专利名称：燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料喷射器，用在将燃料递送至内燃发动机燃烧空间的过程中使用。尤其，本发明涉及一种旨在用于所谓的“共轨”压缩点火内燃发动机系统中的燃料喷射器。
背景技术：
在内燃发动机中，周知燃料泵用来将燃料供给高压蓄能器(或者共轨)，燃料从该蓄能器通过专用的燃料喷射器被传递进发动机的每一个气缸中。典型地，燃料喷射器具有喷嘴以及阀针，该喷嘴被容纳在气缸的气缸盖中设置的孔中，阀针被致动以控制高压燃料从喷嘴中设置的喷射孔释放进入气缸。例如在EP0647780或者EP0740068中所描述的，过去的共轨燃料喷射器通过液压伺服机构(例如动力辅助)打开和关闭阀针。图I示例了螺线管致动的液压伺服燃料喷射器，例如EP0740068中的喷射器。该燃料喷射器I包括阀门本体3和细长的阀针9，该阀门本体3限定了在喷嘴区域7终止的盲孔5，该阀针9具有可在孔5中滑动的针尖区域11，从而针尖11能与喷嘴7的内表面限定的阀座13相接合和脱离。喷嘴7设置有一个或多个孔(或者喷射孔，未示出)与孔5连通。针尖11和阀座13的结合防止流体从阀门本体3中穿过孔而漏出，并且当针尖11从阀座13提升时，流体可被传送通过孔进入相关的发动机气缸(未示出)。尽管图I没有清楚显示，但是阀针9成型为使得通道15和喷嘴7之间延伸的区域比孔5的直径小，以允许流体在阀针9和阀门本体3的内表面之间流动。环状通道15设置在阀门本体3内。通道15与设置来接收来自相关燃料输送系统的蓄能器的高压燃料的燃料供应线路17连通。为了允许燃料从通道15向喷嘴7流动，阀针9设置有开槽区域19，该开槽区域19还用来限制阀针9在阀门本体3中的横向移动。在阀门本体3远离喷嘴7的位置处设置有腔室21，腔室21通过限制器23与高压燃料线路17连通。该腔室21由板25封闭。阀针9远离针尖11的端部设置有直径减小的凸起27，该凸起27引导接合在阀针9和板25之间的压缩弹簧29以将阀针9朝向针尖11与阀座13相接合的位置偏压。本体31接合板25的与被阀门本体3接合的一侧相反的一侧，本体31和板25 —起限定了腔室33，该腔室33通过孔35与腔室21连通。本体31设置有孔，阀门构件37在该孔中可滑动。阀门构件37包括设置有轴向延伸的盲孔的圆柱形杆，孔的开口端在阀门构件37被提升使得其端部与板25隔开时能够与腔室33连通，这种连通在阀门构件37与板25相接合时被破坏。一对径向延伸的通道39与其封闭端附近与盲孔连通，通道39与连接到合适的低压排放管的腔室连通。本体31、板25和阀门本体3通过螺母43安装在喷嘴座41上。喷嘴座41包括凹槽，在该凹槽中设置有螺线管致动器45。阀门构件37支持电枢，一旦螺线管致动器45通电，电枢和阀门构件37被提升，使得阀门构件37与板25脱离。在使螺线管致动器45断电时，阀门构件37在弹簧47的作用下返回其原始位置。在使用中，阀针9被弹簧29偏置，使得针尖11与阀座13相接合，且因此不会出现从孔输送燃料。在该位置，腔室21中的燃料压力很高，因此作用在阀针9的端部的力由于燃料压力且还由于弹簧29的弹性，足够来克服由于高压燃料作用抵抗阀针9的角形表面而作用在阀针9上的向上力。为了提升阀针9的针尖11远离阀座13，允许燃料从孔中输送，螺线管致动器45通电以抵抗弹簧47的作用力提升阀门构件37，使得阀门构件37的端部被提升离开板25。阀门构件37的提升允许燃料从腔室33以及然后从腔室21离开，从而通过阀门构件37的孔和通道39流出。燃料从腔室21离开减少了室中的压力，并且由于设置有限制器23，限制了燃料从燃料供给线路17进入腔室21的流量。随着腔室21中的压力降低，会达到由于腔室
21中的压力以及弹簧29施加的力而引起的施加至阀针9的力不再足够来维持阀针9的针尖11与阀座13相接合这样的状况，因此，腔室21中压力的进一步减少将引起阀针9被提升，来允许燃料从孔传输。通常，腔室21中的压力减少20%足够导致阀针9的针尖11从阀座13提升以及开始从孔喷射燃料。为了结束传输，螺线管致动器45断电，并且阀门构件37在弹簧47的作用下向下移动直到开口端与板25接合。阀门构件37的这种移动破坏了腔室33和排放管之间的连通，且因此腔室33和腔室21中的压力也会上升。最终会达到这样一种情况施加在阀针9上的力由于腔室21内的压力和弹簧29而超过用来打开阀针9的力，因此阀针9将移动至针尖11与阀座14相接合的位置，防止燃料的进一步传输。例如图I所示的螺线管致动的液压伺服机构意味着低力控制阀门(low forcecontrol valve)37可被用来引入较大的力于阀针9。由于控制阀门37上的较低的力，相对便宜且简单的螺线管对于大多数场合而言可在喷射器中给出合适的足够快的响应。