CN1727666A - 设置有高柔性柱塞的燃油喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种燃油喷射器(1)，包括一个喷射喷嘴(3)、一个喷射阀(7)和一个执行器(6)，喷射阀(7)有一个可移动的柱塞(15)，以便控制穿过喷射喷嘴的燃油流，执行器(6)可以使柱塞(15)在喷射阀(7)的关闭和打开位置之间移动；柱塞(15)包括细长杆(29)和密封头部(21)，细长杆(29)机械的连接到执行器(6)，密封头部(21)可以以密封的方式与喷射阀(7)的阀门座(16)接合；柱塞(15)的杆(29)具有高柔性，表现出柔性参数(Pf)在1到2N/mm2之间。

Description

设置有高柔性柱塞的燃油喷射器
技术领域
本发明涉及一种燃油喷射器。
以下的说明将明确的介绍用于直喷燃油系统的电磁喷射器，而不因此失去其普遍特性。
背景技术
电磁燃油喷射器通常包括一个圆柱形管状体和尾端，圆柱形管状体带有中央通道，起燃油输送管道的作用，尾端带有受喷射阀控制的喷射喷嘴，喷射阀由电磁执行器操作；特别的，喷射阀设置有一个柱塞，刚性的连接到电磁执行器的可动衔铁，使其通过电磁执行器，压缩弹簧，在喷射喷嘴的关闭和打开位置之间移动，弹簧用于将柱塞保持在关闭位置。
上述类型的电磁燃油喷射器的一个实例公布在美国专利6,027,050-A1中，其涉及一种设置有柱塞的燃油喷射器，柱塞的一端与阀门座相互协作，另一端与电磁执行器的可动衔铁成整体形成；柱塞在顶部时由衔铁导向，在底部时由处于阀门座导向部分中的柱塞末端部分的滑行来导向。
当柱塞在底部由阀门座导向的时候，柱塞、阀门座和衔铁的尺寸和定位必须非常精确。实际上，如果结构的公差相对较大，当衔铁撞上电磁铁的固定衔铁的时候，传递给柱塞的横向力可能出现，并部分的消失在柱塞的末端部分和阀门座的导向部分的联结高度上。已经通过实验发现，如果这个力大于某个数值，在柱塞和/或阀门座的导向部分上可能发生局部磨损现象，结果导致喷射器使用寿命的下降。
如上所述，为了将这种横向力保持在可接受的水平，柱塞和柱塞的导向部分必须以精细的公差加工制造，相应的带来了复杂和高成本的工艺过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃油喷射器，没有上述缺点，特别的，易于加工制造，成本低。
本发明提供一种燃油喷射器，包括一个喷射喷嘴、一个喷射阀和一个执行器，喷射阀设置有一个可移动的柱塞，控制穿过喷射喷嘴的燃油流，执行器可以使柱塞在喷射阀的关闭和打开位置之间移动；柱塞包括细长杆和密封头部，细长杆机械的连接到执行器，密封头部能够以密封的方式与喷射阀的阀门座接合；喷射器其特征在于，柱塞的杆具有高柔性，表现出柔性参数在1到2N/mm2之间。
附图说明
下面将参考附图说明本发明，举例说明几个非限制性的实施例，其中：
图1为依据本发明制造的燃油喷射器的部分截面侧视图；
图2为图1中喷射器的喷射阀的放大示意图；
图3为图1中喷射器的可动衔铁的放大示意图；
图4为图3中可动衔铁的另一个实施例；
图5为图1中喷射器的柱塞的放大示意图；和
图6为图5中柱塞的另一个实施例。
具体实施方式
图1中，附图标记1代表燃油喷射器整体，其表现出沿纵轴2基本圆柱对称性，可以从喷射喷嘴3喷射燃油，喷射喷嘴3直接通向气缸的燃烧室(图中未示)。喷射器1包括一个支撑体4，该支撑体4沿纵轴2具有可变横截面的管状圆柱形状，还包括一个供应通道5，供应通道5沿上述支撑体4的整个长度方向延伸，向喷射喷嘴3供应加压燃油。支撑体4在其上部的高度上提供有电磁执行器6，在其下部的高度上提供有喷射阀7。在使用时，喷射阀7由电磁执行器6激励，控制穿过喷射喷嘴3的燃油流，喷射喷嘴3设置在上述喷射阀7的高度上。
电磁执行器6包括电磁铁8，其容置在支撑体4中的固定位置上，当通电的时候，可压缩弹簧10，将铁磁材料的可动衔铁9沿纵轴2从喷射阀7的关闭位置移动到打开位置，弹簧10用于将可动衔铁9保持在喷射阀7的关闭位置。特别的，电磁铁8包括一个线圈11和一个固定的磁性衔铁12，线圈11通过一个电子控制单元(未示)提供电流，并置于支撑体4之外；磁性衔铁12置于支撑体4之内，并有一个中心孔13以允许燃油流向喷射喷嘴3。
