用于燃料喷射器致动器的密封装置

摘要

一种被配置为提供用于将致动器相对于燃料喷射器的内膛孔进行密封的密封件的密封装置(50)。密封装置包括具有纵轴线(L)并限定了高压侧(60)和低压侧(62)的密封构件(52)；被限定在密封构件(52)中用于容纳相应的一个或多个电端子(46)的一个或多个端子通道(68)。密封构件(52)包括外侧密封表面(61)，该外侧密封表面被配置使得，在使用中，该外侧密封表面(61)与膛孔的配合表面(91)之间的接触压力根据高压侧(60)和低压侧(62)之间的压力差而增加。

权利要求

1.一种密封装置(50)，该密封装置(50)被配置为提供致动器相对于燃料喷射器的内膛孔的密封，所述密封装置包括：具有纵轴线(L)并限定了高压侧(60)和低压侧(62)的密封构件(52)；

被限定在所述密封构件(52)中用于容纳相应的一个或多个电端子(46)的一个或多个端子通道(68)；

其中，所述密封构件(52)包括外侧密封表面(61)，该外侧密封表面被配置为使得，在使用中，所述外侧密封表面(61)与所述膛孔的配合表面(91)之间的接触压力根据所述高压侧(60)和所述低压侧(62)之间的压力差而增加，其中，所述外侧密封表面(61)包括第一密封区域(80)，所述第一密封区域具有限定了密封线(92)的锥形部分(90)，所述第一密封区域(80)包括扩张装置(74)，所述扩张装置被配置为，当高压流体被施加于所述扩张装置时所述扩张装置使所述第一密封区域(80)扩张。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述锥形部分(90)为截头圆锥形。

3.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述扩张装置(74)包括围绕所述密封构件的纵轴线布置的一个或多个空腔。

4.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述扩张装置包括围绕所述密封构件的纵轴线延伸的环形空腔(76)。

5.根据权利要求1或2所述的密封装置，其中，所述外侧密封表面(61)还限定了从所述第一密封区域(80)间隔开的第二密封区域(82)。

6.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述密封装置包括支承构件(54)，所述支承构件被承载在所述密封构件(52)的低压侧(62)，所述支承构件(54)包括本体(110)和被纳入所述本体中的插件(112)，其中所述插件(112)由比所述本体(110)的材料硬的材料形成。

7.根据权利要求6所述的密封装置，其中，所述插件(112)为所述支承构件(54)提供了暴露的硬化座表面。

8.根据权利要求7所述的密封装置，其中，所述暴露的硬化座表面垂直于所述密封构件(52)的纵轴线。

9.根据权利要求7所述的密封装置，其中，所述暴露的硬化座表面为截头圆锥形。

10.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述密封构件(52)在垂直于所述密封构件的纵轴线的平面内具有大致椭圆形的截面轮廓。

11.根据权利要求1所述的密封装置，其中，设置在所述密封构件(52)中的所述一个或多个端子通道(68)的截面是大致椭圆形的。

12.一种用于燃料喷射器的致动器装置，所述致动器装置包括具有工作端和连接端的致动器，所述连接端包括一个或多个电端子，其中所述连接端包括权利要求1至11中任一项所述的密封装置，所述密封装置被配置为使得所述一个或多个电端子延伸穿过被限定在所述密封装置中的一个或多个端子通道中的相应的端子通道。

13.一种包含根据权利要求12的致动器的燃料喷射器，所述喷射器包括用于接纳所述密封装置的膛孔。

说明书

用于燃料喷射器致动器的密封装置

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及一种燃料喷射器。更具体地，本发明涉及在燃料喷射器中使用的致动器的密封装置。

背景技术

[0002] 燃料喷射器被用于内燃机中以输送高压燃料给发动机的燃烧室。燃料喷射器可以被定位从而使得它们将高压燃料直接喷入燃烧室，或者它们可以被定位从而使燃料在燃烧室的上游被喷射，例如喷入节流阀体、入口歧管、或者更常见地，喷入每个燃烧室的空气进气口。柴油发动机大部分只采用直喷装置。间接喷射装置在火花点火发动机中更为典型，但是直喷也变得越来越常见。

