CN105518285A - 流体喷射器 - Google Patents

Abstract

用于燃烧发动机的流体喷射器包括将喷射器的流体入口端液压地连接到喷射器的流体出口端的管状主体、附连在主体内部的磁芯、在主体的外侧上的螺线管、在主体内部的可轴向移动电枢、阀组件（130）以及抗磁性材料的套筒，阀组件（130）用于控制通过主体（105）的流体的轴向流动并且其包括阀针（135），阀针（135）配置成由电枢（125）操作，所述套筒径向地定位在电枢和主体之间。

Description

流体喷射器

本公开涉及流体喷射器，尤其所述流体喷射器可操作以将燃料喷射到燃烧发动机中，特别是在机动车辆中的燃烧发动机。

用于将燃料喷射到燃烧发动机中的燃料喷射器包括用于控制进入发动机的燃料的流动的阀组件和用于操作所述阀组件的致动器。所述致动器是螺线管型致动器，并且包括围绕所述喷射器的纵向轴线缠绕的线圈和相对于所述线圈可轴向移动的电枢。当所述线圈由电流供电时，生成磁场，该磁场使所述电枢在轴向方向上移动。响应于该移动，所述阀组件打开并且允许预定流动的燃料进入发动机。

由于所述磁场的不完美性，施加在所述电枢上的力不是完全轴向的，而是可能还具有径向分量。径向力可以推动所述电枢抵靠壳体，并在该处产生摩擦。伴随这样的摩擦的缺点之中有早期磨损、增加的阀组件打开的时间、降低的喷射可重复性、降低的最大操作压力、寿命内的静态和动态流动偏移或喷射不稳定性。

为克服这些问题，可以使用窄容差来避免电枢的径向移动。替代地，可以在电枢和壳体之间引入径向空气间隙以减少磁力的波动。然而，窄容差可能导致高的生产成本，并且所述径向空气间隙可能不足以稳定电枢，尤其是在发动机如在正常运行条件下可能经历的那样正在经受强烈的振动时。此外，一旦电枢在径向方向上移动了一定量，所述空气间隙就将失去其作用。

US4,313,571A示出了一种用于内燃发动机的电磁致动的喷射器。在所述致动器的邻接元件之间使用抗磁性材料作为耐磨材料。

本发明的目的是提供一种带有在螺线管型致动器的可轴向移动的电枢上的减小的径向力的喷射器。该目的通过具有独立权利要求的特征的流体喷射器实现。所述流体喷射器的有利实施例和改进在从属权利要求中、在下面的描述中和在附图中具体说明。

根据本发明，用于燃烧发动机的燃料喷射器包括管状主体。尤其，所述管状主体将所述喷射器的流体入口端液压地连接到所述喷射器的流体出口端。例如，所述管状主体是所述喷射器的阀体。

所述燃料喷射器进一步包括附连在所述主体内部的磁芯。尤其，所述磁芯借助于与所述管状主体的摩擦装配连接附连到所述管状主体。

此外，所述燃料喷射器包括在所述管状主体的外侧上的螺线管。所述螺线管可以包括绕线管，所述螺线管的绕圈围绕所述绕线管缠绕。额外地，可轴向移动的电枢布置在所述管状主体内部。

所述燃料喷射器具有阀组件，所述阀组件用于控制通过所述管状主体的燃料的流体流动，尤其是轴向流动并且其包括阀针。所述阀针配置成由所述电枢操作。尤其，所述阀针与在所述流体喷射器的流体出口端处的阀座相互作用以控制所述流体流动。优选地所述管状主体或座元件包括所述阀座，所述座元件插入所述管状主体的在流体出口端处的开口中。

另外，所述流体喷射器包括抗磁性材料的套筒。所述套筒径向地定位在所述电枢和所述主体之间。优选地，所述套筒和所述电枢轴向地重叠。

抗磁性材料具有产生与外部施加的磁场相对的磁场的性能。安置在所述电枢的径向方向上的抗磁性套筒可以减小由螺线管产生的磁场的径向力。这样，所述电枢可以在轴向方向上更加自由地移动，即，摩擦和/或磨损可以特别地小。这样，所述喷射器可以具有增加的寿命；由于可允许的容差可能增大，所以生产成本可能降低；可以提高所述阀组件的打开和关闭特性的可重复性；可以改善流体喷射稳定性；可以在更高的燃料压力下操作所述喷射器；和/或可以减小寿命内的静态和动态流动偏移。

与用于将电枢居中的其它装置相比，所述电枢越靠近所述主体，所述抗磁性套筒将生成偏置所述电枢远离所述管状主体的增加的力。因此，创造了稳定的平衡，其中，所述电枢特别好地在所述套筒的中间居中。

