CN1058070C - 燃料喷射阀 - Google Patents
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Abstract
一种燃料喷射阀,其包括一个阀关闭元件,该阀关闭元件设有半圆形平台。平台是由偏转面所限制的,并与阀纵轴线倾斜地形成,该偏转面产生一种作用于燃料上的旋转能量。旋转能量的作用使得燃料能显著地降低由于针阀的转位而引起的流动速率的变化,从而使得静流量的变化明显地降低。该阀特别适于在点火式混合压缩内燃机的燃料喷射装置中应用。
Description
本发明涉及一种用于向内燃机供给燃料的燃料喷射阀。
德国专利公开说明书DE-OS 3335169描述了一种燃料喷油阀,该燃料喷油阀使用一个球状阀件作为阀门关闭元件,该阀件在其外周缘上具有多个平台截头部分,该阀体设置成使燃料可以环绕该球状元件流动,直至达到阀座。如果阀座体有一个完整的环形导轨用于对阀门关闭元件定位和对中,则球状阀门关闭元件上的平台是必需的,因为否则会使燃料堵塞在球状元件上以致会没有燃料流动到阀座上。阀门关闭元件的周缘上设置的平台是圆形的,而且其与设在燃料喷射阀的下游端上的喷射孔没有空间关系。
德国专利申请文件DE-PS 4230376描述了一种燃料喷射阀,它具有一个相似结构的阀门关闭元件。其中球状阀门关闭元件的表面上的圆形平台也有这样的功能,即使燃料可以从一个阀内腔流出达到喷射阀的喷射孔,而阀针延伸至此阀内腔中。同时阀门关闭元件上的平台与喷射孔之间没有固定的关系。相反,阀针的转动位置,也就是阀门关闭体的转动位置确切地说是任意的,同样一个产品系列中的各个喷射阀的阀针及阀关闭元件的转动位置也是不同的。燃料流入到各个喷射孔例如,四个孔,流量由这些平台来共同决定。要是一个平台直接位于喷射孔的上游位置,就可对喷射孔更好地供给待喷射的介质。然而,两个平台之间形成的导棱位于喷射孔的上方时,其结果就造成该孔的介质供给不足。因切向位置变化引起的液流流动速率不均匀也将导致流动速率随阀针的转动位置而变化以及静态流动速率的波动随之增大。
此外美国专利说明书US-PS 4,520,962还描述了一种带有球状阀门关闭元件的燃料喷射阀,其中,该阀门关闭元件在其周缘上并没有用于使燃料从旁边流过的通路。反之,燃料直接从阀座的上游从侧面直接流入阀门关闭元件。阀座的下游设有一个附加的螺旋元件,该螺旋元件具有螺旋形槽,此槽使燃料产生涡旋能量。燃料是由仅仅一个排放孔喷射出的。
从美国专利说明US-PS 5,199,648已知还描述有一种燃料喷射阀,其中一个与阀针固定地连接的阀门关闭元件其具有多个以某个角度倾斜于阀纵轴线的槽。这些槽的深度沿整个长度可以恒定不变或是通往槽的两端逐步减小,而在槽的中部则是最深的部位。这些槽与平台相比较区别如下,这些槽不再只是直接位于阀门关闭元件的表面上,而是具有设置于更深的材料中的槽底。球状阀门关闭元件除了在阀座上完成打开或关闭功能之外还具有阀针的导向功能。这些槽还用作使介质从阀内腔到阀座的流动通道,此时由倾斜设置的槽使燃料获得旋转能量形成涡旋,因而可使燃料更好地雾化。然后燃料流入阀座的下游经过一个处于中心位置的喷口排出,燃料没有被分配到多个喷射孔中。这种槽结构的不足之处是使整个从阀内腔至阀座流动的燃料在槽内剧烈偏转,从而遭受压力损失,因为这些槽是一个大的流动阻力。
本发明的目的是提供一种用于向内燃机供给燃料的燃料喷射阀。
根据本发明提供的一种用于向一台内燃机供给燃料的燃料喷射阀,该燃料喷射阀具有一个纵向阀轴线和一个与阀座面共同作用的球形阀关闭元件,球形阀关闭元件的周缘上设置的装置使得燃料沿纵向阀轴线延伸的方向,沿着阀关闭元件流动;并具有至少一个位于阀座面下游的喷射孔,其特征在于,在阀关闭元件的周缘上设置大致半圆形的平台,它由与其成一个角度的偏转面限制,此偏转面相对于纵向阀轴线倾斜。
按照本发明制造的燃料喷射阀具有如下优点:燃料经由诸如象一个喷口盘上的多个喷射孔喷射时,以一种简单的方法将燃料引导到阀门关闭元件上,使其能在各个喷射孔上几乎均匀地分配。按照本发明用一种简单而低成本方法在阀门关闭元件周缘上加工出的平台来保证在燃油中产生一种几乎不受节制旋转的涡旋能,由此可通过阀针的转动位置使沿切向方向所呈现的流入燃料流的不均匀性得到纠正,以致在喷射阀件数即使很多时燃料的静态流量仍有较好的可重复性,而且保持很稳定。可以将静态流量波动限制在最小程度内。
