CN101240763B - 燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

燃料喷射阀包括含有在喷孔(13)相反侧的壁表面(34)的壳体(11)。燃料通道(31)在壁表面(34)中开口，且通过喷嘴腔(12)与喷孔(13)连通。喷嘴腔(12)容纳阀件(14)。筒体(20)基本上在一端与壁表面(34)接触，且可滑动地容纳阀件(14)的一端。筒体(20)将喷嘴腔(12)基本上分隔为燃料蓄压室(18)和压力控制室(19)。燃料蓄压室(18)积蓄从燃料通道(31)供给的燃料。压力控制室(19)积蓄燃料，用于操作阀件(14)。筒体(20)具有限定避让面(27)的外壁，用于使来自燃料通道(31)的燃料流动径向向外偏移。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射阀。

背景技术

如图7所示，根据US 6,705,551 B1(JP-A-2003-506622)，燃料喷射阀100具有由筒体200相互分隔的燃料蓄压室180和压力控制室190。燃料蓄压室180具有容纳适于开启和关闭喷孔130的阀件(针阀)140的喷嘴腔120。喷嘴腔120积蓄高压燃料，以通过喷孔130喷射。压力控制室190积蓄高压燃料，用于利用针阀140来控制喷孔130的开启和关闭。

燃料喷射阀100的筒体200基本上是圆筒形。筒体200的一端与喷嘴腔120相反侧的反喷孔壁表面340接触。针阀140可滑动地插入筒体200的内周壁。在本结构中，筒体200的内周壁限定压力控制室190，筒体200的外壁限定燃料蓄压室180。针阀140的运动由压力控制室190中的操作压力控制，由此，喷孔130燃料喷射的断续性被控制。筒体200的另一端具有弹簧座250，用于支撑弹簧160。弹簧160维持筒体200与壁表面340接触。

燃料通道310在喷嘴腔120的壁表面340上开口，用于把高压燃料供给燃料蓄压室180。每次当针阀140开启和关闭喷孔130时，高压燃料由燃料通道310供给进入燃料蓄压室180。筒体200的一端由弹簧160或者其类似物向壁表面340推压。筒体200通过弹簧160的推压将喷嘴腔120分隔为燃料蓄压室180和压力控制室190。筒体200一端的面积被设置的较小，以增强相对于壁表面340的接触压力。筒体200的另一端具有弹簧座250，用于支撑弹簧160。筒体200一端的外径小于筒体200另一端的外径。筒体200从一端到另一端的内径是不变的。筒体200的外壁具有台阶部分230，筒体200外径在该处改变。

如图7所示，在US 6,705,551 B1的结构中，台阶部分230紧接着位于喷嘴腔120的壁表面340的下游。因此，当高压燃料通过燃料通道310在壁表面340上的开口供给时，高压燃料的流动冲击筒体200的台阶部分230。因此，筒体200可以向下运动，且筒体200可以远离壁表面340移位。当筒体200远离壁表面340运动时，燃料蓄压室180与压力控制室190连通。因此，压力控制室190中的压力不能被正确地控制。由此，针阀140不能被精确控制，以正确地开启和关闭喷孔130。

发明内容

鉴于上述的和其它的问题，本发明的目的是提出一种具有容纳针阀的喷嘴腔的燃料喷射阀，针阀能够被稳定地控制，用于产生精确的燃料喷射。

根据本发明的一个方面，燃料喷射阀包括具有限定喷嘴腔的前端的壳体。壳体还具有在喷孔相反侧的壁表面。壳体还具有在壁表面中开口的燃料通道。燃料通道通过喷嘴腔与喷孔连通。燃料喷射阀进一步地包括容纳在喷嘴腔中的阀件，用于开启和关闭喷孔。燃料喷射阀进一步地包括一端基本上与壁表面接触的筒体。筒体具有可滑动地容纳阀件一端的内周壁。筒体将喷嘴腔基本上分隔为燃料蓄压室和压力控制室。燃料蓄压室适于积蓄从燃料通道供给的燃料。压力控制室适于积蓄燃料，用于操作阀件。筒体具有限定避让面的外壁，所述避让面适于使来自燃料通道的燃料径向向外偏移。

