CN110017230A - 一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器 - Google Patents

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Abstract

一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器，包括电磁执行器、上弹簧、衔铁、衔铁座、阀座、下弹簧、油嘴阀体、油嘴针阀、紧帽和喷油器本体，在衔铁、衔铁座、阀座之间设置了独特的进出油路，通过不同流量的节流孔来调节高压通道内压力，采用电磁执行器和液压推力原理来实现喷油嘴的快速开启和关闭，它能同时实现减少开启时间和关闭时间，且取消了刚性长阀杆传输，响应速度快，功率密度高，体积和重量都比现技术小，结构巧妙，能满足高效节能柴油机的配套要求，提高这种高压共轨喷油器的运行可靠性和稳定性。

Description

一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器
技术领域：
本发明专利涉及柴油机用电控共轨式喷油器。
背景技术：
在发动机共轨喷油器总成在工作过程中，从喷油器开始接受到喷射脉冲信号，到喷油器实现压力油喷射，需要经历一定的延迟时间，这个延迟时间被称为开启延迟时间；而从喷油器接受到喷射关闭脉冲信号，到实现喷射关闭也需要经历一定的延迟时间，这个延迟时间被称为关闭延迟时间；对喷油器来讲，开启延迟和关闭延迟时间越短，说明喷油器的响应越快，而喷油器响应越快，越有利于喷油器的工作稳定性，有利于提高喷油器总成所适应的发动机转速，也有利于提高发动机的功率密度。为了控制喷油器总成喷射的持续期，目前通用的控制阀的方案是设置一个伺服机构，伺服机构中设有进、出油量孔，利用进、出油量孔的流量差，实现对伺服机构里轨压的控制，进而实现对响应时间的控制。
现有技术喷油器总成结构如图1所示，它包括阀体、喷油偶件、锁紧帽、阀杆、密封球、节流体和电磁阀部件，电磁阀部件包括电磁线圈、衔铁座、衔铁杆和弹簧，喷油偶件由针阀和针阀体组成，在阀体上设有中心孔、高压进油孔、上外油道、下外油道，阀杆以间隙配合方式安装在阀体的中心孔中，阀杆的下导向段通过油嘴弹簧和下导向套压在针阀上，针阀套装在针阀体的中心孔中，喷油偶件由锁紧帽沿轴向固定在阀体的下端，节油体套装在阀杆的上端，密封球设置在节流体和衔铁杆之间，电磁线圈控制衔铁杆的伸缩，其工作原理如下：
高压燃油通过高压进油口进入阀体的上外油道和下外油道中，高压燃油一路通过上外油道从节流体上的侧面进油孔进入由节流体与阀杆顶端之间形成的上控制腔中，高压燃油另一路通过下外油道与喷油偶件中的下控制腔中，当电磁线圈失电时，由于弹簧预紧力的作用，密封球被密封在节流体的锥形座面上，在不考虑节流损失的情况下，上控制腔与下控制腔内的油液压强是相同的，由于阀杆的直径大于针阀的直径，因此，上控制腔通过阀杆施加给针阀的向下的液压力F1大于下控制腔施加给针阀的向上的液压力F2，即F1＞F2，此时针阀被密封在针阀体的锥形座面上，喷油偶件处于关闭状态，不喷油；
当电磁线圈得电时，电磁线圈对衔铁杆产生电磁吸力，当由于电磁力的大小克服弹簧的预紧力时，带动衔铁杆上行，密封球离开节流体的锥形座面，上控制腔通过端面出油孔与低压腔相通，由于端面出油孔的流速比侧面进油孔的流速大，因此，上控制腔的压强逐渐降低，F1也随之减小，当针阀受到的合力向上时，迫使针阀上行，喷油偶件处于开启状态，喷油器实现压力油的喷射。
现有的高压共轨喷油器采用长阀杆传递，反应迟钝，结构复杂，不能同时实现减少开启时间和关闭时间，功率密度小，体积和重量都有缩小的空间，不能满足高效节能柴油机的配套要求，因此，必须对现有高压共轨喷油器进行改进设计。
发明内容：
本发明的目的是提供一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器，喷油嘴偶件无需阀杆刚性机械驱动就能实现快速的启动和关闭，缩短开启和关闭的延迟时间，从而实现减少喷射持续期的效果，达到提高功率密度的目的。