在磁性衔铁12的中心孔13里面，支柱构件14被打入一个固定位置，支柱构件是管状圆柱形状(沿母线随意打开)，以便允许燃油流向喷射喷嘴3，并能够将弹簧10靠着可动衔铁9保持压缩状态。
可动衔铁9是可动装配的一部分，此外还包括一个提升阀或柱塞15，柱塞15的上部与可动衔铁9成整体，它的下部与喷射阀7的阀门座16(如图2所示)一起工作，以便用已知方式控制穿过喷射喷嘴3的燃油流。
如图2所示，阀门座16由密封构件17限定，密封构件17是圆盘形，密封支撑体4的供应通道5的底部，并且喷射喷嘴3穿过其中。导向构件18从平圆形的密封构件17突起，导向构件是管状的，在其中容纳了柱塞15，为上述柱塞15限定了下部导向部分，其外径小于支撑体4的供应通道5的内径，由此限定了一个外部环形通道19，加压燃油可以在该外部环形通道中流动。依据没有显示的另一种选择，导向构件18的外径等于供应通道5的内径，并将其外部变平，来形成用于燃油的通道。
在导向构件18的下部，设置有四个通孔20(图2中仅显示其中两个)，垂直于纵轴2布置，通向阀门座16，以便允许加压燃油流向上述阀门座16。通孔20可以相对纵轴2偏移布置，使得它们不集中朝向上述纵轴2；在使用时，通孔20给各自的燃油流提供旋涡流。
柱塞15的末端是密封头部21，其基本上是球形的，能够以密封的方式靠在阀门座16上。此外，密封头部21靠在导向构件18的圆柱形内表面22上并在该表面上滑动，使得它沿纵轴2运动时被导向。
如图3所示，可动衔铁9是一个单体，包括一个环形构件23和一个平圆形构件24。平圆形构件24封闭环形构件23的底部，有一个可以容纳柱塞15上部的通孔25和多个允许燃油流向喷射喷嘴3的外围通孔26(图3中仅显示其中两个)。平圆形构件24中心部分的形状是合适于容纳弹簧10的下尾部，并将其固定在位置上。柱塞15最好通过环形焊接27与可动衔铁9的平圆形构件24形成一个整体。
图4为可动衔铁9的一个可选实施例；如图4所示，环形构件23与平圆形构件24截然不同，并通过环形焊接28刚性的连接到上述平圆形构件24。
可动衔铁9的环形构件23的外径与支撑体4的供应通道5相应部分的内径基本上一样；这样，可动衔铁9可以沿纵轴2相对于支撑体4滑动，但是不能相对于支撑体4对纵轴2作横向移动。既然柱塞15是刚性连接到可动衔铁9，显然，可动衔铁9也用作柱塞15的上部导向部分；结果，柱塞15在顶部由可动衔铁9导向，在底部由导向构件18导向。
依据没有显示的可选实施例，一个反回弹装置连接到可动衔铁9的平圆形构件24的下表面，当柱塞15从喷射阀7的打开位置移动到关闭位置的时候，反回弹装置能够衰减靠着阀门座16的柱塞15的密封头部21的回弹。
图5是柱塞；可以看到，柱塞15有一个圆柱对称的上部杆29，通过环形焊接30连接到基本为球形的密封头部21。如图5所示，柱塞15的杆29沿长度方向具有不同直径；特别的，杆29的尾部相对于杆29的中部，直径较大。
依据图6所示的另一个实施例，柱塞15的杆29是完全的圆柱形，沿长度方向直径不变。
在使用时，当电磁体8不通电的时候，可动衔铁9不被固定的磁性衔铁12吸引，弹簧10的回弹力推动可动衔铁9，使其与柱塞15一起降下来；在这种情况下，柱塞15的密封头部21被压靠着喷射阀7的阀门座16，因此，使喷射喷嘴3与加压燃油分离。当电磁体8通电的时候，可动衔铁9克服弹簧10的回弹力被固定的磁性衔铁12吸引，可动衔铁9与柱塞15一起向上移动，直到接触到上述固定的磁性衔铁12；在这种情况下，柱塞15的密封头部21相对于喷射阀7的阀门座16被提升，加压燃油可以流过喷射喷嘴3。
当可动衔铁9静止靠着磁性衔铁12的时候，与纵轴2平行的直接纵向压力明显出现在可动衔铁9上。由于不可避免的各种元件的结构公差，可动衔铁9的上表面不可能是完全平的，不可能完全平行于固定的磁性衔铁12的下表面，柱塞15也不可能完全垂直于可动衔铁9；从而，当可动衔铁9静止靠着磁性衔铁12的时候，垂直于纵轴2的直接横向压力可能出现在可动衔铁9上。这种横向压力的一部分也传递到柱塞15，并在柱塞15的密封头部21和导向构件18之间的接合高度上消失。
