具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器的制造方法
【專利摘要】一種具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器，其包括彼此獨立的控制活塞偶件和控制閥體?？刂苹钊軌蛟诳刂苹钊字谢瑒?，在控制活塞、控制活塞套和控制閥體之間圍成壓力控制室，控制活塞套通過強制平面接觸密封安裝在噴油器體內(nèi)的肩胛面上，控制活塞套上開設有穿通孔，肩胛面上設置有高壓進油道?？刂崎y體通過強制平面接觸密封安裝在控制活塞套的位于肩胛面所在側(cè)的相反側(cè)的端面上，控制閥體設置有進油節(jié)流孔、泄油節(jié)流孔。穿通孔的兩端分別與高壓進油道和進油節(jié)流孔連通，壓力控制室與進油節(jié)流孔和泄油節(jié)流孔連通。通過這種模塊化的構(gòu)成，將高壓燃油噴射液力控制過程中的流量特性與機械運動特性分開管理、獨立控制。
【專利說明】
具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器，應用于航空重油活塞發(fā)動機電控高壓燃油噴射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]航空重油活塞發(fā)動機是未來航空的重要動力，尤其是通用航空和無人機的主要動力，是當今世界先進的航空發(fā)動機技術(shù)，具有良好的動力性、經(jīng)濟性、排放性、安全可靠性和健康特性。
[0003]電控高壓燃油噴射系統(tǒng)是航空重油活塞發(fā)動機用于實現(xiàn)重油時間壓力控制式噴射，優(yōu)化燃燒與熱力循環(huán)，獲得良好動力性、經(jīng)濟性、舒適性和排放性指標的重要技術(shù)。電控高壓噴油系統(tǒng)的燃油噴射壓力通常大于20MPa，目前較先進的技術(shù)水平可達到ISOMPa?200MPa。其中，用于航空重油活塞發(fā)動機的高壓燃油噴射系統(tǒng)的燃油噴射壓力通常超過180MPa。燃油噴射壓力越高，對電控高壓燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度、部件精度、安裝精度、密封性能、運動穩(wěn)定性與精確性等的要求也越高。電控高壓燃油噴射系統(tǒng)通常包括全權(quán)限發(fā)動機數(shù)字式電子控制器(FADEC)、電控高壓油栗、蓄壓器、電控高壓噴油器這四個主要部分。
[0004]電控高壓噴油器的功能是接受FADEC的指令，將容納高壓燃料的蓄壓器中的燃料，定時、定量以給定的噴油規(guī)律，噴射到航空重油活塞發(fā)動機的汽缸中。目前，理論與實踐表明可靠的電磁控制式高壓噴油器，接受FADEC信號并放大，產(chǎn)生的電磁力與彈簧力等耦合，控制高速電磁閥的運動行程，再經(jīng)液力放大控制針閥行程，控制針閥的開閉時刻與時長，實現(xiàn)給定的噴油規(guī)律。
[0005]電控噴油器主要由三部分構(gòu)成，一是高速電磁閥裝置，包括高速電磁鐵、耦合彈簧、銜鐵部件;二是液力控制閥裝置，主要包括設置有進油節(jié)流孔、泄壓節(jié)流孔、帶活動端壓力控制室的控制閥，一端構(gòu)成壓力控制室活動端、另一端與噴射針閥剛性聯(lián)動的、可靈活運動的控制活塞，控制泄壓節(jié)流孔打開與關(guān)閉、并與銜鐵軸聯(lián)動的啟閉元件，構(gòu)成控制閥高壓燃油區(qū)密封的密封面及裝置;三是噴油針閥偶件。
[0006]當FADEC對電磁鐵通電時，產(chǎn)生的電磁力使銜鐵克服耦合彈簧力的壓力吸合上行，銜鐵迫使銜鐵軸帶動啟閉元件打開壓力控制室泄壓節(jié)流孔，泄壓至作用在控制活塞頭部的液壓力小于噴射針閥上的燃料背壓時，控制活塞聯(lián)同噴射針閥上行打開噴孔噴出燃料;反之，對電磁鐵斷電消磁后，耦合彈簧的壓力推動銜鐵軸，強迫啟閉元件關(guān)閉泄壓節(jié)流孔，壓力控制室進油節(jié)流孔不斷充量至作用在控制活塞頭部的液壓力大于噴射針閥上的燃料背壓時，控制活塞迫使噴射針閥下行關(guān)閉噴孔，停止噴射。通過如此往復動作，經(jīng)優(yōu)化匹配，在FADEC控制下實現(xiàn)將蓄壓器內(nèi)的燃料定時、定量以理想的噴油規(guī)律噴射到航空重油活塞發(fā)動機的汽缸中。
