專利名稱：燃料噴射裝置以及用于控制所述裝置的方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料噴射裝置，特別用于內燃機，并且涉及控制該裝 置的方法。
背景技術：
文獻FR 2 854 664披露了 一種噴射裝置，該噴射裝置包括裝配有一根 針的一個管狀體。該針終止在一個頭部，該頭部與由管狀體端部支撐的一 個閥座共同作為 一個閥門。將壓力下的燃料送入該管狀體并且停止在該閥 門處。該針閥具有一個縱向腔室，其中放置有一種電活性材料。當該電活 性材料受激勵時，它會延長，同時引起針的彈性延長并且因此使頭部從閥 座上公離。然后該閥門打開并且燃料通過在閥座和頭部之間通過，從而注 入一個燃燒室。利用 一個像這樣的噴嘴，用于獲取最大閥門升程的響應時間非常短， 典型地少于50|is。因而它有可能實際上在每個噴射過程中每一時刻控制 閥門的開啟程度。燃料的瞬間投送以及液滴的形成因此得到控制。然而，電活性元件必須與頭部鄰近。目前，由于鄰近燃燒室，該電活 性元件可能^L增溫至能夠損害其運行。此外，將其安裝到靠近噴油嘴的末 梢可能會出現可供使用空間的問題。發明內容因此本發明的一個目的是提出一種燃料噴射裝置，其中可以精確地控 制閥門頭部的位置，具有良好的響應時間，并且其中該電活性元件能在可 接受的條件下運作。為此目的，本發明的一個主題是一種燃料噴射裝置，該燃料噴射裝置包括一個圓柱體、 一根針，該針的一端有一個頭部，該頭部在由圓柱體支 撐的一個閥座上作為一個閥門， 一個電活性材料執行器，該執行器包括一 個桿件并且能夠4吏頭部移動以打開閥門、 一個該桿件上伸展的配重、 一個 將針和配重保持為被壓迫在該桿件的相對端上的預加栽裝置。該針以一種 剛性桿的形式相對該圓柱體同軸延伸，當該執行器使其在一個給定的'M 頻率下接受軸向脈沖時，該針能夠進入軸向共振狀態，由此將頭部的振動運動疊力p在4十的整體運動上。該桿件的長度允許將執行器遠離頭部放置在該裝置的體內并因此更少 地受燃燒室發熱的影響。該激發頻率選擇為接近針的自然頻率，以便通過 針在軸向的一系列壓縮或g而獲得共振。而且，可以在該裝置的軸向上 設置該桿的共振使之有可能以選擇的激發頻率在軸向上獲得一種頭部位移 模式。例如，所選擇的頻率為使振蕩周期遠小于噴射階段的持續時間或噴液滴的控制。這些振蕩(在振動運動之外所到達)疊加到該針的整體運動上。 這兩種動作同時發生。當桿件在信號的影響下變形時，它在一端壓在針上 并在另一端壓在該配重上。配重對抗該桿件的反作用力允許將該桿運動的 一個必要部分傳輸到針上。舉例來說，該、^bl頻率是在從10到30KHz的范圍之內。因此在噴射 階段有可能獲得一個精細的液滴的形成。在一個第一實施例中，該桿件由磁致伸縮材料制成并且環繞一個能夠 在桿件中產生磁場的線圏。當這樣一種材料受到磁場作用時，它產生一個 傳輸到針的延長。因此該針軸向地在打開閥門的方向上移動。取決于該磁 場的頻率，在低率的情況下該針將會整體地移動，或者如果該磁場是處于 能夠使針共振的一種激發頻率，即處于接近該針的自然頻率的一個頻率上， 該針將會共振地延長和收縮。作為一種優選方案， 一種由鐵磁材料制成的管環繞該線圏。因此，該 桿件中產生的磁場依靠該管回送到其本身。因此增加了線圏的有效性。在一個第二實施例中，該桿件由壓電材料制成。作為一種優選方案，該配重的阻抗大于該針的阻抗。通過制成該配重 的材料的密度和其中的聲音速度的乘積來定義阻抗。該阻抗表現出該材料 的動態行為。因為配重的阻抗較大，所引起的運動基本上以一種變形或一 種運動的形式傳遞到該針上。因此，即使該配重沒有固定到該裝置的本體 上，由該針、桿件以及配重構成的組件在所釆用的頻率下表現得就像該配 重被固定了一樣。具體地，該預加載裝置包括一個含有該配重以及執行器的管狀套管、 壓在該套管上并且趨于推動該配重頂向桿件的一個預加載彈簧、以及一個彈性墊圏；該針具有一個凸緣，該彈性墊圈支撐該凸緣以便將針壓縮在桿 件上。在桿件上的壓縮性預加載的增加了桿件的工作振幅。在這個結構中， 施加該預加栽還允許將配重和針壓迫在桿件上。