專利名稱：設(shè)置有高柔性柱塞的燃油噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃油噴射器。
以下的說(shuō)明將明確的介紹用于直噴燃油系統(tǒng)的電磁噴射器，而不因此失去其普遍特性。
背景技術(shù)：
電磁燃油噴射器通常包括一個(gè)圓柱形管狀體和尾端，圓柱形管狀體帶有中央通道，起燃油輸送管道的作用，尾端帶有受噴射閥控制的噴射噴嘴，噴射閥由電磁執(zhí)行器操作；特別的，噴射閥設(shè)置有一個(gè)柱塞，剛性的連接到電磁執(zhí)行器的可動(dòng)銜鐵，使其通過(guò)電磁執(zhí)行器，壓縮彈簧，在噴射噴嘴的關(guān)閉和打開位置之間移動(dòng)，彈簧用于將柱塞保持在關(guān)閉位置。
上述類型的電磁燃油噴射器的一個(gè)實(shí)例公布在美國(guó)專利6,027,050-A1中，其涉及一種設(shè)置有柱塞的燃油噴射器，柱塞的一端與閥門座相互協(xié)作，另一端與電磁執(zhí)行器的可動(dòng)銜鐵成整體形成；柱塞在頂部時(shí)由銜鐵導(dǎo)向，在底部時(shí)由處于閥門座導(dǎo)向部分中的柱塞末端部分的滑行來(lái)導(dǎo)向。
當(dāng)柱塞在底部由閥門座導(dǎo)向的時(shí)候，柱塞、閥門座和銜鐵的尺寸和定位必須非常精確。實(shí)際上，如果結(jié)構(gòu)的公差相對(duì)較大，當(dāng)銜鐵撞上電磁鐵的固定銜鐵的時(shí)候，傳遞給柱塞的橫向力可能出現(xiàn)，并部分的消失在柱塞的末端部分和閥門座的導(dǎo)向部分的聯(lián)結(jié)高度上。已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果這個(gè)力大于某個(gè)數(shù)值，在柱塞和/或閥門座的導(dǎo)向部分上可能發(fā)生局部磨損現(xiàn)象，結(jié)果導(dǎo)致噴射器使用壽命的下降。
如上所述，為了將這種橫向力保持在可接受的水平，柱塞和柱塞的導(dǎo)向部分必須以精細(xì)的公差加工制造，相應(yīng)的帶來(lái)了復(fù)雜和高成本的工藝過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種燃油噴射器，沒(méi)有上述缺點(diǎn)，特別的，易于加工制造，成本低。
本發(fā)明提供一種燃油噴射器，包括一個(gè)噴射噴嘴、一個(gè)噴射閥和一個(gè)執(zhí)行器，噴射閥設(shè)置有一個(gè)可移動(dòng)的柱塞，控制穿過(guò)噴射噴嘴的燃油流，執(zhí)行器可以使柱塞在噴射閥的關(guān)閉和打開位置之間移動(dòng)；柱塞包括細(xì)長(zhǎng)桿和密封頭部，細(xì)長(zhǎng)桿機(jī)械的連接到執(zhí)行器，密封頭部能夠以密封的方式與噴射閥的閥門座接合；噴射器其特征在于，柱塞的桿具有高柔性，表現(xiàn)出柔性參數(shù)在1到2N/mm2之間。


下面將參考

本發(fā)明，舉例說(shuō)明幾個(gè)非限制性的實(shí)施例，其中圖1為依據(jù)本發(fā)明制造的燃油噴射器的部分截面?zhèn)纫晥D；圖2為圖1中噴射器的噴射閥的放大示意圖；圖3為圖1中噴射器的可動(dòng)銜鐵的放大示意圖；圖4為圖3中可動(dòng)銜鐵的另一個(gè)實(shí)施例；圖5為圖1中噴射器的柱塞的放大示意圖；和圖6為圖5中柱塞的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1中，附圖標(biāo)記1代表燃油噴射器整體，其表現(xiàn)出沿縱軸2基本圓柱對(duì)稱性，可以從噴射噴嘴3噴射燃油，噴射噴嘴3直接通向氣缸的燃燒室(圖中未示)。噴射器1包括一個(gè)支撐體4，該支撐體4沿縱軸2具有可變橫截面的管狀圓柱形狀，還包括一個(gè)供應(yīng)通道5，供應(yīng)通道5沿上述支撐體4的整個(gè)長(zhǎng)度方向延伸，向噴射噴嘴3供應(yīng)加壓燃油。支撐體4在其上部的高度上提供有電磁執(zhí)行器6，在其下部的高度上提供有噴射閥7。在使用時(shí)，噴射閥7由電磁執(zhí)行器6激勵(lì)，控制穿過(guò)噴射噴嘴3的燃油流，噴射噴嘴3設(shè)置在上述噴射閥7的高度上。
