[发明专利]用于内燃机的燃料喷射器的平衡计量伺服阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射器的平衡计量伺服阀。

背景技术

从专利EP1612403可知一种用于内燃机的燃料喷射器，该燃料喷射器包括：

-壳体，该壳体的一端具有用于将燃料喷射到发动机汽缸内的喷嘴；

-用来打开和关闭所述喷嘴的可移动针(needle)；

-杆，该杆容纳在所述壳体中并沿其自身轴线滑动以控制所述针的运动；以及

-容纳在所述壳体中的计量伺服阀。

该计量伺服阀包括控制腔，该控制腔与燃料入口和具有校准部的出口通道连通。控制腔内的压力控制所述杆的轴向滑动，以打开和关闭喷嘴，通过控制包括电磁体和弹簧的致动器来调节所述压力。

致动器操作套筒在出口通道的关闭位置和打开位置之间的移动。套筒安装成使其能够以大致不透流体的方式相对于壳体在轴向柄部(stem)上滑动，该轴向柄部形成固定的阀体的一部分。轴向柄部的外侧表面限定了引出出口通道的环形腔。在关闭位置中，套筒以受到至少在理论上为零的合成轴向燃料压力的方式关闭环形腔。

在该系统中，计量伺服阀及其套筒是所谓的“平衡”式，致动器弹簧所需的预加载荷力和整体尺寸得以降低。特别是，即使通过较小的套筒升程，也可以获得较大的燃料通路截面，以减少在打开和关闭行程结束时的套筒回弹现象，从而有利于喷射器的动态特性。

套筒的内径比轴向柄部的外径大与直径间隙相等的量，该直径间隙优选小于大约5微米，以即使在不利用适当的密封圈的情况下也确保不透流体。

已经注意到，由于以下两种现象，套筒与阀体之间的流体密封可能不会相应于套筒的内径而发生，而是相应于较大的平均密封直径而有效地发生：

-在使用中，套筒在压力下趋于变形；以及

-密封不会沿着由尖锐边缘(或零半径斜面(null-radius bevel))限定的圆周产生。

对于第一个现象，明显的是，当套筒位于关闭位置时，环形腔中的燃料压力达到例如约1600-1800巴的相对高的水平，而在排放区域中或密封带的更下游处，压力水平相对较低，只有约几巴。因此，环形腔内的压力在套筒上形成指向外部并使套筒变形的径向力。

相对于未变形状态下的套筒的内径，该变形具有“加宽”套筒端部因而增加阀体上产生接触和密封处的直径的效应。

对于第二个现象，由于技术/构造原因，实际上套筒和阀体之间的接触带不是通过圆周而是通过环面来准确地限定的，即使环面的径向宽度较小。密封不会相应于该环面的内径而发生，而是相应于平均直径而发生，该平均直径显然比套筒内径大。

相对于未变形状态下的套筒的内径发生密封处直径的增加具有形成径向不平衡力的效应，该径向不平衡力沿着与套筒开口相对应的方向作用在套筒上。

该径向不平衡力的大小取决于燃料供应压力以及由有效地发生密封处的直径与套筒位于相对端处的最小内径之间的差限定的环面状面积。

为了补偿径向不平衡力，从轴向压力的观点来看，致动器弹簧的预加载荷力必须比相对于在理论上通过具有完全平衡套筒的设计确定的力大，以保持套筒关闭。

一方面，弹簧的预加载荷力越大，导致在抵靠阀体关闭时加速度越大，冲击速度就越大，结果，计量伺服阀的磨损和损坏的危险越大。

另一方面，弹簧的预加载荷力越大，导致在套筒和阀体进行接触时套筒表面与阀体表面之间的所谓“粘着”磨损的危险就越大。

为了限制弹簧的预加载荷，公知的解决方案是在结构上采取一定的适当设置来消除径向不平衡力。

具体地说，使用高硬度水平的材料来制造套筒和阀体。此外，选择用于套筒端部的几何形成和材料，从而为套筒提供高刚度，从而实际上消除了弹性变形。

然而，选择几何形状来增加刚度导致套筒质量增加，因而增加了关闭期间与阀体的接触动量的量。结果，套筒在关闭期间抵靠阀体而受到不期望的回弹。

由于这些回弹，一方面，计量伺服阀不会立即关闭，从而导致喷射到汽缸内的燃料量比设计确定的量大。

另一方面，尽管选择具有高硬度水平的材料，但是关闭期间的回弹对与阀体接触的套筒圆形边缘造成相对较快的磨损。这种磨损导致在形成密封处的平均直径逐渐增加，因而导致径向不平衡力增加。

由于径向不平衡力逐渐增加，计量伺服阀和喷射器的总体特性相对于设计确定的特性随着时间逐渐改变：这种改变不能预测，因而根本无法补偿。

这种现象的结果是快速而显著地增加了再循环燃料流的排放以及缩短喷射器的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于内燃机的燃料喷射器的平衡计量伺服阀，该伺服阀可以以简单经济的方式解决上述问题。