一种阀杆组件、高压燃料喷射阀及发动机电控燃料喷射系统

摘要

本发明涉及高压燃料喷射阀技术领域，公开了一种阀杆组件，包括：控制杆、上调整环、上复位弹簧、上套筒、阀板、调整垫、下套筒、下复位弹簧、下调整环、阀针，所述上调整环、上复位弹簧和上套筒从上至下依次套接在所述控制杆，所述下套筒、下复位弹簧和下调整环从上至下依次套接在所述阀针上，所述上套筒与下套筒分别与所述阀板上下端面相抵接，所述调整垫上下面分别与所述控制杆和阀针相抵接，所述阀板上设置有一个或数个用于燃料流通及节流作用的通道。还公开一种高压燃料喷射阀，包括上述的阀杆组件。还公开了一种发动机电控燃料喷射系统，包括上述的高压燃料喷射阀。以解决减慢控制杆或阀针开启速度、加快控制杆或阀针关闭速度的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及高压燃料喷射阀技术领域，具体而言涉及一种阀杆组件、高压燃料喷射阀及发动机电控燃料喷射系统。

背景技术

当今世界，动力总成污染物排放成为国际社会关注的焦点，随着排放法规的日趋严格，能够实现高压精确控制喷射的发动机电控燃料喷射系统成为柴油机技术的唯一技术路线。为实现对排放污染物的有效控制，需要对喷射过程的开启和关闭进行精确控制，使喷射波形达到先慢后快的状态，这利于发动机形成更均匀的可燃混合气，起到降低油耗，减少排放污染物和改善发动机运行噪音的作用。当今大多数高压燃料喷射阀阀杆组件为一体式或者控制杆与阀针通过连接套连接，此类结构阀杆组件作为一个整体一同向上或向下运动，其运动受力完全取决于控制腔内燃料的压强及喷射阀弹簧弹簧力，并不能兼顾燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆”的要求。

发明内容

本发明实施例的目的是一种阀杆组件、高压燃料喷射阀及发动机电控燃料喷射系统，以解决减慢活塞杆或阀针开启速度、加快活塞杆或阀针关闭速度的技术问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

根据本发明施例的第一方面，提供一种阀杆组件，其特征在于，包括：控制杆、上调整环、上复位弹簧、上套筒、阀板、调整垫、下套筒、下复位弹簧、下调整环、阀针，所述上调整环、上复位弹簧和上套筒从上至下依次套接在所述控制杆，所述下套筒、下复位弹簧和下调整环从上至下依次套接在所述阀针上，所述上套筒与下套筒分别与所述阀板上下端面相抵接，所述调整垫上下面分别与所述控制杆和阀针相抵接，所述阀板上设置有一个或数个用于燃料流通及节流作用的通道。

进一步地，所述阀板上设置有一阀板中孔，所述控制杆的下端伸入所述阀板中孔，所述调整垫位于所述阀板中孔内，所述阀板中孔、所述调整垫和第三外圆面构成环形流道。

进一步地，所述上套筒、控制杆和阀板共同构成第一耦合腔，所述下套筒、阀针和阀板共同构成第二耦合腔，所述第一耦合腔和第二耦合腔被所述环形流道分隔。

进一步地，所述上套筒内开有上配合中孔和第一耦合腔孔，所述上配合中孔连接所述上套筒上平面，或通过一阶或多阶孔联通所述上套筒上平面，所述第一耦合腔孔联通上配合中孔和上套筒下平面、且直径大于上配合孔。

进一步地，所述下套筒内开有下配合中孔和第二耦合腔孔，所述下配合中孔连接所述下套筒下平面，或通过一阶或多阶孔联通所述下套筒下平面，所述第二耦合腔孔联通下配合中孔和下套筒上平面、且直径大于下配合孔。

进一步地，所述上配合中孔的直径大于所述下配合中孔的直径。

进一步地，通过调整所述调整垫的轴向高度来微调阀杆组件的整体长度，通过调整所述上调整环轴向厚度来调整所述上复位弹簧，通过调整所述下调整环轴向厚度来调整下复位弹簧的弹簧力。

