CN103069149B - 带有喷射器安装与冷却布置的发动机 - Google Patents

Abstract

提供一种内燃机，包括具有喷射器本体的喷射器，喷射器本体包括具有环形外表面的喷嘴组件。气缸盖包括下密封部以及用于容纳喷射器的喷射器安装孔。发动机还包括发动机冷却剂通道，其被形成在所述气缸盖内以接收发动机冷却剂，从而从所述气缸盖除热。所述发动机冷却剂通道通入所述安装孔并与其流体连通，从而导致所述冷却通道内的冷却剂接触所述喷嘴组件的所述环形外表面。下密封件被定位在所述下密封部和所述喷嘴组件之间以形成流体密封。

Description

带有喷射器安装与冷却布置的发动机

技术领域

本发明涉及一种用于将高压燃料喷入发动机气缸的燃料喷射器，以及具有用于在操作期间冷却该喷射器的冷却布置的发动机。

背景技术

内燃机通常均包括需要通过发动机冷却剂带走多余热量而进行冷却的发动机本体，例如发动机体和发动机盖。许多发动机还包括燃料喷射器，所述燃料喷射器安装在各自的喷射器安装孔内并包括用于将燃料喷入发动机气缸内以用于燃烧的喷嘴组件。包括喷嘴组件的燃料喷射器暴露在非常高的温度下，所以需要进行冷却。发动机冷却剂和在发动机气缸盖内的喷射器附近的喷射燃料的物理分离在制造/组装方面遇到挑战，并可能增加可靠性问题。

发明内容

本发明提供一种包括喷射器的内燃机，喷射器包括具有外表面的喷射器保持器和定位在喷射器保持器内的喷嘴组件。气缸盖包括上密封部、下密封部以及用于容纳所述喷射器的喷射器安装孔。上密封件被定位在上密封部和喷射器保持器之间以形成流体密封。发动机冷却剂通道形成在气缸盖内以接收发动机冷却剂，从而从气缸盖带走热量。发动机冷却剂通道通入安装孔并与其流体连通，从而导致冷却剂通道中的冷却剂接触喷射器保持器的外表面。下密封件被定位在下密封部和喷射器保持器之间以形成流体密封。

本发明还涉及一种包括喷射器的内燃机，喷射器包括容纳用于喷入发动机内的燃料的喷射器本体，其中喷射器本体包括喷射器支撑件和被定位在该喷射器支撑件内的喷嘴组件。该喷射器支撑件包括环形外表面和面对喷嘴组件的环形内表面。气缸盖包括下密封部和用于容纳喷射器的喷射器安装孔。发动机冷却剂通道形成在气缸盖内以接收发动机冷却剂从而从气缸盖带走热量。发动机冷却剂通道通入安装孔并与其流体连通，从而导致冷却剂通道中的冷却剂接触喷射器支撑件的环形外表面。

通过结合附图对示范实施例的下述详细说明，本发明实施例的优点和特征将变得更明显。

附图说明

图1是现有技术中喷射器的下部的部分剖视图，示出了围绕喷射器的气缸盖浇铸部分和与喷射器间隔并且分开的浇铸式发动机冷却剂通道；

图2是现有技术中喷射器的下部的部分剖视图，示出了用于容纳喷射器并防止冷却剂与喷射器接触的压入式套管；

图3是本发明的示范实施例的喷射器下部和喷射器安装与冷却布置的部分剖视图；

图4是本发明另一个示范实施例的喷射器下部和喷射器安装与冷却布置的部分剖视图；

图5是温度与离开喷嘴末端的距离的图形，示出了喷嘴末端温度。

具体实施方式

申请人意识到，在喷射器喷嘴周围的燃料与冷却剂分离的常规方法会降低喷嘴到冷却剂的热传递效率，从而导致运行中喷嘴末端温度升高。期望具有降低的喷嘴温度，以有利于减少喷射孔结焦、喷嘴碳化以及喷嘴空穴化。通过使发动机冷却剂与喷射器喷嘴组件直接物理接触，本发明的布置能增强对喷嘴组件的冷却，因此提高了可靠性，同时也简化了制造程序。本发明的布置还避免了对于发动机气缸盖中的能分离喷射器喷嘴周围的冷却剂和燃料的结构或附加部件的需求。

图1示出了常规喷射器组件的例子，包括被定位在发动机主体(即，气缸盖13)内的安装孔11中的喷射器本体10。喷射器本体10包括筒管12和喷射器喷嘴组件14，喷射器喷嘴组件包括被用于将喷射器喷嘴组件14连接到筒管12的保持器16。冷却通道22浇注在气缸盖13内、围绕喷嘴组件14并且位于在安装孔和排出口之间。该设计使发动机冷却剂能在喷嘴组件附近流动、但通过发动机主体/气缸盖与喷射器隔开，因此冷却剂不会直接接触喷射器本体(即，保持器16)的外表面。

