直接致動的噴射閥的製作方法

2023-06-03 20:14:01

專利名稱：直接致動的噴射閥的製作方法
技術領域：
本申請涉及直接致動的噴射閥及其方法。特別是涉及將氣體燃料直接噴射入內燃機的燃燒室中的噴射閥及其方法。
背景技術：
由於多種原因希望將氣體燃料直接噴射入內燃機的燃燒室中。例如，直接噴射可使燃料分層，消除了與均勻增壓發動機相關的節流損失。壓縮行程中的直接噴射較晚可保持較高的壓縮比從而保持了效率。此外，當直接噴射的燃料包括天然氣、丙烷或氫時，明顯減少了NOX和微粒物質(PM)的排放。直接噴射的氣體燃料可利用一個熱絲點火塞、一個火花塞或利用啟動柴油進行點燃。
在高壓下的直接噴射存在多個問題。直接噴射所用的高壓燃油產生存在於噴射閥或噴射器中的高燃油壓力。因此，必須將噴射閥特別牢固的定位，以避免燃油在噴射過程中洩漏入燃燒室中。例如，在閥被關閉時，在閥針的密封表面與閥座相互進行流體緊密接觸時，所述閥就「定位」在一個針閥中。此外，與低壓系統相比，高壓系統需要較高的壓力來開啟噴射閥。例如，對於使用向內開啟的閥針的針閥來說，當閥針處於開啟位置時，它可能承受來自壓力燃油的較高壓力。此外，只存在較小的一段開啟時間，在該開啟時間內可噴射燃油。例如，在滿負荷且轉速為每分鐘4500轉(RPM)的情況下，所有燃油最好均在少於2-3毫秒的時間內噴射。
內燃機中幾乎所有的現有燃油直接噴射系統均是液壓致動的。這些系統依靠液壓流體提供開啟噴射閥(或多個閥，在發動機包括多個燃燒室時為多個閥)所需的力。因此，在典型的發動機速度下，液壓致動的噴射器依靠液壓流體壓力中的迅速變化開啟和閉合噴射閥。典型的情況為；通過增大液壓流體的壓力開啟噴射閥，通過減小液壓流體的壓力關閉噴射閥，這樣減小施加到噴射閥上的開啟力就使閥閉合。但是，在常用氣體噴射器的技術中，液壓操作存在多個缺點，所述缺點包括-需要額外添加液壓硬體例如液壓泵、閥和液壓流體儲存器；-需要在壓力變化的液壓流體和高壓氣體燃料之間進行密封；-由於需要添加額外的硬體而增大了噴射閥組件的體積；-由於電動閥硬體和控制來自噴射器的氣流的閥針之間的液壓流體的時間延遲，而延遲了系統的反應。
此外，在動力是由壓力流體提供而不是由可直接控制的壓力源提供的情況下，噴射閥運動的可控程度較低。在這方面，在利用雙彈簧結構時，利用有限的性能就很難進行提升控制。因此，希望避免利用液壓系統來操縱氣體噴射器，特別是高速發動機的噴射器。在此處將針閥中的「提升」定義為針閥從其閉合/定位位置至其開啟位置的移動。
現在已知利用壓電致動或磁致伸縮致動(在電場或磁場的影響下可改變其尺寸的裝置)直接致動噴射閥。例如，美國專利No.5,031,841(『841)中披露了一種利用致動部件的計量閥，根據該專利的致動部件可以是一個壓電塊或一個磁致伸縮致動器。由『841號專利披露的一個特徵是添加了一個隔板，所述隔板具有雙重目的，一個目的是作為一個彈簧將閥偏壓入其閉合位置，另一個目的是在計量的流體和致動器之間提供密封。『841專利披露了一種用於在殼體中機械地設置致動器的位置的調整螺栓。根據專利『841，針閥通過一個壓力銷而與致動器鋼性連接。
在噴射閥中也已經應用了壓電致動裝置或磁致伸縮致動裝置以致動一個內部液壓控制閥。例如，在美國專利NO.5,819,710(『710專利)中公開了一種噴射閥，在該噴射閥中利用了一個伺服閥。伺服閥是由一個致動部件致動的，該致動部件可以是一個壓電塊或一個磁致伸縮材料。控制致動部件可輕輕地關閉伺服閥以減小磨損且增大使用壽命。根據『710專利，伺服閥致動部件可與一個插入螺栓或螺杆配合，以補償致動器和噴射器殼體之間的熱膨脹差。(參見第4欄25-48行)。
美國專利No.5,845,852(『852專利)公開了另一種噴射器，該噴射器使用一個壓電致動器操縱一個內置三通液壓控制閥，以開啟和閉合主噴射單向閥。『852專利描述了一種通過自鎖預加載組件的中介作用的壓電致動器。該自鎖預加載組件具有三種功能(I)補償尺寸變化和/或尺寸缺陷；(II)消除一些由燃油壓力引起的向上的作用力；(III)對壓電塊進行預加載以達到良好的性能。
同樣，美國專利No.5,779,149描述了一種利用壓電致動器的噴射器，該壓電致動器通過一個液壓放大器的中介作用而作用在一個液壓控制閥上，液壓放大器用於放大致動器的運動。液壓控制閥可使主噴射閥開啟和閉合，以計量噴射的燃油量。
使用壓電致動器或磁致伸縮致動器來操縱控制閥存在的一個問題是，這種布置需要液壓流體的中間作用。所述控制閥順次控制液壓流體的流動來操縱一個噴射閥。由液壓流體的運動引起的任何滯後均引起噴射器的致動滯後。因此，就需要通過致動器直接致動噴射器而不需要產生任何致動力的中間主動液壓操縱器。主動的液壓操縱系統的另一個缺點在於需要從一個液壓缸中供應及排放液壓流體。當發動機所用的主要燃油為柴油時，可將柴油作為液壓流體。但是，當發動機的主要燃油為汽油時，需要一個獨立的液壓流體系統操縱依靠液壓致動的噴射器。
美國專利US5,697,5 54和US4,813,601均描述了利用另一種「主動」液壓系統的閥，該液壓系統依靠液壓流體的動態移動和流動。這些專利均披露了採用一種液壓移動放大器的閥，該放大器可對致動器的運動進行放大。通常情況下，這些系統利用充注有基本不可壓縮的液壓流體的液壓放大器室。與該放大器室相關聯的是一個第一可移動部件和一個第二可移動部件，第一可移動部件與壓電致動器相關聯，第二可移動部件與閥針相關聯。致動器的致動使第一部件進行相應的運動，第一部件使液壓流體在放大器室內運動。第一部件尺寸的確定，使其與第二部件相比，在每單位運行中第一部件運動更多的液體，這樣。第一部件的運動導致第二部件進行放大的運動，該運動是通過液壓流體在放大器室內的移動和流動造成的。第二部件典型地與一個閥針相關聯。
