CN105508109A - 用于内燃机的燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于内燃机的燃料喷射阀。所述燃料喷射阀具有：设有空腔（13）的壳体（12），阀针（14），致动器（30），其包括布置在线圈罩壳（36）中的磁性线圈（34）和所述空腔（13）中的衔铁（32）。所述壳体（12）包括隔圈（48），其位于所述衔铁（32）与所述线圈罩壳（36）之间，并且配置成将电磁通量引导至所述衔铁（32）。所述隔圈（48）包括第一部分（62）和第二部分（64）。所述第一部分（62）由第一材料制成并且所述第二部分（64）由不同于所述第一材料的第二材料制成。所述第一材料和所述第二材料是磁性材料。

Description

用于内燃机的燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射阀。

背景技术

以电磁方式操作的燃料喷射阀是众所周知的。通过可以充电以产生磁通量的磁性线圈的帮助，可以与阀针组合的可磁化的衔铁将受到激励而移动。这个移动一般是沿着阀针的阀针轴线的轴向移动。

当阀针与衔铁联接时，由于衔铁移动，阀针开始移动。根据移动方向，可以在阀针的帮助下打开喷嘴孔口。为了在磁性线圈未受激励时密封喷嘴孔口，将阀弹簧置于燃料喷射阀中，阀弹簧推动阀针顶着喷嘴孔口。这意味着，当要打开喷嘴孔口时，阀针必须在衔铁的帮助下逆着阀弹簧的弹簧力移动。当喷嘴孔口打开时，置于燃料喷射阀中的燃料量可以流过喷嘴孔口进入燃烧室，一般是内燃机的燃烧室。

内燃机的燃烧过程取决于例如喷嘴孔口打开和关闭时的燃料数量或燃料温度或燃料压力，以及其它几个标准。因此，为了实现内燃机的有利的功率比、燃料消耗和/或排放，喷嘴孔口的精确限定的打开和关闭是非常重要的。

磁性线圈可以布置在u形线圈罩壳中，而线圈罩壳的开放端部可以与衔铁面对面地定位。为了实现磁性线圈与流体路径的分隔，可以在衔铁与线圈罩壳之间布置一个隔盘或隔圈，其将致动器与燃料路径隔开。

US2003/0178509A1教导了一种燃料喷射阀，其包括线圈罩壳与衔铁之间的通量垫圈。隔圈提供了燃料喷射阀的外部罩壳与入口管之间的磁性路径。隔圈是由铁氧体材料制成的。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的燃料喷射阀。

根据权利要求1可以实现该目的。从属权利要求中提出本发明的有利实施例。

说明的是一种内燃机的燃料喷射阀。可以为内燃机的燃料喷射组件提供所述燃料喷射阀。所述燃料喷射阀包括壳体和阀针。在一个实施例中，所述壳体设有第一壳体部分和第二壳体部分。所述第一壳体部分和第二壳体部分具体在壳体的纵轴的方向上依次布置。

所述壳体设有一个空腔，这个空腔将燃料喷射阀的流体入口管液压地连接到燃料喷射阀的喷嘴孔口。具体来说，燃料通过流体入口管进入燃料喷射阀，并且通过喷嘴孔口从燃料喷射阀施配燃料。第一壳体部分可以设有第一凹口，第一凹口具体在空腔的一部分中。所述第一凹口可以包括喷嘴孔口，喷嘴孔口方便地位于凹口的下游端部。位于凹口中的燃料可以从喷嘴孔口中流出。

阀针可移动地收纳在空腔中，用于打开和关闭喷嘴孔口。

燃料喷射阀还包括致动器，其包括磁性线圈和衔铁（armature）。线圈方便地通过壳体与空腔液压地隔开。在一个实施例中，致动器位于第二壳体部分中。由于电流起始磁性线圈的磁通量，致动器激发阀针的移动。磁性线圈布置在线圈罩壳中，线圈罩壳可以位于第二壳体部分的圆周周围。

