閥致動器組件和使用該閥致動器組件的燃料噴射器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種閥致動器組件包括閥構件，該閥構件在第一基座與第二基座之間可移動。彈簧構件將該閥構件朝第一基座偏置，致動器設置為當致動器通電時朝第二基座移動閥構件，以抵抗彈簧構件的偏置。控制器與致動器控制通信，并且構造為向致動器提供第一電流以用于通電期間，確認在通電后期間閥構件與第一基座之間缺乏返回接觸，并響應于缺乏返回接觸，向致動器提供高于第一電流的第二電流。本發(fā)明還公開了一種燃料噴射器。
【專利說明】閥致動器組件和使用該閥致動器組件的燃料噴射器

【技術領域】
[0001]總體來說，本公開涉及用于閥致動器組件的電流調整策略。

【背景技術】
[0002]發(fā)動機使用燃料噴射器將燃料引入發(fā)動機的燃燒室中。雖然存在各種類型的燃料系統(tǒng)和燃料噴射器，但燃料噴射器通常使用以一些不同方式中的任一種受到致動的閥門。例如，可以機械地、液壓地、電子地、或使用不同的致動方法的組合致動燃料噴射器及其相關聯(lián)的閥門?？梢杂迷谌剂蠂娚淦髦械囊环N具體類型的閥致動器是電磁致動閥。電磁致動閥可包括電磁線圈、電樞、和偏置彈簧，有電流時，電磁線圈作為磁體。當對電磁線圈通電時，電樞被拉向電磁線圈，閥構件被移向閥座或從閥座移開。偏置彈簧幫助閥構件返回到就座位置。對于在有限的空間外殼中，在精確的時機，將不同體積的燃料精確地注入廣泛的范圍內(nèi)，這些電磁致動閥尤其有用。
[0003]在燃料噴射器操作期間，閥致動器組件之間反復接觸可導致部件的磨損，這會影響燃料噴射器的性能。例如，這種磨損可導致閥構件與閥座之間產(chǎn)生間隙，并最終導致燃料噴射器故障。為了減少閥門磨損，授予巧以匕如等人的美國專利第6，752，332號，提出在燃料噴射器的受磨損部分表面上形成具有耐磨性的表面改質層，比如氮化層。這種受磨損部分可包括閥體、閥座、和塞子。盡管化作匕如等人的表面改質層在某些應用中可能是有用的，但應理解，對于提高閥致動器組件的性能和/或延長這些部件的使用壽命，存在持續(xù)的需求。
[0004]本公開針對于上述一個或多個難題或問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面，閥致動器組件包括閥構件，該閥構件在第一基座與第二基座之間可移動。彈簧構件將閥構件朝第一基座偏置，致動器設置為當致動器通電時朝第二基座移動閥構件?？刂破髋c致動器控制通信，并且構造為向致動器提供第一電流用于通電期間，確認在通電后期間閥構件與第一基座之間缺乏返回接觸，并響應于缺乏返回接觸，向致動器提供高于第一電流的第二電流。
[0006]在另一方面，提供了一種操作閥致動器組件的方法。閥致動器組件包括在第一基座與第二基座之間可移動的閥構件、設置為當致動器通電時朝第二基座移動閥構件的致動器、以及與致動器控制通信的控制器。該方法包括以下步驟:使用彈簧構件將閥構件朝第一基座偏置，將來自控制器的第一電流提供到致動器以用于通電期間，確認在通電后期間閥構件與第一基座之間缺乏返回接觸，并響應于缺乏返回接觸，向致動器提供高于第一電流的第二電流。
[0007]在又一方面，燃料噴射器包括噴射器主體和設置在噴射器主體內(nèi)的閥致動器組件。閥致動器組件包括在第一基座與第二基座之間可移動的閥構件、和連接到閥構件的電樞。彈簧構件使用電樞將閥構件朝第一基座偏置。電磁線圈設置為當電磁線圈通電時使用電樞將閥構件朝第二基座移動，抵抗彈簧構件的偏置?？刂破髋c電磁線圈控制通信，并構造為向電磁線圈提供第一電流以用于通電期間，確認通電后期間閥構件與第一基座之間缺乏返回接觸，并響應于缺乏返回接觸，向電磁線圈提供高于第一電流的第二電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本公開的用于發(fā)動機的燃料系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖2是圖1的燃料系統(tǒng)的其中一個燃料噴射器的局部側剖視圖；
[0010]圖3是圖2所示的燃料噴射器的閥致動器組件的示意圖；
