用于燃料噴射器的控制閥的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用在燃料噴射器中的控制閥，并且特別但非唯一涉及用在內燃發動機的高壓燃料噴射系統的燃料噴射器中的控制閥。
【背景技術】
[0002]燃料噴射器是輸送燃料到內燃發動機燃燒室的一個常規裝置。在一種類型的傳統燃料噴射器中，閥針的運動是通過平衡閥針周圍作用的壓力而進行液壓控制的。這種類型的燃料噴射器通常包括噴嘴控制閥(NCV)，其用于控制高壓燃料向低壓排出裝置的排出。包含這類噴嘴控制閥的常規燃料噴射器的一個例子在申請人的在先專利EP 0 798 459 B1中有描述，并且在圖la和lb中示出。為了說明的目的，示出了控制閥的圖la以相比于示出了燃料噴射器的噴嘴的圖1B的放大比例進行繪制。
[0003]如圖lb所示，已知的燃料噴射器8包括具有噴嘴主體10的噴嘴9，該噴嘴主體包括孔12，閥針14可滑動的容納在這個孔內。閥針14控制燃料噴射到發動機氣缸中。孔12在末端設有開口(未示出)。這些開口限定了燃料噴射器的出口。閥針座16被設置在該出口的上游。在關閉位置時，閥針14接合閥針座16，從而停止燃料流向出口并阻止噴射。彈簧18偏壓閥針14到其閉合位置。
[0004]控制腔20由孔12與閥針14的遠離出口的一端形成。環形體積24在孔12與閥針14之間形成。環形體積24基本上與控制腔20隔離，并且被布置成將燃料輸送到孔12的末端。高壓燃料通過供給通道26供給到環形體積24，該供給通道也通過輔助通道28供應高壓燃料給控制腔20。輔助通道28具有小的直徑，以便產生節流。中間噴射器部分(未示出)中的排出通道或溢出通道30允許燃料從控制腔20排到低壓排出裝置(未示出)。從控制腔20向低壓排出裝置的流動受到噴嘴控制閥31的控制(見圖la)，這在下面進一步描述。
[0005]如圖lb所示，閥針14包括數個面向下游的推力面32，它們是成角度的，從而，作用在推力面32上的燃料壓力在閥針上產生力，這個力作用的方向與控制腔20中作用在閥針14的端部上的燃料壓力所產生的力的方向相反。當噴嘴控制閥31被關閉以防止燃料流排出時，高壓燃料填充控制腔20和環形體積24兩者，并且在該狀態下，閥針14上的凈力作用在關閉方向上，以保持閥針14在其關閉位置。
[0006]當要求燃料噴射時，通過打開噴嘴控制閥31使閥針14從閥針座16提起，以允許燃料從控制腔20流向低壓排出裝置。因此，控制腔20中的壓力下降，作用在推力面32上的力開始克服朝著關閉方向作用的力，因此，閥針14提起。當閥針14提起離開閥針座16時，燃料通過燃料噴射器出口噴射。為了使閥針14返回其關閉位置，噴嘴控制閥31被關閉以切斷流體排出，而控制腔20重新充滿高壓燃料，因此，閥針14返回到其關閉位置。當閥針14關閉時，高壓燃料重新填充閥針周圍的環形體積24，使得閥針14周圍的壓力均衡。
[0007]如圖la所示，噴嘴控制閥31包括具有閥孔36的閥體34，閥構件38可滑動地容納在該閥孔中。噴嘴控制閥31還包括螺線管致動器39，其抵接閥體34且相對于閥孔36同軸地安置。致動器39包括磁芯部件40、圍繞芯構件40同軸布置的大致管狀磁性套筒42、環形布置在芯構件40與套筒42之間的線圈44以及復位彈簧46。
[0008]閥體34通過蓋形螺母47夾緊到噴嘴9。閥體34包括鉆孔48，其連接溢出通道30到閥孔36。銜鐵腔50由閥體34的上端面51中的凹部形成。閥體34的上端面51配合噴射器主體部52的下端面，其容納致動器39。銜鐵腔50相對于閥孔36同軸布置，從而，閥孔36的上端通向銜鐵腔50。閥孔36的上端形成截頭圓錐形閥座54。
[0009]銜鐵腔50與低壓排出裝置(未示出)連通。與致動器39相關聯的銜鐵56容納在銜鐵腔50內。銜鐵56連接至閥構件38，使得這兩個部件一起運動。例如，銜鐵56可以壓配合到閥構件38上。
[0010]閥構件38包括形成截頭圓錐形密封表面60的直徑減小部58。密封表面60與閥座54接合，以形成對高壓燃料的密封。密封表面60的在閥構件38關閉時暴露于閥孔36中的燃料壓力的這部分形成上平衡表面61。直徑減小部58的下截頭圓錐形表面形成了下平衡表面62，其與上平衡表面61相對。環形工作腔64形成在直徑減小部58周圍，在上、下平衡表面61、62之間。閥體34中的鉆孔48連接工作腔64到溢出通道30。
