专利名称：燃料喷射阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料喷射阀，该喷射阀将燃料喷射到热力发动机中。
背景技术：
普通的燃料喷射阀包括喷嘴、阀元件、致动器和控制室。喷嘴包括喷嘴阀针，用于开启和闭合喷孔。阀元件设置在阀室内，并且与低压落座部分接合或脱离以阻止和允许阀室和低压燃料通道之间的连通。同样，阀元件与高压落座部分接合和脱离以阻止和允许阀室和高压燃料通道之间的连通。致动器致动阀元件。控制室总是通过连通通道与阀室连通。喷嘴阀针被控制室中的燃料压力沿着阀闭合方向偏压用于闭合喷孔。因此，阀元件控制所述控制室中的压力，从而喷嘴阀针的开启和闭合操作被控制。同样，高压燃料通道设置有高压限流器(例如参见JP-A-2001-500218)。
在上述结构的燃料喷射阀中，用于闭合喷孔的喷嘴阀针的阀闭合速度基于每单位时间流动到控制室中的燃料的流量(下文称为燃料流入速度)被确定。同样，燃料流入速度基于在阀元件从高压落座部分脱离的状态中高压落座部分的通路面积并且基于高压限流器的通路面积被确定。通常，在阀元件从高压落座部分脱离的状态中，高压落座部分的通路面积等于高压落座部分的边缘长度×阀元件的提升量(例如，等于高压落座部分的边缘长度×阀元件的提升量的乘积)。下面，这称为高压落座部分的通路面积。
然而，JP-A-2001-500218没有公开高压落座部分的通路面积和高压燃料通道的通路面积之间的大小的关系，也没有公开高压落座部分的通路面积和高压限流器的通路面积之间的大小的关系。当高压落座部分的通路面积小于高压限流器的通路面积时，在阀元件的提升量随着时间改变的情况中，高压落座部分的通路面积可以改变。因此，燃料流入速度改变，从而喷嘴阀针的阀闭合速度同样改变。结果，喷射量会发生变化。换句话说，不利的是，喷射量会由于阀元件的提升量随着时间的变化而变化。
发明内容
本发明是考虑到上述缺点而做出的。因此，本发明的目的是解决至少一个上述缺点。
为了实现本发明的目的，提供一种燃料喷射阀，其包括阀元件、致动器、控制室和喷嘴。阀元件设置在阀室中，其中阀元件与阀室的低压落座部分接合和脱离以防止和允许阀室和低压燃料通道之间的连通。阀元件与阀室的高压落座部分接合和脱离以阻止和允许阀室和高压燃料通道之间的连通。致动器致动阀元件。控制室总是与阀室连通。喷嘴具有用于开启和闭合喷孔的喷嘴阀针，其中喷嘴阀针被控制室中的燃料压力沿着阀闭合方向偏压用于闭合喷孔。高压燃料通道设置有高压限流器。在满足下列条件的情况中，满足S3＞S1＞S2。S1是高压落座部分的通路面积，所述面积是高压落座部分的边缘长度乘以在阀元件脱离高压落座部分的状态中阀元件的提升量的乘积。S2是高压限流器的通路面积。S3是高压燃料通道的通路面积。
通过下面的说明、权利要求和附图，本发明、连同另外的目的、特征和优点将更好理解，附图中图1是示出具有根据本发明的一个实施例的燃料喷射阀的燃料喷射系统的基本结构的剖视图；图2是图1的部分II的放大的剖视图；图3是图2的部分III的放大的剖视图；图4的图形示出了根据一个实施例的燃料喷射阀的面积比(S1/S2)和提升对喷射量的敏感度之间的关系的分析结果；和图5的图形示出了根据一个实施例的燃料喷射阀的面积比(S1/S2)和流量比之间的关系的分析结果。
具体实施例方式
本发明的一个实施例参考附图进行描述。燃料喷射阀安装在内燃机(更具体的是柴油机，未示出)的缸盖上。燃料喷射阀将蓄积在蓄压器(未示出)中的高压燃料喷射到内燃机的气缸中。
如图1到图3所示，燃料喷射阀的主体1包括燃料进入孔11和燃料排出孔12，来自蓄压器的高压燃料被引入所述进入孔11中，燃料喷射阀内的燃料通过所述排出孔12流动到燃料箱100。
