CN1060250C - 内燃机用喷油器 - Google Patents

Abstract

一种喷油器(1)，其具有一个通向喷嘴(7)的贯穿的燃油通道(6)。压缩弹簧(17)在关闭方向上作用于可纵向移动的阀滑动件(13)。在该压缩弹簧的一端的第一活塞(21)与固定部件一起确定一个通过通道(24)与燃油通道(6)连通的第一压力室(28)。第二压力室(34)由该第一活塞和一第二活塞(29)确定。当第一活塞由第一压力室中的燃油压力推离压力室具有最小体积的极限位置时，该两压力室间的流动连接部(35)打开，从而在该第二压力室中建立起压力。各压力室建立起的压力对压缩弹簧形成一个自动的载荷。当喷油器处于其关闭位置时限制于第二压力室中的油使该压缩弹簧保持被加载状态。

Description

内燃机用喷油器

本发明涉及内燃机用喷油器，尤其是大型二冲程柴油机的喷油器。

在这种对应于日本专利No．1851989的丹麦专利No．152619所述的喷油器中，从燃油通道到第一压力室的通道设计成节流通道，使得压力室之压力依赖于燃油通道内的流动压力并具有一滞后。当喷射期间燃油压力增加时，压力室内的压力也增加，使第一活塞被压向闭合弹簧因而增加弹簧朝阀座方向作用于阀滑动件上的力，这就增加了该喷油器的关闭压力。

这就解决了这样的问题，关闭压力，即在喷油期结束阀滑动件朝其阀座运动时的压力，通常小于开启压力，即在喷油期开始阀滑动件从其阀座上抬起时燃油通道内的压力。关闭压力较低的原因在于：在喷油器的关闭位置，燃油压力作用在阀滑动件上的有效面积比阀滑动件处于开启位置时小，因为在开启位置，压力还作用在阀座表面以下的阀滑动件表面上。

在丹麦专利所述的喷油器中，在喷油器喷油期间及紧随其后，第一活塞进行不断的调整运动，这就导致了在该活塞导向表面上产生不可忽略的磨损，随之增加了压力室之泄漏。每个喷油期结束后，压缩弹簧将第一活塞压回其极限位置，此时压力室燃油体积最小，从而喷油器的开启压力不受压缩弹簧的液压负荷影响。

众所周知：发动机汽缸内之压缩压力依赖于发动机之负荷，所以满负荷时缸内压力大大高于低负荷时的压力。例如，在满负荷时，压缩压力可以为大约120巴，而空载时该压缩压力则只有大约40巴。

当阀滑动件处于其关闭位置时，发动机气缸压力通过喷嘴孔传递并进一步传递到阀座表面以下的滑动件表面上，即处于阀座的喷嘴侧的滑动件部分。因此，当前的压缩压力在开口方向施加一作用力作用在阀滑动件上。因而随着发动机负荷而增加的压缩压力导致在发动机负荷增加时公知的喷油器的启喷压力下降。例如在大型二冲程柴油机中使用的典型喷油器中，该开口压力可能会从空载时的400巴下降到满负荷时的325巴。这种在满负荷时较低的启喷压力不能提高在喷油期初期燃油的雾化。

对低的发动机负荷，当油泵供给极少量的燃油以致喷嘴中的流动阻力对燃油压力不存在影响时，喷油器内的燃油压力由其启喷压力决定。与这相反，在更高的发动机负荷时由于油泵供给的油量极大以致喷油器中燃油压力决定于喷嘴中的流动阻力，即在这种情况下，燃油压力大大高于喷油器的启喷压力。

在公知的喷油器中，其启喷压力是由压缩弹簧的预加负载决定的。该弹簧制造时存在一定的制造公差，从而导致内燃机中的喷油器不一定都精确地设定具有相同的启喷压力。当发动机长期工作后，由于弹簧在工作时变得松弛，即其弹簧力变得略小，喷油器的启喷压力之变化便变得越来越明显。因此，喷油器的若喷压力存在着由使用时间决定的变化，为了使发动机令人满意地工作，就需要定期控制并调紧该压缩弹簧。这是很费力的并且不希望发生的。

