帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，具體的說是涉及適用于車用低排放壓燃式發(fā)動機共軌噴油系統(tǒng)的噴油器。其包括壓電執(zhí)行元件外殼、壓電執(zhí)行元件、上殼體、傳遞桿、閥座、中殼體、控制活塞、頂桿、油嘴螺帽、噴油嘴和油嘴針閥，壓電執(zhí)行元件位于壓電執(zhí)行元件外殼內(nèi)，壓電執(zhí)行元件外殼位于上殼體內(nèi)。壓電執(zhí)行元件包括多個壓電片、內(nèi)電極和外電極，每個壓電片沿豎直方向設(shè)置，多個壓電片沿著水平方向依次層疊連接。本發(fā)明減少了壓電執(zhí)行元件加工時的疊片層數(shù)，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，具體的說是涉及適用于車用低排放壓燃式發(fā)動機(柴油機)共軌噴油系統(tǒng)的噴油器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于國家對環(huán)保的重視，出臺的排放法規(guī)越來越嚴格，要求現(xiàn)有的內(nèi)燃機要降低氮氧化物和顆粒的排放。在降低排放的各種措施中，降低空氣/燃油混合物在燃燒過程中的排放是最為根本的一個途徑。燃燒過程中產(chǎn)生排放的多少很大程度上取決于空氣和燃油在燃燒室中混合的充分程度。提高燃油的噴射壓力可以讓燃油霧化更好，和空氣混合更均勻，而在主噴射之前加有預(yù)噴則能夠提高燃燒的質(zhì)量，降低燃燒排放。用壓電執(zhí)行元件作為噴油器的執(zhí)行器是目前提高噴射壓力、增加噴射次數(shù)從而降低內(nèi)燃機排放的一個重要技術(shù)路線。壓電執(zhí)行元件驅(qū)動力大，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的噴射壓力，同時壓電執(zhí)行元件響應(yīng)時間非常短(可到0.1ms以內(nèi))，因而能夠精確地控制燃料噴射的開始和關(guān)閉時刻，容易實現(xiàn)多次噴射，從而實現(xiàn)對燃燒的精確控制。
[0003]CN200580046473.4中公開了一種用于控制噴油器的方法和裝置，該裝置中有一種用壓電執(zhí)行元件驅(qū)動的噴油器。在該專利公開的噴油器中，上端裝配了一個壓電晶體執(zhí)行器，執(zhí)行器在通有一定電壓的時候會產(chǎn)生縱向伸長變形，這個變形推動閥體向下運行，頂開壓力室的密封件，壓力室內(nèi)的壓力減小，這使作用在油嘴針閥上的合力由向下變?yōu)橄蛏?，針閥上行，噴油器開始噴油；而當壓電晶體執(zhí)行器不通電時，由于液體和彈簧預(yù)緊力的作用，針閥上的合力向下，針閥壓緊針閥體，噴油器不噴油，如此循環(huán)工作。
[0004]在CN00801593.7中公開了另一種裝配有壓電晶體執(zhí)行器的燃料噴射閥，其主要工作原理是利用壓電執(zhí)行元件的通放電產(chǎn)生的伸長和回復，借助閥針控制閥關(guān)閉體來實現(xiàn)燃油噴射的開關(guān)。
[0005]用壓電晶體作為執(zhí)行器的噴油器或者噴射閥方面的專利還有很多，它們采用了一個基本策略，就是利用壓電元件充放電時沿壓電片疊片方向的伸長和收縮作用來實現(xiàn)對噴射的控制。由于目前壓電材料的單位通電伸長量有限，因此上述專利的壓電執(zhí)行元件都需要在縱向有數(shù)量眾多的壓電材料片來進行疊片(或者燒結(jié))。這就存在兩個缺點，缺點一就是進行疊片的壓電材料片太多(少了壓電執(zhí)行元件的總升程不夠)，制造過程壓電材料片之間出現(xiàn)開裂、脫節(jié)等安全隱患機率就大，缺點二就是疊片數(shù)量太多增加了成本，這兩個缺點在大規(guī)模制造時顯得尤為嚴重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，降低了制造成本，容易批量生產(chǎn)。