CN101078388A - 燃油控制伺服阀以及设有该伺服阀的燃油喷射器 - Google Patents
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Abstract
一种用于燃料控制的伺服阀(7)，其设有传动手段(14)和一阀体(8，28)，该阀体设在一个固定位置，其包含一主干(33)，该主干沿纵轴(3)延伸，并为燃料定义出一内部通道(26)；所述内部通道包含至少两个径向通道(39)，该径向通道穿过所述主干(33)的外侧面(34)穿出至出口并分别具有刻度可长度和横截面积的第一部位(43)；所述第一部位(42)紧接着是各自的直径大一些的第二部位；该伺服阀(7)还设有一打开/关闭元件(17)，该元件液体封闭地装配在所述外侧表面(34)，并可在所述传动手段(14)的作用下可轴向滑动，打开/关闭主干(33)的内通道(26)，在关闭位置，打开/关闭元件(17)这样通过油压作用在轴向合力为零。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于燃油喷射器(Fuel Injector)的燃油控制伺服阀，该燃油喷射器设计安装于内燃发动机。
背景技术
欧洲专利申请No.EP 1612403 A1公开了一种根据权利要求1的前叙部分制造的燃油控制伺服阀，其包括设置于固定位置的阀体，该阀体设有一杆，并限定了一个与控制腔及出口相连通的内部通道，该出口是设在所述杆的外侧表面。
在杆上设有一套形(sleeve-shaped)开/关元件。该开/闭元件可在传动装置(actuator means)的作用下沿杆的轴向在行程端(end-of-travel)的关闭位置和行程端的打开位置移动，在行程端的关闭位置处，该开/关元件可关闭前述的内部通道，而在打开位置处该开/关元件可打开所述的出口。该开/关元件以轴向可滑动和充分液体密封的方式结合于杆外侧表面，并且在行程端的关闭位置，其在油压的作用下，所受轴向合力为零。
特别地，内部通道的出口由环形腔体限定而成，该环形腔体径向设置在杆和开/关元件之间。
特别地，上述的伺服阀设置在喷射器内，该喷射器设有喷嘴，用于将燃油射入内燃机，并设有可沿自身的轴向移动的控制杆，用于驱动关闭该喷嘴的针。
该伺服阀改变控制腔中的油压，该控制腔被控制杆的一端轴向限定，并在压力作用下从喷嘴的入口接收油。控制腔和杆的内部通道通过一个单校准孔互相连通，即，通过一个具有极高精度的直径和长度的孔，以便当燃油流动时准确地确定油压。
上面描述的已知方案确保了当开/关元件位于其行程端关闭位置时，在轴向方向上作用于开/关元件上的压力的良好的平衡。
但是上面所述的已知解决方案不能保证来自杆的内部通道的燃油流量在出口处与杆自身的轴向相一致。
任何流速的可能的波动都是非常不期望的，因为它们可能会导致来自控制腔的燃油在向外流时产生波动，因此，在设计阶段应考虑到有关喷射器喷嘴的开/关情况。
因此，有必要增强伺服阀的平衡并提高喷射器的操作和使用寿命。特别是，需要提供一种喷射器，其不仅具有平衡型伺服阀，并且具有在设计阶段考虑到的下述特性：将有关喷射器喷嘴的开关动作的任何可能的波动减少到最小。
发明内容
本发明旨在提供一种燃油控伺服阀，它以简单经济的方式满足了前述需求。
根据本发明，提供了一种燃油控伺服阀，其包括：
传动装置；
一阀体，该阀体设于固定位置，其包含一杆，该杆沿纵轴向延伸，并为燃油限定了一内部通道；所述内部通道包含至少两个径向通道，该径向通道通过所述杆的外侧面的表面开通了出口；以及
一开/关元件，该元件以充分液体封闭的方式结合于所述外侧表面，并在所述传动装置的作用下，在行程端关闭位置和行程端打开位置之间轴向移动，在行程端关闭位置处该元件关闭所述出口，以使其在油压作用下所受轴向合力为零；在行程端打开位置处其打开所述出口。
根据本发明，进一步提供一种用于内燃机的燃油喷射器，其包括：
一喷射器主体，一端是用于把燃油喷射进相应的发动机缸体的喷嘴；
一用于打开/关闭所述喷嘴的可移动开/关针；
一控制杆，该控制杆装在所述喷射器主体内，并且可以沿纵向轴向滑动，以控制所述开/关针的动作；
一燃油控伺服阀，其安装于所述喷射器主体内且包含：
传动装置；
一控制腔，该控制腔与燃油入口连通，且在一侧被所述控制杆轴向限定；
