CN102177332A - 用于燃料喷射器和使用该燃料喷射器的燃料系统的冷却特征结构 - Google Patents

用于燃料喷射器和使用该燃料喷射器的燃料系统的冷却特征结构 Download PDF

Info

Publication number
CN102177332A
CN102177332A CN2009801396573A CN200980139657A CN102177332A CN 102177332 A CN102177332 A CN 102177332A CN 2009801396573 A CN2009801396573 A CN 2009801396573A CN 200980139657 A CN200980139657 A CN 200980139657A CN 102177332 A CN102177332 A CN 102177332A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
cooling
rail
injector
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801396573A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102177332B (zh
Inventor
D·常
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN102177332A publication Critical patent/CN102177332A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102177332B publication Critical patent/CN102177332B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/043—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with cooling means other than air cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2700/00—Supplying, feeding or preparing air, fuel, fuel air mixtures or auxiliary fluids for a combustion engine; Use of exhaust gas; Compressors for piston engines
    • F02M2700/07—Nozzles and injectors with controllable fuel supply
    • F02M2700/077—Injectors having cooling or heating means

Abstract

本发明涉及一种用于燃料喷射器(100)的热负荷控制组件，所述燃料喷射器(100)包括轨道入口(14)、冷却入口(16)和燃料排放口(18)。泄漏通路将源自轨道入口(14)的泄漏燃料引导至燃料排放口(18)。冷却通路将源自冷却入口(16)的燃料引导至燃料排放口(18)。采用热负荷控制组件的燃料系统(500)包括单个燃料箱(90)，所述燃料箱(90)将燃料供应至多个燃料喷射器(200)的轨道入口(14)和冷却入口(16)，并收集来自多个燃料喷射器(200)的燃料排放口(18)的燃料。

