船用液力增压式电控喷油器的制作方法

本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是柴油机燃油系统。

背景技术：

柴油机作为目前已知热效率最高、能量利用率最好的动力机械，在采用电子控制后变得更加清洁与智能。目前，柴油机在船用动力方面仍保持统治地位。燃油喷射系统是发动机的心脏，随着民众对油耗标准的日渐提高以及排放法规的日趋严格，柴油机燃油系统发展与改进的必要性不言而喻。

喷油器是柴油机燃油喷射系统的核心零部件之一。超高压喷油有助于燃油的雾化与燃烧，船用柴油机，为了实现高压喷射，在喷油器内设置增压装置是解决方法之一，而仅仅是增设增压装置的喷油器将使喷油器结构变长、重量加大许多。

而且，出于经济性的考虑，船用柴油机有相当占比燃用重油，对于电控喷油器来说，重油必须与电磁阀做出有效隔离，而若又仅仅增加隔离装置，将使得喷油器尺寸进一步加长；而且，将不可避免地增加油路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能实现喷油器内增压并能使用重油的、适合船用柴油机使用的船用液力增压式电控喷油器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船用液力增压式电控喷油器，其特征是：包括喷油器上体、喷油器中间体、喷油器下体、电磁阀组件、增压器组件、针阀偶件，喷油器上体、喷油器中间体和喷油器下体自上而下设置，喷油器上体里设置伺服油进油口、高压进油道、伺服油回油口、伺服油主回油路、伺服油回油支路、重油进油口、重油进油道，高压进油道连通伺服油进油口，伺服油主回油路分别连通伺服油回油口和伺服油回油支路，重油进油道连通重油进油道；

所述电磁阀组件包括端盖、铁芯、衔铁、阀杆，阀杆的上部设置在喷油器上体里，阀杆的下部伸入至喷油器中间体里，衔铁固定在阀杆的顶端，衔铁所在的腔连通回油节流孔，回油节流孔连通伺服油主回油路，衔铁的上方设置铁芯，铁芯的上方设置端盖，铁芯的中部设置电磁阀弹簧，电磁阀弹簧的两端分别顶在端盖和阀杆上，铁芯里缠绕线圈，阀杆与喷油器上体形成上部环腔，阀杆与喷油器中间体形成下部环腔和泄压腔，阀杆、喷油器上体、喷油器中间体三者之间形成中间环腔，阀杆内部设置相通的横向孔和纵向孔，横向孔和纵向孔构成泄压通道，喷油器中间体里设置增压进油道、连通通道、伺服油连通通道，增压进油道连通下部环腔和高压进油道，连通通道连通中部环腔，伺服油主回油路分别连通伺服油回油支路和伺服油连通通道，伺服油回油支路连通上部环腔；

所述增压器组件包括增压活塞，增压活塞设置在喷油器下体里，喷油器下体里开有进油窗口、伺服油回油窗口、增压窗口、增压油道、喷油窗口、压力连通通道，增压活塞包括大头端和小头端，小头端套有增压活塞弹簧，增压活塞弹簧的上下两端分别顶在大头端和增压器下体上，小头端与其下方的增压器下体之间形成增压腔，增压活塞弹簧所在位置为低压腔，大头端中部设置增压活塞环腔，进油窗口连通重油进油道，伺服油回油窗口连通伺服油连通通道，增压油道分别连通增压窗口和增压腔，压力连通通道连通喷油窗口，并通过进油节流孔连通高压进油道；

所述针阀偶件包括针阀体、针阀、喷嘴，喷嘴位于针阀体下方，针阀位于针阀体里并与针阀体之间形成盛油槽，针阀顶端伸入喷油器下体里并套有针阀弹簧，针阀弹簧所在位置为针阀控制腔，针阀控制腔连通压力连通通道，针阀体下端部为球状且开有通孔，针阀下端部为与针阀体球状下端部配合的针阀锥面，喷嘴里开设喷射通道，喷嘴端部开设喷孔。

