带压电促动器预载的燃料喷射器的制作方法

专利名称：带压电促动器预载的燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的压电促动燃料喷射器，其有效地定量控制 燃料，同时在整个操作过程中维持压电促动器上最适宜的预载。发明背景在大多数应用于内燃机的燃料供应系统中，燃料喷射器被用于引 导燃料脉冲进入发动机燃烧室。 一种常用的喷射器是闭合喷嘴喷射 器，其包括喷嘴组件，该喷嘴组件带有定位于喷嘴口附近的弹簧偏置 喷嘴阀元件，用于在允许燃料喷入气缸的同时，阻止废气爆炸后进入 喷射器的泵送腔和计量腔。喷嘴阀元件也可用来突然终止燃料喷射的 准备，因此防止了导致在排气装置中出现未燃烧碳氢化合物的二次喷 射。喷嘴阀定位于喷嘴腔内，并被喷嘴弹簧偏置，从而阻塞燃料流通 过喷嘴口。在很多燃料系统中，当喷嘴腔内燃料的压力超过喷嘴弹簧的偏置力时，喷嘴阀元件朝外移动，允许燃料通过喷嘴口，从而开始 喷射。在其它类型的系统中，比如美国专利No.5,819,704公开的系统， 喷射的开始由伺服控制的针形阀元件控制。组件包括邻接喷嘴阀元 件外端定位的控制容室(control volume),用于排泄来自控制容室燃料 到低压泄放区(low pressure drain)的泄放回路，沿着泄放回路定位、用 于控制燃料流通过泄放回路、从而导致针状阀在打开位置和闭合位置 之间运动的喷射控制阀。打开喷射控制阀，造成在控制容室内的燃料 压力降低，从而导致压力差，这迫使针状阀打开；关闭喷射控制阀， 造成在控制容室内压力的增加，从而关闭针状阀。内燃机设计者们越来越意识到为了满足日益提高的政府性和调整性的关于消除排放的需求，同时提高燃料的经济性，需要充分改善 燃料供应系统。特别地，已经熟知，改善的燃料定量控制(也就是燃料 流进入燃烧室的速率)对于在柴油燃料燃烧过程中降低产生的排放等 级同时降低其燃油率来说，是至关重要的。于是，在闭合喷嘴燃料喷 射系统中提出了很多关于定量或喷射率的控制装置。出于多种原因，压电装置需要被用作阔促动器。原因之一是这 些装置允许精确的定量和对压力燃料的微量控制。另 一个满意的特征 是压电促动器在被合理并精确地校准时，具有可靠的特性。然而， 燃料喷射阀中，用以移动阀元件经过其阀沖程所必需的压电元件位移 量是很小的。因此，压电元件或压电叠组形成层之间所不希望出现的 任何轻微分离，都有可能干扰有效的叠组膨胀和/或作用于阀上的初始 力，从而可能对燃料喷射的定时定量产生负作用一一尽管具有初始校 正的精确性。尽管压电叠组通过使用一些机构被初始预加载(比如牵引 装置，例如包括中心杆、外部杆和/或外部套的螺母垫片组件，其在压 缩中把叠组的端部牵引向彼此)这些预载装置在贯穿喷射器整个操作 过程中，在叠组上不能提供足够的预载力。此外，由于与压电促动器相关的较小冲程和较大的作用力，在压 力促动器和可移动的阀元件之间建立精确的接触面是困难和昂贵的。 由于不同部件组件的累积误差，在促动器和阀元件之间建立匹配或平 齐的接触面是困难的。至少一个喷射器制造商已经生产了一种喷射 器，其使用液压腔，该液压腔在压力促动器和伺服喷射控制阀之间， 充满低压排泄燃料，用以补偿最小制造公差，同时补偿由温度和磨损 引起的长度变化。同样，形成压电叠组的压电元件的所需尺寸(叠组的截面)与打开阀的作用力成比例。在喷射器较大的情况下(喷射器针的直径较大)， 为了达到所希望的控制腔动态压力，大尺寸的控制阀是必需的。在高压下打开这些大控制阀需要较大的开力，因此需要较大的叠组。然而， 较大的压电叠组较为昂贵并且不是广泛可行的。美国专利No.6,837,221中，Crofts等人公开了 一种带反馈控制的 伺服控制燃料喷射器喷嘴组件。该喷射器包括压电促动器，以促动用 于控制来自控制容室的燃料流的阀部件(该控制容室定位在针状阀的 一端上)从而控制针状阀元件的运动。这种设计可能不会在整个操作过 程中充分地提供在促动器叠组上的预载，并且没有补偿热膨胀、磨损 和制造公差。