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CN1789695A - 一种喷油嘴 - Google Patents

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Abstract

一种喷油嘴，属于发动机技术领域，包括腔体、油阀和喷嘴帽，当油腔中的燃油压力高于所定值时，油阀开启，燃油通过喷嘴帽喷出，油阀由阀体、阀座和弹簧组成，阀座的后端与腔体连接形成油腔，腔体设有进入油腔的入口通道，弹簧位于油腔内，并作用于阀体和阀座之间使油阀关闭，阀座的前端与喷嘴帽连接形成残余容积，喷嘴帽设有与残余容积连接的喷孔。本发明提出一种应用于电子燃油喷射系统的脉冲式燃油泵的全新燃油喷嘴结构。本发明喷油嘴具有结构简单、体型小、可灵活设定燃油喷射方向以及能使得座面免受燃烧室火焰侵害等的有益效果。

Description

一种喷油嘴
                          技术领域
本发明属于发动机技术领域，特别是一种应用于电子燃油喷射系统的脉冲式燃油泵的喷油嘴。
                          背景技术
中国专利申请CN1474910A提供的一种新型的进气道喷射，中国专利ZL01103954.X和美国专利US6422836B1提出的缸内直喷系统采用脉冲式电子燃油喷射装置作为其供油单元。上述的脉冲式电子燃油喷射装置由脉冲式油泵和喷油嘴两部分构成，形成一个泵喷嘴或者一个由高压油管连接的泵和喷嘴单元。这种应用于脉冲式油泵的喷嘴要求体积小，结构简单，能够比较方便地设定喷射方向，喷嘴的座面免受火焰的直接侵害。
上述脉冲式燃油喷射装置所普遍采用的是一种外开式轴针喷嘴。轴针喷嘴有两大类：一类是内开式的，即阀体开启的方向与喷射方向相反，例如，一些早期的预燃室式柴油机所用的喷嘴属于这一类；另一类是外开式的，即阀体的开启方向与喷射方向相同。相对于内开式轴针式喷嘴，外开式的结构要简单的多。但外开式轴针喷嘴显然存在以下缺点：第一，喷射雾锥的方向只能与油阀同轴，不可灵活改变；第二，油阀座面暴露于外界，影响使用寿命。由于这种外开式轴针喷嘴的喷射方向不能灵活设定，上述各种脉冲式泵喷嘴在应用上受到了极大的限制。例如，当脉冲式泵喷嘴应用于摩托车时，因喷射方向的限制使得进气道难以布置；在舷外机的应用上，因喷嘴的密封座面直接暴露于燃烧室的火焰之中会导致座面下沉等严重问题。
在现有技术中，多孔式喷嘴能够设定喷射方向并且座面可以免受火焰的直接侵害。多孔式喷嘴广泛应用于活塞式发动机的供油系统，它主要包括油阀和喷孔，其中油阀主要由作为阀体的油针和阀座组成，油针和阀座往往是高精密度配件，尤其阀座，是一种中孔一座面结构，加工难度极高。这种多孔式喷嘴的最大缺点是：体积大，结构复杂，制造成本高。
显然，现有的喷嘴应用于上述脉冲式电子燃油喷射装置都不够理想。它们不能够同时满足体积小，结构简单，制造成本低，可以方便地设定喷射方向，并且座面免受燃烧火焰侵害的要求。因此，需要发明一种全新的喷嘴结构，能够满足应用于发动机电子燃油喷射系统的脉冲式燃油泵对喷油嘴的要求。
                         发明内容
