專利名稱：一種壓電式高壓共軌電控噴油器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及柴油機(jī)電控高壓共軌噴油系統(tǒng)，具體為用 于柴油機(jī)電控高壓共軌噴油系統(tǒng)的一種壓電式高壓共軌電控噴油器。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)熱效率高，已成為廣泛使用的發(fā)動機(jī)。柴油機(jī)燃油噴射的壓力、噴射時間、 噴射速率是影響混合氣形成、燃燒效率的重要因素，所以柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)是影響柴 油機(jī)燃油消耗率與排放的關(guān)鍵部件，為降低燃油消耗率與排放，各國都在不斷對其進(jìn)行改 進(jìn)，柴油機(jī)自1892年誕生以來，其燃油噴射系統(tǒng)已由機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展為電控燃油噴 射系統(tǒng)，又從第一代凸輪壓油位置控制、和第二代凸輪壓油電磁閥控制的電控燃油噴射系 統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的第三代電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)。其燃油噴射壓力已從最初的3MPa提 高到當(dāng)前的150 180MPa，近幾年，最先進(jìn)的電控噴油器噴射壓力已達(dá)到200MPa。由于世 界能源不足，價格大幅上漲以及各國的排放法規(guī)日益嚴(yán)厲，為適應(yīng)當(dāng)前及將來的排放法規(guī) 與降低燃油消耗率的市場需求，柴油機(jī)需要更高的噴射壓力與更精確的多次噴射(預(yù)噴射、 主噴射、多次后噴射)的噴油器使噴入燃燒室的柴油與空氣更均勻地混合充分燃燒，進(jìn)一步 降低耗油率和排放污染?，F(xiàn)有的高壓共軌電控噴油器有電磁式共軌噴油器與壓電式共軌噴油器兩種。電磁 式高壓共軌噴油器利用電磁執(zhí)行器控制噴油，由于噴嘴針閥受高壓燃油的作用力很大，電 磁執(zhí)行器不能產(chǎn)生直接快速開啟針閥所需的力，都采用電磁執(zhí)行器驅(qū)動液壓伺服系統(tǒng)來開 啟噴嘴針閥，所以電磁式高壓共軌噴油器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件多、高壓密封面多、剛度差，最大噴 油壓力一般都小于180MPa，電磁執(zhí)行器驅(qū)動液壓伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢，不能滿足柴油機(jī) 對燃油多次噴射的要求；發(fā)明專利《閥芯式高壓共軌噴油器》(專利號=200810102509. 1)改 進(jìn)了電磁式共軌噴油器結(jié)構(gòu)，是目前零件數(shù)與高壓密封面最少的先進(jìn)的電磁式共軌噴油， 只有25個零件、8個高壓密封面。壓電式高壓共軌噴油器是近幾年才有的最先進(jìn)的高壓共 軌電控噴油器，其噴油壓力高(達(dá)200MPa)，響應(yīng)速度快，可以滿足柴油機(jī)噴油的需要，進(jìn)一 步降低了燃油消耗率和排放。壓電式高壓共軌噴油器利用壓電執(zhí)行器控制噴油，由于所要 控制的噴油嘴針閥開啟(噴油)的升程在0. 3 0. 4毫米范圍，而壓電晶體通電時伸長量小 (當(dāng)電壓100 200V時，壓電晶體伸長量為其厚度的1/1000左右)，所以壓電式高壓共軌噴 油器的壓電執(zhí)行器通過放大變形量系統(tǒng)控制噴油嘴針閥開啟通電時，壓電執(zhí)行器推動液 力耦合器油缸的大活塞壓縮油缸中的燃油，燃油推動小活塞(此時小活塞行程增大)將控制 腔的控制閥打開，控制腔內(nèi)油壓下降，在針閥下端高壓燃油作用下，針閥抬起推動控制活塞 桿向上移動，噴嘴開始噴油；斷電后，控制閥關(guān)閉，從小節(jié)流孔進(jìn)入控制腔的高壓燃油，使控 制腔油壓升高，受油壓作用控制活塞桿下行推動針閥關(guān)閉，其結(jié)構(gòu)仍較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有高壓共軌噴油器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噴射性能差的問題，提供了結(jié)構(gòu)