因此，为了保证对燃料喷射的有效控制，需要一种能够在整个操 作过程中维持足够的压电叠组预载的、简单的而且经改进的压电燃料 喷射器。发明概述因此，本发明的目的之一是克服以前技术的不足并且提供一种燃 料喷射器喷嘴组件，该燃料喷射器喷嘴组件能够使发动机更好地满足 将来柴油发动机的废气排放要求。本发明的另一个目的是提供一种燃料喷射器，其具有改进了的燃 料计量控制。本发明的又一个目的是提供一种压电促动燃料喷射器，其具有压 力平tf的喷射控制阀，其可以在整个操作过程中结合液压地补偿(由热 和磨损引起的)机械变形的能力，而同时维持在压电叠组上的最适宜预 载。本发明的再一个目的是提供一种燃料喷射器，其具有能够补偿部 件^^差、磨损和温度的喷嘴组件，该喷嘴组件改变喷嘴阀的提升特性。 本发明的又一个目的是提供一种燃料喷射器，其用于重型发动才几应用，可以使用更易得到，更低成本的压电叠组。本发明的另一个目的是提供一种燃料喷射器，其具有简单的、低 成本的压电叠组预载装置。本发明的另一个目的是提供一种燃料喷射器，其具有简单的、低 成本的装置以放大阀的运动。这些目的和其它目的将通过提供一种用于在高压下将燃料喷入发动机燃烧室的喷射器来实现的，该喷射器包括喷射器主体，其包括喷射器腔，与喷射器腔一端相连、将燃料流喷入燃烧室的喷射器口， 定位于喷射器腔一端和喷射器口附近的喷嘴阀元件。喷嘴阀元件在允 许燃料通过喷射器口进入燃烧室的打开位置和阻止燃料通过喷射器 口的闭合位置之间移动。控制容室定位成用于接收加压的燃料源，而 泄放回路设置成用于把燃料从控制容室排泄到低压泄放区中。喷射控 制阀沿着泄放回路定位，控制来自控制容室的燃料流。喷射控制阀包括压电促动器(其包括可在伸展位置(expanded position)和压缩位置之 间移动的压电元件叠组)和控制阀部件(可在允许燃料流通过泄放回路 的打开位置和阻止燃料流通过泄放回路的闭合位置之间移动)。此外， 预载室(preload chamber)定位成与控制容室轴向地隔开一定距离、位于 控制容室和压电促动器之间，以接收高压流体。同样，高压流体源连 接到预载室，高压流体在预载室中产生作用于压电元件叠组上的高压 流体预载力。还设置了止回阀，其可在闭合位置(阻止来自预载室的高 压液体流)和打开位置(允许高压液体流进入预载室)之间移动。高压流体源可以提供高压燃料，用于在至少大约200bar的压力下 补给用于喷入发动机燃烧室的燃料。高压流体源可以包括高压预载供 给回路，其包括延伸穿过控制阀部件的轴向通道。控制阀部件可以包 括第一部件和定位成轴向对齐第一部件的第二部件。预载室可以至少 部分地形成在笫 一部件的一端中。预载室可以至少部分地形成在第二 部件的一端中。止回阀可以包括阀元件和用于把阀元件朝闭合位置偏 置的偏置弹簧。预载室可以至少部分地形成在第一部件的一端中，偏 置弹簧和阀元件可以至少部分地定位于预载室中。优选地，喷射控制 阀部件是压力平衡的。本发明涉及一种燃料喷射器，其用于在高压下把燃料喷入发动机 的燃烧室，包括喷射器主体，该喷射器主体带有喷射器腔和与喷射器腔一端相连、将燃料流入燃烧室的喷射器口；定位于喷射器腔一端和喷射器口附近的喷嘴阀元件，喷嘴阀元件可在允许燃料通过喷射器口 进入燃烧室的打开位置和阻止燃料通过喷射器口的闭合位置之间移 动。控制容室设定位成用于接收加压的燃料源，同时还设置了泄放回路以用于燃料从控制容室到低压泄;改区的排泄。喷射控制阀沿着泄放 回路定位以控制来自控制容室的燃料流。喷射控制阀包括压电促动器(其包括可以在伸展位置和压缩位置之间移动的 一堆压电元件)和控制 阀部件(其可在允许燃料流通过泄放回路的打开位置和阻止燃料流通过泄放回路的闭合位置之间移动)。此外，预载室定位成与控制容室轴 向地隔开一定距离、位于控制容室和压电促动器之间，以接收高压流 体。高压流体源连接到预载室，在此预载室内的高压流体在大约200bar 的压强下把燃料补给到预载室，用于在压电元件叠组上产生高流体压 力预载力。