专利名称：用于致动器系统的分布刚度式偏压弹簧和使用该弹簧的燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及与致动器一起使用的偏压装置，更具体地涉及在偏压弹簧中绕纵 向中心轴线分布刚度，以减小偏压弹簧的弹簧常数的不一致性。
背景技术：
从各技术领域可以知道大量类型的致动器系统。致动器系统的范围从较大、慢速 和不精确的装置到较小、快速致动和高精度的系统例如从燃料喷射器和其它流体控制系统 可知的致动器系统类型。在很多情况下，希望将致动器偏压到特定状态，例如预定位置。在 燃料喷射器的上下文中，偏压弹簧广泛用于将致动器或相关部件朝多个可能位置中的一个 偏压。例如，复位弹簧通常与控制阀和相关联的电致动器一起使用，以朝对应于燃料喷射器 特定流体状态的位置偏压电致动器，该流体状态例如为燃料喷射器不向发动机气缸喷射燃 料时当的休止状态。随着对致动器系统特别是燃料喷射器致动器系统的精度、可靠性和可 预见性的关注的日益增加，复位弹簧和其它偏压装置的工作特性(behavior)越来越重要。偏压装置另一个常见的应用是对某些类型的致动器例如压电致动器提供预载。与 燃料喷射器中使用的其它常见致动器系统类似，压电致动器可以被激励或去激励，以控制 控制阀等的位置。为了能进行操作并确保精确、可靠和可预见的性能，许多压电致动器通过 压缩力进行预载。压电致动器对预载的变化有些敏感。此外，当发动机状况例如温度改变 时，压电致动器的部件的尺寸和间距会改变。在燃料喷射器中使用的压电致动器上作用的 预载力的大小会由于这些原因而严格地规定。如上文所提到的，在确保致动器所需的操作 方面，复位弹簧和其它偏压装置的工作特性是重要的。已观察到，在某些致动器系统中，弹 簧构造和设计的可变性会消极地影响偏压弹簧根据需要完成任务的能力。在压电致动器的 情况下，偏压弹簧不仅可用作预载装置，而且可用作复位弹簧以使致动器回到其在去激励 时通常占据的状态，其中综合了这些问题。授予Mohr的美国专利No. 7，025，292提出了具有经由偏压弹簧被偏压的阀的燃料 喷射器的一个示例。Mohr专利中使用的弹簧具有筒状套筒的形式，该筒状套筒具有切开区 域，以给套筒弓I入弹簧作用。Mohr专利可以具有某些应用，但在另一些应用中，特别是当用 在某些压电致动器系统中时，被认为是不利的。
发明内容
一种燃料喷射器包括限定燃料入口和至少一个燃料出口的燃料喷射器体部。具有 第一阀状态和第二阀状态的阀构造成通过在第一阀状态和第二阀状态之间切换来控制燃 料喷射器体部中流体的流动。设有用于所述阀的致动器，该致动器可在对应于第一阀状态 的第一致动器位置和对应于第二阀状态的第二致动器位置之间运动。燃料喷射器还包括具 有筒状卷板的偏压弹簧，该偏压弹簧具有第一弹簧端部和第二弹簧端部并限定纵向中心轴 线，筒状卷板构造成改变长度以朝第一致动器位置偏压致动器。偏压弹簧还具有位于第一弹簧端部和第二弹簧端部之间的螺旋接缝，该螺旋接缝具有适于至少部分地通过绕纵向中 心轴线分布焊接刚度来减小筒状卷板的弹簧常数的不一致性的形状。另一方面，一种操作电致动器系统的方法包括以下步骤改变电致动器系统的电 致动器的电能状态，以及响应于改变电能状态的步骤，克服偏压弹簧的偏压来移动与电致 动器相联的控制元件。偏压弹簧包括限定纵向中心轴线的筒状卷板。该方法还包括，在移 动步骤中，至少部分地通过经由筒状卷板的螺旋接缝绕纵向中心轴线在筒状卷板中分布刚 度，来减小筒状卷板的弹簧常数的不一致性。又一方面，一种用于致动器的偏压装置包括具有筒状卷板的偏压弹簧，该偏压弹 簧具有第一弹簧端部和第二弹簧端部并限定纵向中心轴线，筒状卷板构造成沿平行于纵向 中心轴线的方向改变长度，以偏压致动器。筒状卷板还具有螺旋接缝，该螺旋接缝位于第一 弹簧端部和第二弹簧端部之间，并具有适于至少部分地通过绕筒状卷板的纵向中心轴线分 布刚度来减小偏压弹簧的弹簧常数的不一致性的形状。
