CN105209744A

CN105209744A - 燃料喷射器

Info

Publication number: CN105209744A
Application number: CN201480027282.2A
Authority: CN
Inventors: G·米克; L·潘奈萨
Original assignee: Westport Power Inc; Delphi International Operations Luxembourg SARL
Current assignee: Delphi Technologies IP Ltd; Westport Power Inc
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-04-29
Also published as: EP2999874A1; CN105209744B; EP2999874B1; US9771907B2; JP2016519251A; JP6423866B2; GB201309126D0; US20160169172A1; WO2014187649A1

Abstract

一种内燃机燃料喷射器，包括喷射器主体(12)；第一致动器，其用于控制第一阀针的运动以将第一燃料喷射入所述内燃机的气缸；和第二致动器，其用于控制第二阀针的运动以将第二燃料喷射入所述气缸，所述致动器的每个沿所述喷射器主体(12)的纵向轴线(A-A)轴向隔开且包括相应的用于将电流带至所述致动器的导电元件，所述喷射器进一步包括电连接器模块(40)，所述电连接器模块(40)包括用于与所述致动器的所述导电元件的相关联的一个连接的第一电连接器装置和第二电连接器装置(60、62、64、66)，且其中所述电连接器模块(40)沿所述喷射器主体(12)的所述纵向轴线(A-A)安装在所述第一致动器和所述第二致动器之间。

Description

燃料喷射器

发明领域

本发明涉及适合控制两种不同燃料输送入内燃机的燃料喷射器。具体而言，但并不排它地，本发明涉及适合喷射气体燃料和液体燃料的燃料喷射器。

发明背景

用于重型和工业应用的内燃机通常以柴油为燃料。然而，使用天然气作为柴油替代燃料越来越受到关注。天然气相对充足且相对廉价，且主要是可以提供与柴油相似水平的功率，同时产生较低的颗粒和氮氧化物(NOx)排放。

天然气可用于替代柴油给压燃式发动机提供燃料，其中燃料燃烧是作为气缸中空气-燃料混合物压缩结果发生的。然而，因为天然气具有比柴油更高的自动点火温度，所以需要在引入天然气到燃烧室之前，用柴油燃料的引燃喷射来引发燃烧。

在被称为高压直接喷射(HPDI)发动机的一类天然气-驱动发动机中，将天然气和柴油都直接喷射到燃烧室中。由于发动机气缸盖中的空间限制，每个气缸都使用一个燃料喷射器喷射两种燃料是理想的。这需要燃料喷射器特别适于在注射器内保持两种燃料分开，并在适当时间独立输送各燃料。

一种此类的“双燃料”喷射器在国际专利申请公开第WO00/15956号中描述。在此实例中，提供了具有同心双喷嘴结构的燃料喷射器。内阀针和外阀针在其下端处与各阀门底座啮合以控制燃料分别流经内组出口和外组出口。外阀针控制天然气的喷射通过外组出口，而内阀针控制柴油的喷射通过内组出口。外阀针是管状的以容纳内阀针，而内组出口在外阀针的尖端处形成。

内阀针和外阀针由两个电磁控制阀门独立地控制，其经配置控制用于内阀针和外阀针的各控制腔室内的控制流体(通常为柴油燃料)的压力。每个控制腔室在相对高的压力下连接到控制流体源。每个控制阀门可操作连接各控制腔室到用于控制流体的低压排放口。以此方式，每个控制阀门的打开引起相应控制腔室内的控制流体的压力减小，从而导致相应阀针的打开。

由于发动机盖下方的空间限制，尤其是在需要两个致动器来为两个阀针提供致动装置的双燃料喷射器中，将各种喷射器组件容纳在可接受的外壳内将是一个挑战。

为了解决该问题，提供了适合用于喷射两种不同类型的燃料的改进燃料喷射器。

发明内容

在该背景下，根据第一方面，本发明在于内燃机燃料喷射器，喷射器包括第一致动器，其用于控制第一阀针的运动以将第一燃料喷射入发动机气缸；和第二致动器，其用于控制第二阀针的运动以将第二燃料喷射入气缸。每个致动器沿喷射器主体的纵向轴线轴向隔开，并包括用于将电流带至致动器的相应导电元件。喷射器进一步包括电连接器模块，其包括用于与致动器的导电元件的相关联的一个连接的第一电连接器装置和第二电连接器装置，且其中电连接器模块沿喷射器主体的纵向轴线安装在第一致动器与第二致动器之间。

