CN101133241A - 具有逐渐受限的排出通路的燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工作机械(5)的燃料喷射器(32)。该燃料喷射器具有带有至少一个开孔(80)的喷嘴部件(56)和具有尖端(82)和基端(100)的针阀元件(58)。针阀元件可轴向移动以通过所述尖端选择性地允许和阻止燃料流过所述至少一个开孔。所述燃料喷射器还具有与针阀元件的基端连通的控制室(71)。该控制室具有相对于针阀元件的轴向运动设置在径向上的侧壁部分。所述燃料喷射器还具有设置在所述控制室的侧壁部分中的端口(75)和与该端口连通的至少一条通路以选择性地从所述控制室排出燃料，由此开始针阀元件的运动。

Description

具有逐渐受限的排出通路的燃料喷射器

技术领域

本公开内容涉及燃料喷射器，更具体地涉及具有逐渐受限的排出通路的燃料喷射器。

背景技术

共轨式燃料系统通常采用多个闭式喷嘴燃料喷射器将高压燃料喷入发动机的燃烧室。这些燃料喷射器的每一个都可包括具有圆筒形腔的喷嘴组件，所述圆筒形腔带有喷嘴供应通路和喷嘴出口。一针形止回阀可往复运动地设置在所述圆筒形腔内并朝向阻塞所述喷嘴出口的关闭位置偏置。为了喷射燃料，针形止回阀可选择性地移动以打开喷嘴出口，由此允许高压燃料从喷嘴供应通路流入燃烧室。例如，与针形止回阀的基底流体连通的控制室可选择性地排出加压流体以使针形止回阀朝打开位置偏置。

在于1997年9月30日授予Tsuzuki等的U.S.专利No.5,671,715(’715专利)中记载了一种这样的装置。’715专利描述了一种具有喷射孔的燃料喷射装置。一针阀可在第一和第二位置之间移动以打开和关闭所述喷射孔。所述燃料喷射装置还包括经由双向电磁阀通往排放设备的背压室。所述针可根据该背压室中的压力在所述第一和第二位置之间移动。

尽管’715专利的燃料喷射装置可向发动机充分供应加压燃料，但它可能存在问题。例如，在’715专利的针阀移动期间，针阀的上端表面允许靠接背压室的下端表面。如果在发生靠接时针阀以足够高的速度移动，则针阀可能从下端表面弹开，从而导致燃料喷射的不可预期的中断。这种无规律且无法预测的喷射器行为可能会显著到足以影响发动机性能地改变燃料输送特性。

此外，在’715专利中所述的针阀和背压室的上、下表面的靠接可能会缩短燃料喷射装置的部件寿命并增加噪声污染。特别地，由于上、下表面接触，两个表面之间的磨损会增大，这可能导致过早地失效。另外，上、下表面的接触会产生碎屑，从而污染’715专利的燃料系统的其它部件。此外，上、下表面之间的靠接增大了燃料系统的振动和噪声。

本公开内容的燃料喷射器解决了上述一个或多个问题。

发明内容

本公开内容的一个方面涉及一种燃料喷射器。该燃料喷射器包括具有至少一个开孔的喷嘴部件和具有尖端/末端和基端的针阀元件。针阀元件可轴向移动以通过所述尖端选择性地允许和阻止燃料流过所述至少一个开孔。所述燃料喷射器还包括与针阀元件的基端连通的控制室。该控制室具有相对于针阀元件的轴向运动设置在径向上的侧壁部分。所述燃料喷射器还包括设置在所述控制室的侧壁部分中的端口和与该端口连通的至少一条通路以选择性地从所述控制室排出燃料，由此开始针阀元件的运动。

本公开内容的另一方面涉及一种将燃料喷入发动机的燃烧室的方法。该方法包括将加压燃料导入喷嘴部件的至少一个开孔并选择性地移动针阀元件以通过针阀元件的尖端允许和阻止燃料流过所述至少一个开孔。所述方法还包括从针阀元件的基端通过控制室的侧壁部分中的端口选择性地排出燃料以开始针阀元件的轴向运动。所述侧壁部分相对于针阀元件的轴向运动设置在径向上。

