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CN102213166B - 一种高压共轨电控喷油器 - Google Patents

一种高压共轨电控喷油器 Download PDF

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CN102213166B CN 201010144322 CN201010144322A CN102213166B CN 102213166 B CN102213166 B CN 102213166B CN 201010144322 CN201010144322 CN 201010144322 CN 201010144322 A CN201010144322 A CN 201010144322A CN 102213166 B CN102213166 B CN 102213166B
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Abstract

本发明公开了一种高压共轨电控喷油器，包括高压进油端、控制柱塞、油针、针阀体密封座面和喷孔，高压进油端通过油管与共轨管连接，控制柱塞与针阀体密封座面之间形成有容积腔，油针的下部夹装于油针弹簧与针阀体密封座面之间，容积腔通过燃油通道、进油小孔与控制腔相连通，控制腔通过出油小孔与控制阀的过渡腔相连通，过渡腔与喷油器的回油管相连，电磁阀弹簧通过衔铁将球阀顶装在座面上的出油小孔，在衔铁的上方设置有电磁阀线圈，在高压共轨电控喷油器的下部设有针阀体，油针的下部卡接在针阀体上，针阀体和油针的外接触面都与竖直方向成倾斜设置。本发明的高压共轨电控喷油器，能够稳定控制小油量喷射，达到良好的节能减排及降低发动机噪声的效果。

