CN101358570A - 用于内燃机的具有平衡计量伺服阀的燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的具有平衡计量伺服阀的燃料喷射器。该喷射器(1)包括用于控制杆(10)以打开/关闭喷嘴的平衡计量伺服阀(5)。伺服阀(5)具有带控制腔(26)的阀体(7)，控制腔(26)配备有由轴向移动的闸门(47)打开/关闭的出口通路(42a)。闸门(47)与和电枢(17)分开的套筒(41)成一体，并由较硬材料通过高精度加工而制成。套筒(41)由设有侧表面(39)的轴向柄(38)引导，与出口通路(42a)连通的排放通道(42)延伸至该侧表面。闸门(47)以轴向滑动的方式结合至柄(38)，从而其在关闭通道(42)时基本平衡。闸门(47)包括能够关闭与出口通路(42)连通的环形腔(46)的尖锐边缘(45)，从而在通过电致动器(15)进行该关闭操作时使套筒(41)保持与电枢(17)接触。

Description

用于内燃机的具有平衡计量伺服阀的燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的具有平衡计量伺服阀的燃料喷射器，其中所述伺服阀控制喷射控制杆。
背景技术
通常，计量伺服阀包括具有用于加压燃料的校准入口孔的控制腔。控制腔配备有具有校准段的出口孔或排放孔，在电致动器的控制下通过轴向移动的闸门来打开/关闭该校准段。
已经提出了具有平衡计量伺服阀的喷射器，其中，闸门在关闭位置时受到基本为零的轴向压力，因此可以降低弹簧预加载荷和致动器的力。在公知的平衡计量伺服阀中，阀体包括用于致动器电枢的轴向引导件，该电枢与以不透流体的方式与轴向引导件接合的套筒形成的闸门成一体。轴向引导件由装配有排放通道的柄(stem)形成，该排放通道包括轴向段和至少一个延伸到柄的侧表面的校准径向段。由于套筒必须与柄的侧表面形成密封，并且闸门必须通过与止动元件接合而关闭排放通道，因此它们必须进行极高精度的加工，并且必须使用高质量且极硬的材料制成。这种材料的导磁率有限，因此电致动器的功率必须非常大。此外，因为电枢呈缺口盘的形式并且与套筒成一体，所以整个套筒—电枢组件必须用这种高质量材料制造，为此在这种材料中产生了许多费屑，并且加工非常困难且昂贵。最后，电枢和套筒的质量相当大，因此降低了运动元件的响应性。
发明内容
本发明的目的在于实施一种用于内燃机的具有平衡伺服阀的燃料喷射器，该燃料喷射器简单且制造廉价，并且可以获得高的伺服阀响应性，从而消除上述缺点。
本发明的该目的通过一种用于内燃机的具有平衡计量伺服阀的燃料喷射器实现，其中所述伺服阀控制可沿轴向空腔移动的喷射控制杆，所述伺服阀具有阀体，所述阀体包括控制腔，该控制腔配备有燃料校准入口和与轴向柄承载的排放通道连通的出口通路，套筒承载闸门，所述套筒可以沿着所述柄运动并由电致动器的电枢控制，所述通道包括延伸至所述柄的侧表面的至少一个大致径向段，所述套筒通常以不透流体的方式与所述柄结合，从而其可以在所述段的关闭位置和打开位置之间轴向滑动，以控制所述控制杆的轴向运动，所述燃料喷射器的特征在于，所述电枢与所述套筒分开，并且所述电枢能够通过采用弹性装置将所述套筒保持在所述关闭位置，所述电致动器能够控制所述电枢以克服所述弹性装置的作用。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在借助于附图仅以非限制性实施例的方式描述一些优选实施方式，在附图中：
图1是根据本发明第一变型的用于内燃机的具有平衡伺服阀的燃料喷射器的局部垂直剖视图；以及
图2是图1的变型的垂直剖视图。
具体实施方式
参照图1，附图标记1整体上表示用于尤其是柴油机循环的内燃机的燃料喷射器。喷射器1包括中空主体或壳体2，壳体2沿着纵向轴线3延伸，并具有适于与例如大约1800巴压力的高压燃料供应相连的侧入口4。壳体2终止于通过通道4a与入口4连通的喷嘴(未在图中示出)。
