CN101446254A - 带有液压阻尼的燃料喷射器 - Google Patents

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CN101446254A CNA2008101730203A CN200810173020A CN101446254A CN 101446254 A CN101446254 A CN 101446254A CN A2008101730203 A CNA2008101730203 A CN A2008101730203A CN 200810173020 A CN200810173020 A CN 200810173020A CN 101446254 A CN101446254 A CN 101446254A
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安德烈亚·里奇
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卢卡·古斯梅里尼
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Abstract

一种燃料喷射器(1)，具有：包括喷射喷嘴(3)的喷射阀(7)；可活动的柱塞(17)，其用于调节通过喷射阀(7)的燃料流，并终止于封头(20)，所述柱塞与所述喷射阀(7)的阀座(18)接合；致动器(6)，用于驱动所述柱塞(7)在所述喷射阀(7)的关闭位置和打开位置之间移动；环形止挡元件(25)，其构成为所述柱塞(17)的上行程端，并限定所述打开位置；和液压阻尼装置(25)，其适于当所述柱塞自身接近所述止挡元件(25)时，产生作用在所述柱塞(17)上的与所述柱塞(17)的朝所述打开位置的运动相反的液压力。

Description

带有液压阻尼的燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射器。
本发明发现了一种用于电磁喷射器的有利应用，因此，在不失一般性的情况下，将在下文中明确参照该应用。
背景技术
燃料喷射器包括具有中央供给通道的圆管形容纳体，它起到燃料管的作用，并止于由通过电磁致动器控制的喷射阀进行调节的喷嘴。该喷射阀设有柱塞，该柱塞刚性连接至电磁致动器的可活动的保持件，从而在电磁致动器自身的作用下，抵抗关闭弹簧的偏压，在喷嘴的关闭位置和打开位置之间移动，该关闭弹簧倾向于将柱塞保持在关闭位置中。柱塞止于封头，在关闭位置中，该封头被关闭弹簧偏压在喷射阀的阀座上，以防止燃料泄露。
柱塞的关闭位置通过喷射阀的阀座与封头的接触所限定，即喷射阀的阀座与封头的接触构成了柱塞的下行程端。柱塞的打开位置由柱塞的一部分与止挡元件之间的接触所限定，该止挡元件构成了柱塞的上行程端。
当驱动喷射器喷射燃料时，柱塞从关闭位置移动至打开位置，从而执行打开行程；在打开行程的末端，柱塞撞击构成上部行程端的止挡元件；一旦发生撞击，柱塞就回弹，并由此再次撞击止挡元件，以较低速度再次回弹，等等。换言之，形成衰减的振荡运动，在若干循环后，这导致柱塞将其自身与构成上部行程端的止挡元件固定接触。
当将喷射器保持打开相对长的喷射时间(即，比回弹所触发的振荡行为衰减完所需要的时间长的喷射时间)时，柱塞撞击构成上部行程端的止挡元件的上述回弹根本不会导致任何负面结果，这是由于当柱塞返回到关闭位置时，回弹所触发的振荡行为几乎衰减完。作为替换，当将喷射器保持打开较短的喷射时间(即，比回弹所触发的振荡行为的衰减所需要的时间短的喷射时间)时，柱塞撞击构成上部行程端的止挡元件的上述回弹现象在喷射的燃料量上引入了较高的不确定性，这是由于当柱塞返回到关闭位置时，由回弹所触发的振荡形成尚未衰减完。