图2示出了类似于图1的常规组件的另一种常规喷射器组件的例子，不同之处在于，与喷射器分离的压入套管24在喷射器被插入之前先被插入安装孔内。套管24的内端与气缸盖的形成安装孔的内环形壁形成过盈配合，从而形成流体密封，同时套管24的外端包括与气缸盖接合的密封。通过这种方式，形成在气缸盖内的冷却剂通道26与直接包围喷嘴组件14的空间流体隔离，而不是通入所述空间中。因此，发动机冷却剂被允许接触定位成与喷射器具有隔开距离的套管24外侧，但是不允许冷却剂接触喷嘴组件14(即，保持器)，所以允许压入套管的内侧的燃料位于保持器和套管之间。但是，这种压入套管可能发生泄漏，并导致燃料至冷却剂的污染。图1或图2中示出的例子都不能使得喷射器喷嘴被发动机冷却剂有效冷却，这是因为从喷嘴到发动机冷却剂的热传递路径是间接的和低效的。

图3和图4示出了本发明的布置的示范实施例的例子，所述布置包括发动机本体50(即，气缸盖)，其中形成有安装孔52，以及被定位在安装孔52内的燃料喷射器组件54。图3和图4中相同的附图标记表示相同或相似的特征。冷却剂通道56形成在气缸盖50中，优选围绕安装孔52环形地延伸，从而通入安装孔52并与其流体连通。冷却剂通道56从安装孔52横向向外地以及沿安装孔52轴向地延伸，从而形成用于接收发动机冷却剂并引导冷却剂围绕燃料喷射器组件54的一容积。

在该示范实施例中，燃料喷射器组件54包括喷射器本体60，所述喷射器本体包括喷射器筒管62和喷嘴组件64，喷嘴组件包括保持到喷射器本体的其他部分上的保持器66。在该示范实施例中，保持器66与筒管62螺纹式地接合，从而通过保持器66和筒管62简单的相对转动以压缩抵接关系保持喷嘴组件64和筒管62。虽然只有图4示出了喷嘴组件64和筒管62的细节，但是同样的特征也可存在于图3的实施例中。在图4的示范实施例中，喷射器组件54还包括燃料传输回路68，其用于输送燃料通过喷射器腔然后到达形成于喷嘴壳体64上的多个喷射器孔28，以将燃料喷入发动机(未示出)燃烧室内。喷嘴组件64包括喷嘴壳体65、中间膛孔67、以及喷嘴阀元件72，所述喷嘴阀元件72被往复式地安装在喷射器腔中并伸入中间膛孔67中，用于打开和关闭喷射器孔28从而控制进入发动机燃烧室的喷射燃料流。具体地，喷嘴阀元件72可在打开位置和关闭位置之间运动，在打开位置中，燃料流过喷射器孔28进入燃烧室，在关闭位置中，喷嘴阀元件72的内端被定位成以密封的方式抵靠在形成于喷嘴壳体64上的阀座上，从而阻止燃料流过喷射器孔28。

喷嘴组件64(即，喷射器保持器66)在一侧(外表面73)与发动接冷却剂直接接触，在另一侧(内表面75)与喷嘴组件和燃料中的至少一个直接接触，因此提供从喷嘴组件64到冷却剂通道56中发动机冷却剂的直接热传递路径。而且，喷嘴壳体的靠近筒管62定位的外侧远端也被沿着喷射器的纵向轴线轴向地定位在上密封件76和下密封件80、82之间，从而在喷嘴组件的大部分区域上提供冷却剂。

