CN108474339B - 燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射器(10)包括螺线管(24)和喷嘴，可动构件(32)在所述喷嘴的本体(30)中沿着纵向轴线(X)以可滑动的方式受到引导，所述可动构件(32)在下末端与上末端之间延伸，所述上末端设有适合于与所述螺线管(24)相配合的磁芯。当所述螺线管(24)加电时，所述可动构件(32)朝向打开位置移动，并且当所述螺线管(24)不加电时，所述可动构件(34)被向回推向关闭位置。所述喷射器(10)另外设有限定阻尼器的控制腔室(60)，所述阻尼器适合于在使用期间减缓所述可动构件(32)朝向所述打开位置的运动。

Description

燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种更特别适合用于“共轨”类型的喷射装置的燃料喷射器，该喷射器本身设有喷嘴，该喷嘴的阀针直接通过电磁螺旋管致动器打开或关闭。
背景技术
现有技术的燃料喷射器包括螺旋管致动器和移动磁芯，该移动磁芯直接作用在阀构件上，从而打开或关闭燃料喷射孔。
以这种方式加载的阀构件以直接且突然的方式运动，并且特别是在打开时阀针的过渡快速运动妨碍了对喷射进行容易且精准的控制。
发明内容
本发明旨在通过提出一种简单、经济的解决方案来解决上述缺点。
为此目的，本发明提出了一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括从所述喷射器中的入口经过阀座一直延伸至喷射孔的加压燃料回路，所述阀座用于控制所述喷射孔的打开或关闭。所述喷射器另外包括电磁致动器，该电磁致动器设有固定的螺线管和喷嘴，螺线管在加电时产生磁场，可动构件在所述喷嘴的本体中沿着纵向轴线以可滑动的方式受到引导，所述可动构件在上末端与限定所述阀座的下末端之间延伸。
有利地，所述可动构件的所述上末端限定磁芯，该磁芯适合于与所述螺线管相配合，从而当所述螺线管加电时，所述磁场吸引所述可动构件并使所述可动构件朝向打开位置移位，在该打开位置，所述阀座打开通路从而允许喷射燃料；当所述螺线管不加电时，所述可动构件被阀针弹簧向回推向关闭位置，在所述关闭位置，所述通路被关闭从而禁止喷射燃料。
另外，所述喷射器设有限定阻尼器的控制腔室，所述阻尼器适合于在操作时减缓所述可动构件朝向所述打开位置的运动。
所述控制腔室被限定在所述可动构件的内部中，所述腔室与所述阀座流体连通。
所述阻尼器包括控制所述流体连通的入口阀，所述入口阀能在所述流体连通被限制的第一位置与所述流体连通完全打开的第二位置之间移动。
所述阻尼器另外包括连续地朝向所述第一位置加载所述入口阀的阀弹簧。
更详细地说，根据如下通用公式，由所述磁场产生的打开力大于施加在所述可动构件上的关闭力的总和：
FM>F+F+FH
其中：
FM为所述磁场的打开力；
F为所述阀针弹簧的力；
F为所述阀弹簧的力；
FH为由于所述可动构件的液压不平衡引起的力。
当操作时，所述阀在所述可动构件朝向所述关闭位置移动时朝向所述第二位置定位。
具体而言，所述阀包括用于布置在所述控制腔室中的部分的管状本体，所述管状本体连续地抵靠所述电磁致动器的端面，所述阀针弹簧被压缩在所述管状本体和所述控制腔室的端面之间。
所述入口阀包括布置在所述管状本体中的可动构件。
所述管状本体包括外周壁，该外周壁从布置在所述控制腔室中的第一末端轴向地一直延伸至抵靠所述电磁致动器的端面的第二末端。该管状本体另外设有开口径向端面，该开口径向端面的中央形成有内部台肩，处于所述第一位置的所述入口阀的可动构件抵靠所述开口径向端面。
附图说明
通过仔细阅读如下详细描述并考虑到通过非排他性示例给出的附图，本发明的其它特色特征、目的和优点将变得清楚，其中：
