CN107035591A - 一种高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，包括衔铁、定距套、压紧弹簧、轴套、中间块、控制套和针阀。针阀及控制套与中间块形成液压控制腔，中间块的导向杆套设有轴套，轴套上端套设有定距套，定距套与轴套第二台阶面限位配合，轴套下端套设有压紧弹簧，通过压紧弹簧使轴套下端与导向杆密封。控制套上开设有与液压控制腔连通的第一进油孔，中间块上开设有液压控制腔连通的轴向出油孔，轴向出油孔的上端与导向杆上的径向出油孔连通，径向出油孔与导向杆的环槽连通。本发明能够满足超高喷射压力、大流量和多种燃油使用的要求，具有高可靠性、高响应、易加工的特点。

Description

一种高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，更具体地说涉及一种高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀。

背景技术

随着排放法规的日益严格和市场竞争的日益加剧，用户对排放性、经济性、可靠性等指标要求越来越高。而对燃油系统来说，电控高压共轨燃油系统已成为必然选择。为了满足这些要求，近年来高压共轨系统的喷射压力和响应速度要求不断提高。喷射压力和响应要求的提高，给系统的密封性、可靠性、可制造性带来了新的问题。

现有的高压共轨喷油器一般采用球阀、平面阀等方式控制电控喷油器的喷油特性。随着喷射压力的不断提高，对弹簧的预紧力和电磁力要求越来越大。这导致了对密封面的冲击应力也越来越大，密封可靠性不断下降；响应越来越慢，不能满足多次喷射需求。同时，电磁力的不断增加，也给电磁阀的设计带来了新的问题。

另一方面，越来越多的大型船用柴油机希望采用高压共轨系统，这类喷油器喷油量很大，目前的电控喷油器结构不能满足大流量、HFO燃油品质、高喷射压力、高可靠性的使用需求。喷射压力的不断提高，对零部件的加工制造精度，特别是控制阀密封面的加工精度要求提出了更高的要求，国内现有的加工制造水平满足不了该要求，制约了我国大功率高压共轨系统的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其能够满足超高喷射压力、大流量和多种燃油使用的要求，具有高可靠性、高响应、易加工的特点。

本发明所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，包括衔铁、定距套、压紧弹簧、调节套、轴套、中间块、控制套和针阀。针阀的上端部安装控制套内，控制套下部安装有针阀弹簧，针阀弹簧套在针阀中部；针阀、控制套及针阀弹簧三者一并安装在针阀体内；针阀体上端面及控制套上端面与所述中间块下端面配合，通过针阀弹簧的弹力使控制套上端面紧压在中间块下端面，使针阀、控制套和中间块之间形成液压控制腔；中间块的上端面与器体的下端面配合，通过罩帽与器体螺纹锁紧而实现密封。

所述中间块的上端中部设置有导向杆，导向杆的上端部套设有轴套，导向杆的上端部与轴套内的中孔滑动配合，轴套呈上端小下端大的台阶轴形，轴套上端外侧套设有定距套，定距套的下端面与轴套上端的第二台阶面限位配合；轴套下端的外侧套设有压紧弹簧，压紧弹簧的下端抵压在轴套下端的第一台阶面上，压紧弹簧的上端抵压在定距套的下端面，使轴套的下端与导向杆密闭配合；轴套的上端面与衔铁固定连接，衔铁与位于衔铁上方的电磁阀配合。在中间块上开设有高压油道，该高压油道将器体中的油道与针阀体内腔连通，在控制套上开设有第一进油孔，第一进油孔与所述液压控制腔连通，在中间块的中部开设有轴向出油孔，轴向出油孔的下端与液压控制腔连通，轴向出油孔的上端与开设在导向杆上的径向出油孔连通，径向出油孔与设在导向杆外表面的环槽连通。

进一步，所述液压控制腔由设在控制套上表面的沉槽、针阀的上表面及中间块的下端面相互配合形成，控制套的上表面为与中间块下端面配合的密封面。由于采用上述结构，可以将沉槽设计成大直径、小深度的结构，保证了液压控制腔容积增量较小，满足系统的响应速度要求。同时当喷油期间控制腔压力降低以后，作用在轴套上的压紧力将迅速增加，有利于提高密封的可靠性，而且系统液压力越高，密封可靠性就越好。

进一步，所述导向杆的下端部设置有第一密封锥面，轴套的下端内表面设有与第一密封锥面相配合的第二密封锥面，通过第一密封锥面与第二密封锥面的配合实现了轴套的下端与导向杆的密闭配合。中间块和轴套的密封锥面匹配设计，轴套在静态条件下将不再受液压力的作用。一方面，可降低现有高压共轨系统精密加工精度要求（液压力的消除，可降低弹簧预紧力），另一方面，系统喷射压力的提高，不会对精密加工提出更高的要求，也不会对轴套密封可靠性产生影响，更适合超高压共轨系统的设计需求；同时，在保证密封可靠性的基础上，采用大密封直径小升程设计，可满足大喷油流量和高响应使用要求。

