CN110945231B - 燃油喷射器及其控制阀 - Google Patents

Abstract

用于燃油喷射器的控制阀包括：彼此协作的阀芯(3)和阀座(4)；电枢导向件(2)，包括穿过其的内孔(2a)，该内孔由内周面限定；以及电枢柱(1)，其穿过内孔(2a)，该电枢柱(1)可相对于电枢导向件(2)向前移动，以在阀芯(3)上施加推力，从而关闭控制装阀，并且可相对于电枢导向件(2)向后移动，以释放施加在阀芯(3)上的推力，从而打开控制阀。其中，电枢导向件(2)的内周面包括引导电枢柱(1)前后运动的柱导向段(22a)和直径大于非导向段(22b)直径的柱导向段(22a)。

Description

燃油喷射器及其控制阀

技术领域

本申请涉及燃油喷射器中使用的控制阀和包括这种控制阀的燃油喷射器，特别是共轨型燃油喷射器。

背景技术

燃油喷射器通常包括控制阀和喷射阀，该喷射阀的燃油喷射动作由控制阀在打开和关闭之间切换动作来控制。图1示意性地显示了这样一种控制阀的局部结构，其中包括带有电枢柱1的控制阀，该电枢柱1通过电枢导向件2的内孔2a(请参见图2)插入，并且可以相对于电枢导向件2滑动。控制阀还包括电磁线圈(未示出)，其可以通电和断电。当电磁线圈断电时，在弹簧(未示出)的推力作用下，电枢柱1将球型阀芯3推压到阀座4上，以关闭阀座4中形成的阀孔5。在这种状态下，喷射阀中的燃油会发生蓄压。电磁线圈通电时，电枢柱1在电磁线圈产生的作动力作用下从阀座4上移开，而阀芯3则在阀芯两侧产生的压差作用下从阀孔5移开，以打开阀孔5。现在喷射阀执行燃油喷射操作，即所谓的喷油动作。然后，重新使电磁线圈断电，以使电枢柱1推动阀芯3再次关闭阀孔5，从而结束燃油喷射动作。通过这种方式，通过给电磁线圈通电和断电，电枢柱1会根据电枢导向件2的导向进行往复运动，以打开和关闭控制阀。

已经发现，主要是由于电枢柱1和电枢导向件2之间的燃油膜，电枢柱1和电枢导向件2之间存在液压粘连。在控制阀的关闭动作中，由于液压粘连，电枢柱1向阀座4的方向缓慢移动，因此控制阀的关闭时间被延长了，因此喷射阀会喷射大于期望量的燃油。此外，由于液压粘连，电枢柱1的闭合行为不稳定，这会导致两次喷射之间的燃油喷射量有很大的偏差。因此，可以确定电枢柱1和电枢导向件2之间的液压粘连对燃油喷射器的性能产生负面影响。

发明内容

本申请的目的是抑制燃油喷射器的电枢柱和电枢导向件之间的液压粘连，以改善燃油喷射器的性能。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于燃油喷射器的控制阀，其包括：彼此配合的阀芯和阀座；电枢导向件，其包括穿通其中的内孔，所述内孔由内周面限定；以及穿过内孔的电枢柱，所述电枢柱可相对于电枢导向件向前移动，以向阀芯施加推力，使得控制阀关闭，并且可相对于电枢导向件向后移动，以释放施加在阀芯上的推力，使得控制阀打开；其中，电枢导向件的内周面包括：柱导向段，用以引导电枢柱的向前和向后运动，以及非导向段，其直径大于柱导向段的直径。

根据本申请的一种可行实施方式，非导向段的直径设计得比柱导向段的直径大到下述程度，即当电枢柱相对于电枢导向件移动时，位于非导向段与电枢柱之间的间隙中的燃油完全或几乎不向电枢柱施加拖拽力。

根据本申请的一种可行实施方式，非导向段的直径比柱导向段的直径大至少0.04毫米，例如，大出的范围在0.04毫米至0.2毫米，优选是0.05毫米至0.15毫米，特别是大约0.1毫米。

