专利名称：用于螺线管致动器的电枢的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合用在螺线管致动器中的电枢。特别的但并非排他的，本发明涉及 用在选择性催化还原系统的泵形成部分中的电枢。
背景技术：
一种还原内燃机中氮氧化物废气排放的策略包括将试剂引入废气流中，该试剂包 括还原剂，通常是诸如尿素水溶液的液态氨源。此方法被称为选择性催化还原或SCR。该还 原剂被喷射进称为SCR催化剂的废气催化剂上游的废气中。废气中的氮氧化物与SCR催化 剂上的氨源进行催化还原反应，从而形成气态氮和水。通常，在选择性催化还原(SCR)系统中，使用适当的泵将试剂从供给箱泵送到设 置在废气流内的喷射喷嘴来实现将试剂喷射到废气流中，诸如在本申请人的共同待审的欧 洲专利申请公开No. EP-A-1878920中描述的。图1示意性地并以简要形式示出了适于在SCR系统中泵送试剂的已知的泵20。泵 20包括设置在大体圆柱形的壳体24内的螺线管致动器22。该致动器22包括与壳体24 — 体形成的管状极构件(pole member) 26，和围绕极构件26设置的绕丝或者线圈28。极构件 26的一端形成了致动器22的环形极面30。电枢32设置在与极面30相邻的电枢室34中。该电枢32连接至泵柱塞36上。该 柱塞36可滑动地接收在套筒40的中心孔38中，该套筒40中心地设置在极构件26内部。 套筒40的端面42与极面30间隔开，以便形成与极面30相邻的弹簧室44。偏置弹簧46部 分地接收在弹簧室44中以偏压电枢32远离极面30。偏置弹簧46的一端邻接套筒40的端 面42，偏置弹簧46的另一端邻接电枢30的中心区域48。该泵20还包括在上游端处的入口 50，其接收来自诸如箱(未示出)的源的流体， 和在下游端处的出口 52，其与输出喷嘴(未示出)连通。在用于内燃机的SCR系统中使用 泵20的情况下，该流体是试剂并且输出喷嘴设置在发动机的排气管内。供给通道54设置在泵20内以将流体从入口 50输送到出口 52。在此实施例中，供 给通道54包括在极构件26和线圈28之间的环形空间56，并且还包括延伸穿过极构件26 和套筒40的径向通道58，以与套筒40的孔38连通。当泵柱塞36位于图1所示的位置中 时，在电枢32被偏压远离极面30时，径向通道58与在套筒40的孔38的下游端处形成的 传输室60连通。从传输室60到出口 52的流体流动由出口阀62控制，当传输室60内的流体压力 超过阈值水平时，出口阀62设置成打开。在操作中，在泵的泵送冲程中，线圈28被激励以围绕线圈28产生环形磁场。因 此，电枢32克服偏置弹簧46的力，朝向极面30移动，使得柱塞36的下游端中断在径向通 道58和传输室60之间的流体流动。柱塞36的下游端减小了传输室60的体积，使得在传 输室60内的流体压力增加。一旦达到阈值压力，出口阀62打开，导致流体从泵20的出口 52流出。
然后线圈28被 解除激励，于是作用于电枢32上的磁力减弱。偏置弹簧46的力导 致电枢32远离极面30移动，从而增加泵送室60的体积并且重新打开在径向通道58和传 输室60之间的流体连通。然后流体再次填充传输室60，准备下次泵送冲程。在SCR系统中，期望提供迅速的、频繁的喷射流体到排气管中。例如，为了确保流 体在离开输出喷嘴时的充分雾化，泵柱塞36的速度必须相对高，通常每秒2米的量级。如从 图1中理解到的，电枢32必须通过电枢室34内的流体移动。由于电枢32的直径相对大， 当电枢32移动时，相当大量的流体被位移。此流体的位移趋向放慢电枢32以及从而泵柱 塞36的移动。为了允许电枢32，以及由此柱塞36，在电枢室34中足够快速地移动，已知的是在 电枢32中提供通风孔64。该通风孔64通过电枢32从最接近极面30的电枢32的表面轴 向地延伸到最远离极面30的相对表面。在电枢32的移动期间，流体可以穿过通风孔64以 及围绕电枢32的外围流动，从而降低在电枢32上的流体阻力。已经发现，当线圈28被解除激励并且电枢32远离极面30移动时，会导致弹簧室 44中的压力迅速下降。这会使得由于压降形成的弹簧室44的流体中的腔的倒塌导致对致 动器20的气蚀损伤，。因此，期望提供一种克服或者减轻此问题的用于致动器的电枢。