美國專利No.4,726,389(『389專利)描述了一種利用脈衝信號控制噴射閥的方法，該噴射閥採用一個壓電致動器。所公開的方法包括如下步驟暫時切斷供應至致動器的脈衝信號，以抑制噴射閥的慣性，從而恰好在閥完全開啟之前穩定閥的開啟特性。在關閉閥時，所述的方法還包括在切斷脈衝信號以抑制噴射閥的慣性之後，臨時供應脈衝信號以恰好在閥完全閉合之前穩定閥的閉合技術特性。

發明內容
噴射閥將燃油噴射入內燃機的燃燒室中。噴射閥包括(a)一個閥殼體，該殼體包括一個燃油入口；與燃油入口流體相連的一個內腔；一個噴嘴，該噴嘴包括噴嘴孔，所述噴嘴孔提供了從內腔至燃燒室的一個流體通道；(b)布置在閥殼體中的一個閥針，其中，閥針可在一個閉合位置和一個開啟位置之間運動，在閉合位置處，閥針的密封端與閥座相接觸，以從噴嘴孔開始對內腔進行流體密封；在開啟位置處，閥針的密封端與閥座相分離，這樣內腔就與噴嘴孔流體連通，其中，閥針提升的距離與密封端遠離閥座而運行的距離相等；(c)一根與閥針相關聯的針簧，其中，針簧向閥針施加一個閉合力，以將閥針偏壓入閉合位置中；(d)與閥針相關聯的一個致動器組件，其中，致動器組件可被激勵向閥針施加一個大於閉合力的開啟力，以將閥針移動至開啟位置；和(e)一個液壓連接組件，該液壓連接組件包括一個具有一定流體厚度的液壓連接件，通過該液壓連接件傳送開啟力和閉合力，其中，液壓連接件的厚度可相應於噴射閥部件之間尺寸關係的變化進行調節，從而在激勵致動器組件時保持所需的閥針提升距離。
在一個優選的實施例中，液壓連接件的厚度相應於由噴射閥部件的熱膨脹差和/或對部件的磨損所引起的尺寸關係的變化而自動調整。液壓連接組件最好包括一個密封的液壓缸，在液壓缸中布置有一個活塞和液壓流體。活塞可以是閥針的一個整體形成的部分。
致動器組件最好包括一個磁致伸縮部件或一個壓電塊。當致動器組件包括一個磁致伸縮部件時，圍繞磁致伸縮部件布置一個電線圈和在電線圈周圍布置一個磁通管。在優選的實施例中，致動器組件可布置在噴射閥的內腔中。在一個特別優選的實施例中，致動器組件為管形，且布置在圍繞閥針的圓柱形部分的一個環形空間中。管形致動器組件的一端可通過一個電極(pole)而保持在相對於閥殼體的一個固定位置處，所述電極支撐磁致伸縮部件。該電極附加在殼體上，在致動器組件被激勵時阻止磁致伸縮部件的被支撐端的運動。
當噴射閥致動器組件利用一個磁致伸縮部件或一個壓電塊時，致動器組件是可控的，以控制所需的提升距離在最大提升距離的10％和100％之間。也就是說，根據需要可對被傳送至致動器組件的控制脈衝進行調製，從而提供全部或部分提升距離。當致動器組件包括一個磁致伸縮部件時，控制脈衝是被傳輸至電線圈的調製電流，所述電線圈產生磁場。當致動器組件包括一個壓電塊時，控制脈衝是施加到壓電塊上的一種調製電壓。
本噴射閥特別適宜於噴射氣體燃料，這是因為該噴射閥調製閥針運動的能力，可被有益地用於減緩閥針的閉合動作，以減小閉合時的衝擊。在噴射液體燃料時，通過較薄液體燃油層的移動來削弱閉合時的衝擊。當燃料為氣體燃料時，可在大於約2000psi(約為13.8MPa)的壓力下將氣體燃料噴射入燃燒室中。
適用於本噴射閥的磁致伸縮材料包括由Etrema Products Inc製造的一種已知ETREMA Terfenol-D磁致伸縮合金材料。ETREMA Terfenol-D磁致伸縮合金是一種由元素鋱、鏑和鐵構成的金屬合金。
在一個優選實施例中，由磁致伸縮致動器組件或壓電致動器組件致動的閥針是可控的，以在少於約250微秒的時間內在閉合位置和開啟位置之間運動。
對於一個給定長度的磁致伸縮致動器或壓電致動器來說，為個增大閥提升的範圍，可將壓縮力施加到磁致伸縮部件或壓電塊上。通過對磁致伸縮部件和壓電塊預加載，施加的各個單元的磁場或電壓可增大淨移動量。因此，可利用一個壓縮彈簧部件施加壓縮力，以對磁致伸縮部件或壓電塊進行預加載。在一個優選的實施例中，壓縮彈簧部件包括至少一根盤簧(也稱為Beleville彈簧或Beleville墊圈)。
噴射閥殼體可包括相互結合的多個部分，以提供一個流體密封的閥體。例如，閥殼體可包括一個具有可拆卸閥蓋的中空主殼體，該可拆卸的閥蓋可接觸布置在主殼體內的閥部件。閥殼體還可包括一個獨立的閥頂，這樣，當閥頂破損時可將其更換。此外，只有閥項的一部分直接暴露到燃燒室內部。在這種情況下，閥頂可由具有較好耐久性的材料製成，當閥頂直接暴露在希望在燃燒室中出現的工況中時，閥頂可提供較好的耐久性。
設計液壓連接件以補償閥部件之間的尺寸關係的變化、包括由熱膨脹差所引起的變化時，通過為閥部件選擇具有相似熱膨脹係數的材料，可減少對液壓連接件的要求。
用於內燃機的一種優選燃油噴射閥包括(a)一個閥殼體，該閥殼體包括一個燃油入口；與燃油入口流體相連的一個內腔；包括有一個閥座和一個噴嘴孔的噴嘴，噴嘴孔提供了一個從所述內腔至燃燒室的流體通道；(b)一個閥針，閥針包括一個具有密封端的圓筒部分，和一個具有預加載端部的活塞部分，閥針布置在閥殼體中，其中，閥針可在一個閉合位置和一個開啟位置之間運動，在閉合位置處，閥針的密封端與閥座相接觸，以從噴嘴孔開始對內腔進行流體密封；在開啟位置處，閥針的密封端與閥座相分離，這樣內腔就與噴嘴孔流體連通，其中閥針提升的距離與密封端遠離閥座而運行的距離相等；(c)一根與閥針的預加載端相關聯針簧，其中針簧被壓縮向針閥施加一個閉合力，以將閥針壓入閉合位置中；(d)一個致動器組件，其中該致動器組件可被激勵，以向閥針施加一個大於閉合力的開啟力，將閥針移動至開啟位置；致動器組件包括圍繞閥針的圓柱形部分布置的一個管狀磁致伸縮部件；圍繞磁致伸縮部件布置的一個電線圈；圍繞電線圈布置的一個磁通管；用於支撐致動器組件的一個支撐件，該支撐件可作為一個電極，為磁致伸縮部件的一端提供一個相對於閥殼體的固定位置；(e)一個液壓連接組件，該液壓連接組件包括圍繞閥針的活塞部分布置的一個密封液壓缸，液壓流體置於液壓缸內，其中，通過一定厚度的液壓流體傳送施加到閥針上的開啟力和閉合力，液壓流體用作為液壓連接件，其厚度可相應於噴射閥部件之間尺寸關係的變化而自動調整，從而在激勵致動器組件時可保持所需的閥針提升距離。