[0003] 当代的燃料喷射器采用可电开关的致动器装置，比如电磁致动器装置或压电致动器装置，来控制阀针的位置，进而控制来自被限定在喷射器末梢的喷嘴中的一个或多个喷射孔的燃料输送。在来自喷射器的燃料输送的停止的期间，高压燃料从致动器装置排出或“溢出”到被导回车辆的燃料罐的所谓回漏回路。在有些喷射器中，致动器可以形成回漏回路的一部分，使得致动器本身被浸入在燃料中。在给致动器装置供电的同时建立鲁棒密封以防止燃料逸出回漏回路，从而避免到致动器装置的电气连接的化学腐蚀是困难的。为此，提供了密封装置并提供一种密封接口以将致动器装置的“燃料”侧与致动器装置的“电气”侧密封。

[0004] 基于所述背景，提出了根据本发明的一种改进的密封装置。

发明内容

[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种密封装置，该密封装置被配置为提供一种用于将致动器相对于燃料喷射器的内膛孔密封的密封件。密封装置包括具有纵轴线并限定了高压侧和低压侧的密封构件，以及被限定在密封构件中用于容纳相应的一个或多个电端子的一个或多个端子通道。密封构件包括外侧密封轮廓，该外侧密封轮廓被配置为使得外侧密封轮廓与膛孔的配对表面之间的接触压力在使用中根据高压侧和低压侧之间的压力差而增加。

[0006] 因此，有利地，密封构件对它的高压侧上的流体的压力做出响应，从而增大令密封构件根据不断增加的流体压力而与膛孔接合的压力。因此，密封构件的位置不受到高压侧上的流体压力的快速增加的影响。这在密封构件的材料可能变硬从而削弱密封件的效能的低温条件下尤其有利。

[0007] 在被公开的实施例中，外密封轮廓包括第一密封区域，该第一密封区域包含限定了密封线的锥形部分。锥形部分可以沿着密封构件的纵轴线在第一部分和第二部分之间延伸，第二部分具有大于第一部分的外尺寸。尽管朝外的渐缩部分可以是凹陷的形式，但是目前优选是截头圆锥形。

[0008] 为了增强密封性能，密封装置可以包括被配置为当其暴露于压力流体时扩张第一密封区域的扩张装置，当它被暴露给压力流体时。这具有进一步增加被密封区域施加至膛孔的密封压力的效果。

[0009] 所述扩张装置可以以多种方式被配置。目前优选的一种选择是被限定在密封构件的高压侧中围绕密封构件的纵轴线延伸的环形空腔。但是，取代单个环形空腔，类似的效果能通过围绕密封构件的纵轴线被布置的一系列空腔来实现。

[0010] 为了进一步提高密封效果，密封构件还可以包括沿密封构件的纵轴线与第一密封区域间隔开的第二密封区域。密封构件的外表面轮廓可以被确定轮廓以在第一和第二区域之间限定相对窄的区域。有利地，该相对窄的区域作为用于经过第一密封区域泄漏出的任意流体的收集空间。

[0011] 为了增强密封构件的鲁棒性，密封装置还可以包括被设置在其低压侧的支承构件。在公开的优选形式中，所述支承构件具有“两部分式”结构，包括本体和被合并在本体中的插件，其中插件由比本体的材料更硬的材料形成。优选地，所述插件是金属的，例如钢，本体是聚合材料的，例如本领域技术人员公知的合适的工程塑料。

[0012] 在一个实施例中，插件为支承构件提供了垂直于密封构件的纵轴线的被暴露的硬化座表面。但是，在替代方案中，插件可以限定截头圆锥形的座表面。

[0013] 为了使密封构件能密封在圆形膛孔中，密封构件优选具有圆形横截面轮廓。但是，横截面轮廓也可以是椭圆形，这可以在被暴露于压力流体时沿密封构件的轮廓提供更均匀的压力分布。