在由回弹触发的振荡行为过程中，柱塞可具有可变数值的正速度(即，可朝远离关闭位置的打开位置移动)，或具有可变数值的负速度(即，可朝远离打开位置的关闭位置移动)。当在回弹所触发的振荡行为期间发出关闭指令时，柱塞可以不确定的方式(即，不能通过理论预知的)具有反抗关闭的正速度或促进关闭的负速度；在这两种情况下，关闭时间显著不同，由此，即使柱塞的打开时间相同，所喷射的燃料量也会以不能通过理论预知的方式随机变化。
值得强调的是，回弹所触发的振荡行为受到多个因素的影响，这些因素是难于预知的，具有一定的随意性；因此，由回弹触发的振荡行为基本上是不确定的，并由此，不能精确地通过理论预知，且不能通过经验、例如通过补偿喷射时间来进行补偿。
如前所述，由于受到了回弹所触发的振荡行为的影响，对于较短的喷射时间，所喷射的燃料量以不能通过理论预知的方式随意变化；因此，对于较短的喷射时间，喷射时间/所喷射的燃料量特性显示出显著缺乏线性和较高的随意性(即，缺少可重复性)。这种对于较短喷射时间的线性和可重复性的缺乏在现代内燃机中是极其有害的，其中，需要准时且非常精确的扭矩控制，从而有效地执行牵引和车辆稳定性控制。
发明内容
本发明的目的是制作一种燃料喷射器，它不具有上述缺点，并特别易于制造，且节省制造成本。
根据本发明制造的燃料喷射器，它包括：
喷射阀，其包括喷嘴；
可活动的柱塞，其用于调节通过喷射阀的燃料流，并止于接合喷射阀的阀座的封头；
致动器，其用于在喷射阀的关闭位置和打开位置之间移动柱塞；
和
止挡元件，其构成了柱塞的上部行程端，并限定了打开位置；
该喷射器的特征在于，它包括液压阻尼装置，该装置适于当柱塞自身接近止挡元件时，产生作用在柱塞上的抵抗柱塞朝打开位置移动的液压力。
附图说明
现将参照示出了其某些非限定性实施例的附图来描述本发明，其中：
图1是根据本发明的燃料喷射器的截面侧视图，其中为清晰起见去除了一些部件；
图2是示出图1中的燃料喷射器细节的放大视图；
图3是示出标准燃料喷射器的喷射时间/喷射燃料量的特性图；
图4是示出图1中的燃料喷射器的喷射时间/喷射燃料量的特性图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总体上指代燃料喷射器，喷射器1基本显示出绕纵轴线2圆柱对称，并且喷射器1控制成从喷嘴3喷射燃料。喷射器1包括支撑体4，支撑体4的形状为具有沿纵轴线2的可变截面的圆管形，并且支撑体具有沿其整个长度延伸的供应通道5以将加压燃料供应到喷嘴3。支撑体4在其上部容置有电磁致动器6并在其下部容置有限定供应通道5下端的喷射阀7。使用时，电磁致动器6致动喷射阀7以调节通过喷嘴3的燃料流，这种调节由喷射阀7自身实现。
优选地，支撑体4包括容置电磁致动器6的上部4b，和容置喷射阀7的下部4a，上部4b和下部4a通过焊接连结在一起。
电磁致动器6包括容置在支撑体4内的固定位置处的电磁体8，并且当电磁体8被激励时，它使由铁磁性材料制成的可活动的保持件9克服用于将可活动的保持件9保持在喷射阀关闭位置的关闭弹簧10的偏置力沿轴线2从喷射阀7的关闭位置移动到喷射阀的打开位置。可活动的保持件9具有中心轴线通孔11(即平行于纵轴线2)以使燃料能够流向喷嘴3。电磁体8还包括：借助于电线13由电子控制单元(未示出)电激励的线圈12，和固定磁轭14，固定磁轭14容置于支撑体4内并具有用于使燃料能够流向喷嘴3的中心轴线通孔15(即平行于纵轴线2)。