进一步地，所述上套筒和下套筒分别与所述阀板的上下端面之间形成紧密贴合密封。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种高压燃料喷射阀，包括电磁阀、控制套筒、喷射阀弹簧、第一方面所述的阀杆组件、壳体、油嘴紧帽、阀体，所述电磁阀、控制套筒、喷射阀弹簧和所述控阀杆组件从上至下安装在所述壳体上，所述阀体、阀板被油嘴紧帽依次紧固在壳体下端面上，所述控制杆上部位于所述控制套筒的控制中孔中，所述控制套筒与所述电磁阀下部相抵接，所述控制套筒、电磁阀、控制杆共同围合构成控制腔，所述控制腔设置有与高压燃料联通的进油孔、与低压燃料联通的出油孔、所述电磁阀可打开或关闭所述出油孔。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种发动机电控燃料喷射系统，包括第二方面所述的高压燃料喷射阀。

根据以上技术方案，本发明实施例在控制杆与阀针之间设置上调整环、上复位弹簧、上套筒、阀板、调整垫、下套筒、下复位弹簧、下调整环，共同构成耦合腔，并且在阀板上设置具有节流作用的通道，对燃料进行节流以产生压差。使得在控制杆在向上运动与向下运动时额外受到耦合腔液压力和节流压差产生的液压力，由此实现燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆”的要求。与此同时，耦合腔内燃料可起到缓冲运动部件的碰撞，提高使用寿命。

通过本发明的技术方案，可以减慢活塞杆或阀针的开启速度，更有利于改善预喷射效果，优化燃烧过程，减少污染物排放尤其是NOx的比重；加快活塞杆或阀针的关闭速度，使喷射快速结束，大大减少喷射后期低压燃料的喷射量，控制不良燃烧，减少污染物排放尤其是PM的比重；降低了阀体、阀针、控制杆、调整垫的冲击载荷，提高了可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见的是，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的特定实施例，其不是对本发明的保护范围的限制。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，当然还可以根据本发明的如下实施例及其附图获得一些其它的实施例和附图

图1为根据发明的一个实施例提供的一种阀杆组件结构示意图，该图为图7中A出的局部放大示意图；

图2为根据发明的一个实施例提供的上套筒的结构示意图；

图3为根据发明的一个实施例提供的下套筒的结构示意图；

图4为根据发明的一个实施例提供的控制杆的结构示意图；

图5为根据发明的一个实施例提供的阀针的结构示意图；

图6为根据发明的一个实施例提供的阀板的结构示意图；

图7为根据发明的一个实施例提供的一种高压燃料喷射阀的结构示意图；

图8为图7中A处的局部放大结构示意图。

图中：110-电磁阀；120-控制套筒；130-喷射阀弹簧140-高压腔；150-壳体；160-油嘴紧帽；170-阀体；180-出油孔；190-进油孔；210-控制腔；201-上调整环；202-上复位弹簧；203-调整垫；204-阀板；205-下套筒；206-下调整环；207-阀针；208-下复位弹簧；209-第二耦合腔；210-控制腔；211环形流道；212-第一耦合腔；213-上套筒；214-控制杆；215-第一外圆面；216-控制杆肩胛面；217-第三外圆面；218-第二外圆面；219-阀针肩胛面；221-第一耦合腔孔；222-上配合中孔；223-下配合中孔；224-第二耦合腔孔；225-通道；226-阀板中孔。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种部件，这些术语仅用来将同一类型的部件彼此区分开。

图1为根据发明的一个实施例提供的一种阀杆组件的结构示意图；本发明实施例提供一种阀杆组件，该阀杆组件可用于高压燃料喷射阀，可以包括：控制杆214、上调整环201、上复位弹簧202、上套筒213、阀板204、调整垫203、下套筒205、下复位弹簧208、下调整环206、阀针207，所述上调整环201、上复位弹簧202、上套筒213从上至下依次套接在所述控制杆214，所述下套筒205、下复位弹簧208和下调整环206从上至下依次套接在所述阀针207上，所述上套筒213与下套筒205分别与所述阀板204上下端面相抵接，所述调整垫203上下面分别与所述控制杆214和阀针207相抵接，所述阀板204上设置有一个或数个用于燃料流通及节流作用的通道225。

根据现有技术，所述电磁阀通电打开出油孔使控制室与低压燃料联通时，高压燃料由出油孔流出，控制室中燃料压强降低，控制杆、连接套与阀针或一体式阀针在液压力的作用下克服喷射阀弹簧的弹簧力一同抬升。电磁阀电流切断后，关闭出油孔，隔断控制室与低燃料，控制室燃料压强上升，与高压腔燃料压强平衡，喷射阀弹簧弹簧力作用使控制杆和阀针下降。综上，控制杆与阀针的向上运动与向下运动只通过控制室液压力与喷射阀弹簧弹簧力控制，这种控制方式不能完全兼顾燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆”的要求。