附图说明

图1是所公开的例示性燃料系统的示意性图示；以及

图2是所公开的用于图1的燃料系统的例示性燃料喷射器的剖视图。

具体实施方式

图1示出具有发动机10和燃料系统12的例示性实施例的工作机械5。工作机械5可以是执行与工业如采矿、建筑、农作、发电、运输或本领域已知的任意其它行业相关的某种操作的固定不动的或运动的机械。例如，工作机械5可以是运土机械、发电机组、泵或执行任意其它适当操作的工作机械。

为了叙述本公开内容，将发动机10示出和描述为四冲程柴油机。但是本领域技术人员应当认识到，发动机10可以是任意其它类型的内燃机，例如汽油机或气体燃料动力发动机。发动机10可包括发动机组14，该发动机组限定多个气缸16、可滑动地设置在各个气缸16内的活塞18和与各个气缸16相连的气缸盖20。

气缸16、活塞18和气缸盖20可形成燃烧室22。在所示实施例中，发动机10包括六个燃烧室22。但是，可设想发动机10可包括数量更多或更少的燃烧室22，并且燃烧室22可设置成“直列”构型、“V”构型或任意其它适当的构型。

仍如图1所示，发动机10可包括可转动地设置在发动机组14内的曲轴24。连杆26可连接各个活塞18与曲轴24，从而活塞18在各个相应气缸16内的滑动引起曲轴24的转动。类似地，曲轴24的转动可引起活塞18的滑动。

燃料系统12可包括协作以将加压燃料喷入各个燃烧室22的部件。具体地，燃料系统12可包括构造成容纳燃料供应的燃料箱28和构造成对燃料加压并将加压燃料通过共轨34导入多个燃料喷射器32的燃料泵送设备30。

燃料泵送设备30可包括一个或多个用于增大燃料压力并将一股或多股加压燃料流导向共轨34的泵送装置。在一个示例中，燃料泵送设备30包括串联设置并通过燃料管路40流体连接的低压源36和高压源38。低压源36可以是构造成向高压源38提供低压进给的传输泵。高压源38可构造成接纳所述低压进给并将燃料压力增大至约30-300MPa的范围内。高压源38可通过燃料管路42连接至共轨34。可在燃料管路42内设置止回阀44以提供从燃料泵送设备30到共轨34的单向燃料流。

低压源36和高压源38中的一者或两者能可操作地连接至发动机10并由曲轴24驱动。低压源36和/或高压源38能以本领域技术人员易于实现的任意方式与曲轴24相连，其中曲轴24的转动将引起泵驱动轴的相应转动。例如，高压源38的泵驱动轴46在图1中示出为通过传动机构48连接至曲轴24。但是可设想，低压源36和高压源38中的一者或两者能可选地被电驱动、液压驱动、气动驱动或以任意其它适当的方式被驱动。

燃料喷射器32可设置在气缸盖20中并通过多条燃料管路50连接至共轨34。各个燃料喷射器32可操作以将一定量的加压燃料以预定的正时、燃料压力和燃料流量喷入相连的燃烧室22。燃料喷入燃烧室22的正时可与活塞18的运动同步。例如，燃料可在活塞18接近压缩冲程中的上死点位置时喷射以准备进行被喷射燃料的压缩点火燃烧。或者，燃料可在活塞18朝上死点位置行进而开始压缩冲程时喷射以用于均匀充气压缩点火操作。燃料还可在活塞18在膨胀冲程期间从上死点位置向下死点位置移动时喷射以进行延迟后喷射，从而产生用于后处理再生的还原气氛。

如图2所示，各个燃料喷射器32可以是闭式喷嘴单元燃料喷射器。具体地，每个燃料喷射器32可包括容纳引导件54、喷嘴部件56、针阀元件58的喷射器体52和电磁致动器59。

喷射器体52可以是构造成装配在气缸盖20内的圆筒形部件。喷射器体52可具有用于接纳引导件54和喷嘴部件56的中心腔60和供喷嘴部件56的尖端64穿出的开口62。在引导件54和喷嘴部件56之间可设置密封件如O形圈(未示出)以限制燃料从燃料喷射器32泄漏。

