CN1715638A - 内燃机的燃油喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机燃油喷射阀(1)，它调节油压腔(6)中的压力沿阀关闭方向作用于喷嘴针阀(5)上，喷嘴针阀用于开启或关闭喷射孔(51)。通过用压电制动器(2)驱动油压控制部(102)的阀体(4)，所述燃油喷射阀(1)使得所述调节油压腔(6)中的压力增大或减少。所述调节油压腔(6)通过主通道(71)与所述油压调节部(102)连通，同时通过子通道(75)与所述高压通道(121)连通。所述主通道(71)和子通道(75)分别在通向所述调节油压腔(6)的开口端的附近形成有主节流孔(72)和子节流孔(76)，所述主节流孔以及副节流孔的位置的选择使得所述调节油压腔(6)中的压力波动得以抑制。

Description

内燃机的燃油喷射阀

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的共轨式燃油喷射***的燃油喷射阀结构。特别地，本发明涉及抑制喷嘴针阀的背压波动的背压介质通道的结构。

背景技术

柴油机的共轨式燃油喷射***将燃油汇聚在共轨中，并且将其提供给燃油喷射阀的燃油供给通道。所述共轨式燃油喷射***通过用喷嘴针阀开启和关闭在每一燃油喷射阀的顶端形成的喷射孔而喷射燃油。一个调节油压腔在所述喷嘴针阀的后部形成。调节油压腔中的压力受到油压控制阀的控制。通过采用压电致动器的驱动部对所述油压控制阀的驱动，所述喷嘴针阀上升或下降。在这一结构中，供给自所述共轨的燃油进入喷射器的燃油通道并进而提供给喷射孔。与此同时，供给自所述共轨的燃油进入调节油压腔，并且作为一调节油向所述喷嘴针阀沿阀关闭的方向施加一压力，其中所述调节油压腔的腔壁由所述喷嘴针阀的后端面形成。

可用两通阀或三通阀来作为油压调节阀。例如，在未审查的日本专利申请公开文本No.2001-355534(专利文献1)中所描述的燃油喷射阀包括阀体和具有三通阀结构的油压控制阀，所述阀体可选择性地压靠在排出通道侧上的低压阀座上或高压通道侧上的高压阀座上。所述调节油压腔根据阀体的压靠位置而与所述排出通道或所述高压通道相连。更具体地说，如果所述油压调节阀使得所述调节油压腔与所述排出通道连通，则所述燃油由所述调节油压腔中流出。因而，所述调节油压腔中的压力降低，同时所述喷嘴针阀与所述阀座分离。如果所述油压调节阀使得所述调节油压腔与所述高压通道连通，则经由所述高压通道由所述共轨进入所述调节油压腔中的燃油使得其中的压力增大，因此所述喷嘴针阀被固定。

这样一来，所述喷嘴针阀的背压可以通过调节在所述针阀后部形成的调节油压腔中的油压而得以发生变化。因此，所述调节油压腔与所述高压通道或排出通道直接或间接通过油压控制阀连通。但是，这些连通通道和调节油压腔共同形成了压力波动的共振***。因此，所述调节油压腔中产生压力波动，故而带来了喷嘴针阀操作不稳定的问题。特别地，在专利文献1中所披露的结构中，所述调节油压腔通过主节流通道与所述三相阀连通，并且通过子节流通道与所述高压通道连通。因此导致多个偏离源生成，并进而使得压力波动变大。其结果是，控制所述喷嘴打开或关闭的控制性能被削弱。随着所述连通通道长度的增加，所述压力波动增加。因此，通过减少所述每一连通通道的长度，所述压力的波动能够被抑制。但是这将使得设计的自由度受到限制。

发明内容

因此，本发明的一个目的是抑制燃油喷射阀的调节油压腔中的压力波动。从而使得喷嘴针阀的操作稳定，并且控制喷射的性能得以改善。本发明的另一目的是通过对所述调节油压腔中压力波动的抑制而消除对通向所述调节油压腔的连通通道的长度的限制。因而，所述设计自由度能够得以改善。