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器包括壓電執(zhí)行元件外殼、壓電執(zhí)行元件、上殼體、傳遞桿、閥座、中殼體、控制活塞、頂桿、油嘴螺帽、噴油嘴和油嘴針閥，上殼體下端連接中殼體，中殼體下端通過螺紋連接的油嘴螺帽壓緊連接噴油嘴?？刂苹钊晚敆U位于中殼體內(nèi)，頂桿位于控制活塞下端。中殼體外側(cè)壁通過螺紋連接進油接頭。油嘴針閥位于噴油嘴中，油嘴針閥上端與頂桿下端接觸。噴油嘴內(nèi)設(shè)有油嘴壓力室，其特征是:壓電執(zhí)行兀件位于壓電執(zhí)行兀件外殼內(nèi)，壓電執(zhí)行兀件外殼位于上殼體內(nèi)。壓電執(zhí)行元件包括多個壓電片、內(nèi)電極和外電極，每個壓電片沿豎直方向設(shè)置，多個壓電片沿著水平方向依次層疊連接；每個壓電片的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面，多個壓電片的內(nèi)電極連接面均為同一側(cè)表面，內(nèi)電極連接面上設(shè)有內(nèi)電極；多個壓電片的前后表面均為外電極連接面，外電極連接面上連接外電極；多個壓電片的前后表面上的外電極的內(nèi)側(cè)面分別與該側(cè)的內(nèi)電極連接，多個壓電片的前后表面上的外電極的外側(cè)面分別通過導線與外部電源連接；所述壓電執(zhí)行元件下端設(shè)有傳遞桿，傳遞桿上端面與壓電執(zhí)行元件下端面機械接觸。上殼體和中殼體之間設(shè)有閥座，閥座上端面和上殼體內(nèi)壁之間形成低壓腔，閥座下端設(shè)有容積腔，容積腔下端連通中殼體。閥座上設(shè)有連通低壓腔和容積腔的第一通道，傳遞桿下端面與閥座上端面機械接觸并密封第一通道。
[0008]進一步的，中殼體和噴油嘴之間設(shè)有過渡塊。
[0009]進一步的，傳遞桿和上殼體之間設(shè)有彈性元件；傳遞桿上設(shè)有密封圈，密封圈與上殼體內(nèi)壁緊密接觸。
[0010]進一步的，頂桿和中殼體之間設(shè)有油嘴彈簧，油嘴彈簧上端接觸中殼體內(nèi)壁，油嘴彈簧下端接觸頂桿。
[0011]進一步的，中殼體內(nèi)設(shè)有出油通道，出油通道與中殼體側(cè)壁上的出油口連通；中殼體內(nèi)設(shè)有進油通道，進油通道上端連通第二通道，側(cè)面連通進油接頭，下端連通油嘴壓力室。
[0012]進一步的，傳遞桿與閥座之間設(shè)有密封球，密封球與傳遞桿、閥座之間為球面密封接觸。
[0013]進一步的，傳遞桿與閥座之間為錐面密封接觸。
[0014]進一步的，油嘴針閥大徑端的徑向尺寸小于控制活塞大徑端的徑向尺寸。
[0015]進一步的，內(nèi)電極的上下邊位于其所在內(nèi)電極連接面的上下邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極的上下邊與內(nèi)電極連接面的上下邊不重合；內(nèi)電極的左右邊位于其所在內(nèi)電極連接面的左右邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極左右邊中的一邊與內(nèi)電極連接面相同側(cè)邊重合形成內(nèi)電極連接邊，內(nèi)電極左右邊中相對與內(nèi)電極連接邊的另一邊與內(nèi)電極連接面相同側(cè)邊不重合；相鄰內(nèi)電極連接邊在相鄰壓電片左右側(cè)間隔設(shè)置。
[0016]進一步的，內(nèi)電極的面積SI與其所在內(nèi)電極連接面的面積S2的比例范圍為0.5<S1:S2〈1。
[0017]本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、合理，減少了壓電執(zhí)行元件加工時的疊片次數(shù)，降低了疊片產(chǎn)生的成本；2、由于疊片層數(shù)的減少，降低了壓電執(zhí)行元件由于疊片導致的斷裂等故障的發(fā)生次數(shù)；3、由于疊片層數(shù)的減少，降低了壓電執(zhí)行元件使用過程中壓電片之間發(fā)生斷裂等故障的次數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為實施例一結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]圖2為圖1中I處放大圖。
