CN101360908B - 具有可选的增强的燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有可选的增强的燃料喷射器，涉及一种利用具有增强器活塞(18)的燃料喷射器(10)选择性地增强喷射用燃料的系统，该燃料喷射器与排出装置(34)和加压燃料源(30)相连接。燃料喷射器(10)包括与增强室(22)相对地同轴设置的控制室(26)和同轴地设置在控制室与增强室之间的加压室(24)。控制室(26)选择性地与加压燃料源(30)和排出装置(34)流体地连通。增强室(22)与加压燃料源流体地连通，加压室(24)与加压燃料源(30)和喷嘴组件(52)流体地连通。

Description

具有可选的增强的燃料喷射器
技术领域
本发明一般地涉及用于内燃机的燃料喷射器，更具体地涉及提供可变的增强/增压的燃料喷射器。
背景技术
精确地控制输送到内燃机燃烧室中的燃料的量和正时会提高发动机效率和/或减少不希望的排放物的产生。为改进对燃料供给的量和正时的控制，通常的燃料喷射系统，特别是燃料喷射器，可包括给在燃烧室中使用的燃料加压的增强器组件。增强器组件可以是双流体类型或单流体类型。
在双流体类型的增强器组件中，燃料进入增强器组件的加压室，较高压的致动流体，如发动机润滑油，进入增强器组件的控制室。可控阀，通常是电磁阀类型的阀，通过打开和关闭高压入口来控制高压致动流体向控制室的流动。激活电磁阀使高压入口打开，允许高压致动流体作用在增强器活塞的一端上。增强器活塞的另一端与加压室中的燃料相接触。因为控制室中的高压致动流体的压力高于燃料的压力，并且因为高压致动流体作用在增强器活塞上的表面积大于增强器活塞与燃料相接触的表面积，所以高压致动流体朝向前进位置推动增强器活塞。随着增强器活塞朝其前进位置移动，增强器活塞作用在加压室内的燃料上，增加燃料压力。当由增强器活塞引起的压力达到阀开启压力时，弹簧偏压的针形止回阀打开以开始向发动机燃烧室中喷射燃料。停止电磁阀使喷射循环终止并释放增强器组件控制室中的压力。释放控制室中的压力使加压室中的燃料压力下降，导致针形止回阀在其回位弹簧的作用下关闭。针形止回阀的关闭使燃料喷射终止。
单流体类型的增强器组件不会将高压发动机油用作致动流体，而是在加压室与控制室二者中都利用相同的流体(燃料)。在单流体类型的增强器组件中，发动机从高压供给源(如高压共用油轨)向燃料喷射器供给加压的燃料。燃料喷射器选择性地向控制室供给加压燃料以作用在增强器活塞的一端上。也向增强器组件的加压室供给燃料。当燃料被选择性地供给到控制室时，该燃料作用在增强器活塞上。然后，增强器活塞作用在加压室中的燃料上，使得加压室中的燃料的压力增加到大于被供给到控制室的燃料的压力。出现这种情况是因为控制室中的燃料与加压室中的燃料相比作用在增强器活塞的表面积更大。
例如，美国专利No.6,453,875(“‘875专利”)公开了一种用于燃料喷射器的单流体类型的增强器组件。该‘875专利公开了一种包括压力递升单元的燃料喷射系统，该压力递升单元包括经由压力管路以及贮压室与喷嘴室相连通的压力室。通过施加来自压力递升单元的差动室的压力来液力实施对压力递升单元的控制。然而，‘875专利需要与递升单元并行的旁通管路来向喷嘴提供燃料。附加旁通管路在紧凑地界定的系统中占据了宝贵的空间，增加了系统的成本和复杂性。
本发明的方法和设备解决了上述的一个或多个问题。
发明内容
根据一个示例性实施例，燃料喷射器包括连接到至少一个排出装置和加压燃料源上的增强器。该增强器包括与增强室相对地同轴设置的控制室和同轴设置在控制室与增强室之间的加压室。控制室选择性地与排出装置和加压燃料源流体地连通，增强室与加压燃料源相连通，加压室与加压燃料源以及喷嘴组件相连通。
