CN1042051C

CN1042051C - 流体流动控制阀的改进

Info

Publication number: CN1042051C
Application number: CN94106938A
Authority: CN
Inventors: 伊恩·F·华莱士; 约翰·斯坦福德
Original assignee: Perkins Ltd
Current assignee: Perkins Engines Co Ltd
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1994-05-05
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-05-05
Also published as: CN1114023A

Abstract

一种流体流动控制阀，它包括第一和第二导电的壳体，其间以具有电阻的电活性元件隔开。一个导电的阀操纵装置，该操纵装置与第二壳体导电接触，并可在其上滑动。操纵装置可从与第一壳体相间的第一位置移动到与第一壳体接触的第二位置，此时第一和第二壳体间形成的电接触阻抗要小于其间隔有电活性分离元件时的电阻。在与第一壳体相间的第一位置，壳体间的电阻取决于分离元件的电阻。壳体上接有一电路，它包括一个限流电阻，与分离元件形成分压电路，从而输出表示阀操纵装置与第一壳体相接触的信号。

Description

流体流动控制阀的改进

本发明涉及一种流体流动控制阀门，尤其是一种用于内燃机的燃料喷射器。

用于内燃机的燃料喷射器通常包括一个阀，在使用过程中，该阀可使燃料在一定压力下喷入气缸内进行燃烧。燃料喷入气缸的喷射定时可以由机械装置加以较为准确的控制，但一般在多缸发动机中，所述的机械装置无法对每一个气缸的燃料喷射定时分别进行调整。

目前在内燃机中已采用电磁系统，在该系统中可按预定的顺序对各气缸的燃料喷射进行电控。这种电磁系统中包括感应装置，以便将表示发动机定时的磁系统信号反馈回系统中，使系统能按照预定程序的步骤对各气缸随后的燃料喷射定时分别进行调整。

同时上述磁系统能够改进发动机的燃料消耗和废气排放等性能，该系统对内燃机性能的改进程度直接取决于定时控制系统的准确性，而定时控制系统的准确性则又取决于系统接收到的各气缸实际的燃料喷射定时的信号和准确性。

GB-A-2024934描述了一种燃料喷射定时喷嘴组件，它具有一导电壳体，一导电阀件可移动地安装其中与所述壳体电接触。该阀件可从一其头部与一导电接触销件接触的第一位置到一其头部与所述接触销件分开的第二位置移动。喷嘴组件包括用于使接触销件与喷嘴组件以其它部件电绝缘的电绝缘装置，例外的是当阀件位于其第一位置时销件和阀件的头部之间的电接触。因此在喷嘴组件的操作过程中阀件可用作电开关。

本发明的目的是提供一种改进的流体流动控制阀，它能够准确测量流体流动的定时。

首先，本发明提供一种流体流动控制阀，它包括并联的第一和第二导电体，通过具有电阻的电活性元件与第一和第二导电体的分离的固定壳体，和一导电的阀操纵装置，该操纵装置与第二壳体形成导电接触，并可在其上运动，操纵装置可从与第一壳体相间的第一位置移动到与第一壳体接触的第二位置，此时第一和第二壳体间形成的电接触阻抗要小于其间隔有电活性分离元件时的电阻。

另外，每个体件包括可与外部电路连接的电接触装置。

此外，当阀操纵装置处于第一位置时阀是关闭的。

第一体件还可具有通常将阀操纵件压紧在第一位置的装置，在该位置压紧装置与阀操纵件间的电接触电阻要大于或等于分离元件的电阻。

其次，本发明提供一种燃料喷嘴组件，它包括一流体流动控制阀，其中流体流动控制阀为一用于内燃机的燃料喷嘴组件，它包括一个装有一个导电喷嘴头的导电喷嘴体，一从喷嘴体分离所述喷嘴头的元件，以及一个可滑动地设于喷嘴头内以便与之电接触的导电的针阀件，所述针阀件可从与喷嘴体分离的第一位置移动到与喷嘴体接触的第二位置，其中分离元件为导电的但具有电阻抗以使针阀件从其第一位置至其第二位置的运动形成一小于经分离元件的上述喷嘴体和喷嘴头间已存在的阻抗的喷嘴体与喷嘴头之间的低电阻抗连接。

