CN101490406A - 燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射器，包括：喷射器主体(22；22f)，螺帽(38；38c；38f)，和在使用时暴露于燃料室(51)中的压力变化的压力传感器(72a－f)，其中，压力传感器(72a－f)容纳在螺帽内。可选地，燃料喷射器进一步包括在喷射器主体(22)之外并与压力传感器(72a－f)相连的信号缆线(98；98f)。

Description

燃料喷射器
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃料喷射器。具体而言，本发明涉及一种燃料喷射器，其具有集成的压力传感器用于确定发动机燃烧室中的压力。
背景技术
在内燃机操作过程中，燃料的燃烧发生在一个或多个燃烧室中，燃烧室部分地由设置在发动机缸体中的相关缸限定。每一燃烧室的容量通过往复活塞的位置确定，气体通过设置在缸头中的入口和排放阀被接纳至和排放出燃烧室。在给定时间的燃烧室内的气体压力通过活塞位置和阀开启或关闭结构等参数被确定。
在柴油机(压缩点火)中，燃料通过燃料喷射器被接纳至燃烧室。燃料注射事件的定时和通过每次注射所传输的燃料量对于发动机的平稳运行和燃料效率至关重要。例如，注射事件应在压缩循环中适时进行，此时，燃烧室中的气体温度足以导致燃料自发点火和完全燃烧，而且活塞适合地定位以允许从燃烧气体传送最大作用力。而且，燃料的燃烧特性和燃烧可获得的作用力取决于注射时燃烧室中的压力。
为优化燃烧，已知的是，在燃烧循环过程中测量燃烧室压力。这种测量值的输出被进给至发动机控制单元，在此，使用所述测量值以及其他参数确定燃料注射事件的优化的定时和持续时间。在汽油(火花点火)发动机中，燃烧室压力测量也是需要的，其中，如果已知燃烧室压力，则可优化燃料注射事件和点火火花的定时。
在两种发动机中，燃料室压力测量可给出有用的诊断信息，例如指示通过活塞或阀的气体渗漏。
为了测量燃烧室压力，需要压力传感器，燃烧室压力传感器的多种结构在现有技术中是已知的。
在一个示例中，压力传感器安装在缸头中的孔中。不过，这种结构不总是便利的，这是因为，缸头必须容纳多个其他组件，因而缸头中可能没有足够的可用空间以容纳所需的孔。
在另一结构中，室压力传感器被集成在电热塞中。例如，在美国专利No.6539787 B1中，燃烧室中的压力通过套和轴被机械连通至压力传感器。虽然在将压力传感器并入电热塞内使得不需要缸头中的独立孔，但这种结构需要在电热塞与燃料注射控制单元之间提供布线，此布线将不能以其他方式设置。当然，这种结构不能在不存在电热塞的情况下使用，例如在汽油发动机或常见的大型柴油机的情况下。
在另一可替代结构中，提供并入密封衬垫或垫圈中的压力传感器，如在日本专利JP 9 049 483中所述。在这种情况下，压力传感器位于汽油发动机的缸头中的孔的就位表面与位于孔中的火花塞的就位表面之间。此压力传感器检测火花塞相对于缸头的位移以给出作用在火花塞室侧面上的燃烧室压力的指示。这种结构是不利的，这是因为，压力传感器在发动机组件的组装和维护过程中可能损坏。
针对这种背景，所希望的是，提供一种可替代结构用于缸压力传感器以减轻或克服上述困难。
发明内容
根据本发明，提供一种燃料喷射器，其包括：喷射器主体，螺帽，在使用时暴露于燃烧室中压力变化的压力传感器，其中，压力传感器容纳在螺帽内。
这样的结构有利地提供与燃料喷射器集成的压力传感器，使得不再需要另外的缸头中的孔或者对传统缸头设计进行其他实质性修改。而且，可提供压力传感器而不脱离优选燃料喷射器设计，从而使控制燃料传输功能的组件不需要由于存在压力传感器而改变。此外，压力传感器的信号连接可从喷射器引至发动机控制单元，且同一发动机控制单元电连接到燃料喷射器的燃料传输组件，由此相比于其他结构简化了螺帽下的布线。
具有集成压力传感器的燃料喷射器已经之前在欧洲专利EP 1 015855 B1中进行描述，其中提出具有集成光纤压力传感器的燃料喷射器。不过，需要对基本喷射器设计进行显著修改以容纳压力传感器。在喷嘴尖端邻近处必须提供通路以允许在压力传感器与燃烧室之间的连通。而且，必须提供孔穿过喷射器主体以容纳传感器，并提供与传感器相连的光纤信号缆线。
存在这样的孔和通路会削弱喷射器的结构，而且当蓄能器容积设置在喷射器(例如，在申请人的欧洲专利EP 0 995 901 B中所述喷射器)内时，此类特征尤其不适合。蓄能器容积内的高压燃料导致喷射器主体的壁中的高应力。如果在这些高应力壁中存在孔或槽，则爆炸风险将大大增加。由于因缸头中的孔的直径受限制所致的在喷射器设计上的尺度限制，喷射器主体的壁不能加厚以容纳用于传感器或信号缆线的孔。
在本发明中，压力传感器设置在喷射器的螺帽中并在喷射器主体之外。这意味着，基本上不需要对喷射器的基本设计进行修改以容纳压力传感器，这使得喷射器的强度得以保持。而且，由于螺帽是许多喷射器设计的共有特征，因而本发明的压力传感器结构可应用于现有燃料喷射器设计，而不需要重大的重新设计。这在成本和制造效率上是有利的，而且还有利的是，燃料喷射器的性能不会由于需要容纳压力传感组件而受损。
在本发明的优选实施例中，燃料喷射器进一步包括在喷射器主体之外并与压力传感器相连的信号缆线。在这种结构中，在喷射器主体中不需要设置孔或通路以允许信号缆线通过。
