船用柴油机共轨喷油器的制作方法

1.本发明涉及柴油机电控燃油喷射技术领域，尤其涉及一种船用柴油机共轨喷油器。


背景技术：

2.柴油机以其热效率高、经济性好、可靠性高、功率范围广等优点被广泛应用于各领域，在现代社会的发展过程中发挥了重要作用。新世纪以来，柴油机的发展日趋完善，而在可预知的未来，柴油机仍将在船用动力领域处于主导地位。但是随着世界各国的排放法规对排放要求越来越严格，柴油机因为其对环境造成的较大不利影响，也越来越成为排放法规所要约束的对象，因此，如何改善柴油机的工作质量变得越来越急切。
3.燃油系统作为柴油机的核心系统，其性能的优劣对柴油机的燃烧、排放性能等都有较大的影响，因此，为了改善柴油机的工作质量，优化燃油系统的工作性能显得尤为重要。高压共轨系统具有喷射压力高、喷油规律、喷油定时、循环喷油量等特点，而高压共轨所具有的技术特点使得其成为当下解决柴油机排放性能最具潜力的、优化柴油机工作性能的技术手段。对于船用柴油机，其较大的功率需求对燃油系统的性能提出了较高的要求，因此，急需克服在船用大功率柴油机共轨喷油器的设计中存在的小油量控制精度差、大流量稳定性不佳、所需驱动机构电磁力较大等技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种船用柴油机共轨喷油器，用以解决现有技术中船用大功率柴油机共轨喷油器所需喷油量大、控制阀密封不严、所需驱动阀电磁力较大的难题。
5.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本发明提供了一种船用柴油机共轨喷油器，包括：针阀偶件，内部具有相连通的第一通道和收容针阀的第一内腔，所述针阀偶件的底端具有压力室，所述压力室的围壁上开设有多个喷孔；喷油器体，内部具有第二通道、第三通道、冷却通道、用于收容控制阀偶件和驱动机构的第二内腔，所述第二通道、所述第一通道和部分所述第一内腔相连通以形成进油通道，所述控制阀偶件具有能连通所述第二通道和所述第二内腔的第四通道，所述第三通道能依次和所述第二内腔、所述第一内腔相连通以形成回油通道；安装帽，固定设置在所述第二内腔的顶端，所述安装帽能和所述第一内腔、所述第二内腔围设形成用于所述针阀、所述控制阀偶件和所述驱动机构由下向上依次设置的安装腔；锁紧螺母，套设在所述针阀偶件和所述喷油器体的外表面以将两者连接为一体；在所述驱动机构驱动所述控制阀偶件带动所述针阀向上运动的状态下，部分高压燃油能从所述进油通道流经所述第四通道后从所述回油通道流出，另一部分高压燃油能从所述进油通道流经部分所述第一内腔后进入所述压力室并从所述多个喷孔喷出。
7.优选的，其中，所述第一通道和所述第一内腔的连接处设置有盛油槽，在所述盛油槽的下方，所述第一内腔和所述针阀之间形成有连通所述压力室的进油间隙，且所述针阀
的底部能抵紧在所述压力室的顶端以切断所述进油间隙。
8.优选的，其中，还包括套设在所述针阀偶件的底端的冷却套，所述冷却套和所述针阀偶件的底端之间围设形成有冷却腔，且所述压力室向下凸出于所述冷却套以将高压燃油通过所述多个喷孔喷出。
9.优选的，其中，所述控制阀偶件包括：上弹簧；上弹簧座，包括底部具有第一插入腔的第一本体和设置在所述第一本体顶端的中心杆，所述中心杆的顶端与所述驱动机构固定连接，所述中心杆与所述第一本体连接处形成有供所述上弹簧安装的肩座部，所述上弹簧能套设在所述中心杆上，且所述上弹簧的两端分别抵接在所述肩座部和所述驱动机构之间；下弹簧座，包括底部具有用于收容顶杆的第二插入腔的第二本体和能抵接在所述第二本体顶端的插入部，所述插入部收容在所述第一插入腔中并与所述第一本体固定连接，所述第二本体的顶端开设有能连通所述第二插入腔和所述第二内腔的回油节流孔，所述第二插入腔顶端的周面上开设有能连通所述第二通道和所述第二插入腔的进油节流孔，所述顶杆的顶端与所述第二插入腔围设形成容积可变的控制腔，在所述驱动机构驱动所述控制阀偶件带动所述针阀向上运动的状态下，所述回油节流孔、所述进油节流孔和所述控制腔形成所述第四通道；下弹簧，套设在所述顶杆上，所述下弹簧的两端分别抵紧在所述第二本体的底端和所述针阀的顶端。
