CN101614173A - 配备有计量伺服阀的内燃机用燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配备有计量伺服阀的内燃机用燃料喷射器。一种燃料喷射器(1)，其具有喷射器主体(2)和控制杆(10)，该控制杆(10)可在喷射器主体(2)中沿着轴线(3)运动以控制喷嘴的打开/关闭，该喷嘴将燃料喷射到发动机的汽缸中；该喷射器主体(2)容纳具有控制腔(26)的计量伺服阀(5)，该控制腔(26)由控制杆(10)轴向地界定并且与入口(4)连通而且与排放通道(42)连通；该计量伺服阀(5)设置有闸门(47)，该闸门(47)在具有排放通道(42)出口的轴向引导件(38)上轴向滑动，以打开和关闭排放通道(42)，从而改变控制腔(26)内的压力；排放通道(42)具有至少两个节流部(53，44)，这两个节流部具有校准通路段并彼此串联布置，以沿着排放通道(42)来划分压降。

Description

配备有计量伺服阀的内燃机用燃料喷射器

技术领域

本发明涉及配备有计量伺服阀的内燃机用燃料喷射器。

背景技术

通常，用于内燃机的喷射器包括计量伺服阀，该计量伺服阀具有与燃料入口连通并与燃料排放通道连通的控制腔。计量伺服阀包括闸门(shutter)，该闸门在电致动器的作用下可轴向运动，以打开/关闭排放通道的出口开口并且使控制腔内的压力发生变化。进而，控制腔内的压力对喷射器的端部喷嘴的打开/关闭进行控制，从而将燃料供应到相关联的汽缸中。

排放通道具有校准段，该校准段对于计量伺服阀的校正操作尤其重要。具体地说，在校准段中，流体的流速与预定的压差有关。

在制造出的喷射器中，通过如下的步骤来制造排放通道的校准段：通过电子放电加工来进行打孔；随后进行消除任何打孔缺陷所必需的精整操作，即使这些缺陷较小，也必然会导致燃料流出现大的压降(pressuredrop)误差，最终导致离开控制腔的燃料的流速出现大的压降误差。

具体地说，精整操作是具有实验性质的，并通过如下的步骤来执行：使研磨液流过经由电子放电加工而形成的孔、设定该孔上游和下游的压力并检测流速，其中，流速趋于随着液体对孔的侧表面的研磨而逐渐增大，直到达到预设的设计值。此时，流体被中断：在使用中，得到的最终通路的段将以近似的方式确定压降和离开控制腔的燃料的流速，该压降等于在精整操作期间孔的上游和下游建立的压差，离开控制腔的燃料的流速等于预设的设计值。

在专利EP1612403所公开的喷射器中，排放通道具有在对闸门进行引导的轴向杆中形成的出口，该闸门由滑动套筒限定。排放通道的校准段与轴向杆同轴，并且在穿孔板中形成，该穿孔板在轴向上界定控制腔。在该校准段的下游，排放通道包括轴向段和随后两个相对的径向段，这些段一起限定了用于排放燃料的相对大的通路段。考虑到(例如)对于喷射器的大致1600bar的燃料供应压力，当计量伺服阀打开时或者更确切地说当对闸门进行限定的套筒上升到打开位置时，进入控制腔的燃料入口决定了控制腔中的压降下降至大致700bar然后，在排放通道的校准段的上游端和下游端之间，燃料压力从大致700bar下降至几个bar。

图16中用线示出的曲线是实验曲线，该曲线定性地示出了当伺服阀打开时离开控制腔的燃料流的压力趋势。控制腔内的压力为P₁(大致等于700bar，如上所述)，而在排放环境中，在轴向杆与对闸门进行限定的套筒之间的密封件(seal)的下游，压力为P_SCAR。在横坐标上示出了相对于控制腔的线性距离。具体地说：

-X_A：紧临校准段的出口的位置，

-X_RAD：在两个相对径向段上的入口位置，

-X_TEN：在轴向杆和对闸门进行限定的套筒之间的密封区的位置，

-X_SCA：燃料压力稳定自身的排放环境中的位置。

在实验上，由于压降大，导致气穴的产生。换言之，排放环境的上游的燃料压力降低到蒸汽压(用P_VAPOR表示)以下，对应于校准段的出口，在该校准段的出口处燃料流速度最大并且压力最小(P_MIN)。具体地说，蒸汽的比率(fraction)或百分比接近1。

随着通路段从位置X_A到位置X_TEN变得相对窄(即使大于校准段的通路段)时，燃料压力缓慢上升，紧临位置X_A的下游形成的蒸汽并非全部都回到液态。

因此，对应于位置X_TEN，蒸汽比率仍然大。对应于位置X_TEN，然后在通路段的增大最大。在该区域中，能够区分三种不期望的现象：

-由于通路段的快速增大，压力趋于上升并且先前形成的蒸汽泡趋于破裂；当在紧贴着对密封件进行限定的表面发生这种现象时，对这些表面造成不期望的磨损，

-在闸门关闭期间，在存在蒸汽时(即在“干燥”条件下)，在限定了密封件的表面之间发生接触，并随之产生冲击，这造成了进一步的磨损，

-另外，总是由于这些“干燥”条件，导致液体失去阻尼效应，并且出现闸门回弹，这样造成关闭伺服阀的延迟，并且随之而来的是注入的燃料的量相对于通过设计确定的量不期望地增大。

总结：由上述现象而导致的磨损大大降低了喷射器的寿命，而通过关闭阶段中的回弹使得喷射器不精确。

此外，为了产生大致700bar的压降，校准段必须具有极小的直径，这对于以高精度通过固定方式制造各种喷射器而言是极其复杂的。

在公开号为US2003/0106533的美国专利申请所公开的实施方式中存在相同的缺陷，这是由于排放通道具有与两个相对的径向出口段相同的布置，这两个出口段一起限定了相对大的通路段。与EP1612403所公开的实施方式不同的是，在由轴向滑动销限定的闸门中，形成排放通道。