提供了一种为燃料喷射器的压电促动器在其运行过程中提供预 载的方法，其包括提供一种燃料喷射器，其包括可在允许燃料流的 打开位置和阻止燃料流的闭合位置之间移动的喷嘴阀元件；定位成用 于接收加压的燃料源的控制容室；用于燃料从控制容室到低压泄放区 的排泄的泄放回路；喷射控制阀，其包括沿着泄放回路定位的控制阀 部件，以控制来自控制容室的燃料流；压电促动器，其包括一堆可在 伸展位置和压缩位置之间移动的压电元件；预载室，其定位成与控制 容室轴向地隔开一定距离、位于控制容室和压电促动器之间，以接收 高压流体。这种方法还包括以至少200bar的压强把高压流体补给到预 载室，产生作用在压电元件叠组上的高流体压力预载力。附图简述

图1是根据本发明的燃料喷射器的截面图；图2是图1中A区域的放大了的截面图，其中，压电促动器处于 解除促动状态(没有压力)下，控制阀处于闭合位置下；图3是图1中A区域的放大了的截面图，其中，压电促动器处于 促动状态(带压力)下，控制阀处于打开位置下；图4是一种喷射器的放大了的截面图，该喷射器类似于图1所示 的喷射器一一除了压力放大之外；图5是本发明的燃料喷射器的第二实施例的截面图；图6是图5中B区域的放大了的截面图；图7是图6中C区域的放大了的截面图。塞.盟使逸参考图1,其中显示了本发明的压电促动燃料喷射器，其一般地 以数字10显示，它使用简单的、可靠的、低成本的方法，部分地通 过在压电叠组上提供改进了的高预载，而有效地获得对燃料定量的精 确的以及可变的控制。燃料喷射器10由喷射主体12组成，其具有大 致为细长圓柱形的形状，该形状形成了喷射器腔14。燃料喷射器主体 12的低部包括闭合喷嘴组件(一般以数字16表示)，其包括互易式安装 的(reciprocally mounted)喷嘴阀元件18，用于打开和闭合形成在主体 12内的喷射器口 20，由此控制喷射燃料流进入发动机燃烧室(未显示)。喷嘴阀元件18优选地由单个完整的结构形成，并且定位在喷射 器腔14的一端中。偏置弹簧22定位在喷射器腔14中，用于邻接贴 靠形成在喷嘴阀元件18上的脊面(land)24，以使偏置喷嘴阀元件18 进入如图1所示的闭合位置。高压燃料源通道26形成在喷射器主体 12中，用于把来自高压源的高压燃料补给到喷射器腔14中。喷嘴阀 元件18的上端定位成用于在密封及导向套筒28内滑动。密封及导向 套筒28包括笫一部分30和定位成邻接贴靠第一部分30的第二部分 32。第一部分30的下端与偏置弹簧22的上端相邻接，第一部分30的上端与第二部分32相邻接，以保持第二部分32的上端与喷射器主 体12的密封地邻接贴靠状态。如图1所示，喷射器主体12包括用于接收喷嘴阀元件18下端 的喷嘴外壳38;用于接收喷嘴阀元件18上端的筒管(barrel)40;包括 内螺紋、用于接合在筒管40下端上的相应外螺紋的保持器(见图5中 保持器42),其使得部件能够通过简单地相对于筒管40来旋转保持器 42而保持在一起、成压缩式的邻接。燃料喷射器10还包括喷嘴阀控 制装置(一般地显示成数字48)，用于控制喷嘴元件18在打开位置和闭 合位置之间的移动，以定义燃料流穿过喷射器口 20进入燃烧室的喷 射事件。具体地，喷嘴阀控制装置48运行以启动喷嘴阀元件18从其 一个位置到另 一个位置的开始运动，同时优选地可变地控制其运动， 也即，控制喷嘴阀元件20在打开位置和闭合位置之间移动的运动速 率以及喷嘴阀元件的开口程度。通过这种方式，喷嘴阀控制装置48 所起的作用是控制定量燃料的量，优选地作为速率成型(rate shaping) 控制装置，以改善燃烧并减少排;改。本发明的喷嘴组件可以适合用于多种喷射器和燃料系统。比如， 闭合喷嘴喷射器10可以接收来自高压公用管道、或选择性的抽水泵 线^各喷嘴系统、或者合并的单元喷射系统的高压燃料，比如，机械地 促动压杆进入喷射器主体中。因此，本发明的喷嘴组件可以结合到任 何燃料喷射器或燃料系统，其补给高压燃料到喷射器，同时允许喷嘴 阀控制装置48控制时间、数量以及(优选地)燃料喷入燃烧室的速 率成型。