有利的是，螺帽设置有平坦区域，信号缆线在平坦区域上经过。喷射器主体可携载有外套管，例如引导套管，信号缆线可从喷射器主体与套管之间穿过。可替代地，外套管可具有突出部，突出部具有开口，信号缆线穿过此开口。这些特征提供一种方式，使信号缆线在使用时在喷射器主体与使喷射器插入其中的缸头中的孔的壁之间穿过，而同时允许螺帽和/或套管用于将喷射器对准和密封在缸头孔内。便利的是，信号缆线粘接地附接到喷射器主体。
在优选结构中，信号缆线具有：平行于燃料喷射器纵轴的第一部分、沿喷射器主体周向的第二部分和平行于第一部分的第三部分。当压力传感器和端子连接部处于沿喷射器主体的不同角度取向时，这样的结构可用于方便地将螺帽中的压力传感器连接到信号缆线的端子连接部。对此，本发明考虑到一种构造燃料喷射器的方法，所述方法包括以下步骤：选择这样的具有适合长度的第二部分的信号缆线以允许在压力传感器与信号缆线的端子连接部之间进行连接。
本发明的燃料喷射器可包括限定一空间的喷嘴壳体，其中，所述空间在使用时与燃料室和压力传感器连通。而且，燃料喷射器还可包括：密封衬垫，密封衬垫在密封衬垫与喷嘴壳体之间限定一缝隙，其中，燃料室与所述空间通过所述缝隙连通。这些特征允许在燃烧室中的气体压力作用在压力传感器上。对此，压力传感器优选地包括可变形元件，可变形元件在使用时响应于燃料室中的压力变化而变形。
在一种结构中，压力传感器进一步包括压电器件，压电器件电响应可变形元件的变形。可替代地，压力传感器可进一步包括压阻器件，压阻器件电响应可变形元件的变形。例如，压力传感器可包括携载于可变形元件上的电功能聚合物涂层，涂层被设置为电响应可变形元件的变形。涂层可为压电涂层或压阻涂层。
压力传感器可包括应变仪。适合的应变仪可例如为电阻式、压电式或压阻式应变仪。可选地，可变形元件是磁致伸缩元件，从而响应于可变形元件的变形而导致线圈的电阻变化。
可变形元件可通过多种方式实现。例如，可变形元件可包括隔片，或者可变形元件可包括与螺帽共轴的管。
在进一步的示例中，可变形元件包括膜，膜被设置为将来自第一光导件的一定量的光反射至第二光导件中，所反射的光的量通过膜的变形程度被控制。当这种膜设置在光学压力传感器中时，信号缆线可便利地包括光纤缆线。
信号缆线可包括一个或多个扁平的层置导体。有利的是，扁平信号缆线可设置为平坦处于喷射器表面上。信号缆线因而可装配在喷射器与缸头中的孔的壁之间，从而不需要在喷射器或缸头中的另外的孔或槽。
为容纳压力传感器，螺帽可包括具有凹部的内壁，压力传感器的至少一部分被容纳在凹部内。类似地，螺帽可设置有孔，以容纳压力传感器的至少一部分。可替代地或另外地，螺帽可包括具有突出部的外壁，压力传感器的至少一部分被容纳在突出部内。进一步地，燃料喷射器可包括容纳在螺帽内的两个或更多个压力传感器。
本发明的特定实施例特别有利的是，由于压力传感器容纳在螺帽内，且信号缆线沿喷射器表面延伸，因而喷射器可容纳在缸头内的标准喷射器孔内。因此，可提供所述压力传感器而不需要脱离现有缸头设计，而且不需要在缸头中提供额外的孔用于压力传感器或用于信号缆线。此外，缸头孔中的喷射器的密封直接实现。
在本发明的可替代实施例中，在缸头孔的一侧中提供纵向槽，以容纳螺帽上的装容有压力传感器的突出部和信号缆线。在这种情况下，对现有缸头设计的所需修改很少，而且设置突出部和槽有利地允许喷射器在装配过程中在缸头内正确对准。
应注意的是，虽然形成本发明一部分的螺帽可携载有内螺纹以与携载于喷射器一部分上的外螺纹匹配，但本发明也提到不存在内螺纹的螺帽。在后一种情况下，螺帽可与喷射器主体的外部光滑部分配合，使得螺帽与喷射器主体的一部分过盈配合。可替代地，这样的无螺纹螺帽可通过其他方式保持在喷射器主体上，例如通过外夹紧装置或通过软焊、焊接、铜焊或粘接接合。在本申请文件中，除非在文中另行指出，否则，术语“螺帽”应被理解为包含具有螺纹和无螺纹的两种变例。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的优选实施例，这些描述仅用于例示，其中：
图1是根据本发明第一实施例的燃料喷射器的纵向断开的立体图；
图2是图1所示燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的剖视图；
图3是图1和2所示燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的放大剖视图；
图4是根据本发明第二实施例的燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的剖视图；
图5是根据本发明第三实施例的燃料喷射器的一部分的剖视图；
图6是根据本发明第四实施例的燃料喷射器的一部分的剖视图；
图7是根据本发明第五实施例的燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的剖视图；
图8是图7所示燃料喷射器的一部分的放大剖视图；
图9是根据本发明第六实施例的燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的剖视图；
