專利名稱：用于控制噴油器操作的壓力控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在向內(nèi)燃機(jī)供給燃料的噴油器中所用的壓力控制閥。
背景技術(shù)：
在共軌式燃料噴射系統(tǒng)中，共軌中所容納的加壓燃料通過裝在每個發(fā)動機(jī)氣缸中的噴油器供給到內(nèi)燃機(jī)中。被引入到噴油器中的加壓燃料通過以一種受控方式驅(qū)動噴油嘴針閥而噴射到發(fā)動機(jī)中。在噴油嘴針閥后面設(shè)置有控制室，加壓燃料被引入到控制室中。通過改變控制室中的燃料壓力來控制噴油器的噴油嘴針閥。而控制室中的壓力可由壓力控制閥來控制。更具體而言，當(dāng)控制室中的燃料壓力降低時，噴油嘴針閥就從其支座上抬起，于是燃料被噴射進(jìn)發(fā)動機(jī)中。當(dāng)控制室中的燃料壓力升高時，噴油嘴針閥就壓靠在其支座上，于是燃料噴射結(jié)束。壓力控制閥由驅(qū)動器如壓電驅(qū)動器來驅(qū)動。
JP-A-2001-82295中公開了這類噴油器的一個例子。此文獻(xiàn)中公開的噴油器包括一個雙通閥，該雙通閥具有控制用于選擇性地打開入口或出口的活塞，這兩個口都與控制室連通。活塞一端設(shè)置有用于對施加在活塞上的力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶?dǎo)向件，活塞另一端設(shè)置有用于相對于閥座對活塞進(jìn)行正確定位的對中件。當(dāng)控制活塞從閥座上抬起時，控制室與排出通道連通，同時燃料從控制室中流出。當(dāng)控制室和排出通道間的連通被中斷時，被引入控制室中的加壓燃料使控制室中的燃料壓力增加。
JP-A-2000-130614中公開了此類噴油器的另一個例子。此文獻(xiàn)中公開的噴油器具有用于對控制室中的壓力進(jìn)行控制的三通閥。所述三通閥具有可選擇性地壓靠在第一支座上或第二支座上的閥體，所述第一支座與排出通道連通，所述第二支座與公用油管連通。通過控制閥體，控制室可與排出口或者高壓口連通。在噴射燃料期間，控制室與排出口連通而關(guān)閉高壓口。在這種方式下，可以限制流出到排出通道中的燃料量。
但是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)的壓力控制閥特別是三通閥中還存在有一些問題。即，壓力控制閥的操作有時變得不穩(wěn)定，且/或者用于驅(qū)動壓力控制閥的驅(qū)動器中能量損失很大。另外，由燃料中所容納的一些外來粒子所導(dǎo)致的磨損可能會對壓力控制閥的耐用性產(chǎn)生負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而設(shè)計，本發(fā)明的一個目的在于提供一種改進(jìn)的用于噴油器中的壓力控制閥。更具體地說，本發(fā)明的一個目的是提高壓力控制閥的操作穩(wěn)定性和耐用性。本發(fā)明的另一個目的是提供一種裝有所述改進(jìn)的壓力控制閥的噴油器。
用于將高壓燃料供應(yīng)到發(fā)動機(jī)氣缸中的噴油器包括噴油嘴針閥和壓力控制閥，所述壓力控制閥用于控制施加到噴油嘴針閥上的背壓。所述壓力控制閥包括具有氣缸孔和閥腔的殼體，以及具有閥體和活塞部分的閥針。閥體放置在閥腔中，活塞部分可滑動地放置在氣缸孔中。閥針由驅(qū)動器如層疊的壓電元件(壓電疊加物)來驅(qū)動。閥針的閥體可選擇性地關(guān)閉閥腔的排出口或高壓口，從而對控制室中的燃料壓力進(jìn)行控制，所述控制室中產(chǎn)生有用于驅(qū)動噴油嘴針閥的背壓。
