一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀

本发明涉及高压精密偶件导向密封结构设计领域，特别涉及一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀。

背景技术：

随着排放法规的日益严格，对柴油机高压共轨电控喷射技术提出了更高的要求。喷油压力不断提高，达200mpa甚至更高。在柴油机燃油供给系统中，喷油器是精密计量燃油并形成喷雾的关键部件，针阀偶件是其关键偶件之一。

为了在共轨喷射系统中实现高压喷射，喷油器的密封至关重要。喷油器存在各种形式的密封，其中包括在腔体内设置密封阀，在喷油器总成上安装组合密封壳或使用密封垫片等方式。同时也包括高压静密封和动密封。针阀和针阀体内孔之间不断发生相对轴向运动，在开闭中实现喷油，也属于滑动配合、动密封。这两个部位由于是滑动配合，间隙必然会存在。间隙太小，往复运动无法可靠实现，且容易产生磨损，而间隙太大，必然会增大燃油泄漏，且在滑动过程中针阀会产生变形，燃油压力难以建立。传统的针阀导向表面密封，较难同时兼顾导向、密封、润滑和提高喷油器的瞬态特性。

对于滑动配合，采用表面织构密封。表面织构是指按照一定的尺寸和排列顺序在固体表面加工出的微型凹坑或微沟槽点阵，与运动方向成一定的角度微米级的织构可以在收敛区域产生微观的流体动压效应，在保证滑动的同时减少燃油的泄漏。

专利公开号cn110939539a，发明创造名称为一种喷油器密封结构，该申请公开了一种喷油器总成，包括二安装组合密封壳、衬垫和管接头。其开发的成本相对较低，装配简单，适用于喷油器的复杂外形。其不足之处是仅对喷油器外部进行了密封，无法在喷油器工作过程中，对于精密偶件进行密封。

专利授权公告号cn100412353，发明创造了一种高压共轨喷油器密封装置。主要包括了高压共轨喷油器体，楔形密封圈，阀套。喷油器体内孔和阀套最小外圆柱面间形成的环状空间下端装有一个楔形密封圈。实现了可靠的高压共轨喷油器中阀套与喷油器内孔轴间隙密封，以保证在此环形槽内的液体建立超高压。其不足之处是无法在兼顾导向润滑和密封两种特性。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的不足，本发明设计了一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀；兼顾针阀偶件的运动过程中针阀与针阀体之间的密封问题和导向润滑。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，针阀为阶梯轴，自上往下依次为针阀导向部分、针阀中间段和密封锥面，针阀导向部分和针阀中间段之间为承压锥面；将针阀导向部分的表面加工为织构化表面。

进一步，所述织构化表面是在针阀导向部分的表面加工出阵列分布的表面织构。

进一步，所述表面织构的形状为圆形、菱形、方形或椭圆形；

进一步，且每个表面织构单位面积占有率sp小于0.2；

进一步，单位面积占有率l1为相邻表面织构中心距。

进一步，采用激光加工的方法在针阀导向部分的表面加工出阵列分布的表面织构。

进一步，针阀体和针阀导向部分间隙配合，间隙δ保持在1～5μm。

本发明的有益效果：

(1)本发发明所设计的针阀与现有的表面光滑的针阀相比，本发明具有表面织构导向密封针阀在针阀与针阀体的相对滑动中，在兼顾润滑的情况下，降低燃油的泄漏量，提高燃油的密封性。提高承载力，适应高压的工作条件。

