CN109209710B - 一种柱塞喷油器及内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞喷油器及内燃机，属于内燃机技术领域。本发明柱塞喷油器包括本体、下柱塞、上柱塞和第一复位装置，本体上设置有柱塞孔、待喷射流体入口、喷射口和润滑油入口，下柱塞和上柱塞均精密滑动配合于柱塞孔中，下柱塞的下端与柱塞孔的内壁之间形成喷射室，待喷射流体入口和喷射口均与喷射室连通，下柱塞的下端用于打开或者关闭喷射口，上柱塞的下端、下柱塞的上端和柱塞孔的内壁之间形成润滑油腔，润滑油入口通过单向阀与润滑油腔连通，第一复位装置用于给上柱塞提供下行的力。本发明可以在提高喷射压力的同时避免泄露的问题，且可以对柱塞进行有效润滑。

Description

一种柱塞喷油器及内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种柱塞喷油器及内燃机。

背景技术

近年来，一方面，为了应对日益严苛的排放要求，柴油机的喷射压力越来越高，超高压喷射带来更好的燃油雾化效果，同时也带来了喷油器的泄露和磨损问题。另一方面，甲醇、乙醇、二甲醚等代用燃料在内燃机上也获得了一定的研究和应用，并有迅速扩大的趋势。但是，这些代用燃料以及包括汽油在内的这些低粘度流体，在使用传统的喷油器进行高压喷射时，因为粘度低，泄露大，自润滑性能差，使得喷射压力的提高越来越困难，柱塞和柱塞孔的磨损比使用柴油时要厉害得多，影响喷油器的可靠性和耐久性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以在提高喷射压力的同时减轻泄露问题的柱塞喷油器及内燃机。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种柱塞喷油器，包括：

本体，其上设置有柱塞孔、待喷射流体入口、喷射口和润滑油入口；

下柱塞，其精密滑动配合于所述柱塞孔中，所述下柱塞的下端与所述柱塞孔的内壁之间形成喷射室，所述待喷射流体入口和所述喷射口均与所述喷射室连通，所述下柱塞的下端用于打开或者关闭所述喷射口；

上柱塞，其精密滑动配合于所述柱塞孔中，所述上柱塞的下端、所述下柱塞的上端和所述柱塞孔的内壁之间形成润滑油腔，所述润滑油入口通过第一单向阀与所述润滑油腔连通；以及

第一复位装置，其用于给所述上柱塞提供下行的力。

进一步地，所述柱塞喷油器还包括限位装置，所述限位装置用于限定所述上柱塞下行的最低点。

进一步地，所述限位装置包括所述柱塞孔的内壁和所述上柱塞中的一者上设置的限位凸起、另一者上设置的用于与所述限位凸起抵接的限位面。

进一步地，所述限位凸起为设置在所述柱塞孔内壁上的限位挡圈，所述限位面为所述上柱塞的下端面或者所述限位面为设置于所述上柱塞的中部或下部的台阶面。

进一步地，所述第一复位装置为位于所述上柱塞的顶端和所述柱塞孔的内壁之间的第一弹性件。

进一步地，所述柱塞喷油器还包括第二弹性件，所述第二弹性件用于给所述下柱塞提供下行的力。

进一步地，所述第一弹性件的预紧力大于所述第二弹性件的预紧力。

进一步地，所述上柱塞的上端与所述柱塞孔的内壁之间形成回油室，所述回油室上设置有润滑油出口。

进一步地，所述待喷射流体入口通过电磁阀或者第二单向阀与所述喷射室连通。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种内燃机，包括上述任一项所述的柱塞喷油器。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的柱塞喷油器及包括该喷油器的内燃机，具有两个柱塞，且两个柱塞与柱塞孔的内壁之间限定出通过第一单向阀与润滑油入口连通的润滑油腔，润滑油腔中的润滑油的压力能够随喷射流体压力的变化而变化，以使得下柱塞的两个端面所承受的压力大致相等，且由于下柱塞与柱塞孔精密配合，二者之间只有非常小环形间隙，理论上可以保证喷射室中的燃油和润滑油腔中的润滑油压力平衡，不会发生渗漏和掺混现象，可以在提高燃料的喷射压力的同时避免泄露的问题；同时，柱塞在上下运动过程中，润滑油腔内壁上残留的润滑油可以保证对柱塞和柱塞孔内壁间进行有效润滑。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的柱塞喷油器的结构示意图。