优选地，所述套筒的质量和磁化率选择成使得当所述螺线管通电时，抵消在电枢上的径向力-或至少大体上抵消。换言之，所述套筒的尺寸被设计成使得其产生与外部施加的磁场相对的磁场的能力恰好与由所述螺线管产生的磁场的径向分量同样大或甚至更大。这样，可以完全地抵消径向力。

在优选实施例中，所述阀针包括延伸到芯的对应腔中的电枢保持器，以轴向地引导所述阀针。由于抗磁性间隔圈将所述电枢居中，所以通过所述电枢传递到所述阀针的径向力特别地小。因此，有利地，在所述电枢保持器的区域中的磨损和/或摩擦特别地小。

所述电枢保持器的材料可以选择成使得其在所述芯的表面上自由滑动。磁性的或电的考虑可能是不必要的。所述阀针的在所述喷射器内部的支承面可以因此是精密且光滑的。

在一个实施例中，所述阀针轴向延伸通过所述电枢，尤其是通过所述电枢的中心开口。所述电枢可以相对于所述阀针轴向地位移，并且借助于所述电枢保持器机械地联接到所述阀针。所述中心开口的尺寸尤其以这样的方式被设计成使得可操作所述阀针以轴向地引导所述电枢。通过将所述电枢保持器和所述磁芯的腔用作横向引导件，所述电枢不需要与所述套筒或所述主体有物理接触。

所述电枢保持器可以被成形成使得其允许所述电枢相对于所述芯发生预定倾斜。这可以避免所述芯的超静定支承面。其也可以允许所述电枢朝向或远离套筒的一部分发生一定程度的径向移动。如上所述，作用在所述套筒和所述电枢之间的力的量取决于二者之间的距离。通过允许一定程度的倾斜，对于所述电枢而言可能更易于找到其力平衡的径向位置。

在一个实施例中，所述抗磁性套筒附连到所述主体的内部径向表面。例如，将抗磁性材料应用到所述内部径向表面以形成所述套筒。在这种情形中，所述管状主体、所述套筒以及所述电枢的尺寸优选地以这样的方式设计成使得在所述抗磁性套筒和所述电枢之间存在环形间隙。所述环形间隙可以是空气间隙，并且用来稳定所述电枢。而且，所述间隙可以使得所述电枢能够相对于所述套筒径向移动。术语“空气间隙”尤其指的是不带有在操作中分配的流体的喷射器。在所述喷射器的操作中，所述环形间隙尤其由流体填充。

在替代实施例中，所述抗磁性套筒可以附连到所述电枢的外部径向表面。例如，将抗磁性材料应用到外部径向表面以形成套筒。在这种情况中，所述管状主体、所述套筒和所述电枢的尺寸优选地以这样的方式设计成使得在所述抗磁性套筒和所述主体之间存在环形间隙。

在一个实施例中，所述套筒包括选自下组中的至少一种抗磁性材料，或由选自下组中的至少一种抗磁性材料构成：铋、热解石墨、钙钛矿铜氧化物、碱金属钨酸盐、钒酸盐、钼酸盐、钛铌酸盐、NaWO₃、YBa₂Cu₃O₇、TiBa₂Cu₃O_-3、Al_xGa₁As以及Cr、Fe硒化物。

在一个实施例中，所述套筒包括具有在其中悬浮的抗磁性材料的聚合物。这样，可以为本要求特定地设计所述套筒的特性。

在一个实施例中，所述阀针是管的形状，其轴向地延伸通过所述电枢，所述管配置成传输流体。

参照附图，现在将更详细地描述所述流体喷射器的示例性实施例，其中：

图1示出了根据实施例的流体喷射器的一部分的纵向截面图；

图2示出了图1的流体喷射器的一部分的放大图，以及

图3示出了不同的流体喷射器的电枢的能量水平的示意图。

图1示出了根据本发明的实施例的流体喷射器的纵向截面。所述流体喷射器配置成控制进入内燃发动机的燃料流动，尤其是用在机动车辆中的活塞发动机。换言之，本实施例的流体喷射器是用于内燃发动机的流体喷射器100。特别提供了该喷射器以将燃料直接定量馈送到内燃发动机的燃烧室中。