引导件54也可以是具有构造成接纳针阀元件58的中心腔68和控制室71的圆筒形部件。中心腔68可用作压力室，用于保持从燃料供应通路70持续供应的加压燃料。在喷射期间，来自燃料管路50的加压燃料可流动通过燃料供应通路70和中心腔68到达喷嘴部件56。

控制室71可选择性地排出或被供应以加压燃料以控制针阀元件58的运动。具体地，一控制通路73可使与控制室71相连的端口75与电磁致动器59流体连接。端口75可设置在控制室71的相对于针阀元件58的轴向运动设置在径向上的侧壁中。端口75的直径可大于控制通路73的直径以允许逐渐阻塞端口75，即增大从端口75通往控制通路73的流动限制。控制室71也可经由与燃料供应通路70连通的供应通路77而被持续供应以加压流体。端口75在轴向上可位于燃料供应通路70通入控制室71的开口与喷嘴部件56之间。供应通路77的直径可小于控制通路73的直径以允许在控制通路73排出加压燃料时在控制室71内形成压降。

喷嘴部件56的形式同样可以是具有构造成接纳针阀元件58的中心腔72的圆筒形部件。喷嘴部件56还可包括一个或多个开孔80以允许加压燃料从中心腔68进入发动机10的燃烧室22。

针阀元件58可以是滑动地设置在壳体引导件54和喷嘴部件56内的细长圆柱形部件。针阀元件58可在第一位置和第二位置之间沿轴向移动，在所述第一位置针阀元件58的尖端82阻挡燃料流过开孔80，在所述第二位置开孔80打开以允许燃料流入燃烧室22。

针阀元件58在正常情况下可朝向第一位置偏置。特别地，如图2所示，每个燃料喷射器32可包括设置在引导件54的止动部92和针阀元件58的支承面94之间的弹簧90以沿轴向朝开孔阻挡位置偏压尖端82。在弹簧90和止动部92之间可设置第一间隔件96，在弹簧90和支承面94之间可设置第二间隔件98，以减小燃料喷射器32内的部件磨损。

针阀元件58可具有多个驱动液压表面。特别地，针阀元件58可包括在受到加压燃料作用时趋于朝第一位置或开孔阻挡位置驱动针阀元件58的液压表面100，以及趋于抵抗弹簧90的偏压并沿相反方向朝第二位置或开孔打开位置驱动针阀元件58的液压表面104。

电磁致动器59可相对着针阀元件58的尖端82设置以控制针阀元件58的运动。特别地，电磁致动器59可包括在控制室71和燃料箱28之间设置在控制通路73内的三位比例阀元件106。比例阀元件106可受弹性偏压并被电磁致动以在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，在所述第一位置燃料可从控制室71流到燃料箱28，在所述第二位置来自燃料管路50的加压燃料流过控制通路73进入控制室71，在所述第三位置燃料通过控制通路73的流动被阻止。比例阀元件106在第一、第二和第三位置当中的位置可确定流过控制通路73的燃料的流量以及流动方向。比例阀元件106可响应于作用在与比例阀元件106相连的螺线管108上的电流而在第一、第二和第三位置之间移动。可设想，比例阀元件106能可选地为液压致动的、机械致动的、气动致动的，或以任意其它适当的方式被致动。还可设想，所述比例阀元件可以是仅能在控制室排出位置和控制室填充位置之间移动的二位阀元件。

工业实用性

本公开内容的燃料喷射器可广泛用于多种发动机类型，例如包括柴油机、汽油机和气体燃料动力发动机。所公开的燃料喷射器可在采用加压燃料系统的任意发动机中实施，其中它在提供一致的可预测的燃料喷射且同时使针阀磨损最小化方面是有利的。现在对燃料喷射器32的工作进行说明。

针阀元件58可在由流体压力产生的力的不平衡作用下移动。例如，当针阀元件58处在第一位置或开孔阻挡位置时，来自燃料供应通路70的加压燃料可流入控制室71以作用在液压表面100上。同时，来自燃料供应通路70的加压燃料可流入中心腔68以待喷射。弹簧90的力结合在液压表面100上产生的液压力可大于在液压表面104上产生的反抗力，由此将针阀元件58保持在第一位置以限制燃料流通过开孔80。为了打开开孔80并将加压燃料从中心腔68喷入燃烧室22，电磁致动器59可移动比例阀元件106以选择性地将加压燃料从控制室71和液压表面100排离。作用在液压表面100上的压力的这种减小使得作用在液压表面104上的反抗力克服弹簧90的偏压力，从而使针阀元件58朝开孔打开位置移动。

