压电增强燃料喷射器和使用该压电增强燃料喷射器的发动机制造技术

一种包括压电增强燃料喷射器（１４）的共轨（１８）燃料喷射系统，燃料喷射器包括多个部件。这些部件是针阀部件（６０）、增强活塞（８０）、第一压电堆电致动器（５０）和第二压电堆电致动器（５１）。这些部件具有针阀部件（６０）阻断燃料喷射器（１４）的喷嘴出口（１６）并且增强活塞（８０）的台肩表面（８７）承受共轨（１８）中的流体压力的第一构造。所述部件具有喷嘴出口（１６）流体连通到共轨（１８）用于低压喷射活动（Ａ）的第二构造。所述部件具有喷嘴出口（１６）与共轨（１８）流体阻断但增强活塞（８０）的移动使流体穿过喷嘴出口（１６）排出用于高压喷射的第三构造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及具有共轨燃料喷射系统的发动机，更具体地，涉及一种装有增强活塞的压电控制燃料喷射器。
技术介绍
近年来，压燃点火发动机工业开始认识到共轨燃料系统相比其它已知燃料系统在改进性能同时降低不希望有的排放物方面具有某些优势。不希望有的排放物包括但不限于NOx、碳氢化合物和颗粒物质。共轨燃料系统通常包括容纳由高压泵加压的燃料的共享容器或共轨。每个发动机气缸的单个燃料喷射器定位成用于直接喷射到各个气缸，并经由分开的分支通路与共轨单独地流体连通。最初，共轨燃料系统包括一些电控可调阀系统，其允许每个燃料喷射器在独立于曲柄角的任意预期发动机正时与共轨连通，用于喷射活动。但是，这种系统就喷射压力而言仅限于共轨中的燃料的压力。共轨燃料系统近期的创新在例如授予Mahr等人的美国专利6,675,773中公开。该参考文献教导将已知增强活塞结合在共轨燃料喷射器中。使用适当控制的阀，这种燃料喷射系统能如同以前的共轨系统那样从轨道直接喷射，但也能使用增强活塞在升高或增强的压力下喷射。增强活塞通常包括经由具有大表面积和小表面积的阶梯活塞实现压力增大。大表面上作用有轨道压力，与小表面相邻的燃料的压力增大与大表面和小表面之间的面积比成比例。尽管在773专利中描述的这种燃料系统看起来实现了其目的，但是它们并非没有问题。例如，由于燃料系统内各种部件大量堆叠相互干扰，所以看似相同的各个不同燃料喷射器会表现不同。另外，这些系统变化还能随着时间发生改变。而且，工业中一直急于寻求更高的喷射压力，其趋向于化解明显相同的燃料喷射器中与燃料喷射器控制和性能变化相关的所有其它问题。最后，工业上继续需求所有的燃料喷射方案更加多样化、重复性和可靠性。本专利技术的目的在于上述一个或多个问题。
技术实现思路
一方面，燃料喷射器包括喷射器本体，该喷射器本体包括高压入口、低压排放管线和喷嘴出口。喷射器本体包括设置在其中的喷嘴供应通路、针控制室和台肩控制室。第一和第二电致动器位于喷射器本体内，各自包括压电堆。增强活塞可滑动地定位在喷射器本体内，增强活塞的台肩表面承受台肩控制室中的流体压力，并且位于大表面和小表面之间。燃料喷射器还包括针阀部件，该针阀部件具有承受喷嘴供应通路中的流体压力的打开液压表面和承受针控制室中的流体压力的关闭液压表面。直接控制阀部件连结到第一电致动器并且可在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置处，针控制室流体连通到低压排放管线，在第二位置处，针控制室与低压排放管线流体阻断。增强控制阀连结到第二电致动器并且可在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置处，台肩控制室流体连通到低-->压排放管线，在第二位置处，台肩控制室与低压排放管线流体阻断。另一方面，发动机包括发动机壳体，其中设置有多个气缸。多个燃料喷射器各自包括布置成直接喷射入不同气缸的喷嘴出口。每个燃料喷射器都包括多个部件。共轨流体连通到每个燃料喷射器。所述多个部件包括针阀部件、增强活塞、第一压电堆电致动器和第二压电堆电致动器。所述多个部件具有针阀部件阻断喷嘴出口并且增强活塞的台肩表面承受共轨中的流体压力的第一构造。所述多个部件具有喷嘴出口流体连通到共轨用于低压喷射的第二构造。所述多个部件具有喷嘴出口与共轨流体阻断但增强活塞的移动使流体穿过喷嘴出口排出用于高压喷射的第三构造。