在阀被开启的阀开启状态喷射燃料的喷嘴2沿着纵向方向设置在主体1的一端处(在主体1的一个纵向端部处)。喷嘴2具有喷嘴阀针21、喷嘴弹簧22、和喷嘴筒体23。喷嘴阀针21由主体1可滑动地保持。喷嘴弹簧22将喷嘴阀针21沿着阀闭合方向偏压用于闭合所述阀。喷嘴筒体23接纳喷嘴阀针21的活塞部分21a。
喷孔24形成在主体1的一个纵向端部处，喷孔24通过高压燃料通道13与燃料进入孔11连通，并且它设计成使得高压燃料通过喷孔24被喷射到内燃机的气缸中。锥形的阀座25形成在喷孔24的上游，并且喷孔24通过使落座部分21b与阀座25接合和脱离从而被开启或闭合，落座部分21b形成在喷嘴阀针21中。
喷嘴筒体23可滑动地并且流体密封地接纳活塞部分21a，并且活塞部分21a和喷嘴筒体23限定控制室26，控制室中的内部燃料压力在高压和低压之间改变。并且喷嘴阀针21被控制室26中的燃料压力沿着阀闭合方向偏压，并且同样，喷嘴阀针21被高压燃料沿着阀开启方向偏压用于开启所述阀(例如用于开启喷孔24)，所述高压燃料从燃料进入孔11通过高压燃料通道13朝着喷孔24被引入。
在主体1的纵向中间部分形成有阀室14，阀室14接纳控制阀3，控制阀3控制所述控制室26中的压力。控制室26总是通过连通通道15与阀室14连通。
阀室14通过高压燃料通道13与燃料进入孔11连接。高压燃料通道13设置有高压限流器50。同样，阀室14通过低压燃料通道16与燃料排出孔12连接。低压燃料通道16设置有低压限流器60。
控制阀3具有阀元件31和阀簧32。阀元件31与低压落座部分33接合和脱离以阻止和允许阀室14和低压燃料通道16之间的连通，并且阀元件31与高压落座部分34接合和脱离以阻止和允许阀室14和高压燃料通道13之间的连通。阀簧32将阀元件31沿着用于开启(允许)阀室14和高压燃料通道13之间的连通的方向偏压，并且同时用于闭合(阻止)阀室14和低压燃料通道16之间的连通。
下面，参考图3，在下面的情况中，满足S3＞S1＞S2。S1是高压落座部分34的通路面积。S2是高压限流器50的通路面积。S3是高压燃料通道13的通路面积。通常，高压落座部分34的通路面积S1是高压落座部分34的边缘长度乘以在阀元件31从高压落座部分34脱离(位置离开)的状态中阀元件31的提升量(下面称为阀元件提升量)的乘积。例如，此处表示的阀元件提升量是阀元件31的端面和高压落座部分34之间沿着阀元件31的位移方向的距离。同样，高压燃料通道13的通路面积S3对应于高压燃料通道13的具有最小通路面积的部分(除了高压限流器50)的通路面积，所述通道13连接在燃料进入孔11和高压落座部分34之间。
接纳致动器4的致动器室17形成在主体1的另一个纵向端处，致动器4致动(驱动)所述控制阀3。致动器室17通过低压连通通道16a连接到低压燃料通道16。
致动器4包括压电叠层41和传递部分。压电叠层41具有多个堆叠在彼此上方的压电元件，并且所述压电叠层通过冲放电荷会膨胀和收缩。传递部分将压电叠层41的移动传递到控制阀3的阀元件31，所述移动由所述膨胀和收缩引起。
传递部分的结构如下所述。第一活塞43和第二活塞44可滑动地并且流体密封地由致动器筒体42接纳，并且填充有燃料的流体室45设置在第一活塞43和第二活塞44之间。
第一活塞43被第一弹簧46朝着压电叠层41偏压，并且被压电叠层41直接驱动。并且当压电叠层41膨胀时，流体室45中的压力被第一活塞43提高。
