CN100507258C - 机械致动和电子控制的燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

一燃料喷射系统包括一可以是凸轮致动的燃料加压器。燃料喷射系统还包括一电子控制的溢流阀和一电子控制的针控阀。电子控制的溢流阀通电而关闭一通向排放通道的燃料加压室，以允许燃料喷射器内的燃料压力达到喷射水平。电子控制的针控阀控制高或低的燃料压力是否施加到一与直接控制针阀相连的关闭液压表面。燃料喷射系统包括一液压回路，其通过保持电子控制的针控阀处于一失电的状态，或通过在燃料喷射器内的燃料压力达到喷射水平之后使电子控制的针控阀失电，由此允许发生燃料喷射。由于与直接控制针阀相连的喷射液压回路失电，所以在针控电子回路内发生电气失效的情形中，燃料喷射系统可防止发生过压。这在如此的电子问题的情形中也对一燃料发动机提供一弹性灵活的能力。此外，燃料喷射系统可减小总的功率要求，这可导致尺寸减小和节约成本的其它的优点。

Description

机械致动和电子控制的燃料喷射系统

技术领域

本发明一般地涉及机械致动和电子控制的燃料喷射系统，具体来说，涉及这样一燃料喷射系统，其中，一电子控制的针控阀失电而喷射燃料。

背景技术

机械致动的燃料喷射器通常具有一包括一柱塞的燃料加压器，柱塞被发动机驱动通过一转动的凸轮而作往复运动。燃料加压器可以位于与燃料喷射器分离的独立体，例如，一泵组。然而，更一般地是，燃料加压器和喷射器喷嘴承载在一公共的喷射器本体内。某些电子控制器通过包括一电子控制的溢流阀最初引入到这些燃料喷射系统。换句话说，当凸轮转动时，直到溢流阀关闭时，燃料才在燃料喷射器内形成燃料压力。当溢流阀打开时，通过柱塞的向下运动而位移的燃料才再循环返回到油箱。

由于对更加灵活的燃料喷射率的图形的要求日益增长，且在达到的时间上需要更好地控制，这些燃料喷射系统通过在喷嘴针阀部件的运动上容纳电子控制而得到进一步改进。例如，这样一燃料喷射器显示在授予Co1dren等人的共同拥有的美国专利6,279,843中。这些燃料喷射器证明了，至少部分地通过改变电子控制地打开和关闭溢流阀相对于控制一针控阀的电致动器的供电和失电的相对时间，产生各种不同燃料喷射图形的能力。根据针控阀的位置，压力施加或释放到与喷嘴针阀部件相连的一关闭的液压表面。在典型的喷射情形中，凸轮转动，溢流阀通过第一电致动器而关闭，然后，通过第二电致动器的通电来释放针阀部件的关闭的液压表面上的压力，从而启动喷射。对于这些燃料喷射系统还存在着改进的空间。

在某些少有的情形中，这些燃料喷射系统具有变为过压的可能，其过压方式可导致喷射器以及发动机损坏。例如，与针控阀相连的电路可能失效，而与溢流控制器相连的电路仍保持工作。在这样的情形中，燃料喷射器由于电子地关闭溢流阀而以通常的方式变得加压；然而，由于针控阀的电子部件内失效阻止喷嘴打开，也由于电子部件失效防止第二电致动器通电而将压力释放在针阀部件的关闭的液压表面上。这样柱塞将继续向下运动，但燃料喷射器内的燃料将没有地方去。在这些稀有的情形中，末端破裂可发生，或转动凸轮和喷射器挺杆之间的连接机构会变得过应力和断裂。在任何一种情形中，如果即使一个燃料喷射器变得过压且其末端破裂到发动机气缸内，则该潜在的失效模式也可能导致发动机灾难性的失效。

本发明旨在克服一个或多个上述的问题。

发明内容

在一个方面，一燃料喷射系统包括一燃料加压器，燃料加压器包括一凸轮驱动的柱塞、一燃料加压室，以及一包括一第一电致动器的电子控制的溢流阀。一针阀包括一部件，其用于关闭的液压表面暴露在一针阀控制室内的流体压力中。一电子控制的针控阀包括一第二电致动器，其可操作地连接到被偏置朝向一第一位置的控制阀部件，但当第二电致动器通电时，其可移动到一第二位置。当控制阀部件处于其第一位置时，针控室被流体地阻塞与燃料加压室连通，但当控制阀部件处于其第二位置时，针控室流体地连接到燃料加压室。当控制阀部件处于其第一和第二位置之一时，针控室流体地连接到一低压排放通道。燃料加压器和针控阀可以是同一体或分离体。

