CN101006266A - 内燃机的燃料喷射*** - Google Patents

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渡边义正
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Abstract

本发明涉及一种内燃机的燃料喷射***,该燃料喷射***审慎地利用后喷射以改进发动机燃烧并减少碳烟和NOX,其中设有用于操作第一喷射口组和第二喷射口组的至少一个操作阀,在高负荷范围内在主喷射后连续地执行后喷射,在主喷射时燃料从第一喷射口组和第二喷射口组喷射出,在后喷射时燃料从第一喷射口组喷射,在后喷射期间中第一喷射口附近的实际喷射压力比在主喷射期间中第一喷射口附近的实际喷射压力高。

Description

内燃机的燃料喷射***
技术领域
本发明涉及一种内燃机(以下称为“发动机”)的燃料喷射***。
背景技术
过去,已知一种在“主喷射”后执行“后喷射”的共轨式燃料喷射***。例如,作为该类型的燃料喷射***的一个例子,在日本专利公报(A)No.2002-322957中记载了这种类型的燃料喷射***。在日本专利公报(A)No.2002-322957中记载的燃料喷射***中,能够执行后喷射以减少排放。日本专利公报(A)No.2003-254188在图11和第[0055]段中记载了与后喷射类似的喷射率模式,但没有记载其详细内容。日本专利公报(A)No.11-182311记载了一种在主喷射后执行单独的后喷射的共轨式燃料喷射***。日本专利公报(A)No.2002-317727和日本专利公报(A)No.2002-322970记载了与本发明结构类似的共轨式燃料喷射***。
然而,在日本专利公报(A)No.2002-322957记载的燃料喷射***中,针阀的尖端部喷射用于后喷射的燃料,因此在后喷射时的实际喷射压力很低。即使在执行一定时间的后喷射后,也不能烧掉在主喷射时产生的碳烟并且不能还原NOx,从而不能充分减少排放。此外,在该燃料喷射***中,不能自由控制后喷射期间(时段,period),从而不能与发动机工作状况相匹配地充分减少排放。此外,在该燃料喷射***中,不可能进行初始喷射,从而存在由于点火迟滞而产生燃烧噪声的问题以及不能减小气缸内的压力迅速上升的问题。此外,在日本专利公报(A)No.11-182311记载的燃料喷射***中,不能在主喷射之后连续地执行后喷射或在后喷射时的实际喷射压力不够,从而不能充分地减少排放。此外,在该燃料喷射***中,存在不能在初始喷射后连续地执行主喷射的问题。
下面将详细说明初始喷射、主喷射以及后喷射。图8B示出根据本发明的燃料喷射***每时间单位的燃料喷射量,即喷射率。如图8B所示,从t2至t5时刻的时间段表示为“T1”并且称为“初始喷射期间”,从t5至t9时刻的时间段表示为“T2”并且称为“主喷射期间”,从t9至t12时刻的时间段表示为“T3”并且称为后喷射期间。初始喷射也被称作“引燃喷射”,并且其减小由于柴油燃烧中的点火迟滞引起的燃烧噪声或减少NOx。主喷射主要用于获得高的输出。另一方面,如以上所说明的,对后喷射的评价已经有所变化。
这里,将说明后喷射对发动机气缸燃烧的影响。决定柴油发动机中的输出极限的主要因素是碳烟。通过减少碳烟,能够提高输出极限并获得更高的输出。在传统的燃料喷射***中后喷射没有刻意的目的,而是由于各种因素所导致的一种现象。当实际喷射压力很低时,后喷射引起所谓的“后燃”现象并且成为碳烟产生的因素。此外,如果增加后喷射,总喷射期间增加,从而同样会引起燃烧期间增加以及气缸循环效率恶化的问题。因此,技术发展的方向是尽可能消除后喷射期间。然而,近年来,如在日本专利公报(A)No.2002-322957和日本专利公报(A)No.11-182311中所示,关注后喷射的发明也有所进展。后喷射在发动机气缸燃烧中的利用仍然是不充分的。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料喷射***,该燃料喷射***谨慎地使用后喷射以改善发动机燃烧并减少碳烟和NOx。此外,本发明的目的是提供一种还能使初始喷射用于减小由于点火迟滞引起的噪声或减少NOx的燃料喷射***。
鉴于该情况,发明者寻找审慎地将后喷射用于发动机燃烧的方法并且重复地进行实验和模拟。结果,他们发现通过在某些情况下审慎地使用后喷射,可以显著地改善发动机燃烧性能,减少碳烟和NOx,并大大提高输出。
该后喷射的新概念如下:
(1)使用能够与发动机转速无关地进行高压喷射的共轨式燃料喷射***并且提供两种类型的喷射口组。
(2)在高负荷下,有必要在短时间内将燃料的主要量喷射到气缸中,因此使用大截面积的喷射口将燃料的主要量喷射到气缸中(主喷射)。在短时间内喷射燃料的原因是在短时间内产生热量并提高发动机循环效率。由于使用了大截面积的喷射口,该雾化燃料具有大的穿透力(即燃料颗粒的动能)并且燃料的细度很难再增加。因此,该雾化燃料的燃烧产生碳烟。
(3)在主喷射后,立即连续地执行一定时间(远远超过过去认为的时间,例如,与主喷射相同程度的时间)的后喷射。因此,后喷射期间必然变得比初始喷射期间长。在这种情况下,使后喷射时的实际喷射压力大于主喷射时的实际喷射压力是必要的条件。(因此,雾化燃料由于后喷射而变成接近于气体的状态。)这例如通过主要从具有大的总喷射口面积的喷射口组执行主喷射(也可结合进行从具有小的总喷射口面积的喷射口组的喷射)以及从具有小的总喷射口面积的喷射口组进行后喷射来实现。此外,后喷射的量优选小于主喷射的量。通过抑制由后喷射的量产生的热量,能够抑制发动机循环效率的恶化。
(4)在后喷射中,由于使用小截面积的喷射口,因此燃料变得更精细。此外,穿透力很小(即燃料颗粒的动能很小),从而雾化燃料从不与活塞腔燃烧室的壁表面相碰撞。(如果雾化燃料与燃烧室的壁表面相碰撞,则很难形成在雾化燃料周围卷入空气的空气-燃料混合物,燃烧恶化,并且容易产生碳烟。)除此之外,在从后面推动后喷射之前紧邻的主喷射的不完全燃烧的雾化燃料的同时,后喷射的雾化燃料燃烧(接近气体燃烧),从而主喷射的雾化燃料的不完全燃烧变为完全燃烧。此外,为了使从主喷射的燃烧得到的碳烟被完全烧掉,执行一定的长时间的后喷射(例如,与主喷射相同程度的时间)以使燃烧接近于气体燃烧。在这个时候,与此同时,后喷射的雾化燃料还原由于主喷射燃烧产生的NOx,从而还能够大大减少NOx。由于后喷射的雾化燃料处在接近于气体的状态,所以可有效地进行NOx的还原反应。