按照本发明的一方面，内燃机的燃油喷射阀具有调节油压腔、油压控制阀和驱动部。所述调节油压腔沿阀关闭方向向喷嘴针阀施加压力，以使得所述喷射孔开启或关闭。所述油压控制阀位于所述调节油压腔和低压源之间，用于通过所述调节油压腔和所述低压源之间连接状态以及断开状态之间的转换而使得所述调节油压腔中的油压增大或减少。所述驱动部驱动所述油压控制阀。所述调节油压腔通过第一通道与所述油压控制阀连通，并通过第二通道与高压源连通。所述第一和第二通道上分别形成有第一和第二限制部。所述第一和第二限制部在适于抑制所述调节油压腔中的压力波动的预定位置处形成，所述位置在所述调节油压腔侧上的所述第一和第二通道的开口端附近。

在现有技术中，当作为容腔的所述调节油压腔与通向其中的通道产生共振时，现有技术中的压力波动的问题得以发生。相反，在本发明的燃油喷射阀中，所述第一和第二限制部在通向所述调节油压腔的所述第一和第二通道的开口端附近形成。因此，造成压力波动的所述通道和调节油压腔之间的连接被阻断。因此，所述调节油压腔中的压力波动得以抑制。其结果是，所述喷嘴针阀操作稳定，并且所述喷管开启和关闭的调控性得以提高。同时，对所述第一和第二通道长度的限制被消除，因此设计自由度能够得以增大。

附图说明

通过对构成本发明一部分的以下详细描述、相应的权利要求以及附图，本发明的特征、有益效果、操作方法以及相关部分的功能将变得很明显。在附图中：

图1是按照本发明一实施例的燃油喷射阀的剖视图；

图2是按照本发明的所述燃油喷射阀操作的时间图表；

图3示出了按照本发明从连通通道的开口端到节流孔之间的距离与压力波动之间的关系；

图4示出了按照本发明的所述节流孔与所述连通通道的直径比与压力波动之间的关系；以及

图5示出了按照本发明的命令脉冲宽度与喷射量之间的关系。

具体实施方式

参见图1，其中示出了按照本发明一个实施例的燃油喷射阀1。本实施例的所述燃油喷射阀1用于柴油发动机的共轨式燃油喷射***中。多个燃油喷射阀1依据所述柴油发动机相应的气缸而放置，并且从共轨中接收燃油，所述共轨是多个燃油喷射阀所公用的。高压燃油供给泵将所述燃油由燃油箱中压力供给所述共轨，同时所述共轨将燃油汇聚到具有一预定的与燃油喷射压力相一致的高压力(例如20至200帕)。

所述燃油喷射阀1的下端部具有包括喷嘴针阀5的喷嘴部101。所述燃油喷射阀1被安装成使得所述喷嘴部101伸入燃烧室中。所述燃油喷射阀1的中间部具有油压控制部102(油压控制阀)。所述燃油喷射阀1的上端部具有驱动部103。所述燃油喷射阀1通过用所述驱动部103驱动所述油压控制部102的阀体4而控制所述喷嘴针阀5的背压。所述燃油喷射阀1具有用于容纳各个部件的壳体11，其包括喷嘴部101、油压控制部102和驱动部103。所述壳体11上形成有连通通道，例如高压通道121和排出通道131。所述高压通道121作为高压源通过高压口12与所述共轨连通。所述排出通道131作为低压源通过低压口13与所述燃油箱连通。

在图1中，具有台阶部的喷嘴针阀5滑动安装于在所述壳体11下端部中形成的垂直孔14中。环形油槽54环绕所述喷嘴针阀5下半部的小径部分形成。所述油槽54与所述高压通道12一直保持连通，并且所述高压燃油由所述共轨提供给所述油槽54。一个袋状部在所述垂直孔14的下方形成，以使其与所述垂直孔14续接。用于喷射燃油的喷射孔51穿过具有所述袋状部的壁面而形成。

