具有液压线路的压电直动式燃料喷射器的利记博彩app

文档序号:5257536阅读:184来源:国知局
专利名称:具有液压线路的压电直动式燃料喷射器的利记博彩app
技术领域
本发明总体上涉及燃料喷射系统,并且更具体地涉及一种用于改进的压电燃料喷射的燃料喷射器和方法。
背景技术
在能够应用于内燃机的许多燃料供应系统中,使用燃料喷射器将燃料脉冲喷射到发动机燃烧室中。常规使用的喷射器是喷嘴关闭式喷射器,该喷射器包括具有位于喷嘴口附近的弹簧偏压喷嘴阀元件的喷嘴组件,用于允许将燃料喷射到汽缸中。所述喷嘴阀元件还用于提供用于燃料喷射的有意设置的陡峭端部,由此防止会造成排气中未燃烧的碳氢化合物的二次喷射。喷嘴阀位于喷嘴腔中并且由喷嘴弹簧偏压,使得当致动力超过喷嘴弹簧的偏压力时,喷嘴阀元件移动以允许燃料穿过喷嘴口,因此表明喷射事件开始。内燃机设计者日渐认识到需要显著改善的燃料供应系统以满足不断提高的行政和制度上的减排要求和增长的燃料经济性。由此,已成为设计者的关注点的燃料供应系统的一个方面是在燃料喷射器中使用压电致动器。大体上,压电致动器曾长时间被认为高度期望地用于需要响应于电控信号而极快地机械操作的系统中。鉴于此,压电致动器已引起用于内燃机的燃料供应系统的设计者的极大关注。这样的设计者继续探索以获得对向内燃机的燃烧室中连续燃料喷射的时机和数量的较快、较精确、可靠且可预测的控制,从而有助于满足经济上和行政上制定的提高燃料经济性并降低空气污染的要求。如果要达到这些目的,则必须设计燃料控制阀来提供极快且可靠的响应时间。

发明内容
通过提供一种压电致动的燃料喷射器可以实现示例性实施方式的各种优点,该燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中,该燃料喷射器包括喷射器主体,该喷射器主体包括筒、具有喷嘴腔的喷嘴壳体、将所述筒和所述喷嘴壳体连接的保持件以及喷射器口,该喷射器口与所述喷嘴腔的一端连通以将燃料排到所述燃烧室中。将喷嘴阀元件在所述喷嘴腔中定位成与所述喷射器口相邻,并且该喷嘴阀元件能够在打开位置与关闭位置之间运动,在所述打开位置,燃料通过所述喷射器口流入所述燃烧室中,在所述关闭位置,燃料通过所述喷射器口的流动被阻止。设置压电致动器,该压电致动器包括压电元件的叠层, 所述压电元件的叠层能够运动成沿第一方向伸展并且能够运动成在与所述第一方向相反的第二方向上收缩。在所述喷嘴腔内定位有液压线路(hydraulic link)组件,该液压线路组件包括具有内孔的液压线路壳体;液压线路插塞,该液压线路插塞定位成能够在所述内孔中滑动地移动并且能够操作连接至所述压电致动器;以及液压线路,该液压线路操作连接所述液压线路插塞和所述喷嘴阀元件。另一个示例性实施方式包括一种压电致动的燃料喷射器,该燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中,该燃料喷射器包括喷射器主体,该喷射器主体包括具有喷嘴腔的喷嘴壳体;与所述喷嘴腔的一端连通以将燃料排到所述燃烧室中的喷射器口 ;以及位于所述喷嘴腔中并且与所述喷射器口相邻的喷嘴阀元件。所述喷嘴阀能够在打开位置与关闭位置之间移动,在所述打开位置,燃料通过所述喷射器口流入所述燃烧室中,在所述关闭位置,燃料通过所述喷射器口的流动被阻止。压电致动器包括压电元件的叠层,所述压电元件的叠层能够运动成沿第一方向伸展并且能够运动成沿与所述第一方向相反的第二方向收缩。在所述喷嘴腔内定位液压线路组件,该液压线路组件包括液压线路壳体;液压线路插塞,该液压线路插塞能够滑动地安装在所述液压线路壳体中并且能够操作连接至所述压电致动器;以及液压线路,该液压线路将所述液压线路插塞和所述喷嘴阀元件操作连接。提供液压线路加注阀,该液压线路加注阀允许燃料流入所述液压线路室中同时防止燃料从所述液压线路室流动。致动器电源装置操作成用于提高所述压电致动器的电压,以使所述喷嘴阀元件响应于所述压电元件的叠层沿所述第一方向的运动而移入所述打开位置,并且该致动器电源装置用于降低所述压电致动器的电压,以使所述喷嘴阀元件响应于所述压电元件的叠层沿所述第二方向的运动移入所述关闭位置。所述喷嘴阀元件的所述打开和所述关闭限定喷射脉冲,并且当所述电压达到预定下限时所述液压线路加注阀能够移入打开位置以加注所述液压线路室。所述致动器电源装置还能够操作以改变所述电压从而引发多个喷射脉冲,并且用于在喷射脉冲之间将所述电压选择性地维持高于所述预定下限,以将所述加注阀维持在关闭位置,从而防止加注所述液压线路室。


图1是根据公开的示例性实施方式的关闭喷嘴的喷射器的剖视图;图2是图1的喷射器的下部的放大图,示出了液压线路组件;图3是根据本发明的压电致动燃料喷射器的另一个实施方式的下部的放大图;图4是根据本发明的压电致动燃料喷射器的另一个实施方式的下部的放大图,该压电致动燃料喷射器包括具有入口孔和出口孔的滞流阀(sruAber valve);图5是根据本发明的压电致动燃料喷射器的另一个实施方式的下部的放大图,该压电致动燃料喷射器包括位于外插塞的外部的滞流阀;以及图6a至图6c提供了示出在具有多个喷射脉冲的喷射事件的时段内的压电电压、 燃料压力和针阀升程的曲线图。
