專利名稱：共軌式電控噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機共軌式電控燃料噴射器技術(shù)領(lǐng)域。
日趨苛刻的排放法規(guī)使得降低內(nèi)燃機有害排放物成了內(nèi)燃機技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)過程中關(guān)注的焦點。為了實現(xiàn)高效低污染的燃燒過程，理想的燃料噴射過程應(yīng)該是噴射壓力、噴射定時及噴射規(guī)律能根據(jù)發(fā)動機的不同工況作靈活調(diào)整。對于柴油機，還要求有較高的噴射壓力。共軌式電控噴射系統(tǒng)在噴射壓力、噴射定時及噴射規(guī)律調(diào)整方面有較大的靈活性，因而成了當今國外內(nèi)燃機制造商競相開發(fā)的目標。到目前為止，典型的系統(tǒng)有(1)日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)，其噴油器的工作原理是用一個二位三通電磁閥，控制液力活塞的運動，進而控制針閥，實現(xiàn)噴射過程的控制(引自SAE Paper 980806)；(2)德國BOSCH公司的共軌式電控噴射系統(tǒng)，所用的噴油器與ECD-U2的不同點是用二位二通電磁閥代替二位三通電磁閥(引自SAE Paper 960871)；(3)英國LUCAS公司的LDCR系統(tǒng)，與BOSCH的不同點在于取消了液力活塞，直接用電磁閥控制針閥運動(引自SAE Paper 980803)。另外還有意大利菲亞特公司、美國的Stanadyne公司、日本豐田公司，都相繼開發(fā)出各具特色的共軌式電控噴射系統(tǒng)。從目前公開的資料看，現(xiàn)有的共軌式電控噴射系統(tǒng)所用的噴射器，其基本原理都不外乎上述的三種形式，其共同特點是電磁力先控制電磁閥，再通過電磁閥直接或間接地控制針閥運動，實現(xiàn)噴射過程控制，因而與本發(fā)明相比，具有共同的缺點(1)結(jié)構(gòu)復雜，工藝要求及成本較高；(2)傳動環(huán)節(jié)多，響應(yīng)慢，噴射定時及噴射量重復性差，可靠性差；(3)泄漏環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)能量利用率低，噴射壓力難以進一步提高。上述缺點已成了共軌式電控噴射技術(shù)推廣中的障礙，許多內(nèi)燃機制造商至今對該系統(tǒng)的選用仍抱十分慎重的態(tài)度，例如，德國大眾公司百公里油耗三升的新品轎車，其中的TDI柴油機選用的就是電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)，而不是共軌式電控噴射系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是，提出一種新型的共軌式電控噴射器，主要用于內(nèi)燃機缸內(nèi)液體或氣體燃料的噴射。它能充分體現(xiàn)共軌式噴射系統(tǒng)在噴射壓力、噴射定時、噴射規(guī)律控制方面的靈活性，并能克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
本發(fā)明擯棄了現(xiàn)有技術(shù)用電磁閥控制針閥運動，實現(xiàn)噴射過程控制的方法。本發(fā)明包括一個控制針閥運動的電磁鐵，和控制噴射過程的針閥，銜鐵與針閥接近剛性地連結(jié)為一體，作用于銜鐵上的電磁力能直接傳遞至針閥，實現(xiàn)噴射過程控制。采用一節(jié)流機構(gòu)，在噴射過程中產(chǎn)生與針閥關(guān)閉方向一致的力，作用于針閥上。
作為本發(fā)明的進一步改進，該噴射器設(shè)有針閥升程與座面密封狀態(tài)傳感機構(gòu)，由針閥、閥座、銜鐵、鐵芯、信號線組成，針閥導向面上附有絕緣導向?qū)?，信號線與針閥及銜鐵保持電導通狀態(tài)。