图1是根据本发明的喷射器的示意性概述。
图2是图1中的喷射器的喷嘴的纵向剖视图。
图3是适合于图1和图2的喷射器的极靴的仰视图。
图4是图3中的设计的另选方案。
图5和图6是根据适合于图1和图2的喷射器的喷射器喷嘴的阀座的两个实施方式的剖视图。
图7和图8类似于图2，示出了喷射器喷嘴的操作的两个阶段。
具体实施方式
图1中所示的燃料喷射器10具有在纵向轴线X上延伸的细长本体，并且在图中的顶部描绘出的致动器部分12和在附图的底部描绘出的液压部分14，这两个部分12、14之间的界限由实线表示。在喷射器10中，用于供应加压燃料的回路16从大体布置在喷射器的顶部处的入口18一直延伸到喷射孔20，该喷射孔20正好位于液压部分14的底部并且旨在将加压燃料蒸发到内燃发动机的燃烧室内。
在整个描述中，为了清楚和简单起见，参照附图的任意方向并且在没有限制本发明的范围的意图下使用诸如“顶部”、“底部”、“在....上方”、“在...下方”之类的术语。
另外，在致动器部分12的本体22的下部中布置有采取圆环面形式的螺线管24，该螺线管24通过连接导线电连接，该连接导线朝向顶部一直延伸至适合于接收控制单元的互补连接器的连接器26。在圆环面状螺线管24的中央空间中布置有磁性极靴28，该极靴28具有穿过的轴线X，以便形成高压回路16的一部分。
在液压部分14的本体30中以在纵向方向上滑动的方式布置有在上末端和细尖锐的下末端之间延伸的可动阀构件32，这种可动阀构件32有助于阀针的熟悉名称的概括。磁芯34与上末端成一体，并且下末端与液压部分的本体30的内端面相配合，以便形成阀座36，所述阀座36沿着直径D36的圆形线延伸。阀构件32可在完全打开位置PO和关闭位置PF之间移动，在完全打开位置PO，阀座36打开，尖锐末端从本体的内端面离开，从而留出供加压燃料通向喷射孔20的通路，在关闭位置PF，所述通路关闭，尖锐末端抵靠本体30的内端面密封接触，由此将燃料保持在关闭的阀座36的上游。
致动器部分12和液压部分14通过喷射器螺母38牢固地保持固定至彼此，所述喷射器螺母38一方面抵靠液压部分的本体的径向台肩安置，另一个方面，被旋拧至致动器部分的本体22。
可动构件32的运动由致动器直接控制。因而，当螺线管24被加电时，该螺线管24产生围绕环形面螺旋管环绕并且经由极靴28和磁芯34的磁场M，从而将阀32的可动构件朝向打开位置PO吸引。
图2中的绘图使得可以澄清图1的初步描述，该图2集中于喷射器的下部，并且特别详细地描述了一个实施方式。
致动器部分的本体22朝向底部一直延伸至横向径向端面40(液压壳体通向该横向径向端面40)，从而允许布置螺线管24和极靴28。另外，在本体22中沿着轴向X延伸的高压回路16穿过极靴28的中心并且在所述横向端面40的中央处排出。
布置在环形面螺线管的中央空间中的极靴28是在纵向方向X上回转的部件，该部件从圆形横向下端面42沿轴向朝向顶部延伸，然后到达圆柱形基部，再然后到达金字塔状圆锥形中央部分，再一直延伸至同样也是圆柱形顶部的小节段。中央通道44作为高压回路16的组成部分从顶端的中央沿轴向X延伸至下端面42的中央。在下端面42的中央处，极靴设置有星形通路46，从而在高压回路16和液压部分14之间形成流体连通；该极靴还设置有位于下端面42的延伸部中的支撑端面。
图3以仰视图提供了极靴28的示例，星形通路46采取四臂十字形式。作为该十字的另选方案，本领域技术人员将能够实现具有一个或两个臂(这里，一个臂或两个臂因此给星形表述的继续使用带来了限制)或者具有三个臂或更多个臂的流体连通。图3的视图同样用符号表示了具有也可以采用的其它形式的四个矩形臂。液压部分的本体30具有限定连续内部空间的外周壁48，该连续内部空间包括宽横截面的上游空间50和较窄的下游空间52。磁芯34适合于在上游空间50中在纵向轴线X上滑动，而可动构件的狭窄部分54由适合于抵靠下游空间52的内壁轴向地滑动的下引导件56引导到下游空间52内。布置在磁芯34中的通路58允许燃料从上游空间50传送至下游空间52。在图2的视图中，这些通路58为布置在磁芯的外周上的竖直孔，并且本领域技术人员将能够在实心材料中或者以笔直或螺旋外周凹陷的形式布置所有种类的通路58，不管它们采取何种形式，这些通路都允许加压燃料自由循环。