图1是根据一实施例的燃料喷射器的局部剖开的示意性侧视图；图2是根据一实施例的弹簧的立体图；以及图3是根据一实施例的用于致动器的偏压装置的弹簧体部的立体图。
具体实施例方式参见图1，示出了根据一个实施例的燃料喷射器10。燃料喷射器10可包括燃料喷 射器体部12，该体部具有第一端38和第二端56并包括多个不同的体部部件。燃料喷射器体 部12可限定至少一个燃料入口 14和至少一个燃料出口 16，以及高压燃料通道46，例如使 燃料入口 14与出口 16流体连接的喷嘴供给通道。在一个实施例中，燃料入口 14可构造成 与高压流体源(未示出)连接，该高压流体源例如为一般地与内燃发动机系统一起使用的 类型的共轨。但应认识到，燃料喷射器10可用在具有用于对燃料加压的除共轨之外的机构 的发动机系统中，该机构例如为与燃料喷射器10相联的单元泵。此外，在其它实施例中，本 发明的某些方面可以用在燃料系统之外的环境中，这将可以从下面的描述中清楚地看到。燃料喷射器10可还包括具有第一单向针阀位置和第二单向针阀位置的单向针阀 (needle check) 50，在第一单向针阀位置，单向针阀50阻塞所述至少一个燃料出口 16，在 第二单向针阀位置，单向针阀50不阻塞所述至少一个燃料出口 16。单向针阀50可包括经 由偏压弹簧58朝关闭位置偏压的针阀部件M，在该关闭位置针阀部件M阻塞出口 16。针 阀部件M可还包括控制表面52，该控制表面暴露于控制通道48的流体压力，该控制通道由 喷射器体部12限定并与通道46流体连接。燃料喷射器10可还包括控制阀组件18，该控制 阀组件构造成通过在第一控制阀状态和第二控制阀状态之间运动来控制单向针阀50的操 作。控制阀组件18还包括控制阀部件42，该控制阀部件在对应于第一阀状态的第一控制阀 位置和对应于第二控制阀状态的第二控制阀位置之间切换，以控制流体在燃料喷射器体部 12内的流动。第二控制阀部件45可与控制阀部件42相联。当控制阀部件42处于第一控 制阀位置时，控制表面52可经由控制通道48暴露于经由入口 14供给的高压燃料的压力， 当控制阀部件42处于第二控制阀位置时，控制表面52可暴露于由燃料喷射器体部12限定的低压出口 44的低压。燃料喷射器体部12可还包括致动器子组件21，例如与控制阀组件18相联的电致 动器子组件。致动器子组件21可以是致动器系统23的一部分并且包括具有电致动器32 的壳体30，该电致动器例如为包括定位在其中的压电堆33的压电元件。致动器子组件21 可还包括具有弹簧体部62的偏压弹簧20，且电致动器32可至少部分地定位在偏压弹簧20 中。致动器子组件21可还包括控制元件对，该控制元件构造成控制燃料喷射器10的另一 元件例如控制阀部件42的状态。控制元件M可包括也由标号M标识的接触元件，该接触 元件构造成通过接触燃料喷射器10的第二元件例如控制阀部件42来控制该第二元件的状 态。在其它实施例中，控制元件对可在不接触燃料喷射器10的另一元件的情况下，例如通 过改变流体压力，来控制该另一元件的状态。在另一实施例中，控制元件M可包括在阀部 件例如控制阀部件42中并与之成一体，该阀部件又控制再一元件例如单向针阀50的状态。 然而可以设想，与另一元件接触以控制该另一元件的状态是实用的实施方式，并且在下文 中使用术语“接触元件对”，但这不用于限制。致动器32典型地经由偏压弹簧20而保持处于压缩状态，并构造成响应致动器32 的电能状态的变化而改变长度，以致动控制阀组件18。在一个实施例中，致动器32可从去 激励状态被激励，以响应性地伸长并移动接触元件24，以接触控制阀部件42。在激励状态 和去激励状态之间切换致动器32可以经由控制阀部件42和第二阀部件45以已知的方式 选择性地使控制通道48与通道46或出口 44连接。在一个实施例中，当致动器32处于去 激励状态时，接触元件M可经由由接触元件M和控制阀部件42限定的间隙43而与控制 阀部件42分开。