但是这种伺服喷射器机构设计伴随有的缺点有很多。在这点上，现有技术的伺服设计在螺线管的通电和燃料喷射事件的开始之间存在延迟，在此期间燃料的寄生流量被引导至低压燃料排放管。因此，液压伺服喷射器不能一直像希望的那么快来开始燃料喷射事件。而且，期望响应越快，液压伺服所需的燃料流量越高，且由伺服机构引起的寄生损失就越高。寄生燃料流动还会不期望地使热量返回燃料供给线路。近来一些喷射器已经使用压电致动器来直接移动针(例如EP0995901 ；EP1174615)。这些设计既消除了伺服流动引起的寄生损失，也消除了伺服中的延迟。有一些设计中还在喷射器内设置蓄能器空间(accumulator volume),这确保在喷嘴座可获得最大压力并最小化了波动性(与多次喷射干涉)。如图2所示，已知的压电致动的燃料喷射器可包括阀门本体3和阀针9，阀门本体3具有盲孔5，该孔5延伸进入设置有多个孔(或者燃料喷射孔；未示出)的喷嘴区域7，以及阀针9如之前所描述的可在喷射和非喷射位置之间在孔5内往复运动。压电致动器叠层(stack) 49可操作来控制由控制活塞51占据的位置，活塞51可移动来控制由喷射器的阀针9相关的表面和控制活塞51的表面限定的控制腔室53中的燃料压力。压电致动器叠层49包括多个压电元件，及通过在该叠层两端施加电压来控制该叠层的通电水平且因此轴长。一旦压电叠层49断电，叠层的轴长就减少，并且控制活塞51沿着会引起控制腔室53的体积增加的方向移动，从而引起控制腔室53内的燃料压力减少。由于控制腔室53中的燃料压力而施加在阀针9上的压力因此减少，使得阀针9在作用于阀针9表面上的高压力燃料的影响下提升离开阀针座(未示出)，从而允许燃料经由一个或多个孔(或者喷射孔；未不出)传输到相应的发动机气缸中。为了引起阀针9离开它的座的初始移动，必须对阀针9施加相对较大的回缩力来克服作用于阀针9的向下力(闭合力)。典型地，施加于阀针9的较大的回缩力在整个打开运动过程中被保持，直到阀针9到达其完全提升的位置。但是，理论上，一旦阀针9已经开始移动，减小的力足够来引起阀针9继续朝向其完全提升位置移动。因此，很多已知的这种燃料喷射器效率低下，因为在阀针 9的整个移动范围过程中施加较大的回缩力于阀针9，大量的能量被浪费了。为了结束燃料喷射事件，叠层49返回其初始通电状态，且因此活塞51也基本返回到其初始位置，从而减少控制腔室53的体积。随之导致的控制腔室53中燃料压力的增加对阀针9施加了增大的闭合力，并且最终到达这样的状况控制腔室53中的燃料压力结合弹簧29足够使针9回复到与阀座(未示出)相接合。在图2所示的压电燃料喷射器中，控制活塞51是位于致动器叠层49和针9之间的液压放大器系统的一部分，从而致动器49的轴向移动引起针9的放大的轴向移动。与图2所示的燃料喷射器相比，一些压电致动燃料喷射器可以是需要压电叠层通电(而不是断电)来开始燃料喷射事件的这类喷射器。除了压电操作阀门的潜在的较快喷射器响应时间之外，使用压电致动器来直接控制阀针的移动的另一好处在于，压电叠层的轴长可通过改变压电叠层上存储的电荷量而被可变化地控制，因此，控制阀针相对于阀座的位置是有可能的。这样，压电燃料喷射器提供更大的能力来计量所喷射的燃料的量。但是，直接作用的压电燃料喷射器的很多缺点也是很明显的。例如，这些直接作用设计的一个问题是需要相对大型且昂贵的压电致动器来提供提升阀针所需的能量。而且，随着喷嘴流量需求和压力增加，这种类型的致动器需要变得更大和/或更加有效。对于大型燃料喷射的其他考虑是阀针提升量受到致动器性能的限制(即使利用液压放大器来试图缓解这个问题)。本发明涉及燃料喷射器和用于操作燃料喷射器的方法，从而克服或者至少缓解至少一个上面提及的现有技术中的问题。
发明内容
广义上说，本发明提供一种燃料喷射器，该燃料喷射器实现了直接作用的液压伺服燃料喷射器设计的好处，同事减少了这些已知系统相关的缺点。相应地，本发明提供一种用于内燃发动机的燃料喷射器，该燃料喷射器包括喷射喷嘴，该喷射喷嘴具有设置有喷嘴孔的喷嘴本体；第一阀针，其容纳在喷嘴孔中并可与第一座区域相接合以控制通过第一组喷嘴出口的燃料传输；以及第二阀针，其容纳在设置于第一阀针中的阀门孔中且可与第二座区域相接合以控制通过第二组喷嘴出口的燃料传输。用于燃料的控制腔室优选地至少部分限定在第一阀针和第二阀针之间，第一阀针的移动响应控制腔室中的燃料压力，而第二阀针的移动与第一致动器结构相关联，从而当第二阀针提升离开第二座区域时，在控制腔室和第二组喷嘴出口之间建立燃料流动通路。燃料喷射器还包括第二致动器结构，该第二致动器结构可操作来控制进入控制腔室的燃料流量，从而调整控制腔室中的燃料压力且因此第一阀针的移动。本发明的优点在于，以更低的成本提供直接作用的燃料喷射器的优点，即操作的速度，以及不存在对燃料压力和燃料流速的限制。此外，本发明可以提供仅第二阀针或者第
