一种高压供油系统的控制柱塞套

1.本发明涉及柴油发动机高压供油技术领域，具体涉及一种高压供油系统的控制柱塞套。


背景技术：

2.现有高压共轨电控喷油系统为最先进的柴油机电控喷油系统之一，其核心关键部件为高压共轨电控喷油器总成。图1、图2和图3示意了高压共轨电控喷油器总成的具体结构，包括回油口1、电气接头2、励磁线圈3、高压进油口4、钢球5、出油阻尼孔6、进油阻尼孔7、控制腔8、控制柱塞9、高压油道10、针阀盛油槽11、喷油嘴针阀12、针阀体13、针阀复位弹簧14、控制柱塞套15、小调整垫圈16、辅助弹簧17、大调整垫圈18、静铁芯19、复位弹簧20、动铁芯21、喷油器体22以及动铁芯支撑杆23；其中：动铁芯21、励磁线圈3、复位弹簧20、静铁芯19、回油口1、辅助弹簧17、动铁芯支撑杆23、大调整垫圈18、小调整垫圈16以及钢球5构成高速电磁阀；出油阻尼孔6、进油阻尼孔7、控制柱塞9以及控制柱塞套15构成控制柱塞及控制柱塞套部件；针阀复位弹簧14、喷油嘴针阀12以及喷油器体22构成喷油嘴部件。
3.高速电磁阀的功能是实现喷油嘴针阀12的开启与关闭，当高速电磁阀未激励时，由于静铁芯19内复位弹簧20的作用，钢球5使控制柱塞套15上的出油阻尼孔6关闭，此时，喷油器体22的控制柱塞套15中控制腔8和针阀盛油槽11的压力都等于共轨压力，由于控制柱塞9上部控制柱塞套15中的控制腔8作用面积大于针阀盛油槽11的作用面积，作用于控制柱塞9上部的控制腔8的压力与喷油嘴弹簧力一起使喷油嘴关闭，喷油器处于不喷油状态。
4.当电控单元给电磁阀激励时，由于电磁铁的吸力作用，动铁芯21向上运动，钢球5在控制柱塞套15中控制腔8液压作用下离开球座，被钢球5密封的出油阻尼孔6开启泄油，控制腔8中油液压力下降到一定数值，此数值决定于出油阻尼孔6和进油阻尼孔7的流量比。此时，来自共轨的高压油作用于喷油嘴针阀12底部，使喷油嘴针阀12升起打开，开始喷油。喷油量决定于喷油嘴的开启持续期(决定于电控单元输出的脉宽)、喷油嘴流量特性、喷油压力及针阀升程。当电磁阀断电，动铁芯21在复位弹簧20的作用下，向下运动推动钢球5落座封闭出油阻尼孔6，控制腔8内的油压上升，推动控制柱塞9使针阀12落座喷油嘴停止喷油。
5.但是，现有技术存在以下缺点：
6.1、在燃油经过出油阻尼孔进入密封锥面过程中，由于横截面积突然变大，油压减小，易发生空化现象，在距离较近的密封锥面处产生较为严重的汽蚀，从而破坏密封性。
7.2、控制活塞、针阀等运动零件完全浸泡在高压燃油中，高压燃油经圆柱型喷油器入口进入喷油器体内的控制腔，由于进油阻尼孔和与其连接的进油道都采用圆柱形油道且同心，绝大部分高压燃油会直接冲击到控制活塞，对控制活塞产生侧向冲击力，冲击会使得控制活塞靠近进油阻尼孔的侧边表面产生磨损，而长时间的冲击会加剧控制活塞的单侧磨损，减少控制活塞的使用寿命。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明提供了一种高压供油系统的控制柱塞套，该控制柱塞套能够减小对密封锥面处的汽蚀影响、保持良好的密封性、延长控制活塞的使用寿命。
9.本发明采用以下具体技术方案：
10.一种高压供油系统的控制柱塞套，该控制柱塞套包括控制板，所述控制板为具有中心轴线的旋转体；所述控制板设置有锥形凹槽、排出通道孔、过渡孔、出油阻尼孔、出油导流孔、控制腔、进油道以及进油阻尼孔；
11.所述锥形凹槽、所述排出通道孔、所述过渡孔、所述出油阻尼孔、所述出油导流孔以及所述控制腔沿所述中心轴线依次连通，并从所述控制板的顶部贯穿到底部；