经由接触元件M接触控制阀部件42可在上述第一和第二控制阀位置之 间移动控制阀部件42。在另外的实施例中，改变致动器32的电能状态可包括对致动器32 去激励以改变致动器32的长度、将致动器32从低电能状态调节到较高的电能状态等。另 外，在另外的实施例中，致动器32可以不经由偏压弹簧20保持压缩，或可以是不同类型的 致动器。偏压弹簧20也可作用在致动器20之外的其它部件上，例如作用在控制阀部件42 上或作用在接触元件M上。因此，本发明应被广泛地解释为用于具有各种不同的部件和部 件布置的各种不同的系统，其中第一部件移动以影响另一部件的位置或状态。致动器子组件21可还包括联接成与接触元件M —起移动的柔性膜片观以及流 体密封在偏压弹簧20和壳体30之间的0形环26。如上所述，致动器32可以是压电致动 器，偏压弹簧20可以压缩致动器32以对致动器32进行预载。为此，偏压弹簧20可以处于 拉伸状态，激励致动器32可使致动器32克服偏压弹簧20的压缩性偏压而伸长。使致动器 32克服偏压弹簧20的压缩性偏压而伸长又可理解成克服压缩性偏压而移动接触元件M并 因此移动控制阀部件42。还可认识到，通过与接触元件M接触来移动控制阀部件42能够 经由燃料喷射器10控制燃料喷射正时。燃料喷射器体部12可还包括具有一组外螺纹39的 螺纹式预载控制螺母36，例如用于改变作用在偏压弹簧20上的张力，并包括螺纹式锁紧螺 母40以将偏压弹簧20锁紧在给定的拉伸状态。通过使螺纹39与偏压弹簧20的一组内螺 纹70接合而将螺母36相对较深地拧入偏压弹簧20，能够使偏压弹簧20伸长以增加预载， 反之亦然。例如包括热膨胀或热收缩材料的预载控制元件34可以定位成与致动器32相邻， 以响应温度变化而膨胀或收缩并由此保持或控制作用在致动器32上的预载。在2008年3 月20日提交的共同待审定并共同拥有的美国专利申请系列No. 12/077, 640中更详细地公开了通过使用螺母36和40以及预载控制元件34来对致动器进行预载并控制预载的总体 构造和工作原理。现在参见图2，该图用立体图示出了偏压弹簧20。在一个实施例中，偏压弹簧20 可包括多功能弹簧，该多功能弹簧的一个功能是偏压致动器32，还具有附加功能例如设定 对致动器32的预载并转变致动器32的运动。偏压弹簧20可包括多个纵向弹簧区段，包括 第一弹簧区段68、第二弹簧区段66和第三弹簧区段64。在一个实施例中，区段64可包括 构造成与螺母36和螺母40配对的内螺纹70，以调节偏压弹簧20上的张力，并将致动器32 上的预载调节或设定到期望的预载，如上所述。区段68可以是或包括构造成转变致动器32的运动的活塞，并包括位于其上的接 触元件24。区段66可包括弹簧体部62，并构造成产生偏压弹簧20的全部或至少一部分弹 性力。弹簧体部62可包括第一弹簧端部72和第二弹簧端部74。在一个实施例中，区段64 和68中的各个可分别在弹簧端部72和74焊接到或以任何其它合适的技术接合到区段66。 应该认识到，在文中可设想宽范围的多种弹簧构型，例如多功能和单一功能的弹簧构型，图 2中所示仅仅是说明性的。此外，虽然多功能偏压弹簧是一个实用的实施方式，但本发明并 不限于此。也参见图3，该图示出了偏压弹簧20的弹簧体部62的立体图，偏压弹簧20可包括 形成弹簧体部62的筒状卷板65例如金属卷板。在一个实施例中，筒状卷板65和弹簧体部 62是同一个部件，因此本文中对弹簧体部62的描述应理解成也适用于对筒状卷板65的描 述。在一个实施例中，弹簧体部62可由在卷绕之前具有总体为平坦的平行四边形的形状的 钢或类似材料的平板卷绕而成。弹簧体部62可包括多个直的周缘边，包括位于第一弹簧端 部72的第一直周缘边84、位于第二弹簧端部74的第二直周缘边86、第三直周缘边80以及 第四直周缘边82。