一阀体，其设置在一固定位置，且包含一杆，其沿所述纵轴向延伸，并限定了燃油的内部通道；所述内部通道永久地与所述控制腔连通，且包含至少两个径向通道，该径向通道通过所述杆的外侧表面开通了出口；以及
一开/关元件，其以充分的液体密封方式结合于所述外侧表面，且可在所述传动装置的作用下，在行程端关闭位置和行程端打开位置之间轴向移动，在行程端关闭位置处，该元件关闭所述出口，使其在油压作用下所所受轴向合力为零，在行程端打开位置处，其打开所述出口；
所述伺服阀的特征在于所述径向通道各自包含具有校准长度(calibrated lengths)和横截面的第一部分。
附图说明
为了更好的理解本发明，现在结合附图非限制性地介绍本发明的优选实施例，其中：
图1是根据本发明带有控制伺服阀的优选实施方式的燃油燃油喷射器的横截面图，为了清楚表示，省去一些部分。
图2与图1相似，所示为图1中喷射器的一种变化实施方式。
图3是图1中的伺服阀的一个元件沿图1中的线III-III的横截面图。
图4与图3相似，所示为图1中伺服阀的一种变化实施方式。
具体实施方式
在图1中，标号1代表用于内燃机的燃油燃油喷射器(部分图中标出)，尤其是柴油机的燃油燃油喷射器(图中未标出)。
喷射器1包含一中空体或外壳2，称为喷射器主体，它沿纵轴3延伸，并包含一侧入口4，用于连接传输管在高压下传输燃油燃油，例如在1800巴左右的压力下。外壳2在喷嘴(图中未标出)处终结，该喷嘴与入口4连通，用于把燃油燃油喷射进相应的引擎缸体。
外壳2限定了一轴腔6，该轴腔6中装有计量伺服阀7，该计量伺服阀7包含一中空的外部带凸缘的柱体，称为“阀体”且标号为8。
阀体8包含一限定了孔9的管状部分11a，控制杆10可在孔9中以液体密封的方式轴向动。特别地，杆10在孔9中轴向移动以便于以已知方式来控制打开/关闭针(图中未标出)，该打开/关闭针可打开和关闭喷射器喷嘴。
部分11a的外部由缸体表面界定，从其上凸起的定心凸块66装配到主体2的内表面55上。
主体2还设有另外一空腔13，空腔13与空腔6同轴，且安装有传动装置14，传动装置14包括一用于控制锯齿状碟形座16的电磁铁15，座16轴向界定于套筒17。特别地，电磁铁15由磁芯构成，具有垂直于轴3的相对表面19，并且电磁铁15由支架20固定在位。
装置14具有轴腔21，轴腔21中以与电磁铁15的吸引力相反的方向装有螺旋压簧22，压簧22预先加载负荷以便于对座16施加推力座。特别的，压簧22一端置于支架20上，另一端通过垫圈24作用在座16上。
伺服阀7包含一控制或计量腔23，该腔由部分11a径向界定，并且与入口4永久连通，用于在压力作用下通过通道25a，环形腔25c以及由主体2形成的通道(图中未标出)而接收燃料，该通道25a由部分11a自身形成，并具有一校准部分25，该环形腔25c由部分11a及表面55所径向界定。
下文中，“校准部分”和“校准孔”表示具有极高精度的横截面和长度的孔，以便于设置孔的入口和出口间的预定压力差。
主体8由单片材料制成，除部分11a外，它还包括中间轴向部分30，中间轴向部分30界定了孔9的底端；即，在杆10的相对面由腔体23轴向界定。
部分30径向向外终止于凸块11b，凸块11b相对于凸块66径向向外凸出并安置于轴向上，这样，它可以直接置于腔6的凸肩12上，并且它在轴向上夹紧，使得通过旋在主体2的内螺线32上的螺线螺母31来确保其与凸肩12之间的液体密封性。
主体8进一步包含一杆33，杆33以悬臂方式从部分30沿轴3向空腔21延伸，并且被圆柱侧表面34所界定，它引导套筒17沿轴向滑动。特别地，套筒17具有一内圆柱表面36，以液体密封的方式，通过适当的直径间隙，例如小于4μm，或者通过插入密封元件，与侧表面34相结合。
腔体23与用于输出或排出燃油的通道连通，该通道标识为26，它完全位于主体8内。通道26包含一圆柱盲孔限定的部分38和四个径向通道39(图3)，该盲孔沿轴3部分位于部分30部分位于杆33，径向通道39位于杆33上彼此关于轴3等距间隔且穿过侧表面34导出。
径向通道39大致为圆柱形，最好轴都在同一个与轴3垂直的平面上且彼此关于轴3等距间隔。根据本发明，径向通道39各包含校准部分42(上面解释的意思)，校准部分42从部分38开始延伸。部分42最好均具有相同直径和相同的半径长。径向通道39在各自的部分43终止，部分43比部分42的直径要大，且辐射至相应的部分42。