附图标记：

1、本体；2、下柱塞；3、上柱塞、4、第一复位装置；5、待喷射流体入口；6、喷射口；7、润滑油入口；8、喷射室、9、润滑油腔；10、第一单向阀；11、第二弹性件；12、限位凸起、13、限位面；14、回油室；15、回油出口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本具体实施方式提供了一种柱塞喷油器，其用于向内燃机主体中喷射燃油、甲醇、乙醇、二甲醚等燃料，本具体实施中以待喷射流体为燃油为例进行介绍。

如图1所示，本具体实施方式提供的柱塞喷油器包括本体1、下柱塞2、上柱塞3和第一复位装置4，本体1上设置有柱塞孔、待喷射流体入口5、喷射口6和润滑油入口7。下柱塞2和上柱塞3均沿柱塞孔的轴向精密滑动配合于柱塞孔中，精密滑动配合是指下柱塞2和上柱塞3的外径分别等于或者略小于柱塞孔的内径，在能满足下柱塞2和上柱塞3沿柱塞孔滑动的前提下，下柱塞2和上柱塞3与柱塞孔间的间隙尽可能小。下柱塞2的轴线和上柱塞3的轴线优选但不局限为共线。下柱塞2位于上柱塞3的下方，下柱塞2的下端与柱塞孔的内壁之间形成喷射室8，待喷射流体入口5和喷射口6均与喷射室8连通，下柱塞2的下端用于打开或者关闭喷射口6。为了便于控制，待喷射流体入口5优选为通过单向阀或者电磁阀与喷射室8连通。待喷射流体入口5处也可以不设置任何阀，而是通过待喷射流体的压力控制喷射。下柱塞2的下端优选但不局限为呈锥形，喷射口6的内部轮廓与下柱塞2的下端的外部轮廓相匹配，下柱塞2的下端与喷射口6之间形成针阀。上柱塞3的下端、下柱塞2的上端和柱塞孔的内壁之间形成润滑油腔9，润滑油入口7通过第一单向阀10与润滑油腔9连通，润滑油腔9内的润滑油用于在柱塞喷油器喷射时给下柱塞2提供向下运动的力。下柱塞2和上柱塞3与柱塞孔间的间隙尽可能小，可以避免润滑油和燃油间的相互泄露。第一复位装置4用于给上柱塞3提供下行的力，其中下行即为沿柱塞孔向下运动，即第一复位装置4用于给上柱塞3提供向靠近下柱塞2的方向运动的力。

本具体实施方式提供的柱塞喷油器，具有两个柱塞，且两个柱塞与柱塞孔的内壁之间限定出通过第一单向阀10与润滑油入口连通的润滑油腔9，润滑油腔9中的润滑油的压力能够随待喷射流体压力的变化而变化，以使得下柱塞2的两个端面所承受的压力大致相等，且由于下柱塞2与柱塞孔精密配合，二者之间只有非常小的环形间隙，理论上可以保证喷射室8中的燃油和润滑油腔9中的润滑油压力平衡，不会发生渗漏和掺混现象，可以在提高燃料的喷射压力的同时避免泄露的问题；同时，柱塞在上下运动过程中，润滑油腔9的内壁上残留的润滑油可以保证对柱塞和柱塞孔内壁间进行有效润滑。