发明内容

本发明的目的在于实现配备有计量伺服阀的内燃机用燃料喷射器，该喷射器能够以简单经济的方式来解决上述问题，同时尽可能地限制在闸门和轴向杆之间的密封区周围存在蒸汽的风险。

根据本发明，提供了一种内燃机用燃料喷射器；该喷射器端部具有用于将燃料喷射到相关联的发动机汽缸中的喷嘴，并包括：

中空喷射器主体，该中空喷射器主体沿着轴线方向延伸；

计量伺服阀，该计量伺服阀被容纳在所述喷射器主体中并包括：

a)电致动器；

b)控制腔，该控制腔与燃料入口连通并与燃料排放通道连通；所述控制腔内的压力控制所述喷嘴的打开/关闭；

c)闸门，该闸门响应于所述电致动器的动作而在所述排放通道的出口关闭时的关闭位置与所述排放通道打开时的打开位置之间轴向地运动，以改变所述控制腔内的压力；

其特征在于，所述排放通道包括至少两个节流部，所述两个节流部具有校准通路段并且彼此串联布置，以引起所述排放通道打开时的对应压降。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参照附图，仅以非限制性的实施例的方式来描述优选的实施方式，在附图中：

图1用剖面图在去除了一些部分的情况下示出了根据本发明的配备有计量伺服阀的内燃机用燃料喷射器的优选实施方式，

图2以较大的比例示出了图1中的细节，

图3与图2类似，并且以更大的比例示出了图1中的实施方式的变型，

图4至图9与图3类似，并且分别示出了图1中的实施方式的变型，

图10与图1类似，并以放大的比例示出了根据本发明的喷射器的第二优选实施方式，

图11与图10类似，并且示出了图10中的实施方式的变型，

图12与图2类似，并且示出了根据本发明的喷射器的第三优选实施方式，

图13示出了图12中的实施方式的变型，

图14与图1类似，并且示出了根据本发明的喷射器的第四优选实施方式，

图15以放大的比例示出了图14中的细节，

图16示出了当计量伺服阀打开时在排放通道中设置单校准段的现有技术喷射器中流出的燃料流的压力趋势，以及

图17与图16类似，并且示出了当计量伺服器打开时图1中的喷射器的压力趋势。

具体实施方式

参照图1，标号1整体上表示特别是采用狄塞尔循环的内燃机用燃料喷射器(局部示出)。喷射器1包括通常被称为“喷射器主体”的中空体或壳体2，壳体2沿着纵向轴3延伸并具有适于连接到高压(例如1600bar左右的压力)燃料供应管路的侧入口4。壳体2端部具有通过通路4a与入口4连通的喷嘴(未在图中示出)，该喷嘴能够将燃料喷射到所关联的发动机气缸中。

壳体2限定其中容纳有计量伺服阀5的轴向空腔6，计量伺服阀5包括被形成为单个部件并用附图标记7表示的阀主体。

阀主体7包括管状部8，管状部8限定了封闭的轴向孔9和中心脊12，该中心脊12相对于管状部8的圆柱形外表面在径向突出并且与主体2的内表面13结合(couple)。

控制杆10以不透液(liquid-tight)方式在孔9中轴向滑动，从而以公知且未示出的方式控制闸门针(shutter needle)，该闸门针打开和关闭喷嘴。

壳体2限定与空腔6同轴并容纳致动器15的另一个空腔14，该致动器15包括电磁体16和由电磁体16操作的缺口盘锚固件17。锚固件17由具有套筒18的单个部件形成，该套筒18沿着轴3延伸。替代地，电磁体16包括磁芯19并被支撑件21固定就位，该磁芯19具有与轴3垂直的表面20并限定了用于锚固件17的轴向止动件。

致动器15具有容纳线圈压缩弹簧23的轴向空腔22，该线圈压缩弹簧23被预加负载，以沿着与电磁体16所施加的引力相反的轴线方向对锚固件17施加推力。弹簧23的一端靠在支撑件21的内台肩上，而另一端通过在轴向上插入到弹簧23和锚固件17之间的垫圈24作用于锚固件17。

计量伺服阀5包括由管状部8的孔9的侧表面在径向上界定的控制腔26。控制腔26的一侧被通常呈截锥形的杆10的端面25界定，并且其另一侧被孔9的底面27界定。

控制腔26通过在部分8中形成的通路28与入口4永久连通以接收加压燃料。通路28包括校准段29，其一端在底面27附近通向控制腔26，另一端通向环形腔30，该环形腔30由部分8的表面11和空腔6的内表面上的环形槽31径向地界定。环形腔30的一侧由脊12轴向地界定，而另一端由垫圈31a轴向地界定。在主体2中形成通路32，该通路32与入口4连通并且进入到环形腔30中。

阀主体7包括限定了外凸缘(flange)33的中轴部，该外凸缘33相对于脊12在径向上突出并被容纳在空腔6的具有加大直径并且布置成与空腔6内的台肩35轴向接触的部分34中。凸缘33通过带螺纹的环形螺母36相对于台肩35紧固，并被旋拧入部分34的内螺纹37，以保证对台肩35的不透液密封。

阀主体7还包括用于锚固件17和套筒18的引导元件。该元件由大致圆柱形的杆38限定，该杆38的直径比凸缘33的直径小得多。杆38在与管状部8相反的方向上(即向着空腔22)沿着轴3突出到凸缘33之外。杆38被侧表面39外部地界定，该侧表面39包括用于对套筒18的轴向滑动进行引导的圆柱形部。具体地说，套筒18具有内筒面40，该内筒面40以大致不透液的方式，或者借助于具有适宜的直径间隙(例如，4微米)的联接件或借助于插入特定的密封元件，而与杆38的侧表面39结合。

