專利名稱：燃料噴射器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料噴射器，用在將燃料遞送至內燃發動機燃燒空間的過程中使用。尤其，本發明涉及一種旨在用于所謂的“共軌”壓縮點火內燃發動機系統中的燃料噴射器。
背景技術：
在內燃發動機中，周知燃料泵用來將燃料供給高壓蓄能器(或者共軌)，燃料從該蓄能器通過專用的燃料噴射器被傳遞進發動機的每一個氣缸中。典型地，燃料噴射器具有噴嘴以及閥針，該噴嘴被容納在氣缸的氣缸蓋中設置的孔中，閥針被致動以控制高壓燃料從噴嘴中設置的噴射孔釋放進入氣缸。例如在EP0647780或者EP0740068中所描述的，過去的共軌燃料噴射器通過液壓伺服機構(例如動力輔助)打開和關閉閥針。圖I示例了螺線管致動的液壓伺服燃料噴射器，例如EP0740068中的噴射器。該燃料噴射器I包括閥門本體3和細長的閥針9，該閥門本體3限定了在噴嘴區域7終止的盲孔5，該閥針9具有可在孔5中滑動的針尖區域11，從而針尖11能與噴嘴7的內表面限定的閥座13相接合和脫離。噴嘴7設置有一個或多個孔(或者噴射孔，未示出)與孔5連通。針尖11和閥座13的結合防止流體從閥門本體3中穿過孔而漏出，并且當針尖11從閥座13提升時，流體可被傳送通過孔進入相關的發動機氣缸(未示出)。盡管圖I沒有清楚顯示，但是閥針9成型為使得通道15和噴嘴7之間延伸的區域比孔5的直徑小，以允許流體在閥針9和閥門本體3的內表面之間流動。環狀通道15設置在閥門本體3內。通道15與設置來接收來自相關燃料輸送系統的蓄能器的高壓燃料的燃料供應線路17連通。為了允許燃料從通道15向噴嘴7流動，閥針9設置有開槽區域19，該開槽區域19還用來限制閥針9在閥門本體3中的橫向移動。在閥門本體3遠離噴嘴7的位置處設置有腔室21，腔室21通過限制器23與高壓燃料線路17連通。該腔室21由板25封閉。閥針9遠離針尖11的端部設置有直徑減小的凸起27，該凸起27引導接合在閥針9和板25之間的壓縮彈簧29以將閥針9朝向針尖11與閥座13相接合的位置偏壓。本體31接合板25的與被閥門本體3接合的一側相反的一側，本體31和板25 —起限定了腔室33，該腔室33通過孔35與腔室21連通。本體31設置有孔，閥門構件37在該孔中可滑動。閥門構件37包括設置有軸向延伸的盲孔的圓柱形桿，孔的開口端在閥門構件37被提升使得其端部與板25隔開時能夠與腔室33連通，這種連通在閥門構件37與板25相接合時被破壞。一對徑向延伸的通道39與其封閉端附近與盲孔連通，通道39與連接到合適的低壓排放管的腔室連通。本體31、板25和閥門本體3通過螺母43安裝在噴嘴座41上。噴嘴座41包括凹槽，在該凹槽中設置有螺線管致動器45。閥門構件37支持電樞，一旦螺線管致動器45通電，電樞和閥門構件37被提升，使得閥門構件37與板25脫離。在使螺線管致動器45斷電時，閥門構件37在彈簧47的作用下返回其原始位置。在使用中，閥針9被彈簧29偏置，使得針尖11與閥座13相接合，且因此不會出現從孔輸送燃料。在該位置，腔室21中的燃料壓力很高，因此作用在閥針9的端部的力由于燃料壓力且還由于彈簧29的彈性，足夠來克服由于高壓燃料作用抵抗閥針9的角形表面而作用在閥針9上的向上力。為了提升閥針9的針尖11遠離閥座13，允許燃料從孔中輸送，螺線管致動器45通電以抵抗彈簧47的作用力提升閥門構件37，使得閥門構件37的端部被提升離開板25。閥門構件37的提升允許燃料從腔室33以及然后從腔室21離開，從而通過閥門構件37的孔和通道39流出。燃料從腔室21離開減少了室中的壓力，并且由于設置有限制器23，限制了燃料從燃料供給線路17進入腔室21的流量。隨著腔室21中的壓力降低，會達到由于腔室
21中的壓力以及彈簧29施加的力而引起的施加至閥針9的力不再足夠來維持閥針9的針尖11與閥座13相接合這樣的狀況，因此，腔室21中壓力的進一步減少將引起閥針9被提升，來允許燃料從孔傳輸。通常，腔室21中的壓力減少20%足夠導致閥針9的針尖11從閥座13提升以及開始從孔噴射燃料。為了結束傳輸，螺線管致動器45斷電，并且閥門構件37在彈簧47的作用下向下移動直到開口端與板25接合。閥門構件37的這種移動破壞了腔室33和排放管之間的連通，且因此腔室33和腔室21中的壓力也會上升。最終會達到這樣一種情況施加在閥針9上的力由于腔室21內的壓力和彈簧29而超過用來打開閥針9的力，因此閥針9將移動至針尖11與閥座14相接合的位置，防止燃料的進一步傳輸。例如圖I所示的螺線管致動的液壓伺服機構意味著低力控制閥門(low forcecontrol valve)37可被用來引入較大的力于閥針9。