本文中使用的术语“周缘”应理解成指作为卷绕形成弹簧体部62的平板 的周缘的边。在一个实施例中，弹簧体部62可具有限定纵向中心轴线A的直筒形，并且在垂直 于纵向中心轴线A的方向上具有一致的宽度。弹簧体部62也可包括外径76和内径78，并 且外径76和内径78之间具有一致的厚度。应该认识到，在一些实施例中，弹簧体部62可 能具有不一致的厚度、不同于直筒形的形状或者具有不一致的宽度。但总体一致的形状特 征被认为是实用的实施方式。弹簧体部62还可以包括在内径78和外径76之间连通的多 个空隙部88。空隙部88可例如在将板65卷绕成筒形之前通过机加工或激光切割而形成在 弹簧体部62中；但在有些实施例中可在卷绕之后形成。如果发现弹簧体部62具有比希望 的刚度高的刚度或者具有不一致的刚度，则在将筒状卷板65成形为弹簧体部62后，空隙部 88可形成在弹簧体部中，以产生希望的特征。空隙部88的形状、布置、尺寸和数量部分地 限定弹簧体部62的弹簧常数。在一个实施例中，空隙部88可全部具有相同的形状例如椭 圆形、圆形或如图所示带有倒圆端部的细长直边缘形状，并可以均勻地分布在弹簧体部62 中。在另外的实施例中，空隙部88可具有彼此不同的形状，或者可不均勻地分布。通常，当 具有给定尺寸的空隙部88的数量较多时，弹簧体部62可具有相对较低的弹簧常数，而当具 有给定尺寸的空隙部88的数量较少时，弹簧体部62可具有相对较高的弹簧常数。在另一 实施例中，空隙部88可选择性地形成在弹簧体部62中，以调整弹簧体部62的刚度，例如以 增加纵向或径向上刚度的一致性。此外，空隙部88也可用于将弹簧体部62的刚度调整到所希望的刚度。在调整刚度以获得较大的一致性或调整刚度以获得所希望的刚度中的任一 情况下，空隙部88的包括形状或布置的几何条件、它们在弹簧体部62中的密度或者它们的 尺寸或数量，可用于使弹簧体部62的某些区域具有相对较大的刚度或相对较小的刚度。空 隙部88可在卷绕板65之前形成或在卷绕板65之后形成，或者在卷绕板65之前和之后都 形成。 周缘边80和82可以在位于第一弹簧端部72和第二弹簧端部74之间的螺旋焊接 接缝60处接合。虽然在全文中都描述成焊接接缝60，但周缘边80和82之间的接缝60也 可以通过任何其它合适的连接而形成。焊接接缝60位于中间区段66，并且专门构造成影响 弹簧体部62的弹性特征，这将在文中作进一步说明。特别地，焊接接缝60具有适于至少部 分地通过绕纵向中心轴线A分布焊接刚度来减小弹簧体部62的弹簧常数的不一致性的形 状。焊接接缝60可具有螺旋形状，这是指焊接接缝60的至少一部分限定出螺旋线。应该 认识到，焊接接缝60绕纵向轴线A不需要具有一致的螺旋角。换句话说，焊接接缝60相对 于对应于纵向轴线A的竖直轴线的相对倾角可以沿着焊接接缝60的长度而改变。例如，焊 接接缝60可具有Z字形(zigzag)构型，或可以仅仅局部螺旋，并且仍然限定出螺旋线。焊 接接缝60可以也包括竖直或水平的部分。但在一个实用的实施方式中，焊接接缝60从第 一螺旋线端部63到第二螺旋线端部61可具有一致的螺旋角。焊接接缝60也可以位于弹 簧体部62的周缘，并且螺旋线端部63可以与弹簧端部74相接，而螺旋线端部61可以与弹 簧端部72相接。在一个实用的实施方式中，焊接接缝60可具有绕纵向中心轴线A的径向 路径，该径向路径是360°的整数倍并且可以基本等于360°。 如上所述，焊接接缝60可构造成减小弹簧体部62的弹簧常数的不一致性。在一个 实施例中，焊接接缝60可至少部分地通过绕弹簧体部62沿径向分布刚度来减小弹簧常数 的径向不一致性。弹簧体部62在焊接接缝60中以及在与焊接接缝60相邻的区域中可比 在其它区域例如与空隙部88相邻的区域具有较大的刚度。已发现，当诸如弹簧体部62之 类的弹簧包括刚度较大部分和刚度较小部分时，该弹簧会不可靠、不可预见和/或不一致 地工作。