本发明还可以包括：

1、喷油器上体里设置混合油回油口，喷油器下体里设置混合油回油道，混合油回油道连通混合油回油口，增压活塞的大头端加工有混合油集油槽，混合油集油槽通过混合油出油孔连通混合油回油道；针阀体里设置混合油出油道和针阀混合油集油槽，混合油出油道分别连通混合油回油道和针阀混合油集油槽。

2、初始状态时，电磁阀线圈不通电，阀杆在电磁阀弹簧的力的作用下压在喷油器中间体的上端面上，与喷油器中间体实现平面密封，此时中间环腔与下部环腔隔断而与上部环腔连通，低压伺服油经连通通道作用在增压活塞上表面上；增压活塞位于最上方位置，此时增压活塞位于初始位置，其顶部与喷油器中间体接触，在初始位置时增压活塞环腔下表面在轴向位置上高于喷油窗口上沿面，即此时增压活塞环腔与压力连通通道不连通，增压活塞肩面轴向位置上高于增压窗口的槽的下沿面，即低压腔与增压油道连通；针阀控制腔内为高压伺服油，在伺服油压力与针阀弹簧的弹簧力的作用下，针阀的针阀锥面与针阀体的针阀体座面接触实现线密封，阻止盛油槽与喷射通道连通；

当电磁阀线圈通电时，衔铁受电磁力上移，并带动阀杆上移使得阀杆与喷油器上体接触实现线密封从而切断中间环腔与上部环腔的连通；阀杆的上移使得下部环腔与中间环腔连通，高压伺服油经过连通通道作用在增压活塞上表面上，增压活塞在高压伺服油的作用下克服增压活塞弹簧的弹簧力下移，下移过程中首先增压活塞肩面遮盖住增压窗口，即切断了低压腔与增压油道的连通，增压油道、增压腔、盛油槽等构成封闭空间，增压活塞继续下移压缩该封闭空间内的重油；增压活塞继续下移，当增压活塞环腔下表面打开喷油窗口时，压力连通通道内的高压伺服油依次通过喷油窗口、增压活塞环腔、伺服油回油窗口流入伺服油主回油路并流回发动机伺服油箱，当盛油槽内的重油压力大于针阀弹簧与针阀控制腔内的伺服油压力的合力时，针阀抬起，盛油槽内的重油进入喷射通道并从喷孔喷出，此时增压活塞位于第二位置；

当期望的量的燃油被喷入发动机气缸后，电磁阀线圈断电，阀杆在电磁阀弹簧的作用下下移重新与喷油器中间体的上端面接触从而切断下部环腔与中间环腔的连通，并同时使上部环腔与中间环腔连通，作用在增压活塞上表面上的高压伺服油依次通过连通通道、中间环腔、上部环腔、伺服油回油支路、伺服油主回油路流回发动机伺服油箱，增压活塞在增压活塞弹簧、增压腔内油压的作用下上移，此时增压活塞首先关闭喷油窗口，然后增压活塞打开增压窗口，重油沿着低压腔、增压窗口流入增压油道，即向增压油道、增压腔、盛油槽里补充重油。

本发明的优势在于：本发明利用增压活塞37的上下移动同时实现了重油增压与燃油喷射所需的针阀控制腔泄压功能，减少了所需布置的油路数量，使得整个喷油器结构紧凑，相比一般带增压装置喷油器体积更小，重量更轻。另外，针对喷油器使用重油的特点，特别采用了伺服油对重油进行增压，并针对可能的油品泄漏问题设计了一套混合油回油路，有效保护了电磁阀的安全，提升了喷油器的可靠性。重油直接以低压进入喷油器，可以不必在发动机外设置额外的增压泵对重油进行增压，节省了整机费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为a-a视图；

图4为电磁阀组件结构示意图；

图5为增压器组件结构示意图；

图6为增压器组件及伺服油回油路结构示意图；

图7为针阀组件结构示意图。

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1-7，本发明的船用液力增压式电控喷油器，主要由罩盖1、喷油器上体2、电磁阀组件3、喷油器中间体4、增压器组件5、针阀偶件6、紧帽7、套筒8、挡圈9、喷嘴10等组成。电磁阀组件3装在喷油器上体2之中，罩盖1通过螺纹与喷油器上体2连接。喷油器上体2下部依次装有喷油器中间体4、增压器组件5、针阀偶件6并经紧帽7与喷油器上体2通过螺纹紧固。套筒8将喷嘴10压紧在针阀偶件6下端，挡圈9将套筒8固定在紧帽7上。

