CN112459941B - 直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，包括压电堆、喷油器体、整体针阀以及安装在喷油器体内腔中的密封销、导向块、定位套、垫块、杠杆、弹簧力调整垫片和回位弹簧；导向块、定位套和垫块固定在喷油器体内腔中，且自上而下顺序排列；导向块中设有第一内孔；密封销为工字件，其位于压电堆的下方，其中间部分插入导向块的第一内孔中；定位套内设矩形孔，杠杆位于其中且位于密封销的下方，杠杆的纵剖面包含三个支点c、d、e；杠杆与整体针阀连接，受到密封销向下的作用力后带动整体针阀上移；弹簧力调整垫片和回位弹簧套在整体针阀上。本发明的结构简单，有效解决了现有技术存在的长时间通电工作影响电子元件寿命的问题。

Description

直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器

技术领域

本发明属于柴油机电控共轨喷油系统技术领域，涉及一种直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器。

背景技术

柴油机共轨燃油喷射系统，是由电子计算机控制的智能化燃油喷射系统，是柴油机达到国五和国六排放标准的唯一选择。

目前由于柴油机喷射压力在180～220MPa之间，作用在油嘴针阀上的液压力很大，同时压电堆伸缩量很小，在0.04～0.06之间，而油嘴升程在0.2～0.3之间，所以必须将压电堆升程放大。过去柴油机采用伺服控制方法下的压电晶体控制的共轨喷油器，压电堆通过一个先导阀，来间接控制喷油嘴开启和关闭，但是通过伺服阀，针阀开启和关闭速度较慢，影响供油速率，从而影响柴油机排放指标，并且采用先导阀，大量高压燃油(约总油量20％以上)经偶件间隙和出油节流孔，流入低压腔，造成能量损失，系统发热。此外，压电晶体控制的共轨喷油器结构复杂，加工难，且供油曲线随供油压力变化，喷油器调整困难。

因此近几年来，国外都在发展压电堆直接控制喷油嘴开关的共轨喷油器(下述简称压电直控喷油器)来改进柴油机共轨燃油喷射系统，且美国德尔福公司和德国大陆公司已经大批生产了该设备。

在美国德尔福公司压电直控喷油器中，其在油嘴上端设置一个小活塞，压电堆通电后，直接将小活塞向下移动，压在下方高压容腔的高压燃油之上，高压燃油再将油嘴的整体针阀的锥面，压在阀座的锥面上，使得油嘴不喷油。

当压电堆断电时，压电堆回缩，使小活塞上升，高压容腔体积增加，整体针阀在整体针阀底下的高压燃油作用下，将整体针阀抬起，压在高压燃油上，油嘴开启，高压燃油经锥面间隙喷并通过喷孔喷到燃烧室中，整体针阀上升距离为压电堆升程乘上小活塞与整体针阀导向直径的面积之比。压电直控喷油器的断电喷油、通电停油工作方式与一般压电喷油器通电喷油、断电停油的工作方式相反，由于压电堆工作电压在150伏以上，长时间通电工作对电子元件寿命有很大影响，因此需要研究新的技术来解决该问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，包括压电堆、喷油器体、整体针阀和阀座，还包括安装在喷油器体内腔中的密封销、导向块、定位套、垫块、杠杆、弹簧力调整垫片和回位弹簧；

导向块、定位套和垫块固定在喷油器体内腔中，且自上而下顺序排列；导向块中设有第一内孔，垫块中设有第二内孔；

密封销为工字件，其位于压电堆的下方，其中间部分插入导向块的第一内孔中，且长度大于导向块的第一内孔的深度；

定位套内设有一个矩形孔，定位套由定位销定位，杠杆从上向下的正投影是矩形，杠杆与定位套内的矩形孔成动配合；

杠杆位于导向块、定位套内的矩形孔和垫块所围成的空腔内，其纵剖面包含三个支点c、d、e，支点c和支点e位于上方，支点d位于下方，支点d在竖直方向的投影位于支点c和支点e之间；