相对地，本发明实施例在控制杆214与阀针207之间设置上调整环201、上复位弹簧202、上套筒213、阀板204、调整垫203、下套筒205、下复位弹簧208、下调整环206，共同构成耦合腔，并且在阀板204上设置具有节流作用的通道，对燃料进行节流以产生压差。使得在控制杆214在向上运动与向下运动时额外受到耦合腔液压力和节流压差产生的液压力，由此实现燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆”的要求。与此同时，耦合腔内燃料可起到缓冲运动部件的碰撞，提高使用寿命。

本发明在电磁阀通电打开出油孔时，所述电磁阀通电打开出油孔使控制室与低压燃料联通时，高压燃料由出油孔流出，控制室中燃料压强降低，控制杆214在液压力作用下克服喷射阀弹簧弹簧力向上运动，在控制杆214上升瞬间，耦合腔容积增大，燃料压强下降，阀针207与调整垫203在液压力作用下跟随控制杆214向上运动。此时控制杆214、阀针207、调整垫203相对上套筒213、阀板204、下套筒205产生相对向上运动，由于上配合中孔直径大于下配合中孔直径，耦合腔容积总量变大，腔室内燃料压强相对于高压腔进一步降低。又由于上配合中孔直径大于下配合中孔直径、耦合腔内燃料压强低于高压腔燃料压强，产生的燃料压强差作用在控制杆214与阀针207上的液压力合力方向向下。于此同时，在阀针207向脱离阀体、燃料喷射阀持续喷射过程中，燃料流经通道产生节流作用，阀板204上部燃料压强高于阀板204下部燃料压强，此压强差对控制杆214、调整垫203、阀针207整体产生向下的液压力。两种液压力共同降低了控制杆214、调整垫203、阀针207所受向上合外力控制杆214、调整垫203、阀针207向上运动减缓、以此实现高压燃料喷射阀“缓慢开启”的目的。

本发明在电磁阀通电关闭出油孔时，控制腔内重新充入高压燃料，控制腔燃料压强与高压腔燃料压强平衡。由于此时耦合腔增大的容积不可能被泄露的燃油全部填满，耦合腔内燃料压强仍然低于高压腔和控制腔内燃料压强，因而控制杆214及阀针207所受耦合腔的液压力的合力仍然向下。同时燃料喷射阀持续喷射直至阀针207重新抵接阀体，燃料持续喷射过程中，通道节流产生的液压力仍存在，控制杆214、调整垫203及阀针207在喷射阀弹簧向下的弹簧力、节流产生的液压力及耦合腔向下的液压力共同作用下向下运动，相较于只有弹簧力作用下的运动速度更快，由此实现高压燃料喷射阀“快速关闭”的目的。

本发明实施例在由于在阀针207、控制杆214上升过程中，耦合腔内燃料压强下降，喷射阀高压腔内燃油少量泄入耦合腔。由此在阀针207、控制杆214下降过程的末端阀针207与调整垫203、或控制杆214和调整垫203之间被多余燃油填充而处于分离状态，在阀针207撞击阀体的瞬间，控制杆214、阀针207与调整垫203不直接接触，其之间的燃料起到缓冲作用，由此可减少阀体、阀针207、控制杆214、调整垫203的磨损。在缓冲过程中，耦合腔中燃料压强升高，由于下耦合腔直径大于下配合孔、上耦合腔直径大于上配合孔，液压力作用于上套筒213与下套筒205，迫使上套筒213、下套筒205与阀板204分离，多余燃油通过分离的缝隙流出耦合腔，从而控制油嘴阀针207对阀体的最大撞击力。而后上套筒213与下套筒205在上复位弹簧202与下复位弹簧208作用下重新与阀板204抵接，准备下次运动。

具体地，参考图1-6，所述上调整环201位于控制杆肩胛面216与上复位弹簧202之间，控制杆214第一外圆面215位于上套筒213的上配合中孔222中。阀针207第二外圆面218位于下套筒205的下配合中孔223中，下调整环206位于阀针肩胛面219与下复位弹簧208之间。上套筒213与下套筒205分别与阀板204上下端面相抵接，调整垫203上下面分别与控制杆214和阀针207相抵接。控制杆214第一外圆面215下部或阀针207第二外圆面218上部设置一第三外圆面217。第三外圆面217位于阀板中孔226中与调整垫203、阀板中孔226共同构成环形流道211。上复位弹簧202位于上套筒213上方，分别与上套筒213上端面和上调整环201抵接。下复位弹簧208位于下套筒205下部，分别与下套筒205下端面和下调整环206抵接。所述上套筒213、控制杆214和阀板204共同构成第一耦合腔212，所述下套筒205、阀针207和阀板204共同构成第二耦合腔209，所述第一耦合腔212和第二耦合腔209被所述环形流道分隔211，第一耦合腔212和第二耦合腔209合称耦合腔。