控制腔26与燃料排放通道永久连通，该燃料排放通道整体上由附图标记42表示。

通道42包括封闭轴段43，在阀主体7(部分在凸缘33中并且部分在杆38中)中沿着轴3形成该封闭轴段43。通道42还包括径向的至少一个出口段44，出口段44从段43开始，并且在相对的一端在由杆38的侧表面39中形成的环形槽所限定的腔46处限定了开口在侧表面39上的出口。

具体地说，在图1和图2中的实施方式中，设置两个彼此在直径方向上相对的段44。

在接近凸缘33的轴向位置处形成腔46，并且通过对通道42的闸门47进行限定的套筒18的端部来打开/关闭腔46。具体地说，闸门47终止于截锥形的内表面48，该截锥形的内表面48能够接合(engage)位于凸缘33与杆38之间的截锥连接表面49，以限定密封区。

套筒18在杆38上与锚固件17一起在前进端止动位置和退回端止动位置之间滑动。在前进端止动位置，闸门47关闭环形腔46并因此关闭通道42的段44的出口。在退回端止动位置，闸门47使腔体46充分打开，以使得段44能够通过通道42和腔46排放来自控制腔26的燃料。通过闸门47打开的通路段呈截锥形，并且比单个段44的通路段至少大三倍。

通过闸门47的撞击位于凸缘33与杆38之间的截锥形连接表面49的表面48而限定套筒18的前进端止动位置。替代地，在芯19的表面20与锚固件17之间插入非磁性间隙片51的情况下，通过在轴向对芯19的表面20进行撞击的锚固件17来限定套筒18的退回端止动位置。在退回端止动位置，借助环形螺母36与套筒之间的环形通路、锚固件17中的缺口、空腔22和支撑件21上的开口52，使腔46与喷射器的排放通道(未示出)连通。

当电磁体16通电时，锚固件17与套筒18一起向着芯19运动，由此，闸门47将腔46打开。随后，从控制腔46排放出燃料：以此方式，控制腔26内的燃料压力下降，这造成杆10向着底面27轴向运动，并因此向着喷嘴的开口运动。

相反地，当电磁体16断电时，弹簧23与闸门47一起使锚固件17向着图1中的前进端止动位置运动。以此方式，腔46关闭，并且从通道28进入的加压燃料重建控制腔26内的高压，这导致杆10背离底面27运动并操纵喷嘴的关闭。在前进端止动位置，燃料施加到套筒18的轴向推力合力大致为零，这是由于腔46内的压力仅径向地作用于套筒18的侧表面40。

为了控制在打开和关闭闸门47时控制腔26内的压力变化的速度，通道42包括校准节流部。术语“节流部”是指如下通道部，在该通道部中对于燃料可用的总的通路段小于燃料流遭遇该通道部的上游和下游的通路段。具体地说，如果燃料流入单个孔中，则该节流部由该单个孔限定；另一方面，如果燃料流入平行布置并且因此而受到位于上游和下游之间相同压降的多个孔中，则该节流部由所述多个孔的全部来限定。

替代地，术语“校准”是指以下情况：以高精度来形成通路部分，从而精确地限定来自控制腔26的预定燃料流速并造成从上游到下游的预定压降。

具体地说，对于直径相对小的孔，通过实验性质的精整操作以精确的方式实现校准，该精整操作通过如下步骤执行：使研磨液穿过先前制造的孔(例如，通过电子放电或激光)，设置该孔的上游和下游的压力并读取穿过该孔时的流速，该流速随着液体对孔的侧表面的磨损(水力侵蚀或水力研磨)而趋于逐渐增大，直到达到预建的设计值。此时，使流动中断：在使用中，通过使孔的上游的压力等于在精整操作期间建立的压力，得到的最终通路段限定了压降和燃料流速，该压降等于在精整操作期间孔创建的上游和下游的压差，该燃料流速等于预设的设计流速。

例如，通道42的节流部的直径在150微米至300微米之间，而借助通用的钻头在不需要特殊精度的情况下在阀主体7中得到通道42的段43，以实现比校准节流部的直径大至少四倍的直径。

根据本发明，存在至少两个节流部，并且它们沿着通道42彼此串联布置(在附图中，节流部的直径仅出于完整性目的示出而非按比例示出)，从而使得当闸门位于其退回端止动位置时各后续压力下降，这将在随后更好地描述。显而易见，在两个后续的节流部之间，通道42包括加大的中间段，即具有比这两个节流部的通路段都大的通路段。

在图1和图2中的实施方式中，校准节流部中的一个由两个段44的组合来限定，而另一个由附图标记53表示并被形成与阀主体7分离的单独元件并且随后对应于孔9的底面27被固定。具体地说，校准节流部53布置在由相对硬的材料形成的圆柱形衬套54中，从而限定了容纳在阀主体7的支座55中并且与底面27齐平布置的插入件。衬套54的外直径例如使得在上述精整操作之后，通过过盈配合而能够插入并固定在支座55中。

校准节流部53仅针对衬套54的长度的一部分而轴向延伸并且位于与段43相邻的位置，而衬套54的剩余部分具有直径较大的轴向段43a，该直径例如等于阀主体7中的段43的直径。段43a的体积加上由孔9的底部所限定的体积，以限定控制腔26的体积。取决于控制腔26所需的最优体积，衬套54可以被翻转，以具有直接进入孔9的底部中的校准节流部53，如图7和图8中的变型。