[0014] 类似地，穿过密封构件的一个或多个端子通道优选地具有圆形孔轮廓，但是椭圆孔轮廓可以提高在原位时在通过通道被接收的端子上的压力分布。

[0015] 本发明包含一种用于燃料喷射器的致动器装置，其包括具有工作端和连接端的致动器，连接端包括一个或多个电端子，其中所述连接端包括之前所描述的密封装置，其构造为使得一个或多个电端子延伸穿过被限定在密封装置中的一个或多个端子通道中的相应的一个端子通道。本发明还涉及一种装配有所述密封装置或致动器装置的燃料喷射器。

[0016] 在本申请的范围内，在之前的段落中、在权利要求中和/或在下面的描述和附图中给出的各种方案、实施例、示例、特征和替换可以独立地或以任意组合的形式被采用。

附图说明

[0017] 为了使本发明可以被更容易地理解，将以示例的形式参考附图，其中：

[0018] 图1是已知的燃料喷射器装置的部分剖视图；

[0019] 图2是在图1的燃料喷射器装置中使用的致动器和相关电连接的立体图；

[0020] 图3包括图2的致动器的两个比较侧视图；

[0021] 图4是根据本发明实施例的致动器装置的局部切开的侧视图，图5是图4中致动器装置的密封装置的放大视图；

[0022] 图6是配合图4中致动器装置使用的密封构件的替代配置的剖视图；

[0023] 图7和图8是图4到图6的密封装置的支承构件的视图；

[0024] 图9和图10是支承构件的替代配置的视图。

具体实施方式

[0025] 为了避免疑惑，在整个描述中诸如“上”、“下”、“水平”、“垂直”等等术语涉及到附图中所示的部件的方位，并且应当理解所述术语不被解读为要求某种特定方位。

[0026] 已知的燃料喷射器2的一个例子在图1中被示出，包括长形的喷嘴保持体4、阀壳6和喷嘴体8。这三个部件都通过被喷嘴体8的末梢部分8a延伸穿过的盖螺母10被联接在一起。

[0027] 喷嘴保持体4的下端包括容纳螺线管形式的电磁致动器装置14的插口12，如现有技术中已知的那样。致动器装置14包括向上延伸穿过被限定在喷嘴保持体4中的大致圆柱形的筒或膛孔18的长形电连接装置16。开口20被限定在喷嘴保持体4的上端4a中，电源插头22被插入开口，从而联接到膛孔18中的电连接装置16，从而向致动器装置14供电。

[0028] 喷嘴保持体4的下端，并且还有致动器14，抵靠在阀壳6上。阀壳6容纳板状流体控制阀24，该阀的轴向位置受到致动器装置14的通电状态和返回弹簧25的影响。

[0029] 流体控制阀24(也被称为“喷嘴控制阀”)的轴向位置决定了被容纳在喷嘴体8中的阀针26的位置。为此，喷嘴控制阀24控制被定位在阀针26的上端26a附近的控制腔28中的燃料的压力。

[0030] 高压燃料通过由喷嘴保持体4、阀壳6和喷嘴体8中的每一个部分地限定的燃料输送通道30被提供给喷嘴体8。燃料输送通道30从喷嘴保持体4的上端4a处的燃料连接器块32延伸到被限定在喷嘴体8中并围绕阀针26的腰段延伸的输送腔34。在致动器的通电期间，喷嘴控制阀24被移动到打开位置，使得控制腔28中的高压燃料排出到喷射器2的回漏回路。回漏回路由致动器插口12部分地限定，所以在运行期间致动器装置14被浸入在相对低压的燃料中。

[0031] 为了防止回漏燃料泄漏到喷嘴保持体4的膛孔18中，致动器装置14包括被定位在膛孔18和致动器插口12之间的密封装置40。密封装置40在图1中被大致地示出，但图2和图3更详细地示出了密封装置40。

[0032] 密封装置40包括扣环状的聚合体密封构件42，它具有大致圆柱形的中部44，该中部具有与膛孔18的直径相当的外径。所以，扣环42紧密地装配在膛孔18内，并用于防止回漏燃料流过被浸入的致动器装置14进入膛孔18，所以保护电连接装置16不被燃料污染。如图3中所示，密封构件42包括允许一组端子46穿过的通道，从而使致动器14可以被联接到电连接装置16。