Description

用于燃料喷射器和使用该燃料喷射器的燃料系统的冷却特征结构
技术领域
本发明总的涉及燃料喷射器，尤其是具有冷却特征结构的燃料喷射器。
背景技术
共轨燃料系统是用于改善柴油发动机的排放和性能的几种柴油发动机燃料系统之一。共轨燃料系统包括共轨，所述共轨供应燃料至多个燃料喷射器。这些燃料喷射器中的至少一部分保持在轨道压力，而燃料喷射器中的另一部分保持在低压力。燃料喷射器的不同部分之间的压差可产生潜在的泄漏通路。
泄漏通路允许燃料从高压区域行进到低压区域。在这些较高燃料压力处发生的任何燃料泄漏往往在泄漏通路附近产生热量，且该热量会传递至喷射器部件。
除了在燃料喷射器内增加压力之外，柴油发动机厂商已采用在任何特定的燃烧阶段期间，向燃烧室内进行燃料的多次喷射，以满足日益苛刻的排放法规。在多数情况下，多次喷射是通过给致动器(即电磁、压电致动器，等)通电来实现的，该致动器在每个燃烧周期内多次控制一个阀的运动。为了完成这些多次致动活动，需要更多的电能。然而，供应给致动器的电能的增加常常导致所产生的热能增加。在采用电磁线圈时这一问题尤为突出，电磁线圈往往在某些温度下易受不确定或退化行为的影响，若燃料喷射器未充分冷却，所述温度可很容易达到。
在早先的技术中已知外部冷却液可用于冷却过热的发动机部件。美国专利第4,553,059号(称为’059专利)为压电致动器的冷却提供了见解，所述压电致动器在压电构件的温度变得高于居里点时可能会退化。在’059专利中，压电构件在喷射活动期间，通过对压电构件的重复通电而经历了温度的升高。’059专利教导了利用外部冷却液，通过允许液体绕致动器流动来冷却压电致动器。
本发明的目的在于克服以上提出的一个或多个问题。
发明内容
一方面，燃料喷射器包括喷射器主体、共轨入口、冷却入口和燃料排放口，所述喷射器主体限定喷嘴出口。泄漏通路将共轨入口流体连接至燃料排放口。冷却通路将冷却入口流体连接至燃料排放口。
另一方面，共轨燃料系统包括多个燃料喷射器。所述多个燃料喷射器的每一个包括共轨入口和冷却入口。共轨流体连接至共轨入口。冷却管线流体连接至冷却入口。共轨燃料系统还包括燃料箱，该燃料箱用于将燃料供应至共轨和冷却管线。
再一方面，一种操作燃料系统的方法包括在第一喷射活动和第二喷射活动期间使相对较少量的燃料通过燃料喷射器的喷嘴出口的步骤。该方法还包括在第一喷射活动和第二喷射活动之间使相对较大量的燃料通过燃料喷射器的排放口的步骤。该方法还包括在第一喷射活动和第二喷射活动之间使泄漏燃料通过燃料排放口。
附图说明
图1是本发明所述的燃料喷射器的正剖视图。
图2是图1所示燃料喷射器的控制阀的放大的正剖视图
图3是燃料系统的示意图，该燃料系统具备多个图1所示的燃料喷射器。
具体实施方式
本发明涉及一种用在燃料喷射器和燃料系统内的冷却特征结构。共轨燃料喷射器包括保持在高压下的部分和保持在低压下的其它部分。高压和低压部分之间的压差允许燃料从高压区域泄漏至低压区域。在这些较高燃料压力处发生的燃料的任何泄漏往往产生热量，且该热量会传递至喷射器部件。当燃料喷射器内压力持续增加超过170MPa，不久之后超过200MPa时，产生大量更多热量，该热量会反过来影响燃料喷射器及其部件的性能。本发明讨论一种冷却特征结构，该冷却特征结构可用在各种产热过多和/或排热不足的燃料喷射器和燃料系统中。
参照附图，图1示出燃料喷射器100，该燃料喷射器100包括喷射器主体11，共轨入口14，冷却入口16和燃料排放口18，所述喷射器主体11限定喷嘴出口62。喷射器主体11还包括喷嘴组件60，控制阀组件40和电磁组件20，该电磁组件20包括衔铁组件/电枢组件21和电磁线圈25。
在本发明中，喷嘴组件60包括喷嘴室66，针阀控制室72和被直接控制的喷嘴阀64，该喷嘴阀64受喷嘴弹簧73偏压。喷嘴阀64可在关闭喷嘴出口62的第一位置和开启喷嘴出口62的第二位置之间移动。喷嘴阀64包括开式液压表面68，该开式液压表面68受到喷嘴室66内的燃料压力。喷嘴室66可经由轨道供应通道35接收通过共轨入口14进入的高压燃料。在本发明中，高压燃料来自共轨，因而喷嘴室66内的压力保持在轨道压力。喷嘴阀64也具有闭式液压表面70，该闭式液压表面70受到针阀控制室72内的燃料压力。
此外再参考附图2，控制阀组件40包括控制阀构件44，该控制阀构件44在上部阀座56和下部阀座57之间移动。第一环形开口58位于上部阀座56的上方，第二环形开口59位于下部阀座57的下方。轨道供应通道35在喷嘴室66和控制阀组件40的第一环形开口58之间延伸。第一限流器36在轨道供应通道35和针阀控制室72之间延伸。阀供应通道33从上部阀座56和下部阀座57之间的区域延伸至第二限流器37，该第二限流器37流体连接至针阀控制室72。第二限流器37的流通面积大于第一限流器36。燃料排放通道34在排放口18和第二环形开口59之间延伸。在图1和2中，由于是以剖视图方式示出，因此，代表燃料排放通道34的虚线可能看上去是不连贯的。实际上，燃料排放通道34将第二环形开口59流体连接至排放口18。
控制阀组件40包括设置在控制阀41内的控制阀构件44和阀导向件52。控制阀构件44具有外表面46，阀导向件52具有内表面54。在控制阀构件44的外表面46和阀导向件52的内表面54之间有导承间隙50(极为夸大地示出)，该导承间隙50允许控制阀构件44在阀导向件52内运动而不会过度磨损。然而，本领域技术人员可以理解，在导向件52的内表面54和控制阀构件44的外表面46之间有窄的导承间隙50，且该导承间隙50沿着控制阀构件44的长度延伸。
喷射器主体10限定空腔12，控制阀组件40设置在该空腔12内。喷射器主体10具有外壳11，所述外壳11具有内表面13，该内表面13包围控制阀组件40。此外，控制阀41具有外表面42，该外表面42与喷射器主体外壳11的内表面13相邻。冷却间隙30将控制阀41的外表面42和喷射器主体外壳11的内表面13分隔开。本领域技术人员可以理解，冷却间隙30可沿着控制阀41的整个长度并且贯通喷射器主体外壳11的内表面13和控制阀41的外表面42之间的距离延伸。
