专利名称：共轨式电控喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种共轨式电控喷射器，特别涉及一种用于压燃式发 动机(柴油机)共轨式电控燃油喷射系统中的共轨式电控喷射器。
背景技术：
共轨式电控喷射器的功能是釆用脉冲电信号，控制喷射器喷射 开始和结束。现有技术，如BOSCH公司的CR系统、日本电装公司 的ECD-U2系统、意大利的FIAT集团的unijet系统、英国DELPHI DIESEL SYSTEMS公司的LDCR系统所用的共轨式电控喷射器，其共 同特征是有一个电磁闽和受电磁阀控制的控制室，电磁力首先控制 一个电磁阀的开关动作，改变控制室压力，从而改变液力活塞或针阀 上端面的液压力，最终控制针阀的抬起或落下。这类技术的缺点1、 控制环节多，电磁力先转为电磁阀阀芯位移，再转为控制室压强，再 转为针阀位移，控制环节多造成尺寸链控制困难，制造成本高可靠性 下降；2、动密封环节多，液力活塞或针阀外圆柱面都有动密封要求， 造成泄漏损失，并存在卡死的故障源；3、电磁阀在释放控制室压力 过程中会排出相当比例的高压燃油，加上动密封环节的泄露损失，能 量利用率低；4、喷射器必须带一个回油口，收集控制室回油和动密 封泄露燃油，管路布置复杂。
另一方面，目前用于汽油机的电控喷射器，包括气道喷射和缸内 直喷喷射器，其工作原理是通过电磁铁直接拉动针阀，实现喷射过程 控制，其优点是控制环节少，动密封环节少，喷射器无回油口，能量 利用率高。但是由于电磁铁的电磁力有限，釆用这种工作原理的电控 喷射器只适合用于喷射压力较低(小于120bar)的场合。无法用于 柴油机燃油喷射系统中。
发明内容
本发明的目的，是提供一种用于压燃式内燃机的共轨式电控喷射 器，要克服目前共轨式电控喷射器的上述缺点，吸收目前汽油机电控喷射器的优点，使共轨式电控喷射器具备控制环节少、动密封环节
少、能量利用率高、无回油的优点。
上述目的是通过如下工作原理和设计方案实现的 本发明的工作原理利用了一种物理现象当一个运动物体和另一 个静止物体发生刚性撞击时，在短时间内会产生很大的撞击力，本发 明利用了这一物理现象实现电磁力的放大。具体做法先通过电磁力 使电磁铁动铁芯具备一定的速度和动能，再撞击处于静止状态的喷射 器针阀，利用撞击产生的撞击力和电磁力的合力迫使针阆克服液压力 而打开， 一旦针阀开启，液压力会迅速减小到接近O，这时的电磁力
只需克服针阀复位弹簧力即可维持针阀的开启状态。 本发明的设计方案如下
一种共轨式电控喷射器，包括进油接头，位于进油接头外端的 进油口、电磁铁装置、喷嘴体、针阀、阀座和喷孔，所述电磁铁装置 包括一静铁芯、 一动铁芯和一线圈、静铁芯与动铁芯之间的工作间隙 H。
其特征在于所述动铁芯与针阀之间在轴向活动连接，在电磁铁 装置断电复位状态下，动铁芯与针阀在轴向的距离为h,在电磁铁装 置通电后，动铁芯先靠近针阀，然后撞击针阀，最后带动针阀一起向 静铁芯方向运动。
还包括 一个作用在针阀上并向针阀施加向下复位力的压缩弹 簧； 一个作用在动铁芯上并向动铁芯施加向下复位力的施力机构，以 及一个在动铁芯复位时提供轴向止推的阻挡机构。
作为实现动铁芯与针阀撞击过程的优选实施方式，将针阀外形设 计成T型，上部有一凸缘，凸缘下端面构成的撞击面a,动铁芯中心 开有阶梯孔，阶梯孔的过渡处为一肩胛面，该平面构成与撞击面a对 应的撞击面b，在电磁铁装置断电复位状态下，撞击面a与撞击面b 之间的距离为h,当电磁铁装置通电之后，撞击面a、 b发生撞击。