在另一方面，一喷射燃料的方法包括以下步骤：对一第一电致动器通电来关闭一溢流阀并在一燃料加压室内建立起压力。一第二电致动器失电以释放针控室内的压力，并打开一喷嘴出口组以便从燃料喷射器中喷射燃料。至少部分地通过始终保持针控室和一低压排放通道之间的流体连接，使燃料压力在针控室内受控。

附图说明

图1是一带有根据本发明的一个方面的燃料喷射系统的发动机的侧视图；

图2是取自图1所示的燃料喷射系统的一燃料喷射器的局剖的侧视图；以及

图3是根据本发明的另一方面的燃料喷射系统的剖视的侧视图。

具体实施方式

现参照图1，一发动机10包括一位于气缸12内的往复的活塞11。一燃料喷射系统13通过一摇臂组件16被凸轮14驱动而致动一燃料喷射器18。燃料喷射器18包括一喷射器本体20，一燃料加压器19部分地容纳在本体20内。燃料加压器19包括一挺杆21，它以本技术领域内众所周知的方式连接到摇臂组件16。以传统的方式通过一返回弹簧22保持挺杆和摇臂组件之间的接触。本技术领域内的技术人员认识到凸轮14的圆形突出部致使挺杆21向下驱动而加压燃料加压器19内的燃料，然后，燃料通过喷嘴出口组24喷射到气缸12内。

现另外地参照图2，燃料加压器19包括一可操作地连接到挺杆21的柱塞30。柱塞30和燃料喷射器本体20一起形成一燃料加压室31，其通过喷嘴供应通道32流体地连接到喷嘴室33。燃料喷射器18的操作由一电子控制的溢流阀26和一电子控制的针控阀28进行控制。当喷嘴供应通道32内的燃料被加压到喷射水平时，电子控制的溢流阀26进行控制，而电子控制的针控阀28控制直接受控的针阀60动作，以打开和关闭喷嘴组24和喷嘴室33之间的流体连接。

电子控制的溢流阀26包括一带有一电枢44的第一电致动器45，电枢可操作地连接来移动一溢流阀部件43。换句话说，溢流阀部件43随电枢44移动。一偏置弹簧46偏置电枢44和溢流阀部件43使其脱出与溢流阀座42接触，保持喷嘴供应通道32和通过分支通道35的低压排放通道38之间的流体连接。低压排放通道38流体地连接到燃料端口39，燃料端口39连接到一低压燃料箱(未示出)。因此，溢流阀部件43通常偏置到一位置，该位置允许燃料从燃料加压室31转移而简单地返回到低压箱内，基本上不提高燃料喷射器18内的燃料压力。然而，当第一电致动器45通电时，电枢44和溢流阀部件43被向下拉而关闭溢流阀座并阻塞分支通道35和低压排放通道38之间的流体连接。当这发生时，柱塞30向下驱动，喷嘴供应通道32内的燃料压力迅速地上升到喷射水平。

直接控制的针阀60包括一针阀部件64，其一用于打开的液压表面67暴露在喷嘴室33内的流体压力中。直接控制的针阀60还包括一具有一预定厚度的针提升间隔件63，该厚度以本技术领域内众所周知的方式确定针阀提升的距离。最后，直接控制的针阀60包括一针活塞61，其用于关闭的液压表面62暴露在针控室50内的流体压力中。针阀部件64通常通过一偏置弹簧66偏置到一向下的关闭位置。当喷嘴室33内的燃料压力处于足够克服偏置弹簧66的喷射水平(阀打开压力)且针控室50内的压力相对较低时，针阀部件64将提升到一向上的打开的位置，以允许燃料以本技术领域内众所周知的方式从喷嘴出口组24喷雾到发动机燃烧空间12内。

直接控制的针阀60的运动受电子控制的针控阀28控制，电子控制的针控阀28包括一控制阀部件56。控制阀部件56通过一电枢57可操作地连接到一第二电致动器58。一偏置弹簧55通常偏置电枢57并控制阀部件56向上到一关闭控制座51的位置，该座51将针控室50与分支通道34分离。如图所示，分支通道34流体地连接到喷嘴供应通道32。然而，本技术领域内的技术人员将会认识到，分支通道34可以任何合适的方式流体地连接到燃料加压室31，例如，通过一远离喷嘴供应通道32的分离的通道进行连接。当控制阀部件56处于如图2所示的位置时，其中，控制座51关闭，针控室50与燃料加压室31流体地隔离。然而，针控室50通过一泄漏间隙52始终流体地连接到一低压排放通道40，所述间隙在控制阀部件56的外直径和针活塞61内的一孔的内直径之间。低压排放通道40以一众所周知的方式流体地连接到燃料端口39，例如，通过喷射器本体20外壳和内部堆叠部件之间的一间隙。