[0011]當噴嘴控制閥31關閉時，上、下平衡表面61、62都暴露于高壓燃料，所以閥構件38在處于其關閉位置時基本上是液壓平衡的。因此，使閥構件38在其打開和關閉位置之間移動所需的力相對較小。這使得銜鐵56、致動器39和復位彈簧46的尺寸最小化，從而提供更緊湊的結構。
[0012]圖2是噴嘴控制閥31的部分(圖la中標記為R)的放大圖，更清晰的示出閥構件38與閥體34在它們接合位置的區域中的幾何形狀。閥孔36的通向銜鐵腔50的一端被倒角以形成截頭圓錐形閥座54，閥構件38的密封表面60可以接合該閥座54以限定噴嘴控制閥31的關閉位置。當接合時，閥構件38與閥座54形成密封，防止燃料從控制腔20通過鉆孔48流入銜鐵腔50進而到低壓排出裝置。
[0013]截頭圓錐形閥座54通常具有90°的錐角，從而使閥座54相對于閥孔36的軸線傾斜45°角(圖2中標記為A)。在噴嘴控制閥31的打開位置，閥構件38不接合閥座54，從而來自工作腔64的燃料可以通過閥座54與閥構件38之間的間隙流入銜鐵腔50。
[0014]返回參見圖la，當線圈40不通電時，復位彈簧46施加力以促使閥構件38接合閥座54，從而，密封表面60接觸閥座54。當線圈44通電時，銜鐵56移向芯構件40，承載著閥構件38離開閥座54，并允許燃料從控制腔20流到排出裝置。通過這種方式，控制腔20中的燃料壓力降低，這引起燃料噴射器噴嘴9的閥針14的打開移動。
[0015]當線圈44斷電時，在閥關閉運動時段中，在復位彈簧46的作用下，閥構件38移回朝向閥座54。當閥構件38的密封表面60接合閥座54時閥關閉運動完成，使得噴嘴控制閥31返回到關閉位置。從控制腔20排出的流動被停止，從而控制腔20中的壓力上升，并且閥針14移動到其閥座上，結束噴射。
[0016]如上所述的常規燃料噴射器8提供對噴射事件中輸送的燃料的精確計量，這已經是提供車輛發動機的更可靠、可預測燃燒以及降低排放的一個重要因素。這樣做的結果是，現代的發動機是高度精煉的，相比于過去的發動機，產生更多動力，同時釋放更低排放量。
[0017]為了優化性能，理想的是相對于恒定的噴射量需求最小化連續噴射期間噴到指定氣缸中的燃料量的變化。這種變化在本領域稱為燃料噴射器的“噴-噴變化(shot-to-shotvariat1n)”。這個變化通常是非常小的絕對值，但是噴-噴變化的相對影響能夠是顯著的，特別是對于短持續時間的高壓噴射。因此，如果燃料噴射器的噴-噴變化能夠被減小，燃料的噴射量更一致，并且發動機中的燃燒變得更加有效。這具有改進發動機性能同時降低由發動機釋放的排放量的效果。隨著排放目標繼續降低，為了減少車輛對環境的影響，可以采取的減少排放而不影響發動機性能的任何措施是非常重要的。
[0018]燃料噴射中輸送的燃料量(或“噴射量”)與閥針從閥針座16提起的時間長度有直接關系。因此，噴射量與噴嘴控制閥打開的時間長度有間接關系。出于這個原因，噴嘴控制閥已被確定為噴-噴變化的潛在原因。在這種背景下，希望提供一種具有減小的噴-噴變化的改進的燃料噴射器。
【發明內容】
[0019]根據本發明的第一方面，提供了一種用在內燃發動機的高壓燃料噴射系統的燃料噴射器中的閥配置。該閥配置包括形成閥座的閥體和與閥座接合的閥構件。該閥配置還包括布置在銜鐵腔中且與該閥構件協作的銜鐵，和電磁致動器，其可操作成引起該閥構件的運動，以控制流體流入銜鐵腔通過閥座。該閥配置被設置成使得流入銜鐵腔的流體被引導遠離銜鐵。
[0020]本發明的發明人已確定，通過在燃料噴射器中使用根據本發明的燃料噴射器的控制閥配置，從而在控制腔連接到低壓排出裝置時流入銜鐵腔的流體被引導遠離銜鐵，能夠獲得噴射器的噴-噴變化的減小，現在將對此進行說明。
[0021]在圖la和2所示類型的常規噴嘴控制閥中，在連續噴射中流向排出裝置的燃料量可能有相當大的變化，即使當閥開啟時間被設定為恒定值并且以恒定壓力把燃料供給到噴射器。
[0022]本發明人已經觀察到，在圖la和2的常規裝置中，當閥構件38的密封表面60與閥座54之間的間隙大時，例如當噴嘴控制閥31處于打開位置時或者當閥關閉運動剛剛開始時，燃料相對無阻地流過該間隙。然而，接近閥關閉運動的結束，這個間隙逐漸變小。這具有的效果是，流過這個間隙的燃料形成為銜鐵腔50內的射流(總體上用圖2中的箭頭66表示)。在此情形下，術語“射流”指的是燃料的局部流出，其通過銜鐵腔50中的周圍燃料被投射。射流具有比周圍燃料更高的動量。
[0023]射流遵循基本上與閥座54 —致延伸并且圓錐形地圍繞閥構件38布置的路徑。因此燃料射流被導向銜鐵56。
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