一种燃油发动机喷油嘴的针阀的制作方法

1.本发明涉及一种发动机燃料喷射系统部件，特别涉及一种燃油发动机喷油嘴的针阀，属于内燃机技术领域。


背景技术：

2.发动机燃料喷射系统关键核心部件是喷油嘴，喷油嘴内部燃油流动对燃油雾化混合质量起决定性作用，进而直接决定了发动机后续燃烧和排放性能。其中喷油嘴中最为核心的精密偶件是针阀。
3.随着排放法规的逐渐升级，发动机近零排放已然成为未来的发展趋势。以柴油机为例，现有降低柴油机有害排放颗粒物的主要技术手段是采用高压共轨燃油喷射技术，现有研究指出喷射压力的增大有利于降低颗粒物的排放，然而随着喷射压力的不断提高尤其是高达300mpa，在喷油结束阶段阀芯与针阀体密封锥面上下压差增大，导致阀芯在落座过程中的冲击载荷增大，很容易导致阀芯与针阀体密封锥面的磨损，从而会影响密封性能和针阀精密偶件的使用寿命。针对上述技术问题现有的技术方案主要采用在阀芯与针阀体密封锥面交界处做一些涂层处理，从而降低密封锥角的磨损量，但是现有技术并未从根本上去降低冲击载荷来降低冲击磨损。
4.另一方面，燃油雾化和混合性能直接决定了发动机的燃烧和排放性能，现有技术方案中主要通过提高喷射压力来增强燃油的雾化混合质量，从而实现发动机近零排放的目标。提高燃油喷射压力势必会消耗发动机的功率，从而会影响发动机的动力性能和效率。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出一种燃油发动机喷油嘴的针阀，本发明改善喷油嘴阀芯在落座过程中对针阀体密封锥面的冲击载荷降低冲击磨损提高密封性能，同时又能有效增强喷油嘴内部湍流扰动增强燃油雾化混合质量的储油槽结构，并且在喷油嘴针阀体压力室内壁面的深凹坑结构进一步增强压力室内部的湍流扰动提高燃油雾化混合质量。其目的是减小喷油嘴喷油结束阶段阀芯落座过程中对针阀体密封锥面的冲击载荷降低锥面的磨损提高密封性能，同时又能够增强喷油嘴喷油阶段喷油嘴内部燃油的湍流扰动强度，提升燃油雾化混合质量。
6.技术方案：一种燃油发动机喷油嘴的针阀，包括阀体和阀芯，所述阀芯端部设有锥形密封部，所述阀体底部设有与锥形密封部匹配的锥形密封面，所述锥形密封部与锥形密封面形成锥密封将阀体内侧底端分隔出压力室，所述锥形密封部与锥形密封面接触的部分表面均布有凹坑结构的储油槽。
7.本发明储油槽能够在阀芯落座前储存少量的燃油，当阀芯落座时储油槽内的燃油受到挤压能产生液力阻尼作用，有效的降低阀芯对阀体的锥形密封面的冲击载荷，降低冲击磨损提高针阀的使用寿命，同时由于储油槽中燃油的挤压产生高压区域，还能有效的提高密封性能。锥形密封部的储油槽在喷油嘴喷油过程中，会主动破坏流动边界层增强喷油
嘴内部燃油流动过程中的湍流扰动强度，进而增强喷油嘴燃油雾化混合性能。
8.优选项，为了有效的降低阀芯对阀体的锥形密封面的冲击载荷，所述储油槽的直径为150μm～250μm，深度为2μm～7μm。储油槽结构的设计内可以存储合适的油量，能够有效地润滑。
9.优选项，为了进一步有效的降低阀芯对阀体的锥形密封面的冲击载荷，所述储油槽在锥形密封部表面分布的面积占锥形密封部与锥形密封面接触面积的2%-10%。储油槽数量的设计内可以在锥密封区域范围内有效地润滑。
10.优选项，为了提高燃油雾化混合质量，所述压力室内表面均布有扰流凹坑。扰流凹坑在喷油嘴喷油过程中，当高压燃油流经阀体压力室时，由于压力室内壁面开设的扰流凹坑结构会主动破坏流动边界层，进而增强压力室内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量，最终实现发动机高效燃烧与低排放的目标。
11.优选项，为了提高燃油的湍流扰动效果，所述扰流凹坑的直径为50μm～120μm，深度为10μm～20μm。当扰流凹坑的结构参数在上述范围内才能有效的主动破坏燃油流动过程中的边界层，提高燃油流动过程中的湍流扰动，进而增强雾化混合质量。