此外，通過該墊圈的彈性 形變允許與該針接觸的桿件的端部運動。在一種改進中， 一個包括針、預加載裝置和執行器的組件被安裝為使 其可在圓柱體中滑動，還有作用于所述組件上并趨于將該頭部壓迫到閥座 上的壓迫裝置。這種安裝使之有可能補償該裝置中的不同的膨脹，而這種 不同的膨脹是由于這些部件的溫度以及各個部件的膨脹特性之間的差異。 針的頭部不再擠壓閥座的噴射周期AA夠的短，使包括針、預加栽裝置和 執"f亍器的組件沒有時間移動并再次關閉閥門。本發明的 一個進一步的主題是控制以上描述的噴射裝置的 一種方法， 利用該方法通過在執行器上施加在噴射周期中的一個連續信號以及在能夠 促使針閥發生共振的激發頻率上的一個周期信號來執行一個噴射階段。該 持續信號的作用是使得針整體移動而該周期信號的作用是將針置于共振。 針的運動幅度以及該針的振蕩幅度可以調整。在一個噴射周期內這兩個信 號的幅度可以調整。才艮據一種改進，若控制信號被切斷，將通過頭部的模擬振蕩運動的逆 變換所獲得的一個阻尼信號進行疊加。如果控制信號突然被切斷，因為這 兩個信號的疊加，針的頭部高速返回到其頂在閥座上的位置，因此產生一 個振動。通過模擬無閥座時頭部運動的方式，有可能獲得在該頭部休止位置附近的一種振蕩運動。通過對這種振蕩運動施加一個逆變換獲得一個阻 尼信號，當施加到該控制信號上時，該阻尼信號j吏之有可能得到頭部的一 種阻尼運動。于是在噴射周期的結束時該頭部輕柔地返回其閥座。
通過閱讀以下描述可以更好地理解本發明并且進一 步的特征和優點將 會變得明顯，該描述參考圖1，該圖為根據本發明的一個裝置的縱向剖面 視圖。
具體實施方式
根據本發明的一種噴射裝置1，如圖1所示，旨在將燃料噴射進入一 個內燃機的燃燒室或者進入一個空氣進入管，這兩個物件均未畫出。該噴射裝置包括制成兩部分的一個圓柱體。 一個前部10以及一個后部 11，這兩部分保持同軸并且通過一個套件12通過螺紋緊固連接到一起。該圓柱體的前件10具有一個與圓柱體同軸的孔15以及位于前件10 一端的一個閥座14。 一根針2可滑動地安裝在孔15中。它包括與閥座14 共同起閥門作用的一個頭部20。在孔15與針2之間的一個空間中形成一 個通道16，以便將燃料一直輸送到閥座14。從在圓柱體內部延伸的一個輸 送管13自 一個連接端口 17向通道16送料。圓柱體的后部11包括一個管狀套管37，該管狀套管安裝為能沿著圓 柱體的軸滑動。由一個套管彈簧4對管狀套管37向后施力，該套管彈簧支 撐在屬于該圓柱體的一個第一凸肩110與屬于該管狀套管37的一個第二凸 肩370上。針2在其與頭部20相對的一端具有一個凸緣21，其上裝有一個彈性 墊圏33。該彈性墊圏33也被壓迫到屬于管狀套管37的一個第三凸肩371 上，其方式是通過彈性墊圏33將襯套管彈簧4的張力傳送到針2并由此將 4十的頭部20壓到該閥座14上。在針2向后延續的部分中，該噴射裝置l包括一個電活性材料的執行器3以及一個配重34。在所描述的實施例中，該執行器3包括由一個線圏 31以及一個鐵磁材料的管32環繞的磁致伸縮材料的一個桿件30。例如， 該桿件30由Terfenol (注冊商業名稱)制成。桿件30受到一個預加載裝 置的壓縮，該預加栽裝置包括一個預加載彈簧35，該預加載彈簧壓在旋入 套管37中的一個接頭36上并且趨于將配重34壓到桿件30上。鐵磁材料 管32 ^皮推到在與桿件30相同的端部處在配重34的端部產生的一個導向圓 柱340上。該針閥2的長度，連同制成針閥的材料，被確定的方式為當受到一個 在10到30 kHz的范圍內的一個、M頻率的軸向振蕩時該針發生共振。當 該針以一個接近該針振蕩的自然頻率而受到應力時即達到共振。如果該針 閥的長度是l，那么存在不同的自然頻率fn，如fn氣2n+l)C/(4xl)，其中n 為一個正整數或零，而C為在制成該針的材料中的聲速。制成配重34的材料的阻抗要大于針的阻抗。例如配重34由鎢制成， 而針2由鋼或者鈦制成。該阻抗由公式Z-pC定義，其中r是單位為kg.nT3 的密度而C是單位為m.s"的在該材料中的聲速。該阻抗還可以表達為 z=#,其中E是材料的楊氏模量，單位為Pa。