根据一个未示出的变型，校准节流部53还可以沿着套衬54布置在中间轴向位置。

根据图3中的变型，设置了具有校准通路段的单个段44。具体地说，该通路段等于图1和图2中的实施方式的段44的通路段之和。并且，在衬套54a的整个轴向长度上得到校准节流部53。衬套54a具有与段43的外直径大致对应的外直径，并且突入(in driven)至该段43，以使得其下表面与孔9的底面27齐平。

根据图4中的变型，在布置在控制腔中并轴向依靠阀主体7的板56上，轴向得到校准节流部53。由于用于打开和关闭喷射器1的喷嘴的杆10的行程(travel)相对小，因此可以通过板56与杆10的端面25之间插入的压缩弹簧57而使板56与底面27保持接触。端面25的截锥形形状执行对压缩弹簧57的中心定位的功能。优选地，板56的直径小于孔9的直径，而压缩弹簧57具有截锥形形状。

根据一个未示出的变型，孔9包括其直径与板56的外直径相对应的底部：在这种情况下，板56可以通过过盈配合而固定在该底部中。

根据图5和图6中的变型，通道42具有在凸缘33中得到的直径相对大的轴向孔，以有助于制造。根据图5中的变型，直径相对大的该轴向孔用附图标记58表示，并且对应于杆38与凸缘33之间的连接带而轴向终止。替代了段44，通道42包括直径方向上相对的两个孔59，该相对的两个孔59限定了校准节流部，并且相对于轴3倾斜特定的角度，以使腔46与孔58的底部直接连通。优选地，相对于轴3的倾斜角度在30°至45°之间。

通过确保孔58完全在阀主体7的凸缘33内，证实了杆38与图1和图2中的实施方式相比更坚固。从而，可以减小杆38的直径并因此可以减小套筒18与杆38之间的环形密封区的直径，并且在限制动态条件下该密封件中的泄漏方面具有明显的益处。具体地说，采用该解决方法，密封区的直径现在可以减小到2.5mm至3.5mm之间的值，而杆38在结构上不会受到削弱。

并且，通过相对于段43减小轴向长度并增大孔58的直径，有利于制造孔58并随后清理碎屑(chip)。孔58的直径通常在校准节流部53的直径的8倍至20倍之间。以此方式，当制造孔59时，有利于使孔58的底部与孔59相交。

校准节流部53在圆柱形衬套61中得到，并针对衬套61的整个长度而延伸。在清洁完孔58之后，使衬套61突入轴向支座60中，或者更确切地说，通过施力将衬套61插入轴向支座60中。支座60的直径大于孔58的直径，并且其长度比孔58的长度短，这有利于压力配合；衬套61的配合到凸缘33中的一侧可以具有小的、圆锥形的、外部斜面(未示出)，以有利于其在轴向插入支座60中。

根据图6中的变型，直径相对较大的轴向孔用附图标记63来表示，并且限定了封闭轴向孔62的初始段。段63的入口容纳有通过施力而插入的衬套64并且具有校准节流部53，该校准节流部53针对衬套64的整个轴向长度而延伸。与衬套61类似地，衬套64的配合到凸缘33中的一侧可以具有小的、外部的、圆锥形斜面(未示出)。

孔62还包括封闭段66，该封闭段66的直径小于段63的直径，延伸到凸缘33之外而进入杆38并且限定了校准节流部。段66的直径大于校准节流部53的直径：例如，是校准节流部53的直径的近似两倍。虽然直径较大，但是通过以合适的方式对段66的长度进行校准，也可以得到与由节流部53造成的压降相同数量级的压降。

由于段66的直径仍然相对较小，相对于图1和图2中的解决方案，可以减小杆38的直径，并因此可以减小具有套筒18的密封件的直径。同样在该构造中，取决于所选择的材料和所采用的热处理的类型，有利的是可以将密封区的直径减小至2.5mm至3.5mm之间的值。

通道42还包括两个在直径方向上相对的径向段67，将这两个径向段制造成限定了比段66的通路段更大的通路段，而不必具有特殊的加工精度。段67的一侧直接进入校准段66而另一侧进入腔46。

根据未示出的图5和图6中的变型，通过与图1中用附图标记54表示的衬套类似的衬套来替代衬套61和64。

图7和图8中的变型与图5和图6中的变型不同，这是由于如下事实：分别在衬套61a和64a中得到校准节流部53，并且该校准节流部53针对衬套61a和64a的轴向长度的相对小的部分而延伸。校准节流部53与底面27相邻，因此控制腔26的体积完全由孔9的底部的体积限定。

衬套61a和64a的剩余部分具有轴向孔68，该轴向孔68被形成具有大于校准节流部53的直径，而不必具有特殊的加工精度。

在图7中的变型中，用封闭轴向孔58a来替代孔58和支座60，该封闭轴向孔58a与图6中的孔58一样完全在凸缘33内制造，但是限定了完全由衬套61a接合的圆柱形支座。类似地，在图8中的变型中，段63完全由衬套64a接合。

在图7和图8中的变型中，衬套61a和64a分别压力配合到孔58a和段63中，直到其停止于孔58a和段63的变窄的对应圆锥形端。

在图9中的变型中，相对于图8中的变型，用限定了校准节流部的段67a来替代段67，用段66a来替代段66，该段66a不必由特殊精度形成并且其通路段大于段67a的通路段，在相对薄的板69上形成校准节流部53，该板69由相对硬的材料形成并且被容纳在段63的底部。

板69限定了通孔，该通孔的体积形成了控制腔26的一部分，板69没有过盈配合到段63的底部而是通过套筒70限定的插入件来轴向固定到段63的底部，套筒70过盈配合到段63的入口并由相对软的材料形成以有利于压力配合。

