专利名称：用于螺线管致动器的精确打磨的电枢组件及使用该电枢组件的燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺线管致动器领域，更具体地涉及电子控制的燃料喷射器中的螺线管 气隙特征领域。
背景技术：
本领域技术人员认识到以节省成本的方式大量生产螺线管致动器的目标，这种螺 线管致动器具有更小的初始和最终气隙且定子组件和电枢之间具有改进的平行度。尽管可 能生产气隙非常小且电枢与定子组件平行的螺线管致动器组件，但本领域技术人员认识到 大量生产这种组件涉及极大的成本。通常的螺线管致动燃料喷射器包括连接到阀构件的电枢，阀构件控制经过燃料喷 射器的燃料流量和/或压力。通过使电枢连接到阀构件，可以限制电枢在定子组件内的运 动。通过使电枢及与其联接的阀构件运动，由于质量增加，电枢会以减小的速度行进，并且， 由于在更多连接部件的生产过程中公差叠加总是增加，也阻碍了改进与定子组件平行度的 任何尝试。此外，过去一些电枢组件包括硬的引导件和软的电枢件，硬的引导件是燃料喷 射器阀构件的一部分或者驱动燃料喷射器阀构件，软的电枢件用来提高作用在电枢上的磁 力。为了提高平行度和保持预定的初始和最终气隙，制造商们使用考虑了螺线管致动器组 件尺寸中存在的不准确性的各种类型的部件，但仍在大规模生产中建立非常严格的公差。当为螺线管线圈通电时，电枢朝定子组件运动，从而使阀构件运动，由此控制燃料 喷射器中的流体流量和/或压力。当不再为线圈通电时，机械弹簧或其他偏置装置迫使电 枢远离定子组件，使得阀构件返回其原始位置并由此再次控制燃料喷射器中的流体流量和 /或压力。本领域中已知的是在使螺线管致动器及因此的燃料喷射器的控制阀从第一位置 运动到第二位置及再次回来的时间是在最短可能行程距离上作用在电枢上的最大可能力 的函数。本领域技术人员希望减少使电枢从初始气隙位置行进到最终气隙位置并回到初始 气隙位置所花的时间。作用在电枢上的磁力是电枢的电磁特性、电枢与定子组件之间的初始和最终气隙 以及电枢相对于定子组件的平行定向等等的函数。本领域公知，当电枢平行于定子组件且 它们之间的气隙尽可能小时，螺线管中的磁场具有最大力。具有更大的初始气隙将转换成 具有更小初始引力和可能更大行程距离的电枢，因此增加使其从初始气隙位置行进到最终 气隙位置花费的时间。具有更小的最终气隙将允许更小的初始气隙，也允许更强的磁力作 用在电枢上，因此增加电枢从最终气隙位置行进到初始气隙位置并返回的速度。缺少平行 度会形成侧力，这会导致不平衡且增加引导界面处的磨损。人们在不断努力改进现有技术中的平行度，同时努力实现最小的最终气隙。一个 现有技术，美国专利申请US 2006/0138374A1教导使用连接在电枢壳体和定子之间的可调 间隔件。该间隔件根据组装部件的公差变化进行调整。美国专利6550699教导在电枢上镀 一硬膜层作为间隔件。尽管现有技术朝着实现本发明致力实现的目标前进，但仅实现了有限的成功。本发明旨在解决上述的一个或多个问题。
发明内容
在一个方面，一种用于组装螺线管致动器的方法包括将软的通量件连接到硬的引 导件的步骤。相对于通量件上的顶面打磨引导件上的停止表面，使得当所述停止表面与定 子组件接触时，最终气隙为预定距离。在另一方面，一种螺线管致动器组件包括电枢组件和定子组件。电枢组件包括连 接到硬的引导件上的软的通量件，引导件上具有打磨过的停止表面。定子组件限定引导孔， 引导件被可滑动地接收通过引导孔。引导件在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置， 引导件上的停止表面与定子组件接触；在第二位置，停止表面不与定子组件接触。还有，当 引导件位于第一位置时，在定子组件上的底面和通量件上的表面之间限定最终气隙。在又一方面，一种燃料喷射器组件包括电枢组件。电枢组件由与硬的引导件连接 的软的通量件制成，引导件包括停止表面。引导件在第一位置和第二位置之间运动。在第 一位置，引导件上的停止表面与定子组件接触，但引导件不与阀构件接触。当运动到第二位 置时，停止表面不与定子组件接触，但引导件与阀构件接触。