再一方面，一种操作燃料喷射系统的方法，包括如下步骤：通过给第一电致动器和第二电致动器中的一个而不是两个通电，将燃料喷射器的喷嘴出口流体连通到共轨上，用于低压喷射活动。通过给第一和第二电致动器两者通电，在来自共轨的流体压力下移动增强活塞，用于高压喷射活动。通过使第一和第二电致动器两者断电，使增强活塞的端部和台肩表面以及针阀部件的打开液压表面和关闭液压表面两者都承受共轨中的压力。附图说明图1是根据本专利技术的发动机的示意图；图2是根据本专利技术一方面的燃料喷射器的俯视图；图3是沿着截面线3-3看到的图2的燃料喷射器的侧视图；图3a是图3的局部放大图；图4是沿着截面线4-4看到的图2的燃料喷射器的侧视图；图4a是图4的局部放大图；图5是沿着截面线5-5看到的图2的燃料喷射器的侧视图；图5a是图5的局部放大图；以及图6是根据本专利技术的几种不同燃料喷射率图形的燃料喷射率随时间变化的曲线图。具体实施方式参照图1，发动机10包括共轨燃料喷射系统13和壳体11，壳体11中设置有多个发动机气缸12。多个燃料喷射器14各自包括喷嘴出口16，喷嘴出口16定位成以传统方式直接喷射入不同的发动机气缸12中。每个燃料喷射器14都包括高压入口41，高压入口41经由单独的分支通路19与共轨18流体连通。燃料喷射器14还包括低压排放口42，它们都与排入燃料箱20的低压排放管线25连通。经由定位在低压燃料供应管线21上的燃料输送泵(未示出)，从燃料箱20中抽出燃料，用于向可变排量高压泵22供应燃料。可变排量泵22由电子控制器经由通信线路34控制，以便经由高压供应管线24将高压燃料排入或排向共轨18，或者使低压燃料经由回流管线23返回到燃料箱中。电子控制器30接受各种传感器的输入信号，除了经由通信线路31提供有关共轨18的压力信息的压力传感器35之外，其它的未示出。所述压力信息由电子控制器30用来控制可变排量泵22，以便将共轨18中的压力维持在某些预期水平上，例如约160MPa数量级的压力。共轨燃料喷射系统13还由电子控制器30通过分别经由通信线路32和33供应到-->每个燃料喷射器14的单独控制信号来控制。尽管仅仅示出一对通信线路32和33，但是，本领域技术人员将会理解，电子控制器30通过一对通信线路与每个燃料喷射器14通信并控制各个燃料喷射器14。示出两个通信线路32和33是因为每个燃料喷射器14包括如下所述的第一和第二电致动器。现在参照图2-5，每个燃料喷射器14包括喷射器本体40，其包括连接到通信线路32的电气端子43a和43b，以及连接到通信线路33的电气端子44a和44b。端子43a-b与第一电致动器相对应，而端子44a和44b与第二电致动器相对应。每个燃料喷射器14包括多部件喷射器本体40以及各种内部静止和可移动部件和流体通路。这些部件包括第一压电堆电致动器50以及第二压电堆电致动器51，它们可以在结构上相同。每个燃料喷射器14还包括增强活塞80，增强活塞80包括将大表面89与小表面88分开的台肩表面87。大表面89与小表面88的面积比可以约为2，从而导致在考虑损失后的轨道压力增大约1.7倍。此外，每个燃料喷射器14的多个部件还包括直接控制针阀部件60，针阀部件60包括承受喷嘴供应通路72中流体压力的打开液压表面61，以及承受针控制室91中流体压力的关闭液压表面62。针阀部件60的运动由第一压电堆电致动器50控制，而增强活塞80的移动由第二压电堆电致动器51控制。喷嘴出口16通常由针阀部件60关闭，该针阀部件在偏压弹簧69的作用下以传统方式如图所示就坐，以阻断喷嘴出口16与喷嘴供应通路72。在喷射活动之间，当第一电致动器50和第二电致动器51都断电时，增强活塞80的大表面89、台肩表面87和小表面88，以及针阀部件60的打开液压表面61和关闭液压表压62都经由下面更详细讨论的不同通路承受喷射活动之间的共轨燃料压力。