喷油规律可变的蓄压式重油压电喷油器的制作方法

本发明涉及的是一种燃油系统，具体地说是船舶柴油机燃油系统。

背景技术：

喷油规律是柴油机燃烧的重要参数之一，通过控制喷油速率控制燃烧过程可以实现燃烧过程理想化，从而改善燃烧过程。柴油机喷油初期的喷射率是决定预混合燃烧量的重要因素之一，为了降低nox和噪声，希望初始喷射率很低；喷射中期相当于扩散燃烧期，为了降低碳烟，希望喷射率很陡地加大，并且随着转速和负荷的增高，喷油率的丰满度必须增大，即从三角形向矩形过渡，以确保燃油和空气的充分混合；喷射后期是喷射压力降低期，由于此间燃油雾化不良而产生颗粒物排放的因素之一，因此在喷油结束时，应快速回油以实现喷油压力的迅速降低，从而使喷油后期尽量缩短。这样便可以达到同时改善动力性、燃油经济性、污染物排放和噪声排放性能的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供既能够实现喷油器的靴形喷射改善柴油机的动力性、燃油经济性、污染物排放和噪声排放性能，又可以实现控制腔内的快速建压，提高喷油器响应速度的喷油规律可变的蓄压式重油压电喷油器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明喷油规律可变的蓄压式重油压电喷油器，其特征是：包括喷油器体、压电控制组件、液力补偿活塞组件、针阀组件，压电控制组件、液力补偿活塞组件和针阀组件自上而下设置在喷油器体下方，喷油器体里设置蓄压腔，喷油器体上方安装喷油器头，喷油器头里设置主进油孔，蓄压腔分别连通主进油孔和燃油进油油路；

所述压电控制组件包括阀座、压电堆、控制阀、控制阀底座，阀座设置在控制阀底座上方，压电堆设置在阀座里，控制阀设置在压电堆的下方，控制阀底座里设置控制阀复位弹簧腔，控制阀复位弹簧腔里安装控制阀复位弹簧，控制阀的下端部套于控制阀复位弹簧里，控制阀的中部设置控制阀凸起，控制阀凸起上下端面分别为控制阀上密封面和控制阀下密封面，阀座底部设置过渡容腔，阀座里设置伺服油进油油路、燃油回油油路、然油进油油路，控制阀底座里设置液力补偿活塞连通油路、控制滑阀连通油路、伺服油回油油路，液力补偿活塞连通油路、控制滑阀连通油路均连通过渡容腔，伺服油回油油路连通控制阀复位弹簧腔；

所述液力补偿活塞组件包括控制滑阀复位弹簧底座、控制滑阀阀杆、液力补偿活塞，控制滑阀复位弹簧座与控制阀底座之间形成环形油槽，控制滑阀复位弹簧底座设置在控制阀底座下方，控制滑阀阀杆、液力补偿活塞分别位于控制滑阀复位弹簧底座里，控制阀底座里设置受力滑块，受力滑块上方为控制滑阀上腔，受力滑块下方为控制滑阀下腔，控制滑阀阀杆的上端部连接受力滑块并套有控制滑阀复位弹簧，控制滑阀上腔连通控制滑阀连通油路；液力补偿活塞上方为液力补偿活塞上腔，液力补偿活塞中部与控制滑阀复位弹簧底座之间形成液力补偿活塞下腔，液力补偿活塞下方为液力补偿活塞导向限位腔，液力补偿活塞上套有液力补偿活塞复位弹簧，液力补偿活塞复位弹簧位于液力补偿活塞下腔里，液力补偿活塞上腔连通液力补偿活塞连通油路，控制滑阀阀杆中部设置平面密封阀，平面密封阀所在的控制滑阀复位弹簧底座处设置上容积腔，平面密封阀下方的控制滑阀复位弹簧底座设置下容积腔，控制滑阀阀杆底部设置锥面密封阀，锥面密封阀上方的控制滑阀复位弹簧底座设置底部容积腔，上容积腔连通环形油槽，下容积腔连通液力补偿活塞下腔，底部容积腔通过控制腔泄油油路连通燃油回油油路；