12.优选项，为了进一步提高燃油的湍流扰动效果，所述扰流凹坑与压力室内表面相交的截面积占压力室内表面理论表面积的5%-20%。当扰流凹坑的覆盖面积在上述范围内时才能更加有效的主动破坏燃油流动过程中的边界层，提高燃油流动过程中的湍流扰动，进而增强雾化混合质量。
13.优选项，为了提高针阀的适应性，所述储油槽与锥形密封部表面相交的截面形状为圆形、椭圆形或多边形。通过储油槽结构的设计可以满足各类燃油喷射系统的密封和雾化要求。
14.有益效果：本发明储油槽能够在阀芯落座前储存少量的燃油，当阀芯落座时储油槽内的燃油受到挤压能产生液力阻尼作用，有效的降低阀芯对阀体的锥形密封面的冲击载荷，降低冲击磨损提高针阀的使用寿命，同时由于储油槽中燃油的挤压产生高压区域，还能有效的提高密封性能。锥形密封部的储油槽在喷油嘴喷油过程中，会主动破坏流动边界层增强喷油嘴内部燃油流动过程中的湍流扰动强度，进而增强喷油嘴燃油雾化混合性能。扰流凹坑在喷油嘴喷油过程中，当高压燃油流经阀体压力室时，由于压力室内壁面开设的扰流凹坑结构会主动破坏流动边界层，进而增强压力室内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量，最终实现发动机高效燃烧与低排放的目标。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明阀芯的局部结构示意图；图3为本发明储油槽的局部放大图；图4为本发明阀体的局部结构示意图；
图5为本发明扰流凹坑的局部放大图。
具体实施方式
17.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。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
20.实施例一如图1、2和3所示，一种燃油发动机喷油嘴的针阀，包括阀体1和阀芯2，所述阀芯2端部设有锥形密封部21，所述阀体1底部设有与锥形密封部21匹配的锥形密封面11，所述锥形密封部21与锥形密封面11形成锥密封将阀体1内侧底端分隔出压力室12，所述锥形密封部21与锥形密封面11接触的部分表面均布有凹坑结构的储油槽22。
21.本发明储油槽22能够在阀芯2落座前储存少量的燃油，当阀芯2落座时储油槽22内的燃油受到挤压能产生液力阻尼作用，有效的降低阀芯2对阀体1的锥形密封面11的冲击载荷，降低冲击磨损提高针阀的使用寿命，同时由于储油槽22中燃油的挤压产生高压区域，还能有效的提高密封性能。锥形密封部21的储油槽22在喷油嘴喷油过程中，会主动破坏流动边界层增强喷油嘴内部燃油流动过程中的湍流扰动强度，进而增强喷油嘴燃油雾化混合性能。
22.如图2和3所示，为了有效的降低阀芯2对阀体1的锥形密封面11的冲击载荷，所述储油槽22的直径为150μm～250μm，深度为2μm～7μm。储油槽22结构的设计内可以存储合适的油量，能够有效地润滑。
23.为了提高针阀的适应性，所述储油槽13与锥形密封部11表面相交的截面形状为圆形、椭圆形或多边形。通过储油槽13结构的设计可以满足各类燃油喷射系统的密封和雾化要求。
24.为了进一步有效的降低阀芯2对阀体1的锥形密封面11的冲击载荷，所述储油槽22在锥形密封部21表面分布的面积占锥形密封部21与锥形密封面11接触面积的2%-10%。储油槽22数量的设计内可以在锥密封区域范围内有效地润滑。
25.如图4和5所示，为了提高燃油雾化混合质量，所述压力室12内表面均布有扰流凹坑13。扰流凹坑13在喷油嘴喷油过程中，当高压燃油流经阀体压力室12时，由于压力室12内
壁面开设的扰流凹坑13结构会主动破坏流动边界层，进而增强压力室12内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量，最终实现发动机高效燃烧与低排放的目标。