[0033] 但是，能看到在部分情况下，密封装置40允许燃料泄漏，此时电连接装置16容易故障。这种故障在喷射器以回漏回路内的压力相对较高的方式被驱动时，或者长期在高压与低压之间循环的情况下可能更明显。

[0034] 图4和图5示出了根据本发明密封装置50的实施例，它被用于替代图1中的燃料喷射器2的密封装置40。因此，在图4中，密封装置50在仅被局部示出的喷嘴保持体4内被原位示出。在下面的描述中，与图1中的燃料喷射器相同的部分将以相同的附图标记表示。

[0035] 首先参见图4，密封装置50被示出在致动器装置14(以下称“致动器”)和电连接装置16之间被容纳在喷嘴保持体4内。

[0036] 密封装置50包括密封构件52和支承并抵靠在喷嘴保持体的膛孔18的台阶56上的支承或止挡构件54。支承构件54将在后面被详细地描述。

[0037] 密封构件52包括靠近致动器14的第一端60、通过支承构件54接触台阶56的第二端62以及在第一端60和第二端62之间延伸的带轮廓的密封表面61。注意到，带轮廓密封表面
61在这里以截面的形式被示出，但是密封表面61限定了密封构件52的圆形周向轮廓。

[0038] 因为致动器14被浸在回漏压力下的燃料中，密封构件52的第一端60能被认为是“高压侧”。反之，因为密封构件52的第二端62被暴露于喷嘴保持体4的膛孔18中的大气压力，它能被认为是密封构件52的“低压侧”。

[0039] 在所述实施例中，密封构件52在形式上基本上是圆柱形，所以关于它的纵轴线“L”旋转对称，并被确定尺寸以匹配接收它的膛孔18的区域的圆柱形尺寸。

[0040] 密封构件52的第一端60被成形以限定插口64，该插口接收在致动器14的后端处的对应形状的突起66。致动器14的电端子46从突起66伸出，并穿过通过密封构件62纵向地提供的相应通道68。因此，密封构件52“坐”在突起66上，从而使密封构件62在被组装到喷嘴保持体4内之前被保持就位。尽管这里示出了一对端子46，但是提供单个端子或多于两个端子也是可能的，例如三个或更多端子，根据致动器14的电气需求。

[0041] 弹簧板形式的偏压装置70坐在致动器14的顶部上并围绕突起66延伸。弹簧板70接合喷嘴保持体4的膛孔18中的第二台阶72并沿向下方向偏压致动器14。应当明白，弹簧板70不构成本发明的一部分并将不再被描述。

[0042] 密封构件52的密封轮廓61将被详细地描述，仍参见图5。

[0043] 一般地，密封构件52在关于纵轴线L被间隔开的轴向位置处提供第一和第二密封区域。第一密封区域80被限定在密封构件52的第一端60处，也即是说在高压侧，第二密封区域82朝着密封构件的第二端62被限定，也即是说在低压侧附近。在第一密封区域80和第二密封区域82处的密封构件52的直径比具有缩小直径的中间区域84相对大。

[0044] 第一密封区域80包括第一部分88和第二部分90，在它们之间限定了密封线92。如图所示，第一部分88是圆柱形，第二部分90是截头圆锥形并在密封线92处接触膛孔18。具体地，密封线92在膛孔18的截头圆锥部分接触膛孔，在图4和5中以数字“91”标记。尽管第二部分90已经被描述为截头圆锥形，但应当理解这不是严格必须的，相反它能采用任何向外渐缩的形式，例如凹形，从相对窄的中间区域84延伸到相对宽的第二部分88，从而限定密封线92。但是，截头圆锥轮廓对于利用现有技术制造而言是简单易行的。例如，能预见到第二部分90可以限定50°的锥角并具有大约2mm的深度，但是这些数值不被认为是限制，其他值也可接受地起作用。应当注意，锥角被限定为由截头圆锥形第二部分90的斜边所限定的虚锥的顶角。