附图说明

本发明上述的和其它的目的，特征以及优点将在以下参考附图的详细描述中变得更加显而易见。在附图中：

图1是示出了根据第一实施例的燃料喷射阀的剖视图；

图2是示出了根据第一实施例的燃料喷射阀主体部分的剖视图；

图3是示出了根据第一实施例的燃料喷射阀主体部分的剖视图；

图4是沿着图3中线IV-IV的剖视图；

图5是示出了比例x/d和比例F/F0之间关系的图；

图6是示出了根据第二实施例的燃料喷射阀主体部分的剖视图；

图7是示出了根据现有技术的燃料喷射阀的剖视图。

具体实施方式

(第一实施例)

如图1所示，例如，燃料喷射阀1被用作柴油发动机的蓄压燃料喷射装置。燃料喷射阀1由蓄压装置(共轨，未示出)供给高压燃料。燃料喷射阀1向发动机的燃烧室喷射高压燃料。燃料喷射阀1包括喷射喷嘴10，孔板30，阀体40，控制阀43，下本体50，压电致动器52，驱动力传递部件53等等。喷射喷嘴10，孔板30，阀体40和下本体50从下面按照顺序层叠，且利用锁紧螺母60相互拧紧，由此构成燃料喷射阀1。喷射喷嘴10包括喷嘴体11，针阀14，筒体20和螺旋弹簧16。喷嘴体11具有从上端延伸到下端附近的喷嘴腔12。孔板30被设置在喷嘴体11的上端，由此，喷嘴体11将其中的封闭空间限定为喷嘴腔12。喷嘴体11的下端具有将喷嘴腔12与喷嘴体11外部连通的喷孔13。针阀14，螺旋弹簧16和筒体20被容纳在喷嘴腔12中。

作为阀件的针阀14基本上是棒形。针阀14的前端设置有阀体部15，该阀体部15适于被安坐在喷嘴腔12的下端且适于从喷嘴腔12的下端被抬起，用于控制来自喷孔13的燃料喷射。针阀14在与阀体部15相反一侧的端部设置有基本上为圆筒形、且可滑动地支撑针阀14的筒体20。筒体20的结构将在以后被描述。

针阀14具有上端和下端(阀体部15)，在该上端和下端之间限定设置有支持环17的台阶，用于支撑螺旋弹簧16的下端。螺旋弹簧16的上端由筒体20支撑。螺旋弹簧16在支持环17和筒体20之间被轴向压缩。在本结构中，筒体20被朝向孔板30的下端面34推压。针阀14被沿着关闭方向向下推压。下端面34限定喷孔13相反侧的喷嘴腔壁表面(反喷孔壁表面)。

针阀14，螺旋弹簧16和筒体20被容纳在喷嘴腔12中。限定喷嘴腔12的内壁和针阀14及筒体20的外壁之间限定燃料蓄压室18。针阀14的上端，筒体20的内周壁和孔板30的下端面34在其中限定压力控制室19。

燃料蓄压室18积蓄高压燃料以通过喷孔13喷射，且适于与喷孔13连通。当针阀14被安坐到喷嘴腔12的下端时，燃料蓄压室18与喷孔13的连通被堵塞，由此来自喷孔13的燃料喷射停止。当针阀14从下端被抬起时，燃料蓄压室18与喷孔13连通，由此，燃料通过喷孔13喷射。

压力控制室19积蓄高压燃料，用于控制针阀14的轴向运动。燃料被供给压力控制室19，由此，将液压力施加到针阀14的上端，以向下推压针阀14。控制针阀14的轴向运动将在以后描述。

孔板30基本上是圆盘形，且位于喷嘴体11和阀体40之间。孔板30具有燃料通道31，第一连通通道32和第二连通通道33，上述的每个通道从孔板30的一端表面延伸至孔板30的另一端表面。