26.为了提高燃油的湍流扰动效果，所述扰流凹坑13的直径为50μm～120μm，深度为10μm～20μm。当扰流凹坑13的结构参数在上述范围内才能有效的主动破坏燃油流动过程中的边界层，提高燃油流动过程中的湍流扰动，进而增强雾化混合质量。
27.为了进一步提高燃油的湍流扰动效果，所述扰流凹坑13与压力室12内表面相交的截面积占压力室12内表面理论表面积的5%-20%。当扰流凹坑13的覆盖面积在上述范围内时才能更加有效的主动破坏燃油流动过程中的边界层，提高燃油流动过程中的湍流扰动，进而增强雾化混合质量。
28.实施例二一种燃油发动机喷油嘴的针阀，包括阀体1和阀芯2，所述阀芯2端部设有锥形密封部21，所述阀体1底部设有与锥形密封部21匹配的锥形密封面11，所述锥形密封部21与锥形密封面11形成锥密封将阀体1内侧底端分隔出压力室12，所述锥形密封部21与锥形密封面11接触的部分表面均布有凹坑结构的储油槽22。所述储油槽22的直径为150μm～250μm，深度为2μm～7μm。所述储油槽22在锥形密封部21表面分布的面积占锥形密封部21与锥形密封面11接触面积的2%-10%。
29.所述压力室12内表面均布有扰流凹坑13。所述扰流凹坑13的直径为50μm～120μm，深度为10μm～20μm。所述扰流凹坑13与压力室12内表面相交的截面积占压力室12内表面理论表面积的5%-20%。
30.实现了喷油嘴结束喷油阶段阀芯2落座过程中降低阀芯2对阀体1的锥形密封面11的冲击载荷，降低磨损的目标，储油槽22中燃油受挤压产生高压区域也提高密封性能，同时也满足了在喷油嘴喷油过程中增强燃油在喷油嘴内部的湍流扰动，提升燃油雾化混合质量的目标。还可以延长喷油嘴精密偶件阀芯2与阀体1的使用寿命。
31.所述储油槽22在锥形密封部21表面分布的面积占锥形密封部21与锥形密封面11接触面积的2%-10%。同时满足上述条件在喷油嘴喷油结束阶段阀芯2落座过程中降低阀芯2对锥形密封面11的冲击载荷，降低磨损，储油槽22在喷油嘴喷油过程中破坏燃油在喷油嘴内部流动的边界层，增强燃油在喷油嘴内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量。例如，储油槽22在锥形密封部21表面分布的面积占锥形密封部21与锥形密封面11接触面积占有率小于上述范围，则在阀芯2落座过程中不能产生较好的液力阻尼作用，不能起到降低冲击载荷的作用；若面积占有率大于上述范围，则产生的液力阻尼力过大，阀芯2与阀体1不能很好的快速落座，会产生漏油的问题；另一方面，储油槽22的深度h1大于所述范围，会降低喷油嘴内部燃油流通性能；储油槽22直径过大会影响针阀密封锥面（40）与锥形密封面11的密封性能，储油槽22直径d1过小则不能产生有效的液力阻尼作用。因此，储油槽22参数必须在上述的范围内，才能同时满足喷油嘴喷油结束阶段阀芯2落座过程中降低阀芯2对锥形密封面11的冲击载荷和磨损，在喷油嘴喷油过程中破坏燃油在喷油嘴内部流动的边界层，增强燃油在喷油嘴内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量，并同时兼顾到喷油嘴内部燃油流通性能。
32.在一种示意性实施方式中，储油槽22在锥形密封部21表面分布的面积占锥形密封部21与锥形密封面11接触面积的5%。储油槽22的直径d1为200μm，储油槽22的深度h1为4μm。
可以有效降低阀芯2对锥形密封面11的冲击载荷和磨损，同时又能增强燃油在喷油嘴内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量，并兼顾到喷油嘴内部燃油流通性能。