[0045] 尽管在这里没有被示出，但是圆柱部分88的直径略大于膛孔18，从而通过轻微压迫圆柱部分88并建立密封的压紧配合实现密封构件52插入膛孔18中。

[0046] 在密封构件52的高压侧60施加高压流体将沿密封构件52的纵轴线L向密封构件施加压缩力，该压缩力作用为将密封线92压靠至膛孔18的截头圆锥部分91。所以，这增大了如下的力：该力将密封线92挤压为与膛孔18接触。所以，实现了非常坚固的密封，因为当穿过密封区域80的压差增大时在密封线92处的密封力增大。

[0047] 密封构件52的中间区域84在第一密封区域80附近，并包括多个圆柱形和截头圆锥形的部分，它们用于在中间区域84的外圆周表面和膛孔18之间限定朝着密封线92向外渐缩的环形凹部94。更具体地，渐缩的凹部96从第一密封区域80的截头圆锥部分90的上缘延伸，其接着融入相对短的圆柱部分98，然后融入另外的两个渐缩部分100，102，最后融入到最小直径的圆柱部分104。该圆柱部分104位于第二密封区域82下方。

[0048] 第二密封区域82的直径明显大于中间部分84的直径且略大于膛孔18的直径，从而限定了压紧配合。在此点，它压迫密封构件52的第二密封区域82，建立了有效的密封并同样施加了端子通道68的压缩。

[0049] 第二密封区域82由提供平坦接触表面的圆柱部分106限定。圆柱部分以上设置有缩小了密封构件52的直径的一系列渐缩部分。因此，第二密封区域82作为被设计为捕获可能经过第一密封区域80逃逸并进入环形凹部94内的任何流体的后备密封。

[0050] 能预见到，密封构件52的合适材料是高性能工程塑料，比如聚四氟乙烯(PTFE)或者聚酰亚胺比如 但是这些不被认为是限制，本领域技术人员将知道其他合适的材料能被采用。

[0051] 有益地，在图4和图5的实施例中，第一密封区域80被认为对密封构件52的高压侧60和低压侧62之间的压力差进行“响应”，所以提供了一种有效的密封，从而防止燃料离开排出区逃逸到喷嘴保持体4的膛孔18中的电连接区。使第一密封区域80相对于膛孔18密封的力随高压侧的流体压力而增大，这提高了密封的“强度”，即使流体压力急剧增大。另一个优点是，在部分燃料经过第一密封区域80逃逸的情况下，密封构件52还具有后备密封。

[0052] 替代实施例将参考图6来描述，其中相同的附图标记被用于指代与之前实施例中相同的特征。

[0053] 在所述实施例中，密封构件52以基本与图4和图5的实施例中的密封构件52相同的方式被配置。但是，它的密封效果通过在高压流体被施加于密封构件的第一端60时使密封区域的外尺寸扩张的装置74来增强。

[0054] 通过图7，将注意到密封构件52的外轮廓61对应于图4和图5中的外轮廓。但是，在该实施例中，密封构件52具有被限定在密封构件52的第一端60中并围绕端子通道68的环形空腔76。这里，环形空腔76由于在中间区域84的区域中的密封构件52的薄壁部分而朝着中间区域84延伸至密封构件52中并朝着空腔76的底部稍微收缩。但是应当理解，如果需要，空腔76可以更浅或更深。

[0055] 在密封构件52的第一端60被暴露于高压燃料的情况下，空腔76允许压力被施加至密封区域的内侧壁表面78。由于相对薄的壁部分，空腔76中的压力沿径向向外压迫壁，由于向外位移受到膛孔18的约束，所以这导致第一密封区域80和膛孔18之间的密封力增大。

[0056] 尽管扩张装置74已经作为环形空腔76被描述，但将明白类似的结果能通过其他方案被实现。例如，以径向模式被布置在密封构件52的第一端60中的一系列离散的膛孔或钻孔将接近于环形空腔76的构造，所以将具有类似的作用。