另外，喷嘴体和喷嘴头均包括可与外部电路连接的电接触装置。

此外，当针阀处于第一位置时喷嘴头是关闭的。

喷嘴体还可具有通常将针阀压紧在第一位置的装置，在该位置压紧装置与针阀间的电接触电阻要大于或等于分离元件的电阻。

在本发明中可采用如螺线管等机电装置使针阀从第一位置运动到第二位置。

或者，也可借助通过喷嘴组件作用在燃料通路的针阀上的燃料压力，使针阀从第一位置运动到第二位置。

喷嘴体和喷嘴头间最好以一电路相连，该电路中包括处理装置，动力源和一个限流电阻。

分离元件的电阻(R₁)可以这样确定：当针阀处于第一位置时，在限流电阻(R₃)两端测出的电压(V_S)小于处理装置的阈值电压(V_T)。

此外，分离元件的电阻R₁也可以这样确定：当针阀处于第一位置时，在限流电阻R₃两端测出的电压V_S大于或等于处理装置的阈值电压V_T。

从以下结合附图对本发明实施例的描述中，可以更清楚地了解本发明的上述及其它的特点。

图1是本发明燃料喷嘴组件第一实施例的纵向剖视图，在该图中针阀处于关闭位置；

图2是在图1所示燃料喷嘴组件处于开启位置状态下的纵向剖视图；

图3是本发明燃料喷嘴组件第二实施例的纵向剖视图，在该图中针阀处于关闭位置；

图4是在图3所示燃料喷嘴组件处于开启位置状态下的纵向剖视图；

图5表示了适于联接在喷嘴头和喷嘴体之间的电路的示意图，所述的电路可产生表示燃料喷射定时的输出电压信号V_S。

图1所示为一种特别适用于柴油机的燃料喷嘴组件10的纵向剖视图。燃料喷嘴组件10包括一个装有燃料喷嘴头14的喷嘴体12。喷嘴体12和喷嘴头14均为导电材料，二者之间由具有电阻的元件16隔开。喷嘴头上设有纵向长孔18，针阀20可在该孔内滑动。在图1中，针阀位于第一关闭位置，在该位置针阀的下端20a紧压在喷头14的阀座部分14b上，将两个与长孔18相通的喷孔22关闭。针阀20也是导电体，且其上部20b与喷嘴头14进行滑动的电接触。

喷嘴体12和喷嘴头14一起被压紧于壳体15中(仅由图1中可见)，壳体与喷嘴体12间以螺纹联接。壳体15与喷嘴头14的台肩部分14c接触，但其间有绝缘垫片17相隔。壳体15的内径大于喷嘴头14的外径，这样可以用气隙19来使壳体15和喷嘴体14分离，同时该气隙还可以使壳体15和喷嘴头14之间电绝缘。

燃料喷嘴头14的表面可具有电绝缘层21(在图1所示的喷头14中仅在其中的一侧示出)，这一绝缘层仅设在喷嘴头14的一部分上且可以附加在气隙19和/或垫片17上或者替换它们。实际上，该层21也可以不是电绝缘材料，但它要与分离件16具有相似的电阻特性，即使层21的阻抗不大于分离件16的阻抗，也至少应等于该阻抗。层21可以喷涂在燃料喷嘴头14上。

穿过分离件16伸进喷嘴体12和喷头14中的定位件23(仍仅见于图1中)，可以防止喷嘴体12和喷头14的相对转动，在将壳体15拧到喷嘴体12上以固定压紧喷嘴体12和喷嘴头14时就更是如此。定位件23可由电绝缘材料制造；或者，定位件23可以具有与分离件相似的电阻特性，但该电阻必须能够在喷嘴体12和喷嘴头14间形成这样一种电联接，即其电阻等于或大于分离件16所具有的电阻。定位件23的电阻特性可以由制造定位件的材料来确定；或者，定位件23的表面上可涂覆适当的电阻材料。

