具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器的制造方法
【专利摘要】一种具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器，其包括彼此独立的控制活塞偶件和控制阀体。控制活塞能够在控制活塞套中滑动，在控制活塞、控制活塞套和控制阀体之间围成压力控制室，控制活塞套通过强制平面接触密封安装在喷油器体内的肩胛面上，控制活塞套上开设有穿通孔，肩胛面上设置有高压进油道。控制阀体通过强制平面接触密封安装在控制活塞套的位于肩胛面所在侧的相反侧的端面上，控制阀体设置有进油节流孔、泄油节流孔。穿通孔的两端分别与高压进油道和进油节流孔连通，压力控制室与进油节流孔和泄油节流孔连通。通过这种模块化的构成，将高压燃油喷射液力控制过程中的流量特性与机械运动特性分开管理、独立控制。
【专利说明】
具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器
技术领域
[0001]本发明涉及具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器，应用于航空重油活塞发动机电控高压燃油喷射系统。
【背景技术】
[0002]航空重油活塞发动机是未来航空的重要动力，尤其是通用航空和无人机的主要动力，是当今世界先进的航空发动机技术，具有良好的动力性、经济性、排放性、安全可靠性和健康特性。
[0003]电控高压燃油喷射系统是航空重油活塞发动机用于实现重油时间压力控制式喷射，优化燃烧与热力循环，获得良好动力性、经济性、舒适性和排放性指标的重要技术。电控高压喷油系统的燃油喷射压力通常大于20MPa，目前较先进的技术水平可达到ISOMPa?200MPa。其中，用于航空重油活塞发动机的高压燃油喷射系统的燃油喷射压力通常超过180MPa。燃油喷射压力越高，对电控高压燃油喷射系统的结构强度、部件精度、安装精度、密封性能、运动稳定性与精确性等的要求也越高。电控高压燃油喷射系统通常包括全权限发动机数字式电子控制器(FADEC)、电控高压油栗、蓄压器、电控高压喷油器这四个主要部分。
[0004]电控高压喷油器的功能是接受FADEC的指令，将容纳高压燃料的蓄压器中的燃料，定时、定量以给定的喷油规律，喷射到航空重油活塞发动机的汽缸中。目前，理论与实践表明可靠的电磁控制式高压喷油器，接受FADEC信号并放大，产生的电磁力与弹簧力等耦合，控制高速电磁阀的运动行程，再经液力放大控制针阀行程，控制针阀的开闭时刻与时长，实现给定的喷油规律。
[0005]电控喷油器主要由三部分构成，一是高速电磁阀装置，包括高速电磁铁、耦合弹簧、衔铁部件;二是液力控制阀装置，主要包括设置有进油节流孔、泄压节流孔、带活动端压力控制室的控制阀，一端构成压力控制室活动端、另一端与喷射针阀刚性联动的、可灵活运动的控制活塞，控制泄压节流孔打开与关闭、并与衔铁轴联动的启闭元件，构成控制阀高压燃油区密封的密封面及装置;三是喷油针阀偶件。
[0006]当FADEC对电磁铁通电时，产生的电磁力使衔铁克服耦合弹簧力的压力吸合上行，衔铁迫使衔铁轴带动启闭元件打开压力控制室泄压节流孔，泄压至作用在控制活塞头部的液压力小于喷射针阀上的燃料背压时，控制活塞联同喷射针阀上行打开喷孔喷出燃料;反之，对电磁铁断电消磁后，耦合弹簧的压力推动衔铁轴，强迫启闭元件关闭泄压节流孔，压力控制室进油节流孔不断充量至作用在控制活塞头部的液压力大于喷射针阀上的燃料背压时，控制活塞迫使喷射针阀下行关闭喷孔，停止喷射。通过如此往复动作，经优化匹配，在FADEC控制下实现将蓄压器内的燃料定时、定量以理想的喷油规律喷射到航空重油活塞发动机的汽缸中。