通過由形成于閥體上的第一表面關(guān)閉排出支座來關(guān)閉排出口，同時通過由形成于閥體上的第二表面關(guān)閉高壓支座來關(guān)閉高壓口。閥體的第一表面是平坦的且排出支座也是平坦的。閥體的第二表面是傾斜的，從而第二表面與高壓支座的平坦表面接觸。排出支座的直徑為D1，高壓支座的直徑為D2，閥體的活塞部分直徑為D3，以滿足公式D1≥D2≥D3。優(yōu)選地，這些直徑之間相差很小。通過以這種方式來設(shè)計燃料壓力控制閥可使噴油器的操作很平滑地進(jìn)行。另外，用于驅(qū)動壓力控制閥的壓電疊加物中的能量損失也可以很小。
閥體的第一表面可以傾斜，以使排出支座的直徑變得穩(wěn)固恒定。第一表面可由在各自方向上傾斜的兩個表面組成，形成連接兩個表面的尖端位置。當(dāng)閥針被驅(qū)動到關(guān)閉排出口的位置時，所述尖端位置與排出支座接觸。位于外側(cè)的表面的傾斜角度制成可防止燃料中所含的外來粒子進(jìn)入閥腔。傾斜角度可以為例如從0.5°到10°。高壓支座表面可以傾斜，從而當(dāng)高壓口被關(guān)閉時，使閥體第二表面的外緣接觸高壓支座。通過這種方式，閥針的操作被進(jìn)一步穩(wěn)定。與由壓電疊加物驅(qū)動的閥活塞相接觸的針閥尖端部分可制成球面，以進(jìn)一步改進(jìn)平滑操作。
根據(jù)本發(fā)明，噴油器的操作進(jìn)一步得到穩(wěn)定。壓電疊加物中的能量損失被減少，且壓力控制閥的耐用性得到提高。通過進(jìn)一步理解下面結(jié)合附圖所描述的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的其他目的和特征可變得更加明顯。


圖1A為噴油器中所用的本發(fā)明第一實施例的壓力控制閥的剖面圖；圖1B為圖1A中圈出的部分A的放大剖面圖，其中閥針壓靠在排出支座上；圖1C為圖1A中圈出的部分A的放大剖面圖，其中閥針壓靠在高壓支座上；圖2為包括有圖1A所示壓力控制閥的噴油器的剖面圖；圖3A為噴油器的剖面圖，其中控制室被加壓且噴射孔由噴油嘴針閥關(guān)閉；圖3B為噴油器的剖面圖，其中控制室被減壓且噴射孔打開，從而噴射燃料；圖4為顯示壓電驅(qū)動器中所產(chǎn)生的力與壓電驅(qū)動器的膨脹量之間關(guān)系的圖表；圖5A為噴油器中所用的壓力控制閥的剖面圖；圖5B為圖5A中圈出的部分P的放大剖面圖，此處所示結(jié)構(gòu)為本發(fā)明第一實施例中所示的那種結(jié)構(gòu)；圖5C為圖5A中圈出的部分P的放大剖面圖，此處所示結(jié)構(gòu)為本發(fā)明第二實施例中所示的那種結(jié)構(gòu)；圖6A為本發(fā)明第三實施例的壓力控制閥的剖面圖；圖6B為圖6A中圈出的部分Q的放大剖面圖；圖6C為圖6A中圈出的部分Q的進(jìn)一步放大剖面圖，用于解釋防止外來粒子進(jìn)入壓力控制閥中的效果；圖7A和7B是與圖6C所示同樣部分的剖面圖，用于解釋防止外來粒子進(jìn)入壓力控制閥中的結(jié)構(gòu)；
圖8A為本發(fā)明第四實施例的壓力控制閥的剖面圖；圖8B為圖8A中圈出的部分R的放大剖面圖；圖8C為與圖8B所示同樣部分的剖面圖，此處所示結(jié)構(gòu)為從圖8C所示結(jié)構(gòu)改變形式而得；圖9A為本發(fā)明第五實施例的壓力控制閥的剖面圖；圖9B是圖9A中圈出的部分S的放大剖面圖。
具體實施例方式
下面參考圖1-4描述本發(fā)明第一實施例。圖2示出了一種噴油器10，其中使用了本發(fā)明的壓力控制閥102。圖1A示出了壓力控制閥102的放大圖，圖1B和1C示出了施加到位于閥腔21中的閥體11上的壓力。噴油器10例如安裝到柴油機(jī)的每個氣缸中，且存儲在公用油管中的高壓燃料被供應(yīng)到每個噴油器10。由供應(yīng)泵加壓到適于燃料噴射的壓力水平的燃料被存儲在公用油管中。