[0007]如上所述，當壓力控制室泄壓節(jié)流孔打開泄壓時，在預設的最大靜態(tài)壓力控制室容積下，壓力控制室泄壓節(jié)流孔與壓力控制室進油節(jié)流孔之間的流量差決定了噴射針閥開啟的速度；當壓力控制室泄壓節(jié)流孔被關(guān)閉時，在預設的最小靜態(tài)壓力控制室容積下，壓力控制室進油節(jié)流孔的流量大小決定了噴射針閥關(guān)閉的速度。因而，壓力控制室泄壓節(jié)流孔與壓力控制室進油節(jié)流孔流量特性的穩(wěn)定規(guī)律性是具有較小單次噴射離散性及噴射一致性的關(guān)鍵因素。然而，壓力控制室的壓力變化最終是通過作用在控制活塞頭部的液壓力來傳遞運動軌跡的，控制活塞既要具備滑動的靈敏性又要具備密封壓力控制室超高壓燃料的可靠性，才能滿足壓力控制室泄壓節(jié)流孔與壓力控制室進油節(jié)流孔流量特性的穩(wěn)定規(guī)律性，形狀精度差或受力變形皆易導致控制活塞卡死或密封失效，造成噴射失控、無效噴射等致命故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:采用模塊化方式將液力控制過程中的流量特性與機械運動特性分開管理、獨立控制，達到在具有高強度結(jié)構(gòu)的前提下具備良好的工藝性，實現(xiàn)燃油噴射控制的靈敏性和可靠性，滿足噴射離散性和一致性的要求。
[0009]為此，本發(fā)明可以采用、但不限于下述方案。
[0010]—種電控高壓噴油器，其包括噴油器體和安裝在所述噴油器體內(nèi)的彼此獨立的活塞偶件和控制閥體，其中，所述活塞偶件包括控制活塞和控制活塞套，所述控制活塞能夠在所述控制活塞套中滑動，在所述控制活塞、所述控制活塞套和所述控制閥體之間圍成壓力控制室，所述控制活塞套通過強制平面接觸密封安裝在所述噴油器體內(nèi)的肩胛面上，所述肩胛面上設置有高壓進油道，所述控制活塞套上開設有穿通孔，所述控制閥體通過強制平面接觸密封安裝在所述控制活塞套的位于所述肩胛面所在側(cè)的相反側(cè)的端面上，所述控制閥體設置有進油節(jié)流孔、泄油節(jié)流孔，所述穿通孔的兩端分別與所述高壓進油道和所述進油節(jié)流孔連通，所述進油節(jié)流孔和所述泄油節(jié)流孔均與所述壓力控制室連通。
[0011]優(yōu)選地，通過固定螺紋件將所述控制閥體和所述控制活塞套壓抵到所述肩胛面上。
[0012]優(yōu)選地，所述控制活塞套上的控制活塞孔為中通孔。
[0013]優(yōu)選地，所述控制活塞套為階梯軸套，所述階梯軸套的大徑部和小徑部之間的軸肩面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。
[0014]優(yōu)選地，所述控制活塞套為階梯軸套，所述階梯軸套的大徑部的端面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。
[0015]優(yōu)選地，所述控制活塞套為階梯軸套，所述階梯軸套的小徑部的端面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。
[0016]優(yōu)選地，所述控制活塞套不帶階梯，所述控制活塞套的端面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。
[0017]優(yōu)選地，所述控制閥體與所述控制活塞套之間的安裝密封面為平整端面。
[0018]優(yōu)選地，所述控制閥體的與所述控制活塞套相對的安裝密封面具有繞閥體中心軸線回轉(zhuǎn)的凸起，該凸起嵌合到所述控制活塞套的軸端孔中。
[0019]優(yōu)選地，所述控制閥體還設置有啟閉元件密封面，所述電控高壓噴油器還包括耦合彈簧、啟閉元件和噴射針閥，通過所述耦合彈簧將所述啟閉元件按壓到所述控制閥體的所述啟閉元件密封面上，所述控制活塞與所述噴射針閥剛性聯(lián)動。
[0020]在本發(fā)明的具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器中，具有獨立配付的控制活塞偶件，有條件實現(xiàn)加大控制活塞工作區(qū)域的活塞套頸部，結(jié)構(gòu)強度得到提高，有效改善高壓燃料及鎖緊力導致的應變。
[0021 ]另外，中通的控制活塞孔結(jié)構(gòu)使幾何形狀精度在工藝上得到了保證。
[0022]獨立的控制閥體具有良好的工藝性和流量測量的真實性，有效提高壓力控制室泄壓節(jié)流孔與進油節(jié)流孔流量特性的穩(wěn)定規(guī)律性。