衔铁位于空腔中，并且可以相对于壳体移动。通过磁通量实施衔铁的移动。衔铁用机械方式联接至阀针，使得衔铁能够起始阀针的移动，具体是从阀针的关闭位置移开。

在一个实施例中，阀弹簧位于空腔中，例如在第二壳体部分中，以便推动阀针顶着阀座，以在阀针的关闭位置中防止燃料流过喷嘴孔口。

此外壳体包括隔圈。隔圈至少部分地具体在轴向方向上布置在衔铁与线圈罩壳之间。隔圈配置成将电磁通量或相应地将磁场引导到衔铁。这意味着隔圈在燃料喷射阀的磁路中。

磁路具体至少是通过磁性线圈、壳体、隔圈和衔铁建立的。例如，磁通量通过隔圈进入壳体的空腔中。优选地，隔圈有助于磁场的成形。

隔圈包括第一部分和第二部分，其中，第一部分是由第一材料制成，并且第二部分是由不同于第一材料的第二材料制成。这两种材料是磁性属性不同的磁性材料。

这种配置提供喷射阀的改善的磁性性能。而且，燃料能够容易地与线圈隔开，以防向外部泄漏。此外，由于通过隔圈给磁场成形，所以线圈对衔铁产生的力可以特别大，使得燃料喷射阀可以可操作以在特别高的燃料压力下工作。

有利的是，隔圈有助于使磁性线圈对燃料密封。另一方面，隔圈对应力特别有抗性。隔圈可能有利地可操作以限制磁通量的径向泄漏。

在一个实施例中，第一材料是铁磁性材料，第二材料是永磁材料。通过永磁材料，可以通过隔圈给磁路中的磁通量设置尤其有利的形状。

在一个实施例中，隔圈的第二部分布置在第一部分与线圈之间，使得第一部分将第二部分与空腔液压地隔开。换而言之，隔圈的第一部分是限定所述空腔的壳体的不透流体的壁的一部分。第二部分布置在壁的远离空腔的具体是面朝线圈的一侧上。以此方式，优选地包括永磁材料的第二部分不接触空腔中的燃料。因此，永磁材料因为与燃料发生化学反应而受到损坏的风险特别小。

在另一实施例中，第一材料包括铬和/或碳和/或锰和/或硅和/或磷和/或硫。通过这一点，可以实现能与汽油相容的铁磁材料。优选地,第一材料的成份包括16-18%的铬和/或小于0.12%的碳和/或小于1%的锰和/或小于1%的硅和/或小于0.04%的磷和/或小于0.03%的硫。

在另一实施例中，第一部分设有凹口，第二部分布置在凹口中。这种配置提供了隔圈的简单且节省空间的形状，因为第二部分可以嵌入在第一部分中。因此可以实现面朝线圈罩壳的平面表面，其容易制造和操控。

在另一实施例种，凹口定位为邻近线圈罩壳和/或磁性线圈。邻近于线圈罩壳的位置意味着第二部分可以布置在衔铁的所谓干区中。燃料喷射阀包括干区和湿区。湿区通过空腔限定，并且配置成导引燃料使其通过燃料喷射阀。针和衔铁布置在湿区中。磁性线圈和线圈罩壳布置在干区中。湿区至少通过隔圈与干区隔开。由于第二凹口定位为邻近干区中的线圈罩壳，所以第二部分与湿区隔开。因此，即使不能与燃料相容的材料也可以用作永磁材料。永磁材料在-40℃到150℃的温度范围内具有优选地稳定的材料属性，这个温度范围是汽车应用的典型的温度范围。

在另一实施例中，第二部分被径向地磁化。所述实施例的优势是尤其是通过永磁材料在第一部分中实现径向磁通量。具体来说，由于第二部分产生的通量的作用，第一部分中的径向磁通量可能饱和。因此，线圈产生的磁通量的径向部分特别小，并且穿透隔圈且在衔铁上产生磁力的轴向部分特别大。以此方式，可以将特别大的力或冲量传递到阀针以便打开针孔。