參考圖2來描述噴油器10。噴油器10由包括噴油嘴針閥3的噴油器噴嘴部分101、具有三通閥結(jié)構(gòu)的壓力控制閥102、以及包括一疊壓電元件51的壓電驅(qū)動器103組成。噴油器噴嘴部分101、壓力控制閥102和壓電驅(qū)動器103容納在殼體104中，殼體104安裝在發(fā)動機(jī)每一燃燒室的壁中。包括有與公用油管相連的高壓通道105和與燃料箱相連的排出通道106的燃料通道形成于殼體104中。
噴油器噴嘴部分101包括噴油嘴針閥3，其可滑動地放置在殼體104底部形成的軸向孔31中。燃料存儲容器32圍繞噴油嘴針閥3的小直徑部分。燃料存儲容器32總是與高壓通道105連通，從而高壓燃料總是從公用油管供應(yīng)到燃料存儲容器中。具有噴射孔34的尖端空間33形成于燃料存儲容器32的下游。噴油嘴針閥3的錐形尖端部分通常壓靠在形成于尖端空間33上端的支座35上，從而中斷燃料從燃料存儲容器32到噴射孔34的流動。當(dāng)噴油嘴針閥3從支座35上抬起時，燃料被供應(yīng)到尖端空間中且燃料從噴射孔34中噴射出。
控制室4形成于噴油嘴針閥3上方，其中燃料被通過高壓通道105經(jīng)分支孔41以及通過閥腔21的孔24供應(yīng)到控制室中。供應(yīng)到控制室4中的燃料產(chǎn)生施加在噴油嘴針閥3上部平坦表面上的背壓。噴油嘴針閥3由控制室4中的燃料壓力和位于控制室4中的推壓彈簧42向下壓。另一方面，燃料存儲容器32中的壓力施加在噴油嘴針閥3的臺階表面上以向上推動它。
壓力控制閥102具有三通閥結(jié)構(gòu)。閥針1由閥體11和與閥體11相連的活塞部分12所組成。位于閥腔21中的閥體11選擇性地關(guān)閉開向閥腔21頂部的排出22或開向閥腔21底部的高壓口23。排出22通過通道26與排出通道106連通，高壓口23通過通道25與高壓通道105連通。閥腔21總是通過孔24與控制室4連通。通過選擇性地關(guān)閉排出口22或高壓口23，可以對控制室4中的壓力進(jìn)行控制。
下面將參考以放大比例示出壓力控制閥102的圖1A、1B、1C來解釋壓力控制閥的操作。閥針1的活塞部分12可滑動地放置在氣缸孔27中，閥體11放置在閥腔21中。連接閥體11和活塞部分12的連接部分13定位在高壓口23中，與高壓通道105連通的通道25朝向環(huán)繞連接部分13的圓形空間開口。
當(dāng)閥針1如圖1B所示位于上部位置時，閥體11的第一表面1a(上部平坦表面)壓靠在形成于閥腔21頂部的排出支座14上，從而關(guān)閉排出22。當(dāng)閥針1位于如圖1C所示的下部位置時，閥體11的第二表面1b(下部錐形表面)壓靠在形成于閥腔21底部的高壓支座15上，從而關(guān)閉高壓口23。閥針1通過一疊壓電元件51被驅(qū)動到其上部位置或其下部位置。與閥腔21連通的控制室4中的壓力可根據(jù)閥針1的運(yùn)動而增加或減少。
如圖2所示，在其中放置有閥彈簧6的彈簧室61形成于閥針1活塞部分12的下面。閥針1由閥彈簧6向上推壓。彈簧室61與排出通道106連通以避免彈簧室61成為封閉室。當(dāng)燃料噴射開始時，因為閥針1的向下移動不能由彈簧室61中的壓力來抑制，閥體11可迅速離開排出支座14。
壓電驅(qū)動器103包括一疊壓電元件51(以后稱為壓電疊加物51)、壓電活塞52和閥活塞54，這些部件都同軸放置在殼體104中，如圖2所示。壓電活塞52和閥活塞54可滑動地放置在形成于殼體104中的各自的軸向孔中。在壓電活塞52和閥活塞54之間形成封閉室53(液體密封室)。壓電疊加物51是一種已知類型的壓電驅(qū)動器，由交替層疊的壓電元件片(如PZT片)和電極片組成。位于壓電活塞52周圍的彈簧55以預(yù)定推壓力將壓電疊加物51向上推壓。當(dāng)在壓電疊加物51上施加電壓時，其在軸向上膨脹，當(dāng)電壓撤走后，其縮回原始長度。壓電活塞52根據(jù)壓電疊加物51的膨脹和收縮而上下移動。
