CN107002620B - 控制阀组件 - Google Patents

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Abstract

一种供高压燃料喷射器控制阀用的子组件，所述子组件包括控制阀构件以及与所述控制阀构件的杆附接的套筒，所述套筒沿着所述控制阀构件的所述杆的至少一部分轴向长度延伸，并且其中设置在所述套筒与所述控制阀构件之间的间隙与控制腔室流体连通，使得在使用期间，在导致所述套筒膨胀并密封所述控制阀的孔时，发生压力补偿，从而防止所述控制阀组件内的燃料泄漏。

Description

控制阀组件
技术领域
本发明涉及一种供燃料喷射器用的控制阀，特别是涉及一种供内燃机的高压柴油喷射系统中的燃料喷射器用的控制阀组件。
背景技术
如图1中图示的公知的燃料喷射器1包括喷射器主体60、喷射器喷嘴62和以可移动方式安装的喷射器针64。弹簧66设置在弹簧腔室68中以将喷射器针64朝向安置位置偏置，在安置位置中，防止燃料经由设置在喷射器喷嘴62中的一个或多个喷洒孔(未示出)向燃烧腔室(未示出)喷射。
喷射器1进一步包括控制阀组件2，控制阀组件2控制喷射器针64的运动。控制阀组件2包括控制阀主体6、能在设置于控制阀主体6中的孔8内往复运动的控制阀构件4以及位于孔8的上端处的控制腔室40。包括电枢70的致动器被设置成控制所述控制阀构件4在打开位置和闭合位置之间的运动。
控制阀组件2内的燃料的泄漏是公知的问题。特别是；泄漏可能发生在控制阀构件4与控制阀主体6的孔8的引导部之间。
增加孔8内的燃料压力会导致孔8的引导部膨胀，从而增加控制阀构件4与控制阀主体6之间的间隙，造成泄漏路径增大。增大的泄漏对喷射器1的效率具有不利影响，例如增大了燃料泄漏量与燃料喷射量之比。
针对沿着孔的引导部的泄漏问题的一种方案是减少控制阀构件和控制腔室的变形。在图2中图示的现有技术控制阀组件2的实施方式中，这通过提供压力补偿腔室80而实现，压力补偿腔室80由位于控制阀主体6内的套筒或插入件82的外环形凹部限定。有必要在插入件82内提供孔口84，以允许高压燃料供应管线52与控制腔室40连通。此外，需要精确加工插入件82的上部内截头圆锥面86，因为该面限定了用于控制阀的阀座。另外，插入件82的装设必须是高精度的，以避免插入件82的引导部出现任何泄漏，从而最小化插入件82的变形，同时仍能使插入件82具有足够的变形以提供抵抗压力所需的补偿。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进式控制阀组件，其整合了替代的更简单而更便宜的方案，以最小化控制阀构件与控制阀的主体的孔之间的泄漏。
因此，在第一方面中，本发明提供了一种子组件。
当子组件和控制阀主体处于闭合位置中时，从控制阀杆的远离控制腔室的端面到套筒的靠近控制腔室的端面的轴向距离可小于从所述控制阀杆的所述端面到入口的基部的轴向距离，所述入口是从燃料通道到控制腔室的入口，
并且从所述套筒的所述端面到所述燃料通道的所述入口的所述基部的轴向距离大于控制阀构件在打开位置和闭合位置之间的行进距离。
所述杆可包括至少一个径向突起，其中所述突起接触所述套筒的内表面。
所述套筒可至少通过所述杆的扩大部与所述杆的内表面上的接触点之间的焊接部而附接至所述控制阀构件。
替代地，所述套筒可借助于位于设置在所述杆的扩大部上的沟槽凹部中的密封环而在所述控制阀构件上保持到位。
在另一方面中，本发明包括一种供燃料喷射器用的控制阀组件，所述控制阀组件包括控制阀主体和如上所述的子组件。
附图说明
现在参考附图通过举例的方式来描述本发明，在附图中：
图1和图2示出了已知的燃料喷射器；
图3是燃料喷射器中的包括根据本发明的第一方面的控制阀子组件的喷射器的横截面视图；