12.所述锥形凹槽的顶部孔径大于底部孔径，并由从顶部朝向底部依次相连的大角度锥面和小角度锥面围绕形成；所述小角度锥面的锥角小于所述大角度锥面的锥角；所述小角度锥面与所述排出通道孔的连接处采用圆角过渡结构；
13.所述排出通道孔为上细下粗的锥形孔；
14.所述过渡孔为上粗下细的倒锥形孔，顶部孔径与所述排出通道孔的底部孔径相等，底部孔径与所述出油阻尼孔的孔径相等；
15.所述出油阻尼孔的孔径小于所述排出通道孔的最小孔径；
16.所述过渡孔的长度、所述出油阻尼孔的长度、以及所述出油导流孔的长度均远小于所述排出通道孔的长度；
17.所述进油阻尼孔和所述进油道均沿径向设置，所述进油阻尼孔连通于所述控制腔与所述进油道之间，所述进油道的另一端位于所述控制板的外周面；
18.所述进油阻尼孔的孔径远小于所述进油道的孔径，并且所述进油阻尼孔沿周向偏心设置于所述进油道的一侧。
19.更进一步地，所述控制板还设置有用于与喷油器体的装配面形状配合的环形凸起。
20.更进一步地，所述环形凸起的横截面形状为半椭圆形。
21.更进一步地，所述环形凸起的高度为0.002mm～0.01mm。
22.更进一步地，所述进油阻尼孔的偏心距为0.05mm～0.4mm，所述进油阻尼孔的孔径为0.3mm～0.4mm，所述进油阻尼孔的长度为0.6mm～0.8mm；
23.所述进油道的孔径为1.5mm～2mm，所述进油道的长度为0.5mm～0.7mm。
24.更进一步地，所述大角度锥面的锥角为130
°
～140
°
；所述小角度锥面的锥角为120
°
～127
°
。
25.更进一步地，所述排出通道孔的长度为5mm～6mm，所述排出通道孔的顶部孔径为0.4mm～0.6mm，所述排出通道孔的底部孔径0.5mm～0.75mm；
26.所述出油阻尼孔的孔径为0.2mm～0.3mm，所述出油阻尼孔的长度为0.3mm～0.7mm；
27.所述出油导流孔的孔径为0.8mm～1mm，所述出油导流孔的长度为0.3mm～0.7mm。
28.有益效果：
29.1、本发明的控制柱塞套在不改变外形尺寸的前提下，缩短了出油导流孔的长度，在出油阻尼孔的后端增设过渡孔和一定长度的孔径大于出油阻尼孔的排出通道孔；由于出
油阻尼孔的长度远小于排出通道孔的长度，出油阻尼孔距离密封锥面的距离增大，使得空化产生及空化发展段的位置处于排出通道孔内，从而减少空化现象对密封锥面产生的影响；排出通道孔为上细下粗的锥形孔，使得燃油流过的横截面积逐渐变小，有利于缩短空化段长度；因此，本发明的控制柱塞套通过改变从控制腔到密封锥面之间的中间油道结构，减小了对密封锥面处的汽蚀影响，能够保持良好的密封性。
30.2、本发明控制柱塞套的进油阻尼孔沿周向偏心设置于进油道的一侧，进油阻尼孔的轴心线位于距离进油道轴心线一定偏心距的正左方或正右方，大部分高压燃油会以距离控制活塞轴线一定长度的位置处冲击控制腔内的控制柱塞，使得在燃油冲击时控制柱塞发生旋转，从进油阻尼孔流出的燃油会冲击控制柱塞的各个侧边表面，从而使得磨损较为均匀，减少单边磨损，延长了控制柱塞的使用寿命。
31.3、本发明的控制柱塞套在小角度锥面与排出通道孔的连接处采用圆角过渡结构，使燃油流过排出通道孔至小角度锥面时流动更加顺畅，减小了流动阻力；大角度锥面的锥角为130
°
～140
°
、小角度锥面的锥角为120
°
～127
°
时，有利于控制板和小角度锥面的可靠程度。
