CN108291519B - 燃料喷射器的控制阀装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射器的控制阀装置(24)，包括设置有填充腔室(56)的阀体(44)，在使用中，加压燃料经由填充孔(106)进入所述填充腔室。在所述填充腔室(56)中布置有填充阀以打开或闭合第一流体连通部(82)，从而在使用中控制第一控制腔室(40)的加压燃料的填充，所述填充阀具有沿着阀轴线(X2)移动的填充阀构件(38)，所述填充阀构件(38)具有设置有移动阀座(88)的头部(86)以及以能滑动的方式在设置在所述阀体(44)中的引导孔(64)中被引导的杆(84)，所述填充阀构件(38)在通常情况下由第一弹簧(94)偏置地打开。所述控制阀装置(24)进一步设置有控制阀，所述控制阀具有与致动器(20)协作的控制阀构件(36)，以打开或闭合第二流体连通部(108)，从而在使用中控制所述第一控制腔室(40)的清空，所述控制阀构件(36)在通常情况下由第二弹簧偏置地闭合。另外，在所述阀体(44)中布置有阀座插塞(70)以闭合所述填充腔室(56)，所述阀座插塞(70)设置有开口(79)，所述开口设置有适于与所述移动阀座(88)协作的固定阀座(80)，所述开口(79)限定所述填充腔室(56)和所述第一控制腔室(40)之间的所述第一流体连通部(82)。

Description

燃料喷射器的控制阀装置
技术领域
本发明涉及燃料喷射器，并且更具体地涉及一种控制阀装置。
背景技术
WO2015024692描述了一种燃料喷射器，其中单独的控制阀和填充阀用于实现燃料喷射器的伺服中的三通阀功能。填充通道和限制孔口将高压燃料馈送通过由填充阀和针控制腔室中的开口控制的通路。发现这样的通路与阀孔相交之处附近的区域是高应力区并且限制了针对任何给定材料可实现的喷射压力。还发现这类钻孔中的压力波活动导致紧密偶联的多重喷射的变化性。可制造性也受限于弹簧以及使阀孔超出阀座所需的长型研磨套筒。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过提供燃料喷射器的控制阀装置来解决上述问题，所述控制阀装置包括设置有填充腔室的阀体，在使用中，加压燃料经由填充孔进入所述填充腔室。所述控制阀装置进一步包括填充阀，该填充阀布置在所述填充腔室中以打开或闭合第一流体连通部，从而在使用中控制第一控制腔室的加压燃料的填充。所述填充阀具有沿着阀轴线移动的填充阀构件，所述填充阀构件具有设置有移动阀座的头部以及以能滑动的方式在设置在所述阀体中的引导孔中被引导的杆。所述填充阀构件在通常情况下由第一弹簧偏置地打开。
另外，所述控制阀装置进一步设置有控制阀，所述控制阀具有与致动器协作的控制阀构件以打开或闭合第二流体连通部，从而在使用中控制所述第一控制腔室的清空，所述控制阀构件在通常情况下由第二弹簧偏置地闭合。
所述控制阀装置进一步设置有布置在所述阀体中以闭合所述填充腔室的阀座插塞。所述阀座插塞设置有开口，所述开口设置有适于与所述移动阀座协作的固定阀座，所述开口限定所述填充腔室和所述第一控制腔室之间的所述第一流体连通部。除描述中提到的优点之外，闭合所述填充腔室的所述阀座插塞能够为所述填充腔室提供位于所述阀体中的大开口，大开口在使用中被所述阀座插塞阻塞，但是使工具可以容易地穿过的大开口接合以制造所述填充腔室。这进一步能够选择以任何期望的形状或容积来制造所述填充腔室。
另外，所述阀座插塞进一步设置有所述填充孔，所述填充孔的取向优选地大致平行于所述阀轴线。