如图1和2所清晰地显示，喷嘴控制装置48包括控制容室 或者说控制腔50，其形成在密封及导向套筒28的外端，喷嘴控制装 置48还包括控制装料回路54,其用于引导燃料从补给通道26进入控 制容室50。喷嘴阀控制装置48还包括泄放回路56,其用于排泄来自 控制容室50的燃料，该喷嘴阀控制装置48又包括沿着泄放回路56 定位的喷射控制阀58,其用于可变地控制通过泄》丈回路56的燃料流， 从而形成喷嘴阀元件18的受控的、预定的运动。喷射控制阀58 :故特定地设计成能够精确地控制喷嘴阀元件18 /人 闭合位置到打开位置的运动，从而可预测地控制穿过喷射器口 20的 燃料流，以实现所需的燃料定量，优选地，实现喷射速率的改变。如图1中所示，喷射控制阀58包括控制阀部件60和压电促动器62,用 于有选择地移动控制阀部件60,比如通过预定的、变化的上升进度表， 以在促动发生时精确地控制喷嘴阀元件18的运动。压电促动器62包 括柱形层积主体，或者说薄盘状元件64的叠组，其每个都具有压电 效应，控制杆66和促动器外壳68。当电压(比如+ 150伏)f皮加到每个 元件上时，这些元件沿着圓柱轴向伸展。相反地，当电压-150伏被 加到每个元件时，元件收缩，这样压电促动器62的内端从闭合喷嘴 组件16离开。控制杆6的下端邻接控制阀部件60的上端，使得压电 促动器62的伸展/收缩直接传递到控制阀部件60上，从而使控制阀部 件在打开位置和闭合位置之间移动。控制杆66的内端伸展穿过叠组 垫片67，并且在开始时设定成通过常规可调节的预载组件69牵引垫 片67、叠组64到压缩状态，该预载组件69安装在控制杆66的外端 上。压电促动器62可以包括任何类型或设计的压电促动器，只要它 能够促动将在下文描述的控制阀58。应该指出，对促动器62的促动/解除促动是由控制装置(未显示) 所控制的，也即由电子控制单元所控制，该电子控制单元通过提供给 促动器62的喷射控制信号而在发动机运行的预定时间内精确地控制 喷射时间，燃料的定量通过喷射控制信号的持续时间来控制，优选地， 基于发动机运行条件，通*十促动器提供可控的变化电压来实现喷射 速率成型的控制。喷射控制阀58还包括定位于筒管40外端的阀支持件44，和用于 把阀支持件44紧固到筒管40上的连接器衬套46。特别地，喷射器主 体12的连接器衬套46在下端含有内螺紋用于接合形成在筒管40上 的互补的外螺紋，在上端含有内螺紋用于接合形成在促动器外壳68 上的外螺紋，这样连接器衬套46的旋转可以用来把促动器外壳68连接到喷射器主体12上，从而把喷射控制阀58也连接到喷射器主体12 上，同时把阀支持件44紧固到筒管40上。阀座70形成在阀支持件 44上、沿泄放回路56与控制容室50隔开一定距离，用于被控制阀部 件60邻接。控制阀部件60包括内部阀部件71和外部阀部件73 。内 部控制阀部件71包括内端，其定位在喷嘴阀元件18的外端附近，以 形成控制容室50的端壁。内部阀部件71可以由单件材料形成，或者 可以包括第一部分76和定位成邻接贴靠第一部分76的第二部分78。 形成在第二部分78上的环形阀表面77，在打开位置(与阀座70隔开， 允许燃料流排泄)和闭合位置(密封邻接阀座70，阻止燃料流排泄)之间 移动。外部阀部件73包括定位成邻接贴靠控制杆66的外端和位于内 部阀部件71外端附近的内端。预载室75定位于内部阀部件71和外 部阀部件73之间，用于接收高压流体(也即燃料)，以在压电叠组64 上施加流体压力引起的预载作用力。泄放回路56形成在控制阀部件60中，包括形成在第一部分76 和第二部分78中的中央通道80。优选地，中央通道80包括泄放口 82，其设计成带有较大的截面流动面积，该面积比形成在控制容室装 料(charge)回路54中的类似孔口的面积大，可以使将要从控制容室50 排泄的燃料量大于通过控制容室装料回路54补充的燃料的量(在打开 喷射控制阀58时，其将在下文进行讨论)。泄放回路56还包括一个或 更多的横向通道84,其从中央通道80延伸，以和定位在阀座70上游 的环形腔86相连通。