如上所述，在某些致动器系统例如压电致动器系统的情况下，弹簧工作特性的不一 致性会例如通过降低燃料喷射正时的准确性而不利地影响系统的性能。与弹簧体部62的 其它部位例如相邻于空隙部88的部位的刚度相比，焊接接缝60会给予弹簧体部62的(相 邻于焊接接缝的)部位相对较大的刚度。因此，空隙部88可限定弹簧体部62的第一刚度 系数，而焊接接缝60可限定弹簧体部62的较大的第二刚度系数。通过形成文中所述的焊 接接缝60，与该焊接接缝相关联的较大的刚度可以绕弹簧体部62沿径向分布。虽然一个 或多个空隙部与焊接接缝60相交的设计也落在本发明的范围中，但在一个实用的实施方 式中，空隙部88偏离焊接接缝60并且不与焊接接缝60相交。例如，与焊接接缝60相交的 空隙部可形成在弹簧体部62中，以减小弹簧体部62的刚度或增加弹簧常数的一致性。在 某些由卷板形成的早期的弹簧中，焊接接缝沿纵向形成，并因此总体取向成平行于该弹簧 的纵向中心轴线。该方法会将具有较大刚度的材料即焊接部集中在弹簧的有限的径向区域 中。当向具有这种设计的弹簧施加负荷时，由于弹簧的弹簧常数的径向不一致性，弹簧在刚 度较小的径向区段趋于比在刚度较大的径向区段膨胀或收缩得多。
本发明使用不同的方法，其中，不是集中刚度，而是绕弹簧体部62沿径向分布与 焊接接缝60相关联的刚度。在一个实用的实施方式中，弹簧体部62的任何给定的径向区段将会具有基本等于任何其它径向区段的弹簧常数。除了径向一致性，弹簧工作特性的线 性一致性也可得到提高。本领域技术人员可以认识到，当常规的弹簧被压缩或膨胀时，根据 弹簧常数，施加附加的压缩或膨胀所需的力会增加。对于某些致动器系统例如燃料喷射器 系统，可能希望使用这样的弹簧，其中，对于特定的弹簧，在使用范围内使弹簧进一步压缩 或膨胀所需的力的变化相对线性。在某些径向区段具有较刚硬部分例如纵向焊接接缝的早 期弹簧除了径向工作特性的不一致性外，还会抛弃弹簧工作特性中的线性追求。工业实用性参见全部的附图，燃料例如柴油燃料可以以较高的压力供给到入口 14，然后供给 到通道46。高压燃料可从通道46流入控制通道48，以向关闭侧液压表面52施加高压，从 而将针阀部件讨保持在关闭位置并阻塞出口 16。如上所述，偏压弹簧20可向致动器32施 加压缩性偏压。当希望开始燃料喷射时，致动器32可被激励。结果，致动器32会变长，从 而移动接触元件M越过间隙43以接触阀部件42，并在所示的图1中向下移动阀部件42。 阀部件42又可在所示的图1中向下移动阀部件45，以使控制通道48与低压出口 44流体连 接，从而允许来自通道46的流体压力作用在针阀部件M上并提升针阀部件M远离其阻塞 出口 16的位置。应该认识到，控制通道48可如文中所述经由燃料喷射器体部12的各部件 之间的通道(这些通道要么太小以至于在图1中不容易示出，要么不在所示的截面中)与 通道46和出口 44流体连接。当致动器32被激励时，偏压弹簧20的长度会改变，例如在所 示的实施例中长度沿平行于纵向中心轴线A的方向增加。当致动器32被去激励时，该致动 器的长度会经由偏压弹簧20的偏压力而缩短，从而允许阀部件42和45向上运动，并将低 压出口与控制通道48隔开。结果，控制通道48中的高压可经由通道46的流体压力而重新 建立，并且作用在控制表面52上的流体压力可使针阀部件M退回到阻塞出口 16的位置。在通过对致动器32的激励和去激励而改变弹簧体部62的长度期间，与不具有如 文中所述构造的焊接接缝60的早期设计相比，弹簧体部62会更可靠且更可预见地工作。这 预期会在致动器32作为一部分的整个系统的操作中提供改进的性能。还应该认识到，当致 动器32被去激励时，经由弹簧20施加在致动器32上的预载力会比利用某些其它弹簧设计 可能或至少可实行的预载力更一致和更可预见。因此可设想弹簧常数的较大的一致性，以 在致动器系统的操作中提供改进的性能，以及更容易在使用压电元件之前设定作用在该压 电元件上的准确的预载。