專利名稱：壓電增強燃料噴射器和使用該壓電增強燃料噴射器的發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及具有共軌燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)動機，更具體地，涉及一種裝有增 強活塞的壓電控制燃料噴射器。
背景技術(shù)：
近年來，壓燃點火發(fā)動機工業(yè)開始認識到共軌燃料系統(tǒng)相比其它已知燃料系統(tǒng)在 改進性能同時降低不希望有的排放物方面具有某些優(yōu)勢。不希望有的排放物包括但不限于 NOx、碳氫化合物和顆粒物質(zhì)。共軌燃料系統(tǒng)通常包括容納由高壓泵加壓的燃料的共享容器 或共軌。每個發(fā)動機氣缸的單個燃料噴射器定位成用于直接噴射到各個氣缸，并經(jīng)由分開 的分支通路與共軌單獨地流體連通。最初，共軌燃料系統(tǒng)包括一些電控可調(diào)閥系統(tǒng)，其允許 每個燃料噴射器在獨立于曲柄角的任意預(yù)期發(fā)動機正時與共軌連通，用于噴射活動。但是， 這種系統(tǒng)就噴射壓力而言僅限于共軌中的燃料的壓力。共軌燃料系統(tǒng)近期的創(chuàng)新在例如授予Mahr等人的美國專利6，675，773中公開。該 參考文獻教導(dǎo)將已知增強活塞結(jié)合在共軌燃料噴射器中。使用適當控制的閥，這種燃料噴 射系統(tǒng)能如同以前的共軌系統(tǒng)那樣從軌道直接噴射，但也能使用增強活塞在升高或增強的 壓力下噴射。增強活塞通常包括經(jīng)由具有大表面積和小表面積的階梯活塞實現(xiàn)壓力增大。 大表面上作用有軌道壓力，與小表面相鄰的燃料的壓力增大與大表面和小表面之間的面積 比成比例。盡管在773專利中描述的這種燃料系統(tǒng)看起來實現(xiàn)了其目的，但是它們并非沒 有問題。例如，由于燃料系統(tǒng)內(nèi)各種部件大量堆疊相互干擾，所以看似相同的各個不同燃料 噴射器會表現(xiàn)不同。另外，這些系統(tǒng)變化還能隨著時間發(fā)生改變。而且，工業(yè)中一直急于尋 求更高的噴射壓力，其趨向于化解明顯相同的燃料噴射器中與燃料噴射器控制和性能變化 相關(guān)的所有其它問題。最后，工業(yè)上繼續(xù)需求所有的燃料噴射方案更加多樣化、重復(fù)性和可 靠性。本發(fā)明的目的在于上述一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，燃料噴射器包括噴射器本體，該噴射器本體包括高壓入口、低壓排放管線 和噴嘴出口。噴射器本體包括設(shè)置在其中的噴嘴供應(yīng)通路、針控制室和臺肩控制室。第一 和第二電致動器位于噴射器本體內(nèi)，各自包括壓電堆。增強活塞可滑動地定位在噴射器本 體內(nèi)，增強活塞的臺肩表面承受臺肩控制室中的流體壓力，并且位于大表面和小表面之間。 燃料噴射器還包括針閥部件，該針閥部件具有承受噴嘴供應(yīng)通路中的流體壓力的打開液壓 表面和承受針控制室中的流體壓力的關(guān)閉液壓表面。直接控制閥部件連結(jié)到第一電致動器 并且可在第一位置和第二位置之間移動，其中在第一位置處，針控制室流體連通到低壓排 放管線，在第二位置處，針控制室與低壓排放管線流體阻斷。增強控制閥連結(jié)到第二電致動 器并且可在第一位置和第二位置之間移動，其中，在第一位置處，臺肩控制室流體連通到低壓排放管線，在第二位置處，臺肩控制室與低壓排放管線流體阻斷。另一方面，發(fā)動機包括發(fā)動機殼體，其中設(shè)置有多個氣缸。多個燃料噴射器各自包 括布置成直接噴射入不同氣缸的噴嘴出口。每個燃料噴射器都包括多個部件。共軌流體連 通到每個燃料噴射器。所述多個部件包括針閥部件、增強活塞、第一壓電堆電致動器和第二 壓電堆電致動器。所述多個部件具有針閥部件阻斷噴嘴出口并且增強活塞的臺肩表面承受 共軌中的流體壓力的第一構(gòu)造。所述多個部件具有噴嘴出口流體連通到共軌用于低壓噴射 的第二構(gòu)造。