本发明针对上述问题，之目的在于提供一种体积小，结构简单，能够灵活设定燃油喷射方向，座面免受燃烧室火焰侵害的新型燃油喷嘴。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种喷油嘴，其包括：腔体、油阀和喷嘴帽，当所述油腔中的燃油压力高于所定值时，油阀开启，燃油通过喷嘴帽喷出，其特征在于：油阀由阀体、阀座和弹簧组成，阀座的后端与腔体连接形成油腔，腔体设有进入油腔的入口通道，弹簧位于油腔内，并作用于阀体和阀座之间使油阀关闭，阀座的前端与喷嘴帽连接形成残余容积，喷嘴帽设有与残余容积连接的喷孔。
本发明之喷油嘴之油阀依靠油腔内的燃油压力开启，依靠位于油腔内并作用于阀体和阀座之间的弹簧力关闭，从而使得阀体-弹簧-阀座形成一个结构紧凑的油阀整体。
本发明之喷油嘴的阀座之座面可以是一个大端开向残余容积的内锥面，也可以是一个与前端面一致的平面。根据弹簧与阀体和阀座之间的关系，阀体在油压作用下的开启方向只能是与燃油的流动方向一致，因此将阀座座面设成大端开向残余容积的锥面是一种较优选择，因为它既有较好的密封性，也能够承受阀体的落座力。如果油阀的开启压力较低，可以将阀座的前端面设为座面，座面也可以采用某种密封材料。
本发明之阀体的座面可以是一个大端朝向残余容积的外锥面，也可以是一个球面。阀体的外锥面与阀座的内锥面可以具有相同的角度以增强其耐磨性，也可以存在一定的差异以提高其密封性。将阀体的座面设为球面可以在制造工艺上得到简化。
本发明之阀体升程可以通过调节阀体的弹簧支座，与阀座端面的距离来设定，也可以通过调节阀体端面与喷嘴帽中残余容积的内壁面之间的距离来设定。阀体的升程对喷嘴流量影响较大，前一种设定方式有利于油阀的整体化制造，而后一种方式则可以提高使用的安全性。
本发明之残余容积的大小和形状可以通过改变设在阀体前端的突出体的尺寸和形状来调整。残余容积的大小和形状直接影响喷射的流量和质量，在流量保证的前提下，残余容积越小对发动机燃烧越有利。
本发明之阀座上设有油孔，围绕油孔设有燃油过滤网，从而保证只有经过过滤网的燃油才能到达阀体与阀座精密配合的部位。阀体与阀座之间存在精密的配合关系，燃油中存在的颗粒杂质对其正常工作影响较大，所述的过滤网是为颗粒杂质设置的最后一道屏障。
本发明之喷孔的方向可以与油阀的轴线垂直，也可以成一定角度或者平行，从而可以灵活地设定喷射方向。燃油的喷射方向对于发动机的燃烧系统至关重要，例如，进气口喷射要求燃油能够直接喷射到进气阀，直喷式燃烧系统要求能够直接或者间接喷射到火花塞附近。本发明克服了现有技术的喷射装置如脉冲式泵喷嘴装置中，难以实现多方位设定喷射方向的问题。
在所述喷油嘴的入口通道处设有一个单向阀，其目的是保持油腔内的残余压力，当温度升高时以防止气泡产生而影响正常喷射。
本发明之喷油嘴，一种比较优选的方案是：在入口通道处设有单向阀，以保持油腔内的残余压力并防止受热后产生燃油蒸汽，阀座座面的形状是一个开向残余容积内锥面，阀体座面是一个与阀座座面形状相适应的外锥面，阀体设有供弹簧支座，阀体的升程由所述弹簧支座与阀座后端面之间的距离确定，在阀座上设有进入油阀的油孔，围绕油孔设有过滤网，喷孔与油阀的轴线垂直。
总之，本发明之喷油嘴的基本结构特征之一，即弹簧位于油腔之中并作用于阀体和阀座之间将油阀关闭，提供了一个简单的结构形式；基本特征之二，即在油阀的前端设有喷嘴帽，此帽能够将发动机燃烧室火焰与喷嘴座面相互隔离；基本特征之三，即一个或者多于一个的喷孔开设于喷嘴帽上，从而可以灵活地改变喷射方向和喷雾的覆盖范围。
                    附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述：
图1为本发明提供的燃油喷嘴的一个实施例的纵向剖视图
图2为本发明提供的燃油喷嘴的另一个实施例的纵向剖视图
