專利名稱：改進(jìn)電磁線圈操縱的流體閥門的開啟特性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般是涉及電磁線圈操縱的流體閥門，更具體地說，本文在此公開了一種將用高壓將易揮發(fā)的燃料，例如汽油，直接噴射到二沖程內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的閥門的改進(jìn)。
燃料噴射器響應(yīng)打開輸入信號(hào)指令的性能對于燃料噴射器向燃燒室輸送精確的燃料噴射量的能力方面是一個(gè)很重要的因素。確定燃料噴射器磁路的參數(shù)(例如，定子，銜鐵，以及定子與銜鐵之間的工作間隙)具有特別的重要性，因?yàn)椋饔迷阢曡F上的磁力就是在這條導(dǎo)通磁力線的磁路上通過的。磁力線達(dá)到最高峰的速率決定了作用在銜鐵上的力達(dá)到最高峰的速率。力量達(dá)到最高峰越迅速，燃料噴射器打開得就越快。
一般都認(rèn)為，磁力線不可能在一瞬間就達(dá)到高峰，所以通常的做法是采用各種不同的燃料噴射器的驅(qū)動(dòng)電路，這些電路試圖在電磁線圈中使電流以最快的速率達(dá)到最高峰，以為這樣做必然也會(huì)使磁路中的磁力線以最快的速率達(dá)到最高峰，且其結(jié)果能使燃料噴射器的開啟時(shí)間達(dá)到最短。
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，磁力線的瞬時(shí)最高峰不是在閥門磁路中的導(dǎo)磁部件(例如定子和銜鐵)整個(gè)橫斷面面積上均勻地產(chǎn)生的。相反，磁力線必須首先在導(dǎo)磁部件的“表層”達(dá)到最高峰，然后才能在部件橫截面的內(nèi)部達(dá)到最高峰。這一現(xiàn)象是磁路通過的部件的一種物理特性，并且有一個(gè)延緩磁力線傳播到橫截面內(nèi)部去的時(shí)間常數(shù)(雖然是一個(gè)很小的數(shù))。為了便于敘述，本文中稱之為磁力線傳播滯后特性。因此，對于一種既定的磁路結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)的橫截面內(nèi)任何一個(gè)既定點(diǎn)上隨著線圈內(nèi)的電流的最高峰而產(chǎn)生的磁力線最高峰是一種瞬時(shí)現(xiàn)象，它是輸入線圈內(nèi)的電流和該點(diǎn)在橫截面內(nèi)特定位置的函數(shù)，而該電流是時(shí)間的函數(shù)。磁力線傳播滯后特性是對磁路達(dá)到磁力線最高峰的一種固有的限制，它與驅(qū)動(dòng)電流在電磁線圈內(nèi)達(dá)到電流最高峰的能力無關(guān)，所以，使線圈電流達(dá)到最高峰的時(shí)間減到最少并不是使磁力線在這樣一個(gè)短暫的瞬間達(dá)到最高峰必需的決定性因素。磁飽和也是在實(shí)際應(yīng)用的磁路中磁性部件固有的物理性能。
換一種說法，可以這樣說，在使磁力達(dá)到瞬時(shí)最高峰的過程中，如果沒有磁力線傳播滯后特性，電流達(dá)到最高峰的某種速率將會(huì)有效地于一定的時(shí)間內(nèi)在整個(gè)導(dǎo)磁部件的橫截面積內(nèi)建立密度均勻的磁力線，相反，當(dāng)考慮到磁力線傳播滯后特性時(shí)，那么在同樣的時(shí)間內(nèi)，將在導(dǎo)磁部件整個(gè)給定的橫截面積上造成磁力線不均勻的分布方式;而且，如果在該短時(shí)間內(nèi)線圈中的電流增加得非常快，則由于磁飽和關(guān)系，磁力線的分布方式將由磁飽和的表層和磁力線很少的內(nèi)芯所組成，整個(gè)截面上的全部磁力線要比沒有磁力線傳播滯后特性時(shí)所產(chǎn)生的磁力線少。