在图10中的实施方式中，尽可能用与图1中使用附图标记相同的附图标记来表示喷射器1的组件。在该实施方式中，阀主体7由如下三个不同的部件来替代：管状主体75(局部地示出)，该管状主体75在径向上界定控制腔26并终止于外凸缘33a，该凸缘33a布置成与台肩35轴向接触；盘33b，该盘33b的与端面25相对的部分在轴向上界定控制腔26，并且布置成与管状主体75的端部轴向接触；以及分布引导主体76，该分布引导主体76被形成为单个部件并包括杆38以及限定了外凸缘33c的基体。凸缘33c通过环形螺母36轴向固定，并且由表面77轴向以不透液方式在固定的位置界定，该表面77布置成与盘33b轴向接触。

杆38沿着与盘33b相对的方向从基体33c轴向突出，并且包括由孔44限定的校准节流部。封闭段43部分地产生于基体33c中并且部分地在杆38中；校准节流部53和段43a产生于盘33b中。

根据图10的未示出的一个变型，段44与图5和图7中所示的段59一样地倾斜。

根据图10的未示出的另一个变型，段44不必以特殊精度来制造，而是在段43中制造校准节流部，这与示出的用于图6和图8中的段66的制造类似。

在图11中的变型中，用与主体76不同的主体78代替主体76，这是因为主体78包括通过表面77在凸缘33c中形成的支座55a。

段43与支座55a同轴，并直接进入支座55a中。支座55a的直径大于段43的直径，并且与圆柱形衬套54b限定的插入件结合，该圆柱形衬套54b过盈配合到支座55b中并且布置成与基体33c的表面77齐平。

衬套54b限定了校准节流部79，该校准节流部79与节流部44和53串联布置。节流部79仅针对衬套54b的轴向长度的一部分而延伸，并且处于与段43相邻的位置。衬套54b的剩余部分具有轴向段43b，该轴向段43b的直径大于这些节流部的直径并且与段43a直接连通。

根据图11的未示出的变型，段44与图5和图7中的段59一样地倾斜，或者不必以特殊精度而形成部分44，而是在段43中形成校准节流部，如在图6和图8中一样。

在图12的实施方式中，尽可能用与图2中使用的附图标记相同的附图标记表示喷射器1的组件。在该实施方式中，用两个不同的部件来代替阀主体7，一个由图10中的分布主体76限定而另一个由阀主体80限定。

阀主体80在径向和轴向上界定控制腔26，并且包括设置有脊12的端部82以及外凸缘33d，该外凸缘33d轴向固定在凸缘33c与台肩35(未示出)之间。

校准节流部53在部分82中形成，并进入通道42的两个同轴的段83和84。段83和84的直径大于校准节流部53的直径，并大致等于段43的直径。段83由部分82中的孔限定，并与控制腔26直接连通；段84由密封环85限定，该密封环85容纳在支座86中，并且布置成与表面77接触，以限定主体80与76之间的通道42的不透液密封。另选的是，通过适宜地减小段84的直径，仍可以通过主体80与76之间的金属-金属接触来实现流体密封，而不使用任何密封环。

根据图12的未示出的变型，在插入件中得到校准节流部53，该插入件从面对控制腔26的一侧(如在图1、图2、图3、图4和图9中的解决方案中一样)轴向突入到部分80中，或者从面对基体33c的一侧轴向突入到部分80中。此外，作为部分44的替换物，主体76的校准节流部由与图5和图7中的段59一样的倾斜出口段限定，或者由与图6和图8中的段66一样的封闭轴段限定。

根据图12的另外的变型，第三校准节流部设置在主体76内或者设置在阀主体80内，且轴向布置并串联在校准节流部53与44之间。

在图13中示出了这些变型中的一个：凸缘33c具有圆形支座90，该圆形支座90是沿着与支座86同轴的表面77得到，并且该圆形支座90的直径与支座86相同。支座90容纳盘91，该盘91具有限定了第三校准节流部的轴向孔92。

盘91通过被设置成替代环85的密封环85a而保持与支座90的底部轴向接触。环85a具有矩形或正方形的剖面，其外部直径大致等于支座90和86的直径并且与支座90和86都接合，以限定位于两个主体80与76之间的中心定位(centring)构件。换言之，环85a提供三个功能：当结合时在主体80与76之间在轴向上中心定位；围绕通道42中的燃料流在主体80与76之间密封；将盘91定位在支座90中。

在图14和图15中的实施方式中，尽可能用与图1和图2中使用附图标记相同的附图标记表示喷射器1的组件。

阀主体7的与部分8相对的轴端具有轴向凹部139，该轴向凹部139由表面149限定并容纳闸门147，该表面149大致呈平截头圆锥体的形状。

闸门147以公知的未详细描述的方式响应于致动器15的动作而轴向运动，以打开/关闭通道42的轴向出口。闸门147具有外球面148，当闸门147位于其前进端止动位置或关闭位置时该外球面148与表面149接合，以限定密封区。

以与图1和图2中的实施方式类似的方式，通道42包括节流部53，该节流部53在与阀主体7分离的元件中形成，具体地说，该节流部53在插入到阀主体7的支座55中的衬套54中形成，并定位成与底面27齐平。

轴向段43在凸缘33中形成，并开口至通道42的轴向段144。段144限定了串联布置并与节流部53同轴的校准节流部。在相对端，段144开口至最终的轴向段130，该轴向段130的通路段大于段144的通路段，并且限定了通道42在表面149上的出口。

在所有的上述实施方式中，当闸门47处于打开位置时在使用中在控制腔26和排放通道中出现的压降被划分为与沿着通道42串联布置的校准节流部个数一样多的压降。

考虑图1中串联的两个校准节流部，在图17中定性地表示了通过通道42而离开控制腔26的燃料的实验压力趋势。P表示控制腔26内的压力，P₂表示第二校准节流部上游的压力，P_SCAR表示排放环境中的压力或者更确切地说表示密封区下游的压力，并且P_VAPOR表示蒸汽压。