由于控制閥門37上的較低的力，相對便宜且簡單的螺線管對于大多數場合而言可在噴射器中給出合適的足夠快的響應。但是這種伺服噴射器機構設計伴隨有的缺點有很多。在這點上，現有技術的伺服設計在螺線管的通電和燃料噴射事件的開始之間存在延遲，在此期間燃料的寄生流量被引導至低壓燃料排放管。因此，液壓伺服噴射器不能一直像希望的那么快來開始燃料噴射事件。而且，期望響應越快，液壓伺服所需的燃料流量越高，且由伺服機構引起的寄生損失就越高。寄生燃料流動還會不期望地使熱量返回燃料供給線路。近來一些噴射器已經使用壓電致動器來直接移動針(例如EP0995901 ；EP1174615)。這些設計既消除了伺服流動引起的寄生損失，也消除了伺服中的延遲。有一些設計中還在噴射器內設置蓄能器空間(accumulator volume),這確保在噴嘴座可獲得最大壓力并最小化了波動性(與多次噴射干涉)。如圖2所示，已知的壓電致動的燃料噴射器可包括閥門本體3和閥針9，閥門本體3具有盲孔5，該孔5延伸進入設置有多個孔(或者燃料噴射孔；未示出)的噴嘴區域7，以及閥針9如之前所描述的可在噴射和非噴射位置之間在孔5內往復運動。壓電致動器疊層(stack) 49可操作來控制由控制活塞51占據的位置，活塞51可移動來控制由噴射器的閥針9相關的表面和控制活塞51的表面限定的控制腔室53中的燃料壓力。壓電致動器疊層49包括多個壓電元件，及通過在該疊層兩端施加電壓來控制該疊層的通電水平且因此軸長。一旦壓電疊層49斷電，疊層的軸長就減少，并且控制活塞51沿著會引起控制腔室53的體積增加的方向移動，從而引起控制腔室53內的燃料壓力減少。由于控制腔室53中的燃料壓力而施加在閥針9上的壓力因此減少，使得閥針9在作用于閥針9表面上的高壓力燃料的影響下提升離開閥針座(未示出)，從而允許燃料經由一個或多個孔(或者噴射孔；未不出)傳輸到相應的發動機氣缸中。為了引起閥針9離開它的座的初始移動，必須對閥針9施加相對較大的回縮力來克服作用于閥針9的向下力(閉合力)。典型地，施加于閥針9的較大的回縮力在整個打開運動過程中被保持，直到閥針9到達其完全提升的位置。但是，理論上，一旦閥針9已經開始移動，減小的力足夠來引起閥針9繼續朝向其完全提升位置移動。因此，很多已知的這種燃料噴射器效率低下，因為在閥針 9的整個移動范圍過程中施加較大的回縮力于閥針9，大量的能量被浪費了。為了結束燃料噴射事件，疊層49返回其初始通電狀態，且因此活塞51也基本返回到其初始位置，從而減少控制腔室53的體積。隨之導致的控制腔室53中燃料壓力的增加對閥針9施加了增大的閉合力，并且最終到達這樣的狀況控制腔室53中的燃料壓力結合彈簧29足夠使針9回復到與閥座(未示出)相接合。在圖2所示的壓電燃料噴射器中，控制活塞51是位于致動器疊層49和針9之間的液壓放大器系統的一部分，從而致動器49的軸向移動引起針9的放大的軸向移動。與圖2所示的燃料噴射器相比，一些壓電致動燃料噴射器可以是需要壓電疊層通電(而不是斷電)來開始燃料噴射事件的這類噴射器。除了壓電操作閥門的潛在的較快噴射器響應時間之外，使用壓電致動器來直接控制閥針的移動的另一好處在于，壓電疊層的軸長可通過改變壓電疊層上存儲的電荷量而被可變化地控制，因此，控制閥針相對于閥座的位置是有可能的。這樣，壓電燃料噴射器提供更大的能力來計量所噴射的燃料的量。但是，直接作用的壓電燃料噴射器的很多缺點也是很明顯的。例如，這些直接作用設計的一個問題是需要相對大型且昂貴的壓電致動器來提供提升閥針所需的能量。而且，隨著噴嘴流量需求和壓力增加，這種類型的致動器需要變得更大和/或更加有效。對于大型燃料噴射的其他考慮是閥針提升量受到致動器性能的限制(即使利用液壓放大器來試圖緩解這個問題)。本發明涉及燃料噴射器和用于操作燃料噴射器的方法，從而克服或者至少緩解至少一個上面提及的現有技術中的問題。
發明內容
廣義上說，本發明提供一種燃料噴射器，該燃料噴射器實現了直接作用的液壓伺服燃料噴射器設計的好處，同事減少了這些已知系統相關的缺點。相應地，本發明提供一種用于內燃發動機的燃料噴射器，該燃料噴射器包括噴射噴嘴，該噴射噴嘴具有設置有噴嘴孔的噴嘴本體；第一閥針，其容納在噴嘴孔中并可與第一座區域相接合以控制通過第一組噴嘴出口的燃料傳輸；以及第二閥針，其容納在設置于第一閥針中的閥門孔中且可與第二座區域相接合以控制通過第二組噴嘴出口的燃料傳輸。用于燃料的控制腔室優選地至少部分限定在第一閥針和第二閥針之間，第一閥針的移動響應控制腔室中的燃料壓力，而第二閥針的移動與第一致動器結構相關聯，從而當第二閥針提升離開第二座區域時，在控制腔室和第二組噴嘴出口之間建立燃料流動通路。燃料噴射器還包括第二致動器結構，該第二致動器結構可操作來控制進入控制腔室的燃料流量，從而調整控制腔室中的燃料壓力且因此第一閥針的移動。本發明的優點在于，以更低的成本提供直接作用的燃料噴射器的優點，即操作的速度，以及不存在對燃料壓力和燃料流速的限制。此外，本發明可以提供僅第二閥針或者第