本发明的目的是提供一种随发动机负荷增加启喷压力也增加并且几乎不需要维护的喷油器。

根据这一目的，本发明提供一种内燃机，尤其是大型二冲程柴油机的喷油器，其具有：一个装于缸盖中的外壳及一个贯穿的通向喷嘴中的燃油通道；一个可在滑动件导向件中纵向移动的阀滑动件，该滑动件由一预加载压缩弹簧朝阀座方向施力并由燃油通道内的油压朝相反方向施力；位于该压缩弹簧的一端的第一活塞具有一个远离该弹簧的第一表面，以及第一压力室位于所述第一活塞的所述第一表面并通过通道与所述燃油通道连通，所述压缩弹簧对该第一活塞施压，方向朝一极限位置，在此极限位置该第一压力室内的燃油体积最小；其特征在于：该弹簧与一第二活塞保持力传递连接；该第二活塞具有一个背离该弹簧且构成第二压力室的端壁的第二表面；该第一活塞在朝远离所述极限位置运动时开启该第一和第二压力室之间的流动连接部；该第二压力室之有效截面积比第一压力室的有效截面积大；并且受约束的泄油通道将该第二压力室与泄油部相连。

如上所述，当发动机负荷增加时，由于喷嘴内的流动阻力，燃油通道内的压力增加。因此，第一压力室中的压力也增加，这就引起了第一活塞的移动以致该第一和第二压力室间的流动连接部开启，燃油流入第二压力室。由于该压力室的有效截面比第一压力室大，因此在第二压力室建立起的压力使第一活塞回到其具有最少燃油体积的极限位置，同时第二压力室中的燃油量因第一活塞将该两压力室之间流动连接部挡住而被约束住。当第二活塞与弹簧进行力传递连接时，该弹簧随着各腔室之充盈而相应缩短，因而弹簧力增加。除了少量的燃油排泄掉以外，其它燃油都被限制在压力腔中，直到喷油器再一次启动进行新的燃油喷射为止，因此增加的弹簧力得到保持，这就使该喷油器既具有较高的启喷压力又具有较高的关闭压力。

如果在下一喷射期间燃油通道中的最高压力，因发动机负荷增加变得更高，则第一压力室的燃油压力将形成一个作用于第一活塞上的力，该力比相反的弹簧力更大，这就导致了该第一活塞移动，所以两压力室之间的流动连接部开通，直到第二压力室中建立的压力产生一个增加的压力为止，此增加的压力比第一压力室的有效截面上作用的燃油压力稍稍高一点。然后，增加的弹簧力再使第一活塞回复到其极限位置，挡住两压力室之间的流动连接部。

受约束的泄油通道不断地将少量的燃油从第二压力室排出。这就保证了当发动机负荷以及燃油通道中的最高油压下降时弹簧的载荷也减小。如果发动机负荷不下降，则排泄走的燃油量将由下一喷射期间的新燃油取代，由于排泄走的燃油使第二压力室中形成一个小的压降，因此第一活塞能再一次开启该流动连接部。

在发动机的高负荷范围内某一具体负荷时的喷油器启喷压力取决于第一压力室的有效截面积。由于这一截面可以以非常小的公差制造，且压缩弹簧的弹性特性方面的由制造因素决定的变化及其在工作期间的不同松弛将由弹簧压缩补偿，直到该弹簧产生与喷油器最高燃油压力相应的弹簧力为止，因此发动机中的所有喷油器将自行调整具有相同的启喷压力和相同的关闭压力。这一调整自动发生在发动机工作期间，从而很大程度上排除了对喷油器的定期手动调节的需要。

本发明也提供带一侧面开孔的流动连接部，该侧面开孔能由第一活塞在其位移时盖住或打开，但优选的是该第一活塞具有一个阀座，该阀座部分与固定的相应阀座部分接触而将该第一和第二压力室之间的流动连接部阻挡住。许多年来，喷油器中的这些阀座部分都被证明是可靠的并且它们产生了能抗大压差的良好密封。

本发明提供的喷油器，其特征在于：在一个发动机循环期间，在发动机满负荷时通过泄油通道所泄走的燃油体积是第二压力室中燃油体积的二分之一至二十分之一。如果泄走的燃油超过二分之一，则很难获得启喷压力的理想增加，尤其是在发动机低负荷时更是如此，此外，由于当发动机负荷恒定时，第二压力室在每次喷油期间都须再注油，活塞的运动幅度更大且更频繁。如果排泄的油的体积小于二十分之一，则启喷压力将在发动机负荷突然减少时不适当地慢慢降低。上述泄油比例适合于发动机满载时。