图10是根据本发明第七实施例的燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的剖视图；
图11是根据本发明第八实施例的燃料喷射器的纵向断开的立体图；和
图12是图11所示燃料喷射器的一部分当安装在缸体中的孔中时的剖视图。
具体实施方式
在本申请文件的其余部分中，术语“上”和“下”是指燃料喷射器在各附图中的取向。不过，应认识到的是，在使用时，燃料喷射器可以任何适合的空间取向布置。术语“外”和“内”参照位于燃料喷射器纵轴上的原点而使用。
参见图1至3，在本发明第一实施例中，提供的燃料喷射器20包括大致管状的喷射器主体22。喷射器主体22装容各组件，所述组件被安装以允许控制从燃料入口24至喷嘴壳体28中提供的出口26的燃料通道，出口26邻接喷射器主体22的最下端。这样的组件布置及其操作在例如申请人的欧洲专利EP 0995901 B中进行描述。在这种布置中，在使用时，压电致动器控制装容在喷嘴壳体28中的阀针的移动。当需要时，致动器通过外电源供给能量，外电源通过设置在喷射器主体22的上端处并邻近于燃料入口24的电连接部30而与致动器连通。
最清楚地如图2中可见，喷嘴壳体28具有：下部分32，下部分32包括具有大致封闭端的管，燃料出口26设置在所述大致封闭端，领环部分34，和上部分36。上部分36的直径略小于喷射器主体22下端的直径。领环部分34和下部分32具有依次减小的直径。喷嘴壳体28和喷射器主体22通过螺帽38被保持牢固接触，这将在下文中描述。
螺帽38通常为管状并包括上部分40和下部分42。上部分40具有近似于喷射器主体22外直径的内直径，并携载有内螺纹。互补外螺纹设置在喷射器主体22的最下区域上，使得螺帽38可螺纹安装到喷射器主体22上。螺帽38的下部分42具有略大于喷嘴壳体28的领环部分34的内直径。螺帽38的上部分40与下部分42的内直径差在螺帽38内提供肩44。上部分36与领环部分34之间的界面限定喷嘴壳体28的邻接肩44的台阶表面46。喷嘴壳体28的上部分36位于喷射器主体22的底部与螺帽38的肩44之间，喷嘴壳体28的领环部分34和下部分32延伸穿过螺帽38的下部分42的孔。
因此，当螺帽38被拧到喷射器主体22上时，肩44抵靠喷嘴壳体28的台阶表面46而作用。通过这种方式，螺帽38提供夹紧力以保持喷嘴壳体28抵靠喷射器主体22的端表面。夹紧力的量通过螺帽38被拧到喷射器主体22上的程度而确定，并足以在喷嘴壳体28与喷射器主体22之间形成密封。此密封足以防止高压燃料从喷射器主体22和喷嘴壳体28内漏出。
在使用时，燃料喷射器22安装在内燃机缸头50中的孔48中。缸头50中的孔48包括：第一最下区段52，其具有略大于喷嘴壳体28的下部分32的直径并接纳喷嘴壳体28的一部分；第二区段54，其具有近似于螺帽38的外直径的直径；和第三最上区段56，其具有大于喷射器主体22的外直径的直径。根据已知方法，喷射器20通过与安装环或凸缘58(仅在图1中被标识)可接合的夹或其他适合结构(未示出)被保持在缸头孔48内。孔48的最下区段52通入缸头50的燃烧室51中。
螺帽38是在缸头孔48的第二区段54中的紧密配合件。这确保燃料喷射器20相对于孔48居中轴向设置。密封衬垫60设置在孔48的密封表面62与螺帽38的端表面64之间，以提供气密性密封。这种密封防止燃烧气体从燃烧室中经由缸头孔48漏出。
如图1中所示，外引导套管66被携载于喷射器主体22上并接近于燃料喷射器20的最上端。引导套管66为管状，并具有近似于缸头孔48第三区段56的直径的外直径。引导套管66因而是缸头孔48中的紧密配合件，并由此与螺帽38组合使用以确保喷射器20相对于所述孔轴向居中。引导套管66进一步包括环形密封部68，环形密封部68沿径向压靠孔48的壁以提供密封而防止水从发动机隔间侵入缸头孔并进一步防止气体从燃烧室中渗漏。
最清楚地如图3中所示，柱形凹部70设置在螺帽38的壁中。凹部70的柱轴线垂直于喷射器20的纵轴，凹部70从螺帽内表面延伸朝向但不仅限于朝向螺帽外表面。压力传感器72a位于凹部70内并处于凹部70的背面74与螺帽38的孔之间。
压力传感器72a包括采用板状隔片76a形式的可变形元件，隔片76a被支撑在与隔片76集成的管状支撑结构78a上。支撑结构78a形成传感器72a的周边，支撑结构78a的外表面紧密抵靠凹部70的内表面装配，以形成气密性密封。隔片76a由弹性可变形金属材料制成并包括中心台或突出部100。
如图2和3中所示，当燃料喷射器20安装在缸头50中时，在隔片76a与喷嘴壳体28之间的空间80与缸头孔48的第一区段52连通，并进而经由在密封衬垫60与喷嘴壳体28之间的缝隙82而与燃烧室连通。
压电器件84设置在压力传感器72a内。压电器件84包括具有第一压电元件86、中心电极88和第二压电元件90的夹层结构或堆。压电元件86、90由诸如磷酸镓、石英或锆钛酸铅之类的具有高压电系数的材料制成。每一个压电元件86、90为盘形，且均具有与中心电极88邻近且电连接的第一面和相反的第二面。每个第二面携载有并电连接到相应的连接垫92、94，连接垫92、94为盘形并由导电材料制成，从而形成两个接地电极。连接垫92、94均电连接到信号缆线98的接地导体96。
