專利名稱：配備有計量伺服閥的內燃機用燃料噴射器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及配備有計量伺服閥的內燃機用燃料噴射器。
背景技術：
通常，用于內燃機的噴射器包括計量伺服閥，該計量伺服閥具有與 燃料入口連通并與燃料排放通道連通的控制腔。計量伺服闊包括閘門
(shutter),該閘門在電致動器的作用下可軸向運動，以打開/關閉排放通道 的出口開口并且使控制腔內的壓力發(fā)生變化。進而，控制腔內的壓力對 噴射器的端部噴嘴的打開/關閉進行控制，從而將燃料供應到相關聯(lián)的汽 缸中。
排放通道具有校準段，該校準段對于計量伺服閥的校正操作尤其重 要。具體地說，在校準段中，流體的流速與預定的壓差有關。
在制造出的噴射器中，通過如下的步驟來制造排放通道的校準段 通過電子放電加工來進行打孔；隨后進行消除任何打孔缺陷所必需的精 整操作，即使這些缺陷較小，也必然會導致燃料流出現(xiàn)大的壓降(pressure drop)誤差，最終導致離開控制腔的燃料的流速出現(xiàn)大的壓降誤差。
具體地說，精整操作是具有實驗性質的，并通過如下的步驟來執(zhí)行 使研磨液流過經由電子放電加工而形成的孔、設定該孔上游和下游的壓 力并檢測流速，其中，流速趨于隨著液體對孔的側表面的研磨而逐漸增 大，直到達到預設的設計值。此時，流體被中斷在使用中，得到的最
終通路的段將以近似的方式確定壓降和離開控制腔的燃料的流速，該壓 降等于在精整操作期間孔的上游和下游建立的壓差，離幵控制腔的燃料 的流速等于預設的設計值。
在專利EP1612403所公開的噴射器中，排放通道具有在對閘門進行 引導的軸向桿中形成的出口，該閘門由滑動套筒限定。排放通道的校準段與軸向桿同軸，并且在穿孔板中形成，該穿孔板在軸向上界定控制腔。 在該校準段的下游，排放通道包括軸向段和隨后兩個相對的徑向段，這 些段一起限定了用于排放燃料的相對大的通路段?？紤]到(例如)對于
噴射器的大致1600 bar的燃料供應壓力，當計量伺服閥打開時或者更確 切地說當對閘門進行限定的套筒上升到打開位置時，進入控制腔的燃料 入口決定了控制腔中的壓降下降至大致700 bar;然后，在排放通道的校 準段的上游端和下游端之間，燃料壓力從大致700bar下降至幾個bar。
圖16中用線示出的曲線是實驗曲線，該曲線定性地示出了當伺服閥 打幵時離開控制腔的燃料流的壓力趨勢。控制腔內的壓力為P,(大致等 于700bar，如上所述)，而在排放環(huán)境中，在軸向桿與對閘門進行限定的 套筒之間的密封件(seal)的下游，壓力為PscAR。在橫坐標上示出了相對于 控制腔的線性距離。具體地說
-XA:緊臨校準段的出口的位置，
-Xrad:在兩個相對徑向段上的入口位置，
-XTEN:在軸向桿和對閘門進行限定的套筒之間的密封區(qū)的位置，
-XSCA:燃料壓力穩(wěn)定自身的排放環(huán)境中的位置。
在實驗上，由于壓降大，導致氣穴的產生。換言之，排放環(huán)境的上 游的燃料壓力降低到蒸汽壓(用Pvapor表示)以下，對應于校準段的出 口，在該校準段的出口處燃料流速度最大并且壓力最小(Pmin)。具體地 說，蒸汽的比率(fraction)或百分比接近l。
隨著通路段從位置Xa到位置XT，變得相對窄(即使大于校準段的 通路段)時，燃料壓力緩慢上升，緊臨位置XA的下游形成的蒸汽并非全
部都回到液態(tài)。
因此，對應于位置XxEw，蒸汽比率仍然大。對應于位置XTEw，然后 在通路段的增大最大。在該區(qū)域中，能夠區(qū)分三種不期望的現(xiàn)象
-由于通路段的快速增大，壓力趨于上升并且先前形成的蒸汽泡趨
于破裂；當在緊貼著對密封件進行限定的表面發(fā)生這種現(xiàn)象時，對這些
表面造成不期望的磨損，
-在閘門關閉期間，在存在蒸汽時(即在"干燥"條件下)，在限定了密封件的表面之間發(fā)生接觸，并隨之產生沖擊，這造成了進一步的磨損， -另外，總是由于這些"干燥"條件，導致液體失去阻尼效應，并且出 現(xiàn)閘門回彈，這樣造成關閉伺服閥的延遲，并且隨之而來的是注入的燃 料的量相對于通過設計確定的量不期望地增大。 ; 總結由上述現(xiàn)象而導致的磨損大大降低了噴射器的壽命，而通過
關閉階段中的回彈使得噴射器不精確。
此外，為了產生大致700bar的壓降，校準段必須具有極小的直徑， 這對于以高精度通過固定方式制造各種噴射器而言是極其復雜的。
在公開號為US2003/0106533的美國專利申請所公開的實施方式中 ,存在相同的缺陷，這是由于排放通道具有與兩個相對的徑向出口段相同 的布置，這兩個出口段一起限定了相對大的通路段。與EP1612403所公 開的實施方式不同的是，在由軸向滑動銷限定的閘門中，形成排放通道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)配備有計量伺服閥的內燃機用燃料噴射器， 該噴射器能夠以簡單經濟的方式來解決上述問題，同時盡可能地限制在 閘門和軸向桿之間的密封區(qū)周圍存在蒸汽的風險。
根據本發(fā)明，提供了一種內燃機用燃料噴射器；該噴射器端部具有 用于將燃料噴射到相關聯(lián)的發(fā)動機汽缸中的噴嘴，并包括 ' 中空噴射器主體，該中空噴射器主體沿著軸線方向延伸；
計量伺服閥，該計量伺服閥被容納在所述噴射器主體中并包括
a) 電致動器；
b) 控制腔，該控制腔與燃料入口連通并與燃料排放通道連通；所述 控制腔內的壓力控制所述噴嘴的打開/關閉；
, c)閘門，該閘門響應于所述電致動器的動作而在所述排放通道的出