在沿着阀导向件52的某个部位，阀导向件52可限定漏液用环状空间48。该漏液用环状空间48将沿着导承间隙50泄漏的燃料蓄积起来。漏液用环状空间通道49可允许燃料从漏液用环状空间48流至冷却间隙30。漏液用环状空间通道49可以是在控制阀41内钻的孔，或可是由普通的加工方法制成的内部通道。本领域技术人员可以理解，漏液用环状空间48的位置可能影响到燃料和衔铁组件21内的电磁线圈25之间的传热量。泄漏燃料离电磁线圈25越近，线圈25和周围燃料之间的热传递可能越多。因此，本领域技术人员可以在阀导向件52上选择一个位置，该位置离衔铁组件21足够远以抑制泄漏燃料进入衔铁组件21。此外，可以改变漏液用环状空间通道49与冷却间隙30的接合处的位置。在一个实施例中，从导承间隙50泄漏出来、进入漏液用环状空间通道49的燃料可以将冷却间隙30尽可能近地接合到燃料排放口18。从导承间隙50泄漏出来、进入漏液用环状空间通道49的燃料被定义为泄漏燃料。在一个实施例中，泄漏燃料也包括任何通过共轨入口14进入燃料喷射器并且通过燃料排放口18离开燃料喷射器的燃料。
喷射器主体10也包括衔铁组件21，该衔铁组件21还包括设置在衔铁腔26内的衔铁22。衔铁腔26具有冷却入口27，燃料通过该冷却入口27进入衔铁组件21。冷却入口27经由冷却供应通道32连接至冷却入口16。本领域技术人员可以理解，冷却入口16可以设置在燃料喷射器100内的不同位置。冷却供应通道32可以是在喷射器主体10内钻的孔，并可具有一直径，该直径的尺寸允许燃料以不同的期望流速流入燃料喷射器100。
负载螺钉38可设置在喷射器主体10内，并可将燃料喷射器100的部件固定至喷射器主体10，同时承受喷射器主体10内的压力。负载螺钉38可包括至少一个穿过该负载螺钉的负载螺钉孔39，从而允许燃料在喷射器100的不同部分之间行进，包括燃料从衔铁腔26行进到冷却间隙30。
还是参考图1和2，燃料喷射器100还包括燃料排放口18。燃料排放口18流体连接至燃料排放通道34，从而允许燃料从燃料喷射器100内流至燃料排放口18。由于燃料排放口18和燃料排放通道34处于低压，因此从阀导向件52泄漏的高压燃料以及从冷却入口16进入的燃料会向燃料排放口18行进。为简便起见，冷却燃料被定义为是指任何通过冷却入口16进入燃料喷射器100、并且离开燃料排放口18的燃料，而泄漏燃料是指从导承间隙50泄漏出来、进入漏液用环状空间通道49的燃料。然而，本领域技术人员可以理解，在多个工作周期内，冷却燃料和泄漏燃料可能在燃料喷射器100内混合，因此，在燃料喷射器100的实际工作期间冷却燃料和泄漏燃料可能会无法区分。
泄漏通路被定义为泄漏燃料的流动通路，该流动通路从泄漏燃料进入共轨入口14的点开始，且泄漏燃料通过燃料排放口18离开燃料喷射器100。泄漏通路包括由导承间隙50限定的区域，以及由漏液用环状空间48和漏液用环状空间通道49限定的区域。类似地，冷却燃料的流动通路定义为冷却通路。冷却通路是燃料从冷却入口16进入并通过燃料排放口18离开燃料喷射器100的流动通路。冷却通路还包括负载螺钉通道39、冷却间隙30、衔铁腔26以及电磁组件20内部的区域。在一个实施例中，泄漏燃料在离开燃料排放口18前与冷却燃料合并。
本领域技术人员可以认识到，本发明能以许多可能的方式实现。例如，燃料喷射器100可具有多于一个的冷却入口16，而不是具有一个冷却入口16，所述多于一个的冷却入口16在喷射器主体10内的不同位置进入。类似地，燃料喷射器100可具有多于一个的燃料排放口18，且所述排放口也可设置在喷射器主体10内的不同位置。然而，本发明并非意在将发明的范围限定在此处论述的实施例。实际上，本发明意在包括所有落在本发明的精神以内的实施例。
同样参考图3，示出了燃料系统示意图。包括多个燃料喷射器200的燃料系统500包括第一喷射器101和第二喷射器102，其中所述第一和第二燃料喷射器101和102可以是所述多个燃料喷射器200中的任一个。燃料系统500还包括共轨80，该共轨80流体连接至多个相同的燃料喷射器200中的每一个的共轨入口14。冷却管线82可流体连接至多个燃料喷射器200的每一个的冷却入口16。燃料返回管线72可将多个燃料喷射器200中的每一个的燃料排放口18流体连接至燃料箱90。
在本发明的一个不同形式中，冷却管线82可连接至第一燃料喷射器101。第一燃料喷射器101的燃料排放口18可流体连接至第二燃料喷射器102的冷却入口18。类似地，在带有多于两个燃料喷射器100的燃料系统500中，前一个燃料喷射器的燃料排放口18可以流体连接至随后的燃料喷射器的冷却入口16，使得燃料喷射器可连续地排列。
燃料箱90具有至少一个入口88和至少一个出口89。所述至少一个入口88流体连接至多个燃料喷射器200的燃料返回管线86。然而，可以认识到，各个燃料喷射器100可流体连接至燃料箱90的相应的入口88。燃料箱90的出口89流体连接至燃料输送泵92的入口93，该燃料输送泵92将燃料从燃料箱90送至冷却管线82和共轨泵96的入口97。共轨泵96具有出口98，该出口98流体连接至共轨80。
在本发明的一个实施例中，燃料系统500可具有第一过滤器83和第二过滤器84，所述第一过滤器83过滤位于燃料箱90和燃料输送泵92之间的燃料，所述第二过滤器84过滤从燃料输送泵92至冷却管线82和共轨80的燃料。在另一个实施例中，位于燃料返回管线86和燃料箱90之间的压力调节器85可控制燃料的流动。在本发明的另一个实施例中，电子控制器76可与设置在多个燃料喷射器200和燃料箱90之间的温度传感器77通信。电子控制器76可执行冷却控制算法以控制燃料系统500的冷却功能，所述冷却控制算法具有来自温度传感器77的输入信号。
