專利名稱：注射噴嘴的伺服閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種注射噴嘴的伺服閥，尤其是用于公用輸送管的伺服閥。
在SAE的第NO.910252號論文“ECD-U2型內燃機燃料的新式電控注射系統的研制“中介紹了一種注射噴嘴的伺服閥，包括一個殼，該殼包括一個閥腔、一個高壓口、一個過油口和一個回油口，還包括一個閥元件，它可在閥腔中動作、可以根據致動器的動作而有選擇性地與第一座或第二座相抵靠，當該閥元件與第一座桿抵靠時，回油口關閉，高壓口與過油口相通，當該閥元件與第二座相抵靠時，就使得高壓口關閉，而使過油口與回油口相通。過油口可與注射噴嘴的工作腔相通，當工作腔處于高壓狀態時注射噴嘴就關閉，而工作腔處于減壓狀態時注射噴嘴就打開。所述閥元件包括外閥體和內閥體，內閥體受到外閥體的導向作用。外閥體通過在彈簧的作用下被迫使向上地抵靠在第一座上，以關閉回油口。內閥體可在閥腔中的壓力作用下向上移動，從而打開高壓口，該高壓口設置在外閥體上。當一個電磁線圈受到激勵時，外閥體向上移動并脫離第一座，從而過油口與回油口相通。外閥體的向上移動一直進行至設在其上的第二座與內閥體相抵靠，從而使高壓口關閉為止。
這樣的伺服閥結構比較復雜，造價也較高，這是由于必須對殼內側的外閥體的導向元件進行精密加工、對外閥體內側的為內閥體進行導向的導向元件也要進行精密加工。當第二座打開時，內閥體與外閥體之間的導向元件受高壓流的影響，結果會造成泄露的損失。由于系統固有的原因，外閥體的電磁驅動在電磁線圈開始激勵至外閥體的實際動作過程中延時過長，由于外閥體的外側有殼、內側又有內閥體，外閥體的動作就受到了較大摩擦力的阻礙。
本發明的目的是提供一種可克服上述缺點的注射噴嘴的伺服閥。
本發明的另一目的是提供這樣一種注射噴嘴的伺服閥，它驅動反應快、動作靈敏度高。
本發明的進一步的目的是提供這樣一種注射噴嘴的伺服閥，它結構簡單、成本較低，可以進行精確的動作和準確的控制。
本發明還有一個目的是提供這樣一種注射噴嘴的伺服閥，它的設計使得其工作壽命長。
根據本發明的原理，該注射噴嘴的伺服閥還有進一步的和其他的特點，例如可為公用輸送管而工作，該伺服閥包括一個殼，該殼具有閥腔、一個高壓口、一個過油口、一個回油口。閥腔中有一個可動作的閥元件，在驅動元件的作用下，該閥元件可有選擇性地與第一座或第二座相協調地起作用。當該閥元件與第一座相抵靠時，回油口關閉，而高壓口與過油口相通；當該閥元件與第二座相抵靠時，高壓口關閉，過油口與回油口相通。過油口可以與注射噴嘴的工作腔相通，當工作腔處于高壓狀態時，注射噴嘴關閉，當工作腔處于減壓狀態時，注射噴嘴關閉，當工作腔處于減壓狀態時，注射噴嘴打開。驅動元件包括一個長度可變的元件，長度的變化可由電壓或電流進行控制。在驅動元件的作用下，長度可變的元件可經由過油口與閥腔相通。
從下文的對本發明的推薦實施例進行的詳細說明中可以看出，本發明的伺服閥結構緊湊、非常簡單、成本低廉，其本質原因是沒有雙面都有配合要求的零件。通過回油口由驅動元件直接進行驅動的閥元件可克服閥腔中的高壓處于打開狀態，這是對長度可變的元件實行電控完成的。20至30μm的沖程足以使伺服閥進行開關的轉換，因而可以采用壓電致動器或磁致伸縮的致動器。采用具有小沖程的壓電致動器使得有可能使伺服閥的切換時間短而驅動動作準確。進一步地說，閥元件在沖程中的速度可由長度可變的元件或致動器進行適當的控制，從而閥元件可以較輕柔的方式與座相抵靠，其優點是伺服閥的工作壽命可大大加長。設置長度可變元件的好處是注射噴嘴可在電壓減小或電流減小的條件下關閉，其優點是系統的可靠性和安全性好。根據本發明，伺服閥中可承受極高的高壓。高壓油路直接與閥腔相通，沒有必要再設置活塞導套或類似的元件以對高壓油實行密封。