口關閉時的關閉位置與所述排放通道打開時的打開位置之間軸向地運 動，以改變所述控制腔內的壓力；
其特征在于，所述排放通道包括至少兩個節(jié)流部，所述兩個節(jié)流部 具有校準通路段并且彼此串聯(lián)布置，以引起所述排放通道打開時的對應
8壓降。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，僅以非限制性的實施例 的方式來描述優(yōu)選的實施方式，在附圖中
圖1用剖面圖在去除了一些部分的情況下示出了根據本發(fā)明的配備 有計量伺服閥的內燃機用燃料噴射器的優(yōu)選實施方式，
圖2以較大的比例示出了圖1中的細節(jié)，
圖3與圖2類似，并且以更大的比例示出了圖1中的實施方式的變
型，
圖4至圖9與圖3類似，并且分別示出了圖1中的實施方式的變型， 圖IO與圖1類似，并以放大的比例示出了根據本發(fā)明的噴射器的第 二優(yōu)選實施方式，
圖11與圖10類似，并且示出了圖IO中的實施方式的變型，
圖12與圖2類似，并且示出了根據本發(fā)明的噴射器的第三優(yōu)選實施
方式，
圖13示出了圖12中的實施方式的變型，
圖14與圖l類似，并且示出了根據本發(fā)明的噴射器的第四優(yōu)選實施 方式，
圖15以放大的比例示出了圖14中的細節(jié)，
圖16示出了當計量伺服閥打開時在排放通道中設置單校準段的現(xiàn) 有技術噴射器中流出的燃料流的壓力趨勢，以及
圖17與圖16類似，并且示出了當計量伺服器打開時圖1中的噴射 器的壓力趨勢。
具體實施例方式
參照圖1，標號1整體上表示特別是采用狄塞爾循環(huán)的內燃機用燃 料噴射器(局部示出)。噴射器l包括通常被稱為"噴射器主體"的中空體 或殼體2，殼體2沿著縱向軸3延伸并具有適于連接到高壓(例如1600 bar左右的壓力)燃料供應管路的側入口4。殼體2端部具有通過通路4a與 入口4連通的噴嘴(未在圖中示出)，該噴嘴能夠將燃料噴射到所關聯(lián)的 發(fā)動機氣缸中。
殼體2限定其中容納有計量伺服閥5的軸向空腔6，計量伺服閥5 包括被形成為單個部件并用附圖標記7表示的閥主體。
閥主體7包括管狀部8，管狀部8限定了封閉的軸向孔9和中心脊 12，該中心脊12相對于管狀部8的圓柱形外表面在徑向突出并且與主體 2的內表面13結合(couple)。
控制桿10以不透液(liquid-tight)方式在孔9中軸向滑動，從而以 公知且未示出的方式控制閘門針(shutter needle)，該閘門針打開和關閉噴 嘴。
殼體2限定與空腔6同軸并容納致動器15的另一個空腔14，該致 動器15包括電磁體16和由電磁體16操作的缺口盤錨固件17。錨固件 17由具有套筒18的單個部件形成，該套筒18沿著軸3延伸。替代地， 電磁體16包括磁芯19并被支撐件21固定就位，該磁芯19具有與軸3 垂直的表面20并限定了用于錨固件17的軸向止動件。
致動器15具有容納線圈壓縮彈簧23的軸向空腔22，該線圈壓縮彈 簧23被預加負載，以沿著與電磁體16所施加的引力相反的軸線方向對 錨固件17施加推力。彈簧23的一端靠在支撐件21的內臺肩上，而另一 端通過在軸向上插入到彈簧23和錨固件17之間的墊圈24作用于錨固件 17。
計量伺服閥5包括由管狀部8的孔9的側表面在徑向上界定的控制 腔26?？刂魄?6的一側被通常呈截錐形的桿10的端面25界定，并且其 另一側被孔9的底面27界定。
控制腔26通過在部分8中形成的通路28與入口 4永久連通以接收 加壓燃料。通路28包括校準段29，其一端在底面27附近通向控制腔26， 另一端通向環(huán)形腔30，該環(huán)形腔30由部分8的表面11和空腔6的內表 面上的環(huán)形槽31徑向地界定。環(huán)形腔30的一側由脊12軸向地界定，而 另一端由墊圈31a軸向地界定。在主體2中形成通路32，該通路32與入口 4連通并且進入到環(huán)形腔30中。
閥主體7包括限定了外凸緣(flange) 33的中軸部，該外凸緣33相 對于脊12在徑向上突出并被容納在空腔6的具有加大直徑并且布置成與 空腔6內的臺肩35軸向接觸的部分34中。凸緣33通過帶螺紋的環(huán)形螺 母36相對于臺肩35緊固，并被旋擰入部分34的內螺紋37，以保證對臺 肩35的不透液密封。
閥主體7還包括用于錨固件17和套筒18的引導元件。該元件由大 致圓柱形的桿38限定，該桿38的直徑比凸緣33的直徑小得多。桿38 在與管狀部8相反的方向上(即向著空腔22)沿著軸3突出到凸緣33之 外。桿38被側表面39外部地界定，該側表面39包括用于對套筒18的 軸向滑動進行引導的圓柱形部。具體地說，套筒18具有內筒面40，該內 筒面40以大致不透液的方式，或者借助于具有適宜的直徑間隙(例如， 4微米)的聯(lián)接件或借助于插入特定的密封元件，而與桿38的側表面39
^口 口 o
控制腔26與燃料排放通道永久連通，該燃料排放通道整體上由附圖 標記42表示。
通道42包括封閉軸段43，在閥主體7 (部分在凸緣33中并且部分 在桿38中)中沿著軸3形成該封閉軸段43。通道42還包括徑向的至少 一個出口段44，出口段44從段43開始，并且在相對的一端在由桿38的 側表面39中形成的環(huán)形槽所限定的腔46處限定了開口在側表面39上的出口。
具體地說，在圖1和圖2中的實施方式中，設置兩個彼此在直徑方 向上相對的段44。
在接近凸緣33的軸向位置處形成腔46，并且通過對通道42的閘門 47進行限定的套筒18的端部來打開/關閉腔46。具體地說，閘門47終止 于截錐形的內表面48，該截錐形的內表面48能夠接合(engage)位于凸 緣33與桿38之間的截錐連接表面49，以限定密封區(qū)。