(5)如进一步详细说明的,通过使后喷射时的实际喷射压力大于主喷射时的实际喷射压力,在后喷射即将开始之前,比在活塞腔燃烧室中滞留和燃烧的颗粒(由于主喷射)更精细的燃料颗粒能够从正被燃烧的燃料颗粒之后被雾化从而促进燃烧。即,在主喷射的雾化燃料的燃烧过程中产生的碳烟能够在碳烟产生后通过包含有由于后喷射而更加精细的、具有很小的动能的燃料颗粒(接近气体)以及从碳烟的后面慢慢推进(由于燃料颗粒的很小的动能)的雾化燃料的燃烧(接近气体燃烧)而立即被几乎完全地烧掉。
在图1中示出根据该概念的雾化燃料的模拟结果。图1的雾化燃料的模拟是基于图2的喷射模式。此外,图2示出在根据该概念的燃料喷射***中关于发动机曲柄转角的喷射率。燃料喷射在曲柄转角为压缩上死点(TDC)之前10度时开始并且在曲柄转角为TDC之后15度时结束。
为了简化,图1A至图1D示出从气缸中心开始的活塞腔燃烧室的左半部分的截面图。实际上,在右半部分,沿气缸中心也对称地形成了相同的雾化燃料。 n表示喷射喷嘴, p是活塞, h是气缸盖, c是活塞腔燃烧室,s是从喷射喷嘴 n喷射出的雾化燃料, x是气缸中心线。
图1A示出在TDC之前5度时的主喷射的雾化燃料,图1B示出在TDC时的主喷射的雾化燃料,图1C示出在TDC之后5度时的雾化燃料,图1D示出在TDC之后10度的后喷射的雾化燃料。雾化燃料中黑色的部分是高燃料浓度的部分并且也是在燃烧时容易产生碳烟的位置。
如图1A至1C所示,在主喷射时高燃料浓度的部分(黑色部分)撞击活塞腔肩部p1并且沿活塞腔燃烧室c的内壁运动以积聚在活塞腔燃烧室的底部c1。此外,在图1D中,在从后面推动由于后喷射之前紧邻的主喷射而产生的高燃料浓度的空气-燃料混合物(积聚在活塞腔燃烧室的底部c1)的同时,后喷射的雾化燃料sa燃烧。该状态被很好地示出。
另一方面,图3示出用于四气缸、82.2mm缸径、94mm冲程的四循环柴油发动机(以下称为“X发动机”)的根据本发明的燃料喷射***在将对应于全负荷的每时间单位的喷射量固定在55.5mm3/st并使主喷射时间T2和后喷射时间T3变化的三种情况下碳烟的生成量的计算结果。
如图3的情况A所示,通过使后喷射期间T3增加到接近于主喷射期间T2,每个循环的碳烟的生成量能够减少至6μg。因此与没有后喷射的情况C相比(27μg)能够大大减少碳烟的生成量。碳烟的生成量是以每发动机循环为单位。
发明者还致力于收集本发明的试验***(X发动机)中的数据。就高速转矩(为碳烟极限所限制)而言,情况A比情况C大大增加。即,即使在发动机转速为5000rpm时情况A的容许转矩也并不是非常低,而在情况C中,在4000rpm或更高时就产生碳烟——使得很难作用转矩(负荷)。此外,在现阶段,情况A的最大输出与情况C相比增加了大约12%。这样,采用情况A的X发动机展现出作为汽车发动机的良好性能。
如上所述,用于解决该问题的装置是能够执行一定时间(大大超过传统认为的时间的时间)的后喷射以获得排放减少效果的优点、能够可变地控制所述后喷射期间并且还能够进行初始喷射的燃料喷射***,所述后喷射能够形成与主喷射时相比燃料颗粒细度有所增加并且具有小的穿透力(小的动能)的雾化燃料。具体地,所述新概念能够实施为以下装置。
根据本发明的第一方面,提供一种燃料喷射***,所述燃料喷射***将从燃料供给泵供给的高压燃料的压力存储在共轨中并且将存储在所述共轨中的高压燃料喷射到内燃机的燃烧室中,所述燃料喷射***的特征在于:设有阀体、设在所述阀体上并且喷射燃料的第一喷射口组和第二喷射口组以及操作所述第一喷射口组和所述第二喷射口组的至少一个操作阀;在高负荷范围内在主喷射后连续地执行后喷射,在主喷射时从所述第一喷射口组和所述第二喷射口组喷射燃料,并且在后喷射时从所述第一喷射口组喷射燃料;将在后喷射期间所述第一喷射口附近的实际喷射压力控制为比在主喷射期间所述第一喷射口附近的实际喷射压力高;以及控制所述操作阀开启所述第一喷射口组以开始喷射,然后也控制所述操作阀同时或短时间内开启所述第二喷射口组以执行主喷射,然后控制所述操作阀关闭所述第二喷射口组然后执行后喷射,并且,在从喷射开始比所述同时或短时间长的时间经过后,控制所述操作阀也关闭所述第一喷射口组以结束喷射。
根据本发明的第一方面,提供一种在后喷射时增加实际喷射压力并执行一定时间的后喷射的燃料喷射***。“一定时间”是比初始喷射期间长的时间并且是比传统认为的时间长得多的时间。由于实际喷射压力很高,燃料颗粒变得更精细,并且在从后面推动后喷射之前紧邻的主喷射的不完全燃烧的雾化燃料的同时后喷射的雾化燃料燃烧(接近气体燃烧),从而主喷射的雾化燃料的不完全燃烧变为完全燃烧。此外,能够通过执行一定长时间的后喷射以使燃烧接近气体燃烧而烧掉由于主喷射的燃烧而产生的碳烟。
在这个时候,与此同时,后喷射的雾化燃料还原由于主喷射燃烧而产生的NOx,从而能够大大减少NOx。后喷射的雾化燃料处在接近于气体的状态,所以可有效地实现NOx的还原反应。作为更详细的说明,通过使在后喷射时的实际喷射压力大于在主喷射时的实际喷射压力,可将在后喷射即将开始之前精细度变得比滞留在活塞腔燃烧室中的燃料颗粒(由于主喷射)更高的燃料颗粒在燃烧过程中从后面喷射进正被燃烧的燃料颗粒中,从而促进燃烧。
即,通过具有由于后喷射而使细度有所增加的动能很小的燃料颗粒(接近气体)并且从碳烟后面缓慢推进(由于燃料颗粒的很小的动能)的雾化燃料的燃烧(接近气体燃烧),在主喷射的雾化燃料的燃烧过程中所产生的碳烟可在其产生之后就立即被基本完全地烧掉。通过大大减少碳烟,可大大提高由碳烟所限制的输出极限,提高输出,还可大大改善高速转矩性能。这样,通过进行一定长时间的实际喷射压力很高的后喷射,可以获得排放减少效果的优点。
根据本发明的第二方面,提供一种根据本发明第一方面所述的燃料喷射***,其特征在于所述后喷射的喷射期间能够被可变地控制。根据本发明的第二方面,由于能够可变地控制后喷射期间,所以可使喷射模式与发动机工作状况相匹配并由此减少排放。
根据本发明的第三方面,提供一种根据本发明第一方面或本发明第二方面所述的燃料喷射***,其中当通过所述操作阀关闭所述第一喷射口组时所述操作阀从完全提升位置向关闭位置移动的速度比当通过所述操作阀开启所述第一喷射口组时所述操作阀从所述关闭位置向所述完全提升位置移动的速度小。根据本发明的第三方面,通过简单、单一、具体的技术,可执行一定时间(比传统认为的时间长的时间)的后喷射并由于高的实际喷射压力而获得排放减少效果的优点。
根据本发明的第四方面,提供一种根据本发明第一方面至本发明第三方面中任一项所述的燃料喷射***,其中所述第一喷射口组的总喷射口面积不大于所述第二喷射口组的总喷射口面积并且所述第一喷射口的喷射口尺寸不大于所述第二喷射口的喷射口尺寸。根据本发明的第四方面,由于第一喷射口组的总喷射口面积不大于第二喷射口组的总喷射口面积,可更可靠更大地增加后喷射时的实际喷射压力。此外,当第一喷射口的喷射口尺寸不大于第二喷射口的喷射口尺寸时,后喷射的雾化燃料中的燃料颗粒更精细,可实现接近于气体的后燃,并大大减少排放。此外,通过从具有大的总喷射口面积的喷射口组执行主喷射(也可结合进行从具有小的总喷射口面积的喷射口组的喷射)以及通过从具有小的总喷射口面积的喷射口组执行后喷射,可增加后喷射期间并使后喷射的量相对于主喷射的量有所减少。通过抑制由于后喷射的量所引起的热量的生成量,还可实现排放的大大减少并抑制发动机循环效率的恶化。
