CN101253326B - 用于避免对阀构件的火花损害的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于抑制对电磁阀组件(38)的部件的火花损坏的装置。所述组件可包括具有螺线管线圈(48)的螺线管(40)和可在螺线管线圈的作用下移动的衔铁(50)。所述衔铁可以可操作地连接有阀构件(66)，该阀构件(66)构造成选择性地接触阀座(62，64)。所述电磁阀组件关联有一元件(70)，该元件(70)构造成抑制阀组件的两个或多个部件之间的火花放电。

Description

用于避免对阀构件的火花损害的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于避免对阀构件的火花损害的装置和方法，更具体地涉及一种用于避免对电磁阀组件中的阀构件的火花损害的装置和方法。

背景技术

发动机有时使用燃油喷射系统来将燃油引入发动机的燃烧室中。燃油喷射系统可具有任何类型，并可在系统中包含一定数量的喷油器。除了控制燃油流动的各种阀，喷油器可包括电磁阀组件。电磁阀组件可包括螺线管和相关联的阀。螺线管可包括在通电时用作磁体的螺线管线圈、衔铁和偏压弹簧。

在螺线管线圈通电时，迅速形成环形的磁通量场。尽管在理想情况下被限制在螺线管线圈内，实际上，磁通量很容易存在于其它部件如偏压弹簧的边缘。可导电的偏压弹簧与该磁场之间的相对运动将在偏压弹簧中产生感应电压。感应电压将造成流过电磁控制阀组件的阀构件的电流。然后，协同操作的阀构件的相对运动将造成电弧，这将导致一个或多个阀构件产生点蚀。

已经开发出至少一种系统以减轻当电流流过阀构件和当阀开启时可发生在阀的阀座上的点蚀。例如，于1982年7月27日授予Canup等人的US专利No.4,341,196(′196专利)公开了一种用于有目的地引导电流通过喷油嘴阀的系统。开启阀切断电流，以产生用于启动发动机中点火的控制信号。特别地，′196专利的系统提供了一种用于限制阀座处的电压和电流以避免燃油隔离层故障和阀座点蚀的电路系统元件。

在为了能产生点火信号而有目的地形成电流的特定情况下，′196专利的系统对于避免点蚀可能是有效的。但是，从成本的观点看来，在电磁阀组件中沿′196专利所公开的线路引导电路以控制一不期望的电路系统可能是无效的。并且，所述系统可能过于复杂而不能有效地进行设计和实现。

本发明公开的装置和方法有助于克服现有技术中的一个或多个缺点。

发明内容

所公开的一个实施例包括一种用于抑制对电磁阀(螺线管操作阀)组件的部件的火花损坏的装置。所述组件可包括具有螺线管线圈的螺线管和可在螺线管线圈的作用下运动的衔铁。该衔铁可可操作地连接有一阀构件，该阀构件构造成选择性地接触阀座。电磁阀组件可联接有一元件，该元件构造成抑制阀组件的两个或多个部件之间的火花放电。

所公开的另一实施例包括一种制作能防止火花放电的电磁阀组件的方法。该方法可设置包括螺线管的螺线管致动单元，以相对于阀座选择性地定位阀构件。该方法还可在螺线管和阀构件之间设置隔离(绝缘)元件，以抑制螺线管和阀座之间的电流。

所公开的另一实施例可包括一种发动机，该发动机具有至少一个气缸和构造用于向所述至少一个气缸供给燃油的喷油器。所述喷油器可包括具有螺线管线圈的螺线管和构造成在螺线管线圈的作用下运动的可动衔铁。所述喷油器还可包括与螺线管相关联并可操作地与可动衔铁相连的偏压弹簧。可动衔铁可以可操作地连接有阀构件，该阀构件构造成选择性地接触阀座。另外，可构造一隔离元件以抑制喷油器的两个或多个部件之间的火花放电。

附图说明

图1是示例公开的用于发动机的燃油喷射系统的概略示意图；

图2是示例公开的用于图1的燃油喷射系统的喷油器的剖面图；

图3是电磁阀组件的概略示意图；以及

图4是电磁阀组件的另一实施例的概略示意图。

具体实施方式

图1概略示出具有燃油喷射系统12的发动机10。发动机10可包括发动机气缸体14，该发动机气缸体限定有多个气缸16、可滑动地布置在各气缸16中的活塞18以及与各气缸16相关联的气缸盖20。气缸16、活塞18以及气缸盖20形成燃烧室22。