在横坐标上表示了沿着通道12的相对于腔26的线性距离。具体地说：

X_A1：紧临校准节流部53下游的位置，

X_A2：径向通道44中的一个的中间位置，

X_TEN：表面48与49之间的密封件的位置，

X_SCAR：压力稳定在排放环境值时的位置。

由于该系列校准节流部，图16中所示的压降被划分为两个连续的压降：大体上，压力没有降到蒸汽压P_VAPOR以下，所以气穴现象和由此导致的燃料流的蒸发都得以避免。校准节流部的数量越多，出现气穴的可能性越小。

如上所述，对于限定了校准节流部的孔，在穿过该孔的流速与该孔上游和下游的压差之间存在密切关系。

$Q=c_{\mathrm{efflus}}{A}_{\mathrm{foro}}\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρ}}}$

ρ＝液体的密度，

c_efflus＝孔的流速系数(可通过实验得到)，

A_foro＝孔的通路截面，

Δp＝孔的上游和下游之间的压差，

Q＝流速。

使得以相同的流速Q穿过的总计n个校准节流部串联，并假设流体的密度是恒定的且不存在气穴，则有：

$Q=c_{\mathrm{effl}1}{A}_1\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δ}{p}_1}{\mathrm{\ρ}}}\≅c_{{\mathrm{effl}}_2}{A}_2\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δ}{p}_2}{\mathrm{\ρ}}}\≅...\≅c_{{\mathrm{effl}}_n}{A}_n\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δ}{p}_n}{\mathrm{\ρ}}}\≅\cos t$

因此，可以记下压差之比与通路段之比之间的关系。事实上，考虑由下标1和2表示的两个节流部，则有：

$\frac{c_{\mathrm{effl}1}{A}_1}{c_{\mathrm{effl}2}{A}_2}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_2}{\mathrm{\Δ}{p}_1}}$

假设限定了节流部的孔是类似的，从而它们具有相同的流速系数，则有：

$\frac{A_1}{A_2}\≈\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_2}{\mathrm{\Δ}{p}_1}}$

应理解的是，在节流部的流速系数彼此显著不同的情况下，上述公式是成立的，但是必须用通过实验确定的这些系数的值来完成这些公式。

在喷射器1中，从控制腔26到排放环境的燃料流的总压降是已知的。将该压降表示为Δp0，并希望将该压降划分为两个差分Δp1和Δp2(且Δp0＝Δp1+Δp2)，则有：

$\frac{c_{\mathrm{effl}1}{A}_1}{c_{\mathrm{effl}0}{A}_0}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1+\mathrm{\Δ}{p}_2}{\mathrm{\Δ}{p}_1}}$

$\frac{c_{\mathrm{effl}2}{A}_2}{c_{\mathrm{effl}0}{A}_0}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1+\mathrm{\Δ}{p}_2}{\mathrm{\Δ}{p}_2}}$

其中，A0和D0分别是在使用单个校准节流部来代替具有由下标1和下标2所限定的串联的两个节流部的情况下所得到的孔的直径和通路截面。

在第一近似中，已经设置了如何将串联的两个孔或节流部之间的差分Δp0进行细分并设置了从控制腔26流过的流速，可以得到直径D1和D2的值。

校准节流部与由表面48和49限定的密封区距离越远，避免出现与该密封件相对应的蒸汽和气穴现象的可能性越高。

为了将对应于位置X_TEN(图17)出现蒸汽的风险降到最低，必须确保与第一校准节流部相关联的压降Δp1大于后续校准节流部的压降。因此，第一校准节流部(在图1至图13中用附图标记53表示)将相对于后续的校准节流部具有更小的通路段。

校准节流部53与总压降的至少60％(合理的是，至少80％)的压降相关联。

例如，希望以如下方式对压降Δp0进行细分：将该压降的80％与第一节流部相关联并将该压降的20％与第二节流部相关联(Δp2＝0.2Δp0)，并且还假设流速系数相等，则第一近似给出：

$\frac{D_1}{D_0}\≈{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{p}_0}{0.8\mathrm{\Δ}{p}_0}\right)}^{0.25}\≈1.06$

$\frac{D_2}{D_0}\≈{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{p}_0}{0.2\mathrm{\Δ}{p}_0}\right)}^{0.25}\≈1.49$

因此

$\frac{D_2}{D_1}\≈{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1}{\mathrm{\Δ}{p}_2}\right)}^{0.25}\≈1.41$

$\frac{A_2}{A_1}\≈\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1}{\mathrm{\Δ}{p}_2}}\≈2$

总结以上示出的实施例，则有：

1＜(D2/D1)＜＝2.088

或者

1＜(A2/A1)＜＝4.36

具体地说，条件D2/D1＝1对应于Δp1＝Δp2＝(0.5Δp0)的情况。

而条件D2/D1＝2.088和A2/A1＝4.36对应于Δp1＝(0.95Δp0)和Δp2＝(0.05Δp0)(或Δp1/Δp2＝19)的情况。

如上所述，在设计阶段对压降Δp0进行细分并且设置了流速Q并希望以该流速Q来排放控制腔26以实现喷射器的特定性能水平之后，容易计算校准节流部(A1和A2)的通路段(期望的流速Q决定了在使用单个节流部的情况下实现压降Δp0所要求的通路段A0)。

该情形与考虑图11中的实施方式时类似，其中，压降Δp0被细分为三个部分(Δp1+Δp2+Δp3)。具体地说：

$\frac{c_{\mathrm{effl}1}{A}_1}{c_{\mathrm{effl}0}{A}_0}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1+\mathrm{\Δ}{p}_2+\mathrm{\Δp}3}{\mathrm{\Δ}{p}_1}}$

