谐振式电控喷射器的制作方法

1.本发明涉及一种谐振式电控喷射器。


背景技术：

2.排放法规的日益严格和柴油机电控技术的不断进步，促进了柴油机高压共轨燃油喷射系统的诞生，从而揭开了柴油机燃油喷射技术的新篇章。高压共轨喷油系统具有喷射压力高、喷油定时和喷油规律柔性可调等优点，能有效提高柴油机动力性能。高压共轨喷射系统作为一种高度柔性控制的燃油喷射系统，以其显著的优越性，已成为现代柴油机技术发展的趋势之一。
3.柴油机在采用高压共轨现代喷射技术后，排放性能已达到了一个较低的水平。排放水平的高低很大程度上取决于燃烧过程的优化，只有在喷油的各个时刻实现理想的燃烧，排放的污染物才会得到有效的减少，所以对喷油规律的控制是十分必要的。
4.因此，需要提供一种喷油器，可以灵活调节喷油器内的喷油规律。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种谐振式电控喷射器，作为喷油器，可以灵活调节喷油器内的喷油规律。
6.本发明提供一种谐振式电控喷射器，包括壳体、设置于所述壳体内且竖向延伸的作动杆以及用于排出流体的泄流腔。所述谐振式电控喷射器在所述壳体内还包括控制块、电磁致动元件以及模式切换元件。所述控制块连接到所述壳体，并且具有压力腔，所述作动杆的上端可竖向活动地设置于所述控制块中，所述压力腔用于接收流体，借此向所述作动杆施加使得所述作动杆的下端闭合射流口的第一压力。所述电磁致动元件设置成可由电磁力驱动而竖向活动，并且提供在高度上不同的第一通道和第二通道。所述模式切换元件设置成可被致动而使得所述模式切换元件的下端在第一高度和第二高度之间切换，借此，所述谐振式电控喷射器分别在第一模式和第二模式之间切换，其中，所述模式切换元件的下端与所述电磁致动元件之间设置有第一弹性件，所述第一弹性件的弹性力具有使得所述电磁致动元件向下活动的趋势。其中，在所述第一模式下，所述电磁致动元件在第一电磁力的驱动作用下竖向上移至第一位置，在所述第一位置，所述压力腔同时通过所述第一通道和所述第二通道与所述泄流腔连通，在所述第二模式下，所述电磁致动元件在所述第一电磁力的驱动作用下竖向上移的过程中，所述第一通道始终闭合。
7.在一个实施方式中，所述电磁致动元件在下端具有孔口朝下的适配孔，所述控制块在上端具有适配柱，所述适配柱适配在所述适配孔中。所述适配孔的孔壁设置有竖向上错开且均横向穿通的两个谐振通孔，所述两个谐振通孔分别构成所述第一通道和所述第二通道，所述泄流腔包括位于所述孔壁外围的包围腔。所述控制块的所述压力腔包括在所述适配柱中横向穿通的横向穿孔，所述压力腔通过所述横向穿孔对准所述两个谐振通孔中的任一谐振通孔而与所述任一谐振通孔连通，并且，所述横向穿孔的尺寸定成可同时对准所
述两个谐振通孔。
8.在一个实施方式中，所述电磁致动元件在上端具有孔口朝上的容置孔，用于容置所述模式切换元件的下端；和/或，所述第一弹性件是设置于所述容置孔的孔底和所述模式切换元件的下端之间的压缩弹簧。
9.在一个实施方式中，所述模式切换元件为压电晶体，借此通过电力通断而使得所述压电晶体的下端在所述第一高度和所述第二高度之间伸缩。
10.在一个实施方式中，在所述第一模式下，所述电磁致动元件在比所述第一电磁力小的第二电磁力的驱动作用下竖向上移至第二位置，所述第二位置低于所述第一位置，在所述第二位置，所述压力腔通过所述第二通道与所述泄流腔连通而所述第一通道闭合。
11.在一个实施方式中，所述压力腔还包括施压腔和竖向孔。所述施压腔设置于所述作动杆的上侧并且随净流入流体而体积增大，借此推动所述作动杆竖向下移。所述竖向孔分别在上端和下端连通所述横向穿孔和所述施压腔。
12.在一个实施方式中，所述控制块还具有进流通路，所述进流通路用于向所述施压腔供给流体；和/或，所述进流通路包括竖向流路、蓄流腔和倾斜流路，所述竖向流路设置于所述施压腔的外围侧，用于从外部引入流体，所述蓄流腔连通地设置在所述竖向流路上方，所述倾斜流路用于将流体从所述蓄流腔向下倾斜地进送到所述施压腔。
13.在一个实施方式中，所述谐振式电控喷射器还包括第二弹性件，所述第二弹性件设置于所述作动杆的下部与所述壳体之间，借此向所述作动杆施加使得所述作动杆的下端闭合射流口的第二压力。
14.在一个实施方式中，所述谐振式电控喷射器还包括盛流腔，所述射流口设置于所述盛流腔的下方，所述作动杆的下端设置于所述盛流腔中且对准所述射流口，所述盛流腔用于从外部引入流体，借此，向所述作动杆施加使得所述作动杆打开所述射流口的第三压力。
