專利名稱：燃料噴射器閥座內(nèi)的槽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及流體閥，更具體點(diǎn)說涉及內(nèi)燃機(jī)燃料噴射器內(nèi)針和閥座的界面。
本發(fā)明的背景目前在制造內(nèi)燃機(jī)燃料噴射器時(shí)，針和閥座的界面是這樣完成的，使針經(jīng)過球面磨削和硬化，使圓錐形閥座成形，然后經(jīng)過非常精密的磨削和硬化，結(jié)果便可制成良好的針和閥座的界面。
現(xiàn)有技術(shù)的制造方法的缺點(diǎn)為在工時(shí)和費(fèi)用方面的耗費(fèi)都很大。閥座的磨削是一個(gè)十分費(fèi)錢和費(fèi)時(shí)的過程。在大量生產(chǎn)燃料噴射器時(shí)，閥座的圓錐面磨削需要非常昂貴的機(jī)床和很多這樣機(jī)床。一臺(tái)典型的機(jī)床每年的耗費(fèi)可超過五十萬美元，此外還要加上這些機(jī)床的維護(hù)和損壞或耗用零件的更換費(fèi)用，其數(shù)額可能超過一萬五千美元。因此任何一種能減少所需磨削時(shí)間而增加生產(chǎn)的費(fèi)用節(jié)省都是十分需要的。
在本發(fā)明中，仍然需要進(jìn)行針和閥座的硬化，但磨削到尺寸的過程時(shí)間可大為減少。這樣，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以減少每年數(shù)百萬個(gè)閥座磨削所需的時(shí)間。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可提供一種閥針和閥座的界面，該界面在長(zhǎng)期使用后所產(chǎn)生的“耐久性磨損”(即互相貼合的磨損)不會(huì)使給定的脈動(dòng)時(shí)間內(nèi)流經(jīng)閥座的燃料數(shù)量有任何顯著的減少。簡(jiǎn)短地講，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可消除燃料噴射器的動(dòng)態(tài)流率“向少油方向偏移”。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在操作燃料噴射器時(shí)可抑制閥針不讓它沖擊到閥座上。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可減少燃料噴射器內(nèi)返回彈簧所需的閉合彈簧力。
本發(fā)明還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于閥座磨削工時(shí)的減少，制造時(shí)所用昂貴磨床的數(shù)量就可減少，結(jié)果投資就可節(jié)省。
本發(fā)明的綜述上述這些和其他一些優(yōu)點(diǎn)都可在內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)機(jī)電的燃料噴射器上實(shí)現(xiàn)，該燃料噴射器有一針或球狀件與一圓錐形閥座件配合。該針被固定在一個(gè)與定子件對(duì)準(zhǔn)的銜鐵件上。有一螺線管的線圈卷繞在定子件上。有一返回彈簧能通過銜鐵使針返回與閥座密封接觸。針和閥座通過位在閥座下游的測(cè)流量孔控制來自供源的燃料的流動(dòng)。當(dāng)螺線管線圈通電時(shí)針被提升離開閥座，燃料就在針的周圍流動(dòng)并從測(cè)流量孔流出。我們對(duì)閥座所作的改進(jìn)是在針和閥座的連接處制有一個(gè)槽裝置。該槽形成一個(gè)保持燃料的油兜，可起到緩沖器的作用來使針閉合。
這些和其他一些優(yōu)點(diǎn)在閱讀下面的附圖和詳細(xì)的說明后當(dāng)可有清楚的了解。
詳細(xì)的附圖在附圖中

圖1為一燃料噴射器的閥體部的剖視圖；圖2為圖1中的燃料噴射器的針和閥座的放大的剖視圖；和圖3為另一個(gè)實(shí)施例的放大的剖視圖。