优选地，喷射器进一步包括第一控制阀门总成和第二控制阀门总成，其中第一致动器可操作以控制第一控制阀门总成，且第二致动器可操作以控制第二控制阀门总成。

第一控制阀门总成可操作以控制与第一阀针关联的第一控制腔室内的燃料压力，从而控制第一阀针的运动，且其中第二控制阀门总成可操作以控制与第二阀针关联的第二控制腔室内的燃料压力，从而控制第二阀针的运动。

在一个实施方案中，第一控制阀门总成和第二控制阀门总成容纳在内喷射器主体的相对端。

举例来说，电连接器模块可至少部分地从喷射器主体的一侧伸出。

本发明的一个益处是，电连接器模块可安装至喷射器主体的该侧以从喷射器主体横向伸出，以便与具有顶部安装的连接器的布置相比，喷射器总成的总高度减小。此外，由于第一致动器和第二致动器共享公共集成电连接器模块，因此降低了复杂性并减少了部件数量。

第一致动器和第二致动器为包括电磁线圈或绕组的电磁致动器，然而也可使用其它类型的致动器。

在一个实施方案中，电连接器模块包括主体部分(例如，圆筒)，其从喷射器主体横向延伸；和插入部分，其容置在喷射器主体的室内以与致动器的第一导电元件和第二导电元件电连接。

致动器的第一导电元件和第二导电元件可至少部分地容纳在细长杆内。第一致动器和第二致动器的每个的细长杆的纵向轴线从喷射器主体的纵向轴线横向偏移。

第一电连接器装置和第二电连接器装置的每个可包括各自的第一对连接器插脚或第二对连接器插脚，其轴向延伸穿过电连接器模块以与与第一致动器和第二致动器的相关联的一个关联的导电元件连接。

导电元件可包括导电叶片，其包括从关联的杆向外偏置的一部分。向外偏置该叶片部分确保了当连接器插脚与叶片啮合时，叶片可与连接器插脚形成良好电连接。

在一个实施方案中，第一对连接器插脚与第二对连接器插脚的长度不同，而每一对连接器插脚的长度相同，以便较短的连接器插脚与横向隔开的距喷射器主体的模块侧更近的导电元件接触，而较长的插脚与横向隔开的进一步远离模块侧的导电元件接触。该布置特别方便，确保了第一致动器和第二致动器均可连接至公共电连接器模块。