15.在一个实施方式中，所述盛流腔引入的流体和所述压力腔接收的流体来源于同一进流口。
16.上述谐振式电控喷射器通过模式切换元件的下端伸缩，实现电磁致动元件的限位可变，因而可以控制电磁致动元件的最大升程，使得谐振式电控喷射器在压力腔和泄流腔之间的连通通道个数不同的模式之间切换，因而可以控制喷射器内流体的压力波动，可以调整流体喷射速率曲线。因此，作为喷油器时，可以灵活调节喷油器内的喷油规律。
附图说明
17.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
18.图1是示例性谐振式电控喷射器的示意图。
19.图2是图1中圆圈a处的局部放大图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来
实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本发明的保护范围。
21.例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
22.图1示例性地示出了谐振式电控喷射器10的整体构造，图2示例性地示出了图1中圆圈a处的局部放大构造。需要理解，附图均仅作为示例，并非按照等比例的条件绘制，不应该以此认为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
23.谐振式电控喷射器10包括壳体1、设置于壳体1内且竖向延伸的作动杆2以及用于排出流体的泄流腔s1。泄流腔s1例如可以连通到外部，从而排出流体。
24.可以理解，文中使用诸如“上”、“下”、“顶”、“底”、“高度”等等的空间关系词语来描述附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系，还引入了竖向z0以及与竖向z0垂直的横向x0，皆是参考图1的方向以方便描述，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的元件或组件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的组件，则被描述为在其他元件或特征“上”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征“下”，因此，应相应地解释文中使用的空间关系描述词。
25.谐振式电控喷射器10在壳体1内还包括控制块3、电磁致动元件4以及模式切换元件5。
26.控制块3连接到壳体1，并且具有压力腔s2。作动杆2的上端2a可竖向活动地设置于控制块3中。压力腔s2用于接收流体，借此向作动杆2施加使得作动杆2的下端2b闭合射流口v1的第一压力p1。
27.电磁致动元件4设置成可由电磁力驱动而竖向活动，并且提供在高度上不同的第一通道c1和第二通道c2。需要理解，文中使用“第一”、“第二”等词语来限定特征，仅仅是为了便于对相应特征进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。
28.模式切换元件5设置成可被致动而使得模式切换元件5的下端5b在第一高度h1和第二高度h2之间切换，借此，谐振式电控喷射器10分别在第一模式和第二模式之间切换。其中，模式切换元件5的下端5b与电磁致动元件4之间设置有第一弹性件61。第一弹性件61的弹性力具有使得电磁致动元件4向下活动的趋势。
29.其中，在前述第一模式下(也即，模式切换元件5的下端5b在第一高度h1)，电磁致动元件4在第一电磁力f1的驱动作用下竖向上移至第一位置。在第一位置，压力腔s2同时通过第一通道c1和第二通道c2与泄流腔s1连通。在第二模式下(也即，模式切换元件5的下端5b在第二高度h2)，电磁致动元件4在第一电磁力f1的驱动作用下竖向上移的过程中，第一通道c1始终闭合。
30.可以理解，第一通道c1“闭合”意指压力腔s2与泄流腔s1通过第一通道c1连通的状态被关闭，也即，压力腔s2与泄流腔s1不能通过第一通道c1彼此连通。另外，文中描述通道
c1或c2“开启”意指，压力腔s2与泄流腔s1通过该通道例如c1的状态被开启，也即，压力腔s2与泄流腔s1能够通过该通道c1彼此连通。