因此，当控制阀部件60移动到打开位置时，来 自控制容室50的燃料流穿过中央通道80和输送通道84进入环形腔 86,并穿过在阀座70处打开的阀，经泄放通道99向前流到低压泄力文 区。延伸通过喷射器主体12的低压泄放区通道完整地显示在图4中。如上所述，本发明的燃料喷射器包括预载室75,其沿着喷射器形 成在控制容室50和压电元件64叠组之间。在现有的实施例中，预载 室75有利地定位于喷射控制阀部件60的内部阀部件71和外部阀部 件73之间。预载室75起的作用是在整个喷射期间(包括喷射事件期间以及喷射事件之间的期间)把较高的预载力施加到压电叠组64上。止回阀90定位于预载室75中，控制^v中央通道80到预载室75的燃料 流。优选地，止回阀90通过巻簧92轻微地朝闭合位置偏置。止回阀 90的内端包括平的阀表面，当止回阀90处于闭合位置时，其密封地 邻接第二部分的外端。在该实施例中，止回阀90定位于腔94中，腔 94形成在外部阀部件73的内端。环形凹壁96可以形成在邻接预载室 75的阀支持件44的内部表面上。重要地，高压燃料被喂入预载室75， 以保证在预载室75内维持高压，这样就在压电元件64叠组上维持了 足够的高压预载。在该实施例中，高压源通道98轴向地从中央泄放 通道80延伸穿过内部阀部件71的第二部分78,因此为高压燃料提供 了直接线路，而不需要额外的结构界面，从而避免了密封的成本并使 潜在的泄露减少。#皮传送到预载室75的高压燃料产生液压链(hydraulic link)，这将在下文中全面地讨论，通过把流体压力施加到外部阔部件 73(其依次把力施加在控制杆66和垫片67上)上而有效地在压电元件 64叠组上维持预载，由此保证在整个喷射操作过程中，压电元件64 叠组都维持在压缩状态。本发明的燃料喷射器还包括基本上压力平衡的喷射控制阀部件 60,其使喷射控制组件60从闭合位置到打开位置所需的压电力减少。 如图3所示，通过把内部阀部件71第二部分形成为带有比阀座70直 径D2稍小的直径Dl，而把作用在喷射控制阀部件60上的流体压力 基本上平衡掉。以这种方式，趋向于使第二部分78朝打开位置移动(比 如，由于预载室75上的流体压力)的、笫二部分78上的增加的压力仅 仅稍微少于趋向于闭合喷射控制阀部件60的流体压力，这在喷射控 制阀部件60上导致了最小的但足够正向的闭合作用力。本发明的优点可以在以下关于燃料喷射器10的描述中更完整地 体现。参考图1至图2,在操作过程期间、喷射事件之前，喷射控制 阀58被去除加压(de-energized),导致控制阀部件60被偏置进入闭合 位置，与阀座70成密封的接合——通过作用在控制阀部件60的内部远端燃料压力(由于控制容室50内的高压燃料)。在喷射器腔内、喷嘴阀元件18周围的燃料压力等级也是控制容室泄放回路56的燃料压力 等级——控制容室泄放回路56包括环形巻86——因为经过泄J:回路 56的排泄流是^皮控制阀部件60阻挡的。因此，作用在喷嘴阀元件18 内部的燃料压力，结合弹簧22的偏置力，把喷嘴阀元件18维持在其 阻止燃料流通过喷射器口 20的闭合位置上。在这种状态下，预载室 75也填充有高压燃料，其具有与控制容室50相同的等级。环形腔86 提供了足够量的燃料，以保证预载室75充有高压燃料。尽管来自预 载室75的燃料泄露可能通过阀组件71、 73和相对膛壁(bore surfaces) 之间的隙距(clearance gap)而发生，止回阀90仍然允许燃料以所需要 求流入预载室75，以维持预载室于高压状态，从而在压电元件64叠 組上维持高预载力。此外，沿着阀组件71、 73，来自预载室75高压 燃料的泄露可以;故减少，这通过把各部件匹配地安装到相应处，以在 表面之间形成大致的流体密封，而同时允许了控制阀部件60的平滑 移动。因此，在喷射事件之间，预载室75在压电叠组64上维持了足 够的高压预载力。在把高压燃料补给到高压燃料补给通道26的期间，在预定的时 间刻，压电促动器62被充电，导致元件64叠组伸展并使控制杆66 朝内移动，从而可控制地移动外部阀部件73,导致止回阀90闭合。 