本发明采取的技术方案是：
一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器，其特征是：包括电磁执行器、上弹簧、衔铁、衔铁座、阀座，下弹簧、油嘴阀体、油嘴针阀、紧帽和喷油器本体，在所述衔铁上设有密封锥面、吸铁体、导向柱和容油槽，密封锥面设置在吸铁体与导向柱之间，容油槽设置在导向柱上，且位于密封锥面的下方；
在衔铁座上设有座体进油孔、锥孔面、斜通道、上节流孔、导向孔、下端进油腔、回油孔、回油腔和衔铁座坑，锥孔面与导向孔同轴设置，且锥孔面设置在导向孔的上端口，斜通道的上端与导向孔相通，在衔铁处于自由状态下，斜通道的上端与容油槽相通，斜通道的下端与下端进油腔相通，回油孔的上端与衔铁座坑相通，回油孔的下端与回油腔相通，回油腔设置在衔铁座的下端面上，且与导向孔相通，上节流孔一端与座体进油孔相通，上节流孔另一端与下端进油腔相通，衔铁通过导向柱套装在衔铁座的导向孔中，容油槽与导向孔之间形成上压力油腔，衔铁的密封锥面密封地座落在衔铁座的锥孔面上，吸铁***于衔铁座坑中；
在阀座上设有竖直节流孔，下节流孔，高压通道、中心腔和阀座进油孔，高压通道下端与中心腔相通，高压通道的上端通过下节流孔与阀座进油孔相通，竖直节流孔设置在高压通道与下端进油腔之间，阀座进油孔与衔铁座上的座体进油孔对接；
在油嘴阀体上设有偶件进油孔、偶件高压腔和阀针导向孔，偶件高压腔设置在阀针导向孔的路径上，偶件进油孔的上端与阀座进油孔相对接，偶件进油孔的下端与偶件高压腔相通；所述油嘴针阀包括导向段、过渡段、执行段和柱面进油槽，过渡段设置在导向段和执行段之间，柱面进油槽设置在导向段和执行段之间的上柱面上，油嘴针阀套装在油嘴阀体的阀针导向孔中，偶件高压腔通过柱面进油槽与偶件出油腔相通；
在喷油器本体上设有主进油孔，电磁执行器安装在喷油器本体中，主进油孔与衔铁座上的座体进油孔密封对接，电磁执行器的下端与衔铁的吸铁体相对应；
油嘴针阀和油嘴阀体的结合体套装在紧帽中，阀座，衔铁座和衔铁依次放在油嘴阀体的上端面上，确保主进油孔、座体进油孔、阀座进油孔和偶件进油孔共线设置，下弹簧设置在中心腔中并压迫油嘴针阀的顶面，紧帽的上端和喷油器本体密封连接，上弹簧设置在电磁执行器与衔铁之间。
进一步，在本发明中，竖直节流孔和下节流孔在相同液体压力下的流量比为a：0.4＜a＜1。
进一步，柱面进油槽沿轴向直线分布在导向段和执行段83之间的柱面上。
进一步，柱面进油槽按螺旋线分布在导向段和执行段之间的柱面上。
进一步，在衔铁的顶面设有弹簧座孔，上弹簧的下端置于弹簧座孔内。
由于下节流孔的流量A2和竖直节流孔的流量A1的流量比a为：0.4＜a＜1，因此高压通道内的燃油与压强逐渐降低，当压强降低到F4+F2＜F3时，油嘴针阀离开油嘴阀体的喷油座面，喷油器实现燃油喷射，喷射的开启延迟时间T1取决于流量比a、S1、S2、F4；相比较常规的电控共轨喷油器，本方案设计的喷油器取消了类似于阀组件的中间机械传递机构，由于高压通道内的液体压力变化直接对油嘴针阀的受力控制，本发明提供的这种电控高压共轨喷油器的开启和关闭的控制原理与现有技术不同，喷油嘴偶件无需机械驱动就能实现快速的启动和关闭，结构巧妙，可实现喷射过程中同时减少开启延迟时间T1和关闭延迟时间T2，提高响应速度，提高喷油器工作稳定性，从而实现减少喷射持续期的效果，达到提高功率密度的目的，还能在幅度减少不完全燃烧产生的废气排放，节能环保。同时喷油器的体积和重量都比现有结构的喷油器小，能满足现行高效节能环保、小型化、轻重化的柴油机发展要求。
这种电控高压共轨喷油器除了能减少燃油喷射时的开启延迟时间T1和关闭延迟时间T2，提高响应速度外，还引发了如下有益效果：一是在相同的持续期时间内可提高柴油机的功率；二是可实现燃油***液力部件的轻量化，这有益于燃油***的安装，有利于提高装载柴油机车辆的机动性和载重能力；三是减少了中间传递件，提高了喷油嘴的响应速度；减少了传递件所带来的运动波动，进而提高了喷油器的工作稳定性和可靠性，降低了制造成本。