31.图示实施方式中，可参见图2，电磁致动元件4在下端具有孔口朝下的适配孔42。控制块3在上端具有适配柱31。控制块3的适配柱31适配在电磁致动元件4的适配孔42中。
32.适配孔42的孔壁420可以设置有竖向z0上错开且均横向穿通的两个谐振通孔421、422。两个谐振通孔421、422可以分别构成前述第一通道c1和第二通道c2。泄流腔s1可以包括位于孔壁420外围的包围腔s11。
33.可以理解，文中描述某一部件具有两个特征或者第一特征或第二特征时，并不排除其包括另外一个或多个特征或者第三特征、第四特征等等的情况，该描述仅仅是为了更加清楚和方便。例如，前面提及，电磁致动元件4可以提供第一通道c1和第二通道c2，也即，电磁致动元件4可以提供三个、四个、五个或更多通道，其中，这些通道中含有前述第一通道c1和第二通道c2。
34.控制块3的压力腔s2可以包括在适配柱31中横向穿通的横向穿孔311。压力腔s2可以通过横向穿孔311对准两个谐振通孔421、422中的任一谐振通孔而与该任一谐振通孔连通，并且，横向穿孔311的尺寸定成可同时对准两个谐振通孔421、422。
35.例如，横向穿孔311的孔径可以大于两个谐振通孔421、422之间在竖向z0上的最小距离(也即，两个谐振通孔421、422相对彼此的内侧边之间的距离)，进一步，横向穿孔311的孔径可以大于两个谐振通孔421、422之间在竖向z0上的最大距离(也即，两个谐振通孔421、422相对彼此的外侧边之间的距离)。图中，谐振通孔421相对于谐振通孔422在竖向z0上较低，谐振通孔421相对谐振通孔422的内侧边和外侧边分别是谐振通孔421的上边和下边，而谐振通孔422相对谐振通孔421的内侧边和外侧边分别是谐振通孔422的下边和上边。两个谐振通孔421、422在“竖向z0上错开”也即，位于较低位置的谐振通孔421的上边不高于位于较高位置的谐振通孔422的下边。
36.这样，横向穿孔311同时对准两个谐振通孔421、422时，压力腔s2即可通过两个谐振通孔421、422同时与泄流腔s1的包围腔s11连通。而横向穿孔311仅对准一个谐振通孔例如422时，压力腔s2则仅通过该一个谐振通孔422与泄流腔s1的包围腔s11连通。又或者，横向穿孔311也可以既不对准谐振通孔421也不对准谐振通孔422，此时，压力腔s2与泄流腔s1之间的连通通道闭合，两者不连通。
37.可以理解，文中使用特定词语来描述本发明的实施方式，如“一个实施方式”、“另一实施方式”和/或“一些实施方式”意指与本发明至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本发明的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
38.继续参见图2，电磁致动元件4在上端可以具有孔口朝上的容置孔41，用于容置模式切换元件5的下端5b。第一弹性件61可以是设置于容置孔41的孔底和模式切换元件5的下端5b之间的压缩弹簧。
39.图示实施方式中，模式切换元件5可以为压电晶体，借此通过电力通断而使得压电晶体的下端5b在第一高度h1和第二高度h2之间伸缩。
40.图示实施方式中，在前述第一模式下，电磁致动元件4可以在比第一电磁力f1小的
第二电磁力f2的驱动作用下竖向上移至第二位置。第二位置可以低于前述第一位置。在第二位置，压力腔s2可以通过第二通道c2(图2中，也即，谐振通孔422)与泄流腔s1连通而第一通道c1(图2中，也即，谐振通孔421)闭合。
41.这样，在第一模式下，通过控制电磁力的大小，可以使得谐振式电控喷射器10处于第一通道c1和第二通道c2均开启、仅第二通道c2开启而第一通道c1闭合的不同连通状态。例如，采用较大的第一电磁力f1或者更大的电磁力时，可以使得谐振式电控喷射器10处于第一通道c1和第二通道c2均开启的连通状态。又例如，采用较小的第二电磁力f2或者介于第一电磁力f1和第二电磁力f2之间的电磁力时，可以使得谐振式电控喷射器10处于仅第二通道c2开启而第一通道c1闭合的连通状态。当然，采用更小的电磁力或者没有电磁力时，可以使得谐振式电控喷射器10处于第一通道c1和第二通道c2均闭合的断开状态。
42.图2示出的实施方式中，压力腔s2还可以包括施压腔s20。施压腔s20可以设置于作动杆2的上侧并且随净流入流体而体积增大，借此推动作动杆2竖向下移。“净流入流体”也即流入施压腔s20的流体多于流出施压腔s20的流体。
