专利名称：用于压电致动器的运动联接器的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及压电致动器，更具体地，涉及一种用于压电致动 的燃料喷射器的运动联接器。
背景技术：
燃料喷射系统通常利用多个燃料喷射器将高压燃料喷射输送到 发动机内用于燃烧。每个燃料喷射器通常包括具有加压室的喷嘴组 件，该加压室能够容纳加压燃料的体积。在喷射过程中，大量加压 燃料通过喷嘴组件中的孔排出。通常，喷射器还包括针阀元件，该 针阀元件可滑动地设置在加压室中。可以通过弹簧将针阀元件朝向 闭合位置偏压，在该闭合位置，孔被阻挡。为了喷射燃料，针阀元 件被选择性地运动以便不阻挡孔，由此允许高压燃料从加压室通过 孔流入到发动机中。
针阀元件的选择性运动可以通过控制阀和控制室来控制。控制 室可以选择性地填充和排出加压燃料。当控制室被充满加压燃料时，
位置，由此闭合喷射器。为了打开喷射器，压电致动器可以使控制 阀运动并且将控制室内的加压燃料释放到排出口 。控制室的降压导 致对针阀元件的偏压改变，并因此驱使针阀元件运动到非阻挡位置。 压电致动器通常包括压电堆，该压电堆具有通过用作电极的导电层 隔开的多个压电材料层。当跨过导电层施加电势时，压电堆沿着纵 向扩张。纵向扩张提供了使控制阀运动且使控制室降压所需的动作。 虽然该结构对于启动燃料喷射可能是有效的，但压电堆是脆性的且 如果超载可能破裂。
喷射器制造商们所采用的使压电堆与损伤力隔离的 一种方法公
4开在授予Oakley等人的美国专利No. 7145282( '282专利)中。'282 专利描述了一种用于内燃机的燃料喷射器，该燃料喷射器包括具有 被隔离在壳体内的压电堆的压电致动器。该壳体是刚性的且被设计 用于吸收切变应力。此外，该壳体能够在压电堆上设置预加载荷， 这可以通过(即使当张力作用在致动器上时)保持压电堆处于压缩 状态来保护压电堆。
虽然'282专利的压电致动器可以受到保护而不受切变应力和张 力的影响，但其仍然没有被充分隔离。例如，压电致动器可以迅速 扩张以打开阀，并且在充分打开阀之后，致动器可能碰触硬质止动 件。即，致动器可能过扩张并且在阀到达充分打开位置时与刚性的 止动件碰撞。每次在压电堆碰触硬质止动件时，在其中就会形成显 微裂紋，并且在反复地碰触硬质止动件之后，装置会由于疲劳而失 效〇
发明内容
本发明的燃料喷射器涉及上述的 一 种或多种缺陷和/或本领域中 的其它缺陷。
在一个方面中，本发明涉及一种燃料喷射器。该燃料喷射器可 包括沿着燃料喷射器的中心轴线大致对准的壳体。燃料喷射器也可 包括用于控制燃料流通过燃料喷射器的控制阀。燃料喷射器也可包 括设置在壳体内且与控制阀相关联的压电元件。燃料喷射器还可包 括设置在控制阀和压电元件之间的运动联接器，该运动联接器能够 影响震动以减少压电元件中的显微裂紋。
在另一个方面中，本发明涉及一种燃料喷射器。该燃料喷射器 可包括沿着燃料喷射器的中心轴线大致对准的壳体和设置在壳体内 并且能够沿着中心轴线扩张第 一距离的压电元件。燃料喷射器还可 包括能够运动第二距离并且影响燃料流通过燃料喷射器的控制元 件，第二距离不等于第一距离。燃料喷射器还可包括活塞，该活塞 可滑动地设置在压电元件和控制元件之间并且能够将运动从压电堆
5传递到控制元件。
在又一个方面中，本发明涉及一种喷射燃料的方法。该喷射燃 料的方法可包括对燃料加压、向压电元件选择性地供以能量以使其 移动第一距离并且减小压电元件中的震动。另外，该方法可包括使 活塞移动第二距离，以喷射加压燃料流，第二距离值小于第一距离 值。
图1是一种示例性公开的发动机的示意图2是用于图1中的发动机的示例性的燃料喷射器的示意图3是用于图2中的燃料喷射器的示例性的压电致动器的示意
图4是用于图2中的燃料喷射器的示例性的双臂运动联接器的 示意图；以及
图5是用于图2中的燃料喷射器的示例性的四臂运动联接器的
示意图。
具体实施例方式