32.4、本发明的控制柱塞套还设置有用于与喷油器体的装配面形状配合的环形凸起，环形凸起的横截面形状为半椭圆形，在与喷油器体配合时，由现有技术中的平面结构改为半椭圆形凸起结构，使得密封环带面积变小，能密封更高压力的燃油，进一步提高装配后的密封效果。
附图说明
33.图1为现有技术中高压共轨电控喷油器总成的剖面结构示意图；
34.图2为图1中高速电磁阀部分的结构示意图；
35.图3为图1中控制腔部分的结构示意图；
36.图4为采用本发明实施例中控制柱塞套的喷油器的剖面结构示意图；
37.图5为本发明实施例的控制柱塞套的整体结构示意图；
38.图6为图5中控制柱塞套的a-a截面剖视图；
39.图7为图6中d部分的局部放大结构示意图；
40.图8为图6中e部分的局部放大结构示意图；
41.图9为图5中b部分的局部放大结构示意图；
42.图10为图5中c部分的局部放大结构示意图。
43.现有技术：1-回油口，2-电气接头，3-励磁线圈，4-高压进油口，5-钢球，6-出油阻尼孔，7-进油阻尼孔，8-控制腔，9-控制柱塞，10-高压油道，11-针阀盛油槽，12-喷油嘴针阀，13-针阀体，14-针阀复位弹簧，15-控制柱塞套，16-小调整垫圈，17-辅助弹簧，18-大调整垫圈，19-静铁芯，20-复位弹簧，21-动铁芯，22-喷油器体，23-动铁芯支撑杆
44.本发明：100-控制柱塞套，101-控制板，102-锥形凹槽，103-排出通道孔，104-过渡孔，105-出油阻尼孔，106-出油导流孔，107-控制腔，108-进油道，109-进油阻尼孔，110-大角度锥面，111-小角度锥面，112-环形凸起，113-喷油器体，114-控制柱塞，115-装配面
具体实施方式
45.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
46.本发明实施例提供了一种高压供油系统的控制柱塞套100，如图4和图5所示，该控制柱塞套100包括控制板101，控制板101为具有中心轴线的旋转体；控制板101设置有锥形凹槽102、排出通道孔103、过渡孔104、出油阻尼孔105、出油导流孔106、控制腔107、进油道108以及进油阻尼孔109；
47.如图6、图7和图8结构所示，锥形凹槽102、排出通道孔103、过渡孔104、出油阻尼孔105、出油导流孔106以及控制腔107沿控制板101的中心轴线依次连通，并从控制板101的顶部贯穿到底部；
48.如图8结构所示，锥形凹槽102的顶部孔径大于底部孔径，并由从顶部朝向底部依次相连的大角度锥面110和小角度锥面111围绕形成；小角度锥面111的锥角小于大角度锥面110的锥角；小角度锥面111与排出通道孔103的连接处采用圆角过渡结构；大角度锥面110的锥角可以为130
°
～140
°
；小角度锥面111的锥角可以为120
°
～127
°
；
49.如图7结构所示，排出通道孔103为上细下粗的锥形孔，即，排出通道孔103的顶部孔径小于排出通道孔103的底部孔径；过渡孔104为上粗下细的倒锥形孔，即，过渡孔104的顶部孔径大于过渡孔104的底部孔径，过渡孔104的顶部孔径与排出通道孔103的底部孔径相等，过渡孔104的底部孔径与出油阻尼孔105的孔径相等；出油阻尼孔105的孔径小于排出通道孔103的最小孔径；过渡孔104的长度、出油阻尼孔105的长度、以及出油导流孔106的长度均远小于排出通道孔103的长度，即，排出通道孔103的长度至少为过渡孔104的长度的5倍，排出通道孔103的长度至少为出油阻尼孔105的长度的5倍，排出通道孔103的长度至少为出油导流孔106的长度的5倍；排出通道孔103的长度可以为5mm～6mm，排出通道孔103的顶部孔径为0.4mm～0.6mm，排出通道孔103的底部孔径0.5mm～0.75mm；出油阻尼孔105的孔径为0.2mm～0.3mm，出油阻尼孔105的长度为0.3mm～0.7mm；出油导流孔106的孔径为0.8mm～1mm，出油导流孔106的长度为0.3mm～0.7mm；