[0020]圖3為施加一定電壓條件下圖1中I處放大圖。
[0021]圖4為實施例二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為實施例三結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明中壓電片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖8為圖6中A-A剖視圖。
[0026]圖9為通電前壓電片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖10為通電后壓電片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖標記說明:1_壓電執(zhí)行元件外殼、2-壓電執(zhí)行元件、3-上殼體、4-密封圈、5-彈性元件、6-傳遞桿、7-閥座、8-中殼體、9-出油通道、10-控制活塞、11-進油通道、12-頂桿、13-油嘴彈簧、14-過渡塊、15-油嘴螺帽、16-噴油嘴、17-油嘴針閥、18-進油接頭、19-低壓腔、20-第一通道、21-容積腔、22-第二通道、23-油嘴壓力室、24-壓電片、25-密封球、26-內(nèi)電極、27-外電極、28-出油口、29-內(nèi)電極連接面、30-內(nèi)電極連接邊、31-外電極連接面、32-導線。
【具體實施方式】
[0029]下面本發(fā)明將結(jié)合附圖中的實施例作進一步描述:
[0030]根據(jù)壓電材料的壓電性能，在對壓電材料加載一定電壓時，縱向(如果是由多個相同材料的壓電片沿著垂直方向疊層而成，縱向指的是沿壓電片疊層的方向)會產(chǎn)生伸長變形，橫向(如果是由多個相同材料的壓電片沿著垂直方向疊層而成，橫向指的是沿垂直壓電片疊層的方向)會產(chǎn)生收縮變形。壓電材料的縱向壓電應(yīng)變常數(shù)d33對單位壓電材料加載電壓時產(chǎn)生的縱向伸長變形的大小有重要影響，壓電材料的橫向壓電應(yīng)變常數(shù)d31對單位壓電材料加載電壓時產(chǎn)生的橫向收縮變形的大小有重要影響。
[0031]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是設(shè)計一種壓電執(zhí)行元件2，壓電執(zhí)行元件2可作為噴油器的執(zhí)行器，對壓電執(zhí)行兀件2充電施加一定電壓時,壓電執(zhí)行兀件2可產(chǎn)生軸向尺寸減小的收縮變形，而把壓電執(zhí)行元件2的電壓去除時，壓電執(zhí)行元件2恢復充電前的尺寸，通過設(shè)計一系列的中間件，利用壓電執(zhí)行元件2的充電和放電，實現(xiàn)對油嘴針閥17的開啟和關(guān)閉控制，從而實現(xiàn)噴油器的燃油噴射和不噴射的控制。
[0032]如圖8所示，假定壓電片24被加工成長方體形狀，長方體的長、寬、高尺寸分別為L、W、H，在該壓電片24的縱向的上下兩個平面上有電極26，兩個電極26的平面分別通過導線27聯(lián)接到一個電壓源的正負極，該電壓源有開關(guān)控制，電壓源的大小為V。如圖9所示，實線部分為壓電片24進行通電后的形狀，虛線部分是通電前壓電片24的形狀。在對壓電片24的電極26通電施加電壓后，壓電片24高度方向產(chǎn)生伸長變形，變形量為ΛΗ，在長度和寬度方向產(chǎn)生了收縮變形，變形量分別為AL和Al ΛΗ、AL、AW的大小可根據(jù)壓電方程計算得出。在本發(fā)明中壓電片24的邊界條件近似為機械自由和電學短路，由第一類壓電方程可得:
[0033]S=dE,
[0034]其中S為應(yīng)變，d為壓電應(yīng)變常數(shù)(單位為m/v), E為電場強度(單位為v/m),其中[0035]因此高度方向的應(yīng)變ShSSh =^-= Cl,,-^ (其中d33為縱向壓電應(yīng)變常數(shù))，得出Δ H=Vd33 ；

-AL V
[0036]長度方向的應(yīng)變= (其中屯為橫向壓電應(yīng)變常數(shù))，得出
IL = Vd,,—;
31 H
[0037]從上面的推導可以看出，單個壓電片24通電時縱向產(chǎn)生的伸長變形取決于兩個參數(shù):驅(qū)動電壓的大小和材料的縱向壓電應(yīng)變常數(shù)的大小，而橫向收縮變形的大小取決于三個參數(shù):驅(qū)動電壓的大小、橫向壓電應(yīng)變常數(shù)的大小和壓電片的橫向/縱向長度比的大小。
[0038]現(xiàn)有技術(shù)的壓電式噴油器(也叫噴射閥、噴射器等)中所使用的壓電執(zhí)行元件是利用了壓電片24通電時產(chǎn)生的縱向變形來實現(xiàn)對噴油器的控制。
[0039]如圖7所示的是現(xiàn)有技術(shù)的壓電執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)示意圖。由于目前常用的壓電材料的縱向壓電應(yīng)變常數(shù)d33的大小為200~800 (10_12m/v)左右，而壓電材料能夠正常工作的驅(qū)動電壓上限為200V左右，因此單個壓電片產(chǎn)生的伸長變形為KT1Um左右，若控制噴油器工作所需要的總升程為50um，則現(xiàn)有技術(shù)的壓電執(zhí)行元件要進行500片左右(或者更多)的壓電片疊層?，F(xiàn)有技術(shù)的壓電執(zhí)行元件采用壓電片縱向疊層方式制作而成，壓電片之間布置電極，電極通過導線接出。當對壓電執(zhí)行元件的電極加載一定的電壓時，由于壓電片的壓電效應(yīng)，沿壓電片縱向疊片方向(圖中為Z方向)產(chǎn)生伸長變形，當壓電執(zhí)行元件的電極上的電壓去除時，Z方向的伸長變形消失，壓電執(zhí)行元件回復到電極加載電壓前的狀態(tài)。目前，現(xiàn)有技術(shù)中壓電式噴油器的壓電執(zhí)行元件中的單個壓電片厚度H為IOOum左右，長度L和寬度W根據(jù)具體要求為5~10_左右，因此500片壓電片的疊層的壓電執(zhí)行元件尺寸LXffXH 為 5x5x50mm 左右。
[0040]如圖1~3所示的實施例一中，本發(fā)明主要包括壓電執(zhí)行元件外殼1、壓電執(zhí)行元件2、上殼體3、傳遞桿6、閥座7、中殼體8、控制活塞10、頂桿12、油嘴螺帽15、噴油嘴16和油嘴針閥17，上殼體3下 端連接中殼體8，中殼體8下端通過螺紋連接的油嘴螺帽15壓緊連接噴油嘴16，中殼體8和噴油嘴16之間設(shè)有過渡塊14。
[0041]壓電執(zhí)行兀件2位于壓電執(zhí)行兀件外殼I內(nèi)，壓電執(zhí)行兀件外殼I位于上殼體3內(nèi)。如圖6所示，壓電執(zhí)行元件2包括多個壓電片24、內(nèi)電極26和外電極27，每個壓電片24沿豎直方向設(shè)置，多個壓電片24沿著水平方向依次層疊連接；每個壓電片24的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面29，多個壓電片I的內(nèi)電極連接面29均為同一側(cè)表面，內(nèi)電極連接面29上設(shè)有內(nèi)電極26 ;多個壓電片24的前后表面均為外電極連接面31，外電極連接面31上連接外電極27 ;多個壓電片24的前后表面上的外電極27的內(nèi)側(cè)面分別與該側(cè)的內(nèi)電極26連接，多個壓電片24的前后表面上的外電極27的外側(cè)面分別通過導線32與外部電源連接。