压电器件84和连接垫92、94被携载于凹部70的背面74与隔片76a的突出部100之间。孔或缝102从凹部70延伸穿过螺帽38的壁，以允许中心电极88连接到信号缆线98的信号导体104。
在使用时，在空间80中感受到燃烧室51中的压力变化，并由此使隔片76a的中心突出部100沿径向轴线相对于螺帽38偏斜。例如，如果燃烧室中的压力升高，则隔片76a的中心突出部100通过移向凹部70的背面74而响应。这种偏斜挤压压电元件86、90，并因而导致在中心电极88与连接垫92、94之间的电势变化。由于隔片76a是弹性的，因此，任何随后的压力下降导致隔片76a以及中心突出部100从凹部70的背面74移开，以减小对压电元件86、90的挤压。中心电极88和连接垫92、94通过信号缆线98连接到包含电荷放大器(charge amplifier)的电路(未示出)。电荷放大器被设置为将基本不变的电势施加于压力传感器72a的中心电极88和连接垫92、94。燃烧室51内的压力变化通过测量保持所施加电势不变所需的电荷进行检测。通过适合的校准，可以确定绝对压力。信号缆线98连接到发动机控制单元(未示出)，其中自动执行压力计算，从而给出燃烧室中压力的实时确定。
包括信号导体104和接地导体96的信号缆线98是具有扁平剖面的层置缆线。信号缆线98的每一导体96、104均通过聚合绝缘材料封装或层置，以防止短路。例如，导体96、104可由铜箔制成并封装在聚酰亚胺层置层中。
如图1中所示，信号缆线98从螺帽38中的压力传感器72a延伸至端子连接部106。当喷射器20安装在缸头50中时，端子连接部106可从缸头50外触及，使得来自发动机控制单元的缆线(未示出)可连接到端子连接部106。
信号缆线98沿燃料喷射器20的表面布线，并且使用适合粘接剂固定到喷射器20。不需对负责燃料传输的喷射器20内部组件进行改造，这是因为缆线98不经过喷射器主体22或喷嘴壳体28。现在将描述的是，提供专用的特征以允许信号缆线98容纳在喷射器20外表面与缸头50中的孔48之间。
最清楚地如图1中可见，螺帽38在其最外表面上邻近于凹部70处具有方形平坦区域108。虽然螺帽38如前所述通常为缸头孔48的第二区段54中的紧密配合件，不过，信号缆线98可容纳在螺帽38的平坦区域108与缸头孔48的第二区段54之间，如图2中所示。
信号缆线98从螺帽38大致向上延伸并容纳在喷射器主体22与缸孔48的第三区段56的壁之间的缝隙内。信号缆线98在引导套管66下延伸，因而在引导套管66的密封部68与缸头孔48的第三区段56的壁之间的接触不会由于信号缆线98而破坏。而且，引导套管66的最内表面(未示出)被涂覆以粘接剂，例如热激发树脂或可熔聚合物，以确保在信号缆线98在引导套管66下经过之处使液体或气体不能通过密封部。
在组装图1所示喷射器20的一种方法中，螺帽38被拧在喷射器主体22上，然后信号缆线98被附接到喷射器20的表面。在一些情况下，在螺帽38上的平坦区域108可能与端子连接部106的所希望位置不对准而成一定角度，如图1中所示。例如，参照喷射器20的纵轴，端子连接部106可相对于燃料入口24成第一角度，而在螺帽38上的平坦区域108可成不同的第二角度。为了解决这一问题，信号缆线98包括与螺帽38上的平坦区域108对准的下部分110、与端子连接部106对准且平行于下部分110的上部分112、以及在喷射器主体22上沿周向设置以连接下部分110与上部分112的垂直或弯曲部分114。
现在将描述本发明的进一步的实施例。在附图中，第二以及随后实施例中的相同特征与第一实施例中的对应特征共用相同的附图标记。
现在参见图4，在本发明第二实施例中，提供的燃料喷射器类似于第一实施例中的燃料喷射器，其不同之处在于，压力传感器72b包括由磁致伸缩材料制成的隔片76b。隔片76b被支撑在集成的管状支撑结构78b上，支撑结构78b紧密装配在螺帽38中的凹部70中。隔片76b还具有从隔片的最外面延伸的柱形台或突出部，以形成中心柱。中心柱114突出朝向并邻接低靠螺帽38中的凹部70的背面74，以支撑隔片76b的中心区域。为了减小隔片76b的硬度，盲孔116从隔片76b的最内面延伸至中心柱114中。被连接到信号缆线98的信号导体104的电线圈或绕线118围绕隔片76b之后的中心柱114缠绕。
当隔片76b的最内面承受由于燃烧室51中的压力变化所致的空间80内的压力变化时，隔片76b偏斜。结果形成的隔片76的材料应变导致隔片76b的磁导率变化。磁导率的变化导致线圈118的电阻相应变化。线圈电阻通过信号缆线98从外部监测，并可然后结合适合的校准而用于确定作用在隔片76b上的压力以及燃烧室压力。
在本发明的第三实施例中，燃料喷射器设置有如图5中所示的螺帽38，其中，为了清楚而未示出喷射器主体。
在此实施例中，柱形孔102a设置在螺帽38的下部分42内。孔102a从螺帽38的外表面沿垂直于喷射器纵轴的轴线延伸。
