专利名称：燃油喷射阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的燃油喷射阀。
相关技术迄今，已经提出了多种类型的燃油喷射阀，并且投入实际应用，尤其是在汽车内燃机中。其中一种在日本专利申请2000-8990中公开，该阀包含位于箱体中、根据电磁线圈的通/断电情况可在打开和关闭位置之间移动的阀元件。当打开所述阀元件时，箱体的燃油通道中加压的燃油喷射入指定空间，比如内燃机的燃烧室、进气通道等。
然而，由于固有的构造，上述日本申请公开的燃油喷射阀易于使所述阀元件不能保持令人满意的尺寸稳定性。即，为生产所述阀元件，采用压力加工，以使所述阀元件的指定部分成形，然而容易导致压力实际作用的指定部分变形或膨胀。众所周知，这种变形或膨胀(即，尺寸差)导致所述阀元件的运动不平滑，因此在电磁线圈通/断电时，易于使阀元件的响应性差。如果为了使运动平滑，另外采用精加工工艺，以便使所述阀元件精细地成形，则燃油喷射阀的生产率降低，因此，其性能价格比下降。
发明概述因此，本发明的目的是提供一种不具有上述缺点的燃油喷射阀。
根据本发明，提供了一种燃油喷射阀，该阀包含响应于电磁线圈的通电和断电而可在打开和关闭位置之间轴向移动的阀元件，所述阀元件具有由烧结的磁性金属构成的基部，和轴向端，该轴向端加工成抑制在打开位置可能发生的不需要的阀元件粘结现象的形状。
根据本发明的第一个方面，提供了一种燃油喷射阀，该阀包含由磁性金属构成的圆柱形箱体，所述金属箱体包括上游端和下游端，加压的燃油通过所述上游端导入由所述金属箱体限定的燃油通道中，且燃油从所述下游端通过燃油喷嘴喷射到指定部分；由磁性金属构成的芯管，所述芯管容纳在所述圆柱形箱体中，且具有面向所述圆柱形箱体上游端的上游端，和面向所述圆柱形箱体下游端的下游端；阀座部件，位于所述燃油喷射喷嘴上游位置的所述圆柱形箱体的下游端；阀元件，可轴向移动地容纳在所述芯管和所述阀座元件之间的所述圆柱形箱体中，所述阀元件包括指向所述芯管的下游端的结构基座，和指向所述阀座元件的阀头；偏压部件，将所述阀元件偏压向所述阀座；电磁线圈，当充电时，迫使所述阀元件克服所述偏压元件的偏压力而向所述芯管的下游端移动，其中，所述阀元件的结构基座是通过金属粉末模注方法生产的烧结磁性金属部件，其相对密度约为95％～98％，且所述结构基座在其可以与所述芯管的所述下游端接触的一端，具有缺口表面，用于抑制所述结构基座端部与所述芯管下游端的粘结。
根据本发明的第二个方面，提供了一种生产阀元件的圆柱形结构基座的方法，该方法包含通过金属粉末模注方法生产圆柱形生坯；烧结所述圆柱形生坯而生产第一圆柱形未完工压坯；加工第一圆柱形未完工压坯，生产第二圆柱形未完工压坯；在第二圆柱形未完工压坯上进行压力加工，生产成品压坯，即所述结构基座，所述成品压坯在其一端具有包括多个缺口的缺口表面。
附图简要说明从下述附图和
中，本发明的其他目的和优点是显而易见的。
图1是根据本发明的所述燃油喷射阀纵向截面图；图2是本发明的燃油喷射阀的主要部分的放大截面图；图3是本发明的燃油喷射阀的所使用的阀元件的放大截面图；图4是生产所述阀元件的基座部分的步骤的流程图；图5是使用MPIM(即，金属粉末射压造型)方法生产的未完工的结构基座的放大截面图；图6是所述未完工的结构基座的放大截面图，其中已经进行磨削；
图7是沿图6所示箭头VII所示方向的平面图，示出了所述未完工的结构基座，其中已经进行了磨削；图8是类似图7的视图，但示出了通过压力加工已经完成的结构基座。
发明的详细描述在下文中，将参照附图详细描述本发明的燃油喷射阀。
为了便于理解，在下文的描述中使用了多种方向术语，例如，左、右、上、下、向右等。然而这些术语，仅仅在参照附图，或者在示出相应部分的附图中时才能够被理解。
参照图1和2，特别是图1，示出了本发明的燃油喷射阀，该阀包含箱体结构1。
如下文所述，箱体结构1通常含有用磁性金属材料制成的圆柱形金属箱体2，由磁性材料制成的环形金属轭5，和封闭所述箱体2和轭5的塑料盖8。