图3为本发明提供的燃油喷嘴的应用实施例
                   具体实施方式
图1显示了本发明喷油嘴的实施例1的结构。
图1所示的燃油喷嘴，包括油阀10和腔体31以及固定于阀座12前端的喷嘴帽21。
油阀10由阀体11、阀座12、弹簧13构成，阀体11主要由供运动导向和燃油流动用的阀杆11a、阀体座面11b以及弹簧支座16三部分组成，阀座12设有与阀杆11a滑动配合的通道14a、阀座座面12b、弹簧座12c、油孔14，油阀10的一端与腔体31连接，形成为喷嘴的油腔32，油阀10的另一端与喷嘴帽21连接，形成残余容积22；
弹簧13的一端抵靠在设于阀体11上的弹簧支座16，另一端抵靠在阀座弹簧座12c上；在弹簧13的作用下，阀体11的座面11b与阀座座面12b相贴合，使得油阀10处于关闭状态，阀杆11a上设有供燃油通过的流道，油腔32中的燃油通过油孔14和所述流道到达油阀座面11b/12b。
由于油阀10是依靠油压开启，弹簧13完全处于油腔32之内，并作用于阀体11和阀座12之间，形成一个结构紧凑的油阀整体。从而可以实现小型化，例如，长短尺寸可以控制在30mm之内。比以往多孔式喷嘴将弹簧13作用于阀体11和腔体31之间的结构优异。
喷嘴帽21设有与残余容积22连通的喷孔23，喷孔23的方向可以与油阀10的轴线相垂直，也可以依照对喷射方向的要求，设定或者改变喷射方向，喷孔23可以是一个或者多于一个，多个喷孔可以提高雾化质量，灵活地改变喷射方向和油雾的分布。这种能够实现喷射方向与油阀10之轴线垂直的特性在摩托车的应用上具有很高的价值，因为否则就要重新改变整车的设计甚至影响发动机的性能，例如，这种喷嘴可以适应于现有的市场普及的125CC骑式摩托车各种整车结构。
阀体11的座面11b相对于阀座12的座面12b靠近残余容积22一侧，当油腔32中的燃油的压力大于弹簧13的预紧力时，阀体11向残余容积22的方向移动并开启油阀10。
阀座12的座面12b为轴心对称的内锥面，大口开向残余容积22的方向，阀体11的座面11b与阀座12的锥形座面12b为一对能够形成密封环带的接触面，阀体11的锥面11b也对应地大端朝向残余容积。
在阀体11的锥形底面设有一个圆台形的突出体15，突出体15与残余容积22的几何形状相适应，从而形成一定的流体通道并减小残余容积22的容积。
围绕油孔14设有过滤网40，燃油必须经过过滤网40才能进入油阀10的座面11b/12b、滑动配合通道14a等精密配合部位。
阀体11的开启可以根据需要设计成被阀座端面12a所限位，也可以被残余容积22之内壁面22a所限位，本实施例的限位由阀座端面12a完成。
对于本实施例所描述的喷油嘴，一个典型的工作过程是：来源于燃油入口33的燃油进入油腔32，当油压对阀体11所产生力的能够克服弹簧13的预紧力时，阀体11向残余容积方向运动，油阀10随之开启，燃油通过过滤网40经油孔14进入油阀10到达残余容积22，再由喷孔23喷出，阀体11的开启受到端面12a的限制，此时阀体11达到其升程，当油腔32中的油压对于阀体11产生的作用力低于弹簧13的作用力时，阀体11开始落座，油阀随之关闭，一个燃油喷射周期结束。
图2显示了本发明的喷油嘴实施例2的结构。
如图2所示的喷油嘴结构，在燃油入口33入口处设有一个单向阀50，单向阀50是由单向阀座51、单向阀体52以及弹簧53构成，弹簧53的一端将阀体52压在阀座51的密封端面上，另一端顶压在腔体31上，单向阀50内的油腔55与燃油入口33和油腔32保持连通。设置单向阀50的目的在于喷射结束后保持油腔32中的残余油压，并能够防止高温汽油的蒸发。