一和第二阀针一起操作的选择性操作的所谓VON (可变孔的喷嘴)的优点，从而提供了灵活的喷射特性。应当注意，第一和第二阀针以不同的方式受控制通过致动机构来直接控制其中一个阀针的位置，和通过伺服流(servo flow)来间接控制另一个阀针的位置。因此，为了能够实现第二阀针的快速响应，第二阀针可被设置成具有与第一致动器机构的电枢的机械联接。因此，电枢的移动引起第二阀针与其阀座区域的立即脱离，从而可形成从控制腔室至第二组喷嘴出口的燃料流动。控制腔室中随后的压力下降决定了第一阀针的移动。这样，可以获得相对于现有技术的一个或多个优点，例如当燃料被喷射时不再寄生伺服流；伺服流在做有用工时可以相对较大，因此响应速度快；喷射器不需要至燃料供给的后漏连接(back-leak connection),且没有热量返回给燃料供给；直接控制少量的喷射并且因此不会有伺服滞后；用于大量喷射的阀针提升不受致动器性能的限制。为了使得加压燃料能填充控制腔室，第二阀针可以设置有燃料流动通道来允许燃料从蓄能器空间流到控制腔室。合适地，燃料流动通道包括多个钻孔。例如，可设置一受限钻孔以允许燃料从蓄能器空间流进设置在内部阀门构件中的轴向钻孔。这种受限钻孔以受限的速率提供进入控制腔室的燃料流动，以确保控制腔室中足够的压力下降，使得第一阀针将提升远离其阀座区域。并且，轴向钻孔还可包括具有支座表面的开口端，阀门构件在第二致动器结构的控制下可抵靠该支座表面接合。在另一种操作模式中，这种结构提供燃料基本不受限制地流入控制腔室，这使得该腔室保持加压，从而致使第一阀针与其阀座区域保持接合。因此，应当理解的是，第二致动器结构的通电状态确定了燃料输送是仅通过第一组喷嘴出口还是可替换地通过第一和第二组喷嘴出口进行。在一个实施例中，喷嘴本体孔设置有插塞构件，该插塞构件至少部分地与第一阀针一起限定了控制腔室。插塞构件还可设置有孔，用于可滑动地容纳第二阀针的一部分。在有利的实施例中，致动器结构包括螺线管致动器。在该实施例中，第二阀门构件适于响应螺线管致动器的通电状态联接至电枢。电枢可以容纳在蓄能器空间中，并且可方便地与第二阀门构件通过控制活塞联接。本发明还涉及一种具有本发明燃料喷射器的内燃发动机。应当理解的是，术语“喷嘴出口”是指孔(或者孔口)，燃料通过其从燃料喷射器的喷射喷嘴被喷射出，进入相应的发动机气缸(使用中)中该孔也可以指喷射孔、喷孔或者现有技术中已知的相似术语。“一组喷嘴出口 ”是指一个或多个喷嘴出口，当特定的阀针从相应的阀座区域脱离时，燃料通过该一个或多个喷嘴出口被喷射。因此，在本发明的环境下，每一个阀针与阀座区域以及相关的“一组”喷嘴出口相关联。本发明还涉及操作如上所述的喷射器的方法，该方法包括在第一燃料喷射模式中，在喷射事件之前激活第二致动器结构，以提供通入控制腔室的基本不受限制的燃料流动通路，以及激活第一致动器结构，以仅通过第一组喷嘴出口输送加压燃料。本发明可包括，在第二喷射模式下，将第二致动器结构保持在去激活状态，以给燃料提供通向控制腔室的受限流动通路，激活第一致动器结构以通过第一组喷嘴出口输送加压燃料，在激活第一致动器结构后预定量的时间激活第二致动器结构，以使第一阀针与第一阀座区域相接合，以及在激活第二致动器结构后预定量的时间去激活第一致动器结构，以在与第一阀针与第一阀座区域相接合的基本同时使第二阀针与第二阀座区域相接合。本发明这些方面和其他方面、目的和优点在了解本发明细节和所附权利要求后将变得清楚和明白。
已经参见过图I和图2进行了说明，图I和图2示出了已知的喷射器结构。为了更好地了解本发明，现将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明，图中
图3是根据本发明的燃料喷射器截面的侧视 图4是图3的燃料喷射器一部分的截面的放大侧视 图5示出了图3和图4的燃料喷射器处于预备操作模式，此时没有开始喷射；
图6示出了图3和图4的燃料喷射器处于第一燃料喷射模式，在该模式下第一阀门构件被致动来通过第一组喷嘴出口喷射燃料；
图7示出了图3和图4的燃料喷射器处于第二燃料喷射模式，在该模式下第一和第二阀门构件被致动来通过第一和第二组喷嘴出口喷射燃料；和
图8示出了图3和图4的燃料喷射器处于与图7 —样的第二燃料喷射模式中，但被操作来实现燃料输送的快速结束。