[0011]圖4是描繪出與上述圖2和圖3的燃料噴射器的噴射事件相對應的電流測量值的曲線圖；和
[0012]圖5是用于操作圖3的閥致動器組件的方法的簡化流程圖。

【具體實施方式】
[0013]參考圖1的示意圖，發(fā)動機系統(tǒng)10通?？梢园òl(fā)動機12，比如壓燃式發(fā)動機。發(fā)動機12可包括發(fā)動機組14，發(fā)動機組14限定多個汽缸16，汽缸16的數(shù)量可以變化，每個汽缸形成燃燒室18?；钊?0在每個汽缸16內(nèi)可滑動，以壓縮在相應燃燒室18內(nèi)的空氣。發(fā)動機12還包括可旋轉地設置在發(fā)動機組14內(nèi)的曲軸22。連桿24可將每個活塞20與曲軸22連接，以便活塞20在每個相應汽缸16內(nèi)的滑動運動使曲軸22旋轉。
[0014]發(fā)動機系統(tǒng)10還可包括燃料系統(tǒng)26，燃料系統(tǒng)26用于在發(fā)動機12的運行期間將燃料供應到每個燃燒室18內(nèi)。燃料系統(tǒng)26，可以是共軌式燃料系統(tǒng)，可包括燃料箱28以及燃料泵送裝置30，燃料箱28構造為保持燃料供應，燃料泵送裝置30構造為對燃料加壓，并通過共軌34將加壓燃料引導至多個燃料噴射器32。燃料泵送裝置30可包括一個或多個泵送設備，一個或多個泵送設備的功能是增大燃料的壓力并且使用燃料管線36將一個或多個加壓燃料流引導到共軌34。例如，燃料泵送裝置30可包括燃料輸送泵38或低壓燃料泵，低壓燃料泵從燃料箱28提取燃料并將加壓燃料泵送到高壓燃料泵40。高壓燃料泵40增大燃料的壓力并且將高壓燃料泵送到共軌34。
[0015]如圖所示，燃料噴射器32可設置在部分汽缸體/蓋14內(nèi)，并且可經(jīng)由多個單獨的分支通道42連接到共軌34。每個燃料噴射器32可以可操作地在預定的時間、燃料壓力和燃料流速下將一定量的加壓燃料噴射到相關聯(lián)的燃燒室18內(nèi)。燃料噴射到燃燒室18內(nèi)的時間可與活塞20的運動同步。例如，在活塞20接近壓縮沖程中的上止點位置時，可噴射燃料，以使噴射的燃料壓縮點火燃燒。可選地，在活塞20開始壓縮沖程，朝上止點位置的方向前進時，可以噴射燃料，用于均質充量壓縮點火操作。如圖所示，燃料噴射器32還可經(jīng)由一個或多個排放管路44流體連接到燃料箱28。
[0016]控制系統(tǒng)46可與燃料系統(tǒng)26和/或發(fā)動機系統(tǒng)10相關聯(lián)以監(jiān)測和控制燃料泵送裝置30、燃料噴射器32和燃料系統(tǒng)26的各種其它部件的操作。具體地，根據(jù)示例性的實施例，控制系統(tǒng)46可包括電子控制器48，電子控制器48經(jīng)由通信線路50與高壓燃料泵40和每個燃料噴射器32連通。例如，電子控制器48可構造為控制增壓速率和噴射，從而提高發(fā)動機12的性能和控制。雖然示出了具體實施例，但是應理解，控制系統(tǒng)46可構造為提供任何期望水平的控制，并且可包括任意數(shù)量的部件和/或設備，例如傳感器，這對于提供所期望的控制是有用的。
[0017]現(xiàn)在轉向圖2，更詳細地示出了根據(jù)具體實施例的一個燃料噴射器32。燃料噴射器32通常包括噴射器主體60，噴射器主體60限定燃料入口 62以及排放出口(未示出)，燃料入口 62可經(jīng)由通道42從圖1的共軌34接收燃料，排放出口可與排放管路44流體連接。噴嘴出口 64也由噴射器主體60限定，并可通向相關聯(lián)的燃燒室18。燃料噴射器32可包括位于噴射器主體60內(nèi)的直接作用式止回閥66，并包括具有開放液壓表面70的針閥構件68，開放液壓表面70承受噴嘴供給通道72的流體壓力，該噴嘴供給通道72流體連接燃料入口 62。另外，針閥構件68包括承受針控制室76的流體壓力的閉合液壓表面74。針閥構件68在第一位置(如圖所示)與第二位置之間是可移動的，在第一位置中，噴嘴供給通道72相對于噴嘴出口 64被阻塞，在第二位置中，噴嘴供給通道72相對于噴嘴出口 64被打開用于噴射事件。