一和第二閥針一起操作的選擇性操作的所謂VON (可變孔的噴嘴)的優點，從而提供了靈活的噴射特性。應當注意，第一和第二閥針以不同的方式受控制通過致動機構來直接控制其中一個閥針的位置，和通過伺服流(servo flow)來間接控制另一個閥針的位置。因此，為了能夠實現第二閥針的快速響應，第二閥針可被設置成具有與第一致動器機構的電樞的機械聯接。因此，電樞的移動引起第二閥針與其閥座區域的立即脫離，從而可形成從控制腔室至第二組噴嘴出口的燃料流動。控制腔室中隨后的壓力下降決定了第一閥針的移動。這樣，可以獲得相對于現有技術的一個或多個優點，例如當燃料被噴射時不再寄生伺服流；伺服流在做有用工時可以相對較大，因此響應速度快；噴射器不需要至燃料供給的后漏連接(back-leak connection),且沒有熱量返回給燃料供給；直接控制少量的噴射并且因此不會有伺服滯后；用于大量噴射的閥針提升不受致動器性能的限制。為了使得加壓燃料能填充控制腔室，第二閥針可以設置有燃料流動通道來允許燃料從蓄能器空間流到控制腔室。合適地，燃料流動通道包括多個鉆孔。例如，可設置一受限鉆孔以允許燃料從蓄能器空間流進設置在內部閥門構件中的軸向鉆孔。這種受限鉆孔以受限的速率提供進入控制腔室的燃料流動，以確保控制腔室中足夠的壓力下降，使得第一閥針將提升遠離其閥座區域。并且，軸向鉆孔還可包括具有支座表面的開口端，閥門構件在第二致動器結構的控制下可抵靠該支座表面接合。在另一種操作模式中，這種結構提供燃料基本不受限制地流入控制腔室，這使得該腔室保持加壓，從而致使第一閥針與其閥座區域保持接合。因此，應當理解的是，第二致動器結構的通電狀態確定了燃料輸送是僅通過第一組噴嘴出口還是可替換地通過第一和第二組噴嘴出口進行。在一個實施例中，噴嘴本體孔設置有插塞構件，該插塞構件至少部分地與第一閥針一起限定了控制腔室。插塞構件還可設置有孔，用于可滑動地容納第二閥針的一部分。在有利的實施例中，致動器結構包括螺線管致動器。在該實施例中，第二閥門構件適于響應螺線管致動器的通電狀態聯接至電樞。電樞可以容納在蓄能器空間中，并且可方便地與第二閥門構件通過控制活塞聯接。本發明還涉及一種具有本發明燃料噴射器的內燃發動機。應當理解的是，術語“噴嘴出口”是指孔(或者孔口)，燃料通過其從燃料噴射器的噴射噴嘴被噴射出，進入相應的發動機氣缸(使用中)中該孔也可以指噴射孔、噴孔或者現有技術中已知的相似術語。“一組噴嘴出口 ”是指一個或多個噴嘴出口，當特定的閥針從相應的閥座區域脫離時，燃料通過該一個或多個噴嘴出口被噴射。因此，在本發明的環境下，每一個閥針與閥座區域以及相關的“一組”噴嘴出口相關聯。本發明還涉及操作如上所述的噴射器的方法，該方法包括在第一燃料噴射模式中，在噴射事件之前激活第二致動器結構，以提供通入控制腔室的基本不受限制的燃料流動通路，以及激活第一致動器結構，以僅通過第一組噴嘴出口輸送加壓燃料。本發明可包括，在第二噴射模式下，將第二致動器結構保持在去激活狀態，以給燃料提供通向控制腔室的受限流動通路，激活第一致動器結構以通過第一組噴嘴出口輸送加壓燃料，在激活第一致動器結構后預定量的時間激活第二致動器結構，以使第一閥針與第一閥座區域相接合，以及在激活第二致動器結構后預定量的時間去激活第一致動器結構，以在與第一閥針與第一閥座區域相接合的基本同時使第二閥針與第二閥座區域相接合。本發明這些方面和其他方面、目的和優點在了解本發明細節和所附權利要求后將變得清楚和明白。
已經參見過圖I和圖2進行了說明，圖I和圖2示出了已知的噴射器結構。為了更好地了解本發明，現將僅通過示例的方式參考附圖來描述本發明，圖中
圖3是根據本發明的燃料噴射器截面的側視 圖4是圖3的燃料噴射器一部分的截面的放大側視 圖5示出了圖3和圖4的燃料噴射器處于預備操作模式，此時沒有開始噴射；
圖6示出了圖3和圖4的燃料噴射器處于第一燃料噴射模式，在該模式下第一閥門構件被致動來通過第一組噴嘴出口噴射燃料；
圖7示出了圖3和圖4的燃料噴射器處于第二燃料噴射模式，在該模式下第一和第二閥門構件被致動來通過第一和第二組噴嘴出口噴射燃料；和
圖8示出了圖3和圖4的燃料噴射器處于與圖7 —樣的第二燃料噴射模式中，但被操作來實現燃料輸送的快速結束。