必须限制在柱塞15的密封头部21和导向构件18之间的接合高度上消失的压力的强度，以避免密封头部21的过度局部磨损现象。限制这种负面压力的强度的方法总是通过精密加工元件获得非常紧密的结构公差来限制在可动衔铁9的高度上产生的横向压力。然而，已经发现也可以用其它的方法来限制这种负面压力的强度，也就是代替限制在可动衔铁9的高度上产生的横向压力，可以限制横向压力从可动衔铁9传递到柱塞15的密封头部21。最为此，可以采用这样一种方式制造柱塞15的杆29，使上述杆29获得相对高的柔性(或用另外的话就是低的弯曲刚度)，使其柔性高于目前已知的、普通的、可以购买得到的喷射器；实际上已经发现，增加杆29的柔性减少了横向压力从可动衔铁9到密封头部21的传递。换句话说，如果柱塞15的杆29足够柔韧，降低了横向压力从可动衔铁9到密封头部21的传递，不再需要为了达到非常紧密的结构公差而精密的制造元件了。
值得注意的是，柱塞15的杆29不能太软，因为，如果太软，就不能保证喷射阀7快速而准确的工作。
理论分析和实验测试已经引出了一个柔性参数Pf的定义，它是杆29的柔性的一个可靠的指标，量纲为压力(N/mm2)。值得注意的是，既然柔性参数Pf的量纲为压力(N/mm2)，上述柔性参数Pf可能追究到密封头部21与导向构件18的内表面之间的接触/碰撞压力磨损的现象上去。
柔性参数Pf采用下式计算：
Pf＝Keq/Dh
其中：
Pf[N/mm2]是柔性参数；
Dh[mm]是柱塞15的密封头部21的直径；
Keq[N/mm]是柱塞15的杆29的等效刚度。
柱塞15的杆29的等效刚度Keq的定义是假定杆29一端被约束，在另一端施加力F使杆29在自由端弯曲一挠度f；在上述情况下，杆29的等效刚度Keq采用下式计算：
Keq＝F/f
其中：
Keq[N/mm]是柱塞15的杆29的等效刚度；
F[N]是施加于杆29自由端的力；
f[mm]是杆29自由端的挠度。
在杆29圆形横截面不变，采用单一材料制造的情况下，等效刚度Keq可以采用下式计算：
Keq＝(E*Ds 3)/(6.8*Ls 4)
其中：
Keq[N/mm]是柱塞15的杆29的等效刚度；
Ds[mm]是杆29圆形横截面的直径；
Ls[mm]是杆29的长度；
E[N/mm2]是杆的构成材料的柔性模量。
在杆29采用单一材料制造，有两个或更多的不同直径的圆柱截面的情况下，等效刚度Keq可以采用下式计算：
1/Keq＝∑i 1/Ki
其中：
Keq[N/mm]是柱塞15的杆29的等效刚度；
Ki[N/mm]是使用上述方程计算的杆29的第i个横截面的等效刚度。
为了达到预期的限制横向压力从可动衔铁9传递到密封头部21的效果而不损失喷射阀7的性能，柔性参数Pf必须处于1到2N/mm2之间。柔性参数Pf最好处于1.3到1.5N/mm2之间，基本上等于大约1.4N/mm2。
作为实例，为了获得柔性参数Pf的理想值，可以使用可供选择的多种方法，和/或采用不同方式和其他的组合；杆29的横截面可以是变化的，可以采用具有更大或更小柔性的材料来制造杆29，杆29的横截面形状可以是变化的。

Claims (18)

1.一种燃油喷射器(1)，包括一个喷射喷嘴(3)、一个喷射阀(7)和一个执行器(6)，该喷射阀(7)设置有一个可移动的柱塞(15)，以便控制穿过喷射喷嘴(3)的燃油流，该执行器(6)能够使柱塞(15)在喷射阀(7)的关闭和打开位置之间移动；柱塞(15)包括细长杆(29)和密封头部(21)，该细长杆(29)机械的连接到执行器(6)，该密封头部(21)能够以密封的方式与喷射阀(7)的阀门座(16)接合；其特征在于，所述柱塞(15)的杆(29)具有高柔性，表现出柔性参数(Pf)在1到2N/mm2之间。
2.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，柔性参数(Pf)在1.2到1.8N/mm2之间。