根据本申请的一种可行实施方式，柱导向段包括前柱导向段和后柱导向段，非导向段在轴向上位于两个柱导向段之间。

根据本申请的一种可行实施方式，非导向段与前、后柱导向段之间的过渡部分分别形成前、后锥面，每个锥面限定与柱导向段之间的锥角。

根据本申请的一种可行实施方式，后锥面的锥角小于前锥面的锥角。

根据本申请的一种可行实施方式，后锥面的锥角在10度至40度的范围内，例如大约30度，前锥面的锥角在40度至75度的范围内，例如大约45度。

根据本申请的一种可行实施方式，柱导向段包括单一柱导向段，所述单一柱导向段在轴向上与一个非导向段相邻，或者两个非导向段位于所述单一柱导向段轴向两侧。

根据本申请的一种可行实施方式，柱导向段包含三个或更多个柱导向段，各柱导向段之间通过相应的非导向段轴向分开。

根据本申请的一种可行实施方式，非导向段的轴向长度或所有非导向段的总轴向长度比单一柱导向段的轴向长度或所有柱导向段的总轴向长度大。

根据本申请的一种可行实施方式，电枢导向件包括具有前表面和后表面的凸缘部分以及从后表面的中央部分向后延伸的管状部分；以及电枢柱包括穿过内孔的圆柱形的主体以及靠近主体的前端围绕主体形成的圆形法兰，在控制阀的打开状态下，圆形法兰被推抵于凸缘部分的前表面，在控制阀的关闭状态下，圆形法兰离开凸缘部分的前表面。

根据本申请的一种可行实施方式，电枢导向件的凸缘部分包括从前表面凹入的圆形凹槽，一个或多个通孔从圆形凹槽的底部延伸到所述后表面。

根据本申请的一种可行实施方式，圆形凹槽由内周和外周界定，内周的直径小于圆形法兰的直径，外周的直径大于圆形法兰的直径。

本申请在其另一方面提供了一种燃油喷射器，特别是共轨型燃油喷射器，包括：前面描述的控制阀；以及与控制阀相组合地组装的喷射阀；其中，喷射阀响应于控制阀的开闭状态执行燃油喷射。

根据本申请，电枢导向件的内孔包括柱导向段和非导向段，因此相对于现有技术，该电枢导向件的用于引导电枢柱的导向区域被减少了，由此抑制了电枢柱和电枢导向件之间的液压粘连。可以实现控制阀的预期关闭时间和燃油喷射器的预期喷油量。此外，电枢柱的关闭行为变得更稳定，并且各次喷射之间的燃油喷射量偏差也得以减少。

附图说明

通过阅读以下详细说明并参考以下附图，可以进一步理解本申请：

图1是根据现有技术在燃油喷射器中使用的控制阀的局部示意剖视图；

图2是图1中所示的控制阀的电枢导向件的剖视图；

图3是根据本申请可行实施方式的燃油喷射器的局部示意性剖视图；

图4是图3所示燃油喷射器的控制阀的电枢导向件的剖视图；

图5和图6分别是图4所示电枢导向件的俯视图和仰视图；

图7是图4所示电枢导向件的局部放大剖视图，用于说明电枢导向件的一些重要尺寸；以及

图8是显示根据现有技术和本申请的燃油喷射器的燃油喷射量之间的比较的曲线图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本申请的一些可行实施方式。请注意，此处提供的附图仅是说明性的，对本申请的范围不构成任何限制。为了清楚起见，未按比例绘制各图，其中有意将一些结构放大以清楚地表示它们。

图3以局部视图中显示了根据本申请可行实施方式的一种用于将燃油喷射到发动机中的燃油喷射器，尤其是在柴油喷射系统中使用的共轨型燃油喷射器。燃油喷射器由控制阀和喷油阀组成，例如组装在共轨型燃油喷射器壳体100(仅在图3中示意性地说明)中。本申请所做的改进主要与控制阀有关，因此图3主要显示了控制阀的相应部分。喷射阀组装在控制阀的前侧(图3中的下侧)，面向发动机(未示出)。控制阀可在打开状态和关闭状态之间切换，并且通过在控制阀的打开和关闭状态之间切换控制阀来控制喷射阀的燃油喷射动作(喷油)。

控制阀包括电枢柱1，该电枢柱1具有沿轴向延伸的大致圆柱体形的主体1a，以及在主体1的前端(图3中的下端)附近围绕主体1a形成并径向向外延伸的圆形法兰1b。

控制阀还包括电枢导向件2(细节请参见图4-7)，其中包括凸缘部分21，该凸缘部分具有第一前表面21a和第二后表面21b，以及从凸缘部分21的后表面21b中心部分沿轴向垂直于凸缘部分21b延伸的管状部分21b。电枢导向件2限定了内孔2a，该内孔2a轴向延伸穿过凸缘部分21和管状部分22。凸缘部分21形成有从其前表面21a凹陷的圆形凹槽21c，从后表面21b轴向突出的圆形凸起21d，以及从圆形凹槽21c的底部轴向延伸到后表面21b的一个或多个(图示的实施方式中为两个)通孔21e。