在控制杆214向上运动与向下运动时，由于耦合腔的存在，为阀杆组件提供了额外的液压力，从而使得控制杆214及阀针207在向上运动时速度较慢，而在向下运动时速度较快。这种上升缓慢、下降迅速的运动特点可实现燃料喷射喷射速率上升段的速度减缓而喷射速率下降段的速度加快。该喷射过程有利于发动机形成更均匀的可燃混合气，起到降低油耗，减少排放污染物和改善发动机运行噪音的作用。

参考图1和图2，本实施例中，所述上套筒213内还有上配合中孔222和第一耦合腔孔221，所述上配合中孔222可直接连接所述上套筒213上平面，也可通过一阶或多阶孔联通所述上套筒213上平面，所述第一耦合腔孔221联通上配合中孔222和上套筒213下平面、且直径大于上配合孔。

参考图1和图3，本实施例中，所述下套筒205内开有下配合中孔223和第二耦合腔孔224，所述下配合中孔223可以直接连接所述下套筒205下平面，也可通过一阶或多阶孔联通所述下套筒205下平面，所述第二耦合腔孔224联通下配合中孔223和下套筒205上平面、且直径大于下配合孔。

参考图1，本实施例中，所述上配合中孔222的直径应大于所述下配合中孔223的直径。

参考图1，本实施例中，通过调整所述调整垫203的轴向高度来微调阀杆组件的整体长度。所述上调整环201、下调整环206的轴向厚度可用于调整所述上复位弹簧202、下复位弹簧208的弹簧力。

参考图1，本实施例中，所述上套筒213、下套筒205与阀板204之间的平面有较高的表面质量，并紧密贴合并形成密封。

根据本发明实施例还提供一种高压燃料喷射阀，参考图7，包括电磁阀110、控制套筒120、喷射阀弹簧130、上述的阀杆组件、壳体150、油嘴紧帽160、阀体170，所述电磁阀110、控制套筒120、喷射阀弹簧130和所述控阀杆组件从上至下安装在所述壳体150上，所述阀体170、阀板204被油嘴紧帽160依次紧固在壳体150下端面上，所述控制杆214上部位于所述控制套筒120的控制中孔中，所述控制套筒120与所述电磁阀110下部相抵接，所述控制套筒120、电磁阀110、控制杆214共同围合构成控制腔210，所述控制腔210设置有与高压燃料联通的进油孔190、与低压燃料联通的出油孔180、所述电磁阀110可打开或关闭所述出油孔180。

如图1所示，高压燃料阀设置有高压腔140，该高压腔140由电磁阀110、壳体150、阀板204和阀体170围合而成，阀体170与阀板204通过油嘴紧帽160被固定在壳体150下部，控制杆214、调整垫203和阀针207可纵向移动地布置在高压腔140中。阀体170深入到发动机燃烧室中完成喷射功能。控制套筒120与控制杆214之间设置喷射阀弹簧130，该喷射阀弹簧130分别对控制套筒120及阀杆组件施加弹簧力，该弹簧力一方面将控制套筒120抵接在电磁阀110下端，另一方面通过控制杆214、调整垫203作用在阀针207上，将阀针207压在阀体170中。

该高压燃料喷射阀的高压腔140充满来自于高压油泵(未图示)压缩过的处于高压下的燃料。这些高压燃料直接或通过共轨管蓄压后供给到高压燃料喷射阀高压腔140中。这个高压燃料存在于整个高压腔140中，处于高压腔140中的阀针207受到向上的液压力，而控制杆214上端位于控制腔210,内，控制腔210内的高压燃料使控制杆214受到向下的液压力。同时控制杆214受到向下的喷射阀弹簧130弹簧力。当控制杆214、调整垫203、阀针207整体受到的向上的力小于向下的力时，阀针207压在阀体170密封座面上，没有燃料喷射过程发生。当控制杆214、调整垫203、阀针207整体受到向上的力大于向下的力时，阀针207向上运动，离开阀体170密封座面，燃料喷射过程发生。

本发明提供的一种阀杆组件通过设置耦合腔实现对活塞杆上升运动及下降运动中受力的调节，从而实现燃料喷射阀“开启平顺缓慢、关闭利落干脆的要求，与此同时可缓冲运动部件的碰撞，提高使用寿命。

