CN101772636B - 具有限流装置的燃料喷射器喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料喷射器(32)，该燃料喷射器包括针阀元件(46)和具有中心孔(70)的喷嘴构件(44)，所述中心孔构造成滑动地接纳所述针阀元件。该燃料喷射器还包括弹簧(84)，所述弹簧构造成向着关闭位置偏压所述针阀元件(46)。此外，燃料喷射组件包括引导元件(76)，所述引导元件构造成减少所述针阀元件(46)的侧向运动。燃料喷射组件还包括流体流动限制装置(78)，所述流体流动限制装置构造成限制通过所述针阀元件(46)的流体流动，并在所述流体流动限制装置(78)上游的流体与下游的流体之间产生压差。

Description

具有限流装置的燃料喷射器喷嘴

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射器，尤其涉及具有限流装置(流动/流量限制装置，flow restricting device)的燃料喷射器。

背景技术

普通的共轨燃料系统通常利用多个燃料喷射器将高压燃料喷射到发动机的燃烧室内。这些燃料喷射器中的每一个都可包括具有柱状孔的喷嘴组件，所述柱状孔具有喷嘴供给通路和喷嘴出口。止回针阀以可往复运动的方式设置在柱状孔内，并被向着喷嘴出口被阻塞的关闭位置偏压。响应于蓄意的喷射请求，止回针阀会选择性地移动以打开喷嘴出口，从而使得高压燃料能够从喷嘴供给通路流入燃烧室。

为了降低排放并提高发动机性能，期望在燃料喷射的初始阶段期间减少输送到燃烧室的燃料量。一种确保精确的少量输送的方式是减小止回阀的止回座直径。然而，如果止回座直径的尺寸减小，则止回座冲击载荷也需要减小以保持喷射器不受损害。这种减小可以通过减小偏压弹簧的尺寸来实现，因为偏压弹簧是止回座冲击载荷的重要提供者。但是，已经发现偏压弹簧尺寸减小需要辅助力来关闭止回针阀。

在于2007年3月13日授予Augustin的美国专利No.7,188,788(‘788专利)中可以发现包括提供用于关闭止回针阀的辅助力的装置的燃料喷射器的例子。‘788专利公开了一种具有止回针阀的燃料喷射器，该止回针阀被偏压弹簧向着关闭位置偏压。在针阀的形成计量台肩(metering landing)的部分上设置有套筒，该套筒有效地增大了止回针阀在该位置处的直径。计量台肩选择性地与计量孔的计量边缘交迭(overlap)以限定燃料流动通路。在燃料喷射过程中，允许燃料流到止回针阀，产生足够抵消偏压弹簧的力的压力。这使得止回针阀能够移动到打开位置。当止回针阀向着打开位置移动时，计量台肩移离计量边缘，并且燃料流动通路扩大。扩大的燃料流动通路使得燃料能够从计量台肩的上表面自由地流到计量台肩的下表面，并最终通过燃料喷射器组件的出口。当想要结束燃料喷射时，阻止燃料流到止回针阀，从而降低抵消偏压弹簧的力的燃料压力。这使得偏压弹簧能够使止回针阀朝向关闭位置运动，并通过使计量台肩向着计量边缘移动而减小燃料流动通路的尺寸。由于燃料流动通路的尺寸减小，燃料从计量台肩上表面至计量台肩下表面的流动受到限制。该受到限制的流动在计量台肩的上表面之上产生了比计量台肩的下表面之下的压力更大的压力，从而产生了有助于偏压弹簧关闭止回针阀的力。

尽管‘788专利公开了一种具有提供用于关闭止回针阀的辅助力的装置的燃料喷射器，但该燃料喷射器的设计不能适当地控制该辅助力的大小。尤其是，燃料流动通路的尺寸在关闭和打开过程中发生变化。此外，燃料喷射器的设计可以允许止回针阀侧向运动，进一步改变了燃料流动通路的尺寸。燃料流动通路的可变尺寸会在计量台肩的上表面之上的燃料与计量台肩的下表面之下的燃料之间造成不可预知的压差。这种不可预知的压差最终会在关闭止回针阀时由于辅助力过度或不足而导致操作故障。