插入部分可包括第一支腿和第二支腿,二者间隔开以侧接电连接器插脚。

插入部分设有用于防止电连接器模块错误插入室内的装置。

例如，插入部分可设有长度相对较短的狭槽和长度相对较长的狭槽，以便横向隔开的距喷射器主体的模块侧更近的致动器杆可容纳在长度相对较长的狭槽内。

这有助于确保不可能错误地组装喷射器和电连接器模块，且就此而言，狭槽的特征是有益的，这是因为其防止了电连接器模块以错误方式插入喷射器主体。

附图简述

现在将仅通过实例参考以下附图来描述本发明，其中：

图1是本发明的实施方案的燃料喷射器的剖视图；

图2是图2中的燃料喷射器的透视图；

图3是图1和图2中的燃料喷射器的侧视图，图示了喷射器的电连接器模块；

图4是图1至图3中的燃料喷射器的一部分的透视图，更清楚地图示了连接器模块与喷射器的电连接；

图5是图1至图4中的喷射器的与电连接器模块连接的导电叶片的透视图；

图6是图1至图5中图示的喷射器的电连接器模块的透视图；

图7示出了从图6中的电连接器模块的第一端观察的视图，图示了模块的电插脚的位置；

图8示出了从电连接器模块的与图7中所示的一端相对的一端观察的视图；

图9是图6至图8中的电连接器模块的侧视图；

图10是图6至图9中的电连接器模块的剖面图，图示了模块的连接器插脚沿模块轴线的位置。

发明的实施方案详述

参考图1至图3，根据本发明的燃料喷射器(总体上以10表示)大致为细长形式，并具有中心纵向喷射器轴线A-A。燃料喷射器包括喷射器主体12和喷嘴主体14。喷射器主体12和喷嘴主体14通过锁紧螺母16以端对端的构造保持在一起。

喷嘴主体14的尖端区域18包括外组出口(未示出)和内部出口(同样未示出)。通过外组出口喷射第一燃料由第一或外阀针控制，而通过内部出口喷射第二燃料由第二或内阀针控制。内阀针和外阀针未在附图中示出，而是容纳在喷嘴主体14内，其中内阀针与外阀针同心布置并处于外阀针内部。内阀针和外阀针与喷射器中心轴线A-A同轴。内组出口和外组出口的每个可包括单个出口或多个出口。喷射器可构造成通过内部出口喷射柴油燃料，通过外部出口喷射天然气，或者反过来。

内阀针和外阀针的运动分别通过第一控制阀门总成20和第二控制阀门总成22控制，第一控制阀门总成20和第二控制阀门总成22分别以本领域的技术人员所熟知的方式控制与内阀针和外阀针关联的第一控制腔室和第二控制腔室(未示出)内的燃料压力。

如图1最清楚地所示，喷射器主体大体为圆柱状。高压燃料供给通道24延伸穿过喷射器主体12以向喷嘴主体和控制腔室提供高压燃料。喷射器主体12内设有排放通道(未示出)，其允许高压燃料流动至低压储存器。

第一控制阀门总成20和第二控制阀门总成22二者通过各自的电磁致动器被电磁致动。每个致动器具有其各自的由通常为管状的极片形成的芯(未示出)，和电磁螺线管线圈或绕组。第一致动器的第一螺线管线圈放置在第一致动器的极片周围，第二致动器的第二螺线管线圈放置在第二致动器的极片周围。致动器的构造和操作的进一步的细节对于本领域的技术人员而言将很熟悉，如在例如申请人的授权专利EP0740068B中描述的那样。

每个致动器连同各自的第一控制阀门总成20和第二控制阀门总成22容纳在喷射器主体12内。第一控制阀门总成和第一致动器位于喷射器主体12的上部区域，而第二控制阀门总成和第二致动器位于喷射器主体12的下部区域。因此，第一控制阀门总成和第二控制阀门总成及其关联的致动器容纳在喷射器主体12的相对端。

第一控制阀门总成包括第一控制阀门构件，其滑动地容置在喷射器主体12的上部区域上的孔内。第一控制阀门构件附接至第一电枢，第一电枢可响应于因向第一螺线管线圈施加电流而产生的电磁场而移动。以相似的方式，第二控制阀门总成包括第二控制阀门构件，其滑动地容置在喷射器主体的下部区域上的孔内。第二控制阀门构件附接至第二电枢，第二电枢可响应于因向第二螺线管线圈施加电流而产生的电磁场而移动。

从图4可最清楚地看出，第一控制阀门总成包括第一杆26，其内容纳有与第一致动器的螺线管连接的导电元件。同样地，第二控制阀门总成包括第二杆28，其内容纳有与第二致动器的螺线管连接的导电元件。

第一控制阀门总成的第一杆26在喷射器主体12的上部区域内向下延伸，并伸入沿喷射器主体12的长度的一部分形成的连接器室30内。第一杆26偏心于第一控制阀门构件的轴线并从第一控制阀门构件的轴线径向移位，因此偏心于第一螺线管线圈，且第一杆26偏心于喷射器主体12的中心轴线A-A并从中心轴线A-A径向移位。