3簡單、零件少、高壓密封面少、密封性能更好、噴射壓力更高、響應(yīng)速度更快、可精確控制噴 油速率的一種壓電式高壓共軌電控噴油器。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種壓電式高壓共軌電控噴油器，包括針閥 體、針閥、緊固螺母、噴油器體、壓電晶體式二通閥，壓電晶體式二通閥包括壓電晶體執(zhí)行 器、壓電執(zhí)行器推桿、閥座、閥、彈簧、彈簧座，壓電晶體執(zhí)行器和與其下端連成整體的執(zhí)行 器推桿裝在噴油器體的圓柱孔內(nèi)，壓電晶體執(zhí)行器的上端與圓柱孔為緊配合，下部與圓柱 孔滑動配合；在閥座內(nèi)裝有閥、彈簧、針閥彈簧、彈簧座，針閥安裝在針閥體內(nèi)，針閥上部外 圓柱面與針閥體的內(nèi)圓柱面為精密滑動配合；針閥體的上端面與閥座的下端面聯(lián)接，閥座 的上端面與噴油器體的下端面聯(lián)接，緊固螺母將針閥體、閥座與噴油器體緊固成一體；閥座 下部的大孔經(jīng)中部的大回油孔及圓錐孔與上部的小回油孔聯(lián)通、閥座下部的大孔內(nèi)裝有彈 簧座，彈簧座的外圓面與大孔緊配合且隔在大孔與大回油孔中間，彈簧座上的出油節(jié)流孔 將大孔與大回油孔相聯(lián)通，閥座上的進(jìn)油節(jié)流孔將大孔與進(jìn)油孔聯(lián)通；閥座上的大孔與其 上端的彈簧座的下端面、與下端的針閥體的上端面及針閥的上端面組成控制腔，控制腔分 別經(jīng)彈簧座上的出油節(jié)流孔與閥座中部的大回油孔相聯(lián)通、經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔與閥座上的進(jìn)油 孔聯(lián)通，進(jìn)油節(jié)流孔的孔徑小于出油節(jié)流孔的孔徑；裝在大回油孔內(nèi)的彈簧的下端與彈簧 座的上端面聯(lián)接、上端面與球閥聯(lián)接、球閥與圓錐密封面聯(lián)接，彈簧將球閥壓在圓錐密封面 上；控制腔內(nèi)的針閥彈簧裝在彈簧座與針閥之間，針閥彈簧將針閥下端的外圓錐密封面壓 緊在針閥體內(nèi)孔下端的內(nèi)圓錐形噴油孔密封面上；噴油器體上的進(jìn)油孔接口經(jīng)噴油器體進(jìn) 油孔、閥座進(jìn)油孔、針閥體進(jìn)油孔與針閥體上的壓力腔及油道相聯(lián)通，進(jìn)油孔還經(jīng)進(jìn)油節(jié)流 孔與控制腔聯(lián)通；控制腔經(jīng)出油節(jié)流孔與大回油孔及閥聯(lián)通，閥經(jīng)小回油孔、閥座上端面的 回油槽、噴油器體上的回油孔與回油孔接口聯(lián)通。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明所述的壓電式高壓共軌電控噴油器與現(xiàn)有共軌噴油器相比，沒有任何細(xì)長的 剛度差的傳動零件，全部零件只有11個，零件數(shù)比優(yōu)化結(jié)構(gòu)減少了零件的先進(jìn)的發(fā)明專利 《閥芯式高壓共軌噴油器》(專利號200810102509. 1)的零件數(shù)(25個)減少了 56% (減少 了 14個)，密封面少(只有3個高壓動密封面及3個高壓靜密封面)，零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)剛度大， 燃油壓力越高閥壓在圓錐密封面上越緊，密封性越好，燃油泄漏少，可滿足200MPa以上的 超高壓燃油噴射的需要；壓電執(zhí)行器響應(yīng)速度快，同時本發(fā)明的噴油器沒有伺服傳動零件， 最小噴油脈沖周期小于150μ s，使柴油機(jī)可實現(xiàn)燃油多次噴射(預(yù)噴射、主噴射、多次后噴 射)。本發(fā)明的壓電式高壓共軌電控噴油器具有結(jié)構(gòu)簡單、燃油噴射壓力高、可多次噴射及 可精確控制噴油速率的優(yōu)點，可使噴入柴油機(jī)燃燒室的燃油與空氣混合地更均勻、更充分 地燃燒，降低排放與燃油消耗率，使柴油機(jī)達(dá)到當(dāng)前和今后日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求、適應(yīng) 市場對進(jìn)一步減小燃油消耗的需求。