图1示出了一种示例性的动力系统100。该示例性的动力系统 100可以包括发动机101和燃料喷射系统102。发动机101能够产生 转动输出并且可以用于向机器(未示出)提供动力。机器可以是固 定机器或者可以是移动机器，其执行与例如采矿、建筑、农用、发 电、运输等产业或者本领域中已知的任何其它产业相关的一些类型 的操作。例如，机器可以具体化为运土机，例如越野搬运卡车、轮 式装载机、平地机或任何其它执行操作的机器。
如图1中的实施方式所示，发动机101可以是四沖程柴油内燃 机。但是，本领域技术人员可以认识到，发动机101可以具体化为 任何其它类型的内燃机，例如汽油机或气体燃料发动4几。发动机101 可以包括发动机气缸体103，该发动机气缸体103限定多个气缸104。活塞106可滑动地设置在每个气缸104内，并且每个气缸104可以 与气缸盖108相关联。
气缸104、活塞106和气缸盖108可以形成燃烧室110。在图1 中所示的实施方式中，发动机101包括六个燃烧室110。但是，可以 设想，发动机101可以包括更多或更少数量的燃烧室110并且燃烧 室110可以设置成"直列式"结构或"v型"结构或者本领域技术人 员可以想至ij的任何其它结构。
同样如图1所示，发动才几101可以包括曲轴112,该曲轴112可 转动地设置在发动机气缸体103中。连杆116可以将每个活塞106 连接到曲轴112,使得活塞106在每个各自的气缸104中的一种或多 种滑动运动可以引起曲轴112转动。类似地，曲轴112的转动可以 引起活塞106的一种或多种滑动运动。
燃料喷射系统102可以包括相互协作以将加压燃料喷射输送到 各个燃烧室110中的部件。具体地，燃料喷射系统102可以包括能 够保持燃料供应的燃料箱124和能够加压燃料并且将加压燃料经由 喷射歧管134引导至多个燃料喷射器132的泵送机构160。
燃料泵送机构160可以包括一个或多个泵送装置，所述泵送装 置用于增加燃料压力并且将加压燃料流引导至喷射歧管134。在一个 例子中，燃料泵送机构160包括串联设置并且经由燃料管路162流 体连接的低压泵126和高压泵136。低压泵126可以是能够向高压泵 136提供低压供给的传送泵。高压泵136可以经由燃料管路130连接 到喷射歧管134。单向阀128可以设置在燃料管路130中，以提供从 燃料泵送机构160到喷射歧管134的单向加压燃料流。
低压泵126和/或高压泵136可操作地连接到发动机101并且由 曲轴112驱动。低压泵126和/或高压泵136可以本领域技术人员可 想到的任何方式连接到曲轴112，此时，曲轴112的转动引起泵驱动 轴146的相应转动。例如，图1中的高压泵136的泵驱动轴146被 示出为通过齿轮系148连接到曲轴112。但是，可以设想，低压泵 126和/或高压泵136可以替代地以电、液压、气动或任何其它适当的方式^皮驱动。
在每个气缸104中可以设置一个燃料喷射器132。每个燃料喷射 器132在预定正时、燃料压力和燃料流速下可操作地将加压燃料从 喷射歧管134经由燃料管路166喷射输送到相关联的燃烧室110中。 向燃烧室110中喷射燃料的正时可以与活塞106的运动同步。例如， 加压燃料可以在活塞106在压缩沖程中靠近上死点位置时喷射以允 许被输送的燃料压缩点燃燃烧。替代地，燃料可以在活塞106开始 朝向上死点位置的压缩冲程时喷射，用于均质充量压缩点火操作。 另外，燃料可以在活塞106在扩张沖程过程中从上死点位置运动时 喷射，用于延迟的后期喷射。
如图2所示，每个燃料喷射器132可以是闭式喷嘴单元的燃料 喷射器132。具体地，每个燃料喷射器132可以包括外壳205、喷嘴 290、喷射器组件244和致动组件242。致动组件242可以由电流供 以能量，并且可以沿纵向致动以引起在喷射器组件244内的移位改 变。由致动组件242引起的移位可以允许加压燃料流从喷射歧管134 (图1 )通过喷嘴290输送到燃烧室110 (图1 )中。