43.图2中，压力腔s2还可以包括竖向孔312。竖向孔312可以分别在上端和下端连通横向穿孔311和施压腔s20。因此，在连通状态下，施压腔s20中的流体可以依次通过竖向孔312、横向穿孔311和谐振通孔411、422流到泄流腔s1，从而流体可以从施压腔s20流出。
44.图示实施方式中，控制块3还可以具有进流通路f1。进流通路f1用于向施压腔s20供给流体。图示实施方式中，进流通路f1可以包括竖向流路f11、蓄流腔f12和倾斜流路f13。竖向流路f11设置于施压腔s20的外围侧，用于从外部引入流体。蓄流腔f12可以连通地设置在竖向流路f11上方。倾斜流路f13用于将流体从蓄流腔f12向下倾斜地进送到施压腔s20。
45.需要理解，文中提及的沿某一方向意指在该方向上至少有分量，优选地，与该方向的夹角在45
°
以内，更优选地，在20
°
以内，进一步，在10
°
以内。
46.参见图1，谐振式电控喷射器10还可以包括第二弹性件62。第二弹性件62可以设置于作动杆2的下部与壳体1之间，借此向作动杆2施加使得作动杆2的下端2b闭合射流口v1的第二压力p2。
47.参见图1，谐振式电控喷射器10还可以包括盛流腔s3。射流口v1设置于盛流腔s3的下方，作动杆2的下端2b设置于盛流腔s3中且对准射流口v1，盛流腔s3用于从外部引入流体，借此，向作动杆2施加使得作动杆2打开射流口v1的第三压力p3。
48.图1中，盛流腔s3引入的流体和压力腔s2接收的流体可以来源于同一进流口f0。
49.图1中，谐振式电控喷射器10可以包括线圈7。线圈7也称电磁阀，可以通过电线71连接到电源。图1中还示出了设置于线圈7周围的主副磁极72。线圈7通电时，即可提供驱动电磁致动元件4的电磁力。通过改变通电电流大小，即可实现驱动电磁致动元件4的电磁力的大小调节。
50.图示实施方式中，谐振式电控喷射器10作为喷油器，用于喷射燃油，诸如柴油。参见图1，作动杆2可以自上而下包括依次连接的控制阀杆21、组合件22和针阀体23。组合件22的上端连接到控制阀杆21的下端，组合件22的下端连接到针阀体23的上端，控制阀杆21的上端构成作动杆2的上端2a，而针阀体23的下端则构成作动杆2的下端2b。控制阀杆21设置于低压腔s5中。低压腔s5可以与泄流腔s1连通，两者均为低压腔室，方便排油。在另一实施方式中，低压腔s5也可以直接通向外部。
51.参见图1，电磁致动元件4可以包括可被线圈7的电磁力吸引的衔铁44，还可以包括竖向截面为h形的谐振块45。前述适配孔42和容置孔41分别设置于谐振块45的上端和下端。衔铁44可以通过卡座46连接在谐振块45的上部外围。
52.参见图1，壳体1可以包括喷油器体14以及位于喷油器体14下方的喷嘴体15，还可以包括喷嘴帽16，用于包覆喷嘴体15和喷油器体14的一部分。上述泄流腔s1、施压腔s2、作动杆2的控制阀杆21等设置于喷油器体14内。而盛流腔s3、射流口v1、作动杆2的针阀体23等则设置于喷嘴体15中。
53.可以理解，谐振式电控喷射器10也可以用于喷射其它流体，例如其它燃料，诸如高压燃气。下面以谐振式电控喷射器10作为喷油器为例对其整体操作进行描述。
54.经油泵加压的高压燃油流经进油管路(也即，进流口f0)，进入喷油器(也即，谐振式电控喷射器10)内。随后燃油经过进油油路f2和进油节流孔(也即，进流通路f1)分别向盛油槽(也即，盛流腔s3)和控制腔(也即，压力腔s2，更具体地，施压腔s20)供油，分别起到喷射燃油和控制燃油供给的作用。通过调整控制腔内压力水平(也即，第一压力p1)，改变作动杆2例如针阀体23上下受力，从而控制喷射定时。施压腔s20内的高压燃油由谐振块(也即，电磁致动元件4)密封。
55.当线圈7未通电时，受到第一弹性件61的预紧力作用，谐振通孔422和谐振通孔421均低于控制块3的横向穿孔311，处于密封状态(也即，闭合状态)。燃油通过进流通路f1流入储存腔(也即，压力腔s2的竖向孔312)，但未与低压油路(包括谐振通孔421、422以及泄流腔s1等)连通。
56.先导阀运动时带来的压力波动会导致喷油正时、循环喷油波动等诸多问题，因而减小喷油器内燃油的压力波动对改善柴油机性能有重要意义。