另外，所述阀体进一步设置有主馈送孔的大致平行于所述阀轴线延伸的区段，所述主馈送孔适于使加压燃料从所述控制阀装置上游(其中布置有喷射器的燃料入口)流入布置在所述控制阀装置下游的大容积部V，所述大容积部由喷射器的喷嘴主体限定，在该喷嘴主体中以能滑动的方式布置有用于控制喷孔的打开和闭合的针阀。所述填充孔创建所述大容积部到所述填充腔室之间的流体连通。换句话说，所述填充孔和所述主馈送孔的所述区段大致平行，并不相交，流过所述填充孔的加压燃料来自所述大容积部，能够更好地控制在所述主馈送孔中传播的压力波。
优选地，所述阀座插塞过盈地压配合在所述填充腔室中。
更确切地说，弹簧座被固定到所述填充阀构件，所述弹簧座向所述填充阀构件传递由所述第一弹簧生成的打开力。所述弹簧座是固定到所述填充阀构件的所述杆上的环形套环。所述第一弹簧是布置在所述填充阀构件的所述杆周围并被压缩在所述阀体的表面和所述弹簧座之间的螺旋弹簧。
所述弹簧座能以过盈配合固定到所述填充阀构件的所述杆上，以及/或者所述杆能设置有供所述弹簧座抵靠的肩部，该肩部使所述弹簧座在所述杆上的定位容易。
在特定布置中，所述填充孔设置有节流孔口。
另外，供在其中引导所述填充阀构件的所述杆的所述引导孔在所述填充腔室的底壁中开口，并且所述底壁能设置有环形底切，所述环形底切形成包围所述引导孔的凹槽并且限定了内表面是所述引导孔且外表面是所述填充腔室的壁。该外围壁能够更好地控制流过设定在所述杆和所述引导孔之间的功能间隙的轻微燃料泄漏。事实上，在使用中，当打开所述第二流体连通部以便喷射燃料时，所述引导孔的顶部减压，并且燃料可能在低压下经由所述间隙从处于高压的所述填充腔室朝所述减压区泄漏。为了使所述泄漏最小化，承受向内低压和向外高压的外围沿径向向内略微变形，使所述间隙和泄漏路径最小化。
在一个实施方式中，该壁呈锥形，所述壁的厚度通过开出所述引导孔而变薄并且越接近所述凹槽的底部测量越大。该锥形轮廓尽管是优选的，但并非强制性的，并且具有平行表面、阶梯状外表面或任何其他轮廓的另选实施方式也是可行的。
此外，所述第二流体连通部包括从所述第一控制腔室延伸到第二控制腔室的连通通道并包括从所述第二控制腔室延伸到低压出口线路的排出通道，所述控制阀被布置在所述第二控制腔室和所述低压出口线路之间。
本发明进一步应用于燃料喷射器，其中，可移动式针与喷嘴协作以在使用中启用或禁止燃料喷射，所述可移动式针由根据前述段落制造的控制阀装置以液压方式导引。
附图说明
现在，参照附图通过举例的方式描述本发明，在图中：
图1是局部剖视的伺服喷射器的纵向视图，能够观察到控制阀装置。
图2是根据本发明的一个实施方式的图1的喷射器的控制阀装置的放大视图。
图3是根据呈现在图2上的实施方式的另选方案的、图1的喷射器的控制阀装置的放大视图。
具体实施方式
参照图1，图1描述了燃料喷射器10，燃料喷射器10具有大致沿着主轴线X1延伸的细长形状。喷射器10包括：致动部12，其根据图中任意的非限制取向位于喷射器的顶部上；以及液压部14，其位于底部处。通过将接合在液压部14之上的螺母16抵接到肩面上并拧在致动部12上，把两个部分12、14牢固地保持在一起。
致动部12包括设置有致动器构件20的主体18，致动器构件20被布置在致动部12的底面中的孔开口中。图1和图2描绘了其中致动器构件20为螺线管的实施方式，而图3描绘了压电或磁致伸缩致动器的另选例。致动器构件20电连接到电连接器22，电连接器22被布置在致动部12的顶部上。
液压部14具有保持与致动部12的底面呈面接触的顶面并且包括控制阀装置24和喷嘴组件26。
在操作中，致动器构件20与控制阀装置24协作，控制阀装置24又与喷嘴组件26协作以启用或禁止燃料喷射事件。
喷嘴组件26包括设置有孔30的主体28，阀构件32(参照其细长形状，通常被称为针)以能滑动的方式在孔30中被引导并且与阀座协作以另选地打开或闭合设置在喷嘴组件26的末端34中的喷孔。