孔102a与形成在螺帽38的壁中的柱形切挖部或凹部70a连通。孔102a具有略大于凹部70a的直径，从而在孔102a与凹部70a交接处形成螺帽38的肩70b。压力传感器72位于孔102a内。压力传感器72邻接肩70b。压力传感器可通过焊接接合被固定到孔102a内，或者可替代地或另外地可被铜焊、胶粘，或在孔102a内形成过盈配合。压力传感器72和孔102a可设置有互补的螺纹，使得在制造喷射器的过程中，压力传感器可拧入孔102a中。压力传感器72形成与螺帽38的气密性密封。例如，气密性密封可通过使压力传感器72过盈配合在孔102a内而形成，通过在压力传感器72与孔102a之间的焊接而形成，或通过其他任何适合方式形成。压力传感器72可设置为独立式的或密封单元，并可为任何适合的类型。以这种方式，压力传感器72可在装配到孔102a之前进行功能性检查。
如前述实施例中所述，信号缆线98从压力传感器72沿螺帽38的外表面延伸，从而在使用时位于螺帽38与缸头孔(未示出)之间。
压力传感器72部分地延伸进入凹部70a中，使得压力传感器72的传感器元件感受到凹部70a中的任何压力变化。当喷射器安装到缸头中时，凹部70a与缸头的燃烧室连通，使得燃烧室中的压力可以确定。
通过孔102a和在螺帽38中凹部70a的结构，此第三实施例的螺帽38可无困难地制造，例如通过对按照现有设计制造的螺帽进行修改。
在本发明的第四实施例中，燃料喷射器设置有如图6中所示的螺帽38，其中，为了清楚而未示出喷射器主体。
本发明的第四实施例类似于第三实施例，其不同之处在于，螺帽38设置有从螺帽38外表面沿与喷射器纵轴成一角度的轴线延伸的孔102c。因此，不同于图2、3、4和5所示喷射器的孔102、102a的是，孔102c并不垂直于喷射器纵轴延伸。
孔102c与形成在螺帽38的壁中的切挖部或凹部70c连通。螺帽38的环形突出部或隆起部70d设置在孔102c与凹部70c交接处。压力传感器72位于孔102c内，使得传感器72基本上完全被接纳在孔102c内。压力传感器72邻接隆起部70d。压力传感器可通过焊接接合或通过参照图5所述的其他方式被固定到孔102c内。如在第三实施例中所述，压力传感器72在螺帽38内形成气密性密封，例如，通过在压力传感器72与隆起部70d之间的焊接而形成，或通过在压力传感器72与孔102c之间的过盈配合而形成。
压力传感器72部分地延伸进入凹部70c中，使得压力传感器72的传感器元件在使用时暴露于凹部70c内的压力变化，并由此暴露于燃烧室内的压力变化。
由于孔102c与喷射器纵轴成一角度延伸，因而孔102c的长度足够长，以在螺帽38内容纳相对较长的压力传感器72，例如光学压力传感器。
在本发明第五实施例中，如图7和8中所示，燃料喷射器类似于第一至第四实施例中所述，设置有螺帽38c和压力传感器72c的可替代结构。压力传感器72c包括采用磁致伸缩管120形式的可变形元件和线圈或绕线组件122。磁致伸缩管120与喷射器主体22和螺帽38c共轴，并容纳在螺帽38c的下部分42c与喷嘴壳体28之间。管120的最下端形成为向外朝向的凸缘124，此凸缘的上面126邻接螺帽38c的最下端。当喷射器定位在缸头50中时，管120的凸缘124因而夹在螺帽38c与密封衬垫60之间。管120的最上端紧密装配到螺帽38c中以在管120与螺帽38c之间提供气密性密封。
最清楚地如图8中所示，线圈或绕线组件122包括封装在绝缘材料128中的导电线的线圈126，并围绕管120设置。线圈126与信号缆线98的信号导体(在图8中未示出)电连通。螺帽38c在邻近线圈组件122处具有增大的直径以容纳线圈组件122，并具有开口130以使线圈组件122的突出部132突出经过。
在使用时，在管120的最内表面与喷嘴壳体28之间的空间134与缸头孔48的第一区段52连通，并进而经由在密封衬垫60与喷嘴壳体28之间的缝隙82与燃烧室连通。当燃烧室51中的压力变化时，作用在管120最内表面上的空间134内的压力也变化。管120通过弹性变形响应于这样的压力变化。结果形成的管120的材料应变导致管120的磁导率变化，而磁导率变化导致相应的线圈126的电阻变化，这种电阻变化可被测量并在发动机控制单元中被分析以确定燃烧室压力。
参见图9，在本发明第六实施例中，提供类似于第五实施例的燃料喷射器，其不同之处在于，不存在线圈元件。可替代地，压力传感器72d具有围绕管120设置的应变仪元件136，应变仪元件136包括应变仪138和封装物140。在此实施例中，管120不需为磁致伸缩的，而是可替代地可由另一适合材料形成。如前所述，管120响应于燃烧室压力变化而弹性变形。
应变仪138包括导线线圈，并当通过管120的作用而变形时产生长度和截面积变化以及电阻变化。例如，如果管120由于空间134内的压力升高而向外移位，则导线线圈的直径增大。结果，线圈中导线的长度增大，且相应地，导线的截面积减小。由于现在线圈的导电截面较小且导电路径长度较长，因而应变仪138的电阻增大。类似地，当燃烧室压力降低时，应变仪138的电阻减小。导线线圈连接到信号缆线98的信号导体(在图9中未示出)，以允许这样的电阻变化被测量到。电阻变化在发动机控制单元中被分析，以确定燃烧室压力。
可替代地，应变仪可为传统类型(未示出)，其包括压阻导体，该压阻导体被层置在聚合绝缘材料中并连接到信号缆线的信号导体。当管120由于燃烧室压力变化而偏斜时，应变仪的长度以及电阻发生变化。应变仪的电阻可被测量并分析以确定燃烧室压力，如前所述。