进一步，在轴套上开设有轴向通气孔，该轴向通气孔与所述中孔连通，消除了轴套上下运动时产生的气阻。

进一步，所述第一进油孔由径向进油孔和轴向进油孔组成，轴向进油孔的孔径小于径向进油孔的孔径，轴向进油孔下端与径向进油孔连通，轴向进油孔上端与液压控制腔连通。轴向进油孔实现了对进油量的控制。

进一步，所述压紧弹簧的上端连接有调节垫片，通过调节垫片抵压在所述定距套的下端面。

进一步，所述压紧弹簧的外侧套设有调节套，调节套的下端与中间块的上端面配合，调节套的上端与定距套的下端面配合。

本发明所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，由于具有上述结构，将进油孔设在控制套上，将出油孔设在中间块的导向杆上，实现了进油孔和出油孔的分体式结构设计，降低了加工要求，降低生产成本。采用轴套控制行程，弹簧下置设计，有效增加了衔铁磁极面积，极大提高了系统的响应速度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中控制套的结构示意图；

图3为本发明中中间块的结构示意图；

图4为本发明中轴套的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明进行详细阐述。

参见图1、图2和图3所示，该高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，包括衔铁1、定距套2、调节垫片3、压紧弹簧4、调节套5、轴套6、中间块7、控制套8、针阀9还有其他相关零件电磁阀14、器体13、罩帽12、针阀体11、针阀弹簧10。

针阀9的上端部安装控制套8内，控制套8下部安装有针阀弹簧10，针阀弹簧10套在针阀9中部，针阀9、控制套8及针阀弹簧10三者一并安装在所述针阀体11内。针阀体11上端面及控制套8上端面与所述中间块7下端面配合，通过针阀弹簧10的弹力使控制套8上端面紧压在中间块7下端面，在控制套8上表面的沉槽801，使针阀9、控制套8和中间块7之间形成液压控制腔。控制套8的上表面为与中间块7下端面配合的密封面802。中间块7的上端面与器体13的下端面配合，并通过罩帽12与器体13螺纹锁紧实现密封。

所述中间块7的上端中部设置有导向杆701，导向杆701的上端部套设有轴套6，导向杆701的上端部与轴套内的中孔607滑动配合，在轴套上开设有轴向通气孔603，该轴向通气孔603与中孔607连通。轴套6呈上端小下端大的台阶轴形，轴套6上端外侧套设有定距套2，定距套2的下端面与轴套上端的第二台阶面602限位配合。轴套下端的外侧套设有压紧弹簧4，压紧弹簧4的下端抵压在轴套下端的第一台阶面604上，压紧弹簧4的上端连接有调节垫片3，调节垫片3抵压在所述定距套2的下端面。导向杆701的下端部设置有第一密封锥面706，轴套6的下端内表面设有与第一密封锥面706相配合的第二密封锥面606，通过压紧弹簧4的弹力使第一密封锥面706和第二密封锥面606密闭贴合。压紧弹簧4的外侧套设有调节套5，调节套5的下端与中间块7的上端面配合，调节套5的上端与定距套2的下端面配合。轴套6的上端面与衔铁1固定连接，电磁阀14的下表面与定距套2上表面配合。

在中间块7上开设有高压油道703，该高压油道703将器体中的油道与针阀体内腔连通，在控制套上开设有径向进油孔804和轴向进油孔803，轴向进油孔的孔径小于径向进油孔804孔径，轴向进油孔下端与径向进油孔804连通，轴向进油孔上端与液压控制腔连通。在中间块7的中部开设有轴向出油孔704，轴向出油孔704的下端与液压控制腔连通，轴向出油孔704的上端与开设在导向杆上的径向出油孔705连接，径向出油孔705与开设在导向杆上的环槽702连通。

本发明所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀的工作原理如下：

初始状态：

针阀9在针阀弹簧10的作用下位于下止点，轴套6在压紧弹簧4的作用下也位于下止点。高压燃油通过器体13和中间块7的高压油道703进入针阀体内腔，然后通过控制套8的径向进油孔804、轴向进油孔803进入轴套8顶部液压控制腔。由于针阀9除下部密封直径外，均在高压燃油中，因此仅增加针阀9下部密封直径面积的向下的液压力作用。高压燃油通过中间块7的轴向出油孔704和径向出油孔705后到达环槽702。控制阀中间块的第一密封锥面与轴套的第二密封锥面匹配设计，可在静态条件下消除液压力对轴套的作用，因此轴套不承受液压力作用，仅承受压紧弹簧4的弹簧力而保持在下止点。