本發明的進一步的目的、特點和優點可以通過下文的對推薦實施例的詳細說明而變得更明確。
圖1是關于公用輸送管系統的總體示意圖，圖2是本發明伺服閥的液壓回路的原理圖，圖3是本發明注射噴嘴的伺服閥的截面圖，圖4是圖3的局部放大圖，和圖5是圖4的局部放大圖。
推薦實施例的說明這里應當注意到，術語公用輸送管一般是指這樣的系統，該系統的目的是一方面是使系統的壓力與發動機速度和注射的燃料量無關，另一方面可增大平均注射壓力。公用輸送管系統的主要特征是借助于存儲容積使壓力的產生與燃料注射相互無關，該存儲容積包括公用高壓分配器管(公用輸送管)以及進給管和噴嘴中存在的容積，公用高壓分配器管連接到多缸發動機的注射噴嘴，而進給管連接到注射噴嘴。
首先參考一下圖1，代碼2表示的油箱經由濾清器(沒示出)和預輸送泵4而連接到公用輸送管的高壓泵6。有一條管路由高壓泵6連接至分配器管，即公用輸送管8，該公用輸送管8經由進給管10而與相應的注射噴嘴12相連通，每個注射噴嘴12與多缸內燃機的一個缸相對應。
各注射噴嘴12通過回油管14而與回油管16相通，而回油管16與油箱2相通。
系統的壓力由節流閥18進行限制，可以高達2000巴。
電控制裝置20的輸出端與高壓泵6和各注射噴嘴12相連。該電控裝置20的輸入端22與公用輸送管8的壓力傳感器24及其他的傳感器(沒示出)相連，以感知控制參數的大小，例如可感知加速度、動作速度、溫度、填料壓力、空氣量、發動機速度及類似的參數。
現再來參考圖2，它是注射噴嘴及其液壓回路的結構原理圖。
注射噴嘴12包括噴嘴體26，其端部有一噴嘴尖，在注射噴嘴處于關閉位置時，該噴嘴尖抵靠在閥座(沒示出)上。噴嘴體26穿過噴嘴腔28腔，而噴嘴腔28與進給管10相連通。噴嘴體26與致動活塞或柱塞30相連或與之集成一體，該柱塞30在工作腔32中運行。工作腔32通過油路34而與節流閥36相連，繼而與一個伺服閥的腔40的一個油口38相通，該伺服閥用42表示。
腔40還有一個高壓口44，該高壓口44通過高壓油路48而與進給管10相通，而在高壓油路48上設有節流閥46。
腔40進一步地設有一個回油口50，該回油口50與回油管14相通。為了使一個閥元件動作，桿56穿過了回油口50，在本實施例中，閥元件即鋼珠52，而桿56由驅動裝置驅動，在本實施例中驅動裝置為壓電致動器54。壓電致動器54由適當的電線(沒示出)連接至圖1中的控制裝置20上。
壓電致動器本身是熟知的，其結構與電容器相似，它的絕緣介質包括壓電材料，如鋁-鋯酸鹽-鈦酸鹽。現代致動器工作的場強度高達2000V/mm，在長度上的相對變化可達1.5％。在圖示的實施例中，壓電致動器40的長度大約為30mm，它可產生大約0.03mm的沖擊動作。開/關轉換的時間通常為50μs，桿56的動作速度由壓電致動器54進行可控制的適當的驅動。