在線圈內(nèi)的電流達(dá)到最高峰并且導(dǎo)磁部件的磁疇被磁化的這一時(shí)間內(nèi)，作為一種瞬變現(xiàn)象而達(dá)到最大值的磁力，對于打開燃料噴射器具有極大的意義。如果說最后穩(wěn)定的公稱力(不到磁飽和程度)是導(dǎo)磁部件橫斷面積的函數(shù)，那么現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，瞬時(shí)力是導(dǎo)磁部件表層圍繞其橫截面積的周邊測得的長度的函數(shù)。雖然對這個(gè)表層還沒有精確的限定，但通常認(rèn)為它是相當(dāng)薄的，例如，只有幾個(gè)微米。由于這一“表層”的橫截面積小，所以在磁力線能夠更深地傳播到橫截面積更深的內(nèi)部之前，很容易使它飽和。由此可見，在這樣的瞬時(shí)條件下，不能充分利用導(dǎo)磁部件的全部橫截面積，因此瞬時(shí)力的最大值是受到限制的。
燃料噴射器必須達(dá)到規(guī)定的開啟力的要求，而燃料噴射器的大小又受到一定空間尺寸的限制的情況下，并不總是能夠用已知的技術(shù)來解決這個(gè)問題。因此，人們都期望能獲得一種解決方案，而本發(fā)明正是針對這一目標(biāo)改進(jìn)的。本發(fā)明的發(fā)明要點(diǎn)賦予燃料噴射器具有能在與以前所能達(dá)到的組裝尺寸相等或更小些的尺寸范圍內(nèi)，用電磁線圈操作裝置達(dá)到規(guī)定的開啟力要求的性能。此外，本發(fā)明要點(diǎn)能通過使用通常的制造方法來實(shí)現(xiàn)。
還有一個(gè)對達(dá)到磁力的最高峰有割的因素就是產(chǎn)生渦流現(xiàn)象。電磁線圈里電流的變化在導(dǎo)磁部件內(nèi)造成了這種渦流，延緩了燃料噴射器后啟。因此，如果本發(fā)明提供的解決方案也能減少這種渦流的話，那也是很有利的，而這一點(diǎn)事實(shí)上是能夠在實(shí)行本發(fā)明的過程中得以實(shí)現(xiàn)的。
簡單地說，本發(fā)明在此公開的一個(gè)目前最佳的實(shí)施例是一個(gè)具有新穎磁路的燃料噴射器的閥。
磁路由一個(gè)定子，一個(gè)銜鐵和一個(gè)工作間隙組成。總的說來，本發(fā)明包含增加磁性部件“表層”總量而不相應(yīng)地增加組裝尺寸的裝置。上述表層總量的增加是由在磁性部件中包含幾組長槽來實(shí)現(xiàn)的。上述磁性部件中還包括改變渦流的環(huán)形路徑的裝置，其方式是設(shè)法減弱渦流對達(dá)到瞬時(shí)磁力的最高峰的干擾。
在公開的最佳實(shí)施例中，本發(fā)明包括一個(gè)有圓筒形內(nèi)、外磁極元件的定子，磁極元件從一個(gè)圓環(huán)形端壁上延伸出來，并且形成一管狀的空間，一個(gè)用電力致動(dòng)的電磁線圈就放置在該管狀空間內(nèi)用來產(chǎn)生工作磁場，以使銜鐵移動(dòng)并使燃料噴射器開啟。該最佳實(shí)施例中的磁路包括兩個(gè)平行的環(huán)形工作間隙，其布置在銜鐵和內(nèi)、外磁極元件的自由端之間。用來增加定子表層的總量而不增加其裝配尺寸的裝置在于沿著磁極元件縱向連續(xù)的許多長槽，不過，從本發(fā)明廣義上的要點(diǎn)來考慮，這些長槽可以設(shè)置在沿導(dǎo)通穿過磁隙的磁力線的磁路上的任何一部分上。