本发明旨在克服以上阐述的一个或多个问题。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括针阀元件和具有中心孔的喷嘴构件，所述中心孔构造成滑动地接纳所述针阀元件。该燃料喷射器还包括弹簧，所述弹簧构造成向着关闭位置偏压所述针阀元件。此外，该燃料喷射器包括引导元件，所述引导元件构造成减少所述针阀元件的侧向运动。该燃料喷射器还包括流体流动限制装置，所述流体流动限制装置构造成限制通过针阀元件的流体流动，并在所述流体流动限制装置的上游的流体与下游的流体之间产生流体压差。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于操作燃料喷射器的方法。该方法包括引导流体通过燃料喷射器针阀元件的中心孔。该方法还包括通过引导流体通过具有固定容积的至少一个环形通道来限制通过所述中心孔的流体流动。

附图说明

图1是本发明的一种示例性燃料系统的示意性概略图；

图2是用于图1中的燃料系统的本发明的示例性燃料喷射器的剖面图；

图3A是图2中公开的燃料喷射器的一种示例性针阀引导元件的剖面图；

图3B是图2中公开的燃料喷射器的一种示例性限流装置的剖面图。

具体实施方式

图1示出一种机械5，该机械具有发动机10和燃料系统12的实施例。机械5可以是固定式或移动式机械，执行与诸如采矿、建筑、农业、发电、运输产业或现有技术中已知的任何其他产业相关的某种类型的操作。例如，机械5可以具体化为运土机械、发电机组、泵或任何其他合适的执行操作的机械。

为了本公开的目的，发动机10被描绘和描述成四冲程柴油机。不过，本领域技术人员会意识到，发动机10可以是任何其他类型的内燃机，例如，汽油发动机或用气体燃料产生动力的发动机。发动机10可以包括至少部分地限定出多个气缸16的发动机缸体14、可滑动地设置在各个气缸16内的活塞18和与各个气缸16相关的气缸盖20。

气缸16、活塞18和气缸盖20可以形成燃烧室22。在所示的实施例中，发动机10包括六个燃烧室22。不过，可以设想发动机10可以包括更多或更少的燃烧室22，燃烧室22可布置成“直列式”构型或“V形”构型，或任何其他合适的构型。

还如图1所示，发动机10可以包括曲轴24，所述曲轴可旋转地设置在发动机缸体14内。连杆26可以将各个活塞18连接到曲轴24，以使得活塞18在各个相应气缸16内的滑动引起曲轴24的旋转。类似地，曲轴24的旋转可以引起活塞18滑动。

燃料系统12可以包括协同作用以将加压燃料的喷射物输送到各个燃烧室22内的部件。具体地，燃料系统12可以包括箱28和燃料泵组件30，所述箱构造成容纳燃料供应源，所述燃料泵组件构造成对燃料加压并借助于燃料管路34和共轨36将加压燃料引至多个燃料喷射器32。应当了解，燃料泵组件30可以包括一个或多个泵送装置，所述泵送装置用来增大燃料压力并经由燃料管路34将一股或多股加压燃料引至共轨36。此外，可以设想，如果需要，燃料系统12内也可以包括附加的或不同的部件，例如燃料滤清器、水分离器、补充阀、安全阀、优先阀(priority valve)以及能量再生装置。

燃料喷射器32可以设置在气缸盖20内，并借助于多个燃料管路38连接到共轨36。各个燃料喷射器32可以这样操作，在预定的正时、以预定的燃料压力和燃料流速喷射一定量的加压燃料到相关的燃料室22中。如图2所示，各个燃料喷射器32可具体化为封闭式喷嘴单元燃料喷射器。具体地，各个燃料喷射器32可包括喷射器体40，该喷射器体40容置有喷嘴构件引导件42、喷嘴构件44、针阀元件46、第一致动器48以及第二致动器50。