另外，本發明還提供了一種利用定形的波形控制噴射閥的方法，該方法利用了一個磁致伸縮致動器組件或一個壓電致動器組件，該方法順次包括如下步驟(a)通過施加一個控制脈衝來啟動噴射過程，並通過將控制脈衝的值增大至一個峰值加速閥的開啟，所述峰值大於為達到要求的提升距離所需要的脈衝值(所述峰值可達到的幅度高於所需提升距離要求的值)；(b)將控制脈衝從峰值減小至一個需要的值，以提供所需的提升距離；(c)將控制脈衝減小至一個負值以加速閥的閉合；(d)將控制脈衝增大至一個正值以減緩閥的閉合，從而減小閥針對閥座的衝擊力；(e)將控制脈衝減小到0以閉合所述閥。
該方法還包括確定波形以調製閥針的運動，例如在需要減小的燃油流時只進行部分提升。例如，在噴射過程中，通過將控制脈衝瞬時減小至低於需要的提升距離所要求的脈衝值，以減小控制脈衝的平均值就可實現上述結果。最好是在將控制脈衝增大至峰值之後，立即對控制脈衝的減小進行時控，這樣，減小的控制脈衝有助於停止閥針的開啟動作。
當致動器組件利用一個磁致伸縮部件時，控制脈衝是被引導至電線圈的一個調製電流，該電線圈可產生一個在致動方向中定位的磁場。當致動器組件利用一個壓電塊時，控制脈衝為施加到壓電塊上的一種調製電壓。
在優選的方法中，使閥針在閉合位置和所需的開啟位置之間運動需要的時間可儘量短約為175微秒。但是，更典型的情況為使閥針在閉合位置和所需的開啟位置之間運動需要的時間可縮短約為250微秒。
本發明噴射閥的一個優點在於利用它可在一個周期的後期以較高的壓力將燃油直接引導入內燃機中。例如，可利用本發明的噴射閥將氣體燃料在約2000psi和5000psi(約為13.8Mpa和34.5MPa)之間的壓力下噴射入內燃機的燃燒室中。可利用本發明的噴射閥在更高的壓力下將液體燃料引導入內燃機中。
本噴射閥的另一個優點在於提供一種噴射閥，它消除了對一個主動液壓操縱器的需要及對相關的高壓液壓系統的需要，所述高壓液壓系統用於產生致動力以致動噴射閥。常用的主動液壓操縱器與本發明的液壓連接件是不同的，本發明的液壓連接件可描述為一個被動液壓連接件，這是因為被密封在液壓連接組件中的密封液壓流體只傳送致動力，而不產生致動所述閥的致動力。另外，液壓連接件的目的是為相反的致動力提供一個加載路徑，所述相反的致動力是起初由至少一個彈簧部件和致動器組件產生的。消除對常用主動液壓操縱器的需要的益處在於消除了相關的主動液壓系統。常用的主動液壓致動器例如那些利用迅速增大及降低液壓流體的壓力，需要與高壓液壓流體源相連接以致動的噴射閥，且需要用於控制液壓流體流入及流出主動液壓操縱器的閥。主動液壓致動器採用流入及流出液壓缸的液壓流體，當液壓缸與高壓液壓流體源流體相連時，流入液壓缸的高壓液壓流體產生用於移動閥針的致動力。當液壓缸與高壓液壓流體源相分離時，除去致動力且從液壓缸中排出液壓流體。這種類型的主動液壓致動器的一個缺點在於存在與液壓流體流入和流出液壓缸相關的時間遲滯。
被動液壓連接件的另一個優點在於可利用它來校正熱膨脹差、磨損及製造和組裝公差中所允許的尺寸變化。本申請披露的被動液壓連接件通過響應這些影響因素而本身進行自動調節，以允許液壓流體在液壓活塞的相對側之間進行運動就可實現上述優點。這樣，致動器組件重新回零，以確保保持所需的閥針提升距離。
利用直接致動噴射閥的一個優點在於閥針在開啟位置和閉合位置之間運動時，可利用一個定形的控制脈衝控制閥針的加速和減速。例如，當利用一個磁致伸縮致動器時，可控制施加到電磁線圈上的電流，以一定的方式減小電流，從而輕輕地關閉所述閥。同樣，當利用一個壓電致動器時，可控制施加到壓電塊上的電壓，通過初始提供一個過量電壓(即該電壓高於為提供必要的移動量所需要的電壓)來加速閥的開啟。這樣，可利用控制脈衝控制磁致伸縮致動器或壓電致動器的膨脹和收縮，從而控制閥針的運動。控制閥針的減速的一個優點在於在閥關閉時可減小閥針對閥座的衝擊，以減小對閥部件的磨損，從而提高閥部件的耐久性。
本噴射閥的另一個優點在於可將控制脈衝定形，以可重複的方式對閥針進行部分提升。可通過對控制脈衝進行定形，控制施加到相應磁致伸縮式或壓電式致動器組件上的電流或電壓的量，從而控制提升的量。
本申請公開的噴射閥的另一個優點在於實際的閥針提升距離很小(一般遠小於0.1毫米)，這樣，與為達到較大閥針提升距離而設計的閥相比，開啟本申請噴射閥所需的閥針的速度就非常小。
下文中將要描述的一個直接致動噴射器就提供了上述這些和其他優點。


圖1為直接致動燃油噴射閥的一個優選實施例的剖視圖；圖2為圖1中的燃油噴射閥的上部分的放大視圖；圖3為圖1中的燃油噴射閥的下部分的放大視圖；圖4為對施加到圖1所示的燃油噴射閥致動器組件上的電流進行控制的一種優選方法的時間圖表；圖5為對施加到燃油噴射閥的壓電致動器組件上的電壓進行控制的一種優選方法的時間圖表。
具體實施例方式
圖1至圖3顯示了用於內燃機的一個直接致動燃油噴射閥100的一個優選實施例。噴射閥100包括長形的閥殼體102，閥殼體102與閥蓋104和閥頂106相配合，提供了一個流體密封的閥體。可利用密封件來保證組裝的閥體是液體密封的。閥蓋104包括至少一個入口108，燃油通過入口108進入閥體，閥頂106包括至少一個噴嘴孔110，燃油通過噴嘴孔110排出閥體。閥頂106還包括閥座112。
在優選的實施例中，在圖3所示的放大視圖中更清楚地顯示了閥100的結構，閥座112是傾斜的，以使沿著密封區域(在該區域閥針114與閥座112相接觸)的流體流量最大化。可對閥針114的端面和閥座112之間的角度差進行選擇，這樣在氣體朝著閥頂106的中間喉部向內運動時，所述流動區域不減小，所述氣體進入噴嘴孔110。
