一种控制腔中置式高压电控喷油器的制作方法

本发明涉及内燃式发动机燃油喷射系统领域，特别是涉及一种控制腔中置式高压电控喷油器。

背景技术：

随着能耗及排放法规的要求愈来愈严格，内燃式发动机对燃油喷射系统中的喷油器提出更高要求。其主要体现在如下方面：

高压喷射:设计目标压力达2000bar以上，后续升级压力可达3000bar。

精确喷射：“定时”、“定量”喷射精度要求更高，喷射散差小、多次喷射稳定时间间隔短，喷射稳定性好。

低能量损失：喷油器的设计上避免静态泄露损失，减小动态泄露损失，由此降低泵系统能耗以降低燃油喷射系统的能量损失。

高可靠性：产品需承受更高的压力脉冲疲劳失效风险低、密封性好、气蚀风险低、磨损小等。

其他要求如加工成本低、产品一致性、产品继承性等方面都有更高要求。

中国专利CN200820132188.5及CN103590949A提出了一种喷油器，其主要结构如图1所示，采用控制腔上置形式。该种喷油器已在1600bar-2000bar喷油器产品上广泛应用。

针对2000bar-3000bar喷油器，随喷射压力、喷射精度及能量损失等指标要求的提高，上述产品面临优化升级，主要具体表现在：

1、控制柱塞52与油针58运动件较长、质量大，刚度低，瞬态开启、关闭速度受到约束。

2、喷油器体5内油腔53容积小，燃油喷射过程引的压力波动偏大。

3、油针58与针阀体14顶部属滑动配合面，并且随喷射压力升高其间隙泄漏量会显著增加，由此引起燃油系统的能量损失大。

4、更高的喷射压力对产品结构可靠性及密封性能的需求突出。

由此可见，上述中国专利CN200820132188.5及CN103590949A产品显然仍存在升级优化空间。如何能创设一种可满足燃油喷射系统产品升级的要求的高压电控喷油器，使其能适应2000bar-3000bar喷射压力的需求，并且具有运动件质量小、响应速度快、喷射压力波动小、无间隙泄露、控制阀座顶面气蚀风险低、生产工艺性好等特点,成为当前业界急需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可满足燃油喷射系统产品升级的要求的高压电控喷油器，使其能适应2000bar-3000bar喷射压力的需求，并且具有运动件质量小、响应速度快、喷射压力波动小、无间隙泄露、控制阀座面气蚀风险低、生产工艺性好等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种控制腔中置式高压电控喷油器，包括控制阀、控制阀座、喷油器体、针阀、针阀体，所述控制阀与控制阀座顶面配合，控制阀座置于喷油器体内腔，喷油器体与针阀体密封连接，针阀位于控制阀座下方，所述控制阀座底部与针阀顶面之间形成控制腔，所述控制腔位于喷油器体的中段位置；所述针阀采用上下分体式的控制柱塞与油针配合形式，或采用一体式结构。

进一步地，所述控制阀座顶面与控制腔之间的距离占喷油器体内腔长度的20％-60％。

进一步地，所述控制阀座采用上下密封接触的分体形式，包括控制阀上座、控制阀下座；所述控制阀上座内部设有上细下粗的阶梯孔；所述控制阀下座呈倒凹形结构，倒凹形的内腔与针阀顶面之间形成控制腔，控制阀下座顶部设有节流孔，所述节流孔与控制阀上座内的阶梯孔下段连通，控制阀下座顶部侧面设有节流细孔；所述控制阀上座内的阶梯孔下段占整个控制阀座长度的60％-90％。

进一步地，所述喷油器体内腔的侧壁与控制阀座外侧面间的缝隙形成燃油通道，控制阀座上部与喷油器体间形成密封面；所述密封面以下、针阀底部锥面与针阀体头部配合形成的密封交线以上部分中，除控制腔以外均形成相连通的稳压腔。

进一步地，所述针阀上，与针阀体上段内壁接触部位采用凸出的导向段，所述导向段开设有纵向凹槽，所述纵向凹槽与针阀体上段内壁形成燃油通道。

进一步地，所述针阀中部设有凸台或卡簧结构，所述凸台或卡簧结构上表面安装针阀弹簧调压垫片，所述针阀弹簧调压垫片上部安装有针阀弹簧，所述针阀弹簧顶面与控制阀座底面接触。

进一步地，当喷油器体的进油段连接有高压接头结构时，所述喷油器体与高压接头采用一体形式。

进一步地，所述喷油器体与针阀体通过位于外围的油嘴紧帽旋紧形成密封连接。

进一步地，所述控制阀采用电磁控制的陶瓷球压块。

进一步地，所述喷油器体上设置有高压进油口和回油口，所述高压进油口及回油口均位于喷油器体中部、控制阀座下方位置，所述高压进油口与喷油器体内腔直接连通，与所述回油口连通的回油通道向上贯穿喷油器体。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、通过采控制腔中置形式：