燃油喷射系统12包括协同操作以将燃油输送到喷油器24的部件，所述喷油器24则将燃油送入各燃烧室22中。具体地，燃油喷射系统12可包括供油箱26、燃油泵28、具有止回阀32的燃油管线30和集管34。从集管34处，燃油通过燃油管线36供给各喷油器24。各喷油器24可包括一个或多个电磁阀组件38。

图2是示例喷油器24的剖面图。喷油器24可包括电磁阀组件38。电磁阀组件38可包括螺线管40。螺线管40控制位于喷油器体部60内的阀42，该阀42则控制燃油向喷油器阀针44的流动，所述阀针44与孔46配合以将燃油注入燃烧室22(图1)中。

图3是可用于例如如图2所示的喷油器24的电磁阀组件38的相关部件的经简化的概略示意图。螺线管40可具有螺线管线圈48和衔铁50。螺线管线圈48可至少部分地被壳体53包围。

在向螺线管线圈48供以电流时，形成磁场，螺线管线圈48变作磁体。由于衔铁50由磁吸引性材料如铁磁材料构成，因此该衔铁50在螺线管线圈48的作用下运动。在图3中，例如，在向螺线管线圈48供以电流时将使衔铁50朝向螺线管线圈48向上运动。

所述螺线管可包括柱塞52和衔铁垫圈56、57。偏压弹簧58可操作以使衔铁50相对于螺线管壳体53运动。在此，如图所示，衔铁50和柱塞52在磁体的作用下沿向上的方向运动，当停止向螺线管线圈48供给电流时，偏压弹簧58使衔铁50和相连的柱塞52沿相反-或向下的方向-偏置(图3)。

螺线管40可与喷油器24的喷油器体部60相连(图2)。喷油器体部60可与阀42的阀座62和64相接触。柱塞52可与一阀构件66直接相连。柱塞52的上端部可具有螺纹以接纳螺母55，该螺母使得柱塞52和阀构件66可借助柱塞套筒54和衔铁垫圈56、57而被固定到衔铁50上。阀构件66可构造成选择性地接触阀座62、64。阀构件66可与阀座62和64配合以控制阀42和燃油的流动。

当允许电流流向螺线管线圈48时，在螺线管线圈48周围产生磁场。在向螺线管线圈48供以电流期间以及在供给螺线管线圈48的电流停止时，所述磁场均在运动的偏压弹簧58中感应出电压。该感应电压将允许电流流过电磁阀组件38的彼此相连的导电部件。同时，衔铁50可在磁场的作用下或者在偏压弹簧58的作用下运动，并使阀构件66与阀座-例如阀座62或阀座64-相接触或相分离。当电流停止流向螺线管线圈48时，所述磁场将消失，偏压弹簧58将使衔铁50运动，由此使得相连的阀构件66离开阀座62朝向阀座64运动。类似地，当允许电流流向螺线管线圈48时，阀构件66则将移动离开阀座64以与阀座62相接触。在任一情况下，当阀构件66到达或离开阀座时，可能会因为由于磁场而在偏压弹簧58中感应出的电压造成的电流而发生电弧或火花放电。这将导致阀构件例如阀座62或64产生点蚀。

在一个实施例中，设有隔离元件以抑制在电磁阀组件38的两个或多个部件之间的火花放电。图3示出一实施例，其中，隔离元件将电磁阀组件38的导电部件的相互连接断开，以防止电流流向阀构件66和阀座62、64。在一个示例性实施例中，所述隔离元件可以是布置在偏压弹簧58和壳体53之间的间隔件70。间隔件70可以形成不同形式。例如，间隔件70可以是单一件，或者可包括多个件。在一个示例性实施例中，间隔件70可包括盘72和套74。盘72和套74可以是单独(独立)的元件。或者，盘72和套74可以一体地形成。在一个实施例中，可具有盘72而不具有套74。在另一实施例中，可具有套74而不具有盘72。盘72和套74可具有各种尺寸。例如，盘72可沿壳体53的上表面延伸超出图3所示(的情况)，套74可沿偏压弹簧58的长度延伸超出图3所示(的情况)。在间隔件70和偏压弹簧58之间可具有导电垫片76。或者，可不设置导电垫片76。