喷射器体40可以是构造成装配在气缸盖20中的基本上筒形的构件。喷射器体40可以具有中心孔52和开口54，所述中心孔用于接纳喷嘴构件引导件42和喷嘴构件44，喷嘴构件44的末端56可以通过所述开口突出来。在喷嘴构件引导件42与喷嘴构件44之间可以设置诸如O形环(未示出)之类的密封构件，以限制燃料从燃料喷射器32泄漏。

喷嘴构件引导件42也可以是具有中心孔58和控制室60的基本上筒形的构件，所述中心孔构造成接纳针阀元件46。中心孔58可以用作压力室，所述压力室容纳经由燃料供给通路62持续供应的加压燃料。在喷射过程中，来自燃料管路38的加压燃料可以流过燃料供给通路62和中心孔58到达喷嘴构件42的末端56。

可选择性地将加压燃料排出或供给到控制室60，以控制针阀元件46的运动。具体地，控制通路64可流体地连接与控制室60相关的口66和第一致动器48。控制室60可经由受限供给通路68持续地被供应加压燃料，所述受限供给通路与燃料供给通路62相连通。受限供给通路68的限制可以考虑到当从控制通路66排出加压燃料时控制室60内的压降。

类似地，喷嘴构件44可以具体化为具有中心孔70的基本上筒形的构件，所述中心孔构造成接纳针阀元件46。喷嘴构件44还可以包括一个或多个孔口72，以使得能够将来自中心孔70的加压燃料喷射到发动机10的燃烧室22中。除此以外，喷嘴构件44可以包括突出部74，所述突出部与喷嘴构件44的其余部分相比具有较大的厚度和较小的内径。可以设想，如果需要，喷嘴构件44可以制造成不具有突出部74。

针阀元件46可以是基本上长形的柱形件，其可滑动地设置在喷嘴构件引导件42和喷嘴构件44内。此外，针阀元件46可包括针阀引导件76和限流装置78，所述限流装置邻近喷嘴构件44的突出部74定位。应该理解，针阀引导件76和限流装置78可以与针阀件74成为一体。不过，可以设想，如果需要，针阀引导件76和限流装置78可以是与针阀元件分开的元件。此外，尽管限流装置78被示为定位于针阀引导件76的紧下游部位，但可以设想，如果需要，限流装置也可以定位于针阀引导件76的紧上游部位。

如图3A所示，针阀引导件76可具有矩形横截面形状，该矩形横截面形状包括四个平的侧边和四个斜角，所述斜角匹配于喷嘴构件44的内表面的曲率。此外，斜角可以设置成靠着喷嘴构件44的内表面以减少针阀元件46在喷嘴构件44内的侧向运动。例如，减少针阀元件46的侧向运动可以不产生或只产生较小的侧向运动。可以设想，在针阀引导件76的斜角与喷嘴构件44的内表面之间可以设置润滑剂或其他减少摩擦的装置以减少磨损。还可以设想，针阀引导件76可以是能够在允许燃料自由流经针阀引导件76的同时防止针阀46发生侧向运动的任何形状。

如图3B所示，限流装置78可以具有形成环形通道80的圆形横截面形状，燃料可通过该环形通道在限流装置78与喷嘴构件44的内表面之间流动。限流装置78的尺寸可以设定成，使得环形通道80可以限制中心孔70中的燃料流动，并在喷射结束期间在限流装置78上游的燃料与限流装置78下游的燃料之间产生压差。压差可以在预定的范围内，例如，该预定范围为2-6Mpa。可以设想，尽管限流装置78被示为具有圆形横截面形状，但限流装置78可以具有能够限制中心孔70中的燃料流动的任何形状。