[0057] 在以上实施例中，密封装置40包括支承构件54，经由该支承构件，密封构件52支承抵靠在喷嘴保持体4的膛孔18中的台阶56上。

[0058] 支承构件54被配置为提供了将密封构件52牢固坐靠在喷嘴保持体4的内表面上，而不损失延伸穿过密封构件52和支承构件54的端子46的电绝缘。

[0059] 为此，支承构件54具有两部分式结构，包括具有相对硬的插件112的电绝缘体110。在所述实施例中，插件112由比绝缘体110的材料更硬的材料制造。能预见到，绝缘体110将是一种聚合物材料，例如工程塑料比如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺/聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)等等，但是本领域技术人员将明白其他材料是可能的。

[0060] 通道111被设置在绝缘体110中，从而容纳致动器的端子。

[0061] 与绝缘体110相比，插件112被选择为相对硬，所以现在能预见到插件将是金属的，优选是钢，但是这不被认为是限制，其他材料比如工程塑料，甚至陶瓷材料，可以取代金属提供合适的插件强度。

[0062] 如图7中特别清晰地可见，支承构件54被配置从而使插件112被纳入或嵌入绝缘体110中。这种结构可以通过将绝缘体110二次成型在插件112上或通过其他手段比如卷边或粘合来实现。这里，插件112是盘状的，从而被定形为如同圆垫圈。围绕插件112的周长的边缘区域114未被嵌入绝缘体110中，所以限定了插件112的接触肩。

[0063] 支承构件54的尺寸被确定，使得插件112的肩部114坐靠在喷嘴保持体4的膛孔18内的第一台阶56上。在喷射器的操作期间，由于在密封构件52的高压侧上的流体的压力，密封构件52向支承构件54施加力(如箭头“A”所示)，并且台阶56在肩部114上施加反作用力(以箭头“R”表示)。

[0064] 如图8中所示，插件112的中央区域包括孔115，该孔被成形为提供合适的间隙从而允许端子46穿过被绝缘体110所包围的插件112。在插件112上还设置了浅凹陷或浅凹部形式的结合结构113，它在二次成型制造期间促进了插件112和绝缘体110之间的结合。两个这样的结合结构113被设置，但是应明白，这不表示限制。

[0065] 支承构件54的双材料构造是有利的，因为绝缘体110的塑料材料为端子46提供了在没有电气短路风险的情况下穿过密封构件52的低压端62的绝缘路径，而硬化的插件112为支承构件54提供了抵靠喷嘴保持体4的强硬耐磨的支座。

[0066] 支承构件54的替代构造在图9中被示出。在该实施例中，绝缘体110在形式上是大致截头圆锥形，并且盘状插件112被嵌入绝缘体110的相对宽的下部区域中。同样，在所述实施例中，喷嘴保持体4包括截头圆锥形内表面118，除了同样接触内表面118的插件112的外周缘120以外，绝缘体110坐靠在内表面118上。支承构件54在所述实施例中的截头圆锥形式可以实现致动器16更容易地安装在喷嘴保持体4内。

[0067] 支承构件54的另一个替代构造在图10中被示出。在该实施例中，支承构件54是大致截头圆锥形，外侧的截头圆锥形密封表面122由插件112限定。

[0068] 具体实施例的部分变型已经在前面被描述。但是，本领域技术人员将明白在不脱离权利要求所限定的本发明范围的情况下可以做出其他改动。

[0069] 在之前的实施例中，密封构件52的外周已经被描述为圆形。但是，应当明白不一定是这样，其他形式是可能的。例如，能预见到，密封构件52的外周可以是椭圆形，当密封构件52被压紧配合到喷嘴保持体4的膛孔18内时，这可以提高围绕密封构件52的圆周的接触压力的均匀性。或者，密封构件52可以是圆形，喷嘴保持体4的膛孔18被配置具有椭圆孔轮廓，尽管将膛孔18制造为椭圆形/卵形可能比将密封构件52模制为具有椭圆孔轮廓更复杂。

[0070] 另外，端子通道68已经被描述为具有圆形孔轮廓，从而符合端子46的圆形轮廓。但是，端子通道68可以被配置为具有椭圆孔轮廓，这可以当密封装置被压配合到喷嘴保持体4中时在通道68和端子46之间提供更均匀的接触压力分布。