閥活塞54的小直徑部分延伸穿過排出口22且與閥體11的第一表面1a鄰接。在充滿燃料的封閉室53中放置彈簧56，其將壓電活塞52推向壓電疊加物51。由壓電疊加物51的膨脹產(chǎn)生的推力通過封閉室53中的燃料被傳遞到閥活塞54，而且閥活塞54向下推動閥針1。因為閥活塞54的直徑比壓電活塞52的直徑小，在閥活塞54的軸向移動中，壓電疊加物51的膨脹量被放大。直徑較大的壓電活塞52、直徑較小的閥活塞54、以及放置在兩個活塞52、54之間的封閉室53作為用于放大位移量的裝置。
現(xiàn)在，將參考圖3A和3B來描述噴油器10的操作。在圖3A中，壓電疊加物51沒有被施加電壓，即，沒有膨脹。閥針1由閥腔21中的燃料壓力和彈簧6的推壓力向上推。閥體11壓靠在排出支座14上，排出22被關(guān)閉，而高壓口23打開。因此，控制室4通過孔24、閥腔21和高壓23與高壓通道105連通。另外，控制室4通過分支孔41與高壓通道105連通。因而，控制室4中的壓力高，向下推噴油嘴針閥3。噴油嘴針閥3通過控制室4中的背壓和彈簧42的推壓力壓靠在支座35上。在此狀態(tài)下不噴射燃料。
當(dāng)壓電疊加物51被施加以電壓時，其膨脹并向下推動壓電活塞52，如圖3B所示。封閉室53中的壓力根據(jù)壓電活塞52的向下運(yùn)動而增加。由封閉室53中的增加的壓力來向下推動閥活塞54，且由閥活塞54來向下推動閥針1。閥體11離開排出支座14，從而打開排出口22。隨著閥體11進(jìn)一步向下移動，其壓靠在高壓支座15上，從而關(guān)閉高壓口23。相應(yīng)地，控制室4通過閥腔21與排出口22連通，控制室4中的壓力下降。當(dāng)向上推動噴油嘴針閥3的燃料存儲容器中的壓力比向下推動噴油嘴針閥3的壓力大時，噴油嘴針閥3從支座35上抬起，同時燃料噴射開始。
為了停止燃料噴射，壓電疊加物51上的電壓被去除，從而將燃料噴射變?yōu)閳D3A所示的狀態(tài)。即，當(dāng)壓電疊加物51收縮時，封閉室53中的壓力下降且向下推動閥針1的力消失。閥體11離開高壓支座15，然后變?yōu)閴嚎吭谂懦鲋ё?4上。這樣，高壓23打開，同時排出22關(guān)閉。控制室4中的壓力通過流經(jīng)孔24和分支孔41的高壓燃料迅速建立。噴油嘴針閥3變?yōu)閴嚎吭谥ё?5上，結(jié)束燃料噴射。當(dāng)燃料噴射開始時，分支孔41用于減輕控制室中的壓降從而逐漸打開噴油嘴針閥。另外，當(dāng)燃料噴射結(jié)束時，分支孔41用于幫助在控制室4中建立壓力以迅速關(guān)閉噴油嘴針閥3的裝置。
重要的是，閥針1要適當(dāng)成形以使噴油器10的操作平滑而穩(wěn)定。換句話說，閥針的大小要進(jìn)行優(yōu)化。參考圖1B和1C來解釋閥針1的大小的優(yōu)化。在圖1B和1C中放大顯示了圖1A中圈出的部分A。圖1B示出了閥針1位于其上部位置，此位置處排出口22關(guān)閉；圖1C示出了閥針1位于其下部位置，此位置處高壓口23關(guān)閉。
當(dāng)閥針1位于其上部位置時，如圖1B所示，閥針1的第一表面1a壓靠在排出支座14上，關(guān)閉排出口22，而高壓口23打開。高壓燃料通過高壓口23和通道25流入閥腔21中。閥腔21中的高壓燃料對閥體11的第二表面1b施加向上的壓力，對活塞部分12的上表面施加向下的壓力，如圖1B所示。因此，壓力在向上方向施加到閥針1上的實際面積由下式來表達(dá)π(D12-D32)/4，其中，D1為排出支座14的直徑(等于閥體11的直徑)，D3為活塞部分12的直徑。換句話說，打開高壓口23的力施加到公式所表示的面積上。
在本發(fā)明的第一實施例中，兩個直徑設(shè)置為滿足公式(D1≥D3)。即，D1等于D3或稍大于D3。通過這種方式，從排出支座14上抬起閥體11第一表面1a所需的力可以很小，且閥針1的操作可以很穩(wěn)定。換句話說，通過使向上作用到閥針1上的壓力小，用于向下驅(qū)動閥針1的壓電疊加物51的能量可以很小。但是，當(dāng)閥體11壓靠在排出支座14上時，確保關(guān)閉排出口22也是很重要的。因此，在本發(fā)明實施例中，直徑D1做成比直徑D3稍大。如果D3比D1大，則施加到閥針1上的向下壓力超過施加到閥針1上的向上壓力，從而使閥體11不能穩(wěn)定地壓靠在排出支座14上。