外壳205可以是大致圆柱形并且可以围绕中心轴线201设置。 外壳205能够包围致动组件242的各个部件并且可以与喷射器组件 244联接。可以设想，中心轴线201可以沿纵向延伸通过外壳205、 喷射器组件244和喷嘴290。
喷嘴290也可以为大致圆柱形构件并且可以与喷射器组件244 联接。此外，喷嘴290可以具有内部喷嘴孔292并且能够接收针阀 元件278的底端282。底端282可以置于针阀元件支持面294处，并 且当其置于该处时可以基本上阻止燃料流通过喷射孔口 287。替代 地，当底端282未置于该处时，燃料喷射器132可以将加压燃料流 从喷射器组件244通过喷射孔口 287输送到燃烧室110 (图1)中。
喷射器组件244也可以是大致圆柱形构件并且如图2所示，喷 射器组件244可以具有上部组件238和下部组件239。上部组件238 可以i殳置在下部组件239和致动组件242之间。上部组件238和下部组件239可以一起工作以影响加压燃料从喷射歧管134 (图1 )向 发动机101 (图1 )的燃烧室110 (图1 )的喷射。
上部组件238可以在燃料入口 212处从喷射歧管134供以燃料。 燃料可以从上部组件238通过上部燃料供应通道235连通到下部组 件239。除了燃料入口 212和上部燃料供应通道235之外，上部组件 238也可以包括可滑动地设置在上部孔288中的上部活塞245。上部
中移动。
下部组件239可以与喷嘴290联接并且可以包括一起工作以通 过喷嘴290输送加压燃料的各种部件。具体地，下部组件239可以 包括控制阀251和针阀元件278。控制阀251可以调节加压燃料流以 控制针阀元件278的运动。
控制阀251可以设置在下部组件239的控制孔252中。此外， 控制阀251可以包括各种腔和部件以控制针阀元件278的运动。具 体地，控制阀251可以包括止回上部容积(check top volume ) 285 、 平衡孔口 281和排出通道256。
止回上部容积285可以从下部燃料供应通道236通过平纟釺孔口 281供以燃料。通过平衡孔口 281供应到止回上部容积285中的加压 燃料可以使针阀元件278的底端282抵靠针阀元件支持面294。另外， 加压燃料流也可以流过控制孔口 283并且^f吏控制元件289 4氏靠上部 支座227。控制元件289可滑动地设置在内部孔229中并且可以通过 上部活塞245的末端223运动以控制加压燃料流流出止回上部容积 285。即，致动组件242可以在被供以能量时引起上部活塞245使控 制元件289运动离开其上部支座227,由此允许加压燃津牛流从止回上 部容积285流入排出通道256中。可以"没想，平《軒孔口 281可以比 下部燃料供应通道236窄，以允许止回上部容积285内的压力瞬间 下降。
针阀元件278可以至少部分地设置在控制孔252中并且可以与 控制阀251接触。同样，针阀元件278也可以至少部分地设置在中间孔253和下部孔254中。此外，控制孔252和下部孔254可以通 过中间孔253相连接。
针阀元件278可以是细长的圆柱形构件，其可滑动地设置在内 部孔252、中间孔253、下部孔254和喷嘴290中。针阀元件278可 以在第一位置和第二位置之间沿轴向运动。在第一位置，针阀元件 278的底端282阻止加压燃料流流过喷射孔口 287。在第二位置，喷 射孔口 287可以是打开的，以允许加压燃料流被喷射到燃烧室110 中。
针阀元件278通常可以朝向第一位置偏压。具体而言，如图2 所示，每个燃料喷射器132可以包括设置在止动件284和针阀元件 278的针阀元件支持面294之间的复位弹簧296,以将底端282朝向 第一位置轴向地偏压。可以设想，针阀元件278可以具有多个驱动 液压表面。即，针阀元件278可以具有被设计成响应由加压燃料施 加的力偏压针阀元件278的表面。具体地，针阀元件278可以包括 在被加压燃料作用时易于朝向第一位置驱动针阀元件278的第一液 压表面279，和易于克服复位弹簧296的偏压并且沿相反的方向朝向 第二位置驱动针阀元件278的第二液压表面280。第一液压表面279 和第二液压表面280可以依赖于止回上部容积285和控制室286之 间的压力梯度使针阀元件278在第一位置和第二位置之间运动。