图1是根据本发明的燃料喷射器的前剖视图；图2是图1所示的燃料喷射器的控制阀部分的放大前剖视图；图3是图1所示的燃料喷射器的放大前剖视图；图4是图1所示的燃料喷射器的电枢组件的放大前剖视图。
具体实施例方式参照图1，燃料喷射器10包括电子控制的阀组件60和由阀针90打开和关闭的阀 嘴92。电子控制的阀组件60包括螺线管致动器组件20、阀构件61、具有第一预载荷的第一 弹簧56以及具有第二预载荷的第二弹簧58。螺线管致动器组件20包括定子组件21和电 枢组件40。定子组件21和电枢组件40都由各种组装部件形成。阀针90包括暴露于针控 制腔室67中的流体压力的闭合液压表面66。为螺线管致动器组件20通电和断电使阀构件 61运动，(借助未示出的流体连接)改变针控制腔室67中的压力，以允许阀针90以传统方 式打开和关闭阀嘴92。现在参照图2和3，定子组件21包括连接到内极件M的外极件25，例如通过在焊 接接头30处将其焊接在一起。在其他实施方式中，可使用其它连接机构和位置来将内极件 M连接到外极件25。极件M和25可具有共面的底面。由于极件M和25彼此连接，因此 在该实施方式中它们共享相同的底面，称为平底面26。在一种实施方式中，线圈四承载在 形成于极件M和25内的空腔内的线轴观上。极件M和25之间剩下的空间填充有塑料 填料27。内极件M的内壁形成极孔23，引导套管31通过极孔23连接。在一种实施方式 中，引导套管31压配通过极孔23以使其沿内极件M的内壁紧密地配合。其他实施方式设 想将引导套管31连接到内极件M内壁的其他方式，例如弱的压配伴随焊接。引导套管31具有内直径表面32，其限定引导孔33。引导孔33具有与极件沈上的平底面垂直的纵向轴 线35。引导套管31具有停止表面77，停止表面是引导套管31上的底面，在一种实施方式 中，停止表面可以与底面沈齐平，或者被看成是底面沈的一部分。在本发明的一种实施方 式中，整个定子组件21上的底面沈被加工成在整个定子组件21上形成的平底面。本领域 技术人员将认识到，引导套管31和极件M、25可由相同或不同的材料形成。例如，可针对 其磁通量导引能力选择极件M和25，但可以更多地针对引导孔33和停止表面77的磨损特 性选择引导套管材料。现在参照图4，电枢组件40包括引导件43和通量件45，引导件43由具有抗冲击 特性的硬材料制成，通量件45由具有高磁特性的软材料制成。通量件45可在焊接接头53 处连接到引导件43。在很多实施方式中，这些件可通过将其焊接到一起、将其压配或使用轻 微压配结合焊接以及其他连接策略连接。引导件43包括至少一个引导表面36和37、直径 扩大部分44和位于部分44上的停止表面75。在图4所示的实施方式中，引导件43具有 第一引导表面36、第二段或引导表面37以及直径减小段38。通过减小引导件43上段38 的直径，电枢组件40具有更小的质量，因此需要更小的力来偏移电枢组件40。在一种实施 方式中，在将引导件43连接到通量件45后，可以对包括第一引导表面36和第二引导表面 37的引导件外表面进行打磨，使得当引导件43接收在引导孔33中时，沿着引导套管31的 内直径表面32的引导间隙以及因此引导套管31本身非常小，从而引起平底面沈和通量件 45的顶面50之间的平行度得到很大改进。因此，电枢组件40可借助引导件43和引导套管 31之间的相互作用引导通过引导孔33。此外，在一种示例性实施方式中，引导件43上的停 止表面75不与通量件45上的顶面50共面齐平。引导件43上的停止表面75与通量件45 上的顶面50之间沿引导孔33的轴线35的距离为预定的最终气隙70。在本发明的一种实 施方式中，在维持高效操作成本的同时可一致地实现大约0. 05mm的最终气隙。术语“大约” 意思是当数被舍入到相同位有效数字时，这些数是相等的。因此，0. 045和0. 054均为大约 0. 05。本发明的另一方面教导在通量件45连接到引导件43后对引导件43上的停止表 面75进行打磨的步骤。