[0023]同時，通過這種模塊化的構(gòu)成，可靈活的進行匹配選擇，降低質(zhì)量成本。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的第一實施例的具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器的示意性局部截面圖。
[0025]圖2是圖1的要部放大圖。
[0026]圖3是本發(fā)明的第二實施例的電控高壓噴油器的要部放大圖。
[0027]圖4是本發(fā)明的第三實施例的電控高壓噴油器的要部放大圖。
[0028]圖5是本發(fā)明的第四實施例的電控高壓噴油器的要部放大圖。
[0029]圖6是本發(fā)明的第五實施例的電控高壓噴油器的要部放大圖。
【具體實施方式】
[0030]下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行進一步的說明。然而，應當理解，這些說明僅是示例性的，不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0031]圖1是表示本發(fā)明的具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器的第一實施例的示意性局部截面圖，圖2是圖1的要部放大圖。以下參照圖1和圖2來說明本發(fā)明的第一實施例。
[0032]電控高壓噴油器100主要包括噴油器體1、針閥偶件2、控制活塞偶件3a、控制閥體3b、啟閉元件3c、銜鐵部件4、固定螺紋件34、電磁鐵5、親合彈簧5a、進油接頭6、回油接頭7。
[0033]進油及回油過程:未示出的蓄壓器內(nèi)的高壓油經(jīng)進油接頭6進入噴油器體I內(nèi)設的主供油通道la，進入針閥偶件2的針閥體22設置的集油槽22a，針閥偶件2里可滑動的噴射針閥23與針閥體22形成密封部22b，密封部22b的上端與集油槽22a相通，噴射針閥23開啟向上運動時，高壓油通過密封部22b經(jīng)噴孔22c噴到航空重油活塞發(fā)動機汽缸的燃燒室內(nèi)；泄漏燃油通過噴油器體I上的回流通道Ib經(jīng)回油接頭7回到油箱。另一方面，經(jīng)進油接頭6的高壓油，通過噴油器體I內(nèi)設在肩胛面上的高壓油通道lc，流入控制活塞偶件3a中控制活塞套3a2上的穿通孔3a2a，經(jīng)控制閥體3b上設置的進油節(jié)流孔3bl進入壓力控制室3b3，當用于密封壓力控制室3b3的啟閉元件3c打開后，高壓油經(jīng)控制閥體3b上設置的泄壓節(jié)流孔3b2流出，通過回油接頭7回到油箱。
[0034]噴射控制過程:在ECU(電子控制單元)供給電磁鐵5驅(qū)動電流時，產(chǎn)生在銜鐵部件4上的電磁吸力，使銜鐵部件4克服耦合彈簧5a的預壓力向上升起，帶動啟閉元件3c打開泄壓節(jié)流孔3b2，高壓油泄流到回油路導致壓力控制室3b3壓力降低，壓力控制室3b3的活動端由可滑動控制活塞3al的上端頭部構(gòu)成，控制活塞3al的下端與噴射針閥23剛性聯(lián)動，當作用在控制活塞3al頭部的液壓力小于噴射針閥23上燃料背壓時，控制活塞3al聯(lián)同噴射針閥23離開密封部22b上行，打開噴孔22c噴出燃料;反之，若ECU對電磁鐵5斷電消磁，耦合彈簧5a的預壓力迫使銜鐵部件4推動啟閉元件3c重新落座密封，進油節(jié)流孔3bl對壓力控制室3b3持續(xù)的充量使壓力控制室3b3內(nèi)的壓力不斷升高，當作用在控制活塞3al頭部的液壓力大于噴射針閥23上燃料背壓時，控制活塞3al強迫噴射針閥23下行落座在密封部22b上，關(guān)閉噴孔22c，停止燃料噴射。
[0035]如上所述，在相同條件下，泄壓節(jié)流孔3b2與進油節(jié)流孔3bl之間的流量差決定了噴射針閥23開啟的速度;而進油節(jié)流孔3bl的流量大小決定了噴射針閥23關(guān)閉的速度，也就是說二者流量特性的穩(wěn)定規(guī)律性決定了較小單次噴射離散性及噴射一致性，但前提必須是傳遞壓力控制室3b3壓力變化的運動件、即控制活塞3al要具備滑動的靈敏性，同時全部高壓燃料密封部位要可靠并具有較高的使用壽命。