根据本发明的第五方面,提供一种根据本发明第一方面至本发明第四方面中任一项所述的燃料喷射***,其中所述第一喷射口组布置在构成燃料供给侧的上游侧,而所述第二喷射口组布置在位于所述燃料供给侧相对侧的下游侧。根据本发明的第五方面,通过将用于后喷射的第一喷射口布置在燃料供给侧以确保更接近于共轨压力的更高压力,可使在后喷射时的实际喷射压力更可靠地更高并且还可以更多地获得排放减少效果的优点。
根据本发明的第六方面,提供一种根据本发明第一方面至本发明第五方面中任一项所述的燃料喷射***,其中燃料按初始喷射、主喷射和后喷射的顺序连续地喷射,在初始喷射时燃料从所述第一喷射口组喷射出,在主喷射时燃料从所述第一喷射口组和所述第二喷射口组喷射出,在后喷射时燃料从所述第一喷射口组喷射出。根据本发明的第六方面,由于增加了初始喷射,能够减少由于点火迟滞而引起的气缸内的压力迅速上升和燃烧噪声并且还能够更多地减少排放(尤其是NOx)。
根据本发明的第七方面,提供一种根据本发明第一方面至本发明第六方面中任一项所述的燃料喷射***,其中在部分负荷范围内燃料仅从所述第一喷射口组喷射出并且在高负荷范围内燃料从所述第一喷射口组和所述第二喷射口组两者喷射出。
根据本发明的第七方面,在部分负荷范围内燃料喷射量能够保持很小。通过不从碳烟容易产生的第二喷射口组喷射燃料而只从第一喷射口组喷射燃料,可以减少排放。另一方面,在需要高输出和转矩的负荷范围内,通过在喷射的初始阶段从第一喷射口组和第二喷射口组喷射大量的燃料,能够阻止循环效率恶化。另一方面,由该大量的喷射燃料的燃烧所产生的碳烟通过在后喷射时变得更精细的雾化燃料的燃烧能够在随后基本完全地被烧掉。
根据本发明的第八方面,提供一种根据本发明第一方面至本发明第七方面中任一项所述的燃料喷射***,所述阀体形成为底部闭合的筒状,在气缸中供给有燃料,并且在其底侧具有所述第一喷射口组和所述第二喷射口组;以及所述操作阀容纳在所述阀体中以能够来回自由移动并且设有与所述共轨连通并且控制所述操作阀的工作的至少一个控制腔、与所述控制腔连通的至少一个控制阀腔以及用于控制所述控制阀腔中的燃料压力的至少一个控制阀。
根据本发明的第八方面,通过该具体结构,可以增加在后喷射时的实际喷射压力,执行一定时间的后喷射,并通过高的实际喷射压力获得排放减少效果的优点。此外,可以采用能够独立地控制两个操作阀的结构并可以可变地控制后喷射期间以与发动机工作状况相匹配并减少排放。
根据本发明的第九方面,提供一种根据本发明第八方面所述的燃料喷射***,连通所述共轨与所述控制腔的通道设有入口,连通所述控制腔与所述控制阀腔的通道设有出口,以及所述入口的通道截面积比所述出口的通道截面积小。根据本发明的第九方面,操作阀的上升速度变得更大,但操作阀的下降速度变得更小,从而提供了一种能够实施本发明的第三方面的简单、具体的机构。
根据本发明的第十方面,提供一种根据本发明第八方面或本发明第九方面所述的燃料喷射***,所述至少一个操作阀由操作所述第一喷射口组的第一操作阀和操作所述第二喷射口组的第二操作阀构成,所述第一操作阀和所述第二操作阀由外侧管部件和***所述外侧管部件中的部件构成,所述控制腔由用于控制所述第一操作阀工作的第一控制腔和用于控制所述第二操作阀工作的第二控制腔构成,以及所述控制阀腔与所述第一控制腔和所述第二控制腔连通。根据本发明的第十方面,制造很容易并且可使用在第二喷射口附近的座部分上的落座性(seatability)更好的同轴针阀。
根据本发明的第十一方面,提供一种根据本发明第十方面所述的燃料喷射***,其中在所述第一控制腔和所述第二控制腔之间布置有提升锁定活塞。根据本发明的第十一方面所述的本发明的方面,通过在第一控制腔和第二控制腔之间布置提升锁定活塞,能够精确设置当第一喷射口完全开启时操作阀的提升和当第一喷射口和第二喷射口完全开启时操作阀的提升。
根据本发明的第十二方面,提供一种根据本发明第十方面或本发明第十一方面所述的燃料喷射***,连通所述共轨和所述第一控制腔的通道设有第一入口,连通所述共轨和所述第二控制腔的通道设有第二入口,连通所述第一控制腔和所述控制阀腔的通道设有第一出口,连通所述第二控制腔和所述控制阀腔的通道设有第二出口,以及所述第二出口的通道截面积比所述第一入口的通道截面积大。根据本发明的第十二方面,操作阀的上升速度变得更大,但是操作阀的下降速度变得更小,从而提供了能够实施本发明的第三方面的简单、具体的机构。此外,在初始喷射开始时,第一喷射口开启,然后第二喷射口开启,而在后喷射开始时,第二喷射口关闭,然后第一喷射口关闭。
根据本发明的第十三方面,提供一种根据本发明第八方面至本发明第十二方面中任一项所述的燃料喷射***,其中所述控制阀是三位控制阀。根据本发明的第十三方面,通过使用三位控制阀,能够比二位控制阀更自由地控制后喷射期间。即,大大提高了控制的自由度。
附图说明
从参照附图给出的对优选实施例的以下说明中将更明显地看出本发明的这些和其它目的以及特征,其中:
图1A至图1D示出对基于本申请的发明的雾化燃料的模拟;
图2示出基于图1的雾化燃料模拟的喷射模式;
图3示出当改变后喷射期间时碳烟的生成量;
图4是在根据第一实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图5是在根据第一实施例的喷射***中主喷射时的截面图;
图6是在根据第一实施例的喷射***中后喷射时的截面图;
图7是图4的针阀的尖端部的放大视图;
图8A至图8E是第一实施例的工作的视图;
图9是在根据第二实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图10是在根据第三实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图11是在根据第三实施例的喷射***中主喷射时的截面图;
图12是在根据第三实施例的喷射***中后喷射时的截面图;
图13A至图13E是第三实施例的工作的视图;
图14是在根据第四实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图15是在根据第五实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图16是在根据第六实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图17是在根据第六实施例的喷射***中主喷射时的截面图;
