柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴.pdf

本发明公开了一种柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，包括柱塞偶件、柱塞弹簧、柱塞弹簧座、柱塞垫块、弹性挡圈、摇臂垫块、喷油器螺帽、电磁阀和喷油器，喷油器和电磁阀自下而上叠装在喷油器螺帽内与柱塞偶件用螺纹预紧连接；在泵体和控制阀座上设有与燃油压力腔相通的辅助压力油道(包括压力油道和旁通油道)以及通向喷油器的主压力油道，压力油道与旁通油道均成对设有1～3个。本发明能够实现最佳喷油量、最佳喷油时间和喷油压力的精确与柔性控制，改善发动机缸内燃烧，增加了进油速度和进油量，减少了吸油阻力、阀芯运动时的摩擦阻力和柱塞弹簧的复位荷载，从而降低发动机的有害排放物，提高发动机的经济性、动力性和智能性。

1.  一种柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，包括泵体、柱塞偶件、柱塞弹簧座、柱塞弹簧、弹性挡圈、柱塞垫块、摇臂垫块、喷油器螺帽、电磁阀和喷油器，所述喷油器和电磁阀自下而上叠装在喷油器螺帽内，并与柱塞偶件用螺纹预紧连接；所述柱塞弹簧、弹性挡圈、摇臂垫块和柱塞垫块固定在柱塞弹簧座上，并通过开口挡圈与柱塞偶件采用锁珠固定限位；所述柱塞偶件包括泵体和设置在泵体内的柱塞；其特征在于，所述泵喷嘴的喷油时间通过电子控制单元驱动高速电磁控制阀限定，所述电磁阀包括控制阀座、设置在控制阀座内的阀芯、阀芯上的阀芯弹簧、设置在控制阀上的电磁铁和设置在泵体上的电控传导插线座；所述泵体内设有燃油压力腔，在所述泵体和控制阀座上设有与燃油压力腔相通的辅助压力油道以及通向喷油器的主压力油道，所述辅助压力油道设有2或3个；所述控制阀座通过进油孔、辅助压力油道、主压力油道与泵体压力油腔和喷油器连通，控制阀座与阀芯之间采用间隙配合导向，所述控制阀座与阀芯的阀口密封部位采用线面接触的密封结构。

2.  根据权利要求1所述的柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，其特征在于，所述柱塞偶件、电磁阀和喷油器的上下接触面均通过喷油器螺帽与柱塞偶件的螺纹预紧密封，并通过定位销定位。

3.  根据权利要求1所述的柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，其特征在于，在所述泵体上还设有与泵体内燃油压力腔相连通的柱塞孔、锁珠孔、进油孔和柱塞泄油孔；所述泵体内的燃油压力腔通过上下连通的主压力油道与喷油器相通。

4.  根据权利要求3所述的柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，其特征在于，所述喷油器包括针阀弹簧座、针阀弹簧、调压垫片、顶杆、中间体、针阀体和针阀；所述针阀体与针阀上部为间隙配合，针阀体内下端喷孔上方为密封锥面，所述针阀体端部的密封部位与针阀采用线面接触的密封结构。

5.  根据权利要求4所述的柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，其特征在于，所述针阀体内部设有压力腔，所述针阀中部设置为上大下小的变截面形状。

6.  根据权利要求1所述的柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，其特征在于，所述主压力油道从泵体油腔直接通向喷油器，并有旁通油道与控制阀体相通；所述辅助压力油道包括旁通油道和压力油道，从泵体油腔经控制阀体和旁通油道与主压力油道相通。

柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴
技术领域
本发明及一种柴油发动机泵喷嘴，特别涉及一种中等功率柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴。
背景技术
现有的柴油发动机燃油喷射装置是机械式合成泵或电控单体泵。机械式合成泵由喷油压力调节机构、喷油量调节机构、喷油时间调节机构和喷射机构组成。电控单体泵的喷油器有独立的油泵，结构上有所简化，但还是保留高压管路。这两种喷射装置的控制精度低、灵活性差、控制范围窄，只能控制少数几个工况点，无法在所有工况进行精确控制；受到其结构和原理限制，高压管路容积大、管路长，存在压力损失，喷油泵压力通常低于1500bar，且残余压力、反射波等压力波动会引起异常喷射；柱塞上有各种直槽、斜槽，增加了泄漏，降低了强度和刚度，泵端压力难以提高到1300bar以上。由于存在这些不足，机械式合成泵无法达到欧III及以上排放标准。电控单体泵也限制了喷油压力的提高和排放标准的降低。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种由电子控制单元(ECU)控制的柴油发动机燃油电控泵喷嘴，使喷油器和喷油泵直接连接在一起，降低发动机的有害排放物，提高发动机的经济性、动力性和智能性，满足欧III及以上排放标准。
本发明的技术方案是：
一种柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，包括泵体、柱塞偶件、柱塞弹簧座、柱塞弹簧、弹性挡圈、柱塞垫块、摇臂垫块、喷油器螺帽、电磁阀和喷油器，所述喷油器和电磁阀自下而上叠装在喷油器螺帽内，并与柱塞偶件用螺纹预紧连接；所述柱塞弹簧、弹性挡圈、摇臂垫块和柱塞垫块固定在柱塞弹簧座上，并通过开口挡圈与柱塞偶件采用锁珠固定限位；所述柱塞偶件包括泵体和设置在泵体内的柱塞；其特征在于，所述泵喷嘴的喷油时间通过电子控制单元驱动高速电磁控制阀限定，所述电磁阀包括控制阀座、设置在控制阀座内的阀芯、阀芯上的阀芯弹簧、设置在控制阀上的电磁铁和设置在泵体上的电控传导插线座；所述泵体内设有燃油压力腔，在所述泵体和控制阀座上设有与燃油压力腔相通的辅助压力油道以及通向喷油器的主压力油道，所述辅助压力油道可根据需要设置1～3路；这样，既可以增加进油速度和进油量；也可以减少柱塞上行时的吸油阻力，减小柱塞弹簧的复位荷载；还可以在柱塞下行时平衡阀芯的侧向压力，减小阀芯运动时的摩擦阻力。
所述控制阀座通过进油孔、辅助压力油道、主压力油道与泵体压力油腔和喷油器连通，控制阀座与阀芯之间采用间隙配合导向，所述控制阀座与阀芯的阀口密封部位采用线面接触的密封结构。
作为一种优选方案，所述辅助压力油道包括旁通油道和压力油道；所述主压力油道从泵体油腔直接通向喷油器，并有旁通油道与控制阀体相通；所述压力油道从泵体油腔经控制阀体和旁通油道与主压力油道相通；主压力油道从泵体压力油腔开始一直通向喷油器；辅助压力油道从泵体开始经控抽阀与主压力油道相通，可以根据需要由现在图示的1路加设至2或3路。
作为一种优选方案，在所述泵体上设有与泵体燃油压力腔相连通的柱塞孔、锁珠孔、进油孔和柱塞泄油孔；所述泵体的燃油压力腔通过上下连通的主压力油道与喷油器相通。
作为另一种优选方案，所述电磁阀包括控制阀座、阀芯、阀芯弹簧、电磁铁和电控传导插线座；所述控制阀座通过进油孔、旁通油道和压力油道与喷油器的相应孔道连通，控制阀座与阀芯之间采用间隙配合导向。
作为又一种优选方案，所述喷油器包括针阀弹簧座、针阀弹簧、调压垫片、顶杆、中间体、针阀体和针阀；所述针阀体与针阀上部为间隙配合，针阀体内下端喷孔上方为密封锥面，所述针阀体端部的密封部位与针阀采用线面接触的密封结构。
所述针阀体内部设有压力腔，所述针阀中部设计为上大下小的变截面形状以便针阀体内燃油压力作用其上克服弹簧力向上推动，打开针阀口。
作为另一种优选方案，所述柱塞偶件、电磁阀和喷油器的上下接触面均采用通过喷油器螺帽与柱塞偶件的螺纹预紧密封，并通过定位销定位。
