專利名稱：注射噴嘴的伺服閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種注射噴嘴的伺服閥，尤其是用于公用輸送管的伺服閥。
在SAE的第NO.910252號(hào)論文“ECD-U2型內(nèi)燃機(jī)燃料的新式電控注射系統(tǒng)的研制“中介紹了一種注射噴嘴的伺服閥，包括一個(gè)殼，該殼包括一個(gè)閥腔、一個(gè)高壓口、一個(gè)過(guò)油口和一個(gè)回油口，還包括一個(gè)閥元件，它可在閥腔中動(dòng)作、可以根據(jù)致動(dòng)器的動(dòng)作而有選擇性地與第一座或第二座相抵靠，當(dāng)該閥元件與第一座桿抵靠時(shí)，回油口關(guān)閉，高壓口與過(guò)油口相通，當(dāng)該閥元件與第二座相抵靠時(shí)，就使得高壓口關(guān)閉，而使過(guò)油口與回油口相通。過(guò)油口可與注射噴嘴的工作腔相通，當(dāng)工作腔處于高壓狀態(tài)時(shí)注射噴嘴就關(guān)閉，而工作腔處于減壓狀態(tài)時(shí)注射噴嘴就打開(kāi)。所述閥元件包括外閥體和內(nèi)閥體，內(nèi)閥體受到外閥體的導(dǎo)向作用。外閥體通過(guò)在彈簧的作用下被迫使向上地抵靠在第一座上，以關(guān)閉回油口。內(nèi)閥體可在閥腔中的壓力作用下向上移動(dòng)，從而打開(kāi)高壓口，該高壓口設(shè)置在外閥體上。當(dāng)一個(gè)電磁線圈受到激勵(lì)時(shí)，外閥體向上移動(dòng)并脫離第一座，從而過(guò)油口與回油口相通。外閥體的向上移動(dòng)一直進(jìn)行至設(shè)在其上的第二座與內(nèi)閥體相抵靠，從而使高壓口關(guān)閉為止。
這樣的伺服閥結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)也較高，這是由于必須對(duì)殼內(nèi)側(cè)的外閥體的導(dǎo)向元件進(jìn)行精密加工、對(duì)外閥體內(nèi)側(cè)的為內(nèi)閥體進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向元件也要進(jìn)行精密加工。當(dāng)?shù)诙蜷_(kāi)時(shí)，內(nèi)閥體與外閥體之間的導(dǎo)向元件受高壓流的影響，結(jié)果會(huì)造成泄露的損失。由于系統(tǒng)固有的原因，外閥體的電磁驅(qū)動(dòng)在電磁線圈開(kāi)始激勵(lì)至外閥體的實(shí)際動(dòng)作過(guò)程中延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，由于外閥體的外側(cè)有殼、內(nèi)側(cè)又有內(nèi)閥體，外閥體的動(dòng)作就受到了較大摩擦力的阻礙。
本發(fā)明的目的是提供一種可克服上述缺點(diǎn)的注射噴嘴的伺服閥。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種注射噴嘴的伺服閥，它驅(qū)動(dòng)反應(yīng)快、動(dòng)作靈敏度高。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供這樣一種注射噴嘴的伺服閥，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，可以進(jìn)行精確的動(dòng)作和準(zhǔn)確的控制。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供這樣一種注射噴嘴的伺服閥，它的設(shè)計(jì)使得其工作壽命長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的原理，該注射噴嘴的伺服閥還有進(jìn)一步的和其他的特點(diǎn)，例如可為公用輸送管而工作，該伺服閥包括一個(gè)殼，該殼具有閥腔、一個(gè)高壓口、一個(gè)過(guò)油口、一個(gè)回油口。閥腔中有一個(gè)可動(dòng)作的閥元件，在驅(qū)動(dòng)元件的作用下，該閥元件可有選擇性地與第一座或第二座相協(xié)調(diào)地起作用。