本发明的实施例在附图中简化示出并在下面的说明中详细阐述本发明的结构、特点以及其它目的。其中:
图1表示一个燃料喷射阀的局部视图,其中阀门关闭元件上具有圆形平台;
图2是根据图1表示出的一个其上带有喷射孔的阀门关闭元件;
图3表示一个燃料喷射阀的局部视图,其中阀门关闭元件上具有半圆形平台;
图4表示一个阀门关闭元件的第二个实施例;和
图5表示一个阀门关闭元件的第三个实施例。
图1以局部视图形式表示出一个燃料喷阀阀的实例,其为喷油装置的一个喷射阀,而喷油装置则是用于混合气压缩的火花式点火的内燃机上的。该喷射阀具有一个管状阀座支撑部分1,其内同心于一个阀纵轴线2而形成有一个纵向孔3。在该纵向孔3内配置一个阀针5,(例如一个管状阀针),该阀针以其下游端6与一个球状阀门关闭元件7相连接,而在球状关闭元件的周缘上则设有例如五个圆形的平台8。
喷射阀的动作是以众所周知的方法例如电磁方式控制来实现的。用于使阀针5轴向运动,也就用于克服一个(图中未表示出的)复位弹簧的弹力而打开或关闭喷射阀的是一个电磁电路,该电磁电路带有一个励磁线圈10一个衔铁11和一个铁芯12。衔铁11借助例如激光焊接与阀针5的远离阀门关闭元件7的一端连接并且对准于铁芯12。
在轴向运动时用于对阀门关闭元件7进行导向的是一个阀座元件16的一个导向孔15。在阀座支撑部分1的下游端,也就是远离铁芯12的一端用焊接方法使圆柱形阀座元件16固定在与阀纵轴线2同心的纵向孔3内。
阀座元件16的外径略小于阀座支撑部分1的纵向孔3的内径。在其远离阀门关闭元件7的下端面17上,阀座元件16与一个例如是盆形的喷口盘21的底部20是同心的并且刚性地连接在一起,从而使该底部20以其上端面19紧靠在阀座元件16的下端面17上。喷口盘21的底部20在其中心区24具有至少一个、例如是四个用腐蚀或冲压加工而成的喷射孔25。
盆形喷口盘21的底部20外侧设有一个环形固定边缘26,该环形边缘沿轴向在背离阀座元件16的方向延伸而并呈锥形地向外弯曲,直至其端部27。因为阀座元件16的周缘直径小于阀座支撑部分1的纵向孔3的直径,故仅在纵向孔3与喷口盘21的略呈锥形地向外弯曲的固定边缘26之间存在有径向压力。
阀座元件16和盆形喷口盘21组成的阀座部分***到纵向孔3的深度确定了阀针5行程的预设值,因为励磁线圈10未励磁时阀门关闭元件7支承在阀座元件16的一个阀座面29上,这样就确定了阀针5的一个终端位置。阀针5的另一终端位置是在励磁线圈10励磁时例如可以由配装在铁芯12上的衔铁11来确定的。阀针5的上述两个终端位置之间的路程因而也就是行程。
喷口盘21的固定边缘26在其端部27与纵向孔3的内壁紧密而固定地连接。阀座元件16和喷口盘21之间以及喷口盘21和阀座支撑部分1之间的紧密连接是必要的,这样才能使燃料不会在阀座支撑部分1的纵向孔3与阀座元件16的周缘之间流向喷射孔25或在阀座支撑部分1的纵向孔3与盆形喷口盘21的固定边缘26之间直接流入到内燃机的一个进气管路中。
球状阀门关闭元件7与沿流动方向呈截锥形渐缩的阀座元件16上阀座面29共同作用,且该阀座面沿轴向方向位于导向孔15与阀座元件16的下端面17之间。阀座元件16具有朝向电磁线圈10的一个阀座元件孔34,该孔具有的直径大于阀座元件16的导向孔15的直径。阀座元件孔34用作流入口,以使一股介质流例如燃料流可以从一个沿径向由阀座支撑部分1的纵向孔3所限定的阀内腔35流到阀座元件16的导向孔15。
为使介质流也能流动到喷口盘21的喷射孔25,在球状阀体关闭元件7的周缘上设有例如五个平台8。该五个圆形平台8使介质可以在喷射阀的打开状态下从阀内腔34流动到喷口盘21的喷射孔25。为了在轴向运动时准确地对阀门关闭元件导向,也就是对导向阀针5导向,导向孔15的直径应这样选取,即使球状阀门关闭元件7在其平台的外侧离导向孔15存在有微小的径向间隙。阀门关闭元件7上的平台相对于喷射孔25不存在有固定的关系。
图2再次说明这个情况,为对此该图表示一个元件结构原理图,其并不是完全按比例的,也设有画出一个穿过喷射阀的直接截面。确切地说是喷口盘21的喷射孔25投射到球了状阀门关闭元件7上,这主要是为了说明几何关系。