作为电磁铁装置的优选实施方式，所述的电磁铁装置还包括位 于静铁芯外围的上导磁套和位于动铁芯外围的下导磁套，在上导磁套 与下导磁套之间的隔磁套，以及线圈外围的壳体，静铁芯、上导磁套、 壳体、下导磁套、动铁芯、工作间隙H依次串接，构成环绕线圈的封 闭环形磁路。作为动铁芯复位施力机构的优选实施方式，所述的施力机构，包 括一个固定安装在喷嘴体上部的永磁铁，永磁铁的上端面位于动铁芯 下方，并与动铁芯下端面相对应。
作为动铁芯复位阻挡机构的优选实施方式，在位于动铁芯下方的 喷嘴体上端面上，有一环形阻挡面。
本发明由于利用了上述新的工作原理和新型结构，电磁铁产生的
有限电磁力通过撞击原理得以放大，可以直接驱动针阀运动，而无需
经过液压控制环节，因此控制环节少；由于喷射器内部无需柱塞偶件, 动密封环节只剩下有针阀和阀座，因此动密封环节减到最少程度；由 于没有控制室的回油和柱塞偶件的泄露损失，系统的能量利用率高； 上述原因使得喷射器不需要回油口 。
上述优势的最终表现是本发明的共轨式电控喷射器具有制造成 本低、可靠性好、驱动能量小的优点。
图l为共轨式电控喷射器的轴向剖视图
图2是动铁芯的A-A向剖视图 图3是动铁芯的B-B向剖视图 图4是阀座沿C-C向剖视图
具体实施例方式
下面结合附图，对共轨式电控喷射器结构和原理进行详细说明
如图l所示，共轨式电控喷射器包括进油接头l，位于进油接 头1外端的进油口2 8、电磁铁装置、喷嘴体12、针闽15、阀座18 和喷孔17,所述电磁铁装置包括一静铁芯5、 一动铁芯14和一线圏 9、静铁芯5与动铁芯14之间的工作间隙H,
动铁芯14与针阀15之间在轴向活动连接，在电磁铁装置断电复 位状态下，动铁芯14与针阀15在轴向的距离为h，在电磁铁装置通 电后，动铁芯14先靠近针阀15，然后撞击针阀15，最后带动针阀 15—起向静铁芯5方向运动；
还包括 一个作用在针闽15上并向针阀15施加向下复位力的压 缩弹簧24; —个作用在动铁芯14上并向动铁芯14施加向下复位力 的施力机构，以及一个在动铁芯14复位时提供轴向止推的阻挡机构。
本实施例所用的动铁芯与针阀的撞击机构具体为针阀15外形呈T型，上部有一凸缘，凸缘下端面构成的撞击面a，动铁芯14中 心开有阶梯孔22，阶梯孔22的过渡处为一肩胛面，该平面构成与撞 击面a对应的撞击面b，在电磁铁装置断电复位状态下，撞击面a与 撞击面b之间的距离为h,当电磁铁装置通电之后，撞击面a、 b发 生撞击。还可以选择其它撞击结构形式，比如针阀凸缘外形不变但 位置上移，阶梯孔22变成与针阀15配合的圆柱通孔，撞击面b设计 在动铁芯14顶面；针阀上部开环槽，槽内卡上弹性卡簧，卡簧的外 凸部分代替凸缘的功能；还可以在动铁芯上固定与轴线垂直相交的销
子，在针阀上设计一个与该销子配合的长槽实现上述撞击功能。
图l所表示的电磁铁装置除了静铁芯5、一动铁芯14和一线圈9、 静铁芯5与动铁芯14之间的工作间隙H之外，还包括位于静铁芯 5外围的上导磁套7和位于动铁芯14外围的下导磁套11，在上导磁 套7与下导磁套11之间的隔磁套10，以及线圈9外围的壳体8，静 铁芯5、上导磁套7、壳体8、下导磁套ll、动铁芯14、工作间隙H 依次串接，构成环绕线圈9的封闭环形磁路。图1表达的动铁芯与静 铁芯之间的一对吸合面是一对平面，也可以釆用大行程电磁铁所用的 阶梯面或锥面，电磁铁装置除了上述的方案之外，还可以釆用目前所 公知的其它结构形式，比如将动铁芯设计成一个圆盘的菌型电磁铁 结构，这种结构没有隔磁套。