33.只有当压力室12内表面开设扰流凹坑13与压力室12内表面交界截面积占有率为整个压力室12内表面理论表面积的5%~20%，扰流凹坑13的直径d2为50μm～120μm，扰流凹坑13的深度h2为10μm～20μm。扰流凹坑13参数都在上述范围内才能更加有效的主动破坏燃油流动过程中的边界层，提高燃油流动过程中的湍流扰动，进而增强雾化混合质量。反之，在上述范围之外，例如扰流凹坑13的深度h2过大，会破坏喷油器阀体1的整体强度；另外，当面积占有率过大，压力室12内产生的湍流结构增多，会影响喷油嘴内部燃油的流通性能，进行对发动机性能产生不利影响。因此，扰流凹坑13结构参数在上述范围内，才能同时兼顾提升喷油嘴内部燃油湍流扰动强度改善燃油雾化混合质量、喷油嘴内部燃油流通性能以及喷油嘴阀体1的可靠性。
34.在一种示意性实施方式中，喷油嘴压力室12内表面开设扰流凹坑13与压力室12内表面交界截面积占有率为整个压力室12内表面理论表面积的10%，扰流凹坑13的直径d2为80μm，扰流凹坑13的深度h2为15μm。在压力室12内表面开设扰流凹坑13，在喷油嘴喷油过程中能有效的破坏流动边界层，增强燃油在喷嘴内部流动湍流扰动强度，提升燃油雾化混合质量，同时也兼顾了喷油嘴内部燃油整体流通性能和阀体1的可靠性。
35.在储油槽22和扰流凹坑13的综合作用下，达到有效的降低阀芯2对锥形密封面11的冲击载荷和磨损，同时又能增强燃油在喷油嘴内部的湍流扰动，提高燃油雾化混合质量，并兼顾到喷油嘴内部燃油流通性能的效果，所述储油槽22和扰流凹坑13。
36.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
37.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本说明书中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种燃油发动机喷油嘴的针阀，包括阀体（1）和阀芯（2），所述阀芯（2）端部设有锥形密封部（21），所述阀体（1）底部设有与锥形密封部（21）匹配的锥形密封面（11），所述锥形密封部（21）与锥形密封面（11）形成锥密封将阀体（1）内侧底端分隔出压力室（12），其特征在于：所述锥形密封部（21）与锥形密封面（11）接触的部分表面均布有凹坑结构的储油槽（22）。2.根据权利要求1所述的燃油发动机喷油嘴的针阀，其特征在于：所述储油槽（22）的直径为150μm～250μm，深度为2μm～7μm。3.根据权利要求1或2所述的燃油发动机喷油嘴的针阀，其特征在于：所述储油槽（22）在锥形密封部（21）表面分布的面积占锥形密封部（21）与锥形密封面（11）接触面积的2%-10%。4.根据权利要求1所述的燃油发动机喷油嘴的针阀，其特征在于：所述压力室（12）内表面均布有扰流凹坑（13）。5.根据权利要求4所述的燃油发动机喷油嘴的针阀，其特征在于：所述扰流凹坑（13）的直径为50μm～120μm，深度为10μm～20μm。6.根据权利要求4或5所述的燃油发动机喷油嘴的针阀，其特征在于：所述扰流凹坑（13）与压力室（12）内表面相交的截面积占压力室（12）内表面理论表面积的5%-20%。7.根据权利要求1所述的燃油发动机喷油嘴的针阀，其特征在于：所述储油槽（22）与锥形密封部（21）表面相交的截面形状为圆形、椭圆形或多边形。

技术总结
本发明公开了一种燃油发动机喷油嘴的针阀，包括阀体和阀芯，所述阀芯端部设有锥形密封部，所述阀体底部设有与锥形密封部匹配的锥形密封面，所述锥形密封部与锥形密封面形成锥密封将阀体内侧底端分隔出压力室，所述锥形密封部与锥形密封面接触的部分表面均布有凹坑结构的储油槽。有益效果：本发明储油槽能够在阀芯落座前储存少量的燃油，有效的降低阀芯对阀体的锥形密封面的冲击载荷，降低冲击磨损提高针阀的使用寿命，同时还能有效的提高密封性能；储油槽能增强喷油嘴燃油雾化混合性能。扰流凹坑在喷油嘴喷油过程中，提高燃油雾化混合质量，最终实现发动机高效燃烧与低排放的目标。标。标。


技术研发人员：司昊青 扈鹏飞 陈晨 俞升浩 王云飞 龚晓帆
受保护的技术使用者：中国航空研究院
技术研发日：2023.01.09
技术公布日：2023/6/27