根据另一个示例性实施例，燃料喷射器包括连接到至少一个排出装置和加压燃料源上的增强器。该增强器包括容纳增强器活塞的内室，该增强器活塞将内室分隔成控制室、增强室和加压室。控制室选择性地与加压燃料源和排出装置流体地连通，增强室与加压燃料源流体地连通，加压室与 流动控制阀以及喷嘴组件流体地连通。流动控制阀允许向加压室连续地供给流体。
在又一个示例性实施例中，一种利用燃料喷射器选择性地增强喷射用燃料的方法，包括从加压燃料源向增强器活塞的控制室、增强室和加压室输送燃料。控制室选择性地与排出装置和加压燃料源流体连通，增强室与加压燃料源相连通，加压室与加压燃料源和喷嘴组件相连通。该方法还包括通过选择性地连接控制室与排出装置来给加压室中的燃料加压，以及通过选择性地连接喷嘴组件与排出装置来控制喷射。
附图说明
图1是根据本发明的示例实施例的燃料喷射器的示意图，其中增强器活塞处于起始位置；
图2是喷射已增压的燃料的图1的燃料喷射器的示意图；和
图3是正喷射未经增压的燃料的图1的燃料喷射器的示意图。
具体实施方式
下面将详细地参照附图中示出的、本发明的示例性的实施例。只要可能，在所有附图中，相同的附图标记都用来表示相同的或相似的部件。
在图1的示意图中总体示出了根据本发明的一种燃料喷射器10。燃料喷射器10可包括增强器组件12，该增强器组件12包括筒件14、容纳活塞18和活塞弹簧20的内室16。活塞18可以是T型的。或者，活塞18也可以具有其它形状。内室16可形成为接收活塞18，使得活塞18将内室16分隔成增强室22、加压室24和控制室26。这种通过活塞18对内室16进行的分隔使得活塞18与增强室22相接触的表面积能够大于活塞18与加压室24相接触的表面积。这种分隔还使得活塞18与增强室22相接触的表面积能够大于活塞18与控制室26相接触的表面积。活塞弹簧20可同轴地设置在加压室24中，用于朝向第一或起始位置偏压活塞18。
增强室22可与燃料管路28流体地连接。燃料管路28可流体地连接在 高压燃料源30、如高压燃料储蓄器或高压燃油共用油轨上。增强室22可同轴地设置在活塞18的与控制室26相对的端部。在此示例性实施例中，增强室22可设置在活塞18的活塞头19与内室16之间。
控制室26可以通过第一控制阀32选择性地与燃料管路28或低压排出装置34流体连接。控制室26可同轴地设置在活塞18的与增强室22相对的端部上。在此示例性实施例中，控制室26可设置成与活塞头19相对、位于活塞18与内室16之间。
第一控制阀32可以是电磁铁致动的控制阀。电磁铁致动的控制阀通常使用偏压弹簧和由螺线管产生的电磁力来控制阀元件从关闭位置到打开位置的运动。然而，应当理解，本发明也可使用其它类型的控制阀组件，如压电阀。因此，第一控制阀32的通电使控制室26与低压排出装置34之间能够连通，并阻止燃料管路28与控制室26之间的连通。
加压室24可与燃料管路28和喷嘴组件52二者都流体连接。加压室24可同轴地设置在控制室26与增强室22之间。在此示例性的实施例中，加压室24可设置在活塞头19与内室16之间。
单向阀36允许从燃料管路28到加压室24的连通，而阻止从加压室24到燃料管路28的连通。单向阀36可以是球形止回阀或其它类似的止回阀。单向阀36可被动地工作。例如，球形止回阀允许流体在一个方向上流动并被动地防止流体沿另一个方向(相反的方向)流动。这是由于流体会推动球形件贴靠阀的开口，该球形件会阻止流体流动。
喷嘴组件52可包括第二控制阀38、喷嘴室48、喷嘴弹簧46和喷嘴止回活塞40。喷嘴止回活塞40可以是T型的，或者也可是其它形状的。喷嘴止回活塞40可设置在喷嘴室48中，将喷嘴室48分隔成止回腔49和喷嘴腔50。第二控制阀38可通过喷嘴止回通路42直接连接到止回腔49。喷嘴止回活塞40可在第一或关闭位置(图1)与第二或打开位置(图2)之间移动。在关闭位置处，喷嘴止回活塞40防止一个或多个流动口44与喷嘴腔50中的高压燃料之间的连通。在打开位置处，喷嘴止回活塞40使喷嘴腔50中的高压燃料能够与流动口44相连通。喷嘴止回通路42中的高压 燃料与喷嘴弹簧46使喷嘴止回活塞40朝其关闭位置偏压。