電磁執(zhí)行器6包括電磁鐵8，其容置在支撐體4中的固定位置上，當(dāng)通電的時(shí)候，可壓縮彈簧10，將鐵磁材料的可動(dòng)銜鐵9沿縱軸2從噴射閥7的關(guān)閉位置移動(dòng)到打開位置，彈簧10用于將可動(dòng)銜鐵9保持在噴射閥7的關(guān)閉位置。特別的，電磁鐵8包括一個(gè)線圈11和一個(gè)固定的磁性銜鐵12，線圈11通過(guò)一個(gè)電子控制單元(未示)提供電流，并置于支撐體4之外；磁性銜鐵12置于支撐體4之內(nèi)，并有一個(gè)中心孔13以允許燃油流向噴射噴嘴3。
在磁性銜鐵12的中心孔13里面，支柱構(gòu)件14被打入一個(gè)固定位置，支柱構(gòu)件是管狀圓柱形狀(沿母線隨意打開)，以便允許燃油流向噴射噴嘴3，并能夠?qū)椈?0靠著可動(dòng)銜鐵9保持壓縮狀態(tài)。
可動(dòng)銜鐵9是可動(dòng)裝配的一部分，此外還包括一個(gè)提升閥或柱塞15，柱塞15的上部與可動(dòng)銜鐵9成整體，它的下部與噴射閥7的閥門座16(如圖2所示)一起工作，以便用已知方式控制穿過(guò)噴射噴嘴3的燃油流。
如圖2所示，閥門座16由密封構(gòu)件17限定，密封構(gòu)件17是圓盤形，密封支撐體4的供應(yīng)通道5的底部，并且噴射噴嘴3穿過(guò)其中。導(dǎo)向構(gòu)件18從平圓形的密封構(gòu)件17突起，導(dǎo)向構(gòu)件是管狀的，在其中容納了柱塞15，為上述柱塞15限定了下部導(dǎo)向部分，其外徑小于支撐體4的供應(yīng)通道5的內(nèi)徑，由此限定了一個(gè)外部環(huán)形通道19，加壓燃油可以在該外部環(huán)形通道中流動(dòng)。依據(jù)沒(méi)有顯示的另一種選擇，導(dǎo)向構(gòu)件18的外徑等于供應(yīng)通道5的內(nèi)徑，并將其外部變平，來(lái)形成用于燃油的通道。
在導(dǎo)向構(gòu)件18的下部，設(shè)置有四個(gè)通孔20(圖2中僅顯示其中兩個(gè))，垂直于縱軸2布置，通向閥門座16，以便允許加壓燃油流向上述閥門座16。通孔20可以相對(duì)縱軸2偏移布置，使得它們不集中朝向上述縱軸2；在使用時(shí)，通孔20給各自的燃油流提供旋渦流。
柱塞15的末端是密封頭部21，其基本上是球形的，能夠以密封的方式靠在閥門座16上。此外，密封頭部21靠在導(dǎo)向構(gòu)件18的圓柱形內(nèi)表面22上并在該表面上滑動(dòng)，使得它沿縱軸2運(yùn)動(dòng)時(shí)被導(dǎo)向。
如圖3所示，可動(dòng)銜鐵9是一個(gè)單體，包括一個(gè)環(huán)形構(gòu)件23和一個(gè)平圓形構(gòu)件24。平圓形構(gòu)件24封閉環(huán)形構(gòu)件23的底部，有一個(gè)可以容納柱塞15上部的通孔25和多個(gè)允許燃油流向噴射噴嘴3的外圍通孔26(圖3中僅顯示其中兩個(gè))。平圓形構(gòu)件24中心部分的形狀是合適于容納彈簧10的下尾部，并將其固定在位置上。柱塞15最好通過(guò)環(huán)形焊接27與可動(dòng)銜鐵9的平圓形構(gòu)件24形成一個(gè)整體。
圖4為可動(dòng)銜鐵9的一個(gè)可選實(shí)施例；如圖4所示，環(huán)形構(gòu)件23與平圓形構(gòu)件24截然不同，并通過(guò)環(huán)形焊接28剛性的連接到上述平圓形構(gòu)件24。
可動(dòng)銜鐵9的環(huán)形構(gòu)件23的外徑與支撐體4的供應(yīng)通道5相應(yīng)部分的內(nèi)徑基本上一樣；這樣，可動(dòng)銜鐵9可以沿縱軸2相對(duì)于支撐體4滑動(dòng)，但是不能相對(duì)于支撐體4對(duì)縱軸2作橫向移動(dòng)。既然柱塞15是剛性連接到可動(dòng)銜鐵9，顯然，可動(dòng)銜鐵9也用作柱塞15的上部導(dǎo)向部分；結(jié)果，柱塞15在頂部由可動(dòng)銜鐵9導(dǎo)向，在底部由導(dǎo)向構(gòu)件18導(dǎo)向。