具体实施例方式压电装置能够具有极快且可靠的阀响应时间。结果,压电装置在整个燃料输送上提供较大程度的控制,因为压电装置能够被用于在较短时长内喷射所需要的燃料量。通过以较高喷射压力来喷射燃料而能够缩短用于喷射燃料的时长。例如,申请人已实施了其中压力能够达到MOO巴的相当高压力的喷射系统。这样的高喷射压力产生较小的燃料微滴和较高的喷射速度以促进燃料更完全燃烧,这致使功率最大化并且提高燃料经济性。另外, 因为高的热效率导致碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的低排放而使污染最小。通过在较短的时长内喷射所需要的燃料量,高压系统在每个燃料循环期间能够适应多次喷射事件。 结果,发动机控制软件针对具体情况能够使燃烧最优化。然而,申请人已认识到,使用很高喷射压力需要常规燃料喷射器的压电致动器以相应较高的力水平来操作。通常,压电致动器必须抵抗燃料喷射器中的高压燃料起作用以使喷嘴阀移入使燃料喷射的打开位置中。例如,在一种燃料喷射器设计中,采用填充有高压燃料的控制室来抵抗弹簧的力而将喷嘴阀偏压至关闭位置,并且压电致动器打开控制阀以将控制室暴露于低压排出装置。当燃料从控制室排出时,控制室中的压力下降并且不再能够将喷嘴阀保持在关闭位置。为了打开控制阀,压电致动器必须抵抗控制室中的高压来作用。因此,这种燃料喷射器中的压电致动器由于燃料喷射器中存在的高压而必须提供大的力。从而,常规压电致动器的设计取决于喷射器压力。高压喷射燃料喷射器需要使用较大的压电致动器来供应必要的力。而且,需要较多的功率以在高喷射压力下操作常规压电致动器。图1和图2示出了根据本发明的示例性实施方式的压电致动燃料喷射器1,该压电致动燃料喷射器1被设计成克服常规喷射器的一个或更多个缺点(包括上述缺点)并提供本文以下所述的优点。因此,图1和图2示出了一种压电致动燃料喷射器10,该压电致动燃料喷射器10大体包括喷射器主体12,该喷射器主体12包括筒14 ;喷嘴壳体16,该喷嘴壳体16包含喷嘴腔17 ;保持件18,该保持件18用于将筒14和喷嘴壳体16连接;喷射器腔20 ;以及一个或更多个喷射器口 22,所述喷射器口 22用于将燃料从喷射器腔20排到燃烧室。喷嘴或针阀元件11安装成用于在喷嘴腔11中在打开位置和关闭位置之间往复运动,在所述打开位置,燃料通过喷射器口 15流入燃烧室中,在所述关闭位置,通过喷射器口 15的燃料流被阻止。喷射器10还包括压电致动器组件M,该压电致动器组件M包括上致动器壳体26 ;以及下致动器壳体观,该下致动器壳体观位于形成在筒14内的致动器腔 36中。致动器组件M还包括压电元件的叠层30,所述压电元件的叠层30位于形成在上致动器壳体26内的孔27中;以及致动器盖32,该致动器盖32密封孔27的外端。致动器盖保持件;34螺纹连接在上致动器壳体沈上,以将致动器盖32紧固就位,由此将所述压电元件的叠层30的外端紧固在固定位置。相对于下致动器壳体观的高压环境,致动器腔36 处于压电致动燃料喷射器10的低压环境。底部支承件38位于压电元件的叠层30的内端上。波纹管状壳体40在一端处附接到致动器盖32并且在相反端处附接到底部支承件38。波纹管状壳体40向所述叠层提供预载,以确保所述叠层始终处于压缩状态下,由此用作具有较低弹性比的预载弹簧。该预载确保叠层30绝不处于张紧状态,由此避免会导致致动器失效的破裂。波纹管状壳体40被密封以阻止流体进入所述壳体并接触陶瓷叠层30,由此防止流体可能对致动器可靠性产生不利影响。致动器连接件44设置为用于在一个表面上抵靠底部支承件40并且在相反侧抵靠致动器插塞46。致动器插塞46位于喷射器腔20中,并且包括延伸通过形成于下致动器壳体观中的孔48的外端,该外端用于抵靠致动器连接件44的内端。在示例性实施方式中, 致动器连接件44包括凹入的半球形凹部,该凹部用于接收致动器插塞46的半球形外端,以保持力对中,同时允许因制造和组装公差而造成的错位。因此,致动器连接件44用于将致动载荷传递到致动器插塞46并且以保持载荷对中且均勻地分布在压电元件叠层30上。下致动器壳体观的最内端部密封地接合筒14并且形成燃料排放腔50,泄漏的燃料经由排出端口 52从该燃料排放腔50排出到低压排出装置。致动器插塞46的直径定尺寸且构造为相对于孔48提供紧密的或匹配的配合,以使任何的燃料泄漏最小,同时允许插塞46进行滑动运动。通过匹配配合的间隙的任何燃料泄漏均经由排放通道M被输送到燃料排放腔50。泄漏控制特征60包括围绕致动器插塞46定位的插塞衬套62,以在插塞衬套62的内表面和致动器插塞46的相对的外表面之间形成局部流体密封。衬套对准特征64包括形成在下致动器壳体观上的截锥面66以及形成在插塞衬套62上并且定位成接触截锥面66 的半球面68。插塞衬套62被偏压弹簧69偏压成与截锥面66接合,从而产生流体密封同时允许衬套62对准在插塞46上。