所述內(nèi)電極26的上下邊位于其所在內(nèi)電極連接面29的上下邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極26的上下邊與內(nèi)電極連接面29的上下邊不重合；內(nèi)電極26的左右邊位于其所在內(nèi)電極連接面29的左右邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極26左右邊中的一邊與內(nèi)電極連接面29相同側(cè)邊重合形成內(nèi)電極連接邊30，內(nèi)電極26左右邊中相對與內(nèi)電極連接邊30的另一邊與內(nèi)電極連接面29相同側(cè)邊不重合；相鄰內(nèi)電極連接邊30在相鄰壓電片24左右側(cè)間隔設(shè)置。所述內(nèi)電極26的面積SI與其所在內(nèi)電極連接面29的面積S2的比例范圍為0.5<S1:S2〈1。
[0042]當對壓電執(zhí)行元件2的電極加載一定的電壓時，由于多層壓電片24的壓電效應(yīng)，沿垂直壓電片24疊片方向產(chǎn)生收縮變形；當加載在壓電執(zhí)行元件2的電極上的電壓去除時，垂直壓電片24疊片方向的收縮變形消失，壓電執(zhí)行元件2恢復到電極26加載電壓前的
狀態(tài)。根據(jù)本文推導，壓電片24通電產(chǎn)生的收縮變形大小為ΔΔ = VcIm jj，因此，本發(fā)明所
設(shè)計的壓電執(zhí)行元件2的垂直壓電片24疊片方向上產(chǎn)生的收縮變形的大小取決于壓電片24的橫向壓電應(yīng)變常數(shù)d31、橫向尺寸L/縱向尺寸H的比例、加載在電極上的電壓V。根據(jù)研究顯示，目前相關(guān)機構(gòu)開發(fā)的壓電片材料的橫向壓電應(yīng)變常數(shù)d31可達到500 (10_12 m /
V),因此，當壓電片31橫向長度L足夠長，即*足夠大時，在加載一定電壓時壓電執(zhí)行元件
Il
2就可以產(chǎn)生足夠的軸向尺寸收縮變形，從而通過噴油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用這種軸向尺寸收縮變形來實現(xiàn)對噴油器的噴射控制。采用本發(fā)明設(shè)計的執(zhí)行器2的壓電片24疊層數(shù)量相對現(xiàn)有技術(shù)的500左右可減少10倍左右。這樣可取得3個有益效果:一是減少了壓電執(zhí)行元件加工時的疊片次數(shù)，降低了疊片產(chǎn)生的成本；二是由于疊片次數(shù)的減少，降低了由于疊片導致的斷裂等故障的發(fā)生次數(shù)；三是由于疊片次數(shù)的減少，降低了執(zhí)行器使用中壓電片之間發(fā)生斷裂等故障的次數(shù)。即降低了加工成本和提高了使用安全性。
[0043]所述壓電執(zhí)行元件2下端設(shè)有傳遞桿6，傳遞桿6和上殼體3之間設(shè)有彈性元件5，傳遞桿6承受所述彈性元件5的初始預(yù)緊作用力。傳遞桿6上端面與壓電執(zhí)行元件2下端面機械接觸，在壓電執(zhí)行元件2產(chǎn)生軸向尺寸變形運動時，所述傳遞桿6能夠跟隨產(chǎn)生與壓電執(zhí)行元件2的軸向尺寸變形運動方向相同的軸向位置運動。傳遞桿6上設(shè)有密封圈4，密封圈4與上殼體3內(nèi)壁緊密接觸。
[0044]上殼體3和中殼體8之間設(shè)有閥座7，閥座7上端面和上殼體3內(nèi)壁之間形成低壓腔19，低壓腔19內(nèi)通入低壓燃油箱液體，閥座7下端設(shè)有容積腔21，容積腔21下端連通中殼體8，容積腔21內(nèi)通入高壓燃油源液體，閥座7上設(shè)有連通低壓腔19和容積腔21的第一通道20。傳遞桿6下端面與閥座7上端面機械接觸并密封第一通道20，當壓電執(zhí)行元件2不產(chǎn)生軸向尺寸變形運動時，傳遞桿6密封第一通道20使得低壓腔19和容積腔21不連通；當壓電執(zhí)行元件2產(chǎn)生軸向尺寸減小的變形運動時，傳遞桿6產(chǎn)生與壓電執(zhí)行元件2的軸向尺寸減小的變形運動方向相同的軸向位置運動，傳遞桿6的下端面脫離第一通道20，使得低壓腔19和容積腔21互相連通。閥座7內(nèi)設(shè)有第二通道22，第二通道22與容積腔21連通。所述第一通道20和第二通道22為阻尼通道，流量比例范圍為0.5?0.9，通過第一通道20和第二通道22對容積腔21內(nèi)燃油的壓力進行控制。