套筒18在桿38上與錨固件17 —起在前進端止動位置和退回端止動 位置之間滑動。在前進端止動位置，閘門47關閉環(huán)形腔46并因此關閉通道42的段44的出口。在退回端止動位置，閘門47使腔體46充分打 開，以使得段44能夠通過通道42和腔46排放來自控制腔26的燃料。 通過閘門47打開的通路段呈截錐形，并且比單個段44的通路段至少大 三倍。
通過閘門47的撞擊位于凸緣33與桿38之間的截錐形連接表面49 的表面48而限定套筒18的前進端止動位置。替代地，在芯19的表面20 與錨固件17之間插入非磁性間隙片51的情況下，通過在軸向對芯19的 表面20進行撞擊的錨固件17來限定套筒18的退回端止動位置。在退回 端止動位置，借助環(huán)形螺母36與套筒之間的環(huán)形通路、錨固件17中的 缺口 、空腔22和支撐件21上的開口 52，使腔46與噴射器的排放通道(未 示出)連通。
當電磁體16通電時，錨固件17與套筒18—起向著芯19運動，由 此，閘門47將腔46打開。隨后，從控制腔46排放出燃料以此方式， 控制腔26內的燃料壓力下降，這造成桿10向著底面27軸向運動，并因 此向著噴嘴的開口運動。
相反地，當電磁體16斷電時，彈簧23與閘門47 —起使錨固件17 向著圖1中的前進端止動位置運動。以此方式，腔46關閉，并且從通道 28進入的加壓燃料重建控制腔26內的高壓，這導致桿10背離底面27運 動并操縱噴嘴的關閉。在前進端止動位置，燃料施加到套筒18的軸向推 力合力大致為零，這是由于腔46內的壓力僅徑向地作用于套筒18的側 表面40。
為了控制在打開和關閉閘門47時控制腔26內的壓力變化的速度， 通道42包括校準節(jié)流部。術語"節(jié)流部"是指如下通道部，在該通道部中 對于燃料可用的總的通路段小于燃料流遭遇該通道部的上游和下游的通 路段。具體地說，如果燃料流入單個孔中，則該節(jié)流部由該單個孔限定； 另一方面，如果燃料流入平行布置并且因此而受到位于上游和下游之間 相同壓降的多個孔中，則該節(jié)流部由所述多個孔的全部來限定。
替代地，術語"校準"是指以下情況以高精度來形成通路部分，從 而精確地限定來自控制腔26的預定燃料流速并造成從上游到下游的預定壓降。
具體地說，對于直徑相對小的孔，通過實驗性質的精整操作以精確 的方式實現(xiàn)校準，該精整操作通過如下步驟執(zhí)行使研磨液穿過先前制 造的孔(例如，通過電子放電或激光)，設置該孔的上游和下游的壓力并 讀取穿過該孔時的流速，該流速隨著液體對孔的側表面的磨損(水力侵 蝕或水力研磨)而趨于逐漸增大，直到達到預建的設計值。此時，使流 動中斷在使用中，通過使孔的上游的壓力等于在精整操作期間建立的 壓力，得到的最終通路段限定了壓降和燃料流速，該壓降等于在精整操 作期間孔創(chuàng)建的上游和下游的壓差，該燃料流速等于預設的設計流速。
例如，通道42的節(jié)流部的直徑在150微米至300微米之間，而借助
通用的鉆頭在不需要特殊精度的情況下在閥主體7中得到通道42的段 43，以實現(xiàn)比校準節(jié)流部的直徑大至少四倍的直徑。
根據本發(fā)明，存在至少兩個節(jié)流部，并且它們沿著通道42彼此串聯(lián) 布置(在附圖中，節(jié)流部的直徑僅出于完整性目的示出而非按比例示出)， 從而使得當閘門位于其退回端止動位置時各后續(xù)壓力下降，這將在隨后 更好地描述。顯而易見，在兩個后續(xù)的節(jié)流部之間，通道42包括加大的 中間段，即具有比這兩個節(jié)流部的通路段都大的通路段。
在圖l和圖2中的實施方式中，校準節(jié)流部中的一個由兩個段44的 組合來限定，而另一個由附圖標記53表示并被形成與閥主體7分離的單 獨元件并且隨后對應于孔9的底面27被固定。具體地說，校準節(jié)流部53 布置在由相對硬的材料形成的圓柱形襯套54中，從而限定了容納在閥主 體7的支座55中并且與底面27齊平布置的插入件。襯套54的外直徑例 如使得在上述精整操作之后，通過過盈配合而能夠插入并固定在支座55 中。
校準節(jié)流部53僅針對襯套54的長度的一部分而軸向延伸并且位于 與段43相鄰的位置，而襯套54的剩余部分具有直徑較大的軸向段43a， 該直徑例如等于閥主體7中的段43的直徑。段43a的體積加上由孔9的 底部所限定的體積，以限定控制腔26的體積。取決于控制腔26所需的 最優(yōu)體積，襯套54可以被翻轉，以具有直接迸入孔9的底部中的校準節(jié)流部53，如圖7和圖8中的變型。
根據一個未示出的變型，校準節(jié)流部53還可以沿著套襯54布置在 中間軸向位置。
根據圖3中的變型，設置了具有校準通路段的單個段44。具體地說， 該通路段等于圖l和圖2中的實施方式的段44的通路段之和。并且，在 襯套54a的整個軸向長度上得到校準節(jié)流部53。襯套54a具有與段43的 外直徑大致對應的外直徑，并且突入(in driven)至該段43，以使得其下 表面與孔9的底面27齊平。
根據圖4中的變型，在布置在控制腔中并軸向依靠閥主體7的板56 上，軸向得到校準節(jié)流部53。由于用于打開和關閉噴射器1的噴嘴的桿 10的行程(travel)相對小，因此可以通過板56與桿10的端面25之間 插入的壓縮彈簧57而使板56與底面27保持接觸。端面25的截錐形形 狀執(zhí)行對壓縮彈簧57的中心定位的功能。優(yōu)選地，板56的直徑小于孔9 的直徑，而壓縮彈簧57具有截錐形形狀。
