CN1062493C - 注射喷嘴的伺服阀 - Google Patents

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Abstract

一种注射喷嘴的伺服阀，尤其用于公用输送管系统，包括一个壳体，该壳体包括阀腔(40)、高压口(44)、过油口(38)和回油口(50)。在驱动装置的作用下，阀元件 (52)可有选择性地与第一座或第二座相抵靠。驱动装置包括一个元件，该元件以压电致动器(54)的形状为好，该元件可通过驱动元件(56)经由回油口作用于阀元件上。

Description

注射喷嘴的伺服阀
本发明涉及一种注射喷嘴的伺服阀，尤其是用于公用输送管的伺服阀。
在SAE的第NO.910252号论文“ECD-U2型内燃机燃料的新式电控注射系统的研制”中介绍了一种注射喷嘴的伺服阀，包括一个壳，该壳包括一个阀腔、一个高压口、一个过油口和一个回油口，还包括一个阀元件，它可在阀腔中动作、可以根据致动器的动作而有选择性地与第一座或第二座相抵靠，当该阀元件与第一座杆抵靠时，回油口关闭，高压口与过油口相通，当该阀元件与第二座相抵靠时，就使得高压口关闭，而使过油口与回油口相通。过油口可与注射喷嘴的工作腔相通，当工作腔处于高压状态时注射喷嘴就关闭，而工作腔处于减压状态时注射喷嘴就打开。所述阀元件包括外阀体和内阀体，内阀体受到外阀体的导向作用。外阀体通过在弹簧的作用下被迫使向上地抵靠在第一座上，以关闭回油口。内阀体可在阀腔中的压力作用下向上移动，从而打开高压口，该高压口设置在外阀体上。当一个电磁线圈受到激励时，外阀体向上移动并脱离第一座，从而过油口与回油口相通。外阀体的向上移动一直进行至设在其上的第二座与内阀体相抵靠，从而使高压口关闭为止。
这样的伺服阀结构比较复杂，造价也较高，这是由于必须对壳内侧的外阀体的导向元件进行精密加工、对外阀体内侧的为内阀体进行导向的导向元件也要进行精密加工。当第二座打开时，内阀体与外阀体之间的导向元件受高压流的影响，结果会造成泄露的损失。由于系统固有的原因，外阀体的电磁驱动在电磁线圈开始激励至外阀体的实际动作过程中延时过长，由于外阀体的外侧有壳、内侧又有内阀体，外阀体的动作就受到了较大摩擦力的阻碍。
本发明的目的是提供这样一种注射喷嘴的伺服阀，它克服上述缺点，驱动反应快、动作灵敏度高，结构简单、成本较低，可以进行精确的动作和准确的控制，而不受环境温度的影响。
本发明还有一个目的是提供这样一种注射喷嘴的伺服阀，它的设计使得其工作寿命长。
为了实现上述目的，本发明提出了一种注射喷嘴的伺服阀，其用于公用输送管系统，包括：一个壳体，具有阀腔、高压口、过油口和回油口，以及，一个阀元件，可在阀腔中动作，在由电驱动的驱动装置的驱动元件的作用下可有选择地与第一座或第二座相抵靠，其中，当阀元件与第一座相抵靠时，回油口关闭，而高压口与过油口相通，当阀元件与第二座相抵靠时，高压口关闭，过油口与回油口相通，以及，其中的过油口可与注射喷嘴的工作腔相通，喷嘴的孔从喷嘴腔开始延伸，喷嘴腔中具有高压，当该工作腔处于高压状态时，注射喷喷关闭，当该工作腔处于减压状态时，注射喷嘴打开，其中，驱动装置包括一个压电致动器，该压电致动器置于壳体之内，壳体支撑着压电致动器的端部，该端部背向着所述的驱动元件，其中本发明的改进之处在于，壳体的材料要根据压电致动器的材料进行选定，这样热膨胀不会影响驱动元件的位置。
优选的是，在压电致动器的背向所驱动元件的一端和壳体之间设有附加的元件，该附加的元件的材料要根据壳体的材料及压电致动器的材料进行选定，这样热膨胀不会影响驱动元件的位置。
优选的是，阀元件是钢珠的形状。