在一个实施例中，第一压力室的有效截面积比阀滑动件的开口面积更小。其结果是：当燃油压力由喷油器的启喷压力决定，而启喷压力只由弹簧的机械预载荷产生时，对低发动机负荷，第一活塞将保持在上极限位置。只有当燃油压力随发动负荷增加而上升时，作用在第一压力室的有效截面积上的压力才产生一个克服弹簧力使第一活塞移离其极限位置的力。

第二压力室的有效截面积最好比第一压力室的有效截面积大至少两倍。其结果是：当第二活塞作用于弹簧上及因此而作用于第一活塞上的力等于燃油反方向作用于第一活塞上的力时，第二压力室中的压力比第一压力室的压力相应地小几倍。因此第二压力室的较大有效截面积导致该第二压力室在有利的较低室压力时关闭，这就使泄油通道的压降很小并且从第二压力室排走的燃油量也很少。第二压力室的较大有效截面积还带来了这样的优点，即在第二活塞的某一位移处及弹簧相应压缩时有大体积的燃油量注入该室。这两种情况都有助于当喷油器处于两喷油期之间的关闭位置时弹簧力只稍稍改变。

由于相对第一活塞处于固定状态的部件是由阀滑动件构成的，因此有可能将两个活塞定位于弹簧的最接近喷嘴的端部。这种设计的结果是：各活塞参与该阀滑动件的调整运动。在这种情况下，各活塞将起到增加该滑动件的质量的作用，这将使喷油器调节运动更慢。由于通常认为这是一种缺点，因此该第一活塞可以替换地形成于弹簧的相对端部。这就导致了这样的缺点，即两压力室之间的流动连接部变得细长，并且相当难以制造。在一优选实施例中，避免了这些缺点并且简化了制造，该喷油器制造为使得：以本身已知的方式将压缩弹簧装在两弹簧导向件之间，该导向件可在一固定于壳体内的中心止推件上纵向移动；第二活塞制成于上弹簧导向件上，该导向件处于喷嘴的相对位置，并具有一个压力密封地密封住该止推件的下管状壁及一个比该下壁之内径更大的并且压力密封地封住第一活塞的上管状壁，中间件将该两壁连接起来，该中间件的上表面构成第二表面；第一活塞是环形的并且封装于止推件及第二活塞的上壁之间，且具有朝内的下凸缘，该凸缘的上表面构成了第一表面，该表面向内地结合入阀座部分内；止推件的相应阀座部分面朝下，并位于贯穿到燃油通道的通道和构成该两压力室间的流动连接部的直径减小的下部区域之间。

泄油通道可形成为一独立元件，例如呈通过第二活塞钻入第二压力室的小的钻孔形式，但该泄油通道最好分别由第二活塞的两壁与第一活塞及止推件之间的压力密封环形狭槽构成。这些环形狭槽实际上很难制造得完全压力密封。排泄走的燃油量将同时对彼此相对滑动的表面进行润滑。

以下将参照附图更详细地解释本发明之实施方式的示例，其中：

图1表示本发明的喷油器之局部纵剖视图；

图2表示图1中描述压力弹簧及相关件的部分的放大图；

图3分别是公知类型的喷油器的启喷压力与发动机负荷之间的及本发明的喷油器的启喷压力与发动机负荷之间的关系图。

图1表示一种喷油器，其整体由标号1表示，并具有一个用来装在缸盖中的外壳体2。该壳体是细长的并且其上端具有一向侧面突出的且由螺栓固定连接于缸盖上的支承件3，其下端之接触表面4压紧在形成于缸盖上的相应接触表面上。一个油泵(未示出)或一个类似的周期供应高压燃油的燃料源通过高压油管连接到喷油器顶部处的燃油进口5上，从这里，燃油通道6穿过该喷油器中心朝下到达带有一中心腔室8的喷嘴7中，喷孔(未示出)从该喷嘴7辐射地设置以便燃油喷入发动机气缸。