尽管本发明所公开的实施例讨论了共轨燃料喷射器，但包括其它不限于共轨燃料喷射器或共轨燃料系统的实施例仍然落在本发明的范围内。此外，本领域技术人员可以理解，燃料喷射器具有各种形状和形式，而燃料喷射器的不同实施例不应以任何方式限制本发明的范围。所有具有多种喷嘴组件、控制组件和衔铁组件之一的燃料喷射器，包括那些采用或不采用电磁致动器的燃料喷射器，都落在本发明的精神内，因而也落在本发明的预期范围内。
工业适用性
本发明发现了燃料喷射器和燃料系统在任何发动机或机器中的潜在的应用。本发明对于具有在工作期间发热的致动器的燃料喷射器和工作在高压下的燃料喷射器具有普遍的适用性，本发明也对共轨燃料喷射器具有特定的适用性。
本发明针对燃料喷射器和燃料系统，所述燃料系统包括多个燃料喷射器。为清晰起见，本发明就共轨燃料系统的电磁致动式燃料喷射器而言描述该共轨燃料系统。此外，本发明并不限于共轨燃料系统，而是包括了其它燃料系统。类似地，所有类型的燃料喷射器，包括电磁致动式、压电致动式以及凸轮致动式燃料喷射器都落在本发明的范围内。
为了更好地理解本发明的冷却特征结构，对于在一次完整喷射活动期间燃料喷射器的工作的一般理解进行了描述。在喷射活动之前，电磁线圈25处于断电状态。当电磁线圈25断电时，衔铁组件21将控制阀组件40偏压至第一构型，在该第一构型中控制阀构件44位于下部阀座57处。当控制阀组件40处于第一构型中时，第一环形开口58经由轨道供应通道35和阀供应通道33在针阀控制室72和高压喷嘴室66之间建立流体连接。在这种构型中，来自共轨入口14的高压燃料通过轨道供应通道35进入喷嘴室66和控制阀组件40的第一环形开口58。由于控制阀构件44座落于下部阀座57处，因此建立了第一环形开口58和阀供应通道33之间的流体连接。由于阀供应通道33经由第二限流器37流体连接至针阀控制室72，因此高压燃料也从阀供应通道33通入针阀控制室72。此外，来自轨道供应通道35的高压燃料通过第一限流器36通入针阀控制室72。针阀控制室72内的高压燃料作用于喷嘴阀64的闭式液压表面70。施加在闭式液压表面70上的压力与喷嘴弹簧73的预载相加后大于作用在开式液压表面68上的压力，由此将喷嘴阀64向喷嘴出口62偏压，并保持喷嘴出口62关闭。
当控制阀构件44位于下部阀座57处时，在喷嘴室66、压力连通通路35、第一环形开口58、阀供应通道33、第一和第二限流器36和37以及针阀控制室72内存在高压。由于在这些通道内部具有高压，燃料会在燃料喷射器100内部找到其进入低压区域的路径。例如，泄漏燃料可沿阀导向件52和控制阀构件44之间的导承间隙50行进到漏液用环状空间48中，并通过漏液用环状空间通道49进入冷却间隙30。泄漏燃料进入冷却间隙的速率被定义为泄漏速率。这一速率可以通过计算燃料进入冷却入口的流动速率/流速和燃料离开燃料排放口18的流速之间的差来确定。燃料通过冷却入口16进入燃料喷射器100的流速被定义为冷却流速，大约比燃料喷射器100的泄漏速率大一个数量级。术语“大约”指的是：当一个数被四舍五入成为具有有效位数的相似数时，两个数相等。因此0.5和1.4是大约相等的。术语“比......大一个数量级”指的是：数量或单位的值有加1的指数变化。因此，术语“大约比......大一个数量级”指的是：数量或单位的值有加0.5至加1.4的指数变化。因此，例如，假如泄漏速率是1个单位，而冷却速率大约比泄漏速率大一个数量级，则冷却速率可以为从3.2至25.1个单位的任何值。
泄漏燃料从高压区域流至低压区域时产生一些热量。随着轨道压力上升到更高水平且压差增大，则产生更多的热量，且这些热量沿着泄漏通路消散。消散的热量传递至喷射器部件，导致喷射器部件和泄漏燃料的温度上升。
不论电磁线圈25是处于断电状态还是通电状态，来自燃料系统500的冷却管线82的燃料通过冷却入口16进入燃料喷射器100。来自冷却管线82的燃料同样也是进入共轨入口14的燃料(尽管它可能以低压进入)。冷却燃料从冷却入口16行进，通过冷却供应通道32进入衔铁腔26。由于冷却燃料的压力大于位于燃料排放口18的燃料的压力，因而冷却燃料会从较高压区域行进至较低压区域。此外，衔铁腔26可流体连接至电磁组件20，从而允许冷却燃料冷却电磁线圈25周围的区域。
衔铁腔26也可以通过至少一个位于负载螺钉上的负载螺钉孔39流体连接至控制阀41的外表面42。至少一个负载螺钉孔39可以是被钻通的或者带有螺纹，以允许冷却燃料进入到与控制阀41的外表面42接触。由于控制阀组件40设置在由喷射器主体外壳11形成的空腔12的内部，因此冷却燃料进入冷却间隙30。冷却燃料流过冷却间隙30，所述冷却间隙30流体连接至燃料排放通道34。在冷却通路的一部分，冷却燃料流过冷却间隙30。冷却通路的这一部分包括与控制阀41的外表面42的热交换界面。因此，在冷却燃料和控制阀41之间有热交换，由此降低了控制阀41的温度。
在本发明中，漏液用环状空间48允许泄漏燃料流过漏液用环状空间通道49进入冷却间隙30，在冷却间隙30处泄漏燃料与冷却燃料合并。然后，合并的冷却燃料和泄漏燃料一起流入燃料排放通道，并通过燃料排放口18流出燃料喷射器100。离开燃料排放口18的燃料量是供应的冷却燃料和泄漏燃料的组合。
当电磁线圈25通电时，衔铁组件20不再对控制阀组件40施加力，控制阀组件40向第二构型运动。在电磁线圈25再次断电之前，控制阀组件40保持在这一构型。喷射活动开始于电磁线圈25自断电状态通电之时，并结束于电磁线圈25自通电状态断电之时。线圈25通电后，控制阀构件44运动并变成座落在高压阀座56处，阻断了经过第一环形开口58的流体连接。第二环形开口59打开，且第二环形开口59经由阀供应通道33将针阀控制室72流体连接至燃料排放通道34。由于燃料排放通道34所处的压力低于轨道压力，因此压差允许处于针阀控制室72内的高压的燃料流过第二限流器37和阀供应通道33并经由第二环形开口59进入燃料排放通道34。第二限流器37的流速大于第一限流器36的流速。因此，与能够经由第一限流器36进入针阀控制室72的燃料相比，更多的燃料能够经由第二限流器37离开针阀控制室72。由此，随着更多燃料离开针阀控制室72，针阀控制室72内的压力变低。随着针阀控制室72内的压力下降，作用在闭式液压表面70的压力也下降。最终，作用在开式液压表面68的压力超过了作用在闭式液压表面70的压力与喷嘴弹簧73的预载的合力，致使被直接控制的喷嘴阀64从喷嘴出口62移开。现在喷嘴出口62开启，少量燃料通过喷嘴出口62。与相对较大的通过燃料排放口18的燃料量相比，通过喷嘴出口62的燃料量相对较小。