[0045]控制活塞10和頂桿12位于中殼體8內(nèi)，頂桿12位于控制活塞10下端。頂桿12和中殼體8之間設(shè)有油嘴彈簧13，油嘴彈簧13上端接觸中殼體8內(nèi)壁，油嘴彈簧13下端接觸頂桿12，頂桿12受油嘴彈簧13的初始預(yù)緊力。中殼體8外側(cè)壁通過螺紋連接進油接頭18。油嘴針閥17位于噴油嘴16中，噴油嘴16內(nèi)設(shè)有油嘴壓力室23。油嘴針閥17上端與頂桿12下端接觸。所述油嘴針閥17大徑端的徑向尺寸小于控制活塞10大徑端的徑向尺寸。
[0046]所述中殼體8內(nèi)設(shè)有出油通道9和進油通道11，出油通道9與中殼體8側(cè)壁上的出油口 28連通。進油通道11上端連通第二通道22，側(cè)面連通進油接頭18，下端連通油嘴壓力室23。
[0047]在油嘴針閥17與噴油嘴16發(fā)生機械密封連接時，油嘴針閥17阻止油嘴壓力室23內(nèi)的燃油從噴油嘴16的噴孔中噴出，在油嘴針閥17不與噴油嘴16發(fā)生機械密封連接時，油嘴壓力室23內(nèi)的燃油能夠從噴油嘴16的噴孔中噴出。油嘴針閥17與噴油嘴16是否發(fā)生機械密封連接取決于油嘴針閥17上的受力情況。
[0048]如果不考慮重力作用，油嘴針閥17上共受3個力:容積腔21中的高壓燃油通過控制活塞10、頂桿12傳遞的力F1、油嘴彈簧13通過頂桿12傳遞的力F2、油嘴壓力室23內(nèi)的燃油對油嘴針閥17的液體力F3，其中Fl和F2方向相同，F(xiàn)l和F2的作用力為軸向向下，F(xiàn)3的作用力為軸向向上，因此Fl與F2起到阻止油嘴針閥17進行脫離噴油嘴16方向運動的作用，F(xiàn)3起到促使油嘴針閥17進行脫離噴油嘴16方向運動的作用，油嘴針閥17與噴油嘴16之間的位置狀態(tài)與油嘴針閥17的受力平衡有關(guān)。
[0049]如圖4所示的實施例二中，與實施例一不同之處在于:所述傳遞桿6與閥座7之間設(shè)有密封球25，密封球25與傳遞桿6、閥座7之間為球面密封接觸。
[0050]如圖5所不的實施例三中，與實施例一不同之處在于:所述傳遞桿6與閥座7之間為錐面密封接觸。
[0051]本發(fā)明的工作原理為:高壓燃油從進油接頭18被引入進油通道11，之后，高壓燃油的一部分通過第二通道22流入容積腔21，高壓燃油的另一部分進入油嘴壓力室23。
[0052]當壓電執(zhí)行元件2的電極不施加電壓時，傳遞桿6下端與閥座7上端發(fā)生機械密封接觸，第一通道20處于關(guān)閉狀態(tài)，容積腔21向低壓腔19的燃油流動通道被封閉。容積腔21內(nèi)的燃油壓力逐漸上升，直至與進油通道11內(nèi)的壓力相同，油嘴壓力室23內(nèi)的燃油壓力也逐漸上升，直至與進油通道11內(nèi)的壓力相同。由于控制活塞10大徑端徑向尺寸大于油嘴針閥17大徑端徑向尺寸。因此Fl的絕對值大小大于F3的絕對值大小。不考慮重力影響，在壓電執(zhí)行元件2處于不通電狀態(tài)時，油嘴針閥17受到3個力F1、F2、F3 (如上述)的受力平衡關(guān)系為Fl與F2的合力大于F3，如此，油嘴針閥17與噴油嘴16發(fā)生機械密封連接，油嘴壓力室23內(nèi)的燃油不從噴油嘴16的噴孔噴出；
[0053]在對壓電執(zhí)行兀件2的電極施加一定電壓時,壓電執(zhí)行兀件2產(chǎn)生軸向方向尺寸減小的收縮變形，在彈性元件5的作用力下，傳遞桿6發(fā)生位置變化，傳遞桿6與閥座7不發(fā)生機械密封，第一通道20處于開啟狀態(tài)，容積腔21與低壓腔19發(fā)生連通。由于第一通道20與第二通道22的流量比為0.5?0.9，因此容積腔21內(nèi)的燃油進入量小于流出量，容積腔21內(nèi)的燃油壓力逐漸下降，油嘴針閥17受到Fl逐漸減小。當Fl減小至Fl與F2的合力小于F3時，油嘴針閥17的受力平衡發(fā)生變化，油嘴針閥27發(fā)生沿脫離噴油嘴16方向的位置變化運動，從而油嘴針閥17與噴油嘴體16不發(fā)生機械密封，油嘴壓力室23內(nèi)的燃油從噴油嘴16的噴孔中噴出。