Description

一种高压共轨电控喷油器
技术领域
本发明涉及一种高压共轨燃油喷射系统，特别涉及一种高压共轨电控喷油器。
背景技术
当今，汽车行业对排放性、经济性、可靠性的要求越来越高，为了提高柴油机性能，燃油喷射的高压化、精细化、灵巧化是燃油喷射系统的必然发展方向。高压共轨燃油喷射系统是当今柴油机燃油喷射系统的主要发展方向，而高压共轨电控喷油器是高压共轨燃油喷射系统的核心关键部件，决定了高压共轨燃油喷射系统的响应速度、喷油速率、可靠性等多项关键参数。
现有的高压共轨电控喷油器，有如图1所示的结构，喷油器1的高压进油端2通过油管与共轨管连接，高压燃油通过缝隙式滤芯3由高压进油端2通过油孔4到达容积腔5，容积腔5是在控制柱塞17与针阀体密封座面28之间形成的空腔，油针弹簧13的作用力将油针18关闭在针阀体密封座面28上，切断了通向喷孔29的燃油通道，容积腔5通过燃油通道40和进油小孔48与控制腔55相通。控制腔55通过出油小孔56与控制阀60的过渡腔59相通，过渡腔59与喷油器的回油管相接，出油小孔56被顶装在座面8上的球阀9关闭。电磁阀弹簧14通过衔铁11将球阀9顶装在座面8上。容积腔5及控制腔55与轨压相通，油针弹簧13通过其预紧力和液压力将油针18顶装在针阀体密封座面28上，液压力与油针密封交线形成的面积和轨压成正比，控制柱塞17两端的液压力受力平衡。
喷油时，电磁阀线圈57加载约20A的驱动电流，电流激励在电磁阀的内磁极62、衔铁11和电磁阀的外磁极61之间产生电磁场，衔铁11与外磁极61及内磁极62之间的间隙约为0.1mm，电磁场产生电磁力，吸引衔铁11克服电磁阀弹簧14的弹簧力向磁极方向运动，衔铁11向上运动时，球阀9离开座面8将出油小孔56通向过渡腔59的油路打开，控制腔55内的燃油泻出，同时燃油通过进油小孔48进入控制腔55。如果进油小孔48与出油小孔56的直径相同，控制腔55进出油达到稳定状态后腔内压力约为轨压的50％，控制腔55内压力降低，控制柱塞17两端的压力不再平衡并产生拉力F作用在油针18上，当拉力F大于油针弹簧13预紧力与针阀体密封座面28处的液压力合力后，拉力F使油针18从针阀体密封座面28上抬起，将容积腔5通往喷孔29处的燃油通道打开并开始喷油。停止喷油时，通过接线端子58切断电磁阀12的电流，电磁力迅速下降，电磁阀弹簧14迫使衔铁11向下运动，球阀9将出油小孔56关闭，由进油小孔48进入的燃油使控制腔55内的油压上升，控制柱塞17两端再次达到液力平衡，油针弹簧13的作用力将油针18顶装在针阀体密封座面28并切断通向喷孔29的燃油通道，喷油结束。
图1中的高压共轨电控喷油器具有的油针-控制柱塞单元，仅依靠油针弹簧力和很小的液压力关闭油针结束喷油，液压力与针阀体密封座面下端的低压部分有关。为了实现小喷油量，需要油针开启缓慢、关闭迅速，而图1所示的高压共轨电控喷油器不具有开启缓慢、关闭迅速的特点。
专利号为US 7,188,788B2、授权公告日为2007年3月13日的美国专利公开了一种附带油针关闭装置的共轨喷油器，该关闭装置采用套筒和控制边缘实现压力的变化，在油针开启初期，燃油流通面积恒定不变是由两个圆柱间隙形成，随着升程的增加，越过控制边缘后燃油通道被打开，流通面积急剧增加。
为了达到更好的节能减排及降低噪音，需要燃油系统具有多次喷射的特点，其中小油量预喷射对降低排放很重要，小油量后喷对降低颗粒排放也很重要，喷油器开启缓慢及关闭迅速对保证小油量喷射至关重要。
发明内容
本发明的目的是公开一种高压共轨电控喷油器，以解决提升小油量喷射稳定性的技术问题。
为了实现以上目的，本发明公开了一种高压共轨电控喷油器，包括高压进油端、控制柱塞、油针、针阀体密封座面和喷孔，高压进油端通过油管与共轨管连接，控制柱塞与针阀体密封座面之间形成有容积腔，油针的下部夹装于油针弹簧与针阀体密封座面之间，容积腔通过燃油通道、进油小孔与控制腔相连通，控制腔通过出油小孔与控制阀的过渡腔相连通，过渡腔与喷油器的回油管相连，电磁阀弹簧通过衔铁将球阀顶装在座面上的出油小孔，在衔铁的上方设置有电磁阀线圈，在高压共轨电控喷油器的下部设有针阀体，油针的下部卡接在针阀体上，针阀体和油针的外接触面都与竖直方向成倾斜设置。
其中，针阀体和油针的外接触面与竖直方向的倾斜角度相同。
其中，针阀体的外接触面与竖直方向的倾斜角度为α，油针的外接触面与竖直方向的倾斜角度为β，α和β的角度范围为5至40度。
其中，α和β的角度取值为5、5.5、6、7.5、8、10或12度。
其中，针阀体紧邻设置于油针弹簧的下端。
其中，针阀体设置于高压共轨电控喷油器的下端，紧邻针阀体密封座面上方设置。
本发明的高压共轨电控喷油器，能够稳定控制小油量喷射，达到良好的节能减排及降低发动机噪声的效果。
附图说明
图1是现有的高压共轨电控喷油器的结构示意图；
图2是本发明的高压共轨电控喷油器实施例一的结构示意图；
图3是图2中圆圈部分的放大示意图；
图4是与图3相同原理设有垫片结构的放大示意图；
图5是本发明的高压共轨电控喷油器实施例二的结构示意图；
图6是本发明的高压共轨电控喷油器针阀升程与锥面间隙流通面积的函数曲线的示意图；
图7是本发明的高压共轨电控喷油器针阀升程与针阀体密封座面流通面积的函数曲线的示意图；
图8是本发明的高压共轨电控喷油器针阀升程与容积腔内的燃油压力的函数曲线的示意图；
图9是本发明的高压共轨电控喷油器针阀升程与油针关闭力的函数曲线的示意图。
结合附图在其上标记以下附图标记：