图4是图3的控制阀组件的部分横截面视图；
图5是整合根据本发明的第二实施方式的子组件的控制阀组件的部分横截面视图；
图6是整合根据本发明的第三实施方式的子组件的控制阀组件的部分横截面视图；
图7是整合根据本发明的第四实施方式的子组件的控制阀组件的横截面视图；以及
图8是整合根据本发明的子组件的两个喷射器的部分横截面视图。
具体实施方式
下面按照图中的取向来描述本发明；上、下、上方和下方的参照不旨在是限制性的。
参照图3和图4，喷射器101包括喷射器主体160、喷射器喷嘴162、以可移动方式安装的喷射器针164以及控制阀组件102。
喷射器101具有纵向轴线A；下面相对于纵向轴线A来参照“轴向”和“径向”。
弹簧166设置在弹簧腔室168中以将喷射器针164朝向安置位置偏置，在安置位置中，防止燃料经由设置在喷射器喷嘴162中的一个或多个喷洒孔(未示出)向燃烧腔室(未示出)喷射。在控制阀组件102的控制下，喷射器针164能移动到打开位置，其中燃料能喷射通过喷洒孔。
本发明的第一实施方式的控制阀组件102(在图4中详细图示)包括控制阀主体106、能在设置于控制阀主体106中的孔108内往复运动的控制阀构件104以及附接至控制阀构件104并能与控制阀构件104一起运动的套筒110。
控制阀构件104包括细长杆112，并且在第一上端114处包括截头圆锥阀部118，截头圆锥阀部118包括接触面120。在远离第一上端114的第二下端116处，控制阀构件104包括扩大部122。
控制腔室140被限定在孔108的上端内，围绕控制阀构件104的杆112的上段114。包括电枢170的致动器控制控制阀构件104和控制阀主体106的相对运动。在图3和图4中图示的实施方式中，该相对运动包括控制阀构件104在控制阀主体106内的运动，控制阀主体106相对于喷射器101的其余部分保持静止。控制阀构件104能在打开位置和闭合位置之间运动，从而控制喷射器针164的运动。
燃料供应管线152从高压燃料泵(未示出)向喷射器喷嘴162和弹簧腔室168供应燃料。控制阀组件102的控制腔室140还经由高压燃料通道142与燃料供应管线152流体连通。
在控制腔室140的顶部处，靠近电枢170，控制阀主体106设置有截头圆锥面132。控制阀组件102被示出为处于图3和图4中的完全闭合位置，其中通过控制阀构件104的截头圆锥阀部118的接触面120与控制阀主体106的截头圆锥面132之间的接触而形成环形座212。在闭合位置中，从而防止燃料经由控制腔室140通过高压燃料通道142与低压燃料返回管线144之间。
当致动器被激励时，导致控制阀构件104移动到打开位置，其中在控制腔室140与低压燃料返回管线144之间启用流体通路。
现在将更详细地描述控制阀组件102。
套筒110围绕控制阀构件104的细长杆112的下段190。
从控制阀杆112的远离控制腔室140的下端面192到套筒110的靠近控制腔室140的端面182的轴向距离L1小于从控制阀杆112的端面192到入口220的基部224的轴向距离L2，所述入口是从高压燃料通道142到控制腔室140的入口。因此，当控制阀构件104处于如图4中示出的闭合位置时，套筒110不会阻碍燃料从高压燃料通道142流入控制腔室140。
此外，套筒110的上端面182到高压燃料通道142的入口220的基部224之间的轴向距离L3等于或小于控制阀构件104的行程(即，控制阀构件104在打开位置和闭合位置之间的移动距离)，使得当控制阀构件104处于打开位置时，套筒110也不会阻碍入口220。
然而，在本发明的替代实施方式中，L3可以略大于控制阀构件104的行程，只要当控制阀构件处于打开位置时套筒110对高压燃料通道142的任何阻碍小到足以防止流过入口的燃料的任何显著的压力损失即可。
