CN105971793B - 用于实现快速断油的电控高压喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于实现快速断油的电控高压喷油器，控制阀体(7b)中设置有主进油节流孔(7b1)和泄油通路。主进油节流孔(7b1)的一端与高压油通道(75b)连通，另一端与压力控制室(70)连通，用于向压力控制室(70)供油。泄油通路的一端与压力控制室(70)连通，另一端与控制阀体(7b)的启闭元件密封部连通，用于在启闭元件密封部解除密封时将压力控制室(70)中的油泄出。控制阀体(7b)中还设置有副进油节流孔(7b11)，副进油节流孔(7b11)的一端与泄油通路连通，另一端与高压油通道(75b)连通。通过本发明的电控高压喷油器，经合理匹配的孔径比，可以获得断油曲线陡降的理想喷油规律，有效抑制航空重油活塞发动机后燃，极大改善经济性与排放指标。

Description

用于实现快速断油的电控高压喷油器

技术领域

本发明涉及用于实现快速断油的电控高压喷油器，应用于航空重油活塞发动机电控高压燃油喷射系统。

背景技术

航空重油活塞发动机是未来航空的重要动力，尤其是通用航空和无人机的主要动力，是当今世界先进的航空发动机技术，具有良好的动力性、经济性、排放性、安全可靠性和健康特性。

电控高压燃油喷射系统是航空重油活塞发动机用于实现重油时间压力控制式喷射，优化燃烧与热力循环，获得良好动力性、经济性、舒适性和排放性指标的重要技术。电控高压喷油系统的燃油喷射压力通常大于20MPa，目前较先进的技术水平可达到180MPa～200MPa。其中，用于航空重油活塞发动机的高压燃油喷射系统的燃油喷射压力通常超过180MPa。燃油喷射压力越高，对电控高压燃油喷射系统的结构强度、部件精度、安装精度、密封性能、运动稳定性与精确性等的要求也越高。电控高压燃油喷射系统通常包括全权限发动机数字式电子控制器(FADEC)、电控高压油泵、蓄压器、电控高压喷油器这四个主要部分。

电控高压喷油器的功能是接受FADEC的指令，将容纳高压燃料的蓄压器中的燃料，定时、定量以给定的喷油规律，喷射到航空重油活塞发动机的汽缸中。目前，理论与实践表明可靠的电磁控制式高压喷油器，接受FADEC信号并放大，产生的电磁力与弹簧力等耦合，控制高速电磁阀的运动行程，再经液力放大控制针阀行程，控制针阀的开闭时刻与时长，实现给定的喷油规律。

电控喷油器主要由三部分构成，其一是高速电磁阀装置，包括高速电磁铁、耦合弹簧、衔铁部件(包括衔铁、衔铁轴、衔铁轴导向、衔铁行程调整装置等)；其二是液力控制阀装置，主要包括设置有进油节流孔、泄压节流孔且带活动端压力控制室的控制阀，一端构成压力控制室活动端、另一端与喷射针阀刚性联动的、可灵活运动的控制活塞，控制泄压节流孔打开与关闭、并与衔铁轴联动的启闭元件，构成控制阀高压燃油区密封的密封面及装置；其三是喷油针阀偶件。

当FADEC对电磁铁通电时，产生的电磁力使衔铁克服耦合弹簧力吸合上行，衔铁迫使衔铁轴带动启闭元件打开压力控制室的泄压节流孔，泄压至作用在构成压力控制室的活动端的控制活塞头部的液压力小于喷射针阀上的燃料背压时，控制活塞联同喷射针阀上行打开喷孔喷出燃料；反之，对电磁铁断电消磁后，耦合弹簧力推动衔铁轴，强迫启闭元件关闭压力控制室的泄压节流孔，压力控制室的进油节流孔不断充量至作用在控制活塞头部的液压力大于喷射针阀上的燃料背压时，控制活塞迫使喷射针阀下行关闭喷孔，停止喷射。通过如此往复动作，经优化匹配，在FADEC控制下实现将蓄压器内的燃料定时、定量以理想的喷油规律喷射到航空重油活塞发动机的汽缸中。

如上所述，当泄压节流孔打开泄压时，在预设的最大静态压力控制室容积下，泄压节流孔与进油节流孔之间的流量差决定了喷射针阀开启的速度，为满足航空重油活塞发动机较理想的放热规律，这个流量差有一个狭窄的适配区域；当泄压节流孔被关闭时，在预设的最小静态压力控制室容积下，进油节流孔的流量大小决定了喷射针阀关闭的速度，关闭断油速度越快，越能有效缩短航空重油活塞发动机燃烧过程的后燃。后燃是在缓燃阶段没有来得及完全燃烧的燃油在膨胀冲程中继续燃烧，容易产生碳烟及有害排放，造成经济性恶化，因而，理想的燃烧规律总是希望缩短后燃。