附图说明：
图1为现有喷油器的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为衔铁的结构示意图；
图4为衔铁座的结构示意图；
图5为阀座的结构示意图；
图6为油嘴针阀的结构示意图；
图中：1-电磁执行器；2-上弹簧；3-衔铁；4-衔铁座；5-阀座；6-下弹簧；7-油嘴阀体；8-油嘴针阀；9-紧帽；10-喷油器本体；11-主进油孔；12-上压力油腔；13-偶件出油腔；31-密封锥面；32-吸铁体；33-导向柱；34-容油槽；35-弹簧座孔；41-座体进油孔；42-锥孔面；43-斜通道；44-上节流孔；45-导向孔；46-下端进油腔；47-回油孔；48-回油腔；49-衔铁座坑；51-竖直节流孔；52-下节流孔；53-高压通道；54-中心腔；55-阀座进油孔；71-偶件进油孔；72-偶件高压腔；73-阀针导向孔；81-导向段；82-过渡段；83-执行段；84-柱面进油槽。
具体实施方式：
下面结合附图举例说明本发明的具体实施方式：
实施例1：一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器，如图2-图6所示，包括电磁执行器1、上弹簧2、衔铁3、衔铁座4、阀座5，下弹簧6、油嘴阀体7、油嘴针阀8、紧帽9和喷油器本体10，在所述衔铁3上设有密封锥面31、吸铁体32、导向柱33、容油槽34和弹簧座孔35，密封锥面31设置在吸铁体32与导向柱33之间，容油槽34设置在导向柱33上，且位于密封锥面31的下方，弹簧座孔35设置在吸铁体32的顶面中心；在衔铁座4上设有座体进油孔41、锥孔面42、斜通道43、上节流孔44、导向孔45、下端进油腔46、回油孔47、回油腔48和衔铁座坑49，锥孔面42与导向孔45同轴设置，且锥孔面42设置在导向孔45的上端口，斜通道43的上端与导向孔45相通，在衔铁3处于自由状态下，斜通道43的上端与容油槽34相通，斜通道43的下端与下端进油腔46相通，回油孔47的上端与衔铁座坑49相通，回油孔47的下端与回油腔48相通，回油腔48设置在衔铁座4的下端面上，且与导向孔45相通，上节流孔44一端与座体进油孔41相通，上节流孔44另一端与下端进油腔46相通，衔铁3通过导向柱33套装在衔铁座4的导向孔45中，容油槽34与导向孔45之间形成上压力油腔12，衔铁3的密封锥面31密封地座落在衔铁座4的锥孔面42上，吸铁体32位于衔铁座坑49中；在阀座5上设有竖直节流孔51，下节流孔52，高压通道53、中心腔54和阀座进油孔55，高压通道53下端与中心腔54相通，高压通道53的上端通过下节流孔52与阀座进油孔55相通，竖直节流孔51设置在高压通道53与回油腔48之间，阀座进油孔55与衔铁座4上的座体进油孔41对接；在本发明中，竖直节流孔51和下节流孔52在相同液体压力下的流量比为a：0.4＜a＜1；在油嘴阀体7上设有偶件进油孔71、偶件高压腔72和阀针导向孔73，偶件高压腔72设置在阀针导向孔73的路径上，偶件进油孔71的上端与阀座进油孔55相对接，偶件进油孔71的下端与偶件高压腔72相通；所述油嘴针阀8包括导向段81、过渡段82、执行段83和柱面进油槽84，过渡段82设置在导向段81和执行段83之间，柱面进油槽84按螺旋线设置在导向段81和执行段83之间的柱面上，油嘴针阀8套装在油嘴阀体7的阀针导向孔73中，偶件高压腔72通过柱面进油槽84与偶件出油腔13相通；在喷油器本体10上设有主进油孔11，电磁执行器1安装在喷油器本体10中，主进油孔11与衔铁座4上的座体进油孔41密封对接，电磁执行器1的下端与衔铁3的吸铁体32相对应；油嘴针阀8和油嘴阀体7的结合体套装在紧帽9中，阀座5，衔铁座4和衔铁3依次放在油嘴阀体7的上端面上，确保主进油孔11、座体进油孔41、阀座进油孔55和偶件进油孔71共线设置，下弹簧6设置在中心腔54中并压迫油嘴针阀8的顶面，紧帽9的上端和喷油器本体10密封连接，上弹簧2设置在电磁执行器1与衔铁3之间，上弹簧2的下端位于弹簧座孔35内。
本发明的工作原理为：