燃料通道31轴向地延伸通过阀体40和下本体50，以引导高压燃料从蓄压装置进入燃料蓄压室18。燃料通道31在下本体50中开口，且与蓄压装置连通。

第一连通通道32将燃料蓄压室18与设置在阀体40内的阀室41连通。孔板30的下端面34具有基本上为环形的槽，该槽具有与燃料通道31和第一连通通道32连通的底部。第二连通通道33将压力控制室19和阀室41连通。

阀体40基本上是圆盘形，且位于孔板30和下本体50之间。阀体40通过其下端面与孔板30接触。阀室41在阀体40的下端面开口。阀室41的下端与第一和第二连通通道32，33连通。阀室41的上端与第三连通通道42连通。第三连通通道42进一步地与设置在下本体50中的纵向腔51连通。

阀室41容纳控制阀43和螺旋弹簧46，用于控制第一、第二和第三连通通道32、33、42中燃料的流动。控制阀43的上侧设置有低压座44。控制阀43的下侧设置有高压座45。

当低压座44被安坐到阀室41的上端表面时，第三连通通道42的开口关闭。由此，燃料蓄压室18，第二连通通道33，阀室41和第一连通通道32限定与压力控制室19连通的第一路径。因而，高压油从燃料蓄压室18通过第一路径被供到压力控制室19内。

从另一方面来说，当高压座45被安坐到限定阀室41的下端面时，第一连通通道32的开口关闭，第三连通通道42的开口开启。由此，压力控制室19、第二连通通道33、阀室41和第三连通通道42限定与下本体50纵向腔51连通的第二路径。因而，高压燃料从压力控制室19通过第二路径流入压力很低的纵向腔51。因此，压力控制室19中的压力减小。因而，压力控制室19中的压力可以通过操作控制阀43来控制。

下本体50具有沿其轴向延伸的纵向腔51，纵向腔51容纳压电致动器52和驱动力传递部件53。下本体50具有支撑阀体40的下端面。压电致动器52通过交替层叠压电陶瓷层和电极层构成，诸如压电陶瓷变压器(PZT)等。响应驱动电路(未示出)的控制，压电致动器52通过充电和放电沿着层叠方向(竖直方向)伸长和收缩。纵向腔51通过液压通道(未示出)与诸如燃料容器等的低压元件连接。

驱动力传递部件53位于压电致动器52的下侧。驱动力传递部件53通过容纳在第三连通通道42中的杆54将压电致动器52的伸长传递给控制阀43。

当压电致动器52充电时，其轴向伸长。驱动力传递部件53通过杆54将压电致动器52的伸长传递给控制阀43。通过杆54，控制阀43被向下推压，由此，控制阀43的低压座44从阀室41的上端表面抬起。控制阀43的高压座45被安坐到阀室41的下端面，由此，第一连通通道32的开口关闭。因而，高压燃料从压力控制室19通过第二路径流入低压元件。

当压电致动器52放电时，其轴向收缩。响应压电致动器52的收缩，控制阀43和杆54通过螺旋弹簧46推压而向上运动。控制阀43向上运动，以便控制阀43的高压座45从阀室41的下端面被抬起。控制阀43的低压座44被安坐到阀室41的上端表面，由此，第三连通通道42的开口关闭。因而，高压燃料从燃料蓄压室18通过第一路径被供到压力控制室19内。

接下来，描述燃料喷射阀1的工作。当压电致动器52放电时，控制阀43关闭第三连通通道42的开口，由此，由蓄压装置供给燃料喷射阀1的高压燃料通过燃料通道31流入燃料蓄压室18内。高压燃料进一步地通过第二连通通道33、阀室41和第一连通通道32供到压力控制室19内。

在该情形下，针阀14通过针阀14的上端表面被施加来自压力控制室19中高压燃料的力，由此，被沿着关闭方向向下推压。针阀14还被施加螺旋弹簧16的推压力，由此，被向下推压。另外，燃料积蓄室18内的燃料在阀体部15附近对针阀14施加力，由此，被沿着开启方向向上推压。在该情形下，向下施加到针阀14上的力大于向上施加到针阀14上的力。因此，阀体部15被安坐到喷嘴腔12的下端，燃料不能从喷孔13喷射。