本领域的传统智慧集中于生产具有不断增加的紧密度公差的件，以 使连接后公差叠加不会构成很大变化。本发明通过以下方式解决了本领域其他人面临的问 题，即在不那么严格的公差下制造零件，将这些件连接在一起，然后在单次夹紧中打磨件上 的表面。这生产出了补偿每个单独件的几何尺寸中的公差变化的电枢组件40，同时在引导 件43和引导套管31之间产生更加精确的定向。打磨步骤可以通过打磨引导件43肩部上 的停止表面75来进行，使得停止表面75与电枢组件40的通量件45平行并且处于等于最 终气隙70的距离处。打磨步骤也可包括在单次夹紧中打磨引导件43的引导表面36、37和 打磨弓I导件43的停止表面75。这允许更加改进弓丨导件43进入引导孔33中的定向，还允许 引导件43具有垂直于通量件45的定向，由此改进了通量件45和平底面沈之间的平行度。在图1、2和3中，显示了电枢组件20位于第一位置。在第一位置，给线圈四通电 引起螺线管致动器20在电枢组件40上施加拉力，从而使电枢组件40的停止表面75与停 止表面77接触，停止表面77是定子组件21的平底面沈的一部分。为了使电枢组件40与 阀构件61断开连接，电枢组件40可具有大于阀构件61的行程距离。在这一位置，电枢组 件40与阀构件61无接触，从而在电枢组件40和阀构件61之间形成间隙71。然而，引导件43上的停止表面75与引导套管31上的停止表面77接触。在平底面沈与通量件45上的 平顶面50之间形成最终气隙70。此外，第一弹簧56与引导件43保持接触并沿远离定子组 件21的方向在引导件43上施加第一预载荷偏置力。第二弹簧58在阀构件61上施加第二 预载荷偏置，迫使阀构件61以传统方式从下阀座64朝上阀座65运动。当线圈四断电时，电枢组件40朝第二位置运动。引导件43上的停止表面75运 动，与引导套管31上的停止表面77脱离接触。然而，引导件43与阀构件61接触，且阀构 件61在第一弹簧56的作用下运动成与下阀座64接触。此外，第一弹簧56现在的预载荷 大于第二弹簧58的预载荷，从而在线圈四断电时，阀构件61将运动到其下阀座。平底面 26和通量件45上的平顶面50之间沿引导孔33纵向轴线35的距离等于初始气隙。通过断开螺线管组件20对阀构件61的作用，阀构件61的轴线与引导轴线35之 间的微小偏差是容许具有变动的性能的。另外，在座64和65之间运动的阀构件61的速度 主要由弹簧56和58上各自的预载荷确定，预载荷可以分别利用间隔件80和81来准确地 设定。座64和65可看成阀构件61的第一止动件和第二止动件。断开连接的螺线管组件 20这时可以以更大精度起作用并可允许更小的初始和最终气隙69和70。此外，通过使电 枢组件40和阀构件61断开连接，电枢组件40将独立于阀构件61起作用，只要电枢组件40 比阀构件61更快地行进。这也减少了阀构件61对可能由于结构公差变化和为了提高电枢 组件40和定子组件21之间的平行度而进行的电枢组件40中的任何横向移动引起的任何 偏差的敏感度。工业实用性本发明能够潜在应用于任何机器的任何螺线管组件中。尽管本发明的特定实施方 式针对用于共轨燃料喷射器的电子控制的阀组件，但本发明并不局限于燃料喷射器而是可 在使用螺线管致动器的更广泛的产业中找到应用。本发明能够特别应用于压燃式发动机的 燃料喷射器。其他燃料喷射器应用包括但不限于凸轮和/或液压致动的燃料喷射器。电子 控制的阀组件可用来控制经过燃料喷射器的流体流量和/或压力。在本发明中，阀组件以 极高的速率进行数百万次重复循环运动。螺线管致动器20具有两个状态。断开或断电状态对应于电枢组件40的第二位置， 接通或通电状态对应于电枢组件40的第一位置。在断开状态，螺线管致动器20被切断，没 有电流通过螺线管致动器20的线圈四。由于没有电流流过线圈四，不会在定子组件21中 产生磁力。第一弹簧56在电枢组件40和阀构件61上施加力，使它们被推离定子组件21 并在阀构件61接触下座64时停止。第二弹簧58在阀构件61和电枢组件40上施加朝向 定子组件21的相反的力，但该力不足以克服第一弹簧56施加的力。