本發(fā)明可分為兩種方式方式一燃料入口與銜鐵室及主室相通。所述節(jié)流機構(gòu)，它可以由設(shè)在拉桿上的節(jié)流盤構(gòu)成，也可以由開有節(jié)流孔或節(jié)流槽的銜鐵或針閥自身構(gòu)成。
方式二銜鐵室與泄漏燃料出口相通，燃料入口與主室相通，主室與銜鐵室之間要求密封。銜鐵與針閥之間有一壓力平衡活塞，壓力平衡活塞的直徑，和針閥與閥座配合的密封環(huán)帶直徑是相等或相近的。有一活塞套，它與噴射器體之間隔一電絕緣層，壓力平衡活塞能在其中上下運動，并與活塞套保持動密封配合與電導通狀態(tài)。信號線在噴射器體內(nèi)的一端與活塞套相接。所述節(jié)流機構(gòu)，它可以由設(shè)在拉桿上的節(jié)流盤構(gòu)成，也可以由開有節(jié)流孔或節(jié)流槽的針閥自身構(gòu)成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點由于取消了電磁閥，噴射器結(jié)構(gòu)簡單，工藝性得以改善，降低了制造成本；由于簡化了傳動環(huán)節(jié)，噴射器的響應(yīng)速度和精度以及可靠性都得以提高；由于減少了泄漏環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)能量利用率，同時也提高了系統(tǒng)的噴射壓力。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1是按方式一實施的例子。
圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖。
圖3是圖1中Ⅰ部分的局部放大圖。
圖4是按方式二實施的例子。
圖5是沿圖4中A-A線的剖視圖。
圖6是圖4中Ⅰ部分的局部放大圖。
圖7是節(jié)流機構(gòu)在拉桿上布置的原理圖。
圖8是沿圖7中A-A線的剖視圖。
圖9是針閥升程信號發(fā)生原理圖。
圖10是針閥座面密封狀態(tài)信號發(fā)生原理圖。
圖1、圖2、圖3是方法一實施的例子。線圈3、鐵芯2、銜鐵4構(gòu)成電磁鐵部件。銜鐵4、導桿5、拉桿7、針閥13依次連結(jié)為整體。銜鐵室19與燃料入口20相通，并通過連通孔16與主室15相通。銜鐵4下面有一銜鐵彈簧18，使銜鐵受到一個向上的力Fs1，其目的是使拉桿7處于張緊狀態(tài)，針閥13的導向面上開有節(jié)流槽12。
當針閥13處于關(guān)閉狀態(tài)時，存在下列關(guān)系P1=P2，P3=Pa，其中Pa為噴射背壓，針閥13作用在閥座9上的力F1=0.25πd22(P1-Pa)+Fs2-Fs1，其中Fs2為針閥彈簧14的彈力，d2為針閥13與閥座9密封環(huán)帶的直徑。
電磁鐵通電之后，銜鐵4受到一個向上的電磁吸力F2，當F2大于F1時，針閥13開啟，噴射開始，燃料經(jīng)燃料入口20、銜鐵室19、連通孔16、主室15、節(jié)流槽12，最后從噴孔10噴出。當針閥13完全打開后，近似有P2=P3，由于存在節(jié)流槽12，P1大于P2，此時保持針閥13開啟所需的最小電磁吸力F2min=0.25πd12(P1-P2)+Fs2-Fs1。
當電磁鐵斷電之后，F(xiàn)2下降，當F2小于F2min時，針閥13關(guān)閉，噴射過程結(jié)束。
為了使噴射器能輸出針閥升程與針閥座面密封狀態(tài)信號，該噴射器設(shè)有針閥升程及針閥座面密封狀態(tài)傳感機構(gòu)，其設(shè)計特點是有一導套6，它與噴射器體8之間隔一電絕緣層17，導桿5能在其中上下運動，并與導套6保持電導通狀態(tài)。信號線1在噴射器內(nèi)的一端與導套6相接。針閥導向面是一絕緣導向?qū)?1。信號的發(fā)生原理見圖9、圖10的說明。
本設(shè)計的節(jié)流機構(gòu)由開有節(jié)流槽的針閥構(gòu)成，節(jié)流槽也可以改為節(jié)流孔，節(jié)流機構(gòu)還可以由開有節(jié)流槽或節(jié)流孔的銜鐵構(gòu)成，或如圖7、圖8所示由設(shè)計在拉桿7的節(jié)流盤24構(gòu)成。