壳体2限定有轴向空腔6，空腔6容纳包括由附图标记7表示的阀体的计量伺服阀5。阀体7限定轴向孔9，喷射控制杆10可在压力下针对燃料紧密密封地在轴向孔9中轴向滑动。杆10在孔9中轴向移动，从而以公知方式控制用于喷嘴的闸门针(未示出)。
壳体2设有与空腔6同轴的另一空腔14，空腔14容纳包括电磁体16的致动器15，电磁体16适于控制电枢17。具体地说，电磁体16包括磁芯19，该磁芯19具有垂直于轴线3的用于电枢17的止动表面20，并通过支撑件21保持在适当位置。
致动器15具有轴向空腔22，其中容纳有压缩螺旋弹簧23，压缩螺旋弹簧23被预加载从而在与由电磁体16施加的吸引力的方向相反的方向上在电枢17上施加推力作用。弹簧23借助于由与弹簧23的引导销12成一体的凸缘24形成的同轴元件而作用在电枢17上。在电枢17和凸缘24之间放置有非磁性材料片13，以确保电枢17和磁芯19的表面20之间具有一定间隙。
阀体7包括计量控制腔26，该计量控制腔26具有由孔9的侧表面径向限定的容积。在轴向上，控制腔26的容积由杆10的端面25及孔9本身的底壁27限定。控制腔26通过入口通道28与入口4永久连通，以接收加压燃料。
通道28设有校准段29，校准段29在底壁27附近延伸到控制腔26中，这就是端面25有利地具有截锥形形状的原因。而在外侧上，入口通道28延伸到环形腔30，在主体2中形成并与入口4连通的通道32也延伸到环形腔30中。阀体7还包括容纳在空腔6的直径增加的部分34中的凸缘33。凸缘33轴向布置成与空腔6的内台肩35接触，下一步会更好地看到。
根据本发明，电枢17由轴向柄38形成的引导元件轴向引导。在图1的变型中，柄38与凸缘33成一体，凸缘33通过旋拧在部分34的内螺纹37内的螺纹环36而以不透流体的方式保持抵靠主体2的空腔6的内台肩35。柄38具有比凸缘33小得多的直径，并在与孔9的相对侧上，即朝向空腔22，沿着轴线3延伸超过凸缘33。柄38的外部由引导与电枢17相关的套筒41轴向滑动的圆柱形侧表面39限定。具体地说，套筒41具有圆筒形内表面40，该内表面40借助于以适当的直径间隙(例如小于4微米)联接或借助于插入专用密封元件而以基本不透流体的方式与柄38的侧表面39结合。
控制腔26还具有燃料出口通路42a，燃料出口通路42a具有通常直径在150微米和300微米之间的限制段或校准段53。出口通路42a与完全在凸缘33和柄38内部形成的通道42连通。通道42包括部分位于凸缘33内、部分位于柄38内沿着轴线3形成的轴向封闭段43。由于技术原因，通道42的轴向段43是校准段53的直径的至少四倍。通道42还包括与轴向段43连通的至少一个径向段44。在图1中，设置有两个径向段44，它们延伸到由柄38的侧表面39中的槽形成的环形腔46。
环形腔46在与凸缘33相邻的轴向位置处形成，并由套筒41的一部分打开/关闭，该部分形成了用于通道42的径向段44的闸门47。闸门47终止于适于接合截锥形表面49的尖锐边缘45，该截锥形表面49将凸缘33与柄部38相连。
具体地说，电枢17由与套筒41分开的缺口盘形成。盘17显然由磁性材料制成并可以通过简单地剪切金属片而获得。而套筒41必须以极高的精度(例如，以大约1微米的公差)来加工，从而既沿着柄38的侧壁39为加压燃料提供密封，又通过边缘45为环形腔46提供燃料密封。为此，使用非常硬的高质量材料例如工具钢来获得套筒41。套筒41的内表面40被精确地研磨，并且可对套筒41进行一种或多种热处理，例如回火或渗氮等，以赋予其更大的耐磨性和耐疲劳性。
套筒41能够在柄38上于电磁阀5的前进端止动位置或关闭位置与电磁阀5的退回端止动位置或打开位置之间流体密封地滑动。在前进端止动位置，闸门47关闭环形腔46，因此也关闭通道42的径向段44的出口。在退回端止动位置，闸门47充分地打开环形腔46，以允许径向段44从控制腔26、出口通路42a、排放通道42和环形腔46排放燃料。