[0036]本發(fā)明的具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器采用了流量特性與機械運動特性分開管理的模式，即由獨立控制閥體3b來保證流量特性，由獨立控制活塞偶件3a來滿足機械運動特性。設置了具有進油節(jié)流孔3bl、泄油節(jié)流孔3b2、啟閉元件密封面3b4的獨立控制閥體3b，采用微孔加工及相應的處理技術(shù)通過流量分級應用于相應需求的機型；獨立控制活塞偶件3a采用了強化結(jié)構(gòu)強度減低應變的優(yōu)化設計，特別是控制活塞孔3a2b為中通孔結(jié)構(gòu)，其良好的工藝性保證了高壓密封對滑動間隙及形狀精度的要求，并且獨立控制活塞偶件3a、獨立控制閥體3b共同安裝在噴油器體I內(nèi)孔肩胛面Id上，三者之間全部采用平面強制密封，靠固定螺紋件34鎖緊，密封可靠性及使用壽命皆得到保障。這種結(jié)構(gòu)有效地實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)強度高、工藝性好、可靠性得到保證的目的。
[0037]如圖2所示，在第一實施例中，控制活塞套3a2為階梯軸套，該階梯軸套包括大徑部3a21和小徑部3a22。在大徑部3a21和小徑部3a22之間形成有軸肩面3a23。小徑部3a22嵌入到噴油器體I的肩胛面Id下方的安裝孔中，軸肩面3a23安裝在噴油器體I的肩胛面Id上并通過來自固定螺紋件34的壓力在軸肩面3a23和肩胛面Id之間形成強制平面接觸密封。
[0038]通過使小徑部3a22嵌入到噴油器體I的肩胛面Id下方的安裝孔中，進一步改善了控制活塞套3a2的定位性。
[0039]下面參照圖3來說明本發(fā)明的第二實施例。在圖3中，對于與第一實施例相同或相似的部件標注相同或相似的附圖標記，并省略對這些部件的詳細說明。
[0040]參照圖3，控制活塞套13a2為階梯軸套，該階梯軸套包括大徑部3a21和小徑部3a22。大徑部3a21的端面3a24安裝在噴油器體I的肩胛面Id上并強制平面接觸密封。小徑部3a22的端面3a25與控制閥體3b平面接觸密封。
[0041]與第一實施例的控制活塞套3a2相比，本實施例中的控制活塞套13a2的小徑部3a22的軸向尺寸較小。由于小徑部3a22的存在，可以在小徑部3a22的周緣處、在控制活塞套13a2和控制閥體3b之間形成液墊3a26，進一步提高了控制活塞套13a2和控制閥體3b之間的密封效果。
[0042]下面參照圖4來說明本發(fā)明的第三實施例。在圖4中，對于與第一和/或第二實施例相同或相似的部件標注相同或相似的附圖標記，并省略對這些部件的詳細說明。
[0043]參照圖4，控制活塞套13a2為階梯軸套，該階梯軸套包括大徑部3a21和小徑部3a22。小徑部3a22的端面3a25安裝在噴油器體I的肩胛面Id上并強制平面接觸密封。大徑部3a21的端面3a24與控制閥體3b接觸并密封。
[0044]由于小徑部3a22的存在，可以在小徑部3a22的周緣處、在控制活塞套13a2和噴油器體I的肩胛面Id之間形成液墊3a26，進一步提高了控制活塞套13a2和噴油器體I的肩胛面Id之間的密封效果。
[0045]下面參照圖5來說明本發(fā)明的第四實施例。在圖5中，對于與第一實施例相同或相似的部件標注相同或相似的附圖標記，并省略對這些部件的詳細說明。
[0046]在本實施例中，控制活塞套23a2不帶階梯，采用控制活塞套23a2的端面安裝在噴油器體I的肩胛面Id上并強制平面接觸密封。由于控制活塞套23a2的這種不帶階梯的筒狀結(jié)構(gòu)，簡化了控制活塞套23a2的加工并有效保障了加工精度。
[0047]下面參照圖6來說明本發(fā)明的第五實施例。在圖6中，對于與第一實施例相同或相似的部件標注相同或相似的附圖標記，并省略對這些部件的詳細說明。
[0048]與上述第一至第四實施例中控制閥體3b的與控制活塞套3a2、13a2、23a2相對的安裝密封面為平整端面不同，在該第五實施例中，控制閥體13b的與控制活塞套3a2相對的安裝密封面3b6具有繞閥體中心軸線回轉(zhuǎn)的凸起3b5。該凸起3b5形成于安裝密封面3b6的大致中央位置，并嵌合到控制活塞套3a2的軸端孔3a2c中。這樣，可以改善控制閥體13b和控制活塞套3a2之間的定位性。
[0049]如圖6所示，控制活塞套3a2的徑向中央形成有靠近控制閥體13b的軸端孔3a2c和與軸端孔3a2c形成臺階的控制活塞孔3a2b。軸端孔3a2c的直徑大于控制活塞孔3a2b的直徑。通過軸端孔3a2c的形成，在凸起3b5嵌合到控制活塞套3a2的軸端孔3a2c中的情況下，可以在不增加電控高壓噴油閥的軸向尺寸的同時保證壓力控制室3b3的容積。
[0050]本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的教導下，可以對本發(fā)明的上述實施例作出各種改變和變型，而不脫離本發(fā)明的范圍。