电磁阀组件3主要由端盖12、支架13、铁芯14、线圈15、衔铁16、阀杆17、电磁阀弹簧28等组成。阀杆17下部安装在喷油器中间体4之中，上部安装在喷油器上体2之中。阀杆17与喷油器中间体4、喷油器上体2之间分别形成下部环腔22、上部环腔24，三者间还形成中间环腔23，阀杆17的上下移动可以控制中间环腔23与下部环腔22以及中间环腔23与上部环腔24之间的通断。

增压器组件由喷油器下体36、增压活塞37、增压活塞弹簧41组成。增压活塞37安装在喷油器下体36之中，两者间形成低压腔38与增压腔39。喷油器下体36上开有喷油窗口34、增压窗口49、进油窗口48、伺服油回油窗口51，这些窗口均由一个与喷油器中心线偏心的环槽与一个连通该环槽与其他油道的孔组成。进油窗口48连通低压腔38与重油进油道46，伺服油回油窗口51与伺服油主回油路54连通，增压腔39内流体压力随增压活塞37下移将发生变化。喷油器下体36上还设有增压油道50与压力连通通道32，前者与增压腔39和增压窗口49连通，后者与喷油窗口34和针阀控制腔59均连通。增压活塞包括至少两个位置，分别为喷油器不喷油时的初始位置与喷油时的第二位置。增压活塞37上开有环槽并与喷油器下体36形成增压活塞环腔44，增压活塞环腔44通过伺服油回油窗口51与喷油器伺服油主回油路54连通，增压活塞环腔44内恒为低压伺服油。增压活塞37可以在喷油器下体36中上下运动，将打开或关闭增压窗口49与喷油窗口34，以完成燃油增压和喷射的动作。

针阀偶件由针阀62与针阀体63组成。针阀62安装在针阀体63中，针阀体63与喷油器下体36之间形成针阀控制腔59，针阀62上方安装有针阀弹簧60，针阀弹簧60位于针阀控制腔59之中，针阀控制腔59与压力连通通道32连通。针阀体63端部为球状且开有通孔。针阀体63上设有盛油槽65，盛油槽65内流体压力与针阀控制腔59内的流体压力和针阀弹簧60的合力的相对大小将决定针阀62是否抬起，即决定喷油器是否喷油。

喷油器利用伺服油给重油增压，在所述喷油器上体2、喷油器中间体4、喷油器下体36上设置有孔道组成伺服油进油路、伺服油回油路、重油进油路。伺服油进油路包括高压进油道18、增压进油道19、压力连通通道32；伺服油回油路包括伺服油主回油路54、伺服油回油支路53、伺服油连通通道52；重油进油路包括重油进油道46、增压油道50。为解决增压用的伺服油与喷射用的重油的泄漏问题，所述喷油器还设计了混合油回油路，包括混合油回油道40、混合油出油道72。并在喷油器下体36上开设混合油集油槽60与混合油出油孔42，在针阀体67上开设混合油集油槽68混合油出油道72，均用以搜集伺服油与重油的泄漏，并通过混合油回油道40排出。

在喷油器工作过程中，线圈15通电时中间环腔23与下部环腔22连通而与上部环腔24隔断。增压活塞37受高压伺服油作用从初始位置下移，首先关闭增压窗口49，在继续下移过程中对增压腔39、增压油道50及盛油槽65内的重油增压。同时，继续下移过程中紧接着打开喷油窗口34，使针阀控制腔59内的油压降低，当盛油槽65内压力大于针阀控制腔59内压力与针阀弹簧60的合力时，针阀62抬起，盛油槽65内的增压后的重油通过喷孔68喷出。线圈15断电时，中间环腔23与上部环腔24连通而与下部环腔22隔断，增压活塞37停止下移并开始上移，首先关闭喷油窗口34，紧接着打开增压窗口49。增压窗口49开启后，来自油箱的低压重油将补充进入盛油槽65、增压腔39等区域内。此过程中盛油槽65内油压降低，针阀62保持落座，喷油器不喷油，直至增压活塞回到初始位置，等待下一工作循环的开始。