当所述喷嘴针阀5处于图1所示的下端位置时，具有圆锥形尖端部的针阀部52压靠在喷嘴座55上，并且由所述油槽54到所述喷射孔51的燃油供给被中断。所述喷嘴座55具有在所述袋状部和垂直孔14之间的边界处形成的台阶部。如果所述喷嘴针阀5上升并且与所述喷嘴座55分离，则燃油由所述油槽54提供给所述喷射孔51。

所述喷嘴针阀5的上端面以及所述垂直孔14的壁面之间的区域形成有一个调节油压腔6。所述调节油压腔6通过一个作为第二通道的子通道75与所述高压通道121一直保持连通。所述高压燃油经由一个作为第一通道的主通道71以及所述油压控制部102的阀腔42由高压通道121提供给所述调节油压腔6，以使得所述喷嘴针阀5产生背压。在图1中，所述背压向下作用于所述喷嘴针阀5上。所述背压以及位于所述调节油压腔6中的弹簧61沿着使喷嘴针阀5压靠所述喷嘴座55的压靠方向推压所述喷嘴针阀5。所述油槽54中的高压燃油向上作用于喷嘴针阀5的针阀台阶部53和圆锥尖端面上，并且沿着使喷嘴针阀5与所述喷嘴座55分离的分离方向推压所述喷嘴针阀5。所述燃油不经过所述阀腔42，而是直接经过所述子通道75由所述共轨供给到所述调节油压腔6。因此，所述喷嘴针阀5能够被逐渐打开并且快速关闭。这样可得到合适的燃油喷射特性。

作为第一限制部的主节流孔72在所述调节油压腔6侧的所述主通道71的开口端形成。作为第二限制部的子节流孔76在所述调节油压腔6侧的所述子通道75的开口端形成。在本实施例中，所述主节流孔72和子节流孔76直接通向所述调节油压腔6。因此，可防止作为容腔的所述调节油压腔6、主通道71和子通道75产生共振现象，并且可以防止压力波动的产生。作为另一种选择，所述主节流孔72和子节流孔76可以不直接通向所述调节油压腔6。所述主节流孔72和子节流孔76可以在接近所述调节油压腔6侧上的开口端的任一位置处形成，只要该位置适于防止共振现象的产生即可。子节流孔76产生诸如使得喷射比最优化以及减少最小喷射压力的作用。

所述油压控制部102具有三通阀结构。位于所述阀腔42中的阀体4可选择性地压靠在阀腔42顶面上形成的低压座4a上，或者压靠在阀腔42底面上形成的高压座4b上。所述低压座4a通过一个溢出腔44与排出通道131连通。所述高压座4b通过一个高压腔43和连通通道73与所述高压通道121连通。所述调节油压腔6通过主节流孔72和主通道71与阀腔42一直保持连通。

所述阀体4为活塞形，能够沿图1垂直方向移动。所述阀体4的上端部有一个大直径的阀部。所述大直径部分位于阀腔42内。所述阀体4的下端部具有一个导向部，其在所述高压腔43下方形成的气缸中滑动。所述阀体4具有一个小直径部分，其直径小并且将阀体4的阀部与导向部相连。所述小直径部分位于高压腔43内。所述高压燃油经由环绕所述小直径部分的空间流入所述阀腔42中。如果低压座4a、高压座4b和阀体4的所述导向部的直径相同，则作用于所述阀体4上的油压实际上是平衡的，并且开启或关闭所述阀体4所需的驱动力能够得以减少。

向上推压所述阀体4的阀体弹簧41位于所述阀体4下方的一个空间中。容纳所述阀体弹簧41的所述空间通过一个连通通道与所述溢出腔44连通。因而，所述阀体4的向下移动不会受到抑制。因此当燃油开始喷射时，所述阀体4能够快速地与低压座4a分离。