致动组件242可以设置在喷嘴2卯的对面，并且可以间接地控 制针阀元件278的运动。致动組件242可以包括密封组件207、接合 装置208和可选的运动联接器310。密封组件207能够接收来自电端 子250的电能并且利用电能产生移位。该移位可以从密封组件207 传递至接合装置208、从接合装置208传递至运动联接器310,并且 从运动联接器310经过间隙206传递至上部活塞245。间隙206可以 形成在运动联接器310和上部活塞245之间。间隙206可以为扩张， 特别是热扩张提供空间。但是，间隙206也可以为在制造公差内但 比设计的稍大些的部件提供空间。在一种实施方式中，间隙206可 以是5微米，但可以是在1微米至IO微米之间。现在参照图3,致动组件242可以包括各种部件，包括密封组件 207、预载弹簧304、接合装置208和运动联接器310。另外，密封 组件207可以包括内部壳体306、第一端帽309、第二端帽313、 一 对电触点307和压电堆302。密封组件207可以通过预载弹簧304 预加载荷。但是可以设想，如果需要，可以将预载弹簧304省去， 且向密封组件207预加载荷的功能可以替代地由内部壳体306、第一 端帽309和第二端帽313执行。另外，密封组件207可以接触接合 装置208并且，类似地，接合装置208可以接触运动联接器310。
内部壳体306可以容纳压电堆302并且可以针对环境危害(例 如燃料污染、有形损坏等)提供保护。内部壳体306可以包括端部 324和大致圆柱形的壁部分322。壁部分322可以包括多个交替的大 直径和小直径，它们一起形成波紋管326。在一个例子中，波紋管 326在组装时可以沿着内部壳体306延伸与压电堆或元件302大致相 同的长度，以适应上述扩张和收缩。端部324可以与由相同材^F形 成的壁部分322 —体形成，并且从壁部分322朝向中心轴线201向 内弯曲。在一个例子中，端部324可以向内弯曲大于90度的角度以 与第一端帽309接合。
壁部分322和端部324可以通过拉深工艺形成。具体地，金属 坯料(未示出)，例如铝坯料，可以被压抵模子(例如压入凹形模 子中或压在凸形模子上)，以形成具有开口端和闭合端的大致圆柱 形物体。在图3中描述的具体例子中，铝坯料被压入凹形模子中， 使得端部324弯曲上述适当的角度。 一旦形成圆柱形物体，可以穿 过圆柱形物体的闭合端形成直径小于壁部分3 22的内径的孔327,使 得仅保留环形唇缘结构。孔327可以经由剪切工艺、绞孔工艺、镗 孔工艺或者任何其它已知的孔加工工艺形成。可以设想，根据需要， 壁部分322和端部324可以替代地由不同于铝的金属坯并牛，例如不 锈钢形成。
波紋管326可以通过搓丝工艺在壁部分322中形成。具体地， 上述的圆柱形物体可以安装在机器内，以围绕其中心轴线转动或自转。在该转动过程中，具有多个等间距的脊形突出部的一个或多个
模具可以被驱使到内部壳体306的外表面和/或内表面中，由此使表 面变形以在内部壳体306中形成波紋管326。
第一端帽309可操作地连接到压电堆302。第一端帽309可以连 接到压电堆302以将与压电堆302的扩张和收缩相关联的载荷力传 递到接合装置208。为了经得住由压电堆302的扩张产生的载荷力和 致动组件242中的化学环境，第一端帽309例如可以由不锈钢制成。
为了使燃料泄漏到压电堆302中并且污染压电堆302的可能性 最小化，第一端帽309可以与内部壳体306密封。具体地，第一端 帽309可以包括内部面350、外部面351和连4妾内部面350和外部面 351的圓柱形表面352。外部面351和/或圆柱形表面352可以分别通 过焊4妻、用化学方法连接到壁部分322和/或端部324,或以其它方 式与壁部分322和/或端部324密封。可以设想，与单一的密封位置 相比，内部壳体306和第一端帽309之间的多处密封位置可以为压 电堆302提供改进的泄漏保护。