由于在喷射活动期间和各喷射活动之间冷却燃料可以通过冷却管线82，因此可能经常有相对较大量的燃料离开燃料排放口18。在本发明的一个实施例中，当电磁线圈25断电时，或换言之在各喷射活动之间，冷却燃料可受控流过冷却入口16。类似地，在各喷射活动之间泄漏燃料流动，并也可在喷射活动期间流动。
在本发明的一个实施例中，相对较少量的燃料可在第一喷射活动和第二喷射活动期间流过喷嘴出口62。在第一和第二喷射活动之间，喷嘴出口62关闭，且燃料喷射器100内部存在高压。固有地，位于控制阀构件44周围的一些燃料可首先漏入漏液用环状空间48，并沿着漏液用环状空间通道49漏向排放口18。因此，在第一和第二喷射活动之间的时间内，相对较大量的燃料以及泄漏燃料可流过燃料喷射器100的燃料排放口18。此外，在第一和第二喷射活动期间以及第一和第二喷射活动之间，泄漏燃料有可能通过导承间隙50直至到达漏液用环状空间48。由于在第一和第二喷射活动期间和之间都有泄漏燃料通过导承间隙50，这些泄漏燃料连同冷却燃料——这是相对较大量的燃料——可在第一和第二喷射活动期间和之间这两种情况下都流过燃料排放口18。
参考图3所示的燃料系统，燃料系统500包括燃料箱90，所述燃料箱90容纳有燃料，所述燃料供应至燃料系统500内多个燃料喷射器200中的每一个的共轨入口14和冷却入口16。来自燃料箱90的燃料被燃料输送泵92泵送至冷却管线82和共轨燃料泵96的入口97。燃料流过燃料箱90的出口89进入燃料输送泵92的入口93，这一过程可以是被动控制的。来自燃料输送泵92的出口94的燃料在进入多个燃料喷射器200之前可经过一系列过滤器83和84，从而除去任何可能影响燃料喷射器100的性能的颗粒物。燃料输送泵92的出口94可连接至冷却管线82和共轨压力泵96的入口97，该共轨压力泵96可由电子控制器76控制。然后燃料以轨道压力进入共轨80并通过相应的共轨入口14流入各个燃料喷射器100。来自冷却管线82的燃料通过它们相应的冷却入口16流入燃料喷射器100。在每次发动机循环期间，即使在喷射活动期间冷却管线82保持关闭，相对较少量的燃料通过喷嘴出口62被喷射，而相对较大量的燃料离开燃料排放口18并经由燃料返回管线86回到燃料箱90。在各喷射活动之间的时间内，没有燃料通过燃料喷射器100的喷嘴出口62被喷射，但相对较大量的燃料继续离开各自的燃料排放口18并经由燃料返回管线86回到燃料箱90。压力调节器85可沿着燃料返回管线86设置，从而调节燃料的流动循环/回路。
本领域技术人员可以理解本发明的范围，并认识到该范围不限于在此描述的实施例。因此，对燃料系统所作的改变，以及对于控制燃料在燃料系统500内流动的部件的添加或去除，都落在本发明的范围内。例如，在一个实施例中，可以采用构造成执行冷却控制算法的发动机控制器。温度传感器77可用于向冷却控制算法提供关于燃料喷射器内部温度的信息。如果温度高于预定的高温标记，则冷却控制算法可向燃料输送泵92发送信号以提高进入燃料喷射器的冷却流速。类似地，如果温度低于预定的低温标记，则冷却控制算法可向燃料输送泵92发送信号以降低燃料系统500的冷却流速。在另一个实施例中，当发动机速度增大时冷却流速可以增大。电子控制器76可通过确定发动机速度并相应调节冷却流速来控制冷却流速。此外，背压调节器85也可调节燃料的流动。冷却管线82可在轨道压力下被供以燃料，或者进入冷却管线82的燃料可流过降压泵以降低冷却管线82内的压力。此外，每个喷射器100的燃料排放口18可流体连接至冷却管线82或直接连接至燃料箱90。在本发明的精神以内的所有其它实施例都落在本发明的范围内。
应该理解，前文的描述仅用于说明的目的，并非意在以任何形式限定本发明的范围。因此，本领域技术人员应认识到，本发明的其它形式可从对附图、说明和所附的权利要求书的研究得出。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器(100)，该燃料喷射器(100)包括：
限定喷嘴出口(62)的喷射器主体(10)，共轨入口(14)，冷却入口(16)以及燃料排放口(18)；
泄漏通路，所述泄漏通路将所述共轨入口(14)流体连接至所述燃料排放口(18)；以及
冷却通路，所述冷却通路将所述冷却入口(16)流体连接至所述燃料排放口(18)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(100)，其特征在于，所述喷射器主体(10)包括：
喷射器主体外壳(11)；
控制阀(41)，所述控制阀(41)具有被包围在所述喷射器主体外壳(11)内的外表面(42)和可滑动地设置在阀导向件(52)内的阀构件(44)；
所述泄漏通路包括导承间隙(50)，所述导承间隙(50)限定在所述阀构件(44)的外表面(46)与所述阀导向件(52)的内表面(54)之间；并且
所述冷却通路包括与所述控制阀(41)的外表面(42)的热交换界面。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射器(100)，其特征在于，所述控制阀(41)还包括：
位于所述阀导向件(52)上的漏液用环状空间(48)；
限定在所述控制阀(41)内的漏液用环状空间通道(49)；并且