如图1所示，电磁阀组件3装在喷油器上体2之中，罩盖1通过螺纹与喷油器上体2连接。喷油器上体2下部依次装有喷油器中间体4、增压器组件5、针阀偶件6并经紧帽7与喷油器上体2通过螺纹锁紧。套筒8将喷嘴10压紧在针阀偶件6的下端，挡圈9将套筒8固定在紧帽7上。

电磁阀组件3由密封圈11、端盖12、支架13、铁芯14、线圈15、衔铁16、阀杆17、电磁阀弹簧28等组成。如图4所示，铁芯14固定在支架13上并一同安装在喷油器上体2之中。阀杆17一端安装在喷油器中间体4之中，另一端安装在喷油器上体2中，两处安装位置的配合间隙都很小。阀杆17与喷油器中间体4之间形成下部环腔22与泄压腔20，与喷油器上体2之间形成上部环腔24，三者间还形成中间环腔23。阀杆17中间开设有横向孔与纵向孔，二者构成泄压通道25，泄压通道25连通泄压腔20和上部环腔24。阀杆17上部还设有循环出油孔26，循环出油孔26与泄压通道25连通。阀杆17通过挡圈与衔铁16连接。阀杆17上端安装有电磁阀弹簧28，电磁阀弹簧28另一端位于端盖12的座孔中，两者之间还设计有调整垫片29。端盖12与喷油器上体2之间安装有密封圈11，并最终通过罩盖1压紧限位。阀杆17受力可上下运动，从而控制中间环腔23与下部环腔22、上部环腔24的通断。在图4所示位置时，中间环腔23与上部环腔24连通而与下部环腔22隔断。喷油器中间体4上另设有高压进油道18与增压进油道19，其中增压进油道19与下部环腔22相连通。

增压器组件5由喷油器下体36、增压活塞37、增压活塞弹簧41组成。如图5所示，增压活塞37安装在喷油器下体36之中，两者之间的配合间隙很小。增压活塞弹簧41一端与喷油器下体36相接触，另一端与增压活塞37接触，喷油器装配好后增压活塞弹簧41为预紧状态。增压活塞37与喷油器下体36之间形成低压腔38与增压腔39。增压活塞37大端外圆上开有一槽，该槽与喷油器下体36之间形成增压活塞环腔44。喷油器下体36上设有混合油集油槽35，并设有混合油出油孔42使混合油集油槽35与喷油器下体36上的混合油回油道40连通。在混合油集油槽35上方设有喷油窗口34，其由与喷油器中心线偏心的环槽和一个连通该环槽与其他油道的孔构成。喷油窗口34与压力连通通道32连通，压力连通通道32位于喷油器下体36上，与图4中的高压进油道18连通，两者间设有进油节流孔31，构成喷油窗口34的孔的直径大于进油节流孔31的直径。

喷油器的周向面上还设计有另外两套油路。如图6所示，喷油器上体2、喷油器中间体4与喷油器下体36上加工有孔道组成重油进油道46。与喷油窗口34类似，喷油器下体36上还设置有进油窗口48，增压窗口49以及伺服油回油窗口51，其中进油窗口48与重油进油道46连通，增压窗口49与增压油道50(位于喷油器下体36上)连通，伺服油回油窗口51通过伺服油连通通道52与伺服油主回油路54连通。从图6还可以看出，喷油器上体2上还设有伺服油回油支路53，伺服油回油支路53与上部环腔24以及伺服油主回油路54连通。在电磁阀安装区域还设有回油节流孔55与伺服油主回油路54连通。另外，从图3可以看出，图5中的增压油道50与增压腔39连通。