所述驱动部103压动所述阀体4以改变所述油压调节部102的操作状态。所述驱动部103由沿图1所示向下方向同轴顺序放置于在阀腔42上方形成的一个垂直孔内的压电致动器2、压电活塞21、大直径活塞31和小直径活塞32构成。所述大直径活塞31和小直径活塞32滑动保持于气缸形成部件15中形成的气缸内，所述气缸形成部件15位于在所述阀腔42上方形成的所述垂直孔中。所述燃油填满所述大直径活塞31以及所述小直径活塞32之间的空间内，从而形成一个位移扩大腔3。

所述压电致动器2是一个具有电容器结构的普通致动器，其中诸如PZT(锆钛酸铅)的压电陶瓷层以及电极层交替叠置。所述压电致动器2沿叠置方向或者沿附图1所示垂直方向伸展或收缩。所述压电致动器2通过一个驱动电路充电或放电。位于所述大直径活塞31外圆周上的一个大直径活塞弹簧33通过所述大直径活塞31和压电活塞32向所述压电致动器2施加一个预定的初始载荷。因此，所述大直径活塞31和压电活塞21随着所述压电致动器2的收缩或伸展而上下移动。

一个在所述小直径活塞32下端形成的推动销321延伸至所述阀腔42中，并且与所述阀体4的上表面接触。一个凸缘在位于所述溢出腔44中的所述小直径活塞32中部的外圆周上形成。一个介于所述凸缘和所述气缸形成部件15底面之间的弹簧向下推压所述小直径活塞32，从而使得所述推动销321施压于所述阀体4。由所述大直径活塞31、小直径活塞32和位移扩大腔3构成的所述位移放大结构根据所述大直径活塞31和小直径活塞32之间的直径差而使得所述压电致动器2的伸展长度扩大。

下面将基于图1和图2对上述燃油喷射阀1的基本操作予以描述。如果正的高电压V(100至200伏)根据命令信号“C”在图2所示的时间点“a”作用于所述压电致动器2上，则所述压电致动器2与所施加的电压成比例地沿轴向伸展10-40微米，并且使得所述压电活塞21移动。所述压电活塞21根据其位移量D21驱动所述大直径活塞31，并且如图2所示使得所述位移扩大腔3中的油压P3增大。所述大直径活塞31的位移量D31如图2所示。所述位移扩大腔3中油压P3的增大使得所述小直径活塞32受到驱动。所述小直径活塞32的位移量D32如图2所示。因此，位于所述小直径活塞32下端的所述推动销321克服所述阀体弹簧41的偏压力使得所述阀体4和所述低压阀座4a在图2所示的时间点“b”分离。相应地，在图2所示的时间点“c”，所述推动销321使得所述阀体4位于所述高压阀座4b上。所述阀体4的位移D4如图2所示。更具体地说，所述阀体4受到驱动而使得所述阀腔42与高压腔43断开，而与所述溢出腔44相连。其结果是，所述阀腔42中的压力P42如图2所示降低。

所述阀腔42通过具有主节流孔72的主通道71与在所述喷嘴针阀5背部形成的调节油压腔6连通。当所述阀腔42与所述溢出腔44连通时，所述调节油压腔6中的油压P6如图2所示降低，同时所述喷嘴针阀5的背压降低。所述喷嘴针阀5的形成使得阻塞所述喷射孔51的所述针阀部55的直径小于接收所述调节油压腔6中的油压作为背压的所述喷嘴针阀5上端部的直径。因而，所述针阀台阶部53在所述针阀部52和所述喷嘴针阀5上端部之间形成。与所述高压通道121连通的所述油槽54中的高油压沿一个使得所述喷嘴针阀5升高的方向作用于所述针阀台阶部53。因此，如果所述调节油压腔6中的油压P6变成一个预定的低压，则在图2所示的时间点“d”，所述喷嘴针阀由所述喷嘴阀座55处抬起并且使得所述喷射孔51与所述油槽54相连。所述喷嘴针阀5的位移D5如图2所示。因而，所述油槽54与所述喷射孔51连通，同时燃油开始由所述燃油喷射阀1喷射至所述燃烧室中的外部空间。