所述泄漏通路包括热交换界面，所述热交换界面在所述漏液用环状空间(48)与所述控制阀(41)之间以及所述漏液用环状空间通道(49)与所述控制阀(41)之间。
4.根据权利要求2所述的燃料喷射器(100)，其特征在于，还包括：
设置在所述喷射器主体外壳(11)内的衔铁腔(26)；
被直接控制的喷嘴阀(64)，所述被直接控制的喷嘴阀(64)能在关闭所述喷嘴出口(62)的第一位置和开启所述喷嘴出口(62)的第二位置之间移动；
所述被直接控制的喷嘴阀(64)包括开式液压表面(68)和闭式液压表面(70)，所述开式液压表面(68)受到喷嘴室(66)内的流体压力，所述闭式液压表面(70)受到针阀控制室(72)内的流体压力；
限定在所述外壳(11)的内表面(13)与所述控制阀(41)的外表面(42)之间的冷却间隙(30)；并且
所述冷却通路包括所述衔铁腔(26)和所述冷却间隙(30)。
5.一种共轨燃料系统(500)，所述共轨燃料系统(500)包括：
多个燃料喷射器(200)，所述多个燃料喷射器(200)的每一个包括共轨入口(14)和冷却入口(16)；
共轨(80)，所述共轨(80)流体连接至所述共轨入口(14)；
冷却管线(82)，所述冷却管线(82)流体连接至所述冷却入口(16)；以及
燃料箱(90)，所述燃料箱(90)用于向所述共轨(80)和所述冷却管线(82)供应燃料。
6.根据权利要求5所述的共轨燃料系统(500)，其特征在于，还包括：
燃料返回管线(86)，所述燃料返回管线(86)将所述燃料排放口(18)流体连接至所述燃料箱(90)；以及
燃料输送泵(92)，所述燃料输送泵(92)具有入口(93)和出口(94)，所述入口(93)流体连接至所述燃料箱(90)，所述出口(94)流体连接至所述冷却管线(82)和共轨泵(96)的入口(97)；
所述共轨泵(96)具有流体连接至共轨(80)的出口(98)；
燃料输送泵(92)，所述燃料输送泵(92)用于使燃料从燃料箱(90)运动至所述冷却管线(82)和共轨泵(96)的入口(97)；
所述共轨泵(96)用于将来自所述共轨泵(96)的入口(97)的高压燃料供应至所述共轨(80)；
电子控制器(76)；
温度传感器(77)，所述温度传感器(77)设置在所述多个燃料喷射器(200)与所述燃料箱(90)之间，并与所述电子控制器(76)通信；并且
所述电子控制器(76)构造成执行冷却控制算法。
7.根据权利要求5所述的共轨燃料系统(500)，其特征在于，
所述冷却管线(82)具有冷却流速；
所述燃料喷射器(100)具有泄漏速率；
所述冷却流速大约比所述泄漏速率大一个数量级；
所述燃料喷射器(100)包括：喷射器主体外壳(11)；
燃料排放口(18)；
泄漏通路，所述泄漏通路将所述共轨入口(14)流体连接至所述燃料排放口(18)；
冷却通路，所述冷却通路将所述冷却入口(16)流体连接至所述燃料排放口(18)；
控制阀(41)，所述控制阀(41)具有被包围在所述喷射器主体外壳(11)内的外表面(42)；并且
所述冷却通路的一部分包括与所述控制阀(41)的外表面(42)的热交换界面。
8.一种操作燃料系统(500)的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一喷射活动和第二喷射活动期间，使相对较少量的燃料通过燃料喷射器(100)的喷嘴出口(62)；
在所述第一喷射活动和所述第二喷射活动之间，使相对较大量的燃料通过所述燃料喷射器(100)的燃料排放口(18)；
在所述第一喷射活动和所述第二喷射活动之间，使泄漏燃料通过所述燃料排放口(18)。
9.根据权利要求8所述的操作燃料系统(500)的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述第一喷射活动和所述第二喷射活动之间以及在所述第一喷射活动和所述第二喷射活动期间，使泄漏燃料通过导承间隙(50)；以及
在所述第一喷射活动和所述第二喷射活动之间以及在所述第一喷射活动和所述第二喷射活动期间，使所述泄漏燃料与所述相对较大量的燃料的组合通过所述燃料排放口(18)。
10.根据权利要求8所述的操作燃料系统(500)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
使所述泄漏燃料与所述相对较大量的燃料的组合从所述燃料排放口(18)运动至燃料箱(90)；
使所述泄漏燃料、所述相对较少量的燃料和所述相对较大量的燃料的组合从所述燃料箱(90)通过所述共轨(80)和所述冷却管线(82)运动至所述燃料排放口(18)。
CN200980139657.3A 2008-10-07 2009-09-30 用于燃料喷射器和使用该燃料喷射器的燃料系统的冷却特征结构 Expired - Fee Related CN102177332B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/287,248 2008-10-07
US12/287,248 US7849836B2 (en) 2008-10-07 2008-10-07 Cooling feature for fuel injector and fuel system using same
PCT/US2009/058954 WO2010042359A2 (en) 2008-10-07 2009-09-30 Cooling feature for fuel injector and fuel system using same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102177332A true CN102177332A (zh) 2011-09-07
CN102177332B CN102177332B (zh) 2014-09-10