在另一实施例中，第一部分的凹口是圆形凹槽，即，在中心轴线的圆周周围延伸的凹槽，这个圆形凹槽具体沿着虚拟的圆中心线与壳体的纵轴同轴。因此，可以容易将第二部分制造成环形，并且可以有成本效益地（即通过研磨工艺）制造凹口。

附图说明

下文中借助示意图解释本发明的示例性实施例。附图如下：

图1为燃料喷射阀的典型的I-t曲线图，

图2为燃料喷射阀的纵截面，

图3为图2示出的燃料喷射阀的隔圈的细节，

图4为根据本发明的示例性实施例的燃料喷射阀的纵截面，

图5为图4示出的燃料喷射阀的隔圈的纵截面，

图6为图4示出的燃料喷射阀的未带电流的致动器的磁通量，

图7为图4示出的燃料喷射阀的带电流的致动器的磁通量，和

图8为图4示出的燃料喷射阀的带电流的致动器的磁通量，所述致动器未设有第二部分。

具体实施方式

图1示出了燃料喷射阀10的典型的I-t曲线图。

通过电流I实现的磁性力必须足够强，足以在特定时间t期间保持朝外打开的阀针14。电流I在燃料喷射阀10的衔铁32中形成磁通量42。在这个磁通量42的帮助下，喷嘴孔口22必须在特定时间打开，并且也必须在特定时间关闭。这意味着，在这个特定时间，衔铁32中的磁通量42或磁场必须被抵消，使得喷嘴孔口22关闭。在喷嘴孔口22的打开阶段，可以减少施加于磁性线圈34的电流，例如，以减少在电流断开时因剩余磁性导致的磁性粘滞。电流在第一打开阶段O1达到峰值p，在达到峰值p之后，电流在接下来的第二打开阶段O2降低成“保持”值。现在在第二打开阶段O2，衔铁32中形成的磁力必须足够强，足以将阀针14保持在其打开位置。

图2示出了目前未请求保护的内燃机的燃料喷射阀10，其设有向外打开的喷射器。燃料喷射阀10包括壳体12，壳体12设有空腔13，具有针轴16的阀针14可移动地布置在空腔13中。阀针轴线16也是壳体12的中央纵轴。

阀针14可移动地布置在壳体12中，收纳在壳体12的第一壳体部分18的第一凹口20中。位于第一凹口20的下游端部的第一凹口20的喷嘴孔口22必须通过阀针14的针尖24打开或关闭。

壳体12的第二壳体部分26布置成轴向地邻近于第一壳体部分18。阀弹簧28收纳在第二壳体部分26中。这个阀弹簧28部分地包围阀针14。阀弹簧28预压缩以将阀针14偏压在关闭位置中，在关闭位置中，阀针14接触阀座以密封喷嘴孔口22。当电流施加于电磁致动器30的磁性线圈34时，阀针14通过电磁致动器30逆着阀弹簧28的弹簧力从关闭位置位移开。

磁性线圈34被线圈罩壳36接合，磁性线圈34位于壳体12的第三壳体部分38的圆周周围。第三壳体部分38轴向地邻近于第二壳体部分26，使得第二壳体部分26布置在第一壳体部分18与第三壳体部分38之间。

第三壳体部分38在空腔13中包括校准弹簧40，用于校准燃料喷射阀10。

阀针14的轴杆44形成为圆柱形，并且导引阀针14。其形状设计成使得燃料在流过空腔13时可以经过阀针14。

垫圈46放置在第二壳体部分26中，用于支撑阀弹簧28。垫圈46以焊接或夹紧的方式固定至阀针14。

壳体12包括隔圈48，布置在线圈壳体36与衔铁32之间。衔铁32设有至少两个开口50，使得燃料可以轴向地经过衔铁32。图3中详细示出隔圈48。

隔圈48的主要延伸平面垂直于针轴16。因此，换言之，隔圈48的中心轴线与针轴16平行或同轴。隔圈48必须将磁性线圈34和线圈罩壳36与空腔13隔开。换而言之，隔圈48用作密封装置，并且有助于将燃料喷射阀10的湿区与燃料喷射阀10的干区隔开。

