CN101446250A - 具有机械阻尼的燃料喷射器 - Google Patents

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CN101446250A CNA2008101801800A CN200810180180A CN101446250A CN 101446250 A CN101446250 A CN 101446250A CN A2008101801800 A CNA2008101801800 A CN A2008101801800A CN 200810180180 A CN200810180180 A CN 200810180180A CN 101446250 A CN101446250 A CN 101446250A
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佛朗哥·钱波利尼
安德烈亚·里奇
马西莫·阿尔马罗利
卢卡·古斯梅里尼
布鲁诺·蒙特韦尔德
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Abstract

本发明涉及一种具有机械阻尼的燃料喷射器(1)，设置有：喷射阀(7)，其包括喷嘴(3)；活动针(17)，其用于调节流经所述喷射阀(7)的燃料流并且终止于与所述喷射阀(7)的阀座(18)接合的关闭头(20)；致动器(6)，用于使所述针(17)在所述喷射阀(7)的闭合位置和打开位置之间移动；止挡元件(25)，其构成所述针(17)的行程上端并且限定所述打开位置；以及机械阻尼装置(26)，其置于所述针(17)和所述止挡元件(25)之间并且适于在所述针(17)位于所述止挡元件(25)的附近时在所述针(17)上产生与所述针(17)的朝向所述打开位置的运动相反的弹性力。

Description

具有机械阻尼的燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射器。
本发明有利地应用于电磁喷射器，在不失通用性的情况下在下面的描述中将具体参照电磁喷射器。
背景技术
燃料喷射器包括具有中心输送通道的筒形管状容纳体，该中心输送通道用作燃料管道并且其端部具有喷嘴，通过电磁致动器控制的喷射阀调节该喷嘴。喷射阀设置有针，其刚性连接到电磁致动器的活动衔铁，以在电磁致动器的作用下克服趋于将针维持在闭合位置的闭合弹簧的偏置作用而在喷嘴的闭合位置和打开位置之间移动。针的端部具有关闭头，其在闭合位置中被闭合弹簧推靠在喷射阀的阀座上以防止燃料泄漏。
针的闭合位置通过关闭头与喷射阀的阀座的接触来限定，即，关闭头与喷射阀的阀座的接触构成了针的行程下端。针的打开位置通过针的一部分与构成针的行程上端的止挡元件之间的接触来限定。
当喷射器被驱动以喷射燃料时，针从闭合位置移动到打开位置，从而执行打开行程；在打开行程结束时，针碰撞到构成行程上端的止挡元件；随着该碰撞，针反弹从而以较低的速度再次碰撞止挡元件，然后再次反弹，等等。换言之，形成了阻尼振荡运动，其在几个周期后将致使针布置成与构成行程上端的止挡元件稳固接触。
当喷射器维持打开相对较长的喷射时间(即比反弹引起的振荡动作歇止所需的时间要长的喷射时间)时，针相对于构成行程上端的止挡元件的上述反弹并未实质性地造成任何不利后果，因为当针返回到闭合位置时，反弹引起的振荡动作此时已歇止。相反，当喷射器维持打开短的喷射时间(即比反弹引起的振荡动作歇止所需的时间要短的喷射时间)时，则针相对于构成行程上端的止挡元件的上述反弹现象给喷射燃料的量带来大的不确定性，因为当针返回到闭合位置时反弹引发的振荡动作尚未歇止。