当第二电致动器58通电时，电枢57和阀部件56抵抗偏置弹簧55的作用向下拉以便打开控制座51。这通过喷嘴供应通道32和分支通道34在燃料加压室31和针控室50之间形成一流体连接。然而，因为泄漏间隙52内的相对限制的流动针控室50区域，针控室内的压力变得相当高。当燃料加压室31内的燃料压力较高，而第二电致动器58通电而打开分支通道34和针控室50之间的流体连接时，关闭的液压表面62的尺寸连同针控室内的燃料压力的大小，应使直接的控制针阀60将移动朝向或停止在其向下的关闭位置。

电枢57和控制阀部件56的运动距离以已知的方式由一阻挡间隔件套筒59的高度确定。换句话说，电子控制的针控阀28包括一控制阀部件56，其在控制座51和一位于阻挡间隔件套筒59上的阻挡表面之间移动。因此，为了喷射燃料，柱塞30需要向下移动从燃料加压室31将燃料位移，第一电致动器45需要通电到关闭的溢流阀座42，而第二电致动器需要失电来释放针控室50内的压力。

现参照图3，一燃料喷射系统113类似于先前讨论的燃料喷射系统13，例外的是，燃料加压器119位于一分离的单元泵体120内，代替与燃料喷射器118享用一共同的喷射器本体。尤其是，一凸轮114通过一挺杆121可操作地连接到柱塞130，以便加压燃料加压室131内的燃料。通过一返回弹簧122保持挺杆121和转动凸轮114之间的连接。当柱塞130向下驱动时，流体通过电子控制的溢流阀126不致动时的溢流通道138从燃料加压室131朝向低压油箱100位移。当第一电致动器145通电时，溢流阀126关闭，燃料加压室131内的燃料可通过导管106建立和馈送到燃料喷射器118。

当针阀160处于其打开位置时，导管106连接到供应流体到喷嘴室133的喷嘴供应通道132，并最终到喷嘴出口组124。直接控制的针阀160包括一针阀部件164，其一用于打开的液压表面167暴露在喷嘴室133内的流体压力中，而一用于关闭的液压表面162暴露在针控室150内的流体压力中。针阀部件164通过一偏置弹簧166向下偏置朝向其关闭位置。

一电子控制的针控阀128包括一控制阀部件156，其在控制座151和一阻挡表面161之间移动。控制阀128包括一第二电致动器158，其一电枢157可操作地连接而移动控制阀部件156。一偏置弹簧155通常偏置电枢157和控制阀部件156向下而关闭控制座151。当位于此位置时，针控室150与燃料加压室130流体地隔离，因为座151关闭。然而，针控室150通过一分支通道135始终流体地连接到一排放通道140。排放通道140包括一流动限制152，其类似于先前实施例的泄漏间隙52。当第二电致动器158通电时，控制阀部件156提升到与阻挡表面161接触以打开控制座151。当这发生时，针控室150通过分支通道135、分支通道134、喷嘴供应通道132以及导管106流体地连接到燃料加压室131。较佳地，打开的液压表面167和关闭的液压表面162以及期望的燃料压力应是如此：当第二电致动器158通电而打开控制座151时，针阀部件164将停止或移向如图所示的该向下的关闭位置。在此发生的情形中，当针阀部件164处于其向上打开的位置时，针阀部件164较佳地液压地平衡，以使基本上相等的液压力邻近于喷嘴出口沿一向上的方向推压，并打开液压表面167来平衡作用在关闭液压表面162上的向下的液压力，以使针阀部件164基本上液压地平衡。当此发生时，针阀部件164在偏置弹簧166的作用下，移动朝向其向下关闭的位置。因此，该实施例与以上实施例不同之处在于，针阀部件164包括两个打开和关闭的液压表面，其中，在以上的实施例中，一分离的针活塞包括针阀的关闭的液压表面部分。此外，该实施例与先前实施例的不同之处在于，燃料加压器119包括一单元泵体120，其与燃料喷射器118分离，而不是如先前实施例那样包括在一体内。