10.优选的，其中，所述控制阀偶件还包括：限位座，两端分别与所述驱动机构和所述上弹簧抵接，所述限位座的周向上开设有安装槽；o型密封圈，部分收容在所述安装槽内以阻止高压燃油继续向上运动。
11.优选的，其中，所述顶杆的顶端沿其周向设置有切口。
12.优选的，其中，所述第一本体和所述中心杆一体成型；或所述第一本体和所述中心杆可拆卸连接。
13.优选的，其中，所述驱动机构包括：铁芯，其上绕设有预设数量的线圈；衔铁，设置在所述铁芯的下端，并通过螺母与所述中心杆连接为一体；其中，所述铁芯和所述衔铁均采用软磁材料制成。
14.优选的，其中，所述插入部的长度小于所述第一插入腔的深度；和/或
15.所述进油节流孔的直径不大于所述回油节流孔的直径。
16.优选的，其中，所述喷油器体上还开设有多个回油口，每个所述回油口均与所述回油通道相连通。
17.本发明的特点及优点是：
18.本发明只需克服较小的弹簧压紧力就可实现控制阀出油孔通断、从而实现液压平衡，进而减小控制阀对电磁力的需求，降低电磁铁的设计难度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明船用柴油机共轨喷油器的立体结构示意图；
21.图2为本发明船用柴油机共轨喷油器的结构剖视图；
22.图3为本发明针阀偶件的结构剖视图；
23.图4为本发明喷油器体的结构剖视图；
24.图5为本发明控制阀偶件的结构剖视图；
25.图6为本发明驱动机构的结构剖视图；
26.图7为本发明安装帽的结构剖视图；
27.图8为本发明喷油器体另一角度的局部结构剖视图；
28.图9为本发明喷油器体另一角度的局部结构剖视图。
29.附图标记与说明：
30.100、船用柴油机共轨喷油器；1、针阀偶件；11、第一通道；12、针阀；13、第一内腔；131、盛油槽；132、进油间隙；14、压力室；141、喷孔；15、冷却套；151、冷却腔；2、喷油器体；21、第二通道；22、第三通道；23、冷却通道；24、第二内腔；25、回油口；3、控制阀偶件；32、上弹簧；33、上弹簧座；331、第一本体；3311、第一插入腔；332、中心杆；3321、肩座部；34、下弹簧座；341、第二本体；3411、第二插入腔；342、插入部；3412、回油节流孔；3413、进油节流孔；343、控制腔；35、顶杆；36、下弹簧；37、限位座；371、安装槽；38、o型密封圈；4、驱动机构；41、铁芯；42、线圈；43、衔铁；44、螺母；5、安装帽；51、螺钉；6、锁紧螺母。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明提供了一种船用柴油机共轨喷油器100，请参见图1至图9，包括针阀偶件1、控制阀偶件3、喷油器体2、安装帽5和锁紧螺母6。
33.具体的，请参见图2和图3，针阀偶件1的内部具有相连通的第一通道11和收容针阀12的第一内腔13，也即第一通道11和第一内腔13相连通，针阀偶件1的底端具有压力室14，压力室14的围壁上开设有多个喷孔141；请参见图4、图8和图9，喷油器体2的内部具有第二通道21、第三通道22、冷却通道23、用于收容控制阀偶件3和驱动机构4的第二内腔24，第二通道21、第一通道11和部分第一内腔13相连通以形成进油通道(在一些实施例中，进油通道的输入端与外部燃油源相连通以提供高压燃油)；请参见图5，控制阀偶件3具有能连通第二通道21和第二内腔24的第四通道，第三通道22能依次和第二内腔24、第一内腔