本领域技术人员还可认识到，近期发动机操作方法的许多改进都 依赖于在高度精确的正时喷射高度精确的燃料量。虽然压电致动器已在燃料系统表现出许 多应用前景，以获得这些和其它目的，但压电致动器对不精确预载的相对敏感性已在一些 情况下阻碍了它们在发动机系统中的应用，否则它们会有利地用在发动机系统中。通过本 发明可获得的弹簧常数的较大的一致性被认为使得可以在一些情况下利用某些所需的弹 簧类型例如文中公开的弹簧类型来使用压电致动器，否则压电致动器将不可能用于这些情 况。本说明书仅仅是为了说明的目的，不应解释成以任何方式限制本发明的范围。因 此，本领域技术人员可以认识到，可以在不脱离本发明全部和完整范围和精神的情况下对 现已公开的实施例进行各种变型。通过对附图和所附权利要求的研究可以清楚地看到其它 方面、特征和优点。
权利要求
1.一种燃料喷射器(10)，包括燃料喷射器体部(12)，该燃料喷射器体部限定燃料入口(14)和至少一个燃料出口 (16)；阀(18，42，45，50，M)，该阀具有第一阀状态和第二阀状态，并构造成通过在所述第一 阀状态和所述第二阀状态之间切换来控制所述燃料喷射器体部(1 中流体的流动；用于所述阀(18，42，45，50，54)的致动器(32)，该致动器可在对应于所述第一阀状态 的第一致动器位置和对应于所述第二阀状态的第二致动器位置之间运动；以及包括筒状卷板(6 的偏压弹簧(58)，该偏压弹簧具有第一弹簧端部(72)、第二弹簧端 部(74)并限定纵向中心轴线，所述筒状卷板(6 构造成改变长度以朝所述第一致动器位 置偏压所述致动器(32)，所述筒状卷板还具有位于所述第一弹簧端部(7 和所述第二弹 簧端部(74)之间的螺旋接缝(60)，该螺旋接缝具有适于至少部分地通过绕所述纵向中心 轴线分布刚度来减小所述筒状卷板(6 的弹簧常数的不一致性的形状。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于所述螺旋接缝(60)限定螺旋线，该螺旋线具有与所述第一弹簧端部m相接的第一 螺旋线端部(61)和与所述第二弹簧端部(74)相接的第二螺旋线端部(63)，并且所述螺旋 接缝(60)适于至少部分地通过绕所述筒状卷板(6 沿径向分布刚度来减小所述弹簧常数 的径向不一致性；所述螺旋接缝(60)是所述筒状卷板(6 的周缘；以及所述螺旋接缝(60)具有绕所述纵向中心轴线的径向路径，该径向路径是360°的整数倍。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射器(10)，其特征在于所述筒状卷板(6 包括内径(78)和外径(76)，并限定在所述内径(78)和所述外径 (76)之间连通的多个空隙部(88)，所述多个空隙部(88)具有一定的形状、布置和数量；并 且所述弹簧常数包括部分地由所述多个空隙部(88)的形状、布置和数量限定且也部分 地由所述螺旋接缝(60)的形状限定的净弹簧常数。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于还包括单向针阀(50)，所述单 向针阀可在阻塞所述至少一个燃料出口(16)的第一单向针阀位置和所述单向针阀(50)不 阻塞所述至少一个燃料出口(16)的第二单向针阀位置之间运动，其中，所述阀(18，42，45) 包括构造成控制所述单向针阀(50)在所述第一单向针阀位置和所述第二单向针阀位置之 间的运动的控制阀(18，42，45)，并且所述致动器(32)包括与所述控制阀(18，42，45)相联 并具有激励状态和去激励状态的电致动器(32)；其中，所述燃料喷射器体部(1 还限定高压燃料通道G6)、控制通道08)和低压出口 (44)，所述高压燃料通道使所述燃料入口(14)与所述至少一个燃料出口(16)流体连接，其 中，所述单向针阀(50)包括暴露于所述控制通道G8)的流体压力的关闭侧液压表面(52)， 并且所述阀0 可通过使所述电致动器(3 在所述激励状态和所述去激励状态之间切换 而运动，以选择性地使所述控制通道G8)与所述高压通道06)或所述低压出口 G4)相 连；并且其中，所述致动器(3 包括具有压电堆(3 的压电致动器(3 ；并且所述偏压弹簧(58)处于拉伸状态，并将处于压缩状态的所述压电堆(33)保持成至少部分地位于所述筒 状卷板(3 中。