Family

ID=42075013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980139657.3A Expired - Fee Related CN102177332B (zh) 2008-10-07 2009-09-30 用于燃料喷射器和使用该燃料喷射器的燃料系统的冷却特征结构

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7849836B2 (zh)
CN (1) CN102177332B (zh)
DE (1) DE112009002378T5 (zh)
WO (1) WO2010042359A2 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102086827A (zh) * 2009-12-03 2011-06-08 卡特彼勒公司 具有热负载控制的流体喷射器
CN104564464A (zh) * 2014-11-26 2015-04-29 中国北方发动机研究所(天津) 一种带冷却电磁阀结构的高压共轨喷油器
CN105840289A (zh) * 2016-03-24 2016-08-10 中国北方发动机研究所(天津) 一种共轨喷油器冷却系统
CN109863293A (zh) * 2016-10-12 2019-06-07 世倍特集团有限责任公司 具有液压止挡的燃料喷射器的运行

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7849836B2 (en) * 2008-10-07 2010-12-14 Caterpillar Inc Cooling feature for fuel injector and fuel system using same
US8517284B2 (en) 2009-05-13 2013-08-27 Caterpillar Inc. System and method for internal cooling of a fuel injector
DE102009028023A1 (de) * 2009-07-27 2011-02-03 Robert Bosch Gmbh Hochdruck-Einspritzsystem mit Kraftstoffkühlung aus Niederdruckbereich
US8434457B2 (en) * 2010-06-29 2013-05-07 Caterpillar Inc. System and method for cooling fuel injectors
US8480009B2 (en) * 2010-07-30 2013-07-09 Caterpillar Inc. Large bore fuel system and fuel injector for same
DE102010040381A1 (de) * 2010-09-08 2012-03-08 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffinjektor und Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem Kraftstoffinjektor
US8881995B2 (en) * 2010-09-29 2014-11-11 Delavan Inc Carbon contamination resistant pressure atomizing nozzles
KR101294395B1 (ko) 2011-11-15 2013-08-08 현대자동차주식회사 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법
AT512422B1 (de) * 2012-02-07 2016-01-15 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine
DE102012101293B4 (de) * 2012-02-17 2017-12-07 L'orange Gmbh Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Schwerölmotoren
JP5706850B2 (ja) * 2012-05-21 2015-04-22 株式会社丸山製作所 往復動ポンプ
KR20130140383A (ko) * 2012-06-14 2013-12-24 현대자동차주식회사 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법
US20140054394A1 (en) * 2012-08-27 2014-02-27 Continental Automotive Systems Us, Inc. Reductant delivery unit for automotive selective catalytic reduction systems - active cooling
DE102015205668B3 (de) 2015-03-30 2016-02-04 Ford Global Technologies, Llc Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE102015205669A1 (de) 2015-03-30 2016-10-06 Ford Global Technologies, Llc Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE202015101915U1 (de) 2015-03-30 2015-05-06 Ford Global Technologies, Llc Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
US10605212B2 (en) * 2015-08-04 2020-03-31 Westport Power Inc. Multi-fuel rail apparatus
US9897053B2 (en) 2015-08-12 2018-02-20 Cummins Inc. Fuel cooled injector tip
WO2018032030A1 (en) * 2016-08-15 2018-02-22 Yong Zhang Invention on improving an engines efficiency by heat preservation, and engines employing this invention
US9976527B1 (en) 2017-01-13 2018-05-22 Caterpillar Inc. Fuel injector assembly having sleeve for directing fuel flow
JP7180549B2 (ja) * 2019-06-19 2022-11-30 株式会社デンソー 流体噴射装置