[0051 ] (I)例如，可以在第二和第三實施例中形成液墊3a26的位置設置密封件，以改善密封效果。
[0052](2)各實施例可以適當?shù)亟M合而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，第五實施例中的凸起3b5和軸端孔3a2c也可以應用到第一至第四實施例中，特別是可以應用到第一、三、四實施例中。
[0053](3)在第一至第五實施例中，在固定螺紋件34與控制閥體3b、13b之間設置有墊圈341(僅在圖6中標示出)，該墊圈341還可以起到對銜鐵部件4的軸進行導向的作用。然而，本發(fā)明不限于此。也可以省略該墊圈或?qū)驑?gòu)件，以使固定螺紋件34直接與控制閥體3b、13b接觸。
[0054]工業(yè)實用性
[0055]本發(fā)明具有獨立控制活塞偶件的電控高壓噴油器，單次噴射離散性小，噴射控制一致性、真實性及準確性高，具有較好的工藝性及使用可靠性，能夠滿足航空重油活塞發(fā)動機優(yōu)化燃燒節(jié)能降排的要求。
【主權(quán)項】
1.一種電控高壓噴油器，其包括噴油器體和安裝在所述噴油器體內(nèi)的彼此獨立的活塞偶件和控制閥體，其特征在于， 所述活塞偶件包括控制活塞和控制活塞套，所述控制活塞能夠在所述控制活塞套中滑動，在所述控制活塞、所述控制活塞套和所述控制閥體之間圍成壓力控制室， 所述控制活塞套通過強制平面接觸密封安裝在所述噴油器體內(nèi)的肩胛面上，所述肩胛面上設置有高壓進油道，所述控制活塞套上開設有穿通孔， 所述控制閥體通過強制平面接觸密封安裝在所述控制活塞套的位于所述肩胛面所在側(cè)的相反側(cè)的端面上，所述控制閥體設置有進油節(jié)流孔、泄油節(jié)流孔， 所述穿通孔的兩端分別與所述高壓進油道和所述進油節(jié)流孔連通，所述進油節(jié)流孔和所述泄油節(jié)流孔均與所述壓力控制室連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 通過固定螺紋件將所述控制閥體和所述控制活塞套壓抵到所述肩胛面上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制活塞套上的控制活塞孔為中通孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制活塞套為階梯軸套，所述階梯軸套的大徑部和小徑部之間的軸肩面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制活塞套為階梯軸套，所述階梯軸套的大徑部的端面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制活塞套為階梯軸套，所述階梯軸套的小徑部的端面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制活塞套不帶階梯，所述控制活塞套的端面安裝在所述噴油器體的所述肩胛面上并形成強制平面接觸密封。8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制閥體與所述控制活塞套之間的安裝密封面為平整端面。9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制閥體的與所述控制活塞套相對的安裝密封面具有繞閥體中心軸線回轉(zhuǎn)的凸起，該凸起嵌合到所述控制活塞套的軸端孔中。10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電控高壓噴油器，其特征在于， 所述控制閥體還設置有啟閉元件密封面， 所述電控高壓噴油器還包括耦合彈簧、啟閉元件和噴射針閥， 通過所述耦合彈簧將所述啟閉元件按壓到所述控制閥體的所述啟閉元件密封面上， 所述控制活塞與所述噴射針閥剛性聯(lián)動。
【文檔編號】F02M61/16GK106065835SQ201610374701
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月31日 公開號201610374701.0, CN 106065835 A, CN 106065835A, CN 201610374701, CN-A-106065835, CN106065835 A, CN106065835A, CN201610374701, CN201610374701.0
【發(fā)明人】張可, 周明, 牟學利
【申請人】清華大學