因此，外部阀部件73的运动通过液压链^L传递到内部阀部件71上， 其中，该液压链由预载室内75内的燃料形成。因此，内部阀部件71 从图2中的闭合位置移动到图3中的打开位置。喷射控制阀部件60 的打开导致泄放回路54内压力的减小，其中，该泄;故回路54包括中 央通道80、环形腔86以及高压燃料补给通道98。在喷射事件期间， 高压燃料补给通道98和高压预载室75之间的压力差导致止回阀90 维持在闭合位置，而阻止燃料流进入预载室75。因此，当控制阀部件 60被从阀座70提升时，燃料从控制容室50通过泄》文回路56流到低 压泄力文区。同时，高压燃料从控制容室装料回路54和相关孔口流入控制容室50。然而，由于控制容室装料回路口被设计成其横截面流通区域小于泄放口 82,从控制容室50排泄的燃料量，大于通过控制容 室装料回路54补充的燃料量。因此，控制容室50内的压力迅速减小。 由于控制容室内压力减小，作用在喷嘴阀元件18上的压力(由于喷射 器腔14内的高压燃料)开始朝外克服弹簧22的偏置力而移动喷嘴阀元 件18。喷嘴阀元件18继续其朝外的运动，直到其到达某悬停位置， 该位置接近但不接触图3中所示的控制阀部件60的内部远端。重要 地，在喷射事件期间，控制容室50内的压力处于低压，同时预载室 75通过闭合止回阀而维持在相对较高的压力上，从而与预先设计相比 可以更有利地维持作用于压电叠组64上的高压预载力。经过预定时间之后，控制单元(未显示)发送信号，导致压电促动 器62解除促动，这导致压电叠组元件64的收缩。这样能使燃料压力 把内部阀部件71和外部阀部件73朝外移向闭合方向，直到在闭合位 置上接触阀座70。在该闭合冲程/阶段的开始，预载室75内的液压链 在轴向长度上是比较短的(由于先前提到的在沿着阀组件71、 73的隙 距上的泄漏)，从而有利地导致更明确的阀门闭合。然而，来自预载室 75的泄漏不足以在促动器工作期间使预载室75内的液压链完全失效， 从而外部阀部件73不会接触内部阀部件71。 一旦处于闭合位置，燃 料压力在控制容室50、阀座70上游的泄;改回路56、高压补给通道98 和预载室75内再次增加，因为高压燃料流通过止回阀90进入预载室 75，使液压链伸展/伸长。现在参考图5至图7，其中显示了本发明燃料喷射器的第二实施 例，其基本上与前述实施例相同，除了不同的特征和部件(包括微小的 设计和外形不同)，其功能与前述实施例相同。这样，相同或类似的部 件对应于在先前的实施例中使用的相同的参考数字。然而，应该指出， 在现有实施例中，包括止回阀102的燃料喷射器100定位于腔104内， 该腔形成在内部阀部件71的外端，与先前的实施例不同。此外，止回阀102不是弹簧偏置的(如图所示)，但是，当然可以提供巻簧或其 它的偏置元件。本发明在已有的喷射器设计上具有几个优点。常规的先前设计使 用复杂的机械预载装置以在操作期间维持压电叠组元件上的预载，本 发明的燃料喷射器使用一种简单的、低成本的液压链，其定位于喷射 控制阀和已可实现的高压燃料之间，在叠组上形成必需的预载力。同样，本发明的燃料喷射器提供基本上压力平衡的喷射控制阀部件60， 其减少了把喷射控制阀部件60相对燃料压力移动到打开位置、并趋 于闭合阀组件60的所需作用力。因此，更小的压电元件叠组64可被 用在喷射器上以用于有效操作，尤其是在重型发动机应用中通常需要 更大的压电叠组以形成更大的打开力。比如，用于汽车喷射器中的典 型尺寸的压电叠组，可以与本发明燃料喷射器的喷射控制阀58 —起 使用，用作用于重型发动机尺寸的叠组。本发明的预载室75也解决 了热膨胀问题，并且没有使用特殊材料或任何其它的补偿技术，因为 由预载室75形成的液压链按需要伸展，补偿了阀组件和其它部件引 起的热膨胀。此外，液压链也补偿了在操作过程中由部件磨损引起的 机械变化。更进一步地，本发明允许简单地放大控制阀的运动，而不 需要机械杠杆或任何其它机械方法，由此增加了阀的打开力，改善了 系统的动态性能。比如，如图4所示，外部阀部件95的直径可以比 内部阀部件71的直径大，这样就增加了液压链在预载室75上的力， /人而增加了内部阀部件71上的力。该运动可以正比于两个阀部件的 面积比值而》文大。工业适用性可以理解，本发明适用于所有利用燃料喷射系统的内燃机和所有 包括喷射器单元的闭合喷嘴喷射器。本发明尤其适用于柴油发动机， 其要求通过简单的控制装置来精确地控制燃料喷射，以排^:减少。包 括按照本发明燃料喷射器的这种内燃机可被广泛用于所有工业领域，商业和非商业的应用，包括卡车、客车、工业设备、固定的发电厂和 其它场所。