第二控制阀38可以是电磁铁致动的控制阀。如上所述，通常的电磁铁致动的控制阀使用偏压弹簧和由螺线管产生的电磁力来控制阀元件从关闭位置到打开位置之间的运动。然而，应当理解，本发明也可使用其它类型的控制阀组件，如压电阀。第二控制阀38的通电使喷嘴止回通路42与低压排出装置34之间能够连通。另外，第二控制阀38的通电阻止加压室24与喷嘴止回通路42之间的连通。第二控制阀38的断电使加压室24与喷嘴止回通路42之间能够连通(图1)。
用于燃料喷射器10的控制单元(未示出)控制第一控制阀32和第二控制阀38的激活。或者，也可使用一个以上的控制单元来控制第一控制阀32和第二控制阀38的激活。
应当理解，本发明可以如现有技术中实践的那样利用喷射率型态的端部以减少不希望的排放物并提高燃料效率。例如，控制单元可用以下方式来操作第二控制阀38，即形成各种不同的燃料喷射率形状——包括方形、靴形、斜坡状或其它类似的喷射率形状——以使作业机械的特定的工作条件匹配于特定的喷射率形状，从而提高燃料效率和减少不希望的排放物。
应当理解，前述部件中的每一个都可包含于单个单元燃料喷射器10中。或者，燃料喷射器10可包括形成喷嘴组件52的单独的部件。
上述部件中的每一个都可由任意刚性材料，如钢、铝或铸铁，来制造。
工业实用性
在喷射之前，第一控制阀32使燃料管路28能够与控制室26连通。燃料在经过单向阀36之后从燃料管路28进入加压室24。燃料还从燃料管路28进入增强室22。如图1可见，活塞弹簧20与来自加压室24的压力和来自控制室26的压力一起作用在活塞18上，将活塞18推到完全打开的位置。
参照图2，为在加压室24中使燃料加压，控制单元激活第一控制阀32以使控制室26与低压排出装置34之间能够流体连通。第一控制阀32当被激活时阻止燃料管路28与控制室26之间的连通。如图2可见，当第一控制阀32被激活时，控制室26中的燃料可与低压排出装置34连通并且在低压排出装置34中的压力低于控制室26中的燃料压力时流出。随着控制室26中的燃料流出到低压排出装置34中，增强室22中的燃料会将活塞18推离起始位置并减小加压室24的尺寸。这种加压室24尺寸的减小会使加压室24中的燃料加压或增压。
为将经增压的燃料喷射到燃料室(未示出)中，控制单元激活第二控制阀38以使喷嘴止回通路42与低压排出装置34之间能够连通。随着喷嘴止回通路42中的压力降低，喷嘴腔50中的燃料的压力抵抗喷嘴弹簧46的力朝向图2所示的打开位置推动喷嘴止回活塞40。在打开位置处，喷嘴止回活塞40使一个或多个流动口44与喷嘴腔50之间能够连通，允许燃料进入燃烧室。
为停止喷射，控制单元使第二控制阀38处于去激活状态以使喷嘴止回通路42与加压室24之间能够连通。来自止回腔49中的燃料的压力和来自喷嘴弹簧46的压力朝向关闭位置推动喷嘴止回活塞40，使喷射终止。
或者，也可以在不激活第一控制阀32的情况下进行喷射。在这种操作中，可向燃烧室中喷射未经增压的燃料。参照图3，高压燃料在通过单向阀36后从燃料管路28进入加压室24。燃料还从燃料管路28进入增强室22。第一控制阀32当处于去激活状态时使燃料管路28与控制室26之间能够连通。如图1所示，活塞弹簧20与来自加压室24的压力和来自控制室26的压力一起作用在活塞18上，朝向起始位置推动活塞18。为开始喷射，控制单元激活第二控制阀38以使喷嘴止回通路42与低压排出装置34之间能够连通。随着喷嘴止回通路42中的压力降低，来自喷嘴腔50中的燃料的压力朝向打开位置推动喷嘴止回活塞40。如图3所示，在打开位置处，喷嘴止回活塞40使流动口44与喷嘴腔50之间能够流体连通，允许燃料流入燃烧室。这种设置允许燃料从高压燃料源30流经增强器组件12的加压室24、在燃料不增压的情况下进入燃烧室。为停止喷射，控制单元使第二控制阀38处于去激活状态以使喷嘴止回通路42与加压室24之间能够连通。来自喷嘴止回通路42中燃料的压力和来自喷嘴弹簧46的压力朝向关 闭位置推动喷嘴止回活塞40，使喷射终止。