當(dāng)該閥元件與第一座相抵靠時(shí)，回油口關(guān)閉，而高壓口與過(guò)油口相通；當(dāng)該閥元件與第二座相抵靠時(shí)，高壓口關(guān)閉，過(guò)油口與回油口相通。過(guò)油口可以與注射噴嘴的工作腔相通，當(dāng)工作腔處于高壓狀態(tài)時(shí)，注射噴嘴關(guān)閉，當(dāng)工作腔處于減壓狀態(tài)時(shí)，注射噴嘴關(guān)閉，當(dāng)工作腔處于減壓狀態(tài)時(shí)，注射噴嘴打開(kāi)。驅(qū)動(dòng)元件包括一個(gè)長(zhǎng)度可變的元件，長(zhǎng)度的變化可由電壓或電流進(jìn)行控制。在驅(qū)動(dòng)元件的作用下，長(zhǎng)度可變的元件可經(jīng)由過(guò)油口與閥腔相通。
從下文的對(duì)本發(fā)明的推薦實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明中可以看出，本發(fā)明的伺服閥結(jié)構(gòu)緊湊、非常簡(jiǎn)單、成本低廉，其本質(zhì)原因是沒(méi)有雙面都有配合要求的零件。通過(guò)回油口由驅(qū)動(dòng)元件直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的閥元件可克服閥腔中的高壓處于打開(kāi)狀態(tài)，這是對(duì)長(zhǎng)度可變的元件實(shí)行電控完成的。20至30μm的沖程足以使伺服閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，因而可以采用壓電致動(dòng)器或磁致伸縮的致動(dòng)器。采用具有小沖程的壓電致動(dòng)器使得有可能使伺服閥的切換時(shí)間短而驅(qū)動(dòng)動(dòng)作準(zhǔn)確。進(jìn)一步地說(shuō)，閥元件在沖程中的速度可由長(zhǎng)度可變的元件或致動(dòng)器進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，從而閥元件可以較輕柔的方式與座相抵靠，其優(yōu)點(diǎn)是伺服閥的工作壽命可大大加長(zhǎng)。設(shè)置長(zhǎng)度可變?cè)暮锰幨亲⑸鋰娮炜稍陔妷簻p小或電流減小的條件下關(guān)閉，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的可靠性和安全性好。根據(jù)本發(fā)明，伺服閥中可承受極高的高壓。高壓油路直接與閥腔相通，沒(méi)有必要再設(shè)置活塞導(dǎo)套或類似的元件以對(duì)高壓油實(shí)行密封。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下文的對(duì)推薦實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明而變得更明確。


圖1是關(guān)于公用輸送管系統(tǒng)的總體示意圖，圖2是本發(fā)明伺服閥的液壓回路的原理圖，圖3是本發(fā)明注射噴嘴的伺服閥的截面圖，圖4是圖3的局部放大圖，和圖5是圖4的局部放大圖。
推薦實(shí)施例的說(shuō)明這里應(yīng)當(dāng)注意到，術(shù)語(yǔ)公用輸送管一般是指這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的目的是一方面是使系統(tǒng)的壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)速度和注射的燃料量無(wú)關(guān)，另一方面可增大平均注射壓力。公用輸送管系統(tǒng)的主要特征是借助于存儲(chǔ)容積使壓力的產(chǎn)生與燃料注射相互無(wú)關(guān)，該存儲(chǔ)容積包括公用高壓分配器管(公用輸送管)以及進(jìn)給管和噴嘴中存在的容積，公用高壓分配器管連接到多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的注射噴嘴，而進(jìn)給管連接到注射噴嘴。
首先參考一下圖1，代碼2表示的油箱經(jīng)由濾清器(沒(méi)示出)和預(yù)輸送泵4而連接到公用輸送管的高壓泵6。有一條管路由高壓泵6連接至分配器管，即公用輸送管8，該公用輸送管8經(jīng)由進(jìn)給管10而與相應(yīng)的注射噴嘴12相連通，每個(gè)注射噴嘴12與多缸內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)缸相對(duì)應(yīng)。