$\frac{c_{\mathrm{effl}2}{A}_2}{c_{\mathrm{effl}0}{A}_0}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1+\mathrm{\Δ}{p}_2+\mathrm{\Δp}3}{\mathrm{\Δ}{p}_2}}$

$\frac{c_{\mathrm{effl}3}{A}_3}{c_{\mathrm{effl}0}{A}_0}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_1+\mathrm{\Δ}{p}_2+\mathrm{\Δ}p3}{\mathrm{\Δ}{p}_3}}$

考虑图1中的实施方式，第二节流部被细分为多个即m个径向段44，所有这些径向段具有相同的直径d_fororad和相同的通路段A_fororad。

应注意的是，这些径向段相互平行，并且因此与相同的压降相关联，从而得出：

$A_2=m{A}_{\mathrm{fororad}}=m\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}_{\mathrm{fororad}}^2$

从中得到各径向段的直径d_fororad。

从以上的说明可以看出：布置在这些校准节流部之间的中间位置处的通道42的体积具有的压力为例如在设计和制造阶段所设置的预定压力和压降Δp1、Δp2等的结果。

将总压降细分为几个部分降低了出现蒸汽的风险，这是因为对应于最后压降的燃料流速相对较低。因此限制了具有比燃料的蒸汽压低的局部压降值的风险：密封区中的蒸汽比率(如果存在的话)在任何情况下将会比具有单个校准节流部的情形低得多。

通过划分压降以具有与第一节流部(校准节流部53)相关联的最大的部分(例如整个压降的90％)，在第一校准节流部的附近可能会出现由于节流部下游的再压缩而导致形成蒸汽和可能的气穴现象，但是将不会影响喷射器1的寿命，这是因为这些现象将会相对远离闸门47与杆38之间的密封区。

假设第二节流部与较小的压降相关联并因此具有比第一节流部大的直径，则容易形成第二节流部。从结构上来看，仅有第一校准节流部要求特殊的精度。事实上，由于第二节流部与相对小的压降相关联，因此任何尺寸上的制造误差都不会造成特别不利的效果：换言之，第二节流部的压降对可能的尺寸制造误差不敏感。

如下的实施方式是特别有用的：可以减小杆38的尺寸并且从而可以减小闸门47的密封直径，其结果是减少了动态条件下的泄漏以及并随之减小了0弹簧23所需的预加负载并减小了致动器15所要求的力。

具体地说，根据为阀主体所选择的材料、阀主体经受的热处理而可以将杆38的直径减小到2.5mm至3.5mm之间的值，进而减小阀主体的韧性(toughness)并最终减小所采用的制造周期。

闸门47的密封直径的减小还使得能够减小套筒18的轴向长度。

事实上，流体泄漏的流速与套筒18的内筒面和杆38的外筒面39之间的结合带的外周成正比，但是与该结合带的轴向长度成反比：由于结合带的外周减小，因此对于相同的流体泄漏流速，可以减小结合带的轴向长度并因此而减小套筒18的轴向长度。

密封直径的减小和由此带来的闸门47的外直径以及套筒18在长度上的减小具有如下效果：套筒18的质量减小以及随之而来的计量伺服阀5的响应时间缩短。

并且，密封直径的减小使得能够减小弹簧23的负载：事实上，对于杆38与闸门47之间相同的结合间隙，杆38与闸门47之间的密封的外周减小，并且随之而来的是即使图1至图13中的计量伺服阀是平衡型的，仍然存在由于燃料压力而作用在闸门47上的轴向力(尽管其很小)。有利的是，弹簧23的预加负载与密封直径或结合带直径之比在8[N/mm]至12[N/mm]之间。

套筒18的质量减小和弹簧23的负载的减小具有如下效果：在关闭阶段闸门47的回弹小得多，并且因此计量伺服阀5的工作精度更好。

最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求书中所限定的本发明的保护范围的情况下，可以对此处描述的喷射器1做出修改和变型。

具体地说，图1至图13中的平衡型计量伺服阀5可以包括由在固定套筒中相对于壳体2滑动的轴向销限定的并且限定了通道42的最后部分的闸门。在图12的实施方式中，在主体76和80之间可以设置调节分隔件，即使在这种情况下会需要额外的精整和表面硬化工序。

可以用压电致动器来替代致动器15，当经受电流时，压电致动器增加了其轴向尺寸以操作套筒18，从而打开通道42的出口。

此外，可以在表面40中至少部分地挖掘出腔46，但是通常腔46的形状使得由套筒18限定的闸门47在其处于关闭端止动位置时沿着轴3受到的压力合力为零。

段44的轴可以位于相互不同的平面上，和/或能够围绕轴3完全不等距地布置，和/或校准孔可以只限于段44的一部分。

通道42可以不关于轴3对称；例如，段44可以具有互不相同的截面和/或直径，但总是被校准以产生适宜的压降，从而造成排放燃料的流速围绕轴3是平衡的并随时间是恒定的。

Claims (30)

1、一种内燃机用燃料喷射器(1)，所述喷射器端部具有喷嘴以将燃料喷射到相关联的发动机汽缸中，该喷射器包括：

中空喷射器主体(2)，该中空喷射器主体(2)沿着轴线(3)方向延伸；

计量伺服阀(5)，该计量伺服阀被容纳在所述喷射器主体(2)中并包括：

a)电致动器(15)；

b)控制腔(26)，该控制腔(26)与燃料入口(4)连通并与燃料排放通道(42)连通；所述控制腔(26)内的压力控制所述喷嘴的打开/关闭；

c)闸门(47)，该闸门响应于所述电致动器(15)的动作而在所述排放通道(42)的出口关闭时的关闭位置与所述排放通道(42)打开时的打开位置之间轴向地运动，以改变所述控制腔(26)内的压力；