一根穿过喷嘴体12、分离件16和喷嘴头14上部14a的燃料通道24在针阀20上部20b之下与纵向孔18相通，燃料通过该道道由该置在气缸上的燃料喷嘴组件喷入气缸内(图中气缸未示出)。针阀20下部20a的直径小于纵向孔18的直径，从而在针阀20和喷嘴头14之间形成一个通道，该燃料流经的通道截面呈环状。

当针阀20处于图1所示的第一位置时，它可将孔22关闭，以防止燃料流经此处。

在图2中针阀20处于其第二位置，当针阀在该位置时，燃料便经由通道24顺纵向孔18从孔22中喷出。在其第二位置，针阀20与喷嘴体12相接触，这样穿过分离件16在喷嘴体12和喷嘴头14间形成一种电连接，这种电连接的电阻低于所述喷嘴体和喷嘴头之间已经存在的电阻。

针阀20可在螺线管(图中未示)的作用下从第一位置运动到第二位置，在本发明的实施例中，则是由从通道24流下的燃料的高压驱使针阀运动。由于燃料压力非常高，故可使针阀20迅速从其第一位置运动到第二位置。

燃料可以借助电控螺线管(图中未示)供入燃料通道24，在燃料供给过程中，螺线管一旦被激励，便可将燃料供至通道24中。螺线管被激励的程度决定了喷射组件10喷入内燃机气缸中的燃料量。

图3为本发明针阀20的第二个实施例，在该图中针阀处于第一关闭位置。图3所示喷嘴组件10与图1所示的区别仅在于图3中包括了压紧件26，压紧件在通常情况下使针阀20保持在第一位置。压紧件26可仅包括柱塞28和弹簧30，弹簧30将柱塞28压在针阀20上，从而将针阀压向第一位置。

柱塞28可由电绝缘材料制造，或者柱塞也可以具有与分离件16相似的电阻特性，但该电阻特性必须形成一种电接触，这种电接触的电阻要大于或等于分离件16的电阻。

图4仍旧表示本发明的第二个实施例，但在该图中针阀处于第二开启位置。

在喷嘴体12和燃料喷嘴头14之间外接一电路，该电路包括电源V₁、限流电阻R₃和电压检测装置V_SO限流电阻R₃的阻值应当能在针阀20处于第二位置时限制经针阀20通过喷嘴体12和燃料喷嘴头14的电流。因此，外接电路能提供一电压信号V_S，该信号至少能够提供当针阀处于与喷嘴体12接触的第二位置时的有关定时数据。通过针阀20在喷嘴体12和燃料喷嘴头14之间形成的电连接的电阻值要小于为限流电阻R₃和分离件的电阻R₁所选定的阻值。

喷嘴件12和喷嘴头14之间不必完全是电绝缘的，且表示喷嘴体12和喷嘴头14间电接触的电压信号V_S可被用于如电控制单元(ECU)的处理装置中。该处理装置在电压阀值为V_T的低电位和高电位间工作，该电压阈值略低于高电位电压值。处理器的高低电位设定了该处理器的逻辑标准。

图5表示了一个与用于喷嘴体12和燃料喷嘴头14的电路相当的电路图。在该图中开关30示意性地表示了燃料喷嘴组件10。开关30打开表示针阀20处于第一位置，开关30闭合表示针阀20处于第二位置。在第二位置，喷嘴体12和燃料喷头14间形成阻抗R₂非常低的电接触。R₃确定了一个限流电阻，R₁表示了分离件16的阻抗，R₂表示了在喷嘴件12和喷嘴头14相接触的第二位置经由针阀20在喷嘴体12和燃料喷嘴头14之间形成的电接触阻抗。

