高压共轨喷油器平面阀技术研究

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1、使作用在喷油器控制活塞上的液力发生很的变化，因而能保证喷油嘴针阀有很大的启速度。喷油器总成如图1所示，通常喷中国内燃机学会燃烧节能净化分会2014年学术年会CSICE2014-155高压共轨喷油器平面阀技术研究高敏明俞建达王凌云褚云舟（无锡油泵油嘴研究所，江苏无锡214063）摘要：本文针对高压共轨喷油器，通过理论计算、仿真分析和台架试验，研究了平面阀结构、液压力、运动行程、液力伺服机构和材料等关键技术点，并提出了满足200MPa及以上超高压喷射的高压密封性、快速响应性和工作稳定性的技术措施。关键词：高压共轨；喷油器；平面阀；控制阀引言

2、作者简介：高敏明（1985-），男，江苏南通人，硕士，主要研究方向为大关工作。E-mail：gmm@wfieri.com2013年最让公众关心的环保问题莫过于“雾霾”，据中国社会科学院的最新研究进展，雾霾的主要成分之一为汽车尾气。对于使用柴油机作为动力的交通工具，提高燃油喷射压力能够有效降低CO、HC排放，同时烟度和油耗也有所下降[1]。这是由于喷射压力的提高，可以显著改善喷雾质量，优化燃烧过程。作为清洁柴油机燃油系统的典型代表，Bosch公司为中重型柴油机设计的CRIN3.3系统喷油压力可实现220MPa，Denso公司第三代G3系统

3、可达到200MPa，Delphi开发的HPCRS超高压共轨系统，主要在欧5以上排放中重型柴油机上匹配应用，工作轨压可达250MPa。高喷射压力的燃油系统对于喷油器的开发是一个巨大挑战，面临密封性能、响应快速灵活和工作稳定可靠等难题。开油器壳体和喷油嘴的外型尺寸设计得和传统喷油器的一致，这样对柴油机缸盖的改动就会很小。控制阀是喷油器的重要部件，在喷油器工作过程中起着承上启下的作用。高压力喷射共轨系统需要在控制阀上解决一系列问题：要尽可能的减小作用于电控控制阀上的液压力，减小密封阀的预紧力，这样阀座处冲击磨损可以减轻；还要考虑液力伺服机构的

4、设计要保证针阀能够按照要求正常开启和关闭；减少控制活塞上部的高压油泄露，从而减少功率损失；保证稳定可靠的连续工作等等。1.共轨喷油器的构成和原理共轨喷油器是一个电控液压伺服喷射系统，因受柴油机缸盖安装空间的限制电磁阀一般设计得很小，在喷油器上应用了一个类似增压活塞的液力放大机构，采用很小的泄油孔径使电磁阀关闭的弹簧力很小，电磁阀仅仅需要克服该弹簧关闭泄油孔的弹簧力，控制泄油孔开启使控制腔内燃油泄压，图1共轨喷油器结构示意图2.主流控制阀的特点全球主流共轨系统的研发机构用于共985中国内燃机学会燃烧节能净化分会2014年学术年会CSICE

5、2014-155轨喷油器的控制阀结构主要有三种：平衡阀、球阀、平面阀。图2就密封性能对比三种结构的泄漏情况。图3平面阀座结构示意图图2三种控制阀密封性能对比平衡阀的阀芯和阀体存在配合间隙，会增加泄漏，特别到高轨压后，泄漏量较多。但是由于阀芯两端轴向液动力相互平衡，所以平衡阀能够提高响应速度[2]。球阀由于没有密封间隙，而被期待有很好的密封性。但是球阀迅速关闭时，钢球的中心线与密封座面的中心轴线不重合，而使泄漏增加，密封性恶化。因此球形密封形式的泄漏比预期的要大。并且球阀为线接触会导致加速磨损而影响耐久性。不过，球阀的结构简单，而且加工容

6、易，成本低。随着共轨喷油系统压力的不断提高，为了降低系统的泄漏，需要采用平面阀。试验研究表明平面阀的密封性要优于球阀和平衡阀。并且平面阀密封时为环带面接触，接触应力小，耐久性好。DENSO公司正在开发的第四代共轨系统，工作压力可达250～300MPa，喷油器设计就是采用了平面阀的结构。图4带泄油槽孔板密封面平面阀可以理解为：在一个确定的小面积并且平行间隙中的一个层流粘性液体流，随着间隙的长度产生一个线性压力降。对于中间带孔的平座，面积与座的直径呈线性增加。因此这个平座下的压力随着座外径延长而减少[3]。作用在电磁阀上的液压力是由泄油孔直

7、径至外座直径之间分布压力的合成，但座的外径上的压力可以忽略，因此液压力可由下式计算：FS=π∗PS/60(3da+4dadi−7di)(1)式中：FS为平座作用在电磁阀上的液压力；PS为系统压力；di泄油孔直径；da为环带的外径。为获得作用在电磁阀上的总力，必须将泄油孔上的力FH加到FS上：22π2(2)FH=��di∗PS43.平面阀喷油器技术研究因此F=FS+FH=�π�∗PS∗(3d2+a603.1液压力的设计2)(3)4dadi+8di阀座与节流孔板之间的接触压紧力必须满足以上要求。在喷油器工作过程中，当阀座被电磁阀弹簧推回以关

8、闭泄油孔，阀座和孔板之间产如图3为平面阀的结构示意图。为确定密封所需要的预紧力，必须知道座面下的燃油压力分布。986中国内燃机学会燃烧节能净化分会2014年学术年会CSICE2014-155生撞击力，而这个