通過以下的進(jìn)一步說明，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和性能將會(huì)變得更加清楚。
現(xiàn)參照下面對實(shí)施例的詳細(xì)描述并配合附圖，就能對本發(fā)明有更好的了解，并且能更容易地明白本發(fā)明其它優(yōu)點(diǎn)和用途，附圖中

圖1是按照本發(fā)明提出的方案制造出的燃料噴射器閥門的橫斷面圖;
圖2是圖1中電磁線圈定子的底視圖，表示在圓筒形外磁極元件的內(nèi)徑和外徑上的長槽;
圖3是圖2中電磁線圈定子的正視圖，表示配置圓筒形外磁極元件的外徑上的外槽;
圖4是沿圖2上剖面箭頭4-4的方向所示本發(fā)明電磁線圈和銜鐵圓盤的橫截面圖;和圖5是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電磁線圈定子的底視圖;
現(xiàn)在請參閱附圖且特別是參見圖1所示，其表示出按本發(fā)明提出的方案制造出的燃料噴射器閥門10的縱剖面圖。閥門10包括有圓筒形的外殼12，外殼中包含限定有排出口16的閥座14、銜鐵總成18和電力驅(qū)動(dòng)的電磁線圈20。銜鐵總線18中包括銜鐵圓盤22、閥桿24和閥針26。閥針26與閥座14相接觸配合，并且由設(shè)置在復(fù)位彈簧孔34內(nèi)的、位于墊塊36和張力調(diào)整機(jī)構(gòu)38之間的復(fù)位彈簧32將閥針26壓至排出口16上把它封閉住。電磁線圈20包括定子40、用來與外部電源(未示出)連接的電力接線柱42，兩根接線柱42穿過一對通過定子徑向法蘭46設(shè)置的相配的孔44，以及線圈48，當(dāng)電力接線柱42與外部電源接通時(shí)，線圈48便產(chǎn)生一個(gè)工作磁場來克服復(fù)位彈簧32的壓力，而使銜鐵總成18從閥座14上移動(dòng)，從而能提供通過液體流道28和排出口16的燃料通道。該燃料噴射裝置的其它部分(未在圖中示出)向燃料進(jìn)口30穩(wěn)定地供應(yīng)燃料，燃料進(jìn)口30與燃料噴射裝置密封地連通。
當(dāng)一個(gè)激發(fā)信號(hào)，例如一個(gè)矩形電壓脈沖，作用于電磁線圈20上時(shí)，其中的電流便實(shí)現(xiàn)一次瞬時(shí)的增長。而這將使磁力獲得一次瞬時(shí)的增強(qiáng)。由于上面提到的磁力線傳播滯后特性和產(chǎn)生阻止磁力增強(qiáng)的渦流，這樣就使得在磁力線向內(nèi)部傳播之前定子的表層可能就產(chǎn)生磁飽和了。反過來，當(dāng)電磁線圈20斷電時(shí)，瞬時(shí)內(nèi)線圈電流的減少在磁路上會(huì)產(chǎn)生渦流，該渦流阻止磁路的退磁，而這可能影響到噴射器的關(guān)閉。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種具有增加磁路中定子“表層”的總量而不增加定子的實(shí)際尺寸的裝置的磁路，具有這種裝置的磁路示于圖2、3和4中。按照本發(fā)明的原理制造的磁咱50包括銜鐵圓盤22、具有布置在端壁56上的圓筒形內(nèi)磁極52和圓筒形外磁極54的定子40、以及相應(yīng)的內(nèi)、外工作磁隙62和64。當(dāng)電磁線圈20通電激磁時(shí)，便在磁路50的表面層上產(chǎn)生以標(biāo)號(hào)66表示的、畫成虛線的磁力線(磁路50的磁化范圍從外表面向內(nèi)部深入)。
