CN102678411B - 单体式燃料喷射器的电气致动控制阀 - Google Patents

单体式燃料喷射器的电气致动控制阀 Download PDF

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Abstract

一种单体式燃料喷射器(10)，该单体式燃料喷射器具有控制阀(40)，其中滑阀(92)可在一个移位界限和另一个移位界限之间在阀体(90)的孔腔(91)内移位，在一个移位界限处，燃油排出口(42)至燃油进入口(14)完全打开，同时燃油泄放(106)至燃油排出口关闭，而在另一个移位界限处，燃油排出口至燃油进入口关闭，同时燃油排出口至燃油泄放口打开。阀滑具有滑阀体(96)，该滑阀体的几何形状限定滑阀的外部封壳。永磁体(98、100)设置在滑阀体在外部封壳内部的孔腔内，而电磁体(102、104)与永磁体电磁耦合，用以使滑阀在阀体孔腔内移位。

Description

单体式燃料喷射器的电气致动控制阀
技术领域
本发明总地涉及具有燃料喷入其中的气缸的内燃机、并且具体涉及用于将柴油的高压喷射引到发动机气缸中的单体式/整体式喷射器。
背景技术
一种已知发动机电子控制系统包括基于处理器的发动机控制器，该控制器处理来自各种来源的数据以产生用于控制发动机的某些功能的控制数据，包括通过将燃料直接喷入发动机气缸的单体式燃料喷射器来对发动机加燃料。通常，已知一种类型的单体式燃料喷射器是HEUI喷射器，即表示液压致动、电气控制的单体式喷射器的四个字母简写。
HEUI喷射器具有在压力下与燃料源连通的燃料进入口，例如燃料轨中的加压燃料。HEUI喷射器还具有在压力下与液压流体源连通的燃油进入口，例如油轨中的加压燃油。燃料通过设置在发动机气缸头端内的喷嘴的末端中的喷嘴口而从喷射器中喷出并喷到发动机气缸中。
燃料的喷射通过电气致动的控制阀来控制，该控制阀在被致动打开时，允许来自油轨的燃油通过油进入口而通至油排出口，用以将液压力施加于设置在柱塞的一个端部处的活塞。活塞将液压力传递给柱塞，并且由于柱塞具有比活塞小的直径，因而使由柱塞施加于从燃料轨进入的燃料的压力加强。经加强的压力作用在燃料喷射器内的某些可动构件上。
一种此种可动构件是燃料进入阻止件；而另一种可动构件是逆流阻止件。
当控制阀被致动打开时，由柱塞施加于燃料的经加强的压力迫使燃料进入阻止件将燃料进入口关闭，使得燃料无法通过燃料进入口而回流流出，而燃料已通过燃料进入口并且进入柱塞在其内进行导向的孔而进入。经加强的压力还迫使逆流阻止件打开，从而使得经加强的压力能使经弹簧偏置的阀针离开喷嘴中的内部阀座。阀针抵抗阀针偏置弹簧的反力而离开阀座将从柱塞至喷嘴口的高压喷射通路打开，从而在柱塞被迫使延伸通过燃油通过控制阀所经由的孔时，迫使燃料通过该通路并且从喷嘴口中喷出并进入发动机气缸。
当控制阀被致动关闭时，燃油的流动停止，使柱塞施加于燃料的压力很大程度地衰减。在活塞和柱塞延伸以迫使燃料喷射时被压缩的复位弹簧现在迫使活塞和柱塞缩回。这致使阀针偏置弹簧使阀针重新回到阀针，并由此终止燃料喷射。在柱塞缩回时，逆流止回件关闭，以在该逆流阻止件和喷嘴之间的燃料中保持一定压力，而燃料进入阻止件打开，以允许燃料进入并重新充填燃料喷射器。
燃料喷射器的性能取决于各种因素，其中一个因素是致动器所能具有的将燃油进入口打开和关闭的速度。
发明内容
单体式燃料喷射器在精度增大的同时以逐渐增大的压力来喷射燃料的能力对于燃烧质量和发动机性能可具有有利的意义。
本发明涉及一种单体式燃料喷射器，该单体式燃料喷射器的控制阀可提供更大的燃料输送控制精度。