杠杆上设有缺口；整体针阀竖直放置，其穿过垫块的第二内孔且位于垫块上方的部分为凹槽，杠杆的缺口插在整体针阀的凹槽内；

杠杆纵剖面的支点c顶着密封销，支点e顶着凹槽的上端面，支点d顶着垫块的上表面，杠杆和整体针阀的形状和结构满足：密封销向支点c施加向下的作用力时，杠杆能够绕支点d旋转，且旋转过程中支点e能够向凹槽的上端面7.2施加向上的作用力，进而带动整体针阀上移；支点c、d、e的位置用来调节杠杆与密封销及凹槽的上端面的距离，使在回位弹簧的作用下整体针阀的锥面在压电堆不通电时紧压在阀座的锥面上，油嘴不喷油；

弹簧力调整垫片和回位弹簧套在整体针阀上，弹簧力调整垫片位于垫块的下方，回位弹簧位于垫块和弹簧力调整垫片之间。

作为优选的技术方案：

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，压电堆的中心线与喷油器体的中心线不共轴，偏移一定距离M。

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，还包括压套；压电堆通过压套压在喷油器体上。

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，喷油器体内腔为中心油孔；喷油器体上设有与中心油孔连通的进油孔，以及与进油孔连通的油箱。

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，整体针阀与垫块的第二内孔之间的间隙大于0；整体针阀与杠杆的缺口之间的间隙大于0；密封销的中间部分与导向块的第一内孔之间为偶件配合，可以密封喷油器体内的高压燃油。

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，导向块中设有连通导向块上方空间和油箱的回油孔，少量从密封销和导向块的第一内孔间隙流出的燃油，可以经过回油孔回到油箱。

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，定位套的上表面和下表面、导向块的下表面和垫块的上表面都为高精度平面，以密封喷油器体内的高压燃油。

如上所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，阀座中设有第三内孔，整体针阀的下部插在第三内孔中，第三内孔分为上中下三段，上段与中心油孔连通且为三角截面，中段与整体针阀围成盛油槽，下段与整体针阀之间的间隙大于0。

本发明的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器的工作原理如下：

初始状态下，高压燃油从进油孔通到中心油孔，向上经过回位弹簧和杠杆上的缺口一直到杠杆上方，密封在喷油器体内，向下经过整体针阀三角截面处，到盛油槽一直到整体针阀的锥面和阀座的锥面上，作用在整体针阀上的液压力为

式中，D为整体针阀的锥面与阀座的锥面的密封直径，P为喷油器体内的高压燃油压力(此处为180～220MPa)，此时整体针阀的锥面压在阀座的锥面上，油嘴不喷油。

当压电堆开始通电时，压电堆伸长，压在密封销上，密封销顶在支点c上，使杠杆绕支点d向下转动，支点e作用在整体针阀的凹槽的上端面上，当作用在支点e向上的力超过

+弹簧力时，整体针阀的锥面离开阀座的锥面，油嘴开始喷油。

当压电堆开始断电时，压电堆回缩，密封销停止向杠杆施加压力，作用在支点e向上的力消失，整体针阀在回位弹簧的作用下向下移动，直到回复初始状态，此时整体针阀的锥面压在阀座的锥面上，油嘴不喷油，在此过程中整体针阀带动杠杆绕支点d向上旋转，使得杠杆和密封销复位。

注意为了加快整体针阀落座速度设计强有力的回位弹簧，同时整体针阀在保证刚度条件下，尽量减轻重量。

有益效果：

本发明不用活塞而是直接通过反向杠杆，将压电堆通电向下的运动变为整体针阀向上移动，从而使油嘴喷油，同时调整压电堆的中心线与喷油器体的中心线的偏心量M和调整杠杆纵剖面的三个支点c、d、e的相对位置，将杠杆比扩大到5～6左右，以使将压电堆升程从0.05～0.06放大到0.2～0.3，满足现代柴油机要求。