控制阀装置24被布置在致动器部14和喷嘴组件26之间并且包括彼此协作以一起填充三通阀功能的控制阀构件36和填充阀构件38。控制阀构件36由致动器构件20直接致动，同时填充阀构件38根据第一控制腔室40和第二控制腔室42之间的燃料压力差移动。
现在参照图2和图3描述控制阀装置24的一个实施方式。在图2中，致动器构件20为螺线管，并且控制阀构件26是根据2015年3月25日提交的专利申请GB1505004中的描述指导的弹簧；并且在图3中，致动器构件20为直接偏置控制阀构件36的伺服致动器(诸如压电或磁致伸缩的)，在2015年6月29日提交的申请GB1511355中描述了控制阀区域的这种布置。
参照图2，可以布置有控制阀构件36的其他另选例，例如在液压孔中被引导的公知电枢-杆组件类型。
在图2中，填充阀构件36包括主体44，主体44具有柱形形状并且从布置成与致动部主体18的底面呈表面接触的顶面46轴向地延伸到底面48，底面48被布置成与布置在喷嘴主体28的顶部上的活塞引导构件50的顶面呈面接触。活塞引导构件50具有轴向孔52，在该轴向孔中以能滑动的方式引导针32的顶部柱形部，第一控制腔室40被限定为轴向地包括在针的顶面54和填充阀体44的底面48之间的所述轴向孔52的容积部。
填充阀体44设置有柱形填充腔室56，填充腔室56为具有外围壁58和底壁60的柱形空腔。填充腔室56沿着阀轴线X2延伸，阀轴线X2平行于主轴线X1且偏移径向距离R。在底侧，填充腔室56在主体44的底面48中开口；而在顶侧，腔室56的底壁60具有锥形形状，所述底壁60设置有外围环形凹槽62，环形凹槽62包围形成在所述底壁60的中心处的锥形突起。
填充阀体44进一步设置有朝向底部横向面向上延伸的引导孔64，在引导孔64的中心处形成沿着阀轴线X2向上延伸的排出通道66。引导孔64在填充腔室的底壁60的中心打开，在所述锥形突起的末端处，直径比引导孔64小得多的排出通道66将所述引导孔64的底部横向面接合到填充阀体的顶面46。此外，排出通道66设置有节流限制件68，节流限制件68布置在其在主体的顶面46中的顶端开口附近。作为另选例，节流限制件68可以布置成更接近引导孔的底部横向面。如图2可见的，排出通道66在控制阀构件36正下方开口，使得在操作中，取决于螺线管20是否通电，所述通道66由控制阀36交替地打开或闭合。
在填充腔室56中布置有杯状阀座插塞70，使腔室56在填充阀体的底面48中的开口闭合。阀座插塞70具有横向底壁72，外围壁78轴向地延伸在底壁72的圆形外围处。底壁72具有：下表面74，其与填充阀体44的底面48齐平地布置；以及对置的上表面76，其位于腔室56内侧。由于其外围壁78与填充腔室的柱形外围壁58过盈地压配合，阀座插塞70在填充腔室56中被固定到位。其他固定手段(诸如激光焊接)也是可行的。阀座插塞的底壁72在其中心设置有穿过开口79的轴向X2并且形成固定的填充阀阀座80，如图中可见的，填充阀阀座80与引导孔64对准。开口79的截面从其在上表面76中的开口增大到其在下表面78中的开口(大部分在第一控制腔室40中开口，从而形成由第一控制腔室40和填充腔室56之间的填充阀构件38控制的第一流体连通部82)，所述截面与引导孔64的截面类似、相等或略大。
优于现有技术，通过使单独的压配合式阀座插塞70闭合填充腔室56，实现对在喷射器内传播的压力波的更好控制。事实上，单独的阀座插塞70可以准确地定位在填充腔室56内，并且当在现有技术中，所述填充腔室56的容积部在作为主体中的底切被加工时，容易在大范围内选择所述填充腔室56的容积部。