圖4、圖5、圖6是按方式二實施的例子，與方式一的結(jié)構(gòu)相比，不同點是壓力平衡活塞21與活塞套22取代了方式一的導桿5與導套6，壓力平衡活塞21能在活塞套22中上下運動，并與活塞套22保持動密封配合與電導通狀態(tài)。燃料入口20與主室15相通，主室15與銜鐵室19之間有一動密封配合環(huán)節(jié)。從主室15泄漏到銜鐵室19的燃料，通過泄漏燃料出口23排出。
當針閥13處于關(guān)閉狀態(tài)時，存在下列關(guān)系P1=P2，P3=Pa，其中Pa為噴射背壓，針閥13作用在閥座9上的力F1=0.25π(d22-d32)P1-0.25πd22Pa+Fs，式中Fs為針閥彈簧力，d2為針閥13與閥座9密封環(huán)帶的直徑，d3的選取原則是等于或接近d2，當d3=d2時，F(xiàn)1=Fs-0.25πd22Pa，即F1與噴射壓力無關(guān)。
電磁鐵通電后，銜鐵4受到向上的電磁吸力F2，當F2大于F1時，針閥13開啟，噴射開始。當針閥13完全打開后，近似有P3=P2，由于存在節(jié)流槽12，P1大于P2，此時保持針閥開啟所需的最小電磁吸力F2min=0.25π(d12-d32)P1-0.25πd12P2+Fs。
當電磁鐵斷電之后，F(xiàn)2下降，當F2小于F2min時，針閥13關(guān)閉，噴射過程結(jié)束。
針閥升程及針閥座面密封狀態(tài)傳感機構(gòu)在組成上與方式一的不同點是壓力平衡活塞21、活塞套22分別代替了方式一中的導桿5、導套6，其工作原理相同。
本設(shè)計的節(jié)流機構(gòu)由開有節(jié)流槽12的針閥13構(gòu)成，節(jié)流槽也可以改為節(jié)流孔，節(jié)流機構(gòu)還可以如圖7、圖8所示由設(shè)計在拉桿7上的節(jié)流盤24構(gòu)成。
圖7、圖8是節(jié)流機構(gòu)在拉桿上布置的原理圖。節(jié)流盤24固定在拉桿7上，上開有節(jié)流25，節(jié)流孔是上室26與下室27之間的唯一通道，節(jié)流盤24能在噴射器體8內(nèi)上下滑動。節(jié)流盤24的材料是非導體材料如耐溫塑料、陶瓷。針閥13上開有上下貫通的柱槽28。節(jié)流機構(gòu)的工作原理類似圖1至圖6。
圖9是針閥升程信號發(fā)生原理圖，該功能由如下幾個部分共同完成(1)噴射器中的針閥升程與針閥座面密封狀態(tài)傳感機構(gòu)，由針閥13、閥座9、銜鐵、鐵芯2、信號線1組成；(2)外接電路，即升程信號發(fā)生器29。針閥13、銜鐵4與信號線1之間保持電常通狀態(tài)。鐵芯2、閥座9與噴射器體8常通并接地。升程信號發(fā)生器29也有接地端。
工作原理及過程如下針閥13與閥座9、銜鐵4與鐵芯2構(gòu)成電路中的兩對電觸點，當針閥13開啟而銜鐵4又未吸合至終點時，銜鐵4未與鐵芯2接觸，信號線1與噴射器體8之間是電絕緣的，升程信號發(fā)生器29中的上拉電路使信號線1保持高電平。當針閥13落座或銜鐵吸合至終點時，針閥13與閥座9，或銜鐵4與鐵芯2接觸，信號線1被下拉至低電平。升程信號發(fā)生器29對信號線1輸入的信號進行濾波和放大整形處理后，從升程信號線30輸出脈沖信號，該信號的上升沿與下降沿對應(yīng)著針閥開啟開始與結(jié)束，或關(guān)閉開始與結(jié)束的時刻。
圖10是針閥座面密封狀態(tài)信號發(fā)生原理圖。該功能由如下幾個部分共同完成(1)噴射器中的針閥升程與座面密封狀態(tài)傳感機構(gòu)(見圖9)；(2)外接電路，即電阻檢測器31。
工作原理及過程如下當針閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，針閥13與閥座9之間存在接觸電阻R，如果發(fā)生座面粘附贓物、或座面損壞等密封不良的情況，R增大。電阻檢測器31檢測R值并與標準值比較，當R大于標準值時，密封狀態(tài)信號線32輸出電平突變信號，表明座面已經(jīng)密封不良。