优选的是，在壳体的不同部分上设有两个相互对准的孔，在两个相互对准的孔的相面对的两端之间形成了所述的阀元件，在所述孔的相面对的两端分别设有所述的阀座，阀座加工成这样的形式，就是可容纳大尺寸的所述阀元件。
优选的是，当压电致动器不施加电压时，所述阀元件抵靠在第一座上。
优选的是，在高压油路上的设有进给节流阀，高压油路与高压口相通。
优选的是，在连接油路上设有节流阀，油路通向工作腔。
从而，本发明的伺服阀结构紧凑、非常简单、成本低廉，其本质原因是没有双面都有配合要求的零件。通过回油口由驱动元件直接进行驱动的阀元件可克服阀腔中的高压处于打开状态，这是对长度可变的元件实行电控完成的。20至30μm的冲程足以使伺服阀进行开关的转换，因而可以采用压电致动器或磁致伸缩的致动器。采用具有小冲程的压电致动器使得有可能使伺服阀的切换时间短而驱动动作准确。进一步地说，阀元件在冲程中的速度可由长度可变的元件或致动器进行适当的控制，从而阀元件可以较轻柔的方式与座相抵靠，其优点是伺服阀的工作寿命可大大加长。设置长度可变元件的好处是注射喷嘴可在电压减小或电流减小的条件下关闭，其优点是系统的可靠性和安全性好。根据本发明，伺服阀中可承受极高的高压。高压油路直接与阀腔相通，没有必要再设置活塞导套或类似的元件以对高压油实行密封。
本发明的进一步的目的、特点和优点可以通过下文的对推荐实施例的详细说明而变得更明确。
图1是关于公用输送管系统的总体示意图，
图2是本发明伺服阀的液压回路的原理图，
图3是本发明注射喷嘴的伺服阀的截面图，
图4是图3的局部放大图，和
图5是图4的局部放大图。
推荐实施例的说明
这里应当注意到，术语公用输送管一般是指这样的系统，该系统的目的是一方面是使系统的压力与发动机速度和注射的燃料量无关，另一方面可增大平均注射压力。公用输送管系统的主要特征是借助于存储容积使压力的产生与燃料注射相互无关，该存储容积包括公用高压分配器管(公用输送管)以及进给管和喷嘴中存在的容积，公用高压分配器管连接到多缸发动机的注射喷嘴，而进给管连接到注射喷嘴。
首先参考一下图1，代码2表示的油箱经由滤清器(没示出)和预输送泵4而连接到公用输送管的高压泵6。有一条管路由高压泵6连接至分配器管，即公用输送管8，该公用输送管8经由进给管10而与相应的注射喷嘴12相连通，每个注射喷嘴12与多缸内燃机的一个缸相对应。
各注射喷嘴12通过回油管14而与回油管16相通，而回油管16与油箱2相通。
系统的压力由节流阀18进行限制，可以高达2000巴。
电控制装置20的输出端与高压泵6和各注射喷嘴12相连。该电控装置20的输入端22与公用输送管8的压力传感器24及其他的传感器(没示出)相连，以感知控制参数的大小，例如可感知加速度、动作速度、温度、填料压力、空气量、发动机速度及类似的参数。
现再来参考图2，它是注射喷嘴及其液压回路的结构原理图。
注射喷嘴12包括喷嘴体26，其端部有一喷嘴尖，在注射喷嘴处于关闭位置时，该喷嘴尖抵靠在阀座(没示出)上。喷嘴体26穿过喷嘴腔28腔，而喷嘴腔28与进给管10相连通。喷嘴体26与致动活塞或柱塞30相连或与之集成一体，该柱塞30在工作腔32中运行。工作腔32通过油路34而与节流阀36相连，继而与一个伺服阀的腔40的一个油口38相通，该伺服阀用42表示。
腔40还有一个高压口44，该高压口44通过高压油路48而与进给管10相通，而在高压油路48上设有节流阀46。
腔40进一步地设有一个回油口50，该回油口50与回油管14相通。为了使一个阀元件动作，杆56穿过了回油口50，在本实施例中，阀元件即钢珠52，而杆56由驱动装置驱动，在本实施例中驱动装置为压电致动器54。压电致动器54由适当的电线(没示出)连接至图1中的控制装置20上。
