CN100526633C - 燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射阀，包括阀室(14)、控制阀(3)、致动器(4)、控制室(26)和喷嘴(2)。控制阀(3)设置在阀室(14)中。致动器(4)致动控制阀(3)。控制室(26)总是通过连通通道(15)与阀室(14)连通。喷嘴(2)具有阀针(21)，用于开启和闭合喷孔(24)，其中阀针(21)被控制室(26)中的燃料压力沿着阀闭合方向偏压。在阀室(14)和高压燃料通道(13)之间的连通被控制阀(3)允许的状态中，高压燃料通道(13)中的高压燃料仅通过连通通道(15)被引入控制室(26)中。连通通道(15)具有普通节流孔(50)。

Description

燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种用于将燃料喷射到热力发动机中的燃料喷射阀。
背景技术
与美国专利No.6196193相对应的JP-A-2001-500218中公开的普通的燃料喷射阀包括喷嘴、控制阀、致动器、和控制室。通常，喷嘴具有阀针，所述阀针开启和闭合喷孔。控制阀设置在阀室内部用于选择性地将阀室与低压燃料通道或者与高压燃料通道相连。致动器致动控制阀。控制室总是通过连通通道与阀室相通。控制室中的燃料压力将所述阀针沿着阀闭合方向偏压，用于闭合喷孔。控制阀控制所述控制室中的压力，用于控制喷嘴的阀的开启和闭合。
同样，下面的结构被采用，从而用于开启和闭合所述阀的喷嘴的速度可以被独立地设置。换句话说，在阀室和高压燃料通道之间的连通被允许的状态时，高压燃料通道中的高压燃料仅通过连通通道被引入控制室中。更特别的是，燃料喷射阀包括位于低压燃料通道中的出口和位于高压燃料通道中的入口。据此，用于开启喷孔的喷嘴的阀开启速度可以通过出口设置，并且用于闭合喷孔的喷嘴的阀闭合速度可以通过所述入口设置。因此，用于开启和闭合喷嘴的阀(喷孔)的速度可以独立地设置，并且用于开启和闭合喷嘴的阀的速度的设置的灵活性非常高。
然而在JP-A-2001-500218中所述的燃料喷射阀中，如图8所示，在喷嘴的阀开启时，压力脉冲产生在控制室中。结果，所述阀针与压力脉冲发生共振以振动，并且因此不利地被提升。这时，阀针的提升量不与驱动脉冲持续时间(对应于用于喷射期的指令值)成比例。结果不利的是，如图9所示，燃料喷射量相对于驱动脉冲持续时间的特征曲线不是线性的。
发明内容
本发明是考虑到上述缺点做出的。因此，本发明的目的是解决至少一个上述问题。
为了实现本发明的目的，提供一种燃料喷射阀，其包括：阀室，控制阀，致动器，控制室和喷嘴。控制阀设置在阀室中，其中控制阀与阀室的低压侧落座表面接合和分离，用于阻止和允许阀室和低压燃料通道之间的连通，并且控制阀与阀室的高压侧落座表面接合和脱离，用于阻止和允许阀室和高压燃料通道之间的连通。致动器致动控制阀。控制室总是通过连通通道与阀室连通。喷嘴具有阀针，用于开启和闭合喷孔，其中所述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。在阀室和高压燃料通道之间的连通被允许的状态中，高压燃料通道中的高压燃料仅通过连通通道被引入控制室中。连通通道具有普通节流孔。
附图说明
根据下面的说明、权利要求和附图，本发明及其另外的目的、特征和优点将得到更好的理解，附图中：
图1是示出具有根据本发明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的放大剖视图；
图3是示出根据图1的燃料喷射阀的控制室中的压力和阀针提升量的特性图；
图4是示出根据图1的燃料喷射阀的驱动脉冲持续时间和燃料喷射量之间的关系的特性图；
图5是示出图1的燃料喷射阀中的节流孔直径比和燃料排出速度比之间的关系的图形；
图6是示出用于解释TQ-Q线性度的驱动脉冲持续时间和燃料喷射量之间的关系的图形；
图7是示出图1的燃料喷射阀中的普通的节流孔直径和TQ-Q线性度之间的关系的图形；
图8是示出普通燃料喷射阀中的阀针提升量和控制室中的压力的特性图；和
图9是示出普通燃料喷射阀中的驱动脉冲持续时间和燃料喷射量之间的关系的特性图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个实施例。
燃料喷射阀安装在内燃机(更特别的是柴油机，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和图2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孔11中，燃料喷射阀内的燃料通过孔12流动到燃料箱100。
喷嘴2沿着纵向方向设置在主体1的一端处(在主体1的一纵向端处)，当处于阀门开启的阀开启状态时，喷嘴2喷射燃料。喷嘴2具有阀针21、喷嘴弹簧22、和喷嘴筒体23。阀针21由主体1可滑动地保持。喷嘴弹簧22将阀针21沿着阀闭合方向偏压用于闭合所述阀。喷嘴筒体23接纳阀针21的活塞部21a。
喷孔24通过高压燃料通道13与燃料进入孔11相通，喷孔24形成在主体1的一个纵向端处，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。锥形阀座25形成在喷孔24的上游，并且喷孔24通过使形成在阀针21中的落座部分21b与阀座25接合和脱离从而被开启或闭合。
喷嘴筒体23可滑动地并且流体密封地接纳活塞部21a，并且活塞部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，并且同样阀针21被高压燃料沿着阀开启方向偏压用于开启所述阀，所述高压燃料通过高压燃料通道13从燃料进入孔11朝着喷孔24被引入。