本发明由于采用电子控制和高速响应的电磁控制阀，能够实现最佳喷油量、最佳喷油时间和喷油压力的精确与柔性控制，改善发动机缸内燃烧，从而降低发动机的有害排放物，提高发动机的经济性、动力性和智能性；同时加设了压力油道与旁通油道(即辅助压力油道)的数量，进而增加了进油速度和进油量，也减少柱塞上行时的吸油阻力，减小了柱塞弹簧的复位载荷；也可在柱塞下行压油时平衡阀芯的侧向压力，减小阀芯运动时的摩擦阻力。并由于没有高压油管，适合于高压喷射，可以改善喷油特性，其可以满足欧III及以上排放标准，具有油耗低，控制精度高，控制灵活，各种工况下均可实现最优喷油量和喷油时间等特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴剖面图；
图2为本发明的燃油喷射(柱塞下行)示意图；
图3为图2的I放大图；
图4为图2的M放大图；
图5为本发明的进油(柱塞上行)示意图；
图6为图5的I放大图；
图7为图5的M放大图。
图中：1-泵体，2-柱塞，3-控制阀座，4-阀芯及衔铁，5-电磁铁，6-阀芯弹簧，7-针阀弹簧座，8-调压垫片，9-针阀弹簧，10-顶杆，11-中间体，12-针阀体，13-针阀，14-喷油器螺帽，15-下密封圈，16-定位销，17-上密封圈，18-插线座，19-支撑垫片，20-弹簧垫片，21-柱塞弹簧座，22-锁珠，23-柱塞弹簧，24-开口垫圈，25-柱塞垫块，26-弹性挡圈，27-摇臂垫块；A-进油孔，B1-泵体主压力油道，B2-泵体压力油道，B3-控制阀座主压力油道，B4-控制阀压力油道，C1-主压力油道旁通油道，C2-辅助压力油道旁通油道，D-柱塞泄油孔，E-控制阀密封部位，F-针阀密封部位，H-燃油压力腔。
图中箭头所示为燃油流动方向。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明柴油发动机燃油喷射电控泵喷嘴，包括泵体1、柱塞偶件、柱塞弹簧23、柱塞弹簧座7、弹性挡圈26、摇臂垫块27、柱塞垫块25、开口挡圈24、锁珠22、喷油器螺帽14、电磁阀、插线座18和喷油器。所述喷油器和电磁阀自下而上叠装在喷油器螺帽内与柱塞偶件用螺纹预紧连接；所述柱塞弹簧23、弹性挡圈26、摇臂垫块27和柱塞垫块25固定在柱塞弹簧座7上，并通过开口挡圈24与柱塞偶件采用锁珠22固定限位；泵喷嘴的喷油时间通过电子控制单元驱动高速电磁控制阀限定，本发明通过电子控制和高速响应的电磁控制阀，能够实现最佳喷油量、最佳喷油时间和喷油压力的精确和柔性控制，改善发动机缸内燃烧，从而降低发动机的有害排放物，提高发动机的经济性、动力性和智能性。
再参见图1和图2，所述柱塞偶件包括泵体1和安装在泵体1内安装的柱塞2；泵体1上制出有柱塞孔、锁珠孔、进油孔A和柱塞泄油孔D；柱塞孔与柱塞下端形成燃油压力腔H；2个斜向进油孔A起始于泵喷嘴及其上密封圈17、下密封圈15与气缸盖体形成的环形存油腔，并通向泵体1内的燃油压力腔H。
电磁阀由控制阀座3、安装在控制阀座3内的阀芯及衔铁4、阀芯弹簧6、安装控制阀座3下端部上的电磁铁5和安装在泵体1上电控传导插线座18组成。所述控制阀座3安装在泵体1的下端面上，通过泵体1上的螺纹预紧密封，然后再通过定位销进行定位。
值得一提的是，参见图2，在泵体1和控制阀座3上均制出有进油孔A、与燃油压力腔相通的辅助压力油道以及通向喷油器的主压力油道B1、B3；所述辅助压力油道设有2或3个；这样，既可以增加进油速度和进油量；也可以减少柱塞上行时的吸油阻力，减小柱塞弹簧的复位荷载；还可以在柱塞下行时平衡阀芯的侧向压力，减小阀芯运动时的摩擦阻力。
本实施例中，参见图3和图6，所述辅助压力油道包括设置在泵体1上的压力油道B2、控制阀座3上的压力油道B4及旁通油道C1、C2；根据需要压力油道B2、B4与旁通油道C2(即辅助压力油道)可在径向上增加至2～3个，所述主压力油道B1、B3从泵体D的燃油压力腔H直接通向喷油器，并有旁通油道C2与控制阀体相通；所述压力油道B2、B4从泵体燃油压力腔H经控制阀体和旁通油道C1、C2与主压力油道B3相通；主压力油道B1、B3从泵体压力油腔H开始一直通向喷油器；压力油道B2、B4从泵体1开始经控抽阀与主压力油道B1、B3相通，压力油道可以增加至2或3路，增加了进油速度和进油量，减少了柱塞上行时的吸油阻力，减小柱塞弹簧的复位荷载。。