部分43从杆33导出进入环形腔45中，环形腔45形成在紧邻部分30的轴向位置的侧表面34处，且由套筒17的轴向滑动打开/关闭。套筒17起到打开/关闭元件的作用，并且可以在前进行程端位置和返回行程端位置活动，在前进行程端位置它关闭通道26的出口，并在一端46在部分30和杆33之间轴向置于主体8的圆锥凸肩47上，在返回行程端位置座16通过插入盘100轴向置于表面19上，盘100限定了电磁铁15和座16间剩余的空气间隙。在该返回行程端位置，座16使空腔45与喷射器的排出管道(图中未标出)通过螺母31和套筒17间的通道、座16的槽口、空腔21和支架20的开口部分来连通。
换句话说，电磁铁15的激励使座16，然后是打开/关闭元件17朝着电磁铁15脱离，这样把燃油从空腔23中排出，减小其压力，以导致棒10的轴向位移，这样控制喷射嘴。相反，如果电磁铁15退磁，弹簧22推进座16，从而推进打开/关闭元件17到前进行程端位置。
在所述前进行程端位置，燃油向套筒17a施加一大致为零的轴向合推力，因此，空腔45中的压力只是径向地作用在表面34上。
根据图1所示，主体2的内表面55包含两个彼此通过锥形表面58连接在一起的圆柱表面56、57，锥形表面58向着表面56和凸块66的方向轴向汇聚。
因此，空腔25c包含一环形部分59和环形部分61，环形部分59由表面56在外面界断，轴向上，由界定了凸块66的环形凸肩60界断；环形部分61由表面57在外面界断并且装有一个密封圈62，密封圈62设在部分11a和表面57之间，用于轴向卡在主体2的环形凸肩64上。
部位59的径向尺寸小于部位61的径向尺寸，结果是，与表面56与表面57要是具有相同的直径的情况相比而言，理想的圆周(其中确保法兰11b和凸肩12之间是液体密封)更接近轴3，其他几何尺寸情况均相同。
因此，主体8的区域上受到的装于腔体25中的燃油的压力在轴向的作用很小，而且，作用在主体8上朝着座16的轴向力也很小。
图2显示了喷射器1的另外一种形式，它的元件的标号与图1中所用的标号一样。
与图1中所示不同的是，没有表面58，这就是说表面55具有恒定的直径，而部分11a和法兰11b结合在区别于杆33的环形主体8a上。主体8a定义轴向孔9，控制杆10可在其中以液体密封方式轴向滑动，而法兰11b设置使之置于空腔6的凸肩12上。再次参照图2，通过在孔9的轴向端部增加孔9的直径，使腔体23与供应通道25a连通。
反过来，杆33和部分30构成主体28的一部分；主体28由一整片构成，与主体8a同轴，且轴向设置于腔体23和传动装置14之间。尤其的，部分30限定了主体28的根部，通过环形螺线螺母31轴向压紧法兰11b，且其直径要比杆33的大。
图4所示为阀7的另外一种形式，其元件标号与图3中使用的标号一样，在这种形式中，有3个通道39，且彼此关于轴3间隔120°。
伺服阀7和喷射器1的优点在下面作概要描述：
当有许多校准部分42(至少两个)时，可以把阀7从液体-动态点(fluid-dynamicstandpoint)对称安置，其需要：
压力的对称态，尤其是对杆33，会很好的平衡由包含在主体8、28中，尤其是环绕部分38的具有一定压力的燃油而导致的压力/疲劳。
流过打开/关闭元件17的端46和主体8、28的凸肩47之间的密封区域的流具有高度的一致性，导致作用于打开/关闭元件17的轴向推力平衡，即使在后者打开的情况下也是。
此外，部分42的位置和尺寸结合打开/关闭元件17的行程的主要数值，使得流过同一部分42和流过打开/关闭元件17端部46和主体8、28的凸肩47间的密封区域的燃油流速为涡流或漩涡。把部分42布局在前述密封区域使得包含在区域自身和部分42的出口之间的体积减小到最小，有助于保持涡流和/或空泡流。
而且，当有部分43时，不会导致部分42的下游体积的显著增加。因为它们具有比部分42大的横截面积，它们使流动线路从部分42到部分43的通道的壁上分开，因此有助于在流入腔体45的出口处形成气穴现象。
作为前边所述的另外一种方式，气穴现象作用可由腔体45特定的几何形状得到。
当出现前面所述的涡流或空穴时，在通道26的出口处燃油流速不会受套筒17移出的环境压力条件的影响，也不会受套筒17移动时的波动(如果它没有下降到特定的门限值下)的影响，因此避免离开腔体23的燃油的流速随时间变化和/或相对于设计阶段所设想的表现为下游条件函数(a function of the conditionsdownstream)。任何可能的流速波动实际上都是非常不合要求的，因为它会造成燃油从腔体23外流时的波动，造成喷射器1的打开/关闭时相对于设计阶段设想条件的波动。