所述多個部件具有噴嘴出口與共軌流體阻斷但增強活塞的移動使流體穿過噴 嘴出口排出用于高壓噴射的第三構(gòu)造。再一方面，一種操作燃料噴射系統(tǒng)的方法，包括如下步驟通過給第一電致動器和 第二電致動器中的一個而不是兩個通電，將燃料噴射器的噴嘴出口流體連通到共軌上，用 于低壓噴射活動。通過給第一和第二電致動器兩者通電，在來自共軌的流體壓力下移動增 強活塞，用于高壓噴射活動。通過使第一和第二電致動器兩者斷電，使增強活塞的端部和臺 肩表面以及針閥部件的打開液壓表面和關(guān)閉液壓表面兩者都承受共軌中的壓力。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一方面的燃料噴射器的俯視圖；圖3是沿著截面線3-3看到的圖2的燃料噴射器的側(cè)視圖；圖3a是圖3的局部放大圖；圖4是沿著截面線4-4看到的圖2的燃料噴射器的側(cè)視圖；圖4a是圖4的局部放大圖；圖5是沿著截面線5-5看到的圖2的燃料噴射器的側(cè)視圖；圖5a是圖5的局部放大圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的幾種不同燃料噴射率圖形的燃料噴射率隨時間變化的曲線 圖。
具體實施例方式參照圖1，發(fā)動機10包括共軌燃料噴射系統(tǒng)13和殼體11，殼體11中設(shè)置有多個 發(fā)動機氣缸12。多個燃料噴射器14各自包括噴嘴出口 16，噴嘴出口 16定位成以傳統(tǒng)方式 直接噴射入不同的發(fā)動機氣缸12中。每個燃料噴射器14都包括高壓入口 41，高壓入口 41 經(jīng)由單獨的分支通路19與共軌18流體連通。燃料噴射器14還包括低壓排放口 42，它們都 與排入燃料箱20的低壓排放管線25連通。經(jīng)由定位在低壓燃料供應(yīng)管線21上的燃料輸 送泵(未示出)，從燃料箱20中抽出燃料，用于向可變排量高壓泵22供應(yīng)燃料?？勺兣帕?泵22由電子控制器經(jīng)由通信線路34控制，以便經(jīng)由高壓供應(yīng)管線24將高壓燃料排入或排 向共軌18，或者使低壓燃料經(jīng)由回流管線23返回到燃料箱中。電子控制器30接受各種傳感器的輸入信號，除了經(jīng)由通信線路31提供有關(guān)共軌 18的壓力信息的壓力傳感器35之外，其它的未示出。所述壓力信息由電子控制器30用來 控制可變排量泵22，以便將共軌18中的壓力維持在某些預(yù)期水平上，例如約160MPa數(shù)量級 的壓力。共軌燃料噴射系統(tǒng)13還由電子控制器30通過分別經(jīng)由通信線路32和33供應(yīng)到每個燃料噴射器14的單獨控制信號來控制。盡管僅僅示出一對通信線路32和33，但是，本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，電子控制器30通過一對通信線路與每個燃料噴射器14通信并控 制各個燃料噴射器14。示出兩個通信線路32和33是因為每個燃料噴射器14包括如下所 述的第一和第二電致動器。現(xiàn)在參照圖2-5，每個燃料噴射器14包括噴射器本體40，其包括連接到通信線路 32的電氣端子43a和43b，以及連接到通信線路33的電氣端子44a和44b。端子43a_b與 第一電致動器相對應(yīng)，而端子44a和44b與第二電致動器相對應(yīng)。每個燃料噴射器14包括 多部件噴射器本體40以及各種內(nèi)部靜止和可移動部件和流體通路。這些部件包括第一壓 電堆電致動器50以及第二壓電堆電致動器51，它們可以在結(jié)構(gòu)上相同。每個燃料噴射器14 還包括增強活塞80，增強活塞80包括將大表面89與小表面88分開的臺肩表面87。大表 面89與小表面88的面積比可以約為2，從而導(dǎo)致在考慮損失后的軌道壓力增大約1. 7倍。 此外，每個燃料噴射器14的多個部件還包括直接控制針閥部件60，針閥部件60包括承受噴 嘴供應(yīng)通路72中流體壓力的打開液壓表面61，以及承受針控制室91中流體壓力的關(guān)閉液 壓表面62。