圖1為一種壓電式高壓共軌電控噴油器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1、針閥體；2、針閥；3、緊固螺母；4、針閥彈簧；5、彈簧座；6、噴 油器體；F —壓電晶體式二通閥；Fl —壓電晶體執(zhí)行器；F2、壓電執(zhí)行器推桿；F3、閥座； F4、閥；F5、彈簧；Υ1、噴油孔；Υ2、油道；Υ3、壓力腔；Υ4、針閥體進(jìn)油孔；Υ5、閥座進(jìn)油
4孔；Y6、噴油器體進(jìn)油孔；Y7—進(jìn)油孔接口； HI、大回油孔；H2、小回油孔；H3、回油槽； H4、回油孔；H5、回油孔接口； J1、進(jìn)油節(jié)流孔；J2、出油節(jié)流孔；K、控制腔；hi、針閥升 程；h2、閥與推桿間隙；Ml、噴油孔密封面；M2、內(nèi)圓柱面；M3、圓錐密封面；M4、針閥體 與閥座密封面；M5、閥座與噴油器體密封面；M6、彈簧座與閥座內(nèi)孔密封面；D、電磁線圈 電路接口。
具體實施例方式如圖1所示的本發(fā)明所述的一種壓電式高壓共軌電控噴油器，包括針閥體1、針閥 2、緊固螺母3、噴油器體6、壓電晶體式二通閥F，壓電晶體式二通閥F包括壓電晶體執(zhí)行器 F1、壓電執(zhí)行器推桿F2、閥座F3、閥F4、彈簧F5、彈簧座5，壓電晶體執(zhí)行器Fl和與其下端 連成整體的執(zhí)行器推桿F2裝在噴油器體6的圓柱孔內(nèi)，壓電晶體執(zhí)行器Fl的上端與圓柱 孔為緊配合，下部與圓柱孔滑動配合；在閥座F3內(nèi)裝有閥F4、彈簧F5、針閥彈簧4、彈簧座 5，針閥2安裝在針閥體1內(nèi)，針閥2上部外圓柱面與針閥體1的內(nèi)圓柱面M2為精密滑動配 合；針閥體1的上端面與閥座F3的下端面聯(lián)接，閥座F3的上端面與噴油器體6的下端面聯(lián) 接，緊固螺母3將針閥體1、閥座F3與噴油器體6緊固成一體；閥座F3下部的大孔K經(jīng)中 部的大回油孔Hl及圓錐孔與上部的小回油孔H2聯(lián)通、閥座F3下部的大孔K內(nèi)裝有彈簧座 5，彈簧座5的外圓面M6與大孔K緊配合且隔在大孔K與大回油孔Hl中間，彈簧座5上的 出油節(jié)流孔J2將大孔K與大回油孔Hl相聯(lián)通，閥座F3上的進(jìn)油節(jié)流孔Jl將大孔K與進(jìn) 油孔Y5聯(lián)通；閥座F3上的大孔K與其上端的彈簧座5的下端面、與下端的針閥體1的上端 面及針閥2的上端面組成控制腔K，控制腔K分別經(jīng)彈簧座5上的出油節(jié)流孔J2與閥座F3 中部的大回油孔Hl相聯(lián)通、經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔Jl與閥座F3上的進(jìn)油孔Y5聯(lián)通，進(jìn)油節(jié)流孔Jl 的孔徑小于出油節(jié)流孔J2的孔徑；裝在大回油孔Hl內(nèi)的彈簧F5的下端與彈簧座5的上端 面聯(lián)接、上端面與球閥F4聯(lián)接、球閥F4與圓錐密封面M3聯(lián)接，彈簧F5將球閥F4壓在圓錐 密封面M3上；控制腔K內(nèi)的針閥彈簧4裝在彈簧座5與針閥2之間，針閥彈簧4將針閥2 下端的外圓錐密封面壓緊在針閥體1內(nèi)孔下端的內(nèi)圓錐形噴油孔密封面M2上；噴油器體6 上的進(jìn)油孔接口 Y7經(jīng)噴油器體進(jìn)油孔Y6、閥座進(jìn)油孔Y5、針閥體進(jìn)油孔Y4與針閥體1上 的壓力腔Y3及油道Y2相聯(lián)通，進(jìn)油孔Y5還經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔Jl與控制腔K聯(lián)通；控制腔K經(jīng) 出油節(jié)流孔J2與大回油孔Hl及閥F4聯(lián)通，閥F4經(jīng)小回油孔H2、閥座F3上端面的回油槽 H3、噴油器體6上的回油孔H4與回油孔接口 H5聯(lián)通。工作過程