[0018]閥致動器組件78至少部分地設置在噴射器主體60內(nèi)，并包括閥構件80。彈簧構件82將閥構件80朝關閉位置偏置，在關閉位置中，針控制室76相對于排放出口被流體阻塞。致動器84設置為朝打開位置向上移動閥構件80，該打開位置是指針控制室76流體連接排放出口的位置。根據(jù)示例性實施例，致動器84可包括電樞86、以及電磁線圈88，電樞86連接到閥構件80，電磁線圈88設置為在電磁線圈86通電時使用電樞86移動閥構件80。即，當設置在外殼90內(nèi)的電磁線圈88通電時，閥構件80被向上拉或離座，以使針控制室76流體連接到排放出口。
[0019]現(xiàn)在轉向圖3，示出了圖2的閥致動器組件78的相關部件的簡化示意圖。在燃料噴射器32操作期間，閥構件80在第一基座或關閉座100與第二基座或打開座102之間可移動。如圖2所示，彈簧構件82使用電樞86將閥構件80朝第一基座100偏置。電磁線圈88設置為當電磁線圈88通電時朝第二基座102移動閥構件80以抵抗彈簧構件的偏置。也就是說，當通過圖1的電子控制器48向電磁線圈88供應電流時，形成磁場，并且電磁線圈88變成磁體。由于電樞86包括磁性吸引材料，例如鐵磁材料，因此電樞86朝電磁線圈88向上移動。當向電磁線圈88供應電流時，與電樞86連接的閥構件80也朝第二基座102向上移動。該閥門打開使得針閥構件68打開用于燃料噴射事件。當向電磁線圈88的電流停止時，利用彈簧部件82的偏置力，將電樞86和閥構件80向下返回，并且閥構件80返回到就座位置，與第一基座100相接觸。
[0020]在圖4的曲線圖110中，在112處，示出了用于對電磁線圈88通電的示例性的電流波形。具體地，曲線圖110示出了用于噴射事件的隨時間116的電流114。例如，電子控制器48與致動器84，或者更具體地，與電磁線圈88控制通信，并構造為向致動器84提供對應于電流波形112的第一電流118以用于通電期間120。電子控制器48還可構造為確認在通電后期間122在閥構件80與第一基座100之間缺乏返回接觸。例如，在去除或者關閉電流之后，會有小的延遲，直到閥構件80再次就位。當閥構件80接觸、或返回接觸第一基座100時，會送回小的電流信號。如果在通電后期間122內(nèi)，返回電流124丟失或低于某一幅度，如幅度叫，可由電子控制器48確定閥構件80沒有返回到靠著第一基座100的就座位置。還可由電子控制器48確定電磁拉力不能抬升或打開電樞86和閥構件80。
[0021]在通電期間120，向電磁線圈88供應的第一電流118可具有對應于致動器84的拉力的幅度1112。如果確認在通電后期間122內(nèi)閥構件80與第一基座100之間缺少返回接觸，則電子控制器48還可構造為向電磁線圈88提供高于第一電流118的第二電流126。具體地，第二電流126可具有比第一電流118的幅度1?更高或更大的幅度叫。該第二電流126可提供致動器84的更大拉力，以便確保打開閥構件80?？稍龃箅娏?，直到檢測到處于或高于基座檢測閾值1?的返回信號128。
[0022]如圖5的簡化流程圖130所示，可以以多種方式實現(xiàn)該策略，并且該策略一般包括在框132處提供通電期間的電流的步驟，通電期間如圖4的通電期間120，電流如圖4的第一電流118。在框134處，電子控制器48，或其它電子控制設備，隨后將確定在通電后期間內(nèi)，例如通電后期間122，是否指示閥構件80返回接觸到第一基座100。也就是說，因為沒有檢測到返回接觸或返回就位，所以電子控制器48可確定致動器84沒有抬升閥構件80。如上所述，閥構件80返回接觸到第一基座100通常將產(chǎn)生可由電子控制器48檢測到的小的返回信號或電流。
[0023]如果在框134處指示返回接觸，該方法將進行到框132。然而，如果在框134處沒有檢測到返回接觸，該方法就進行到框136。在框136處，將增大提供給致動器84用于抬升閥構件80的電流。例如，可以向致動器84提供第二電流，如圖4的高于第一電流118的第二電流126。在步驟中或根據(jù)閉合反饋回路，可增大該電流，直到檢測到閥構件80與第一基座100之間的返回接觸。