由于压电堆通电后作用力比较大，根据压电堆直径，压力大约在4000～10000牛左右，本发明的整体针阀与控制杆合二为一，使杠杆不通过小活塞直接提升整体针阀，同时整体针阀导向密封直径改为三角形，以使喷油器体内的高压燃油直接经过整体针阀三角形处间隙，通到整体针阀与阀座锥面处，整体针阀导向密封直径仅起导向作用，这简化了喷油器结构。

附图说明

图1为本发明的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器的结构示意图；

图2为图1的横截面示意图；

图3为图1的局部放大图；

图4为杠杆的主视图；

其中，1-压电堆，2-压套，3-喷油器体，4-导向块，5-定位套，6-杠杆，6.1-缺口，7-整体针阀，7.1-凹槽，7.2-凹槽的上端面，8-阀座，9-三角截面，10-阀座的锥面，11-整体针阀的锥面，12-盛油槽，13-中心油孔，14-弹簧力调整垫片，15-回位弹簧，16-垫块，17-进油孔，18-回油孔，19-密封销，20-定位销，M为压电堆的中心线与喷油器体的中心线的偏移距离，c、d、e为杠杆纵剖面的三个支点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，如图1所示，包括压电堆1、压套2、喷油器体3、整体针阀7(整体针阀的锥面11位于底部)、阀座8(阀座的锥面10位于底部)、密封销19、导向块4、定位套5、垫块16、杠杆6、弹簧力调整垫片14、回位弹簧15、定位销20；

压电堆1通过压套2压在喷油器体3上；压电堆1的中心线与喷油器体3的中心线不共轴，偏移一定距离M；

喷油器体3内腔为中心油孔13；喷油器体3上设有与中心油孔13连通的进油孔17，以及与进油孔17连通的油箱；

密封销19、导向块4、定位套5、垫块16、杠杆6、弹簧力调整垫片14和回位弹簧15安装在喷油器体3内腔中；

导向块4、定位套5和垫块16自上而下排列固定在喷油器体3内腔中；导向块4中设有第一内孔和连通导向块4上方空间和油箱的回油孔18；定位套5通过定位销20确定其在喷油器体3中的位置，其上表面和下表面都为高精度平面；垫块16中设有第二内孔；导向块4的下表面和垫块16的上表面都为高精度平面；

密封销19为工字件，其位于压电堆1的下方，其中中间部分插入导向块4的第一内孔中(两者之间为偶件配合)，且长度大于导向块4的第一内孔的深度；

定位套5内设有一个矩形孔，定位套5由定位销20定位，杠杆6从上向下的正投影是矩形，与定位套5内的矩形孔成动配合；

如图2～4所示，杠杆6位于导向块4、定位套5内的矩形孔和垫块16所围成的空腔内，其纵剖面包含三个支点c、d、e，支点c和支点e位于上方，支点d位于下方，支点d在竖直方向的投影位于支点c和支点e之间；

杠杆6上设有缺口6.1；整体针阀7竖直放置，其穿过垫块16的第二内孔，且位于垫块16上方的部分为凹槽7.1，杠杆的缺口6.1插在整体针阀的凹槽7.1内；其中整体针阀7与垫块16的第二内孔之间的间隙大于0；整体针阀7与杠杆6的缺口6.1之间的间隙大于0；

杠杆6纵剖面的支点c顶着密封销19，支点e顶着凹槽的上端面7.2，支点d顶着垫块16的上表面，杠杆6和整体针阀7的形状和结构满足：密封销19向支点c施加向下的作用力时，杠杆6能够绕支点d旋转，且旋转过程中支点e能够向凹槽的上端面7.2施加向上的作用力，进而带动整体针阀7上移；

如图1所示，弹簧力调整垫片14和回位弹簧15套在整体针阀7上，弹簧力调整垫片14位于垫块16的下方，回位弹簧15位于垫块16和弹簧力调整垫片14之间；

阀座8中设有第三内孔，整体针阀7的下部插在第三内孔中，第三内孔分为上中下三段，上段与中心油孔13连通且为三角截面9，中段与整体针阀7围成盛油槽12，下段与整体针阀7之间的间隙大于0。