可活动的保持件9是移动元件16的一部分，移动元件16还包括挡门或柱塞17，柱塞17具有与可活动的保持件9一体的上部和与喷射阀7的阀座16配合的下部，以便以已知方式调节通过喷嘴3的燃料流。设于可活动的保持件处的柱塞17上部具有肘形供给孔19，供给孔19具有上轴向入口和四个下径向出口(在图1中仅示出3个)。穿过可活动的保持件9的中心孔11的燃料经上轴向入口进入到柱塞17的供给孔19中，然后经下径向出口从柱塞17的供给孔19排出。根据附图中示出的实施方式，供给孔19包括限定上轴向入口的第一轴向孔和设置成十字形并限定下径向出口的四个径向孔。
如上所述，显而易见在柱塞17的供给孔19上游，燃料经供应通道在中心流动，同时在柱塞17的供给孔19的下游，燃料经供应通道沿侧面流动。显然，为了使燃料能够经供应通道沿侧面流动，柱塞17的外径比供应通道5的内径小。
柱塞终止于适合紧靠阀座18设置的封头20，阀座18的形状是封头20的形状的互补的复制。阀座18的下游是由焊接到支撑体4的板22形成的半球形喷射室21，至少限定喷嘴3的一个通孔横穿喷射室21。
电磁体8的可活动的保持件9是环形且其直径小于支撑体4的供应通道5对应部分的内径，因此可活动的保持件9也不能作为柱塞17的上部导引件起作用。根据图1所示的实施方式，柱塞17包括相对且轴向间隔的用作柱塞17的上导引件和下导引件的成对的导引件23。每个导引件23均具有外径与供应通道5内径相等的凸起24部(在图1中仅示出两个)。通常，每个导引件23都具有对称分布成三角形或十字形的三个或四个凸起部24。显然，燃料可以穿过凸起部24之间的空隙流向喷嘴3。
如图2所示，在供应通道5内设有环形止挡元件25，止挡元件25构成柱塞17的冲程上止点并限定出口位置。换而言之，通过以下将详细描述的止挡元件25的作用来将柱塞17的打开动作停止在打开位置。限定关闭位置的柱塞17的冲程下止点是阀座18，由阀座18停止柱塞17的关闭运动。
此外，喷射器1包括适于在柱塞17上产生液压力的液压阻尼装置26，当柱塞17接近止挡元件25时，液压阻尼装置26对柱塞17施加与其向打开位置运动反向的力。根据优选实施方式，当柱塞17接近止挡元件25时，液压阻尼装置26适于在柱塞17上产生与其向打开位置运动反向的足够大的液压力，以平衡由致动器6施加在柱塞17上的力并在柱塞17撞击止挡元件25之前使柱塞17的运动停止。
换句话说，当柱塞17在打开运动终了时接近所述止挡元件25时，液压阻尼装置26产生作用在柱塞17上的液压力，该液压力抵挡柱塞17朝向打开位置的运动并逐渐地增大(即，柱塞17越靠近止挡元件25，该液压力则越大)，直到由致动器6施加在柱塞17上的力被完全平衡，从而在柱塞17撞击止挡元件25之前停止柱塞17的运动。值得强调的是，为了防止柱塞17撞击止挡元件25，这种液压力必须平衡致动器6施加在柱塞17上的力和由于朝向打开位置的运动而使柱塞17具有的惯性力(即，源于动能)两者。
根据不同的实施方式，液压阻尼装置26可以产生作用在柱塞17上的液压力，该液压力抵挡柱塞17朝向打开位置的运动并使柱塞17靠近止挡元件25的速度减慢，然而却不防止柱塞17(以低速)撞击止挡元件25。
根据图2所示的优选实施方式，液压阻尼装置26包括板27，板27与柱塞17成一体并具有面向止挡元件25的外冠部，以便与止挡元件25自身一起限定出环形的燃料通路28，该燃料通路28随着柱塞朝打开位置前进而呈现出逐渐减小的截面。抵挡柱塞17朝向打开位置的运动的液压力由于负载损失(压差)的逐渐增加而产生，该负载损失是随着环形通路28的截面由于板27靠近止挡元件25而变小，从而在环形燃料通道28中逐渐建立起来的。换句话说，板27的功能是创建出这样的环形燃料通道28：该环形燃料通道28随着柱塞17朝打开位置(即，朝止挡元件25)前进而呈现出逐渐减小的截面；随着环形通路28的截面由于板27靠近止挡元件25而变小，在环形燃料通道28中建立起来的压降的显著增大(当喷射器1的燃料供给压力为大约100bar时，该压降的数量级为数bar)产生抵挡柱塞17朝向打开位置的运动的液压力。