第二控制阀门总成的第二杆28在喷射器主体12的下部区域内向上延伸，且也伸入连接器室30内。第二杆28偏心于第二控制阀门构件的轴线并从第二控制阀门构件的轴线径向移位，因此偏心于第二螺线管线圈，且第二杆28也偏心于喷射器主体12的中心轴线A-A并从中心轴线A-A径向移位。

还参考图5，容纳在杆26、28内的导电元件为叶片形式的平坦导电体，其提供了至关联螺线管的导电路径。图5仅图示了向上指向的杆28的叶片32的单个叶片。

在每个杆26、28上，第一叶片包括被向外偏置以从杆的第一侧横向伸出的一部分，而第二叶片包括被向外偏置以从杆的第二侧横向伸出的一部分。与每个杆关联的一对叶片被设置成与喷射器的电连接器模块(总体上以40表示)连接。电连接器模块与发动机的外部电源(未示出)连接，以允许经由叶片向致动器的螺线管提供电流，如将在下文中进一步详细描述的那样。

第一控制阀门总成20与第二控制阀门总成22彼此相同，但其中一个控制阀门总成的杆偏移至喷射器轴线A-A的一侧，而另一个控制阀门总成的杆偏移至喷射器轴线A-A的另一侧。

第一控制阀门构件被第一偏置弹簧(未示出)偏置到第一位置(被称为充注位置)。当第一螺线管线圈通电时，会使关联的电枢移动，以便第一控制阀门构件被拉至第二位置(被称为排放位置)。类似地，第二控制阀门构件被第二偏置弹簧偏置到第一位置(被称为充注位置)。当第二线圈通电时，会使第二控制阀门构件的电枢移动，以将第二控制阀门构件拉至第二位置(被称为排放位置)。

通过控制第一控制阀门构件和第二控制阀门构件在充注位置和排放位置之间移动，便可控制与内阀针和外阀针关联的控制腔室内的燃料压力。如此，可根据选择的喷射策略控制内阀针与外阀针的打开和关闭运动以对将第一燃料和第二燃料喷射入燃烧室进行控制。

更详细地参考图4至图10，提供电连接器模块40以使得能够向第一螺线管和第二螺线管提供电流，从而控制第一控制阀门总成20和第二控制阀门总成22的致动。

电连接器模块40包括连接器主体，其为具有大体为正方形的外部剖面的中空主体部分或圆筒42的形式，剖面的外部宽度为W1，如图6和图7中最佳所示。圆筒42的中空部分具有大体为正方形的剖面，但带有圆角。圆筒的底部设置有支撑件44，其延伸穿过圆筒42，但其长度大于宽度W1，以便从圆筒42横向延伸以限定第一安装凸缘46和第二安装凸缘48，在圆筒的两侧上各一个。安装凸缘提供了用于将连接器外壳分别安装至喷射器主体通孔50、52的装置，通孔50、52在凸缘上钻出，用于容置安装螺栓(未示出)。

电连接器模块40进一步包括用于容置在喷射器的连接器室30内的插入部分54。插入部分54包括相对的第一支腿56和第二支腿58，二者在圆筒42的底部从支撑件44延伸，在支撑件的另一侧从圆筒延伸。支腿56、58的每个包括平坦中心部分，其每一侧侧接弯曲部分。对于第一支腿56，平坦部分由附图标记56a指示，两侧的弯曲部分由附图标记56b、56c指示。第一支腿和第二支腿的每个成形为用于容置在喷射器主体12的连接器室30内，以便在支腿56、58容置在连接器室30内的情况下，电连接器模块的圆筒从喷射器主体12横向伸出。连接器模块限定连接器中心轴线B-B，当模块安装至喷射器主体12时，中心轴线B-B垂直于喷射器中心轴线A-A延伸，如图8所示。