(2)由于针阀上加工有表面织构，因此能够增强其滑动部分的润滑特性，减小滑动阻力，缩短针阀打开及关闭的响应时间，提高喷油器的瞬态响应特性。

(3)针阀与针阀体的磨损减少，减少针阀在运动过程中的变形，提高喷油的稳定性。延长针阀偶件的使用寿命，增强针阀偶件的可靠性。

(4)通过在针阀导向部分表面进行织构加工，结构简单，易于加工，成本较低。

(5)由于针阀导向密封性能改善，喷油器适应不同物性燃油(如甲醇等)能力增强。

附图说明

图1是本发明针阀结构剖视图；

图2是针阀导向部分的织构面局部放大视图；

图3是圆形织构示意图；

图中，1、针阀体，2、针阀导向部分，3、承压锥面，4、针阀中间段，5、密封锥面，6、进油通道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，针阀为阶梯轴，自上往下依次为针阀导向部分2、针阀中间段4和密封锥面5，针阀导向部分2和针阀中间段4之间为承压锥面3；将针阀导向部分2的表面加工为织构化表面。

在针阀导向部分2的整个表面进行织构化处理，具体采用激光加工的方法在针阀导向部分2表面加工出阵列分布的表面织构；表面织构的形状具体采用圆形、菱形、方形、椭圆形等形状的凹坑。且相邻表面织构之间的中心距为l1，且保证表面织构的单位面积占有率为sp小于0.2；依据针阀导向部分2和针阀体1之间的配合间隙，凹坑深度为h＝2～10μm。

在本实施例中，以圆形表面织构为例进行说明，如图3所示相邻圆形织构中心距为l1。圆形织构的半径为r，圆形凹坑的凹坑深度为h＝0.05r～0.25r。圆形凹坑的单位面积占有率的计算方法为：

上述针阀装配在针阀体1内，如图1所示的针阀体1沿轴向开设有阶梯孔，同时在针阀体1上开设有进油通道6，进油通道6的底端与针阀体1的阶梯孔连通，由进油通道6向针阀体1内注入油液。针阀体1针阀导向部分2间隙配合，且针阀体1与针阀导向部分2之间的间隙为δ，保持在1-5μm范围。由于针阀体1上部与针阀导向部分2之间存在油液，故针阀与针阀体1之间的油膜形成了轴向密封面，提高了润滑水平。

由于表面织构的作用，在织构位置形成的收敛区域产生的流体动压效应可以阻止燃油的泄漏，提高承载能力。同时，在针阀上下的移动摩擦过程中，针阀体1和针阀之间所形成连续的油膜提高润滑水平，减小摩擦阻力。增强针阀运动的动态响应特性，减少针阀的变形，避免针阀的偏心运动。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，针阀为阶梯轴，自上往下依次为针阀导向部分(2)、针阀中间段(4)和密封锥面(5)，针阀导向部分(2)和针阀中间段(4)之间为承压锥面(3)；将针阀导向部分(2)的表面加工为织构化表面。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，所述织构化表面是在针阀导向部分(2)的表面加工出阵列分布的表面织构。

3.根据权利要求2所述的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，所述表面织构的形状为圆形、菱形、方形或椭圆形。

4.根据权利要求2所述的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，每个表面织构单位面积占有率sp小于0.2。

5.根据权利要求4所述的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，单位面积占有率l1为相邻表面织构中心距。

6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，采用激光加工的方法在针阀导向部分(2)的表面加工出阵列分布的表面织构。

7.根据权利要求6所述的一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，其特征在于，针阀体(1)和针阀导向部分(2)间隙配合，且间隙δ保持在1～5μm。

技术总结
本发明公开了一种用于高压喷油器的表面织构导向密封针阀，针阀为阶梯轴，自上往下依次为针阀导向部分、针阀中间段和密封锥面，针阀导向部分和针阀中间段之间为承压锥面；将针阀导向部分的表面加工为织构化表面；本发明通过在针阀导向部分加工出阵列分布的表面织构，进而使得织构位置形成的收敛区域产生的流体动压效应可以阻止燃油的泄漏、提高密封性，同时连续的油膜还可以提高润滑水平。

技术研发人员：罗福强;金天宇;吴习文;王楚翘;罗彤;孙雨
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2021.01.15
技术公布日：2021.06.01