具体实施例方式参见图3和图4，燃料喷射器100大体在在形式上是细长的，并且包括喷嘴座102(图中所示方位中的喷射器的上端)和连接至喷嘴座102的下端的螺母104。更具体地，喷嘴座102包括向下悬垂的管状部分106，该管状部分106限定了开口端108，该开口端108通过螺纹结构与螺母104的管状壁110的上开口端配合。喷嘴座102和螺母104的管状壁的内表面限定了细长的圆柱形腔室112，用以容纳燃料喷射器100的操作部件，如本文进一步描述的。燃料进口凹槽114设置在喷嘴座102的上端，其在使用时与加压燃料源(示意性示出为116)连接。尽管在图3的截面图中未示出，但是燃料供给线路从燃料进口凹槽114延伸并且通向喷射腔室112，因此向其提供高压燃料。喷射喷嘴118容置于腔室112的最下端并且包括喷嘴本体120，该喷嘴本体120具有位于腔室112中的宽直径区域120a和通过限定在螺母104底端的孔122向外突出的窄直径区域120b。O形环密封元件121放置在孔122的周缘处限定的肩部并且被喷嘴本体120的宽直径区域120a压缩，从而提供密封防止燃料从喷射腔室112中漏出。窄直径区域120b限定了喷嘴尖端区域124，在该喷嘴尖端区域124设置有第一和第二组喷嘴出口 126、128。尽管在图中未示出，但是在使用时尖端124突入发动机的燃烧气缸中，通过第一和第二组喷嘴出口 126、128将加压燃料传输至燃料气缸。
如图4所清楚显示的，喷嘴本体120设置有轴向延伸的盲孔130，该盲孔130的封闭端成形为在喷嘴尖端124附近限定圆锥表面132。喷嘴孔130容纳整体由134标识的喷嘴阀门结构，该喷嘴阀门结构包括细长的针形式的第一外部阀门构件136，该第一外部阀门构件136限定了与喷嘴盲孔130的滑动间隙。外部阀针136的尖端与可第一(外部)阀座区域137相接合，该第一阀座区域137由喷嘴孔130的圆锥表面132限定，用于控制燃料通过第一组喷嘴出口 126的输送。阀门结构还包括第二阀门构件138，其大体上也是细长的阀针形式，第二阀门构件138容纳在阀门孔140中并且限定了与其的滑动配合，该阀门孔140沿着第一阀针136的纵向轴线被限定。第二阀针138具有阀门尖端142，该阀门尖端142可与由位于喷嘴孔130的封闭端处的阀座构件146限定的第二(内部)阀座区域144相接合。阀座构件146抵靠喷嘴孔130的圆锥表面132的环形区域密封，从而将第一组喷嘴出口 126与第二组喷嘴出口 128分开。这确保了通过第一组出口 126的燃料输送独立于第二组出口 128发生。阀门插入构件146的附加特征是其成形为具有直径可与阀门孔140的直径相匹配的圆柱形外轮廓。因此，阀座构件146用于在第一阀门构件朝向和远离第一阀座区域137移动时引导第一阀门构件136的移动。应当理解的是，阀门插入构件146和阀门孔140之间的移动配合具有足够小的间隙来确保密封接合，从而基本防止阀门孔140和第一组喷嘴出口 126之间的流体连通。沿着喷嘴孔130的长度近似在中间位置，喷嘴孔成形为限定了围绕外部阀针136中间截面的环形通道150。燃料被允许从喷射器腔室112通过两个横向延伸的管路152进入环形通道150，该两个横向延伸的管路152设置在喷嘴本体120的相对宽的区域120a中。为了允许高压燃料从通道150流动至喷嘴孔130的封闭端，外部阀针136成形为沿着从环形通道150延伸至第一阀座区域137的部分具有较小的直径，从而在外部阀针136和喷嘴孔130之间形成环形通道。外部阀针136在通道150之上的部分具有较大的直径，限定了与喷嘴孔130的相应区域的滑动配合，以确保外部阀针136的移动被精密引导。倾斜的台阶或者“推力表面” 154限定在外部阀门构件136的中间位置处，该外部阀门构件的直径在此处发生变化。加压燃料作用在推力表面154上，来提供作用在外部阀针136上的力，促使外部阀针136远离第一阀座区域137。喷嘴孔130的远离封闭端的端部接收插入或者“插塞”构件156，其有效地插塞喷嘴孔130并维持外部阀针136。内部阀针138沿着阀门孔140延伸并且延伸穿过设置在插塞构件156中的通孔158,使得端部160从插塞构件156伸出并且可操作地与电磁致动器结构159联接。致动器结构159包括螺线管芯构件162，其为环形并具有大致为T形的截面，从而限定相对宽的上芯部分162和相对窄的下芯部分162b。螺线管164围绕下芯部分162b形成并且以已知方式安装在不导电的线圈架166上。U形外部磁极件168装配在下芯区域162b上，并且提供了致动器结构的外部磁极，同时芯构件162的下端表面提供了内部磁极。致动器结构159通过垫片170与喷嘴本体120的上端面隔开，该垫片在两个部件之间限定了空间172。应当注意，垫片170设置有孔171，从而加压燃料能够从喷射器腔室112进入空间172。空间172容纳盘状的电枢174，该电枢限定了基本平坦的上表面176，该上表面与致动器结构159的下表面相对。