以类似方式，通路的数量(这里没有描绘出)允许燃料在下引导件56的任一侧循环，所述通路(这里没有描绘出)通常是在下引导件56的外周上制造的螺旋凹槽。
根据图2中所示的实施方式，磁芯34和可动构件的狭窄部分54为以互补方式布置的两个不同部件。磁芯34布置有形成控制腔室60的轴向盲孔60，该控制腔室60为圆柱形并且在磁芯的上游端面62的中央处开口，所述控制腔室60由可动构件的狭窄部分54在下游堵塞，该可动构件可插入到轴向盲孔内并且永久地固定至所述磁芯而形成控制腔室60的底部64。根据图2中的视图，由可动构件的狭窄部分54的上末端形成的所述底部包括外周环形端面66和中央圆柱形突起，该中央圆柱形突起的顶端面68为圆形且横向的。
控制腔室60中布置有阀70，该阀70包括中空阀本体72，可动构件74布置在该中空阀本体72中。
根据图2中的实施方式，阀本体72为圆柱形管状部件，其外周壁76在一个末端处由设有轴向开口80的横向台肩78封闭。
外周壁76从与腔室60的底部面对地布置的下环形端面82轴向X地一直延伸至上环形端面84，该上环形端面84也是台肩78的上端面。
外周壁76和台肩78限定圆柱形内部空间，该圆柱形内部空间由外周壁76的内部圆柱形端面86和台肩的下端面88限定，可动构件74以轴向滑动方式布置在该空间中。
所述外周壁76的外端面90为圆柱形，并且以抵靠内壁滑动的方式布置在孔60中。本体72(该本体72的主要部分在控制腔室60中受到引导)部分地从控制腔室60出现，台肩的上端面84即横向环形端面抵靠极靴的下端面42放置。更具体地说，所述上端面84仅仅抵靠极靴的下端面42的存在于星形通路46的臂之间的那些部分放置。
在图4所示的另选设计中，极靴的下端面42为光滑平坦圆盘，只有中央通道44在该端面42的中央处排出，并且阀本体的上端面84设有形成星形通路46的径向通路，这些径向通路为燃料可以从中央通道44流入上游空间50所经过的径向通路。图4中描绘了四个径向星形通路，不过本领域技术人员将能够实现具有不同数量通路的另选形式。
所述可动阀构件74为在与腔室60的底部面对地布置的横向下端面92和与台肩的下端面88相对地布置的上横向端面94之间轴向延伸的柱体。可动构件74另外设置有在下端面92的中央处以及在上端面94的中央处排出的横贯轴向通道96。所述通道96设有小横截面的限制部98，根据图2所示的实施方式，所述限制部98接近所述上端面94布置，但是也能够布置在轴向通道96的中心处或者接近可动构件的下端面92布置。另外，在上端面94上布置有圆形突起，该圆形突起形成直径D100的密封唇缘100，该密封唇缘100适合于抵靠台肩的下端面88密封接触。
布置在控制腔室60中的是压缩在腔室底部的外周环形端面66与本体壁的下端面82之间的阀针弹簧102以及压缩在腔室底部的突起的圆形顶端端面68和可动构件的下端面92之间的阀弹簧104。阀弹簧104产生轴向力F104，并且所述阀弹簧104基于密封唇缘的直径D100来计算，从而使得在阀针的关闭阶段期间所产生的力F104近似为加压燃料在可动阀构件74上产生的力的大小，下面在说明书中更详细地描述关闭阀针的阶段。阀针弹簧102朝向抵靠极靴的下端面42在星形通路的臂之间延伸的部分的支撑件连续地加载阀阀本体的上端面84，而阀弹簧104朝向抵靠台肩的下端面的支撑件连续加载密封唇缘100。