所述针阀组件包括喷嘴、针阀体、控制腔套筒，针阀体安装在喷嘴里并与喷嘴之间形成盛油槽，盛油槽连通燃油进油油路，盛油槽连通然油进油油路，喷嘴下端部设置喷口，喷嘴上方与控制滑阀复位弹簧底座之间形成控制腔，控制腔位于锥面密封阀下方，控制腔连通液力补偿活塞下腔和然油进油油路，控制腔套筒设置在控制腔里，控制腔套筒上加工有针阀复位弹簧座，针阀体上部套有针阀复位弹簧，针阀复位弹簧上端顶在针阀复位弹簧座上。

本发明还可以包括：

1、液力补偿活塞导向限位腔里加工有回油油路，控制滑阀下腔下方设置与其连通的混合油回油油路。

2、燃油通过燃油进油油路进入到控制腔和盛油槽中，一部分燃油通过环形油槽、上容积腔、下容积腔、液力补偿活塞下腔进入到控制腔；当压电堆加载电压信号后，控制阀向下运动，控制阀下锥面关断伺服油回油油路，伺服油进油油路与过渡容腔连通，伺服油经过过渡容腔进入到控制滑阀上腔和液力补偿活塞上腔中，控制滑阀阀杆和液力补偿活塞向下运动。控制腔泄油油路开启，控制腔泄油；液力补偿活塞下移使得液力补偿活塞下腔中的燃油被压入到控制腔中；当压电堆不加载电压后，控制阀在控制阀复位弹簧的作用下向上运动，关断伺服油进油油路与过渡容腔的连通，同时伺服油回油油路开启，液力补偿活塞上腔和控制滑阀上腔中的伺服油泄走，液力补偿活塞和控制滑阀阀杆分别在液力补偿复位弹簧、控制滑阀复位弹簧的作用下开始向上运动，液力补偿活塞重新回到上止点位置，控制滑阀阀杆向上运动关断控制腔回油油路，控制腔重新建压，针阀体落座。

本发明的优势在于：本发明采用了蓄压腔结构，可以大大改善整个喷油系统的压力波动，特别是可以减小各个喷油器喷油时的互相干扰。本发明设计了液力补偿活塞和控制滑阀结构，可以实现可变的喷油规律，有利于改善发动机的动力性、燃油经济型、污染物排放和噪声排放性能，并且可以使控制腔更加快速地建压，提高了喷油器的响应特性。本发明通过压电堆来调节伺服油进、回油油路、的开关，既可以精确控制阀的升程又利于提高针阀体的响应速度和控制精度，提供了灵活的喷油规律，有效的改善了柴油机的排放稳定性和经济性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为压电控制组件示意图；