理想情况下，当控制阀构件104处于打开位置时，入口220的剩余有效横截面面积(即考虑到套筒110的任何阻碍)应该比燃料在座212与控制阀构件104的截头圆锥阀部118之间(即朝向低压燃料返回管线144)流动的横截面面积大至少十倍。
套筒110的外径D2与环形座212的直径D1相同。在替代实施方式中，环形座212的直径D1可以略大于套筒110的直径D2，从而创建较小的压力不平衡，这仍能借助控制阀弹簧66进行管理。
通过套筒110与控制阀构件104之间的缝隙沿着套筒110的大部分长度来提供间隙206。
在组装控制阀组件2期间，套筒110被压配合到控制阀构件104的杆112的第二下端116上以形成子组件。在套筒110的内表面180的一部分与控制阀构件104的扩大部122之间的接触点处，获得了紧密的密封。该密封可例如通过激光焊接部124被加强。
在如图7中图示的根据本发明的控制阀组件702的替代实施方式中，不存在杆122的扩大部，即杆122具有恒定的直径，并且直径减小部240设置在套筒710的最远离截头圆锥阀部118的端部处。如上文定义的紧密密封在直径减小部240中被创建在杆122与套筒710的内表面180之间。
然后，包括控制阀构件104和套筒110的子组件从孔108的顶部插入控制阀主体106的孔108中。
可选地，控制阀构件104的杆112可包括径向突起196，突起196位于杆112的中点处，但在套筒110的上端面182轴向下方。如图4中图示的突起196接触套筒110的内表面180，并且作为居中特征，以确保保持套筒110与控制阀构件104的杆112之间的同心度。
突起196不是环形的，使得控制腔室140与间隙206(位于套筒110和控制阀构件104之间)之间的流体通路保持沿着套筒110的大部分长度。
第二实施方式的套筒110可以在控制阀构件104的第二下端116之上进行自由组装或压配合。
在使用喷射器101期间，随着高压燃料经由高压燃料通道142流入控制腔室140，泄漏燃料流在套筒110的外表面204与控制阀主体106的孔108之间流动。
套筒110与孔108之间的泄漏燃料流受到压力梯度P1的影响，如图4中示意性图示；燃料压力沿着远离高压燃料通道142的入口220的流动方向(即从套筒110的顶部向图4中示出的取向上的底部)降低。由于压力梯度，由套筒110与孔108之间的燃料压力施加到套筒110的向内轴向力从套筒110的顶部向底部(即远离高压燃料通道142的入口220)降低。
燃料还进入套筒110的内表面180与控制阀构件104的杆112之间的间隙。间隙内的燃料没有流动，然而间隙中的燃料使压力能够施加在套筒110的整个内表面180上。套筒110与杆112之间(例如在图4的点P2处)的燃料压力沿着套筒110的轴向长度是恒定的(燃料压力)，因此在套筒110的内表面180上沿着套筒110的长度施加恒定向外轴向力。
因为由燃料压力施加到套筒110的向外轴向力大于向内轴向力，所以净向外轴向力会导致套筒110随着入口燃料压力的增加而略微膨胀。套筒110与控制阀构件104的杆112之间的间隙206从而提供压力补偿。
由于控制腔室140内以及孔108与套筒110的外表面204之间的间隙内的压力增加，控制阀主体106的孔108也膨胀/膨大，即直径D1增加。然而，随着主体106由于压力增加而膨大，套筒110膨胀以配合膨胀主体106，即套筒110的外径进一步增加使得套筒110与主体106之间的间隙减小。因此，间隙内的压力不会随着控制腔室140内的压力增加而增加。
套筒110随着入口燃料压力增加而膨胀会促使套筒110的外表面204与孔108更紧密接触，从而进一步减小或消除套筒110与孔108之间的任何泄漏流动路径。
可以选择套筒110的厚度以提供抵抗燃料压力的所需补偿。