权利要求
1、一种用于在高压下把燃料喷入发动机燃烧室的燃料喷射器，其包括喷射器主体，其包括喷射器腔和与所述喷射器腔的一端相连的喷射器口，用于把燃料释放到燃烧室中；喷嘴阀元件，其定位在所述喷射器腔内、所述喷射器口附近，所述喷嘴阀元件能够在打开位置和闭合位置之间移动，其中，在打开位置上，燃料可以经过所述喷射器口进入燃烧室，而在闭合位置上，燃料流被阻止经过所述喷射器口；控制容室，其定位成用来接收加压的燃料源；泄放回路，其用于把燃料从所述控制容室排泄到低压泄放区；喷射控制阀，其沿着所述泄放回路定位，用于控制来自所述控制容室的燃料流，所述喷射控制阀包括压电促动器，其包括能够在伸展位置和压缩位置之间移动的压电元件叠组和能够在允许燃料流通过所述泄放回路的打开位置与阻止燃料流通过所述泄放回路的闭合位置之间移动的控制阀部件；预载室，其定位成与所述控制容室轴向地隔开一定距离、在所述控制容室和所述压电促动器之间，用于接收高压流体；高压流体源，其连接到所述预载室上，其中，高压流体在所述预载室中产生在所述压电元件叠组上的高流体压力预载力；止回阀，其能够在阻止来自所述预载室的高压流体流的闭合位置和允许所述高压流体流进入所述预载室的打开位置之间移动。
2、 根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述高压流体 源补给高压燃料，用来在至少约200bar的压强下，补给用于喷入发动 机燃烧室的燃料。
3、 根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述高压流体 源包括高压预载供给回路，其包括延伸穿过所述控制阀部件的轴向通 道。
4、 根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述控制阀部件包括第一部件和定位成轴向对准所述第一部件的第二部件，所述预 载室定位于所述第 一部件和第二部件之间。
5、 根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于，所述预载室至 少部分地形成在所述第 一部件的 一端中。
6、 根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于，所述预载室至 少部分地形成在所述第二部件的 一端中。
7、 根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述止回阀包 括阀元件和用于把所述阀元件朝所述闭合位置偏置的偏置弹簧。
8、 根据权利要求7所述的喷射器，其特征在于，所述预载室至 少部分地形成在所述笫一部件的一端中，所述偏置弹簧和所述阀元件 至少部分地定位在所述预载室中。
9、 根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述喷射控制 阀部件是压力平衡的。