(1)提高了喷油器开启、关闭的响应速度。即使在控制阀座顶面位于喷油器体顶部的情况下，控制腔可置于喷油器体的中部区域，控制腔与针阀体的喷孔间距离变短，运动件长度变短，重量降低，刚度提高。

(2)降低控制阀座顶面临近区域气蚀的风险。控制阀上座与控制阀(含陶瓷球压块)接触面区域气蚀失效属喷油器常见的失效模式，随喷射压力提高失效的风险还会增加。通过控制阀上座顶面与控制阀下座节流孔间的距离增加，在节流孔处生成燃油气泡在控制阀上座阶梯孔下段的长通道内气泡随静压恢复而破裂，控制阀座顶面气蚀的风险降低。

2、通过采用一体式针阀设计(控制柱塞与油针一体设计):

(1)控制柱塞与油针的功能可由针阀替代，部件数量减少、部件间装配难度降低。

(2)控制柱塞与油针的功能可由针阀替代,控制阀下座的径向定位可以直接由针阀与针阀体间的导向结构实现，结构简单、工艺性好。

3、大容积稳压腔设计(主要位于针阀体顶部)：

(1)喷油器体加工工艺性好。喷油器体内腔与控制阀上座外侧面、控制阀下座外侧面间的缝隙自然形成燃油流通通道。

(2)该设计稳压腔的容积较大且主要紧邻针阀体的顶部，有利于减小因燃油喷射过程所引起的压力波动，喷油精度高，稳定性好。

(3)通过该设计，控制阀上座密封面以下、控制阀下座、针阀与针阀体密封交线以上部分，均相互连通，稳压腔内压力均衡，不存在间隙泄漏的问题。

(4)针阀与针阀体间的配合面只需导向功能，不需密封，卡滞、磨损风险小，配合精度要求降低。

4、喷油器体与高压接头一体设计，彻底避免高压接头局部因密封失效而泄漏的风险。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有技术中高压电控喷油器的结构剖面图；

图2是本发明实施例1中的控制腔中置式高压电控喷油器总成剖面图；

图3是控制阀上座剖面图；

图4是控制阀下座剖面图；

图5是针阀结构剖面图；

图6是针阀与针阀体结构剖面图；

图7是油嘴紧帽剖面图；

图8是喷油器体剖面图；

图9是实施例2中的控制腔中置式高压电控喷油器总成剖面图；

图10为图9中的喷油器体剖面图。

图中部分标号如下：1电磁阀组件、2电磁阀弹簧调整垫片、3电磁阀弹簧、4电磁阀螺帽、5喷油器体、6滤芯、7螺母、8陶瓷球压块、9控制阀上座、10控制阀下座、11针阀弹簧、12针阀弹簧调压垫片、13油嘴紧帽、14针阀体、15针阀、16溢油接头螺钉、17导向套、18垫环、19衔铁、20稳压腔、21控制腔；50控制阀座、51密封圈、52控制柱塞、53油腔、54调压弹簧、55针阀导向套、56升程调整垫片、57高压油道孔、58油针、59高压接头；71回油口、72高压油进口。

具体实施方式

实施例1

如图2所示的高压电控喷油器，主要包括控制阀、控制阀座、喷油器体5、针阀15、针阀体14；其中控制阀由电磁控制的陶瓷球压块8形成，控制阀座优选采用上下密封接触的分体形式，包括控制阀上座9、控制阀下座10；陶瓷球压块8与控制阀上座9顶面配合，控制阀上座9、控制阀下座10置于喷油器体5内腔，喷油器体5与针阀体14密封连接，针阀15位于控制阀下座10下方，控制阀下座10底部与针阀15顶面之间形成控制腔21，控制腔21位于喷油器体5的中段位置，优选控制阀上座9顶面与控制腔21之间的距离占喷油器体5内腔长度的20％-60％。

相对于图1所示现有技术中控制腔上置式的高压电控喷油器，本实施例中的上述电控喷油器，将控制阀上座9顶面与控制腔21间的距离加大，使控制腔21可置于喷油器体5的中部区域，进而控制腔21与针阀体14的喷孔间距离变短，使运动件长度变短，重量降低，刚度提高，进一步提高了喷油器开启、关闭的响应速度。

如图3所示，为控制阀上座剖面图，呈T型结构，由控制阀上座顶面(控制阀上座顶面中心9a、控制阀上座顶面外侧9b)、控制阀上座肩胛面9c、控制阀上座外侧面9g、9h(阶梯侧面)、控制阀上座底面9d共同配合形成。控制阀上座内部设有上细下粗的阶梯孔，分别为阶梯孔上段9e、阶梯孔下段9f。配合图2所示，上述控制阀上座9置于喷油器体5内腔中，控制阀上座顶面外侧9b与螺母7的下表面接触，控制阀上座肩胛面9c与喷油器体肩胛面接触，通过螺母7在喷油器体5中旋紧实现控制阀上座9的定位与接触面间的密封。

如图4所示，为控制阀下座剖面图，呈倒凹形结构，由控制阀下座顶面10a、控制阀下座外侧面10h、控制阀下座底面10b、控制阀下座内圆柱面10c、控制阀下座内顶面10g共同配合形成；在控制阀下座顶部中间设有阶梯孔上段10d、阶梯孔下段10e,其中阶梯孔上段10d为节流孔，在控制阀下座顶部侧面设置有节流细孔10f。