径向向外取向的截锥面66还防止衬套62的相对部分由于相对于衬套62和插塞46之间的流体密封间隙中的低压力而言衬套62的外部径向表面上的大压力而向内过度收缩,由此防止衬套62粘紧在插塞62上。喷射器插塞46延伸通过筒14,并且包括抵靠液压线路组件70定位的内端,所述液压线路组件70位于喷嘴壳体16中。优选地,液压线路组件70整体位于形成在喷嘴壳体 16中的喷嘴腔17内。在该方面,优选地,喷嘴壳体16是一体式壳体,并且在该壳体上形成有喷嘴座15。液压线路组件70包括具有内孔73的液压线路壳体72 ;液压线路插塞74, 该液压线路插塞74定位成使得能够在内孔73中在液压线路壳体72和液压线路插塞74之间进行相对的滑动运动;液压线路复位弹簧76 ;以及布置在内孔73内的液压线路或液压容腔78。针阀元件11的外部定位成用于在形成于液压线路插塞74中的中心孔80内能够进行相对的轴向滑动运动,液压线路插塞74定位成用于在液压线路壳体72内能够进行相对的轴向滑动运动。液压线路组件70用于将压电元件30的向下运动转换成针阀元件的向上运动以及放大压电元件30的运动,以将针阀元件11提升适当的量。喷射器是直动式的,因为其直接使用压电致动器4的力来向针阀3施加运动力,并且通过从控制容腔产生低压排放流而无需中间压力或力损失,诸如使增压的控制容腔减压。液压线路壳体72、液压线路插塞74和针阀元件11的外端以伸缩、嵌套且重叠的关系组装在喷嘴壳体16的喷嘴腔17内。 燃料入口 82构造成向燃料供应腔84和喷嘴腔17供应燃料。形成在液压线路壳体72中的输送通道85允许流过腔17。燃料供应压力可以处于近似350至2700巴的压力范围内。液压线路插塞74的上表面与布置在喷嘴腔17内的致动器插塞46的内端抵接。液压复位弹簧76的内端停靠在液压线路壳体72的一端上面。在所公开的实施方式中,弹簧 76的外端抵接液压线路插塞74的凸缘面上,以将所述凸缘面远离液压线路壳体72的端部偏压。以与 2009 年 5 月 14 日提交的、名为"Piezoelectric Direct Acting FuelInjector with Hydraulic Link(具有液压线路的压电直动式燃料控制器)”的、序列号为12/466,026 的美国专利申请中公开的燃料喷射器类似的方式,还设置加注阀86和滞流阀88。除了本文所述的新的或不同的特征之外,本文所述的喷射器的示例性实施方式大体与2009年5月14 日提交的、名为“Piezoelectric Direct Acting Fuel Injectorwith Hydraulic Link(具有液压线路的压电直动式燃料控制器),,的、序列号为12/466,026的美国专利申请中公开的燃料喷射器相同地操作,该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。A.阀针关闭速度为了使发动机排放最佳,期望的是,针阀元件具有快的关闭速度。关闭速度通常受阀针冲击期间喷阀座15中的应力限制。一些常规喷射器的针元件和相关移动部件具有较大的质量,因此关闭速度必须被限制以提供阀针冲击期间可接受的喷嘴应力。需要一种方法来减轻阀针和移动部件的质量,因此使阀针的关闭速度最大。遵循要求保护的本发明的示例性实施方式通过由小质量的针阀元件11和阀针弹簧89得到的阀针冲击力的减小来提高针阀关闭速度。小质量是液压线路组件70整体位于喷嘴壳体2内紧靠喷射器口 22的直接结果。B.阀针尖对准以及喷射孔对准在燃料喷射器中,重要的是,当阀针被提升时阀针尖被保持与喷嘴座同心,以便 1)在每个喷射器口 /喷射孔中提供均勻的燃料分布,用于使燃料燃烧最佳并且使气穴现象最小;和2)使阀针尖与喷嘴座之间的磨损最小,当阀针打开和关闭时,如果阀针不被对中并且必须沿着喷嘴座滑动则会发生针尖与喷嘴座之间的磨损。在许多常规燃料喷射器中, 通过在喷嘴中或相邻的壳体中提供引导紧密配合的针阀元件的内径来实现阀针尖对准。该方法在有限量上是有效的,但是由于容纳针阀元件的喷嘴或壳体孔的外部上的非常高的燃料压力以及孔中非常低的压力而使该喷嘴或壳体孔的尺寸扩大,因此导致附加的阀针尖偏心。存在一些常规的喷射器应用,这些应用需要喷射器喷嘴的喷射孔与发动机汽缸盖对准, 但是因为仅接近喷嘴的具有较薄的壁的较小的下直径区域,所以这是困难的。遵循要求保护的本发明的实施方式改进了阀针尖与喷嘴座15的对准,同时还允许喷射器的喷射孔22相对于发动机汽缸盖容易对准。示例性实施方式提供下列特征来实现改进的阀针尖对准·液压线路组件70位于喷嘴腔17内。·喷嘴壳体16利用喷嘴壳体16和喷射器主体12上的螺纹以及与喷嘴壳体16和喷射器主体12上的螺纹接合的螺纹喷嘴保持件18而附接到喷射器主体12,以在喷嘴中提供用于液压线路组件70的较大腔。·该布置还提供一种当需要时用于使喷射孔角对准的手段(即,喷嘴围绕喷射器轴线取向)。·液压线路组件70使用位于液压线路壳体72和喷嘴壳体16之间的“球头锥 (sphere on cone) ”接头90来精确地定位针阀元件11的上端,并且针弹簧89迫使阀元件 11的末端进入喷嘴座,以精确地定位阀元件11的下部末端。