本发明的一种直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，结构简单，不用活塞而是直接通过反向杠杆，将压电堆通电向下的运动变为整体针阀向上移动，从而使油嘴喷油，满足现代柴油机要求。

Claims (8)

1.直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，包括压电堆(1)、喷油器体(3)、整体针阀(7)和阀座(8)，其特征在于，还包括安装在喷油器体(3)内腔中的密封销(19)、导向块(4)、定位套(5)、垫块(16)、杠杆(6)、弹簧力调整垫片(14)和回位弹簧(15)；

导向块(4)、定位套(5)和垫块(16)固定在喷油器体(3)内腔中，且自上而下顺序排列；导向块(4)中设有第一内孔，垫块(16)中设有第二内孔；

密封销(19)为工字件，其位于压电堆(1)的下方，其中间部分插入导向块(4)的第一内孔中，且长度大于导向块(4)的第一内孔的深度；

定位套(5)内设有一个矩形孔，定位套(5)由定位销(20)定位，杠杆(6)从上向下的正投影是矩形，杠杆(6)与定位套(5)内的矩形孔成动配合；

杠杆(6)位于导向块(4)、定位套(5)内的矩形孔和垫块(16)所围成的空腔内，其纵剖面包含三个支点c、d、e，支点c和支点e位于上方，支点d位于下方，支点d在竖直方向的投影位于支点c和支点e之间；

杠杆(6)上设有缺口(6.1)；整体针阀(7)竖直放置，其穿过垫块(16)的第二内孔且位于垫块(16)上方的部分为凹槽(7.1)，杠杆的缺口(6.1)插在整体针阀的凹槽(7.1)内；

杠杆(6)纵剖面的支点c顶着密封销(19)，支点e顶着凹槽的上端面(7.2)，支点d顶着垫块(16)的上表面，杠杆(6)和整体针阀(7)的形状和结构满足：密封销(19)向支点c施加向下的作用力时，杠杆(6)能够绕支点d旋转，且旋转过程中支点e能够向凹槽的上端面(7.2)施加向上的作用力，进而带动整体针阀(7)上移；

弹簧力调整垫片(14)和回位弹簧(15)套在整体针阀(7)上，弹簧力调整垫片(14)位于垫块(16)的下方，回位弹簧(15)位于垫块(16)和弹簧力调整垫片(14)之间；

支点c、d、e的位置用来调节杠杆与密封销及凹槽的上端面的距离，使在回位弹簧的作用下整体针阀的锥面在压电堆不通电时紧压在阀座的锥面上，油嘴不喷油。

2.根据权利要求1所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，压电堆(1)的中心线与喷油器体(3)的中心线不共轴，偏移一定距离M。

3.根据权利要求1所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，还包括压套(2)；压电堆(1)通过压套(2)压在喷油器体(3)上。

4.根据权利要求1所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，喷油器体(3)内腔为中心油孔(13)；喷油器体(3)上设有与中心油孔(13)连通的进油孔(17)，以及与进油孔(17)连通的油箱。

5.根据权利要求4所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，整体针阀(7)与垫块(16)的第二内孔之间的间隙大于0；整体针阀(7)与杠杆(6)的缺口(6.1)之间的间隙大于0；密封销(19)的中间部分与导向块(4)的第一内孔之间为偶件配合。

6.根据权利要求5所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，导向块(4)中设有连通导向块(4)上方空间和油箱的回油孔(18)。

7.根据权利要求5所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，定位套(5)的上表面和下表面、导向块(4)的下表面和垫块(16)的上表面都为高精度平面。

8.根据权利要求4所述的直接控制喷油嘴开关的压电式共轨喷油器，其特征在于，阀座(8)中设有第三内孔，整体针阀(7)的下部插在第三内孔中，第三内孔分为上中下三段，上段与中心油孔(13)连通且为三角截面(9)，中段与整体针阀(7)围成盛油槽(12)，下段与整体针阀(7)之间的间隙大于0。

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