尽管第一和第二电致动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料喷射器（１４），包括：喷射器本体（４０），该喷射器本体包括高压入口（４１）、低压排放管线（２５）和喷嘴出口（１６），并且包括设置在喷射器本体中的喷嘴供应通路（７２）、针控制室（９１）和台肩控制室（９０）；位于喷射器本体（４０）内的包括压电堆（５２）的第一电致动器（５０）；位于喷射器本体（４０）内的包括包括压电堆（５２）的第二电致动器（５１）；可滑动地定位在喷射器本体（４０）内的增强活塞（８０），该增强活塞的台肩表面（８７）承受台肩控制室（９０）中的流体压力，并且位于大表面（８９）和小表面（８８）之间；针阀部件（６０），该针阀部件具有承受喷嘴供应通路（７２）中的流体压力的打开液压表面（６１）和承受针控制室（９１）中的流体压力的关闭液压表面（６２）；直接控制阀部件（１００），该直接控制阀部件连结到第一电致动器（５０）并且可在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置处，针控制室（９１）流体连通到低压排放管线（２５），在第二位置处，针控制室（９１）与低压排放管线（２５）流体阻断；增强控制阀（１１０，１１４），该增强控制阀连结到第二电致动器（５１）并且可在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置处，台肩控制室（９０）流体连通到低压排放管线（２５），在第二位置处，台肩控制室（９０）与低压排放管线（２５）流体阻断。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-19 11/975,5941.一种燃料喷射器(14)，包括：喷射器本体(40)，该喷射器本体包括高压入口(41)、低压排放管线(25)和喷嘴出口(16)，并且包括设置在喷射器本体中的喷嘴供应通路(72)、针控制室(91)和台肩控制室(90)；位于喷射器本体(40)内的包括压电堆(52)的第一电致动器(50)；位于喷射器本体(40)内的包括包括压电堆(52)的第二电致动器(51)；可滑动地定位在喷射器本体(40)内的增强活塞(80)，该增强活塞的台肩表面(87)承受台肩控制室(90)中的流体压力，并且位于大表面(89)和小表面(88)之间；针阀部件(60)，该针阀部件具有承受喷嘴供应通路(72)中的流体压力的打开液压表面(61)和承受针控制室(91)中的流体压力的关闭液压表面(62)；直接控制阀部件(100)，该直接控制阀部件连结到第一电致动器(50)并且可在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置处，针控制室(91)流体连通到低压排放管线(25)，在第二位置处，针控制室(91)与低压排放管线(25)流体阻断；增强控制阀(110，114)，该增强控制阀连结到第二电致动器(51)并且可在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置处，台肩控制室(90)流体连通到低压排放管线(25)，在第二位置处，台肩控制室(90)与低压排放管线(25)流体阻断。2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(14)，其特征在于：增强控制阀包括控制阀部件(110)和平座阀部件(114)，所述控制阀部件与第二电致动器(51)接触，所述平座阀部件具有承受增强控制室(115)中的流体压力的控制表面(117)；所述控制阀部件(110)可在第一位置和第二之间移动，其中，在第一位置处，增强控制室(115)与低压排放管线(25)流体阻断，在第二位置处，增强控制室(115)流体连通到低压排放管线(25)；以及所述平座阀部件(114)可在与阀平座(112)接触的第一位置和与阀平座(112)不接触的第二位置之间移动。3.根据权利要求2所述的燃料喷射器(14)，其特征在于：所述平座阀部件(114)具有位于第一位置和第二位置之间不同位置的连续体，各自对应于增强控制室(115)和低压排放管线(25)之间的不同流动面积；以及每个不同位置的连续体对应于第二电致动器(51)的压电堆(52)上的不同电压。4.根据权利要求1所述的燃料喷射器(14)，包括维持共轨(18)与针控制室(91)之间流体连通的无障碍通路(65)；在某一位置时通向针控制室(91)的排放通路(66)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：H金，D吉布森，M索马尔斯，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：US