各注射噴嘴12通過(guò)回油管14而與回油管16相通，而回油管16與油箱2相通。
系統(tǒng)的壓力由節(jié)流閥18進(jìn)行限制，可以高達(dá)2000巴。
電控制裝置20的輸出端與高壓泵6和各注射噴嘴12相連。該電控裝置20的輸入端22與公用輸送管8的壓力傳感器24及其他的傳感器(沒(méi)示出)相連，以感知控制參數(shù)的大小，例如可感知加速度、動(dòng)作速度、溫度、填料壓力、空氣量、發(fā)動(dòng)機(jī)速度及類似的參數(shù)。
現(xiàn)再來(lái)參考圖2，它是注射噴嘴及其液壓回路的結(jié)構(gòu)原理圖。
注射噴嘴12包括噴嘴體26，其端部有一噴嘴尖，在注射噴嘴處于關(guān)閉位置時(shí)，該噴嘴尖抵靠在閥座(沒(méi)示出)上。噴嘴體26穿過(guò)噴嘴腔28腔，而噴嘴腔28與進(jìn)給管10相連通。噴嘴體26與致動(dòng)活塞或柱塞30相連或與之集成一體，該柱塞30在工作腔32中運(yùn)行。工作腔32通過(guò)油路34而與節(jié)流閥36相連，繼而與一個(gè)伺服閥的腔40的一個(gè)油口38相通，該伺服閥用42表示。
腔40還有一個(gè)高壓口44，該高壓口44通過(guò)高壓油路48而與進(jìn)給管10相通，而在高壓油路48上設(shè)有節(jié)流閥46。
腔40進(jìn)一步地設(shè)有一個(gè)回油口50，該回油口50與回油管14相通。為了使一個(gè)閥元件動(dòng)作，桿56穿過(guò)了回油口50，在本實(shí)施例中，閥元件即鋼珠52，而桿56由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，在本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)裝置為壓電致動(dòng)器54。壓電致動(dòng)器54由適當(dāng)?shù)碾娋€(沒(méi)示出)連接至圖1中的控制裝置20上。
壓電致動(dòng)器本身是熟知的，其結(jié)構(gòu)與電容器相似，它的絕緣介質(zhì)包括壓電材料，如鋁-鋯酸鹽-鈦酸鹽?，F(xiàn)代致動(dòng)器工作的場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)2000V/mm，在長(zhǎng)度上的相對(duì)變化可達(dá)1.5％。在圖示的實(shí)施例中，壓電致動(dòng)器40的長(zhǎng)度大約為30mm，它可產(chǎn)生大約0.03mm的沖擊動(dòng)作。開(kāi)/關(guān)轉(zhuǎn)換的時(shí)間通常為50μs，桿56的動(dòng)作速度由壓電致動(dòng)器54進(jìn)行可控制的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)。
現(xiàn)在參考圖3，它是注射噴嘴12的縱斷面圖，該注射噴嘴12包括殼58和高壓接口60，該高壓接口60用于與圖1所示的分配器管或者說(shuō)公用運(yùn)輸管8相連。圖3沒(méi)有示出連接電線，而正是通過(guò)這些連接電線，壓電致動(dòng)器54才與圖1中的控制裝置20相連。
由于注射噴嘴12作為整體直接安裝在內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋上，這對(duì)提高閥驅(qū)動(dòng)的精度是有利的，這是因?yàn)閴弘娭聞?dòng)器54和殼58之間由于熱的影響所造成的長(zhǎng)度差異可得到合理補(bǔ)償。這至少在壓電致動(dòng)器54與殼58相配合的區(qū)域內(nèi)是有效的，殼58由適當(dāng)?shù)牟牧现瞥桑摬牧吓c壓電致動(dòng)器54一樣具有很低的熱膨脹系數(shù)，舉例來(lái)說(shuō)該材料可以是因瓦合金鋼。在另一種結(jié)構(gòu)中，殼58為普通鋼，而壓電致動(dòng)器54的熱膨脹要通過(guò)一個(gè)附加元件進(jìn)行補(bǔ)償；如圖3所示，在殼58中用螺紋元件62把插栓或者說(shuō)棒64固定，在圖中螺紋元件62是一個(gè)螺母，插栓64的材料與殼58的材料相比要具有更大的熱膨脹系數(shù)，例如插栓64可由鋁制成。通過(guò)使插栓64的長(zhǎng)度與壓電致動(dòng)器54的長(zhǎng)度相匹配、使殼58的材質(zhì)與其自身長(zhǎng)度相匹配，有可能補(bǔ)償壓電致動(dòng)器54的較低的熱膨脹性。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，這是如圖3所示的注射噴嘴12的中心區(qū)域的放大圖。而圖5是如圖4所示的中心區(qū)域的進(jìn)一步放大的結(jié)構(gòu)圖。