图18是在根据第六实施例的喷射***中后喷射时的截面图;
图19是图16的针阀的尖端部的放大视图;
图20A至图20D是第六实施例的工作的视图;
图21是在根据第七实施例的喷射***中非喷射时的截面图;
图22是在根据第七实施例的喷射***中主喷射时的截面图;
图23是在根据第七实施例的喷射***中后喷射时的截面图;
图24A至图24D是第七实施例的工作的视图;
图25是在根据第八实施例的喷射***中非喷射时的截面图。
具体实施方式
下面将利用附图对根据本发明的燃料喷射***的实施例进行说明。下列实施例是利用上述新概念所需的装置的具体示例。注意在所有的附图中,具有相同功能的部件被标以相同的参考标号。
第一实施例
图4是根据本发明的燃料喷射***的第一实施例的截面图。在图4所示的燃料不喷射的非喷射时,由第一针阀和第二针阀构成的喷射口操作阀的提升量变为0。在图4中,1表示在初始喷射、主喷射以及后喷射时燃料从其中喷射出的第一喷射口,2表示用于开启/关闭第一喷射口1的第一针阀,3为在第一针阀2关闭喷射口时第一针阀2所落座的第一座部分。参考标号4表示在主喷射时燃料从其中喷射出的第二喷射口,5表示设置在第一针阀2内的用于开启/关闭第二喷射口4的第二针阀,6表示当第二针阀5关闭喷射口时第二针阀5所落座的第二座部分,91表示阀体。在第一实施例中,第一针阀2和第二针阀5设置为在顶侧提升。注意第一针阀2设置为在阀体91的筒部91a中可滑动。注意与后面所提及的一体式针阀相比,该实施例的同轴针阀结构更简单并且在第二座部分上的落座性更好。
设置多个第一喷射口1和第二喷射口4以形成第一喷射口组和第二喷射口组。使第一喷射口组的总喷射口面积不大于第二喷射口组的总喷射口面积,而使第一喷射口的喷射口尺寸不大于第二喷射口的喷射口尺寸。第一喷射口组的总喷射口面积设置为不大于第二喷射口组的总喷射口面积以使后喷射的喷射率Q1比主喷射的喷射率Q2小并抑制发动机循环效率的恶化。通过使第一喷射口的喷射口尺寸不大于第二喷射口的喷射口尺寸,后喷射的雾化燃料的颗粒变得更精细且动能更小并形成雾化燃料行进较小的气体燃烧,能够烧掉由主喷射产生的碳烟,并且有效地还原NOx
参考标号7表示用于向第一喷射口1和第二喷射口4供给燃料的燃料供给通道。燃料存储腔7中的燃料使第一针阀2向开启侧(图4的上侧)偏移。此外,在第一针阀2开启后燃料使第二针阀5向开启侧(图4的上侧)偏移。注意,如日本专利公报(A)No.2002-322970中所示,一连通口在第一针阀2中开口,燃料供给到第二针阀5的尖端部,因此第一针阀2和第二针阀5能够向开启侧(图4的上侧)偏移(日本专利公报(A)No.2002-322970,第[0019]段)。
参考标号8表示用于使第一针阀2向关闭侧(图4的下侧)偏移的第一控制腔,9表示用于使第一针阀2向关闭侧(图4的下侧)偏移的第一弹簧,10表示用于设定流入第一控制腔8的燃料的量的第一入口,11是用于设定从第一控制腔8流出的燃料的量的第一出口。参考标号12表示用于通过提升锁定活塞31使第二针阀5向关闭侧(图4的下侧)偏移的第二控制腔,13表示用于通过提升锁定活塞31使第二针阀5向关闭侧(图4的下侧)偏移的第二弹簧,14表示用于设定流入第二控制腔12的燃料的量的第二入口,15表示用于设定从第二控制腔12流出的燃料的量的第二出口。参考标号31是设置为可在阀体91的筒部91a中滑动的提升锁定活塞。提升锁定活塞31限定第一针阀2和第二针阀5的最大提升量并且用于确保向第一喷射口1和第二喷射口4供给燃料的通路的截面积或用于防止第一弹簧和第二弹簧由于金属疲劳而断裂。
参考标号16表示用于控制第一控制腔8中的压力和第二控制腔12中的压力的压力控制阀。在第一实施例中,压力控制阀16是三位控制阀并且设置为在底侧提升。参考标号17是容纳控制阀16的控制阀腔。参考标号19是用于驱动压力控制阀16的压电式致动器。在第一实施例中,使用压电式致动器驱动压力控制阀16,但也可以使用任意其它类型的致动器。第二针阀5通过由第一针阀2构成的导向件引导并且能够向开启侧(图4的上侧)和关闭侧(图4的下侧)滑动。参考标号37表示用于连通控制阀腔17和第二控制腔12的连通口,从而即使当第二控制腔12中的燃料压力下降,提升锁定活塞31上升,并且活塞31的上端面抵靠在第二控制腔12的靠近第二出口15的顶表面上时,也不会阻塞第二出口15。
在图4所示的第一喷射口1和第二喷射口4不喷射燃料时的非喷射时,压力控制阀16的提升量为0。因此,控制阀腔17中的燃料不能再流出到返回通道,并且控制阀腔17、第一控制腔8以及第二控制腔12中的压力上升。结果,第一针阀2和第二针阀5向关闭侧(图4的下侧)偏移,并且第一针阀2和第二针阀5的提升量变为0。
图6是与图4类似的示出了第二喷射口不喷射燃料而第一喷射口喷射燃料的后喷射时(或在初始喷射时)的视图。如图6所示,在第二喷射口4不喷射燃料而第一喷射口1喷射燃料的后喷射时(或在初始喷射时),压力控制阀16设置在完全提升位置。因此,由于第二出口15变为关闭,第二控制腔12中的燃料不能流出到控制阀腔17中并且自然也不能流出到返回通道中,从而第二控制腔12保持在高压状态。结果,第二针阀5的提升量通过提升锁定活塞31保持为零并且燃料不从第二喷射口4喷射出。
另一方面,第一控制腔8中的燃料不能通过第一出口11和控制阀腔17流到返回通道,从而第一控制腔8中的压力下降。结果,由在第一针阀2的下尖端部2a的燃料压力产生并且沿向上的方向作用在第一针阀2上的力F1克服了由第一控制腔8中的压力产生并且沿向下的方向作用在第一针阀2上的力f1,第一针阀2提升,并且第一喷射口1喷射燃料。
注意由针阀承受的沿向座部分落座的方向的来自控制腔的燃料的力f1与针阀的承受来自控制腔的燃料压力的压力承受面积成比例。由针阀承受的沿远离座部分的方向的来自针阀周围的燃料压力的力与(针阀的截面积-针阀的座面积)成比例。除燃料压力以外,针阀在向座部分落座的方向上还承受来自卷簧或其它弹簧部件的偏移力(见图7)。
图5是与图4类似的示出了燃料从第一喷射口和第二喷射口两者喷射出的主喷射时的视图。如图5所示,在燃料从第一喷射口1和第二喷射口4两者喷射出的主喷射时,压力控制阀16设置在中间提升位置。因此,与图6所示的情况一样,第一控制腔8中的燃料也通过第一出口11和控制阀腔17流出到返回通道,并且第一控制腔8中的压力下降。结果,与图6中所示的情况一样,第一针阀2提升并且燃料从第一喷射口1喷射出。此外,第二控制腔12中的燃料可以通过第二出口15和控制阀腔17流出到返回通道,从而第二控制腔12中的压力下降。结果,由在第二针阀5的下尖端部5a的燃料压力产生并且沿向上的方向作用在第二针阀5上的力F2克服了由第二控制腔12中的压力产生并且沿向下的方向作用在第二针阀5上的力f2,第二针阀5提升,并且第二喷射口4喷射燃料。