本具体实施方式中，第一复位装置4优选但不局限为第一弹性件。第一弹性件优选但不局限为弹簧。第一弹性件为弹簧时，其轴线与上柱塞3的轴线优选但不局限为共线。第一弹性件为弹簧时，其两端分别与上柱塞3的上端面和柱塞孔的内壁面抵接。为了利于针阀的有效关闭和润滑油的吸取，柱塞喷油器还包括第二弹性件11，第二弹性件11用于给下柱塞2提供下行的力，即第二弹性件11用于给下柱塞2提供向远离上柱塞3的方向运动的力。第二弹性件11优选但不局限为弹簧。第二弹性件11的轴线与下柱塞2的轴线优选但不局限为共线。第二弹性件11的两端分别抵接下柱塞2的上端面和柱塞孔的内壁。第一弹性件的预紧力大于第二弹性件11的预紧力。第一弹性件和第二弹性件11的预紧力是指二者在喷油器处于未工作状态时分别所提供的弹力。下柱塞2下行的力由第二弹性件11和润滑油腔9中的润滑油压力提供，第二弹性件11的预紧力通常较小，润滑油腔9中的润滑油压力与喷射室8中的燃油压力仍能保持基本相等。

柱塞喷油器还包括限位装置，限位装置用于限定上柱塞3下行的最低点。限位装置的结构不限，为了简化结构，本具体实施方式中限位装置包括柱塞孔的内壁和上柱塞3中的一者上设置的限位凸起12、另一者上设置的用于与限位凸起12抵接的限位面13。本具体实施方式中，限位凸起12为设置在柱塞孔内壁上的限位挡圈，上柱塞3的下端面为限位面13；或者也可以令上柱塞3的中部或者下部形成台阶面，该台阶面作为限位面13。限位挡圈可以是可拆卸地安装在柱塞孔内壁上的凹槽中，限位挡圈也可以与柱塞孔的内壁为一体结构。在其他实施方式中，也可以令限位凸起12设置于在上柱塞3上端面上，限位面13为设置在柱塞孔内壁上的台阶面。

限位装置使得上柱塞3下行至下行的最低点后不再继续下行，而下柱塞2仍继续运下行一微小距离才到达其下行最低点，因而润滑油腔9的体积略微增加、压力降低，第一单向阀10打开以向润滑油腔9补充在泵油过程中泄露的润滑油。限位装置还可以有效避免上柱塞3的用于与柱塞孔精密配合的部分与润滑油入口7连通的情况发生。

如图1所示，上柱塞3的上端与柱塞孔的内壁之间形成回油室14，回油室14上设置有润滑油出口，从上柱塞3与柱塞孔的微小环形间隙中渗出的微量润滑油可以从润滑油出口流回到发动机润滑***。

本具体实施方式还提供了一种内燃机，其包括上述柱塞喷油器。

以下结合图1，简要介绍本具体实施方式提供的柱塞喷油器的工作原理：

当高压燃油从待喷射流体入口5进入喷射室8后，会对下柱塞2产生一个向上的推力，当压力超过喷油器起喷压力后，下柱塞2克服第二弹性件11的预紧力向上抬升，这时，针阀开启，燃油从喷射口6喷出雾化，开始预喷。同时，因为下柱塞2向上抬起，使得润滑油腔9中的润滑油压力升高，润滑油腔9中的润滑油推动上柱塞3克服第一弹性件的预紧力向上抬升，针阀开启行程进一步加大，喷油速度加快，进入主喷阶段。由于第一弹性件的预紧力比第二弹性件11的要大得多，所以润滑油腔9中的润滑油压力与喷射室8中的燃油压力仍基本相等。在下柱塞2两端压力均衡的情况下，且由于下柱塞2与柱塞孔精密配合，二者之间只有非常小环形间隙，理论上可以保证喷射室8中的燃油和润滑油腔9中的润滑油压力平衡，不会发生润滑油和燃油渗漏和掺混现象，可以在提高燃料的喷射压力的同时避免泄露的问题；同时，下柱塞2在上下运动过程中，下柱塞2与柱塞孔内壁间的微小环形缝隙中残留的润滑油可以保证对下柱塞2和柱塞孔内壁间进行有效润滑。