图2所示结构的残余容积22的形状，一方面有利于燃油的流通，另一方面可以减小残余容积的容积。
图2所示结构的喷嘴帽21与腔体31连为一体，油阀10位于其中将油腔32与残余容积22隔开。
其它部分同于实施例1。
应用实施例：
图3所示系统是本发明的喷油嘴的一个典型应用，图示的脉冲式电子燃油泵3与本发明的喷油嘴1的结合形成了一个汽油机进气道燃油喷射系统的供油组件。
在所示系统中，来自油箱6的燃油经过滤与汽液分离器7及低压进油管4进入脉冲式电子燃油泵3，在PWM电压波的驱动下，一部分燃油被燃油泵3压送到喷嘴1，然后喷入发动机2的进气道，另一部分燃油经回油管5回到燃油箱6，油箱内设有蒸汽排出管8。
上述系统同样适用于缸内直喷系统和代用燃料发动机，这时，喷嘴1将燃料直接喷入气缸。
本发明的喷油嘴在所示系统的应用其优点十分明显：由于脉冲式电子燃油泵3的尺寸限制和其对安装方向的要求，很容易产生与车体之间的装配干涉问题，本发明的喷油嘴通过其灵活的喷射方向的设定，可以有效地解决此类问题。

Claims (11)

1.一种喷油嘴，其包括：腔体(31)、油阀(10)和喷嘴帽(21)，当腔体(31)内油腔(32)中燃油压力高于所定值时，油阀(10)开启，燃油通过喷嘴帽(21)喷出，其特征在于：油阀(10)由阀体(11)、阀座(12)和弹簧(13)组成，阀座(12)的后端与腔体(31)连接形成油腔(32)，腔体(31)设有进入油腔(32)的入口通道(33)，弹簧(13)位于油腔(32)内，并作用于阀体(11)和阀座(12)之间使油阀(10)关闭，阀座(12)的前端与喷嘴帽(21)连接形成残余容积(22)，喷嘴帽(21)设有与残余容积(22)连通的喷孔(23)。
2.如权利要求1所述喷油嘴，其特征在于：阀座(12)的座面(12b)是一个大端面开向残余容积(22)的内锥面。
3.如权利要求2所述喷油嘴，其特征在于：阀体(11)的座面(11b)是一个大端朝向残余容积(22)的外锥面。
4.如权利要求2所述喷油嘴，其特征在于：阀体(11)的座面(11b)是一个球面。
5.如权利要求1所述喷油嘴，其特征在于：阀体(11)的开启升程受限于阀座(12)之端面(12a)。
6.如权利要求1所述喷油嘴，其特征在于：阀体(11)的开启升程受限于喷嘴帽(21)之残余容积之内壁面(22a)。
7.如权利要求1～6之一所述喷油嘴，其特征在于：在阀体(11)位于残余容积(22)的前端设有一个突出体(15)。
8.如权利要求1～6之一所述喷油嘴，其特征在于：阀座(12)设有进入油阀(10)的油孔(14)，围绕油孔(14)设有过滤网(40)。
9.如权利要求1～6之一所述喷油嘴，其特征在于：喷孔(23)的方向与油阀(10)的轴线垂直。
10.如权利要求1～6之一所述喷油嘴，其特征在于：在入口通道(33)的入口处设有一个单向阀(50)。
11.如权利要求1所述喷油嘴，其特征在于：在入口通道(33)的入口处设有单向阀(50)，阀座(12)的座面是一个开向残余容积(22)的内锥面，阀体(11)的座面是一个大端朝向残余容积(22)的外锥面，阀体(11)的升程受限于阀座(12)之端面(12a)，阀座(12)设有进入油阀(10)的油孔(14)，围绕油孔(14)设有过滤网(40)，喷孔(23)与油阀(10)的轴线垂直。
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