在这里没有描绘出的另选形式中，可动阀构件74为直径大于开口80的直径的球体，从而阀弹簧104朝向开口80的关闭位置连续地加载所述球体。另外，阀本体72设置有从阀本体的外周壁76穿过阀本体的壁一直延伸到控制腔室的限制孔口。所述孔口本身形成相当于上述限制部98的限制部，所述球体永远都不会堵塞该限制孔口。
狭窄部分54在下游空间52中在可动磁芯34下面一直延伸至其形成阀座36的尖锐末端。被称为囊106的小空腔形成在可动部分的本体的末端处，喷射孔20穿过所述本体的位于所述囊106和本体的外端面之间的壁。
现在简要描述喷射器10的操作。
在第一阶段中，螺线管24没有加电。加压燃料占据液压部分的的本体30中的整个自由容积，具体而言，占据极靴的下端面42和磁芯的上游端面62之间、控制腔室60的内部、以及所述本体从磁芯一直到阀座36的下游空间52。阀本体72通过阀针弹簧102施加在极靴的下端面上，而可动构件74的唇缘100通过阀弹簧104以紧密密封方式保持抵靠阀本体的台肩78。可动构件32通过第一弹簧102和第二弹簧104保持在关闭位置PF，所述第一弹簧和第二弹簧在所述可动构件32上施加连续地朝向该关闭位置PF对该可动构件32加载的力。另外，可动构件32在液压上略微不平衡，这是因为在关闭位置，囊106中阀座36下面的压力较弱，并且可动构件32经受燃料压力并且在该可动构件上产生关闭力的端面的表面的和略微大于可动构件32经受燃料压力并在该可动构件上产生打开力的端面的表面的和，差为可动构件的末端点的阀座36下面存在的面积。阀座的直径D36越大，该液压不平衡则成比例地越大。
在阀针的第二阶段或打开阶段中，如图7所示，螺线管24加电，并且产生磁场M，该磁场M将可动磁芯34吸向极靴。为了使可动构件32从关闭位置PF向打开位置PO移动，由磁场M产生的打开力必须克服两个弹簧102、104的力以及与阀座36的尺寸相关的液压不平衡。如果弹簧产生仅仅几个牛顿的较弱的力，则液压不平衡本身可能产生更大的力，并且从利用已知螺线管(螺线管的吸引力保持适中)的角度来看，已经进行了建模和测试，该建模和测试涉及使用两种不同构造的阀座。
通过选择如下值成功地完成了测试和建模：
磁场的打开力FM＝150N；
阀针弹簧的力F102＝25N；
唇缘直径D100为2mm；
阀弹簧的力F104＝5N；
阀座直径D36＝0.7mm。
对于这些计算，控制腔室具有4mm的直径和20mm3的容积。
由于液压不平衡引起的关闭力FH(以牛顿表示)基于燃料压力(以巴表示)并且基于阀座的直径D36(以毫米表示)根据如下公式计算：
FH＝[P/10].[(π.D362)/4]
对于2000巴的操作压力和0.7mm的直径D36，液压力FH为77N。
为了确保喷射器正确操作，致动器必须能够根据通用公式升起可动构件：
FM>F102+F104+FH或者另选地：
FM>F102+F104+[P/10].[(π.D362)/4]
上述值为可能选择的一个示例：
150>25+5+77
根据上述通用公司的其它值例如可以通过从如下架构来选择：
100N<磁场的力FM<180N
15N<阀针弹簧的力F102<50N
1N<阀弹簧的力F104<10N
0.5mm<阀座的直径D36<1mm
图6中所示的第二构造为双接触座36。
囊106的直径为大约1.5mm，并且可动构件32在其尖锐末端设有一直贯穿到囊106的底部的轴向延伸部108，从而在关闭位置PF，可动构件32在所述囊的顶部处的具有第一直径D110的第一圆形线110上以及在所述囊的底部处的具有第二直径D112的第二圆形线112上接触所述本体。此外，可动构件32设置有内部通道114，该内部通道在第一圆形线110上游的下游内部空间52与所述延伸部108的处于第二圆形线112下游的末端之间形成流体连通。喷射孔20通向容纳在圆形线110、112之间的环形空间116，并且内部通道114允许加压燃料到达位于所述延伸部108下面的小空间。根据该第二构造，在关闭位置PF时液压不平衡被限制于包含在第一直径D110和第二直径D112之间的环形区域，并且其中所述直径D110、D112彼此非常接近的实施方式使得可以将液压不平衡最小化。为了使得两个接触比较紧密，该双接触构造需要延伸部108在第二圆形接触线112的水平处略微具有柔性并可变形。