针阀偶件6由针阀62与针阀体63组成。如图7所示，针阀62安装在针阀体63中，针阀体63与喷油器下体36之间形成针阀控制腔59，压力连通通道32与针阀控制腔59连通。针阀弹簧60安装在针阀控制腔59中，喷油器装配好后针阀弹簧60为预紧状态，针阀62受到针阀弹簧60向下的作用力，针阀62与针阀弹簧60之间设有调整垫片61。针阀体63端部为球状且开有通孔，还设有混合油集油槽64，与图5中喷油器下体36上的混合油集油槽35相似，用于搜集重油与伺服油的混合油，混合油出油道72连通混合油集油槽64与混合油回油道40。针阀体63上还开有盛油槽65，从图3易于得知盛油槽65与增压油道50连通。针阀控制腔59内的燃油压力和针阀弹簧60的合力与盛油槽65内的燃油压力的相对大小将决定针阀62的抬起与落座，喷嘴10通过套筒8安装在针阀体63上，喷嘴座面70与针阀体球面67接触实现周向密封。喷嘴10上设有喷射通道69，当针阀62抬起时，盛油槽65内的燃油进入喷射通道69并通过喷孔68喷入发动机气缸。

以下结合图1～7说明喷油器的工作过程：

本喷油器利用伺服油给重油增压，共配置有四条油路，分别为伺服油进油路，伺服油回油路，重油进油路以及混合油回油路。伺服油进油路包括高压进油道18、增压进油道19、压力连通通道32；伺服油回油路包括伺服油主回油路54、伺服油回油支路53、伺服油连通通道52；重油进油路包括重油进油道46、增压油道50；混合油回油路包括混合油回油道40、混合油出油道72。下面依次说明。

伺服油从图1所示的伺服油进油口进入喷油器，通常伺服油为加压后的高压滑油。经过喷油器上体2，在喷油器中间体4处分成两部分，一部分经由增压进油道19抵达下部环腔22，另一部分通过高压进油道18，流经进油节流孔31后进入压力连通通道32并流入针阀控制腔59。图3所示伺服油回油口通常连接发动机伺服油箱或储油装置，接入的是低压伺服油。由于上部环腔24通过伺服油回油支路53与伺服油主回油路54连通，增压活塞环腔44通过伺服油回油窗口51、伺服油连通通道52与伺服油主回油路54连通，故上部环腔24与增压活塞环腔44内均为低压伺服油。另外，低压的伺服油由上部环腔24，经过泄压通道25、循环出油孔26流入电磁阀安装区域，再经回油节流孔55流回伺服油回油口，由此一直循环流动，可以为工作中的电磁阀散热。而下部环腔22中高压的伺服油，将沿着阀杆17与喷油器中间体4之间的间隙少量泄漏入泄压腔20，同样经循环出油孔26、回油节流孔55回流出伺服油回油口。

重油从图3所示重油进油口进入喷油器，经重油进油道46与进油窗口48进入低压腔38，值得指出的是，进入喷油器的重油均为低压，于是低压腔38内的油压为低压。

初始状态时，电磁阀线圈15不通电，阀杆17在电磁阀弹簧28的力的作用下压在喷油器中间体4的上端面上，与喷油器中间体4实现平面密封。此时中间环腔23与下部环腔22隔断而与上部环腔24连通，此时低压伺服油经连通通道21作用在增压活塞上表面45上。因低压腔38与此时增压活塞上表面45上作用的流体压力均为低压，在增压活塞弹簧41的力的作用下，增压活塞37位于最上方位置，其顶部与喷油器中间体4接触。我们称此时增压活塞37位于初始位置。在初始位置时增压活塞环腔下表面43在轴向位置上高于喷油窗口上沿面33，即此时增压活塞环腔44与压力连通通道32不连通。并且，在初始位置时增压活塞肩面47轴向位置上高于增压窗口49的槽的下沿面，即低压腔38与增压油道50连通。之前提到增压油道50与增压腔39连通，并与盛油槽65连通。故在初始状态时增压腔39、增压油道50、盛油槽65内均为低压重油。

由前所述可知，当增压活塞37位于初始位置时，针阀控制腔59内为高压伺服油，在伺服油压力与针阀弹簧60的弹簧力的作用下，针阀62的针阀锥面66与针阀体63的针阀体座面71接触实现线密封，阻止盛油槽65与喷射通道69连通，此时喷油器不喷油。