3.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，柔性参数(Pf)在1.3到1.5N/mm2之间。
4.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，柔性参数(Pf)大约为1.4N/mm2。
5.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，密封头部(21)为基本球形形状。
6.如权利要求5所述的喷射器(1)，其中，柔性参数(Pf)采用下式计算：
Pf＝Keq/Dh
其中：
Pf[N/mm2]是柔性参数；
Dh[mm]是密封头部(21)的直径；
Keq[N/mm]是杆(29)的等效刚度。
7.如权利要求6所述的喷射器(1)，其中，杆(29)的等效刚度(Keq)是通过假定杆(29)在一端被约束、在另一端施加力(F)使杆(29)在其自由端弯曲一挠度(f)而定义的；在上述情况下，杆(29)的等效刚度(Keq)采用下式计算：
Keq＝F/f
其中：
Keq[N/mm]是杆(29)的等效刚度；
F[N]是施加于杆(29)自由端的力；
f[mm]是杆(29)自由端的挠度。
8.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，柱塞(15)的杆(29)是圆柱形对称的，并沿长度方向具有不同的直径。
9.如权利要求8所述的喷射器(1)，其中，杆(29)的尾部相对于杆(29)的中部，具有较大直径。
10.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，柱塞(15)的杆(29)是完全的圆柱形，且直径不变。
11.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，密封头部(21)通过环形焊接(30)刚性连接到杆(29)。
12.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，执行器(6)包括一个弹簧(10)，用于将柱塞(15)保持在关闭位置。
13.如权利要求12所述的喷射器(1)，其中，执行器(6)是电磁执行器，包括一个线圈(11)、一个固定的磁性衔铁(12)和一个可动衔铁(9)，该可动衔铁(9)克服弹簧(10)的力被磁性衔铁(12)磁性吸引，并机械的连接到柱塞(15)。
14.如权利要求13所述的喷射器(1)，其中，可动衔铁(9)是一个单体，包括一个环形构件(23)和一个平圆形构件(24)，该平圆形构件(24)封闭环形构件(23)的底部，并有一个能够容纳柱塞(15)上部的中心通孔(25)和多个能够允许燃油流向喷射喷嘴(3)的外围通孔(26)。
15.如权利要求13所述的喷射器(1)，其中，可动衔铁(9)包括一个环形构件(23)和一个平圆形构件(24)，该平圆形构件(24)封闭环形构件(23)的底部，并有一个能够容纳柱塞(15)上部的中心通孔(25)和多个能够允许燃油流向喷射喷嘴(3)的外围通孔(26)；该环形构件(23)通过环形焊接(28)刚性连接到平圆形构件(24)。
16.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，阀门座(16)由圆盘形密封构件(17)限定，喷射喷嘴(3)穿过该圆盘形密封构件(17)中；导向构件(18)从密封构件(17)突起，该导向构件是管状的，在其中容纳了柱塞(15)，以便为上述柱塞15限定了下部导向部分，在内部确定了一个用于加压燃油的外部环形通道(19)。
17.如权利要求16所述的喷射器(1)，其中，在导向构件(18)的下部，设置有四个通孔(20)，所述通孔通向阀门座16，以便允许加压燃油流向上述阀门座(16)。
18.如权利要求17所述的喷射器(1)，其中，导向构件(18)的通孔(20)相对喷射器(1)的纵轴(2)偏移布置，使得它们不集中朝向上述纵轴(2)，在使用时，所述通孔(20)给各自的燃油流提供旋涡流。
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