5.一种操作电致动器系统03)的方法，包括以下步骤改变电致动器系统03)的电致动器(32)的电能状态；响应于改变电能状态的步骤，克服偏压弹簧OO)的偏压来移动与所述电致动器(32) 相联的控制元件(M)，所述偏压弹簧包括限定纵向中心轴线的筒状卷板(35)；以及在移动步骤中，至少部分地通过经由所述筒状卷板(3 的螺旋接缝(60)绕所述纵向 中心轴线在所述筒状卷板(3 中分布刚度，来减小所述筒状卷板(3 的弹簧常数的不一 致性。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于改变电能状态的步骤包括激励所述电致动器(32)，并且移动控制元件04)的步骤包 括克服所述偏压弹簧OO)的压缩性偏压来移动所述控制元件04)；以及所述控制元件04)包括接触元件(M)，所述方法还包括通过所述接触元件04)来移 动燃料喷射器(10)的控制阀(18，42，妨)以控制燃料喷射器(10)中的燃料喷射正时的步马聚ο
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于分布刚度的步骤还包括经由螺旋接缝 (60)绕所述筒状卷板(3 沿径向一致地分布刚度，所述螺旋接缝具有绕纵向中心轴线的 径向路径，该径向路径是360°的整数倍。
8.一种用于致动器(3 的偏压装置，包括包括筒状卷板(3 的偏压弹簧(20)，该偏压弹簧具有第一弹簧端部(7 和第二弹簧 端部(74)并限定纵向中心轴线，所述筒状卷板(35)构造成沿平行于所述纵向中心轴线的 方向改变长度，以偏压致动器(3 ；并且所述筒状卷板(3 还具有螺旋接缝(60)，该螺旋接缝位于所述第一弹簧端部(72)和 所述第二弹簧端部(74)之间，并具有适于至少部分地通过绕所述筒状卷板(3 的纵向中 心轴线分布刚度来减小所述偏压弹簧OO)的弹簧常数的不一致性的形状。
9.根据权利要求8所述的偏压装置，其特征在于所述偏压弹簧OO)包括具有多个纵 向区段(64，66，68)的多功能弹簧(20)，所述多个纵向区段包括具有活塞的第一纵向区段 (68)、包括所述筒状卷板(3 和所述螺旋接缝(60)的第二纵向区段(66)以及包括一组螺 纹(70)的第三纵向区段(64)。
10.根据权利要求9所述的偏压装置，其特征在于所述螺旋接缝(60)绕所述纵向中 心轴线具有一致的螺旋角并且限定一路径，该路径是360°的整数倍。
全文摘要
一种燃料喷射器(10)，包括限定燃料入口(14)和至少一个燃料出口(16)的燃料喷射器体部(12)、具有第一阀状态和第二阀状态的阀(18，42，45)以及用于阀(18，42，45)的致动器(32)。燃料喷射器(10)包括具有筒状卷板(35)的偏压弹簧(20)，该偏压弹簧具有第一弹簧端部(72)、第二弹簧端部(74)并限定纵向中心轴线。筒状卷板(35)构造成改变长度以朝第一致动器位置偏压致动器(32)，并包括位于第一弹簧端部(72)和第二弹簧端部(74)之间的螺旋接缝(60)，该螺旋接缝的形状适于通过绕纵向中心轴线分布刚度来减小弹簧常数的不一致性。
文档编号F02M61/10GK102076952SQ200980124522
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月27日
发明者J·文卡塔拉加万, M·朗, S·刘易斯, 徐振龙 申请人:卡特彼勒公司