閥針閥針114布置在閥體的內部，通過阻止燃油流過閥座112而流向噴嘴孔110，與閥座112相接觸以封閉噴射閥100。在圖1所示的實施例中，閥針114包括閥杆114a，閥杆114a通過在閥體中向內移動而提升，從而遠離閥座112以便移動入開啟位置。閥杆114a是一個圓柱形的部件，由於閥的提升距離通常較小(例如約為65微米)，因為流動面積(A)與閥杆的直徑成比例(即A＝II×直徑×提升距離)，所選擇的閥杆114a的直徑應確保穿過閥開口的流量足夠。因此，可通過較大的直徑來補償較小的提升距離。在圖1所示的優選實施例中，閥針114還包括獨立的活塞部件，該活塞部件可與閥針114相結合以產生相同的效果。在另一種選擇的結構中(未顯示)可利用一個提升型閥頂，這樣閥針的向下運動造成使其開啟。在該選擇的結構中，致動器組件最好位於閥針114之上，因此，當致動器被激勵以開啟噴射閥時就向閥針114施加一個向下的作用力。
彈簧組件彈簧組件將閥針114偏壓入閉合位置中。在一個優選的結構中，彈簧組件包括至少一個針簧116，該針簧116向閥針114提供一個閉合力。參考圖1所示的實施例，彈簧組件還包括一個針簧引導件118，引導件118用於將閉合力從針簧116傳送向閥針114。針簧116在針簧調節器120的作用下保持為壓縮狀態，針簧調節器120與針簧殼體122相配合，為閥殼體102提供了一個負載路徑。在一種優選的結構中，相應的螺紋表面將針簧調節器120結合到針簧殼體122上，將針簧殼體122結合到閥殼體102上。在針簧調節器120已轉動以壓縮針簧116而對針簧116施加所需的預加載力之後，就將鎖止螺帽124擰緊，阻止針簧調節器120鬆動。通過對針簧116進行壓縮或預加載的彈性可產生閉合力，將閥針114保持的閉合位置。
致動器組件可激勵致動器組件以產生開啟力，開啟力與由彈簧組件提供的閉合力相反且大於閉合力。在圖1所示的實施例中，致動器組件包括一個部件如一個磁致伸縮材料部件或一個壓電塊，當該部件暴露在磁場中或受到電壓的作用時，它就在開啟力的方向膨脹或收縮。
在圖1所示的實施例中，致動器組件是一個磁致伸縮致動器，該致動器包括磁致伸縮部件130；圍繞磁致伸縮部件130的外徑布置的電線圈132；圍繞電線圈132布置的一個磁通管134。磁通管134可由普通的碳素鋼製成，其上具有縱向槽以破壞渦流電流。電流被供應至電子配件136。電導線(未顯示)將電流從電子配件136傳導向電線圈132。當將電流施加到電線圈132上時，就產生了穿過磁致伸縮部件130、電極138、140、142和磁通管134的磁通量。電極138、140和142是由合適的材料製成的，如碳素鋼(例如CS1018)或具有低磁滯的鋼。電極138是一個「固定」電極，它對磁致伸縮部件130、電線圈132和磁通管134的第一端提供結構性的支撐。電極140與磁致伸縮部件130的第二端相關聯，而電極142與電線圈132和磁通管134的第二端相關聯。電極140是一個「內」電極，而電極142是圍繞內電極140同軸布置的「外」電極。電極142、電線圈132和磁通管134通過鎖止螺帽144保持在其位置中，鎖止螺帽144最好旋擰入閥殼體102的內壁中。電極140和142相互配合，在致動器組件的第二端提供一個磁通路徑，但是，電極140可相對於電極142運動，磁致伸縮部件130可在定向的磁場方向中延伸，這樣，致動器組件就提供了一個與彈簧組件的閉合力反向的開啟力。
在施加一個磁場時，最好將一個預壓縮力施加到磁致伸縮部件130上以擴大延伸幅度。對磁致伸縮部件130的預壓縮增大了施加的單位磁場的淨位移量。同樣，當利用壓電部件替代磁致伸縮部件130時，預壓縮也增大了施加單位電壓的壓電部件的淨位移量。可利用一根彈簧如盤簧150來提供預壓縮力。可利用另一種壓縮元件來替代盤簧150以提供預壓縮力，例如，利用螺旋彈簧或具有同樣彈簧力的另一種類型的彈簧、液壓活塞和壓縮元件的組合。在施加預壓縮力時，致動器的位移量可增加至磁致伸縮部件130的總長度的約0.13％。但是，為增加溫度可減小所述位移量。例如，在往復式發動機油缸端部處於通常溫度時，實際的位移量約為預壓縮磁致伸縮部件130的長度的0.065％。
磁致伸縮部件的尺寸是根據噴射閥100的要求而確定的。例如，如果設計的噴射閥100提供的提升距離至少約為65μm，確定的磁致伸縮部件130的長度至少約為100mm。此外，所選擇的環形磁致伸縮部件130的壁厚可提供足夠的力，以克服用於將噴射閥100保持在閉合位置中的所有相反的力。如果環形磁致伸縮部件130的截面面積不足夠，即使在電線圈132被完全激勵的情況下，所述相反的力也可減小或阻止磁致伸縮部件130的縱向移動。這種已知的模式被稱為「阻止力」模式。因此，作用在閥針114上的閉合力的大小就決定了磁致伸縮部件130的截面積。
圖1中所示的磁致伸縮部件130、電線圈132和磁通管134可利用一個壓電塊(未顯示)來取代。利用電子配件136將電壓引導至壓電塊。當將電壓施加到壓電塊上時，壓電塊膨脹而產生用於開啟噴射閥100的推動力。
如圖1所示，致動器組件也可定位在閥殼體102中且圍繞閥杆114a同軸布置，致動器組件佔據閥杆114a和閥殼體102之間的環形空間的一部分。因此，致動器組件就可暴露在燃油中，所述燃油從入口108被引導穿過中空的閥體到達噴嘴孔110。
液壓連接組件由致動器組件產生的開啟力通過液壓連接組件傳輸至閥針114。液壓連接組件包括液壓缸160，液壓缸160的設置圍繞液壓活塞114b成緊配合關係，液壓活塞114b可在液壓缸160內的縱向中自由運動。如上所述，在圖1所示的實施例中，液壓活塞114b是閥針114的整體形成的一部分，液壓缸160的側壁幫助引導閥針114在致動方向中運動。利用液壓缸蓋162、密封件166、168和169將一種黏性液壓流體密封在液壓缸160中(參見圖2)。密封件166和168分別允許閥針114相對於液壓缸蓋162和液壓缸160運動。可利用已知的密封件，如彈性O形環密封件、密封圈、金屬密封件或隔膜/凸面式密封件。