任何燃料外流时随时间的波动，和因此导致的喷射器的打开/关闭相对于设计阶段预想的条件随时间的波动同时通过限制装在主体2中的各部位的轴向位置的静漂流来减少。
实际上，工作过程中在腔体25c中出现的高压通常可能会在部位30的轴向位置导致固定器方向的静漂流，因此减小固定器16和套筒17的最大行程。如前所述，如果由于所述静漂流，固定器16和套筒17的最大行程下降到一定的门限值(它是喷射器注入压力的函数)，穿过部位42的流就不再呈空穴或涡旋：结果，燃料的流速将会变为打开/关闭元件17的端46和主体8、28的凸肩47间的通道横截面大小的函数，结果流出腔体23的燃料的流速相对于设计阶段所作的预想会有波动。
参考图1的解决方案，首先，静漂流的围堵是靠部位11a，11b，30，33的高硬度，该高硬度是由于上述部位制成一个单一的部件主体8。
其次，静漂流的围堵是通过相对于部位61的径向尺寸来限制部位59的径向尺寸和通过减小在主体8上在固定器16的方向上施加的轴向压力来达成的，如前面详述的那样。
参考图2的解决方案，，静漂流的围堵是靠主体8a和28之间缺省其他元件而达成的。
所述的缺省，除了减小朝着低压环境的静漂流外，还可使伺服阀7的轴向的整个尺寸减小，相当地简化喷射器1的结构，这样它可避免为了保证精度和需要的加工公差，在金属一金属高压接触安装时提供压力的必需的复杂的抛光和/或表面硬化过程。
最后，在不偏离本发明范围的情况下，可以对此处描绘和说明的伺服阀7和喷射器1进行修改和改动，如从属权利要求定义的那样。
特别地，图2的解决方案中，可设置位于主体8a和28间设置的轴向调节空间器，尽管这种情况下还需要其他抛光和表面硬化过程。
电磁铁15可以用压电激励器代替，当受到电压时，将增机其自己的轴向尺寸以促使套筒17打开通道26的出口。在这种情况下，弹簧22可轴向地设置在套筒17和部位30之间，腔体45和凸肩47可以设置在位于靠近主干33的自由端。
此外，腔体45至少可部位挖在表面36，但用于需要遵循由套筒17定义的打开/关闭元件在其位于关闭行程端部位置时沿轴3的合力须为零。
通道39的轴可位于彼此互不相同的平面上，和/或关于轴3彼此设定相等间隔，和/或可以没有部位43；这时通道39可完全地定义各刻度孔。
部位42可具有彼此相异的横截面和/或直径，但需要刻度，这样才能产生恰当的确定关于轴3以平衡方式分布的燃料流速的压力跃变以及确定燃料流速随时间恒定。
生成与主干33上的部位42的数量可与例子中的数量不同，但至少为两个，这样有助于在径向方向上相对于轴3平衡伺服阀7。
当部位42的直径彼此不同时，内部通道26也不与孔9同轴，从结构长度的观点看，可补偿不对称。
径向通道39的轴相对于纵向轴构成90°以外的角度。
部件38的轴可以平行，且相对于阀主体8、28的轴3彼此有一定间隔。
Claims (19)
1.用于燃油控制的伺服阀(7)，其包括：
传动手段(14)；
阀体(8，28)，其设于固定位置，并包含一杆(33)，所述杆沿纵轴(3)延伸，并为燃油限定了一内部通道(26)；所述内部通道(26)包含至少两个径向通道(39)，该径向通道通过所述杆(33)的外侧面(34)开通了出口；
开/关元件(17)，该元件以充分地液体封闭的方式结合于所述外侧表面(34)，并在所述传动装置(14)的作用下，在行程端关闭位置处和行程端打开位置处之间可轴向滑动，在行程端关闭位置处，该元件关闭所述出口，以使其在油压作用所受轴向合力为零；在行程端打开位置处，其打开所述出口；
其特征在于：所述径向通道(39)各自包含具有校准长度和直径的第一部分(42)。
2.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述第一部分具有相同的校准长度和相同的校准直径。
3.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道(39)各自包含第二部分，所述第二部分的直径比所述第一部分(42)的直径大。
4.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道(39)沿其长度具有恒定的校准直径。
5.根据权利要求3所述的伺服阀，其特征在于：所述第一部分(42)相对于相应的第二部分(43)，其径向上更向内部。