发明内容
在这个背景下，在本发明的第一方面中，提供一种用于螺线管致动器的电枢，其包 括第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面包括适于在电枢使用时接收偏置弹簧 的凹部。该电枢还包括在电枢使用时在凹部和第二表面之间通过电枢的流体连通的装置。 第一表面不被流体连通装置中断。通过在凹部和第二表面之间提供流体流动通路，可以最小化电枢移动时通过电枢 的压差。因此，降低了气蚀损伤的风险，特别是在凹部的区域中。因而，该电枢适于使用在 以高速和/或频率下操作的致动器中，诸如在选择性催化还原系统中的泵中。进一步地，因为电枢的第一表面不被流体连通装置中断，当在致动器中使用时，流 体连通装置的存在不会显著影响电枢的磁性性能。特别的，电枢在与前表面相邻的电枢的 材料中携带磁场的能力不会由于流体连通装置的存在而显著降低。为此，流体连通装置可 与电枢的第一表面间隔开。流体连通装置可与凹部的外围壁连通。该电枢可限定垂直于第一表面的中心轴 线，并且该流体流动通路可在平行于该轴线的方向上具有第一分支和相对该轴线径向延伸 的第二分支。在一种实施方式中，由流体流动通路描述的矢量可以分解为平行于该轴线的 第一矢量分量和相对于该轴线径向延伸的第二矢量分量。优选的，流体流动通路相对于该 轴线倾斜。该电枢可大体上为圆柱形或盘形，并且轴线可是电枢的圆柱轴线。在一种实施方式中，流体连通装置包括从第二表面延伸到凹部的一个或多个通 道。在另一种实施方式中，流体连通装置包括在通向凹部的电枢第二表面中的一个或 多个通道。该通道或者每个通道的深度可随着朝向凹部的移动而增加。用这种方式，该通 道可限定相对于电枢的轴线倾斜的流体流动通路。
该通道或者每个通道会设置成使得，在电枢的制造期间，该通道或者每个通道通 过在垂直于第一表面的方向上工具和电枢的相对运动而形成。在此情况下，电枢因此设计 成使得电枢的形状允许直接的制造，例如通过模制或压制。在一个实施例中，电枢成型使得 该通道或者每个通道的全部在垂直于第一表面的方向上通向第二表面。流体连通装置还包括在与该通道或者每个通道的开口相邻的凹部的端面上通向 凹部的缺口。该缺口可能是凹座。有利地，该缺口用来增加流体流动通路的横截面积。该电枢还包括通风装置，以提供在第一表面和第二表面之间的流体流动通路。在 一种实施方式中，流体连通装置与通风装置交叉。该电枢还包括在使用电枢时接收柱塞的孔。该孔优选在第二表面和凹部之间延 伸。在使用时，该孔由柱塞关闭。活塞、阀元件或其他的控制构件可使用来替代柱塞。在本发明的第二方面，提供包括根据本发明的第一方面的电枢的螺线管致动器。 该致动器还可包括具有极面的极构件，其中电枢的第一表面与极面相对。该致动器还可包 括偏置弹簧。偏置弹簧的第一端可被接收在电枢的凹部内。该偏置弹簧可偏压电枢远离极 面。在本发明的第三方面，提供用于选择性催化还原系统的液压泵。该液压泵包括根 据本发明的第一方面的电枢，和/或根据本发明的第二方面的螺线管致动器。本发明的每个方面的优选和/或选择性特征还可单独地或者以适当的组合出现 在本发明的其它方面。