随后，如果作用于所述压电致动器2上的电压V在图2所示的时间点“e”减为零，则所述压电致动器2的长度收缩至原始长度。相应地，所述压电活塞21、大直径活塞31、小直径活塞32和阀体4返回初始位置。由于所述阀体4与所述高压阀座4b分开而压靠在所述低压阀座4a上，因此所述阀体4使得所述阀腔42与所述溢出腔44断开而与所述高压腔43相连。所述高压腔43经由所述连通通道73与所述高压通道121连通。因此，所述高压燃油经由阀腔42、具有主节流孔72的主通道71和具有子节流孔76的子通道75进入所述调节油压腔6中。因此，所述调节油压腔6中的压力P6在图2所示的时间点“f”又变高。其结果是，所述喷嘴针阀5压靠在所述喷嘴阀座55上，并且燃油在图2所示的时间点“g”停止喷射。

下面将基于图2至图5对节流孔尺寸的作用予以说明。

图2中的虚线P6′表示所述调节油压腔6中压力的波动，同时附图2中的另一条虚线D5′表示所述喷嘴针阀5的工况，此时，所述节流孔72和76分别在远离通向所述调节油压腔6的开口端的位置处形成。正如虚线P6′和D5′所示，在作为容腔的所述调节油压腔6和所述节流孔72，76之间的通道导致共振现象的产生(亥母霍兹共振)，从而导致压力产生波动，并由此对喷嘴针阀5的移动产生影响。

正如图3所示，压力波动的程度(压力波动度PP)随着所述主节流孔72或子节流孔76与通向所述调节油压腔6的开口端之间的距离DO的增大而增大。因此，在本实施例中，所述主节流孔72和节流孔76分别在通向所述调节油压腔6的所述主通道71和子通道75的开口端附近形成。所述节流孔72，76也可在其它任意位置形成，只要所述压力波动能够被抑制即可。当所述主节流孔72或子节流孔76所在位置与所述开口端之间的距离DO如图3所示增大时，所述压力波动度PP以一加快的步调增加。因此，所述节流孔72，76的位置应当尽可能的靠近所述开口端。所述节流孔72，76最好能够直接通向所述调节油压腔6。

所述主节流孔72或子节流孔76的直径与所述主通道71或子通道75的直径的比值“r”影响图4所示的压力波动度PP和阀开启反应时间TO(用于开启燃油喷射阀1的反应时间)。如果所述比值r较大，则如图4实线PP所示，抑制压力波动的效果降低。因此，所述比值r最好在图4箭头标识“a”所示的范围内(即比值r在等于或小于0.3的范围内)。如果所述比值r较小，则释放所述调节油压腔6中压力的速度降低，并且所述阀开启的时间(用于开启所述燃油喷射阀1所需的时间)TO增长。因此，所述比值r最好在图4箭头标识“b”所示的范围内(即比值r在等于或大于0.05的范围内)。根据对本发明的发明者所完成的、具有图1所示结构的所述燃油喷射阀1的研究，将所述节流孔的直径与所述通道直径的比值设定在0.05-0.3的范围内，最好是0.1-0.2的范围中，对压力波动的抑制效果及阀开启的反应时间能够令人满意。在本实施例中，通常所述主通道71的直径被设定在1-2毫米，所述主节流孔72的直径被设定在0.1-0.3毫米，因此所述主节流孔72与所述主通道71的直径比值在0.05-0.3的范围内。所述子通道75和子节流孔76直径的设置方式类似。