壓電晶體執(zhí)行器Fl不通電時，彈簧F5將球閥F4壓在圓錐孔的圓錐密封面M3上，壓電 晶體式二通閥F關(guān)閉；共軌管的高壓燃油由進(jìn)油孔接口 Y7經(jīng)進(jìn)油孔Y6進(jìn)入進(jìn)油孔Y5后分 為兩路，一路經(jīng)進(jìn)油孔Y4進(jìn)入壓力腔Y3與油道Y2，另一路經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔Jl進(jìn)入控制腔K， 控制腔K中燃油壓力經(jīng)節(jié)流孔J2作用于閥F4，閥F4受彈簧F5壓力與燃油壓力壓緊在閥座 F3的圓錐密封面M3上，燃油壓力越高，閥F4壓在圓錐密封面M3上的力越大、密封性越高， 因而可密封壓力在200MPa以上的超高壓燃油；針閥2上端面受高壓燃油與針閥彈簧4的向 下壓力大于針閥承壓錐面Z受的高壓燃油向上的壓力，燃油壓力越高，針閥2受到向下的壓 力越大，向下的燃油壓力與彈簧壓力將針閥2下端的針閥密封錐面壓緊在針閥體1內(nèi)孔下 端的內(nèi)圓錐形的噴油孔密封面Ml上，將噴油孔Yl封閉，噴油器關(guān)閉停止噴油；當(dāng)電磁線圈
5電路接口 D通電時，壓電晶體執(zhí)行器Fl伸長帶動壓電晶體執(zhí)行器推桿F2向下伸長、消除間 隙h后推動球閥F4離開圓錐密封面M3，壓電晶體式二通閥F打開，控制腔K內(nèi)高壓燃油經(jīng) 出油節(jié)流孔J2、閥座F3的大回油孔HI、圓錐孔、小回油孔H2、回油槽H3、回油孔H4、回油孔 接口 H5泄入柴油機(jī)回油管，由于出油節(jié)流孔J2大于進(jìn)油節(jié)流孔J1，所以經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔Jl 流入控制腔K的油量小于流出的油量，控制腔K內(nèi)燃油壓力迅速下降，而壓力腔Y3內(nèi)高壓 燃油仍與高壓共軌油壓相等，針閥承壓錐面Z受的燃油壓力大于控制腔K內(nèi)燃油與針閥彈 簧2對針閥4上端面的壓力，針閥5上升，高壓燃油從進(jìn)油孔接口 Y7經(jīng)進(jìn)油孔Y6、Y5、Y4、 壓力腔Y3、油道Y2經(jīng)噴油孔Yl噴入發(fā)動機(jī)燃燒室；
當(dāng)電磁線圈電路接口 D斷電時，壓電晶體執(zhí)行器Fl收縮恢復(fù)原狀，彈簧F5又將球閥 F4壓到圓錐孔的圓錐密封面M3上，壓電晶體式二通閥F關(guān)閉，噴油器又回復(fù)到初始狀況，噴 油器關(guān)閉不噴油。 上述壓電式高壓共軌電控噴油器共有11個零件，結(jié)構(gòu)中只有Ml、M2、M3三個動密 封面、M4、M5與M6三個靜密封面，結(jié)構(gòu)簡單密封性好，可用于燃油壓力在200MPa以上的高 壓共軌噴射系統(tǒng)，可使燃油在更高的壓力下噴入柴油機(jī)燃燒室形成更微小的顆粒并以更大 的能量與空氣均勻混合燃燒。 由于壓電執(zhí)行器響應(yīng)速度快，并且本噴油器又無活塞推桿等細(xì)長的傳動件，因而 最小噴油脈沖周期小于150 μ s，可以通過ECU控制精確調(diào)節(jié)噴油速率，實現(xiàn)多次燃油噴射 (預(yù)噴射、主噴射、多次后噴射)使燃油與空氣更均勻地混合，可更進(jìn)一步提高柴油機(jī)的燃燒 效率、降低燃油消耗率與排放污染。
權(quán)利要求
一種壓電式高壓共軌電控噴油器，包括針閥體(1)、針閥(2)、緊固螺母(3)、噴油器體(6)、壓電晶體式二通閥(F)，其特征在于壓電晶體式二通閥(F)包括壓電晶體執(zhí)行器(F1)、壓電執(zhí)行器推桿(F2)、閥座(F3)、閥(F4)、彈簧(F5)、彈簧座(5)，壓電晶體執(zhí)行器(F1)和與其下端連成整體的執(zhí)行器推桿(F2)裝在噴油器體(6)的圓柱孔內(nèi)，壓電晶體執(zhí)行器(F1)的上端與圓柱孔為緊配合，下部與圓柱孔滑動配合；在閥座(F3)內(nèi)裝有閥(F4)、彈簧(F5)、針閥彈簧(4)、彈簧座(5)，針閥(2