本发明的总体方面涉及一种单体式燃料喷射器，该单体式燃料喷射器包括柱塞、加压燃油源以及控制阀，该柱塞可沿着假想纵向轴线在孔腔内操作，以迫使燃料从该单体式喷射器中喷射，而控制阀用于加压燃油源至孔腔打开，以致使该柱塞迫使燃料喷射，并且该孔腔用于加压燃油源至孔腔关闭，以终止燃料喷射。
该控制阀包括阀体，该阀体具有燃油进入口、燃油排出口、燃油泄放口以及滑阀，该燃油进入口打开至加压油液源，该燃油排出口打开至孔腔，而滑阀可在一个移位界限和另一个移位界限之间在阀体的孔腔内移位，在一个移位界限处，燃油排出口至燃油进入口完全打开，同时燃油泄放口至燃油排出口关闭，而在另一个移位界限处，燃油排出口至燃油进入口关闭，同时燃油排出口至燃油泄放口打开。
该滑阀包括滑阀体，该滑阀体具有几何形状和孔腔，该几何形状限定滑阀的外部封壳，而延伸通过滑阀体的孔腔平行于阀体孔腔。该滑阀还包括至少一个永磁体，至少一个永磁体设置在滑阀的外部封壳内部的滑阀体孔腔内。该控制阀包括至少一个电磁体，至少一个电磁体与至少一个永磁体电磁耦合，用以使滑阀在阀体孔腔内移位。
本发明的另一总体方面涉及上述控制阀。
通过本发明进一步详细说明而实现的前述发明内容将存在于参见作为本发明一部分的以下附图的下文详细说明中。
附图说明
图1是燃料喷射器的正视图。
图2是更详细地示出存在于图1所示燃料喷射器中的滑阀组件的扩大视图。
图3是图2中椭圆区域3的放大视图。
图4是沿图2中的箭头4-4的方向并且以略微放大比例观察到的完整端视图。
具体实施方式
图1示出代表HEUI燃料喷射器的燃料喷射器10。燃料喷射器10包括大体圆筒形主体12，该圆筒形主体安装在发动机的气缸盖(未示出)上，以将喷嘴16的末端14设置在气缸孔的头端中，而由活塞杆联接于曲柄轴的活塞在该气缸孔内往复运动。燃料喷射器10设计成用于柴油机，以将柴油直接喷射到气缸中，而燃料在该气缸中在空气下燃烧，而该空气已由活塞压缩而产生如下压力：该压力迫使活塞进行向下冲程并通过活塞杆将扭矩施加于曲柄轴。
主体12具有假想的纵向轴线18和内部，该内部在轴向近端和轴向远端处都敞开。喷嘴16的较大直径部分设置在主体12的内部内，以通过使喷嘴16的外肩部抵靠于主体12的内肩部来关闭主体的打开远端，同时喷嘴16包括末端14的较小直径部分从主体12中朝远侧突出。
燃料喷射器10还包括两个圆盘，这两个圆盘相互抵靠以协配地形成止回阀本体20，该止回阀本体12与轴线18共轴地设置在主体12的内部。增强筒22包括大体圆筒形的筒体24，该筒体将主体12的打开近端关闭。
筒体24具有平坦远端面，该平坦远端面在主体12的内部设置成抵靠于止回阀体20的近端面。筒体24包括通孔，该通孔与轴线18共轴并且包括较大直径的圆孔部分26和较小直径的圆孔部分30，该较大直径的圆孔部分从筒体24的近端面延伸至肩部28，而较小直径的圆孔部分30从肩部28延伸至筒体24的远端面。增强筒22还包括活塞32、柱塞34以及复位弹簧36，该复位弹簧用于朝轴线18的近侧来偏置活塞32和柱塞34。
电气致动的控制阀40安装在筒体24的近端，且该控制阀40具有排出口42和进入口44，该排出口打开至孔部26，而当燃料喷射器10安装在发动机上时，该进入口44在压力下与油轨(未示出)中的燃油连通。
活塞32包括圆形头部46和裙状部，该裙状部从头部46朝远侧延伸，以对活塞32进行导向，用以使活塞在孔部26内移位。
柱塞34具有圆形的圆柱形形状，该圆柱形形状具有比活塞32的直径小的直径。柱塞34在头部46的内部朝远侧延伸，并且紧密地滑动配合在圆孔部分30内。
肩部28为复位弹簧36远端处的轴承提供支承。复位弹簧36的近端承靠于柱塞34的头部48，而柱塞34又承靠于活塞头部46，但柱塞头部48并不附连于活塞头部46。