喷油状态：

当ECU发出喷油指令，电磁阀14通电产生电磁力，衔铁1受到向上的电磁力。由于衔铁1与轴套6固定连接在一起（如焊接方式），因此轴套6也受到向上的电磁力作用。当电磁力超过压紧弹簧4的弹力时，轴套6开始上行，第一密封锥面706和第二密封锥面606不再密闭贴合。轴套6的环槽702内的高压燃油从第一密封锥面706、径向出油孔705、轴向出油孔704和液压控制腔中快速泄出，液压控制腔内的液压力快速降低。液压控制腔液压力的快速降低导致针阀9向下的液压力剧烈降低，而针阀9向上的液压力未改变，因此针阀9受到向上的综合液压力。当针阀9向上的液压力大于针阀弹簧的预紧力时，针阀开启，开始喷油。

停油状态：

当ECU发出停油指令，电磁阀断电，电磁力消失，衔铁1和轴套6在压紧弹簧4的弹簧力作用下下行，第一密封锥面706和第二密封锥面606密闭贴合，切断出油。环槽702、径向出油孔705、轴向出油孔704和液压控制腔的液压力快速上升。当液压力达到一定值，针阀9向下液压力和弹簧力大于向上液压力时，针阀9开始下行，并切断喷油，喷油停止。

Claims (7)

1.一种高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，包括衔铁（1）、定距套（2）、压紧弹簧（4）、调节套（5）、轴套（6）、中间块（7）、控制套（8）和针阀（9），其特征在于：

针阀的上端部安装控制套内，控制套下部安装有针阀弹簧（10），针阀弹簧套在针阀中部；针阀、控制套及针阀弹簧三者一并安装在针阀体（11）内；针阀体上端面及控制套上端面与所述中间块下端面配合，通过针阀弹簧的弹力使控制套上端面紧压在中间块下端面，使针阀（9）、控制套（8）和中间块（7）之间形成液压控制腔；中间块的上端面与器体（13）的下端面配合，通过罩帽（12）与器体螺纹锁紧而实现密封；

所述中间块的上端中部设置有导向杆（701），导向杆的上端部套设有轴套（6），导向杆的上端部与轴套内的中孔（607）滑动配合，轴套呈上端小下端大的台阶轴形，轴套上端外侧套设有定距套（2），定距套的下端面与轴套上端的第二台阶面（602）限位配合；轴套下端的外侧套设有压紧弹簧（4），压紧弹簧的下端抵压在轴套下端的第一台阶面（604）上，压紧弹簧的上端抵压在定距套的下端面，使轴套的下端与导向杆密闭配合；轴套的上端面与衔铁（1）固定连接，衔铁与位于衔铁上方的电磁阀（14）配合；

在中间块上开设有高压油道（703），该高压油道将器体中的油道与针阀体内腔连通，在控制套上开设有第一进油孔，第一进油孔与所述液压控制腔连通，在中间块的中部开设有轴向出油孔（704），轴向出油孔的下端与液压控制腔连通，轴向出油孔的上端与开设在导向杆上的径向出油孔（705）连通，径向出油孔与设在导向杆外表面的环槽（702）连通。

2.根据权利要求1所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其特征在于：所述液压控制腔由设在控制套（8）上表面的沉槽（801）、针阀（9）的上表面及中间块（7）的下端面相互配合形成，控制套的上表面为与中间块下端面配合的密封面（802）。

3.根据权利要求1所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其特征在于：所述导向杆（701）的下端部设置有第一密封锥面（706），轴套（6）的下端内表面设有与第一密封锥面相配合的第二密封锥面（606），通过第一密封锥面与第二密封锥面的配合实现了轴套的下端与导向杆的密闭配合。

4.根据权利要求1所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其特征在于：在轴套（6）上开设有轴向通气孔（603），该轴向通气孔与所述中孔（607）连通。

5.根据权利要求1所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其特征在于：所述第一进油孔由径向进油孔（804）和轴向进油孔（803）组成，轴向进油孔的孔径小于径向进油孔的孔径，轴向进油孔下端与径向进油孔连通，轴向进油孔上端与液压控制腔连通。

6.根据权利要求1所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其特征在于：所述压紧弹簧（4）的上端连接有调节垫片（3），通过调节垫片抵压在所述定距套（2）的下端面。

7.根据权利要求1所述高可靠性高响应的共轨喷油器用控制阀，其特征在于：所述压紧弹簧（4）的外侧套设有调节套（5），调节套的下端与中间块（7）的上端面配合，调节套的上端与定距套（2）的下端面配合。