針閥部件60的運動由第一壓電堆電致動器50控制，而增強活塞80的移動由第 二壓電堆電致動器51控制。噴嘴出口 16通常由針閥部件60關(guān)閉，該針閥部件在偏壓彈簧69的作用下以傳統(tǒng) 方式如圖所示就坐，以阻斷噴嘴出口 16與噴嘴供應(yīng)通路72。在噴射活動之間，當?shù)谝浑娭?動器50和第二電致動器51都斷電時，增強活塞80的大表面89、臺肩表面87和小表面88， 以及針閥部件60的打開液壓表面61和關(guān)閉液壓表壓62都經(jīng)由下面更詳細討論的不同通 路承受噴射活動之間的共軌燃料壓力。盡管第一和第二電致動器50和51都是壓電堆控制 的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，類似的次級燃料噴射器還可以使用用于一個或兩個電致動 器的螺線管，從而形成仍落入本發(fā)明范圍內(nèi)的系統(tǒng)?，F(xiàn)在具體參照圖3和3a，示出與針閥部件60的控制最密切相關(guān)的各種特征以及其 中一個電致動器的細節(jié)放大圖。每個電致動器50和51都包括壓電堆52，壓電堆52直接 作用在大活塞53上，大活塞53通過液壓連桿56液壓地連結(jié)到小活塞54上。因此，壓電堆 52的伸長和收縮以大活塞53與54之間的面積比的倍數(shù)增大，以產(chǎn)生足夠的動力來執(zhí)行與 燃料噴射器14相關(guān)聯(lián)的控制功能。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解可以使用替代方案，包 括但不限于在與活塞53和54以及液壓連桿56相關(guān)聯(lián)的運動倍增器之前使用一個或多個 壓電彎曲機/彎曲部(bender)或者更大的壓電堆。第一彈簧56維持大活塞53與壓電堆 52之間的接觸，第二彈簧57維持小活塞54與直接控制閥部件100之間的接觸。穿過壓電 堆電致動器50的各種內(nèi)部通路維持液壓連桿56的動作之間適當充填燃料。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將會理解，壓電堆52伸長的距離以及直接控制閥部件10的相應(yīng)運動距離與以傳統(tǒng)方式 通過端子43a和43b應(yīng)用到壓電堆52上的電壓成比例。當?shù)谝粔弘姸央娭聞悠?0斷電時，直接控制閥部件100被彈簧101向上偏壓以關(guān) 閉錐形座103，以阻斷針控制室91與流體連通到排放口 42的低壓通路47。高壓入口 41經(jīng) 由軌道噴射管線70直接流體連通到噴嘴供應(yīng)通路72。止回閥71防止燃料從噴嘴供應(yīng)通路 72反向流入軌道噴射管線70，例如在通過增強活塞80執(zhí)行高壓噴射活動時。針控制室91 一直經(jīng)由包括限流孔67a的高壓通路67無障礙地流體連通到噴嘴供應(yīng)通路72。當?shù)谝浑?致動器50斷電使得直接控制閥部件100處于關(guān)閉錐形座103的上部位置時，針控制室91也經(jīng)由通路65和排放通路66經(jīng)過平座102而流體連通到噴嘴供應(yīng)通路72上。通路65包 括如圖所示的與平座102相鄰的限流孔，排放通路66也包括同樣如圖所示的限流孔，此限 流孔與排放通路66通向針控制室91的部位相鄰。盡管不是必需的，但當針閥部件60向上 移動至其打開位置以打開噴嘴出口 16時，與針控制室91相關(guān)的各個通路的大小和位置設(shè) 計和布置成形成液壓止擋。這是通過給第一電致動器50通電以向下移動直接控制閥部件 100以關(guān)閉平座102和打開錐形閥座103而實現(xiàn)的。這樣經(jīng)由排放通路66將針控制室91 流體連通到排放口 42。隨著針閥部件61上升，其關(guān)閉液壓表面62的一部分在通向排放通路66的部位處 形成流動限制部。該流動限制部必然大于流動限制部67a，以使得針閥部件60在正好脫離 與限定形成通路67和66的燃料噴射器部件的接觸時懸停。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，當針 閥部件60處于其向上打開位置時，在共軌18和排放口 42之間形成直接流體連通。