依據(jù)沒(méi)有顯示的可選實(shí)施例，一個(gè)反回彈裝置連接到可動(dòng)銜鐵9的平圓形構(gòu)件24的下表面，當(dāng)柱塞15從噴射閥7的打開位置移動(dòng)到關(guān)閉位置的時(shí)候，反回彈裝置能夠衰減靠著閥門座16的柱塞15的密封頭部21的回彈。
圖5是柱塞；可以看到，柱塞15有一個(gè)圓柱對(duì)稱的上部桿29，通過(guò)環(huán)形焊接30連接到基本為球形的密封頭部21。如圖5所示，柱塞15的桿29沿長(zhǎng)度方向具有不同直徑；特別的，桿29的尾部相對(duì)于桿29的中部，直徑較大。
依據(jù)圖6所示的另一個(gè)實(shí)施例，柱塞15的桿29是完全的圓柱形，沿長(zhǎng)度方向直徑不變。
在使用時(shí)，當(dāng)電磁體8不通電的時(shí)候，可動(dòng)銜鐵9不被固定的磁性銜鐵12吸引，彈簧10的回彈力推動(dòng)可動(dòng)銜鐵9，使其與柱塞15一起降下來(lái)；在這種情況下，柱塞15的密封頭部21被壓靠著噴射閥7的閥門座16，因此，使噴射噴嘴3與加壓燃油分離。當(dāng)電磁體8通電的時(shí)候，可動(dòng)銜鐵9克服彈簧10的回彈力被固定的磁性銜鐵12吸引，可動(dòng)銜鐵9與柱塞15一起向上移動(dòng)，直到接觸到上述固定的磁性銜鐵12；在這種情況下，柱塞15的密封頭部21相對(duì)于噴射閥7的閥門座16被提升，加壓燃油可以流過(guò)噴射噴嘴3。
當(dāng)可動(dòng)銜鐵9靜止靠著磁性銜鐵12的時(shí)候，與縱軸2平行的直接縱向壓力明顯出現(xiàn)在可動(dòng)銜鐵9上。由于不可避免的各種元件的結(jié)構(gòu)公差，可動(dòng)銜鐵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銜鐵12的下表面，柱塞15也不可能完全垂直于可動(dòng)銜鐵9；從而，當(dāng)可動(dòng)銜鐵9靜止靠著磁性銜鐵12的時(shí)候，垂直于縱軸2的直接橫向壓力可能出現(xiàn)在可動(dòng)銜鐵9上。這種橫向壓力的一部分也傳遞到柱塞15，并在柱塞15的密封頭部21和導(dǎo)向構(gòu)件18之間的接合高度上消失。
必須限制在柱塞15的密封頭部21和導(dǎo)向構(gòu)件18之間的接合高度上消失的壓力的強(qiáng)度，以避免密封頭部21的過(guò)度局部磨損現(xiàn)象。限制這種負(fù)面壓力的強(qiáng)度的方法總是通過(guò)精密加工元件獲得非常緊密的結(jié)構(gòu)公差來(lái)限制在可動(dòng)銜鐵9的高度上產(chǎn)生的橫向壓力。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)也可以用其它的方法來(lái)限制這種負(fù)面壓力的強(qiáng)度，也就是代替限制在可動(dòng)銜鐵9的高度上產(chǎn)生的橫向壓力，可以限制橫向壓力從可動(dòng)銜鐵9傳遞到柱塞15的密封頭部21。最為此，可以采用這樣一種方式制造柱塞15的桿29，使上述桿29獲得相對(duì)高的柔性(或用另外的話就是低的彎曲剛度)，使其柔性高于目前已知的、普通的、可以購(gòu)買得到的噴射器；實(shí)際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加桿29的柔性減少了橫向壓力從可動(dòng)銜鐵9到密封頭部21的傳遞。換句話說(shuō)，如果柱塞15的桿29足夠柔韌，降低了橫向壓力從可動(dòng)銜鐵9到密封頭部21的傳遞，不再需要為了達(dá)到非常緊密的結(jié)構(gòu)公差而精密的制造元件了。
值得注意的是，柱塞15的桿29不能太軟，因?yàn)?，如果太軟，就不能保證噴射閥7快速而準(zhǔn)確的工作。
理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試已經(jīng)引出了一個(gè)柔性參數(shù)Pf的定義，它是桿29的柔性的一個(gè)可靠的指標(biāo)，量綱為壓力(N/mm2)。值得注意的是，既然柔性參數(shù)Pf的量綱為壓力(N/mm2)，上述柔性參數(shù)Pf可能追究到密封頭部21與導(dǎo)向構(gòu)件18的內(nèi)表面之間的接觸/碰撞壓力磨損的現(xiàn)象上去。