从图5中可以看到，与用于喷嘴体12和燃料喷嘴头14的电路相当的电路是一个简单的分压电路。由于R₂的值相对较小，所以不论针阀20是处于第一位置还是处于第二位置，检测电压V_S的值均取决于R₁和R₃的相对值。仔细选择R₁和R₃的相对值，使被检测的电压V_S可在高于和低于处理装置的电压阈值V_T之间变化，以便为处理器提供表示针阀20抬起的输出信号。

这样输出电压信号V_S产生一个表示喷射定时的信号，并且由于针阀开启迅速，所以在实际使用中产生的信号为一个方波。该信号的上述特性使之适于直接作为数字式电控单元(ECU)的输入信号，当然该电控单元应当有适当的开关电压(例如为5伏直流电)。故此该信号能准确表示燃料喷射的开始和结束，且由于针阀20只需要几毫秒的时间便可从第一位置运动到第二位置，与喷嘴件形成电接触，所以与针阀保持在允许燃料喷射的第二位置所用的时间相比，上述的时间延迟是可以忽略的，并且与一个适当的电控单元的运行时间相比，这一时间延迟也没有明显的实际意义。

因此，它提供了一个表示喷射过程开始的明确信号，该信号可作为喷射定时的闭环控制的反馈信号。

在多缸发动机中，监测上述信号能使电控单元分别控制各缸的喷射定时，并且一次喷射定时的反馈信号可用于对其后定时的调整。采用上述方式设有预定程序的ECU就能根据反馈信息进行控制，保持并改善发动机的性能，补偿发动机工作期间因喷射器磨损和腐蚀/破坏而带来的影响。

采用具有本发明特征的喷射器的优点是可对喷射定时进行闭环控制，从而可以忽略发动机各喷射器间喷射延迟的固有差。异例如在发动机转速为2000转/分时，假设各气缸具有上死点前相同的喷射信号，则若喷射延迟相差1毫秒，喷射定时便相差12°曲轴转角。如果不进行反馈控制，那么各气缸的喷射器喷出的燃料就不得不在上死点前相同的位置处起燃。输入了表示喷射定时反馈信号的电控单元可以“学习”各气缸喷射器的延迟时间和各发动机的固有特点。

这样各气缸的喷射信号是经过修正的定时信号，它们能对准确确定各喷射器的燃料喷射时间。ECU“学习”到的各喷射器的延迟时间可被检测并用作参考值。将该参考值与当前运行值相比较，避免喷射器的超量磨损，因为一旦发生这种情况，ECU可以在下一个工作循环中表示出已磨损的喷射器。每个喷射器延迟时间的变化率也可被监控来预报工作中的任何可能的失误。

喷射器关闭信号，即让针阀回到其第一位置而切断所形成的电路，将让ECU从喷射器开启时刻进行计算并比较由每个喷射器喷出的燃料的量。这将能通过调整单个喷射器的线圈加电的时间来使喷入每个气缸中的燃料量相等。

与此同时，分离件16的电阻R₁和限流电阻R₃的相应值提供了一个表示燃料喷射定时的电压信号V_S，不需要选择所述件16和电阻R₃的电阻值来使电压信号V_S按ECU的阈电压V_T而变化。事实上，R₁和R₃的值可以选择成在针阀位于其两个位置之一上时所检测到的电压V_S值在任何情况下均大于工作件的阈值V_T，从而提供一个在任何情况下均带有ECU可用数据的电压信号V_SOECU可以进行处理以得到一个针阀20位于其相应的第一和第二位置时的检测值之间的比较。在针阀20处于其第二位置并因而提供出一个表示燃料喷射定时的信号V_S时，检测到的电压V_S值将会更大。然而，当针阀件不处于其第二位置时，幅度大于ECU临界电压V_T的电压信号V_S仍将会被检测到。该信号可以用在由ECU指导的特性测试中。例如，在其它，即发动机传感器装置检测到喷入一特殊缸体中的燃料有问题的情况下，例如出现温度过高等问题时，目前可测得的电压信号V_S便指示连接燃料喷射组件的电路工作而且由其它装置检测到的故障必须与喷射器组件中的故障有关。例如，由此测得的电压信号V_S可允许至少完全连接每个喷射器组件的电路以便在发动机起动时检测。