优选地，存在于可动的保持件9和固定磁轭14之间的间隙的轴向尺寸(即，沿着纵向轴线2的尺寸)是这样的：该尺寸总是比由止挡元件25限制的柱塞17的行程长度大，以确保该行程的长度由止挡元件25确定，而不是由可动的保持件9与固定磁轭14之间的抵接而确定。从上显见，存在于可动的保持件9和固定磁轭14之间的间隙从来都不会消失(因此避免了可动的保持件9与固定磁轭14之间的磁粘现象)，这是因为可动的保持件9从不与固定磁轭14接触；显然，在设计电磁体8的步骤中，必须将尺寸比传统的电磁喷射器的尺寸大的所述间隙的影响考虑进来。
在使用中，当电磁体8未受到激励时，可动的保持件9不被固定磁轭14吸引，且关闭弹簧10的弹性力连同柱塞17一起对可动的保持件9向下施加偏压，以将柱塞17保持在关闭位置；在这种情况下，柱塞17的封头20压靠在喷射阀7的阀座18上，从而防止了燃料泄漏。当电磁体8受到激励时，可动的保持件9抵抗着关闭弹簧10的弹性力被固定磁轭14以磁力吸引，且可动的保持件9连通柱塞一起向上移位，直到柱塞17的运动在如前所述的液压阻尼装置26的作用下而停止在打开位置；在这种情况下，可动的保持件9与固定磁轭14分离，柱塞17的封头20相对于喷射阀7的阀座18被提升起，且加压燃料可流过喷嘴3。
柱塞17的运动由下式决定，因此，使用下式来设定阻尼装置26的尺寸：
M      柱塞17的质量；
X      柱塞17的位置；
FMG   根据时间和柱塞17的位置而由电磁体8施加在柱塞17上的力；
FM   根据柱塞17的位置而由弹簧10的作用施加在柱塞17上的力；
FIDR   根据柱塞17的位置作用在柱塞17上的液压力(所有压差的影响的总和，包括由液压阻尼器26引起的影响)；
FV  根据柱塞17的速度作用在柱塞17上的粘性力；
R  由于柱塞17和两个行程终点之间的接触而作用在柱塞17上的约束反作用力(对于两个行程终点之间的中间位置，作用在柱塞17上的约束反作用力为零)。
已经观察到，在板27的尺寸相同的情况下，环形燃料通路28的残留高度(即当柱塞17停止在打开位置时沿纵轴线2测量得的轴向尺寸)在供应燃料压力增加的情况下增加，在喷射燃料的静态流率增加的情况下增加，在由关闭弹簧10产生的弹性力增加的情况下增加，并且在最小间隙电磁体8产生的磁力减小的情况下(即当柱塞17停止在打开位置中时)增加。
此外，已经观察到，在燃料供给相同的情况下，喷射燃料静态流率相同，并且由关闭弹簧10产生的弹性力相同，板27的外直径的增加并且因此止挡元件25的内直径的增加给予系统更大的稳定性，即减小柱塞17在打开位置(即最大抬升)附近的振荡。
借助液压阻尼装置26的作用，位于打开行程的终点的柱塞17不撞击止挡元件25并且因此不遭受任何类型的回弹(替代地，柱塞17可以以很低的速度撞击止挡元件25，并且因此具有很小的且随后基本上可忽略的回弹)。以这种方式，不出现由回弹触发的振荡行为，而且，在小的喷射时间的情况下，喷射的燃料量正比于喷射时间(即正比于喷射器1的打开时间)而没有任何不可预测的随机变动。因此，同样对于短的喷射时间，喷射时间/喷射燃料量特性具有高的线性度和可重复性。
通过比较图3中的图表和图4中的图表而很好地突显前述情况，图3中的图表示出标准燃料喷射器的喷射时间/喷射燃料量特性，图4中的图表示出上述燃料喷射器1的喷射时间/喷射燃料量特性。注意到，对于短的喷射时间，标准燃料喷射器的喷射时间/喷射燃料量特性显示出明显的非线性，而同样对于短的喷射时间，上述燃料喷射器1的喷射时间/喷射燃料量特性几乎完美地线性。