旁通油道C1、C2还可以在径向上增加2个旁通油道，并设置在控制阀座3上，连通压力油道B2、B4与控制阀座3油腔；进油孔A连通控制阀座油腔与泵喷嘴外部存油腔。控制阀座3通过定位销16与上下零件定位，控制阀座3上下面与泵体1底面和喷油器的针阀弹簧座7顶面加工为高精度平面度和平行度的接触面，在喷油器螺帽14螺纹连接预紧力作用下形成密封。
阀芯及衔铁4与控制阀座3为间隙配合导向，并在控制阀密封部位E处形成线面接触的密封阀口(参见图3和图6)；电磁铁5的引线插针通过泵体1上孔连接到电控传导插线座18的针孔内，插线座18通过连线与电子控制单元(ECU)连接，其上部由支撑垫片19压紧固定；本发明燃油的喷射量和喷射时间由电子控制单元(ECU)驱动的控制阀来控制。
值得注意的是，本实施例中喷油器包括：针阀弹簧座7、安装在针阀弹簧座7上的针阀弹簧9、调压垫片8、安装在针阀弹簧座7端部的顶杆10、中间体11、针阀体12和针阀13；该调压垫片8安装在针阀弹簧9上端，在针阀弹簧9下端安装顶杆10，在中间体的下端面上安装针阀体12，该针阀体12的下端安装针阀13，所述的针阀体12与针阀13上部为间隙配合导向，并在针阀体12内下端喷孔上方为密封锥面(参见图4和图7)，其密封部位F与针阀13采用线面接触的密封结构，本发明的密封部位F的开启和关闭用以调节喷油量和喷油时间。
在针阀体12中间制有油腔，针阀13中部设计为上大下小的变截面形状，以便针阀体油腔内燃油压力作用其上克服弹簧力向上推动针阀13，开启喷油孔。中间体11连通上下零件的压力油道B并与之形成接触面密封，底面限制针阀13的最大开启行程。在中间体11上面是针阀弹簧座7、调压垫片8和调压弹簧9，该调压弹簧9安装在针阀13上端的顶杆10上，用以控制和调节针阀13的开启和关闭。喷油器的零件上下密封面之间以及其与控制阀体底部的密封面之间均采用圆柱销定位、高精度平面加压密封。
本发明的在工作时，柱塞2通过摇臂垫块27传递的压力，由凸轮驱动，在泵体油腔内压缩燃油。当控制阀密封阀口E处关闭时(如图2、3所示)，高压燃油通过上下连通的主压力油道B1、B3进入喷油器偶件针阀体12油腔，燃油产生的高压克服针阀弹簧9的弹簧力使针阀13向上移动，针阀13下端锥面边缘与针阀体12锥面密封口F处打开(如附图4所示)高压燃油通过阀体下端喷孔喷入燃烧室；在喷油结束，柱塞2上的压力撤离，控制阀E处开启时(如图5所示)，一方面，针阀体12油腔压力迅速下降，针阀13受针阀弹簧9的作用力向下移动，关闭密封口F(如附图7所示)，喷油器停止喷油。另一方面，柱塞2在柱塞弹簧23的弹力作用下向上移动(如图5所示)，泵体油腔内形成相对真空，燃油通过进油孔A，经过控制阀密封部位E处、主压力油道C1-B3-B1和辅助压力油道C2-B4-B2(可增加至2～3个)被吸入泵体油腔H(如图5、6所示)，为下一次加压喷油作好准备。
控制阀的关闭与开启是由电子控制单元(ECU)调节控制的。ECU根据安装在飞轮以及凸轮相关部位的转速传感器检测到的发动机转速和曲轴转角、油门传感器信号及其他传感器信号进行最佳燃油喷射控制，通过控制电磁铁对阀芯的吸合和放离，实现控制阀的关闭与开启，从而控制调节泵喷嘴最佳的喷油量与喷油时间。
泵喷嘴由电子控制单元(ECU)控制，能在所有工况，由传感器采集车辆和发动机运行工况及驾驶者的操作意图，ECU根据传感器输入的信号，通过电磁铁开关控制阀改变高压燃油的流向，在适当的时刻，将高压燃油直接喷射进入气缸。由于取消了高压油管和柱塞上调节油量的斜槽，高压容积减小，免除了燃油压力损失，减少了泄漏，提高了刚度和强度，使泵喷嘴的体积减小，结构简化紧凑。燃油喷射压力可达1500bar以上，能够达到欧III、欧IV甚至欧V排放标准，环保性能大为提高；泵喷嘴直接采用凸轮驱动，只在喷油时供油，驱动转矩低，消耗功率小；电控泵喷嘴比单体泵和机械式合成泵的成本低，性价性更高；其功率覆盖范围广，适合从轻型到重型车用、机车用和船用柴油发动机及发电机组。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。