但是， 相對于現(xiàn)有燃料噴射系統(tǒng)，通過采用液壓止擋，泄露被嚴格限制，該液壓止擋改進了針閥部 件60的反應(yīng)性能，同時也減小了其它誤差和使泄露量最小，并因此使與執(zhí)行控制功能相關(guān) 聯(lián)的能量浪費最小。當?shù)谝浑娭聞悠?0斷開以結(jié)束噴射活動時，彈簧101向上推動直接控 制閥部件100以關(guān)閉錐形座103。這導(dǎo)致針控制室91經(jīng)由高壓通路67、而且也經(jīng)由通路65 和排放通路66突然與噴嘴供應(yīng)通路72中的高壓流體連通，以向下快速移動針閥部件60以 關(guān)閉噴嘴出口 16。因此，通過給第一壓電堆電致動器50通電和斷電，能夠從共軌18執(zhí)行相 對低壓燃料噴射活動?，F(xiàn)在參照圖4、4a、5和5a，示出與通過移動增強活塞80而實現(xiàn)的高壓噴射活動相 關(guān)的燃料噴射器14的各種特征。增強活塞80包括柱塞81，柱塞具有小表面88和細長桿 82。套環(huán)83裝配在桿82上，從而限定形成大表面89的一部分以及臺肩87。固定墊圈84 裝配在噴射器本體40上，用作經(jīng)由復(fù)位墊圈85連結(jié)到桿82的復(fù)位彈簧86的平臺。因此， 復(fù)位彈簧86將增強活塞80向上偏壓至如圖所示的收縮位置。臺肩87承受臺肩控制室90 的流體壓力。通過停止和致動第二壓電堆電致動器51，將臺肩控制室90流體連通到共軌18 中的壓力或者流體連通到低壓排放口 42，來控制增強活塞80的移動。增強活塞80的向下 移動導(dǎo)致與小表面88相鄰的燃料移位到噴嘴供應(yīng)通路72中，供高壓噴射活動時離開噴嘴 出口 16。臺肩控制室90經(jīng)由臺肩通路76流體連通到連通室79。進而，連通室79通常經(jīng) 由平座閥部件114與低壓通路46阻斷，其中，低壓通路46流體連通到排放口 42，平座閥部 件114處于常接觸狀態(tài)以關(guān)閉平座112。偏壓彈簧111同時將平座閥部件114偏壓成與平 座112接觸以及將增強控制閥部件110偏壓成與錐形閥座113接觸。需要注意的是，增強 控制閥部件110，以及前面討論的直接控制閥部件100，都包括圓形或球形的閥表面，這有 助于即使在分別與錐形閥座113和103不對準的情況下也能更好地就坐。平座閥部件114 還包括承受增強控制室115中流體壓力的控制表面117。當增強控制閥部件110就坐在如 圖所示的錐形座113上時，阻斷增強控制室115通向低壓通路116以及此后的排放口 42。 但是，增強控制室115 —直經(jīng)由壓力連通通路119、壓力連通通路118以及直接流體連通到 高壓入口 41的臺肩復(fù)位通路75而流體連通到共軌18上。壓力連通通路118包括限流孔 118a，它與前述口 67a以相似的方式工作。特別地，增強控制室115中的壓力將保持高的水 平，直到經(jīng)由增強控制閥部件110的運動導(dǎo)致流過錐形座113的流動面積大于穿過口 118a 的流動面積。當增強控制室115中的壓力降低時，作用在提升液壓表面129上較高的壓力上推平座閥部件114，以打開平座112。這樣經(jīng)由連通室79和臺肩通路76將臺肩控制室90 流體連通到低壓通路46。當這些完成之后，臺肩87上的壓力被釋放，并且軌道壓力作用在 增強活塞80的大表面89上，以向下驅(qū)動增強活塞。這會根據(jù)增強活塞80的面積比來增大 噴嘴室72中的壓力，并且在高壓活動期間關(guān)閉止回閥71，從而使噴嘴室72與共軌18流體 阻斷。但是，增強活塞的移動將不會繼續(xù)，因為增強活塞的移動被液壓鎖止，除非針閥部件 60處于打開位置以允許燃料經(jīng)由噴嘴出口 16排出。因此，通過給第一電致動器50通電以 允許針閥部件60移動到向上打開位置，以及給第二電致動器51通電來釋放臺肩表面87上 的壓力以允許增強活塞80被向下驅(qū)動用于高壓噴射活動，來實現(xiàn)高壓噴射活動?