参照附图中的图1，其是已知的液压泵的剖视图。现在将参照剩下的附图，仅通过示例的方式来描述本发明的实施方式，其中相似 的附图标记用于相似的部件，并且其中图2是根据本发明的第一实施方式的具有电枢的液压泵的剖视图；图3是图2中示出的液压泵的电枢的放大的剖视图；图4是根据本发明的第二实施方式的具有电枢的液压泵的剖视图；图5更详细地示出了图4的液压泵的电枢，示出了(a)电枢的一个表面的透视图； (b)电枢的另一个、相对表面的透视图；以及(c)电枢的沿线A-A截取的剖视图；以及图6示出了根据本发明第三实施方式的电枢，示出了(a)电枢的一个表面的透视 图；(b)电枢的另一个、相对表面的透视图；以及(c)电枢的沿线A-A截取的剖视图。
具体实施例方式图2示出了适于在内燃机的SCR加料系统中泵送试剂的液压泵100。泵100的许 多部件与参照图ι的已知泵20的上述部件类似，并且相似的附图标记用于相似的部件。因 此，将只详细描述在图2示出的发明与图1的已知泵20之间的差异。泵100包括致动器122，该致动器122具有根据本发明第一实施方式的电枢132。 另外参见图3，电枢132包括大体上为盘形的主体168，其在盘的直径中心处限定中心轴线 (在图3中标志为P)。电枢132由适当的软磁性材料制成，诸如铁素体铁合金。该电枢包 括与致动器的极面30相对的第一表面170，和与第一表面170相对的第二表面172。
大体为圆柱形的凹部174设置在电枢132的第一表面170上。该凹部174与电枢 132的主体168同轴设置。孔176从凹部174延伸到第二表面172。通风孔164在平行于电枢轴线P的方向上穿过主体168在第一和第二表面170、 172之间延伸。在图2和图3中只能看见一个这样的轴向通风孔164，但是优选地，围绕电 枢132等角度间隔地提供了若干轴向通风孔164。进一步地，若干通风通道178从第二表面172到凹部174延伸穿过主体168。通风 通道178包括相对于电枢132的轴线P以一定角度或者倾斜设置的钻孔。这些倾斜的通风 通道178通向凹部174的外围壁180中。在图2和图3的横截面中可以看见一个倾斜的通 风通道178，虽然仅仅能看见通入壁180的三个其他倾斜的通风通道178的开口。在此实施 例中提供全部七个通道178。除了凹部174之外，电枢132的第一表面170大体上是平面的。第二表面172包 括围绕中心台区184设置的环形槽或凹陷182，孔176从中心台区184突出。轴向通风孔 164和倾斜的通风通道178与槽182连通或者交叉。在使用时，如图2所示，电枢132位于泵100的电枢室34中。泵柱塞136包括柱 塞轴186和在其上游端处的圆柱形柱塞头188和端板190。优选地，端板190与柱塞头188 成一体。柱塞头188接收在电枢132的孔176内。端板190具有比柱塞头188大的直径， 使得端板190邻接在电枢的第二表面172上的台区184。该柱塞头188紧密配合在孔176中并且可以是螺纹或者过盈配合。端板190可焊 接到或者用其他方式连接到电枢136上。在使用泵100时，柱塞头188和端板190共同阻 塞通过孔176的流体流动。如图1的已知泵所示，泵的管状极构件26接收套筒140。套筒140包括中心孔 138，柱塞136的轴186在中心孔138内可滑动。套筒140的上游端面142在下游方向上设 置在极面30的稍微靠后。弹簧46的上游端接收在凹部174中并且邻接其上游端面175。因此，在本发明的 实施方式中，电枢132包括以凹部174形式的弹簧室。弹簧46的下游端邻接套筒140的端 面 142。泵100的运行如图1的泵所述。然而，当电枢在电枢室34内往复运动时，倾斜通 道178提供允许流体在电枢的第二表面172和凹部174之间流动的流体连通装置。因此，有 利地，当电枢132接近极面30时，流体仍然可以在凹部174限定的弹簧室和电枢室34之间 流动。结果，在电枢132的下游侧上的压降，特别是在凹部174中且与套筒140的端面142 相邻的压降被最小化，并且气蚀损伤不可能出现。