57.线圈7配合电磁致动元件4等，组成电磁执行器。而模式切换元件5则构成另一执行器，例如，模式切换元件5为压电晶体时，可以称之为压电执行器。因而上述谐振式电控喷射器10中，实质上设置了由电磁执行器和压电执行器组成的双执行器控制阀。其中，电磁执行器可以起到先导阀控制作用，可以控制先导阀的工作升程。而压电执行器控制先导阀的气隙，决定最终工作位置。双执行器控制阀是实现谐振功能的关键，可以通过控制作为先导阀的电磁阀的最大升程，来控制谐振通孔的连通个数，改变谐振腔(也即，压力腔s2)内部的压力波动程度。通过改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，以此实现压力波耦合过程的可控。
58.与经由进流通路f1流动的燃油相比，另一油路的燃油通过进油油路f2进入盛流腔s3内，其中还经过图1的缓冲腔s4。缓冲腔s4的存在一方面可以减少喷嘴入口处燃油压力波动，另一方面可以通过高压接触面结构压差，实现燃油密封。
59.通过调控作为控制腔的施压腔s20内的压力，改变作动杆2例如针阀体23的上下受力差，可以实现燃油喷射的精准控制。
60.第一模式也即模式切换元件5的下端5b处于第一高度h1对应的模式。例如，在第一模式下，作为模式切换元件5的压电晶体断电，此时，模式切换元件5的下端5b处于较高的第一高度h1。第一模式此时可以认为是仅采用电磁致动的单电磁执行器控制模式。
61.在第一模式下，线圈7通电，产生电磁力吸引电磁致动元件4上升，压紧第一弹性件61，具体地，衔铁44上升，通过卡座46带动谐振块45上升。当电磁致动元件4(具体地，容置孔
41的孔底)通过第一弹性件61顶到模式切换元件5而无法继续上升时，电磁致动元件4达到最大升程，停止运动。
62.电磁致动元件4上升的过程中，谐振通孔422、421也跟着上移。因此，通过不同电磁阀升程的控制，存在谐振通孔422单独开启和谐振通孔421、422双重开启的状态。
63.随着电磁致动元件4上升，作为回油油路的通道c1、c2选择性地开启，使压力腔s2与低压的泄流腔s1连通。压力腔s2内的燃油选择性地通过谐振通孔422、421流回到泄流腔s1中。
64.当压力腔s2内的压力(也即，施压腔s20施加的第一压力p1)和第二弹性件62的弹力(也即，前述第二压力p2)形成的合力小于盛流腔s3内向上的液压力(也即，第三压力p3)时，作动杆2(具体地，针阀体23)向上抬起，射流口v1打开，喷油器开始喷油。
65.当线圈7断电时，失去磁场影响，在第一弹性件61的弹力作用下，谐振块45下降，使谐振通孔422、421闭合，进而重新密封压力腔s2内的高压油。此时，高压油通过进油油路f2和进流通路f1分别向盛流腔s3和压力腔s2供油，同时为压力腔s2和盛流腔s3建压。当压力腔s2内的压力和第二弹性件62的弹力形成的合力大于盛流腔s3内向上的液压力时，作动杆2(具体地，针阀体23)重新落座，针阀体23的锥面可以密封针阀座面，此时，喷油器停止喷射。
66.第二模式也即模式切换元件5的下端5b处于第二高度h2对应的模式。例如，在第二模式下，作为模式切换元件5的压电晶体通电，运用逆压电效应，通过需求来控制电磁执行器的最大升程，此时，模式切换元件5的下端5b处于较低的第二高度h2。第二模式此时可以认为是采用电磁阀执行器和压电执行器联合控制的双执行器控制模式。
67.在第二模式下，线圈7通电，吸引谐振块45向上运动时，由于模式切换元件5的下端5b处于较低的第二高度h2，因而，电磁致动元件4运动过程的最大升程被改变。当容置孔31的孔底通过第一弹性件61顶到模式切换元件5伸长后的下端5b的端面而无法继续上升时，达到最大升程，停止运动。可以控制成，在该过程中，仅开启谐振通孔422，也即，谐振通孔421始终闭合。
68.上述设置将原结构的电磁开关阀改为升程可控的线性阀，可通过调整谐振块也即电磁致动元件的升程，决定控制阀是处于单孔节流还是双孔节流的流通状态。改变控制腔内燃油的流出速度，调整控制腔内燃油压力的降低速度，从而改变针阀开启速度，改变针阀锥面和针阀座面间的流通面积，借此调整喷油速率曲线，实现喷油速率灵活可控。
69.上述喷油器可以实现燃油喷射速率灵活控制以及喷油规律可调，例如，应用于发动机中，可以提供高饱和喷射和低爆压的实施路径，使得燃油喷入气缸中，实现充分燃烧。
70.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。