，F(xiàn)在參照圖5和5a，示出允許增強活塞80在噴射活動之間復(fù)位到其收縮位置的燃 料噴射器14的各種特征。特別地，通過使第一和第二電致動器50和51斷電來初始化復(fù)位 相位/狀態(tài)(Phase)。當這些完成之后，增強控制閥部件110在彈簧111的作用下向上移 動以關(guān)閉錐形閥座113。這關(guān)閉(斷開)了增強控制室115和低壓通路116之間的流體連 通。因此，高壓返回到增強控制室115并與彈簧111 一起作用在控制表面117上，使平座閥 部件114向下移動以關(guān)閉平座112。當燃料噴射器的內(nèi)部部件處于這種構(gòu)造中時，偏壓彈簧 122向下偏壓復(fù)位閥部件120以打開閥座121，從而將臺肩通路76經(jīng)過閥座121而流體連 通到臺肩復(fù)位通路75上。這種流體連通允許來自共軌18的燃料向下流動，穿過臺肩通路 76進入連通室79，經(jīng)過閥座121，并最終經(jīng)由臺肩復(fù)位通路75到達臺肩控制室90。這些流 體連通基本上均衡了增強活塞80上的液壓壓力，從而允許增強活塞80在復(fù)位彈簧86的作 用下向上收縮，用于后續(xù)噴射活動。優(yōu)選地，復(fù)位閥部件120的各種端部表面124、125以及 偏壓彈簧122上的預(yù)載荷被選擇成，使得當平座閥部件114不與平座112接觸以將連通室 79流體連通到低壓通路46中時，復(fù)位閥部件120向上移動以關(guān)閉閥座121。在高壓噴射活 動過程中，作用在液壓表面124上的連通室79的壓力足夠高，從而能克服作用在液壓表面 125上的向下的液壓力以及彈簧122上的預(yù)載荷，以關(guān)閉噴射活動過程中泄露通路。復(fù)位閥 部件120及其精細調(diào)節(jié)的液壓表面124、125和彈簧122的預(yù)載荷用于避免設(shè)置又一電致動 器，從而有助于在噴射活動之間復(fù)位燃料噴射器14。工業(yè)實用性本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在任意共軌燃料噴射系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用。本發(fā)明的燃料噴射器發(fā)現(xiàn) 了在壓燃點火發(fā)動機中的特別應(yīng)用。在噴射活動之間，電致動器50和51都被斷電。在這 種構(gòu)造下，噴嘴出口 16被阻塞，同時針閥部件60的打開液壓表面60和關(guān)閉液壓表面62承 受軌道壓力。增強活塞80靜止不動并且與作用在大表面89、小表面88和臺肩表面87上的 軌道壓力基本上液壓平衡?，F(xiàn)在參考圖l、3、3a和圖6，通過給第一壓電電致動器50通電和斷電，同時讓第二 壓電電致動器51斷電，來實現(xiàn)低壓噴射活動A。在本發(fā)明中，低壓噴射活動發(fā)生在極端高 壓下，例如160MPa或以上的數(shù)量級，但與使用增強活塞80的更高壓噴射活動相比較低。在 低壓噴射活動過程中，噴嘴出口 16通過噴嘴供應(yīng)通路72和軌道噴射管線70直接流體連通 到共軌18上。在預(yù)期的低壓噴射活動開始前不久，第一壓電堆電致動器50被通電。當其 伸長時，針控制閥部件100開始移動與錐形座103接觸，以通過排放通路66和低壓通路47 將針控制室91流體連通到排放口 42。當這些完成之后，針控制室91中的壓力降低，從而允 許打開液壓表面61上的高壓壓力能克服關(guān)閉液壓表面62上的殘余液壓力以及彈簧69的預(yù)載荷，從而允許針閥部件60向上移動以打開噴嘴出口 16。盡管對于本發(fā)明不是必需的， 但是，各種管路設(shè)施可以被設(shè)置用來形成針閥部件60的液壓止擋。這是通過使排放管道66 在與關(guān)閉液壓表面62相干涉的位置處布置成通向針控制室91而實現(xiàn)的。換句話說，關(guān)閉 液壓表面62將會向上移動并在正好脫離限定形成排放通路66的部件時懸停，從而限定形 成流動限制，此流動限制具有比將針控制室91流體連通到噴嘴供應(yīng)通路72的高壓的流體 限制67a大的流動面積。