1-喷油器，2-高压进油端，3-缝隙式滤芯，4-油孔，5-容积腔，6-针阀体，8-座面，9-球阀，11-衔铁，12-电磁阀，13-油针弹簧，14-电磁阀弹簧，16-控制阀套，17-控制柱塞，18-油针，20-辅助结构，21-第一锥面，22-第二锥面，26-下游容积腔，27-上游容积腔，28-针阀体密封座面，29-喷孔，30-垫片，40-燃油通道，48-进油小孔，55-控制腔，56-出油小孔，57-电磁阀线圈，58-接线端子，59-过渡腔，60-控制阀，61-外磁极，62-内磁极。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1-9所示，公开了一种高压共轨电控喷油器，该高压共轨电控喷油器由电磁阀12驱动，油针18与控制柱塞17连接，控制柱塞17上套装有控制阀套16，油针弹簧13的作用力使油针18顶装在针阀体密封座面28上，油针18的下部卡接在针阀体6内，针阀体6和油针18的配合锥面都与竖直方向形成一定的倾斜角度，为了方便描述，将油针18和针阀体6的外接触面分别取名为第一锥面21、第二锥面22。
油针18的升程不同则两锥面21及22之间的间隙随之改变，当油针18顶装在针阀体密封座面28上时，该间隙为最小值，当油针18在最大升程时，该间隙为最大值。
如图2、3所示，燃油喷射的燃油通路的上游容积腔27、下游容积腔26之间存在压力差，上游容积腔27偏高的压力对油针18产生关闭力，下游容积腔26较小的压力则对油针18产生开启力，该力的大小同时与油针交线有关。以上关闭力、开启力两个力的差值使油针18开启速度降低而关闭速度增加。油针开启与关闭的速度同时与进油小孔直径、出油小孔直径、控制柱塞直径、油针弹簧力有关。
图2-4公开了油针关闭的辅助结构20的详细结构，针阀体6具有一个展开角度为2α的第二锥面22，油针18具有一个展开角度为2β的第一锥面21，角度α与β一般可以相同也可以不同，当油针18顶装在针阀体密封座面28上时，在锥面22及21之间存在间隙。当油针18开启并向上运动时，锥面22及21之间的间隙增加，一旦油针18脱离针阀体密封座面28，燃油由容积腔5流经针阀体密封座面28进入喷孔29，锥面22与21之间的间隙是燃油通路的最小流通截面积Fmin并形成了截流环节，造成了上游的容积腔5与针阀体密封座面28周边压力不同，该压力差产生了使油针18关闭的附加液压力，该液压力使油针18的开启速度降低，一旦油针18到达最大升程位置，锥面22及21之间的间隙变大，最小流通截面积Fmin急剧增加，减少了上游的容积腔5与针阀体密封座面28周边压力差。喷射结束时，油针18再次顶装针阀体密封座面28，锥面22及21之间的间隙变小并产生了较大的压力差，进而产生了辅助油针18关闭的附加液压力，加速油针18的关闭速度。油针关闭的辅助结构20降低了油针18的开启速度，增加了油针18的关闭速度。
在图4中，油针关闭的辅助结构20与油针18为分体结构，同时是油针弹簧13的弹簧座，辅助结构20与油针18的相对位置通过垫片30调整，采用垫片30可以灵活控制锥面21、22的初始间隙，进而实现喷油器喷射特性的优化。为了调整锥面22与21之间合适的间隙，首先在没有油针18的情况下测量辅助结构20与针阀体的相对位置“x”，此时辅助结构20与针阀体接触，两者之间的间隙为0，垫片30的厚度依据“测量值x+辅助结构20初始升程”选取。
图5公开了另外一种高压共轨电控喷油器，在该实施例中，辅助结构20与油针18为一体，第一锥面21、第二锥面22置于油针18与针阀体之间，油针18开启和关闭时，该辅助结构20使上游容积腔27与下游容积腔26之间存在压力差，该压力差辅助油针18开启速度下降，关闭速度增加。
图6显示了本发明的高压共轨电控喷油器针阀升程与锥面间隙流通面积的函数曲线，当油针顶装在针阀体密封座面时，针阀升程为0，燃油流通面积很小，当油针抬起时，燃油流通面积与锥面间隙呈线性关系。
图7显示了高压共轨电控喷油器针阀升程与针阀体密封座面流通面积的函数曲线，该曲线与喷孔固定的流通面积及针阀体密封座面流通面积有关。
图8显示了高压共轨电控喷油器针阀升程与容积腔内燃油压力的函数曲线，当油针关闭时，虽然流通面积小但由于无燃油流动，所以不存在压力差，当油针到达最大升程位置时，流通面积最大且燃油流速最大，在油针开启和关闭的过程中，燃油压力差下降达到最大。
图9显示了高压共轨电控喷油器针阀升程与油针关闭力的函数曲线。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压共轨电控喷油器，其特征在于，包括高压进油端、控制柱塞、油针、针阀体密封座面和喷孔，所述高压进油端通过油管与共轨管连接，所述控制柱塞与针阀体密封座面之间形成有容积腔，所述油针的下部夹装于油针弹簧与针阀体密封座面之间，所述容积腔通过燃油通道、进油小孔与控制腔相连通，所述控制腔通过出油小孔与控制阀的过渡腔相连通，过渡腔与喷油器的回油管相连，电磁阀弹簧通过衔铁将球阀顶装在座面上的出油小孔，在所述衔铁的上方设置有电磁阀线圈，在所述高压共轨电控喷油器的下部设有针阀体，所述油针的下部卡接在所述针阀体上，所述针阀体和油针的外接触面都与竖直方向成倾斜设置，所述油针的升程不同则所述针阀体和油针的外接触面之间的间隙随之改变，在燃油喷射的燃油通路上形成存在压力差的上游容积腔和下游容积腔，以产生使所述油针开启速度降低而关闭速度增加的附加液动力。
2.根据权利要求1所述的高压共轨电控喷油器，其特征在于，所述针阀体和油针的外接触面与竖直方向的倾斜角度相同。
3.根据权利要求1或2所述的高压共轨电控喷油器，其特征在于，所述针阀体的外接触面与竖直方向的倾斜角度为α，所述油针的外接触面与竖直方向的倾斜角度为β，所述α和β的角度范围为5至40度。
4.根据权利要求3所述的高压共轨电控喷油器，其特征在于，所述α和β的角度取值为5、5.5、6、7.5、8、10或12度。
5.根据权利要求1或2所述的高压共轨电控喷油器，其特征在于，所述针阀体紧邻设置于所述油针弹簧的下端。
6.根据权利要求1或2所述的高压共轨电控喷油器，其特征在于，所述针阀体设置于高压共轨电控喷油器的下端，紧邻所述针阀体密封座面上方设置。
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