因此，来自两个弹簧56 和58的最终合力引起阀构件61采取与阀座64接触的第二止动位置，该位置对应于打开或 关闭位置，而打开或关闭位置又根据阀组件60的结构控制经过燃料喷射器10的流体流量 和/或压力。电枢组件40远离平底面沈定位，且沿着引导孔33的纵向轴线35从通量件 45-的平面50到定子组件21的平底面沈之间的距离为初始气隙。当螺线管致动器20转换到其接通状态时，电枢组件40从其第二位置运动到其第 一位置。接通螺线管致动器20使线圈四通电。线圈四在定子组件21周围产生磁场并在 周围区域形成磁力。磁场的力足以将电枢组件40拉向定子组件21。该力大于弹簧56的 力，因此使电枢组件40朝定子组件21运动。另外，当电枢组件40被拉向定子组件21时，与阀构件61被第二弹簧58向上推动相比，电枢组件40被更快地拉动。这使电枢组件40不 再与阀构件61的接触。阀构件61从第二止动位置运动到第一止动位置，该位置对应于打 开或关闭位置，打开或关闭位置又根据阀组件60的结构控制经过燃料喷射器10的流体流 量和/或压力。引导件43沿定子组件21的引导孔33向上移动，保持与引导套管33的引 导间隙。当引导件43上的停止表面75与引导套管31上的停止表面77接触时，引导件43 停止运动。引导件43上的顶面49与第一弹簧56保持接触。定子组件21的平底面沈和 通量件45上的顶面50之间的距离为其最小距离，对应于最终气隙70，可等于引导件43上 的停止表面75和通量件45上的顶表面50之间的距离。当电枢组件40处于第一位置时， 第一弹簧56在引导件43上施加偏置力。然而，只要线圈四通电，磁力就施加在电枢组件 40上，且电枢组件40就保持在第一位置。根据流体连接，可通过以已知方式为螺线管致动 器20通电和断电来开始和结束流体喷射事件。最后，螺线管致动器20再次关闭，线圈四断电。线圈四不再提供磁力，因此使得 弹簧56和58的最后合力迫使电枢组件40再次从第一位置运动到第二位置。第一弹簧56 在引导件43上的顶面49上施加力。引导件43上的停止表面75不再与引导套管31上的停 止表面77接触，同时引导件43上的冲击底面48重新与阀构件61接触，将阀构件61推回 其原来位置，由此允许阀构件61再次控制经过燃料喷射器10的流体流量和/或压力。电 枢组件40在到达第二位置时最终停止，其中，通量件45和平底面沈之间的距离等于初始 气隙69。只要螺线管致动器20接通和断开，电枢组件40继续从第二位置运动到第一位置 并返回。该持续过程表明了为何引导件43的冲击表面用硬的抗冲击材料制成是很重要的。 阀构件61和引导套管31分别对底面48和引导件43的停止表面75的持续冲击可能导致 引导件43表面磨损和破裂，因此要求引导件43的冲击表面用能够在延长的使用期间抵抗 这些冲击的材料制成。本领域技术人员已知，通量件45应当由具有良好磁特性的软材料制 成，以使其在小于否则可能需要的力下在第一和第二位置之间运动。有了所示的结构，阀构 件61的行程距离自然比电枢组件40的行程距离小。本发明提供了多种方法来减小螺线管致动器的初始和最终气隙以及提高通量件 45的顶面50与定子组件21的底面沈之间的平行度。连接电枢组件40后打磨引导件43 的停止表面75可使几何形状变化比以往的更小。在连接步骤后打磨表面75消除了开发具 有不断增加的紧密度公差的零件的需要，因为连接后的打磨步骤允许具有更大几何形状变 化的零件被打磨成相同的预定尺寸。此外，与在多于一次夹紧中进行打磨相比，当在单次夹 紧中打磨电枢组件40 (引导表面36、37和停止表面75)时，引导件43和通量件45定向得 更加精确。这在引导件43上产生了改进的、几何上更加对准的停止表面75，并在通量件45 的顶面50与定子组件21的平底面沈之间产生了更好的平行度。应当理解，上面的描述仅意在用于说明目的，因此并不打算以任何方式限制本发 明的范围。因此，本领域技术人员可认识到通过研究附图、说明书和权利要求书可获得本发 明的其他方面。
权利要求