[0024]根據(jù)一些實施例，電樞86可由鈷-鐵合金制成，以增大電樞86的磁通密度。例如，電樞86可由組合物制成，該組合物約為49%的鈷、49%鐵和2%釩?？蛇x地，或附加地，在其內(nèi)部設置電磁線圈88的外殼90，可由不銹鋼制成，例如非磁性不銹鋼等級303或304。使用不銹鋼外殼90可降低來自電磁線圈88的磁通量的傳遞。利用這些可選的材料可允許采用第一電流，例如第一電流118，其具有比否則所需要的更低的幅度。這樣，如這里所述，在致動器84的整個使用壽命中，可響應于缺乏返回接觸，增大電流112或幅度。
[0025]工業(yè)實用性
[0026]本公開在任何閥致動器組件中具有普遍適用性，但是尤其可以應用于機電作用式閥，比如電磁致動閥。這里所述的閥致動器組件可以用于燃料噴射器，包括用在共軌燃料系統(tǒng)中的那些。雖然這里給出了具體應用，但所公開的閥致動器組件，可以具有對其它應用的適用性，包括可選的燃料噴射器和泵。
[0027]總體地，參考圖1-圖5，示出并討論了根據(jù)本公開的閥致動器組件78的具體應用。具體地，燃料噴射器32可包括閥致動器組件78，并可以通過對電磁線圈88通電來操作燃料噴射器32以啟動噴射事件。然后可對電磁線圈88斷電以結束噴射事件。當對電磁線圈88通電時，電樞86和閥構件80向上移動，直到閥構件80接觸第二基座102。隨著閥構件80處于打開位置，針控制室76流體連接到排放出口，并且針閥構件68移動到其中噴嘴供給通道72相對于噴嘴出口 64打開以用于噴射事件的位置。
[0028]通常，在去除或關閉電流之后，會有小延遲，直到閥構件80再次就位。當閥構件80接觸、或返回接觸第一基座100時，送回小的電流信號。如果在通電后期間122內(nèi)，電流丟失或低于某一幅度，比如幅度IV電子控制器48可確定閥構件80沒有返回到靠著第一基座100的就座位置。電子控制器48還可確定電磁拉力不能抬升或打開電樞86和閥構件80。這樣，電子控制器48還可構造為向電磁線圈88提供高于第一電流118的第二電流126。具體地，第二電流126可具有比第一電流118的幅度1?更高或更大的幅度叫。第二電流126可提供致動器84的更大拉力，以便確保閥構件80打開。
[0029]這樣的策略對延長閥致動器組件78和燃料噴射器32的使用壽命可以是有用的。例如，在燃料噴射器32的操作期間，閥致動器組件的部件之間的反復接觸可能導致部件的磨損，這會影響燃料噴射器32的性能。例如，這種磨損可能增大閥構件80與閥座100之間的空氣間隙，并最終導致燃料噴射器32故障。根據(jù)這里提供的策略，當檢測到閥構件80相對于第一基座100缺乏返回接觸或重新就位時，電子控制器48可增大電流的幅度或力來進行補償。
[0030]應理解，上述描述僅是出于說明的目的，并不旨在以任何方式限制本公開的范圍。因此，本領域技術人員應理解，通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附的權利要求，能夠得到本公開的其它方面。
【權利要求】
1.一種閥致動器組件，其特征在于，包含: 閥構件，在第一基座與第二基座之間可移動； 彈簧構件，將所述閥構件朝所述第一基座偏置； 致動器，設置為當所述致動器通電時朝所述第二基座移動所述閥構件，以抵抗所述彈簧構件的偏置；和 控制器，與所述致動器控制通信，并且構造為 向所述致動器提供第一電流以用于通電期間，確認在通電后期間所述閥構件與所述第一基座之間缺乏返回接觸，并響應于缺乏接觸，向所述致動器提供高于所述第一電流的第二電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的閥致動器組件，其特征在于，所述致動器包括電樞、以及電磁線圈，所述電樞連接到所述閥構件，所述電磁線圈設置為當所述電磁線圈通電時使用所述電樞移動所述閥構件。
3.根據(jù)權利要求2所述的閥致動器組件，其特征在于，所述控制器還構造為接收響應于所述第二電流的返回接觸信號，所述返回接觸信號指示在所述閥構件與所述第一基座之間的返回接觸。
4.根據(jù)權利要求3所述的閥致動器組件，其特征在于，所述控制器使用反饋回路將所述第一電流朝向所述第二電流增大。
5.根據(jù)權利要求2所述的閥致動器組件，其特征在于，所述電樞包括鈷-鐵合金。