图3为控制滑阀组件示意图；

图4为针阀组件示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-4，本发明喷油规律可变的蓄压式重油压电喷油器，包括喷油器头1、压电控制组件4、针阀组件8、紧帽9、控制腔套筒10、控制滑阀7和液力补偿活塞42。喷油器头1通过螺纹进行配合连接安装在喷油器体3上，并通过放置在喷油器体3上的密封圈2进行密封。喷油器头1内设置主进油孔18，并与喷油器内的蓄压腔17连通。蓄压腔17下方设有压电控制组件4。压电控制组件部分包括压电堆电气接头19、压电堆27、控制阀20和控制阀复位弹簧22。压电堆27安装在阀座15里，控制阀20安装在压电堆27的下方并与其相连。阀座15底部加工有过渡容腔26。阀座15中加工有伺服油进油油路5、燃油进油油路16和燃油回油油路6。控制阀底座13上部加工有控制阀复位弹簧腔24，控制阀复位弹簧22安装在控制阀复位弹簧腔24里，控制阀20的下端部套于控制阀复位弹簧里22，控制阀20有上下两个密封锥面。控制阀复位弹簧腔24底部加工有伺服油回油油路23。控制阀底座13上还加工有燃油进油油路16、液力补偿活塞上腔连通油路14、控制滑阀上腔连通油路12和燃油回油油路6，液力补偿活塞上腔连通油路14和控制滑阀上腔连通油路12分别于过渡容腔26相连。压电控制组件4下方是控制滑阀，主要包括受力滑块28、控制滑阀阀杆33和控制滑阀复位弹簧30。受力滑块28和控制滑阀阀杆33由螺纹配合连接在一起。控制滑阀复位弹簧30位于控制滑阀下腔29中。控制滑阀复位弹簧底座32上加工有混合油回油油路31。控制滑阀阀杆33中间处有一平面密封阀34，在平面密封阀34上下两端的控制滑阀复位弹簧底座上加工有两个容积腔上容积腔38和下容积腔37。控制滑阀左端是液力补偿活塞42，主要包括活塞体42和活塞复位弹簧41。液力补偿活塞42顶端加工有限位凸台，活塞复位弹簧41安装在液力补偿活塞下腔43中。液力补偿活塞42下端导向限位腔40内加工有一个回油油路39。控制滑阀阀杆33下端是针阀组件8，主要包括控制腔套筒10、针阀复位弹簧47和针阀体50。控制腔套筒10位于控制腔内46，加工有限位凸台51。针阀复位弹簧47上端与控制腔套筒10相连接下端与针阀体50相连接。针阀体50安装在喷嘴48内，喷嘴48和针阀体50之间设置盛油槽49。

图1为本发明的整体结构示意图，它由喷油器头1、密封圈2、压电控制组件4、液力补偿活塞42、控制滑阀7、针阀组件8、紧帽9以及控制腔套筒10组成。其特征是：喷油器体3上开有蓄压腔17，蓄压腔17与喷油器头1上的主进油孔18相连通。喷油器头1与喷油器体3通过螺纹线进行装配，密封圈2将二者进行密封。蓄压腔17下面安装压电控制组件4。压电控制组件4下面是液力补偿活塞和控制滑阀7，控制滑阀上腔45、液力补偿活塞上腔44分别于过渡容腔26连通。控制滑阀阀杆33下部是针阀组件8。喷油器不工作的时候从共轨管输送进来的高压燃油通过主进油孔18进入喷油器内部。通过蓄压腔17中的燃油会向下经过燃油进油油路16进入到控制腔46和盛油槽49中，一部分燃油通过环形油槽11、上容积腔38、下容积腔37、液力补偿活塞下腔43进入到控制腔46中。当压电堆27加载电压信号后，控制阀20向下运动，控制阀下锥面25关断伺服油回油油路23，伺服油进油油路5开启。伺服油经过过渡容腔26进入到控制滑阀上腔45和液力补偿活塞上腔44中，控制滑阀阀杆33和液力补偿活塞42开始向下运动。控制腔泄油油路35开启，控制腔46开始泄油，控制腔46内燃油压力下降。液力补偿活塞42下移使得液力补偿活塞下腔43中的燃油被压入到控制腔46中，对控制腔46进行一定量的燃油补充。使得喷油初期控制腔46内燃油压力下降较为缓慢；在液力补偿活塞42运动到下止点后不再对控制腔46进行燃油补偿，此后控制腔46内压力下降较快，实现先缓后急的喷油规律。当压电堆27不加载电压后，压电堆27复位，控制阀20在控制阀复位弹簧22的作用下向上运动，关断伺服油进油油路5同时伺服油回油油路23开启。液力补偿活塞上腔44和控制滑阀上腔45中的伺服油开始泄走，液力补偿活塞42和控制滑阀阀杆33分别在复位弹簧41、30的作用下开始向上运动，液力补偿活塞42重新回到上止点位置，而控制滑阀阀杆33向上运动关断控制腔回油油路35，控制腔46开始重新建压，针阀体50落座，从而结束喷油过程。

