CN1183322C - 燃料喷射阀 - Google Patents
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Abstract
一种用于内燃机燃料喷射装置的燃料喷射阀(1),特别是用于直接将燃料喷入内燃机的燃烧室,具有一个电磁线圈(2),一个在关闭方向上被一个复位弹簧(8)加载的衔铁(7)以及一个用于操作一个阀关闭体(11)、与该衔铁(7)构成传力链地连接的阀针(10),所述阀关闭体与一个阀座面(12)一起构成一个密封座,一个关闭弹簧(19)与该复位弹簧(8)这样配合作用,使得复位弹簧(8)与关闭弹簧(19)的弹簧力相加,其中,复位弹簧(8)在衔铁(7)的总行程(hges)上被偏压,关闭弹簧(19)仅仅在衔铁(7)的一个小于总行程(hges)的剩余行程(hges-hteil)上被偏压。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射阀。
背景技术
DE 19626576A1公开了一种用于直接将燃料喷入内燃机的燃烧室中的可电磁操作的燃料喷射阀,其中,一个衔铁与一个可电激励的电磁线圈配合作用来进行电磁操作,并且该衔铁的行程通过一个阀针被传递到一个阀关闭体上。该阀关闭体与一个阀座面配合作用构成一个密封座。通过一个复位弹簧实现阀针以及阀关闭体的复位。
由DE 19626576A1公开的燃料喷射阀的缺点特别是相对长的关闭时间。在燃料喷射阀关闭时的延迟是由于衔铁和内极之间的粘附力以及在关断激励电流时磁场未立即衰减消失而造成的。因此,复位弹簧必须具有大的弹簧常数或者说大的偏压。为了实现短的关闭时间,复位力必须被确定得比为了相对于燃烧室压力密封所需的力大得多。这需要电子激励电路有大的功率。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种燃料喷射阀,能够较好地协调其开闭特性,特别是加速其关闭过程。
根据本发明,提出一种用于内燃机燃料喷射装置的燃料喷射阀,该燃料喷射阀具有一个电磁线圈,一个在关闭方向上被一个复位弹簧加载的衔铁以及一个用于操作一个阀关闭体、与该衔铁构成传力链地连接的阀针,所述阀关闭体与一个阀座面一起构成一个密封座,其中,一个关闭弹簧与该复位弹簧这样配合作用,使得复位弹簧与关闭弹簧的弹簧力相加,其中,复位弹簧在衔铁的总行程上被衔铁偏压,关闭弹簧仅仅在衔铁的一个小于总行程的剩余行程上被衔铁偏压。
相比而言,本发明燃料喷射阀的优点是,一个附加的关闭弹簧不仅有利地作用于打开过程,而且有利地作用于关闭过程。所述打开过程由于复位弹簧的弹簧力很小而被加速,该复位弹簧使得所需的控制功率可以很小。而在关闭过程中由于附加了关闭弹簧的原因有一个附加的加速力可供使用,以便快速地关闭该燃料喷射阀。所述复位弹簧的弹簧常数被这样确定大小,使得其所施加的弹簧力还足以确保燃料喷射阀相对于内燃机燃烧室中的压力密封。在关闭时阀针的很快加速任务由与复位弹簧相比弹簧常数被确定得更大的关闭弹簧承担。在打开运动时该关闭弹簧仅仅在相对小的分行程上被偏压。因为在到达该分行程时最大的电磁力已经被建立,关闭弹簧对该打开运动仅仅有不大的减速作用。
通过在进一步的措施也可以对本发明燃料喷射阀进行有利的进一步构造和改进。
有利的是,关闭弹簧的构型可以被改变,它不局限于螺旋弹簧,而是还可以被实施成扁平的或套筒形的碟形弹簧。使用碟形弹簧的优点是,力曲线是斜坡形的。
同样有利的是,这些构件的制造和装配简单,它们对材料和制造过程无特殊要求。
附图说明
在附图中简单示出了本发明的实施例,并且在以下的说明书部分中进一步说明。其中,
图1是本发明燃料喷射阀的一个第一实施例的剖视图,
图2是本发明燃料喷射阀的一个第二实施例的剖视图,
图3是本发明燃料喷射阀的一个第三实施例的剖视图,
图4A-4C是弹簧力作为行程的函数的变化曲线,用于图1至图3所示的本发明燃料喷射阀实施例。
具体实施方式