图7是图5的放大视图,示出从燃料存储腔7到第一喷射口1和第二喷射口4的燃料通路的细节。如图7所示,要从第一喷射口1喷射出的燃料从燃料存储腔7通过第一座部分3行进以供给到第一喷射口1并且然后从第一喷射口1喷射出。此外,要从第二喷射口4喷射出的燃料从燃料存储腔7通过第一座部分3以及通过第二座部分6供给到第二喷射口4并且然后从第二喷射口4喷射出。即,要从第二喷射口4喷射出的燃料首先通过第一座部分3,然后通过第二座部分6并供给到第二喷射口4。F1是沿向上的方向作用在第一针阀2上的力,f1是沿向下的方向作用在第一针阀2上的力,F2是沿向上的方向作用在第二针阀5上的力,f2是沿向下的方向作用在第二针阀5上的力。
这里,将参照图8对根据第一实施例的燃料喷射***100的工作进行说明。注意图8A示出在燃料喷射***100中由第一喷射口附近的计算燃料压力表征的第一喷射口关于时间 t的实际喷射压力,图8B示出在***中关于时间的喷射量,即喷射率,图8C示出在***中控制阀关于时间的提升,图8D示出在***中第一针阀关于时间的提升,图8E示出在***中第二针阀关于时间的提升。在图8A至图8E中,时间轴完全相同。
(1)控制***向压电式致动器的驱动电路输入一驱动脉冲。如图8C所示,在t1时刻,当驱动电路在压电式致动器19上加载最大电压时,与压电式致动器相连结的控制阀16从关闭位置L0向图4的下侧移动,抵靠在控制阀腔17的下表面17a上,并且像这样保持在该抵靠位置。所述抵靠位置变成控制阀16的完全提升位置L1。因此,第一控制腔8中的燃料能够通过第一出口11和控制阀腔17并流出到返回通道,从而第一控制腔8中的压力下降。结果,由在第一针阀2的下尖端部2a的燃料压力产生并且沿向上的方向作用在第一针阀2上的力F1克服由第一控制腔8中的压力产生并且沿向下的方向作用在第一针阀2上的力f1。如图8D所示,在t2时刻,第一针阀2开始向图4的上侧提升,座部分3开启,第一喷射口1开始喷射燃料,初始喷射开始。此外,在t3时刻,第一针阀2提升到中间位置并且像这样保持。在这个时刻,如图8B所示,从第一喷射口1的每时间单位的喷射量即喷射率变为Q1。另一方面,由于第二出口15被关闭,第二控制腔12保持在原高压状态,第二针阀5没有通过提升锁定活塞31提升而是保持在原状态,并且第二喷射口4喷射燃料。
(2)此外,如图8C所示,在t4时刻,当加在压电式致动器19上的最大电压减小为中间电压时,控制阀16从完全提升位置L1向图4的上侧移动并保持在不抵靠控制阀腔17的下表面17a或座表面17b的中间提升位置L2。结果,此外,第二控制腔12中的燃料能够通过第二出口15和控制阀腔17并流出到返回通道,从而第二控制腔12中的压力下降。如图8E所示,在t5时刻,第二针阀5开始提升,第二喷射口4也开始喷射燃料,主喷射开始。在这个时刻,第一针阀2也跟随第二针阀5的上升而向上侧移动。此外,在t6时刻,第二针阀5和第一针阀2被完全提升并像这样被保持。在这个时刻,如图8B所示,从第一喷射口1和第二喷射口4的每时间单位的喷射量即喷射率变为最大值Q2
(3)此外,如图8C所示,在t7时刻,当加在压电式致动器19上的中间电压再次增大到最大电压时,控制阀16从中间提升位置L2向图4的下侧移动并且像完全提升位置L1一样被保持。结果,控制阀16关闭第二出口15,从而第二控制腔12由于从共轨的燃料供给而压力上升并最终达到共轨压力,因此在t8时刻,第二针阀5通过提升锁定活塞31开始向图4的下侧移动(同时,第一针阀2也被活塞31推动并且向下侧移动)。在t9时刻,第二喷射口4被关闭并且像这样保持,从而从第二喷射口4的燃料喷射中止。在这个时刻,如图8B所示,喷射率Q再次变为Q1,后喷射开始。
(4)此外,如图8C所示,在t10时刻,当加在压电式致动器19上的最大电压下降时,控制阀16从完全提升位置L1向图4的上侧移动并且再次回到关闭位置L0并像这样保持。因此,控制阀腔17中的燃料不能再流出到返回通道,并且控制阀腔17和第一控制腔8中的压力上升。结果,在t11时刻,第一针阀2向关闭侧(图4的下侧)偏移。如图8D所示,在t12时刻,第一针阀2的提升量变为与第二针阀5相同的零并且燃料喷射完全结束。
(5)这样,根据本发明的燃料喷射***100的一个工作循环结束。这以后,重复该循环。
这里,将说明图8A的实际喷射压力P。在本说明书中“实际喷射压力”是指在喷射口附近的燃料压力。在图8A中由实线表示的实际喷射压力示出第一喷射口附近1a(见图7)的燃料压力,而由点划线表示的实际喷射压力示出第二喷射口附近5a(见图7)的燃料压力。这些燃料压力两者都是计算值。在t2时刻,燃料开始从第一喷射口1喷射。当初始喷射开始时,第一喷射口的实际喷射压力上升。当达到与共轨压力(例如,180MPa)基本相同的压力或比共轨压力稍低的压力P2时,该喷射压力像这样保持。当与从第一喷射口附近1a通过第一喷射口1喷射到气缸的燃料的量相同的量(的燃料)未实时地从共轨燃料供给的上游侧补充到第一喷射口附近1a时,发生第一喷射口的实际喷射压力变得比共轨压力稍低的现象。
此外,在t5时刻,燃料开始从第二喷射口4喷射。当主喷射开始时,位于第一喷射口附近1a的燃料通过第一喷射口1并喷射到气缸中。同时,其通过第二喷射口4并喷射到气缸中。因此,在本实施例中,由于第一喷射口组的总喷射口面积、第二喷射口组的总喷射口面积、从共轨燃料供给的上游侧向第一喷射口附近1a的燃料补充量、从共轨燃料供给的上游侧到第一喷射口附近1a的燃料通道的形状以及其它各种因素,第一喷射口的实际喷射压力P为低于压力P2的压力P1(例如,150MPa)。这是因为与从第一喷射口附近1a通过第一喷射口1和第二喷射口4喷射到气缸内部的燃料的量相同的量未实时地从共轨燃料供给的上游侧补充到第一喷射口附近1a。在该实施例中,由于上述原因,使第一喷射口组的总喷射口面积不大于第二喷射口组的总喷射口面积。这是第一喷射口的实际喷射压力P变为比压力P2低的压力P1的一个因素。取决于上述参数,可以使P1变成和P2相同程度的压力。
此外,在t8时刻,第二喷射口4开始关闭。当主喷射开始结束时,从第一喷射口附近1a通过第二喷射口4喷射到气缸中的燃料减少,因此燃料很容易从共轨燃料供给的上游侧补充。在该实施例中,第一喷射口的实际喷射压力P再次开始上升。在t9时刻,后喷射开始。当到达与共轨压力(例如,180MPa)基本相同或稍稍低于共轨压力的压力P2时,压力像这样维持。在t11时刻,第二喷射口4开始关闭。当后喷射开始结束时,第一喷射口的实际喷射压力P下降并且在t12时刻喷射结束。