具體實施例方式參見圖3和圖4，燃料噴射器100大體在在形式上是細長的，并且包括噴嘴座102(圖中所示方位中的噴射器的上端)和連接至噴嘴座102的下端的螺母104。更具體地，噴嘴座102包括向下懸垂的管狀部分106，該管狀部分106限定了開口端108，該開口端108通過螺紋結構與螺母104的管狀壁110的上開口端配合。噴嘴座102和螺母104的管狀壁的內表面限定了細長的圓柱形腔室112，用以容納燃料噴射器100的操作部件，如本文進一步描述的。燃料進口凹槽114設置在噴嘴座102的上端，其在使用時與加壓燃料源(示意性示出為116)連接。盡管在圖3的截面圖中未示出，但是燃料供給線路從燃料進口凹槽114延伸并且通向噴射腔室112，因此向其提供高壓燃料。噴射噴嘴118容置于腔室112的最下端并且包括噴嘴本體120，該噴嘴本體120具有位于腔室112中的寬直徑區域120a和通過限定在螺母104底端的孔122向外突出的窄直徑區域120b。O形環密封元件121放置在孔122的周緣處限定的肩部并且被噴嘴本體120的寬直徑區域120a壓縮，從而提供密封防止燃料從噴射腔室112中漏出。窄直徑區域120b限定了噴嘴尖端區域124，在該噴嘴尖端區域124設置有第一和第二組噴嘴出口 126、128。盡管在圖中未示出，但是在使用時尖端124突入發動機的燃燒氣缸中，通過第一和第二組噴嘴出口 126、128將加壓燃料傳輸至燃料氣缸。
如圖4所清楚顯示的，噴嘴本體120設置有軸向延伸的盲孔130，該盲孔130的封閉端成形為在噴嘴尖端124附近限定圓錐表面132。噴嘴孔130容納整體由134標識的噴嘴閥門結構，該噴嘴閥門結構包括細長的針形式的第一外部閥門構件136，該第一外部閥門構件136限定了與噴嘴盲孔130的滑動間隙。外部閥針136的尖端與可第一(外部)閥座區域137相接合，該第一閥座區域137由噴嘴孔130的圓錐表面132限定，用于控制燃料通過第一組噴嘴出口 126的輸送。閥門結構還包括第二閥門構件138，其大體上也是細長的閥針形式，第二閥門構件138容納在閥門孔140中并且限定了與其的滑動配合，該閥門孔140沿著第一閥針136的縱向軸線被限定。第二閥針138具有閥門尖端142，該閥門尖端142可與由位于噴嘴孔130的封閉端處的閥座構件146限定的第二(內部)閥座區域144相接合。閥座構件146抵靠噴嘴孔130的圓錐表面132的環形區域密封，從而將第一組噴嘴出口 126與第二組噴嘴出口 128分開。這確保了通過第一組出口 126的燃料輸送獨立于第二組出口 128發生。閥門插入構件146的附加特征是其成形為具有直徑可與閥門孔140的直徑相匹配的圓柱形外輪廓。因此，閥座構件146用于在第一閥門構件朝向和遠離第一閥座區域137移動時引導第一閥門構件136的移動。應當理解的是，閥門插入構件146和閥門孔140之間的移動配合具有足夠小的間隙來確保密封接合，從而基本防止閥門孔140和第一組噴嘴出口 126之間的流體連通。沿著噴嘴孔130的長度近似在中間位置，噴嘴孔成形為限定了圍繞外部閥針136中間截面的環形通道150。燃料被允許從噴射器腔室112通過兩個橫向延伸的管路152進入環形通道150，該兩個橫向延伸的管路152設置在噴嘴本體120的相對寬的區域120a中。為了允許高壓燃料從通道150流動至噴嘴孔130的封閉端，外部閥針136成形為沿著從環形通道150延伸至第一閥座區域137的部分具有較小的直徑，從而在外部閥針136和噴嘴孔130之間形成環形通道。外部閥針136在通道150之上的部分具有較大的直徑，限定了與噴嘴孔130的相應區域的滑動配合，以確保外部閥針136的移動被精密引導。傾斜的臺階或者“推力表面” 154限定在外部閥門構件136的中間位置處，該外部閥門構件的直徑在此處發生變化。加壓燃料作用在推力表面154上，來提供作用在外部閥針136上的力，促使外部閥針136遠離第一閥座區域137。噴嘴孔130的遠離封閉端的端部接收插入或者“插塞”構件156，其有效地插塞噴嘴孔130并維持外部閥針136。內部閥針138沿著閥門孔140延伸并且延伸穿過設置在插塞構件156中的通孔158,使得端部160從插塞構件156伸出并且可操作地與電磁致動器結構159聯接。致動器結構159包括螺線管芯構件162，其為環形并具有大致為T形的截面，從而限定相對寬的上芯部分162和相對窄的下芯部分162b。螺線管164圍繞下芯部分162b形成并且以已知方式安裝在不導電的線圈架166上。U形外部磁極件168裝配在下芯區域162b上，并且提供了致動器結構的外部磁極，同時芯構件162的下端表面提供了內部磁極。致動器結構159通過墊片170與噴嘴本體120的上端面隔開，該墊片在兩個部件之間限定了空間172。應當注意，墊片170設置有孔171，從而加壓燃料能夠從噴射器腔室112進入空間172。空間172容納盤狀的電樞174，該電樞限定了基本平坦的上表面176，該上表面與致動器結構159的下表面相對。