返回来参考图2，针阀元件46可以在第一位置和第二位置之间轴向移动，在所述第一位置处针阀元件46的末端82阻塞燃料通过孔口72的流动，在所述第二位置处孔口72是打开的，以使得加压燃料能够流入燃烧室22中。针阀元件46在通常状态下会被向着第一位置偏压。具体地，各个燃料喷射器32可以包括弹簧84，所述弹簧设置在喷嘴构件引导件42的止挡部86与针阀元件46的支承面88之间，以向着孔口阻塞位置轴向偏压末端82。在弹簧84与止挡部86之间可以设置第一间隔件90，在弹簧84与支承面88之间可以设置第二间隔件92，以减少燃料喷射器32内的组成部分的磨损。

针阀元件46还可以包括多个驱动液压表面，所述液压表面趋向于将针阀元件46驱动到第一和第二位置。尤其是，针阀元件46可包括液压表面94以及液压表面96，当加压燃料作用于所述液压表面94上时，所述液压表面94将向着第一或孔口阻塞位置驱动针阀元件46，所述液压表面96趋向于对抗弹簧84的偏压并在向着第二或孔口打开位置的相反方向上驱动针阀元件46。

第一致动器48和第二致动器50可以与针阀元件46的末端82相对地设置，以控制针阀元件46的打开和关闭运动。尤其是，第一致动器48可以包括设置在控制室72与箱28之间的两位阀元件，以控制针阀元件46的打开运动。此外，第二致动器50可以包括设置在第一致动器48与箱28之间的两位阀元件，以控制针阀元件46的关闭运动。可以设想，第一和第二致动器48和50的阀元件可以被电动地操作、液压地操作、机械地操作、气动地操作或者以任何其他合适的方式操作。

工业适用性

本文公开的燃料喷射器可以通过减少输送到燃烧室的燃料量来降低排放并提高发动机性能。尤其是，针阀的限流装置可以提供辅助力，该辅助力能够辅助弹簧将针阀元件移动到关闭位置。这使得能够减小弹簧的尺寸和支承面的直径，从而可以精确地将较少量的燃料输送到燃烧室。现在将说明燃料系统12的操作。

针阀元件46可以通过由燃料压力产生的力的不平衡而移动。例如，当针阀元件46处在第一或孔口阻塞位置时，来自燃料供给通路62的加压燃料可流入控制室60以作用在液压表面94上。同时，来自燃料供给通路62的加压燃料可以在喷射预期下流入中心孔58和70。当燃料在中心孔70中遇到环形通道80时，流动就会受到限制。这种限制会在限流装置78上游和下游的燃料之间产生压差，其中限流装置78上游的燃料可具有比限流装置78下游的燃料更大的压力。该压差会产生辅助力，该辅助力推靠着限流装置78并起到驱使针阀元件46向着关闭位置移动的作用。此外，例如，压差可以是2-6Mpa。

弹簧84的力与在液压表面94处产生的液压力以及由压差产生的辅助力相结合，可以大于在液压表面96处产生的反向力，从而致使针阀元件46保持在第一位置以限制燃料流过孔口72。为打开孔口72并将加压燃料从中心孔70喷入燃烧室22，第一致动器48可以驱使与其相关的阀元件选择性地将加压燃料排离控制室60和液压表面94。作用在液压表面94上的压力的这种降低使得作用于液压表面96的反向力能够克服弹簧84的偏压力，从而驱使针阀元件46向着孔口打开位置运动。

为了关闭孔口72并终止向燃烧室22的燃料喷射，第二致动器50可被激励。尤其是，由于与第二致动器50相关的阀元件被推向阻流位置，因此可以防止来自控制室60的流体排到箱28。因为加压流体经由受限供给通路68持续地供应到控制室60，所以在防止流体经由控制通路64排出时，控制室60内的压力可以迅速地建立。此外，如上所述，可以通过限流装置78上游与下游的燃料之间的压差产生辅助力。控制室60内增大的压力，结合弹簧84的偏压力和由压差产生的辅助力，可以克服作用在液压表面96上的反向力，以迫使针阀元件46向着关闭位置移动。可以设想，如果需要，可以省略第二致动器50，且第一电磁致动器48用来启动针阀元件46的打开和关闭这两种运动。