液壓活塞114b的外徑和液壓缸160的內徑之間的徑向間隙非常小(按要求為50至250微米)。所述間隙的需要尺寸根據所選擇的液壓流體的黏度而定。間隙中的液壓流體由哈根-泊肅葉流(Hagen-Poiseuille Flow)控制，液壓流體和間隙最好是經選擇的，這樣傳輸開啟力通過液壓流體時，在燃油噴射的時間跨度中流經間隙的液壓流體是非常少的。此外，液壓流體最好具有足夠高的黏度和體積係數，這樣，當致動器組件的致動將閥開啟力迅速傳送過液壓缸160和液壓活塞114b的底部之間的液壓流體時，液壓流體就起到不可壓縮的固體作用。為達到運行的一致性，液壓流體最好是一種非常穩定的流體，其在較寬的溫度範圍內(即在液壓缸160內所期望的運行溫度)保持其所需的性能。適當的液壓流體是例如常用機油如15W40級機油，或合成潤滑劑如在黏度範圍內的DuPont「Krytox」油脂。Krytox是一種全氟聚醚(PFPE)合成潤滑劑，它可與增稠劑相混合而形成油脂。這些類型的液壓流體也有助於對密封件166和168進行潤滑。不同的噴射閥可具有尺寸不同的活塞和間隙。這樣就可考慮單個噴射閥的設計特徵來選擇液壓流體。
在噴射閥100被關閉即停止時，閉合力是通過液壓缸蓋162和液壓活塞114b之間的液壓流體傳送的。通常，在發動機運行過程中，噴射閥100在大部分時間裡(通常超過90％的時間)是關閉的。因此，在噴射過程中，液壓流體有足夠的時間通過流過間隙而將其本身重新分配，這樣，液壓缸160相對於活塞114b運動而自動「回零」。初始的零位置即為在噴射閥100組裝之後的液壓活塞114b在液壓缸160中的位置。由於部件在製造公差之內的長度變化的原因，因此，對於所有噴射器來說，初始零位置可能不同。另外，在運行過程中，所述零位置根據如部件磨損或熱膨脹對部件之間的尺寸關係的影響而自動調整。
由於部件之間的熱膨脹係數不同或熱分配不均勻，可引起不同的熱膨脹或收縮。即使將噴射閥100的部件如磁致伸縮部件130、閥針114和閥殼體102設計得與其他部件的熱膨脹率合理匹配，但由於閥針的提升量和引起閥針提升的部件的移動量太小，也應考慮熱膨脹和收縮的影響，以保證達到所需要的閥針提升距離。如果噴射閥暴露在較寬範圍的溫度中，熱膨脹和收縮的影響擴大。對於在車輛中應用的噴射閥來說，非正常經受的溫度範圍為-40℃(在較冷的天氣中)和+125℃(當發動機運轉時)。不平均的溫度分配是由許多因素的影響造成的，這些因素包括如(1)在線圈132中產生的熱量；(2)在致動器組件中產生的磁滯；(3)通過閥頂106從液壓缸頭或內燃機傳出的熱量。如果不將這些因素的影響考慮在內，不同的熱膨脹或收縮對閥針114移動量的總的影響將大於目標提升量。
概括地說，液壓連接組件考慮了由在製造過程中和噴射閥組裝的方法中允許的公差所引起的部件尺寸的變化。因此，液壓連接組件通過降低噴射閥部件製造中的精密公差要求來降低製造成本。此外，在運行過程中，考慮到如由部件磨損或不同的熱膨脹或收縮所引起的噴射閥部件之間尺寸關係的變化，液壓連接組件在噴射過程之間可自身進行自動調整。
運行概述當噴射閥100處於閉合狀態時，由針簧116產生將閥針114壓靠在閥座112上的閉合力，閉合力通過針簧引導件118傳輸至閥針114。優選利用一個機械彈簧部件如圖中所示的螺旋彈簧提供閉合力，這樣，噴射閥100的失效模式將處於閉合位置中。也就是說，如果致動組件沒受激勵或失效，噴射閥100將仍處於閉合位置中。
為開始一個噴射過程，通過將電流傳導至電線圈132來激勵致動器組件。這樣，就產生了流入磁致伸縮部件130、電極138、140、142和磁通管134的磁通量。在磁場的影響下，磁致伸縮部件130在長度上(在磁場方向)膨脹。由於電極138處於一個固定位置，磁致伸縮部件130就在液壓缸160的方向中膨脹。由磁致伸縮部件130的膨脹所產生的開啟力傳輸過內電極140、液壓缸160的基座、液壓流體164b(參見圖2)，最後穿過活塞114b，液壓流體164b保存在液壓缸160的基座和液壓活塞114b的一個平面表面之間，活塞114b在所示的實施例中與閥針114形成為一個整體。開啟力大於由針簧116的壓縮產生的閉合力。液壓缸160的移動也將盤簧150進一步壓縮。
如上所述，由於閥的致動是突然發生的(要求為20μs)，因此，液壓流體164b沒有時間流過活塞114b和液壓缸160之間的狹窄間隙。相反，液壓流體164b起到一個固體的作用，並將磁致伸縮部件130的運動通過活塞114b傳向閥針114，從而使閥針114提升離開閥座112。因為噴射閥100將開啟較短的一段時間(一般小於3毫秒)，只要液壓流體164的黏度是適當選擇的且所述間隙的尺寸是適當確定的，在噴射閥100開啟時流過間隙的液壓流體164的量是非常少的，這樣，由液壓流體的流動產生的移動量遠小於閥針114的總移動量。
閥針114的運動由引導件180引導至閥頂106的附近(參見圖3)。圖3顯示了圍繞閥杆114a的環形空間182。在噴射過程之間，燃油保存在環形空間182中。當噴射閥100開啟時，燃油流過環形空間182、閥部件之間的其他間隙和布置在確定的閥部件中的開口，所有這些空間、間隙和開口均相協作而使燃油從入口108自由地流到噴嘴孔110(該噴嘴孔110是從噴嘴喉部徑向定位的多個噴嘴孔之一)。圖1至圖3顯示了為流過部件如針簧殼體122、鎖止螺帽144和電極138的液體提供流體通道的開口。圖3還顯示了閥殼體102和閥頂106之間的密封件184、和液壓缸端面密封件186，該密封件186在噴射閥100和發動機液壓缸端部(未顯示)之間進行密封。
當燃油流過閥殼體102時，燃油使致動器組件冷卻。布置的燃油流動路徑最好對電線圈132的內徑表面和磁致伸縮部件130的外徑表面進行最大程度的冷卻。此外，可引導小百分比的燃油流使其在磁致伸縮部件130的內徑和圓柱形閥杆114a的表面之間流動，所述的小百分比可為燃油流的約20％。在以這種方式利用燃油冷卻致動器組件時，這種熱模式預計溫度的升高量少於10℃。