现在参见图10，在本发明第七实施例中，提供类似于第六实施例的燃料喷射器，其不同之处在于，压力传感器72e包括携载于管120外表面上的电功能聚合物涂层142，以替代应变仪。导电电极144携载于聚合物涂层142的外表面上并连接到信号缆线98的信号导体(在图10中未示出)。封装物146覆盖电极144和聚合物涂层142。封装物146的一部分延伸进入螺帽38c中的开口130中。
当燃烧室中的压力变化导致空间134压力变化时，导致管120变形而且聚合物涂层142长度发生变化，这导致聚合物的电响应发生变化。例如，聚合物可为压电材料，在这种情况下，涂层142上的电势变化可被测量，以确定燃烧室压力。可替代地，聚合物可为压敏材料，在这种情况下，涂层142的电阻可被监测，以确定压力。
参见图11和12，根据本发明第八实施例，提供了一种在螺帽38f、压力传感器72f、信号缆线98f和引导套管66f的布置上不同于前述实施例的燃料喷射器200。
螺帽38f大致为管状并具有上部分40f和下部分42f。螺帽38f的下部分42f的内直径略大于喷嘴壳体28的颈环部分34，如在上文中实施例中所述。不过，在此实施例中，螺帽38f的上部分40f的内直径与喷射器主体22f的最下端的外直径相等，而且不设置螺纹，使得螺帽38f为喷射器主体22f上的过盈配合件或推入配合件。形成在螺帽38f外壁上的台阶或肩202允许在制造喷射器200的过程中通过适合工具将螺帽38f推至喷射器主体22f上。以这种方式，螺帽38f的壁可处于张力下，以提供夹紧力而将喷嘴壳体28夹紧到喷射器主体22f。
螺帽38f具有从其外壁的区域向外延伸并大致沿螺帽38f的长度延伸的突出部204。突出部204为部分柱形，突出部204的柱轴线平行于喷射器200的纵轴设置。
盲孔206沿突出部204的长度并平行于喷射器200的纵轴延伸。盲孔206与在喷嘴壳体28与螺帽38f之间的空间80连通，并进而经由穿过螺帽38f的下部分42f的通路208而与燃烧室51连通。
光学压力传感器72f设置在盲孔206内。传感器72f包括：第一和第二光导件(未示出)，包括在探头212尖端处的膜210的可变形元件，和外螺纹颈环214。盲孔206的上部分216经由互补内螺纹以接纳颈环214。当传感器72f安装在盲孔206中时，颈环214与盲孔206的啮合螺纹用于防止气体从盲孔206漏入缸头孔48中。
这种光学压力传感器72f的操作例如在欧洲专利EP 1 015 855 B1中被更详细地描述。简而言之，光从探头212内的第一光导件穿过并从探头212内部的膜210的表面反射。反射光穿入探头212内的第二光导件并沿其行进。膜210被设置为使得，当膜210由于在空间80中感受到的燃烧室压力变化而偏斜时，进入第二光导件的光强度发生变化。通过适合的校准，燃烧室压力可在发动机控制单元内通过反射光强度的测量值而确定。
信号缆线98f包括光纤缆线，光纤缆线具有第一和第二光导件(未示出)以与探头212内相应的两个光导件连通。信号缆线98f将探头212的第一光导件连接到光源(未示出)，并将探头的第二光导件连接到光强度探测器(未示出)。便利的是，光源和探测器相互邻近定位，例如位于辅助电子单元(未示出)中。信号缆线98f安装在探头212的颈环214中，并可与探头212和/或颈环214集成。由于这样的光纤信号缆线98f通常不容扭折或锐弯，因而信号缆线98f从螺帽38f朝向引导套管66f平行于喷射器200的纵轴直接延伸。平坦部218设置在信号缆线98f上邻近于颈环214处，以在组装过程中辅助将探头212和信号缆线98f安装在盲孔206中。
为了在缸头孔48内容纳螺帽突出部204和信号缆线98f，沿孔48一侧下方设置槽220，如图12中所示。如图11中所示，引导套管66f的密封部68f具有突出部222，突出部222位于槽220内并抵靠槽220的壁密封。信号缆线98f穿过引导套管密封部68f的突出部222中的开口，所述开口形成了围绕信号缆线98f的液密性和气密性密封。安装环58f也具有对应的突出部224以定位在槽220内，此突出部224类似地具有使信号缆线98f穿过的开口。
光纤信号缆线98f因而位于螺帽38f、引导套管密封部68f和安装环58f的突出部204、222、224中的开口中。这些特征在组合时用于保持光纤信号缆线98f在喷射器200邻近处免于弯曲和扭折。而且，突出部204、222、224可用于通过定位在槽220中而在缸头50中提供正确的喷射器200角度取向，从而以例如确保燃料入口24可易于连接到燃料供应管线(未示出)。
在本发明的范围内，可进行多种修改和替代。特别地，根据上文中进行的描述而显而易见的是，本发明中可采用多种不同类型的压力传感器，包括并未在此明确描述的类型。
例如，压力传感器可设置为类似于图3所示传感器，但其中的压电器件具有重复堆叠结构，在此结构中，多个信号电极通过多个压电元件交替堆叠。可替代地，可以提供压阻元件以替代压电元件。在这种情况下，电流将经由信号缆线的信号导体和接地导体在信号电极与接地电极之间经过，以确定元件的电阻以及作用在隔片上的压力。
压力传感器可完全地或部分地容纳在螺帽中的凹部内，或完全地或部分地容纳在突出部内。例如，当提供采用管形式的可变形元件时，所述管可被容纳在螺帽内壁中的环形凹部中。类似地，当采用光学压力传感器时，如在本发明第八实施例中所述，光学传感器可位于螺帽的凹部内而不是在螺帽的突出部中，或者可位于螺帽的孔内，如在本发明第三和第四实施例中所述。压力传感器也可部分地容纳在螺帽中的凹部中且部分地容纳在螺帽的突出部中。