第二活塞44被第二弹簧47朝着控制阀3的阀元件31偏压，并且被流体室45中的压力操作以驱动阀元件31。当压电叠层41膨胀时，变得更高的流体室45中的压力驱动第二活塞44，从而阻止阀室14和高压燃料通道13之间的连通。与此同时，第二活塞44驱动阀元件31处于这样的位置在该位置，阀室14和低压燃料通道16之间的连通被允许。相反，当压电叠层41收缩时，也就是当流体室45中的压力低时，第二活塞44反抗第二弹簧47，并且被控制阀3的阀簧32朝着第一活塞43推动返回。
返回通道110使燃料排出孔12与燃料箱100相连，并且返回通道110在它朝着低压燃料通道16的一侧处具有背压阀120，用于控制低压燃料通道16中的压力。另外，背压阀120将低压燃料通道16中的压力基本控制在1MPa，而蓄积在蓄压器中的高压燃料的压力等于或者大于100MPa。
电能通过压电驱动电路130供应给压电叠层41。压电驱动电路130向压电叠层41通电的正时被电子控制电路(下文称为ECU)140控制。
ECU 140包括已知的微型计算机，具有CPU、ROM、EEPROM和RAM，所有都未示出，并且ECU 140根据存储在微型计算机中的程序执行计算处理。信号通过各种传感器(未示出)输入到ECU 140中，所述传感器检测进气量、加速器踏板的压下量、内燃机的转速和蓄压器中的燃料压力。
下面描述燃料喷射阀的操作。当压电叠层41被通电时，压电叠层41膨胀，并且第一活塞43被驱动以提高流体室45中的压力。第二活塞44被因此变得较高的流体室45中的压力朝着控制阀3的阀元件31驱动。
因此，因为阀元件31被第二活塞44驱动，因此阀元件31接触(接合)高压落座部分34，从而阀室14和高压燃料通道13之间的连通被阻止。与此同时，阀元件31离开(脱离)低压落座部分33，从而阀室14和低压燃料通道16之间的连通被允许。因此，控制室26中的燃料通过连通通道15、阀室14、低压限流器60和低压燃料通道16被返回到燃料箱100。
由于这个原因，控制室26中的压力下降，并且将喷嘴阀针21沿着阀闭合方向偏压的力减小。因此，喷嘴阀针21沿着阀开启方向移动，从而落座部分21b脱离阀座25。结果，喷孔24开启，并且燃料通过喷孔24被喷射到内燃机的气缸中。
这之后，当停止向压电叠层41供电时，压电叠层41收缩，并且因此，第一活塞43被第一弹簧46朝着压电叠层41返回。同样，通过阀簧32，阀元件31和第二活塞44被朝着第一活塞43返回。
由于这个原因，阀元件31从高压落座部分34分离(脱离)，从而阀室14和高压燃料通道13之间的连通被允许。与此同时，阀元件31接触(接合)低压落座部分33，从而阀室14和低压燃料通道16之间的连通被阻止。因此，来自蓄压器的高压燃料通过高压燃料通道13、高压限流器50、阀室14和连通通道15被引入控制室26中。
结果，控制室26中的压力升高，并且因此，将喷嘴阀针21沿着阀闭合方向偏压的偏压力变得更大。因此，喷嘴阀针21沿着阀闭合方向移动，并且落座部分21b落座在(接合在)阀座25上，从而喷孔24闭合。因此，完成燃料喷射。
此处，因为满足S1＞S2，因此每单位时间流动到控制室26中的燃料的流量(燃料流入速度)主要通过高压限流器50的通路面积S2被确定。结果，这减小了由于阀元件提升量随时间改变而造成的喷射量的改变。同样，高压落座部分34的通路面积S1和高压限流器50的通路面积S2被制成小于高压燃料通道13的通路面积S3。换句话说，因为设置了双限流器(例如高压落座部分34和高压限流器50)，因此燃料流入速度的大的下降可以被限制。
图4的图形示出了根据本实施例的燃料喷射阀的面积比(S1/S2)和提升对喷射量的敏感度之间的关系的分析结果。此处，高压落座部分34的通路面积S1被固定，并且高压限流器50的通路面积S2被改变，从而面积比因此被设置。在分析中，首先，在每个面积比的燃料喷射阀中，阀元件提升量被设置在21微米作为初始状态。然后，对于在初始状态下的每个面积比的燃料喷射阀，用于评估的喷射状态被设置作为喷射状态，其中喷射量目标为80mm3/st。当每个燃料喷射阀在用于评估的喷射状态下操作时，阀元件提升量增大。此时，阀元件提升量每增加1微米时喷射量的减少量被分析。在图4中，水平轴线表示上述设置的面积比，并且竖直轴线表示提升对喷射量的敏感度，其对应于喷射量的上述分析的减小量。