喷嘴16包括中心阀针导向孔50，该中心阀针导向孔50与轴线18共轴并且从平坦近端面朝远侧延伸至末端14。阀针52通过阀针导向孔50进行导向，用以沿轴线18移位。阀针导向孔50的中间部分容纳阀针馈送空腔54。
在末端14的内部，渐缩表面提供阀针座。在阀针52座落在阀针座上时，阀针座是位于阀针座下方的SAC容积(针阀压力室容积)的近侧交界部。一系列喷嘴口56周向地围绕末端14分布，并且通过喷嘴壁从SAC容积延伸至喷嘴外部。喷嘴16还包括倾斜通道58，该倾斜通道58从其平坦近端面延伸至阀针馈送空腔54。在阀针52和阀针导向孔50之间存在径向间隙，用以使燃料能从阀针馈送空腔54沿着阀针的长度而通向阀针座。
燃料喷射器30是若干与其类似的安装在发动机气缸盖中的燃料喷射器中的一个。服务于所有的燃料喷射器的燃料供给系统(未示出)中的压力下的燃料可通过形成燃料喷射器10的燃料进入口的孔60而进入主体12。孔60轴向地位于近侧圆形槽62和远侧圆形槽64之间，且该近侧圆形槽和远侧圆形槽围绕主体12的外部延伸并且容纳O形圈密封件，用以对主体12暴露于燃料供给系统中的燃料的外部区域进行密封。
圆筒形弹簧罩66的远端面设置成抵靠于喷嘴16的较大直径部分的近端面。弹簧罩66包括内部，该内部在近端和远端都敞开并容纳偏置弹簧68，该偏置弹簧68用于将阀针52偏置成座落在末端14内部的阀针座上。偏置弹簧68的近端承靠于环形垫片70，该环形垫片70还承靠于止回阀体20的远端面的中心区域。阀针提升销72的近端在具有间隙的条件下通过垫片70和偏置弹簧68的敞开中心。当阀针座落在阀针座上时，阀针提升销72的长度小于止回阀体20的远端面和阀针52的近端面之间的轴向距离，用以限制阀针提升离开阀针座。偏置弹簧68的远端承靠于圆盘74的平坦近侧表面的外缘，以迫使该圆盘74的远侧表面的中心处朝远侧升起的凸台抵靠于阀针52的平坦近端。
主体12内部的燃料空间76敞开至孔60。主体12和筒体24紧紧地固定在一起，以将止回阀体20、弹簧罩66以及喷嘴16的较大直径部分轴向地捕获在主体12内部。
燃料进入阻止件78(滚珠)设置在进口燃料通道中，该进口燃料通道从燃料空间76通过止回阀体20延伸至较小直径的孔部分30，而逆流阻止件80(盘)设置在出口燃料通道中，该出口燃料通道从较小直径的孔部分30通过止回阀体20延伸至通道82，而该通道82平行于轴线18而延伸通过弹簧罩66，以与喷嘴16中的倾斜通道58的入口相遇。通过止回阀体20、通道82、倾斜通道58、阀针馈送空腔54以及阀针导向孔腔50的从阀针馈送空腔54至喷嘴口56的部分的出口燃料通道形成用于柱塞34的高压喷射通路，以迫使燃料从喷嘴口56中流出。
当控制阀40被致动打开时，燃油通过，以将液压力施加于活塞32的头部46。活塞32将液压力传递给较小直径的柱塞34，而该柱塞34将经加强的压力施加于已从燃料轨进入孔腔部分30的燃料。该经加强的压力用于将燃料进入阻止件78关闭，使得燃料无法通过孔60回流流出，并且用于将逆流阻止件81打开，从而经加强的压力使阀针52离开喷嘴16中的阀针座，由此将通至喷嘴口56的高压喷射通路打开。由于阀座52的几何形状，燃料压力作用在阀针上，以朝近侧引导的分力克服偏置弹簧68朝远侧引导的力，从而导致阀针52离开阀座。柱塞34的持续移位迫使燃料通过高压喷射通路、从喷嘴口56中流出并进入发动机气缸，并且在该过程中压缩复位弹簧36。