这种无套管的喷射器安装与冷却布置不需要高成本和有挑战性的压入式套管和/或围绕喷射器安装孔并与喷射器安装孔隔开的浇注冷却通道。发动机的气缸盖50包括完全围绕也形成在气缸盖内的喷射器安装孔52环形延伸并通入所述喷射器安装孔52中的发动机冷却剂通道56。组装好的燃料喷射器组件54，连同附接(螺纹式接合)于喷射器筒管62从而连接所述筒管和喷嘴组件的喷嘴组件64的喷射器保持器66，被插入喷射器安装孔52内。形成所述安装孔52一部分的气缸盖50包括上密封部74，所述上密封部相对于喷嘴组件64(即，保持器66)的外表面73确定大小从而形成过盈配合。上密封件76被定位在该过盈配合处，从而产生流体密封。气缸盖50还包括下密封部(即环形台78)，借助喷嘴组件64(即，保持器66)，由未示出的喷射器安装系统所产生的轴向喷射器安装作用力被施加在该下密封部上。如图3所示，下密封件80被安装在保持器66的下远端部和环形台78之间，从而流体密封安装孔52的下端。发动机冷却剂通道56是安装孔的延续，并且径向向外延伸，所以没有气缸盖部分阻止冷却剂在喷嘴组件(即，保持器)的大部分外表面区域上流动。喷嘴组件的在上下密封件之间的基本上整个外表面(即，至少80％)都暴露并与冷却剂接触，所以增强了喷射器喷嘴组件的冷却。冷却剂通道和安装孔的形状允许冷却剂接触下密封件80的外环部和保持器66的横向远端面，从而进一步增强冷却。因此，安装孔沿保持器密封第一位置和第二位置，同时冷却剂在邻近喷射器喷嘴组件的密封件之间的区域中冲击保持器。

图4的实施例与图3的实施例区别在于，剖面是沿不同平面剖切的所以示出了冷却剂通道的更多部分，并且下密封件80被具有凸缘密封部84和沿喷嘴壳体65的部分的内端延伸的环形冷却套管部86的整体密封冷却套管82取代。所述凸缘密封部84被定位在保持器66和气缸盖之间从而形成密封。

在替代实施例中，保持器可以和喷嘴壳体65整体形成单件部件。保持器还可以在轴向上比本文公开的更短，无论是整体形成还是作为分离部件，所以冷却剂直接接触喷嘴壳体65的外部环形表面，同时下密封80被定位在喷嘴壳体65和气缸盖之间。

虽然本发明的喷射器安装与冷却布置在本文中是结合图4所示的关闭的喷嘴喷射器组件进行描述的，所述喷嘴喷射器组件具有一组特定燃料通道以给喷射器孔输送燃料以及特定形状喷嘴阀元件，但是本布置可以用于任何类型的具有暴露在高温下并安装在发动机主体的安装孔内的喷嘴组件的喷射器。所述喷射器由任意类型的致动器(比如螺线管式、压电式致动器等等)操作，且可以被直接地、伺服地或其他形式地致动。喷嘴阀元件可以被完全地定位在喷嘴组件内或向外延伸到喷射器的其他部分内。例如，典型的喷射器可以包括美国专利6,837,221和7,334,741中所披露的，这两篇文献的所有内容通过引用纳入本文。

热力有限元分析显示，在柴油发动机应用中喷嘴末端温度比图1和图2的常规带套管方案可降低60-70℃。流体分隔件(如图1所示)或套管(如图2所示)的省略还可以降低发动机成本。具体地，参见图5，热力分析显示本发明的无套管喷射器布置相比图1和2的常规设计来说提供了增强的冷却。另外，当与图4所示的喷嘴冷却套管组合使用时，甚至可能获得进一步的温度下降。

发动机功率密度根据立法者和消费者需求处于上升的趋势。发动机部件(比如燃料喷射器)上的热负载通常会随着发动机功率密度一起增加。喷射器喷嘴末端温度可能增加超过材料极限，而且高的末端温度可能带来不想要的效果，比如碳化或积炭。通过有效地控制喷嘴温度，与本发明一致的实施例基本消除了喷嘴温度对发动机功率密度的限制，从而获得一种改良的发动机产品。

虽然已经示出和描述了根据本发明的多个实施例，但是应当明白，本发明不限于这些实施例。本领域技术人员可以对本发明进行改变、改动和其他应用。

Claims (20)

1.一种内燃式发动机，所述发动机包括：

喷射器，所述喷射器包括具有外表面的喷嘴组件；

气缸盖，所述气缸盖包括上密封部、下密封部以及用于容纳所述喷射器的喷射器安装孔；

上密封件，所述上密封件被定位在所述上密封部和所述喷嘴组件之间以形成流体密封；

发动机冷却剂通道，所述发动机冷却剂通道被形成在所述气缸盖内以接收发动机冷却剂，以便从所述气缸盖除热，所述发动机冷却剂通道通入所述安装孔并与所述安装孔流体连通，从而导致所述发动机冷却剂通道内的冷却剂接触所述喷嘴组件的所述外表面；以及