詳細(xì)的說明圖1示出一個(gè)典型的燃料噴射器或閥門10的閥體部。在所示出的噴射器中，燃料是從燃料噴射器或閥門10的頂部，即圖中最接近紙張頂部的那一端流到出口端的。這就是所謂頂供噴射器，但本發(fā)明的原理可應(yīng)用于任何一種閥門，如底供或側(cè)供噴射器，并可用于任何一種流體如水、汽油、柴油或別的燃料。所示噴射器10具有螺線管12、定子14、銜鐵16、針18、偏置彈簧20、上導(dǎo)引件22、下導(dǎo)引件24、閥座26、閥座件27、孔板28、支承件30和閥體32。
螺線管或電磁線圈12可響應(yīng)脈沖電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)燃料噴射器10使燃料從出口端34噴出。當(dāng)線圈12被接上電流時(shí)，磁路便起作用。將銜鐵16吸引到定子14上。連接在銜鐵16上是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的針18。當(dāng)螺線管12通電時(shí)，該針18離開閥座26，燃料就通過閥座件27內(nèi)的孔36、并通過孔件28從出口端34噴出。
銜鐵16在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)被上導(dǎo)引件22導(dǎo)引以便保持對(duì)準(zhǔn)，而針18被下導(dǎo)引件24導(dǎo)引，這樣銜鐵和針的組合件就可沿燃料噴射器10的軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)螺線管12斷電時(shí)，偏置彈簧20使銜鐵16從定子14上分離，并且針18就坐落并密封在閥座26上。雖然與本發(fā)明無關(guān)，下導(dǎo)引件24借助于包含在閥體32的孔40內(nèi)的閱座件27保持在閥體32內(nèi)的臺(tái)肩38上。閥座件27被O形密封環(huán)42密封以便防止燃料泄漏。測(cè)流量孔板28借助于支承件或墊圈30保持在閥座件27上，而墊圈30被閥體32的端部的成形夾持在位。
下導(dǎo)引件24有一中心孔，該孔導(dǎo)引著針18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。中心孔周圍有多個(gè)燃料流動(dòng)孔，以允許燃料能流動(dòng)到閥座26。在這較優(yōu)實(shí)施例中的測(cè)流量孔板為一薄的圓盤孔件或多個(gè)這樣的孔件，如同在美國(guó)專利4,854,024、4,923,169或4,934,653中所示出的。
參閱圖2，其中示出針18和閥座26在略微開啟位置時(shí)(為了容易看清楚)的放大的狀態(tài)。在該較優(yōu)實(shí)施例中，閥座26為一圓錐形表面，而針18具有一球形端以便與閥座表面26配合。在圓錐形閥座26上有一沿著周向隔開的槽裝置44，它定位在該針18與閥座26接觸并密封之處。該針18實(shí)際上是與槽裝置44的下游邊46接觸或密封，該下游邊是在圖2中朝向圖紙底部的方向。該針18并不與該槽的上游邊48接觸，只是“虛擬的”接觸。使槽裝置44的尺寸保持較小以便盡量縮小對(duì)噴射器10流率的影響。
在閥座件27內(nèi)設(shè)槽裝置44的目的是為了防止噴射器的動(dòng)態(tài)流率發(fā)生偏移，這種偏移是在零件磨損時(shí)容易發(fā)生的。早先，當(dāng)零件由于數(shù)百萬次的操作而磨損時(shí)，在針18和閥座26之間的磨損會(huì)造成并“拋光”一條寬的接觸帶。產(chǎn)生的凈結(jié)果是由于針18和閥座26之間的“約氏量塊”(Jo-block)效應(yīng)或真空粘合效應(yīng)而造成緩慢的分離或釋放。導(dǎo)致的凈結(jié)果是對(duì)噴射器的一個(gè)給定脈沖寬度的操作而言，噴射器的動(dòng)態(tài)流率將向少油方向偏移(lean shift)。電驅(qū)動(dòng)時(shí)間雖然恒定，但實(shí)際分離時(shí)間卻是較少。
當(dāng)針18和閥座件27采用上述那樣的布置并且定子14和銜鐵16的配合面互相平行時(shí)，該閥門能用酒精含量高的燃料操作，這種燃料的潤(rùn)滑性能極低。在本閥門中，大多數(shù)汽油燃料中所具有的潤(rùn)滑效果都可用來潤(rùn)滑表面以便減少磨損。但高酒精含量的燃料沒有這樣好的潤(rùn)滑特性。如圖所示那樣構(gòu)造的閥門10還可允許其他可替代的燃料流動(dòng)通過而不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。
