CN101165334A - 用于控制内燃机用燃料泵的流量的截止阀 - Google Patents

用于控制内燃机用燃料泵的流量的截止阀 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于控制内燃机(2)用燃料泵(6)的流量的截止阀(21)，该截止阀(21)设有：顶部闭合的柱形管状体(25)，该管状体(25)设有下部起燃料管作用的柱形座(26)，并包括多个径向通孔(27)以允许将燃料引入所述柱形座(26)内；下板(28)，该下板(28)在所述径向孔(27)下方设置在所述柱形管状体(25)内，并具有限定出所述燃料的出口(24)的中央通孔；以及柱形挡件(29)，该挡件(29)连接到所述下板(28)上，并可在打开位置和闭合位置之间运动，在所述打开位置，所述出口(24)与所述径向孔(27)连通，而在所述闭合位置，所述出口(24)与所述径向孔(27)隔离。

Description

用于控制内燃机用燃料泵的流量的截止阀
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃机用燃料泵的流量的截止阀。
背景技术
在现代的共轨式内燃机中，高压泵通过低压泵从燃料箱接收燃料流并将该燃料输送给与多个喷射器液压连接的共轨。必须根据发动机时刻(engine point)通过改变高压泵的瞬时流量或者通过一直向共轨供给过量燃料并借助于调节阀从共轨自身排出过量燃料来持续控制共轨中的燃料压力。通常，改变高压泵的瞬时流量的方案是优选的，这是由于其提供了更高的能效而不会致使燃料过热。
为了改变高压泵的瞬时流量，在专利申请EP0481964A1或专利US6116870A1中所介绍类型的解决方案(其描述了可变流量的应用)建议，高压泵能够仅向共轨供给为保持与共轨内所需值相同的燃料压力而需要的燃料量；具体地说，该高压泵设有电磁致动器，该电磁致动器能够通过改变高压泵自身的进油阀的闭合时间而瞬时改变高压泵中的流量。
可选的是，为了改变高压泵的瞬时流量，有人建议在泵送腔的上游插入流动调节装置，该装置包括可持续改变截面的节流口，根据共轨内需要的压力对该节流口进行控制。
然而，上述两种用于改变高压泵瞬时流量的方案都会致使机械结构复杂，而且不能高精度地调节高压泵的瞬时流量。此外，包括截面可变的节流口的流量调节装置对于低流量来说通道截面较小，而这样的小通道截面决定了局部压力损失(局部载荷损失)较大，这会有损于对高压泵的泵送腔的燃料吸入进行调节的进油阀的正确操作。
为此，已经提出了在专利申请EP1612402A1中所介绍类型的方案，其涉及以下方面：高压泵包括多个泵送元件，这些泵送元件通过相应的吸入冲程和输出冲程以往复运动方式致动，并且其中各泵送元件均设有相应的进油阀，所述进油阀与通过低压泵供给的进油管连通；在进油管上设置有截止阀，与各泵送元件的吸入阶段的初始部分同步地且以断续方式(in choppered manner)对该截止阀进行控制。换言之，所述截止阀是打开/闭合(开/关)式阀，其通过改变打开间隔和闭合间隔之间的关系而被驱动，用于改变高压泵的瞬时流量。这样，所述截止阀具有有效的宽通道截面，其不会产生显著的局部压力损失(载荷损失)。
然而，迄今已知的截止阀具有非常不利的性价比，这相应地意味着高压泵的成本不合理地增加。
DE102004052818A1公开了一种用于内燃机的燃料喷射系统，该燃料喷射系统具有用于操作控制阀的电磁体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于控制内燃机用燃料泵的流量的截止阀，这样的截止阀不具有上述缺陷，并且实施起来特别容易且节约成本。
根据本发明，提供了一种用于控制内燃机用燃料泵的流量的截止阀，该截止阀包括：顶部闭合的柱形管状体，该管状体设有柱形座，该柱形座的下部起到燃料管的作用，并包括多个径向通孔以允许将燃料引入所述柱形座内；下板，该下板在所述径向孔下方设置在所述柱形管状体内，并设有限定出所述燃料的出口的中央通孔；以及柱形挡件，该挡件连接到所述下板上，并可在打开位置和闭合位置之间运动，在所述打开位置，所述出口与所述径向孔连通，而在所述闭合位置，所述出口与所述径向孔隔离；所述截止阀的特征在于，从所述柱形挡件的面对所述闭合板设置的下表面隆起有内环，该内环的直径略大于所述开口的直径并限定出一密封元件，该密封元件用于在所述挡件设置在倚靠所述下板的闭合位置时隔离所述出口和所述径向孔。