50.如图5、图6和图9结构所示，进油阻尼孔109和进油道108均沿径向设置，进油阻尼孔109连通于控制腔107与进油道108之间，进油道108的另一端位于控制板101的外周面；进油阻尼孔109的孔径远小于进油道108的孔径，并且进油阻尼孔109沿周向偏心设置于进油道108的一侧，即，进油阻尼孔109的轴心线和进油阻尼孔109的轴心线位于同一个水平面，如图9所示，进油阻尼孔109的轴心线位于进油道108的轴心线的正左方或正右方；进油阻尼孔109的偏心距d为0.05mm～0.4mm，进油阻尼孔109的孔径为0.3mm～0.4mm，进油阻尼孔109的长度为0.6mm～0.8mm；进油道108的孔径为1.5mm～2mm，进油道108的长度为0.5mm～0.7mm。进油道108的孔径至少为进油阻尼孔109的孔径的3倍。
51.上述控制柱塞套100在不改变外形尺寸的前提下，缩短了出油导流孔106的长度，在出油阻尼孔105的后端增设过渡孔104和一定长度的孔径大于出油阻尼孔105的排出通道孔103；由于出油阻尼孔105的长度远小于排出通道孔103的长度，出油阻尼孔105距离密封锥面的距离增大，使得空化产生及空化发展段的位置处于排出通道孔103内，从而减少空化现象对密封锥面产生的影响；排出通道孔103为上细下粗的锥形孔，使得燃油流过的横截面积逐渐变小，有利于缩短空化段长度；因此，本发明的控制柱塞套100通过改变从控制腔107到密封锥面之间的中间油道结构，减小了对密封锥面处的汽蚀影响，能够保持良好的密封
性。
52.上述控制柱塞套100的进油阻尼孔109沿周向偏心设置于进油道108的一侧，进油阻尼孔109的轴心线位于距离进油道108轴心线一定偏心距的正左方或正右方，大部分高压燃油会以距离控制活塞轴线一定长度的位置处冲击控制腔107内的控制柱塞114，使得在燃油冲击时控制柱塞114发生旋转，从进油阻尼孔109流出的燃油会冲击控制柱塞114的各个侧边表面，从而使得磨损较为均匀，减少单边磨损，延长了控制柱塞114的使用寿命。
53.上述控制柱塞套100在小角度锥面111与排出通道孔103的连接处采用圆角过渡结构，使燃油流过排出通道孔103至小角度锥面111时流动更加顺畅，减小了流动阻力；大角度锥面110的锥角为130
°
～140
°
、小角度锥面111的锥角为120
°
～127
°
时，有利于控制板101和小角度锥面111的可靠程度。
54.在上述控制柱塞套100的基础上，如图5和图10结构所示，控制板101还设置有用于与喷油器体113的装配面115形状配合的环形凸起112，环形凸起112的横截面形状可以为半椭圆形，并且环形凸起112的高度h为0.002mm～0.01mm。
55.上述控制柱塞套100还设置有用于与喷油器体113的装配面115形状配合的环形凸起112，环形凸起112的横截面形状为半椭圆形，在与喷油器体113配合时，由现有技术中的平面结构改为半椭圆形凸起结构，使得密封环带面积变小，能密封更高压力的燃油，进一步提高装配后的密封效果。