提升填充阀构件38具有：柱形杆84，其以能滑动的方式在引导孔64中被引导；以及头部86，其设置有互补地接合在固定阀座80的开口79中的移动阀座88。当所述提升填充阀的头部86被布置在阀座插塞的底壁72的厚度中时，杆84在填充腔室56中延伸并接合在引导孔64内。如图中可见的，填充阀构件38进一步设置有将杆84接合到头部86的小环形底切。第二控制腔室42是在杆84的顶部上方包括在引导孔64中的空间。如图中可见的，填充阀构件38设置有在头部86中两端开口的内部轴向连通导管90，连通导管90在第一控制腔室40中开口，并且在第二控制腔室42中在杆的顶部开口，连通导管90在第一控制腔室40和第二控制腔室42之间形成永久开放的流体连通。靠近第二控制腔室42，连通导管90设置有另一节流限制件92，该节流限制件92另选地可以布置成靠近头部86或头部和杆84的顶部中间的任何位置。
返回到设置在填充腔室的底部处的环形凹槽62，可以看出，所述凹槽具有与杆84在引导孔64内的引导长度基本相同的轴向深度D，因此锥形突起形成包围引导孔64的壁，在更接近图中顶部测量所述截面时，所述壁具有增大的截面。在填充阀阀座80、88的打开位置OP中，通过布置在杆84周围并被压缩在填充腔室的底壁60和固定到杆84的弹簧座96之间的螺旋弹簧94，填充阀构件38向下偏置地打开。弹簧座96是接合到杆84上并保持就位的套环状构件，由于与杆84的过盈压配合接合或者由于设置在杆上的小肩面，弹簧座抵靠所述肩面。
在现有技术中，填充阀构件的头部86起到与固定阀座密封的密封区域的功能，并且还起到供弹簧94将打开力传递到阀构件38上的弹簧座的功能。密封区域和弹簧座区域同心地布置在头部86上，迫使所述头部86和供填充阀构件延伸穿过的开口79足够大以使弹簧94穿过开口79并与头部86接触。具有同轴而不是同心布置能够分离各功能，密封区域单独保持在头部84上。因此，开口79的截面可以限于密封功能，并因此所述开口79可以具有与引导孔64相同的尺寸，足以使杆84能够接合穿过所述开口79，底切确保阀构件和阀座插塞之间有足够的操作间隙。本领域技术人员将理解，相同尺寸考虑到必要的制造公差，确保杆84必须能够毫无困难地自由平移穿过开口79，开口79的尺寸略大于杆84的尺寸。
燃料喷射器进一步设置有高压燃料回路98，还设置有返回回路102。高压燃料回路98包括具有多个区段的主馈送孔，所述主馈送孔将来自燃料喷射器入口100的加压燃料传送到布置在喷嘴的末端34中的喷孔，还传送到第一控制腔室40。返回回路102还包括用于清空所述第一控制腔室40以及朝向喷射器出口104引导返回燃料的多个部分。
主馈送孔的区段99延伸穿过填充阀体44并且在另一区段中继续穿过活塞引导构件50，在该活塞引导构件处馈送孔在喷嘴主体28内的大容积部V中开口。在阀体44中，区段99大致平行于阀轴线X2延伸。穿过活塞引导构件50布置的另一通道部能够使加压燃料朝向阀座插塞70往回上移，在该阀座插塞处穿过阀座插塞的底壁72设置有填充孔106，从而使加压燃料能够进入填充腔室56。在附图所示的优选实施方式中，填充孔106轴向地取向，而在另选例中也可以以一定的角度刺穿。在现有技术中，所述填充孔与阀轴线X2相交。所述优选实施方式的优点在于，与阀轴线X2不相交的填充孔106的所述轴向取向减小了现有技术确定的该高应力区的机械应力，应力减小实现了可达到的喷射压力增加。
此外，已知压力波在图中左侧的高压的主馈送孔中传播，并且将填充腔室56连接到容积部V而非所述高压的主馈送孔的填充孔106的定位和取向实现了对压力波的进一步控制和减小。
在未示出的另选例中，限制通道截面的节流孔口可以布置在填充孔106或活塞引导构件50中。
现在描述该控制阀装置24的主要操作步骤。
在操作中，当布置在燃料喷射设备中时，高压燃料经由入口100进入并且填充高压回路98。燃料喷射器10的操作原理类似于申请WO2015024692中提供的描述，所述原理简要地详述如下。