通过与限流装置相结合地利用针阀引导件，本文公开的燃料喷射器能够精确地输送少量燃料。尤其是，限流装置可以产生环形通道。该环形通道可以通过限制燃料流动而在中心孔上部中的燃料与中心孔下部中的燃料之间产生压差。这种压差可以产生用于使针阀元件偏压到关闭位置的辅助力。针阀引导件可以通过防止针阀元件侧向移动而保持环形通道的尺寸和形状。此外，在打开和关闭过程中，限流装置与中心孔内表面之间的距离可以保持相同。通过保持环形通道的尺寸和形状不变，可以更加精确地控制限流装置上游与下游的燃料之间的压差。对压差的更精确控制可以使由于辅助力过度或不足而导致在关闭针阀元件时发生的操作故障降到最少。

本领域的技术人员将会明白，可以在不背离本发明的范围的情况下对本文公开的燃料系统作出多种修改和变型。通过思考本文中公开的燃料系统的说明和实施，其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书及例子仅用于示例目的，而本发明的确切范围由所附的权利要求及其等同方案表示。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器(32)，包括：

针阀元件(46)；

具有中心孔(58)的喷嘴构件(44)，所述中心孔构造成滑动地接纳所述针阀元件，所述喷嘴构件包括具有恒定内径的突出部；

弹簧(84)，所述弹簧构造成向着关闭位置偏压所述针阀元件；

引导元件(76)，所述引导元件构造成减少所述针阀元件的侧向运动；以及

流体流动限制装置(78)，所述流体流动限制装置构造成限制通过所述针阀元件的流体流动，并在所述流体流动限制装置上游的流体与下游的流体之间产生流体压差，所述引导元件和所述流体流动限制装置仅在所述突出部内滑动。

2.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于，所述引导元件和所述流体流动限制装置定位成形成至少一个环形通道(80)，所述环形通道将流体从所述针阀元件的上部引至所述针阀元件的下部。

3.根据权利要求2的燃料喷射器，其特征在于，所述引导元件和所述流体流动限制装置与所述针阀元件成为一体。

4.根据权利要求3的燃料喷射器，其特征在于，所述中心孔包括位于对应于所述引导元件和所述流体流动限制装置的位置处的突出部(74)，所述突出部的内径小于所述中心孔的其余部分的内径。

5.根据权利要求4的燃料喷射器，其特征在于，所述引导元件与所述流体流动限制装置具有不同的形状。

6.根据权利要求5的燃料喷射器，其特征在于，所述引导元件的横截面形状具有至少一个平的侧边。

7.根据权利要求6的燃料喷射器，其特征在于，所述流体流动限制装置的横截面形状是圆形。

8.一种用于操作燃料喷射器(32)的方法，包括：

提供燃料喷射器，该燃料喷射器包括针阀元件(46)、具有构造成滑动地接纳所述针阀元件的中心孔(58)的喷嘴构件(44)、构造成向着关闭位置偏压所述针阀元件的弹簧(84)、构造成减少所述针阀元件的侧向运动的引导元件(76)、以及构造成限制通过所述针阀元件的流体流动并在所述流体流动限制装置上游的流体与下游的流体之间产生流体压差的流体流动限制装置(78)，其中，所述喷嘴构件包括具有恒定内径的突出部，所述引导元件和所述流体流动限制装置仅在所述突出部内滑动；

引导流体通过针阀元件(46)的中心孔(70)；和

通过引导所述流体通过具有固定容积的至少一个环形通道(80)，限制通过所述中心孔的流体流动。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，对所述流体流动的限制在所述环形通道上游的流体与下游的流体之间产生压差。

10.一种包括动力源(10)和至少一个泵送元件(30)的机械(5)，所述动力源具有至少一个燃烧室(22)，所述泵送元件构造成对燃料加压，其特征在于，所述机械还包括如权利要求1-7中任一项所述的燃料喷射器(32)。

Images