56.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高压供油系统的控制柱塞套，包括控制板，所述控制板为具有中心轴线的旋转体，其特征在于，所述控制板设置有锥形凹槽、排出通道孔、过渡孔、出油阻尼孔、出油导流孔、控制腔、进油道以及进油阻尼孔；所述锥形凹槽、所述排出通道孔、所述过渡孔、所述出油阻尼孔、所述出油导流孔以及所述控制腔沿所述中心轴线依次连通，并从所述控制板的顶部贯穿到底部；所述锥形凹槽的顶部孔径大于底部孔径，并由从顶部朝向底部依次相连的大角度锥面和小角度锥面围绕形成；所述小角度锥面的锥角小于所述大角度锥面的锥角；所述小角度锥面与所述排出通道孔的连接处采用圆角过渡结构；所述排出通道孔为上细下粗的锥形孔；所述过渡孔为上粗下细的倒锥形孔，顶部孔径与所述排出通道孔的底部孔径相等，底部孔径与所述出油阻尼孔的孔径相等；所述出油阻尼孔的孔径小于所述排出通道孔的最小孔径；所述过渡孔的长度、所述出油阻尼孔的长度、以及所述出油导流孔的长度均远小于所述排出通道孔的长度；所述进油阻尼孔和所述进油道均沿径向设置，所述进油阻尼孔连通于所述控制腔与所述进油道之间，所述进油道的另一端位于所述控制板的外周面；所述进油阻尼孔的孔径远小于所述进油道的孔径，并且所述进油阻尼孔沿周向偏心设置于所述进油道的一侧。2.如权利要求1所述的控制柱塞套，其特征在于，所述控制板还设置有用于与喷油器体的装配面形状配合的环形凸起。3.如权利要求2所述的控制柱塞套，其特征在于，所述环形凸起的横截面形状为半椭圆形。4.如权利要求3所述的控制柱塞套，其特征在于，所述环形凸起的高度为0.002mm～0.01mm。5.如权利要求1所述的控制柱塞套，其特征在于，所述进油阻尼孔的偏心距为0.05mm～0.4mm，所述进油阻尼孔的孔径为0.3mm～0.4mm，所述进油阻尼孔的长度为0.6mm～0.8mm；所述进油道的孔径为1.5mm～2mm，所述进油道的长度为0.5mm～0.7mm。6.如权利要求1所述的控制柱塞套，其特征在于，所述大角度锥面的锥角为130
°
～140
°
；所述小角度锥面的锥角为120
°
～127
°
。7.如权利要求1-6任一项所述的控制柱塞套，其特征在于，所述排出通道孔的长度为5mm～6mm，所述排出通道孔的顶部孔径为0.4mm～0.6mm，所述排出通道孔的底部孔径0.5mm～0.75mm；所述出油阻尼孔的孔径为0.2mm～0.3mm，所述出油阻尼孔的长度为0.3mm～0.7mm；所述出油导流孔的孔径为0.8mm～1mm，所述出油导流孔的长度为0.3mm～0.7mm。

技术总结
本发明公开了一种高压供油系统的控制柱塞套，该控制柱塞套的锥形凹槽、排出通道孔、过渡孔、出油阻尼孔、出油导流孔以及控制腔沿中心轴线依次连通，并从控制板的顶部贯穿到底部；排出通道孔为上细下粗的锥形孔；过渡孔为上粗下细的倒锥形孔；出油阻尼孔的孔径小于排出通道孔的最小孔径；出油导流孔的孔径大于排出通道孔的最大孔径；过渡孔的长度、出油阻尼孔的长度、以及出油导流孔的长度均远小于排出通道孔的长度；进油阻尼孔的孔径远小于进油道的孔径，并且进油阻尼孔沿周向偏心设置于进油道的一侧。上述控制柱塞套能够减小对密封锥面处的汽蚀影响、保持良好的密封性、延长控制活塞的使用寿命。塞的使用寿命。塞的使用寿命。


技术研发人员：黎一锴 李硕 王字满 陈晓辉 向和平 吴晗 欧阳玲湘
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/6/26