在第一阶段中，因为针32在闭合位置中互补地抵靠喷嘴主体28的安置面，所以禁止燃料的喷射，防止进入喷孔。螺线管20没有被通电，为此控制阀构件36被偏置到第二控制腔室42和排放口之间的第二流体连通部108的闭合位置中。排出通道66于是关闭，防止燃料从第一控制腔室40和第二控制腔室42排出并且实现所述控制腔室中的压力增加。通过弹簧94还有填充腔室56中的燃料压力的影响，将填充阀构件38偏置到打开位置中。在高压回路98和第一控制腔室40之间的第一流体连通部82于是打开，其中压力升高并将针32保持在闭合位置中。
在第二阶段中，通过激励螺线管20以生成磁场，从而向上吸引电枢并因此打开排出通道66和第二流体连通部108，来启动喷射事件。第一控制腔室40内的高压燃料流出而进入第二控制腔室42，在返回回路102中继续朝向低压贮存器流。由于第二控制腔室42的小容积，排出通道66的开口形成突然压降，向上吸填充阀构件38，其移动到第一流体连通部82的闭合位置中从而禁止高压燃料进入第一控制腔室40。
在第三阶段中，上面开始的喷射事件通过停止对螺线管20的激励而结束。控制阀构件36朝向闭合第二流体连通部108和排出通道66往回偏置，并且类似于第一阶段，控制腔室40、42中的压力再次上升，迫使针32朝向闭合位置。
附图标记列表
X1 主轴线
X2 阀轴线
R 主轴线和阀轴线之间的偏移
D 凹槽的深度
OP 填充阀的打开位置
V 容积部
10 喷射器
12 致动部
14 液压部
16 螺母
18 致动部的主体
20 致动器构件
22 电连接器
24 控制阀装置
26 喷嘴组件
28 喷嘴主体
30 孔
32 阀构件—针
34 喷嘴的末端
36 控制阀构件
38 填充阀构件
40 第一控制腔室
42 第二控制腔室
44 填充阀体
46 填充阀体的顶面
48 填充阀体的底面
50 活塞引导构件
52 活塞引导构件中的轴向孔
54 针的顶面
56 填充腔室
58 填充腔室的外围壁
60 填充腔室的底壁
62 环形凹槽
64 引导孔
66 排出通道
68 节流限制件
70 阀座插塞
72 阀座插塞的底壁
74 阀座插塞的底壁的下表面
76 阀座插塞的底壁的上表面
78 阀座插塞的外围壁
79 阀座插塞的底壁中的开口
80 固定的填充阀阀座
82 第一流体连通部
84 杆
86 头部
88 移动阀座
90 连通导管
92 节流限制件
94 弹簧
96 弹簧座
98 高压燃料回路
99 主馈送孔
100 喷射器入口
102 返回回路
104 喷射器出口
106 填充孔
108 第二流体连通部

Claims (15)

1.一种燃料喷射器(10)的控制阀装置(24)，所述控制阀装置包括设置有填充腔室(56)的阀体(44)，在使用中，加压燃料经由填充孔(106)进入所述填充腔室(56)，在所述填充腔室(56)中布置有填充阀以打开或闭合第一流体连通部(82)，从而在使用中控制第一控制腔室(40)的加压燃料的填充，所述填充阀具有沿着阀轴线(X2)移动的填充阀构件(38)，所述填充阀构件(38)具有设置有移动阀座(88)的头部(86)以及以能滑动的方式在设置在所述阀体(44)中的引导孔(64)中被引导的杆(84)，所述填充阀构件(38)在通常情况下由第一弹簧(94)偏置地打开；
所述控制阀装置(24)进一步设置有控制阀，所述控制阀具有与致动器(20)协作的控制阀构件(36)以打开或闭合第二流体连通部(108)，从而在使用中控制所述第一控制腔室(40)的清空，所述控制阀构件(36)在通常情况下由第二弹簧偏置地闭合，
其特征在于，