[0007]如上所述，当压力控制室泄压节流孔打开泄压时，在预设的最大静态压力控制室容积下，压力控制室泄压节流孔与压力控制室进油节流孔之间的流量差决定了喷射针阀开启的速度；当压力控制室泄压节流孔被关闭时，在预设的最小静态压力控制室容积下，压力控制室进油节流孔的流量大小决定了喷射针阀关闭的速度。因而，压力控制室泄压节流孔与压力控制室进油节流孔流量特性的稳定规律性是具有较小单次喷射离散性及喷射一致性的关键因素。然而，压力控制室的压力变化最终是通过作用在控制活塞头部的液压力来传递运动轨迹的，控制活塞既要具备滑动的灵敏性又要具备密封压力控制室超高压燃料的可靠性，才能满足压力控制室泄压节流孔与压力控制室进油节流孔流量特性的稳定规律性，形状精度差或受力变形皆易导致控制活塞卡死或密封失效，造成喷射失控、无效喷射等致命故障。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于:采用模块化方式将液力控制过程中的流量特性与机械运动特性分开管理、独立控制，达到在具有高强度结构的前提下具备良好的工艺性，实现燃油喷射控制的灵敏性和可靠性，满足喷射离散性和一致性的要求。
[0009]为此，本发明可以采用、但不限于下述方案。
[0010]—种电控高压喷油器，其包括喷油器体和安装在所述喷油器体内的彼此独立的活塞偶件和控制阀体，其中，所述活塞偶件包括控制活塞和控制活塞套，所述控制活塞能够在所述控制活塞套中滑动，在所述控制活塞、所述控制活塞套和所述控制阀体之间围成压力控制室，所述控制活塞套通过强制平面接触密封安装在所述喷油器体内的肩胛面上，所述肩胛面上设置有高压进油道，所述控制活塞套上开设有穿通孔，所述控制阀体通过强制平面接触密封安装在所述控制活塞套的位于所述肩胛面所在侧的相反侧的端面上，所述控制阀体设置有进油节流孔、泄油节流孔，所述穿通孔的两端分别与所述高压进油道和所述进油节流孔连通，所述进油节流孔和所述泄油节流孔均与所述压力控制室连通。
[0011]优选地，通过固定螺纹件将所述控制阀体和所述控制活塞套压抵到所述肩胛面上。
[0012]优选地，所述控制活塞套上的控制活塞孔为中通孔。
[0013]优选地，所述控制活塞套为阶梯轴套，所述阶梯轴套的大径部和小径部之间的轴肩面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。
[0014]优选地，所述控制活塞套为阶梯轴套，所述阶梯轴套的大径部的端面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。
[0015]优选地，所述控制活塞套为阶梯轴套，所述阶梯轴套的小径部的端面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。
[0016]优选地，所述控制活塞套不带阶梯，所述控制活塞套的端面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。
[0017]优选地，所述控制阀体与所述控制活塞套之间的安装密封面为平整端面。
[0018]优选地，所述控制阀体的与所述控制活塞套相对的安装密封面具有绕阀体中心轴线回转的凸起，该凸起嵌合到所述控制活塞套的轴端孔中。
[0019]优选地，所述控制阀体还设置有启闭元件密封面，所述电控高压喷油器还包括耦合弹簧、启闭元件和喷射针阀，通过所述耦合弹簧将所述启闭元件按压到所述控制阀体的所述启闭元件密封面上，所述控制活塞与所述喷射针阀刚性联动。
[0020]在本发明的具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器中，具有独立配付的控制活塞偶件，有条件实现加大控制活塞工作区域的活塞套颈部，结构强度得到提高，有效改善高压燃料及锁紧力导致的应变。
[0021 ]另外，中通的控制活塞孔结构使几何形状精度在工艺上得到了保证。
[0022]独立的控制阀体具有良好的工艺性和流量测量的真实性，有效提高压力控制室泄压节流孔与进油节流孔流量特性的稳定规律性。
[0023]同时，通过这种模块化的构成，可灵活的进行匹配选择，降低质量成本。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的第一实施例的具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器的示意性局部截面图。
[0025]图2是图1的要部放大图。
[0026]图3是本发明的第二实施例的电控高压喷油器的要部放大图。
[0027]图4是本发明的第三实施例的电控高压喷油器的要部放大图。