压电致动器本身是熟知的，其结构与电容器相似，它的绝缘介质包括压电材料，如铝-锆酸盐-钛酸盐。现代致动器工作的场强度高达2000V/mm，在长度上的相对变化可达1.5％。在图示的实施例中，压电致动器40的长度大约为30mm，它可产生大约0.03mm的冲击动作。开/关转换的时间通常为50μs，杆56的动作速度由压电致动器54进行可控制的适当的驱动。
现在参考图3，它是注射喷嘴12的纵断面图，该注射喷嘴12包括壳58和高压接口60，该高压接口60用于与图1所示的分配器管或者说公用运输管8相连。图3没有示出连接电线，而正是通过这些连接电线，压电致动器54才与图1中的控制装置20相连。
由于注射喷嘴12作为整体直接安装在内燃机的气缸盖上，这对提高阀驱动的精度是有利的，这是因为压电致动器54和壳58之间由于热的影响所造成的长度差异可得到合理补偿。这至少在压电致动器54与壳58相配合的区域内是有效的，壳58由适当的材料制成，该材料与压电致动器54一样具有很低的热膨胀系数，举例来说该材料可以是因瓦合金钢。在另一种结构中，壳58为普通钢，而压电致动器54的热膨胀要通过一个附加元件进行补偿；如图3所示，在壳58中用螺纹元件62把插栓或者说棒64固定，在图中螺纹元件62是一个螺母，插栓64的材料与壳58的材料相比要具有更大的热膨胀系数，例如插栓64可由铝制成。通过使插栓64的长度与压电致动器54的长度相匹配、使壳58的材质与其自身长度相匹配，有可能补偿压电致动器54的较低的热膨胀性。
现在参见图4，这是如图3所示的注射喷嘴12的中心区域的放大图。而图5是如图4所示的中心区域的进一步放大的结构图。
正如图4所示，壳65以螺纹连接至壳58上，壳65中容纳着注射阀和伺服阀，注射阀与致动柱塞或活塞30相连系。伺服阀的钢珠52由弹簧66迫使其趋于向上的位置，以抵靠至销68上，而销68由压电致动器54进行驱动，钢珠52也可以抵靠在如图5中用代码70表示的第一个座上。销68与元件72协调动作，元件72受到壳58中的孔76的导向作用，压电致动器54也容纳在孔76中。元件72通过半球形部分74而支撑着压电致动器54。在元件72和孔76的内侧面之间设有密封件78以起密封的作用。元件68、72和74构成了在图2中以代码56表示的杆状部分。
为了感知致动活塞或柱塞30的行程，设置了针状的行程传感器80，从而注射阀(图4没示出)的开启程度可被准确地加以确定。
图5表示了伺服阀的中心部分，即第一阀体82和第二阀体84，两个阀体相互支撑地设置在壳58和壳65之间，图4中所示的壳65旋入至壳58上。
阀体82和84具有相互对准的孔，这些孔构成了进给管的一部分，并可承受高压。阀体82进一步具有通孔86，阀体84上的盲孔88与该通孔84对准。高压油中48从盲孔88通向进给管10。
孔86和88分别在阀体82和84上形成，在阀体82和84之间的表面上，孔86和88是加工成如此形状的，即可以容纳作为阀元件的钢珠52，如图5所示，也就是说在上阀体82上加工出第一座70并且在下阀体孔84上加工出第二座90。在两个座70和90之间，设有如图2中用代码38表示的油口，图2中容纳着钢珠52的用代码40表示的阀腔经由该油口与油路34相通，在油路34中设置了节流阀36。图5中没示出高压油路48中如图2中以代码46表示的进给节流阀。
在通孔86的上端设有一环形的凹部90，该凹部90与图2中以代码14表示的回油油路相通，然而这一点在图4和图5中并没有图示出来。图4中所示的销68的侧面上有一纵向槽，它的好处是通孔86不会被完全关闭。
本发明的注射喷嘴中的伺服阀的结构已进行了说明，现在说明其操作方式：