在所述阀体(44)中布置有阀座插塞(70)以闭合所述填充腔室(56)，所述阀座插塞(70)设置有开口(79)，所述开口(79)设置有适于与所述移动阀座(88)协作的固定阀座(80)，所述开口(79)限定所述填充腔室(56)和所述第一控制腔室(40)之间的所述第一流体连通部(82)。
2.根据权利要求1所述的控制阀装置(24)，其中，所述阀座插塞(70)进一步设置有所述填充孔(106)。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，其中，所述填充孔(106)的取向大致平行于所述阀轴线(X2)。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，其中，所述阀体(44)进一步设置有主馈送孔(99)的大致平行于所述阀轴线(X2)延伸的区段，所述主馈送孔(99)适于使加压燃料从所述控制阀装置(24)上游流入布置在所述控制阀装置(24)下游的大容积部(V)，所述填充孔(106)创建所述大容积部(V)到所述填充腔室(56)之间的流体连通。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，其中，所述阀座插塞(70)过盈地压配合在所述填充腔室(56)中。
6.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，所述控制阀装置(24)进一步包括固定到所述填充阀构件(38)的弹簧座(96)，所述弹簧座(96)向所述填充阀构件(38)传递由所述第一弹簧(94)生成的打开力。
7.根据权利要求6所述的控制阀装置(24)，其中，所述弹簧座(96)是固定到所述填充阀构件(38)的所述杆(84)上的环形套环，所述第一弹簧(94)是被压缩在所述阀体的表面和所述弹簧座(96)之间的螺旋弹簧。
8.根据权利要求7所述的控制阀装置(24)，其中，所述弹簧座(96)以过盈配合固定到所述填充阀构件的所述杆(84)上。
9.根据权利要求7或8所述的控制阀装置(24)，其中，所述杆(84)设置有供所述弹簧座(96)抵靠的肩部。
10.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，其中，所述填充孔(106)设置有节流孔口。
11.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，其中，供在其中引导所述填充阀构件的所述杆(84)的所述引导孔(64)在所述填充腔室(56)的底壁(60)中开口。
12.根据权利要求11所述的控制阀装置(24)，其中，所述填充腔室的所述底壁(60)设置有环形底切，所述环形底切形成包围所述引导孔(64)的凹槽(62)并且限定了内表面是所述引导孔(64)且外表面是所述填充腔室(56)的壁。
13.根据权利要求12所述的控制阀装置(24)，其中，所述壁的所述外表面呈锥形，所述壁的厚度通过开出所述引导孔(64)而变薄并且越接近所述凹槽(62)的底部测量越大。
14.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制阀装置(24)，其中，所述第二流体连通部(106)包括从所述第一控制腔室(40)延伸到第二控制腔室(42)的连通通道(90)并包括从所述第二控制腔室(42)延伸到低压出口线路的排出通道(66)，所述控制阀被布置在所述第二控制腔室(42)和所述低压出口线路之间。
15.一种燃料喷射器(10)，其中，可移动式针(32)与喷嘴协作以在使用中启用或禁止燃料喷射，所述可移动式针(32)由根据前述权利要求中的任一项所述的控制阀装置(24)以液压方式导引。
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