燃料喷射器100包括沿纵向轴线110延伸的管状主体105以将喷射器100的流体入口端液压地连接到所述喷射器的流体出口端。

燃料喷射器100包括致动器组件，该致动器组件包括尤其是螺线管115形状的线圈、磁芯120和可移动电枢125。螺线管115紧接着管状主体105径向地布置在管状主体105的外侧上。所述螺线管通常包括围绕纵向轴线110缠绕的若干绕圈。螺线管115可以附连到主体105的外侧。磁芯120布置在主体105内部，以便其面向螺线管115。芯120是磁性的-即，具体地，芯120由比如铁磁材料的磁性材料制成，例如由铁素体钢制成-并且因此，芯120可以帮助引导或控制在通过供给流过螺线管115的绕圈的电流对螺线管115供电时生成的磁场。所述电枢布置在管状主体105内部，轴向地毗邻磁芯120，并且具体地在磁芯120的下游。电枢125相对于管状主体105和磁芯120可沿纵向轴线110以往复方式轴向地位移，磁芯120相对于管状主体105在位置上固定。电枢125也由比如铁素体钢的磁性材料制成，以便当螺线管115产生磁场时，电枢125将被磁芯120吸引。

燃料喷射器进一步包括阀组件130。阀组件130包括阀针135。方便地，阀组件130进一步包括阀座（未在图中示出），该阀座与所述阀针协作以在阀针135的闭合位置中避免流体从所述流体喷射器流出，并且该阀座使得在所述阀针的其他位置中能够通过一个或多个喷射孔分配来自流体喷射器的流体。这样的阀组件对于流体喷射器的任何其它实施例也是有用的。

电枢125经由阀针135连接到阀组件130。尤其是，电枢125机械地联接到所述阀针，以便可操作电枢125以使阀针135远离所述闭合位置位移。优选的是阀针135是中空的，如此以允许平行于纵向轴线110且朝向阀组件130的燃料流动。阀针135可以特别地包含轴向地穿过电枢125的管。

在本示例性实施例中，电枢125相对于阀针135可轴向地位移。电枢125和阀针135的相对轴向位移由电枢保持器140限制，阀针135包括该电枢保持器140。如在本实施例中，电枢保持器140可以固定到阀针135的管状轴。替代地，电枢保持器140可以与所述阀针的轴是一体的。借助于与电枢保持器140的相互作用，电枢125可操作成当朝向磁芯120在轴向方向上移动时携带阀针135。

在本实施例中，电枢保持器140延伸到磁芯120的对应腔145中。相对于图2，下面将在更详细地描述构件140。

更加优选的是，第一弹性构件150配置成在远离磁芯120的方向上按压阀针135，该按压方向尤其等同于朝向所述阀座的轴向方向。换言之，第一弹性构件150配置成偏置阀针135朝向所述闭合位置。借助于经由电枢保持器140的机械相互作用，电枢125也被第一弹性构件150在轴向方向上偏置远离磁芯120。因此，当未对螺线管115供电时，电枢125可以移动远离芯120。在一个实施例中，第二弹性构件155从电枢125的相对侧施加反向力以迫使所述电枢抵靠电枢保持器140和/或减慢所述电枢相对于阀针135在远离磁芯120方向上的移动。

喷射器100可以被配置以用于燃料流，该燃料流在图1的上部部分中开始并且沿纵向轴线110延伸到芯120中，通过第一弹性构件150，流到阀针135中以及到达阀组件130。由此，燃料可以在电流流过螺线管115时喷射到燃烧发动机中，以便电枢125轴向地向上移动抵靠芯120，从而通过阀针135打开阀组件130。

虚线矩形示出了在图2中放大示出的图1的区域。

在图2的上部区域中，可以看到电枢保持器140紧密地装配在芯120的腔145中。以这种方式，电枢保持器140与磁芯120协作以轴向地引导阀针135。延伸穿过电枢125中的中心开口的阀针135的管可以相应地与电枢125机械地协作以轴向地引导电枢125。

优选的是在构件140和芯120之间的摩擦是低的。可以据此选择材料，特别是构件140的材料。更加优选的是，构件140的径向外表面与腔145间隔开，以便可以在阀针135和芯120之间-并且因此在电枢125和芯120之间-发生一定程度的倾斜。

套筒205径向地安置在管状主体105和电枢125之间。优选地，套筒205至少部分地延伸到螺线管115的区域中。换言之，套筒205或套筒205的一部分可以被螺线管115圆周地围绕。套筒205包括抗磁性材料，或由抗磁性材料构成，所述抗磁性材料例如选自由以下项构成的组：铋、热解石墨、钙钛矿铜氧化物、碱金属钨酸盐、钒酸盐、钼酸盐、钛铌酸盐、NaWO₃、YBa₂Cu₃O₇、TiBa₂Cu₃O₃、Al_xGa₁As以及Cr、Fe硒化物。套筒205也可以包括聚合物，所述聚合物具有在其中悬浮的如那些上述抗磁性材料之一的抗磁性材料。