圆柱形金属箱2形成箱体结构1的结构基座。磁性不锈钢可以用作所述金属箱体2的材料。如图所示，所述金属箱体2具有台阶状的下部。即，金属箱体2包含较大直径的上部2A、较小直径的下部2C，和中等直径的中部2B，所述上部2A和下部2C通过所述中部2B连接在一起，如图所示。
金属箱体2的上部2A在其上端形成径向向外延伸的凸缘2D。在所述金属箱体2的上部2A中安装有燃油过滤器4。
金属箱体2具有圆柱形燃油通道3。尽管没有在附图中示出，金属箱体2的上端开口与通向燃油泵的燃油输送管连接。这样，当燃油泵工作时，圆柱形燃油通道3被来自于燃油泵的加压燃油填充。如图所示，燃油通道3向下延伸到安装有阀座元件11的所述金属箱体2的下端。
燃油过滤器4压力配合到所述金属箱体2的上部，用于清洁或过滤从所述燃油泵导入到金属箱体2的燃油通道3的加压燃油。
环形金属轭5同心地环绕在所述金属箱体2的台阶形下部。金属轭5含有较大直径的上部5A，该上部同心地覆盖环绕于所述金属箱体2的下部的电磁线圈7，和较小直径的下部5B，该下部紧密地位于所述金属箱体2的较小直径下部2C的下半部分。
在金属轭5的较大直径的上部5A和金属轭5的中等直径的中部2B之间，放入通常C形的连接芯6，夹住所述中部2B。连接芯6由磁性金属构成。
如图所示，将电磁线圈7放入到所述金属箱体2的中等直径的中部2B和金属轭5的较大直径的上部5A之间。如下所述，电磁线圈7、金属箱体2、轭5和将在下文中提到的芯管10构成了电磁驱动器。
从图2中可以看出，当所述电磁线圈7通电时，形成封闭磁路“H”，延伸穿过金属轭5、金属箱体的直径较小的下部2C、芯管10、将在下文中提到的阀元件13的圆柱形结构基座15和连接芯6。
再次参照图1，塑料盖8覆盖了金属箱体2的直径较大的上部2A。对于这种覆盖，使用了一种所谓插入型射压造型技术(insertinfection moulding)。即，在模具(未示出)的空隙中组装金属箱体2、金属轭5、连接芯6和电磁线圈7后，将熔化的塑料注入到所述空隙中，当所述塑料凝固而具有足够的硬度后将集成的产品，即覆盖有塑料盖8的组件，从所述模具中释放出来。如图所示，塑料盖8具有形成连接插座形的凸起部分9。
如图所示，芯管10压力装配到磁性金属构成的金属箱体2的台阶状下部上。为了与所述金属箱体2的台阶状下部的形状配合，芯管10包含装入金属箱体2的中等直径的中间部分2B中的直径较大的上部10A、和容纳在金属箱体2的直径较小的下部2C中的小直径下部10B，其间具有细的环形空隙。正如下文中所详细描述的那样，当电磁线圈7通电时，芯管10与阀元件13的圆柱形结构基座15和金属轭5配合而形成封闭磁路“H”，如图2所示。当所述封闭磁路“H”形成时，阀元件13的结构基座15的圆柱形上部15A被磁路“H”吸引，因此阀元件13向上运动。芯管10在线圈弹簧18偏压力的作用下，致使本发明所述燃油喷射阀保持打开状态。即，在这种条件下，阀元件13的球形阀头14从阀座元件11的阀座11B中释放出来。
从图2中可以看出，当芯管10适当地放置在金属箱体2中时，芯管10直径较小的下部10B的下部环形端面向阀元件13的结构基座15的圆柱形部分15A的上部环形端，在二者之间，留有指定的间隙“S”，即提供了所述指定的间隙“S”，以允许阀元件13向上运动，实现本发明的燃油喷射阀的打开状态。换言之，芯管10直径较小的下部10B的下部环形端的作用是限制阀元件13的向上运动或打开程度。
从图2中可以很好地看出来，阀座元件11被紧密地容纳在金属箱体2的直径较小的下部2C的下端，阀座元件11在阀座11B的下部形成，带有燃油喷射开口11A。如图所示阀座11B具有渐变的接触表面，球阀头14可密封接触。可选的是，阀座11B的所述接触表面为曲面，以密切配合所述球阀座头14外形。
在阀座元件11的下面，设有焊接到所述阀座元件11的下端表面的喷嘴板12。喷嘴板12有多个燃油喷射喷嘴12A，向阀座元件11的燃油喷射开口11A外露。