在反弹引起的振荡动作期间，针可以具有其值可变的正速度(即可以朝向打开位置移动从而移动离开闭合位置)或者可以具有其值可变的负速度(即可以朝向闭合位置移动从而移动离开打开位置)。当在反弹引发的振荡动作期间输入闭合命令时，针以不确定方式(即事先不可预知)可以具有与所述闭合相反的正速度或促进所述闭合的负速度；在这两种情况下，闭合时间显著不同，因此在针的打开时间相等的情况下，所喷射的燃料的量会以事先不可预知的方式随机变化。
值得强调的是，反弹引起的振荡动作受多种因素影响，这些因素难以预测而且具有一定的随机性；因此，反弹引起的振荡动作实质上具不确定性，从而既无法事先精确预测也无法例如通过补偿喷射时间来进行事后补偿。
如前所述，在反弹引起的振荡动作的作用下，对于短的喷射时间来说，所喷射的燃料的量会以事先不可预知的方式随机变化；因而，对于短的喷射时间来说，喷射时间/喷射的燃料量特征呈现出明显缺乏线性和高随机性(即缺乏重复性)。对于需要准时以及非常精确的扭矩控制以有效地执行车辆牵引和稳定性控制的现代内燃发动机，在短的喷射时间时这种线性和重复性的缺乏特别有害。
发明内容
本发明的目的是制造燃料喷射器，其不具有上述缺点并且制造起来特别容易及节省成本。
根据本发明，制造了一种燃料喷射器，包括：
喷射阀，其包括喷嘴；
活动针，其用于调节流经所述喷射阀的燃料流并且终止于与所述喷射阀的阀座接合的关闭头；
致动器，其用于使所述针在所述喷射阀的闭合位置和打开位置之间移动；以及
止挡元件，其构成所述针的行程上端并且限定所述打开位置；
所述喷射器的特征在于包括机械阻尼装置，其置于所述针和所述止挡元件之间，并且其适于在所述针位于所述止挡元件的附近时在所述针上产生与所述针的朝向所述打开位置的运动相反的弹性力。
附图说明
下面将参照附图描述本发明，附图示出了本发明的一些非限制性实施方式，在附图中：
-图1是根据本发明制造的燃料喷射器的示意性侧剖视图，为清楚起见去除了某些部分；
-图2以放大比例尺示出图1中的燃料喷射器的细节；
-图3是图1中的燃料喷射器的弹性体的立体图；
-图4是图3中的弹性体的平面图；
-图5是图3中的弹性体的侧视图；
-图6是图3中的弹性体的箔片的平面图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1整体上指代燃料喷射器，其基本上呈关于纵向轴线2的筒形对称体并且受到控制以从喷嘴3喷射燃料。喷射器1包括支撑体4，其呈沿着纵向轴线2具有可变截面的筒形管状体且具有输送通道5，输送通道5沿着其整个长度延伸以将加压燃料输送到喷嘴3。支撑体4在其上部处容纳电磁致动器6，并且在其下部处容纳喷射阀7，喷射阀7在其下部分处界定输送通道5；在使用中，喷射阀7被电磁致动器6致动以调节流经喷嘴3的燃料流，喷嘴3本身也形成于喷射阀7中。
优选地，支撑体4由容纳电磁致动器6的上部4b以及容纳喷射阀7的下部4a组成，这两部分通过焊接联结在一起。
电磁致动器6包括电磁体8，其容纳在支撑体4内的固定位置中，当通电时电磁体8克服趋于将铁磁材料活动衔铁9维持在喷射阀7的闭合位置的闭合弹簧10的偏置作用而使活动衔铁9沿着轴线2从喷射阀7的闭合位置移动到喷射阀7的打开位置。活动衔铁9具有中心轴向通孔11(即平行于纵向轴线2)以允许燃料朝向喷嘴3流动。电磁体8进一步包括线圈12和固定磁轭14，所述线圈12借助于电线13而由电控单元(未图示)供电，而所述固定磁轭14则容纳在支撑体4内并且具有用于允许燃料流向喷嘴3的中心轴向通孔15(即平行于纵向轴线2)。
活动衔铁9是活动元件16的一部分，所述活动元件16进一步包括关闭件或针17，所述关闭件或针17具有与活动衔铁9成为一体的上部以及与喷射阀7的阀座18配合的下部从而以已知方式调节流经喷嘴3的燃料流。针17由输送孔19贯穿，所述输送孔19具有上轴向入口和四个下倾斜出口(图1中仅示出三个下倾斜出口)；流经活动衔铁9的中心孔11的燃料经由上轴向入口进入针17的输送孔19中，然后经由下出口从针17的输送孔19排出。