喷油结束时，喷射室8燃油压力急剧降低，第一弹性件推动上柱塞3下行，润滑油腔9中的润滑油压力和第二弹性件11的弹力共同推动下柱塞2下行，在下柱塞2到达最低点使得针阀关闭之前，限位挡圈抵接上柱塞3阻止其继续向下运动，这时，因为下柱塞2在第二弹性件11的弹力作用下继续向下运行一个微小行程以关闭针阀，润滑油腔9的容积增大，润滑油压力降低，发动机润滑***产生的低压润滑油可以从润滑油入口7推开第一单向阀10进入润滑油腔9，补充喷油期间因为微量渗漏损失的少量润滑油。从上柱塞3与柱塞孔内壁的微小环形间隙中渗出的微量润滑油可以从润滑油出口流回到发动机润滑***。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柱塞喷油器，其特征在于，包括：

本体(1)，其上设置有柱塞孔、待喷射流体入口(5)、喷射口(6)和润滑油入口(7)；

下柱塞(2)，其精密滑动配合于所述柱塞孔中，所述下柱塞(2)的下端与所述柱塞孔的内壁之间形成喷射室(8)，所述待喷射流体入口(5)和所述喷射口(6)均与所述喷射室(8)连通，所述下柱塞(2)的下端用于打开或者关闭所述喷射口(6)；

上柱塞(3)，其精密滑动配合于所述柱塞孔中，所述上柱塞(3)的下端、所述下柱塞(2)的上端和所述柱塞孔的内壁之间形成润滑油腔(9)，所述润滑油入口(7)通过第一单向阀(10)与所述润滑油腔(9)连通；以及

第一复位装置(4)，其用于给所述上柱塞(3)提供下行的力；

所述下柱塞(2)的下端为呈锥形，所述喷射口(6)的内部轮廓与所述下柱塞(2)的下端的外部轮廓相匹配，所述下柱塞(2)的下端与所述喷射口(6)之间形成针阀。

2.根据权利要求1所述的柱塞喷油器，其特征在于，

所述柱塞喷油器还包括限位装置，所述限位装置用于限定所述上柱塞(3)下行的最低点。

3.根据权利要求2所述的柱塞喷油器，其特征在于，所述限位装置包括所述柱塞孔的内壁和所述上柱塞(3)中的一者上设置的限位凸起(12)、另一者上设置的用于与所述限位凸起(12)抵接的限位面(13)。

4.根据权利要求3所述的柱塞喷油器，其特征在于，

所述限位凸起(12)为设置在所述柱塞孔内壁上的限位挡圈，所述限位面(13)为所述上柱塞(3)的下端面或者所述限位面(13)为设置于所述上柱塞(3)的中部或下部的台阶面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的柱塞喷油器，其特征在于，所述第一复位装置(4)为位于所述上柱塞(3)的顶端和所述柱塞孔的内壁之间的第一弹性件。

6.根据权利要求5所述的柱塞喷油器，其特征在于，所述柱塞喷油器还包括第二弹性件(11)，所述第二弹性件(11)用于给所述下柱塞(2)提供下行的力。

7.根据权利要求6所述的柱塞喷油器，其特征在于，所述第一弹性件的预紧力大于所述第二弹性件(11)的预紧力。

8.根据权利要求1至4任一项所述的柱塞喷油器，其特征在于，所述上柱塞(3)的上端与所述柱塞孔的内壁之间形成回油室(14)，所述回油室(14)上设置有润滑油出口。

9.根据权利要求1至4任一项所述的柱塞喷油器，其特征在于，所述待喷射流体入口(5)通过电磁阀或者第二单向阀与所述喷射室(8)连通。

10.一种内燃机，其特征在于，包括根据权利要求1至9任一项所述的柱塞喷油器。