工业应用

各个喷射事件由凸轮14、114的突出部分启动，致使挺杆21、121驱动柱塞30、130使燃料从燃料加压室31、131位移。在一选择的时间，通过第一电致动器45、145通电而关闭电子控制的溢流阀26、126，使燃料压力形成在燃料喷射器18、118的喷嘴供应通道32、132内。这关闭燃料加压室31、131和低压排放通道38、138之间的流体连接。如果第二电致动器58、158保持未通电，则燃料压力将在喷嘴通道32、132内形成达到一阀打开的压力，即，足以克服偏置弹簧66、166。当这发生时，针阀60、160将打开，而燃料将开始喷出喷嘴出口组124。这样一喷射事件通常将具有在本技术领域内已知的斜坡形状，因为燃料压力将在针阀60、160打开之后继续增加。

这样一燃料喷射事件可以三种方式之一结束。首先，喷射事件可通过停止柱塞30、130前进的凸轮突出部分实现结束，导致燃料压力下跌到阀关闭压力之下，这致使偏置弹簧66、166关闭针阀61、161。在第二种情形中，第一电致动器145可以失电而打开溢流阀26、126从而释放燃料压力，同样地，致使针阀60、160关闭。最后，在第三种情形中，喷射事件可以这样结束：第二电致动器58、158通电而增加针控室50、150内的燃料压力，致使针控室50、150流体地连接到喷嘴供应通道32、132。当此发生时，针阀部件64、164将向下移动朝向其关闭位置而结束喷射事件。因此，喷射结束事件可以独立于凸轮突出部分角度位置进行选择，而某些控制喷射事件可达到结束的燃料压力。换句话说，通过第二电致动器58、158的通电，可发生喷射相当突然地结束。另一方面，通过打开溢流阀26、126，或通过凸轮的突出部分前进超过其峰，以使柱塞30、130停止其泵送的行程，可以发生喷射事件相当逐渐的结束。

在需要一正方形前端喷射率的图形的情形中，在喷嘴供应通道32、132内的燃料压力达到足以打开针阀60、160的阀打开压力前，第二电致动器58、158通电。因此，柱塞将继续其运动而加压燃料超过阀打开压力，但由于第二电致动器58、158通电而流体地将喷嘴供应通道32、132连接到针控室50、150，针阀60、160将保持关闭。因此，在燃料压力已经超过阀打开压力之后，在某个要求的时间通过第二电致动器58、158失电，喷射事件可在相当高压下启动来产生本技术领域内已知的正方形前端率形状。该时间对应于第一电致动器45、145通电而关闭溢流阀26、126之后的某个时间的第二电致动器58、158的失电。

在需要分离喷射的情形中，第二电致动器58、158在燃料喷雾开始简要地关闭针阀60、160之后简要地通电。此后不久，第二电致动器58、158在燃料压力跌落到低于针阀关闭压力之前再次失电。通常，当燃料压力相对高时，第二电致动器58、158的该第二次失电将发生。然而，通过朝向一喷射事件的结尾使第二电致动器58、158失电，由于凸轮的突出部分峰通过，或由于第一电致动器45、145失电而打开溢流阀26、126，可以在朝向喷射程序结束但在燃料压力跌落到低于针阀关闭压力之前形成分离喷射。

通过组织如图所示的液压回路，燃料喷射系统13、113具有若干个精湛的但重要的优点。第一，尽管基本上避免了燃料喷射器18、118的加压，但在以下的情形中，不管什么原因，电气问题防止第二电致动器58、158通电。在这样一情形中，燃料喷射事件的开始很像这种类型的早期的燃料喷射器，其只装备有电子控制的溢流阀。燃料喷射系统的该方面在可能导致末端破碎和可能灾难性的发动机损坏的过压方面提供一不及格的安全性。此外，这在安装在发动机中的一个或多个燃料阀中的一个或多个针控阀的回路内的电气问题的情形中，对发动机提供一弹性的能力。

示于燃料喷射系统13、113中的失电喷射的液压回路的还有的精湛但重要的优点在于，降低喷射系统13、113的电力的要求的可能。电力要求的这种下降是相对于为了喷射燃料而需要两个电致动器通电的类似的燃料喷射系统而言。对于燃料喷射系统13、113的电力要求的这种下降也可导致其它的优点。例如，在某些需要通电喷射液压回路的类似的燃料喷射系统中，供应电能到燃料喷射系统的电致动器的电子控制模块必须通过燃料的循环而连续地冷却以便能合适地操作。本发明的失电喷射液压回路也可允许电子控制模块保持足够的冷却，而无需循环燃料或其它的冷却流体围绕或通过其间。燃料喷射系统需低电能的要求也可使成本节约，其通过减小与系统相关的其它部件的尺寸达到此目的。