此外,第二喷射口的实际喷射压力P具有如图8A中点划线所示的形式。在第二喷射口4变为完全开启的第二喷射阀5的完全提升时刻,压力到达比P1稍低的压力P3
如上所述,在第一实施例中,可知在后喷射期间的实际喷射压力变得比在主喷射期间的实际喷射压力高。
第二实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第二实施例。图9是根据本发明的燃料喷射***的第二实施例的截面图并且与根据第一实施例的图4类似。第二实施例与第一实施例主要的不同之处在于除去了提升锁定活塞。其工作方式与第一实施例相同。如图9所示,阀体91的筒部91a在阀体的上侧与内径较小的筒部91b相连。第二针阀5设置为通过第一针阀2的引导而能够自由地在筒部91b的内部滑动。
与第一实施例相比,第二实施例省略了提升锁定活塞,从而简化了结构。第二控制腔12的内径很小,因此第二控制腔12的燃料压力使得作用在第二针阀5上的负荷变得更小并且第二座部分6的磨损变得更小。
第三实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第三实施例。图10是根据本发明的燃料喷射***的第三实施例的截面图并且与根据第一实施例的图4类似。与图4相同,该图示出燃料压力控制阀16的提升为零并且不喷射燃料时的非喷射状态。注意与稍后要说明的第四实施例或第五实施例相比较而言,在第一实施例至第三实施例中,在初始喷射开始的时刻,第一喷射口开启,然后第二喷射口开启,而在后喷射开始的时刻,第二喷射口关闭,然后第一喷射口关闭。第三实施例与第一实施例的基本结构的不同之处在于控制阀是两位阀,第二出口的位置是单独的位置,并且六个参数之间的相对关系也不同,六个参数即第一入口通道截面积、第二入口通道截面积、第一出口通道截面积、第二出口通道截面积、第一弹簧的安装负荷以及第二弹簧的安装负荷。
在第三实施例中,图4的第二出口15可以设置在不能被控制阀的底部16a关闭的任意位置。即,如图10所示,第二出口15与将第一控制腔8与控制阀腔17连通的通道36相连通,从而第二控制腔12间接地与控制阀腔17连通。在第三实施例中,没有控制阀的中间提升位置,从而第二出口15在布置上必须改变。
六个参数之间的相对关系如下。
(1)在第三实施例中,使第一出口11的通道截面积等于或大于第二出口15的通道截面积。因此,在燃料喷射开始的时刻,第一控制腔8中的燃料压力比第二控制腔12中的燃料压力下降得快并且第一针阀2比第二针阀5开启得早以形成初始喷射。当然,即使第一出口11的通道截面积与第二出口15的通道截面积相同,也可以使第二弹簧13的安装负荷大于第一弹簧9的安装负荷等以使第一针阀2先开启。
(2)在第三实施例中,使第一入口10的通道截面积小于第二入口14的通道截面积。这是为了使在喷射开始以后,第二控制腔12中的燃料压力比第一控制腔8中的燃料压力上升得快并且在第一针阀2之前关闭第二针阀5以形成后喷射。当然,即使第一入口10的通道截面积与第二入口14的通道截面积相同,如果使第二弹簧13的安装负荷大于第一弹簧9的安装负荷等,也可使第二针阀5先关闭。
(3)在第三实施例中,使第二出口15的通道截面积大于第一入口10的通道截面积。这是为了使第二控制腔12中的燃料压力下降速度大于第一控制腔8中的燃料压力上升速度(见图13C)并使后喷射期间T3大于初始喷射期间T1
下面,图11示出燃料从第一喷射口和第二喷射口两者喷射出的主喷射时并且图11是与图5类似的视图。然而,在根据第一实施例的图5中,压力控制阀16设置在中间提升位置,而在根据第三实施例的图11中,压力控制阀16设置在完全提升位置。在第三实施例中,控制阀是两位阀并且第二出口的位置是单独的位置。
由此,第一控制腔8中的燃料也能通过第一出口11和控制阀腔17并流出到返回通道,从而第一控制腔8中的压力下降。结果,第一针阀2提升,并且第一喷射口1喷射燃料。此外,第二控制腔12中的燃料通过第二出口15和控制阀腔17并流出到返回通道,从而第二控制腔12中的压力下降。结果,第二针阀5提升,并且第二喷射口4喷射燃料。
图12是示出燃料不从第二喷射口喷射但从第一喷射口喷射的后喷射的视图并且图12与图6类似。然而,在根据第一实施例的图6中,压力控制阀16设置在完全提升位置,而在根据第三实施例的图12中,压力控制阀16设置在零提升位置(关闭位置)。图12示出在从主喷射向非喷射过渡的时刻的不稳定状态。第二控制腔12中的压力基本是共轨压力,但第一控制腔8中的压力仍然不是接近共轨压力的压力,从而第一针阀2开启第一喷射口1并且第一喷射口1喷射燃料。
这里将参照图13A至13E对根据第三实施例的燃料喷射***300的工作进行说明。注意图13A示出在***300中每时间单位 t的喷射量,即喷射率,图13B示出在***中控制阀关于时间的提升,图13C示出在***中控制压力P关于时间的压力,即第一控制腔8中的压力P1(通过点划线示出)和第二控制腔12中的压力P2(通过实线示出),图13D示出在***中第一针阀关于时间的提升,图13E示出在***中第二针阀关于时间的提升。在图13A至13E中,时间轴完全相同。
(1)如图13B所示,在t1时刻,当最大电压加在压电式致动器19上时,与压电式致动器相连结的控制阀16从关闭位置L0向图10的下侧移动,抵靠控制阀腔17的底部17a,并保持处于该抵靠位置的状态。该抵靠位置变为控制阀16的完全提升位置L1。因此,第一控制腔8和第二控制腔12中的燃料能够通过第一出口11和第二出口15、连通通道36以及控制阀腔17并流出到返回通道,从而第一控制腔8和第二控制腔12中的压力下降。结果,如图13D所示,在t2时刻,第一控制腔压力P1变成P1a,作用在第一针阀2上的上升力F1(见图7)克服由第一控制腔压力P1所产生的下降力f1(见图7),第一针阀2开始向图10的上侧提升,座部分3开启,燃料开始从第一喷射口1喷射,初始喷射开始。第一针阀2提升到中间位置并保持在那个状态。在t3时刻,第二控制腔压力P2变为P2a,作用在第一针阀2上的上升力F2(见图7)克服由第二控制腔压力P2所产生的下降力f2(见图7),第二针阀5也开始向图10的上侧提升,座部分6开启,燃料也开始从第二喷射口4喷射,主喷射开始,并且第二针阀5完全提升并保持在那个状态。