图2为本发明的压电控制组件结构示意图。它由压电堆电气接头19、压电堆27、控制阀20和控制阀复位弹簧22构成。压电堆27通过压电堆电气接头19与发动机电控单元连接，进而控制控制阀20的起落。压电堆27安装在阀座15里，控制阀20安装在压电堆27的下方，控制阀20上端面通过控制阀复位弹簧22被压紧至压电堆27的下端面上。阀座15底部加工有过渡容腔26，过渡容腔26与控制滑阀上腔45、液力补偿活塞上腔44相连通。阀座15中加工有伺服油进油油路5和燃油进油油路16。控制阀底座13上部加工有控制阀复位弹簧腔24，控制阀复位弹簧22安装在控制阀复位弹簧腔24里，控制阀20的下端部套于控制阀复位弹簧22里，控制阀20上存在控制阀上密封锥面21和控制阀下密封锥面25两个密封面。控制阀底座13上的密封座面与控制阀下密封面25相配合，阀座15上的密封座面与控制阀上密封面21相配合。控制阀复位弹簧腔24底部加工有伺服油回油油路23。当压电堆27加载电压后，由于压电堆27的逆压电效应，压电堆27变形伸长向下推动控制阀20，控制阀20离开阀座15，伺服油进油油路5开启。控制阀下密封面25与控制阀底座13上的密封面相接触从而关断伺服油回油油路23。伺服油流经过渡容腔26进入到液力补偿活塞上腔44和控制滑阀上腔45使得液力补偿活塞42和控制滑阀阀杆33向下运动。当压电堆27断电后，压电堆27恢复到原来长度，控制阀20在控制阀复位弹簧22的作用下向上运动关断伺服油进油油路5，同时伺服油回油油路23开启，液力补偿活塞上腔44和控制滑阀上腔45内的伺服油通过伺服油回油油路23泄走，控制滑阀阀杆33和液力补偿活塞42复位。

图3为本发明的控制滑阀和液力补偿活塞结构示意图。控制滑阀由受力滑块28、控制滑阀阀杆33和控制滑阀复位弹簧30构成。受力滑块28和控制滑阀阀杆33之间由螺纹配合连接在一起。控制滑阀复位弹簧30安装在控制滑阀下腔29中，控制滑阀复位弹簧30不仅起到使控制滑阀阀杆33复位的作用，而且还限制了控制滑阀阀杆33的最大位移，使得当控制滑阀阀杆33处于最大位移的时候，控制滑阀阀杆33中部的平面密封阀34隔断上容积腔38和下容积腔37的连通。控制滑阀复位弹簧底座32处加工有混合油回油油路31，防止从控制滑阀上腔45泄漏下来的伺服油和控制腔46泄漏上来的燃油的混合油留存在控制滑阀下腔29中对控制滑阀阀杆33的运动产生影响。控制滑阀阀杆33最下端有一个锥面密封阀36，当控制滑阀阀杆33处于上止点处时锥面密封阀36落座关断控制腔泄油油路35。在喷油器不工作的时候，伺服油进油油路5关闭，伺服油无法进入到控制滑阀上腔45。控制滑阀阀杆33在控制滑阀复位弹簧30的作用下向上运动，控制滑阀阀杆33下端锥面密封阀36关断控制腔泄油油路35，控制腔46不泄油。当喷油器开始工作，压电堆27加载电压时，压电堆27变型伸长，使得控制阀20向下运动，从而开启伺服油进油油路5并关断伺服油回油油路23。伺服油流经过渡容腔26进入到控制滑阀上腔45，控制滑阀阀杆33受到伺服油向下的作用力大于控制腔46内燃油对其向上的液压力，控制滑阀阀杆33开始向下运动，控制滑阀阀杆33中部的平面密封阀34关断上容积腔38和下容积腔37之间的连通，并且锥面密封阀36下移使得控制腔46与燃油泄油油路35连通，控制腔46开始泄油。当压电堆27断电后，压电堆27恢复到原来的长度，控制阀20在控制阀复位弹簧22的作用下向上运动关断伺服油进油油路5同时伺服油回油油路23开启。此时过渡容腔26和伺服油回油油路23连通，控制滑阀上腔45开始泄油，控制滑阀上腔内45压力降低，控制滑阀阀杆33在控制滑阀复位弹簧30的作用下向上运动。上容积腔38、下容积腔37和环形油槽11连通，并且控制滑阀阀杆33下端锥面密封阀36重新落座关断控制腔泄油油路35，控制腔46停止泄油。液力补偿活塞42上端加工有限位凸台，液力补偿活塞复位弹簧41安装在液力补偿活塞下腔43中。液力补偿活塞42下端导向限位腔40内加工有一个回油油路39防止液力补偿活塞下腔40中的高压燃油泄漏到液力补偿活塞42下端导向限位腔40内影响液力补偿活塞42的运动。在喷油器不工作的时候，由于液力补偿活塞下腔43内存在高压燃油，在液压力和弹簧预紧力的作用下液力补偿活塞42位于上止点位置。一部分燃油通过环形油槽11、上容积腔38、下容积腔37和液力补偿活塞下腔43进入到控制腔46内，使得控制腔46内建压速度增快，提高喷油器的响应。当喷油器工作压电堆27加载电压时，压电堆27变型伸长，使得控制阀20向下运动，从而开启伺服油进油油路5并关断伺服油回油油路23，伺服油流经过渡容腔26进入到液力补偿活塞上腔44中，液力补偿活塞42上端受到伺服油向下的作用力大于液力补偿活塞下腔43内燃油对其向上的液压力，液力补偿活塞下腔43开始向下运动。在喷油初期对控制腔46进行一定程度上的燃油补充，控制腔46内燃油压力下降较为缓慢，进而使得针阀体50在初始时刻上升相对缓慢，喷油速率增加的也较为缓慢。当压电堆27断电后，压电堆27恢复到原来的长度，控制阀20在控制阀复位弹簧22的作用下向上运动关断伺服油进油油路5同时伺服油回油油路23开启。此时过渡容腔26和伺服油回油油路23连通，液力补偿活塞上腔44开始泄油，当液力补偿活塞上腔44的伺服油压力减小到小于下腔43内的燃油压力和弹簧预紧力的合力时液力补偿活塞42开始向上运动直至运动到上止点处。