[0054]如此，通過對壓電執(zhí)行元件2施加一定電壓與否，實現(xiàn)對根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的用壓電執(zhí)行元件驅(qū)動的噴油器I噴射與否的控制。[0055]由于壓電式執(zhí)行器相比較電磁式執(zhí)行器具有驅(qū)動力大和響應(yīng)迅速的優(yōu)點，因此被視為當前和未來內(nèi)燃機節(jié)能減排的重要技術(shù)產(chǎn)品之一。但是，由于當前現(xiàn)有技術(shù)的壓電執(zhí)行元件中的壓電片疊層數(shù)量眾多，在執(zhí)行器加工過程中產(chǎn)生的疊層成本占據(jù)了壓電執(zhí)行元件成本的重要部分，而且，由于疊層數(shù)量眾多，在加工中和使用中壓電片與壓電片之間出現(xiàn)斷裂等故障隱患的次數(shù)也不容忽視。
[0056]本發(fā)明中包含有一個壓電執(zhí)行兀件2,對壓電執(zhí)行兀件2施加一定電壓后,該壓電執(zhí)行元件2產(chǎn)生軸向尺寸的收縮變形，利用壓電執(zhí)行元件2作為噴油器的執(zhí)行器，通過噴油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)對噴油器噴射的控制。本發(fā)明相比較現(xiàn)有的同類產(chǎn)品，在不增加其他零部件的加工成本和使用成本的前提下，能夠降低壓電執(zhí)行元件的加工成本，降低壓電執(zhí)行元件的使用成本的，從而降低整個噴油器的加工和使用成本。
【權(quán)利要求】
1.一種帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，包括壓電執(zhí)行元件外殼(1)、壓電執(zhí)行元件(2)、上殼體(3)、傳遞桿(6)、閥座(7)、中殼體(8)、控制活塞(10)、頂桿(12)、油嘴螺帽(15)、噴油嘴(16)和油嘴針閥(17)，上殼體(3)下端連接中殼體(8)，中殼體(8)下端通過螺紋連接的油嘴螺帽(15)壓緊連接噴油嘴(16);控制活塞(10)和頂桿(12)位于中殼體(8)內(nèi)，頂桿(12)位于控制活塞(10)下端；中殼體(8)外側(cè)壁通過螺紋連接進油接頭(18);油嘴針閥(17)位于噴油嘴(16)中，油嘴針閥(17)上端與頂桿(12)下端接觸；噴油嘴(16)內(nèi)設(shè)有油嘴壓力室(23)，其特征是:壓電執(zhí)行元件(2)位于壓電執(zhí)行元件外殼(I)內(nèi)，壓電執(zhí)行兀件外殼(I)位于上殼體(3)內(nèi)；壓電執(zhí)行兀件(2)包括多個壓電片(24)、內(nèi)電極(26)和外電極(27)，每個壓電片(24)沿豎直方向設(shè)置，多個壓電片(24)沿著水平方向依次層疊連接；每個壓電片(24)的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面(29)，多個壓電片(I)的內(nèi)電極連接面(29 )均為同一側(cè)表面，內(nèi)電極連接面(29 )上設(shè)有內(nèi)電極(26 );多個壓電片(24)的前后表面均為外電極連接面(31)，外電極連接面(31)上連接外電極((27);多個壓電片(24)的前后表面上的外電極(27)的內(nèi)側(cè)面分別與該側(cè)的內(nèi)電極(26)連接，多個壓電片(24)的前后表面上的外電極(27)的外側(cè)面分別通過導線(32)與外部電源連接；所述壓電執(zhí)行元件(2)下端設(shè)有傳遞桿(6)，傳遞桿(6)上端面與壓電執(zhí)行元件(2)下端面機械接觸；上殼體(3)和中殼體(8)之間設(shè)有閥座(7)，閥座(7)上端面和上殼體(3)內(nèi)壁之間形成低壓腔(19)，閥座(7)下端設(shè)有容積腔(21)，容積腔(21)下端連通中殼體(8);閥座(7)上設(shè)有連通低壓腔(19)和容積腔(21)的第一通道(20)，傳遞桿(6)下端面與閥座(7)上端面機械接觸并密封第一通道(20 )。