柔性參數(shù)Pf采用下式計(jì)算Pf＝Keq/Dh其中Pf[N/mm2]是柔性參數(shù)；Dh[mm]是柱塞15的密封頭部21的直徑；Keq[N/mm]是柱塞15的桿29的等效剛度。
柱塞15的桿29的等效剛度Keq的定義是假定桿29一端被約束，在另一端施加力F使桿29在自由端彎曲一撓度f(wàn)；在上述情況下，桿29的等效剛度Keq采用下式計(jì)算Keq＝F/f其中Keq[N/mm]是柱塞15的桿29的等效剛度；F[N]是施加于桿29自由端的力；f[mm]是桿29自由端的撓度。
在桿29圓形橫截面不變，采用單一材料制造的情況下，等效剛度Keq可以采用下式計(jì)算Keq＝(E*Ds3)/(6.8*Ls4)其中Keq[N/mm]是柱塞15的桿29的等效剛度；Ds[mm]是桿29圓形橫截面的直徑；Ls[mm]是桿29的長(zhǎng)度；E[N/mm2]是桿的構(gòu)成材料的柔性模量。
在桿29采用單一材料制造，有兩個(gè)或更多的不同直徑的圓柱截面的情況下，等效剛度Keq可以采用下式計(jì)算1/Keq＝∑i1/Ki其中Keq[N/mm]是柱塞15的桿29的等效剛度；Ki[N/mm]是使用上述方程計(jì)算的桿29的第i個(gè)橫截面的等效剛度。
為了達(dá)到預(yù)期的限制橫向壓力從可動(dòng)銜鐵9傳遞到密封頭部21的效果而不損失噴射閥7的性能，柔性參數(shù)Pf必須處于1到2N/mm2之間。柔性參數(shù)Pf最好處于1.3到1.5N/mm2之間，基本上等于大約1.4N/mm2。
作為實(shí)例，為了獲得柔性參數(shù)Pf的理想值，可以使用可供選擇的多種方法，和/或采用不同方式和其他的組合；桿29的橫截面可以是變化的，可以采用具有更大或更小柔性的材料來(lái)制造桿29，桿29的橫截面形狀可以是變化的。
權(quán)利要求
1.一種燃油噴射器(1)，包括一個(gè)噴射噴嘴(3)、一個(gè)噴射閥(7)和一個(gè)執(zhí)行器(6)，該噴射閥(7)設(shè)置有一個(gè)可移動(dòng)的柱塞(15)，以便控制穿過(guò)噴射噴嘴(3)的燃油流，該執(zhí)行器(6)能夠使柱塞(15)在噴射閥(7)的關(guān)閉和打開位置之間移動(dòng)；柱塞(15)包括細(xì)長(zhǎng)桿(29)和密封頭部(21)，該細(xì)長(zhǎng)桿(29)機(jī)械的連接到執(zhí)行器(6)，該密封頭部(21)能夠以密封的方式與噴射閥(7)的閥門座(16)接合；其特征在于，所述柱塞(15)的桿(29)具有高柔性，表現(xiàn)出柔性參數(shù)(Pf)在1到2N/mm2之間。
2.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，柔性參數(shù)(Pf)在1.2到1.8N/mm2之間。
3.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，柔性參數(shù)(Pf)在1.3到1.5N/mm2之間。
4.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，柔性參數(shù)(Pf)大約為1.4N/mm2。
5.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，密封頭部(21)為基本球形形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的噴射器(1)，其中，柔性參數(shù)(Pf)采用下式計(jì)算Pf＝Keq/Dh其中Pf[N/mm2]是柔性參數(shù)；Dh[mm]是密封頭部(21)的直徑；Keq[N/mm]是桿(29)的等效剛度。
7.如權(quán)利要求6所述的噴射器(1)，其中，桿(29)的等效剛度(Keq)是通過(guò)假定桿(29)在一端被約束、在另一端施加力(F)使桿(29)在其自由端彎曲一撓度(f)而定義的；在上述情況下，桿(29)的等效剛度(Keq)采用下式計(jì)算Keq＝F/f其中Keq[N/mm]是桿(29)的等效剛度；F[N]是施加于桿(29)自由端的力；f[mm]是桿(29)自由端的撓度。
8.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，柱塞(15)的桿(29)是圓柱形對(duì)稱的，并沿長(zhǎng)度方向具有不同的直徑。