正如圖4所示，殼65以螺紋連接至殼58上，殼65中容納著注射閥和伺服閥，注射閥與致動(dòng)柱塞或活塞30相連系。伺服閥的鋼珠52由彈簧66迫使其趨于向上的位置，以抵靠至銷68上，而銷68由壓電致動(dòng)器54進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，鋼珠52也可以抵靠在如圖5中用代碼70表示的第一個(gè)座上。銷68與元件72協(xié)調(diào)動(dòng)作，元件72受到殼58中的孔76的導(dǎo)向作用，壓電致動(dòng)器54也容納在孔76中。元件72通過(guò)半球形部分74而支撐著壓電致動(dòng)器54。在元件72和孔76的內(nèi)側(cè)面之間設(shè)有密封件78以起密封的作用。元件68、72和74構(gòu)成了在圖2中以代碼56表示的桿狀部分。
為了感知致動(dòng)活塞或柱塞30的行程，設(shè)置了針狀的行程傳感器80，從而注射閥(圖4沒(méi)示出)的開(kāi)啟程度可被準(zhǔn)確地加以確定。
圖5表示了伺服閥的中心部分，即第一閥體82和第二閥體84，兩個(gè)閥體相互支撐地設(shè)置在殼58和殼65之間，圖4中所示的殼65旋入至殼58上。
閥體82和84具有相互對(duì)準(zhǔn)的孔，這些孔構(gòu)成了進(jìn)給管的一部分，并可承受高壓。閥體82進(jìn)一步具有通孔86，閥體84上的盲孔88與該通孔84對(duì)準(zhǔn)。高壓油中48從盲孔88通向進(jìn)給管10。
孔86和88分別在閥體82和84上形成，在閥體82和84之間的表面上，孔86和88是加工成如此形狀的，即可以容納作為閥元件的鋼珠52，如圖5所示，也就是說(shuō)在上閥體82上加工出第一座70并且在下閥體孔84上加工出第二座90。在兩個(gè)座70和90之間，設(shè)有如圖2中用代碼38表示的油口，圖2中容納著鋼珠52的用代碼40表示的閥腔經(jīng)由該油口與油路34相通，在油路34中設(shè)置了節(jié)流閥36。圖5中沒(méi)示出高壓油路48中如圖2中以代碼46表示的進(jìn)給節(jié)流閥。
在通孔86的上端設(shè)有一環(huán)形的凹部90，該凹部90與圖2中以代碼14表示的回油油路相通，然而這一點(diǎn)在圖4和圖5中并沒(méi)有圖示出來(lái)。圖4中所示的銷68的側(cè)面上有一縱向槽，它的好處是通孔86不會(huì)被完全關(guān)閉。
本發(fā)明的注射噴嘴中的伺服閥的結(jié)構(gòu)已進(jìn)行了說(shuō)明，現(xiàn)在說(shuō)明其操作方式在壓電致動(dòng)器54的非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，鋼珠52與第一座70其同發(fā)揮作用，兩者抵靠在一起，第一座70就是圖5中的上閥體上的座。這樣，回油油路14處于關(guān)閉狀態(tài)，而高壓油路48與油路34相通，從而工作腔32受到了高壓的作用。當(dāng)圖2中以代碼26表示的噴嘴體上來(lái)自于工作腔32的作用力大于來(lái)自噴嘴腔28的作用力時(shí)，注射噴嘴就被關(guān)閉。
當(dāng)壓電致動(dòng)器54動(dòng)作時(shí)，鋼珠52克服系統(tǒng)的高壓而脫離第一座70，而移動(dòng)至在圖5中以代碼90表示的第二座處并與之相抵靠，從而高壓油路48與閥腔40相隔斷，而油路34與回油油路14相通。液態(tài)油從工作腔32中排出。系統(tǒng)壓力下降的結(jié)果是噴嘴體向上移動(dòng)，從而使噴嘴打開(kāi)，這也受到了來(lái)自于作用于噴嘴腔28中的高壓的影響。