如果缺少通道178，如果电枢132邻接极面30，则凹部174中的流体体积将与电枢 室34隔离开。这将导致在电枢132的下游侧产生显著的较高的压降，从而增加气蚀损坏的 风险。在线圈28被激励时，磁场从壳体24进入电枢的外围边缘192中，然后穿过电枢的 主体168到它的第一表面170，最后进入极构件26的极面30。应当注意的是倾斜通道178不与电枢132的第一表面170交叉。反而，倾斜通道 178通向凹部174，使得第一表面170不被通道178中断。类似地，电枢的外围边缘192不 被通道178中断。因此，在线圈28被激励时，电枢132内的磁场的通路不会由于倾斜通道178的存在受到很大的影响，因而倾斜通道178不会明显地降低施加到电枢132上的力，即 使如优选的，当倾斜通道178具有相对大的直径来提供大的流动面积时。还应当理解的是，通道178的提供有利地减少了电枢132的质量。通过减少电枢 132的质量，降低了电枢132的惯性，使得柱塞136可以以更高的速度移动。然而，电枢132 的弯曲刚度不会由于通道178的存在而显著降低。另夕卜，由于倾斜通道178通向凹部的壁180，凹部174的端面175不被通道178的 开口中断，以便提供弹簧能够稳定定位所抵靠的平面。同样地，通道178不会侵占孔176，使 得孔176内的柱塞头188的配合不会受到通道178的存在的影响。每个倾斜通道178在仅仅具有径向和轴向分量的方向上相对于电枢轴线P延伸。 因此，在电枢132移动时，通过倾斜通道178的流体流动不会在电枢132上产生旋转力，这 如同通道178在具有非径向分量的方向上延伸的情况一样。图2和图3的电枢132可以通过对适当材料的实心棒或杆加工来制造。轴向通风 孔164和倾斜的通风通道178可以通过钻孔形成。图4示出了根据本发明的第二实施方式的具有电枢232的泵200。图4的泵200 与图2的泵100的不同之处仅在于电枢232的设计，并且相似的附图标记用于相似的部件。 将仅对第一和第二实施方式之间的区别进行描述。如在图5中额外所示，在此第二实施方式中，电枢232包括主体268，相对于使用中 的致动器54的极面30的第一表面270，和相对于第一表面270的第二表面272。凹部274设置在第一表面270中以接收弹簧46的上游端。在本发明的实施方式 中，凹部274的倒角区域277连接端面275和凹部的外围壁280。弹簧46邻接凹部274的 大体上平面的端面275。如在本发明的第一实施方式中，电枢232的第二表面272包括围绕中心台区284 设置的环形槽282。孔276从凹部274延伸到第二表面272。在使用中，柱塞136被接收在 孔276中以便防止流体通过孔276的流动。电枢232包括5个轴向通风孔264，它们围绕电枢232等角度设置并且在平行电 枢轴线P的方向上穿过电枢232延伸。每个通风孔264都与槽282连通，并且允许在电枢 232的第一和第二表面270、272之间的流体连通。电枢232还包括在第二表面272中的5个径向延伸的槽或者通道210。该通道210 具有大体为U型的横截面，并且每个通道210的深度都随着其朝向电枢232的中心的移动 而增加，使得每个通道210的基部214相对于电枢232的轴线P以一倾斜角延伸。每个通 道210在中心台区284的下游处，交叉或者通向凹部274的外围壁280，使得通道210限定 流体连通装置，该装置在电枢使用中允许流体在第二表面272和凹部274之间流动。如图5(b)和图5(c)最清楚地示出，在每个通道210与凹部274的壁280交接的 地方没有倒角区域277，以便允许流体在凹部274和通道210之间流动。而且，为了增加通 过通道210的流动区域，通过在凹部274的端面275中提供缺口或凹座212来放大在每个 通道210和凹部274之间的交叉。因此，在每个通道210和凹部274之间的交叉大体是圆 形的。在本发明的此第二实施方式中的通道210与本发明的第一实施方式中的倾斜通 道178具有相同的目的，并且享有同样的益处。