·液压线路插塞74利用“球头锥”接头92与致动器插塞46接合,接头92允许致动器插塞46在需要时倾斜,同时液压线路组件70与喷嘴座15保持对准。具体地,在喷射器组装时,喷嘴壳体16利用螺纹喷嘴保持件18附接到筒14。这些部件的设计提供了用于液压线路组件70的喷嘴壳体16中的较大腔17的空间,并且通过松开保持件以使喷嘴壳体旋转至期望角取向并且重新拧紧该保持件而提供一种在需要时用于使喷射孔角对准的手段(即,喷嘴围绕喷射器轴线取向)。许多现有的喷射器设计由于使用向内朝向喷射器喷射孔以围绕喷嘴壳体的下部的喷嘴保持件而必须使用较小的喷嘴壳体直径,其中保持件壁为液压线路组件留下不足的空间。一些常规喷射器的应用包括形成在汽缸盖中、尺寸受限的喷射器安装孔。使用在喷嘴壳体的较宽直径段上向内延伸的保持件的现有喷射器需要喷嘴壳体的直径较小,由此需要喷嘴腔较小。这样的现有设计由于缺乏足够空间,尤其是缺乏横向宽度尺寸(直径)而阻碍将液压线路组件定位在喷嘴腔中。通过使用具有远端77的短保持件76,喷嘴壳体16能够形成得较大以与安装孔配合并且因此喷嘴腔17能够较大以容纳液压线路组件70,其中远端77终止在位于喷嘴壳体16的轴向长度的外部三分之一内的外部位置。通过将液压线路组件70定位在喷嘴腔44中、位于筒14的内端和喷射器口 22之间并靠近喷射器口 22,针阀元件11能够被缩短(形成有限的轴向长度),由此使移动质量最小并且因此限制关闭时的冲击力。而且,越短的针阀元件 11越响应于作用在阀元件11上的力的变化,这至少部分地是因为阀元件11的固有伸展的减小,阀元件11的固有伸展的减小发生在液压力被施加至阀元件以克服关闭的偏压力,从而使阀元件朝向打开位置运动。在组装时,喷嘴保持件18和喷嘴壳体16首先以“用手拧紧(hand tight) ”的方式组装至筒14。通过保持筒14静止,使喷嘴壳体16脱离正确的喷射孔对准位置。通过保持筒14和喷嘴壳体16静止,然后将喷嘴保持件18拧紧。保持件18包括第一连接器部94, 该第一连接器部94例如包括内螺纹,该内螺纹用于与例如形成在筒14上的互补的外螺纹接合;以及第二连接器部96,该第二连接器部96例如包括内螺纹,该内螺纹用于例如形成在喷嘴壳体16上的互补外螺纹接合。当需要时在所述第一连接器部94、筒14、第二连接器部96以及喷嘴壳体16上可以包括适当的扳紧和/或对准特征(例如平坦部、槽部或尖锐部等)。一个实施方式使用“紧螺器”型设计,其中,喷嘴壳体16具有左旋螺纹,喷射器筒14 具有右旋螺纹(或者,喷嘴壳体16具有右旋螺纹,喷射器筒14具有左旋螺纹)。另一个实施方式使用“不同螺距”类型设计,其中,喷嘴壳体16和喷射器筒14两者均具有右旋螺纹 (或者两者均具有左旋螺纹),一个部件的螺距比另一个部件的螺距大。液压线路组件70使用“球头锥”喷嘴接头90,以将该液压线路组件精确地定位在喷嘴壳体16中,这提供了针阀元件11的上端与喷嘴座15的良好对准。液压线路或插塞复位弹簧76向液压线路壳体72施加载荷,以确保适当的密封。而且,阀针弹簧89迫使针阀元件11进入阀座15中,从而确保针阀元件11的下末端对准。液压线路组件70中的液压线路插塞74利用“球头锥”插塞接头92与致动器插塞46相配合。而且,致动器插塞46的顶端使用“球头锥”衬套接头98和“球形”适配器接头100。这三个球形界面允许致动器插塞46在需要时倾斜,以适应正常的制造公差而不粘合,同时液压线路部件11与喷嘴座15 保持对准。图2示出了喷嘴接头90和插塞接头92具有紧靠定位的两个球面中心,紧靠定位的这两个球面中心与接头摩擦一起防止系统线路在操作期间被撞击(buckle)。在喷射器操作期间,当针阀元件11在喷射器操作期间被提升时,元件11保持其与喷嘴座15的对准。为了开始喷射脉冲,压电元件30伸展,这使得液压线路插塞74经由致动器连接件44和致动器插塞46向下移动。这增大了液压线路78中的压力,以提升针阀元件11。该力与插塞复位弹簧76的力一起导致喷嘴接头90在阀针提升之前和提升期间以及在阀针关闭时锁定就位,因此保持阀针对准。当提升时,针阀元件11的末端相对于喷嘴座 15的实际离心率受液压线路组件70中的较小匹配配合间隙限制。C.液压线路加注阀控制2009 年 5 月 14 日提交的、名为 “Piezoelectric Direct Acting Fuel Injector withHydraulic Link(具有液压线路的压电直动式燃料控制器)”的、序列号为12/466,026 的美国专利申请中所示的液压线路包含加注阀,该加注阀提供用于在喷射脉冲之后向液压线路容腔加注燃料的装置。该加注是必要的,因为液压线路中的一些燃料在喷射循环期间泄漏出。对于喷射器期望的是,对于每个喷射事件/发动机点火循环,为发动机燃烧室提供多个喷射脉冲。这些多个喷射脉冲之间的最小时间受到在下一喷射脉冲/循环之前加注阀以打开并且然后关闭所花费的时间的限制。当加注阀在每个喷射脉冲之间打开和关闭时也可能导致其他可能不期望的喷射时机变化。