电枢174包括靠近其周边的通风孔177，这减少了电枢当在充满流体的空间172中移动时的水动阻力；以及中心孔178，用于例如通过压配合、螺纹连接或者焊接来牢固地接收内部阀针138的端部160。端部160限定了平坦的上表面，其稍微突出于电枢的上表面176直立，以避免电磁短路。但是，内部阀针138的端部160和电枢174仍然呈现出有益于电磁效率的基本平坦且光滑的表面。应当注意尽管在此描述的内部阀针的端部是机械地联接至电枢174，但是内部阀针可以是由多个部件组成的部件，这些部件之一以某种方式与电枢联接。在常用方式中，致动器结构159的通电状态控制电枢174朝向和远离芯构件162的移动，从而控制内部阀门构件138的 轴向位置，且因此控制尖端区域142是与阀门插入构件146提供的第二阀座区域144接合还是脱离。通过上面的描述，应当理解内部阀针138的轴向位置或者“提升”是通过它与致动器结构159的电枢174之间的直接机械联接来控制的。但是，正如下面将解释的那样，外部阀针136的位置控制是以不同方式控制的。外部阀针136远离尖端区域124的端部成形为提供深的凹槽180，用于容纳线圈弹簧182，该线圈弹簧182从凹槽180的底部绕着内部阀针138延伸并且支承抵靠插塞构件156的下表面，从而向外部阀针136提供闭合力。除了弹簧凹槽180提供的空间之外，控制腔室184被限定在插塞构件156的下表面和外部阀针136的端表面之间。加压燃料驻留于控制腔室184中并且对外部阀针136提供了促使其与第一阀座区域137接合的力。因此，应当理解的是外部阀针的轴向位置由通过下述施加于其上的力平衡而产生1)通道150中作用在推力表面上的燃料压力，2)控制腔室184中作用在外部阀针136的端表面上的燃料压力，3)弹簧182引起的力，以及4)在阀座区域137附近作用于外部阀针136的力。除了提供控制外部阀针136的轴向位置的方式之外，控制腔室184中的燃料提供了燃料供应，用于从第二组喷嘴出口 128穿过第二阀座区域144输送。内部阀针138限定了与阀门孔140的间隙，从而燃料能够从控制腔室184沿着由孔间隙限定的环形通道189流动到第二阀座区域144附近的位置。通过设置在内部阀针139的上部区域138a中的盲钻孔形式的轴向通道190来提供对控制腔室184的燃料供应。轴向钻孔190从内部阀针136的上端面延伸，在控制腔室184的附近结束。内部阀针136的上部区域136a还设置有横向钻孔192，该横向钻孔192允许流体以受限的速率从电枢空间172流进轴向通道190。通过设置在轴向通道190的封闭端处的一组径向通道194来允许燃料从轴向通道190中流出进入控制腔室184。通过在内部阀门构件136的端部区域160的上端面开口的钻孔190提供从燃料空间172进入控制腔室的另一燃料流动通路。正如下面将描述的，由第二致动器结构200控制通过钻孔190开口端的流体连通。第二致动器结构200轴向地直接位于第一螺线管结构之上(在所示方位中)，并且通过第二垫片201与其隔开。与致动器结构200相关的阀门构件202延伸通过设置在第一致动器结构159的芯构件162中的中心孔161，并且限定了密封端202a，该密封端成形为可抵靠内部阀门构件136的上端部160密封，以关闭钻孔190的开口端。第二致动器结构200与第一致动器结构159在结构上相似，并且包括环形芯构件204，该环形芯构件大体上截面为T形，以限定相对宽的上区域204a和相对窄的下区域204b。支撑在线圈架208上的螺线管206围绕着下区域204b被接收，并且U形磁极件210装配在螺线管206和芯构件204的下区域204b上，从而包围螺线管并提供致动器的外部磁极，而下区域204b的下端面提供内部磁极。第一和第二致动器结构159、200之间的空间限定了容纳第二盘状电枢214的第二燃料空间212，电枢214的上表面216邻近第二致动器结构200放置。第二电枢214包括中心孔218，阀门构件202的上端202b例如通过压配合或焊接牢固地容纳在该中心孔中。阀门构件202的上端202b包括与第二电枢214的上表面216相齐平的平坦上端面以及阀杆区域202c，该阀杆区域202c向下悬垂并且被接收在第一芯构件162的中心孔161内。如上所述，阀门构件202的密封端202a成形为包括浅的凹槽，从而限定向下悬垂的外缘，该外缘根据第二致动器结构200的通电状态而与内部阀针138的上端面138c可接合。阀门构件202被压缩弹簧220偏置成与内部阀针136接合，该压缩弹簧220位于第二芯构件204结构的中心孔222内并且抵靠阀门构件202的上端面。压缩弹簧222的另一端支承容纳在设置于定位结构226下端中的钻孔225内的弹簧挡块224。