附图说明
以下将参照示出本发明非限制性实施例的附图描述本发明，其中：
图1是内燃机用燃料喷射系统的示意图，该燃料喷射系统设有根据本发明获得的用于控制流量的截止阀；
图2是图1的流量截止阀的示意性侧剖视图；以及
图3是图2的流量截止阀的放大的示意性侧剖视图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总体上表示用于设有四个气缸3的内燃机2的燃料喷射系统。喷射系统1包括四个喷射器4，每个喷射器4均与一气缸3连接以将高压燃料喷射在气缸3自身的顶部内。
喷射器4从共轨5接收燃料，由高压泵6借助于输送管7向该共轨5供给高压燃料。又由低压泵8借助于高压泵6的进油管9向该高压泵6进行供给。低压泵8设置在燃料箱10内，喷射系统1内的过量燃料的再循环管11通向该燃料箱10，所述过量燃料由电磁排放阀12调节。
各喷射器4均适于在电子控制单元13的控制下向相应的气缸3中喷射可变量的燃料，所述电子控制单元13与检测共轨5内的燃料压力的压力传感器14相连，该电子控制单元还对电磁排放阀12进行控制以向燃料箱10排放共轨5中可能存在的过量燃料。
高压泵6包括一对泵送元件15，每个泵送元件15均由具有泵送腔17的缸16形成，以往复运动方式移动的活塞18在由曲轴(未示出)致动的凸轮(未示出)的偏压作用下在该泵送腔17中滑动。各压缩腔17均设有相应的与进油管9连通的进油阀19和相应的与输送管7连通的输送阀20。
沿着进油管9设置有截止阀21，该截止阀21由电子控制单元13进行控制并且是打开/闭合(开/关)式的；换言之，截止阀21仅可采取完全打开位置或者完全闭合位置。具体地说，截止阀21设有有效的宽通道截面，从而允许为各泵送元件15进行充分供给而不产生压降。
高压泵6的流量仅通过利用截止阀21来进行控制，该截止阀21由电子控制单元13根据共轨5内的燃料压力而以断续方式控制。具体地说，电子控制单元13在各泵送元件15的吸入冲程的初始部分期间打开截止阀21并连续地调整截止阀21自身的闭合，以控制吸入冲程的有效吸入阶段的实际持续时间。必须强调的是两个泵送元件15在步调上彼此相反地被致动，因此通过进油管9送至高压泵6的燃料每次仅通过此时执行吸入冲程的一个泵送元件15吸入(与此同时，另一泵送元件15处于压缩阶段，其进油阀19可靠地闭合)。
如图2所示，截止阀21关于纵向轴线22基本上呈柱形对称，其通过环形柱状腔23径向(即，垂直于纵向轴线22)地接收燃料，并从下出口24轴向(即，与纵向轴线22同轴)地供给燃料。
截止阀21包括通过拉拔铁磁钢形成的顶部闭合的柱形管状体25，该管状体25设有柱形座26，该柱形座26的下部起燃料管作用。在环形腔23处，管状体25包括多个径向通孔27，它们具有允许燃料进入柱形座26内的功能。
在柱形座26内于径向孔27下方设有下板28，该下板28横向地焊接到管状体25上并设有限定出口24的中央通孔。柱状挡件29连接到下板28上，该柱状挡件29可在打开位置和闭合位置之间运动，在打开位置，出口24与径向孔27连通，在闭合位置，出口24与径向孔27隔离。
从柱状挡件29的面对闭合板28设置的下表面隆起有直径略大于出口24的内环30和设置在柱状挡件29的外缘处的外环31。内环30限定出一密封元件，该密封元件适于在挡件29设置在倚靠下板28的闭合位置时隔离出口24和径向孔27。
挡件29通过被压缩在该挡件29的上表面和管状体25的上壁之间的弹簧32而保持处于倚靠下板28的闭合位置。此外，设有电磁致动器33，该电磁致动器33由电子控制单元13驱动，以使挡件29克服弹簧32的偏压而从闭合位置移动到打开位置。
电磁致动器33包括：线圈34，其绕管状体25的外部设置并被封装在塑性材料制成的环形壳体35中；固定磁极36，其由铁磁材料形成并在线圈34处设置在管状体25内；以及由铁磁材料形成的柱形的活动保持件37，其与挡件29机械连接并适于在线圈34被激励(即，电流流过线圈)时被磁极36磁性吸引。此外，电磁致动器33包括由铁磁材料形成的管状磁性壳体38，该磁性壳体38设置在管状体25的外部并包括容纳线圈34的环形座39以及由铁磁材料形成的环形磁性垫圈40，该磁性垫圈40设置在线圈34上方以引导磁通在线圈34自身周围闭合。优选的是，在磁性壳体38的外表面上形成两个座以容纳两个由弹性材料制成的密封环41。此外，在磁性垫圈40上方于管状体25周围设置有锁环42，该锁环42将磁性垫圈40和线圈34保持在适当位置以防止磁性垫圈40和线圈34从管状体25脱离。