当压电致动器52被充电时，控制阀43通过杆54被向下推压，由此，控制阀43的高压座45关闭第一连通通道32的开口。控制阀43的低压座44连通第三连通通道42的开口。因而，高压燃料从压力控制室19通过第二路径流入低压元件，压力控制室19内的压力开始减小。

当压力控制室19内的压力减小到阀开启压力时，向上施加到针阀14上的力大于向下施加到针阀14上的力。因而，针阀14被向上抬起，阀体部15也被从喷嘴腔12的下端抬起，由此，燃料通过喷孔13喷射。

当压电致动器52再次放电时，控制阀43关闭第三连通通道42的开口，且连通第一连通通道32的开口。因而，高压燃料再次由燃料蓄压室18通过第一路径被供到压力控制室19内，压力控制室19内的压力再次增加。

当压力控制室19内的压力增加到阀关闭压力时，向下施加到针阀14上的力大于向上施加到针阀14上的力。因而，针阀14向下运动，针阀14安坐到喷嘴腔12的前端，由此，来自喷孔13的燃料喷射终止。

接下来，参考图2详细描述本实施例的特征。如图2所示，筒体20基本上是圆筒形，包括大直径部分22和小直径部分21。大直径部分22的外径大于小直径部分21的外径。小直径部分21的外径相对小。

小直径部分21的端部具有与孔板30下端面34接触的接触部分24。孔板30的下端面34限定喷嘴腔12的上端表面。大直径部分22的端部限定弹簧座25，将其作为螺旋弹簧16的支座。弹簧座25的厚度基本上等于或者大于螺旋弹簧16金属丝的直径，用于支撑螺旋弹簧16。相反地，接触部分24的厚度小于弹簧座25的厚度。在本结构中，接触部分24与下端面34接触，并且接触部分24相对于下端面34的接触压力能够被增强，因此筒体20能够更紧密地与孔板30接触。

筒体20的内周壁限定用于可滑动地支撑针阀14上端的导面26。导面26的直径从接触部分24到弹簧座25基本上是不变的。筒体20的外壁具有在小直径部分21和大直径部分22之间的台阶部分23。台阶部分23限定筒体20外径从小直径部分21朝向大直径部分22逐渐增加的斜面。

小直径部分21的外壁具有避让面27。燃料蓄压室18被供给从孔板30下端面34开口的燃料通道31流入的燃料，避让面27使高压燃料流在筒体20上径向向外偏移。避让面27的工作效果将在以后描述。

接下来，描述筒体20的工作效果。如上所述，控制阀43工作，以将压力控制室19中的压力减小至阀关闭压力，由此，针阀14向上运动。因而，阀体部15从喷嘴腔12的下端被抬起，以便高压燃料通过喷孔13喷射。燃料蓄压室18中的燃料量至少减少了通过喷射孔13喷射的燃料量。如图2中箭头所示，通过燃料通道31向燃料蓄压室18供给新的高压燃料。

燃料流过燃料通道31，燃料流冲击小直径部分21外壁上的避让面27，由此，燃料流在筒体20上径向向外偏移。如图2所示，避让面27基本上与流线(即，燃料流的流动线)平行。因此，燃料流的流线和避让面27之间的角度非常小。因而，即使当燃料流冲击避让面27时，避让面27能够使燃料流的运动能量离开避让面27。在本结构中，当燃料流冲击时，避让面27能够抑制施加到筒体20上向下推压筒体20的力。