根據一個未示出的變型，孔9包括其直徑與板56的外直徑相對應的 底部在這種情況下，板56可以通過過盈配合而固定在該底部中。
根據圖5和圖6中的變型，通道42具有在凸緣33中得到的直徑相 對大的軸向孔，以有助于制造。根據圖5中的變型，直徑相對大的該軸 向孔用附圖標記58表示，并且對應于桿38與凸緣33之間的連接帶而軸 向終止。替代了段44，通道42包括直徑方向上相對的兩個孔59，該相 對的兩個孔59限定了校準節(jié)流部，并且相對于軸3傾斜特定的角度，以 使腔46與孔58的底部直接連通。優(yōu)選地，相對于軸3的傾斜角度在30° 至45。之間。
通過確?？?8完全在閥主體7的凸緣33內，證實了桿38與圖l和 圖2中的實施方式相比更堅固。從而，可以減小桿38的直徑并因此可以 減小套筒18與桿38之間的環(huán)形密封區(qū)的直徑，并且在限制動態(tài)條件下 該密封件中的泄漏方面具有明顯的益處。具體地說，采用該解決方法， 密封區(qū)的直徑現(xiàn)在可以減小到2.5 mm至3.5 mm之間的值，而桿38在結 構上不會受到削弱。
14并且，通過相對于段43減小軸向長度并增大孔58的直徑，有利于 制造孔58并隨后清理碎屑(chip)?？?8的直徑通常在校準節(jié)流部53的 直徑的8倍至20倍之間。以此方式，當制造孔59時，有利于使孔58的 底部與孔59相交。
校準節(jié)流部53在圓柱形襯套61中得到，并針對襯套61的整個長度 而延伸。在清潔完孔58之后，使襯套61突入軸向支座60中，或者更確 切地說，通過施力將襯套61插入軸向支座60中。支座60的直徑大于孔 58的直徑，并且其長度比孔58的長度短，這有利于壓力配合；襯套61 的配合到凸緣33中的一側可以具有小的、圓錐形的、外部斜面(未示出)， 以有利于其在軸向插入支座60中。
根據圖6中的變型，直徑相對較大的軸向孔用附圖標記63來表示， 并且限定了封閉軸向孔62的初始段。段63的入口容納有通過施力而插 入的襯套64并且具有校準節(jié)流部53，該校準節(jié)流部53針對襯套64的整 個軸向長度而延伸。與襯套61類似地，襯套64的配合到凸緣33中的一 側可以具有小的、外部的、圓錐形斜面(未示出)。
孑L 62還包括封閉段66，該封閉段66的直徑小于段63的直徑，延 伸到凸緣33之外而進入桿38并且限定了校準節(jié)流部。段66的直徑大于 校準節(jié)流部53的直徑例如，是校準節(jié)流部53的直徑的近似兩倍。雖 然直徑較大，但是通過以合適的方式對段66的長度進行校準，也可以得 到與由節(jié)流部53造成的壓降相同數量級的壓降。
由于段66的直徑仍然相對較小，相對于圖1和圖2中的解決方案， 可以減小桿38的直徑，并因此可以減小具有套筒18的密封件的直徑。 同樣在該構造中，取決于所選擇的材料和所釆用的熱處理的類型，有利 的是可以將密封區(qū)的直徑減小至2.5 mm至3.5 mm之間的值。
通道42還包括兩個在直徑方向上相對的徑向段67，將這兩個徑向 段制造成限定了比段66的通路段更大的通路段，而不必具有特殊的加工 精度。段67的一側直接進入校準段66而另一側進入腔46。
根據未示出的圖5和圖6中的變型，通過與圖1中用附圖標記54表 示的襯套類似的襯套來替代襯套61和64。圖7和圖8中的變型與圖5和圖6中的變型不同，這是由于如下事 實分別在襯套61a和64a中得到校準節(jié)流部53，并且該校準節(jié)流部53 針對襯套61a和64a的軸向長度的相對小的部分而延伸。校準節(jié)流部53 與底面27相鄰，因此控制腔26的體積完全由孔9的底部的體積限定。 ; 襯套61a和64a的剩余部分具有軸向孔68，該軸向孔68被形成具有
大于校準節(jié)流部53的直徑，而不必具有特殊的加工精度。
在圖7中的變型中，用封閉軸向孔58a來替代孔58和支座60，該封 閉軸向孔58a與圖6中的孔58 —樣完全在凸緣33內制造，但是限定了 完全由襯套61a接合的圓柱形支座。類似地，在圖8中的變型中，段63 '完全由襯套64a接合。
在圖7和圖S中的變型中，襯套61a和64a分別壓力配合到孔58a 和段63中，直到其停止于孔58a和段63的變窄的對應圓錐形端。
在圖9中的變型中，相對于圖8中的變型，用限定了校準節(jié)流部的 段67a來替代段67，用段66a來替代段66，該段66a不必由特殊精度形 :成并且其通路段大于段67a的通路段，在相對薄的板69上形成校準節(jié)流 部53，該板69由相對硬的材料形成并且被容納在段63的底部。
板69限定了通孔，該通孔的體積形成了控制腔26的一部分，板69 沒有過盈配合到段63的底部而是通過套筒70限定的插入件來軸向固定 到段63的底部，套筒70過盈配合到段63的入口并由相對軟的材料形成 '以有利于壓力配合。
在圖10中的實施方式中，盡可能用與圖1中使用附圖標記相同的附 圖標記來表示噴射器1的組件。在該實施方式中，閥主體7由如下三個 不同的部件來替代管狀主體75 (局部地示出)，該管狀主體75在徑向 上界定控制腔26并終止于外凸緣33a，該凸緣33a布置成與臺肩35軸向 ;接觸；盤33b，該盤33b的與端面25相對的部分在軸向上界定控制腔26， 并且布置成與管狀主體75的端部軸向接觸；以及分布引導主體76，該分 布引導主體76被形成為單個部件并包括桿38以及限定了外凸緣33c的 基體。凸緣33c通過環(huán)形螺母36軸向固定，并且由表面77軸向以不透 液方式在固定的位置界定，該表面77布置成與盤33b軸向接觸。桿38沿著與盤33b相對的方向從基體33c軸向突出，并且包括由孔 44限定的校準節(jié)流部。封閉段43部分地產生于基體33c中并且部分地在 桿38中；校準節(jié)流部53和段43a產生于盤33b中。