在閉合未設(shè)槽裝置44的閥門時(shí)，隨著針18接近閥座26，在接近的針與閥座之間的燃料流速不斷增加，使針下面的壓力不斷降低，以致往往會(huì)將針18吸引到或“吸入”閥座26內(nèi)，從而使沖擊力增加。正確定位的槽裝置44由于減少接近的針和閥座之間的燃料流速，能夠緩沖針18對(duì)閥座26的沖擊。流動(dòng)通過槽裝置44的燃料在流動(dòng)期間會(huì)產(chǎn)生微小的擾動(dòng)并生成小的壓力峰值，該壓力峰值能抑制閥門恰在閉合前的高速燃料流動(dòng)。
槽裝置44的另一個(gè)作用是與燃料的粘性配合，以便在閥門閉合時(shí)部分燃料從槽裝置44移出時(shí)為該針18的坐落提供緩沖作用。這是由于針18騎跨在槽裝置44上，而降落在槽裝置44的下游邊46上，與槽裝置44上游邊48并不接觸，只是與其十分接近，從而從槽裝置44內(nèi)取得一定數(shù)量的燃料。
這樣，槽裝置44可起到多種作用作為密封裝置可密封針和閥座的界面；作為針18的緩沖器；并作為閥座26的磨損減少裝置；還可在壽命周期內(nèi)盡量減少針和閥座的接觸帶的進(jìn)一步增寬，這種增寬是由于零件磨損造成的并且有時(shí)被稱為“耐久性磨損”該增寬能使動(dòng)態(tài)的液流向貧乏方向偏移，這種偏移主要是減少流經(jīng)閥門10的燃料數(shù)量。
在閥座件27的閥座表面26上制出槽裝置44的一種方法是這樣進(jìn)行的開始時(shí)先固定閥座件27，使閥座表面26與一個(gè)未圖示的成型刻痕刀具的切削刃對(duì)準(zhǔn)。將一個(gè)預(yù)定量的壓力施加在閥座件27上使閥座表面26相對(duì)于成型刻痕刀具的切削刃運(yùn)動(dòng)。在繼續(xù)施加壓力時(shí)，閥座件27的材料性質(zhì)和所施加的壓力用來限制槽裝置44的深度。然后將閥座件27從夾具中取出并使它硬化。接下來在閥座表面26上完成“接觸磨削”(touch grind)來精整閥座。在閥座件27的較優(yōu)實(shí)施例中，閥座表面26為一圓錐形表面，而磨削用來使該表面26達(dá)到所需的圓度。下一步驟為將槽裝置44的下游邊46精壓。精壓的一種方法是采用將被使用在噴射器組合件內(nèi)的實(shí)際針件18來進(jìn)行，如同在1992.01.21授予Kellum,Jr等的題為“閥門閉合時(shí)閥針和閥座的密封得到改進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)流體閥的制造方法”的美國(guó)專利5,081,766中所說明的那樣，該專利在這里被參考引用。
雖然這里示出的圓周槽裝置44的橫截面實(shí)際上為一直角的形狀，如圖2所示，但應(yīng)知道槽裝置可具有不同的幾何形狀，其作用為增加閥座的耐久性而在閥座的操作中減少任何與耐久性有關(guān)的磨損，例如在數(shù)百萬次循環(huán)后在閥座上造成極其微小的泄漏。另外還應(yīng)知道相對(duì)于接合閥件設(shè)置在各種位置上的多個(gè)槽也可以是有效的手段。
另外，“約氏量塊效應(yīng)”或真空粘合效應(yīng)也可在數(shù)個(gè)配合表面之間發(fā)生，其中一個(gè)表面是在彈簧力或電磁力之類的力的影響下與第二個(gè)表面貼合在一起的。例如圖1和圖3所示的燃料噴射器在銜鐵和定子之間發(fā)生的情況。當(dāng)螺線管線圈通電時(shí)銜鐵50被吸引到定子52上。銜鐵50和定子52的配合表面54和56互相平行并且沿著閥門的軸線。幾個(gè)類似的銜鐵設(shè)有一個(gè)非常硬的鍍有非磁性材料的表面以資抵抗由于“錘擊”(hammering)效應(yīng)而產(chǎn)生的磨損。
