2)，在开阀位置，阀芯(4)离开阀座(1)而打开阀孔(2)；以及

保持块(5)，其具有容槽，用以保持阀芯(4)；

其中，阀芯(4)是以所述纵向中心轴线(Z)为回转中心的回转体，其在包含所述纵向中心轴线(Z)的纵截面中呈非圆形，以使阀芯(4)能够绕所述纵向中心轴线(Z)转动，但不能绕与所述纵向中心轴线(Z)垂直的任何横向中心轴线(X，Y)转动；

其中，所述阀芯(4)为椭球体，具有沿所述纵向中心轴线(Z)的短半径以及沿与所述纵向中心轴线(Z)垂直的横向中心轴线(X，Y)方向的长半径。

2.如权利要求1所述的控制阀，其中，所述阀芯(4)包括容纳在所述容槽中的第一部分和从保持块(5)露出的第二部分，并且通过第一部分与容槽的形状配合使得阀芯(4)能够绕所述纵向中心轴线(Z)转动。

3.如权利要求2所述的控制阀，其中，还通过所述第一部分与容槽的形状配合使得阀芯(4)不能绕与所述纵向中心轴线(Z)垂直的任何横向中心轴线(X，Y)转动。

4.如权利要求2所述的控制阀，其中，通过所述第二部分与阀座面(3)的形状配合使得阀芯(4)不能绕与所述纵向中心轴线(Z)垂直的任何横向中心轴线(X，Y)转动。

5.如权利要求3所述的控制阀，其中，通过所述第二部分与阀座面(3)的形状配合使得阀芯(4)不能绕与所述纵向中心轴线(Z)垂直的任何横向中心轴线(X，Y)转动。

6.如权利要求1-5中任一项所述的控制阀，还包括施力机构，用于选择性地向保持块(5)施加推力，以借助保持块(5)带动阀芯(4)移动到闭阀位置。

7.如权利要求6所述的控制阀，还包括复位机构，用于使施力机构沿着与其施力方向相反的方向回到原位。

8.如权利要求6所述的控制阀，其中，借助由阀孔(2)引入的喷射阀腔中的高压燃油将阀芯(4)从闭阀位置推到开阀位置。

9.一种燃油喷射器，包括：

如权利要求1-8中任一项所述的控制阀；以及

与所述控制阀组合在一起的喷射阀；

其中，通过控制阀的开闭实现喷射阀的喷油动作。

10.如权利要求9所述的燃油喷射器，其中，所述喷射阀包括喷射阀腔和布置在喷射阀腔中的阀针；

当控制阀的阀芯(4)处在开阀位置时，喷射阀腔中的高压燃油的一部分通过控制阀的阀孔(2)流入控制阀中，使得阀针前后两侧出现压差，该压差导致阀针向后移动而打开喷射阀，实现喷油动作。

11.如权利要求9所述的燃油喷射器，其中，所述燃油喷射器是共轨喷射器。

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