2.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述中殼體(8 )和噴油嘴(16 )之間設(shè)有過渡塊(14 )。
3.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述傳遞桿(6)和上殼體(3)之間設(shè)有彈性兀件(5);傳遞桿(6)上設(shè)有密封圈(4),密封圈(4)與上殼體(3)內(nèi)壁緊密接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述頂桿(12)和中殼體(8)之間設(shè)有油嘴彈簧(13)，油嘴彈簧(13)上端接觸中殼體(8)內(nèi)壁，油嘴彈簧(13)下端接觸頂桿(12)。
5.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述中殼體(8)內(nèi)設(shè)有出油通道(9)，出油通道(9)與中殼體(8)側(cè)壁上的出油口(28)連通；中殼體(8)內(nèi)設(shè)有進油通道(11)，進油通道(11)上端連通第二通道(22)，側(cè)面連通進油接頭(18)，下端連通油嘴壓力室(23)。
6.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述傳遞桿(6 )與閥座(7 )之間設(shè)有密封球(25 )，密封球(25 )與傳遞桿(6 )、閥座(7 )之間為球面密封接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述傳遞桿(6)與閥座(7)之間為錐面密封接觸。
8.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述油嘴針閥(17)大徑端的徑向尺寸小于控制活塞(10)大徑端的徑向尺寸。
9.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述內(nèi)電極(26)的上下邊位于其所在內(nèi)電極連接面(29)的上下邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極(26)的上下邊與內(nèi)電極連接面(29)的上下邊不重合；內(nèi)電極(26)的左右邊位于其所在內(nèi)電極連接面(29)的左右邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極(26)左右邊中的一邊與內(nèi)電極連接面(29)相同側(cè)邊重合形成內(nèi)電極連接邊(30)，內(nèi)電極(26)左右邊中相對與內(nèi)電極連接邊(30)的另一邊與內(nèi)電極連接面(29)相同側(cè)邊不重合；相鄰內(nèi)電極連接邊(30)在相鄰壓電片(24)左右側(cè)間隔設(shè)置。
10.如權(quán)利要求1所述的帶壓電執(zhí)行元件的電控高壓共軌噴油器，其特征是:所述內(nèi)電極(26)的面積SI與其所 在內(nèi)電極連接面(29)的面積S2的比例范圍為0.5<S1:S2〈1。
【文檔編號】F02M51/06GK103573506SQ201310581748
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】莊福如, 吳小勇, 臧孌, 馬里 申請人:中國第一汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所