根據圖10的未示出的一個變型，段44與圖5和圖7中所示的段59 一樣地傾斜。
根據圖10的未示出的另一個變型，段44不必以特殊精度來制造， 而是在段43中制造校準節(jié)流部，這與示出的用于圖6和圖8中的段66 的制造類似。
在圖11中的變型中，用與主體76不同的主體78代替主體76，這是 因為主體78包括通過表面77在凸緣33c中形成的支座55a。
段43與支座55a同軸，并直接進入支座55a中。支座55a的直徑大 于段43的直徑，并且與圓柱形襯套54b限定的插入件結合，該圓柱形襯 套54b過盈配合到支座55b中并且布置成與基體33c的表面77齊平。
襯套54b限定了校準節(jié)流部79，該校準節(jié)流部79與節(jié)流部44和53 串聯(lián)布置。節(jié)流部79僅針對襯套54b的軸向長度的一部分而延伸，并且 處于與段43相鄰的位置。襯套54b的剩余部分具有軸向段43b，該軸向 段43b的直徑大于這些節(jié)流部的直徑并且與段43a直接連通。
根據圖11的未示出的變型，段44與圖5和圖7中的段59 —樣地傾 斜，或者不必以特殊精度而形成部分44，而是在段43中形成校準節(jié)流部， 如在圖6和圖8中一樣。
在圖12的實施方式中，盡可能用與圖2中使用的附圖標記相同的附 圖標記表示噴射器1的組件。在該實施方式中，用兩個不同的部件來代 替閥主體7， 一個由圖10中的分布主體76限定而另一個由閥主體SO限 定。
閥主體80在徑向和軸向上界定控制腔26，并且包括設置有脊12的 端部82以及外凸緣33d，該外凸緣33d軸向固定在凸緣33c與臺肩35(未 示出)之間。
校準節(jié)流部53在部分82中形成，并進入通道42的兩個同軸的段 83和84。段83和84的直徑大于校準節(jié)流部53的直徑，并大致等于段43的直徑。段83由部分82中的孔限定，并與控制腔26直接連通；段 84由密封環(huán)85限定，該密封環(huán)85容納在支座86中，并且布置成與表面 77接觸，以限定主體80與76之間的通道42的不透液密封。另選的是， 通過適宜地減小段84的直徑，仍可以通過主體80與76之間的金屬-金屬 接觸來實現(xiàn)流體密封，而不使用任何密封環(huán)。
根據圖12的未示出的變型，在插入件中得到校準節(jié)流部53,該插 入件從面對控制腔26的一側(如在圖l、圖2、圖3、圖4和圖9中的解 決方案中一樣)軸向突入到部分80中，或者從面對基體33c的一側軸向 突入到部分80中。此外，作為部分44的替換物，主體76的校準節(jié)流部 由與圖5和圖7中的段59 —樣的傾斜出口段限定，或者由與圖6和圖8 中的段66 —樣的封閉軸段限定。
根據圖12的另外的變型，第三校準節(jié)流部設置在主體76內或者設 置在閥主體80內，且軸向布置并串聯(lián)在校準節(jié)流部53與44之間。
在圖13中示出了這些變型中的一個凸緣33c具有圓形支座90,該 圓形支座90是沿著與支座86同軸的表面77得到，并且該圓形支座90 的直徑與支座86相同。支座90容納盤91，該盤91具有限定了第三校準 節(jié)流部的軸向孔92。
盤91通過被設置成替代環(huán)85的密封環(huán)85a而保持與支座90的底部 軸向接觸。環(huán)85a具有矩形或正方形的剖面，其外部直徑大致等于支座 90和86的直徑并且與支座90和86都接合，以限定位于兩個主體80與 76之間的中心定位(centring)構件。換言之，環(huán)85a提供三個功能當 結合時在主體80與76之間在軸向上中心定位；圍繞通道42中的燃料流 在主體80與76之間密封；將盤91定位在支座90中。
在圖14和圖15中的實施方式中，盡可能用與圖1和圖2中使用附 圖標記相同的附圖標記表示噴射器1的組件。
闊主體7的與部分8相對的軸端具有軸向凹部139，該軸向凹部139 由表面149限定并容納閘門147，該表面149大致呈平截頭圓錐體的形狀。
閘門147以公知的未詳細描述的方式響應于致動器15的動作而軸向 運動，以打開/關閉通道42的軸向出口。閘門147具有外球面148，當閘說明書第14/19頁
門147位于其前進端止動位置或關閉位置時該外球面148與表面149接 合，以限定密封區(qū)。
以與圖l和圖2中的實施方式類似的方式，通道42包括節(jié)流部53， 該節(jié)流部53在與閥主體7分離的元件中形成，具體地說，該節(jié)流部53 在插入到閥主體7的支座55中的襯套54中形成，并定位成與底面27齊 平。
軸向段43在凸緣33中形成，并開口至通道42的軸向段144。段144 限定了串聯(lián)布置并與節(jié)流部53同軸的校準節(jié)流部。在相對端，段144幵 口至最終的軸向段130，該軸向段130的通路段大于段144的通路段，并 且限定了通道42在表面149上的出口。
在所有的上述實施方式中，當閘門47處于打開位置時在使用中在控 制腔26和排放通道中出現(xiàn)的壓降被劃分為與沿著通道42串聯(lián)布置的校 準節(jié)流部個數一樣多的壓降。
考慮圖1中串聯(lián)的兩個校準節(jié)流部，在圖17中定性地表示了通過通 道42而離開控制腔26的燃料的實驗壓力趨勢。P表示控制腔26內的壓
力，P2表示第二校準節(jié)流部上游的壓力，PSCAR表示排放環(huán)境中的壓力或 者更確切地說表示密封區(qū)下游的壓力，并且PvAP(^表示蒸汽壓。
在橫坐標上表示了沿著通道12的相對于腔26的線性距離。具體地
說