這描述了低壓噴射活動時燃料噴射器14中各種部件的構(gòu)造。所 述噴射活動通過對第一壓電堆電致動器50斷電來結(jié)束。當這些完成之后，偏壓彈簧101向 上推動針控制閥部件100以關(guān)閉錐形閥座103，同時打開平閥座102。這樣經(jīng)由高壓通路67 并且經(jīng)由通路65和排放通路66將針控制室91突然流體連通到噴嘴供應(yīng)通路72的高壓， 以升高針控制室91的壓力。這會導(dǎo)致針閥部件60大體上液壓平衡，從而允許偏壓彈簧69 向下推動針閥部件60以關(guān)閉噴嘴出口 16，結(jié)束噴射活動。在低壓噴射活動過程中，增強活 塞80保持靜止不動?，F(xiàn)在參照圖1、4、如和5、5&和6，通過首先給第二電致動器51通電，并在此后不久 給第一電致動器50通電來執(zhí)行高壓方形噴射活動B。通過給第二壓電堆電致動器51通電， 臺肩控制室90中的壓力被釋放，并且增強活塞80被向下驅(qū)動。但是，由于針閥部件60保 持在其向下關(guān)閉位置直到第一電致動器50被通電，所以增強活塞80被液壓鎖止。但是，噴 嘴供應(yīng)通路72中的壓力將會與增強活塞80的小表面88和大表面89之間的面積比成比例 地增大。因此，此時作用在打開液壓表面61與關(guān)閉液壓表面62上的燃料壓力可能正好高 于共軌18中的壓力。然后，當?shù)谝浑娭聞悠?0被通電以釋放針控制室91中的壓力時，針 閥部件60快速移動以打開噴嘴出口 16，使其承受噴嘴供應(yīng)通路72中的完全升高壓力。這 導(dǎo)致如圖6中曲線B所示的幾乎垂直上升的噴射率。通過給第一電致動器50斷電從而向 下移動針閥部件60以關(guān)閉噴嘴出口 16而結(jié)束噴射活動B。通過基本同時給第一和第二電致動器50和51通電，可以執(zhí)行坡度噴射活動C。當 這種情況發(fā)生時，針閥部件60向上移動到打開位置以打開噴嘴出口 16，同時壓力隨著增強 活塞80開始其向下移動而從軌道18的壓力開始向上增大，并最終在與前面討論的方形噴 射曲線B類似的噴射率下趨于平穩(wěn)。通過先給第一電致動器50通電并在一段時間之后給 第二電致動器51通電，燃料噴射器14還能產(chǎn)生多種靴形噴射曲線D或E。當這種情形發(fā) 生時，噴射率將會開始升高到與共軌18的壓力相關(guān)聯(lián)的穩(wěn)定水平，然后在第二電致動器51 通電以開始增強活塞80的向下移動之后不久增大。因此，噴射率曲線D將使第二電致動器 51在時間上比噴射率曲線E更接近于第一電致動器50被通電。所有高壓噴射活動的特征 在于移動增強活塞并給致動器50和51兩者都通電。 燃料噴射器14還包括通過給第二電致動器51通電和斷電以及給第一電致動器 50通電和/或斷電而在噴射活動期間改變噴射壓力的能力。例如，通過維持第一電致動器 50通電而使第二電致動器51斷電，在噴射活動過程中進行一第三壓力下的噴射是可行的。 在增強活塞80收縮同時針閥部件60保持打開的情況下，該第三噴射壓力是可行的。最終， 如果增強活塞完全收縮，噴射率將恢復(fù)到與直接從共軌18噴射的噴射曲線A相對應(yīng)的噴射 率。因而，通過選擇第二電致動器51通電相對于第一電致動器50通電的定時，燃料噴射器 14還具有一些中間的和結(jié)束(end)時的修正噴射率能力。這種在噴射活動過程中調(diào)節(jié)噴射 壓力的能力對于燃料噴射系統(tǒng)而言是較新的能力，展示了一種可以減少排放物和/或增大執(zhí)行性的新方法。與燃料噴射器14相關(guān)的另一項不明顯的特征在于，通過調(diào)節(jié)第二壓電堆電致動 器51上的通電電壓來調(diào)節(jié)增強活塞的移動速率，由此能夠調(diào)節(jié)噴射活動中前端斜坡率形 狀的斜度。換句話說，通過調(diào)節(jié)第二壓電堆電致動器51上的電壓，可以調(diào)節(jié)經(jīng)過閥座113 的流動面積，并且由此可以控制增強控制室115的壓力。