)安裝在針閥體(1)內(nèi)，針閥(2)上部外圓柱面與針閥體(1)的內(nèi)圓柱面(M2)為精密滑動配合；針閥體(1)的上端面與閥座(F3)的下端面聯(lián)接，閥座(F3)的上端面與噴油器體(6)的下端面聯(lián)接，緊固螺母(3)將針閥體(1)、閥座(F3)與噴油器體(6)緊固成一體；閥座(F3)下部的大孔(K)經(jīng)中部的大回油孔(H1)及圓錐孔與上部的小回油孔(H2)聯(lián)通、閥座(F3)下部的大孔(K)內(nèi)裝有彈簧座(5)，彈簧座(5)的外圓面(M6)與大孔(K)緊配合且隔在大孔(K)與大回油孔(H1)中間，彈簧座(5)上的出油節(jié)流孔(J2)將大孔(K)與大回油孔(H1)相聯(lián)通，閥座(F3)上的進(jìn)油節(jié)流孔(J1)將大孔(K)與進(jìn)油孔(Y5)聯(lián)通；閥座(F3)上的大孔(K)與其上端的彈簧座(5)的下端面、與下端的針閥體(1)的上端面及針閥(2)的上端面組成控制腔(K)，控制腔(K)分別經(jīng)彈簧座(5)上的出油節(jié)流孔(J2)與閥座(F3)中部的大回油孔(H1)相聯(lián)通、經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔(J1)與閥座(F3)上的進(jìn)油孔(Y5)聯(lián)通，進(jìn)油節(jié)流孔(J1)的孔徑小于出油節(jié)流孔(J2)的孔徑；裝在大回油孔(H1)內(nèi)的彈簧(F5)的下端與彈簧座(5)的上端面聯(lián)接、上端面與球閥(F4)聯(lián)接、球閥(F4)與圓錐密封面(M3)聯(lián)接，彈簧(F5)將球閥(F4)壓在圓錐密封面(M3)上；控制腔(K)內(nèi)的針閥彈簧(4)裝在彈簧座(5)與針閥(2)之間，針閥彈簧(4)將針閥(2)下端的外圓錐密封面壓緊在針閥體(1)內(nèi)孔下端的內(nèi)圓錐形噴油孔密封面(M2)上；噴油器體(6)上的進(jìn)油孔接口(Y7)經(jīng)噴油器體進(jìn)油孔(Y6)、閥座進(jìn)油孔(Y5)、針閥體進(jìn)油孔(Y4)與針閥體(1)上的壓力腔(Y3)及油道(Y2)相聯(lián)通，進(jìn)油孔(Y5)還經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔(J1)與控制腔(K)聯(lián)通；控制腔(K)經(jīng)出油節(jié)流孔(J2)與大回油孔(H1)及閥(F4)聯(lián)通，閥(F4)經(jīng)小回油孔(H2)、閥座(F3)上端面的回油槽(H3)、噴油器體(6)上的回油孔(H4)與回油孔接口(H5)聯(lián)通。
全文摘要
本發(fā)明具體為一種壓電式高壓共軌電控噴油器，解決了現(xiàn)有高壓共軌噴油器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噴射性能差的問題。壓電晶體式二通閥包括壓電晶體執(zhí)行器、壓電執(zhí)行器推桿、閥座、閥、彈簧、彈簧座，噴油器體上的進(jìn)油孔接口經(jīng)噴油器體進(jìn)油孔、閥座進(jìn)油孔、針閥體進(jìn)油孔與針閥體上的壓力腔及油道相聯(lián)通，進(jìn)油孔還經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔與控制腔聯(lián)通；控制腔經(jīng)出油節(jié)流孔與大回油孔及閥聯(lián)通，閥經(jīng)小回油孔、閥座上端面的回油槽、噴油器體上的回油孔與回油孔接口聯(lián)通。本噴油器共有11個零件，結(jié)構(gòu)簡單密封性好，可用于超高壓共軌噴射系統(tǒng)；響應(yīng)速度快可精確調(diào)節(jié)噴油速率，實現(xiàn)多次燃油噴射，可提高柴油機(jī)的燃燒效率、降低燃油消耗率與排放污染。
文檔編號F02M51/06GK101963119SQ20101053476
公開日2011年2月2日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者姚武, 朱建軍, 王淑平, 鄭國璋, 郭建玲, 靳紅玲 申請人:鄭國璋