图1中，用于提供动铁芯复位的施力机构，包括一个固定安装在 喷嘴体12上部的永磁铁20,永磁铁20的上端面位于动铁芯14下方， 并与动铁芯14下端面相对应。上述的永磁铁20呈园环状，其轴线与 动铁芯14轴线重合，其极化方向为轴向。施力机构还可以釆用其它 形式，比如将永磁铁固定在动铁芯的底部位置；将动铁芯下方的环 形阻挡面13磁化产生磁力；静铁芯与动铁芯之间，增加一个压缩弹 簧，使动铁芯受到一个向下的作用力。
图1中，用于动铁芯复位止推的阻挡机构，是位于喷嘴体上端面 上的一环形阻挡面13,该阻挡面13位于动铁芯14的下方。还可以
釆用其它形式，比如在针阀上设计一个肩胛面，当动铁芯移动到复位 位置时，该肩胛面与动铁芯底面接触实现止推功能。
如图1所示，在静铁芯5中心布置有弹簧孔26，其上端与进油 口 28相通，压缩弹簧24的上部安装在弹簧孔26内，压缩弹簧24的下部安装在动铁芯14中心的阶梯孔22内，并与针阀15凸缘的上端 面接触。
在上述实施例中，隔磁套10的材料为无磁性材料，比如无磁不 锈钢或无磁钬合金。隔磁套10与上导磁套7及与下导磁套11之间的 连接方式为焊接。喷嘴体12的上端面与下导磁套11的下端面之间， 以及喷嘴体12的下端面与阀座18的上端面之间，也釆用釆用焊接方 式连接。在喷射器直径尺寸允许较大的情况下，上述需要焊接的结合 面也可以釆用常规喷射器所使用的平面密封，螺紋紧帽压紧的连接方 式。
如图1所示，静铁芯5外形为上部带凸缘的T型圆柱体，其外园 柱面与上导磁套7的内圆面之间紧密接触，静铁芯5凸缘的下端面6 与上导磁套7上相对应的肩胛面接触，在静铁芯5的上端面与进油接 头1的下端面之间有一压缩弹簧27,所述的压缩弹簧27可以选择蝶 形压缩弹簧。上述设计的优点在于装配工艺性较好。
为了减少电涡流损失，进一步提高喷油器的电磁响应速度，并增 加燃油流通面积，减少流通阻力，如图1、 2所示，上述的静铁芯5 内部开有多个窄槽25，该窄槽以静铁芯5轴线为中心呈放射状分布。 基于同样目的，如图1、 3所示，上述动铁芯14内部开有多个窄槽 23，该窄槽以动铁芯14轴线为中心呈放射状分布。
为了提高喷射器的工作寿命，动铁芯14上端面和外圆柱面，以 及静铁芯5的下端面覆盖有耐磨无磁涂层，无磁涂层的功能除了增加 耐磨性之外，还起到提高动铁芯14断电释放速度的作用，要达到这 个目的，还可以在静铁芯5下端面或动铁芯14上端面固定一个隔磁 垫片。
为了改善针阀与阀座的配合，在靠近阀座18处固定一针阀导向套 16，其中心开有与针阀15滑动配合的圆孔19，外围开有多个流通槽 29,燃油可以无阻力地越过流通槽到达阀座附近。圆孔19的轴线与
阀座18的轴线重合。当然流通槽29也可以用多个流通孔取代。
如图1所示，进油接头l以螺紋形式安装在上导磁套7上，进油 接头1下部的肩胛面2与上导磁套7的肩胛面4之间是一环形空间， 内置密封环3，所述的密封环3材料可以选择有一定变形能力和强度 的金属或塑料，比如铜、铝合金、聚四氟乙烯、尼龙中的任何一种。 上述进油接头的安装方式的优点是便于装配和修理，还可以釆用焊接方式连接或将进油接头1与上导磁套7制成一体。
下面是上述共轨式电控喷射器的工作原理
起始状态电磁铁线圈9没有通电，动铁芯14受永久磁铁20的 吸引，保持与止推面13贴合状态，动铁芯14上端面与静铁芯5下端 面之间的距离为H。针闽15在压缩弹簧24和内部液压力作用下，与 阀座18保持密封状态，此时喷射器不喷油。此时动铁芯14上的撞击 面b与针阀上的撞击面a之间距离h, h定义为自由升程。