圆筒的宽度W1大于第一支腿56与第二支腿58之间的间隔，以便模块具有阶梯式外部轮廓。第一支腿与第二支腿之间的间隔由宽度W2限定。

模块为模制构造，以便圆筒40、支撑件44和支腿56、58形成一个整体，该整体支撑模块的电连接器装置，其包括四个电连接器插脚60、62、64、66。

图7示出了从外部沿模块的轴线B-B观察入喷射器主体12的连接器模块40的端视图，而图8示出了从喷射器主体12内部沿模块的轴线B-B在内部观察的连接器模块40的端视图。特别参考图8，四个电连接器插脚60、62、64、66轴向延伸通过圆筒42，并由支撑件44支撑，而不与圆筒的内表面接触。在支撑件44的另一侧，插脚60、62、64、66伸入限定在插入部分56的相对支腿56、58之间的空间内。第一对插脚60、62与第一控制阀门总成20关联，第二对插脚64、66与第二控制阀门总成22关联。

第一对插脚60、62紧邻彼此水平布置，间隔地位于模块40的中心轴线B-B两侧。以相似方式，第二对插脚64、64紧邻彼此水平布置，间隔地位于模块40的中心轴线B-B两侧。第一对插脚60、62垂直位于第二对插脚64、66上方，以便每个插脚与其附近相邻的每个插脚之间的间隔基本相同。第一对插脚60、62的长度短于第二对插脚64、66的长度。

当电连接器模块40连接器室30时，每个短插脚60、62与向下延伸的杆26的叶片的相关联的一个叶片啮合。以相似方式，每个长插脚64、66与向上延伸的杆28的叶片的相关联的一个叶片啮合。向外偏置叶片确保了每一对插脚/叶片之间形成良好电连接。

从图10可最清楚地看出，插入部分54的每个支腿56、58设有狭槽70、72形式的特征部，设置狭槽70、72是为了确保将电连接器模块40正确地安装至喷射器。每个支腿56、58的上边缘设有长度相对较长的第一轴向狭槽70(称为长狭槽)，以当模块40插入连接器室30时容置向下延伸的杆26。每个支腿56、58的下边缘设有长度相对较短的第二轴向狭槽72(称为短狭槽)，以当模块40插入连接器室30时容置向上延伸的杆28。设置长狭槽72确保了当支腿插入连接器室30时，第一(上部)致动器的向下延伸的杆26(其在横向上距喷射器主体的模块侧比第二致动器的向上延伸的杆28更近)可容纳在长狭槽72内。

由于第二(下部)致动器的向上延伸的杆28进一步从喷射器主体的模块侧横向移位，因此较短的狭槽70足以容纳第二杆28。设置狭槽特征部70、72确保了不能以错误方式将电连接器模块40插入连接器室30内(即，倒置)，从而确保了与螺线管正确电连接。

使用时，通过改变关联控制腔室内的控制流体或燃料的压力来通过液压方式控制内阀针和外阀针的运动。当致动第一控制阀门总成20时，第一控制阀门构件处于其排放位置，控制腔室内的燃料压力相对较低。因此，内阀针被提离其阀门底座以允许通过关联的出口喷射第一燃料。当通过除去或减小通过电连接器模块40施加至螺线管的电流而去致动第一控制阀门总成20时，第一控制阀门构件移动至其充注位置，从而增大了关联的控制腔室内的燃料压力，并使阀针落座以终止喷射第一燃料。

通过改变经由电连接器模块40施加至第二致动器的电流以相同方式操作第二控制阀门总成，以控制第二燃料的喷射。

与每个控制阀门总成需要单独的电连接器的布置相比，通过布置第一控制阀门总成和第二控制阀门总成以便其共享公共或集成电连接器模块40，安装喷射器所需的容纳空间减小。此外，当将电连接器模块40布置成从喷射器外壳12横向延伸，而非顶部安装的连接器时，整个喷射器总成的高度减小，因此其可更容易容纳在发动机盖下面的空间内。