针17的端部具有关闭头20，其适于紧密地靠在阀座18上，所述阀座18呈现与关闭头20互补的形状。阀座18的下游形成有半球状喷射室21，其由限定出喷嘴3的至少一个通孔贯穿并且由焊接到支撑体4的板22形成。
电磁体8的活动衔铁9呈环形并且其直径小于支撑体4的输送通道5的相应部分的内径，因此活动衔铁9实际上不能用作针17的上导向件。根据图1中所示的实施方式，针17包括一对导向元件23，其相互沿轴向间隔开并且用作针17的上下导向件。每个导向元件23都具有凸部24(图1中仅示出两个凸部)，所述凸部24的外径等于输送通道5的内径；通常，每个导向元件23具有三个或四个对称分布成三角形或十字形的凸部24。显然，燃料可以经由凸部24之间的空隙流向喷射嘴3。
如图2中所示，设有环形止挡元件25，其布置在输送通道5的内、构成针17的上端行程并且限定打开位置；换言之，由于止挡元件25的作用，针17的打开运动停止于打开位置，这方面将在下文作详细描述。限定闭合位置的针17的下端行程即为阀座18，其中针17的闭合运动靠在该阀座18上而停止。
另外，喷射器1包括机械阻尼装置26，当针17位于止挡元件25附近时，所述机械阻尼装置26适于在针17上产生与针17的朝向打开位置的运动相反的弹性力。机械阻尼装置26包括弹性板簧体27，其置于止挡元件25和针17之间，使得针17在其打开运动中不会猛烈地碰撞到属于刚性体的止挡元件25，而是逐渐放慢直到针17在弹性力的作用下停止，其中所述弹性力与针17的朝向打开位置的运动相反并且所述弹性力逐渐增大(即针17越靠近止挡元件25该弹性力越大)直到其完全抵消致动器6施加在针17上的力。作用在针上的弹性力由在针17的偏置作用下逐渐变形的弹性体27产生。值得强调的是，因弹性体27的变形而产生的弹性力必须抵消致动器6作用在针17上的力以及在朝向打开位置的运动的作用下针17的惯性(即源自动能)二者。
根据图2中所示的优选实施方式，针17包括板28，其与针17成为一体并且具有面对弹性体27的外冠部以便在打开运动期间碰撞到弹性体27。
弹性体27呈环形并且如果弹性体27相对于针17轴向***则可以是闭合(即无缝)的或者如果弹性体27相对于针17横向***则可以是打开(即具有开口)的(在这种情况下，弹性体27临时变形以使开口张开并且使针17能够穿过张开的开口)。
优选地，弹性体27由彼此叠夹并且被包围在两个较厚的夹持环30之间的多个薄箔片29组成。如图3-6中所示，箔片29呈环形并且具有向内伸出的翼片31以与和针17成为一体的板28干涉；相反，两个夹持环30呈环形并且不具有翼片从而不会与和针17成为一体的板28干涉。这样，夹持环30具有夹住并机械地固定箔片组29的单一功能，而不用来产生施加在针17上的任何弹性力；施加在针17上的弹性力单独由箔片29产生，所述箔片29由于与针17的相互作用而弹性变形。一般来说，包括有5至30个的多个箔片29，并且每个箔片29的厚度在30至80μm之间的范围内。为了增加箔片29的柔性，箔片29本身可以具有径向狭槽。
根据附图中所示的实施方式，在闭合位置中，针17(具体地说是与针17成为一体的板28)从弹性体27脱开；因此，针17(具体地说是与针17形成一体的板28)仅在打开运动的最后阶段中与弹性体27接触。根据不同的实施方式(未图示)，在闭合位置中，针17(具体地说是与针17成为一体的板28)停靠在弹性体27上；因此针17(具体地说是与针17成为一体的板28)总是与弹性体27接触。在后一种情况下，在闭合位置中，也可使弹性体27预载，即，可在针17上产生非零的弹性力。
弹性体27的柔韧度曲线可以是线性的(即弹性体27产生的线性力与弹性体27本身的轴向变形成正比)。但是，根据优选实施方式，弹性体27的柔韧度曲线是非线性的，并且随着弹性体27的轴向变形的增大而成比例地上升得更多；具体地说，弹性体27的柔韧度曲线以二次或三次抛物线的方式上升(即，弹性体27产生的弹性力与弹性体27本身的轴向变形的平方或立方成比例)。这样，针17可以更快地朝向打开位置移动并且仅在打开位置的附近(即在打开行程的后三分之一期间)以更利落的方式放慢。