現在參考圖3，它是注射噴嘴12的縱斷面圖，該注射噴嘴12包括殼58和高壓接口60，該高壓接口60用于與圖1所示的分配器管或者說公用運輸管8相連。圖3沒有示出連接電線，而正是通過這些連接電線，壓電致動器54才與圖1中的控制裝置20相連。
由于注射噴嘴12作為整體直接安裝在內燃機的氣缸蓋上，這對提高閥驅動的精度是有利的，這是因為壓電致動器54和殼58之間由于熱的影響所造成的長度差異可得到合理補償。這至少在壓電致動器54與殼58相配合的區域內是有效的，殼58由適當的材料制成，該材料與壓電致動器54一樣具有很低的熱膨脹系數，舉例來說該材料可以是因瓦合金鋼。在另一種結構中，殼58為普通鋼，而壓電致動器54的熱膨脹要通過一個附加元件進行補償；如圖3所示，在殼58中用螺紋元件62把插栓或者說棒64固定，在圖中螺紋元件62是一個螺母，插栓64的材料與殼58的材料相比要具有更大的熱膨脹系數，例如插栓64可由鋁制成。通過使插栓64的長度與壓電致動器54的長度相匹配、使殼58的材質與其自身長度相匹配，有可能補償壓電致動器54的較低的熱膨脹性。
現在參見圖4，這是如圖3所示的注射噴嘴12的中心區域的放大圖。而圖5是如圖4所示的中心區域的進一步放大的結構圖。
正如圖4所示，殼65以螺紋連接至殼58上，殼65中容納著注射閥和伺服閥，注射閥與致動柱塞或活塞30相連系。伺服閥的鋼珠52由彈簧66迫使其趨于向上的位置，以抵靠至銷68上，而銷68由壓電致動器54進行驅動，鋼珠52也可以抵靠在如圖5中用代碼70表示的第一個座上。銷68與元件72協調動作，元件72受到殼58中的孔76的導向作用，壓電致動器54也容納在孔76中。元件72通過半球形部分74而支撐著壓電致動器54。在元件72和孔76的內側面之間設有密封件78以起密封的作用。元件68、72和74構成了在圖2中以代碼56表示的桿狀部分。
為了感知致動活塞或柱塞30的行程，設置了針狀的行程傳感器80，從而注射閥(圖4沒示出)的開啟程度可被準確地加以確定。
圖5表示了伺服閥的中心部分，即第一閥體82和第二閥體84，兩個閥體相互支撐地設置在殼58和殼65之間，圖4中所示的殼65旋入至殼58上。
閥體82和84具有相互對準的孔，這些孔構成了進給管的一部分，并可承受高壓。閥體82進一步具有通孔86，閥體84上的盲孔88與該通孔84對準。高壓油中48從盲孔88通向進給管10。
孔86和88分別在閥體82和84上形成，在閥體82和84之間的表面上，孔86和88是加工成如此形狀的，即可以容納作為閥元件的鋼珠52，如圖5所示，也就是說在上閥體82上加工出第一座70并且在下閥體孔84上加工出第二座90。在兩個座70和90之間，設有如圖2中用代碼38表示的油口，圖2中容納著鋼珠52的用代碼40表示的閥腔經由該油口與油路34相通，在油路34中設置了節流閥36。圖5中沒示出高壓油路48中如圖2中以代碼46表示的進給節流閥。
在通孔86的上端設有一環形的凹部90，該凹部90與圖2中以代碼14表示的回油油路相通，然而這一點在圖4和圖5中并沒有圖示出來。圖4中所示的銷68的側面上有一縱向槽，它的好處是通孔86不會被完全關閉。
本發明的注射噴嘴中的伺服閥的結構已進行了說明，現在說明其操作方式在壓電致動器54的非驅動狀態，鋼珠52與第一座70其同發揮作用，兩者抵靠在一起，第一座70就是圖5中的上閥體上的座。這樣，回油油路14處于關閉狀態，而高壓油路48與油路34相通，從而工作腔32受到了高壓的作用。當圖2中以代碼26表示的噴嘴體上來自于工作腔32的作用力大于來自噴嘴腔28的作用力時，注射噴嘴就被關閉。