电连接器模块的进一步的益处是，电插脚60、62、64、66与杆的导电叶片之间的接触是固定的，且不包括用于通过喷射器主体12连接电线的回旋路径。

在不脱离所附权利要求书中限定的本发明范围的情况下，还可预期上文未明确描述的进一步的修改和变型。

Claims

1.一种用于内燃机的燃料喷射器，包括喷射器主体(12)；第一致动器，其用于控制第一阀针的运动以将第一燃料喷射入所述内燃机的气缸；和第二致动器，其用于控制第二阀针的运动以将第二燃料喷射入所述气缸，所述致动器的每个沿所述喷射器主体(12)的纵向轴线(A-A)轴向隔开且包括相应的用于将电流带至关联致动器的导电元件，所述喷射器进一步包括电连接器模块(40)，所述电连接器模块(40)包括用于与所述致动器的所述导电元件的相关联的一个连接的第一电连接器装置和第二电连接器装置(60、62、64、66)，且其中所述电连接器模块(40)沿所述喷射器主体(12)的所述纵向轴线(A-A)安装在所述第一致动器和所述第二致动器之间。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其进一步包括第一控制阀门总成(20)和第二控制阀门总成(22)，其中所述第一致动器可操作以控制所述第一控制阀门总成(20)，且所述第二致动器可操作以控制所述第二控制阀门总成(22)。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其中所述第一控制阀门总成(20)可操作以控制与所述第一阀针关联的第一控制腔室内的燃料压力，从而控制所述第一阀针的运动，且其中所述第二控制阀门总成(22)可操作以控制与所述第二阀针关联的第二控制腔室内的燃料压力，从而控制所述第二阀针的运动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料喷射器，其中所述第一控制阀门总成(20)和所述第二控制阀门总成(22)容纳在所述喷射器主体(12)的相对端内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料喷射器，其中所述电连接器模块(40)至少部分地从所述喷射器主体(12)的一侧伸出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料喷射器，其中所述第一致动器和所述第二致动器为包括螺线管线圈或绕组的电磁致动器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料喷射器，其中所述致动器的所述第一导电元件和所述第二导电元件至少部分地容纳在伸长杆(26、28)内。

8.根据权利要求7所述的燃料喷射器，其中所述第一致动器和所述第二致动器的每个的所述伸长杆(26、28)的纵向轴线从所述喷射器主体(12)的所述纵向轴线(A-A)横向偏移。

9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其中所述第一电连接器装置和所述第二电连接器装置的每个包括各自的第一对连接器插脚或第二对连接器插脚(60、62、64、66)，其轴向延伸穿过电连接器模块(40)以与所述第一致动器和第二致动器(26、28)的所述相关联的一个关联的导电元件连接。

10.根据权利要求9所述的燃料喷射器，其中所述导电元件的每个包括从所述关联的杆向外偏置的导电叶片(32)。

11.根据权利要求9或10所述的燃料喷射器，其中所述第一对连接器插脚与所述第二对连接器插脚的长度不同，所述每一对连接器插脚(60、62；64、66)的长度相同，以便所述较短的连接器插脚(60、62)与所述横向隔开的距所述喷射器主体(12)的模块侧更近的导电元件接触，而所述较长的插脚(64、66)与所述横向隔开的进一步远离所述模块侧的导电元件接触。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的燃料喷射器，其中所述电连接器模块(40)包括从所述喷射器主体(12)横向延伸的主体部分(42)，和容置在所述喷射器主体(12)的室(30)内以与所述致动器的所述导电元件电连接的插入部分(54)。

13.根据权利要求12所述的燃料喷射器，其中所述插入部分(54)包括第一支腿(56)和第二支腿(58)，二者间隔开以侧接所述电连接器插脚(60、62、64、66)。

14.根据权利要求12或13所述的燃料喷射器，其中所述插入部分(54)设有用于防止所述电连接器模块(50)错误插入所述室(30)的装置。

15.根据权利要求14所述的燃料喷射器，其中所述插入部分(54)设有长度相对较短的狭槽(72)和长度相对较长的狭槽(70)，以便所述横向隔开的距所述喷射器主体(12)的模块侧更近的致动器杆可容纳在所述长度相对较长的狭槽(70)内。