当电磁阀线圈15通电时，衔铁16受电磁力上移，并带动阀杆17上移使得阀杆17与喷油器上体2接触实现线密封从而切断中间环腔23与上部环腔24的连通；与此同时，阀杆17的上移使得下部环腔22与中间环腔23连通。高压伺服油经过连通通道21作用在增压活塞上表面45上，由于之前时刻低压腔38、增压腔39内流体均为低压，于是增压活塞37在高压伺服油的作用下克服增压活塞弹簧41的弹簧力下移。下移过程中首先增压活塞肩面47遮盖住增压窗口49，即切断了低压腔38与增压油道50的连通。于是增压油道50、增压腔39、盛油槽65等构成了一个封闭空间，增压活塞37继续下移将压缩该封闭空间内的重油，即对该空间内重油进行增压，于是盛油槽65内的重油油压升高。

增压活塞37继续下移，当增压活塞环腔下表面43打开喷油窗口34时，压力连通通道32内的高压伺服油开始依次通过喷油窗口34、增压活塞环腔44、伺服油回油窗口51流入伺服油主回油路54并最终流回发动机伺服油箱。当增压活塞37下移到一定位置时，由于喷油窗口34的出流孔的直径大于进油节流孔31的直径，所以压力连通通道32内的伺服油流出量大于从进油节流孔31的流入量，从而压力连通通道32内伺服油压力降低，于是针阀控制腔59内的压力也降低。换句话说，随着增压活塞37的下移，一方面盛油槽65内流体的压力升高，另一方面针阀控制腔59内的流体压力降低，当盛油槽65内的重油压力大于针阀弹簧60与针阀控制腔59内的伺服油压力的合力时，针阀62抬起，即针阀锥面66与针阀体座面71脱离，盛油槽65内的增压后的重油进入喷射通道69并从喷孔68喷出，即喷油器开始喷油动作。我们称当喷油器喷油时增压活塞位于第二位置。

当期望的量的燃油被喷入发动机气缸后，电磁阀线圈15断电，阀杆17在电磁阀弹簧28的作用下下移重新与喷油器中间体4的上端面接触从而切断下部环腔22与中间环腔23的连通，并同时使上部环腔24与中间环腔23连通。于是作用在增压活塞上表面45上的高压伺服油依次通过连通通道21、中间环腔23、上部环腔24、伺服油回油支路53、伺服油主回油路54流回发动机伺服油箱，增压活塞上表面45上的油压降低，增压活塞37将在增压活塞弹簧41、增压腔39内油压的作用下上移。此时增压活塞37将首先关闭喷油窗口34，一旦喷油窗口34关闭，针阀控制腔59内的油压将由于进油节流孔31的源源不断的高压伺服油的进入而迅速升高；紧接着增压活塞37将打开增压窗口49，此时重油将沿着低压腔38、增压窗口49流入增压油道50，即向增压油道50、增压腔39、盛油槽65里补充重油。在增压活塞37上移直至打开增压窗口49的过程中，盛油槽65内压力逐步降低，甚至低于从喷油器重油入口进入的重油油压。这样，在线圈15断电后，一方面针阀控制腔59内的油压快速升高，另一方面盛油槽65内油压快速降低，相比于常规的盛油槽内压力不变的喷油器，本喷油器针阀62将更加快速地落座，喷油器表现为断油更加干脆。

经过一个喷油循环后增压活塞37复位，等待指令进行下一次喷油。另外，值得指出的是，增压活塞环腔44在整个喷油过程中都保持与伺服油回油窗口51连通且流体流通面积足够大，以保证压力连通通道32与针阀控制腔59内的高压伺服油及时泄走。

由于增压活塞环腔44内总为低压伺服油，而低压腔38内总为低压重油，在喷油器的使用过程中，两种油都有可能通过增压活塞37与喷油器下体36之间的周向间隙泄漏入对方区域，由此带来伺服油受污染或伺服油消耗量大等隐患。为此特意设计了混合油集油槽35用于搜集泄漏的油，并通过混合油出油孔42导入混合油回油道40，再排出图1所示混合油回油口统一搜集处理。混合油集油槽64也是基于同样的考虑设计的，由于针阀控制腔59内为伺服油而盛油槽65内为重油，混合油集油槽64将搜集二者的泄漏的油同样通过混合油回油道40导出统一处理。