类似于第一端帽309,第二端帽313同样可以连接到压电堆302 并且与内部壳体306密封。第二端帽313可以连接到压电堆302的 与第一端帽309相对的端部，以将与压电堆302的扩张和收缩相关 联的载荷力沿反向传递到燃料喷射器132的支撑件(参照图2)。为 了经得住由压电堆302的扩张产生的载荷力和致动组件242中的化 学环境，第二端帽313也可以由不锈钢制成。第二端帽313的外部 圆柱形外壳353可以被焊接、用化学方法连接到壁部分322，或以其 它方式与壁部分322密封。
压电堆302可以包括由一对电触点307分开的多个压电材料层 305。压电材料层305的横截面可以是矩形、圆柱形或盘形的，并且 可以由各种晶体、陶瓷或聚合物形成。如在这里所使用的，压电材 料是指呈现反压电效应的任何材料。即，在暴露于电势时改变形状 的任何材料。例如，呈现反压电效应的一些材料是锆钛酸铅、钛酸 钡、铌酸钾、钽酸锂和钨酸钠。这些材料中最常用于压电致动器的是锆钛酸铅(也被称作PZT )。
呈现反压电效应的材料可以具有偶极，即，它们可以具有包含 彼此隔离的负电荷和正电荷的区域。在一些压电材料中，例如石英 中，偶极的方向可以是任意的。在其它材料中，例如锆钛酸铅中， 这些偶极可以对准。另外，锆钛酸铅中的偶极可以利用被称作轮询 的过程对准。轮询可以利用》兹场驱使偶极对准，轮询过程可以增强 反压电效应。
压电堆302可以利用反压电效应将电能转换成动能。即，压电 堆302在被供应能量时可以扩张以使燃料喷射器132中的移位改变。 可以设想，可以向压电堆302施加大约160伏的电势。但是，该值 可以改变，并且可以在0至500伏之间。
电触点307可以具体化为正导体和负导体，其延伸通过第二端 帽313以将电能引入和引出压电堆302。电触点307的一端可以连接 到电端子250上，并且其另 一端可以交互连接到压电堆302的层305。 当向电触点307施加电压时，电场可以在偶才及上施加转矩，由此<吏 层在长度上延伸。长度的改变可以与所施加的电压成比例，并且因 此可以允许对上部活塞245的精确位置控制。可以设想，除了所施 加的电压之外，压电堆302长度的改变也可以与层305的数量成比 例。
例如PZT的压电材料可以是脆性的并且能够经受相对小的转 矩、张力和切变应力。为了保护压电材料不受机械损坏，使压电堆 302与这些不期望的力隔离是有益的。所述隔离可以通过例如为预载 弹簧304的各种隔离部件来实现。张力弹簧304能够在压电堆302 上提供预加载荷。由预载弹簧304提供的预加载荷可以是压缩载荷 极限的大约百分之二十或者可以是150至1500牛，并且可以防止拉 力损坏一个或多个层305。此外，第一端帽309和第二端帽313可以 结合内部壳体306工作，以进一步将压电堆302与不期望的力隔离。 具体地，第一端帽309、第二端帽313、内部壳体306和波紋管326 可以一起工作以将压电堆302与弯曲力和切变应力隔离。
13接合装置208可滑动地设置在致动器孔333中，并且可以抵接 第一端帽309和运动联接器310。接合装置208可以与中心轴线201 对准，并且能够将由压电堆302产生的载荷力传递到运动联接器 310。可以设想，接合装置208能够将由压电堆302产生的移位传递 到运动联接器310。还可以设想，接合装置208还可以将压电堆302 与转矩、张力和切变应力进一步隔离。
密封件335可以设置在接合装置208和致动器孔333之间。密 封件335可以是0形环并且可以阻止燃料进入内部壳体306。替代 地，可以设想，可以省略密封件335并且可以将隔膜设置在密封件 335的位置，以阻止燃料流入内部壳体306和压电堆302。