其特征在于，所述排放通道(42)包括至少两个节流部(53，44)，所述两个节流部具有校准通路段并且彼此串联布置，以引起所述排放通道(42)打开时的对应压降。

2、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述排放通道(42)相对于所述喷射器主体处于固定位置。

3、根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于，所述节流部(53，44)由彼此不同的各个主体(54，7)来限定。

4、根据权利要求3所述的喷射器，其特征在于，所述主体中的一个被容纳在所述主体中的另一个(7)之中。

5、根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于，所述主体中的一个由通过过盈配合而与所述主体中的另一个(7)结合的插入件(54)来限定。

6、根据权利要求5所述的喷射器，其特征在于，所述插入件(54)沿着所述轴线(3)方向布置。

7、根据权利要求3所述的喷射器，其特征在于，所述主体中的一个由被布置成与所述主体中的另一个(7；76)轴向接触的板(56；33b)来限定，从而在一侧将所述控制腔(26)轴向界定。

8、根据权利要求3所述的喷射器，其特征在于，所述主体中的一个是在径向上界定所述控制腔(26)的阀主体(7；75；80)。

9、根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括引导件(38)，该引导件设置在相对于所述喷射器主体(2)的固定位置处，并具有用于在打开位置和关闭位置之间引导所述闸门的侧表面(39)；所述排放通道(42)在所述侧表面(39)上的某一位置限定了一开口，从而使得当所述闸门处于其关闭位置时由于燃料而导致的轴向合力大致为零。

10、根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于，所述引导件由轴向杆(38)限定，并且其特征在于，所述闸门由套筒(18)限定。

11、根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于，考虑到所述流体从所述控制腔(26)流出到所述排放通道(42)中的方向，在所述引导件(38)中形成所述节流部(53)的末段。

12、根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括阀主体(7)，该阀主体在径向上界定所述控制腔(26)，并被形成为具有所述引导件(38)的单个部件。

13、根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括阀主体(75；80)，该阀主体在径向上界定所述控制腔(26)并限定所述节流部中的一个，并且其特征在于，所述引导件(38)构成了与所述阀主体(75；80)不同的部件(76；78)的一部分。

14、根据权利要求13所述的喷射器，其特征在于，所述部件(76)和所述阀主体(80)被设置为在轴向彼此抵靠，并且具有各自的轴向通路(43，83)，所述轴向通路(43，83)构成了所述排放通道(42)的一部分并彼此永久地连通。

15、根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于，所述节流部(53)中的至少一个由这些轴向通路的段来限定。

16、根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括密封环(85；85a)，所述密封环轴向插入所述部件(76)与所述阀主体(80)之间，以在径向上界定所述排放通道(42)的中间段(84)。

17、根据权利要求16所述的喷射器，其特征在于，所述密封环(85a)限定了位于所述部件(76)与所述阀主体(80)之间的中心定位构件。

18、根据权利要求16所述的喷射器，其特征在于，所述校准节流部中的一个由如下元件(91)限定，该元件(91)被容纳于在所述部件和所述阀主体中的一个(76)之中形成的轴向凹部(90)中，并通过所述密封环(85a)而被保持在所述凹部(90)的底部的固定轴向位置处。

19、根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述排放通道(42)包括串联的三个校准节流部，这些校准节流部中的两个(53，79)沿着所述轴线(3)方向布置。

20、根据权利要求19所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括沿径向界定所述控制腔(26)的管状阀主体(75)；其特征在于，所述轴向杆(38)限定了与所述管状阀主体(75)不同的部件(76；78)的一部分；并且其特征在于在如下位置处分别形成所述三个校准节流部：

在所述部件(78)中；

在容纳在所述部件(78)中的插入件(54b)中；以及

在盘(33b)中，所述盘(33b)被布置成在一侧与所述部件(78)沿轴向接触并且在另一侧接触所述管状阀主体(75)。

21、根据权利要求11所述的喷射器，其特征在于，在穿出所述侧表面(39)的至少一个直出口段(44，59，67a)中，得到所述节流部的末段。

22、根据权利要求21所述的喷射器，其特征在于，所述直出口段(59)相对于所述轴线(3)倾斜了除90°之外的角度。

23、根据权利要求22所述的喷射器，其特征在于，所述直出口段(59)相对于所述轴线(3)的倾斜角度在30°与45°之间。

24、根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，考虑在使用中从所述控制腔(26)流出的流体，所述节流部的末段由所述排放通道(42)的封闭轴段(66)限定。

25、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，考虑从所述控制腔(26)流入所述排放通道(42)的流动方向，所述节流部中的第一个(53)所关联的压降比后续节流部(44)所关联的压降要大。

26、根据权利要求25所述的喷射器，其特征在于，所述节流部(53)中的第一个所关联的压降等于所述控制腔(26)与所述计量伺服阀(5)下游的排放环境之间的总压降的至少80％。

27、根据权利要求26所述的喷射器，其特征在于，所述节流部(25)中的第一个所关联的压降等于所述控制腔(26)与所述排放环境之间的总压降的90％。

28、根据权利要求22所述的喷射器，其特征在于，所述杆(38)的直径在2.5毫米至3.5毫米之间。

29、根据权利要求28所述的喷射器，其特征在于，所述杆(38)的直径等于2.5毫米。

30、根据权利要求28所述的喷射器，其特征在于，所述电致动器包括用于向所述闸门47施加轴向关闭动作的弹簧(23)，并且其特征在于，所述弹簧(23)的预加负载与位于所述闸门(47)和所述杆(38)之间的密封直径之比在8[N/mm]至12[N/mm]之间。

Images