[0028]图5是本发明的第四实施例的电控高压喷油器的要部放大图。
[0029]图6是本发明的第五实施例的电控高压喷油器的要部放大图。
【具体实施方式】
[0030]下面参照附图对本发明的优选实施例进行进一步的说明。然而，应当理解，这些说明仅是示例性的，不用于限制本发明的范围。
[0031]图1是表示本发明的具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器的第一实施例的示意性局部截面图，图2是图1的要部放大图。以下参照图1和图2来说明本发明的第一实施例。
[0032]电控高压喷油器100主要包括喷油器体1、针阀偶件2、控制活塞偶件3a、控制阀体3b、启闭元件3c、衔铁部件4、固定螺纹件34、电磁铁5、親合弹簧5a、进油接头6、回油接头7。
[0033]进油及回油过程:未示出的蓄压器内的高压油经进油接头6进入喷油器体I内设的主供油通道la，进入针阀偶件2的针阀体22设置的集油槽22a，针阀偶件2里可滑动的喷射针阀23与针阀体22形成密封部22b，密封部22b的上端与集油槽22a相通，喷射针阀23开启向上运动时，高压油通过密封部22b经喷孔22c喷到航空重油活塞发动机汽缸的燃烧室内；泄漏燃油通过喷油器体I上的回流通道Ib经回油接头7回到油箱。另一方面，经进油接头6的高压油，通过喷油器体I内设在肩胛面上的高压油通道lc，流入控制活塞偶件3a中控制活塞套3a2上的穿通孔3a2a，经控制阀体3b上设置的进油节流孔3bl进入压力控制室3b3，当用于密封压力控制室3b3的启闭元件3c打开后，高压油经控制阀体3b上设置的泄压节流孔3b2流出，通过回油接头7回到油箱。
[0034]喷射控制过程:在ECU(电子控制单元)供给电磁铁5驱动电流时，产生在衔铁部件4上的电磁吸力，使衔铁部件4克服耦合弹簧5a的预压力向上升起，带动启闭元件3c打开泄压节流孔3b2，高压油泄流到回油路导致压力控制室3b3压力降低，压力控制室3b3的活动端由可滑动控制活塞3al的上端头部构成，控制活塞3al的下端与喷射针阀23刚性联动，当作用在控制活塞3al头部的液压力小于喷射针阀23上燃料背压时，控制活塞3al联同喷射针阀23离开密封部22b上行，打开喷孔22c喷出燃料;反之，若ECU对电磁铁5断电消磁，耦合弹簧5a的预压力迫使衔铁部件4推动启闭元件3c重新落座密封，进油节流孔3bl对压力控制室3b3持续的充量使压力控制室3b3内的压力不断升高，当作用在控制活塞3al头部的液压力大于喷射针阀23上燃料背压时，控制活塞3al强迫喷射针阀23下行落座在密封部22b上，关闭喷孔22c，停止燃料喷射。
[0035]如上所述，在相同条件下，泄压节流孔3b2与进油节流孔3bl之间的流量差决定了喷射针阀23开启的速度;而进油节流孔3bl的流量大小决定了喷射针阀23关闭的速度，也就是说二者流量特性的稳定规律性决定了较小单次喷射离散性及喷射一致性，但前提必须是传递压力控制室3b3压力变化的运动件、即控制活塞3al要具备滑动的灵敏性，同时全部高压燃料密封部位要可靠并具有较高的使用寿命。
[0036]本发明的具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器采用了流量特性与机械运动特性分开管理的模式，即由独立控制阀体3b来保证流量特性，由独立控制活塞偶件3a来满足机械运动特性。设置了具有进油节流孔3bl、泄油节流孔3b2、启闭元件密封面3b4的独立控制阀体3b，采用微孔加工及相应的处理技术通过流量分级应用于相应需求的机型；独立控制活塞偶件3a采用了强化结构强度减低应变的优化设计，特别是控制活塞孔3a2b为中通孔结构，其良好的工艺性保证了高压密封对滑动间隙及形状精度的要求，并且独立控制活塞偶件3a、独立控制阀体3b共同安装在喷油器体I内孔肩胛面Id上，三者之间全部采用平面强制密封，靠固定螺纹件34锁紧，密封可靠性及使用寿命皆得到保障。这种结构有效地实现了结构强度高、工艺性好、可靠性得到保证的目的。