電樞174包括靠近其周邊的通風孔177，這減少了電樞當在充滿流體的空間172中移動時的水動阻力；以及中心孔178，用于例如通過壓配合、螺紋連接或者焊接來牢固地接收內部閥針138的端部160。端部160限定了平坦的上表面，其稍微突出于電樞的上表面176直立，以避免電磁短路。但是，內部閥針138的端部160和電樞174仍然呈現出有益于電磁效率的基本平坦且光滑的表面。應當注意盡管在此描述的內部閥針的端部是機械地聯接至電樞174，但是內部閥針可以是由多個部件組成的部件，這些部件之一以某種方式與電樞聯接。在常用方式中，致動器結構159的通電狀態控制電樞174朝向和遠離芯構件162的移動，從而控制內部閥門構件138的 軸向位置，且因此控制尖端區域142是與閥門插入構件146提供的第二閥座區域144接合還是脫離。通過上面的描述，應當理解內部閥針138的軸向位置或者“提升”是通過它與致動器結構159的電樞174之間的直接機械聯接來控制的。但是，正如下面將解釋的那樣，外部閥針136的位置控制是以不同方式控制的。外部閥針136遠離尖端區域124的端部成形為提供深的凹槽180，用于容納線圈彈簧182，該線圈彈簧182從凹槽180的底部繞著內部閥針138延伸并且支承抵靠插塞構件156的下表面，從而向外部閥針136提供閉合力。除了彈簧凹槽180提供的空間之外，控制腔室184被限定在插塞構件156的下表面和外部閥針136的端表面之間。加壓燃料駐留于控制腔室184中并且對外部閥針136提供了促使其與第一閥座區域137接合的力。因此，應當理解的是外部閥針的軸向位置由通過下述施加于其上的力平衡而產生1)通道150中作用在推力表面上的燃料壓力，2)控制腔室184中作用在外部閥針136的端表面上的燃料壓力，3)彈簧182引起的力，以及4)在閥座區域137附近作用于外部閥針136的力。除了提供控制外部閥針136的軸向位置的方式之外，控制腔室184中的燃料提供了燃料供應，用于從第二組噴嘴出口 128穿過第二閥座區域144輸送。內部閥針138限定了與閥門孔140的間隙，從而燃料能夠從控制腔室184沿著由孔間隙限定的環形通道189流動到第二閥座區域144附近的位置。通過設置在內部閥針139的上部區域138a中的盲鉆孔形式的軸向通道190來提供對控制腔室184的燃料供應。軸向鉆孔190從內部閥針136的上端面延伸，在控制腔室184的附近結束。內部閥針136的上部區域136a還設置有橫向鉆孔192，該橫向鉆孔192允許流體以受限的速率從電樞空間172流進軸向通道190。通過設置在軸向通道190的封閉端處的一組徑向通道194來允許燃料從軸向通道190中流出進入控制腔室184。通過在內部閥門構件136的端部區域160的上端面開口的鉆孔190提供從燃料空間172進入控制腔室的另一燃料流動通路。正如下面將描述的，由第二致動器結構200控制通過鉆孔190開口端的流體連通。第二致動器結構200軸向地直接位于第一螺線管結構之上(在所示方位中)，并且通過第二墊片201與其隔開。與致動器結構200相關的閥門構件202延伸通過設置在第一致動器結構159的芯構件162中的中心孔161，并且限定了密封端202a，該密封端成形為可抵靠內部閥門構件136的上端部160密封，以關閉鉆孔190的開口端。第二致動器結構200與第一致動器結構159在結構上相似，并且包括環形芯構件204，該環形芯構件大體上截面為T形，以限定相對寬的上區域204a和相對窄的下區域204b。支撐在線圈架208上的螺線管206圍繞著下區域204b被接收，并且U形磁極件210裝配在螺線管206和芯構件204的下區域204b上，從而包圍螺線管并提供致動器的外部磁極，而下區域204b的下端面提供內部磁極。第一和第二致動器結構159、200之間的空間限定了容納第二盤狀電樞214的第二燃料空間212，電樞214的上表面216鄰近第二致動器結構200放置。第二電樞214包括中心孔218，閥門構件202的上端202b例如通過壓配合或焊接牢固地容納在該中心孔中。閥門構件202的上端202b包括與第二電樞214的上表面216相齊平的平坦上端面以及閥桿區域202c，該閥桿區域202c向下懸垂并且被接收在第一芯構件162的中心孔161內。如上所述，閥門構件202的密封端202a成形為包括淺的凹槽，從而限定向下懸垂的外緣，該外緣根據第二致動器結構200的通電狀態而與內部閥針138的上端面138c可接合。閥門構件202被壓縮彈簧220偏置成與內部閥針136接合，該壓縮彈簧220位于第二芯構件204結構的中心孔222內并且抵靠閥門構件202的上端面。壓縮彈簧222的另一端支承容納在設置于定位結構226下端中的鉆孔225內的彈簧擋塊224。