图1中在一个轴向剖视图中示出了一个燃料喷射阀1的喷出侧区域。燃料喷射阀1用于直接将燃料喷入未示出的混合压缩强迫点火内燃机的燃烧室中,并且作为向内打开的燃料喷射阀1构成。燃料喷射阀1具有一个被一个磁回流体(Rueckflusskoerper)3包围的电磁线圈2、一个内极4以及一个外极5,所述内极和外极由一个套筒形的阀壳体6包围。在内极4和外极5之间安置了一个衔铁7,它被一个复位弹簧8加载。复位弹簧8在端侧靠置在一个调节套筒9上,该调节套筒9对复位弹簧8偏压。衔铁7与一个阀针10处于形状闭合连接,在阀针的喷油侧端部上构造了一个阀关闭体11。该阀关闭体11与一个阀座面12构成了一个密封座。在一个阀座体13中构造了至少一个喷出口14。阀针10在一个导向体39中被导向。
燃料在中心被导入并且通过燃料通道15a,15b,15c被输送到所述密封座。
一个管状的阀针止挡16与阀针10焊接在一起。在一个安装于外极5内壁上的支承环17上放置有一个轴向可移动的环18,阀针10穿过该环,所述支承环特别是可被压入燃料喷射阀1的中心孔25中。在环18上支撑着一个关闭弹簧19,它被一个同样安装在外极5内壁上的弹簧调节环20偏压。关闭弹簧19在图1所示的第一实施例中作为螺旋弹簧19a构成。
一个总行程hges与一个第一工作间隙23的大小一致,该工作间隙形成在衔铁7与内极4之间。一个分行程hteil与一个第二工作间隙24的大小一致,该工作间隙形成在阀针止挡16与可移动的环18之间。在上述第一实施例中,分行程hteil大约为总行程hges的90%。
如果给电磁线圈2输入一个激励电流,则建立一个磁场,它将衔铁7沿行程方向拉向内极4。衔铁7带着与它相连的阀针10一起移动。在衔铁7与阀针10一起通过分行程hteil时,磁场强度仅仅必须克服弱确定尺寸的复位弹簧8的弹簧力,以便使衔铁7向内极4方向可以被加速。复位弹簧8的弹簧常数被这样确定,确保弹簧力足够用于使燃料喷射阀1相对于未示出的内燃机燃烧室密封。在衔铁7和与它相连的阀针10一起走过总行程hges的约90%之后,阀针止挡16止挡在由螺旋弹簧19a加载的可移动的环18上。要走过剩余10%的总行程hges必须克服复位弹簧8和螺旋弹簧19a的弹簧力。螺旋弹簧19a通过衔铁7和阀针10的加速运动而被压合大约总行程hges的剩余10%。因为复位弹簧8和螺旋弹簧19a的弹簧力相加,因此在打开过程结束时,复位弹簧8和螺旋弹簧19a的总弹簧力可被用于关闭燃料喷射阀1,由于螺旋弹簧19a的弹簧常数大,因此该总弹簧力大大大于现有技术中由单个复位弹簧8产生的复位力。
一旦衔铁7向内极4方向运动,阀关闭体11从阀座面12上抬起,燃料通过喷出口14被喷出。
如果激励电磁线圈2的激励电流被关断,则磁场衰减消除,衔铁7从内极4上降下。这可以进行的很快,因为复位弹簧8和螺旋弹簧19a的总弹簧力共同使衔铁7向关闭方向加速,由此可以很快地使阀针10返回其初始位置。
图2在一个简单的轴向剖视图中示出了一个按照本发明构型的燃料喷射阀1的第二实施例。在图2中仅仅示出了喷出侧的元件,它们对于本发明而言具有重要的意义。已经描述的元件使用相同的参考标号,这样尽可能避免重复的描述。
第二实施例中燃料喷射阀1的结构与第一实施例的区别特别在于关闭弹簧19的类型不同,该弹簧在图2中作为扁平碟形弹簧(Tellerfeder)19b构成。
燃料喷射阀1包括一个在图2中未示出的电磁线圈以及一个内极4,该内极被一个阀壳体6包围。通过复位弹簧8加载的衔铁7被安置在内极4的槽40中。
衔铁7通过一个套筒21与阀针10作用连接,在阀针的喷出侧端部构造了一个阀关闭体11。阀关闭体11与阀座面12构成了一个密封座。在阀座体13中至少构造了一个喷出口14。
复位弹簧8支撑在套筒21上,该套筒21与阀针10焊接在一起。该套筒21同时用作衔铁7的带动件,在该第二实施例中衔铁7未与阀针10焊接,而是轴向上可移动。衔铁7利用一个在喷出侧安置的衔铁止挡22,它为管状构成并且与阀针10焊接在一起。在衔铁7与衔铁止挡22之间安装了一个由弹性材料制成的环26,它阻止了在关闭燃料喷射阀1时衔铁7的振动。
碟形弹簧19b盘形构成并且被固定在阀壳体6的一个环形槽27中。阀针10穿过该碟形弹簧19b以及在喷出侧穿过一个导向元件38,该导向元件用于阀针10的导向并且具有燃料通道15b用于导送燃料到密封座。在阀针10上最好通过焊接安装一个管状的阀针止挡16。