图4为本发明的针阀组件结构示意图。它由控制腔套筒10、针阀复位弹簧47和针阀体50构成。控制腔套筒10上加工有针阀复位弹簧座51，既可以固定针阀复位弹簧47又可以对针阀体50起到限位作用，防止喷油器开始工作时控制滑阀阀杆33和针阀体50发生碰撞。当喷油开始时，由于液力补偿活塞42的作用喷油初期控制腔46内燃油压力下降较慢，针阀体50抬升速度缓慢，喷油速率低；喷油持续一段时间后，液力补偿活塞42不在向控制腔46内补充燃油，此后控制腔46内压力下降较快，针阀体50提升速度加快，喷油速率高，实现可变喷油规律，有利于改善发动机的动力性、燃油经济型、污染物排放和噪声排放性能。当喷油结束时，控制腔46与控制腔泄油油路35的连通被关断，控制腔46开始重新建压。燃油一部分从燃油进油油路16直接进入到控制腔46中，另一部分通过环形油槽11、上容积腔38、下容积腔37和液力补偿活塞下腔43进入到控制腔46中。使得控制腔46建压速度加快，提高喷油器的响应。

由上述工作过程可知，本发明喷油规律可变的蓄压式重油压电喷油器的喷油过程中，喷油器内的液力补偿活塞42和控制滑阀33在喷油初期可以实现喷油规律的先缓后急，有利于改善发动机的动力性、燃油经济型、污染物排放和噪声排放性能；在喷油结束后一部分燃油可以通过上容积腔38、下容积腔37和液力补偿活塞下腔43进入到控制腔46中可以使控制腔46更加快速地建压，提高了针阀体50的响应特性。整个喷油过程采用压电控制，动作速度快，控制精度高实现了对喷油过程响应速度快，控制精度高的要求。本发明应用于共轨系统上时，在大油量喷射状态下，采用蓄压腔17的结构能有效减小共轨压力波动，从而缓解了各缸喷油过程的均匀性和稳定性下降的现象的发生。