下密封件，所述下密封件被定位在所述下密封部和所述喷嘴组件之间以形成流体密封，所述下密封件包括凸缘和环形冷却套管，所述环形冷却套管从所述凸缘延伸而围绕所述喷嘴组件的一部分，所述凸缘定位在所述喷嘴组件和所述气缸盖之间以形成所述流体密封并且具有与所述冷却剂接触的表面。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述喷嘴组件的喷嘴末端的喷嘴末端温度比常规带套管的喷嘴组件方案降低60-70摄氏度。

3.根据权利要求2所述的发动机，其中，利用所述下密封件能够实现进一步的温度降低。

4.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述外表面具有在所述上密封件和所述下密封件之间的轴向范围，其中，所述轴向范围的至少80％被暴露至所述冷却剂通道，以与发动机冷却剂接触。

5.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述喷嘴组件包括被定位在所述下密封件附近的下远端部，所述下远端部与发动机冷却剂接触。

6.根据权利要求5所述的发动机，其中，所述喷嘴组件包括保持器以及定位在所述保持器内的喷嘴壳体，所述下远端部包括横向远端表面，所述横向远端表面相对于所述喷射器的纵向轴线横向地延伸并且限定所述保持器的远端，所述横向远端表面的一部分与发动机冷却剂接触。

7.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述上密封部的尺寸设定成与所述喷嘴组件形成过盈配合。

8.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述喷嘴组件包括保持器、定位在所述保持器内的喷嘴壳体、形成在所述喷嘴壳体内的喷嘴孔、以及定位在所述喷嘴孔内的喷嘴阀元件，所述保持器与所述喷嘴壳体接合从而将所述喷嘴壳体保持到位。

9.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述喷射器包括筒管，所述喷嘴组件连接到所述筒管以保持到所述筒管。

10.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述喷嘴组件包括喷嘴壳体，所述喷嘴壳体包括内远端和外远端，所述喷嘴壳体的所述外远端被定位在所述上密封件和所述下密封件之间。

11.一种内燃式发动机，所述发动机包括：

喷射器，所述喷射器包括容纳用于喷入发动机的燃料的喷射器本体，所述喷射器本体包括筒管和定位在所述筒管附近的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括环形外表面和环形内表面；

气缸盖，所述气缸盖包括下密封部以及用于容纳所述喷射器的喷射器安装孔；

发动机冷却剂通道，所述发动机冷却剂通道被形成在所述气缸盖内以接收发动机冷却剂，以便从所述气缸盖除热，所述发动机冷却剂通道通入所述安装孔并与所述安装孔流体连通，从而导致所述发动机冷却剂通道内的冷却剂接触所述喷嘴组件的所述环形外表面；以及

下密封件，所述下密封件被定位在所述下密封部和所述喷嘴组件之间以形成流体密封，所述下密封件包括与所述冷却剂接触的表面，所述下密封件包括凸缘和环形冷却套管，所述环形冷却套管从所述凸缘延伸而围绕所述喷嘴组件的一部分，所述凸缘定位在所述喷嘴组件和所述气缸盖之间以形成所述流体密封并且具有与所述冷却剂接触的所述表面。

12.根据权利要求11所述的发动机，所述发动机还包括上密封件，其中所述喷嘴组件包括喷嘴壳体，所述喷嘴壳体包括内远端和外远端，所述喷嘴壳体的所述外远端被定位在所述上密封件和所述下密封件之间。

13.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述喷嘴组件的喷嘴末端的喷嘴末端温度比常规带套管的喷嘴组件方案降低60-70摄氏度。

14.根据权利要求13所述的发动机，其中，所述下密封件被构造为实现进一步的温度降低。

15.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述喷嘴组件包括被定位在所述下密封件附近的下远端部，所述下远端部与发动机冷却剂接触。

16.根据权利要求15所述的发动机，其中，所述下远端部包括横向远端表面，所述横向远端表面相对于所述喷射器的纵向轴线横向地延伸并且限定所述喷嘴组件的远端，所述横向远端表面的一部分与发动机冷却剂接触。

17.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述气缸盖包括上密封部，所述上密封部的尺寸设定成与所述喷射器形成过盈配合。

18.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述喷嘴组件包括保持器、定位在所述保持器内的喷嘴壳体、形成在所述喷嘴壳体内的喷嘴孔、以及定位在所述喷嘴孔内的喷嘴阀元件，所述保持器与所述喷嘴壳体接合从而将所述喷嘴壳体保持到位。

19.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述环形外表面的至少80％被暴露至所述发动机冷却剂通道，以与所述发动机冷却剂接触。

20.根据权利要求12所述的发动机，其中，所述环形外表面具有在所述上密封件和所述下密封件之间的轴向范围，其中，所述轴向范围的至少80％被暴露至所述发动机冷却剂通道，以与所述发动机冷却剂接触。