1. 一种用于制造螺线管致动器00)的方法，其中，所述致动器00)限定气隙，该气隙 形成于电枢组件GO)上的表面(50)与定子组件上的底面06)之间，所述方法包括 以下步骤将通量件0 连接到引导件以形成所述电枢组件(40)，所述通量件0 包括顶相对于所述通量件0 的所述顶面(50)打磨所述引导件上的停止表面(75)，使 得所述气隙被限定在所述引导件^幻上的所述停止表面(7 和所述通量件0 的所述 顶面(50)之间。
2.如权利要求1所述的方法，还包括打磨所述引导件G3)上的至少一个引导表面的步马聚ο
3.如权利要求2所述的方法，其中，在单次操作中进行打磨所述引导件03)上的至少 一个引导表面的步骤和打磨所述引导件^幻上的停止表面(7 的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，还包括借助所述电枢组件GO)的所述引导件03)与所 述定子组件的引导套管(31)之间的相互引导作用组装所述电枢组件GO)和所述定 子组件的步骤。
5.一种螺线管致动器OO)组件，包括电枢组件(40)，其包括与引导件连接的通量件05)； 定子组件01)，其限定引导孔(33)；所述引导件^幻可滑动地接收在所述引导孔(3 中，并且具有能够在与所述定子组 件接触的第一位置和不与所述定子组件接触的第二位置之间运动的停止表面 (75)；气隙，所述气隙限定在当所述引导件^幻位于所述第一位置时所述定子组件上 的底面06)和所述通量件05)上的表面(50)之间。
6.如权利要求5所述的螺线管致动器OO)组件，其中，沿着所述引导孔(33)的轴线 (35)在所述通量件0 上的所述表面(50)和所述停止表面(7 之间的距离限定所述气隙。
7.如权利要求5所述的螺线管致动器OO)组件，其中，所述电枢组件GO)通过所述引 导件G3)和所述定子组件的引导套管(31)之间的相互作用引导。
8.一种燃料喷射器(10)组件，包括电枢组件(40)，其包括与引导件连接的通量件(45)，所述引导件包括停止 表面(75)；所述引导件^幻能够可滑动地从第一位置运动到第二位置，在所述第一位置，所述引 导件^幻不与阀构件(61)接触且所述引导件上的所述停止表面(7 与定子组件 (21)接触，在所述第二位置，所述引导件与所述阀构件(61)接触且所述引导件03) 上的所述停止表面(7 不与所述定子组件接触。
9.如权利要求8所述的燃料喷射器组件(10)，其中所述阀构件(61)在第一停止位置和第二停止位置之间运动一阀行程距离； 所述电枢组件GO)在第一位置和第二位置之间运动一电枢行程距离； 所述电枢行程距离大于所述阀行程距离。
10.如权利要求8所述的燃料喷射器组件(10)，其中所述电枢组件GO)通过所述引导件和所述定子组件的引导套管之间的相 互作用引导；所述引导件G3)具有通过直径减小段(38)与第二引导表面(37)分开的第一引导表 面(36)；并且沿着由所述引导套管(31)限定的引导孔(33)的轴线(35)，所述通量件05)上的表面 (50)和所述停止表面(75)之间的距离限定气隙。
全文摘要
一种螺线管致动器包括硬的引导件(43)和软的通量件(45)。硬的引导件(43)具有停止表面(75)，该停止表面被打磨成在其与定子组件(21)接触时在软的通量件(45)和定子组件(21)之间形成最终气隙距离。通过打磨引导件(43)上的停止表面(75)设定最终气隙(70)，使得沿着引导孔(33)的轴线(35)在引导件(43)上的停止表面(75)和软的通量件(45)上的停止表面(50)之间的距离等于最终气隙(70)。打磨电枢组件(40)的步骤可以在将引导件(43)和通量件(45)连接到一起之后进行。在一种示例性实施方式中，在单次夹紧中进行打磨停止表面(75)和相关引导表面的步骤。
文档编号F02M61/04GK102089513SQ200980126644
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者A·R·马努伯鲁, D·R·伊布拉希姆, S·G·拉克哈帕蒂, S·R·勒维斯 申请人:卡特彼勒公司