當(dāng)壓電疊加物51沒有被施加電壓時，閥針1位于圖1C所示的位置，在此位置，排出口22打開而高壓口23關(guān)閉。閥體11的第二表面1b(錐形表面)壓靠在高壓支座15上。從通道25引入到高壓口23的高壓燃料的壓力向上施加到閥體11的第二表面1b上，且向下施加到活塞部分12的上表面上，如圖1C所示。被施加向上壓力的實際面積由公式π(D22-D32)/4來表達(dá)，其中，D2為高壓支座15的直徑，D3為活塞部分12的直徑。
在本發(fā)明第一實施例中，D2制成等于D3或稍大于D3(D2≥D3)。在這種方式中，使閥體11壓靠在高壓支座15上和關(guān)閉高壓口23所需的力可以較小，噴油器可以穩(wěn)定地操作。通過使施加到閥體11上的向上燃料壓力的實際面積較小，來使關(guān)閉高壓口23所需的壓電疊加物51的能量較小。但是，如果D2比D3小，當(dāng)壓電疊加物51去能時，閥針1可能不能返回到上部位置，因為施加到閥針1上的向下的燃料壓力變大了。
另外，將討論排出支座14的直徑D1和高壓支座15的直徑D2之間的關(guān)系。壓電疊加物51具有圖4所示的特征。即，壓電疊加物51的膨脹量反比于其中產(chǎn)生的力。通過將閥關(guān)閉力(用閥體11關(guān)閉高壓口23的力)和閥打開力(打開高壓口23的力)設(shè)成與壓電疊加物51的特征線平行，如圖4所示，可使壓電疊加物51得到最有效的使用。在此種方式中，壓電疊加物51中的能量損失被最小化。
當(dāng)壓電疊加物51被施加電壓時，在閥體11從排出支座14上抬起后，閥體11被進(jìn)一步向下驅(qū)動到關(guān)閉高壓口23的位置。為了保證壓電疊加物51的必要的向下沖程量，以及為了將閥關(guān)閉力和閥打開力設(shè)成與圖4中所示的特征線平行，閥打開力必須等于或大于閥關(guān)閉力。也就是說，D1等于或大于D2(D1≥D2)。最好使D1稍大于D2。
根據(jù)上面的分析，排出支座14的直徑D1、高壓支座15的直徑D2和活塞部分12的直徑D3設(shè)定成滿足公式D1≥D2≥D3。優(yōu)選地，D1稍大于D2，D2稍大于D3。這樣，壓電疊加物51的驅(qū)動力設(shè)定成使閥體11克服燃料壓力和閥彈簧6的推壓力從排出支座14抬起，并進(jìn)一步被向下驅(qū)動到壓靠在高壓支座15上。
參考圖5A-5C來描述本發(fā)明的第二個實施例。壓力控制閥102如圖5A所示，圖5A中的圈出的部分P示于圖5B和5C中。第一實施例的結(jié)構(gòu)示于圖5B中，第二實施例的結(jié)構(gòu)示于圖5C中。在第一實施例中，閥體11的第一表面1a是平坦的且平行于排出支座14，如圖5B所示。在第一實施例中，壓靠位置不是恒定的，而是當(dāng)?shù)谝槐砻?a接觸排出支座14時，可以在位置A1(對應(yīng)于閥體11的直徑Da)和位置A2(對應(yīng)于排出口22的內(nèi)徑Db)之間變化。為了使壓靠位置恒定，在第二實施例中，第一表面1a相對于排出表面14傾斜，如圖5C所示。
在圖5B所示的第一實施例中，當(dāng)?shù)谝槐砻?a從排出支座14上升起La時，位置A1和位置A2的開口面積如下表述A1處的開口面積＝Da×La×π；A2處的開口面積＝Db×La×π。最小開口位于與直徑Db相對應(yīng)的位置A2。當(dāng)?shù)谝槐砻?a從排出支座14上抬起時，具有最小開口的位置變?yōu)閷嶋H上的壓靠位置。相應(yīng)地，D1等于或大于D3(D1≥D3)的要求得不到滿足。因此，閥針1的操作可能會變得不穩(wěn)定。