套筒41的前进端止动位置由闸门47的撞击柄38的截锥形表面49的尖锐边缘45限定。而套筒41的退回端止动位置由轴向撞击磁芯19的表面20的电枢17限定，在电枢17和表面20之间插入有薄片13。在退回端止动位置，套筒41通过螺纹环36与套筒41之间的环形通路、电枢17中的缺口、空腔22及支撑件21中的开口31使环形腔46与喷射器的排放通道连通。
当闸门47位于前进端止动位置并形成密封时，在环形腔46中形成与喷射器的供应压力相等的压力水平。由于该压力，闸门47的一部分存在径向弹性变形，而对于腔46内的压力等于大气压力的情形，密封边缘45的直径会略微增大。
该直径增大使沿着套筒41的轴向作用的压力的合力产生略微的不平衡。通过将腔46内的压力与由边缘45的直径和套筒的圆筒表面40的直径之间含有的环形面积相乘而限定的该合力趋于使闸门47升起。然而，尽管该不平衡力小于由弹簧23施加的力，但是套筒41仍保留在前进端止动位置。当磁体16通电时，电枢17克服弹簧23的作用向磁芯19运动，结果，作用在套筒41上的压力的轴向合力使该套筒运动到退回端止动位置，从而撞击电枢17，因此闸门47将环形腔46打开。于是，燃料从控制腔26、通道42和环形腔46本身排出。控制腔26内的燃料压力迅速降低，导致杆10轴向向上运动，因而打开喷嘴。
相反，在电磁体16断电时，弹簧23通过凸缘24使电枢17托拽套筒14与其一起从磁芯19离开。此时，这使得闸门47回复到图1的前进端止动位置。这样，环形腔46再次关闭，从入口通道28进入的燃料在控制腔26内再次形成高压，结果杆10再次关闭喷嘴。
为了使计量伺服阀5的响应性更好，在远离环形腔46并因而远离闸门47且基本靠近孔9的底壁27的表面的出口通路42a中设置校准段53。这样，显著地降低了压力变化必须被控制的燃料容积。而在通道42中校准段53下游的燃料容积不会显著地影响控制腔26中的压力变化。
由于技术原因，校准段53应优选地布置在阀体7的单独元件中。在图1中，该单独元件由非常硬的材料制成的衬套54形成，该衬套54承载出口通道42a，包括校准段53，并与孔9的底壁27对应地固定在座55中，从而由衬套54的横向表面限定控制腔26。校准段53可以以较大的精度获得，例如，借助于放电或激光进行初始加工，然后借助于液体侵蚀实现有效的校准。
校准段53仅限于衬套54的部分轴向长度，而沿着衬套54的其余长度，出口通道42a的直径可大致小于或等于轴向段43的直径。在任何情况下，通道42的轴向段43和径向段44都可通过标准钻头、或者激光甚至放电在柄38的凸缘33e中形成，而无需任何特别的加工精度。
从上述已经看出，根据本发明的喷射器1相对于公知技术的优点很明显。首先，电枢17与引导套筒41分开允许优化电枢17的材料，从而优化电磁回路，并且可以选择高耐磨性的高质量材料用于套筒41，这样避免了还必须加工用该材料制成的电枢17的盘的缺点，那样会造成相当大的材料切屑浪费。用不太硬的材料制造电枢17自身因而变得更简单。最后，降低了电磁体16和弹簧23必须移动的移动元件的质量。
为了减少闸门47的打开时间，尤其是在喷射器47以低压力供给时，根据图2的变型，可以在套筒41的台肩50和阀体7的凸缘33之间插入弹簧51。应对弹簧51预加载，从而在电枢17被吸向磁芯19时，施加仅足以确保闸门47更快打开但比弹簧23施加的更小的力。
显然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对喷射器1进行其它修改和改进。例如，支撑件54可以去除，或采取与所示那些不同的形状。而且，通道42的径向段44的数量可以多于两个，并且可以等角度间距地和/或相对于轴线3倾斜地布置。校准段53又可以布置在通道42的径向段44上。阀体7可以分成两个部件，一个容纳柄38和部分凸缘33，另一个容纳凸缘33的其余部分和孔9。最后，可以用压电致动器装置代替电磁体16。