由于閥的沖程很小、壓電致動(dòng)器的反映很快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是很穩(wěn)定的，這種穩(wěn)定性還可以通過(guò)選擇不同的節(jié)流閥46和/或36而得以改變。由于兩座70和90處于打開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間很短，也由于高壓油路48與回油油路14相通的時(shí)間很短，因而可把(各種)損失減小到最小程度。
應(yīng)當(dāng)明白，注射噴嘴的上述的伺服閥僅僅是通過(guò)實(shí)例和原理圖進(jìn)行了說(shuō)明，還可以進(jìn)行各種修改和改變，但這些都不超出本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種注射噴嘴的伺服閥，尤其用于公用輸送管系統(tǒng)，包括一個(gè)殼體(82，84)，具有閥腔(40)、高壓口(44)、過(guò)油口(38)和回油口(50)，和一個(gè)閥元件(52)，可在閥腔中動(dòng)作，在驅(qū)動(dòng)裝置(54，56)的作用下可有選擇地與第一座(70)或第二座(90)相抵靠，當(dāng)閥元件與第一座相抵靠時(shí)，回油口關(guān)閉，而高壓口與過(guò)油口相通；當(dāng)閥元件與第二座相抵靠時(shí)，高壓口關(guān)閉，過(guò)油口與回油口相通，其中的過(guò)油口可與注射噴嘴的工作腔(32)相通，當(dāng)該工作腔處于高壓狀態(tài)時(shí)，注射噴嘴關(guān)閉；當(dāng)該工作腔處于減壓狀態(tài)時(shí)，注射噴嘴打開(kāi)，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置包括一長(zhǎng)度可變的元件(54)，當(dāng)該元件受到電壓或電流激勵(lì)時(shí)，其長(zhǎng)度便會(huì)變化，該元件通過(guò)驅(qū)動(dòng)元件(68)的作用經(jīng)由回油口(50)而作用于閥元件(52)上。
2.如權(quán)利要求1所述的伺服閥，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置包括壓電致動(dòng)器(54)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的伺服閥，其特征在于閥元件是鋼珠(52)的形狀。
4.如權(quán)利要求1至3其中之一所述的伺服閥，其特征在于當(dāng)壓電致動(dòng)器(54)不受電壓作用時(shí)，閥元件抵靠在第一座(70)上。
5.如權(quán)利要求1至4其中之一所述的伺服閥，其特征在于在高壓油路(48)上的設(shè)有進(jìn)給節(jié)流閥(46)，高壓油路(48)與高壓口(44)相通。
6.如權(quán)利要求1至5其中之一所述的伺服閥，其特征在于在油路(34)上設(shè)有節(jié)流閥(36)，過(guò)油口(38)經(jīng)由油路(34)與工作腔(32)相通。
7.如權(quán)利要求1至6其中之一所述的伺服閥，其特征在于壓電致動(dòng)器(54)的熱膨脹可通過(guò)合理選擇殼(58)的材料和/或附加元件(64)而得以補(bǔ)償，壓電致動(dòng)器(54)容納在殼(58)中。
全文摘要
一種注射噴嘴的伺服閥，尤其用于公用輸送管系統(tǒng)，包括一個(gè)殼體，該殼體包括閥腔(40)、高壓口(44)、過(guò)油口(38)和回油口(50)。在驅(qū)動(dòng)裝置的作用下，閥元件(52)可有選擇性地與第一座或第二座相抵靠。驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)元件，該元件以壓電致動(dòng)器(54)的形狀為好，該元件可通過(guò)驅(qū)動(dòng)元件(56)經(jīng)由回油口作用于閥元件上。
文檔編號(hào)F02M47/02GK1156216SQ96120369
公開(kāi)日1997年8月6日 申請(qǐng)日期1996年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月27日
發(fā)明者胡貝爾·格爾德 申請(qǐng)人:胡貝爾發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司研究所