圓筒形內(nèi)磁極52和圓筒形外磁極54兩者都有固定的直徑，且為了增加磁路50上定子表層的總量而不增加定子整個(gè)實(shí)際尺寸，圓筒形外磁極54具有設(shè)置在其內(nèi)徑表面/壁面72上的長槽70，在此用長槽的側(cè)壁74來增加外磁極54的內(nèi)徑表面/壁面72的表面積。所以現(xiàn)在就使得在瞬間里讓磁力線66具有使其通過的大量的表層，從而在外磁隙64中實(shí)際上形成了較多數(shù)量的磁力線66，當(dāng)電磁線圈48中瞬時(shí)電流增加時(shí)，這些增多了的磁力線便在外磁隙處增加轉(zhuǎn)化形成作用在銜鐵圓盤22(見圖6)上的磁力。外磁極54的外徑壁面78與燃料噴射器閥門10的外殼12是壓入配合，或者是緊貼在外殼12里面。只有內(nèi)徑表面/壁面72、長槽側(cè)壁74和槽底76是向外磁隙64暴露的。增加的表層總量以及由此而引起的磁力線能量的增大就能夠在此轉(zhuǎn)化成越過外磁隙64的磁力。
外磁極54的外徑表面/壁面78也可以開長槽以增加磁路50的阻力。因?yàn)檫@些長槽對于磁路50中的渦流也有一定作用?，F(xiàn)在再參見圖2，由于在開出長槽70之后留下的肋條82之間沒有材料了，所以渦流被限制在肋條82的材料內(nèi)部，并流入留在長槽底部的薄板84中。如果外徑上的長槽86開成使其圓周上的間隔處在內(nèi)徑長槽70之間，就能夠進(jìn)一步限制渦流在薄板84上的通路。這種內(nèi)徑上和外徑上的長槽70、86相互交替的方式使渦流的通路(如虛線88所示)比在不開槽的定子中的通路更加曲折。
長槽70分布在外磁極54的內(nèi)壁(內(nèi)徑)上，但是這些長槽可以開設(shè)在無論是內(nèi)磁極52、外磁極54、銜鐵22，或是徑向法蘭56的表面上，也就是說，可以開設(shè)在磁路50中任何暴露于線圈48通電時(shí)可產(chǎn)生的磁場的表面上，以及所產(chǎn)生的磁力線可通過磁隙(例如相應(yīng)的內(nèi)、外磁隙62和64)的表面上，例如，在圖4中用虛線畫出磁力線66的表面上。
現(xiàn)在參閱圖5，圖中表示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電磁線圈定子的底視圖，其中的內(nèi)、外磁極92和94兩者都分別具有回旋狀的或者波紋形的表面96和98，以便使表層面積增大而不增大定子的裝配尺寸。表面96和98和圖2、3和4中的長槽70的作用完全一樣，是用來增加表層面積的另一種手段。請注意，如上所述，分別在內(nèi)、外磁極92、94上的內(nèi)、外表面96、98都是回旋狀的，因?yàn)槊慨?dāng)增強(qiáng)了的磁力線通過一個(gè)或更多的磁隙時(shí)，磁路上增加的表面積都是有用的。還請注意，當(dāng)如圖3中所示利用長槽70、86，或如圖5中所示利用表面96、98來增加表層面積時(shí)，這種表層面積的增加使得為穩(wěn)定狀態(tài)的磁路用的磁極的橫截面積減少了。由于加上為增大表層面積的長槽會(huì)為穩(wěn)定狀態(tài)的磁力線所需的橫截面積，所以長槽的尺寸和數(shù)量應(yīng)減少到為產(chǎn)生磁路上越過磁隙所需要的瞬時(shí)磁力所必需的最低限度。然而，在許多實(shí)際例子中，即使因?yàn)樵龃蟊韺用娣e減少了橫截面積，磁路上的橫截面積也總是足夠大的，穩(wěn)定狀態(tài)的磁力線不至于達(dá)到飽和狀態(tài)。