这种第一、第二和单向阀32、38和36以及增强器组件12的布置以及内室16的利用，使得能够不增强燃料，而且不需要单独的旁通燃料管路来将高压燃料源30连接到喷嘴腔50。如上所述，高压燃料从高压燃料源30流到单向阀36，经过加压室24流到喷嘴腔50。通过选择性地激活第一控制阀32，用于燃料喷射器10的控制单元可将已增压的或未经增压的燃料输送到喷嘴止回活塞40以用于喷射到燃烧室中。这种部件的布置，复杂性低于允许未增压燃料喷射的旁通布置。另外，减少获得喷射到燃烧室中的增压的和未增压的燃料所需的部件和/或燃料通路的数量可降低成本。
在喷射之间，控制单元使第一控制阀32处于去激活状态，使燃料管路28与控制室26之间能够连通。来自加压室24中燃料的压力和来自控制室26中燃料的压力与来自活塞弹簧20的力一起，使活塞18返回如图1所示的完全打开的位置。
对于某些应用，选择性地控制增强器活塞的复位量证明是有利的。例如，控制单元可控制第一控制阀32的激活以控制活塞18的复位量，使活塞18仅部分地返回完全打开的位置。为实现所述控制，控制单元在喷射之间使第一控制阀32处于去激活状态有一定时间。第一控制阀32处于去激活状态的时长将对应于被允许与控制室26连通的高压燃料的一定的量。控制室26中的燃料使作用在活塞18上的燃料压力增加。控制室26中的压力的这种增加会加在来自活塞弹簧20的力以及来自加压室24中的燃料的压力上以朝向起始位置推动活塞18。因为仅有一定量的燃料能够与控制室26连通，所以来自控制室26中的燃料的力的大小会小于将活塞推到起始位置所需的量。当第一控制阀32被激活并且燃料从控制室26流出到低压排出装置34时，加压室24的尺寸的减小会小于当活塞18处于起始位置时加压室24尺寸的减小。为了使用第一控制阀32来控制增强量/增压量，燃料喷射器10的制造商可测试标称燃料喷射器10来确定对于第一控制阀32的每次激活持续时间的增强量。基于这些测试，制造商可绘出随第一控制阀32的激活持续时间而增压的图以供控制单元使用。控制增强量可允许控制单元使特定的增强量与特定的工作条件相匹配以提高燃料效率和/或减少不希望的排放物。
应当理解，替代的流动构型也可实现成，设置一控制阀控制增强器活塞的起动，另一控制阀直接控制喷射，而燃料流经增强器到达喷嘴尖端。另外，虽然本发明的说明是针对一个燃料喷射器10的，但应当意识到，本发明也可应用于多个燃料喷射器。
对本领域的技术人员来说，通过对这里公开的本发明的说明书和实践的思考，本发明的其它实施例将是显而易见的。本说明书和所述的示例都应当被认为仅是示例性的，而本发明的实际范围和精神都由所附权利要求及其等同方案限定。

Claims (21)

1.一种与加压燃料源和至少一个排出装置一起使用的燃料喷射器，包括：
增强器组件，所述增强器组件包括：
与增强室相对地同轴设置的控制室以及同轴设置在控制室与增强室之间的加压室；
选择性地与加压燃料源和排出装置流体地连通的控制室；
与加压燃料源流体地连通的增强室；和
与加压燃料源流体地连通的加压室；以及
与加压室流体地连通的喷嘴组件。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于：流动控制阀使加压燃料源与加压室之间能够流体地连通。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于：所述流动控制阀被动地工作。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于：所述流动控制阀是球形止回阀。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于：第一控制阀使控制室选择性地与加压燃料源与排出装置中的一个相连接。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器，其特征在于：所述喷嘴组件包括用于使喷嘴止回通路选择性地与排出装置和加压室中的一个相连接的第二控制阀。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其特征在于：所述第一和第二控制阀是螺线管致动器。