另外，应当注意的是，在第二实施方式中的通道210的形状使得每个通道210的全 部在轴向上通向电枢232的第二表面272。换句话说，当沿着轴线P看电枢232的第二表面 272时，每个通道210的每个部分均是可见的。类似的，每个凹座212的全部通向电枢232 的第一表面270。因此，在制造电枢232期间，通道210和凹座212分别通过在平行于电枢 轴线P的方向上工具和电枢232的相对运动而形成。因此，电枢232可通过金属注模容易地制成，而不需要用可缩回的销来形成倾斜 通道或者通过压制和烧结工艺，其中冲床和冲模仅可能做轴向移动。图6示出了根据本发明第三实施方式的电枢332。该电枢332类似于在图5中示 出的第二实施方式的电枢。将仅描述在第三和第二实施方式之间的差异。在本发明的此第三实施方式中，在电枢332的第二表面272中提供三个通道310， 以在第二表面272和电枢332的第一表面370中的凹部374之间提供流体连通装置。另外， 提供6个轴向通风孔364，以允许在第一表面370和第二表面372之间的流体连通。通道310与三个轴向通风孔364交叉。因此，通道310可以较深地延伸入电枢332 的主体368中，使得在每个通道310和凹部374的外围壁380之间的交叉面积大于在图4 和图5所示的电枢中的交叉面积。从轴向通风孔364的外围直到凹部的壁380的每个通道 的基部314相对于电枢332的轴线以一倾斜角延伸。在每个通道310和凹部374之间的交叉区域中没有在端面375和凹部374的外围 壁380之间的倒角区域377，以便增加流动区域。然而，由于通道310还朝向电枢232的第 一表面370延伸，在此实施方式中，没有必要在凹部374的端面375中提供凹座。应当理解的是可提供用于在凹部和电枢的第二表面之间流体连通的任何适当的 装置，只要流体连通装置不中断电枢的第一表面、与电枢的第一表面交叉或者沿着电枢的 第一表面延伸或者延伸入其中。这种装置的实施例包括钻孔、孔、通路、通道、槽、凹口、导 管、缺口、凹坑等等。流体连通方式的形式可基于电枢的优选制造方法进行选择。可以在电枢中设置任意适当数量的流体连通装置。例如，可提供3个到7个通路、 通道和其他这种装置。类似的，可提供任意适当数量的轴向通风孔。提供更多的通道有利 地增加通过电枢的流体连通可用的总横截面积。优选的，轴向通风孔和流体连通装置围绕 电枢均勻分布，但是这不是必要的情况。该流体连通装置可交叉一个或多个轴向通风孔，如在本发明的第三实施方式中所 述，或者可选地，流体连通装置可与轴向通风孔分离。可以想到，可以忽略轴向通风孔，因为 可经由流体连通装置来提供通过电枢的足够的流体流动。在不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，对上述的本发明的实施方 式的进行若干进一步修改和变化也是可行的。
权利要求
1.一种用于螺线管致动器的电枢(132 ；232 ；332)，该电枢包括第一表面(170 ；270 ；370)，其包括适于在所述电枢使用时接收偏置弹簧的凹部(174 ； 274 ；374)；与所述第一表面(170 ；270 ；370)相对的第二表面(172 ；272 ；372)；以及流体连通装置(178 ；210 ；310)，其用于在电枢使用时在所述凹部(174 ；274 ；374)和所 述第二表面(172 ；272 ；372)之间提供通过所述电枢的流体流动通路；其中，所述第一表面(170 ；270 ；370)不被所述流体连通装置(178 ；210 ；310)中断。