9.如權(quán)利要求8所述的噴射器(1)，其中，桿(29)的尾部相對(duì)于桿(29)的中部，具有較大直徑。
10.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，柱塞(15)的桿(29)是完全的圓柱形，且直徑不變。
11.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，密封頭部(21)通過(guò)環(huán)形焊接(30)剛性連接到桿(29)。
12.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，執(zhí)行器(6)包括一個(gè)彈簧(10)，用于將柱塞(15)保持在關(guān)閉位置。
13.如權(quán)利要求12所述的噴射器(1)，其中，執(zhí)行器(6)是電磁執(zhí)行器，包括一個(gè)線圈(11)、一個(gè)固定的磁性銜鐵(12)和一個(gè)可動(dòng)銜鐵(9)，該可動(dòng)銜鐵(9)克服彈簧(10)的力被磁性銜鐵(12)磁性吸引，并機(jī)械的連接到柱塞(15)。
14.如權(quán)利要求13所述的噴射器(1)，其中，可動(dòng)銜鐵(9)是一個(gè)單體，包括一個(gè)環(huán)形構(gòu)件(23)和一個(gè)平圓形構(gòu)件(24)，該平圓形構(gòu)件(24)封閉環(huán)形構(gòu)件(23)的底部，并有一個(gè)能夠容納柱塞(15)上部的中心通孔(25)和多個(gè)能夠允許燃油流向噴射噴嘴(3)的外圍通孔(26)。
15.如權(quán)利要求13所述的噴射器(1)，其中，可動(dòng)銜鐵(9)包括一個(gè)環(huán)形構(gòu)件(23)和一個(gè)平圓形構(gòu)件(24)，該平圓形構(gòu)件(24)封閉環(huán)形構(gòu)件(23)的底部，并有一個(gè)能夠容納柱塞(15)上部的中心通孔(25)和多個(gè)能夠允許燃油流向噴射噴嘴(3)的外圍通孔(26)；該環(huán)形構(gòu)件(23)通過(guò)環(huán)形焊接(28)剛性連接到平圓形構(gòu)件(24)。
16.如權(quán)利要求1所述的噴射器(1)，其中，閥門座(16)由圓盤形密封構(gòu)件(17)限定，噴射噴嘴(3)穿過(guò)該圓盤形密封構(gòu)件(17)中；導(dǎo)向構(gòu)件(18)從密封構(gòu)件(17)突起，該導(dǎo)向構(gòu)件是管狀的，在其中容納了柱塞(15)，以便為上述柱塞15限定了下部導(dǎo)向部分，在內(nèi)部確定了一個(gè)用于加壓燃油的外部環(huán)形通道(19)。
17.如權(quán)利要求16所述的噴射器(1)，其中，在導(dǎo)向構(gòu)件(18)的下部，設(shè)置有四個(gè)通孔(20)，所述通孔通向閥門座16，以便允許加壓燃油流向上述閥門座(16)。
18.如權(quán)利要求17所述的噴射器(1)，其中，導(dǎo)向構(gòu)件(18)的通孔(20)相對(duì)噴射器(1)的縱軸(2)偏移布置，使得它們不集中朝向上述縱軸(2)，在使用時(shí)，所述通孔(20)給各自的燃油流提供旋渦流。
全文摘要
一種燃油噴射器(1)，包括一個(gè)噴射噴嘴(3)、一個(gè)噴射閥(7)和一個(gè)執(zhí)行器(6)，噴射閥(7)有一個(gè)可移動(dòng)的柱塞(15)，以便控制穿過(guò)噴射噴嘴的燃油流，執(zhí)行器(6)可以使柱塞(15)在噴射閥(7)的關(guān)閉和打開位置之間移動(dòng)；柱塞(15)包括細(xì)長(zhǎng)桿(29)和密封頭部(21)，細(xì)長(zhǎng)桿(29)機(jī)械的連接到執(zhí)行器(6)，密封頭部(21)可以以密封的方式與噴射閥(7)的閥門座(16)接合；柱塞(15)的桿(29)具有高柔性，表現(xiàn)出柔性參數(shù)(P
文檔編號(hào)F02M61/00GK1727666SQ20051008494
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者米凱萊·彼得羅內(nèi), 盧卡·卡尼奧拉蒂 申請(qǐng)人:瑪涅蒂瑪瑞利動(dòng)力系公開有限公司