在圖5C所示的第二實施例中，閥體11的第一表面1a相對于排出支座14傾斜。即，第一表面1a傾斜成隨著往外側(cè)前進(jìn)而逐漸傾斜，有一個相對于排出支座14的傾斜角θ。當(dāng)傾斜的第一表面1a在位置A1處從排出支座14上抬起La以及在位置A2處抬起Lb時，各位置A1和A2處的開口面積為A1處的開口面積＝Da×La×π；A2處的開口面積＝Db×Lb×π。為了將實際壓靠位置放在位置A1處(此處開口面積最小)，(Da×La×π)必須小于(Db×Lb×π)。滿足此關(guān)系的傾斜角θ可用下面的方式來計算Lb＝tanθ×(Da-Db)/2+La，(Da×La×π)＜[Db×{tanθ×(Da-Db)/2+La}×π]，且相應(yīng)地，θ＞tan-1(2×La/Db)通過使第一表面1a傾斜角度為θ，壓靠位置總是位于位置A1，噴油器10可以穩(wěn)定地操作。更具體地說，當(dāng)La＝0.025mm，Da＝2.6mm，Db＝2.0mm時，可通過設(shè)定傾斜角度θ為2°來實現(xiàn)噴油器的穩(wěn)定操作。
下面參考圖6A-7B來描述本發(fā)明的第三實施例。壓力控制閥示于圖6A中；圖6A中圈出的部分Q示于圖6B和6C中。第三實施例的基本結(jié)構(gòu)和操作與第一實施中相同，只是閥體11的第一表面1a變?yōu)閳D6B所示的形式。第一表面1a相對于排出支座14傾斜角度θ1，且與第一表面1a相鄰形成有附加傾斜表面1c。附加傾斜表面1c相對于排出支座14傾斜角度θ2。第一表面1a和附加傾斜表面1c之間的夾角為θ3，當(dāng)閥體11壓靠在排出支座14上時，連接兩個表面的點(diǎn)S與排出支座14接觸。即，點(diǎn)S為此實施例中的壓靠位置。
設(shè)置相對于排出支座14的傾斜角θ2使進(jìn)入閥腔21的外來粒子與高壓燃料(如圖6C所示)一起被擋住，防止了外來粒子產(chǎn)生的磨損。當(dāng)排出口22如圖6B打開時，流經(jīng)閥體11和排出支座14間的通道的燃料量小，上游側(cè)和下游側(cè)間的壓差小。另外，排出口22打開的時間段不長，即，一個循環(huán)的百分之幾。因此，由外來粒子產(chǎn)生的磨損不會更多。如圖6C所示，磨損在排出口22處于關(guān)閉期間進(jìn)行。
如果角度θ3是如圖7A所示的銳角，閥體11的表面很容易被由于外來粒子進(jìn)入閥腔21產(chǎn)生的磨損而損壞。因為當(dāng)角度θ3為銳角時，泄漏路徑L很短，泄漏路徑的寬度容易被外來粒子加寬。另一方面，如果角度θ3為圖7B所示的鈍角，就可以更大地緩解由外來粒子產(chǎn)生的磨損。因為在這種情況下泄漏路徑L很長，泄漏路徑不容易被外來粒子加寬。但是如果角度θ3太大的話，很難將壓靠位置放在精確的位置。因此，要適當(dāng)?shù)卦O(shè)定角度θ3，例如，約150°。
通過使傾斜角θ2小，可以在通道的上游擋住外來粒子，如圖7B所示。為此，傾斜角θ2設(shè)為從0.5°到10°(0.5°≤θ2≤10°)，且(θ1+θ2)設(shè)為約30°。更具體而言，例如，θ2設(shè)為2°，且θ1為25°。
下面參考圖8A-8C描述本發(fā)明第四實施例。圖8A示出了壓力控制閥102，圖8B和8C示出了圖8A中圈出的部分R。在此實施例中，基本結(jié)構(gòu)和操作與第一實施例中相同，只是高壓支座15的形狀變化了。如圖8B所示，高壓支座15的平面相對于閥體11的第二表面1b傾斜角度θ4。
使角度θ4盡可能小的優(yōu)點(diǎn)在于阻止上述外來粒子。但是，如果角度θ4太小的話，很難將壓靠位置(高壓支座15的直徑)精確設(shè)定在需要的位置。相應(yīng)地，角度θ4設(shè)為例如1°。當(dāng)閥體11的第二表面1b與高壓支座15的傾斜表面搭接的搭接部分形成在圖8B所示的壓靠位置的下游時，壓靠位置后面的壓降變大，搭接部分中的壓力下降。結(jié)果，向下的力施加到閥針1上，閥針的移動就可能變得不穩(wěn)定。