定位結構226主要包括容納在噴射器腔室112中的細長桿228，并且該細長桿成形為具有帶突緣的下端228a以通過偏置彈簧230支承在第二芯構件204上，從而保持第一和第二致動器結構159、200處于合適位置。該偏置彈簧230圍繞桿228被接收且其上端支承抵靠位于在噴射器腔室112上端的連接器結構232。連接器結構232包括例如氧化鋁、氧化鋯、氮化硅這些陶瓷材料的非導電材料制成的插塞232a，該插塞在噴射器腔室112的上頂部處延伸通過孔234，并且提供將第一和第二致動器結構159、200電連接至電源的方式。第一和第二電導線236、238延伸穿過插塞232a，第一和第二電導線的端部從插塞232a的上端伸出以置于噴嘴座102的連接插槽240中。電源導線236、238從插塞232a的最低端伸出并且與超模制的連接器部件242連接，該連接器部件242被壓縮彈簧230推動成與插塞232a相接合。連接器部件242設置有導線244，該導線沿著噴射器腔室112的內表面延伸并且提供與第一和第二致動器結構159,200的螺線管164、206的電連接。應當理解的是，在此盡管已經描述了電磁致動器，但是噴射器100還可使用不同類型的致動器來操作，例如壓電致動器或者磁致伸縮(magnetorestrictive)致動器。由于該原因，除了提供用于加壓燃料的蓄能器空間之外，噴射器腔室112相對較大以提供所能使用的致動器種類的靈活性。由于圖3和圖4描述的致動器結構相對較小，定位結構226提供了用于保持對致動器結構159、200壓縮的裝置，以及在連接器結構232上提供向上力以保證其相對于孔234形成有效的密封以避免高壓燃料從噴射器腔室112漏出。應當注意，相對較小的致動器通過其可以可靠地容納在相對較大的殼體空間中的其他部件和機構對本領域技術人員來說是顯而易見的，并且任何這種可替換的部件和機構都包含在權利要求限定的本發明范圍內。燃料噴射器的操作模式現將參見圖5至圖8進行描述。圖5顯示了燃料噴射器處于其中內部和外部閥針136、138都與各自相應的閥座表面137、144相接合的狀況。但是，噴射器100處于準備好的狀態以確保在后續的噴射操作中僅內部閥針提升。為了確保僅內部閥針138提升遠離內部閥座區域144，僅第二致動器結構200通電，朝向芯構件204吸引第二電樞214，從而提升閥門構件202遠離內部閥針138的上端面138c。這就打開了從空間172經過第一電樞174的上表面176進入內部閥針136的鉆孔190的燃料流動通路。應當注意的是，電樞174和芯構件162之間的通道是由設置在其相對于電樞174的下表面中的槽結構162c來實現的。為了減小或者最小化提升內部閥針138所需的力，插入構件146提供的內部閥座區域144適當地具有小直徑，例如少于O. 5_。因為插入構件能容易地由可替換的插入構件來代替，插入構件146能使得閥座區域的尺寸具有靈活性而因此是有利的。如圖6所示，為了傳輸燃料通過內部的一組出口 128，第一致動器結構159被通電，朝向芯構件162吸引第一電樞174。由于內部閥針138的端部160機械地聯接至電樞174，內部閥針138的尖端區域142被提升遠離內部閥座區域144。因此，燃料能夠從控制腔室
184沿著環形通道189流動經過內部閥座區域144和通過第二組出口 128。在通過第二組出口 144進行燃料傳遞的同時，燃料也通過兩個路徑流入控制腔室184 :首先通過橫向鉆孔192、軸向鉆孔190和徑向通道194，以及還經過閥門構件202的密封端202a通過軸向鉆孔190在內部閥門構件138上端160處的開口端進入軸向鉆孔190。應當理解的是，兩個流動路徑的大小適于使得進入控制腔室184的燃料流速基本與流出控制腔室184的燃料流速相匹配。因此，控制腔室184經受可以忽略的壓力下降，從而出了彈簧力之外由于控制腔室184內的壓力而引起的作用于外部閥門構件136上的凈力，和作用于推力表面154上的力維持在限值內，以確保外部閥針136維持就座，且由此不會出現通過上噴嘴出口 126的燃料輸送。圖7顯示了噴射器處于其中外部閥針136和內部閥針138都被提升離開各自相應的閥座區域137、144的情況，使得燃料噴射通過第一和第二組出口 126、128在同一時間進行。在該操作模式下，僅第一致動器結構159通電，而第二致動器200保持斷電。為了開始通過內部的一組出口 128開始噴射，第一致動器結構159被通電，朝向芯構件162吸引第一電樞。由于內部閥針138的端部160直接聯接至電樞174，內部閥針138的尖端區域142被立即提升離開內部閥座區域144，以及因此燃料能夠從控制腔室184沿著環形通道189流動并穿過第二組出口 144。由于第二螺線管結構200沒有通電，在內部閥針138提升遠離其閥座區域144時，閥門構件202的密封端202a保持與內部閥針138的端部160相接合。