此外，在柱塞17(具体地，在与柱塞17成一体的板27)和止挡元件25之间不存在碰撞减小了两个部件自身之间的机械磨损并且不需要处理这种部件的外表面以增加它们的机械耐用性。因此，上述喷射器1具有特别长的工作寿命，减小的稳定时间(即，用来稳定其自身特征的磨合时间)并且对于制造来说也是节省成本的。
最后，由于在柱塞17(具体地，在与柱塞17成一体的板27)和止挡元件25之间没有接触，因此在柱塞17和止挡元件25之间没有液压粘滞现象。因此，一旦电磁体8的吸引作用被中断，上述喷射器1能够非常迅速地关闭。

Claims (9)

1、一种燃料喷射器(1)，包括：
喷射阀(7)，包括喷嘴(3)；
可活动的柱塞(17)，其用于调节通过喷射阀(7)的燃料流，并终止于封头(20)，所述封头与所述喷射阀(7)的阀座(18)接合；
致动器(6)，用于驱动所述柱塞(7)在所述喷射阀(7)的关闭位置和打开位置之间移动；
止挡元件(25)，其构成为所述柱塞(17)的上行程端，并限定所述打开位置；
所述喷射器(1)的特征在于包括液压阻尼装置(25)，其适于当所述柱塞(17)自身接近所述止挡元件(25)时，产生作用在所述柱塞(17)上的与所述柱塞(17)朝所述打开位置的运动相反的液压力。
2、如权利要求1所述的喷射器(1)，其中当所述柱塞(17)靠近所述止挡元件(25)时，所述液压阻尼装置(26)适于产生作用在所述柱塞(17)上的与所述柱塞的朝所述打开位置的运动相反的足够高的液压力，从而平衡所述致动器(6)施加在所述柱塞(17)上的力，并在所述柱塞(17)撞击所述止挡元件(25)之前停止所述柱塞的运动。
3、如权利要求1所述的喷射器(1)，其中所述液压阻尼装置(26)包括板(27)，其与所述柱塞(17)一体形成，并具有面向所述止挡元件(25)的外冠部，从而与所述止挡元件(25)自身一起限定环状燃料通路(28)，该环状燃料通路(28)随着所述柱塞(17)朝所述打开位置的行进而呈逐渐减小的截面。
4、如权利要求1所述的喷射器(1)，其中所述致动器(6)包括弹簧(10)，其朝向所述关闭位置偏压所述柱塞(17)。
5、如权利要求4所述的喷射器(1)，其中所述致动器(6)是电磁式的，并包括至少一个线圈(12)、至少一个固定磁轭(14)和至少一个可活动的保持件(9)，该保持件被所述固定磁轭(14)反抗所述弹簧(10)的偏置而磁力吸引，并机械连接到所述柱塞(17)。
6、如权利要求5所述的喷射器(1)，其中所述可活动的保持件(9)与所述固定磁轭(14)之间的间隙的轴向尺寸总是大于所述柱塞的由所述止挡元件(25)限定的行程的长度，以保证所述行程的长度由所述止挡元件(25)确定，而不是由所述可活动的保持件(9)与所述固定磁轭(14)之间的抵接确定。
7、如权利要求1所述的喷射器(1)，包括支撑体(4)，所述支撑体具有可变截面的圆管状形状，并具有在其下端由所述喷射阀(7)限界的供给通道(5)，所述柱塞(17)设置在所述供给通道(5)的内部，其具有比所述供给通道(5)的内径小的外径，并包括一对相互间隔开的导引件(23)，每个导引件具有其外径等于所述供给通道(5)的内径的凸起部(24)。
8、如权利要求1所述的喷射器(1)，其中所述柱塞(17)的上部具有供给孔(19)，所述供给孔是肘形的，并具有至少一个轴向入口和至少一个径向出口。
9、如权利要求8所述的喷射器(1)，其中所述供给孔(19)具有一个轴向入口和多个径向出口。
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