在主体1的纵向中间部分中形成有阀室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。更具体的是，控制室26仅与阀室14连通。普通节流孔(common orifice)50安装在连通通道15中，并且用作限流器，用于限制穿过连通通道15的流动。
阀室14与高压连通通道13a相连，通道13a是高压燃料通道13的分支。同样，阀室14通过低压燃料通道16连接到燃料排出孔12。排出节流孔60设置到低压燃料通道16，并且用作限流器，用于限制穿过低压燃料通道16的流动。
控制阀3具有阀元件31和阀簧32。阀元件31与低压侧落座表面33接合和脱离从而阻止和允许阀室14和低压燃料通道16之间的连通，并且阀元件31与高压侧落座表面34接合和脱离从而阻止和允许阀室14和高压连通通道13a之间的连通。阀簧将阀元件31沿着下面的方向偏压：该方向用于开启(允许)阀室14和高压连通通道13a之间的连通，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。
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，所述致动器4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具有堆叠在彼此上方的多个压电元件，并且通过冲放电荷从而膨胀和收缩。传递部分将压电叠层41的位移传递到控制阀3的阀元件31，所述位移由所述膨胀和收缩造成。
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被致动器筒体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，从而阀室14和高压连通通道13a之间的连通被阻止。与此同时，第二活塞44驱动阀元件31使其位于这样的位置中，在该位置中，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将燃料排出孔12与燃料箱100相连，并且返回通道110在朝着低压燃料通道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被供应到压电叠层41。压电驱动电路130向压电叠层41供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，所有都没有示出，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)被输入ECU 140中，所述传感器检测进气量、加速器踏板的下压量、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被因此变得更高的流体室45中的压力朝着控制阀3的阀元件31驱动。
然后，因为阀元件31被第二活塞44驱动，因此阀元件31与高压侧落座表面34接触(接合)，从而阀室14和高压连通通道13a之间的连通被阻止。与此同时，阀元件31被移动远离(脱离)低压侧落座表面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中的燃料通过普通节流孔50、连通通道15、阀室14、排出节流孔(out orifice)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，并且将阀针21沿着阀闭合方向偏压的力减小。因此，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被开启，并且燃料通过喷孔24被喷射到内燃机的气缸中。
在这个阀开启操作的时候，因为从控制室26向阀室14的压力传递被普通节流孔50限制(也就是这意味着控制室26中的死区体积的减小)，因此控制室26中的压力脉冲的频率提高，并且因此阀针21的共振被限制，如图3所示。结果，阀针21的提升量变得基本与驱动脉冲持续时间成比例，并且燃料喷射量相对于驱动脉冲持续时间的特性基本为线性的，如图4所示。
这之后，当停止向压电叠层41通电时，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从高压侧落座表面34分离(脱离)，从而阀室14和高压连通通道13a之间的连通被允许。与此同时，阀元件31接触(接合)低压侧落座表面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、高压连通通道13a、阀室14、连通通道15和普通节流孔50被引入控制室26中。
结果，控制室26中的压力升高，并且因此，将阀针21沿着阀闭合方向偏压的偏压力变得更大。因此，阀针21沿着阀闭合方向运动，并且落座部分21b落座(接合)在阀座25上，从而喷孔24被闭合。因此，完成燃料喷射。
接下来描述下面的内容。普通节流孔50具有
Figure C200710108292D0011141309QIETU
的直径(第一直径)，并且排出节流孔60具有
Figure C200710108292D0011141318QIETU
的直径(第二直径)。节流孔直径比定义为Rori(
Figure C200710108292D0011091118QIETU
)。通过两个节流孔50、60从控制室26排出到燃料箱100的燃料的每单位时间的流量(下文称为燃料排出速度)定义为Qout。在节流孔直径比Rori无限的状态中的特定燃料排出速度定义为参考燃料排出速度Qout-std，并且燃料排出速度比被定义为Rq(Rq＝Qout/Qout-std)。在上述定义中，节流孔直径比Rori和燃料排出速度比Rq之间的关系被解释。
图5示出了试验结果。例如，这表示了当Rori≥2.7时燃料排出速度比Rq≥0.99并且几乎不改变。因此，通过将节流孔直径比Rori设置为等于或大于2.7，燃料排出速度Qout可以通过排出节流孔60被设置，同时几乎不受普通节流孔50的影响，燃料排出速度Qout涉及用于开启喷孔24的喷嘴的阀开启速度。