遵循所要求保护的本发明的示例性实施方式提供可控制的加注,以允许液压线路室仅在被指令时进行加注。如果加注阀86在两个或更多个喷射脉冲之间保持关闭,则脉冲能够更紧密,在一些情况下这是非常期望的,以使燃料燃烧最佳,并且以降低喷射时机变化。加注阀86能够被发动机电子控制模块或单元控制,以在必要时例如在燃烧事件的多个脉冲的全部或一部分之后进行加注,从而维持用于下一喷射脉冲的阀针升程能力。在液压线路组件70内,加注阀86仅在液压线路容腔78的压力比燃料供应腔/喷嘴腔的压力显著更低时(这通常发生在每个喷射脉冲之后)打开。在该发明中,在喷射脉冲之后,通过控制压电致动器电压的适当下限,能够使加注阀86在喷射脉冲之间保持关闭。 在喷射脉冲之后电压不允许达至零而是维持这样的电压,该电压足够高以维持高于燃料供应/喷嘴腔的压力的适当液压线路容腔压力但是足够低以低于打开针阀元件11所需的压力。为了在喷射脉冲之后允许液压线路容腔78加注燃料,压电致动器的电压在脉冲之后允许达至零。这允许液压线路容腔78中的压力显著低于燃料供应腔/喷嘴腔的压力,以允许加注阀86打开。更具体地,本发明的燃料喷射器10包括液压线路加注阀86,所述液压线路加注阀 86提供具有较大流动区域的通路,以在喷射脉冲或者事件之间非常快速地加注液压线路室或容腔78,同时使喷射期间从液压线路室78流出的泄漏最小。在一个公开的实施方式中, 液压线路加注阀86包括环形盘(或类似构造),该环形盘与匹配部中的适当的阀座102 — 起提供单向密封,从而形成止回阀装置。液压线路加注阀86根据具体操作条件在需要时能够沿任意方向被弹性加载。在操作中,当液压线路室78中的压力低于燃料供应腔/喷嘴腔中的压力时,加注阀86变得不密封,而允许燃料流过所述流动区域以加注液压线路室78 (例如,在喷射脉冲之间)。当液压线路室78中的压力变得比喷嘴腔中的压力大时,来自液压线路室78中的增压燃料朝向加注阀86的阀座102推动该加注阀86,直到阀86安置成封闭阀和阀座之间的通路(例如当喷射开始时)。只要液压线路室78中的压力大于供应压力,所述通路就保持关闭。重要地,参照图2和图6a至图6c的曲线图,本发明还提供允许加注阀86能够被控制成仅在被指令时才允许对加注阀86加注的方法。在液压线路组件70内,加注阀86仅在液压线路容腔78中的压力比燃料供应腔84/喷嘴腔17的压力显著更低时(这通常发生在每个喷射脉冲之后)才打开。在喷射脉冲之后,通过控制压电致动器M的电压的适当下限,加注阀86能够在喷射脉冲之间保持关闭。在喷射脉冲之后电压不允许达至零,而是将电压保持为这样的电压,该电压足够高以维持高于燃料供应腔84/喷嘴腔17的压力的液压线路容腔78中的适当压力但是足够低以低于以打开针阀元件11所需的压力。该控制方法允许喷射脉冲更紧密,这在一些情况下是非常期望的,以使燃料燃烧最佳以及以减小喷射时机变化。为了允许液压线路容腔78在喷射脉冲之后加注燃料,允许压电致动器组件M的电压在喷射脉冲之后达至零。这允许液压线路容腔78中的压力比燃料供应腔84/喷嘴腔 17中的压力显著更低,以允许加注阀86打开。该加注确保针阀元件升程能力能够在燃烧事件的多个脉冲的全部或一部分之后被保持用于下一喷射脉冲。D.经过匹配配合的致动器插塞肓径的燃料泄漏
期望要排出的高压燃料的泄漏最小,因为这使能量损失最小以及避免过分加热喷射器部件并避免排出的燃料返回到燃料罐。一些常规喷射器在插塞及其相关的壳体之间使用一个或更多个紧密配合的匹配配合件,以使高压力的泄漏最小,同时还允许经由插塞传递运动。然而,该同一壳体还提供了高度加载的面密封,该面密封能够导致匹配配合孔变形,使得必须在匹配配合中使用较大间隙,以避免插塞由于孔变形而卡住。该较大间隙导致更大程度的泄漏。遵循所要求保护的本发明的示例性实施方式防止壳体变形影响匹配配合的插塞间隙,同时保持“泄漏控制特征”。本发明通过使用插塞衬套62和致动器插塞46之间的匹配配合而提供一种限制要排出的高压力燃料泄漏的量的密封。插塞衬套62还利用适当的密封接头来密封下致动器壳体观。能够使用“球头锥”接头98,以允许致动器插塞46在需要时倾斜以适应正常的制造公差。衬套62的外部暴露在燃料供应腔84中的压力下,而导致当供应压力增大时衬套孔略微收缩。提供适当的匹配配合间隙以避免插塞卡住。该间隙能够成锥形以与孔沿轴线的收缩量相配,从而进一步降低泄漏。更具体地,示例性实施方式提供一种插塞密封环面104,该插塞密封环面通过使用插塞衬套62与致动器插塞46之间的匹配配合而限制燃料从燃料供应腔84向燃料排放腔 50的泄漏的量。插塞衬套62还利用球头锥型衬套接头98来密封下致动器壳体观。该接头还允许致动器插塞46在需要时倾斜以适应正常的制造公差。插塞衬套62的外部暴露于燃料供应腔84中的压力下,从而产生径向液压力,该径向液压力在燃料供应腔84中的压力增大时趋于使插塞衬套62的孔略微收缩。在该衬套接头98中,向该衬套62施加内锥面。这允许衬套上的轴向液压载荷克服趋于使衬套孔收缩的径向液压力,因此使衬套62的孔的收缩量最小。提供插塞密封环面104中的适当的匹配配合间隙以避免致动器插塞46被卡住。