共轨管内的高压燃油通过主进油孔11进入、座体进油孔41、阀座进油孔55、偶件进油孔71和偶件高压腔72构成油路通道，上压力油腔12通过上节流孔44、下端进油腔46与座体进油孔41相通，高压通道53、中心腔54通过下节流孔52与偶件进油孔71相通，偶件高压腔72通过竖直节流孔51与下端进油腔46相通。
当电磁执行器1失电时候，由于上弹簧2的预紧力F1作用，衔铁3的密封锥面31与衔铁座4的锥孔面42机械密封配合；在不考虑节流损失的条件下，此时高压通道53和偶件高压腔72内的液体压强与共轨管内的压强相同，由于高压通道53施加给油嘴针阀8向下的液压力F2的受力面积S1比偶件出油腔13施加给油嘴针阀8的向上的液压力F3的受力面积S2大，因此F2＞F3，在下弹簧6的预紧力F4和高压通道53内的高压燃油的液压作用力F2的合力作用下，F4+F2＞F3，油嘴针阀8被密封在油嘴阀体7的座面上，喷油器处于关闭状态，喷油器不喷油；
当喷油器需要喷油时，电磁执行器1得电，电磁执行器1对衔铁3施加了向上的电磁吸力F5，电磁吸力F5克服上弹簧2的预紧力F1，衔铁3上行，衔铁3的密封锥面31离开衔铁座4的锥孔面42，斜通道43内的液体压强迅速降低，由于压强差的作用，高压通道53内的高压燃油通过竖直节流孔51和下端进油腔46流向斜通道43，而中心腔54的高压燃油与高压通道53相通，这路油进入衔铁座坑49，从回油孔47进入回油腔48实现泄压；由于下节流孔52的流量A2和竖直节流孔51的流量A1的流量比a为：0.4＜a＜1，因此高压通道53内的燃油与压强逐渐降低，当压强降低到F4+F2＜F3时，油嘴针阀8离开油嘴阀体7的喷油座面，喷油器实现燃油喷射。喷射的开启延迟时间T1取决于流量比a、S1、S2、F4；相比较常规的电控共轨喷油器，本方案设计的喷油器取消了类似于阀组件的中间机械传递机构，由于高压通道53内的液体压力变化直接对油嘴针阀8的受力控制，由此可带来三个益处：一是减少了传递机构运动造成的延迟时间，提高了响应速度；二是减少了由于传递机构运动造成的对喷油器总成的性能和稳定性的影响，提高了喷油器总成的稳定性；三是取消了传递机构的制造成本；
当喷油器喷射需要结束时，对电磁执行器1施加的电压被切断，电磁力F5消失，由于上弹簧2的预紧力F2的作用，衔铁3的密封锥面31被压紧到衔铁座4的锥孔面42上，斜通道43的泄压通道被封闭，高压燃油一路经过下节流孔52进入高压通道53，另一路高压燃油通过上节流孔44、下端进油腔46传递到竖直节流孔51也进入高压通道53中，此时高压通道53内的液体压强迅速上升，当上升到F4+F2＞F3时，油嘴针阀8被密封在油嘴阀体7的座面上，喷油器喷射关闭；喷射关闭延迟时间T2取决于流量比a、S1、S2、F4和上节流孔44的流量速度A3；相比较现有共轨喷油器中的阀组件的阀杆机械传递机构，在喷射需要结束时，高压燃油除了可通过下节流孔52进入高压通道53之外，还可以通过竖直节流孔51进入高压通道53，由此提高了高压通道53内燃油压强的提升速度，进而减少了达到喷射关闭所需要的F4+F2＞F3这个条件的时间，即减少了关闭延迟时间T2，进一步提高了响应速度；
本次发明提供的这种电控高压共轨喷油器，控制原理与现有技术不同，喷油嘴偶件无需机械驱动就能实现快速的启动和关闭，且能同时缩短开启延迟和关闭延迟的时间，结构巧妙，可实现喷射过程中同时减少开启延迟时间T1和关闭延迟时间T2，提高响应速度，提高喷油器工作稳定性，从而实现减少喷射持续期的效果，达到提高功率密度的目的，还能在幅度减少不完全燃烧产生的废气排放，节能环保。
同时喷油器的体积和重量都比现有结构的喷油器小，能满足现行高效节能环保、小型化、轻重化的柴油机的发展要求。
实施例2：与实施例1不同之处在于：柱面进油槽84沿轴向直线分布在导向段81和执行段83之间的柱面上。