在图3所示的实施方式中，接合装置208包括与运动联接器310 交接的环形突出部399。环形突出部399可以将由压电堆302产生的 载荷力集中到运动联接器310的变小的区域。即，环形突出部399 可以将从压电堆302传递到接合装置208的载荷力分配到运动联接 器310的外部径向部分393。环形突出部399在与运动联接器310 接合时可以形成空隙388。空隙388可以位于与压电堆302邻近的中 心轴线201并排处。可以设想，可以省略环形突出部399并且接合 装置208可以在整个表面上与运动联接器310交接，或者环形突出 部399可以与运动联接器310分开。还可以设想，接合装置208可 以被完全省略并且致动组件242可以与运动联接器310直接交接。
运动联接器310可以保护压电堆302并使其隔离由于吸收过多 运动产生的震动。如在这里使用的，震动可以是指在压电堆302碰 触止动件时产生的突然沖击。在例如压电晶体的脆性材料中的震动 可能导致晶体内的显微裂紋。随着时间的流逝，这些显微裂紋会导 致失效。可以设想，通过减少或者阻止压电堆302碰触止动件，可 以减小压电堆302中的震动。运动联接器310能够弯曲或变形，以 吸收过多的运动并且允许压电堆302随着减速时间和减速距离而减 速，而不是快速地减速。可以设想，在一种实施方式中，运动联接 器310可以由本领域技术人员可以想到的钢或任何其它材料制造以
14吸收过多的运动。如果允许压电堆302快速地减速，那么会在压电
堆302中的压电材料的脆性晶体结构中形成显微裂紋。随着时间的 流逝，并且在反复地碰触止动件之后，压电堆302会出现疲劳失效， 由此降低燃料喷射器132的耐用性和寿命。
参照图2和图3，可以设想，运动联接器310可以接收由压电堆 302产生的载荷力。随着压电堆302的扩张，载荷力和第一距离可以 通过接合装置208传递到运动联接器310。反作用于载荷力，运动联 接器310可以沿着中心轴线201并且远离压电堆302移动直到与上 部活塞245连接。在与上部活塞245连4妄时，上部活塞245和运动 联接器310可以沿着中心轴线201并且远离压电堆302 —起运动， 直到通过末端223使控制元件289从上部支座227移位为止。在使 控制元件289移位时，即，在压电堆302由于扩张而移动第二距离 之后，控制元件289可以碰触止动件。即，上部活塞245和控制元 件289可以行进第二距离并且随后控制元件289可以碰触止动件。 可以设想，该距离可以包括间隙206的宽度。在碰触止动件时，运 动联接器310可以开始偏转，使得压电堆302可以继续扩张并且第 一距离可以继续增大。为了便于偏转，运动联接器310可以由能够 弹性变形的延展性材料构成。还可以设想，运动联接器310可以保 护并且隔离压电堆302不受由于吸收由压电堆302产生的过多运动
而带来的损坏。由运动联接器310吸收的过多运动可以等于第一距 离和第二距离之间的差。
现在参照图4，示出了运动联接器310的第一实施方式-运动联 接器410。在该实施方式中，运动联接器410可以具有两个臂405。 每个臂405可以从中心部分401朝向外部径向部分393向外延伸。 即，每个臂405可以从中心部分401延伸到圓柱形外壳353 (图3) 和/或可以和接合装置208 —样宽。每个臂405能够在由压电堆302 产生的载荷力下偏转。即，在每个臂中可以形成弯曲力矩，以允许 压电堆302在运动联接器310碰触止动件之后扩张。
现在参照图5,示出了运动联接器310的第二实施方式-运动联接器510。在该实施方式中，运动联接器510可以具有四个臂505。每个臂505可以从中心部分501朝向外部径向部分593向外延伸。即，每个臂505可以从中心部分501延伸到圓柱形外壳353 (图3)和/或可以和接合装置208 —样宽。每个臂505能够在由压电堆302产生的载荷力下偏转。即，在每个臂中可以形成弯曲力矩，以允许压电堆302在运动联接器310碰触止动件之后扩张。