在如图5中图示的根据本发明的第二实施方式的控制阀组件202中，套筒110借助于密封环198在控制阀构件上保持到位，密封环198被压配合在杆112上并被固定在设置于控制阀构件104的扩大部122中的匹配的环形沟槽凹部230中。因此，第二实施方式的控制阀构件104的扩大部122包括两段；沟槽凹部230上方的第一段122a；以及沟槽凹部230下方的第二段122b。
截头圆锥表面设置在套筒110的内表面180的下端处，并且协作的截头圆锥表面设置在密封环198的外径上。通过密封环198与接触点232(位于套筒110的内表面180的截头圆锥表面与密封环198的截头圆锥表面之间)之间的轴向加载而在套筒110与控制阀构件104之间获得密封。
图6图示了根据本发明的第三实施方式的控制阀组件302。在第三实施方式中，环形座212的直径D1可以略大于或略小于套筒110的外径D2。
为了实现本发明的第三实施方式，套筒110的外径D2通过选定加工操作而与孔的直径D3匹配。
根据本发明的第三实施方式的控制阀组件302的组装包括以下步骤：
-从控制阀主体106的顶部组装控制阀构件106的杆112；
-将套筒110装配到控制阀主体106的孔108内的杆112上；
-将锁定密封环198插入匹配的环形沟槽凹部230中，从而轴向地固定套筒110。
在根据本发明的第三实施方式的控制阀组件中，座212可以远离孔108处于更大的径向距离处，从而增加座212的强度和可靠性。
与以上的现有技术实施方式相比，本发明提供了管理承载表面方面的优点。使座212进一步远离孔108与控制阀主体106的截头圆锥面132的相交处提供了如上所述的更大的可靠性改进。座212的直径可以进一步扩大，而当D1等于D2时仍保持平衡效果，借助套筒110的压力补偿效应存在非常小的泄漏。
本发明的另一关键优点是与现有控制阀主体的兼容性；包括本发明的控制阀构件和套筒的子组件可以容易地组装到现有控制阀主体的孔中。
此外，套筒110或者套筒110与控制阀构件104的子组件或者根据本发明的控制阀组件102、202、302可以被改装成喷射器的替代实施方式。
例如，图8图示了公知喷射器的两个变型801和901。
图8的左手侧图示了将根据本发明的套筒810整合到控制阀组件802中的第一公知喷射器801。控制阀组件802包括采取中心销490的形成的控制阀构件，中心销490被接收在设置于阀杆492中的孔488中。因此，阀杆492有效地形成控制阀主体。
阀杆492位于设置于控制阀块496中的另一孔494内。阀杆492能在另一孔494内滑动，使得阀杆492能相对于中心销490并相对于控制阀块496移动。
套筒810位于中心销490与阀杆492之间，并在阀杆492的一端处被固定到阀杆492。套筒810被成形为使得间隙406设置在套筒810与阀杆492之间。随着高压燃料进入间隙406，压力补偿原理如上所述关于第一至第三实施方式起作用。套筒810与中心销490之间的泄漏被最小化。
图8的右手侧图示了将根据本发明的套筒910整合到控制阀组件902中的第二公知喷射器901。类似于左手侧实施方式，套筒910位于中心销490与阀杆492之间。然而，套筒910被固定到中心销490而不是阀杆492，从而在阀杆492围绕其移动时保持静止。间隙506设置在套筒910与中心销490之间，并且随着高压燃料进入间隙506，压力补偿原理以与关于上文第一至第三实施方式的描述相同的方式起作用。
附图标记
喷射器 101、801、901
控制阀组件 102、202、302、702、802、902
控制阀构件 104
控制阀主体 106
孔 108
套筒 110、410、510、710、810、910
控制阀构件的杆 112
杆的第一上端 114
杆的第二下端 116
控制阀的截头圆锥阀部 118
阀部的接触面 120
控制阀构件的扩大部 122
扩大部的第一段 122a