如图4所示，通过增大面积比，所述提升对喷射量的敏感度减小。当由于实际使用的设备随着时间的改变(例如老化损耗)造成的阀元件提升量的改变被考虑时，要求1.5≤S1/S2。
图5的图形示出了根据本实施例的燃料喷射阀的面积比(S1/S2)和流量比之间的关系的分析结果。例如，流量比是在每个面积比时燃料流入速度相对于在没有设置高压限流器50的情况中的燃料流入速度的比率。
如图5所示，当面积比增大时，流量比减小。当流量比被基本减小时，喷嘴阀针21的阀闭合速度会被不利地减小。因此，在实际使用中，需要S1/S2≤2.5，并且进一步要求S1/S2≤2。
因此，当提升对喷射量的敏感度和喷嘴阀针21的阀闭合速度被考虑时，要求1.5≤S1/S2≤2.5。另外，进一步要求1.5≤S1/S2≤2。结果，喷嘴阀针21的阀闭合速度被可靠地限制不能极大地减小，并且同时，这可靠地减小了由于阀元件提升量随时间改变造成的喷射量的改变。
另外的优点和变形对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，本发明广义上不限于所示和所述的具体的细节、代表性的设备和示意性的实例。
权利要求
1.一种燃料喷射阀，包括阀元件(31)，设置在阀室(14)中，其中阀元件(31)接合和脱离阀室(14)的低压落座部分(33)以阻止和允许阀室(14)和低压燃料通道(16)之间的连通；和阀元件(31)接合和脱离阀室(14)的高压落座部分(34)以阻止和允许阀室(14)和高压燃料通道(13)之间的连通；致动器(4)，致动所述阀元件(31)；控制室(26)，总是与阀室(14)连通；和喷嘴(2)，具有用于开启和闭合喷孔(24)的喷嘴阀针(21)，其中喷嘴阀针(21)被控制室(26)中的燃料压力沿着阀闭合方向偏压用于闭合喷孔(24)，其中高压燃料通道(13)设置有高压限流器(50)；和在满足下列条件的情况中，满足S3＞S1＞S2S1是高压落座部分(34)的通路面积，所述面积是高压落座部分(34)的边缘长度乘以在阀元件(31)脱离高压落座部分(34)的状态中阀元件(31)的提升量的乘积；S2是高压限流器(50)的通路面积；和S3是高压燃料通道(13)的通路面积。
2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，满足1.5≤S1/S2≤2.5。
3.如权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，满足1.5≤S1/S2≤2。
全文摘要
一种燃料喷射阀，包括阀元件(31)、致动器(4)、控制室(26)和喷嘴(2)。阀元件(31)设置在阀室(14)中。控制室(26)总是与阀室(14)连通。在满足下列条件的情况中，满足S3＞S1＞S2。S1是阀室的高压落座部分(34)的通路面积，该面积是高压落座部分(34)的边缘长度与在阀元件(31)从高压落座部分(34)脱离的状态中的阀元件的提升量的乘积。S2是高压限流器(50)的通路面积。S3是高压燃料通道(13)的通路面积。
文档编号F02M47/02GK101092921SQ20071011191
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月21日
发明者吉村彻也, 铃木启介 申请人:株式会社电装