為了解決上述問題，如圖8C所示，將搭接部分形成在壓靠位置的上游。搭接部分中的壓降變小且作用在閥針1上的向下的力變小。要求搭接部分的長度盡可能短，以減少壓降。但是，不可能完全消除閥針1的加工操作中邊緣的變形。考慮到這種變形量約為0.03mm，搭接部分的長度制成約0.1mm。在這種方式中，噴油器10的操作進(jìn)一步得到穩(wěn)定。
下面參考圖9A和9B來描述本發(fā)明的第五實施例。圖9A示出了壓力控制閥102，圖9A中圈出的部分S放大后示于圖9B中。第五實施例類似于圖6B所示且在上面描述過的第三實施例，只是突出部分1d形成在閥體11的上表面上。與閥活寒54接觸的突出部分1d的尖端形成為球面1e。因為閥針1在此球面1e與閥活塞54接觸，如果閥針1相對于其滑動表面稍微傾斜，閥活塞54的推力以最小傳遞損失被有效地傳遞到閥針1上，從而減少了滑動表面的磨損。
如上所述，用于對施加到噴油器10的噴油嘴針閥3上的背壓進(jìn)行控制的壓力控制閥102可通過改善和優(yōu)化其元件大小和形狀來穩(wěn)定和有效地操作。雖然本發(fā)明是參考前述優(yōu)選實施例進(jìn)行的圖示和說明，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然，在不偏離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍的情況下，可對其作形式和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種壓力控制閥(102)，由驅(qū)動器(103)驅(qū)動，用于控制控制室(4)中的壓力，所述壓力控制閥包括殼體(104)，其具有氣缸孔(27)和閥腔(21)，所述閥腔包括具有高壓支座(15)的高壓口(23)和具有排出支座(14)的排出口(22)；和閥針(1)，其具有位于所述閥腔(21)內(nèi)的閥體(11)以及與所述閥體相連且可滑動地安置在所述氣缸孔(27)中的活塞部分(12)，所述閥體具有適于與所述排出支座(14)接觸的第一表面(1a)和適于與所述高壓支座(15)接觸的第二表面(1b)，其中控制室(4)中的壓力通過選擇性地關(guān)閉高壓口(23)或排出口(22)來控制，高壓口(23)通過將閥體(11)的第二表面(1b)壓靠在高壓支座(15)上來關(guān)閉，排出口(22)通過將閥體(11)的第一表面(1a)壓靠在排出支座(14)上來關(guān)閉；并且壓力控制閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計成滿足以下公式D1≥D2≥D3，其中D1為排出支座(14)的直徑，D2為高壓支座(15)的直徑，D3為活塞部分(12)的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力控制閥，其中所述高壓支座(15)的直徑(D2)比活塞部分(12)的直徑(D3)稍大，且排出支座(14)的直徑(D1)比高壓支座(15)的直徑(D2)稍大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力控制閥，其中用于驅(qū)動壓力控制閥的驅(qū)動器由一疊壓電元件(51)所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的壓力控制閥，其中所述排出支座(14)是與所述壓力控制閥的軸向相垂直的平坦表面；并且所述閥體(11)的第一表面(1a)是相對于所述排出支座(14)傾斜的表面，從其內(nèi)緣朝向外緣上升，當(dāng)閥體(11)關(guān)閉排出口(22)時，第一表面(1a)在外緣(A1)處與排出支座(14)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