CN104302905B - 燃料喷射器 - Google Patents
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Abstract
一种燃料喷射器(1)，其包括可移动的控制活塞(10)、由控制活塞(10)和喷射器针(8)界定的燃料空间(15)，其中燃料空间(15)中的燃料压力被布置成朝向关闭位置挤压喷射器针(8)。该燃料喷射器进一步包括用于将燃料空间(15)连接至燃料出口(18)的第一出口流动路径(14，21，19)和用于将燃料空间(15)连接到燃料出口(18)的第二出口流动路径(26，22，19)，以及压电致动器(17，20)，该压电致动器用于打开和关闭经过第一出口流动路径(14，21，19)的流动连通。控制活塞(10)具有：第一位置，在该第一位置，燃料空间(15)与燃料入口(5)流动连通，并且燃料空间(15)与燃料出口(18)之间的流动连通被关闭；以及第二位置，在该第二位置，燃料空间(15)与燃料出口(18)通过第一出口流动路径(14，21，19)和第二出口流动路径(26，22，19)流动连通。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于往复式发动机的燃料喷射器。
背景技术
在柴油发动机中，燃料以细雾的形式从燃料喷射器喷射到气缸的燃烧空间中，从而借助空气涡流实现燃料和燃烧空气的良好混合以及尽可能完美的燃烧。当在短暂的点火延迟之后开始燃烧时，由燃料喷射器以细小的雾滴形式喷入的燃料迅速蒸发。弹簧加载式喷射器针通常用作燃料喷射器中的关断件。该喷射器针一般在燃料或其他液压流体的压力作用下被液压引导。
由于排放标准越来越严格，必须减少柴油发动机所产生的废气。但是，与此同时人们期望发动机的性能仍保持同一水准或者甚至提高。实现这些目标的一种方式是更精确地调节燃料喷射量和在喷射事件期间的喷射时间点和时长。燃料喷射的调节精确度可以通过由压电致动器引导燃料喷射器的喷射器针来提高。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于往复式发动机的改进的燃料喷射器。
根据本发明，可以通过根据第一方面的燃料喷射器来实现该目标。根据本发明的燃料喷射器包括喷射器主体，该喷射器主体具有用于存储喷射前的燃料的燃料室；喷嘴开口，燃料穿过该喷嘴开口被喷射到发动机气缸中；喷射器针，该喷射器针用于打开和关闭燃料室和喷嘴开口之间的流通；燃料入口，该燃料入口用于将压缩燃料供给燃料室；燃料出口，该燃料出口用于将燃料从燃料喷射器排出；以及可移动的控制活塞，该控制活塞和喷射器针界定燃料空间，其中燃料空间中的燃料压力被布置为将喷射器针压向关闭位置。根据本发明的燃料喷射器还包括用于将燃料空间连接至燃料出口的第一出口流动路径、用于将燃料空间连接至燃料出口的第二出口流动路径以及用于打开和关闭经过第一出口流动路径的流动连通的压电致动器。所述控制活塞具有：第一位置，在该第一位置，燃料空间与燃料入口流动连通，并且燃料空间与燃料出口之间的流动连通关闭；以及第二位置，在该第二位置燃料空间与燃料出口18经过第一出口流动路径和第二出口流动路径流动连通。
通过本发明可以获得相当大的优势。根据本发明的燃料喷射器包括两个通道，当压电致动器打开经过其他通道的流动连通时，燃料空间中的压力通过这些通道得以释放。通过这种方式，压电致动器的运动可以被快速传递给喷射器针。这就使得快速且精确的喷射控制成为可能。压电致动器的冲程通常非常有限。在根据本发明的燃料喷射器中，可以通过燃料空间的合适尺寸来使压电致动器的行程倍增。因此，喷射器针的行程是压电致动器的行程的数倍。
根据本发明的一个实施方式，界定燃料空间的控制活塞表面包括突出部，燃料空间设置在该突出部的内侧。第二流动路径包括环绕所述突出部的收集空间。当控制活塞位于其第一位置时，突出部抵靠喷射器主体，并由此关闭燃料空间和收集空间之间的流动连通。当控制活塞向第二位置移动时，燃料空间和收集空间之间经过突出部和喷射器主体之间的间隙开启流动连通。当突出部和喷射器主体之间的间隙具有相对较大的流动横截面面积时，燃料空间中的燃料压力可以被快速释放。这提高了喷射器针的打开速度。