(2)如图13B所示,在t4时刻,当加在压电式致动器19上的最大电压关断时,控制阀16从完全提升位置L1向图10的上侧移动,再次返回到关闭位置L0,并且像这样保持。这样,控制阀腔17中的燃料不能再流出到返回通道,并且控制阀腔17、第一控制腔8以及第二控制腔12中的压力上升。结果,在t5时刻,第二控制腔压力P2变为P2b,由第二控制腔压力P2所产生的作用在第一针阀2上的下降力f2(见图7)克服上升力F2(见图7)并且第二针阀5向关闭侧(图11的下侧)偏移。如图13E所示,在t6时刻,第二针阀5提升量变为零。此外,在t7时刻,第一控制腔压力P1变为P1b,由第一控制腔压力P1所产生的作用在第一针阀2上的下降力f1(见图7)克服上升力F1(见图7),并且第一针阀2向关闭侧(图12的下侧)偏移。如图13D所示,在t8时刻,第一针阀2变为与第二针阀5的提升量相同,即为零,并且燃料喷射完全结束。
第四实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第四实施例。图14是根据本发明的燃料喷射***的第四实施例的截面图并且与根据第三实施例的图10类似。第四实施例与第三实施例的主要不同之处在于省略了提升锁定活塞。其工作方式与第三实施例中相同。如图14所示,阀体91的筒部91a在上侧与内径较小的筒部91b相连接。第二针阀5设置为在被第一针阀2引导的同时可在筒部91b内滑动。
与第三实施例相比,第四实施例省略了提升锁定活塞,从而简化了结构。此外,第二控制腔12的内径很小,从而第二控制腔12的燃料压力减小了作用在第二针阀5上的负荷并且第二座部分6的磨损变得更小。
第五实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第五实施例。图15是示出根据本发明的燃料喷射***的第五实施例的截面图并且与根据第四实施例的图14类似。第五实施例与第四实施例的主要不同之处在于第一控制腔和第二控制腔被制成为单一的公共控制腔8A,伴随此,第一入口和第二入口被制成为单一的公共入口10A,并且第一出口和第二出口被制成为单一的公共出口11A。第五实施例的工作方式与第四实施例中相同。
在第五实施例中,入口通道截面积和出口通道截面积之间的相对关系以及第一弹簧的安装负荷和第二弹簧的安装负荷之间的相对关系变得很重要。
(1)通过使第二弹簧13的安装负荷大于第一弹簧9的安装负荷,可使第一针阀2在喷射开始时刻开启,还可使第二针阀5在后喷射开始时刻先关闭。
(2)使出口11A的通道截面积大于入口10A的通道截面积。这是为了使控制腔8A中的燃料压力的下降速度大于控制腔8A中的燃料压力的上升速度(见图13C)并使后喷射期间T3大于初始喷射期间T1
与第四实施例相比,第五实施例简化了结构,从而能够使燃料喷射***更紧凑并提高可靠性。
第六实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第六实施例。图16是根据本发明的燃料喷射***的第六实施例的截面图并且与根据第一实施例的图4类似。其示出没有燃料喷射的非喷射时。此外,图17是第六实施例在主喷射时的截面图,而图18是第六实施例在后喷射时的截面图。图19是图17的放大视图并示出从燃料存储腔7到第一喷射口1和第二喷射口4的燃料通路的细节。
第六实施例与第一实施例的主要不同之处在于第一针阀和第二针阀被制成为一体式枢轴型针阀,与此相关,第二喷射口设置在能够由枢轴型针阀的尖端滑动部密封的位置,并且设有限制提升锁定活塞的沿图16中的向下方向的运动的止动件41(例如,卡环)。第六实施例的工作方式与第一实施例基本相同。
如图16和图19所示,根据第六实施例的喷射器600为针阀20的尖端部设置突起部20c,为阀体91的端部设置可供突起部20c在其中滑动的柱面状滑动部91c,并且为滑动部91c设置根据针阀20的上升(提升)而开启的第二喷射口4。此外,突起部20c形成有在针阀20开启的时刻将针阀20的第一座部分3的上游侧的燃料存储腔7与位于滑动部91c的端部侧的吸入腔21相连通的连通通道20b。
此外,如图19所示,当针阀20的提升很低时,燃料从燃料存储腔7移动通过第一座部分3并只从上游侧的第一喷射口1喷射出。此外,如果针阀20的提升变得更高,则燃料不但从第一喷射口1供给,而且还从燃料存储腔7和第一座部分3移动通过第一喷射口附近的燃料存储腔1b,并通过设置在枢轴型针阀的端部20c的连通口20b,流入吸入腔21,并从位于也从突起部20c开启的端部侧(图19的下侧)的第二喷射口4喷射出。
此外,止动件41限制提升锁定活塞31沿图16中的向下方向的运动从而不妨害通过针阀20对第一喷射口1进行的开启和关闭。即,只通过第一控制腔8中的燃料压力和第一弹簧9,就能够控制通过针阀20对第一喷射口1进行的开启和关闭。
这里,将参照图20A至20D,在只关注与根据第一实施例的图8A至8E的不同之处的情况下对根据第六实施例的燃料喷射***600的工作进行说明。图20A至20C示出与图8A至8C相同的项目。图20D示出***600的针阀关于时间 t的提升。在图20A至20D中,时间轴完全相同。
(1)从t1至t3时刻的工作与第一实施例相同。第一实施例的第一针阀2的工作与第六实施例的针阀20的工作相同。针阀20的从t2至t3时刻的提升叫做“第一提升”。
(2)如图8C所示,在t4时刻,如果加在压电式致动器19上的最大电压减小为中间电压,则控制阀16从完全提升位置L1向图16的上侧移动并且保持在不与控制阀腔17的底部17a或座表面17b抵靠的中间提升位置L2。结果,此外,第二控制腔12中的燃料能够通过第二出口15和控制阀腔17流出到返回通道,因此第二控制腔12中的压力下降。如图8D所示,在t5时刻,针阀20开始第二提升,燃料开始从由针阀20的尖端突起滑动部20a密封的第二喷射口4喷射出,主喷射开始。此外,在t6时刻,第二针阀5完全提升并保持在那个状态。在这个时刻,如图20B所示,从第一喷射口1和第二喷射口4的每时间单位的喷射量即喷射率变为最大值Q2
(3)此外,如图20C所示,在t7时刻,当加在压电式致动器19上的中间电压进一步增加到最大电压时,控制阀16从中间提升位置L2向图16的下侧移动并保持在完全提升位置L1。结果,控制阀16关闭第二出口15,从而第二控制腔12中的压力由于从共轨的燃料供给而上升并最终变为共轨压力,因此在t8时刻,针阀20通过提升锁定活塞31开始向图16的下侧移动。在t9时刻,第二喷射口4关闭并且提升锁定活塞31抵靠在止动件41上从而保持在那个状态,因此从第二喷射口4的燃料供给中止。在这个时刻,如图8B所示,喷射率Q再次变为Q1并且后喷射开始。此后的工作与第一实施例相同。
第七实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第七实施例。图21是根据本发明的燃料喷射***的第七实施例的截面图并且与第五实施例的图15类似。其示出没有燃料喷射的非喷射时。图22示出第七实施例的主喷射时,而图23示出第七实施的后喷射时。第七实施例与第五实施例的主要不同之处在于第一针阀和第二针阀被制成为一体式枢轴型针阀,与此相关,第二喷射口设置在能够由枢轴型针阀的尖端滑动部密封的位置(以上与第六实施例相同),并且第一弹簧和第二弹簧还变为单一的公共弹簧9A。第七实施例的工作方式与第五实施例基本相同。