该间隙能够成锥形以与孔沿轴线的收缩量相配,从而进一步减少泄漏。E.压电致动器壳体和预载弹簧期望压电致动器具有壳体或类似方法以防止不想要的流体由于致动器可靠性的不利后果而达到陶瓷叠层。预载方法还必须确保压电叠层始终处于压缩状态,并且绝不处于张紧状态以避免会导致致动器失效的破裂。如果使用预载弹簧,则期望最低的弹性比,从而获得最高的可利用的致动器能量输出。本发明提供波纹壳体40,以防止压电元件30暴露于排出燃料以及容纳使用于致动器内的任何油,以改进热传递。波纹壳体40还用作压电元件的叠层30的预载弹簧。波纹壳体40被焊接到致动器盖32。波纹壳体40因此伸展至适当载荷并且焊接到底部支承件 38。波纹壳体40中的波纹导致较低的弹性比,以使可利用的压电致动器的力最大。如前面刚提及的,喷嘴阀元件11可以快速地升高到期望的升程位置,并且具有绕该位置摆动给定时段的趋势。滞流阀88位于液压线路插塞74中,并且包括滞流阀口 106。 滞流阀88借助阀针弹簧89的外端被偏压成抵靠液压线路插塞74。采用滞流阀17以迅速地阻碍喷嘴阀元件12的摆动,以实现较稳定的燃料输送。上述内容在截留在滞流室40中的燃料经由滞流阀口 106离开时被完成,从而提供对燃料向外流动的限制,并且因此限制喷嘴阀元件11沿升高方向的运动。通过使滞流阀88克服阀针弹簧89的偏压力而移离液压线路插塞74,滞流阀88还允许燃料进入滞流室108,从而对喷嘴阀元件11沿下降方向的运动几乎不形成限制。应注意,上插塞或致动器插塞46的内端具有较大的直径,由此用作增强特征或增强器。在图3所示的另一个实施方式中,致动器插塞46的内端可包括单一直径,以形成圆筒形状,而分离的增强器部件42可以被定位在致动器插塞46的内端和液压线路插塞74的外端之间。分离的增强器部件42可包括中心孔108,该中心孔用于接收致动器插塞46的中心柱130,以将这些部件连接在一起。参照图4,在另一个实施方式中,滞流入口孔110和分离的滞流出口孔112均可用于控制在定位在液压线路插塞74中的滞流室108中的流进和流出。滞流入口孔110形成在液压线路插塞74中并且提供降低阀针关闭冲击速度的能力,以避免可能发生阀针安置成击打进入(beat-in)液压线路插塞74的问题。滞流入口孔110的最小尺寸(即,最小冲击速度)被限制为使得其必须不过分影响阀针打开延迟和缓冲,因为滞流入口孔110与滞流出口孔112串联。图5示出了这样的实施方式,该实施方式允许在针阀元件关闭期间比针阀元件打开期间更大程度的缓冲(即,更大程度的滞流孔限制)。该构造提供了在阀针打开期间和阀针关闭期间独立的缓冲控制。因此阀针关闭冲击速度能够被减小同时不影响阀针打开延迟和缓冲。在该实施方式中,滞流阀88包括滞流阀元件114,该滞流阀元件114定位在液压线路插塞74的外部并且借助弹簧116被向内偏压在形成于插塞74上的阀座118上。在针阀元件打开期间,流体通过滞流出口孔112以及在液压线路插塞74的环形壁中的彼此相对形成的两个滞流入口孔120而流出滞流室(缓冲室)108,由此将滞流室108连接到喷嘴腔 17。在阀针关闭期间,流体仅通过两个滞流入口孔120而流入缓冲室中。在其它实施方式中,可以使用仅一个或者两个以上的滞流入口孔。然而,两个或更多个滞留孔将平衡径向作用在液压线路组件上的流力。本发明的燃料喷射器能够在高喷射压力下以较近间隔(例如7个或更多个)隔开的每个燃烧事件下喷射多个燃料脉冲,以更好地满足将来的排放要求,同时最小程度地使用昂贵的后处理装置。较低的阀针质量、更快的阀针关闭响应、以及改进的阀针与喷嘴座的对准帮助提高发动机排放以及喷射器的耐用性。该喷射器设计原理能够被用于轻型、中型、 重型和较大的发动机,但是致动器所需的能量随着流动和/或压力要求的增大而增加。因此,通过实现将用于将针阀元件11抬离其阀座以在最快的响应时间内执行燃料喷射事件所必需的运动减至最小,本发明的燃料喷射器可获得比现有技术显著的优点。为了实现这种结果,示例性实施方式提供一种独特的液压线路组件70,以将压电致动器M与针阀元件 11连接,从而利用如本文所述的泄漏控制特征以由此提供更加可控制并且较快地作用的直动式喷射器,同时使排放流最小。免除喷嘴阀元件座15的燃料供应通道上游中的孔,以使腔内压力(即,在腔室)最大。上插塞或致动器插塞46便于将压电致动器M连接至液压线路组件70。液压线路组件70直接动作,以将压电致动器M的向下运动转换成针阀元件 11的向上运动(即,液压线路插塞74被压电元件的叠层30向下推动,并且针阀元件11被得到的液压线路室78的燃料压力向上推动)。液压线路插塞直径被选择为获得使针阀元件 11进行期望运动所需要的最佳运动的放大。液压线路室78在需要时在喷射事件之间选择性地加注并且在喷射脉冲之间选择性地加注,以允许燃料喷射部件即使在发生热变化时也返回到初始位置(用于随后的燃料喷射事件)。
本领域技术人员应清楚,在不脱离本发明的范围的情况下,能够对公开的设备和方法进行各种修改和变化。另外,本领域技术人员从本说明书将清楚该设备和方法的其它实施方式。将说明书和实施例旨在仅是示例性的,本发明的真实范围由随附的权利要求及其等同物来表明。