附图说明
在下文中本发明将通过示例和附图来进行说明，其中：
图1示出了处于关闭位置的根据本发明的一个实施方式的燃料喷射器。
图2是图1中所示的部分A的局部放大视图。
图3示出了处于其打开位置的图1的燃料喷射器。
图4是图3中所示的部分B的局部放大视图。
图5示出了根据本发明的另外一个实施方式的燃料喷射器。
具体实施方式
这些附图公开了一种用于柴油发动机的燃料喷射器1。该发动机可以是大型柴油发动机，大型柴油发动机在这里是指例如能够用作船舶中的或者热电动力设备中的主发动机和辅助发动机。该发动机设置有共轨燃料喷射系统，其中燃料通过高压泵被供供给蓄压器，从该蓄压器中再被引入到燃料喷射器1中。燃料从燃料喷射器1喷射到发动机的气缸4中。
燃料喷射器1包括燃料喷射器主体2，该燃料喷射器主体具有在喷射到气缸4中之前用于存储燃料的燃料室3。该燃料室3被布置用于接收来自于蓄压器中的压缩燃料。该燃料喷射器1包括用于将压缩燃料供给燃料室3中的燃料入口5。燃料入口5与蓄压器流动连通。燃料入口5与燃料室3通过入口导管6连续流动连通。该燃料喷射器1还包括用于将燃料从喷射器1排出的燃料出口18。燃料出口18处的燃料压力低于燃料入口5处的燃料压力。
燃料喷射器1包括至少一个喷嘴开口7，通过该喷嘴开口燃料从燃料室3中喷射到气缸4中。燃料喷射器1还包括喷射器针8，用于打开和关闭燃料室3与喷嘴开口7之间的流动连通。喷射器针8的第一端部延伸至燃料室3中。燃料喷射器1包括弹簧9，该弹簧被布置用于将喷射器针8压向其关闭位置，在关闭位置中燃料室3和喷嘴开口7之间的流动连通被关闭。弹簧9被放置于弹簧室25中，该弹簧室与燃料出口18流动连通。弹簧室25收集通过喷射器针杆和喷射器主体2之间的空隙从燃料室3泄漏出的燃料。燃料室3中的燃料压力所产生的力将喷射器针8压向其打开位置，在该位置燃料室3和喷嘴开口7之间的流动连通被打开。喷射器针8设置有套环24，燃料室3中的燃料压力作用在该套环上以移动喷射器针8。
燃料喷射器1包括可移动的控制活塞10。控制活塞10可以在喷射器针8的纵轴线方向上移动。控制活塞10面向喷射器针8。控制活塞10具有面向喷射器针8的第一表面12。控制活塞10还具有面向喷射器主体2的第二表面13。第一表面12和第二表面13位于控制活塞10的相反侧。控制活塞10包括连接导管14，该连接导管形成第一表面12和第二表面13之间的流动连通。控制活塞10可以是圆柱状的部件，其两端形成第一表面12和第二表面13。
燃料喷射器1还包括燃料空间15，该燃料空间由控制活塞10和喷射器针8界定。燃料空间15由控制活塞10的第一表面12和喷射器针8的第二端部界定。由于燃料空间15中的燃料压力所产生的力被用于将喷射器针8压向其关闭位置。连接导管14形成在燃料空间15和第二表面13之间的流动连通。
控制活塞10的第一表面12设置有突出部27，燃料空间15位于该突出部的内侧。该突出部27可以是环形的。在控制活塞10和喷射器主体2之间设置有收集空间26。该收集空间26部分地或完全地环绕突出部27。收集空间26与燃料出口18流动连通。
燃料喷射器1设置有第一出口导管21，第一出口导管与燃料出口18流动连通。该燃料喷射器1还设置有第二出口导管22，第二出口导管与燃料出口18流动连通。收集空间26与第二出口导管22流动连通。排出导管19将第一出口导管21和第二出口导管22连接到燃料出口18。连接导管14、第一出口导管21和排出导管19形成第一出口流动路径，该路径将燃料空间15连接至燃料出口18。收集空间26、第二出口导管22和排出导管形成第二出口流动路径，该路径将燃料空间15连接至燃料出口18。