配合图2所示，控制阀上座9与控制阀下座10上下密封接触，控制阀下座的阶梯孔上段10d(节流孔)与控制阀上座内的阶梯孔下段9f连通。根据不同喷油器长度，阶梯孔下段9f的长度可调(优选，控制阀上座内的阶梯孔下段9f占整个控制阀座长度的60％-90％)，使其采用延长设计，由于控制阀上座9顶面与控制阀下座10节流孔间的距离增加，在节流孔处生成燃油气泡在控制阀上座阶梯孔下段9f的长通道内气泡随静压恢复而破裂，控制阀上座顶面气蚀的风险大大降低。

如图5所示，针阀优选为一体式细长杆件结构，兼具传统喷油器的控制柱塞与油针的双重功能。其包括针阀顶面15a、针阀顶部外侧面15b、针阀底部锥面15e，在针阀中部设有凸台15c或卡簧结构，在针阀中下部区域15d采用凸出的导向段，导向段上开设纵向凹槽。配合图2、图4所示，针阀顶面15a与控制阀下座内圆柱面10c、控制阀下座内顶面10g之间组成控制腔21。针阀顶部外侧面15b与控制阀下座内圆柱面10c形成密封滑动配合面。针阀中部的凸台15c或卡簧结构，其上表面安装针阀弹簧调压垫片12，针阀弹簧调压垫片12上部安装针阀弹簧11。针阀弹簧11顶面与控制阀下座底面10b接触。

如图6所示，针阀体包括针阀体顶面14a、针阀体阶梯孔上段内壁14b、针阀体阶梯孔下段内壁14c、针阀体头部14e、针阀体肩胛面14d。配合图5所示，针阀中下部区域15d的导向段,与针阀体阶梯孔上段内壁14b滑动配合，起到针阀导向效果；针阀中下部区域15d的导向段上的纵向凹槽，其与针阀体阶梯孔上段内壁14b形成燃油通道。针阀底部锥面15e与针阀体头部14e配合形成密封交线。

如图7所示为油嘴紧帽剖面图，包括顶部内螺纹13a、内部台阶面13b；如图8所示，为喷油器体剖面图，其中喷油器体底部外侧设置有喷油器体外螺纹5f；配合图2所示、图6所示，喷油器体底面5e与针阀体顶面14a接触形成配合密封面，通过油嘴紧帽13拧紧实现接触面的密封，油嘴紧帽13通过其内部台阶面13b与针阀体肩胛面14d接触，顶部内螺纹13a与喷油器体螺纹5f配合。

如图8所示，喷油器体的进油段连接有高压接头，喷油器体与高压接头采用一体形式，其中进油部分内部阶梯孔5c、5d与喷油器体内腔连通，并在相贯区设过渡圆弧。配合图2、图3所示，喷油器体5内腔壁5b与控制阀上座外侧面9h间的缝隙形成燃油通道，控制阀上座肩胛面9c与喷油器体肩胛面5a间形成密封面，由螺母7旋紧密封；所述密封面以下、针阀底部锥面与针阀体头部配合形成的密封交线以上部分中，除控制腔21以外均形成相连通的稳压腔20。设计稳压腔20的容积较大且主要部分紧邻针阀体14的顶部，对于稳定引燃油喷射引起的压力波动效果明显。

如图2所示的其他部分，如电磁阀组件1、电磁阀弹簧调整垫片2、电磁阀弹簧3、电磁阀螺帽4、滤芯6、溢油接头螺钉16、导向套17、垫环18、衔铁19等部件与现有技术相同，在此不再一一赘述。

上述喷油器装配过程简述如下:

在喷油器装配中，随油嘴紧帽13螺纹旋紧，针阀底部锥面15e与针阀体头部14e间的接触面压紧、针阀体顶面14a与喷油器体底面5e间的接触面压紧、针阀弹簧11压紧控制阀下座顶面10a与控制阀上座底面9d间的接触密封面。

上述喷油器的工作过程简述如下：

在给电磁阀组件1加电，电磁力驱动衔铁19的开启，陶瓷球压块8的下表面提升与控制阀上座顶面间形成泄油通道,控制腔21内压力降低，针阀15抬起，喷油器开始喷油；在控制电流减小时，衔铁19所受电磁力减小，电磁阀弹簧3推动衔铁19压紧陶瓷球压块8，泄油通道关闭，控制腔21内压力增加，针阀15升程降低，喷油器喷油结束。

实施例2

如图9所示，为另一种形式的控制腔中置式高压电控喷油器的剖面图，与实施例1的主要不同点在于喷油器体的结构不同。配合图10所示，喷油器体上设置有高压进油口72和回油口71，高压进油口72及回油口71均位于喷油器体5中部、控制阀下座10下方位置，高压进油口72与喷油器体5内腔直接连通，与回油口71连通的回油通道向上贯穿喷油器体5。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。