為在噴射過程的末期關閉噴射閥100解除對電線圈132的激勵，從而使磁致伸縮部件130收縮。當閥針114從開啟位置移動向閉合位置時，針簧116和盤簧150產生閉合力。針簧116產生的閉合力再次通過針簧引導件118傳送至閥針114。在開啟位置中，膨脹的磁致伸縮部件130壓縮盤簧150，這樣在閉合時，盤簧150減壓而向下推動液壓缸160並壓縮磁致伸縮部件130。盤簧150也可通過產生一個閉合力而向閥針114提供額外的閉合力，由盤簧150產生的閉合力通過液壓缸蓋162、液壓流體164a和液壓活塞114b進行傳送。
當閥針114從開啟位置運動至閉合位置時，所耗費的時間仍然少於250微秒，最好少於200微秒，這樣，液壓流體164仍沒有時間流過活塞114b和液壓缸160之間的間隙。因此壓力就積聚在活塞114b的上平面上的液壓流體164a中。
閥針114一旦與閥座112相接觸，噴射閥100就被關閉。在噴射閥100關閉時，液壓連接組件自動自我調節，因此在考慮溫度、磨損和閥針114相對於液壓缸160的任何微小運動的影響的情況下，對液壓缸160相對於液壓活塞114b的位置進行校正，所述閥針114相對於液壓缸160的任何微小運動可能在閥針114處於開啟位置時發生。所述自動調節是通過液壓流體164從液壓活塞114b的一側向另一側移動實現的，而盤簧150可確保液壓缸160和閥針114在所有的時間均保持直接接觸。
控制方式在圖4和圖5中繪製了為控制直接致動的噴射閥和相應的致動器移動的波形圖表。圖中所示的波形顯示出控制脈衝可利用幾個零件分別控制磁致伸縮部件或壓電部件的運動。
在圖4中，波形A代表引導至一個電線圈的電流，該電流用於激勵包括磁致伸縮部件在內的一個致動器。磁場的強度與引導至電線圈的電流量成正比。為促使閥迅速開啟，電流最好首先升高至電流I1，由於較高的電流產生較強的磁場，可利用該磁場加速磁致伸縮部件的膨脹。在主要噴射過程中將電流降低至電流I2。與初始電流I1相對應的電流的振幅比電流I2的振幅高，電流I2實際上是完全開啟噴射閥所需要的電流。噴射閥也可部分開啟，例如，在初始電流峰值之後將電流減小至一個小於電流I2的值。如虛線波形B所示，電流被暫時轉換極性而成為負電流I3，可選擇控制脈衝形狀以將平均電流降低至標準電平，在該電平可迅速實現部分提升，這樣進行的流動控制優於純粹通過脈衝寬度調製進行的流動控制。也就是說，通過控制閥針的移動量(提升距離)及噴射過程的持續時間就可實現較好的流動控制。
閥的關閉可通過最初將電流的極性轉換為負電流I4來選擇性地加速。在閥針與閥座相接觸時，為減小衝擊及隨之產生的閥針的磨損，如波形A所示，可將電流瞬時增大為正電流I5以減緩閥的關閉動作。在用於控制閥針對閥座的衝擊的一種選擇方法中，在不轉換電流的方向的情況下可更緩慢地減小電流，就如圖中的點劃線C所示的那樣。最後，在噴射閥關閉且電流回復為零時就完成了噴射過程。
線形圖表D和E分別顯示了閥在完全開啟和部分開啟的噴射過程中閥針的移動情況。圖D與由波形A控制的噴射過程相對應。圖D顯示了在噴射過程開始時閥針迅速移動至完全開啟位置。在所顯示的例子中，在噴射過程的大部分時間，即圖D中的基本為平坦的部分所代表的時間裡，噴射閥依然處於完全開啟的位置。但是，根據液壓流體的黏度和液壓活塞與液壓缸之間的間隙的尺寸，圖D的平坦部分具有一個微小的坡度，該坡度是在噴射過程中由穿過間隙的液壓流體的流動產生的。
當噴射閥關閉時，閉合動作非常迅速，就如在噴射過程末期附近的線D的急劇下降的坡度所示的那樣。但是，與波形A末期附近的瞬時性正電流相對應，當閥回復至全閉合位置時，圖形D的坡度變得平緩，這說明波形A的形狀是如何用於減少由閥針對閥座的衝擊所產生的磨損的。圖E與在將初始電流峰值減小至一個低於電流I2的電流之後的波形(未顯示)相對應，這樣，噴射閥只是部分開啟。圖E也顯示出噴射過程的持續時間可通過改變波形的長度或持續時間變化。與由圖D所代表的噴射過程相比，圖E代表的噴射過程的閥提升距離較小，因此，其初始電流峰值低于波形A的初始電流峰值。由圖E的更平緩的坡度(與圖D的急劇的坡度相比)所代表的閉合動作與一個波形相對應，該波形的形狀和另一個波形C的形狀相似的。
本領域的技術人員可認識到通過增大控制波形的坡度可減小開啟或閉合噴射閥所需的時間，或通過減小波形的坡度可增大開啟或閉合噴射閥所需的時間。這樣就可通過操縱控制波形的形狀，產生所需的閥針運動速度及閥針相對於閥座的移動量(以控制提升距離)。
在圖5中，波形G代表一個可用於激勵壓電致動器的電壓控制脈衝。通過下面的描述可明確壓電致動器的優選控制方式利用了與磁致伸縮致動器的上述優選控制方式相同的原理。為促使閥的快速開啟，最好首先將電壓升至峰值電壓V1，這是因為較高的電壓可用來加速壓電材料的膨脹。在主要噴射過程中將電壓降低至電壓V2。電壓V1與幅度遠高於電壓V2的一個電壓相對應，電壓V2實際上是完全開啟噴射閥所需的電壓。噴射閥也可部分開啟，例如，在初始電壓峰值之後將電壓減小至一個低於電壓V2的值就可部分開啟噴射閥。如虛線波形H所示，該虛線波形H暫時將電壓降低至一個負電壓V3，可選擇性地將控制脈衝定形以將平均電壓降低至標準電平，在該標準電平可迅速實現部分提升，這樣進行的流動控制優於純粹通過脈衝寬度調製進行的流動控制。也就是說，通過控制閥針的移動量(提升距離)及噴射過程的持續時間就可實現較好的流動控制。
閥的關閉可通過最初將電壓降低為負電壓V4來選擇性地加速。在閥針與閥座相接觸時，為減小衝擊及隨之產生的閥針的磨損，如波形G所示，可將電壓瞬時增大為正電壓V5以減緩閥的關閉動作。與電流波形C的形狀相似，電壓波形I的形狀代表在閉合時用於減少閥針對閥座的衝擊的另一種方法。最後，在噴射閥關閉且電壓回復為零時就完成了噴射過程。