6.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道(39)沿所述纵轴(3)彼此等间隔设置。
7.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道的轴位于与所述纵向轴(3)垂直的同一个平面上。
8.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道的轴相对于所述纵向轴(3)构成一除90°之外的角度。
9.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述出口由径向设置于所述杆(33)和所述开/关元件(17)之间的环形腔体(45)所限定。
10.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道(39)的数量为三个。
11.根据权利要求1所述的伺服阀，其特征在于：所述径向通道(39)数量为四个。
12.一种用于内燃机的燃料喷射器(1)，其包括：
喷射器主体(2)，其一端是用于将燃油喷射入相应的发动机缸体的喷嘴；
用于打开/关闭所述喷嘴的可移动开/关针；
控制杆(10)，其位于所述喷射器主体(2)内，并且可以沿纵向轴(3)滑动，
以控制所述开/关针的动作；以及
燃油控制伺服阀(7)，其位于所述喷射器主体(2)内，且包含：
a)传动装置(14)；
b)控制腔(23)，该控制腔与燃油入口(4)连通，且在一侧被所述控制杆轴向限定；
c)阀体(8，28)，其设置在固定位置且包含一沿所述纵轴(3)延伸的杆(33)，
并且其限定了燃油的内部通道(26)；所述内部通道(26)永久地与所述控制腔(23)连通，且包含至少两个径向通道(39)，该径向通道通过所述杆(33)的外侧表面(34)开通了出口；以及
d)开/关元件(17)，其以充分地液体密封的方式结合于所述外侧表面(34)，且在传动装置(14)的作用下在行程端关闭位置和行程端打开位置之间可轴向移动，在行程端关闭位置处，该元件关闭所述出口，以使在油压所受的轴向合力为零；在行程端打开位置处，它打开所述出口；
其特征在于，所述径向通道(39)各自包含具有校准长度和横截面的第一部分(42)。
13.根据权利要求12所述的喷射器，其特征在于：所述伺服阀(7)依权利要求2到11中任意一项所述内容来设置。
14.根据权利要求12所述的喷射器，其特征在于：所述阀体(8，28)在相对于所述控制杆(10)的轴向一侧轴向限定了所述控制腔(23)(the said valve body(8，28))delimits axially said control chamber(23)on the axial sideopposite to that of said control rod(10))。
15.根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于：所述控制腔(23)被管状体(8a)(tubular body)径向限定(delimited radially)，所述管状体(8a)与所述阀体(28)不同，其是轴向地设置在所述阀体(28)上。
16.根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于：所述控制腔(23)被管状体(11a)径向限定；所述管状体(11a)和所述杆(33)构成阀体(8)的一部分，所述阀体(8)是单独的一件(single piece)。
17.根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于：所述阀体(8)包括一外部法兰(external flange)(11b)，其以轴向地且液体密封的方式直接咬合所述喷射器体(2)的凸肩(shoulder)(12)。
18.根据权利要求12所述的喷射器，其特征在于：所述内部通道包含一部位(38)，该部位(38)与所述阀体(8，28)的部位共用同一条轴(3)。
19.根据权利要求12所述的喷射器，其特征在于：所述内部通道包括一平行部位(38)，与所述阀体(8，28)的轴(3)间隔设置。
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