如图所示，阀元件13安装在金属箱体2的直径较小的下部2C，且可在芯管10和阀座元件之间轴向移动，但只能移动给定的很小程度。
阀元件13包含圆柱形结构基座15，该基座可轴向滑动地接触金属箱体2的直径较小的下部2C的内表面，以及球形阀头14，该阀头固定于结构基座15的下端，与阀座元件11的阀座11B相接触。
从图2和3中可以理解，阀元件13的结构基座15包含直径较大的上部15A，该上部可轴向滑动地与金属箱体2的直径较小的下部2C的内表面相接触，以及直径较小的下部15B，该下部从直径较大的上部15A向下延伸到球形阀头14。球形阀头14焊接于直径较小的下部15B的下端。
结构基座部分15通过MPIM(即，金属粉末射压造型)方法由磁性金属制成。正如将在下文中详细描述的，为了生产所述圆柱形结构基座15，磁性金属粉末与适当的粘结剂一起注射到模具中，制成圆柱形生压坯，然后将生压坯烧结，以便制成所述产品，即所述结构基座15。可取的是，在本发明中，结构基座15金相结构的相对密度约在95％～98％之间。
从图3中可以看出，结构基座15的直径较大的上部15A上有同心的环形脊15C。这样，在结构基座15的上部15A和金属箱体2的直径较小的下部2C的内表面之间的可滑动接触主要通过所述环形脊15C实现的。
从图6和7中可以看出，圆柱形结构基座15的直径较大的上部15A的上环形端上有同心的环形平台15D，在其附近留有环形凹槽15E。该部分15A的上端利用磨削加工制成，将在下文中描述。从图8中可以看出，通过对该部分15A的上端进行压力加工，在所述环形平台15D上形成很多缺口16，每个都与环形凹槽15E具有相同的高度。由于形成了缺口16，所以有很多凸出部分16A，每两个凹槽相邻的16之间形成凸出部分16A。可取的是，凸出部分16A或缺口16围绕圆柱形结构基座15的轴线排列延伸。在示出的实施例中，凸出部分16A或缺口16等间距排列，且径向向外延伸，如图所示。
由于在所述环形平台15D上形成了缺口16，所以抑制了不希望出现的、结构基座15的所述上环形端粘结到芯管10的直径较小的下部10B的下环形端上，这种情况发生在阀元件13处于打开位置时。
这种环形凹槽15E和缺口16易于通过使所述结构基座15经过磨削和压力加工生产，这将在下文中详细描述。从图2和7中可以看出，结构基座15的圆柱形上部15A上有圆柱形孔15F，其中接纳线圈弹簧18的下部。从图2中可以理解，所述圆柱形孔15F具有直径减小的底端，上面支撑所述线圈弹簧18的下部。
从图2中可以看出，结构基座15直径较小的下部15B，在其圆柱形壁的直径相对的部分上具有细长的开口15G，燃油通道3中的加压燃油通过所述细长开口通向阀头14。
从图1和2中可以看出，管状弹簧座元件17紧密地接纳在芯管10中，其中芯管具有线圈弹簧18的上端邻靠的下端。如图所示，线圈弹簧18挤压在阀元件13和弹簧座元件17之间，因此，阀元件13被向下偏压，即，朝向关闭位置。
从图2中可以看出，当电磁线圈7断电时，由于所述线圈弹簧18的偏压力，阀元件13的球阀头14紧密地停靠在阀座元件11的阀座11B上。在阀元件13的这一关闭位置，在阀元件13的圆柱形上部15A的上端和芯管10的直径较小的下部10B的下端之间留有给定的间隙“S”。
如上所述，当电磁线圈7通电时，穿过金属轭5、芯管10、结构基座15和它们的互连部分产生封闭的磁路“H”。所述封闭的磁路“H”一产生，结构基座15在线圈弹簧18的偏压力作用下升高一给定的间隙“S”。因此，球阀头14从阀座元件11的阀座11B中释放出来。
在下文中，将参照图4到8描述生产阀元件13的所述圆柱形结构基座15的步骤。
参照图4，示出了描述生产结构基座15的步骤的流程图。
在S-1步，使用了所谓的金属粉末射压造型法(MPIM方法)。即，将磁性金属的粉末和粘结剂一起注入到模具中生产成形的生压坯21，如图5所示。所述粘结剂包括塑料粉末和适当数量的石蜡。对于所述注塑过程，为了使粘结剂熔化，加热含有磁性金属粉末和粘结剂的混合物。一旦由于所述粘结剂的充分凝固而使模具中的生压坯21具备一定的硬度，则将生压坯21从模具中释放出来。