喷射过程电磁铁线圈9通电，动铁芯14受向上的电磁吸力， 克服永磁铁20的吸力向上运动，这个过程动铁芯14获得一定的动能； 在运动过程中，动铁芯14上的撞击面b与针阀的撞击面a之间的距 离，由h减小为O，此时动铁芯与静铁芯之间的距离为H-h，称作有 效升程；两个撞击面贴合撞击，蓄存在动铁芯上的动能以及动铁芯所 受的电磁吸力转化为对针阖14的向上的推力，当针阀14克服压缩弹
簧24的弹簧力与液压力的合力而抬起，喷射过程开始。动铁芯M带 动针阔15继续向上运动，针阀15所受的液压力迅速减小，有效升程 从(H-h)减小为0,针阀开到最大值。
停喷过程电磁铁线圈9断电，动铁芯14所受电磁吸力减小， 针阀15在压缩弹簧24向下的弹簧力作用下，带动动铁芯14 一起向 下运动，针阀15与阀座18距离减小为0,喷射停止；动铁芯14和 针阀15脱离，并在惯性和永磁铁20吸力的作用下继续向下运动，直 至与止推面13贴合，此时喷射器回到复位状态。
本发明所提供的共轨式电控喷射器，可应用于喷射压力在 1000bar以上的柴油机燃油喷射系统中；由于内部没有柱塞密封环节， 并且没有回油口，也特别适合用于二甲醚、液化石油气等低粘度燃料 的共轨式喷射系统中；本发明还可以扩展用于天然气发动机的缸内直 喷喷射系统。
权利要求
1、一种共轨式电控喷射器，包括进油接头(1)，位于进油接头(1)外端的进油口(28)、电磁铁装置、喷嘴体(12)、针阀(15)、阀座(18)和喷孔(17)，所述电磁铁装置包括一静铁芯(5)、一动铁芯(14)和一线圈(9)、静铁芯(5)与动铁芯(14)之间在轴向存在工作间隙H；其特征在于所述动铁芯(14)与针阀(15)之间在轴向活动连接，在电磁铁装置断电复位状态下，动铁芯(14)与针阀(15)在轴向存在距离h，在电磁铁装置通电后，动铁芯(14)先靠近针阀(15)，然后撞击针阀(15)，最后带动针阀(15)一起向静铁芯(5)方向运动；还包括一个作用在针阀(15)上并向针阀(15)施加向下复位力的压缩弹簧(24)；一个作用在动铁芯(14)上并向动铁芯(14)施加向下复位力的施力机构，以及一个在动铁芯(14)复位时提供轴向止推的阻挡机构。
2、 按照权利要求1所述的共轨式电控喷射器，其特征在于所 述针阀(15)外形呈T型，上部有一凸缘，凸缘下端面构成的撞击面 a，动铁芯(14)中心开有阶梯孔(22)，阶梯孔(22)的过渡处为一 肩胛面，该平面构成与撞击面a对应的撞击面b，在电磁铁装置断电 复位状态下，撞击面a与撞击面b之间的距离为h，当电磁铁装置通 电之后，撞击面a、 b发生撞击。
3、 按照权利要求1所述的共轨式电控喷射器，其特征在于所 述的电磁铁装置还包括位于静铁芯(5)外围的上导磁套(7)和位 于动铁芯(14)外围的下导磁套(11),在上导磁套(7)与下导磁套(11)之间的隔磁套(10),以及线圈(9)外围的壳体(8)，静铁芯 (5 )、上导磁套(7 )、壳体(8 )、下导磁套(11 )、动铁芯(14 )、工 作间隙H依次串接，构成环绕线圈(9)的封闭环形磁路。
4、 按照权利要求3所述的共轨式电控喷射器，其特征在于隔 磁套(10)的材料为无磁不锈钢或无磁钬合金，隔磁套(10)与上导 磁套(7)及与下导磁套(ll)之间的连接方式为焊接。
5、 按照权利要求3所述的共轨式电控喷射器，其特征在于喷 嘴体(12 )的上端面与下导磁套(11)的下端面之间，以及喷嘴体(12 ) 的下端面与阀座(18)的上端面之间，釆用焊接方式连接。