就鋼而言，其Z值所具有 的量級為40,000,000;對于鎢，Z值的量級為88,000,000,而對于鈥，Z值 的量級為22，000，000。配重比針的阻抗值大得越多，通過優選將桿件的運 動傳遞到針閥的量就越多，因此提高了系統的有效性。當執行一個噴射階段時，在噴射周期中 一個連續信號和基本上處于該 選定的激發頻率的一個周期信號被施加到執行器。為做到這一點，使用了 未描繪出的裝置將攜帶該連續信號和周期信號的一個電流供給線圏31。其 結果是，該桿件30根據該連續信號的強度平均地延長并且在激發頻率上周 期性地延長。考慮到不同的線形阻抗，桿件30靠在配重34上并且將針2 置于運動中并^/v振動狀態。例如，傳遞到針的頭部20的運動是一個20 到30 ju m的平均位移以及該平均位置附近的10到20 ja m量級的振動。本發明并不限于僅僅通過舉例來描述的實施例。該執行器可以利用一 種由壓電材料制成的桿件來制造。
權利要求
1、一種燃料噴射裝置，包括一個圓柱體(11，12)，一根針(2)，其一端具有一個頭部(20)，該頭部在由該圓柱體支撐的一個閥座(14)上作為一個閥門，一個電活性材料執行器(3)，該執行器包括一個桿件(30)并能夠引起該頭部(20)移動以便打開該閥門，一個使該桿件(30)伸展的配重(34)，保持該針(2)和該配重(34)被壓到該桿件(30)兩相對端的一個預加載裝置(35，36，37)，其特征在于該針(2)以一種桿的形式相對該圓柱體(11，12)同軸伸展，當通過該執行器(3)在一個給定的激發頻率下受到軸向脈沖時該針(2)能夠發生軸向共振，由此將該頭部(20)的振動運動疊加到該針(2)的整體運動上。
2、 權利要求1所述的噴射裝置，其中該激發頻率位于10到30 kHz 的范圍內。
3、 權利要求1所述的噴射裝置，其中該桿件(30)是由磁致伸縮材料 制成并且環繞了一個能夠在該桿件(30)產生磁場的一個線圏(31)。
4、 權利要求3所述的噴射裝置，其中由鐵磁材料制成的一個導管(32 ) 環繞該線圏(31)。
5、 權利要求l所述的噴射裝置，其中該桿件(30)由壓電材料制成。
6、 權利要求5所述的噴射裝置，其中該配重(34)的阻抗大于該針(2) 的阻抗。
7、 權利要求6所述的噴射裝置，其中該預加載裝置包括一個含有該配 重(34)以及該執行器(3)的管狀套管(37),壓在該套管(37)上并趨于 將該配重(34)推向該桿件(30)的一個預加載彈簧(35)，以及一個彈 性墊圏(33);該針(2)具有一個凸緣(21);該彈性墊圏(33)支撐該 凸緣(21)上以侵/使該針閥(2)壓到該桿件(30)上。
8、 權利要求7所述的噴射裝置，其中包括該針(2),該預加負載裝 置(33,37,35)以及該執行器(3)的組件安裝為它可以在該圓柱體(11) 上滑動；這里有作用在所述組件上并趨向于將該頭部(20 )壓到該閥座(14 )上的壓迫裝置(4)。
9、 一種控制如權利要求1至8之一所述的噴射裝置的方法，其特征在 于通過在該噴射期間中對該執行器(3 )施加一個連續信號以及在一個激發 頻率上能夠促使該針(2)發生共振的一個周期信號來執行一個噴射階段。
10、 權利要求9所述的控制方法，其中若該控制信號被切斷，對通過 對該頭部(14 )的模擬振蕩運動的逆變換而獲得的一個阻尼信號進行疊加。
全文摘要
本發明的燃料噴射裝置包括一個圓柱體(11，12)，一根針，其端部配有一個頭部(20)，在由該圓柱體端部支撐的閥座(14)上形成一個閥門，一個由電活性材料制成的執行器(3)配備了一個桿件并使該頭部(20)移動而使閥門打開，并且一個預加應力裝置將針和一個平衡配重保持為將它們壓在該桿件相對端上。該針(2)以一個剛性桿的形式軸向延伸至該圓柱體(11，12)，并且當該執行器(3)以一個確定的激發頻率使它接受軸向脈沖時，它會軸向共振。還披露了一種用于控制所述裝置的方法。
文檔編號F02M51/06GK101233313SQ200680028380
公開日2008年7月30日 申請日期2006年7月20日 優先權日2005年8月1日
發明者A·阿涅雷, L·勒萬, S·蓋爾鮑維 申請人:雷諾股份公司