高压共轨喷油器的液压放大机构应用

前面已经介绍了美国Caterpillar公司的HEUI中压共轨喷油系统，应用在喷油器中集成液压放大机构实现燃油的高压喷射。在HEUI系统中，由于当时没有压力比较高的高压油泵，因此采用了面积比比较大的增压活塞实现高压喷射，其大小活塞的面积比为7∶1，这使得整个喷油器的直径比较大，小缸径柴油机没有安装空间，因此这种喷油器当时主要用在重型及中型汽车上，而且由于比较大的增压活塞面积比，需要大流量的高速电磁阀和中压油泵，以满足大活塞高速运动对小活塞加压时的流量需求。HEUI系统虽然已经停产了，但是其中应用液压放大机构实现燃油高压喷射的思路并没有过时。现在随着高压共轨喷油系统对喷油压力要求的不断提高，已经有一些厂家已开始采用这种液压放大机构实现柴油机燃油的高压或超高压的喷射，不过这里需要强调的是，虽然还是采用大小活塞组成的液压放大机构，但放大的是压力，不是活塞位移。下面介绍BOSCH公司的一种应用液压放大机构的高压共轨喷油器的技术方案。

如图5-47所示^[17]，其中主要包括：高压油源即共轨管1，常闭式两位三通高速电磁阀37，增压活塞5，针阀13，单向阀21等。针阀13和增压活塞5之间没有刚性连接。

在电磁阀不通电时，电磁阀的动铁心31，即衔铁在电磁铁的复位弹簧36的作用下，脱离静铁心的吸合，向下运动，动铁心31带动电磁阀的阀芯23也向下运动，阀芯23的下端圆锥面24和电磁阀的相应阀座26贴合，使电磁阀的回油通道关闭。此时来自共轨管1的高压燃油通过油道2，先进入增压活塞5的上端面的低压腔4，然后再经过油道9进入电磁阀的环形腔28，并通过阀芯23凸肩的棱边34和阀体的沉割槽29的棱边33形成的阀口25进入沉割槽29，同时经过油道10，使电磁阀沉割槽29的燃油进入增压活塞5的大活塞的下端的弹簧腔6，然后又经过油道19使高压燃油作用到针阀上端面的弹簧腔15，与此同时高压燃油还通过单向阀21进入增压活塞的高压腔8，即增压活塞的活塞杆的下端面，也就是小活塞的下端面。最后高压燃油还通过油道11进入针阀的盛油槽12。此时由于针阀13的上端面面积大于针阀盛油槽的锥面和针阀13下端圆锥面的轴向投影面积，因此作用在针阀13上端面的总的压力大于针阀13试图开启喷油的压力，再加上针阀13的复位弹簧15的作用，针阀13落座不喷油。在这种工况下，增压活塞5的上腔4、下腔即高压腔8和弹簧腔6的燃油压力也相等，因此整个增压活塞5处于压力平衡状态，因此在增压活塞5在弹簧7的作用下，向上运动压缩低压腔4，使其空间减小，而增压活塞的下腔，即高压腔8的体积增加，致使其压力下降，单向阀21开启，高压燃油流入高压腔8，准备下一次的喷射。

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图5-47 应用液压放大机构的高压共轨喷油器

1—共轨管 2—高压油道 3—喷油器体 4—增压活塞上腔 5—增压活塞 6—增压活塞弹簧腔 7—增压活塞复位弹簧 8—增压活塞下腔（高压腔） 9、10—油道 11—高压油道 12—针阀盛油槽 13—针阀 14—针阀环形锥面 15—针阀复位弹簧 16—针阀体内孔 17—针阀喷孔 18—燃烧室 19、20—油道 21—单向阀 22—常闭式两位三通高速电磁阀 23—电磁阀阀芯 24—阀芯23的下端圆锥面 25—阀口 26—圆锥形阀座 27—阀芯导向圆柱体 28—环形腔 29—沉割槽 30—空腔 31—衔铁（动铁心） 32—回油道 33—阀体的沉割槽 29的棱边 34—阀芯23凸肩的棱边 35—电磁阀阀体 36—电磁阀复位弹簧 37—高速电磁阀 38—电磁铁线圈

当电磁铁通电，静铁心吸合动铁心31，带动电磁阀的阀芯23向上运动，阀口25被关闭，而开启阀芯下端的锥形阀口26，使电磁阀沉割槽29和回油通道连通，这样增压活塞5的弹簧腔6和针阀上端弹簧腔15的燃油经过油道10、沉割槽29、回油道32流回燃油箱。同时来自共轨管的高压燃油经过油道2进入增压活塞的上腔4，即低压腔，但不能进入电磁阀。此时由于增压活塞的弹簧腔6的压力已下降，因此进入增压活塞5的上腔4的高压燃油推动增压活塞5向下运动压缩增压活塞下腔，即高压腔8的燃油，而且此刻单向阀21关闭，因此高压腔8的压力升高，与此同时，针阀上腔的压力也已经减小，当高压腔8的燃油压力上升到一定的程度，足以克服针阀弹簧15和此弹簧腔的燃油压力的的作用时，针阀开启，实现喷油，这个过程持续的时间即为喷油持续期，也就是电磁阀的通电时间。当然，极端情况是增压活塞走到头，即压缩到整个增压活塞的高压腔消失，电磁阀再继续通电，也不能喷油了。