圖9中的升程信號發(fā)生器29與圖10中的電阻檢測器31也可以合并為一個電路，同時參與完成針閥升程與座面密封狀態(tài)信號的發(fā)生。
權(quán)利要求
1．一種共軌式電控噴射器，它包括一個控制針閥運動的電磁鐵，和控制噴射過程的針閥，其特征是銜鐵(4)與針閥(13)接近剛性地連結(jié)為一體；有一節(jié)流機構(gòu)，在噴射過程中產(chǎn)生與針閥(13)關(guān)閉方向一致的力，作用于針閥(13)上。
2．按權(quán)利要求1所述的共軌式電控噴射器，其特征是設(shè)有針閥升程與針閥座面密封狀態(tài)傳感機構(gòu)，由所述針閥(13)與閥座(9)、所述銜鐵(4)與鐵芯(2)、信號線(1)組成，所述針閥(13)的導向面上附有一絕緣導向?qū)?11)；所述信號線(1)與所述針閥(13)和所述銜鐵(4)保持電導通狀態(tài)。
3．按權(quán)利要求1或2所述的共軌式電控噴射器，其特征是燃料入口(20)與銜鐵室(19)及主室(15)相通。
4．按權(quán)利要求3所述的共軌式電控噴射器，其特征是所述節(jié)流機構(gòu)，它可以由設(shè)在拉桿(7)上的節(jié)流盤(24)構(gòu)成；也可以由開有節(jié)流孔或節(jié)流槽的銜鐵(4)或針閥(13)構(gòu)成。
5．按權(quán)利要求4所述的共軌式電控噴射器，其特征是還包括有一導桿(5)和一導套(6)，所述銜鐵(4)、導桿(5)、拉桿(7)、針閥(13)依次連結(jié)為一體；所述導套(6)與噴射器體(8)之間隔一電絕緣層(17)，所述導桿(5)能在其中上下運動，并與所述導套(6)保持電導通狀態(tài)；所述信號線(1)在噴射器內(nèi)的一端與所述導套(6)相接。
6．按權(quán)利要求1或2所述的共軌式電控噴射器，其特征是銜鐵(4)與針閥(13)之間有一壓力平衡活塞(21)，壓力平衡活塞(21)的直徑，和針閥(13)與閥座(9)配合的密封環(huán)帶直徑是相等或相近的；銜鐵室(19)與泄漏燃料出口(23)相通，燃料入口(20)與主室(15)相通，主室(15)與銜鐵室(19)之間有一動密封配合環(huán)節(jié)。
7．按權(quán)利要求6所述的共軌式電控噴射器，其特征是所述的節(jié)流機構(gòu)，它可以由設(shè)在拉桿(7)上的節(jié)流盤(24)構(gòu)成；也可以由開有節(jié)流孔或節(jié)流槽的針閥(13)構(gòu)成。
8．按權(quán)利要求7所述的共軌式電控噴射器，其特征是所述銜鐵(4)、壓力平衡活塞(21)、拉桿(7)、針閥(13)依次連結(jié)為一體；有一活塞套(22)，它與噴射器體之間隔一電絕緣層(17)，所述壓力平衡活塞(21)能在活塞套(22)中上下運動，并與活塞套(22)保持動密封配合與電導通狀態(tài)；所述信號線(1)在噴射器體內(nèi)的一端與活塞套(22)相接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主要用于內(nèi)燃機缸內(nèi)液體或氣體燃料噴射的共軌式電控噴射器。它包括一個控制針閥運動的電磁鐵,和控制噴射過程的針閥,銜鐵與針閥接近剛性地連結(jié)為一體,作用于銜鐵上的電磁力能直接傳遞至針閥,實現(xiàn)噴射過程控制。采用一節(jié)流機構(gòu),在噴射過程中產(chǎn)生與針閥關(guān)閉方向一致的力,作用于針閥上。其響應(yīng)速度、能量利用率、可靠性、噴射量及噴射定時的控制精度都得到提高,而結(jié)構(gòu)卻得以簡化。
文檔編號F02M61/12GK1288105SQ99119600
公開日2001年3月21日 申請日期1999年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月9日
發(fā)明者汪峰 申請人:汪峰