发明内容

本发明的目的在于：在不增大或基本不增大泄压损失，不改变喷射针阀开启速度的前提下，实现快速断油来满足航空重油活塞发动机缩短后燃的要求。

为此，本发明可以采用、但不限于下述方案。

一种电控高压喷油器，其包括喷油器体和设置在所述喷油器体内的、用于控制喷射针阀的运动的液力控制阀，所述液力控制阀的控制阀体中设置有主进油节流孔和泄油通路，所述主进油节流孔的一端与高压油通道连通，所述主进油节流孔的另一端与所述液力控制阀的压力控制室连通，用于向所述压力控制室供油，所述泄油通路的一端与所述压力控制室连通，所述泄油通路的另一端与所述控制阀体的启闭元件密封部连通，用于在所述启闭元件密封部解除密封时将所述压力控制室中的油泄出，其中，所述控制阀体中还设置有副进油节流孔，所述副进油节流孔的一端与所述泄油通路连通，所述副进油节流孔的另一端与所述高压油通道连通。

优选地，所述泄油通路包括泄油节流孔和位于所述泄油节流孔与所述启闭元件密封部之间的过渡通道，所述副进油节流孔的所述一端连接到所述过渡通道。

优选地，所述过渡通道的横截面尺寸大于所述泄油节流孔的最小横截面尺寸。

优选地，所述泄油通路包括泄油节流孔，所述泄油节流孔包括小径部和位于所述小径部与所述压力控制室之间的大径部，所述副进油节流孔的所述一端连接到所述大径部。

优选地，所述主进油节流孔和所述副进油节流孔经由形成在所述控制阀体的轴向一端面的压力导入区与所述高压油通道连通。

优选地，所述压力导入区延伸成圆环状。

优选地，所述电控高压喷油器还包括与所述控制阀体的轴向一端面密封接触的控制活塞套，所述主进油节流孔和所述副进油节流孔经由形成在所述控制活塞套的轴向一端面的压力导入区与所述高压油通道连通。

优选地，所述压力导入区延伸成圆环状，所述高压油通道形成于所述控制活塞套。

优选地，设置有一个或多个所述主进油节流孔，并且设置有一个或多个所述副进油节流孔。

优选地，所述电控高压喷油器还包括控制活塞，所述控制活塞的头部构成所述压力控制室的变化端，所述控制活塞的尾端与所述喷射针阀的尾部刚性触止而实现联动。

在本发明的上述电控高压喷油器中，在所述启闭元件密封部被密封时，来自形成于控制活塞套的所述高压油通道的油经由所述主进油节流孔以及经由所述副进油节流孔和所述泄油通路被供给到所述压力控制室中，这样，通过副进油节流孔的设置，可以使油以大流量快速地进入到压力控制室中，从而可以实现快速断油，也就是使喷射针阀快速关闭喷孔。

在本发明的上述电控高压喷油器中，在所述启闭元件密封部解除密封时，来自所述高压油通道的油经由所述主进油节流孔被供给到所述压力控制室中，并经由所述副进油节流孔和所述泄油通路泄出，同时，所述压力控制室中的油经由所述泄油通路泄出，由于来自形成于控制活塞套的高压油通道的油全部经由泄油通路泄出，因而副进油节流孔的设置对于泄油(压力控制室中的压降)没有影响或影响很小。

通过本发明的电控高压喷油器，经合理匹配的孔径比，可以获得断油曲线陡降的理想喷油规律，有效抑制航空重油活塞发动机后燃，极大改善经济性与排放指标。

附图说明

图1是本发明的电控高压喷油器的第一实施例的示意性局部截面图。

图2是图1的要部放大图。

图3是本发明的电控高压喷油器的喷油规律对比图。

图4是本发明的电控高压喷油器的第二实施例的示意性局部截面图。

图5示出了该电控高压喷油器的控制阀体的下端面的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行进一步的说明。然而，应当理解，这些说明仅是示例性的，不用于限制本发明的范围。

为了更详细地说明本发明，参照附图进行说明。图1是本发明的电控高压喷油器的第一实施例的示意性截面图，图2是图1的要部放大图。

在本申请中，将电控高压喷油器1的电磁铁10侧(图1和图2的上侧)称为上侧，将喷孔16侧(图1和图2的下侧)称为下侧，然而，这仅是为了便于说明而进行的定义，并不表示本申请的电控高压喷油器1的真实安装方向。

参照图1以及图2，电控高压喷油器1具有：喷油器体5、喷射针阀62、针阀体61、控制活塞72a、控制阀体7b(控制阀体7b中设置有主进油节流孔7b1、副进油节流孔7b11、泄油节流孔7b2、压力导入区7b3、过渡通道7bc)、启闭元件7c、控制阀锁紧装置8、电磁铁运动传递装置9、电磁铁10、针阀偶件锁紧装置11。