优选地，存在于活动衔铁9和固定磁轭14之间的间隙的轴向尺寸(即沿着纵向轴线2)设定成总是高于由(插置有弹性体27的)止挡元件25限定的针17的行程长度，以保证行程长度是由止挡元件25确定而不是由活动衔铁9与固定磁轭14的抵接来确定。根据上述方案，显然存在于活动衔铁9和固定磁轭14之间的间隙决不会消失(因此避免了活动衔铁9和磁轭14之间的磁性粘附现象)，这是因为活动衔铁9决不会与固定磁轭14接触；显然，在设计电磁体8的阶段中，必须将其尺寸比传统电磁喷射器的间隙大的间隙的影响考虑在内。
在使用中，当电磁体8未通电时，活动衔铁9不受固定磁轭14吸引，并且闭合弹簧10的弹性力向下推压活动衔铁9连同针17，以使针17保持在闭合位置；在这种情形下，针17的关闭头20压靠在喷射阀7的阀座18上，从而防止燃料泄漏。当电磁体8通电时，固定磁轭14克服闭合弹簧10的弹性力而磁性吸引活动衔铁9，并且活动衔铁9连同针17向上移动直到针17的运动因止挡元件25和机械组尼装置26的联合作用而停止于打开位置；在这种情形下，活动衔铁9从固定磁轭14分开，针17的关闭头20相对于喷射阀7的阀座18被提升，并且加压燃料可以流过喷嘴3。
由于机械阻尼装置26的作用，针17在打开行程结束时不会猛烈地碰撞到止挡元件25，而是在因弹性体27的变形而产生的渐增的弹性力的作用下逐渐地、平稳地停止；这样，针17并不经受任何形式的反弹，或者虽然经受到但却是非常小从而基本上可以忽略的反弹。因此，没有振荡动作由所述反弹引起，同时对于短的喷射时间来说，所喷射的燃料的量与喷射时间成正比(即与喷射器1的打开时间成正比)而不会有事先不可预知的随机变化。因此，同样地，对于短的喷射时间来说，喷射时间/喷射的燃料量特征呈现出高线性和高重复性。
另外，止挡元件25与针17(具体地说是与和针17成为一体的板28)之间的明显碰撞的消除，减小了两个部件本身的机械磨损，并且不需要处理这些部件的外表面以增加它们的机械阻力。因此，上述喷射器1具有特别长的工作寿命、调整时间(即用于稳定其特征的磨合时间)短而且制造起来节省成本。

Claims (22)

1.一种燃料喷射器(1)，包括：
喷射阀(7)，其包括喷嘴(3)；
活动针(17)，其用于调节流经所述喷射阀(7)的燃料流并且终止于与所述喷射阀(7)的阀座(18)接合的关闭头(20)；
致动器(6)，其用于使所述针(17)在所述喷射阀(7)的闭合位置和打开位置之间移动；以及
止挡元件(25)，其构成所述针(17)的行程上端并且限定所述打开位置；
所述喷射器(1)的特征在于包括机械阻尼装置(26)，所述机械阻尼装置(26)置于所述针(17)和所述止挡元件(25)之间，并且所述机械阻尼装置(26)适于在所述针(17)位于所述止挡元件(25)的附近时在所述针(17)上产生与所述针(17)的朝向所述打开位置的运动相反的弹性力。
2.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述机械阻尼装置(26)包括弹性板簧体(27)，所述弹性板簧体(27)布置在所述止挡元件(25)和所述针(17)之间并且在所述针(17)的偏置作用下逐渐变形。
3.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，所述针(17)包括板(28)，所述板(28)与所述针(17)成为一体并且具有面对所述弹性体(27)的外冠部以便在打开运动期间碰撞到所述弹性体(27)。
4.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，所述弹性体(27)呈环形。