权利要求
1.一种压电致动的燃料喷射器,该燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中, 该燃料喷射器包括喷射器主体,该喷射器主体包括筒、具有喷嘴腔的喷嘴壳体、将所述筒和所述喷嘴壳体连接的保持件以及喷射器口,该喷射器口与所述喷嘴腔的一端连通以将燃料排放到所述燃烧室中;喷嘴阀元件,该喷嘴阀元件在所述喷嘴腔中定位成与所述喷射器口相邻,所述喷嘴阀能够在打开位置与关闭位置之间运动,在所述打开位置,燃料通过所述喷射器口流入所述燃烧室中,在所述关闭位置,燃料通过所述喷射器口的流动被阻塞;压电致动器,该压电致动器包括压电元件的叠层,该压电元件的叠层能够在第一方向上运动而伸展并且能够在与所述第一方向相反的第二方向上运动而收缩;液压线路组件,该液压线路组件定位在所述喷嘴腔内,所述液压线路组件包括具有内孔的液压线路壳体;液压线路插塞,该液压线路插塞定位成能够在所述内孔中以可滑动的方式移动并且能够操作连接至所述压电致动器;以及液压线路,该液压线路将所述液压线路插塞和所述喷嘴阀元件操作连接。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路插塞包括中心孔,所述喷嘴阀元件延伸到所述液压线路插塞的所述中心孔中,其中,所述液压线路插塞、所述喷嘴阀元件和所述液压线路壳体沿所述喷射体主体的纵向范围以重叠的关系定位,所述液压线路定位在所述液压线路壳体和所述液压线路插塞之间。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路围绕所述喷嘴阀元件形成并且形成在所述液压线路插塞的一端和所述液压线路壳体之间。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括致动器插塞,该致动器插塞将所述压电致动器操作连接至所述液压线路插塞;以及泄漏控制特征,该泄漏控制特征包括围绕所述致动器插塞定位的插塞衬套,以在所述插塞衬套的内表面与所述致动器插塞的相对的外表面之间形成局部流体密封。
5.根据权利要求4所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括致动器壳体,该致动器壳体具有用于接收所述致动器插塞的中心孔;以及衬套对准特征,该衬套对准特征包括形成在所述致动器壳体上的截锥面以及形成在所述插塞衬套上并定位成接触所述截锥面的半球面。
6.根据权利要求1所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括致动器插塞,该致动器插塞将所述压电致动器操作连接至所述液压线路插塞;以及插塞对准特征,该插塞对准特征包括形成在所述致动器插塞上的截锥面以及形成在所述液压线路插塞上并定位成接触所述致动器插塞的所述截锥面的半球面。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器,其中,所述插塞对准特征定位在所述喷嘴腔中。
8.根据权利要求6所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括液压线路壳体对准特征, 该液压线路壳体对准特征包括形成在所述喷嘴壳体上的截锥面以及形成在所述液压线路壳体上并定位成接触所述喷嘴壳体的所述截锥面的半球面。
9.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路定位在液压线路室中,该燃料喷射器还包括液压线路加注阀,该液压线路加注阀能够操作成允许燃料流入所述液压线路室中并防止燃料从所述液压线路室流出。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路加注阀定位在所述液压线路壳体内并且包括加注阀体和阀座,所述加注阀体安装成能够在所述喷嘴阀元件上以可滑动的方式运动,所述阀座形成在所述液压线路壳体上。
11.根据权利要求9所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括致动器电源装置,该致动器电源装置用于增大所述压电致动器的电压,以使所述喷嘴阀元件响应于所述压电元件的叠层在所述第一方向上的运动而移入所述打开位置;并且该致动器电源装置还用于降低所述压电致动器的电压,以使所述喷嘴阀元件响应于所述压电元件的叠层在所述第二方向上的运动而移入所述关闭位置,所述喷嘴阀元件的所述打开和所述关闭限定喷射脉冲,并且当所述电压达到预定下限时,所述液压线路加注阀能够移入打开位置以加注所述液压线路室,所述致动器电源装置还能够操作以改变所述电压从而引发多个喷射脉冲,并且能够操作以在这些喷射脉冲之间将所述电压选择性地维持成高于所述预定下限,以将所述加注阀维持在关闭位置,从而防止加注所述液压线路室。
12.根据权利要求1所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括阀室以及阀,所述阀室形成在所述液压线路插塞中,所述阀定位在所述阀室中以限制燃料流出所述阀室从而限制所述喷嘴阀元件在所述第二方向上的运动。