XA1:緊臨校準節(jié)流部53下游的位置， Xa2:徑向通道44中的一個的中間位置， XTEN:表面48與49之間的密封件的位置， XSCAR:壓力穩(wěn)定在排放環(huán)境值時的位置。
由于該系列校準節(jié)流部，圖16中所示的壓降被劃分為兩個連續(xù)的壓 降大體上，壓力沒有降到蒸汽壓PvAP(m以下，所以氣穴現(xiàn)象和由此導 致的燃料流的蒸發(fā)都得以避免。校準節(jié)流部的數量越多，出現(xiàn)氣穴的可 能性越小。
如上所述，對于限定了校準節(jié)流部的孔，在穿過該孔的流速與該孔 上游和下游的壓差之間存在密切關系。
192 二 Ce,t<^/。r。、, p p-液體的密度，
Cefflus-孔的流速系數(可通過實驗得到)，
Afor。=孔的通路截面，
△p-孔的上游和下游之間的壓差，
Q-流速。
使得以相同的流速Q穿過的總計n個校準節(jié)流部串聯(lián)，并假設流體 的密度是恒定的且不存在氣穴，貝瞎-
2 = ^M、 "^1 ^ c諷4 ;…蘭三cosf
因此，可以記下壓差之比與通路段之比之間的關系。事實上，考慮
由下標1和2表示的兩個節(jié)流部，則有 —4
假設限定了節(jié)流部的孔是類似的，從而它們具有相同的流速系數， 則有
應理解的是，在節(jié)流部的流速系數彼此顯著不同的情況下，上述公 式是成立的，但是必須用通過實驗確定的這些系數的值來完成這些公式。
在噴射器l中，從控制腔26到排放環(huán)境的燃料流的總壓降是已知的。 將該壓降表示為ApO，并希望將該壓降劃分為兩個差分Apl和Ap2 (且 △pO=Apl+Ap2)，則有V 2
其中，AO和DO分別是在使用單個校準節(jié)流部來代替具有由下標1
和下標2所限定的串聯(lián)的兩個節(jié)流部的情況下所得到的孔的直徑和通路截面。
在第一近似中，已經設置了如何將串聯(lián)的兩個孔或節(jié)流部之間的差
分ApO進行細分并設置了從控制腔26流過的流速，可以得到直徑Dl和 D2的值。
校準節(jié)流部與由表面48和49限定的密封區(qū)距離越遠，避免出現(xiàn)與 該密封件相對應的蒸汽和氣穴現(xiàn)象的可能性越高。
為了將對應于位置XTEN (圖17)出現(xiàn)蒸汽的風險降到最低，必須確
保與第一校準節(jié)流部相關聯(lián)的壓降Apl大于后續(xù)校準節(jié)流部的壓降。因 此，第一校準節(jié)流部(在圖1至圖13中用附圖標記53表示)將相對于 后續(xù)的校準節(jié)流部具有更小的通路段。
校準節(jié)流部53與總壓降的至少60% (合理的是，至少80%)的壓降 相關聯(lián)。
例如，希望以如下方式對壓降ApO進行細分將該壓降的80°/。與第 一節(jié)流部相關聯(lián)并將該壓降的20%與第二節(jié)流部相關聯(lián)(Ap2=0.2 Ap0)， 并且還假設流速系數相等，則第一近似給出△P。
'0.25
o乂
、0.25
0.2A/ 0
1.49
因此
,A 、0'25 々2乂
1.414 f^T ,
總結以上示出的實施例，則有
1<(D2/D1)<= 2.088 或者
1<(A2/A1)<=4.36
具體地說，條件D2/D1-1對應于Apl-Ap2-(0.5ApO)的情況。
而條件D2/D1= 2.088和A2/A1- 4.36對應于Apl=(0.95 ApO)和 Ap2氣0.05ApO)(或Apl/Ap2= 19)的情況。
如上所述，在設計階段對壓降ApO進行細分并且設置了流速Q并希 望以該流速Q來排放控制腔26以實現(xiàn)噴射器的特定性能水平之后，容易 計算校準節(jié)流部(A1和A2)的通路段(期望的流速Q決定了在使用單個節(jié) 流部的情況下實現(xiàn)壓降ApO所要求的通路段AO)。
該情形與考慮圖11中的實施方式時類似，其中，壓降ApO被細分為 三個部分(Apl+Ap2+Ap3)。具體地說
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考慮圖1中的實施方式，第二節(jié)流部被細分為多個即m個徑向段44， 所有這些徑向段具有相同的直徑dfororad和相同的通路段AfOTOTad。
應注意的是，這些徑向段相互平行，并且因此與相同的壓降相關聯(lián)，從而得出
從中得到各徑向段的直徑df。rarad。
從以上的說明可以看出布置在這些校準節(jié)流部之間的中間位置處 的通道42的體積具有的壓力為例如在設計和制造階段所設置的預定壓力 和壓降Apl、 Ap2等的結果。
將總壓降細分為幾個部分降低了出現(xiàn)蒸汽的風險，這是因為對應于 最后壓降的燃料流速相對較低。因此限制了具有比燃料的蒸汽壓低的局
部壓降值的風險密封區(qū)中的蒸汽比率(如果存在的話)在任何情況下
將會比具有單個校準節(jié)流部的情形低得多。
通過劃分壓降以具有與第一節(jié)流部(校準節(jié)流部53)相關聯(lián)的最大 的部分(例如整個壓降的90%)，在第一校準節(jié)流部的附近可能會出現(xiàn)由 于節(jié)流部下游的再壓縮而導致形成蒸汽和可能的氣穴現(xiàn)象，但是將不會 影響噴射器1的壽命，這是因為這些現(xiàn)象將會相對遠離閘門47與桿38 之間的密封區(qū)。
假設第二節(jié)流部與較小的壓降相關聯(lián)并因此具有比第一節(jié)流部大的 直徑，則容易形成第二節(jié)流部。從結構上來看，僅有第一校準節(jié)流部要 求特殊的精度。事實上，由于第二節(jié)流部與相對小的壓降相關聯(lián)，因此 任何尺寸上的制造誤差都不會造成特別不利的效果換言之，第二節(jié)流 部的壓降對可能的尺寸制造誤差不敏感。