線形圖J和K分別顯示了在各個噴射過程中的閥針的移動量。圖J與由波形G控制的噴射過程相對應。圖J顯示了在噴射過程開始時閥針迅速移動至完全開啟位置。在所顯示的例子中，噴射過程的大部分時間即圖J中的基本為平坦的部分所代表的時間裡，噴射閥仍處於完全開啟的位置。但是，根據液壓流體的黏度和液壓活塞與液壓缸之間的間隙的尺寸，圖線J的平坦部分具有一個微小的坡度，該坡度是在噴射過程中由穿過間隙的液壓流體的流動產生的。
當噴射閥關閉時，閉合動作非常迅速，就如在噴射過程末期附近的線J的急劇下降的坡度所示的那樣。但是，與波形G端部附近的瞬時性正電壓相對應，當閥回復至全閉合位置時，圖線J的坡度變得平緩，這就說明了波形G的形狀是如何用於減少由閥針對閥座的衝擊所產生的磨損的。圖K與圖J相似，其與在初始電壓峰值將電壓減小至低於電壓V2的波形(未顯示)相對應的那一部分圖線除外，在該部分圖線中，噴射閥只是部分開啟。
圖4和圖5中的波形的時間跨度在100-5000微秒的範圍內，對於大部分噴射過程來說該時間跨度一般在250-2000微秒的之間。
上述直接致動噴射閥和控制方法的結合可產生多種益處，包括-消除了常用液壓致動噴射閥所需要的液壓流體供應系統。例如，通過消除常用液壓致動噴射閥所用的液壓流體供應和返回通道及三通閥，因此簡化了噴射閥的結構。
-自動補償噴射閥中的熱膨脹差和由於拖長的運行所引起的磨損，以及由製造公差的限制而產生的較小差異。
-實現了用於容納加長的磁致伸縮部件或壓電部件的一種緊湊的同心閥針/致動器組件結構。
-提供了一種利用控制方法的裝置，該控制方法可對燃油流進行節流及減小閥座的磨損。該裝置具有控制提升距離的能力，使在較低的負荷下減少噴射及減少預先混合的燃料。例如，利用一個磁致伸縮致動器或一個壓電致動器就可將閥針的運動控制在約10％-100％之間。對於較低負荷的工況來說，能夠減少進入燃燒室的燃料流量是很重要的，這是由於不能燃燒的過量燃油可降低運行效率且產生較高的排放。
-通過利用軸對稱的圓柱形部件和不苛求噴射閥部件之間的公差，因此可提高製造能力。
-由於致動組件可對閥針進行更好地控制，這樣就改進了閥的運行。例如，可利用噴射閥噴射氣體或液體燃料。當所述燃料為氣體時，在關閉時就非常需要減慢閥針的運行，這是因為沒有液體燃油來減緩閥針對閥座的衝擊。通過將施加到致動器上的控制脈衝波形定形，就可減緩噴射閥的閉合動作而減小閥針對閥座的衝擊。
上面對本發明的具體元件、實施例和應用進行了顯示和描述，當然應認識到本發明並不僅限於此，因為本領域的技術人員在不脫離本發明的實質和範圍的情況下、特別是在依據上述技術內容的情況下可對本發明進行變更。
權利要求
1.一種用於將燃油噴射入內燃機的燃燒室中的一種噴射閥，所述噴射閥具有一個閥殼體，該殼體包括一個燃油入口；一個與所述燃油入口流體相連的內腔；一個噴嘴，該噴嘴具有噴嘴孔，所述噴嘴孔提供了從內腔至所述燃燒室的一個流體通道；一個布置在閥殼體中的閥針，其中所述閥針可在一個閉合位置和一個開啟位置之間運動，在閉合位置，所述閥針的密封端與閥座相接觸，以對內腔從所述噴嘴孔開始進行流體密封；在開啟位置，所述閥針的密封端與閥座相分離，這樣所述內腔就與噴嘴孔流體連通，其中閥針提升的距離與所述密封端遠離所述閥座運行的距離相等；一根與閥針相關聯的針簧，其中所述針簧向閥針施加一閉合力，以將所述閥針偏壓入閉合位置；其特徵在於(a)該噴射閥包括與閥針相關聯的一個致動器組件，其中致動器組件可被激勵，以向所述閥針施加一大於閉合力的開啟力，將閥針移動至所述開啟位置；(b)該噴射閥具有一個包括被動液壓連接件的液壓連接組件，該液壓連接件具有一定厚度的液壓流體，通過該液壓流體的厚度傳送開啟力和閉合力，因此當所述致動器組件被激勵時，所述液壓流體基本上用作為具有大致恆定厚度的固體，其中在所述致動器沒有被激勵時，所述液壓連接件的厚度可相應於噴射閥部件之間的尺寸關係的變化而進行調節，從而在所述致動器組件被激勵時保持所需的閥針提升距離。
2.根據權利要求1所述的噴射閥，其中在所述致動器組件沒有被激勵時，所述液壓連接件的厚度相應於由熱膨脹差所引起的尺寸關係的變化自動調整。
3.根據權利要求2所述的噴射閥，其中在所述致動器組件沒有被致動時，所述液壓連接件的厚度相應於由所述噴射閥部件的磨損所引起的尺寸關係的變化自動調整。
4.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述液壓連接組件包括一個流體密封的液壓缸，該液壓缸從所述內腔被流體密封，所述液壓連接組件包括一個活塞，所述液壓流體置於所述液壓缸中。
5.根據權利要求4所述的噴射閥，其中所述活塞是所述閥針的一個整體部分。
6.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述致動器組件包括一個磁致伸縮部件或一個壓電塊。
7.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述致動器組件包括一個磁致伸縮部件、圍繞磁致伸縮部件布置的一個電線圈及圍繞所述電線圈布置的一個磁通管。
8.根據權利要求7所述的噴射閥，其中所述致動器組件布置在所述內腔中。
9.根據權利要求8所述的噴射閥，其中所述致動器組件是管形的，且布置在圍繞閥針的一個圓柱形部分的環形空間中。
10.根據權利要求9所述的噴射閥，其中所述管形致動器組件的一端由附加到所述閥殼體上的一個電極支撐。
11.根據權利要求6所述的噴射閥，其中所述致動器組件是可控的，以將所需要的提升距離控制在最大提升距離的10％至100％之間。
12.根據權利要求11所述的噴射閥，其中通過分別控制被引導至磁致伸縮致動器組件上的電流，或施加到壓電致動器組件上的電壓來控制所述提升距離。
13.根據權利要求7所述的噴射閥，其中所述磁致伸縮部件包括由元素鋱、鏑和鐵構成的金屬合金。
14.根據權利要求6所述的噴射閥，其中所述閥針是可控的，以使其在少於約200微秒的時間內在開啟位置和閉合位置之間運動。
15.根據權利要求6所述的噴射閥，其中該噴射閥還包括一個向所述磁致伸縮部件或壓電部件施加壓縮力的壓縮彈簧部件。