另外，当喷嘴的阀闭合时引入控制室26的燃料不会穿过排出节流孔60。因此，用于闭合喷孔24的喷嘴的阀闭合速度可以通过穿过高压连通通道13a、高压侧落座表面34、和普通节流孔50的路径中的流量被设置。因此，喷嘴的阀开启速度和阀闭合速度可以通过将节流孔直径比Rori设置成等于或者大于2.7来被独立地设置。
接下来，描述普通节流孔50的直径
Figure C200710108292D0011141342QIETU
和驱动脉冲持续时间TQ相对于燃料喷射量Q的线性度(下文称为TQ-Q线性度)之间的关系。
首先，解释TQ-Q线性度的定义。如图6所示，近似直的线被发现穿过燃料喷射量相对于驱动脉冲持续时间的测量值(下文称为测量喷射量)。并且在下面的状态中，即测量的喷射量和通过所述近似直线找到的喷射量之间的差值通过喷射量误差ΔQ表示的状态中，喷射量误差ΔQ的标准差定义为TQ-Q线性度。另外，当TQ-Q线性度的数值变得较小时，驱动脉冲持续时间和燃料喷射量之间的关系变得更加成比例，并且因此，驱动脉冲持续时间和燃料喷射量之间的特征线变得更加线性。
图7示出了普通节流孔50的直径
Figure C200710108292D0011141342QIETU
和TQ-Q线性度之间的关系。例如，当直径
Figure C200710108292D0011141342QIETU
等于0.35毫米时，TQ-Q线性度表示0.5。因此，通过设置普通节流孔50的直径
Figure C200710108292D0011141342QIETU
等于或者小于0.35毫米(即
Figure C200710108292D0012091416QIETU
)，燃料喷射量相对于驱动脉冲持续时间的特征可以是线性的。因此，在喷嘴的阀开启过程中，从控制室26向阀室14的压力传递通过普通节流孔50被可靠地控制，并且从而燃料喷射量相对于驱动脉冲持续时间的特征可以更加线性。
根据本发明，在喷嘴的阀开启过程中，阀针21的共振被限制，并且结果，阀针21的提升量相对于驱动脉冲持续时间变得基本成比例。因此，燃料喷射量相对于驱动脉冲持续时间的特征变得线性化。
同样，被引入控制室26中的燃料的流速被在穿过高压连通通道13a、高压侧落座表面34和普通节流孔50的路径中流动的流量控制，并且因此，喷嘴的阀闭合速度根据需要被设置。同样，从控制室26排出的燃料的流速被排出节流孔60控制，并且因此喷嘴的阀开启速度可以根据需要被设置。
此时，通过使得普通节流孔50的直径充分大于排出节流孔60的直径，对于通过排出节流孔60控制穿过控制室26排出的燃料的流速的影响相对于普通节流孔50显著地大(即阀针的阀开启速度)。通常，流速(阀开启速度)通过普通节流孔50和排出节流孔60的双限流器被确定。
另外的优点和变化对本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此广义上，本发明不限于所示和所述的具体细节、代表性的设备和说明性的实例。

Claims (6)

1.一种燃料喷射阀，包括：
阀室(14)；
控制阀(3)，设置在阀室(14)中，其中
控制阀(3)与阀室(14)的低压侧落座表面(33)接合和脱离，用于阻止和允许阀室(14)和低压燃料通道(16)之间的连通；和
控制阀(3)与阀室(14)的高压侧落座表面(34)接合和脱离，用于阻止和允许阀室(14)和高压燃料通道(13)之间的连通；
致动器(4)，致动所述控制阀(3)；
控制室(26)，总是通过连通通道(15)与阀室(14)连通；和
喷嘴(2)，具有用于开启和闭合喷孔(24)的阀针(21)，其中阀针(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：
在阀室(14)和高压燃料通道(13)之间的连通被允许的状态中，高压燃料通道(13)中的高压燃料仅通过连通通道(15)被引入控制室(26)中；
连通通道(15)具有普通节流孔(50)，所述普通节流孔具有第一直径；
低压燃料通道(16)具有排出节流孔(60)，排出节流孔具有第二直径；和
第一直径大于第二直径。
2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
普通节流孔(50)的第一直径为
Figure C200710108292C0003162429QIETU
；
排出节流孔(60)的第二直径为
Figure C200710108292C0003162433QIETU
；和
Figure C200710108292C0003162439QIETU
。
3.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
普通节流孔(50)的第一直径为
Figure C200710108292C0003162443QIETU
；和
Figure C200710108292C0003162449QIETU
毫米。
4.如权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
Figure C200710108292C0003162455QIETU
毫米。
5.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，普通节流孔(50)用作限流器，用于限制穿过连通通道(15)的流动。
6.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，排出节流孔(60)用作限流器，用于限制穿过低压燃料通道(16)的流动。
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