根据阀座的该第二构造，上述通用公式变为：
FM>F102+F104+[P/10].[(π.(|D1102-D1122|)/4]
该第二构造的好处立即变得显而易见，这是因为阀座直径D110、D112可以选择成比第一构造中大，只有这些直径之间的差才比较重要。
在该第二操作阶段，在可动构件32移动到打开位置PO的过程中，加压燃料循环到囊106或环行空间116内，在此处，压力增加，这有助于可动构件的打开力。当其朝向打开位置PO返回时，控制腔室60的容积减小，并且位于控制腔室60中的处于压力下的燃料有助于将阀的可动构件74以紧密密封方式保持抵靠阀本体72，燃料经由轴向通道96及其限制部98从控制腔室退出。该通路限制了燃料流动，结果控制腔室60中的压力增加，并且产生抵抗可动构件32提升并使打开运动减缓的力。
在图8所示的第三操作阶段或阀针的关闭阶段中，中断螺线管的供电。可动构件32于是仅受到两个弹簧102、104的力，位于打开位置PO的可动构件或多或少液压平衡。由于阀座36的上游部分和囊106之间的压力下降而可能产生轻微不平衡。实际上，可动构件32的提升朝向喷射孔20在阀座36的水平处打开受限的流体通路。可动构件32开始朝向关闭位置PF移动，并且控制腔室60的容积增加，结果，控制腔室60中的压力降低。通过这样做，经由极靴的中央通道44到达的处于压力下的燃料推靠在可动阀构件74上，该可动阀构件74在本体72中移动并且稍微更多地压缩阀弹簧104。密封唇缘100于是从与本体的接触当中移开，从而为燃料打开较大通路，从而使燃料能够没有限制地进入控制腔室60，这便于可动构件32快速关闭。
在其中可动阀构件为球体的另选形式中，当螺线管不加电时，球体将开口80关闭；当螺线管加电时，阀针开始上升，球体保持压靠在开口80上，并且控制腔室中压缩的燃料经由延伸穿过阀本体的壁的限制孔口逃逸。当切断供电时并且当阀针位于打开位置时，两个弹簧102、104将阀针向回推动，并且在阀针的关闭运动的过程中，控制腔室中的压力降低，并且加压燃料能够将球体向回推动以将开口80打开，从而使控制腔室内的压力增加。
附图标记列表
X 纵向轴线
PO 阀构件的打开位置
PF 阀构件的关闭位置
10 喷射器
12 致动部分
14 液压部分
16 高压燃料回路
18 入口
20 喷射孔
22 致动部分的本体
24 螺线管
26 连接器
28 极靴
30 液压部分的本体
32 可动阀构件
34 磁芯
36 阀座
38 喷射器螺母
40 致动器部分的本体的下端面
42 极靴的下端面
44 极靴中的中央通道
46 星形通路
48 液压部分的本体的外周壁
50 液压部分的本体中的内部上游空间
52 液压部分的本体中的内部下游空间
54 可动构件的狭窄部分
56 下引导件
58 孔控制腔室
60 磁芯的上游端面
64 控制腔室的底部
66 外周环形端面
68 底部的顶端面
70 阀
72 阀本体
74 可动阀构件
76 阀体的外周壁
78 台肩
80 台肩中的轴向开口
82 外周壁的下环形端面
84 本体/台肩的上环形端面
86 阀体的内端面
88 台肩的下端面
90 阀体的外端面
92 可动构件的下端面
94 可动构件的上端面
96 轴向通道
98 限制部
100 密封唇缘
102 第一弹簧-阀针弹簧
104 第二弹簧-阀弹簧
106 囊