保持件37为管形并在下部焊接到挡件29自身的外缘处。优选的是，穿过保持件37的中央贯通开口43设置弹簧32，并且该弹簧32的上端容纳于在磁极36中形成的容纳腔44中。
根据优选实施方式，保持件37的外柱面45和保持件37的上环形面46覆有镀铬层47(其厚度示例性地为20至30微米)；必须强调的是，铬是非磁性金属并具有低滑动摩擦系数(小于钢的一半)。保持件37的上环形面46上的镀铬层47的功能是防止保持件37磁性附着到磁极36上而在保持件37和磁极36之间一直保持有最小间隙。保持件37的外柱面45上的镀铬层47的功能是便于保持件37相对于管状体25滑动并均衡侧间隙(使保持件27和管状体25之间一直保持最小间隙)，从而避免侧向磁性附着并平衡径向磁力。
根据优选实施方式，挡件29具有多个通孔，它们布置在内环30和外环31之间，主要功能是避免在挡件29移动期间发生燃料泵送现象。此外，这些通孔允许一定燃料在保持件37的中央贯通开口43以及磁极36中形成的容纳腔44内通过，从而能充分冲刷整个保持件37。就此而言，必须强调的是外环31的存在意味着在燃料朝出口24流动期间载荷的局部损失较小，而这样的局部载荷损失有利于使沿着保持件37的侧面并通过所述通孔的燃料流较小，从而改善对保持件37的冲刷。
根据优选实施方式，挡件29由弹性钢制成并具有减小的厚度，从而以弹性方式在中央变形；就此而言，必须强调的是挡件29仅在其外缘处焊接到保持件37上，因此可以以弹性方式在中央变形。优选的是，挡件29的厚度为0.2mm至0.6mm并且特别是厚度为大约0.3mm。
挡件29的这种弹性变形性能允许弥补可能的余隙或制造公差而不使挡件29自身的最佳密封受损。此外，在挡件29从打开位置变到闭合位置时，弹簧32对着下板28推动挡件29，直至致使挡件29自身撞击下板28；借助于挡件29的中央可挠曲性，挡件29对下板28的撞击被外环31吸收而不会被必须具有高平面度以确保最佳密封的内环30吸收。换言之，在挡件29撞击下板28时，挡件29以弹性方式在中央变形决定了内环30略微升高，因此该内环不会吸收由撞击产生的能量。
在组装截止阀21期间，最后的操作之一是将下板28焊接到管状体25上；实际上，因为要通过实验确定下板28沿管状体25的确切轴向位置，从而补偿可能的余隙或制造公差并因此使截止阀21得到与标称性能相同或非常接近的性能，因而在标定步骤期间进行所述焊接操作。
上述截止阀21具有多种优点，因为其实施起来容易且节约成本，同时具有较高的不随时间改变的标称性能(特别是具有高响应速度)并与标称性能高度一致。因此，上述截止阀21具有非常有利的性价比。必须强调的是低制造成本与弥补或补偿制造公差的各种可能性有关；因此，不必要对截止阀21的各种部件进行高精度加工(该加工昂贵且会出现大量次品)。此外，线圈34设置在管状体25的外部，因此与燃料隔离(该方案在商业上被称为“干线圈”)；这样，不必对线圈进行液密隔离，并且线圈无需经受燃料产生的侵蚀，因此相对于由于与燃料接触而进行的等效隔离来说可能更简单且节约成本。

Claims (20)

1.一种内燃机(2)用燃料泵(6)的流量截止阀(21)，该截止阀(21)包括：
顶部闭合的柱形管状体(25)，该管状体(25)设有柱形座(26)，该柱形座(26)的下部起到燃料管的作用，并且该管状体(25)包括多个径向通孔(27)以允许将燃料引入所述柱形座(26)内；
下板(28)，该下板(28)在所述径向孔(27)下方设置在所述柱形管状体(25)内，并设有限定出所述燃料的出口(24)的中央通孔；以及
柱形挡件(29)，该挡件(29)连接到所述下板(28)上，并可在打开位置和闭合位置之间运动，在所述打开位置，所述出口(24)与所述径向孔(27)连通，而在所述闭合位置，所述出口(24)与所述径向孔(27)隔离；
所述截止阀(21)的特征在于，从所述柱形挡件(29)的面对所述闭合板(28)设置的下表面隆起有内环(30)，该内环(30)的直径略大于所述开口(24)的直径并限定出一密封元件，该密封元件用于在所述挡件(29)设置在倚靠所述下板(28)的闭合位置时隔离所述出口(24)和所述径向孔(27)。
2.根据权利要求1所述的截止阀(21)，其中，从所述柱形挡件(29)的面对所述闭合板(28)设置的下表面隆起有外环(31)，该外环(31)设置在所述柱形挡件(29)的外边缘处。