定位结构226主要包括容纳在喷射器腔室112中的细长杆228，并且该细长杆成形为具有带突缘的下端228a以通过偏置弹簧230支承在第二芯构件204上，从而保持第一和第二致动器结构159、200处于合适位置。该偏置弹簧230围绕杆228被接收且其上端支承抵靠位于在喷射器腔室112上端的连接器结构232。连接器结构232包括例如氧化铝、氧化锆、氮化硅这些陶瓷材料的非导电材料制成的插塞232a，该插塞在喷射器腔室112的上顶部处延伸通过孔234，并且提供将第一和第二致动器结构159、200电连接至电源的方式。第一和第二电导线236、238延伸穿过插塞232a，第一和第二电导线的端部从插塞232a的上端伸出以置于喷嘴座102的连接插槽240中。电源导线236、238从插塞232a的最低端伸出并且与超模制的连接器部件242连接，该连接器部件242被压缩弹簧230推动成与插塞232a相接合。连接器部件242设置有导线244，该导线沿着喷射器腔室112的内表面延伸并且提供与第一和第二致动器结构159,200的螺线管164、206的电连接。应当理解的是，在此尽管已经描述了电磁致动器，但是喷射器100还可使用不同类型的致动器来操作，例如压电致动器或者磁致伸缩(magnetorestrictive)致动器。由于该原因，除了提供用于加压燃料的蓄能器空间之外，喷射器腔室112相对较大以提供所能使用的致动器种类的灵活性。由于图3和图4描述的致动器结构相对较小，定位结构226提供了用于保持对致动器结构159、200压缩的装置，以及在连接器结构232上提供向上力以保证其相对于孔234形成有效的密封以避免高压燃料从喷射器腔室112漏出。应当注意，相对较小的致动器通过其可以可靠地容纳在相对较大的壳体空间中的其他部件和机构对本领域技术人员来说是显而易见的，并且任何这种可替换的部件和机构都包含在权利要求限定的本发明范围内。燃料喷射器的操作模式现将参见图5至图8进行描述。图5显示了燃料喷射器处于其中内部和外部阀针136、138都与各自相应的阀座表面137、144相接合的状况。但是，喷射器100处于准备好的状态以确保在后续的喷射操作中仅内部阀针提升。为了确保仅内部阀针138提升远离内部阀座区域144，仅第二致动器结构200通电，朝向芯构件204吸引第二电枢214，从而提升阀门构件202远离内部阀针138的上端面138c。这就打开了从空间172经过第一电枢174的上表面176进入内部阀针136的钻孔190的燃料流动通路。应当注意的是，电枢174和芯构件162之间的通道是由设置在其相对于电枢174的下表面中的槽结构162c来实现的。为了减小或者最小化提升内部阀针138所需的力，插入构件146提供的内部阀座区域144适当地具有小直径，例如少于O. 5_。因为插入构件能容易地由可替换的插入构件来代替，插入构件146能使得阀座区域的尺寸具有灵活性而因此是有利的。如图6所示，为了传输燃料通过内部的一组出口 128，第一致动器结构159被通电，朝向芯构件162吸引第一电枢174。由于内部阀针138的端部160机械地联接至电枢174，内部阀针138的尖端区域142被提升远离内部阀座区域144。因此，燃料能够从控制腔室
184沿着环形通道189流动经过内部阀座区域144和通过第二组出口 128。在通过第二组出口 144进行燃料传递的同时，燃料也通过两个路径流入控制腔室184 :首先通过横向钻孔192、轴向钻孔190和径向通道194，以及还经过阀门构件202的密封端202a通过轴向钻孔190在内部阀门构件138上端160处的开口端进入轴向钻孔190。应当理解的是，两个流动路径的大小适于使得进入控制腔室184的燃料流速基本与流出控制腔室184的燃料流速相匹配。因此，控制腔室184经受可以忽略的压力下降，从而出了弹簧力之外由于控制腔室184内的压力而引起的作用于外部阀门构件136上的净力，和作用于推力表面154上的力维持在限值内，以确保外部阀针136维持就座，且由此不会出现通过上喷嘴出口 126的燃料输送。图7显示了喷射器处于其中外部阀针136和内部阀针138都被提升离开各自相应的阀座区域137、144的情况，使得燃料喷射通过第一和第二组出口 126、128在同一时间进行。在该操作模式下，仅第一致动器结构159通电，而第二致动器200保持断电。为了开始通过内部的一组出口 128开始喷射，第一致动器结构159被通电，朝向芯构件162吸引第一电枢。由于内部阀针138的端部160直接联接至电枢174，内部阀针138的尖端区域142被立即提升离开内部阀座区域144，以及因此燃料能够从控制腔室184沿着环形通道189流动并穿过第二组出口 144。由于第二螺线管结构200没有通电，在内部阀针138提升远离其阀座区域144时，阀门构件202的密封端202a保持与内部阀针138的端部160相接合。