但可以應(yīng)用本發(fā)明的原理，如在圖3的實(shí)施例中所示。這是通過槽裝置實(shí)現(xiàn)的，該槽裝置由設(shè)置在銜鐵50或擋止板的表面上的圓周環(huán)或槽58構(gòu)成。由于噴射器的取向是這樣，即流體沿可被描述為從定子到銜鐵的方向上流動(dòng)，這樣流體就會(huì)停留在環(huán)58上或被它抓住，從而可對(duì)銜鐵50相對(duì)于定子52的運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)液力的緩沖裝置。雖然這樣做由于流體對(duì)定子的光滑表面的粘合效應(yīng)可能會(huì)增加閉合時(shí)間，但該時(shí)間從噴射器的第一次操作到最后一次操作的數(shù)百萬次循環(huán)中都是恒定的。與一對(duì)都是光滑的表面相反，它們?cè)陂L(zhǎng)期操作后會(huì)互相“貼合”在一起，從而象約氏量塊那樣貼合在一起。由于耐久性磨損的結(jié)果，這個(gè)槽裝置58就不會(huì)造成那樣的磨損以致引起“約氏量塊”效應(yīng)。
在圖3中槽58抓住流體使它在兩配合件50和52之間起到緩沖裝置的作用。在該圖中，定子件52在其面56上有一圓周環(huán)或輪圈60環(huán)繞著。而在銜鐵50上與此直接相對(duì)的是一圓周槽58，該槽比輪圈的高度略深，以便起到抓住流體的作用。當(dāng)銜鐵50相對(duì)于定子52而移動(dòng)時(shí)，輪圈60首先與槽裝置58內(nèi)的流體接觸，這樣銜鐵在閉合到定子的面上時(shí)行動(dòng)就緩沖了銜鐵的移動(dòng)。流體基本上從槽裝置58內(nèi)被輪圈60排出。由于這個(gè)機(jī)構(gòu)是在測(cè)流量孔28的上游，所以從閥門排出的流體數(shù)量不受影響。盡管示出了圓周環(huán)或輪圈和相應(yīng)的槽，主要考慮是各個(gè)面54、56的幾何形狀互為鏡像。與此不同的是平而光滑的定子面和帶槽的銜鐵面，這在1987,12,15授予Losser等的題為“螺線管控制閥”的美國(guó)專利4,712,767中可看到，在這里被考慮引用。在該專利中，槽被連接到幾個(gè)孔中，這樣做的作用是把流體從表面上導(dǎo)走借以減少表面的粘合。
在定子或銜鐵中的至少一個(gè)配合面上制出凹槽的方法包括下列步驟固定要制槽的其中一個(gè)定子或銜鐵件。使該零件的配合面與成型刻痕刀具的切削刃對(duì)準(zhǔn)。將一個(gè)預(yù)定量的壓力施加在該零件上以便使配合面相對(duì)于成型刻痕刀具的切削刃移動(dòng)。在配合面上將該槽制到預(yù)定深度。至少將制有槽的零件的配合面硬化。磨削該零件的配合面以便精整該配合面。這樣在配合面上制出的槽是環(huán)形的，成為一個(gè)可在其中留住一定量流體的裝置，從而可用來作為定子和銜鐵閉合的液力緩沖。類似的方法可用來制出相應(yīng)的幾何形狀如在另一配合件上的輪圈。但在這種情況下，在另一配合件的面上已制出鼓起的輪圈、環(huán)或其他類似的幾何形狀，其從面上突起的高度小于在另一配合件上的槽深。
以上用圖示出并說明了在一流體閥如燃料噴射器內(nèi)的閥座26在制造上的改進(jìn)，以及對(duì)閥針18和閥座26之間還有在銜鐵50和定子52的配合面之間會(huì)發(fā)生的耐久性磨損作出的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．一種用來控制流體流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)械閥具有一個(gè)定子件，一個(gè)卷繞在定子件上的螺線管線圈，一個(gè)在軸向上與定子件對(duì)準(zhǔn)的銜鐵件，一個(gè)固定在銜鐵件上并與它一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)的針件或球形件，一個(gè)在軸向上與針件對(duì)準(zhǔn)的圓錐形閥座件，一個(gè)用來通過銜鐵使針偏置到與閥座密封接觸的彈簧件，還具有一個(gè)在圓錐形閥座上在針與閥座連接處制出的槽裝置，就燃料流動(dòng)通過閥座件的方向而言，所說槽有一上游邊和一下游邊，所說針件密封地與所說下游邊配合。
2．按照權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)械閥，其特征為，所說槽裝置形成一個(gè)保持有燃料的油兜，可用來緩沖閉合在所說下游邊上的針。