燃料喷射器1还包括压电致动器17，用于引导喷射器针8，即用于使其在打开和关闭位置之间移动。压电致动器17被布置用于打开和关闭经过第一出口导管21的第一出口流动路径的流动连通。压电致动器17的功能基于压电效应。致动器17包括由压电材料制成的压电元件29。该压电元件29的长度响应于磁场而变化。压电元件29包括压电晶体，压电晶体一般由PZT陶瓷制成，其包括铅、锆和钛。压电元件29以叠置方式布置以形成压电堆。致动器17包括附接至压电堆的压电元件29的控制针20。根据压电致动器17的位置，控制针20打开或者关闭经过第一出口导管21的流动连通。
控制活塞10具有第一位置，在该位置燃料空间15与燃料入口5流动连通(图1)。燃料空间15通过连接导管14和间隙16与燃料入口5流动连通，所述间隙16位于控制活塞的第二表面13和喷射器主体2之间。供给导管23布置在入口导管6和间隙16之间。在控制活塞10的第一位置上，燃料空间15和燃料出口18之间的流动连通被关闭。控制针20关闭经过第一出口流动路径的流动连通。进一步的，通过第二出口流动路径从燃料空间15至燃料出口18的流动连通被突出部27关闭，该突出部抵靠喷射器主体2并由此关闭从燃料空间15至收集空间26的流动连通。
控制活塞10具有第二位置，其中燃料空间15与燃料出口18通过第一出口流动路径和第二出口流动路径流动连通(图3)。燃料空间15通过位于突出部27和喷射器主体2之间的间隙11与收集空间26流动连通。燃料空间15和燃料入口5之间的流动连通被关闭。控制活塞10的第二表面13抵靠喷射器主体2。由于高的燃料压力，一些燃料沿着位于第二表面13和喷射器主体2之间的间隙16从供给导管23流入第一出口导管21中。喷射器针8的第二端部抵靠控制活塞的第一表面12。进一步的，在控制活塞10的第二位置处，连接导管14经由第一出口导管21与燃料出口18流动连通。当控制活塞10位于第二位置时，供给导管23的有效流动横截面面积小于第一出口导管21的有效流动横截面面积。
为了启动燃料喷射，压电致动器17被通电。压电致动器17打开从燃料空间15至燃料出口18的流动连通。这通过打开经过第一出口导管21的流动连通的控制针20来完成。随后，通过连接导管14和第一出口导管21来释放燃料空间15中的燃料压力。控制活塞10从其第一位置移向第二位置。同时，通过喷射器主体2和突出部27之间的间隙11来打开从燃料空间15到收集空间26的流动连通。这进一步释放了燃料空间15中的燃料压力。燃料室3中的燃料压力所引起的力使喷射器针8移动到其打开位置上，开始经过喷嘴开口7向气缸4喷射燃料。
为了终止燃料喷射，压电致动器17被断电。压电致动器17关闭燃料空间15和燃料出口18之间的流动连通。这通过控制针20关闭经过第一出口导管21的流动连通来完成。燃料入口5中的燃料压力作用在控制活塞的第二表面13上并且将控制活塞10压向其第一位置。同时燃料入口5和燃料空间15之间的流动连通被打开。控制活塞10关闭从燃料空间15到收集空间26的流动连通。作用于喷射器针8的第二端部上的燃料压力将喷射器针8压至其关闭位置，停止经过喷嘴开口7向气缸4喷射燃料。
图5示出了一种实施方式，其中弹簧室25经由位于喷射器针8和喷射器主体2之间的空隙28与燃料室3流动连通。该弹簧室25不与燃料出口18流动连通。通过该实施方式可以减少从喷射器1泄漏出的燃料量。图5的实施方式的其他方面与图1至图4的实施方式类似。
Claims (11)
1.一种用于往复式发动机的燃料喷射器(1)，该燃料喷射器(1)包括：
－喷射器主体(2)，该喷射器主体具有用于存储喷射前的燃料的燃料室(3)，
－喷嘴开口(7)，燃料通过该喷嘴开口被喷射到所述发动机的气缸(4)中，
－喷射器针(8)，该喷射器针用于打开和关闭所述燃料室(3)和所述喷嘴开口(7)之间的流动连通，
－燃料入口(5)，该燃料入口用于将压缩燃料供给到所述燃料室(3)中，以及
－燃料出口(18)，该燃料出口用于将燃料从所述燃料喷射器(1)排出，
其特征在于，所述燃料喷射器(1)还包括：
－可移动的控制活塞(10)，