這進而調(diào)節(jié)了平座閥部件114上 的力，從而精確地控制流經(jīng)平座112的流動面積，從而控制流體可以從臺肩控制室119排出 的速率，并因此控制增強活塞80的移動速率。當然，增強活塞80的移動速率進而控制噴嘴 供應(yīng)通路72以及此后的噴嘴出口 16中的壓力。因此，與電磁控制閥不同，本發(fā)明的閥能根 據(jù)應(yīng)用到壓電堆電致動器上的一定電壓在任意位置處停止。盡管非?？赡艿氖牵谝粋€噴 射器中產(chǎn)生一定效果的精確電壓可能與看起來相同的燃料噴射器的電壓不同，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員將會理解，燃料噴射器之間的性能差異可以使用已知的電子修整策略來減輕。應(yīng)該理解，上面的說明僅僅用于示例性的目的，對本發(fā)明的范圍不具有任何限制 意義。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，通過研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求能夠獲得本 發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點。
權(quán)利要求
一種燃料噴射器(14)，包括噴射器本體(40)，該噴射器本體包括高壓入口(41)、低壓排放管線(25)和噴嘴出口(16)，并且包括設(shè)置在噴射器本體中的噴嘴供應(yīng)通路(72)、針控制室(91)和臺肩控制室(90)；位于噴射器本體(40)內(nèi)的包括壓電堆(52)的第一電致動器(50)；位于噴射器本體(40)內(nèi)的包括包括壓電堆(52)的第二電致動器(51)；可滑動地定位在噴射器本體(40)內(nèi)的增強活塞(80)，該增強活塞的臺肩表面(87)承受臺肩控制室(90)中的流體壓力，并且位于大表面(89)和小表面(88)之間；針閥部件(60)，該針閥部件具有承受噴嘴供應(yīng)通路(72)中的流體壓力的打開液壓表面(61)和承受針控制室(91)中的流體壓力的關(guān)閉液壓表面(62)；直接控制閥部件(100)，該直接控制閥部件連結(jié)到第一電致動器(50)并且可在第一位置和第二位置之間移動，其中，在第一位置處，針控制室(91)流體連通到低壓排放管線(25)，在第二位置處，針控制室(91)與低壓排放管線(25)流體阻斷；增強控制閥(110，114)，該增強控制閥連結(jié)到第二電致動器(51)并且可在第一位置和第二位置之間移動，其中，在第一位置處，臺肩控制室(90)流體連通到低壓排放管線(25)，在第二位置處，臺肩控制室(90)與低壓排放管線(25)流體阻斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(14)，其特征在于增強控制閥包括控制閥部件 (110)和平座閥部件(114)，所述控制閥部件與第二電致動器(51)接觸，所述平座閥部件具 有承受增強控制室(115)中的流體壓力的控制表面(117)；所述控制閥部件(110)可在第一位置和第二之間移動，其中，在第一位置處，增強控制 室(115)與低壓排放管線(25)流體阻斷，在第二位置處，增強控制室(115)流體連通到低 壓排放管線(25)；以及所述平座閥部件(114)可在與閥平座(112)接觸的第一位置和與閥平座(112)不接觸 的第二位置之間移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料噴射器(14)，其特征在于所述平座閥部件(114)具有 位于第一位置和第二位置之間不同位置的連續(xù)體，各自對應(yīng)于增強控制室(115)和低壓排 放管線(25)之間的不同流動面積；以及每個不同位置的連續(xù)體對應(yīng)于第二電致動器(51)的壓電堆(52)上的不同電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(14)，包括維持共軌(18)與針控制室(91)之間 