3．按照權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)械閥，其特征為，所說針騎跨在所說槽上而密封在下游邊上，并不與所說槽的上游邊接觸。
4．按照權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)械閥，其特征為，所說下游邊與所說閥座的圓錐形表面齊平。
5．按照權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)械閥，其特征為，所說槽裝置為一周向槽。
6．一種用來控制流體流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)械閥裝置具有一個(gè)定子件，一個(gè)卷繞在定子件上的螺線管線圈，一個(gè)在軸向上與定子件對(duì)準(zhǔn)的銜鐵件，定子件和銜鐵件的配合面互相平行，一個(gè)固定在銜鐵件上并與它一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)的針件，一個(gè)在軸向上與針件對(duì)準(zhǔn)的圓錐形閥座件，一個(gè)用來通過銜鐵使針偏置到與閥座密封接觸的彈簧件，還具有一個(gè)在定子和銜鐵的配合面中的其中一個(gè)面上制出的槽裝置，所說槽裝置為周向的，能使一定量的流體留在其內(nèi)，從而使定子和銜鐵的閉合得到液力緩沖。
7．按照權(quán)利要求6的電動(dòng)機(jī)械閥裝置另外還包括一個(gè)在所說定子和銜鐵的另一方上制出的輪圈裝置，所說輪圈裝置在圓周上制出正好與所說槽裝置相對(duì)而可與它配合，所說輪圈裝置具有一個(gè)比所說槽裝置的深度小的從所在表面突起的高度。
8．一種在電動(dòng)機(jī)械閥的閥座件的閥座表面上制出凹槽的方法，包括下列步驟固定閥座件；使閥座件的閥座表面與成型刻痕刀具的切削刃對(duì)準(zhǔn)；將預(yù)定量的壓力施加到閥座件上使閥座表面相對(duì)于成型刻痕刀具的切削刃移動(dòng)；使閥座件硬化；然后磨削閥座的圓錐形表面使該表面精整。
9．在權(quán)利要求8的方法中另外還包括磨削后精壓該槽下游邊的步驟。
10．一種在用來控制流體流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)械閥裝置內(nèi)的定子和銜鐵的配合面中的其中一個(gè)面上制出凹槽的方法，該方法包括下列步驟使要制槽的定子件或銜鐵件固定；使該定子或銜鐵的配合面的其中一個(gè)對(duì)準(zhǔn)成型刻痕刀具的切削刃；將預(yù)定量的壓力施加到該零件上，使該配合面相對(duì)于成型刻痕刀具的切削刃移動(dòng)；然后在所說配合面上將槽制出到預(yù)定的深度。
11．按照權(quán)利要求10的方法，其特征為，在所說配合面上制出的所說槽裝置是周向的，它能將一定量的流體留在其內(nèi)以便使定子和銜鐵的閉合得到液力緩沖。
全文摘要
燃料噴射器(10)的閥體(32)內(nèi)的圓錐形閥座(26)上有一環(huán)形槽裝置(44),形成一個(gè)口袋可挾持流經(jīng)燃料噴射器的一定數(shù)量的燃料。針閥(18)密封并坐落在槽裝置的下游邊(46),但并不與上游邊(48)接觸。槽裝置的作用是改進(jìn)零件的“耐久性磨損”,結(jié)果可消除燃料噴射器的動(dòng)態(tài)流率“向少油方向偏移”。另外對(duì)閥針在閥座上的閉合,槽裝置可起到緩沖裝置的作用。在制造圓錐形閥座時(shí),閥座(26)被制造,槽裝置(44)被制出,然后閥座被硬化,并被進(jìn)行輕度的磨削使表面光滑。
文檔編號(hào)F16K31/06GK1214112SQ97193239
公開日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1997年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月31日
發(fā)明者D·E·伊爾恩哈德特 申請(qǐng)人:美國(guó)西門子汽車公司