图5的实线Q示出了作用于所述压电致动器2上的所述电压V的命令脉冲宽度W与喷射量Q之间的关系。正如图5虚线Q′所示，如果节流孔和通向所述调节油压腔6的所述开口端之间的距离较大，则所述命令脉冲宽度W与所述燃油喷射量Q之间的关系与上面已解释的由图5中实线Q所示的逐渐增大的关系有所偏离。其结果是，所述喷射量Q的控制精度被减弱。在某些情况下，即使所述命令脉冲宽度W增大，所述喷射量Q也减少。相反，在本发明的结构中，平稳的逐渐增大的关系如图5实线Q所示得以保持。因此，通过对压力波动的抑制，所述喷射量的控制精度的提高能够得以实现。

在本实施例中，所述油压调节阀为三通阀结构。本发明能够采用一个具有两通阀结构的燃油喷射阀，所述两通阀结构能够使与高压通道连通的调节油压腔和排出通道之间在连接状态和脱开状态之间转换。还是在这种情况下，通过在接近连接调节油压腔与高压通道的一通道的开口端以及连接调节油压腔与油压控制阀的一通道的另一开口端形成限制部，也能得到同样的效果。除了油压控制阀之外的其它部件的结构也可变化。

本发明不应当局限于所披露的实施例，在不脱离本发明实质的情况下可以以任何其它的方式得以实施。

Claims (5)

1.一种内燃机的燃油喷射阀(1)，所述燃油喷射阀(1)包括：

调节油压腔(6)，所述调节油压腔(6)沿阀关闭方向向喷嘴针阀(5)施加压力，所述喷嘴针阀用于开启或关闭喷射孔(51)；

油压控制阀(102)，所述控制阀位于所述调节油压腔(6)和低压源之间，其通过所述调节油压腔(6)和所述低压源在连接状态和脱离状态之间的转换而使得所述调节油压腔(6)中的油压增大或减少；

驱动部(103)，所述驱动部用于驱动油压控制阀(102)，其特征在于：

所述调节油压腔(6)通过第一通道(71)与所述油压控制阀(102)连通，通过第二通道(75)与高压源连通，

所述燃油喷射阀(1)在所述第一通道(71)中形成有第一限制部(72)，并且在所述第二通道(75)中形成有第二限制部(76)，

所述第一和第二限制部(72，76)在适合于抑制所述调节油压腔(6)中压力波动的位置形成，靠近所述调节油压腔(6)侧上的所述第一和第二通道(71，75)。

2.一种如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射阀(1)，其特征在于：

所述燃油喷射阀(1)的形成使得所述第一限制部(72)与所述第一通道(71)的横截面面积的比值范围设定为0.025-0.09，并且

所述燃油喷射阀(1)的形成使得所述第二限制部(76)与所述第二通道(75)的横截面面积的比值范围设定为0.025-0.09。

3.一种如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射阀(1)，其特征在于：

所述第一限制部(72)具有第一节流孔(72)，所述第一节流孔形成为使所述第一节流孔(72)与所述第一通道(71)的直径比值范围设定为0.05-0.3，并且

所述第二限制部(76)具有第二节流孔(76)，所述第二节流孔形成为使所述第二节流孔(76)与所述第二通道(75)的直径比值范围设定为0.05-0.3。

4.一种如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射阀(1)，其特征在于：

所述油压控制阀(102)采用三通阀结构，其通过选择性地将阀腔(42)中的阀体(4)压靠在与所述低压源连通的低压座(4a)上或压靠在与所述高压源连通的高压座(4b)上，从而使所述调节油压腔(6)与所述高压源或低压源相连；

所述第一通道(71)使得所述阀腔(42)与所述调节油压腔(6)一直相连，并且

所述第二通道(75)不经过所述阀腔(42)而使得所述高压源与所述调节油压腔(6)一直相连。

5.一种如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射阀(1)，其特征在于：

所述第一和第二限制部(72，76)上形成有第一和第二节流孔(72，76)，所述第一和第二节流孔直接通向所述调节油压腔(6)。

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