虽然参照图11和12描述的燃料喷射器具有光学压力传感器，不过包括具有突出部以容纳压力传感器的螺帽的类似结构也可用于电学压力传感器。例如，如果压力传感器过大或成形不当而难以容纳在管状螺帽的柱形外封体内，或者如果信号缆线过长或不易弯曲而难以大致平坦设置在喷射器主体的表面上，则可使用这样的结构。
作为进一步的示例，在美国专利US 6 622 558 B2中描述的隔片传感器可用于替代参照附图中的图3至6所描述的压力传感器。
当存在信号缆线时，信号缆线可方便地为自粘接缆线以使其在喷射器的组装过程中易于附接到喷射器表面。可替代地，在组装过程中粘接层可涂覆于喷射器主体或信号缆线，或者，粘接剂可略去或仅涂覆于信号缆线的部分。金属或聚合物的条或带可围绕喷射器主体和信号缆线设置，从而将信号缆线保持就位。当信号缆线包括一个或多个电导体时，可不设置接地导体，例如当压力传感器通过螺帽和缸头与车辆的零电势电连接时。
包括一个或多个电导体的信号缆线，例如平坦层置信号缆线，可提供以替代在采用光学压力传感器时的光纤缆线。在这种情况下，在压力传感器与信号缆线之间，设置用于将由压力传感器提供的光学信号转化为电信号的装置。
如果使用传统螺纹结构将螺帽拧在喷射器主体上，则螺帽上的平坦区域和端子连接部可能不对准，如上文中参照图1所述。由于在平坦区域与端子连接部之间的角度不对准可能由于组装过程中的不一致性而因喷射器而异，本发明考虑到提供一定范围的信号缆线，每一信号缆线具有不同长度的周向部分。以这种方式，在喷射器组装过程中，可选择具有适合形状的信号缆线，从而允许端子连接部沿正确取向定位，而无论螺帽取向如何。
可替代地，螺帽和喷射器主体可设置有互补校准螺纹，使得在固紧之后，螺帽的平坦区域总是相对于端子连接部限定大致相同的角度。在这种情况下，单一类型的信号缆线可用于每种喷射器。如果螺帽和喷射器主体螺纹连接而使得平坦区域和端子连接部沿相同轴线设置，则可使用平直的信号缆线，而不需要周向部分。在进一步的结构中，不提供螺纹，而是使螺帽作为喷射器主体上的过盈配合件。在组装过程中，这样的螺帽可在其被压入喷射器主体之前被设置为适合角度取向，使得平坦区域与端子连接部对准。
多于一个压力传感器可容纳在螺帽内。所述压力传感器或每一压力传感器的位置和结构可不同于前述位置和结构，这取决于测量准确度、制造方便性、可靠性等的要求。例如，在图9的实施例中，检测到响应于燃料室压力的管变形，单一的应变仪可围绕管的整个周边设置，或者，多个小的应变仪可围绕管以角度间隔定位。
而且，不同类型的压力传感器可设置在相同螺帽内。便利的是，提供第一压力传感器以响应大于大气压力的燃烧室压力，并提供第二压力传感器以响应小于大气压力的燃烧室压力。例如，第一压力传感器可设置在螺帽壁中的凹部或孔中，而第二压力传感器可设置在螺帽的突出部中。对此，本发明考虑到将两个或多个前述实施例结合到单一燃料喷射器中。
如果提供多于一个压力传感器，则可以也提供对应数量(complementary number)的信号缆线。可替代地，可使用单一信号缆线，其具有与所有压力传感器相连的适合数量的导体，例如电学或光学导体。
虽然本发明的燃料喷射器的燃料控制功能已经参照申请人的欧洲专利EP 0 995 901 B进行描述，不过显然的是，本发明也可通过可替代结构在燃料喷射器中实现以控制燃料流动。实际上，由于压力传感器及其相关组件并不位于喷射器主体内，因而喷射器的燃料控制功能不受压力传感器与燃料喷射器的集成的影响，结果，本发明可应用于基本上任何具有螺帽的燃料喷射器设计。例如，本发明可应用于不具有喷嘴壳体的喷射器，或喷嘴壳体与喷射器主体集成的喷射器。对此，本发明还涉及具有集成的压力传感器并适合于装配到现有燃料喷射器的螺帽，用于替代现有螺帽或提供第一或附加螺帽。本发明还涉及被设置以将压力传感器容纳其中的螺帽，例如，螺帽通过提供孔或凹部以容纳压力传感器。

Claims (28)

1、一种燃料喷射器，包括：喷射器主体(22；22f)，螺帽(38；38c；38f)，和在使用时暴露于燃烧室(51)中压力变化的压力传感器(72a-f)，其中，所述压力传感器(72a-f)设置在所述螺帽中并处于所述喷射器主体之外。
2、根据权利要求1所述的燃料喷射器，进一步包括：在所述喷射器主体(22)之外并与所述压力传感器(72a-f)相连的信号缆线(98；98f)。
3、根据权利要求2所述的燃料喷射器，其中，所述螺帽(38；38c；38f)设置有平坦区域(108)，所述信号缆线(98；98f)从所述平坦区域(108)上经过。
4、根据权利要求2或3所述的燃料喷射器，其中，所述喷射器主体(22)携载有外套管(66)，所述信号缆线(98)从所述喷射器主体(22)与所述套管(66)之间穿过。
5、根据权利要求2或3所述的燃料喷射器，其中，所述喷射器主体(22f)携载有具有突出部(222)的外套管(66f)，所述突出部(222)具有开口，所述信号缆线(98f)穿过所述开口。
6、根据权利要求2至5中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述信号缆线(98；98f)粘接地附接到所述喷射器主体(22；22f)。