13.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其中,所述喷射器主体还包括保持件,该保持件包括第一连接器部,该第一连接器部包括用于与形成在所述筒上的互补外螺纹接合的内螺纹;以及第二连接器部,该第二连接器部包括用于与形成在所述喷嘴壳体上的互补外螺纹接合的内螺纹。
14.根据权利要求13所述的燃料喷射器,其中,所述保持件包括最内远端,所述液压线路沿所述喷射器主体的纵向范围定位在所述内远端和所述喷射器口之间。
15.一种压电致动的燃料喷射器,该燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中, 该燃料喷射器包括喷射器主体,该喷射器主体包括具有喷嘴腔的喷嘴壳体以及喷射器口,该喷射器口与所述喷嘴腔的一端连通以将燃料排放到所述燃烧室中;喷嘴阀元件,该喷嘴阀元件在所述喷嘴腔中定位成与所述喷射器口相邻,所述喷嘴阀能够在打开位置与关闭位置之间移动,在所述打开位置,燃料通过所述喷射器口流入所述燃烧室中,在所述关闭位置,燃料通过所述喷射器口的流动被阻塞;压电致动器,该压电致动器包括压电元件的叠层,所述压电元件的叠层能够在第一方向上运动而伸展并且能够在与所述第一方向相反的第二方向上运动而收缩;液压线路组件,该液压线路组件定位在所述喷嘴腔内,所述液压线路组件包括液压线路壳体;液压线路插塞,该液压线路插塞能够以可滑动的方式安装在所述液压线路壳体中并且能够操作连接至所述压电致动器;以及液压线路,该液压线路将所述液压线路插塞和所述喷嘴阀元件操作连接;液压线路加注阀,该液压线路加注阀能够操作成允许燃料流入所述液压线路室中并防止燃料从所述液压线路室流出;以及致动器电源装置,该致动器电源装置用于增大所述压电致动器的电压,以使所述喷嘴阀元件响应于所述压电元件的叠层在所述第一方向上的运动而移入所述打开位置;并且该致动器电源装置还用于降低所述压电致动器的电压,以使所述喷嘴阀元件响应于所述压电元件的叠层在所述第二方向上的运动而移入所述关闭位置,所述喷嘴阀元件的所述打开和所述关闭限定喷射脉冲,并且当所述电压达到预定下限时,所述液压线路加注阀能够移入打开位置以加注所述液压线路室,所述致动器电源装置还能够操作以改变所述电压从而引发多个喷射脉冲,并且能够操作以在这些喷射脉冲之间将所述电压选择性地维持成高于所述预定下限,以将所述加注阀维持在关闭位置,从而防止加注所述液压线路室。
16.根据权利要求15所述的燃料喷射器,其中,所述致动器电源装置还能够操作成将所述电压选择性地降低至低于所述预定下限,以使所述加注阀移入所述打开位置,从而使得加注所述液压线路室。
17.根据权利要求15所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路加注阀定位在所述液压线路壳体内。
18.根据权利要求15所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路加注阀包括加注阀体, 该加注阀体安装成能够在所述喷嘴阀元件上以可滑动的方式运动;以及阀座,该阀座形成在所述液压线路壳体上。
19.根据权利要求15所述的燃料喷射器,其中,所述液压线路插塞包括中心孔,所述喷嘴阀元件延伸到所述液压线路插塞的所述中心孔中,其中,所述液压线路插塞、所述喷嘴阀元件和所述液压线路壳体沿所述喷射器主体的纵向范围以重叠的关系定位,所述液压线路定位在所述液压线路壳体和所述液压线路插塞之间。
20.根据权利要求15所述的燃料喷射器,该燃料喷射器还包括阀室,该阀室形成在所述液压线路插塞中;以及阀,该阀定位在所述阀室中以限制燃料流出所述阀室,从而限制所述喷嘴阀元件在所述第二方向上的运动。
全文摘要
提供一种压电致动的燃料喷射器,该燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中,该燃料喷射器包括压电致动器,该压电致动器能够运动成沿第一方向伸展并且能够运动成沿与所述第一方向相反的第二方向收缩;以及液压线路组件,该液压线路组件布置在形成在容纳喷嘴阀元件的喷嘴壳体中的喷嘴腔内。所述液压线路组件靠近喷射器口定位,以使针阀元件的长度和质量最小,由此降低座冲击力并加快响应时间。加注阀操作成移入打开位置以加注液压线路室。致动器电源操作以改变电压,以引发多个喷射脉冲并且以在喷射脉冲之间将电压选择性地保持高于预定下限,从而将加注阀保持在关闭位置以防止加注液压线路室。
文档编号F02M51/06GK102575626SQ201080032245
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月10日
发明者B·多斯珀利, C·莫里斯 申请人:康明斯知识产权公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1