在针阀元件58的开孔打开运动期间可产生很大的动量。如果针阀元件58的运动不受到充分抑制，则针阀元件58的基端可能撞上控制室71的轴向下表面，由此中断加压燃料通过开孔80向燃烧室22的流入。

端口75定位成抑制针阀元件58的开孔打开运动。特别地，由于端口75位于控制室71的径向侧壁内，所以端口75被针阀元件58的基端渐增地阻挡，由此逐渐限制燃料从控制室71通过控制通路73向燃料箱28的流动。最终，在针阀元件58运动期间燃料流被限制到这样的程度，使得留存在控制室71内的燃料的压力足以抵偿针阀元件58的动量，在针阀元件58接触到控制室71的轴向下表面之前减慢并最终停止针阀元件58的运动。特别地，在控制室71内建立起的压力足以在针阀元件58的基端和控制室71的轴向下表面之间始终维持一定距离。由于端口75决不会被完全阻挡住，所以在控制室71内建立起的压力不足以使针阀元件58的运动方向反转以及引起燃料输送特性的变化。此外，由于在燃料喷射器32工作期间针阀元件58和控制室71的轴向下表面不会接触，所以可降低燃料系统12的磨损和噪声水平，同时可延长燃料系统12的部件寿命。

显然本领域技术人员可对本公开内容的燃料喷射器作出各种修改和变型而不会背离本公开内容的范围。考虑到对本文中公开的燃料喷射器的说明和实施，对于本领域技术人员而言其它实施例也是显而易见的。本说明书以及示例仅应当看作是例示性的，而本发明的真正范围由所附权利要求及其等效物来指明。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器(32)，包括：

具有至少一个开孔(80)的喷嘴部件(56)；

具有尖端(82)和基端(100)的针阀元件(58)，该针阀元件可轴向移动以通过所述尖端选择性地允许和阻止燃料流过所述至少一个开孔；

与所述针阀元件的基端连通的控制室(71)，该控制室具有相对于所述针阀元件的轴向运动设置在径向上的侧壁部分；

设置在所述控制室的侧壁部分中的端口(75)；和

至少一条通路(73)，该通路与所述端口连通以选择性地从所述控制室排出燃料，由此开始所述针阀元件的运动。

2.如权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，从所述控制室排出燃料沿开孔打开方向开始所述针阀元件的运动。

3.如权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，在所述针阀元件运动期间所述端口至少部分地被所述针阀元件阻挡以限制燃料从所述控制室流出，从而减慢所述针阀元件的运动。

4.如权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述端口始终保持至少部分地打开。

5.如权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，还包括：

与所述针阀元件的尖端连通的压力室(68)；以及

与所述压力室连通并构造成在所述燃料喷射器工作期间与所述压力室之间持续进行加压燃料流通的供应通路(70)。

6.一种将燃料喷入发动机(10)的燃烧室(22)的方法，该方法包括：

将加压燃料导入喷嘴部件(56)的至少一个开孔(80)；

选择性地移动针阀元件(58)以通过所述针阀元件的尖端(82)允许和阻止燃料流过所述至少一个开孔；以及

从所述针阀元件的基端(100)通过控制室的侧壁部分中的端口(75)选择性地排出燃料以开始所述针阀元件的轴向运动，所述侧壁部分相对于所述针阀元件的轴向运动设置在径向上。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，从所述控制室排出燃料沿开孔打开方向开始所述针阀元件的运动。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在所述针阀元件运动期间用所述针阀元件至少部分地阻挡所述端口以限制燃料从所述控制室流出，从而减慢所述针阀元件的运动。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述端口始终保持至少部分地打开。

10.一种工作机械(5)，包括：

构造成产生动力输出的发动机(10)，该发动机具有至少一个燃烧室(22)；以及

如权利要求1至5之任一项所述的构造成将加压燃料喷入所述发动机的所述至少一个燃烧室的燃料喷射器(32)。

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