[0037]如图2所示，在第一实施例中，控制活塞套3a2为阶梯轴套，该阶梯轴套包括大径部3a21和小径部3a22。在大径部3a21和小径部3a22之间形成有轴肩面3a23。小径部3a22嵌入到喷油器体I的肩胛面Id下方的安装孔中，轴肩面3a23安装在喷油器体I的肩胛面Id上并通过来自固定螺纹件34的压力在轴肩面3a23和肩胛面Id之间形成强制平面接触密封。
[0038]通过使小径部3a22嵌入到喷油器体I的肩胛面Id下方的安装孔中，进一步改善了控制活塞套3a2的定位性。
[0039]下面参照图3来说明本发明的第二实施例。在图3中，对于与第一实施例相同或相似的部件标注相同或相似的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。
[0040]参照图3，控制活塞套13a2为阶梯轴套，该阶梯轴套包括大径部3a21和小径部3a22。大径部3a21的端面3a24安装在喷油器体I的肩胛面Id上并强制平面接触密封。小径部3a22的端面3a25与控制阀体3b平面接触密封。
[0041]与第一实施例的控制活塞套3a2相比，本实施例中的控制活塞套13a2的小径部3a22的轴向尺寸较小。由于小径部3a22的存在，可以在小径部3a22的周缘处、在控制活塞套13a2和控制阀体3b之间形成液垫3a26，进一步提高了控制活塞套13a2和控制阀体3b之间的密封效果。
[0042]下面参照图4来说明本发明的第三实施例。在图4中，对于与第一和/或第二实施例相同或相似的部件标注相同或相似的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。
[0043]参照图4，控制活塞套13a2为阶梯轴套，该阶梯轴套包括大径部3a21和小径部3a22。小径部3a22的端面3a25安装在喷油器体I的肩胛面Id上并强制平面接触密封。大径部3a21的端面3a24与控制阀体3b接触并密封。
[0044]由于小径部3a22的存在，可以在小径部3a22的周缘处、在控制活塞套13a2和喷油器体I的肩胛面Id之间形成液垫3a26，进一步提高了控制活塞套13a2和喷油器体I的肩胛面Id之间的密封效果。
[0045]下面参照图5来说明本发明的第四实施例。在图5中，对于与第一实施例相同或相似的部件标注相同或相似的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。
[0046]在本实施例中，控制活塞套23a2不带阶梯，采用控制活塞套23a2的端面安装在喷油器体I的肩胛面Id上并强制平面接触密封。由于控制活塞套23a2的这种不带阶梯的筒状结构，简化了控制活塞套23a2的加工并有效保障了加工精度。
[0047]下面参照图6来说明本发明的第五实施例。在图6中，对于与第一实施例相同或相似的部件标注相同或相似的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。
[0048]与上述第一至第四实施例中控制阀体3b的与控制活塞套3a2、13a2、23a2相对的安装密封面为平整端面不同，在该第五实施例中，控制阀体13b的与控制活塞套3a2相对的安装密封面3b6具有绕阀体中心轴线回转的凸起3b5。该凸起3b5形成于安装密封面3b6的大致中央位置，并嵌合到控制活塞套3a2的轴端孔3a2c中。这样，可以改善控制阀体13b和控制活塞套3a2之间的定位性。
[0049]如图6所示，控制活塞套3a2的径向中央形成有靠近控制阀体13b的轴端孔3a2c和与轴端孔3a2c形成台阶的控制活塞孔3a2b。轴端孔3a2c的直径大于控制活塞孔3a2b的直径。通过轴端孔3a2c的形成，在凸起3b5嵌合到控制活塞套3a2的轴端孔3a2c中的情况下，可以在不增加电控高压喷油阀的轴向尺寸的同时保证压力控制室3b3的容积。
[0050]本发明不限于上述实施例，本领域技术人员在本发明的教导下，可以对本发明的上述实施例作出各种改变和变型，而不脱离本发明的范围。
[0051 ] (I)例如，可以在第二和第三实施例中形成液垫3a26的位置设置密封件，以改善密封效果。
[0052](2)各实施例可以适当地组合而不脱离本发明的范围。例如，第五实施例中的凸起3b5和轴端孔3a2c也可以应用到第一至第四实施例中，特别是可以应用到第一、三、四实施例中。