13相连通以形成回油通道(在一些实施例中，回油通道的输出端与外部回油箱相连通以回收燃油)；请参见图7，安装帽5固定设置在第二内腔24的顶端，安装帽5能和第一内腔13、第二内腔24围设形成用于针阀12、控制阀偶件3和驱动机构4由下向上依次设置的安装腔；请参见图1和图2，锁紧螺母6套设在针阀偶件1和喷油器体2的外表面以将两者连接为一体，也即锁紧螺母6的内表面设置有内螺纹，针阀偶件1的顶部的外表面和喷油器体2的底端的外表面均设置有外螺纹，锁紧螺母6分别与针阀偶件1和喷油器体2通过螺纹连接的方式连接为一体；在驱动机构4驱动控制阀偶件3带动针阀12向上运动的状态下，部分高压燃油能从进油通道流经第四通道后从回油通道流出，另一部分高压燃油能从进油通道流经部分第一内腔13后进入压
力室14并从多个喷孔141喷出。
34.本发明只需克服较小的弹簧压紧力就可实现控制阀出油孔通断、从而实现液压平衡，进而减小控制阀对电磁力的需求，降低电磁铁的设计难度。
35.本领域的技术人员应当明白，因为设置有冷却通道23所以在喷油器体2上对应开设有冷却入口和冷却出口以供冷却介质的更新，其中，冷却介质可以采用水或油，在此不对其进行限制。
36.在一些实施例中，请参见图7，安装帽5为六边形结构，且该六边形结构具有中心通孔、两个螺纹孔和两个接线孔，其中，螺纹孔中安装用于连接驱动机构4与安装帽5的内六角圆柱螺钉51，两个接线孔用于收容与驱动机构4电连接的线路。
37.本领域的技术人员应当明白，安装帽5的形状、螺纹孔的形状、接线孔的形状可以根据实际需求进行调整与设计，在此不对其进行限制。只要其能将驱动机构4固定在第二内腔24中，且能为驱动机构4提供电连接线路就应当在本发明的保护范围之内。
38.在一些实施例中，请参见图2、图3、图8和图9，第二通道21和第三通道22对称设置在喷油器体2中，冷却通道23夹设在第二通道21和第三通道22之间，且冷却油道与进油通道和回油通道之间按照预设规则设计有变化夹角，冷却介质流经喷油器体2实现冷却效果。
39.在一些实施例中，请参见图2和图3，第一通道11和第一内腔13的连接处设置有盛油槽131，在盛油槽131的下方，第一内腔13和针阀12之间形成有连通压力室14的进油间隙132，且针阀12的底部能抵紧在压力室14的顶端以切断进油间隙132。
40.本发明采用该种设计，一方面减少了高压燃油流入盛油槽131后对针阀12的侧向冲击力，另一方面增加了高压燃油流入盛油槽131后的容积，确保了大循环喷油量的稳定性，有益于减少高压燃油流入的压力波动。
41.为了保证针阀偶件1的第一内腔13和喷油器体2的第二内腔24的位置满足设计使用要求(即保证针阀偶件1与喷油器体2的同轴度满足设计要求)，在一些实施例中，两者的连接面上还设置有多个定位销(图中未示出)，定位销均为圆柱状结构，其能分别插入对应销孔中。
42.在一些实施例中，请参见图1至图3，船用柴油机共轨喷油器100还包括套设在针阀偶件1的底端的冷却套15，冷却套15和针阀偶件1的底端之间围设形成有冷却腔151，且压力室14向下凸出于冷却套15以将高压燃油通过多个喷孔141喷出。具体的，在冷却套15的顶部沿其周向和针阀偶件1通过电焊的方式连接(在一些实施例中，电焊的方式为点焊)，而在冷却套15的底部不与针阀偶件1相焊接。在一些优选实施例中，冷却腔151与冷却通道23相连通，从而通过扩大冷却通道23的长度增加冷却效果，本发明采用该种方式也避免了为冷却腔151额外增加冷却介质的步骤，从而在保证冷却效果的同时提升了冷却效率。
43.在一些实施例中，请参见图3，针阀偶件1为具有中心通孔的结构，该结构的顶端形成有供针阀12卡接的配合槽，该结构的底端向下凸出形成压力室14，压力室14的周向设置有多个喷孔141，喷孔141的设置方式和设置数量可以根据实际需求进行设计与调整，在此不对其进行解释与说明。