电枢柱1的主体1a穿过电枢导向件2的内孔2a，并且可以滑动从而相对于电枢导向件2进行往复运动，圆形法兰1b邻近于电枢导向件2的凸缘部分21的前表面21a安置。

电枢柱1的主体1a的前端配置为将球型阀芯3推抵于阀座4，以关闭在阀座4中形成的阀孔5。保持块6在轴向上布置在主体1a的前端和阀门阀芯3之间。保持块6贴附在主体1a的前端，并形成有容纳凹槽，用于在其中容纳大致一半的阀芯3。

阀孔5在阀座4中轴向延伸，并且开通于形成在阀座4中的喷射腔7。喷射针8插入喷射腔7并可在喷射腔7中滑动。喷射腔7和阀座4的对应部分以及喷射针8属于喷射阀。

在电枢导向件2的凸缘部分21和阀座4之间轴向夹持着中间环9。选择中间环9的轴向厚度，以调整电枢柱1的往复行程。

在电枢导向件2的凸缘部分21后面布置了装配螺母10，其通过螺纹啮合于燃油喷射器壳体100中，从而夹持到电枢导向件2的圆形凸起21d上，使得电枢导向件2、中间环9和阀座4由装配螺母10固定在燃油喷射器壳体100中。

在电枢柱1的后部在电枢导向件2后面布置着电枢板11。电枢板11包括朝向电枢导向件2的管状部分22的管状部分11a和从管状部分11a的后端部分延伸出来的凸缘部分11b。电枢板11限定了内孔，其与电枢导向件2的内孔2a对齐并且也被电枢柱1的主体1a穿过。从凸缘部分11b的后表面暴露出电枢柱1的主体1a的后端部分，在电枢导向件2的凸缘部分21与电枢板11的凸缘部分11b之间布置了压缩弹簧12，其围绕管状部分22和管状部分11a。主体1a后端部分的外周形成有圆形凹槽，用于在其内布置夹持卡子13，以围绕电枢柱1的主体1a约束电枢板11。在电枢柱1的主体1a的后面布置了复位弹簧14，用以沿朝向阀座4的方向在电枢柱1上施加轴向推力。

在电枢板11后面布置了电磁芯15，其内包括电磁线圈16，用于在电枢板11上产生电磁吸引力。

当电磁线圈16断电时，电枢板11上没有施加电磁力，并且电枢柱1由复位弹簧14向前推动而占据如图3所示的前进位置，并通过保持块6将阀芯3推抵于阀座4以关闭阀孔5，结果是控制阀达到关闭状态。在这种状态下，电枢柱1的圆形法兰1b的后表面与电枢导向件2的前表面21a之间存在很小的轴向距离。

另一方面，当电磁线圈16通电时，在电枢板11上产生了向后的电磁吸引力，以使电枢板11将电枢柱1抵抗着复位弹簧14的推力向后移动，直至电枢柱1的圆形法兰1b的后表面紧靠电枢导向件2的前表面21a。同时，在燃油压力作用下，阀芯3与电枢柱1一起从阀孔5轴向向后移动，从而离开阀座4并打开阀孔5，以使控制阀切换到打开状态。

喷射阀通过喷射针8的响应于控制阀打开和关闭状态的往复运动来喷射燃油。具体来说，当电磁线圈16断电而使得控制阀处于图3所示的关闭状态时，供应到喷射腔7的燃油(例如，来自共轨)处在蓄压状态，并且阀针8关闭喷射阀。然后，电磁线圈16通电，以使控制阀进入打开状态，使喷射腔7中的燃油的一部分通过阀孔5流入控制阀中。这导致阀针8后面的燃油压力降低，因此在阀针8的前侧和后侧之间建立了压差。在此压差下，阀针8向后移动以打开喷油阀，从而执行喷油动作(喷油)。然后，电磁线圈16再次断电，以使控制阀再次进入关闭状态，然后将喷射阀切换到蓄压状态，直到阀体8的压力达到同一级别。现在，阀针8在用于阀针8的复位元件的作用下关闭了喷射阀。然后，将再次响应电磁线圈16的通电而执行下一次燃油喷射动作(喷油)。

当电枢柱2的主体1a在电枢导向件2的内孔2a中滑动时，主体1a的外周和电枢导向件2的管状部分22的内周面(限定内控2a的那个面)之间的燃油膜对电枢柱1施加了轴向拖曳力。这种现象被称为液压粘连，如前所述，它对燃油喷射器的性能有负面影响。可以使用本申请的电枢导向件2来抑制液压粘连作用。