干区是由线圈罩壳36和隔圈48在离空腔13较远的一侧划定。线圈罩壳36具有u形的横截面，并且包围壳体12的第一管状区部52。销54与针轴16同轴地布置在第一管状区部52中，销54的一端与阀针14形配连接。销54的另一端接触衔铁32并且固定至衔铁32。

在燃料喷射阀10的远离喷嘴孔口22的第二纵向端部，流体入口管56布置成邻近于线圈罩壳36的上侧。经由流体入口管56，燃料喷射阀10可以连接至管道***并且连接至高压泵。高压泵配置成给燃料增压并且将燃料提供至燃料喷射阀10。

来自高压泵的燃料通过流体入口管56泵吸到壳体12中。流体过滤器布置在流体入口管中。流体，具体是燃料，经过校准弹簧40并且流过衔铁32的开口50，通过第一管状区部52并且经过阀弹簧28。当喷嘴孔口22打开时，燃料经过喷嘴孔口22并且喷射到燃烧室。

隔圈48的一个任务是密封磁性线圈34以防接触燃料。因此，隔圈48是通过空腔13表示并且通过壳体12成形的燃料通道的一部分。在这个流体通道中，流体可以从流体入口管56流过壳体12到达喷嘴孔口22。

喷嘴孔口22的打开和关闭通过致动器30受到控制。未示出的控制设备提供电能给磁性线圈34，磁性线圈34产生磁通量42。磁通量42穿透隔圈48并且与衔铁32相互作用。隔圈48的另一个任务是在线圈34与衔铁32之间的区域中导引和/或成形磁通量。

衔铁32在朝磁性线圈34的方向上受到磁通量42吸引。通过与衔铁32相互作用产生磁力，使得衔铁32在隔圈48的方向上向下移动。因为销54的一端固定至衔铁32另一端连接至阀针14，所以阀针14在燃烧室的方向上向下移动，并且喷嘴孔口22打开。

在衔铁32和线圈罩壳36的区域中，流体可以流过开口50到第一管状区部52的内部孔口58，内部孔口58轴向地导引销54。固定至衔铁32的销54可移动地位于第一管状区部52中。在通往喷嘴孔口22的路上，流体经过销54与内部孔口58之间的区域。

在图3中以更详细的视图示出根据图2的燃料喷射阀10的隔圈48。隔圈48由不同材料制成的两个部分组成。第一部分62是由磁性材料制成，第二部分64是由非磁性材料制成。由于第二部分64是非磁性材料，所以必须通过由线圈34产生相对大的磁通量来补偿隔圈48的径向磁化导致的效率损失，以便在磁性线圈34与衔铁32之间实现充分的磁力。

图4示出了根据本发明的示例性实施例的燃料喷射阀10的纵截面，其中设有第一实施例中的形成为盘状的隔圈38。燃料喷射阀10总体上对应于上文结合图2和图3说明的燃料喷射阀，下文仅更具体地论述不同的特征。

图5示出了燃料喷射阀10的替代性第二实施例中的隔圈48的纵截面。在这种情况下，隔圈38形成为盘状，受到短衬套60支撑，短衬套60布置在第一管状区部52中。

第一实施例和第二实施例中的隔圈48包括第一部分62和第二部分64。第二部分64布置在第一部分62的凹口66中。凹口66定位为邻近线圈罩壳36并且具体邻近于磁性线圈34。优选凹口66的位置比第一部分62离空腔13更远。凹口66通过第一部分62与空腔13隔开。

第二凹口66形成为类似于圆形凹槽，使得第二部分64形成为类似于环形。这是一种容易制造的简单的设计。

第一部分62由第一材料制成，第二部分64由第二材料制成，其中，这两种材料都是磁性材料。第一材料是铁磁性材料，第二材料是永磁材料。

因为第一部分62与流体接触，尤其是燃料并且尤其是汽油和相应的石油，所以第一部分62必须与流体相容。因此第一材料包括铬Cr和/或碳C和/或锰Mn和/或硅Si和/或磷P和/或硫S。例如，该材料是SAE钢号430的不锈钢。