总行程hges与一个第一工作间隙23的大小一致,该工作间隙形成在衔铁7与内极4之间。分行程hteil与一个第二工作间隙24的大小一致,该工作间隙形成在阀针止挡16与碟形弹簧19b之间。在该实施例中,分行程hteil也大约为总行程hges的90%。
燃料在中心被导入并且通过燃料通道15a,15b,15c,15d被导送到所述密封座。
如果给图2中未示出的电磁线圈输入一个激励电流,与前述实施例中的一样,衔铁7与阀针10一起克服复位弹簧8的弹簧力沿行程方向移动该分行程hteil,它大约为总行程hges的90%,这里,阀针被衔铁7通过套筒21带着移动。一旦阀针止挡16止挡到碟形弹簧19b上,在剩余的分段hges-hteil上,即在约10%的总行程hges上,必须克服复位弹簧8和碟形弹簧19b的总弹簧力。然而,碟形弹簧19b可以容易地被衔铁7和阀针10的初加速度变形。
图3在一个简单的轴向剖视图中示出了一个按照本发明构型的燃料喷射阀1的第三实施例。在图3中仅仅示出了入流侧的元件,它们对于本发明而言具有重要的意义。在喷出侧的部分可以类似于第二实施例中的那样构型,当然也可以有其它的结构形式。
在前述实施例中,关闭弹簧19相对于复位弹簧8而言在喷出方向上安置。与之不同的是,在图3中关闭弹簧19相对于复位弹簧8而言在入流方向上安置。该关闭弹簧作为套筒形的碟形弹簧19c构成。
燃料喷射阀1包括一个电磁线圈2,它被绕制在一个线圈架32上。在通过一个电导线33施加一个激励电流时,电磁线圈2建立一个磁场。衔铁7通过一个套筒21与阀针10作用连接。在套筒21上支撑着复位弹簧8,它通过一个被压入内极4的中心孔25中的调节套筒9预压紧。阀针10穿过复位弹簧8。在入流侧的方向上连接着一个作为关闭弹簧19的套筒形碟形弹簧19c。该套筒形碟形弹簧19c被固定在内极4的一个环形槽27中。燃料在中心被输入通过一个过滤元件34,并且通过燃料喷射阀1的中心孔25和燃料通道15被导送到燃料喷射阀1的喷出侧端部。燃料喷射阀1被一个塑料外壳35包围,一个未进一步示出的电插接接头被注塑在该外壳上。
总行程hges与一个第一工作间隙23的大小一致,该工作间隙形成在衔铁7与内极4之间。分行程hteil与一个第二工作间隙24的大小一致,该工作间隙形成在阀针10的一个端部36与套筒形碟形弹簧19c之间。在该第三实施例中,分行程hteil也大约为总行程hges的90%。
如果通过电导线33给图3中示出的电磁线圈2输入一个激励电流,则建立一个磁场,它使衔铁7在行程方向被加速。通过套筒21带动阀针10一起运动。在衔铁7通过该分行程hteil段时,所述磁场仅仅必须克服复位弹簧8的弹簧力,以便使衔铁7向内极4的方向加速。一旦阀针10的端部36碰到套筒形的碟形弹簧19c上,复位弹簧8和套筒形碟形弹簧19c的弹簧力合成为一个总弹簧力,它被衔铁7的初加速度容易地克服。在燃料喷射阀1打开过程结束时,有相对大的总弹簧力可供使用来使衔铁7由内极4上脱开。
在图4A-4C中,为了使关闭弹簧19的作用方式清楚,示出了三个曲线,其中,说明了衔铁7的行程与复位弹簧8和关闭弹簧19的总弹簧力FFeder的关系。
在图4A-4C中使用了下列缩写代号:
hges 总行程
hteil 分行程
FFeder 总弹簧力
FRuck 复位弹簧8的弹簧力
FSchraub 螺旋弹簧19a的弹簧力
FTeller 碟形弹簧19b,19c的弹簧力
图4A示出了现有技术中的情况。弹簧力FRuck在总行程hges上保持恒定,因为没有其它的关闭弹簧19。在此,走过的位移这样短,即弹簧力FFeder在总行程hges上的变化不被察觉。据此,在打开过程结束时所具有的用于关闭燃料喷射阀1的弹簧力与没有阀针行程时的关闭力相同大。
图4B示出了图1中所示第一实施例的力关系。在衔铁7走过分行程hteil时,仅仅复位弹簧FRuck的弹簧力起作用。如果阀针止挡16碰到可移动的环18上,则磁场逆着总弹簧力FFeder=FRuck+FSchraub吸衔铁7和阀针10。由于其弹簧常数相对很小及行程小,螺旋弹簧19a的弹簧力FSchraub几乎不变。因此,在衔铁7走过hteil与hges之间的剩余行程时,总弹簧力FFeder跳跃式地增加了FSchraub,这样在打开过程结束时用于关闭燃料喷射阀1的总弹簧力FFeder比图4A中所示的总弹簧力更高。