綜上所述，本文公開了一種新穎的燃料噴射器的閥門，這種閥門上的磁路能迅速產(chǎn)生很大的瞬時(shí)磁力，比它的實(shí)心的對應(yīng)物消耗較少的能量。這種閥門在電磁線圈的總成上在機(jī)械方面是等效的，并且制造成本也不高，因?yàn)樵诜勰┮苯鸱ê徒饘僖后w注模法中能夠用加肋或使表面呈波紋形的方式做出長槽來。
雖然本文中只公開了本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，但是實(shí)現(xiàn)本文中公開的發(fā)明要點(diǎn)的各種不同方式都就被認(rèn)為包括在權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。因此，很明顯，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種閥門，其特征在于，其包括(a)一個(gè)有一進(jìn)口的外殼；(b)一個(gè)布置在所述外殼中限定一個(gè)排出口的閥座；(c)一個(gè)具有閥元件，并且使所述閥元件關(guān)閉，在所述閥座上被偏壓的銜鐵；(d)一個(gè)定子，其至少有一個(gè)布置成與所述銜鐵隔開一個(gè)距離以確定至少一個(gè)第1磁隙的第1磁極元件，所述定子、銜鐵和第1磁隙至少組成一條磁路的第1部分；(e)一個(gè)圍繞所述第1磁極元件的用電力激勵(lì)的電磁線圈，所述電磁線圈在得電時(shí)首先在所述磁路的表層產(chǎn)生磁場磁力線，然后再傳播到整個(gè)磁路中，以用來使所述銜鐵通過所述磁隙向所述第1磁極元件移動(dòng)；從而使所述閥門元件從所述閥座上移開；(f)布置在所述磁路的第1部分上用來增加磁路第1部分的表層面積的裝置，此裝置具有一組沿著電磁線圈得電時(shí)產(chǎn)生的磁力線的方向延伸，并且沿著通向磁隙的路徑的長槽，從而使其在電磁線圈中的電流達(dá)到最高峰的瞬間里產(chǎn)生更大的瞬時(shí)磁力。
2.如權(quán)利要求1所述的閥門，其特征在于，磁路的第1部分具有相對的第1側(cè)和第2側(cè)，且所述一組長槽是分布在磁路的第1部分的第1側(cè)上，而磁路的第1部分還包括分布在相對的第2側(cè)上的第2組長槽，其在不是通向磁隙的路徑上的磁力線的方向上，第2組長槽與第一組長槽互相交替地布置。
3.如權(quán)利要求1所述的閥門，其特征在于，所述長槽由分布在磁路的第1部分的一側(cè)，并且在沿著通向磁隙的路徑的磁力線方向上的波紋形表面來限定。
4.如權(quán)利要求3所述的閥門，其特征在于，其還包括一個(gè)第2波紋形表面，其分布在與磁路的第1部分上的第1波紋形表面相對的一側(cè)，并且在不是通向磁隙的路徑上的磁力線的方向上與第1波紋表面互相交替地布置。
5.如權(quán)利要求1所述的閥門，其特征在于，定子具有圓筒形的外磁極和內(nèi)磁極，它們布置在一面徑向端壁上，與銜鐵隔開一定的距離，形成內(nèi)、外徑向磁隙，并且所述長槽都在沿著通向外磁隙的路徑的長度方向布置在所述圓筒形外磁極元件內(nèi)表面的預(yù)定位置上。