44.进一步的，请参见图2和图3，针阀12的底端设计成锥形结构，从而便于其插入第一内腔13中，进而便于其与第一内腔13的围壁相耦合形成一个锥形高压密封面，从而随着针阀12的上下运动实现连通或切断压力室14中高压燃油的进入。本发明通过采用该种针阀12
结构设计，有益于减少针阀12的质量，从而减小针阀12落座后对密封面的冲击力；针阀12的座面设计成锥形结构(即针阀12的底端采用锥形结构)，与针阀12配合形成线性密封面结构，增加了密封面的密封效果。
45.进一步的，请参见图2，控制阀偶件3包括上弹簧32、上弹簧座33、下弹簧座34和下弹簧36。其中，上弹簧32和下弹簧36均为预压缩弹簧。
46.具体的，上弹簧座33包括底部具有第一插入腔3311的第一本体331和设置在第一本体331顶端的中心杆332，中心杆332的顶端与驱动机构4固定连接，中心杆332与第一本体331连接处形成有供上弹簧32安装的肩座部3321，上弹簧32能套设在中心杆332上，且上弹簧32的两端分别抵接在肩座部3321和驱动机构4之间；下弹簧座34包括底部具有用于收容顶杆35的第二插入腔3411的第二本体341和能抵接在第二本体341顶端的插入部342，也即第二本体341具有第二插入腔3411，第二插入腔3411用于收容顶杆35，插入部342收容在第一插入腔3311中并与第一本体331固定连接，第二本体341的顶端开设有能连通第二插入腔3411和第二内腔24的回油节流孔3412，第二插入腔3411顶端的周面上开设有能连通第二通道21和第二插入腔3411的进油节流孔3413，顶杆35的顶端与第二插入腔3411围设形成容积可变的控制腔343，在驱动机构4驱动控制阀偶件3带动针阀12向上运动的状态下，回油节流孔3412、进油节流孔3413和控制腔343形成前述的第四通道；下弹簧36套设在顶杆35上，下弹簧36的两端分别抵紧在第二本体341的底端和针阀12的顶端。
47.本发明通过将第四通道和回油通道连通，从而能泄放存储在控制腔343的高压燃油，引起控制腔343高压燃油的压力下降，实现驱动机构4驱动控制阀偶件3带动针阀12向上运动，进而实现燃油喷射功能。
48.在一些实施例中，第一本体331和中心杆332一体成型；在另一些实施例中，第一本体331和中心杆332可拆卸连接。
49.进一步的，请参见图2，控制阀偶件3还包括限位座37和o型密封圈38。具体的，限位座37的两端分别与驱动机构4和上弹簧32抵接，限位座37的周向上开设有安装槽371；部分o型密封圈38收容在安装槽371内以阻止高压燃油继续向上运动。进一步的，限位座37具有中心通孔，限位座37上沿其径向还设置凸台结构，利用该凸台结构实现与喷油器体2的配合限位，从而实现分别与驱动机构4和上弹簧32抵接的功能。
50.在一些实施例中，请参见图2，顶杆35的顶端沿其周向设置有切口，从而增加控制腔343的体积，进而保证高压燃油在该处的压力满足使用要求。
51.进一步的，请参见图2和图6，驱动机构4包括铁芯41和衔铁43，具体的，铁芯41上绕设有预设数量的线圈42(即两者配合形成电磁铁)；衔铁43设置在铁芯41的下端，并通过螺母44与中心杆332连接为一体；其中，铁芯41和衔铁43均采用软磁材料制成。优选的，螺母44采用国际标准制成的薄螺母。
52.本领域的技术人员应当明白，驱动机构4为常闭型结构，即电磁铁不通电时，通过坐落于限位座37与上弹簧座33之间的上弹簧32的初始预紧力将运动件(包括控制阀偶件3与衔铁43的一体式结构)固定在上弹簧座33上。
53.在一些实施例中，请参见图2和图5，插入部342的长度小于第一插入腔3311的深度；本发明采用该种设计方式能保证插入部342在第一插入腔3311中往复运动，优选的插入部342采用长杆的形式。在另一些实施例中，请参见图2和图5，进油节流孔3413的直径不大