7、根据权利要求2至6中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述信号缆线(98)具有平行于所述燃料喷射器的纵轴的第一部分(110)、沿所述喷射器主体(22)的周向的第二部分(114)和平行于所述第一部分(110)的第三部分(112)。
8、根据权利要求2至7中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述信号缆线(98)包括一个或多个扁平的层置导体(98，104)。
9、根据前述任一权利要求所述的燃料喷射器，其中，所述压力传感器(72a-f)包括可变形元件(76a；76b；120；210)，所述可变形元件在使用时响应于所述燃料室(51)中的压力变化而变形。
10、根据权利要求9所述的燃料喷射器，其中，所述压力传感器(72a)进一步包括压电器件(84)，所述压电器件电响应所述可变形元件(76a)的变形。
11、根据权利要求10所述的燃料喷射器，其中，所述压力传感器(72a)进一步包括压阻器件，所述压阻器件电响应所述可变形元件(76a)的变形。
12、根据权利要求10或11所述的燃料喷射器，其中，所述压力传感器(72e)进一步包括携载于所述可变形元件(120)上的电功能聚合物涂层(142)，所述涂层(142)被设置为电响应所述可变形元件(120)的变形。
13、根据权利要求9至12中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述压力传感器(72d)包括应变仪(138)。
14、根据权利要求9所述的燃料喷射器，其中，所述可变形元件(76b；120)是磁致伸缩元件，从而响应于所述可变形元件(76b；120)的变形而导致线圈(118；126)的电阻变化。
15、根据权利要求9至14中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述可变形元件(76a；76b)包括隔片。
16、根据权利要求9至14中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述可变形元件(120)包括与所述螺帽(38c)共轴的管。
17、根据权利要求9所述的燃料喷射器，其中，所述可变形元件包括膜(210)，所述膜被设置为将来自第一光导件的一定量的光反射至第二光导件中，所反射的光的量通过所述膜(210)的变形程度控制。
18、根据权利要求2至7中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述压力传感器(72a-f)包括可变形元件(76a；76b；120；210)，所述可变形元件在使用时响应于所述燃料室(51)中的压力变化而变形，其中，所述可变形元件包括膜(210)，所述膜被设置为将来自第一光导件的一定量的光反射至第二光导件中，所反射的光的量通过所述膜(210)的变形程度控制，所述信号缆线(98f)为光纤缆线。
19、根据前述任一权利要求所述的燃料喷射器，包括限定空间(80；134)的喷嘴壳体(28)，其中，所述空间在使用时与所述燃料室(51)和所述压力传感器(72a-f)连通。
20、根据权利要求19所述的燃料喷射器，包括密封衬垫(60)，所述密封衬垫在所述密封衬垫与所述喷嘴壳体(28)之间限定缝隙(82)，其中，所述燃料室(51)与所述空间(80；134)通过所述缝隙(82)连通。
21、根据前述任一权利要求所述的燃料喷射器，其中，所述螺帽(38)包括具有凹部(70)的内壁，所述压力传感器(72a；72b)的至少一部分被容纳在所述凹部(70)内。
22、根据前述任一权利要求所述的燃料喷射器，其中，所述螺帽(38f)包括具有突出部(204)的外壁，所述压力传感器(72f)的至少一部分被容纳在所述突出部(204)内。
23、根据前述任一权利要求所述的燃料喷射器，其中，所述螺帽(38)携载有内螺纹，用于与携载于所述喷射器主体(22)的一部分上的外螺纹匹配。
24、根据权利要求1至22中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述螺帽(38f)是在所述喷射器主体(22)的一部分上的过盈配合件。
25、根据前述任一权利要求所述的燃料喷射器，包括容纳在所述螺帽(38；38f)内的两个或更多个压力传感器。
26、一种用于构造根据权利要求1所述燃料喷射器的方法，所述方法包括以下步骤：选择根据权利要求7所述的信号缆线(98)，所选择的信号缆线具有适合长度的第二部分(114)以允许在所述压力传感器(72a-f)与所述信号缆线(98)的端子连接部(106)之间进行连接。
27、一种燃料喷射器，包括：喷射器主体，螺帽(38)，和在使用时暴露于燃烧室中压力变化的压力传感器(72)，其中，所述螺帽设置有孔(102a，c)，以使所述压力传感器(72)容纳在所述螺帽中并处于所述喷射器主体之外。
28、根据权利要求27所述的燃料喷射器，其中，所述螺帽(38)设置有凹部(70a，c)，以在使用时使所述压力传感器(72)暴露于所述燃烧室中的压力变化。
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