6.如權(quán)利要求5所述的閥門，其特征在于，圓筒形的內(nèi)、外磁極以預(yù)定的徑向間隔布置在輻射狀端壁上，以便能使電力激勵(lì)的電磁線圈能布置在圓筒形的內(nèi)、外磁極之間，并且包圍圓筒形內(nèi)磁極。
7.如權(quán)利要求6所述的閥門，其特征在于，其還包括一組沿著通向內(nèi)磁隙的路徑的長度方向上，布置在圓筒形內(nèi)磁極的外表面預(yù)定位置上的長槽。
8.如權(quán)利要求7所述的閥門，其特征在于，其還包括分別布置在輻射狀端壁和銜鐵的預(yù)定位置上的第3和第4組長槽，其輻射的方向分別與圓筒形內(nèi)、外磁極上的第1和第2組長槽的路徑一致，并且在第1和第2組長槽之間，以形成沿著通過內(nèi)、外磁隙的路徑的連續(xù)的長槽。
9.如權(quán)利要求8所述的閥門，其特征在于，其還包括布置在所述圓筒形外磁極外表面預(yù)定位置上的第5組長槽，該第5組長槽分別與在所述圓筒形外磁極內(nèi)表面上的第1組長槽互相交替，以便當(dāng)電磁線圈得電時(shí)，可為正對著磁路中產(chǎn)生的磁力線流動(dòng)的渦流造成更為曲折的路徑。
10.如權(quán)利要求9所述的閥門，其特征在于，第1組長槽的深度與外磁隙的寬度相同，以使所有增加的磁力線都被引導(dǎo)越過把磁力線轉(zhuǎn)化成磁力的外磁隙。
11.如權(quán)利要求10所述的閥門，其特征在于，它還包括布置在圓筒形內(nèi)磁極內(nèi)表面上的第6組長槽，第6組長槽分別與在圓筒形內(nèi)磁極外表面上的第2組長槽相互交替，以便當(dāng)電磁線圈得電時(shí)，可為正對著磁路中產(chǎn)生的磁力線方向流動(dòng)的渦流造成更為曲折的路徑。
12.一種閥門，其具有一個(gè)進(jìn)口，一個(gè)排出口，一條在所述兩口之間的流道，一個(gè)控制所述兩口之間的流動(dòng)的開關(guān)裝置，一個(gè)操縱所述開關(guān)裝置的電磁線圈，所述電磁線圈具有一條由形成定子的導(dǎo)磁部件組成的磁路，而定子有一個(gè)協(xié)同工作的線圈，以及一個(gè)在操作上與所述開關(guān)裝置連在一起的用來按照所述線圈的得電與斷電操縱所述開關(guān)裝置的銜鐵，其特征在于，所述導(dǎo)磁部件具有一系列沿磁路中產(chǎn)生的磁力線的長度方向延伸的長槽，所述長槽分布在導(dǎo)磁部件的外表面上，并且其長度方向是從分開所述定子和銜鐵的工作間隙延伸出來的。
13.如權(quán)利要求12所述的閥門，其特征在于，所述長槽是直線形的，并且圍繞閥門長軸線的四周布置成均勻的形式。
14.如權(quán)利要求13所述的閥門，其特征在于，所述長槽在所述定子中。
全文摘要
改進(jìn)電磁線圈操縱的流體閥門的開啟特性的裝置，其可使一個(gè)燃料噴射器(10)具有一新穎的電磁線圈驅(qū)動(dòng)的磁路，磁路上有分布在磁路表面上的長槽、曲線形等(70、86、87)，以便當(dāng)電磁線圈(20)得電時(shí)在產(chǎn)生磁力線的方向增加磁路的表面積而不增大其整體尺寸。使其一瞬時(shí)力增大，但不增大磁路的組裝尺寸。表面積的增加使得越過磁隙的瞬時(shí)磁力增大，從而改善了銜鐵對開啟閥門的反應(yīng)能力。
文檔編號(hào)F02M51/06GK1086585SQ9310667
公開日1994年5月11日 申請日期1993年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月3日
發(fā)明者R·J·韋克曼 申請人:西門子汽車公司