因此，空间172中的加压燃料仅能通过受限的钻孔192流进控制腔室184中。因此，在控制腔室184中的燃料压力将会快速地下降，从而减少作用在外部阀针136上的相应的闭合力。将会达到这样的情况作用在外部阀针136的推力表面154上的喷射器腔室112中的燃料压力将大于由弹簧182以及由控制腔室184中的燃料压力而引起的相对力，在这种情况下，外部阀针136也提升远离其阀座区域137，从而允许通过第一组出口进行燃料输送。这是如图7所示的内部和外部阀针的状态。应当注意当外部阀针136的上端与插塞构件156接触时，出现外部阀针136的最大提升位置。在这种喷射模式下，打开外部阀针136所需的流出控制腔室184的燃料“伺服”流量被直接喷射进发动机的气缸中，而不是如现有技术中的情况那样被引向低压燃料排放管。因此，以与直接作用的压电喷射器相似的方式，非常快地开始喷射。另外，不会浪费“伺月艮”燃料流量，这使得本发明的喷射器更加的能量有效。应当理解的是，在参见图7描述的喷射事件中，燃料输送首先通过第二组喷嘴出口 128发生，然后接着通过第一组喷嘴出口 126。由此，输送率从相对低的初始速率以有时称为“靴形”分布曲线至上升较大的传递速率。已经观察到这种分布曲线提供了燃烧和喷射方面的益处。控制腔室184中压力下降的速率通过适当地调节内部控制针138中的钻孔190、192和194的大小来控制。因此，例如，钻孔的大小可设置成使得控制腔室压力下降足以提
升外部阀针所用的时间比执行先导喷射事件或者后喷射事件所需的时间或者甚至发动机怠速的主喷射事件的时间更长。因此，内部阀针138的移动是直接通过电枢来控制的这一事实，允许对特别小的喷射事件进行精确的喷射量控制，以及进一步地能获得密集间隔的喷射事件。此外，本发明使得外部阀针136的操作可被选择性地禁用，从而不会发生通过第一组喷嘴出口 126的疏忽喷射。图8示出了可应用至具有图7所描述的状况的喷射器100的有利技术，在所述状况中，通过第一致动器结构159通电以及第二致动器结构200断电，内部和外部阀针138、136均与各自相应的阀座区域144、137脱离，以迅速结束喷射，这是为了避免过多废气污染物排放所希望的。作为起始步骤，第二致动器结构200被通电，使第二电枢214轴向移动，由此使阀门构件202的密封端202a与内部阀针138的端部160脱离接合。因此，燃料被允许从空间172,穿过通风孔177和狭槽结构162c，经过阀门构件202的密封端202a，进入轴向钻孔190和控制腔室184。因此控制腔室184被再加压，这再次形成了作用在外部阀针136上因此使其闭合的足够的闭合力。在第二致动器结构200通电后预定时间，第一致动器结构159被断电，这使得与外部阀针136在基本同一时间，内部阀针138与内部阀座区域144重新接合。一旦内部阀针138和外部阀针136与它们各自的阀座区域144、137相接合，第二致动器结构200就断电，这使阀门构件202抵靠内部阀门构件138的端部160重新就座，因此使喷射器回复至图4所示的状态。在内部阀针138和外部阀针136与其各自的阀座区域144、137相接合之前，即当阀针仍然闭合时，由于致动器的响应时间，第二致动器结构200也有可能被断电。以这种方式缩短通电时间有利地减少了能量消耗。应当理解的是在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下可对上面所描述的实施例作出修改。例如，在本发明燃料喷射器中使用的致动器的选择，用于致动器和内部阀针之间的直接连接的精确机构，以及喷嘴出口的设置可以根据各个实际情况来决定，但包含在本发明内。另外，应当注意内部阀针138已被描述作为从尖端区域142延伸至从插塞构件156伸出的端部160的整体构件。但是，这不是必须的，而是内部阀针138可以由适于通过例如有利于制造的螺纹或者焊接而连接的两个或者多个部件构件。
权利要求
1.一种用在内燃发动机中的燃料喷射器(100)，所述燃料喷射器包括 喷射喷嘴(118)，其具有设置有喷嘴孔(130)的喷嘴本体(120)； 第一阀针(136)，其容纳在所述喷嘴孔(130)内并且可与第一阀座区域(137)接合以控制通过第一组喷嘴出口(126)的燃料输送； 第二阀针(138)，其容纳在设置于所述第一阀针(136)中的阀门孔(140)内并且可与第二阀座区域(144)接合，用于控制通过第二组喷嘴出口(128)的燃料输送； 用于燃料的控制腔室(184)，其中所述第一阀针(136)的移动与所述控制腔室(184)中的燃料压力相关，以及其中所述第二阀针(138)的移动与第一致动器结构(159)的电枢(174)机械相关，使得当所述第二阀针提升离开所述第二阀座区域时，在所述控制腔室(184)和所述第二组喷嘴出口( 128)之间形成燃料流动通路； 所述喷射器还包括第二致动器结构(200)，该第二致动器结构可操作来控制进入所述控制腔室(184)的燃料流量，从而调节所述控制腔室(184)内的燃料压力以及由此调节所述第一阀针(136)的移动。