2.如权利要求1所述的电枢，其中，所述流体连通装置与所述凹部(174;274;374)的 外围壁(180 ；280 ；380)连通。
3.如权利要求1或2所述的电枢，其中所述电枢(132；232 ；332)限定垂直于所述第一 表面(170 ；270 ；370)的中心轴线(P)，且其中所述流体流动通路在平行于所述轴线(P)的 方向上具有第一分量和相对于所述轴线(P)径向延伸的第二分量。
4.如前述权利要求中任一项所述的电枢，其中所述流体流动通路相对于所述轴线(P) 倾斜。
5.如前述权利要求中任一项所述的电枢，其中所述流体连通装置包括一个或多个从所 述第二表面(172)延伸到所述凹部(174)通道(178)。
6.如权利要求1-4中任一项的电枢，其中所述流体连通装置包括在所述电枢的第二表 面(272 ；372)中的通向所述凹部(274 ；374)的一个或多个通道(210 ；310)。
7.如权利要求6所述的电枢，其中所述或每个通道Ο10;310)的深度随着朝向所述凹 部074 ；374)的移动而增加。
8.如权利要求6或7所述的电枢，其中所述或者每个通道Ο10;310)设置成使得在所 述电枢032 ；332)的制造期间，所述或者每个通道OlO ；310)通过在垂直于所述第一表面 (270 ；370)的方向上工具和所述电枢032 ；332)的相对移动而形成。
9.如权利要求6-8任一项所述的电枢，其中所述流体连通装置还包括在所述凹部 (274)的端面075)中与通向所述凹部074)的所述或者每个通道QlO)的开口相邻的缺口 O⑵。
10.如前述权利要求任一项所述的电枢，还包括在所述第一表面(170；270 ；370)和所 述第二表面(172 ；272 ；372)之间提供流体流动通路的通风装置(164 ；264 ；364)。
11.如权利要求10所述的电枢，其中所述流体连通装置(310)与所述通风装置(364) 交叉。
12.如前述权利要求任一项所述的电枢，还包括在所述电枢使用时接收柱塞(136)的 孔(176 ；276 ；376)；其中所述孔(176 ；276 ；376)在所述第二表面(172 ；272 ；372)和所述凹 部(174 ；274 ；374)之间延伸。
13.—种包括根据前述权利要求任一项所述的电枢(132 ；232 ；332)的螺线管致动器， 所述螺线管致动器还包括具有极面(30)的极构件06)，其中所述电枢的第一表面(170; 270 ；370)与所述极面(30)相对。
14.如权利要求13所述的螺线管致动器，还包括偏置弹簧(46)，其中所述偏置弹簧 (46)的第一端接收在所述电枢(132 ；232 ；332)的所述凹部(174 ；274 ；374)内。
15.一种用于选择性催化还原系统的液压泵(100 ；200)，包括根据权利要求13或者14所述的螺线管致动器，或者根据权利要求1到12任一项所述的电枢。
全文摘要
本发明涉及一种用于螺线管致动器的电枢(132；232；332)。该电枢包括第一表面(170；270；370)，所述第一表面包括适于在电枢使用时接收偏置弹簧的凹部(174；274；374)；与第一表面(170；270；370)相对的第二表面(172；272；372)；和流体连通装置(178；210；310)，其用于在电枢使用时，在凹部和第二表面之间提供通过电枢的流体流动通路。第一表面不被流体连通装置中断。本发明减少了在致动器运行期间的气蚀损伤的风险。在一个应用中，该致动器使用在用于选择性催化还原系统的液压泵(100；200)中。
文档编号F01N3/20GK102061968SQ20101054861
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者M·库克 申请人:德尔福技术控股有限公司