當壓電致動器54動作時，鋼珠52克服系統的高壓而脫離第一座70，而移動至在圖5中以代碼90表示的第二座處并與之相抵靠，從而高壓油路48與閥腔40相隔斷，而油路34與回油油路14相通。液態油從工作腔32中排出。系統壓力下降的結果是噴嘴體向上移動，從而使噴嘴打開，這也受到了來自于作用于噴嘴腔28中的高壓的影響。
由于閥的沖程很小、壓電致動器的反映很快，系統的動態特性是很穩定的，這種穩定性還可以通過選擇不同的節流閥46和/或36而得以改變。由于兩座70和90處于打開狀態的時間很短，也由于高壓油路48與回油油路14相通的時間很短，因而可把(各種)損失減小到最小程度。
應當明白，注射噴嘴的上述的伺服閥僅僅是通過實例和原理圖進行了說明，還可以進行各種修改和改變，但這些都不超出本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種注射噴嘴的伺服閥，尤其用于公用輸送管系統，包括一個殼體(82，84)，具有閥腔(40)、高壓口(44)、過油口(38)和回油口(50)，和一個閥元件(52)，可在閥腔中動作，在驅動裝置(54，56)的作用下可有選擇地與第一座(70)或第二座(90)相抵靠，當閥元件與第一座相抵靠時，回油口關閉，而高壓口與過油口相通；當閥元件與第二座相抵靠時，高壓口關閉，過油口與回油口相通，其中的過油口可與注射噴嘴的工作腔(32)相通，當該工作腔處于高壓狀態時，注射噴嘴關閉；當該工作腔處于減壓狀態時，注射噴嘴打開，其特征在于驅動裝置包括一長度可變的元件(54)，當該元件受到電壓或電流激勵時，其長度便會變化，該元件通過驅動元件(68)的作用經由回油口(50)而作用于閥元件(52)上。
2.如權利要求1所述的伺服閥，其特征在于驅動裝置包括壓電致動器(54)。
3.如權利要求1或2所述的伺服閥，其特征在于閥元件是鋼珠(52)的形狀。
4.如權利要求1至3其中之一所述的伺服閥，其特征在于當壓電致動器(54)不受電壓作用時，閥元件抵靠在第一座(70)上。
5.如權利要求1至4其中之一所述的伺服閥，其特征在于在高壓油路(48)上的設有進給節流閥(46)，高壓油路(48)與高壓口(44)相通。
6.如權利要求1至5其中之一所述的伺服閥，其特征在于在油路(34)上設有節流閥(36)，過油口(38)經由油路(34)與工作腔(32)相通。
7.如權利要求1至6其中之一所述的伺服閥，其特征在于壓電致動器(54)的熱膨脹可通過合理選擇殼(58)的材料和/或附加元件(64)而得以補償，壓電致動器(54)容納在殼(58)中。
全文摘要
一種注射噴嘴的伺服閥，尤其用于公用輸送管系統，包括一個殼體，該殼體包括閥腔(40)、高壓口(44)、過油口(38)和回油口(50)。在驅動裝置的作用下，閥元件(52)可有選擇性地與第一座或第二座相抵靠。驅動裝置包括一個元件，該元件以壓電致動器(54)的形狀為好，該元件可通過驅動元件(56)經由回油口作用于閥元件上。
文檔編號F02M47/02GK1156216SQ96120369
公開日1997年8月6日 申請日期1996年10月28日 優先權日1995年10月27日
發明者胡貝爾·格爾德 申請人:胡貝爾發動機制造有限公司研究所