2.如权利要求I所述的燃料喷射器，其中所述第二阀针(138)设置有燃料流动通道(190，192，194)，用于允许燃料从蓄能器空间(112，172)流动至所述控制腔室(184)。
3.如权利要求2所述的燃料喷射器，其中所述内部阀针(138)是单一部件。
4.如权利要求2或3所述的燃料喷射器，其中所述第二致动器结构包括阀门构件(202)，该阀门构件可接合与所述第二阀针(138)相关的阀座表面(138c)，以控制从所述蓄能器空间(112，172)流入所述燃料流通道(190，192，194)的轴向通道(190)的燃料流。
5.如权利要求4所述的燃料喷射器，其中在使用中，燃料从所述控制腔室(184)被输送通过所述第二组喷嘴出口( 128)，使得所述控制腔室(184)内的燃料压力下降，以及当所述控制腔室(184)内的燃料压力减少至预定的低压时，引起所述第一阀针(136)与所述第一阀座区域(137)脱离，从而允许燃料通过所述第一组喷嘴出口( 126)输送。
6.如权利要求4或5所述的燃料喷射器，其中所述第二致动器结构(200)可操作以使所述阀门构件(202)与所述阀座表面(138c)脱离，从而提供从所述蓄能器空间(112，172)至所述控制腔室(184)的燃料流，以确保所述第一阀针与所述第一阀座区域(137)不脱离。
7.如权利要求I至6中任一所述的燃料喷射器，其中插塞构件(156)容纳在所述喷嘴孔(130)中，从而所述控制腔室(184)至少部分地由所述插塞构件(156)的表面和设置于所述第一阀针(136)中的凹槽(180)来限定。
8.如权利要求7所述的燃料喷射器，其中所述插塞构件(156)包括用于可滑动地容纳所述第二阀针(138)的一部分的孔(158)。
9.如权利要求I至8中任一所述的燃料喷射器，包括容纳在所述喷嘴孔(130)的封闭端处的阀座构件(146)，所述阀座构件提供用于所述第二阀针(138)的所述第二阀座区域(144)。
10.如权利要求I至9中任一所述的燃料喷射器，其中所述第二致动器结构(200)是具有与其相关联的第二电枢(214)的电磁致动器结构。
11.一种操作如权利要求I至10中任一所述的喷射器的方法，包括，在第一燃料喷射模式中 i)在喷射事件之前激活第二致动器结构(200)，从而提供通向所述控制腔室(184)的基本不受限制的燃料流动通路，以及 ii)激活所述第一致动器结构(159)，以通过所述第一组喷嘴出口(126)输送加压燃料。
12.如权利要求11所述的方法，还包括，在第二喷射模式中 iii)将所述第二致动器结构(200)保持在去激活状态，以提供至所述控制腔室(184)的燃料限制流动通路； iv)激活所述第一致动器结构(159)，以通过所述第一组喷嘴出口(126)输送加压燃料； V)在激活所述第一致动器结构(159)后预定量的时间，激活所述第二致动器结构(200)，以使所述第一阀针(136)和所述第一阀座区域(137)接合； vi )在激活所述第二致动器结构(200)后预定量的时间，使所述第一致动器结构(159)去激活，以在所述第一阀针(136)与所述第一阀座区域(137)接合的基本同时，使所述第二阀针(138)与所述第二阀座区域(144)接合。
全文摘要
一种用在内燃发动机中的燃料喷射器(100)，包括喷射喷嘴(118)，具有设置有喷嘴孔(130)的喷嘴本体(120)；第一阀针(136)，容纳在喷嘴孔(130)内且可与第一阀座区域(137)接合以控制通过第一组喷嘴出口(126)的燃料输送；和第二阀针(138)，容纳在设置于第一阀针中的阀门孔(140)内且可与第二阀座区域(144)接合，控制通过第二组喷嘴出口(128)的燃料输送。优选至少部分地在第一阀针和第二阀针之间设置用于燃料的控制腔室(184)，其中第一阀针的移动响应于控制腔室(184)中的燃料压力，第二阀针的移动与第一致动器结构(159)的电枢机械相关，当所述第二阀针升离第二阀座区域时，在控制腔室和第二组喷嘴出口之间形成燃料流路。燃料喷射器还包括第二致动器结构(200)，其可操作控制进入控制腔室的燃料流量，调节控制腔室内的燃料压力以及由此第一阀针的移动。
文档编号F02M61/18GK102803701SQ201080026674
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年6月15日
发明者M.库克 申请人:德尔福技术控股有限公司