在本结构中，筒体20的接触部分24可以始终与孔板30的下端面34接触。结果，可以增强压力控制室19中的压力可控性，以便可以进一步地精确控制针阀14。

避让面27基本上沿轴向延伸。因此，设置在小直径部分21和大直径部分22之间的台阶部分23可以被定位在距离燃料通道31远的位置。在燃料流到达台阶部分23之前，来自燃料通道31的燃料流运动能量减少。因此，由燃料流冲击台阶部分23以向下推压筒体20的力可以减小。此外，台阶部分23是从小直径部分21到大直径部分22外径增加的斜面。因此，台阶部分23本身可以削弱燃料流的运动能量。而且，避让面27设置在筒体20的整个外周壁上。因此，当筒体20安装到喷射腔12内时，避让面27不需要相对于燃料通道31排成一条直线。因而，易于加工制造。

在本实施例中，压电致动器52和驱动力传递部件53被作为驱动装置设置，以通过传递压电致动器52的伸长来操作控制阀43。作为替换地，可以应用电磁致动器作为驱动装置。在本实施例中，控制阀43是两位三通阀。作为替换地，控制阀43是两位两通阀。

接下来，参考图3至5描述燃料通道31朝向喷嘴腔12的开口37的直径和从开口37到筒体20台阶部分23距离之间的关系。在本实施例中，如图3、4所示，燃料通道31的直径大于筒体20小直径部分21的外壁和喷嘴腔12的内壁之间的距离。因此，燃料通道31开口端36的一部分和喷嘴体11相互交叠。因此，燃料通道31朝向喷嘴腔12的开口37的通道的面积小于开口端36的通道面积。在本结构中，如图4所示，开口端36的一部分和喷嘴体11相互交叠，因此，开口37不是圆形。特别地，正如由筒体20和喷嘴腔12之间的剖面线区域所示，开口37圆形部分的一部分由限定喷嘴腔12的内壁切除。

参考图3，可以通过增加小直径部分21相对于其轴向的长度来延长避让面27。另外，台阶部分23可以通过相对于轴向长度延长小直径部分21来被设置距离开口37更远。由此，可以减少来自开口37、冲击台阶部分23的燃料流的影响。因而，可以限制筒体20的接触部分24运动离开孔板30下侧面34。

图5是示出了比例x/d和比例F/F0之间关系的图。比例x/d由开口37到台阶部分23的距离x除以开口37的开口直径d计算。比例F/F0由施加到筒体20台阶部分23的负载F除以由燃料流直接施加到开口37下部的冲击负载F0计算。图5中，开口直径d是液压等效直径，该直径是等于开口37的圆管的直径。特别地，开口直径d可以由以下等式(1)计算，在该等式中，A表示开口37的开口面积，L表示开口37的湿润周长。

d＝4A/L                  (1)

距离x是从开口37到台阶部分23中的在来自开口37的燃料流流量分配中燃料流速度最高的位置的跨距。在本实施例中，如图3所示，距离x是从开口37到台阶部分23的大直径部分22侧的一端的跨距。燃料流的冲击负载F0由以下等式(2)计算。在等式(2)中，ρ代表燃料密度，u代表开口37中的燃料流动速度。

$F0={\∫}_A\left(\frac{\mathrm{\ρ}}{2}{u}^2\right)\mathrm{ds}---\left(2\right)$

施加到台阶部分23的负载F是台阶部分23中的压力分配的积分值。台阶部分23中的压力分配可以由仿真或者类似方法实现。

如图5所示，随着x/d的值变大，F/F0的值变小。也就是，随着距离x相对于开口直径d的特定值变大，燃料流冲击筒体20的影响变小。根据图5中的图，当x/d的值等于或者大于2时，F/F0的值明显减少。当x/d的值等于或者大于3时，(即，在满足x≥3d关系的范围内时)，F/F0的值恒定保持在小于0.4的较低值处。因此，距离x优选地等于或者大于3d。

(第二实施例)

如图6所示，在第二实施例中，燃料通道31a与第一实施例中的燃料通道31不同。燃料通道31a开口端36a的直径等于或者小于筒体20小直径部分21的外壁和喷嘴腔12的内壁之间的距离。从喷嘴腔12的中心轴到径向外侧上燃料通道31a的内壁之间的距离与从喷嘴腔12中心轴到喷嘴腔12的内壁之间的距离基本上相一致。