Claims (11)

1、一种用于内燃机的具有平衡计量伺服阀的燃料喷射器(1)，其中所述伺服阀(5)控制可沿轴向空腔(6)移动的喷射控制杆(10)，所述伺服阀(5)具有阀体(7)，所述阀体(7)包括控制腔(26)，该控制腔配备有燃料校准入口(29)和与轴向柄(38)承载的排放通道(42)连通的出口通路(42a)，套筒(41)承载闸门(47)，所述套筒(41)可以沿着所述柄(38)运动并由电致动器(15)的电枢(17)控制，所述通道(42)包括延伸至所述柄(38)的侧表面(39)的至少一个大致径向段(44)，所述套筒(41)通常以不透流体的方式与所述柄(38)结合，从而其可以在所述段(44)的关闭位置和打开位置之间轴向滑动，以控制所述控制杆(10)的轴向运动，所述燃料喷射器的特征在于，所述电枢(17)与所述套筒(41)分开，并且所述电枢(17)能够通过采用弹性装置(23)将所述套筒(41)保持在所述关闭位置，所述电致动器(15)能够控制所述电枢(17)以克服所述弹性装置(23)的作用。
2、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述柄(38)由凸缘(33)承载，所述闸门由所述套筒(41)的端部(47)形成并具有能够接合所述凸缘(33)和所述柄(38)之间的截锥形连接部(49)的尖锐边缘(45)。
3、根据权利要求2所述的喷射器，其中，所述径向段(44)延伸至由所述柄(38)中的槽形成的环形腔(46)，其特征在于，所述环形腔(46)中的燃料压力形成能够使所述套筒(41)保持与所述电枢(17)接触的轴向分量。
4、根据权利要求2所述的喷射器，其中，所述径向段(44)延伸至由所述柄(38)中的槽形成的环形腔(46)，其特征在于，设有使所述套筒保持与所述电枢(17)接触的其它装置。
5、根据权利要求4所述的喷射器，其中，所述其它装置包括弹性元件(51)，所述弹性装置(23)的作用超过该弹性元件(51)。
6、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述控制腔(26)由所述阀体(7)的底壁(27)限定，所述出口通路(42a)由所述底壁(27)承载并设有校准部(53)。
7、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述阀体(7)的所述底壁(27)设有能够接收保持所述出口通路(42a)的衬套(54)的座(55)，所述控制腔(26)由所述衬套(54)的横向表面限定。
8、根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于，所述阀体(7)与所述凸缘(33)成一体，并且所述通道(42)延伸穿过所述凸缘(33)，所述阀体(7)借助于螺纹环(36)以密封方式固定在喷射器主体(2)的空腔(6)中。
9、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述电枢(17)由磁性材料制成，而所述套筒(18)由适于进行高精度加工的硬材料制成。
10、根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于，所述材料适于热处理以赋予其更大的耐磨性和耐疲劳性。
11、根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于，所述套筒(41)的内表面(40)以大约1微米的公差进行加工。
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