因为阀针5相对阀门关闭元件7的转动位置在各个喷射阀内是任意的,这就使平台8相对于喷射孔25的位置总是在不断变化。流入到各个(例如共有四个)喷射孔25的燃料流由这些平台8来决定。当一个平台8直接位于其上游时,一个喷射孔25就会被更充足地供给燃料。然而要是两个平台8之间的导向棱37位于一个喷射孔25的上方,则该喷射孔就会变得燃料供应不足。由于对喷口盘21的上游的燃料流的不均匀分布必然导致一定的不稳定性,其结果是使经由各个喷射孔25和各个喷射阀之间的静态流量的波动增加。
在图3中局部地示出了一种依据本发明的喷射阀的实施例,在该实施例中对比于图1中所示的喷油嘴,相同的或有相同作用的部分均用相同的标号来表示。现在作为一个专有特性阀门关闭元件7具有一些平台80,这些平台在其形状和几何尺寸上不同于以前所已知的平台。这些可通过诸如铣削或磨削的方法在球状阀门关闭元件7的表面上获得的平台80被加工成半圆形。图中一个偏转面41沿着一条平分线40设置,该平分线相当于切割一个整圆为两个半圆时的交截线,因此也相当于是整圆的直径,而且不是弯曲的,也不平行于阀纵轴线2。该偏转面41沿平分线40其实是倾斜地切割一个垂直于阀纵轴线2的球体赤道39,此时例如图3中所示倾斜地呈一个45°角。在偏转面41与球体赤道39之间的角度也可以不是45°,上述偏转面41则限定了可称为用于施加一个旋转能量的涡旋磨削棱边的平台80。偏转面41相对于平台80有一个角度,并且朝向球体中心点方向延伸。
这些以一定角度倾斜于阀纵轴线2运行的平台80为的是保证对喷射孔25供给燃料,而且可将涡旋能量提供给燃料。向在喷射阀的内部流动的燃料注入涡旋能量作用可使由于阀针转动位置不同所引起的单个喷射孔25上的流量变化和各个喷射阀之间的流量变化能明显地减少,因而在某些型式的喷射阀中其静态流量的波动量只有可对比的、具有圆形平台8的喷射阀波动量的50%。
特别有利的是,当使用具有所谓小流量喷口盘的喷射阀来说,在阀门关闭元件7上设置半圆形平台80特别有利。这种小流量喷口盘例如只具有两个喷射孔25,按目前的工艺水平,阀针5的转动位置对静态流量的波动有较大的影响。这些包含小流量喷口盘、其喷油量为60至80g/min的喷射阀在用于高转速两冲程内燃机上的应用中是特别引人注目的。正是对于小排量例如在500和1000厘米3之间的内燃机来说静态流量的变化可以显著地减小,从而通过阀门关闭元件7上的平台80待喷射的燃料流量和在此形成的带有涡旋的内部燃料流的稳定性大幅度提高。对于喷射量为150g/min的喷口盘21来说,如果仅有一个或两个喷射孔25的话,上述正面效果也就更加引人注意。
采用本发明结构的半圆形平台80的改进方案可使阀门关闭元件7上的燃料能大面积地流过去,而且不会产生由流动阻力造成的显著的压力损失。
图4和图5表示采用本发明阀门关闭元件7的另两个实施例。这里的球状阀门关闭元件7具有的两种平台80,它们与半圆形状区别不大。偏转面41同样也不是正好(直着)沿着通过一个整圆的平分线40设置的,而是稍呈弯曲地凸起或凹入形状。在图4中示有一个阀门关闭元件7,该关闭元件具有一个凸起的偏转面41,通过该偏转面可使燃料有较剧烈的转向。与此相反,图5中的阀门关闭元件7在平台80上则有凹入的偏转面41,其可使燃料转向较为平缓。因而用这些结构形式可以形成特定的涡旋方向。
Claims (5)
1.一种用于向一台内燃机供给燃料的燃料喷射阀,该燃料喷射阀具有一个纵向阀轴线和一个与阀座面共同作用的球形阀关闭元件,球形阀关闭元件的周缘上设置的装置使得燃料沿纵向阀轴线延伸的方向,沿着阀关闭元件流动;并具有至少一个位于阀座面下游的喷射孔,其特征在于,在阀关闭元件(7)的周缘上设置大致半圆形的平台(80),它由与其成一个角度的偏转面(41)限制,此偏转面(41)相对于纵向阀轴线(2)倾斜。
2.如权利要求1所述的燃料喷射阀,其特征在于,偏转面(41)限制半圆形的平台(80),以45°的角度与垂直于纵向阀轴线(2)的球体赤道(39)相交。
3.如权利要求1所述的燃料喷射阀,其特征在于,平台(80)由铣削或磨削加工而成。
4.如权利要求1所述的燃料喷射阀,其特征在于,偏转面(41)朝向平台(80)向内凹入。
5.如权利要求1所述的燃料喷射阀,其特征在于,偏转面(41)朝向平台(80)向外凸出。
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