还可以设想，运动联接器310可以被完全省略并且上部活塞245可以保护压电堆302并且将其与由于吸收过多运动产生的震动隔离。上部活塞245可以由各种材料构成，并且可以具有通过沿着其长度变形吸收过多运动所需的几何结构。即，上部活塞245可以被构造成使其几何结构和/或材料允许活塞长度的改变足以吸收与第 一距离和第二距离的差相等的距离。例如，上部活塞245可以是圆柱形的并且可以由本领域技术人员可以想到的各种类型的钢、铝、钛或任何其它材料构造。
本领域技术人员可以认识到，除了图4和图5所示的实施方式之外，许多其它的实施方式也是可行的。例如，可以设想，运动联接器310可以连接到上部活塞245并且可以省略间隙206。另外，可以设想，接合装置208可以连接到运动联接器310。替代地，运动联接器310可以设置在波紋管326中和/或可以直接接触压电堆302。还可以设想，臂405、 505可以被省略和/或运动联接器310可以与接合装置208具有圆形交接面。在这些实施方式中，运动联接器310能够具有弯曲力矩，允许压电堆302在被供以能量时扩张，由此减小可能导致燃料喷射器132失效的磨损和显微裂紋。
工业实用性
虽然所示和上述是结合燃料喷射器使用的，但本发明的运动联接器310可以应用到压电致动器的任意应用中，在所述应用中，压电堆可能碰触硬质止动件。通过吸收压电堆302的过多运动，本发明的运动联接器310可以减小压电堆302内的震动并且由此减小可能导致疲劳的显微裂紋。减小由于震动引起的显微裂紋可以延长燃料喷射器132的寿命并增强其耐用性。现在将说明示例性的动力系统100的4喿作。
可以通过低压泵126将燃料箱124中处于第一压力的燃料加压到第二压力，并且通过高压泵136将其从第二压力加压到第三压力。来自高压泵136的加压燃料可以通过单向阀128和燃料管路130输送到喷射歧管134。加压燃料可以从喷射歧管134通过燃料管路166输送到燃料喷射器132的燃料入口 221。
加压燃料可以从燃料入口 212流过上部通道2 3 5和下部通道2 3 6以填充控制室286。另外，加压燃料可以流过控制孔口 283以填充止回上部容积285、平^f孔口 281和内部孔229。内部孔229中的加压燃料可以驱使控制元件289抵靠上部支座227，由此阻止加压燃料流入排出通道256。同样，加压燃料可以作用在第一液压表面279上，以使针阀元件278抵靠针阀元件支持面294，由此阻止加压燃料通过喷射孔口 187流入燃烧室110中。
为了将加压燃料喷射输送到燃烧室110,压电堆302可以通过经由电端子250传输电能而扩张。施加到电端子250的电能可以经由设置在压电材料层305之间的电触点307向压电堆302供能。在被供以能量时，层305可以单独地扩张，以引起密封组件207内的移位。例如，压电堆302可以被供以260伏的能量，使得密封组件207沿着中心轴线201在长度上扩张。该扩张可以驱使接合装置208沿着中心轴线201朝向控制阀251移动第一距离。例如，在一种实施方式中，第一距离可以是40微米。由于运动联接器310在外部径向部分393处与接合装置208接触，因此运动联接器310也可以朝向控制阀251移动。在与上部活塞245接触时，运动联接器310和上部活塞245可以一起移动，以通过末端223推动控制元件289离开其上部支座227。
当通过末端223推动控制元件289离开其上部支座227时，止回上部容积285、平衡孔口 281和内部孔229会快速地降压到排出通
17道256中。止回上部容积285的降压会改变对针阀元件278的偏压。即，控制室286中的加压燃料可以作用在第二液压表面280上，使得针阀元件278运动离开针阀元件支持面294，由此不阻挡喷射孔口287。在喷射孔口 287不被阻挡时，加压燃料的喷射可以从控制室286传输到燃烧室110中。
紧接着推动控制元件289离开上部支座227之后，可以限制运动联接器310进一步运动。仅出于该例子的目的，这可以发生在压电堆302已经扩张第二距离之后。在一种示例性的实施方式中，第二距离可以是25微米。由于压电堆302将继续扩张直到到达第一距离，因此运动联接器310可以吸收过多的运动以减小硬质止动件向压电堆302的震动。即，运动联接器310可以偏转一距离，该距离等于第二距离与第二距离的差，以减小压电堆302中的震动。