6.根據(jù)權利要求5所述的閥致動器組件，其特征在于，所述電磁線圈設置在不銹鋼外殼中。
7.根據(jù)權利要求2所述的閥致動器組件，其特征在于，所述電磁線圈設置在不銹鋼外殼中。
8.一種操作閥致動器組件的方法，所述閥致動器組件包括在第一基座與第二基座之間可移動的閥構件、設置為當致動器通電時朝所述第二基座移動所述閥構件的所述致動器、以及與所述致動器控制通信的控制器，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 使用彈簧構件將所述閥構件朝所述第一基座偏置； 將來自所述控制器的第一電流提供到所述致動器以用于通電期間； 確認在通電后期間所述閥構件與所述第一基座之間缺乏返回接觸；和 響應于缺乏返回接觸，向所述致動器提供高于所述第一電流的第二電流。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括: 向所述致動器的電磁線圈提供所述第一電流；和 當所述電磁線圈通電時，使用電樞朝所述第二基座移動所述閥構件。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，還包括接收響應于所述第二電流的返回接觸信號，所述返回接觸信號指示在所述閥構件與所述第一基座之間的返回接觸。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，還包括使用反饋回路以將所述第一電流朝向所述第二電流增大。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，還包括通過利用鈷-鐵合金制成所述電樞，增大所述電樞的磁通密度。
13.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，還包括使用不銹鋼外殼減少來自所述電磁線圈的磁通量的傳遞，其中，所述電磁線圈設置在所述不銹鋼外殼內(nèi)。
14.一種燃料噴射器,其特征在于,包括: 噴射器主體； 閥致動器組件，設置在所述噴射器主體內(nèi)，并且所述閥致動器組件包括:閥構件，在第一基座與第二基座之間可移動；電樞，連接到所述閥構件；彈簧構件，使用所述電樞將所述閥構件朝所述第一基座偏置；和電磁線圈，設置為當所述電磁線圈通電時朝向所述第二基座移動所述閥構件；以及 控制器，與所述電磁線圈控制通信，并且構造為向所述電磁線圈提供第一電流以用于通電期間，確認在通電后期間所述閥構件與所述第一基座之間缺乏返回接觸，并響應于缺乏返回接觸，向所述電磁線圈提供高于所述第一電流的第二電流。
15.根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射器，其特征在于，所述控制器還構造為接收響應于所述第二電流的返回接觸信號，所述返回接觸信號指示所述閥構件與所述第一基座之間的返回接觸。
16.根據(jù)權利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于，所述控制器使用反饋回路以將所述第一電流朝向所述第二電流增大。
17.根據(jù)權利要求16所述的燃料噴射器，其特征在于，所述控制器在第一噴射事件中提供所述第一電流，并在第二噴射事件提供所述第二電流。
18.根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射器，其特征在于，所述電樞包括鈷-鐵合金。
19.根據(jù)權利要求18所述的燃料噴射器，其特征在于，所述電磁線圈設置在不銹鋼外殼內(nèi)。
20.根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射器，其特征在于，所述電磁線圈設置在不銹鋼外殼內(nèi)。
【文檔編號】F02M51/06GK104421087SQ201410427635
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權日:2013年8月27日
【發(fā)明者】S·K·阿巖基 申請人:卡特彼勒公司