所述隔离元件可由任何能够使电磁阀组件38的导电元件之间的电流充分断开的适宜的材料制成。例如，所述隔离元件可由适宜的聚合物例如聚硫苯醚(PPS)制成。所述隔离元件还可由任何适宜的陶瓷材料例如锆化铝(铝酸锆)制成。

在另一实施例中，所述隔离元件可以是位于电磁阀组件38的导电部件上的电绝缘材料涂层。所述涂层可以是任何类型的电绝缘材料，例如陶瓷材料。电磁阀组件38的导电部件中的任一个或任意的组合均可设置有电绝缘材料涂层。例如，可为壳体53的内表面设置涂层78，为垫片76设置涂层80，为柱塞套筒54设置涂层82，为上部衔铁垫圈56设置涂层84，为下部衔铁垫圈57设置涂层86，以及/或者为柱塞52和所连接的阀构件66的上部设置涂层88。

在一个实施例中，套74可以是设置成例如围绕盘72、垫片76和偏压弹簧58的至少一部分的外径部分的由适当聚合物材料制成的收缩管(热缩管)。或者，套74可以是将金属部件与螺线管线圈48至少部分地分离开的塑料套。

代替所述隔离元件或者作为所述隔离元件的补充，可设置形式为降磁通量间隔件的元件以减少偏压弹簧58的边缘磁通量。所述特征可例如通过用不锈钢形成上部衔铁垫圈56而实现。

图4是可在例如如图2所示的喷油器24中使用的电磁阀组件38的相关部件的又一实施例的简化的概略示意图。图4中的与图3中的元件对应的元件具有相同的参考标号。在图4中，间隔件70可以是例如由聚合物制成的盘72’。盘72’可由市售的商标为MYLAR^TM的聚合物制成。如图4所示，盘72’可位于壳体53与已有的金属垫片76和已有的金属套74’之间。当然，盘72’可以由任何适宜的电绝缘材料例如陶瓷材料制成。

用于避免火花损坏的其它手段包括减少偏压弹簧58中的绕圈的数量或者将线圈彼此短路以使感应电流最小或消除感应电流。通过将贝氏弹簧组作为偏压弹簧，火花损坏可被充分地抑制。避免火花损坏的另一种方法可以是通过在电流路径中设置电阻而增加对任何感应电流的电阻。避免火花损坏的又一种方法可以是设置短路以引导电流围绕阀构件而不是通过阀构件。避免火花损坏的再一种方法可以是降低流向螺线管线圈48的电流，并由此减少不被希望的流向阀构件的感应电流。

工业适用性

本发明所公开的实施例可适用于其中不被希望的感应电流会在相关联的阀构件中造成火花放电的任何类型的电磁阀组件。在一个示例公开的实施例中，所述电磁阀组件可以是燃油喷射系统12的一部分。

图3和4示出其中本发明可在喷油器的电磁阀组件的背景下实施的示例方式。实践一般表明，为了节省空间和有效地组装，喷油器24的电磁阀组件38的金属部件或其它导电部件可能紧密地彼此相连。在电磁阀组件38中，致动喷油器24中的螺线管40通常需要非常迅速地起动螺线管线圈48。例如，在2200rpm、4喷射(shot)的系统中，可以是73喷射/秒。这相当于264,000喷射/小时。假设电弧较大地间断而只发生1％的时间，则仍然相当于2,640电弧/小时。在喷油器24的阀42中，表面之间的面对面接触的面积通常仅有0.72mm²。这样可以看出，典型的阀座62、64可能会受到强大的电弧或火花放电，并导致点蚀和磨损。