如图4-7所示，并参考图3，电枢导向件2的管状部分22的内周面(界定内孔2a的那个面)包括分别靠近电枢导向件2前后端的圆柱形柱导向段22a和在周围上位于柱导向段22a之间并且与柱导向段22a同轴的圆柱形非导向段22b。每个柱导向段22a的公称直径等于电枢柱1的主体1a的外径，但存在适宜的间隙，使得柱导向段22a与主体1a之间形成间隙配合。非导向段22b的公称直径大于电枢柱1a的外径。

进一步地，管状部分22的后端部分的外周形成为加厚部分22c，以增加在控制阀的关闭状态下支撑电枢板11的管状部分11a的稳定性。

如图7所示，非导向段22b的直径比柱导向段22a的直径大2×δR。这就是说，非导向段22b的圆周从柱导向段22a的圆周径向向外偏离距离δR。距离δR足够大，使得当主体1a在内孔2a中滑动时，在距离δR内的燃油完全或几乎没有向主体1a施加拖曳力，由此抑制液压粘连。例如，距离δR取决于柱导向段22a的直径，并且通常至少为0.02毫米，例如在0.02毫米到0.1毫米的范围内，优选0.025毫米到0.075毫米，特别是大约0.05毫米。此外，非导向段22b的轴向长度L可以尽可能大，以增大液压粘连抑制作用。例如，非导向段22b的轴向长度L大于柱导向段22a的总轴向长度。

通过形成这样的非导向段22b，在电枢柱1的主体1a与管状引导件2的管状部分22之间的燃油膜施加的拖曳力显著减小，因而极大地抑制了液压粘连。

此外，非导向段22b和柱导向段22a之间的过渡部分采用锥面的形式，每个锥面在其与对应的柱导向段22a之间形成锥角θ1或θ2。前后锥角可能彼此不同。优选地，后锥角θ2(例如10度到40度，诸如约30度)比前锥角θ1小(例如40度到75度，诸如约45度)，使得在电枢柱1的关闭行程中，燃油很容易从电枢导向件2的后端流入距离δR中。

此外，在电枢柱1的关闭行程中，电枢2的凸缘部分21的前表面21a与电枢柱1的电枢柱1b的凸缘部分1b的后表面之间也会发生液压粘连。通过在前表面21a上形成圆形凹槽21c，很容易使圆形凹槽21c中的燃油流入凸缘部分21的前表面21a和凸缘部分1b的后表面之间的间隙中，以抑制此处的液压粘连。为此，从一侧限定圆形凹槽21c的径向内周必须具有直径D1(在图6中标记)，其直径要小于凸缘部分1b的外径，并且从另一侧限定圆形凹槽21c的径向外周必须具有直径D2(在图6中标记)，直径D2大于凸缘部分1b的外径。这样，圆形凹槽21c的一部分面对着凸缘部分1b的后表面，另一部分暴露于中间环9的内部空间。

此外，圆形凹槽21c的轴向深度T必须足够大，以便在电枢柱1的关闭行程中收集流入凸缘部分21的前表面21a和凸缘部分1b的后表面之间的间隙中的燃油。此外，圆形凹槽21c的径向外周和内周均与圆形凹槽21c底部之间形成圆角21r。

图8是通过实验得出的根据图1所示现有技术和本申请燃油喷射器的燃油喷射性能之间比较的曲线图。在图8中，水平轴表示燃油喷射量，垂直轴表示与每次燃油喷射量相对应的总喷射次数。曲线S1是根据现有技术得出的结果，而曲线S2是根据本申请得出的结果。可以看到，曲线S2的峰值点“峰值2”(代表喷射次数峰值数)高于曲线S1的峰值点“峰值1”，即曲线S1在峰值点“峰值1”处的燃油喷射量Q1大于曲线S2在峰值点“峰值2”处的燃油喷射量Q2，且曲线S2的分布范围比曲线S1的分布范围窄。从结果可以看出，本申请可以有助于更稳定和更准确的燃油喷射。

根据此处未示出的另一种实施方式，限定电枢导向件2的内孔2a的内周面可包含三个或更多个柱导向段22a，这些柱导向段在轴向上通过它们之间的非导向段22b分开。

根据此处未示出的又一种实施方式，限定电枢导向件2的内孔2a的内周面可仅包含一个柱导向段22a和一个与其相邻的非导向段22b或是位于其轴向相反两侧的两个非导向段22b。

根据本申请，电枢导向件的内孔包括柱导向段和非导向段，因此相对于现有技术，该电枢导向件的用于引导电枢柱的导向区域被减少了，由此抑制了电枢柱和电枢导向件之间的液压粘连。可以实现控制阀的预期关闭时间和燃油喷射器的预期喷油量。此外，电枢柱的关闭行为变得更稳定，并且各次喷射之间的燃油喷射量偏差也得以减少。