应该理解到，以上描述旨在说明的目的，决无意限制本发明的范围。因此，本技术领域内的技术人员将会认识到，从诸附图、描述和附后的权利要求书的研究中可以获得本发明的其它的方面、目的以及优点。

Claims (10)

1.一燃料喷射器，包括：

一喷射器本体，该喷射器本体具有设置在其中的一低压排放通道、一燃料加压室、以及一针控室；

一燃料加压器，该燃料加压器至少部分地定位在所述喷射器本体内，并包括一挺杆和一电子控制的溢流阀，该溢流阀包括一第一电致动器；

一针阀，其包括一部件，该部件具有暴露在所述针控室内的流体压力中的用于关闭的液压表面；

一电子控制的针控阀，其包括一偏置器和一第二电致动器，该第二电致动器可操作地连接到一控制阀部件，控制阀部件通过所述偏置器被偏置朝向一第一位置，但当所述第二电致动器通电时，其移动到一第二位置；

当所述控制阀部件处于所述第一位置时，所述针控室被流体地阻塞与所述燃料加压室连通，但当所述控制阀部件处于所述第二位置时，针控室流体地连接到所述燃料加压室；以及

当所述控制阀部件处于所述第一和第二位置之一时，所述针控室流体地连接到所述低压排放通道。

2.如权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述针控室通过一流动限制流体地连接到所述低压排放通道；以及

当所述控制阀部件处于所述第二位置时，所述针控室通过一非限制的通道流体地连接到所述燃料加压室。

3.如权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述流动限制包括一介于所述控制阀部件和所述针阀的所述部件之间的泄漏间隙。

4.如权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述针控阀包括一单一的座和一阻挡表面；以及

所述针阀的所述部件是一针活塞，其可操作地连接到另一针阀部件。

5.一燃料喷射系统，包括：

一燃料加压器，燃料加压器包括一凸轮驱动的柱塞、一燃料加压室，以及一包括一第一电致动器的电子控制的溢流阀；

一针阀，其具有一部件，该部件的用于关闭的液压表面暴露在一针控室内的流体压力中；

一电子控制的针控阀，其包括一第二电致动器，该第二电致动器可操作地连接到被偏置朝向一第一位置的控制阀部件，但当所述第二电致动器通电时，该控制阀部件移动到一第二位置；

当所述控制阀部件处于所述第一位置时，所述针控室被流体地阻塞与所述燃料加压室连通，但当所述控制阀部件处于所述第二位置时，针控室流体地连接到所述燃料加压室；以及

当所述控制阀部件处于所述第一和第二位置之一时，所述针控室流体地连接到一低压排放通道。

6.如权利要求5所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述燃料加压室设置在一泵体内，该泵体通过一导管与一喷射器本体分离。

7.如权利要求6所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述针控室通过一流动限制流体地连接到所述低压排放通道；以及

当所述控制阀部件处于所述第二位置时，所述针控室通过一非限制的通道流体地连接到所述燃料加压室；

一燃料喷射程序包括一分离的喷射，该分离的喷射至少部分地通过以下步骤来实现：

在第一电致动器通电之后，第二电致动器通电；以及

在第一电致动器通电之后但在燃料压力跌落到低于所述针阀的关闭压力之前，使第二电致动器失电。

8.一喷射燃料的方法，包括以下步骤：

对一第一电致动器通电，以关闭一溢流阀并在一燃料加压室内建立起压力；

使第二电致动器失电，以释放针控室内的压力，并打开一喷嘴出口组以便从燃料喷射器中喷射燃料；以及

至少部分地通过始终保持针控室和一低压排放通道之间的流体连接，控制针控室内的压力。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在燃料压力达到针阀打开压力之前，所述打开压力对应于所述第一电致动器通电之前，至少部分地通过所述第二电致动器失电，使燃料喷射率具有一斜坡的形状；

在燃料压力达到针阀打开压力之后，所述打开压力对应于第一电致动器通电之后，至少部分地通过所述第二电致动器失电，使一燃料喷射具有一正方形形状。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括结束一喷射事件的步骤，该步骤至少部分地通过以下步骤实现：

保持第二电致动器失电，直到燃料压力跌落到低于针阀关闭压力之后；或

在燃料压力跌落到低于针阀关闭压力之前，使第二电致动器通电。

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