在第七实施例中,入口通道截面积和出口通道截面积之间的相对关系变得很重要。使出口11A的通道截面积大于入口10A的通道截面积。这是为了使控制腔8A中的燃料压力的下降速度大于控制腔8A中的燃料压力的下降速度(见图24C)并使后喷射期间T3比初始喷射期间T1长。
与第五实施例相比,第七实施例简化了结构,从而能够使燃料喷射***更紧凑并提高可靠性。此外,由于第一针阀和第二针阀变为一体式枢轴型的特殊针阀,在初始喷射开始的时刻,第一喷射口开启,然后第二喷射口开启,而在后喷射开始的时刻,第二喷射口关闭然后第一喷射口关闭。(在第五实施例中第一针阀和第二针阀是分开的,因此这不能可靠地保证。)
第八实施例
下面将说明根据本发明的燃料喷射***的第八实施例。图25是根据本发明的燃料喷射***的第八实施例的截面图并且与根据第一实施例的图4类似。第八实施例与第一实施例的主要不同之处在于将单个的三位控制阀的功能分为两个两位控制阀的功能。除图8C之外,其工作方式与第一实施例的工作相同。在第八实施例中,通过第一控制阀16A控制第一控制腔8的燃料压力,而通过第二控制阀16B控制第二控制腔12的燃料压力。在图8C中,在t1时刻,电压加在第一压电式致动器19A上以用于第一控制阀16A的完全提升。在t10时刻,电压关断以用于零提升。此外,在t4时刻,电压加在第二压电式致动器19B上以用于第二控制阀16B的完全提升。在t7时刻,电压关断以用于零提升。因此,获得了与图8A、8B、8D以及8E中所示的相同的功能和工作。
第八实施例采用两个两位控制阀以能够自由控制后喷射期间。注意两位控制阀是确保比三位控制阀具有更好的工作稳定性和可靠性的装置,从而在根据第八实施例的燃料喷射***800中确保了工作稳定性和可靠性。然而,由于使用了两个控制阀,尺寸变得校大。
尽管参照用于说明目的而选择的具体实施例对本发明进行了说明,但应当明白在不背离本发明的基本概念和范围的情况下本领域的技术人员能够对本发明做出多种修改。

Claims (13)

1.一种燃料喷射***,所述燃料喷射***将从燃料供给泵供给的高压燃料的压力存储在共轨中并且将存储在所述共轨中的高压燃料喷射到内燃机的燃烧室中,
所述燃料喷射***的特征在于:设有阀体、设在所述阀体上并且喷射燃料的第一喷射口组和第二喷射口组以及操作所述第一喷射口组和所述第二喷射口组的至少一个操作阀;
在高负荷范围内在主喷射后连续地执行后喷射,在主喷射时从所述第一喷射口组和所述第二喷射口组喷射燃料,并且在后喷射时从所述第一喷射口组喷射燃料;
将在后喷射期间所述第一喷射口附近的实际喷射压力控制为比在主喷射期间所述第一喷射口附近的实际喷射压力高;以及
控制所述操作阀开启所述第一喷射口组以开始喷射,然后也控制所述操作阀同时或短时间内开启所述第二喷射口组以执行主喷射,然后控制所述操作阀关闭所述第二喷射口组然后执行后喷射,并且,在从喷射开始比所述同时或短时间长的时间经过后,控制所述操作阀也关闭所述第一喷射口组以结束喷射。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其特征在于,所述后喷射的喷射期间能够被可变地控制。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其中当通过所述操作阀关闭所述第一喷射口组时所述操作阀从完全提升位置向关闭位置移动的速度比当通过所述操作阀开启所述第一喷射口组时所述操作阀从所述关闭位置向所述完全提升位置移动的速度小。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其中所述第一喷射口组的总喷射口面积不大于所述第二喷射口组的总喷射口面积并且所述第一喷射口的喷射口尺寸不大于所述第二喷射口的喷射口尺寸。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其中所述第一喷射口组布置在构成燃料供给侧的上游侧,而所述第二喷射口组布置在位于所述燃料供给侧相对侧的下游侧。
6.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其中燃料按初始喷射、主喷射和后喷射的顺序连续地喷射,在初始喷射时燃料从所述第一喷射口组喷射出,在主喷射时燃料从所述第一喷射口组和所述第二喷射口组喷射出,在后喷射时燃料从所述第一喷射口组喷射出。
7.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其中在部分负荷范围内燃料仅从所述第一喷射口组喷射出并且在高负荷范围内燃料从所述第一喷射口组和所述第二喷射口组两者喷射出。
8.根据权利要求1所述的燃料喷射***,其中,
所述阀体形成为底部闭合的筒状,在气缸中供给有燃料,并且在其底侧具有所述第一喷射口组和所述第二喷射口组;以及
所述操作阀容纳在所述阀体中以能够来回自由移动并且设有:
与所述共轨连通并且控制所述操作阀的工作的至少一个控制腔,
与所述控制腔连通的至少一个控制阀腔,以及
用于控制所述控制阀腔中的燃料压力的至少一个控制阀。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射***,其中,
连通所述共轨与所述控制腔的通道设有入口,
连通所述控制腔与所述控制阀腔的通道设有出口,以及
所述入口的通道截面积比所述出口的通道截面积小。
10.根据权利要求8所述的燃料喷射***,其中,
所述至少一个操作阀由操作所述第一喷射口组的第一操作阀和操作所述第二喷射口组的第二操作阀构成,
所述第一操作阀和所述第二操作阀由外侧管部件和***所述外侧管部件中的部件构成,
所述控制腔由用于控制所述第一操作阀工作的第一控制腔和用于控制所述第二操作阀工作的第二控制腔构成,以及
所述控制阀腔与所述第一控制腔和所述第二控制腔连通。
11.根据权利要求10所述的燃料喷射***,其中在所述第一控制腔和所述第二控制腔之间布置有提升锁定活塞。
12.根据权利要求10所述的燃料喷射***,其中,
连通所述共轨和所述第一控制腔的通道设有第一入口,
连通所述共轨和所述第二控制腔的通道设有第二入口,
连通所述第一控制腔和所述控制阀腔的通道设有第一出口,
连通所述第二控制腔和所述控制阀腔的通道设有第二出口,以及
所述第二出口的通道截面积比所述第一入口的通道截面积大。
13.根据权利要求8所述的燃料喷射***,其中所述控制阀是三位控制阀。
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