10、 一种用于在高压下把燃料喷入发动机燃烧室的燃料喷射器， 其包括喷射器主体，其包括喷射器腔和与所述喷射器腔的一端相连的喷 射器口 ，用于把燃料释^L到燃烧室中；喷嘴阀元件，其定位在所述喷射器腔内、所述喷射器口附近，所 述喷嘴阀元件能够在打开位置和闭合位置之间移动，其中，在打开位 置上，燃料可以经过所述喷射器口进入燃烧室，而在闭合位置上，燃 料流:故阻止经过所述喷射器口 ；控制容室，其定位成用来接收加压的燃料源；泄放回路，其用于把燃料从所述控制容室排泄到低压泄放区；喷射控制阀，其沿着所述泄放回路定位，用于控制来自所述控制 容室的燃料流，所述喷射控制阀包括压电促动器，其包括能够在伸展 位置和压缩位置之间移动的压电元件叠组和能够在允许燃料流通过 所述泄》丈回路的打开位置与阻止燃料流通过所述泄放回^各的闭合位置之间移动的控制阀部件；预载室，其定位成与所述控制容室轴向地隔开一定距离、在所述 控制容室和所述压电促动器之间，用于接收高压流体；高压流体源，其连接到所述预载室上，在至少约200bar的压强下 补给流体，其中，高压流体在所述预载室中产生在所述压电元件叠组 上的高压预载力。
11、 根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述高压流 体源是高压燃料源，其用来补给用于喷入发动机燃烧室的燃料。
12、 根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器 还包括止回阀，其能够在阻止来自所述预载室的高压流体的闭合位置 和允许高压流体进入预载室的打开位置之间移动。
13、 根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述高压流 体源包括高压预载补给回路，其包括延伸穿过所述控制阀部件的轴向 通道。
14、 根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述控制阀 部件包括第一部件和定位成轴向对准所述第一部件的第二部件，所述 预载室定位于所述第一部件和第二部件之间。
15、 根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于，所述预载室 至少部分地形成在所述第 一部件的 一端中。
16、 根据权利要求14所述的喷射器，其特征在于，所述预载室 至少部分地形成在所述第二部件的一端中。
17、 根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述止回阀 包括阀元件和用于把所述阀元件朝所述闭合位置偏置的偏置弹簧。
18、 根据权利要求17所述的喷射器，其特征在于，所述预载室至少部分地形成在所述第一部件的一端中，所述偏置弹簧和所述阀元 件至少部分地定位在所述预载室中。
19、 根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于，所述喷射控 制阀部件^力平衡的。
20、 一种用于在喷射器操作过程中提供预载给燃料喷射器的压电 促动器的方法，其包括提供一种燃料喷射器，所述喷射器包括能够在允许燃料流的打 开位置和阻止燃料流的闭合位置之间移动的喷嘴阀元件，定位成用于 接收加压燃料源的控制容室，用于把来自所述控制容室的燃料排泄到 低压泄放区的泄放回路，包括了沿着所述泄放回路、用于控制来自所 述控制容室的燃料的控制阀部件的喷射控制阀，包括了能够在伸展位 置和压缩位置之间移动的压电元件叠组的压电促动器，定位成与所述 控制容室轴向地隔开一定距离、位于所述控制容室和所述压电促动器之间的预载室；并且把至少大约200bar的高压流体补给到所述预载室，以产生在所述 压电元件叠组上的高流体压力预载力。
全文摘要
提供了一种压电促动的喷射器，其包括喷嘴阀元件、控制容室和喷射控制阀，该喷射控制阀包括控制阀部件，其用于控制来自控制容室的燃料流量，从而控制喷嘴阀的运动。重要地，喷射器包括沿着喷射控制阀部件定位的预载室，其用于接收高压燃料。高压燃料在喷射控制阀部件上产生预载力，并将预载力提供给叠组的压电元件，从而保证了对燃料喷射的计时和定量的更精确的控制。
文档编号F02M51/06GK101248265SQ200680030884
公开日2008年8月20日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年6月28日
发明者D·L·布钱南, L·L·彼得斯, P·劳兹尼茨 申请人:卡明斯公司