108 延伸部
110 第一圆形线
112 第二圆形线
114 内部通道
116 环形空间
M 磁场
D36 阀座直径
D100 圆形唇缘直径
D110 第一圆形线直径
D112 第二圆形线直径
FM 磁场的打开力
FH 由于液压不平衡引起的关闭力
F102 阀针弹簧的力
F104 阀弹簧的力

Claims (5)

1.一种燃料喷射器(10)，该燃料喷射器(10)包括从入口(18)经过阀座(36)一直延伸至喷射孔(20)的加压燃料回路(16)，所述阀座(36)用于控制所述喷射孔的打开或关闭，所述燃料喷射器(10)另外包括电磁致动器，该电磁致动器设有固定的螺线管(24)和喷嘴，所述螺线管(24)在加电时产生磁场(M)，第一可动构件(32)在所述喷嘴的本体(30)中沿着纵向轴线(X)以可滑动的方式受到引导，所述第一可动构件(32)在上末端与限定所述阀座(36)的下末端之间延伸，
其中，所述第一可动构件的所述上末端设有磁芯(34)，该磁芯(34)适合于与所述螺线管(24)相配合，使得当所述螺线管(24)加电时，所述磁场(M)吸引所述第一可动构件(32)并使所述第一可动构件(32)朝向打开位置(PO)移位，在该打开位置，所述阀座(36)打开通路从而允许喷射燃料，并且当所述螺线管(24)不加电时，所述第一可动构件(32)被阀针弹簧(102)向回推向关闭位置(PF)，在所述关闭位置，所述通路被关闭从而禁止喷射燃料，
所述燃料喷射器(10)另外设有限定阻尼器的控制腔室(60)，所述阻尼器适合于在操作时减缓所述第一可动构件(32)朝向所述打开位置(PO)的运动，
其中，所述控制腔室(60)被限定在所述第一可动构件(32)的内部中，所述控制腔室(60)与所述阀座(36)流体连通，
其中，所述阻尼器包括控制所述流体连通的入口阀(70)，所述入口阀(70)能在所述流体连通被限制的第一位置与所述流体连通完全打开的第二位置之间移动，所述入口阀(70)包括用于布置在所述控制腔室中的部分的管状本体(72)和布置在所述管状本体(72)中的第二可动构件(74)，
其中，所述阻尼器另外包括连续地朝向所述第一位置加载所述入口阀的阀弹簧(104)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其中，根据如下通用公式，由所述磁场(M)产生的打开力FM大于施加在所述第一可动构件(32)上的关闭力的总和：
FM>F102+F104+FH
其中：
FM为所述磁场的打开力；
F102为所述阀针弹簧的力；
F104为所述阀弹簧的力；
FH为由于所述第一可动构件(32)的液压不平衡引起的力。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(10)，其中，当操作时，所述入口阀(70)在所述第一可动构件(32)朝向所述关闭位置(PF)移动时朝向所述第二位置定位。
4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(10)，其中，所述管状本体(72)连续地抵靠所述电磁致动器的端面(42)，所述阀针弹簧(102)被压缩在所述管状本体(72)和所述控制腔室的端面(66)之间。
5.根据权利要求4所述的燃料喷射器(10)，其中，所述管状本体(72)包括外周壁(76)，该外周壁(76)从布置在所述控制腔室中的第一末端(82)轴向地(X)一直延伸至抵靠所述电磁致动器的端面(42)的第二末端(84)，所述管状本体(72)另外设有开口径向端面，该开口径向端面的中央形成有内部台肩(78)，处于所述第一位置的所述入口阀的所述第二可动构件(74)抵靠所述开口径向端面。
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