因此，空間172中的加壓燃料僅能通過受限的鉆孔192流進控制腔室184中。因此，在控制腔室184中的燃料壓力將會快速地下降，從而減少作用在外部閥針136上的相應的閉合力。將會達到這樣的情況作用在外部閥針136的推力表面154上的噴射器腔室112中的燃料壓力將大于由彈簧182以及由控制腔室184中的燃料壓力而引起的相對力，在這種情況下，外部閥針136也提升遠離其閥座區域137，從而允許通過第一組出口進行燃料輸送。這是如圖7所示的內部和外部閥針的狀態。應當注意當外部閥針136的上端與插塞構件156接觸時，出現外部閥針136的最大提升位置。在這種噴射模式下，打開外部閥針136所需的流出控制腔室184的燃料“伺服”流量被直接噴射進發動機的氣缸中，而不是如現有技術中的情況那樣被引向低壓燃料排放管。因此，以與直接作用的壓電噴射器相似的方式，非常快地開始噴射。另外，不會浪費“伺月艮”燃料流量，這使得本發明的噴射器更加的能量有效。應當理解的是，在參見圖7描述的噴射事件中，燃料輸送首先通過第二組噴嘴出口 128發生，然后接著通過第一組噴嘴出口 126。由此，輸送率從相對低的初始速率以有時稱為“靴形”分布曲線至上升較大的傳遞速率。已經觀察到這種分布曲線提供了燃燒和噴射方面的益處。控制腔室184中壓力下降的速率通過適當地調節內部控制針138中的鉆孔190、192和194的大小來控制。因此，例如，鉆孔的大小可設置成使得控制腔室壓力下降足以提
升外部閥針所用的時間比執行先導噴射事件或者后噴射事件所需的時間或者甚至發動機怠速的主噴射事件的時間更長。因此，內部閥針138的移動是直接通過電樞來控制的這一事實，允許對特別小的噴射事件進行精確的噴射量控制，以及進一步地能獲得密集間隔的噴射事件。此外，本發明使得外部閥針136的操作可被選擇性地禁用，從而不會發生通過第一組噴嘴出口 126的疏忽噴射。圖8示出了可應用至具有圖7所描述的狀況的噴射器100的有利技術，在所述狀況中，通過第一致動器結構159通電以及第二致動器結構200斷電，內部和外部閥針138、136均與各自相應的閥座區域144、137脫離，以迅速結束噴射，這是為了避免過多廢氣污染物排放所希望的。作為起始步驟，第二致動器結構200被通電，使第二電樞214軸向移動，由此使閥門構件202的密封端202a與內部閥針138的端部160脫離接合。因此，燃料被允許從空間172,穿過通風孔177和狹槽結構162c，經過閥門構件202的密封端202a，進入軸向鉆孔190和控制腔室184。因此控制腔室184被再加壓，這再次形成了作用在外部閥針136上因此使其閉合的足夠的閉合力。在第二致動器結構200通電后預定時間，第一致動器結構159被斷電，這使得與外部閥針136在基本同一時間，內部閥針138與內部閥座區域144重新接合。一旦內部閥針138和外部閥針136與它們各自的閥座區域144、137相接合，第二致動器結構200就斷電，這使閥門構件202抵靠內部閥門構件138的端部160重新就座，因此使噴射器回復至圖4所示的狀態。在內部閥針138和外部閥針136與其各自的閥座區域144、137相接合之前，即當閥針仍然閉合時，由于致動器的響應時間，第二致動器結構200也有可能被斷電。以這種方式縮短通電時間有利地減少了能量消耗。應當理解的是在不脫離所附權利要求限定的本發明范圍的情況下可對上面所描述的實施例作出修改。例如，在本發明燃料噴射器中使用的致動器的選擇，用于致動器和內部閥針之間的直接連接的精確機構，以及噴嘴出口的設置可以根據各個實際情況來決定，但包含在本發明內。另外，應當注意內部閥針138已被描述作為從尖端區域142延伸至從插塞構件156伸出的端部160的整體構件。但是，這不是必須的，而是內部閥針138可以由適于通過例如有利于制造的螺紋或者焊接而連接的兩個或者多個部件構件。
權利要求
1.一種用在內燃發動機中的燃料噴射器(100)，所述燃料噴射器包括 噴射噴嘴(118)，其具有設置有噴嘴孔(130)的噴嘴本體(120)； 第一閥針(136)，其容納在所述噴嘴孔(130)內并且可與第一閥座區域(137)接合以控制通過第一組噴嘴出口(126)的燃料輸送； 第二閥針(138)，其容納在設置于所述第一閥針(136)中的閥門孔(140)內并且可與第二閥座區域(144)接合，用于控制通過第二組噴嘴出口(128)的燃料輸送； 用于燃料的控制腔室(184)，其中所述第一閥針(136)的移動與所述控制腔室(184)中的燃料壓力相關，以及其中所述第二閥針(138)的移動與第一致動器結構(159)的電樞(174)機械相關，使得當所述第二閥針提升離開所述第二閥座區域時，在所述控制腔室(184)和所述第二組噴嘴出口( 128)之間形成燃料流動通路； 所述噴射器還包括第二致動器結構(200)，該第二致動器結構可操作來控制進入所述控制腔室(184)的燃料流量，從而調節所述控制腔室(184)內的燃料壓力以及由此調節所述第一閥針(136)的移動。