与此同时，分离件16以局部剖视方式显示在图中并位于喷嘴体12和燃料喷嘴头14之间，应当了解到喷嘴体12和喷嘴头14必须由某种呈适当形状的具有电阻的元件16分隔开，这种材料分离开任何可能接触的表面。分离件16可以简单地包括一个垫片。然而，它最好是由一种电阻材料的膜制成，它可以通过任何适当的装置喷涂或涂抹在燃料喷嘴头14的适当表面上。

可提供的预定值的阻抗、耐磨性、磨擦阻力、耐化学腐蚀性的涂层是公知的。其中的一种可以采用由Whitford公司集团提供的注册商标为Xylan的产品。

还应了解到，本发明的说明书同时还涉及一种内燃机的燃料喷射器喷嘴组件，本发明可以提供任何流体流动控制阀，其中可通过阀的开启确定精确的流体流动定时。

Claims

1.一种流体流动控制阀，包括并联的第一和第二导电的静止体件，分离所述第一和第二体件的装置和一个导电的阀操纵装置，所述的阀操纵件与所述第二体件电接触，并可于其上运动，所述阀操纵件可从与所述第一体件相间的第一位置移动到与所述第二体件接触的第二位置，其特征在于，所述的分离装置是导电的但是具有电阻抗，从而使操纵件穿过所述的分离装置在所述第一和第二体件之间从其第一位置到其第二位置的运动形成一种电连接，所述电连接的电阻小于在所述第一和第二体件之间已经存在的电阻。

2.如权利要求1所述的流体流动控制阀，其特征在于，每个体件包括可与外部电路连接的电接触装置。

3.如权利要求1或2所述的流体流动控制阀，其特征在于，当阀操纵件处于第一位置时阀是关闭的。

4.如权利要求3所述的流体流动控制阀，其特征在于，第一体件还可具有通常将阀操纵件压紧在第一位置的装置。

5.如权利要求4所述的流体流动控制阀，其特征在于，压紧装置与阀操纵件间的电接触电阻要大于或等于分离元件的电阻。

6.一种用于内燃机的燃料喷嘴组件，其中流体流动控制阀包括为一用于内燃机的燃料喷嘴组件，它包括一个装有一个导电喷嘴头的导电喷嘴体，使所述喷嘴和体件相分离的装置，一个可滑动地设于喷嘴头内以便与之电连接的导电的针阀件，所述的针阀件可以从与喷嘴体相间的第一位置移动到与喷嘴体连接的第二位置，其特征在于分离装置是导电的但是具有电阻，从而针阀件在体件和喷嘴之间从其第一位置至其第二位置的运动形成一种电连接，这种电连接的电阻小于在体件和喷嘴之间已经存在的电阻。

7.如权利要求6所述的流体流动控制阀，其特征在于，采用如螺线管等机电装置使针阀从第一位置运动到第二位置。

8.如权利要求6所述的流体流动控制阀，其特征在于，借助通过喷嘴组件作用在燃料通路的针阀上的燃料压力，使针阀从第一位置运动到第二位置。

9.如权利要求6至8中任一所述的流体流动控制阀，其特征在于，喷嘴体和喷嘴头间以一电路相连，该电路中包括处理装置，动力源和一个限流电阻。

10.如权利要求9所述的流体流动控制阀，其特征在于，分离元件的电阻(R₁)可以这样确定：当针阀处于第一位置时，在限流电阻(R₃)两端测出的电压(V_s)小于处理装置的阈值电压(V_T)。

11.如权利要求9所述的流体流动控制阀，其特征在于，分离元件的电阻R₁也可以这样确定：当针阀处于第一位置时，在限流电阻R₃两端测出的电压V_s大于或等于处理装置的阈值电压V_T。