－燃料空间(15)，该燃料空间由所述控制活塞(10)和所述喷射器针(8)界定，其中所述燃料空间(15)中的燃料压力被布置成将所述喷射器针(8)压向关闭位置，
－第一出口流动路径(14，21，19)，该第一出口流动路径用于将所述燃料空间(15)连接至所述燃料出口(18)，
－第二出口流动路径(26，22，19)，该第二出口流动路径用于将所述燃料空间(15)连接至所述燃料出口(18)，
－压电致动器(17，20)，该压电致动器用于打开和关闭经过所述第一出口流动路径(14，21，19)的流动连通，并且
所述控制活塞(10)具有：第一位置，在该第一位置，所述燃料空间(15)与所述燃料入口(5)流动连通，并且所述燃料空间(15)与所述燃料出口(18)之间的流动连通被关闭；以及第二位置，在该第二位置，所述燃料空间(15)与所述燃料出口(18)经过第一出口流动路径(14，21，19)和所述第二出口流动路径(26，22，19)与所述燃料出口(18)流动连通。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述控制活塞(10)被布置成当关闭经过所述第一出口流动路径(14，21，19)的流动连通时，所述控制活塞从所述第二位置移动到所述第一位置。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述控制活塞(10)被布置成当打开经过所述第一出口流动路径(14，21，19)的流动连通时，所述控制活塞从所述第一位置移动到所述第二位置。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述控制活塞(10)具有界定所述燃料空间(15)的第一表面(12)并具有第二表面(13)，并且所述第一出口流动路径包括用于形成所述第一表面(12)和所述第二表面(13)之间的流动连通的连接导管(14)。
5.根据权利要求4所述的燃料喷射器，其特征在于，当所述控制活塞(10)位于其第一位置时，所述燃料空间(15)通过所述连接导管(14)以及位于所述第二表面(13)和所述喷射器主体(2)之间的间隙(16)而与所述燃料入口(5)流动连通。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一出口流动路径包括第一出口导管(21)，当所述控制活塞(10)位于其第二位置时，所述第一出口导管与所述连接导管(14)流动连通，并且所述压电致动器被布置用于打开和关闭经过所述第一出口导管(21)的流动连通。
7.根据权利要求4所述的燃料喷射器，其特征在于，所述控制活塞的所述第一表面(12)设置有突出部(27)，所述燃料空间(15)位于该突出部的内侧。
8.根据权利要求7所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第二出口流动路径包括环绕所述突出部(27)的收集空间(26)。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其特征在于，当所述控制活塞(10)处于所述第二位置时，所述燃料空间(15)通过位于所述突出部(27)和所述喷射器主体(2)之间的间隙(11)而与所述收集空间(26)流动连通。
10.根据权利要求8或9所述的燃料喷射器，其特征在于，当所述控制活塞(10)处于所述第一位置时，所述突出部(27)抵靠所述喷射器主体(2)，并因此关闭所述燃料空间(15)与所述收集空间(26)之间的流动连通。
11.根据权利要求5所述的燃料喷射器，其特征在于，所述燃料喷射器包括供给导管(23)，该供给导管用于将燃料供给至位于所述控制活塞的所述第二表面(13)和所述喷射器主体(2)之间的所述间隙(16)，并且所述供给导管(23)的有效流动横截面面积小于所述第一出口导管(21)的有效流动横截面面积。
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