在图4C中示出了根据图2或图3中的力关系在将关闭弹簧19实施为碟形弹簧19b或19c时的总弹簧力。因为为了使碟形弹簧19b,19c变形而需要一个力,它与变形程度成比例地在很小的行程时就已经明显地增加,在阀针止挡16止挡到碟形弹簧19b上或者阀针10的端部26止挡到碟形弹簧19c上后,在衔铁7通过剩余行程hges-hteil时,总弹簧力FFeder随行程线性地增加,这样,在燃料喷射阀1打开过程结束时,有一个大的总弹簧力FFeder可供用来关闭燃料喷射阀1。
碟形弹簧19b,19c弹簧力的斜度可通过不同构型方案来选择,它们影响碟形弹簧19b,19c的硬度和变形特性。
本发明不局限于所示出的实施例,它也可以在多种其它结构形式的燃料喷射阀1、特别是在向外打开的燃料喷射阀1中实现。
Claims (16)
1.一种用于内燃机燃料喷射装置的燃料喷射阀(1),该燃料喷射阀具有一个电磁线圈(2),一个在关闭方向上被一个复位弹簧(8)加载的衔铁(7)以及一个用于操作一个阀关闭体(11)、与该衔铁(7)构成传力链地连接的阀针(10),所述阀关闭体与一个阀座面(12)一起构成一个密封座,
其特征在于,
一个关闭弹簧(19)与该复位弹簧(8)这样配合作用,使得复位弹簧(8)与关闭弹簧(19)的弹簧力相加,其中,复位弹簧(8)在衔铁(7)的总行程(hges)上被衔铁(7)偏压,关闭弹簧(19)仅仅在衔铁(7)的一个小于总行程(hges)的剩余行程(hges-hteil)上被衔铁(7)偏压。
2.按照权利要求1的燃料喷射阀,其特征在于,复位弹簧(8)的弹簧常数小于关闭弹簧(19)的弹簧常数。
3.按照权利要求1或2的燃料喷射阀,其特征在于,关闭弹簧(19)作为螺旋弹簧(19a)构成。
4.按照权利要求3的燃料喷射阀,其特征在于,螺旋弹簧(19a)被安置在衔铁(7)与燃料喷射阀(1)的喷出侧端部之间的区域中。
5.按照权利要求1或2的燃料喷射阀,其特征在于,阀针(10)与一个管状的阀针止挡(16)相连接。
6.按照权利要求5的燃料喷射阀,其特征在于,关闭弹簧(19)以一个第一端部(30)支撑在一个位置固定的弹簧调节环(20)上,并且以一个第二端部(31)靠置在一个轴向可移动的环(18)上。
7.按照权利要求6的燃料喷射阀,其特征在于,可移动的环(18)放置在一个位置固定的支承环(17)上。
8.按照权利要求7的燃料喷射阀,其特征在于,阀针(10)穿过所述弹簧调节环(20)、关闭弹簧(19)以及可移动的环(18)。
9.按照权利要求8的燃料喷射阀,其特征在于,在燃料喷射阀(1)的关闭状态下,在衔铁(7)与一个磁内极(4)之间有一个第一工作间隙(23),它大于一个在轴向可移动的环(18)与阀针止挡(16)之间存在的第二工作间隙(24)。
10.按照权利要求1或2的燃料喷射阀,其特征在于,关闭弹簧(19)作为碟形弹簧(19b,19c)构成。
11.按照权利要求10的燃料喷射阀,其特征在于,一个与阀针(10)相连的阀针止挡(16)止挡在碟形弹簧(19b)上。
12.按照权利要求11的燃料喷射阀,其特征在于,在燃料喷射阀(1)的关闭状态下,在衔铁(7)与一个磁内极(4)之间有一个第一工作间隙(23),它大于一个在碟形弹簧(19b)与阀针止挡(16)之间存在的第二工作间隙(24)。
13.按照权利要求10的燃料喷射阀,其特征在于,阀针(10)的一个背离阀关闭体(11)的端部(36)止挡在碟形弹簧(19c)上。
14.按照权利要求13的燃料喷射阀,其特征在于,在燃料喷射阀(1)的关闭状态下,在衔铁(7)与一个磁内极(4)之间有一个第一工作间隙(23),它大于一个在阀针(10)的端部(36)与碟形弹簧(19c)之间存在的第二工作间隙(24)。
15.按照权利要求13或14的燃料喷射阀,其特征在于,碟形弹簧(19c)为套筒状构成,并且被安置在燃料喷射阀(1)的一个入流侧端部与复位弹簧(8)之间的区域中。
16.按照权利要求1的燃料喷射阀,其特征在于,它是一个用于直接将燃料喷入内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。
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