从图5中可以看出，由于MPIM方法的本质，成形的生压坯21在对应于如前所述的圆柱形上部15A的圆柱形上部21A上，具有由所述模具的浇口形成的凸出部分22(在示例中为两个)。而且，成形的生压坯21具有对应于直径较小的下部15B的直径较小的下部21B，对应于圆柱形孔15F的圆柱形孔21F，和对应于细长的开口15G的细长开口21G。
所述生压坯21放入去油炉中除去粘结剂，然后放入烧结炉中烧结生压坯21。这样，生产出未完工的烧结坯21。可取的是，在烧结坯21中，所述金相结构具有96％～98％的相对密度。这意味着烧结坯21具有大约2％～5％的气孔率，所述气孔率本质上是由封闭的气室确定的。
参照图4所述的流程图，在S-2步，所述未完工的烧结坯21的凸出部分22(参见图5)通过切削加工去除或切下来。在S-3步，在所述未完工的烧结坯21的整个结构上实施磨削加工。通过这些加工，在直径较大的上部15A上形成同心的环形脊15C(参见图6)。
然后，在S-4步，从图6和7中可以看出来，在直径较大的上部15A的上环端进行磨削加工，在其上形成上述同心环形平台15D和环形凹槽15E。然后，在S-5步，继续对烧结坯21进行切削和/或磨削加工，去除可能留有的毛刺。
然后，在S-6步，在已经加工有同心环形平台15D的直径较大的上部15A的上环端实施压力加工。通过这种压力加工，在平台15D上形成上述的多个缺口16，从而在直径较大的上部15A的上环端上留有均匀间隔的凸起部分16A(参见图8)。
然后，在S-7步，所述烧结坯21经过金属镀覆处理，例如硬铬镀覆处理等，而生产完工的烧结坯，即所述结构基座15。
然后，从图3中可以看出，球阀头14通过激光束焊接等方法固定在结构基座15的直径较小部分15B的下端上。这样，完成了阀元件13的加工。
在下文中，将参照附图，特别是图1和2说明本发明的燃油喷射阀的操作。
为了便于理解，将从所述燃油喷射阀处于关状态时开始解释。
在这种状态下，电磁线圈7保持断电，阀元件13的球阀头14密封地安装在阀座元件11的阀座11B上，如图2所示。这样，来自于燃油泵(未示出)的加压燃油保持在金属箱体2的圆柱形燃油通道3中。
现在，当电磁线圈7通电时，穿过金属轭5、芯管10、结构基座15和它们的互连部分产生封闭的磁路“H”，每个磁路通过在结构基座15和芯管10直径形成的给定间隙“S”。通过这种操作，阀元件13升高将所述阀头14从阀座11B中释放出来，致使所述燃油喷射阀呈现打开状态。因此，圆柱形燃油通道3中的加压燃油通过喷嘴板12的喷嘴12A注入到给定空间，例如内燃机的燃烧室、空气吸入通道等。
然后，当电磁线圈7断电时，所述封闭磁路“H”不复存在，因此，由于线圈弹簧18的偏压力作用，阀元件13向下移动。因此阀头14停靠在阀座11B上，致使燃油喷射阀重新回到关闭状态。
在下文中，将说明本发明的优点。
如上所述，阀元件13的所述圆柱形结构基座15是通过金属粉末射压造型的方法生产的(即，MIPM方法)。通过这种方法，所述未完工的烧结坯21可以具有2％～5％的气孔率，所述气孔率是由封闭的气室确定的。这种2％～5％的气孔率带来了以下优点。
即，为了对烧结坯21精加工，在烧结坯21的直径较大的上部15A的上环端进行压力加工。然而，正如所述的公知技术，这种压力加工易于导致实际承受压力的部分变形或膨胀。然而，在本发明中，所述未完工的烧结坯21的气孔结构的气孔率范围为2％～5％，避免了上述结构基座15的上环形端经受这种变形或膨胀。即，由于多孔性结构，可能在所述上环形端出现的变形或膨胀，被所述多孔性结构有利地吸收。已经发现，当烧结坯21的气孔率范围为2％到3％时(即，金相结构的相对密度为97％～98％)，获得最佳的结果。