[0053](3)在第一至第五实施例中，在固定螺纹件34与控制阀体3b、13b之间设置有垫圈341(仅在图6中标示出)，该垫圈341还可以起到对衔铁部件4的轴进行导向的作用。然而，本发明不限于此。也可以省略该垫圈或导向构件，以使固定螺纹件34直接与控制阀体3b、13b接触。
[0054]工业实用性
[0055]本发明具有独立控制活塞偶件的电控高压喷油器，单次喷射离散性小，喷射控制一致性、真实性及准确性高，具有较好的工艺性及使用可靠性，能够满足航空重油活塞发动机优化燃烧节能降排的要求。
【主权项】
1.一种电控高压喷油器，其包括喷油器体和安装在所述喷油器体内的彼此独立的活塞偶件和控制阀体，其特征在于， 所述活塞偶件包括控制活塞和控制活塞套，所述控制活塞能够在所述控制活塞套中滑动，在所述控制活塞、所述控制活塞套和所述控制阀体之间围成压力控制室， 所述控制活塞套通过强制平面接触密封安装在所述喷油器体内的肩胛面上，所述肩胛面上设置有高压进油道，所述控制活塞套上开设有穿通孔， 所述控制阀体通过强制平面接触密封安装在所述控制活塞套的位于所述肩胛面所在侧的相反侧的端面上，所述控制阀体设置有进油节流孔、泄油节流孔， 所述穿通孔的两端分别与所述高压进油道和所述进油节流孔连通，所述进油节流孔和所述泄油节流孔均与所述压力控制室连通。2.根据权利要求1所述的电控高压喷油器，其特征在于， 通过固定螺纹件将所述控制阀体和所述控制活塞套压抵到所述肩胛面上。3.根据权利要求2所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制活塞套上的控制活塞孔为中通孔。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制活塞套为阶梯轴套，所述阶梯轴套的大径部和小径部之间的轴肩面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。5.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制活塞套为阶梯轴套，所述阶梯轴套的大径部的端面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。6.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制活塞套为阶梯轴套，所述阶梯轴套的小径部的端面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。7.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制活塞套不带阶梯，所述控制活塞套的端面安装在所述喷油器体的所述肩胛面上并形成强制平面接触密封。8.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制阀体与所述控制活塞套之间的安装密封面为平整端面。9.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制阀体的与所述控制活塞套相对的安装密封面具有绕阀体中心轴线回转的凸起，该凸起嵌合到所述控制活塞套的轴端孔中。10.根据权利要求1至3中任一项所述的电控高压喷油器，其特征在于， 所述控制阀体还设置有启闭元件密封面， 所述电控高压喷油器还包括耦合弹簧、启闭元件和喷射针阀， 通过所述耦合弹簧将所述启闭元件按压到所述控制阀体的所述启闭元件密封面上， 所述控制活塞与所述喷射针阀刚性联动。
【文档编号】F02M61/16GK106065835SQ201610374701
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月31日 公开号201610374701.0, CN 106065835 A, CN 106065835A, CN 201610374701, CN-A-106065835, CN106065835 A, CN106065835A, CN201610374701, CN201610374701.0
【发明人】张可, 周明, 牟学利
【申请人】清华大学