于回油节流孔3412的直径。
54.在一些实施例中，请参见图1和图2，喷油器体2上还开设有多个回油口25，每个回油口25均与回油通道相连通。本发明采用该种设计，能应对内部泄漏回油，侧边增加两个侧向泄漏回油口25，用来排出内部泄漏处的回油。
55.本发明至少具有以下特点及优点：
56.1.本发明采用了有静态泄漏设计，减少了针阀12的高压承压面积，避免了针阀12所受应力过大，从而降低了针阀12的强度要求；
57.2.本发明的控制阀偶件3采用了类似套筒式的结构，通过套筒的上下滑动来控制回油孔的开闭，且无论本发明是否处于工作状态，控制阀偶件3都不会受到高压燃油的轴向力的作用，从而降低了对电磁阀的电磁力需求，提高了电磁阀响应速度，降低了电磁阀的设计难度；
58.3.套筒式的控制阀偶件3结构使得各构件的受力不受回油孔直径的约束，因此，本发明的回油节流孔3412直径较大，在电磁阀通电后，控制腔343的泄压速度会大大增加，改善了喷油器的响应特性；
59.4.本发明设计了大盛油槽131结构以满足柴油机整机较大的循环喷油量需求，保证了喷油稳定性。
60.下面对本发明的工作原理进行介绍与说明，请参见图1至图9：
61.外部高压燃油经船用柴油机共轨喷油器100的进油口进入到进油通道内分成两路，一路高压燃油经进油通道直接进入到针阀偶件1中的盛油槽131中，另一路经部分进油通道、控制阀组件中的进油节流孔3413进入到控制腔343内。随着高压燃油不断进入控制腔343中，控制腔343中的压力不断增加，从而使得下弹簧36抵紧针阀12，进而使针阀12的底端抵紧在压力室14的顶端周缘以将压力室14与进油通道切断。
62.当驱动机构4中线圈42通电时，产生向上的电磁力作用在衔铁43与限位座37上，当电磁力大于上弹簧32预紧力时，衔铁43带动上弹簧座33抬起并开始向上运动，随着升程逐渐增大，回油节流孔3412、进油节流孔3413和控制腔343形成第四通道，控制腔343中的高压燃油经回油节流孔3412进入回油通道中并经作用在喷油器体2上的回油口25流出喷油器。此时，虽然控制腔343中高压燃油不断经进油节流孔3413流入，但回油节流孔3412被设计成直径大于进油节流孔3413的直径，因此，流出控制腔343中的高压燃油大于流入控制腔343中的高压燃油，引起控制腔343中的燃油压力下降，当盛油槽131中作用于顶杆35
‑
针阀12的向上的燃油压力大于控制腔343中的燃油压力(正不断减小)与下弹簧36预紧力之和时，顶杆35
‑
针阀12被共同抬起并开始向上运动，同时打开针阀12与压力室14之间的密封座面，盛油槽131中的高压燃油开始进入压力室14中，燃油经喷孔141喷出；
63.当驱动机构4中线圈42断电时，由于衔铁43与中心杆332通过薄螺母44连接为一体结构，衔铁43与中心杆332的一体化运动件被上弹簧32压紧在限位座37上，此时上弹簧座33封闭第四通道，控制腔343中的回油通孔被切断，控制腔343不回油(即不向外泄油)，顶杆35与针阀12装配成一体式运动结构，且控制腔343中高压燃油作用于顶杆35上向下的面积大于盛油槽131中高压燃油作用于针阀12面向上的面积，故控制腔343中作用于顶杆35
‑
针阀12运动件向下的压力大于盛油槽131中作用于顶杆35
‑
针阀12向上的压力，因此，随着高压燃油不断流入控制腔343，作用在顶杆35
‑
针阀12运动件上的向下的燃油液压力差与下弹簧
36预紧力共同作用，迅速向下运动，将针阀12压在针阀12座面上，封闭盛油槽131中的高压燃油进入压力室14中，此时喷油器不喷油，船用柴油机共轨喷油器100恢复到初始状态，也即完成一个工作循环。
64.以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。