第二部分64不与流体接触（因为它的位置的缘故），因此除了它的温度表现之外不需要考虑特别规定。这两种材料在-40℃到150℃的温度范围内必须是稳定的。

第二部分64例如是由8到10MOe（奥斯特）的塑钕（plastoneodymium）构成。第二部分64被径向地磁化，即磁性北极和磁性南极在径向方向上彼此相随（大概通过图5中的第二部分64内的粗箭头表示）。第二部分64优选接合到第一部分62。

在图6中，根据本发明的燃料喷射阀10的致动器30示出为没有电流，但是由于永磁体64的缘故产生磁通量42。可以看出，磁通量42在第一部分62中与第二部分64轴向地重叠的区域（图6中的第二部分64的顶部上）饱和。

图7示出了根据本发明的带有电流的燃料喷射阀10的致动器30。受到激励的线圈34产生的高磁通量42在轴向方向上流过隔圈48，从而在衔铁32上产生特定的第一磁力F1。

在图8中，为了进行比较，示出了根据本发明的燃料喷射阀10的致动器30，但是没有第二部分64，即永磁体。线圈34得到与图7的情况一样的电流的馈送。可以看出，与隔圈包括第二部分64的情况下通过衔铁32的磁通量42相比，通过衔铁32的磁通量42减少。这是因为寄生通量通过第一部分62泄漏，第一部分62在径向方向上未通过永磁性第二部分64磁性饱和。第二磁力F2（在当前情况下形成的衔铁上的磁力）减少为第一磁力F1的75%。

本发明不限于所述示例性实施例基础上说明的具体实施例，而是包括不同实施例的元件的任何组合。而且，本发明包括权利要求的任何组合和权利要求公开的特征的任何组合。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的燃料喷射阀，其包括：

-壳体（12），所述壳体设有空腔（13），所述空腔（13）将流体入口管（56）与喷嘴孔口（22）液压地连接，

-阀针（14），其能够移动地位于所述空腔（13）中，以便打开和关闭所述喷嘴孔口（22），

-致动器（30），其包括磁性线圈（34）和衔铁（32），所述磁性线圈（34）布置在线圈罩壳（36）中，所述衔铁（32）能够移动地位于空腔（13）中，并且用机械方式联接至所述阀针（14），以便依据所述磁性线圈（34）发出的磁通量（42）来起始所述阀针（14）的移动，

其中

-所述壳体（12）包括隔圈（48），所述隔圈（48）位于所述衔铁（32）与所述线圈罩壳（36）之间，并且配置成将电磁通量引导至所述衔铁（32），

-所述隔圈（48）包括第一部分（62）和第二部分（64），并且

-所述第一部分（62）由第一材料制成，并且所述第二部分（64）由不同于所述第一材料的第二材料制成，并且

-所述第一材料和所述第二材料是磁性材料。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第一材料是铁磁性材料，并且所述第二材料是永磁材料。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射阀，其中，所述线圈（34）通过所述壳体（12）与所述空腔（13）液压地隔开，并且所述隔圈（48）的所述第二部分（64）布置在所述第一部分（62）与所述线圈（34）之间，使得所述第一部分（62）将所述第二部分（64）与所述空腔液压地隔开。

4.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第一材料包括Cr和/或C和/或Mn和/或Si和/或P和/或S。

5.根据前一权利要求所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第一材料包括16-18%的Cr和/或小于0.12%的C和/或小于1%的Mn和/或小于1%的Si和/或小于0.04%的P和/或小于0.03%的S。

6.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第一部分（62）设有凹口（66），所述第二部分（64）布置在所述凹口（66）中。

7.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第二凹口（66）定位为邻近所述线圈罩壳（36）。

8.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第二凹口（66）定位为邻近所述磁性线圈（34）。

9.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第二部分（64）被径向地磁化。

10.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射阀，

其特征在于，

所述第二凹口（66）是圆形的凹槽。