5.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，所述弹性体(27)包括彼此叠夹的多个薄箔片(29)。
6.如权利要求5所述的喷射器(1)，其中，所述弹性体(27)包括两个较厚的夹持环(30)，所述夹持环(30)将两个薄箔片(29)夹在一起。
7.如权利要求6所述的喷射器(1)，其中，所述箔片(29)呈环形并且具有向内伸出的翼片(31)以与和所述针(17)成为一体的板(28)干涉；所述两个夹持环(30)呈环形并且不具有翼片从而不与和所述针(17)成为一体的所述板(28)干涉。
8.如权利要求5所述的喷射器(1)，其中，包括有5至30个箔片(29)。
9.如权利要求5所述的喷射器(1)，其中，每个箔片(29)的厚度在30至80μm之间。
10.如权利要求5所述的喷射器(1)，其中，所述箔片(29)具有径向狭槽。
11.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，在所述闭合位置中，所述针(17)从所述弹性体(27)脱开。
12.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，在所述闭合位置中，所述针(17)停靠在所述弹性体(27)上。
13.如权利要求12所述的喷射器(1)，其中，在所述闭合位置中，所述弹性体(27)被预载并且在所述针(17)上产生非零的弹性力。
14.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，所述弹性体(27)的柔韧度曲线是线性的。
15.如权利要求2所述的喷射器(1)，其中，所述弹性体(27)的柔韧度曲线是非线性的并且增加得比正比于所述弹性体(27)的轴向变形还要多。
16.如权利要求15所述的喷射器(1)，其中，所述弹性体(27)的柔韧度曲线跟随所述弹性体(27)本身的轴向变形而以抛物线方式上升。
17.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述致动器(6)包括弹簧(10)，所述弹簧(10)朝向所述闭合位置推压所述针(17)。
18.如权利要求17所述的喷射器(1)，其中，所述致动器(6)是电磁式的并且包括至少一个线圈(12)、至少一个固定磁轭(14)以及至少一个活动衔铁(9)，所述活动衔铁(9)克服所述弹簧(10)的偏置作用而受所述固定磁轭(14)磁性吸引并且机械地连接到所述针(17)。
19.如权利要求18所述的喷射器(1)，其中，存在于所述活动衔铁(9)和所述固定磁轭(14)之间的间隙的轴向尺寸总是大于由所述止挡元件(25)限定的所述针(17)的行程长度，以便保证所述行程长度由所述止挡元件(25)确定而不是由所述活动衔铁(9)与所述固定磁轭(14)的抵接来确定。
20.如权利要求1所述的喷射器(1)，包括支撑体(4)，所述支撑体(4)呈截面可变的管状筒形并且具有在其下部分由所述喷射阀(7)界定的输送通道(5)；所述针(17)布置在所述输送通道(5)内、具有小于所述输送通道(5)的内径的外径并且包括一对相互间隔开的导向元件(23)，每个所述导向元件(23)具有凸部(24)，所述凸部(24)的外径等于所述输送通道(5)的内径。
21.如权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述针(17)由输送孔(19)贯穿，所述输送孔(19)具有上入口和多个下出口。
22.如权利要求21所述的喷射器(1)，其中，所述输送孔(19)具有上轴向入口和多个下倾斜出口。
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