当控制阀40被致动关闭时，燃油的流动停止，使柱塞34施加于燃料的压力很大程度地衰减。复位弹簧36现在迫使活塞32和柱塞34缩回。偏置弹簧68使阀针52重新座落于阀座，以终止燃料喷射。逆流阻止件80关闭，以在存在于该逆流阻止件和喷嘴16之间的燃料中保持一定压力，而燃料进入阻止件78打开，以允许燃料进入并重新充填燃料喷射器10。
控制阀40用于通过控制排出口42至进入口44打开和关闭而控制燃料喷射的时序。
控制阀40包括具有孔腔91的阀体90，滑阀92设置在该阀体90内，用以沿轴线94且横向于轴线18受限地移位。在滑阀移位的一个界限处，排出口42至进入口44完全打开。在滑阀移位的相对界限处，排出口42至进入口44完全关闭。
在图2-4中示出滑阀92自身，该滑阀包括若干部件的组件，而这些部件包括滑阀体96、永磁体98以及永磁体100。
在滑阀体的外部，该滑阀体96包括由平台隔开的若干周向槽。阀体孔腔91包括与滑阀体96的槽和平台协配的槽和平台。
当滑阀92处于使排出口42至进入口44完全关闭的移位界限处时，某些平台在进入口44和排出口42之间产生阻挡作用。当滑阀92处于使排出口42至进入口44完全打开的移位界限处时，这些平台允许燃油从进入口44通至排出口42。
通过选择性地操作打开电磁体102和关闭电磁体102可将滑阀92设置在两个移位界限之间，打开电磁体102和关闭电磁体104设置在阀体90的两个相对轴向端部处并且通过螺栓和螺母紧固件105而牢牢地保持抵靠于阀体90的端部。打开电磁体102与永磁体98电磁耦合，而关闭电磁体104与永磁体100电磁耦合。
为了操作控制阀40而使其从使排出口42至进入口44关闭的一个移位界限转换至使排出口42至进入口44完全打开的另一移位界限，通过电流脉冲来激励打开电磁体102，而同时关闭电磁体104不被激励。
为了操作控制阀40而使其从使排出口42至进入口44完全打开的另一移位界限转换至使排出口42至进入口44关闭的一个移位界限，通过电流脉冲来激励关闭电磁体104，而同时打开电磁体102不被激励。在滑阀92通过关闭电磁体104的激励而移位时，某些平台开始允许燃油从排出口42通至泄放口106，而该泄放口打开至引向油箱的通道。由于活塞32和柱塞34缩回，该泄放通路保持打开，从而允许活塞32能迫使燃油从增强筒22中流出。滑阀体96包括硬质耐磨材料，从而在燃料喷射器10的特定使用寿命中预期会发生的滑阀92的各种反复循环过程中，提供使得控制阀40能持续适当地操作的坚固性。
燃料喷射的精度随某些因素而变化，这些因素包括电磁体102、104与滑阀92的电磁耦合的紧密程度、电磁体的响应时间以及滑阀92的电磁性能。永磁体98、100包括诸如钐钴之类的永久磁化的材料或等同物，此种材料具有在电磁体102、104被激励时提供快速反应的高剩余磁通。
滑阀体96在通孔111的两个相对轴向端部处包括圆形沉孔108、110，且通孔111与阀体孔腔91平行。相应的永磁体98、100以任何适宜地合适方式固定地设置在相应的沉孔108、110中，这些方式可包括在沉孔的直径和永磁体的外部直径之间使用粘合剂。每个磁体98、100具有平坦端面和相应的圆形内表面112、114，且该圆形内表面的直径基本上与通孔111的直径相同。每个永磁体98、100的轴向长度小于装配有该永磁体的相应沉孔108、110的轴向长度。于是，可使滑阀体96具有外部封壳，这允许滑阀92由如下滑阀所替代：该滑阀具有相同的封壳以及外部坚固性，但缺乏由永磁体98、100所提供的电磁特性。
永磁体98、100被轴向地磁化，以在内表面处具有南极而在外表面处具有北极，而该内表面抵靠于相应沉孔108、110的内端处的相应肩部。

Claims (10)

1.一种单体式燃料喷射器，包括：
柱塞，所述柱塞可沿假想纵向轴线而在孔腔内操作，以迫使燃料从所述单体式喷射器中喷出；