所述隔离元件以包括盘72(或72’)和/或套74的间隔件70以及/或者涂层78、80、82、84、86、88的形式示出。但是，应理解到，除了隔离元件如此放置以有效地阻断导致阀元件之间出现电弧的电路外，隔离元件的具体形状或隔离元件的具体位置并不限制于此。例如，可以在形成通过偏压弹簧58、壳体53、喷油器体部60、阀座62、64、阀构件66、柱塞52、衔铁50、衔铁垫圈56、57、柱塞套筒54、螺母55、金属套筒74’(图4)、垫片76或存在于电磁阀组件中的能够允许电流流向阀元件的任何其它部件的电路中的任一点放置充分电绝缘的结构。

所述隔离元件或其它隔离结构可由具有适用于目标环境中的特征的各种隔离结构形成。例如，可以使用多种聚合物、陶瓷和用作电绝缘材料的复合材料。隔离元件或其它隔离结构可通过多种方式保持定位，例如利用紧固件机械联接、粘结或成型定位。

尽管在此公开成适用于燃油喷射螺线管阀，显然所公开的实施例可适用于其它类型的螺线管阀中。所公开的实施例预想能应用于任何使用螺线管阀的领域中，特别是在布置成电弧容易发生在阀部件之间的情况下。例如，所公开的实施例还可用于泵控制阀领域中。

所公开的方法预期具有这样的前景，即，电磁阀组件的各种普通部件，与由电磁阀组件的各种部件形成的导电电路的断开相配合，以防止阀构件和阀座之间的电孤。所述导电电路的断开可通过在电路的任意位置处放置电绝缘元件以避免电流和在阀部件之间出现电弧来实现。

螺线管和阀的定向对于实施所公开的系统并不关键。所述定向可明显不同于图中所示的定向。另外，所述阀可具有与单个阀座相配合的类型，或者具有与多个阀座相配合的类型，因为电弧和点蚀可发生在任一所述类型的阀中。

尽管已经说明了本发明的实施例，但是，本领域的技术人员可以显见，可对所公开的用于避免阀构件中的火花损坏的装置和方法作出各种变型和改变而不偏离本公开的范围。另外，本领域技术人员可从对说明书的思考中显见所公开的装置和方法的其它实施方式。所述说明书和示例应被认为只是示例性的，本公开的真实范围在所附权利要求及其等效方案中给出。

Claims (8)

1.一种用于抑制对电磁阀组件(38)的部件的火花损坏的装置，包括：

具有螺线管线圈(48)的螺线管(40)；

能在所述螺线管线圈的作用下移动的衔铁(50)；

与所述衔铁可操作地相关联的偏压弹簧(58)；

可操作地连接到所述衔铁上的阀构件(66)，该阀构件构造成选择性地接触阀座(62，64)；以及

与所述电磁阀组件相关联的隔离元件(70，78，80，82，84，86，88)，该隔离元件构造成抑制所述电磁阀组件的两个或多个部件之间的火花放电；

其中，该隔离元件包括设置在偏压弹簧的一端和螺线管的壳体(53)之间的间隔件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔离元件包括聚合物，并构造成抑制所述阀构件和所述阀座之间的火花放电。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔离元件包括陶瓷。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁阀组件包括衔铁、偏压弹簧，以及壳体、位于偏压弹簧和壳体之间的金属垫片(76)、位于偏压弹簧和衔铁之间的衔铁垫圈(56)中的至少一个；所述隔离元件包括位于所述壳体、金属垫片和衔铁垫圈中的至少一个上的绝缘材料涂层(78，80，84)。

5.一种能防止火花放电的电磁阀组件的制作方法，包括：

设置包括螺线管的螺线管致动阀(42)，以选择性地相对于阀座定位阀构件；

设置衔铁、偏压弹簧、壳体，以及位于偏压弹簧和壳体之间的金属垫片和位于偏压弹簧和衔铁之间的衔铁垫圈中的至少一个；

在螺线管和阀之间设置隔离元件，以抑制螺线管和阀座之间的电流以及

其中，设置隔离元件包括用绝缘材料涂覆金属垫片和衔铁垫圈中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述隔离元件包括聚合物和陶瓷材料中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，设置隔离元件包括在偏压弹簧和壳体之间插置绝缘间隔件。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，设置隔离元件包括在金属垫片和壳体之间插置绝缘间隔件。

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