进油及回油过程：如图1所示，未示出的蓄压器内的高压油经进油接头座12进入主供油通道13，流入针阀体61的集油槽14，针阀62与针阀体61形成密封部15，针阀62在针阀体61内可上下滑动，集油槽14与密封部15背面相通，针阀62开启向上运动时，高压油通过密封部15经喷孔16喷到航空重油活塞发动机的汽缸的燃烧室内；泄漏燃油经喷油器体5上的回流通道17a回到油箱，进入电磁铁运动传递装置室18的泄漏燃油，经喷油器体5上的回流通道17b回到油箱。

喷射控制过程：参照图1以及图2，能自由滑动的控制活塞72a的下端部与针阀62的尾部刚性触止而实现联动，控制活塞72a的上端部构成压力控制室70的变化端；控制阀体7b内置有泄油节流孔7b2及位于启闭元件密封部与泄油节流孔7b2之间的过渡通道7bc，控制阀体7b的下端内置了主进油节流孔7b1及压力导入区7b3，泄油节流孔7b2及主进油节流孔7b1分别与压力控制室70导通，主进油节流孔7b1的另一端与压力导入区7b3导通，同时，控制阀体7b内置了副进油节流孔7b11，副进油节流孔7b11的一端与过渡通道7bc导通，另一端与压力导入区7b3导通。

将压力控制室70与控制阀体7b的与启闭元件7c接触的启闭元件密封部(密封面)之间的油通路称为泄油通路。该泄油通路包括与启闭元件密封部(密封面)连通的过渡通道7bc和与压力控制室70连通的泄油节流孔7b2。过渡通道7bc的横截面尺寸优选大于泄油节流孔7b2的最小横截面尺寸。

经进油接头座12的高压油，通过喷油器体5上的高压油分支通道75a，穿过控制活塞套71a中的高压油通道75b，进入控制阀体7b上的压力导入区7b3，泄油节流孔7b2由启闭元件7c通过电磁铁运动传递装置9被密封，压力导入区7b3内的高压油分两路进入压力控制室70，一路由主进油节流孔7b1直接进入，另一路由副进油节流孔7b11穿过泄油节流孔7b2进入。

通过向电磁铁10供给驱动信号，电磁铁运动传递装置9克服弹簧19的作用力而向上升起，导致启闭元件7c离开启闭元件密封部，通过泄油节流孔7b2将压力控制室70的压力释放到燃料回流路，压力控制室70内压力降低，此时，压力导入区7b3的高压油通过副进油节流孔7b11也向燃料回流路释放，对压力控制室70内的压降速度影响较小。若通过对电磁铁10消磁，在弹簧19的作用下电磁铁运动传递装置9推动启闭元件7c重新落座密封，压力导入区7b3内高压油经主进油节流孔7b1和副进油节流孔7b11同时向压力控制室70充量，压力升高极快。

由于控制活塞72a的下端部与针阀62刚性触止，压力控制室70内的压力降低且针阀62的背压大于压力控制室70内的压力时，针阀62离开密封部15向上运动，高压油通过密封部15经喷孔16喷到航空重油活塞发动机的汽缸的燃烧室内；反之，压力控制室70内的压力增大时，控制活塞72a的上端部压力大于针阀62的背压，控制活塞72a下行推动针阀62落座密封，喷孔16停止喷射。

图3是本发明的电控高压喷油器的喷油规律对比图。图3中的横轴表示时间t，纵轴表示单位时间的喷油量dQ/dt。图中的实线示出了仅具有单个进油节流孔的电控高压喷油器的喷油规律曲线，虚线示出了根据本发明的具有主、副进油节流孔的电控高压喷油器的喷油规律曲线。

如图3所示，通过副进油节流孔7b11在启闭元件7c处于密封和打开时的流向转变，经合理的匹配能够实现针阀的快速落座，使喷油规律下降端的斜率偏向陡降方向。也就是，本发明的具有主、副进油节流孔的电控高压喷油器可以实现针阀62的快速落座密封，进而实现快速断油(即，快速停止燃油喷射)。

下面参照图4和图5来说明本发明的第二实施例。在图4和图5中，对于与第一实施例相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于副进油节流孔7b11和泄油节流孔7b2的位置关系与第一实施例中的不同。

泄油通路包括与启闭元件密封部(密封面)连接的过渡通道7bc和位于该过渡通道7bc与压力控制室70之间的泄油节流孔7b2。泄油节流孔7b2包括与过渡通道7bc连接的小径部7b21和位于该小径部7b21与压力控制室70之间的大径部7b22。大径部7b22的横截面尺寸大于小径部7b21的横截面尺寸。