6、 按照权利要求3所述的共轨式电控喷射器，其特征在于静 铁芯(5)外形为上部带凸缘的T型圆柱体，其外园柱面与上导磁套(7)的内圆面之间紧密接触，静铁芯(5)凸缘的下端面(6)与上 导磁套(7)上相对应的肩胛面接触，在静铁芯(5)的上端面与进油 接头(1)的下端面之间有一压缩弹簧(27)。
7、 按照权利要求6所述的共轨式电控喷射器，其特征在于所 述的压縮弹簧(27)是一蝶形压缩弹簧。
8、 按照权利要求1所述的共轨式电控喷射器，其特征在于所 述的施力机构，包括一个固定安装在喷嘴体(12 )上部的永磁铁(20 )， 永磁铁(20)的上端面位于动铁芯(")下方，并与动铁芯(")下 端面相对应。
9、 按照权利要求8所述的共轨式电控喷射器，其特征在于所 述的永磁铁(20)呈园环状，其轴线与动铁芯(14)轴线重合，其极 化方向为轴向。
10、 按照权利要求l所述的共轨式电控喷射器，其特征在于所 述的阻挡机构，是位于喷嘴体上端面上的一环形阻挡面(13),该阻 挡面(13)位于动铁芯(")的下方。
11、 按照权利要求1至10任何一项所述的共轨式电控喷射器， 其特征在于所述静铁芯(5)中心布置有弹簧孔(26)，其上端与进 油口 (28)相通，压缩弹簧(24)的上部安装在弹簧孔(26)内，压 缩弹簧(24)的下部与针闽(15)的上端面相接触。
12、 按照权利要求1至IO任何一项所述的共轨式电控喷射器， 其特征在于所述的静铁芯(5)内部开有多个窄槽(25),该窄槽以 静铁芯(5)轴线为中心呈放射状分布。
13、 按照权利要求1至10任何一项所述的共轨式电控喷射器， 其特征在于所述动铁芯(14)内部开有多个窄槽(23)，该窄槽以 动铁芯(14)轴线为中心呈放射状分布。
14、 按照权利要求1至IO任何一项所述的共轨式电控喷射器， 其特征在于动铁芯(14)上端面和外圆柱面，以及静铁芯(5)的 下端面覆盖有耐磨无磁涂层。
15、 按照权利要求1至IO任何一项所述的共轨式电控喷射器， 其特征在于在靠近闽座(18)处固定一针阀导向套(16),其中心 开有与针阀U5)滑动配合的圆孔(19)，外围开有多个流通槽(29)， 圆孔(19)的轴线与阀座(18)的轴线重合。
16、 按照权利要求1至IO任何一项所述的共轨式电控喷射器， 其特征在于进油接头(1)以螺紋形式安装在上导磁套(7)上，进油接头(1)下部的肩胛面(2)与上导磁套(7)的肩胛面(4)之间 是一环形空间，内置密封环(3)。
17、按照权利要求16所述的共轨式电控喷射器，其特征在于 所述的密封环(3)材料是铜、铝合金、聚四氟乙烯、尼龙中的任何 一种。
全文摘要
本发明涉及一种共轨式电控喷射器，属于电控燃油喷射系统技术。该控制器包括进油接头、进油口、电磁铁装置、喷嘴体、针阀、阀座、喷孔，所述电磁铁装置包括一静铁芯、一动铁芯和一线圈，静铁芯与动铁芯之间在轴向存在工作间隙H；所述动铁芯与针阀之间在轴向活动连接；还包括一个作用在针阀上的压缩弹簧、一个作用在动铁芯上的施力机构，以及一个在动铁芯复位时提供轴向止推的阻挡机构。本发明的共轨式电控喷射器具有制造成本低、可靠性好、驱动能量小的优点。
文档编号F02M51/06GK101539084SQ200910068199
公开日2009年9月23日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者方 何, 晓 张, 涛 朱, 洋 汪, 田青云, 超 盖 申请人:天津大学