2.如權利要求I所述的燃料噴射器，其中所述第二閥針(138)設置有燃料流動通道(190，192，194)，用于允許燃料從蓄能器空間(112，172)流動至所述控制腔室(184)。
3.如權利要求2所述的燃料噴射器，其中所述內部閥針(138)是單一部件。
4.如權利要求2或3所述的燃料噴射器，其中所述第二致動器結構包括閥門構件(202)，該閥門構件可接合與所述第二閥針(138)相關的閥座表面(138c)，以控制從所述蓄能器空間(112，172)流入所述燃料流通道(190，192，194)的軸向通道(190)的燃料流。
5.如權利要求4所述的燃料噴射器，其中在使用中，燃料從所述控制腔室(184)被輸送通過所述第二組噴嘴出口( 128)，使得所述控制腔室(184)內的燃料壓力下降，以及當所述控制腔室(184)內的燃料壓力減少至預定的低壓時，引起所述第一閥針(136)與所述第一閥座區域(137)脫離，從而允許燃料通過所述第一組噴嘴出口( 126)輸送。
6.如權利要求4或5所述的燃料噴射器，其中所述第二致動器結構(200)可操作以使所述閥門構件(202)與所述閥座表面(138c)脫離，從而提供從所述蓄能器空間(112，172)至所述控制腔室(184)的燃料流，以確保所述第一閥針與所述第一閥座區域(137)不脫離。
7.如權利要求I至6中任一所述的燃料噴射器，其中插塞構件(156)容納在所述噴嘴孔(130)中，從而所述控制腔室(184)至少部分地由所述插塞構件(156)的表面和設置于所述第一閥針(136)中的凹槽(180)來限定。
8.如權利要求7所述的燃料噴射器，其中所述插塞構件(156)包括用于可滑動地容納所述第二閥針(138)的一部分的孔(158)。
9.如權利要求I至8中任一所述的燃料噴射器，包括容納在所述噴嘴孔(130)的封閉端處的閥座構件(146)，所述閥座構件提供用于所述第二閥針(138)的所述第二閥座區域(144)。
10.如權利要求I至9中任一所述的燃料噴射器，其中所述第二致動器結構(200)是具有與其相關聯的第二電樞(214)的電磁致動器結構。
11.一種操作如權利要求I至10中任一所述的噴射器的方法，包括，在第一燃料噴射模式中 i)在噴射事件之前激活第二致動器結構(200)，從而提供通向所述控制腔室(184)的基本不受限制的燃料流動通路，以及 ii)激活所述第一致動器結構(159)，以通過所述第一組噴嘴出口(126)輸送加壓燃料。
12.如權利要求11所述的方法，還包括，在第二噴射模式中 iii)將所述第二致動器結構(200)保持在去激活狀態，以提供至所述控制腔室(184)的燃料限制流動通路； iv)激活所述第一致動器結構(159)，以通過所述第一組噴嘴出口(126)輸送加壓燃料； V)在激活所述第一致動器結構(159)后預定量的時間，激活所述第二致動器結構(200)，以使所述第一閥針(136)和所述第一閥座區域(137)接合； vi )在激活所述第二致動器結構(200)后預定量的時間，使所述第一致動器結構(159)去激活，以在所述第一閥針(136)與所述第一閥座區域(137)接合的基本同時，使所述第二閥針(138)與所述第二閥座區域(144)接合。
全文摘要
一種用在內燃發動機中的燃料噴射器(100)，包括噴射噴嘴(118)，具有設置有噴嘴孔(130)的噴嘴本體(120)；第一閥針(136)，容納在噴嘴孔(130)內且可與第一閥座區域(137)接合以控制通過第一組噴嘴出口(126)的燃料輸送；和第二閥針(138)，容納在設置于第一閥針中的閥門孔(140)內且可與第二閥座區域(144)接合，控制通過第二組噴嘴出口(128)的燃料輸送。優選至少部分地在第一閥針和第二閥針之間設置用于燃料的控制腔室(184)，其中第一閥針的移動響應于控制腔室(184)中的燃料壓力，第二閥針的移動與第一致動器結構(159)的電樞機械相關，當所述第二閥針升離第二閥座區域時，在控制腔室和第二組噴嘴出口之間形成燃料流路。燃料噴射器還包括第二致動器結構(200)，其可操作控制進入控制腔室的燃料流量，調節控制腔室內的燃料壓力以及由此第一閥針的移動。
文檔編號F02M61/18GK102803701SQ201080026674
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月20日 優先權日2009年6月15日
發明者M.庫克 申請人:德爾福技術控股有限公司