加压燃油源；以及
控制阀，所述控制阀用于使所述加压燃油源至所述孔腔打开，以致使所述柱塞迫使进行燃料喷射，并且所述控制阀用于使所述加压燃油源至所述孔腔关闭，以终止所述燃料喷射；
所述控制阀包括阀体，所述阀体具有燃油进入口、燃油排出口、燃油泄放口以及滑阀，所述燃油进入口打开至所述加压燃油源，所述燃油排出口打开至所述孔腔，而所述滑阀可在一个移位界限和另一个移位界限之间设置在所述阀体的孔腔内，在所述一个移位界限处，所述燃油排出口至所述燃油进入口完全打开，同时所述燃油泄放口至所述燃油排出口关闭，而在所述另一个移位界限处，所述燃油排出口至所述燃油进入口关闭，同时所述燃油排出口至所述燃油泄放口打开；
所述滑阀包括滑阀体，所述滑阀体具有几何形状和孔腔，所述几何形状限定所述滑阀的外部封壳，而延伸通过所述滑阀体的所述孔腔平行于所述阀体孔腔，并且所述滑阀还包括至少一个永磁体，所述至少一个永磁体设置在所述滑阀的外部封壳内部的所述滑阀体孔腔内；以及
所述控制阀包括至少一个电磁体，所述至少一个电磁体与所述至少一个永磁体电磁耦合，用以使所述滑阀在所述阀体孔腔内移位。
2.如权利要求1所述的单体式燃料喷射器，其特征在于，所述滑阀体孔腔包括通孔。
3.如权利要求2所述的单体式燃料喷射器，其特征在于，所述滑阀体孔腔的通孔在两个相对端部处包括相应的沉孔，而所述至少一个永磁体包括设置在所述沉孔中的一个内的打开永磁体和设置在所述沉孔中的另一个内的关闭永磁体。
4.如权利要求3所述的单体式燃料喷射器，其特征在于，所述至少一个电磁体包括与所述打开永磁体电磁耦合的打开电磁体和与所述关闭永磁体电磁耦合的关闭电磁体。
5.如权利要求1所述的单体式燃料喷射器，其特征在于，所述至少一个永磁体包括钐钴。
6.一种用于单体式燃料喷射器的控制阀，包括：
阀体，所述阀体具有燃油进入口、燃油排出口、燃油泄放口以及滑阀，所述滑阀可在一个移位界限和另一个移位界限之间在所述阀体的孔腔内移位，在所述一个移位界限处，所述燃油排出口至所述燃油进入口完全打开，同时所述燃油泄放口至所述燃油排出口关闭，而在所述另一个移位界限处，所述燃油排出口至所述燃油进入口关闭，同时所述燃油排出口至所述燃油泄放口打开；
所述滑阀包括滑阀体，所述滑阀体具有几何形状和孔腔，所述几何形状限定所述滑阀的外部封壳，而延伸通过所述滑阀体的所述孔腔平行于所述阀体孔腔，并且所述滑阀还包括至少一个永磁体，所述至少一个永磁体设置在所述滑阀的外部封壳内部的所述滑阀体孔腔内；以及
至少一个电磁体，所述至少一个电磁体与所述至少一个永磁体电磁耦合，用以将所述滑阀设置在所述阀体孔腔内。
7.如权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述滑阀体孔腔包括通孔。
8.如权利要求7所述的控制阀，其特征在于，所述滑阀体孔腔的通孔在两个相对端部处包括相应的沉孔，而所述至少一个永磁体包括设置在所述沉孔中的一个内的打开永磁体和设置在所述沉孔中的另一个内的关闭永磁体。
9.如权利要求8所述的控制阀，其特征在于，所述至少一个电磁体包括与所述打开永磁体电磁耦合的打开电磁体和与所述关闭永磁体电磁耦合的关闭电磁体。
10.如权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述至少一个永磁体包括钐钴。
CN201210031220.1A 2011-01-21 2012-01-20 单体式燃料喷射器的电气致动控制阀 Active CN102678411B (zh)

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