也就是，喷嘴腔12具有径向距离径向外侧上燃料通道31a的第一内壁第一距离的假想中心轴。喷嘴腔12的假想中心轴径向地距离喷嘴腔12的第二内壁第二距离。第一距离基本上等于第二距离。作为替换地，第一距离可以等于或者小于第二距离。

在本结构中，与第一实施例不相似，燃料通道31a的开口端36a和喷嘴体11不相互交叠。因此，与喷嘴腔12连通的燃料通道31a的开口37a的通道面积基本上等于开口端36a的通道面积。因而，开口的开口直径d基本上与燃料通道31a开口端36a的直径以及开口37a的直径相同。

在该情况下，施加到台阶部分23的力还示出了与图5中所示关系相似的趋势。特别地，在满足x≥3d关系的范围内，可以明显减少从开口37a经过的燃料流的影响，由此，可以限制筒体20的接触部分24从孔板30的下端面34离开。

喷孔13的数量可以是一个。

上述实施例的结构可以被适当组合。需要理解的是，因为此处已经描述了包括特定顺序步骤的本发明实施例的过程，包括这些步骤和/或此处没有没有公开的其他步骤的不同其他顺序的进一步可替代实施例也在本发明步骤的范围之内。

上述实施例可以使用各种修改和变化。而不脱离本发明的精神。

Claims (7)

1.一种燃料喷射阀，其包括：

壳体(11)，其具有限定喷孔(13)的前端，壳体(11)还具有在喷孔(13)相反侧的壁表面(34)，壳体(11)还具有在壁表面(34)中开口的燃料通道(31，31a)，燃料通道(31，31a)通过喷嘴腔(12)与喷孔(13)连通；

阀件(14)，其容纳在喷嘴腔(12)中，用于开启和关闭喷孔(13)；以及

筒体(20)，其一端与壁表面(34)接触，筒体(20)具有可滑动地容纳阀件(14)一端的内周壁，筒体(20)将喷嘴腔(12)分隔成燃料蓄压室(18)和压力控制室(19)，

其中，燃料蓄压室(18)适于积蓄从燃料通道(31，31a)供给的燃料，

压力控制室(19)适于积蓄燃料，用于操作阀件(14)，以及

筒体(20)具有限定避让面(27)的外壁，所述避让面适于使来自燃料通道(31，31a)的燃料径向向外偏移，

所述燃料喷射阀进一步地包括：

用于将筒体(20)向壁表面(34)推压的弹簧(16)，

其中，筒体(20)具有小直径部分(21)和大直径部分(22)，

小直径部分(21)的一端具有与壁表面(34)接触的接触部分(24)，

大直径部分(22)的一端具有用于支撑弹簧(16)的弹簧座(25)，以及

小直径部分(21)具有限定避让面(27)的外壁，

其中，小直径部分(21)和大直径部分(22)之间限定台阶部分(23)，

燃料通道(31，31a)具有直径d，

燃料通道(31，31a)在壁表面(34)上具有开口，通过所述开口被供应到喷嘴腔(12)的燃料以最高流速流动且冲击台阶部分(23)的位置距离所述开口为x；其中x≥3d。

2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，筒体(20)的外壁在整个外周壁限定避让面(27)。

3.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

台阶部分(23)的外径从小直径部分(21)向大直径部分(22)逐渐增加。

4.如权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，避让面(27)与燃料通道(31，31a)平行。

5.如权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，避让面(27)平行于燃料通道(31，31a)延伸。

6.如权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，

喷嘴腔(12)具有假想中心轴，所述假想中心轴处于径向距离径向外侧上燃料通道(31，31a)的第一内壁第一距离处，

喷嘴腔(12)的假想中心轴径向距离喷嘴腔(12)的第二内壁第二距离，以及

第一距离等于或者小于第二距离。

7.如权利要求6所述的燃料喷射阀，其特征在于，第一距离等于第二距离。

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