根据限定，抗磁性套筒205具有负的磁化率。响应于外磁场，套筒205的抗磁性材料生成相对方向的另一磁场。由于套筒205相对于电枢125侧向放置，即，其围绕电枢125圆周地延伸，所以其可以帮助在电枢125的区域中减小或抵消由螺线管115生成的磁场的径向部分。

当螺线管115通电时，其磁场生成轴向力210，该轴向力210沿纵向轴线110拉动电枢125朝向磁芯120，磁芯120有些时候也被称为“极片”。然而，所述磁场的一部分可能引起第一径向力215。该径向力可以作用在径向方向上，该径向方向在组装所述喷射器的时候可能无法预测，并且可能根据喷射项目的不同而变化，并且因此该径向力可能难以平衡。因此，在传统喷射器中通过这种径向力可能引起磨损和/或摩擦。然而，在根据本实施例的喷射器100的情况中，所述磁场的相同径向分量穿过在其中产生相对磁场的套筒205，从而在相对径向方向上对电枢125施加第二径向力220。理想地，径向力215和220本身相互抵消。

图3示出了不同的燃料喷射器的电枢125的能量水平的示意图300。在水平方向上，显示了电枢125在径向方向上的位移x。在垂直方向上，示出了电枢125的能量E。电枢125的能量越高，在径向方向上在电枢125上的残余力可能越强。

第一点C象征在标准喷射器中的状况，在所述标准喷射器中没有采用其他装置以径向稳定电枢125。可以看到的是，电枢125处于不稳定的平衡状态。小的位移可以导致使位移增大的有效力。

第二点A示出带有径向空气间隙的传统喷射器100的情况。对于电枢125的小的径向位移，能量水平保持不变。然而，如果电枢125在正的x方向上移动得足够远，那么移动增加。点A代表随遇平衡状态。

相比之下，点B代表稳定的平衡状态。这代表关于图1和图2上文讨论的喷射器100的构造。通过使用抗磁性套筒205，电枢125在径向方向上的正位移和负位移二者都将导致增大的反作用力，该反作用力使其运动回到纵向轴线110上。因此，电枢125的径向位置保持稳定。

Claims (10)

1.一种用于将燃料喷射到燃烧发动机中的流体喷射器（100），所述流体喷射器（100）包括

-管状主体（105），所述管状主体（105）将所述喷射器的流体入口端液压地连接到所述喷射器的流体出口端；

-磁芯（120），所述磁芯（120）附连在所述主体（105）内部；

-螺线管（115），所述螺线管（115）在所述主体（105）的外侧上；

-电枢（125），所述电枢（125）在所述主体（105）内部，所述电枢（125）可轴向地移动；

-阀组件（130），所述阀组件（130）用于控制通过所述主体（105）的流体的轴向流动并且包括阀针（135），所述阀针（135）配置成由所述电枢（125）操作，

其特征在于

-抗磁性材料的套筒（205），所述套筒（205）在径向上定位在所述电枢（125）和所述主体（105）之间。

2.根据权利要求1所述的喷射器（100），其中，所述电枢（125）和所述套筒（205）在轴向上重叠并且所述电枢越靠近所述管状主体（105），所述套筒（205）可操作以产生渐增的力，所述渐增的力偏置所述电枢远离所述管状主体（105）。

3.根据权利要求1或2所述的喷射器（100），其中，所述套筒（205）的质量和磁化率选择成使得当所述螺线管（115）通电时，基本上抵消在所述电枢（125）上的径向力。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器（100），其中，所述阀针（135）包括电枢保持器（140），所述电枢保持器（140）延伸到所述芯（120）的对应腔（145）中以轴向地引导所述阀针（135）。

5.根据权利要求4所述的喷射器（100），其中，所述阀针（135）轴向地延伸通过所述电枢（125）并且所述电枢保持器（140）被成形为使得其允许所述电枢（125）相对于所述芯（120）发生预定倾斜。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器（100），其中，所述套筒（205）附连到所述管状主体（105）和所述主体（105）的内部径向表面，所述套筒（205）和所述电枢（125）的尺寸被设计成使得在所述套筒（205）和所述电枢（125）之间存在环形间隙（225）。

7.根据权利要求1到5中的任一项所述的喷射器（100），其中，所述套筒（205）附连到所述电枢（125）的外部径向表面和所述管状主体（105），所述套筒（205）和所述电枢（125）的尺寸被设计成使得在所述套筒（205）和所述管状主体（105）之间存在环形间隙（225）。

8.根据权利要求6或7所述的喷射器（100），其中，所述环形间隙（225）是流体填充的。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器（100），其中，所述套筒（205）包括聚合物，所述聚合物具有在其中悬浮的抗磁性材料。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器（100），其中，所述阀针（135）是管的形状，其轴向地延伸通过所述电枢（125）以传输所述流体。