在本实施例中，副进油节流孔7b11的一端连通到压力导入区7b3，另一端连通到大径部7b22。这样，在压力控制室70泄油时，来自大径部7b22的油和来自副进油节流孔7b11的油均经过泄油节流孔7b2的小径部7b21流出，因而与未设置副进油节流孔7b11相比，对压力控制室70内的压降速度几乎没有影响。在通过对电磁铁10消磁，在弹簧19的作用下电磁铁运动传递装置9推动启闭元件7c重新落座密封时，压力导入区7b3内高压油经主进油节流孔7b1和副进油节流孔7b11(和泄油节流孔7b2的大径部7b22)同时向压力控制室70充量，压力升高极快。

图5示出了根据本发明的第二实施例的电控高压喷油器的控制阀体7b的下端面的示意图。压力导入区7b3可以延伸为弧形，其一端7b31与高压油通道75b和主进油节流孔7b1连接，另一端7b32与副进油节流孔7b11连接。当然，压力导入区7b3的形状和延伸过的角度可以适当改变。特别地，压力导入区7b3可以形成为圆环状(即，延伸过360度)，这样可以使控制阀体7b的结构对称性更好。

本发明的第二实施例可以获得与第一实施例类似的效果。

本发明不限于上述实施例，本领域技术人员在本发明的教导下，可以对本发明的上述实施例作出各种改变和变型，而不脱离本发明的范围。

(1)在上述实施例中，压力导入区形成于控制阀体7b的轴向一端面，这样可以简化压力导入区的加工。然而，本发明不限于此，压力导入区还可以形成于控制活塞套71a的与控制阀体7b相对的轴向端面，这样可以实现类似的效果。可选地，还可以在控制阀体7b和控制活塞套71a两者的彼此相对的端面共同地形成压力导入区。

(2)上面说明了只设置一个主进油节流孔和一个副进油节流孔的情况，然而，还可以设置多个主节油节流孔和/或多个副进油节流孔。

工业实用性

根据本发明的电控高压喷油器，能够实现快速断油，实现理想的喷油规律，有效抑制航空重油活塞发动机后燃，改善航空重油活塞发动机的经济性与排放指标。

Claims (8)

1.一种电控高压喷油器，其包括喷油器体和设置在所述喷油器体内的、用于控制喷射针阀的运动的液力控制阀，所述液力控制阀的控制阀体中设置有主进油节流孔和泄油通路，

所述主进油节流孔的一端与高压油通道连通，所述主进油节流孔的另一端与所述液力控制阀的压力控制室连通，用于向所述压力控制室供油，

所述泄油通路的一端与所述压力控制室连通，所述泄油通路的另一端与所述控制阀体的启闭元件密封部连通，用于在所述启闭元件密封部解除密封时将所述压力控制室中的油泄出，

其特征在于，

所述控制阀体中还设置有副进油节流孔，所述副进油节流孔的一端与所述泄油通路连通，所述副进油节流孔的另一端与所述高压油通道连通，

所述主进油节流孔和所述副进油节流孔经由形成在所述控制阀体的轴向一端面的压力导入区与所述高压油通道连通，或者，所述电控高压喷油器还包括与所述控制阀体的轴向一端面密封接触的控制活塞套，所述主进油节流孔和所述副进油节流孔经由形成在所述控制活塞套的轴向一端面的压力导入区与所述高压油通道连通，

所述压力导入区延伸为弧形，其一端与所述高压油通道和所述主进油节流孔连接，另一端与所述副进油节流孔连接。

2.根据权利要求1所述的电控高压喷油器，其特征在于，

所述泄油通路包括泄油节流孔和位于所述泄油节流孔与所述启闭元件密封部之间的过渡通道，

所述副进油节流孔的所述一端连接到所述过渡通道。

3.根据权利要求2所述的电控高压喷油器，其特征在于，

所述过渡通道的横截面尺寸大于所述泄油节流孔的最小横截面尺寸。

4.根据权利要求1所述的电控高压喷油器，其特征在于，

所述泄油通路包括泄油节流孔，所述泄油节流孔包括小径部和位于所述小径部与所述压力控制室之间的大径部，

所述副进油节流孔的所述一端连接到所述大径部。

5.根据权利要求1所述的电控高压喷油器，其特征在于，

所述压力导入区延伸成圆环状。

6.根据权利要求1所述的电控高压喷油器，其特征在于，

所述高压油通道形成于所述控制活塞套。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于，

设置有一个或多个所述主进油节流孔，并且

设置有一个或多个所述副进油节流孔。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于，

所述电控高压喷油器还包括控制活塞，所述控制活塞的头部构成所述压力控制室的变化端，所述控制活塞的尾端与所述喷射针阀的尾部刚性触止而实现联动。