在压电致动器54的非驱动状态，钢珠52与第一座70其同发挥作用，两者抵靠在一起，第一座70就是图5中的上阀体上的座。这样，回油油路14处于关闭状态，而高压油路48与油路34相通，从而工作腔32受到了高压的作用。当图2中以代码26表示的喷嘴体上来自于工作腔32的作用力大于来自喷嘴腔28的作用力时，注射喷嘴就被关闭。
当压电致动器54动作时，钢珠52克服系统的高压而脱离第一座70，而移动至在图5中以代码90表示的第二座处并与之相抵靠，从而高压油路48与阀腔40相隔断，而油路34与回油油路14相通。液态油从工作腔32中排出。系统压力下降的结果是喷嘴体向上移动，从而使喷嘴打开，这也受到了来自于作用于喷嘴腔28中的高压的影响。
由于阀的冲程很小、压电致动器的反映很快，系统的动态特性是很稳定的，这种稳定性还可以通过选择不同的节流阀46和/或36而得以改变。由于两座70和90处于打开状态的时间很短，也由于高压油路48与回油油路14相通的时间很短，因而可把(各种)损失减小到最小程度。
应当明白，注射喷嘴的上述的伺服阀仅仅是通过实例和原理图进行了说明，还可以进行各种修改和改变，但这些都不超出本发明的精神和范围。

Claims (7)

1、一种注射喷嘴的伺服阀，其用于公用输送管系统，包括：
一个壳体(82，84)，具有阀腔(40)、高压口(44)、过油口(38)和回油口(50)，和
一个阀元件(52)，可在阀腔中动作，在由电驱动的驱动装置(68)的驱动元件(68)的作用下可有选择地与第一座(70)或第二座(90)相抵靠，其中，当阀元件与第一座相抵靠时，回油口关闭，而高压口与过油口相通，当阀元件与第二座相抵靠时，高压口关闭，过油口与回油口相通，和
其中的过油口可与注射喷嘴的工作腔(32)相通，喷嘴的孔从喷嘴腔开始延伸，喷嘴腔中具有高压，当该工作腔处于高压状态时，注射喷喷关闭，当该工作腔处于减压状态时，注射喷嘴打开，
其中，驱动装置包括一个压电致动器(54)，该压电致动器置于壳体(59)之内，壳体(58)支撑着压电致动器(54)的端部，该端部背向着所述的驱动元件(68)，
其特征在于，壳体(58)的材料要根据压电致动器的材料进行选定，这样热膨胀不会影响驱动元件(68)的位置。
2、如权利要求1所述的伺服阀，其特征在于，在压电致动器(54)的背向所驱动元件(68)的一端和壳体(58)之间设有附加的元件(64)，该附加的元件(64)的材料要根据壳体(58)的材料及压电致动器(64)的材料进行选定，这样热膨胀不会影响驱动元件(68)的位置。
3、如权利要求1或2所述的伺服阀，其特征在于阀元件是钢珠(52)的形状。
4、如权利要求1至2其中之一所述的伺服阀，其特征在于，在壳体的不同部分(82，84)上设有两个相互对准的孔(86，88)，在两个相互对准的孔(86，88)的相面对的两端之间形成了所述的阀元件(40)，在所述孔(86，88)的相面对的两端分别设有所述的阀座(70，90)，阀座(70，90)加工成这样的形式，就是可容纳大尺寸的所述阀元件(52)。
5、如权利要求1至2其中之一所述的伺服阀，其特征在于，当压电致动器(54)不施加电压时，所述阀元件(52)抵靠在第一座(70)上。
6、如权利要求1至2其中之一所述的伺服阀，其特征在于在高压油路(48)上的设有进给节流阀(46)，高压油路(48)与高压口(44)相通。
7、如权利要求1至2其中之一所述的伺服阀，其特征在于，在连接油路(34)上设有节流阀(36)，油路(34)通向工作腔(32)。
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