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4312316A (en) 1979-04-07 1982-01-26 Lucas Industries Limited Fuel injection pumping apparatus
US4420116A (en) * 1981-12-31 1983-12-13 Cummins Engine Company, Inc. Unit injector employing hydraulically controlled timing and fuel shut off
JPS60104762A (ja) 1983-11-10 1985-06-10 Nippon Soken Inc 電歪式アクチュエータ及びそれを用いた燃料噴射弁
US5076236A (en) * 1990-03-19 1991-12-31 Cummins Engine Company, Inc. Fuel cutoff for better transient control
US5168855A (en) * 1991-10-11 1992-12-08 Caterpillar Inc. Hydraulically-actuated fuel injection system having Helmholtz resonance controlling device
US5191867A (en) * 1991-10-11 1993-03-09 Caterpillar Inc. Hydraulically-actuated electronically-controlled unit injector fuel system having variable control of actuating fluid pressure
US5217085A (en) 1992-05-04 1993-06-08 Ford Motor Company Lubrication and cooling system for a powertrain including an electric motor
JP3285159B2 (ja) 1992-07-31 2002-05-27 ソニー株式会社 ギルバート増幅回路
US5299738A (en) * 1992-09-16 1994-04-05 Cummins Engine Company, Inc. High pressure fuel injector with cushioned plunger stop
JP2580517Y2 (ja) * 1992-12-28 1998-09-10 いすゞ自動車株式会社 冷却装置付き燃料噴射ノズル
US5445323A (en) * 1993-08-23 1995-08-29 Cummins Engine Company, Inc. High pressure fuel injector including a trapped volume spill port
US5524825A (en) 1993-09-28 1996-06-11 Zexel Corporation Unit type fuel injector for internal combustion engines
JPH08200183A (ja) 1995-01-23 1996-08-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の燃料噴射弁
GB9508623D0 (en) * 1995-04-28 1995-06-14 Lucas Ind Plc "Fuel injection nozzle"
DE19629589B4 (de) 1996-07-23 2007-08-30 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil
JP3834918B2 (ja) * 1997-03-04 2006-10-18 いすゞ自動車株式会社 エンジンの燃料噴射方法及びその装置
US6167869B1 (en) 1997-11-03 2001-01-02 Caterpillar Inc. Fuel injector utilizing a multiple current level solenoid
JP3886697B2 (ja) 1999-04-27 2007-02-28 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 駆動装置
US6168091B1 (en) * 1999-08-12 2001-01-02 Caterpillar Inc. Low noise electronically actuated oil valve and fuel injector using same
US6279842B1 (en) * 2000-02-29 2001-08-28 Rodi Power Systems, Inc. Magnetostrictively actuated fuel injector
US6343587B1 (en) 2000-06-28 2002-02-05 Siemens Automotive Corporation Fuel injector armature permitting fluid and vapor flow
US6651953B2 (en) 2000-08-08 2003-11-25 Siemens Automotive Inc. Fuel tank pressure control valve including an in-line flow-through construction
DE10053596A1 (de) 2000-10-28 2002-05-02 Daimler Chrysler Ag Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes
US6354271B1 (en) * 2000-12-11 2002-03-12 Caterpillar Inc. Hydraulically-actuated fuel injector with enhanced peak injection pressure and stepped top intensifier
US20030085308A1 (en) 2001-11-08 2003-05-08 Parrish Scott E. Two-piece flow-homogenizing fuel injection nozzle and system and method incorporating same
US7331329B2 (en) * 2002-07-15 2008-02-19 Caterpillar Inc. Fuel injector with directly controlled highly efficient nozzle assembly and fuel system using same
US6749129B2 (en) * 2002-07-31 2004-06-15 Caterpillar Inc Directly controlled fuel injector with sealing against fluid mixing
CA2405350C (en) * 2002-09-26 2004-08-10 S. Michael Baker Liquid cooled fuel injection valve and method of operating a liquid cooled fuel injection valve
JP3891348B2 (ja) 2002-12-27 2007-03-14 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動駆動装置
US7021558B2 (en) * 2003-04-25 2006-04-04 Cummins Inc. Fuel injector having a cooled lower nozzle body
US7128032B2 (en) 2004-03-26 2006-10-31 Bose Corporation Electromagnetic actuator and control
AT500773B8 (de) * 2004-08-24 2007-02-15 Bosch Gmbh Robert Einspritzdüse für brennkraftmaschinen
CN100439700C (zh) 2004-12-08 2008-12-03 浙江飞亚电子有限公司 一种集成式供油单元
US20080295806A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Caterpillar Inc. Heat conducting sleeve for a fuel injector
US8056537B2 (en) * 2008-09-26 2011-11-15 Caterpillar Inc. Engine having fuel injector with actuator cooling system and method
US7849836B2 (en) * 2008-10-07 2010-12-14 Caterpillar Inc Cooling feature for fuel injector and fuel system using same
US8074903B2 (en) * 2009-01-13 2011-12-13 Caterpillar Inc. Stator assembly and fuel injector using same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102086827A (zh) * 2009-12-03 2011-06-08 卡特彼勒公司 具有热负载控制的流体喷射器
CN102086827B (zh) * 2009-12-03 2015-04-08 卡特彼勒公司 具有热负载控制的流体喷射器
CN104564464A (zh) * 2014-11-26 2015-04-29 中国北方发动机研究所(天津) 一种带冷却电磁阀结构的高压共轨喷油器
CN105840289A (zh) * 2016-03-24 2016-08-10 中国北方发动机研究所(天津) 一种共轨喷油器冷却系统
CN109863293A (zh) * 2016-10-12 2019-06-07 世倍特集团有限责任公司 具有液压止挡的燃料喷射器的运行
US11168634B2 (en) 2016-10-12 2021-11-09 Vitesco Technologies GmbH Operation of a fuel injector with hydraulic stopping

Also Published As

Publication number Publication date
US7849836B2 (en) 2010-12-14
US20110056464A1 (en) 2011-03-10
US20100084489A1 (en) 2010-04-08
WO2010042359A3 (en) 2010-07-08
CN102177332B (zh) 2014-09-10
DE112009002378T5 (de) 2012-01-19
WO2010042359A2 (en) 2010-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102177332B (zh) 用于燃料喷射器和使用该燃料喷射器的燃料系统的冷却特征结构
CN100510382C (zh) 内燃机的喷油嘴
EP1546543B1 (en) Liquid cooled fuel injection valve and method of operating a liquid cooled fuel injection valve
CN102251826B (zh) 发动机的机油供给系统
JP5539525B2 (ja) 航空エンジンのための燃料供給回路
US8434457B2 (en) System and method for cooling fuel injectors
US8517284B2 (en) System and method for internal cooling of a fuel injector
US8480009B2 (en) Large bore fuel system and fuel injector for same
CN101506515A (zh) 具有不同开启压力的多级减压阀
CN103047398B (zh) 用于变速器的温度管理系统
CN101965449A (zh) 一种将燃料喷入内燃机的燃烧室中的方法及装置
JP2008510915A (ja) 噴射弁用の制御弁
CN104364497A (zh) 涡轮引擎中的流体回路
WO2014048605A1 (en) Fuel injector
CN109416007B (zh) 用于燃料喷射器的喷嘴体
EP2724002B1 (en) Fluid flow control device for internal combustion piston engine
US10774726B2 (en) Valve for adjusting a cooling fluid flow for piston cooling
US20190170065A1 (en) Hydraulic and pneumatic control circuit having a fuel/air heat exchanger for a turbojet
CN110325728B (zh) 燃料喷射器
KR101766518B1 (ko) 내연 피스톤 엔진을 위한 배열체 및 내연 피스톤 엔진
JPH0988756A (ja) 燃料噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140910

Termination date: 20170930