8.一种燃料喷射器，包括：
连接到至少一个排出装置和加压燃料源上的增强器组件，
该增强器组件包括：
容纳增强器活塞的内室，该增强器活塞将内室分隔成控制室、增强室和加压室，其中，控制室与增强室相对地同轴设置，加压室同轴地设置在控制室与增强室之间；
控制室选择性地与加压燃料源和排出装置流体地连通；
增强室与加压燃料源流体地连通；
加压室与流动控制阀流体地连通；和
流动控制阀使得能够向加压室连续地供给流体；以及
与加压室流体地连通的喷嘴组件。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其特征在于：所述流动控制阀使加压燃料源与加压室之间能够流体地连通。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器，其特征在于：所述流动控制阀被动地工作。
11.根据权利要求10所述的燃料喷射器，其特征在于：所述流动控制阀是球形止回阀。
12.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其特征在于：第一控制阀使控制室选择性地与加压燃料源与排出装置中的一个相连接。
13.根据权利要求12所述的燃料喷射器，其特征在于：该喷嘴组件包括用于使喷嘴止回通路选择性地与排出装置和加压室中的一个相连接的第二控制阀。
14.根据权利要求13所述的燃料喷射器，其特征在于：所述第一和第二控制阀是螺线管致动器。
15.一种利用燃料喷射器选择性地增强喷射用燃料的方法，包括：
提供与增强室相对地同轴设置的控制室、和同轴地设置在所述控制室与所述增强室之间的加压室；
使控制室选择性地与加压燃料源和至少一个排出装置流体地连通；
使加压室与加压燃料源流体连通；
使加压室与加压燃料源流体连通；
通过选择性地使控制室与排出装置相连接来使加压室中的燃料加压；
使喷嘴组件与加压室流体连通；
以及
通过选择性地使喷嘴组件与排出装置相连接来控制喷射。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：流动控制阀使加压燃料源与加压室之间能够流体地连通。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述流动控制阀被动地工作。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述流动控制阀是球形止回阀。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：第一控制阀使控制室选择性地与加压燃料源和所述至少一个排出装置中的一个相连接。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述喷嘴组件包括用于使喷嘴止回通路选择性地与排出装置和加压室中的一个相连接的第二控制阀。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述第一和第二控制阀是螺线管致动器。
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第5栏第26-27行、附图7.

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