本发明的实施方式很多，在此不逐一罗列，只要采取本发明等功能代换的一切方案均属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器，其特征是：包括电磁执行器(1)、上弹簧(2)、衔铁(3)、衔铁座(4)、阀座(5)，下弹簧(6)、油嘴阀体(7)、油嘴针阀(8)、紧帽(9)和喷油器本体(10)，在所述衔铁(3)上设有密封锥面(31)、吸铁体(32)、导向柱(33)和容油槽(34)，密封锥面(31)设置在吸铁体(32)与导向柱(33)之间，容油槽(34)设置在导向柱(33)上，且位于密封锥面(31)的下方；
在衔铁座(4)上设有座体进油孔(41)、锥孔面(42)、斜通道(43)、上节流孔(44)、导向孔(45)、下端进油腔(46)、回油孔(47)、回油腔(48)和衔铁座坑(49)，锥孔面(42)与导向孔(45)同轴设置，且锥孔面(42)设置在导向孔(45)的上端口，斜通道(43)的上端与导向孔(45)相通，在衔铁(3)处于自由状态下，斜通道(43)的上端与容油槽(34)相通，斜通道(43)的下端与下端进油腔(46)相通，回油孔(47)的上端与衔铁座坑(49)相通，回油孔(47)的下端与回油腔(48)相通，回油腔(48)设置在衔铁座(4)的下端面上，且与导向孔(45)相通，上节流孔(44)一端与座体进油孔(41)相通，上节流孔(44)另一端与下端进油腔(46)相通，衔铁(3)通过导向柱(33)套装在衔铁座(4)的导向孔(45)中，容油槽(34)与导向孔(45)之间形成上压力油腔(12)，衔铁(3)的密封锥面(31)密封地座落在衔铁座(4)的锥孔面(42)上，吸铁体(32)位于衔铁座坑(49)中；
在阀座(5)上设有竖直节流孔(51)，下节流孔(52)，高压通道(53)、中心腔(54)和阀座进油孔(55)，高压通道(53)下端与中心腔(54)相通，高压通道(53)的上端通过下节流孔(52)与阀座进油孔(55)相通，竖直节流孔(51)设置在高压通道(53)与下端进油腔(46)之间，阀座进油孔(55)与衔铁座(4)上的座体进油孔(41)对接；
在油嘴阀体(7)上设有偶件进油孔(71)、偶件高压腔(72)和阀针导向孔(73)，偶件高压腔(72)设置在阀针导向孔(73)的路径上，偶件进油孔(71)的上端与阀座进油孔(55)相对接，偶件进油孔(71)的下端与偶件高压腔(72)相通；所述油嘴针阀(8)包括导向段(81)、过渡段(82)、执行段(83)和柱面进油槽(84)，过渡段(82)设置在导向段(81)和执行段(83)之间，柱面进油槽(84)设置在导向段(81)和执行段(83)之间的柱面上，油嘴针阀(8)套装在油嘴阀体(7)的阀针导向孔(73)中，偶件高压腔(72)通过柱面进油槽(84)与偶件出油腔(13)相通；
在喷油器本体(10)上设有主进油孔(11)，电磁执行器(1)安装在喷油器本体(10)中，主进油孔(11)与衔铁座(4)上的座体进油孔(41)密封对接，电磁执行器(1)的下端与衔铁(3)的吸铁体(32)相对应；
油嘴针阀(8)和油嘴阀体(7)的结合体套装在紧帽(9)中，阀座(5)，衔铁座(4)和衔铁(3)依次放在油嘴阀体(7)的上端面上，确保主进油孔(11)、座体进油孔(41)、阀座进油孔(55)和偶件进油孔(71)共线设置，下弹簧(6)设置在中心腔(54)中并压迫油嘴针阀(8)的顶面，紧帽(9)的上端和喷油器本体(10)密封连接，上弹簧(2)设置在电磁执行器(1)与衔铁(3)之间。
2.根据权利要求1所述电液联控快速响应型高压共轨喷油器，其特征是：竖直节流孔(51)和下节流孔(52)在相同液体压力下的流量比为a：0.4＜a＜1。
3.根据权利要求1所述电液联控快速响应型高压共轨喷油器，其特征是：柱面进油槽(84)沿轴向直线分布在导向段(81)和执行段(83)之间的柱面上。
4.根据权利要求1所述电液联控快速响应型高压共轨喷油器，其特征是：柱面进油槽(84)按螺旋线分布在导向段(81)和执行段(83)之间的柱面上。
5.根据权利要求1所述电液联控快速响应型高压共轨喷油器，其特征是：在衔铁(3)的顶面设有弹簧座孔(35)，上弹簧(2)的下端置于弹簧座孔(35)内。
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