高压燃料喷射阀不工作时，电磁阀110没有接受到工作电流，电磁阀110关闭出油孔180，所以高压腔140和控制腔210燃料压强一致，都是此刻的系统设定燃料压强。阀针207、控制杆214与调整垫203整体受到喷射阀弹簧130力与液压力合力向下，阀针207被压在阀体170密封座面上，没有燃料喷射过程发生。

高压燃料喷射阀工作时，电磁阀110接受到工作电流，电磁阀110打开出油孔180，出油孔180开始流出燃油、高压腔140内燃料经由进油孔190流入控制腔210。参考图7和图8，由于进油孔190和出油孔180的节流作用控制腔210内燃料压强压强下降，当燃料压强下降到一定时，控制杆214在液压力作用下克服喷射阀弹簧130弹簧力向上运动。在控制杆214上升瞬间，第一耦合腔212容积增大，燃料压强下降，第二耦合腔209内部分燃料通过环形流道211流入第一耦合腔212，第二耦合腔209内燃料压强下降，阀针207在液压力作用下开始跟随控制杆214向上运动，阀针207与阀体170脱离，喷射阀开始喷射。此后高压腔140中阀板204上部的燃料流经通道225进入阀板204下部高压腔140，而后进入阀体170并喷射出高压腔140。燃料流经通道225时产生节流作用，促使阀板204下方高压腔140内燃油压强略低于阀板204上方高压腔140内燃油压强，燃油的压强差额外对阀针207、调整垫203和控制杆214整体产生向下的液压力。在此之后由于上套筒213与下套筒205被上复位弹簧202与下复位弹簧208抵接在阀板204的上下端面、被限制移动，此时控制杆214、阀针207、调整垫203相对上套筒213、下套筒205产生相对向上运动，第一耦合腔212容积继续增大、第二耦合腔209容积减小，第二耦合腔209内燃料经由环形流道211流入第一耦合腔212，由于环形流道211对燃料的节流作用，第一耦合腔212内燃料压强低于第二耦合腔209内燃料压强、或相等。同时上配合中孔222直径大于下配合中孔223直径，耦合腔容积总量变大，第一耦合腔212与第二耦合腔209内燃料压强相对于高压腔140内燃料压强进一步降低。又由于上配合中孔222直径大于下配合中孔223直径，在控制杆214与阀针207上产生向下的液压力。在耦合腔液压力和节流产生的液压力的影响下，控制杆214、调整垫203、阀针207整体向上运动减缓、以此实现高压燃料喷射阀“缓慢开启”的目的。

本发明在电磁阀110通电关闭出油孔180时，进油孔190继续向控制腔210流入燃油，当控制腔210内燃料压强到达一定时，控制杆214、调整垫203、阀针207整体受到向下合力而向下运动。由于此时耦合腔增大的容积不可能被泄露的燃油全部填满，耦合腔内绝对压强仍然低于高压腔140和控制腔210内燃油压强，因而控制杆214及阀针207所受的耦合腔液压力的合力仍然向下，同时高压喷射阀仍持续喷射，阀杆、调整垫203及阀针207仍然受到上述节流液压力作用。控制杆214及阀针207在喷射阀弹簧130向下的弹簧力、耦合腔液压力与节流液压力共同作用下向下运动，相较于只有弹簧力作用下的运动速度更快，由此实现高压燃料喷射阀“快速关闭”的目的。

由于在控制杆214、调整垫203、阀针207整体上升过程中，耦合腔内燃料压强下降，喷射阀高压腔140内燃油少量泄入耦合腔。由此在控制杆214、调整垫203、阀针207整体下降过程的末端，阀针207与调整垫203、或控制杆214和调整垫203之间被多余燃油填充而处于分离状态，在阀针207撞击阀体170的瞬间，控制杆214、阀针207与调整垫203不直接接触，其之间的燃料起到缓冲作用，由此可减少阀体170、阀针207、控制杆214、调整垫203的磨损。在缓冲过程中，耦合腔中燃料压强升高，液压力作用于上套筒213与下套筒205，迫使上套筒213与下套筒205分别克服上复位弹簧202与下复位弹簧208的作用力与阀板204分离，多余燃油通过分离的缝隙流出耦合腔，从而控制油嘴阀针207对阀体170的最大撞击力。而后上套筒213与下套筒205在上复位弹簧202与下复位弹簧208作用下重新与阀板204抵接，准备下次运动。

根据本发明实施例还提供一种发动机电控燃料喷射系统，包括上述的高压燃料喷射阀，具备上述高压燃料喷射阀的所有效果，这里不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。