如下的實施方式是特別有用的可以減小桿38的尺寸并且從而可以 減小閘門47的密封直徑，其結果是減少了動態(tài)條件下的泄漏以及并隨之 減小了 0彈簧23所需的預加負載并減小了致動器15所要求的力。
具體地說，根據為閥主體所選擇的材料、閥主體經受的熱處理而可 以將桿38的直徑減小到2.5mm至3.5mm之間的值，進而減小閥主體的 韌性(toughness)并最終減小所采用的制造周期。
閘門47的密封直徑的減小還使得能夠減小套筒18的軸向長度。
事實上，流體泄漏的流速與套筒18的內筒面和桿38的外筒面39之 間的結合帶的外周成正比，但是與該結合帶的軸向長度成反比由于結合帶的外周減小，因此對于相同的流體泄漏流速，可以減小結合帶的軸
向長度并因此而減小套筒18的軸向長度。
密封直徑的減小和由此帶來的閘門47的外直徑以及套筒18在長度 上的減小具有如下效果套筒18的質量減小以及隨之而來的計量伺服閥 5的響應時間縮短。
并且，密封直徑的減小使得能夠減小彈簧23的負載事實上，對于 桿38與閘門47之間相同的結合間隙，桿38與閘門47之間的密封的外 周減小，并且隨之而來的是即使圖1至圖13中的計量伺服閥是平衡型的， 仍然存在由于燃料壓力而作用在閘門47上的軸向力(盡管其很小)。有 利的是，彈簧23的預加負載與密封直徑或結合帶直徑之比在8[N/mm]至 12[N/mm]之間。
套筒18的質量減小和彈簧23的負載的減小具有如下效果在關閉 階段閘門47的回彈小得多，并且因此計量伺服閥5的工作精度更好。
最后，清楚的是，在不脫離如所附權利要求書中所限定的本發(fā)明的 保護范圍的情況下，可以對此處描述的噴射器1做出修改和變型。
具體地說，圖1至圖13中的平衡型計量伺服閥5可以包括由在固定 套筒中相對于殼體2滑動的軸向銷限定的并且限定了通道42的最后部分 的閘門。在圖12的實施方式中，在主體76和80之間可以設置調節(jié)分隔 件，即使在這種情況下會需要額外的精整和表面硬化工序。
可以用壓電致動器來替代致動器15，當經受電流時，壓電致動器增 加了其軸向尺寸以操作套筒18，從而打開通道42的出口。
此外，可以在表面40中至少部分地挖掘出腔46，但是通常腔46的 形狀使得由套筒18限定的閘門47在其處于關閉端止動位置時沿著軸3 受到的壓力合力為零。
段44的軸可以位于相互不同的平面上，和/或能夠圍繞軸3完全不 等距地布置，禾P/或校準孔可以只限于段44的一部分。
通道42可以不關于軸3對稱；例如，段44可以具有互不相同的截 面和/或直徑，但總是被校準以產生適宜的壓降，從而造成排放燃料的流 速圍繞軸3是平衡的并隨時間是恒定的。
權利要求
1、一種內燃機用燃料噴射器(1)，所述噴射器端部具有噴嘴以將燃料噴射到相關聯(lián)的發(fā)動機汽缸中，該噴射器包括中空噴射器主體(2)，該中空噴射器主體(2)沿著軸線(3)方向延伸；計量伺服閥(5)，該計量伺服閥被容納在所述噴射器主體(2)中并包括a)電致動器(15)；b)控制腔(26)，該控制腔(26)與燃料入口(4)連通并與燃料排放通道(42)連通；所述控制腔(26)內的壓力控制所述噴嘴的打開/關閉；c)閘門(47)，該閘門響應于所述電致動器(15)的動作而在所述排放通道(42)的出口關閉時的關閉位置與所述排放通道(42)打開時的打開位置之間軸向地運動，以改變所述控制腔(26)內的壓力；其特征在于，所述排放通道(42)包括至少兩個節(jié)流部(53，44)，所述兩個節(jié)流部具有校準通路段并且彼此串聯(lián)布置，以引起所述排放通道(42)打開時的對應壓降。
2、 根據權利要求1所述的噴射器，其特征在于，所述排放通道C42;i 相對于所述噴射器主體處于固定位置。
3、 根據權利要求2所述的噴射器，其特征在于，所述節(jié)流部(53，44) 由彼此不同的各個主體(54,7)來限定。
4、 根據權利要求3所述的噴射器，其特征在于，所述主體中的一個 被容納在所述主體中的另 一個(7)之中。
5、 根據權利要求4所述的噴射器，其特征在于，所述主體中的一個 由通過過盈配合而與所述主體中的另一個(7)結合的插入件(54)來限定。
6、 根據權利要求5所述的噴射器，其特征在于，所述插入件(54)沿 著所述軸線(3)方向布置。
7、 根據權利要求3所述的噴射器，其特征在于，所述主體中的一個 由被布置成與所述主體中的另一個(7; 76)軸向接觸的板(56; 33b)來限 定，從而在一側將所述控制腔(26)軸向界定。
8、 根據權利要求3所述的噴射器，其特征在于，所述主體中的一個 是在徑向上界定所述控制腔(26)的閥主體(7; 75; 80)。
9、 根據權利要求2所述的噴射器，其特征在于，所述噴射器包括引 導件(3S)，該引導件設置在相對于所述噴射器主體(2)的固定位置處，并具 有用于在打開位置和關閉位置之間引導所述閘門的側表面(39);所述排放 通道(42)在所述側表面(39)上的某一位置限定了 一開口 ，從而使得當所述 閘門處于其關閉位置時由于燃料而導致的軸向合力大致為零。
10、 根據權利要求9所述的噴射器，其特征在于，所述引導件由軸 向桿(38)限定，并且其特征在于，所述閘門由套筒(18)限定。
11、 根據權利要求9所述的噴射器，其特征在于，考慮到所述流體 從所述控制腔(26)流出到所述排放通道(42)中的方向，在所述引導件(38) 中形成所述節(jié)流部(53)的末段。
12、 根據權利要求9所述的噴射器，其特征在于，所述噴射器包括 閥主體(7)，該閥主體在徑向上界定所述控制腔(26)，并被形成為具有所述 引導件(38)的單個部件。