16.根據權利要求15所述的噴射閥，其中所述壓縮彈簧部件包括至少一根盤簧。
17.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述燃料為氣體燃料。
18.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述燃料在大於約2000psi(約為13.8MPa)的壓力下噴射入燃燒室。
19.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述閥殼體包括多個部件，所述多個部件相互結合而提供了一個流體密封的閥體。
20.根據權利要求1所述的噴射閥，其中所述閥殼體、閥針和致動器組件是從具有相同熱膨脹係數的材料中選擇出的，以減小由溫度變化所引起的所述部件之間的尺寸關係的改變。
21.一種用於將燃油噴射入內燃機的燃燒室中的噴射閥，所述噴射閥具有一個閥殼體，該閥殼體包括一個燃油入口；一個與所述燃油入口流體相連的內腔；一個具有閥座和噴嘴孔的噴嘴，噴嘴孔提供了一個從所述內腔至所述燃燒室的流體通道；一個閥針，閥針包括一個具有密封端的圓柱形部分、和一個具有預加載端部的活塞部分，所述閥針布置在所述閥殼體中，其中所述閥針可在一個閉合位置和一個開啟位置之間運動，在閉合位置，閥針的所述密封端與所述閥座相接觸，以對內腔從所述噴嘴孔進行流體密封；在開啟位置，閥針的所述密封端與所述閥座相分離，這樣所述內腔就與噴嘴孔流體連通，其中閥針提升的距離與所述密封端遠離所述閥座運行的距離相等；一根與所述閥針的預加載端相關聯的針簧，其中所述針簧被壓縮而向所述針閥施加一個閉合力，以將閥針偏壓入閉合位置；其特徵在於(a)該噴射閥包括一個致動器組件，該致動器組件可被激勵，以向閥針施加一個大於閉合力的開啟力，將閥針移動至開啟位置；所述致動器組件包括一個圍繞閥針的圓柱形部分布置的管狀磁致伸縮部件；一個圍繞磁致伸縮部件布置的電線圈；一個圍繞電線圈布置的磁通管；一個用於支撐致動器組件的支撐件，該支撐件可作為一電極，並為磁致伸縮部件的一端提供一個相對於閥殼體固定的位置；(b)該噴射閥還包括一個液壓連接組件，該液壓連接組件包括一個密封的液壓缸，液壓缸從所述內腔被流體密封，其中所述液壓缸圍繞所述閥針的所述活塞部分布置，液壓流體置於所述密封的液壓缸內，其中通過一定厚度的液壓流體來傳送施加到所述閥針上的所述開啟力和閉合力，在所述閥處於開啟位置時，所述液壓流體基本上起到一個固體的作用而作為一個被動液壓連接件，在所述閥處於閉合位置時，所述厚度可相應於所述噴射閥部件之間的尺寸關係的變化自動調整，從而在激勵致動器組件時可保持所需的閥針提升距離。
22.根據權利要求21所述的噴射閥，該噴射閥還包括用於向所述磁致伸縮部件施加一壓縮力的壓縮彈簧部件。
23.根據權利要求21所述的噴射閥，其中所述磁致伸縮部件包括由元素鋱、鏑和鐵構成的金屬合金。
24.根據權利要求17所述的噴射閥，其中所述液壓流體為液體。
25.根據權利要求17所述的噴射閥，其中所述液壓流體是從由機油和油脂構成的組份中選擇出的一種液體。
26.一種偏壓入閉合位置的噴射閥的操縱方法，其特徵在於通過激勵致動器組件開始噴射過程，所述致動器組件包括一個長度可延伸以產生開啟力的部件；將所述開啟力傳輸入在被動液壓連接組件中密封的一定厚度的液壓流體，其中當所述致動器組件被激勵時，所述液壓流體基本上用作為其厚度基本恆定的固體；通過對所述致動器組件解除激勵來關閉所述噴射閥。
27.根據權利要求26所述的方法，其中所述部件為磁致伸縮部件，通過將電流施加到電線圈上以產生一個磁場，使所述磁致伸縮部件在長度上延展，從而激勵所述致動器組件。
28.根據權利要求26所述的方法，其中所述部件是一個壓電元件塊，通過將電壓施加到壓電元件的壓電元件塊上，使所述壓電元件塊在長度上延展，從而激勵所述致動器組件。
29.根據權利要求26所述的方法，其中利用一個機械彈簧元件將所述噴射閥偏壓入所述閉合位置。
30.根據權利要求26所述的方法，其中通過在所述致動器組件沒有被激勵時，相應於所述噴射閥部件之間的尺寸關係的變化調整所述厚度，使所述噴射閥自身自動調整，以保持一致的噴射閥性能，從而在所述致動器組件被激勵時保持所需的閥針提升距離。
31.根據權利要求30所述的方法，其中所述尺寸關係中的變化是由部件的磨損、熱膨脹差或在允許的公差範圍內製造的部件尺寸的變化所引起的。
32.根據權利要求30所述的方法，其中所述被動液壓連接組件包括一個布置在液壓缸中的活塞，因此在所述致動器組件被激勵進行少於3微秒的噴射過程中，所述液壓流體沒有時間流過所述活塞和所述液壓缸之間的間隙，所述的自動調整是在所述噴射閥處於閉合位置時，由流過所述間隙的液壓流體進行的。
33.根據權利要求26所述的方法，其中所述噴射閥噴射氣體燃料，並且採用密封在所述被動液壓連接組件中的液態液壓流體。
全文摘要
一直接致動噴射閥包括一閥殼體；一閥針；一根針簧；一致動組件和一液壓連接組件。閥針可在閉合位置和開啟位置間運動，控制流入的燃油。閥針從閉合位置開始的移動量確定為提升距離。針簧將閥針偏壓入閉合位置。致動器組件產生與針簧相對作用的開啟力以開啟所述閥。液壓連接組件置於閥針和針簧及致動器組件之間，將閉合力和開啟力傳送到閥針上，包括液壓缸中的活塞。開啟力和閉合力傳送過一定厚度的液壓流體，液壓流體處於活塞的平坦表面和液壓缸的端部和基座之間。激勵致動器組件時，處於活塞和液壓缸端頭或基座之間的液壓流體的厚度可自動調整，保持所需要的閥針提升距離。通過施加定形的控制脈衝或波形來控制閥針的運動。
文檔編號F02M21/02GK1570371SQ20041004539
公開日2005年1月26日 申請日期2000年10月2日 優先權日1999年10月15日
發明者艾倫·B·韋爾奇, 艾拉萬·拉哈德加, 麥可·赫布斯 申請人:韋斯特波特研究公司