尽管上面参考一些优选实施方式描述了本申请，但是本申请不限于所描述的细节。可以在不脱离公开精神的情况下对细节进行各种修改。

Claims (16)

1.一种用于燃油喷射器的控制阀，包括：

彼此配合的阀芯(3)和阀座(4)；

电枢导向件(2)，其包括穿通其中的内孔(2a)，所述内孔由内周面限定；以及

穿过内孔(2a)的电枢螺栓(1)，所述电枢螺栓(1)可相对于电枢导向件(2)向前移动，以向阀芯(3)施加推力，使得控制阀关闭，并且可相对于电枢导向件(2)向后移动，以释放施加在阀芯(3)上的推力，使得控制阀打开；

其中，电枢导向件(2)的内周面包括：螺栓导向段(22a)，用以引导电枢螺栓(1)的向前和向后运动，以及非导向段(22b)，其直径大于螺栓导向段(22a)的直径；

其中，螺栓导向段(22a)包括前螺栓导向段和后螺栓导向段，非导向段(22b)在轴向上位于前螺栓导向段和后螺栓导向段之间；或者

螺栓导向段(22a)包括单一螺栓导向段，两个非导向段(22b)位于所述单一螺栓导向段的轴向两侧；或者

螺栓导向段(22a)包含三个或更多个螺栓导向段，各螺栓导向段之间通过相应的非导向段(22b)轴向分开。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其中，非导向段(22b)的直径设计得比螺栓导向段(22a)的直径大到下述程度，即当电枢螺栓(1)相对于电枢导向件(2)移动时，位于非导向段(22b)与电枢螺栓(1)之间的间隙中的燃油完全或几乎不向电枢螺栓(1)施加拖拽力。

3.根据权利要求2所述的控制阀，其中，非导向段(22b)的直径比螺栓导向段(22a)的直径大至少0.04毫米。

4.根据权利要求2所述的控制阀，其中，非导向段(22b)的直径比螺栓导向段(22a)的直径大0.04毫米至0.2毫米。

5.根据权利要求2所述的控制阀，其中，非导向段(22b)的直径比螺栓导向段(22a)的直径大0.05毫米至0.15毫米。

6.根据权利要求2所述的控制阀，其中，非导向段(22b)的直径比螺栓导向段(22a)的直径大大约0.1毫米。

7.根据权利要求1所述的控制阀，其中，非导向段(22b)与前、后螺栓导向段(22a)之间的过渡部分分别形成前、后锥面，每个锥面限定与螺栓导向段(22a)之间的锥角。

8.根据权利要求7所述的控制阀，其中，后锥面的锥角小于前锥面的锥角。

9.根据权利要求8所述的控制阀，其中，后锥面的锥角在10度至40度的范围内，前锥面的锥角在40度至75度的范围内。

10.根据权利要求8所述的控制阀，其中后锥面的锥角为大约30度，前锥面的锥角为大约45度。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的控制阀，其中，非导向段(22b)的轴向长度或所有非导向段(22b)的总轴向长度比单一螺栓导向段(22a)的轴向长度或所有螺栓导向段(22a)的总轴向长度大。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的控制阀，其中，电枢导向件(2)包括具有前表面(21a)和后表面(21b)的凸缘部分(21)以及从后表面(21b)的中央部分向后延伸的管状部分(22)；以及

其中，电枢螺栓(1)包括穿过内孔(2a)的圆柱形的主体(1a)以及靠近主体(1a)的前端围绕主体(1a)形成的圆形法兰(1b)，在控制阀的打开状态下，圆形法兰(1b)被推抵于凸缘部分(21)的前表面(21a)，在控制阀的关闭状态下，圆形法兰(1b)离开凸缘部分(21)的前表面(21a)。

13.根据权利要求12所述的控制阀，其中，电枢导向件(2)的凸缘部分(21)包括从前表面(21a)凹入的圆形凹槽(21c)，一个或多个通孔(21e)从圆形凹槽(21c)的底部延伸到所述后表面(21b)。

14.根据权利要求13所述的控制阀，其中，圆形凹槽(21c)由内周和外周界定，内周的直径小于圆形法兰(1b)的直径，外周的直径大于圆形法兰(1b)的直径。

15.一种燃油喷射器，包括：

根据权利要求1-14中任一项所述的控制阀；以及

与控制阀相组合地组装的喷射阀；

其中，喷射阀响应于控制阀的开闭状态执行燃油喷射。

16.根据权利要求15所述的燃油喷射器，其中，所述燃油喷射器是共轨型燃油喷射器。

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