力控制閥，其中；所述排出支座(14)是與壓力控制閥的軸向相垂直的平坦表面；所述閥體的第一表面由相對于排出支座(14)傾斜的表面(1a)和相對于所述排出支座傾斜的附加表面(1c)組成；所述表面(1a)從其內(nèi)緣朝壓靠位置(S)升高，所述表面(1c)從壓靠位置(S)朝向第一表面的外緣降低；且當(dāng)所述閥體(11)關(guān)閉排出口(22)時，所述第一表面在所述壓靠位置(S)處與所述排出支座接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力控制閥，其中所述排出支座(14)和所述附加傾斜表面(1c)之間的角度(θ2)制成能擋住流入閥腔(21)中的流體中所含的外來粒子。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力控制閥，其中所述排出支座(14)和所述附加傾斜表面(1c)之間的角度(θ2)位于從0.5°到10°的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中的任一項所述的壓力控制閥，其中所述傾斜表面(1a)和所述附加傾斜表面(1c)之間的角度(θ3)為鈍角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的壓力控制閥，其中所述閥體的第一表面(1a)是與壓力控制閥的軸向相垂直的平坦表面；且所述閥體的第二表面(1b)是相對于與壓力控制閥的軸向相垂直的平面傾斜的表面，其從其內(nèi)緣朝外緣升高，當(dāng)所述閥體(11)關(guān)閉所述高壓口(23)時，所述高壓支座(15)在所述第二表面(1b)的內(nèi)緣和外緣之間的一個位置處與所述第二表面(1b)接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的壓力控制閥，其中所述閥體的第一表面(1a)是與壓力控制閥的軸向相垂直的平坦表面；所述閥體的第二表面(1b)是相對于與壓力控制閥軸向相垂直的平面傾斜的表面，從其內(nèi)緣朝外緣升高；且所述高壓支座(15)是相對于所述閥體(11)的傾斜第二表面(1b)進(jìn)一步傾斜的表面，當(dāng)所述閥體(11)關(guān)閉所述高壓口(23)時，所述第二表面(1b)在第二表面(1b)的外緣處與高壓支座(15)接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力控制閥，其中所述閥體的所述傾斜第二表面(1b)和所述高壓支座(15)的傾斜表面在與壓力控制閥的軸向相垂直的徑向上彼此搭接，搭接長度設(shè)為0.1mm或更小。
12.一種具有控制室(4)的用于控制噴油嘴針閥(3)的操作的噴油器，所述控制室的壓力通過由權(quán)利要求1-11中的任一項所限定的壓力控制閥(102)來控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種噴油器(10)的噴油嘴針閥(3)，其以一種受控方式通過改變施加到其上的背壓來驅(qū)動。所述背壓通過由疊加的壓電元件(51)來驅(qū)動的壓力控制閥來控制。壓力控制閥的閥體(11)位于具有排出口(22)和高壓口(23)的閥腔(21)中，所述端口可被選擇性地關(guān)閉。排出支座(14)的直徑D1、高壓支座(15)的直徑D2，和與閥體相連的活塞部分(12)的直徑D3被設(shè)為滿足關(guān)系式D1≥D2≥D3。通過這種方式，高壓閥的操作可得到穩(wěn)定，從而使噴油器可平滑和穩(wěn)定地操作。
文檔編號F02M61/16GK1712696SQ200410061858
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者吉村徹也, 松本修一 申請人:株式會社電裝