扩大部的第二段 122b
焊接部 124
上端的截头圆锥面 132
控制腔室 140
高压燃料通道 142
低压燃料返回管线 144
致动器 148
燃料供应管线 152
喷射器主体 160
喷射器喷嘴 162
喷射器针 164
弹簧 166
弹簧腔室 168
电枢 170
套筒的内表面 180
套筒的上端面 182
杆的下段 190
杆的下端面 192
控制阀构件的突起 196
密封环 198
套筒的外表面 204
间隙 206、406、506
环形座 212
高压燃料通道的入口 220
高压燃料压力通道的入口的基部 224
扩大部的沟槽凹部 230
套筒的下部内表面 232
套筒的直径减小部(图7) 240
阀杆的孔 488
中心销 490
阀杆 492
控制阀块的孔 494
控制阀块 496
环形座直径 D1
套筒外径 D2
孔直径 D3
压力梯度 P1

Claims (6)

1.一种供燃料喷射器(101，801，901)的控制阀(102，202，302，702，802，902)用的子组件，
所述子组件包括控制阀构件(104)以及与所述控制阀构件(104)的杆(112)附接的套筒(110，410，510，710，810，910)；
其中，所述子组件位于控制阀主体(106)的孔(108)内，并且其中，所述子组件和所述控制阀主体(106)被布置成彼此在闭合位置和打开位置之间进行相对运动，在所述闭合位置中，燃料经由控制腔室(140)在燃料通道(142)与燃料返回管线(144)之间的流动被阻止，并且在所述打开位置中，燃料的所述流动被允许；
其中，所述套筒(110，410，510，710，810，910)沿着所述控制阀构件(104)的所述杆(112)的至少一部分轴向长度延伸；
并且其中，设置在所述套筒(110，410，510，710，810，910)与所述控制阀构件(104)之间的间隙与所述控制腔室(140)流体连通。
2.根据权利要求1所述的子组件，其中，当所述子组件和所述控制阀主体(106)处于所述闭合位置中时，从所述杆(112)的远离所述控制腔室(140)的端面(192)到所述套筒(110，410，510，710，810，910)的靠近所述控制腔室(140)的端面(182)的轴向距离小于从所述杆(112)的所述端面(192)到入口(220)的基部(224)的轴向距离，所述入口是从所述燃料通道(142)到所述控制腔室(140)的入口，
并且其中，从所述套筒(110，410，510，710，810，910)的所述端面(182)到所述燃料通道(142)的所述入口(220)的所述基部(224)的轴向距离大于所述控制阀构件(104)在所述打开位置与所述闭合位置之间的行进距离。
3.根据权利要求1或2所述的子组件，其中，所述杆(112)包括至少一个径向突起(196)，其中，所述突起(196)接触所述套筒(110，410，510，710，810，910)的内表面(180)。
4.根据权利要求1或2所述的子组件，其中，所述套筒(110，410，510，710，810，910)至少通过所述杆(112)的扩大部(122)与所述套筒的内表面(180)上的接触点(232)之间的焊接部而附接至所述控制阀构件(104)。
5.根据权利要求1或2所述的子组件，其中，所述套筒(110，410，510，710，810，910)借助于设置在所述杆(112)的扩大部(122a，122b)上的沟槽凹部(230)中的密封环(198)而在所述控制阀构件(104)上保持到位。
6.一种供燃料喷射器(101，801，901)用的控制阀组件，所述控制阀组件包括控制阀主体(106)和根据前述权利要求中的任一项所述的子组件。
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