流體連通的無障礙通路(65)；在某一位置時通向針控制室(91)的排放通路(66)，其中，當針閥部件(60)處于打開位 置同時關(guān)閉液壓表面(62)限制流體從針控制室(91)流入低壓排放管線(25)時排放通路 在該位置形成液壓止擋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(14)，包括可在第一位置和第二位置之間移動的 噴射器復(fù)位閥部件(120)，其中，在第一位置處，臺肩控制室(90)流體連通到共軌(18)，在 第二位置處，臺肩控制室(90)與共軌(18)流體阻斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(14)，其特征在于直接控制閥部件(100)與第 一電致動器(50)接觸；控制閥部件(100)不與平座(102)接觸以在第二位置處將共軌(18)流體連通針控制室(91)；以及控制閥部件(100)與平座(102)接觸以將共軌(18)與針控制室(91)之間的通路(65) 流體阻斷。
7.一種發(fā)動機(10)，包括發(fā)動機殼體(11)，該殼體中設(shè)置有多個氣缸(12)；多個燃料噴射器(14)，各自包括布置成直接噴射入不同氣缸(12)的噴嘴出口(16)，每 個燃料噴射器(14)都包括多個部件；流體連通到每個燃料噴射器(14)的共軌(18)；所述多個部件包括針閥部件(60)、增強活塞(80)、第一壓電堆電致動器(50)和第二壓 電堆電致動器(51)；所述多個部件具有針閥部件(60)阻斷噴嘴出口(16)并且增強活塞(80)的臺肩表面 (87)承受共軌(18)中的流體壓力的第一構(gòu)造；所述多個部件具有噴嘴出口(16)流體連通到共軌(18)用于低壓噴射的第二構(gòu)造；以及所述多個部件具有噴嘴出口(16)與共軌(18)流體阻斷但增強活塞(80)的移動使流 體穿過噴嘴出口(16)排出用于高壓噴射的第三構(gòu)造。
8.一種操作燃料噴射系統(tǒng)(13)的方法，包括如下步驟通過給第一電致動器(50)和第二電致動器(51)中的一個而不是兩個通電，將燃料噴 射器(14)的噴嘴出口(16)流體連通到共軌(18)上，用于低壓噴射活動㈧；通過給第一和第二電致動器(50，51)兩者通電，在來自共軌(18)的流體壓力下移動增 強活塞(80)，用于高壓噴射活動；以及通過使第一和第二電致動器(50，51)兩者斷電，使增強活塞(80)的端部(88，89)和臺 肩表面(87)以及針閥部件(60)的打開液壓表面(61)和關(guān)閉液壓表面(62)兩者都承受共 軌(18)中的壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于移動步驟包括通過調(diào)節(jié)第二電致動器 (51)的壓電堆(52)的通電電壓來調(diào)節(jié)增強活塞(80)的移動速率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)步驟包括改變增強控制室(115)中 的壓力；以及使平座閥部件(114)承受增強控制室(115)中的流體壓力。
全文摘要
一種包括壓電增強燃料噴射器(14)的共軌(18)燃料噴射系統(tǒng)，燃料噴射器包括多個部件。這些部件是針閥部件(60)、增強活塞(80)、第一壓電堆電致動器(50)和第二壓電堆電致動器(51)。這些部件具有針閥部件(60)阻斷燃料噴射器(14)的噴嘴出口(16)并且增強活塞(80)的臺肩表面(87)承受共軌(18)中的流體壓力的第一構(gòu)造。所述部件具有噴嘴出口(16)流體連通到共軌(18)用于低壓噴射活動(A)的第二構(gòu)造。所述部件具有噴嘴出口(16)與共軌(18)流體阻斷但增強活塞(80)的移動使流體穿過噴嘴出口(16)排出用于高壓噴射的第三構(gòu)造。
文檔編號F02M47/02GK101903640SQ200880121579
公開日2010年12月1日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者D·吉布森, H·金, M·索馬爾斯 申請人:卡特彼勒公司