3.根据权利要求2所述的截止阀(21)，其中，所述挡件(29)设有多个通孔，这些通孔设置在所述内环(30)和所述外环(31)之间。
4.根据权利要求3所述的截止阀(21)，该截止阀包括弹簧(32)，该弹簧(32)被压缩在所述挡件(29)的上表面和所述管状体(25)的上壁之间，以将所述挡件(29)保持在倚靠所述下板(28)的闭合位置。
5.根据权利要求4所述的截止阀(21)，该截止阀包括电磁致动器(33)，该电磁致动器(33)用于使所述挡件(29)克服所述弹簧(32)的偏压而从所述闭合位置移动到所述打开位置。
6.根据权利要求5所述的截止阀(21)，其中，所述电磁致动器(33)包括：
线圈(34)；
固定磁极(36)，该磁极(36)设置在所述管状体(25)内；以及
柱形活动保持件(37)，该保持件(37)与所述挡件(29)机械连接，并适于在所述线圈(34)被激励时被所述磁极(36)磁性吸引。
7.根据权利要求6所述的截止阀(21)，其中，所述线圈(34)绕所述管状体(25)的外部设置并被封装在塑性材料制成的环形壳体(35)中；所述固定磁极(36)在所述线圈(34)处设置在所述管状体(25)内。
8.根据权利要求7所述的截止阀(21)，其中，所述电磁致动器(33)包括：
管状磁性壳体(38)，该磁性壳体(38)设置在所述管状体(25)的外部并包括用于容纳所述线圈(34)的环形座(39)；以及
环形磁性垫圈(40)，该磁性垫圈(40)由铁磁材料形成并设置在所述线圈(34)上方，以引导磁通在所述线圈(34)自身周围闭合。
9.根据权利要求8所述的截止阀(21)，该截止阀包括锁环(42)，该锁环(42)设置在所述磁性垫圈(40)上方并在所述管状体(25)周围，以将所述磁性垫圈(40)和所述线圈(34)保持在适当位置并防止所述磁性垫圈(40)和所述线圈(34)从所述管状体(25)脱离。
10.根据权利要求6所述的截止阀(21)，其中，所述挡件(29)在其外缘处焊接到所述保持件(37)上。
11.根据权利要求6所述的截止阀(21)，其中，所述弹簧(32)穿过所述保持件(37)的中央贯通开口(43)而设置，并且该弹簧(32)的上端容纳于在所述磁极(36)中形成的容纳腔(44)中。
12.根据权利要求6所述的截止阀(21)，其中，所述保持件(37)的上环形面(46)覆有镀铬层(47)。
13.根据权利要求6所述的截止阀(21)，其中，所述保持件(37)的外柱面(45)覆有镀铬层(47)。
14.根据权利要求12所述的截止阀(21)，其中，所述镀铬层(47)的厚度为20至30微米。
15.根据权利要求1所述的截止阀(21)，其中，所述挡件(29)由弹性钢形成并具有减小的厚度，从而以弹性方式在中央变形。
16.根据权利要求15所述的截止阀(21)，其中，所述挡件(29)的厚度为0.2mm至0.6mm。
17.根据权利要求15所述的截止阀(21)，其中，所述挡件(29)的厚度为大约0.3mm。
18.根据权利要求1所述的截止阀(21)，其中，所述下板(28)横向地焊接到所述管状体(25)上。
19.一种组装根据权利要求1所述的截止阀(21)的方法，该方法包括以下步骤：
在标定步骤期间将所述下板(28)焊接到所述管状体(25)上；以及
通过实验确定所述下板(28)沿所述管状体(25)的确切轴向位置，从而补偿可能的余隙或制造公差，并因此从所述截止阀(21)得到与标称性能相同的性能。
20.一种用于设有四个气缸(3)的内燃机(2)的燃料喷射系统(1)，该喷射系统(1)包括：
多个喷射器(4)，每个喷射器(4)均与一气缸(3)相连，以将高压燃料喷射到该气缸(3)自身的顶部内；
共轨(5)，该共轨(5)向所述喷射器(4)供给燃料；
高压泵(6)，该高压泵(6)借助于输送管(7)向所述共轨(5)供给燃料；
低压泵(8)，该低压泵(8)借助于所述高压泵(6)自身的进油管(9)向该高压泵(6)供给燃料；
打开/闭合式截止阀(21)，该截止阀(21)根据权利要求1而获得，并沿所述进油管(9)设置在所述低压泵(8)和所述高压泵(6)之间；
以及
控制单元(13)，该控制单元(13)用于以断续方式对所述截止阀(21)进行控制，从而相应地调节所述高压泵(6)中的实际流量。
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