运动联接器310的臂405可以偏转以吸收由于压电堆302的扩张产生的过多的运动。通过偏转，臂405可以降低压电堆302减速的速率，由此减小震动。由于震动可以导致压电材料中的显微裂紋，该显微裂紋会由于疲劳导致失效，因此减小震动可以延长燃料喷射器132的寿命并增强其耐用性。
本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的保护范围的条件下，可以对本发明的燃料喷射器进行各种变型和改变。通过考虑在这里公开的说明书以及燃料喷射器的实际应用，本领域技术人员可以想到其它变型。本说明书和例子仅仅被认为是示例性的，本发明的真实保护范围通过后附的权利要求书并按照等同原则加以确定。
权利要求
1.一种燃料喷射器，包括壳体，其沿着所述燃料喷射器的中心轴线大致对准；控制阀，其能够对燃料流通过所述燃料喷射器进行控制；压电元件，其设置在所述壳体内且与所述控制阀相关联；以及运动联接器，其设置在所述控制阀和所述压电元件之间，所述运动联接器能够减小所述压电元件中的震动。
2. 根据权利要求1所述的燃料喷射器，还包括连接到所述压电 元件的接合装置，所述接合装置能够将来自所述压电元件的载荷力 通过环形突出部分配到所述运动联接器。
3. 根据权利要求2所述的燃料喷射器，其中，来自所述压电元 件的所述载荷力通过所述环形突出部分配到所述运动联接器的外部 径向部分，所述外部径向部分能够朝向所述控制阀偏转。
4. 根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述运动联接器 至少具有两个臂，每个臂从所述中心轴线朝向所述壳体向外延伸， 并且能够弯曲以减小所述压电元件中的震动。
5. 根据权利要求1所述的燃料喷射器，还包括连接到所述压电 元件的接合装置，所述接合装置具有被设置成与所述中心轴线对准 并且能够接合所述运动联接器的环形突出部。
6. 根据权利要求5所述的燃料喷射器，其中，所述接合装置和 所述运动联接器之间的交接面包括空隙，所述空隙沿着所述中'"、轴 线与所述压电元件大致并排。
7. —种燃料喷射器，包括壳体，其沿着所述燃料喷射器的中心轴线大致对准； 压电元件，其设置在所述壳体内并且能够沿着所述中心轴线扩 张第一距离；控制元件，其沿着所述中心轴线设置，所述控制元件能够运动 第二距离并且影响燃料流通过所述燃料喷射器，所述第二距离不等于所述第一距离；以及活塞，其可滑动地设置在所述压电元件和所述控制元件之间， 所述活塞能够将运动从所述压电元件传递到所述控制元件。
8. 根据权利要求7所述的燃料喷射器，其中，所述第一距离大 约等于所述第二距离和所述活塞长度的改变量之和。
9. 根据权利要求7所述的燃料喷射器，其中，所述活塞能够减 小所述压电元件中的震动。
10. 根据权利要求7所述的燃料喷射器，还包括设置在所述活塞 和所述压电元件之间的运动联接器，所述运动联接器能够减小所述 压电元件中的震动。
全文摘要
本发明涉及一种燃料喷射器，更具体而言，涉及用于压电致动器的运动联接器。所述燃料喷射器可包括沿着燃料喷射器的中心轴线大致对准的壳体。燃料喷射器还可包括能够控制燃料流通过燃料喷射器的控制阀。燃料喷射器还可包括设置在壳体内并且与控制阀相关联的压电元件。燃料喷射器还可包括设置在控制阀和压电元件之间的运动联接器，该运动联接器能够影响震动以减少压电元件中的显微裂纹。
文档编号F02M51/06GK101560934SQ20091013046
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年4月18日
发明者A·R·马纳博鲁, J·K·文卡塔拉格哈范, S·G·拉克哈帕蒂, S·R·刘易斯 申请人:卡特彼勒公司