因此，在本发明中，未采用另外的精加工就获得了精细加工的阀元件13的结构基座15。这样，本发明的所述燃油喷射阀具有高的生产率，且提高了其性价比。
尽管上述描述针对一个示例，其中在环形平台15D上有多个缺口16(参见图8)径向向外延伸，但也可采用在环形平台15D上延伸的直和/或曲线的凹槽。
在这里，通过引用而包含2002年5月21日提交的日本专利申请2002-146260的内容。
尽管参照本发明的实施例描述了本发明，但本发明并不仅限于上述实施例，对于本领域的技术人员，根据上述描述，可以有多种改进和变体。
权利要求
1.燃油喷射阀，包含由磁性金属构成的圆柱形箱体，所述金属箱体包括上游端和下游端，加压的燃油通过所述上游端导入由所述金属箱体限定的燃油通道中，且燃油从所述下游端通过燃油喷嘴喷射到指定部分；由磁性金属构成的芯管，所述芯管容纳在所述圆柱形箱体中，且具有面向所述圆柱形箱体上游端的上游端，和面向所述圆柱形箱体下游端的下游端；阀座部件，位于所述燃油喷射喷嘴上游位置的所述圆柱形箱体的下游端；阀元件，可轴向移动地容纳在所述芯管和所述阀座元件之间的所述圆柱形箱体中，所述阀元件包括指向所述芯管的下游端的结构基座，和指向所述阀座元件的阀头；偏压部件，将所述阀元件偏压向所述阀座；电磁线圈，当充电时，迫使所述阀元件克服所述偏压元件的偏压力而向所述芯管的下游端移动，其中，所述阀元件的结构基座是通过金属粉末射压造型方法生产的烧结磁性金属部件，其相对密度约为95％～98％，所述结构基座在其可以与所述芯管的所述下游端接触的一端，具有缺口表面，用于抑制所述结构基座端部与所述芯管下游端的粘结。
2.如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于所述的缺口表面包含通过在所述结构基座上进行压力加工制成的多个缺口。
3.如权利要求2所述的燃油喷射阀，其特征在于所述结构基座为圆柱形，并且所述缺口表面的多个缺口布置成绕所述结构基座的轴线延伸。
4.如权利要求3所述的燃油喷射阀，其特征在于所述缺口表面的多个缺口以均匀的间隔排列并沿径向向外延伸。
5.如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于所述结构基座的相对密度为约97％～98％。
6.如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于所述阀头焊接到所述结构基座上，构成所述阀元件的一体结构。
7.如权利要求3所述的燃油喷射阀，其特征在于所述芯管的下游端由所述芯管的环形边缘形成，所述可与所述芯管的下游端相接触的圆柱形结构基座的端部由所述圆柱形结构基座的环形边缘确定，并且所述缺口表面在所述圆柱形结构基座的环形边缘上形成。
8.生产阀元件的圆柱形结构基座的方法，包含以下步骤(a)通过金属粉末射压造型工艺生产圆柱形生压坯；(b)烧结所述圆柱形生压坯而生产第一圆柱形未完工压坯；(c)加工第一圆柱形未完工压坯，生产第二圆柱形未完工压坯；(d)在第二圆柱形未完工压坯上进行压力加工，生产完工的压坯，即所述结构基座，所述完工的压坯一端具有缺口表面，所述缺口表面包括多个缺口。
9.如权利要求书8所述的方法，其特征在于进一步包含，在步骤(d)，(e)后在完工的压坯上进行镀覆。
全文摘要
一种燃油喷射阀的阀元件，包含圆柱形结构基座，其上端可以与安装在圆柱形箱体中的芯管的下端相接触，还含有球形阀头，该阀头可与放置在所述圆柱形箱体下端的阀座相接触。所述结构基座是通过金属粉末射压造型方法制成的烧结的磁性金属元件，其相对密度为95％到98％，并且所述结构基座具有，在其一端可与所述芯管的下游端相接触，缺口表面，用于避免结构基座的端部不需要地粘结到所述芯管的下游端。
文档编号F02M51/06GK1460794SQ03136819
公开日2003年12月10日 申请日期2003年5月15日 优先权日2002年5月21日
发明者加藤秀夫, 三泽智一, 小林信章, 石井伸威 申请人:日立优喜雅汽车配件有限公司