13、 根據權利要求9所述的噴射器，其特征在于，所述噴射器包括 閥主體(75; 80),該閥主體在徑向上界定所述控制腔(26)并限定所述節(jié)流部 中的一個，并且其特征在于，所述引導件(38)構成了與所述閥主體(75; 80)不同的部件(76; 78)的一部分。
14、 根據權利要求13所述的噴射器，其特征在于，所述部件(76)和 所述閥主體(80)被設置為在軸向彼此抵靠，并且具有各自的軸向通路 (43,83)，所述軸向通路(43，83)構成了所述排放通道(42)的一部分并彼此永 久地連通。
15、 根據權利要求14所述的噴射器，其特征在于，所述節(jié)流部(53) 中的至少一個由這些軸向通路的段來限定。
16、 根據權利要求14所述的噴射器，其特征在于，所述噴射器包括 密封環(huán)(85; 85a)，所述密封環(huán)軸向插入所述部件(76)與所述閥主體(80)之 間，以在徑向上界定所述排放通道(42)的中間段(84)。
17、 根據權利要求16所述的噴射器，其特征在于，所述密封環(huán)(85a)限定了位于所述部件(76)與所述閥主體(80)之間的中心定位構件。
18、 根據權利要求16所述的噴射器，其特征在于，所述校準節(jié)流部 中的一個由如下元件(91)限定，該元件(91)被容納于在所述部件和所述閥 主體中的一個(76)之中形成的軸向凹部(90)中，并通過所述密封環(huán)(85a)而 被保持在所述凹部(卯)的底部的固定軸向位置處。
19、 根據權利要求IO所述的噴射器，其特征在于，所述排放通道(42) 包括串聯(lián)的三個校準節(jié)流部，這些校準節(jié)流部中的兩個(53，79)沿著所述 軸線(3)方向布置。
20、 根據權利要求19所述的噴射器，其特征在于，所述噴射器包括 沿徑向界定所述控制腔(26)的管狀閥主體(75);其特征在于，所述軸向桿 (38)限定了與所述管狀閥主體(75)不同的部件(76; 78)的一部分；并且其 特征在于在如下位置處分別形成所述三個校準節(jié)流部在所述部件(78)中；在容納在所述部件(78)中的插入件(54b)中;以及 在盤(33b)中，所述盤(33b)被布置成在一側與所述部件(78)沿軸向接 觸并且在另一側接觸所述管狀閥主體(75)。
21、 根據權利要求11所述的噴射器，其特征在于，在穿出所述側表 面(39)的至少一個直出口段(44，59,67a)中，得到所述節(jié)流部的末段。
22、 根據權利要求21所述的噴射器，其特征在于，所述直出口段(59) 相對于所述軸線(3)傾斜了除90。之外的角度。
23、 根據權利要求22所述的噴射器，其特征在于，所述直出口段(59) 相對于所述軸線(3)的傾斜角度在30°與45°之間。
24、 根據權利要求10所述的噴射器，其特征在于，考慮在使用中從 所述控制腔(26)流出的流體，所述節(jié)流部的末段由所述排放通道(42)的封 閉軸段(66)限定。
25、 根據權利要求1所述的噴射器，其特征在于，考慮從所述控制 腔(26)流入所述排放通道(42)的流動方向，所述節(jié)流部中的第一個(53)所 關聯(lián)的壓降比后續(xù)節(jié)流部(44)所關聯(lián)的壓降要大。
26、 根據權利要求25所述的噴射器，其特征在于，所述節(jié)流部(53)中的第一個所關聯(lián)的壓降等于所述控制腔(26)與所述計量伺服閥(5)下 游的排放環(huán)境之間的總壓降的至少80%。
27、 根據權利要求26所述的噴射器，其特征在于，所述節(jié)流部(25) 中的第一個所關聯(lián)的壓降等于所述控制腔(26)與所述排放環(huán)境之間的總 壓降的90%。
28、 根據權利要求22所述的噴射器，其特征在于，所述桿(38)的直 徑在2.5毫米至3.5毫米之間。
29、 根據權利要求28所述的噴射器，其特征在于，所述桿(38)的直 徑等于2.5毫米。
30、 根據權利要求28所述的噴射器，其特征在于，所述電致動器包 括用于向所述閘門47施加軸向關閉動作的彈簧(23)，并且其特征在于， 所述彈簧(23)的預加負載與位于所述閘門(47)和所述桿(38)之間的密封育 徑之比在8[N/mm]至12[N/mm]之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及配備有計量伺服閥的內燃機用燃料噴射器。一種燃料噴射器(1)，其具有噴射器主體(2)和控制桿(10)，該控制桿(10)可在噴射器主體(2)中沿著軸線(3)運動以控制噴嘴的打開/關閉，該噴嘴將燃料噴射到發(fā)動機的汽缸中；該噴射器主體(2)容納具有控制腔(26)的計量伺服閥(5)，該控制腔(26)由控制桿(10)軸向地界定并且與入口(4)連通而且與排放通道(42)連通；該計量伺服閥(5)設置有閘門(47)，該閘門(47)在具有排放通道(42)出口的軸向引導件(38)上軸向滑動，以打開和關閉排放通道(42)，從而改變控制腔(26)內的壓力；排放通道(42)具有至少兩個節(jié)流部(53，44)，這兩個節(jié)流部具有校準通路段并彼此串聯(lián)布置，以沿著排放通道(42)來劃分壓降。
文檔編號F02M47/02GK101614173SQ20091015095
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者塞爾焦·斯圖基, 奧諾弗里奧·德·米凱萊, 拉法埃萊·里科, 馬里奧·里科 申請人:C.R.F.阿西安尼顧問公司