该燃油通道可带有一阀，该阀打开以便在各喷射期之间使已预热燃油进入喷油器中。该燃油通道穿过止推件9形式的固定部件，该止推件朝上接触元件10，该元件10在壳体中是固定的；该止推件9朝下接触中间件11，该中间件11牢固地压在固定在该壳体中的滑动件导向件12上。阀滑动件13是这样装设的，即它在滑动件导向件中的中心导向孔12’中可纵向移动，并且由其一端将中间件上朝下突出的圆柱形部分11’围住。该导向孔对中该滑动件，从而位于该阀滑动件下端处并形成一针形部的环状圆锥阀座表面14与该滑动件导向件12上的相应阀座同轴。当该阀滑动件处于其关闭位置，并且其阀座表面压靠在滑动导向件上的阀座上时，该针形部的尖部突伸入喷嘴的中心凹腔内，并且受到发动机缸压的作用，该缸压通过喷嘴孔传入凹腔并在开启方向施加一力于该阀滑动件上。阀滑动件及滑动件导向件12的下端限定构成一个通过斜孔16与燃油通道6连通的压力腔15。该阀滑动件朝下的环形端面由该针形部界定而成，并且当燃油压力在开启方向作用一力于阀滑动件上时，该环形端面受腔15中的燃油压力作用。该阀滑动件的开启面积基本上是由圆柱形部分11’的外直径和导向孔12’的内直径之间的差值决定的。

该阀滑动件通过压缩弹簧17于关闭方向即向下朝着阀座的方向受到压力作用，该弹簧之上端与可移动地装在止推件9上的上弹簧导向件18接触，其下端通过也可移动导向的下弹簧导向件19支承在该止推件9上。借助于一带槽的止推套筒，该下导向件19之下表面与阀滑动件13上的朝上凸缘接触。因此该弹簧力经弹簧导向件19和止推套筒20传递至该阀滑动件13。

环形第一活塞21绕该止推件9的上部轴向可移动地设置。该活塞之滑动表面22(图2)的内径与止推件上的相对导向表面23按下面的方式保持适当配合，即该两表面之间的环形间隙保持足够地小，以便该活塞按密封方式封围该止推件。该导向表面23向下终止于一个设置于止推件上并通过一通道24与该止推件中的中心燃油通道6连通的圆柱形凹陷中。该凹陷向下并入一个其外直径比该导向表面23的直径小的圆柱部分25中。在该部分25之下，止推件具有一个朝下的环状锥形底座部分26。

该第一活塞21具有一个靠下部的朝内的凸缘27，该凸缘27具有一个可依靠压力密封地靠接于底座部分26上的朝上的锥形底座部分26’。在与该凹陷及圆柱部分25比肩的区域，第一活塞及止推件界定了第一压力室28，该室之有效截面积由圆柱部分25和导向表面23之间的直径差决定。该有效截面位于该凸缘27的上表面上，即处于远离弹簧的第一表面上，所以通过该第一压力室中的通道24供给的燃油压力作用于第一活塞上，施加的力向下。

第二活塞29与上弹簧导向件18整体构造，并包括一环状中间件30，该件支承下管形壁31及上管形壁32。该下壁31的内侧压力密封地并且可纵向移动地与止推件9的第二柱形导向表面33接触，而上壁32的内侧压力密封地和可轴向移动地与第一活塞21的外侧接触。该第一、第二活塞与止推件9一起界定了第二压力室34，其有效截面积由下壁31和上壁32的圆柱形内侧之间的直径差决定。当第一活塞从底座部分26运动开时，形成于该止推件的外侧上的并紧靠底座26下面的圆柱形凹腔构成两压力室之间的流动连接部35。

凸缘27的底侧可具有一个或多个凸出部或一个带有切口的环形凸出部，当该凸出部与中间件30之上侧邻接时，该切口使第二压力室34的与凸出部分径向对齐的部分保持与流动连接部分35的流动连通。在另外一个替代实施例中(未示出)，该凸出部可以是环状的，并且下壁31的内侧之直径可小于凸缘27的内侧之直径，所以位于最靠近该流动连接部35的第二压力室的部分具有朝上的有效截面，当该凸缘27上的凸出部抵靠在该中间件30的上侧并阻止与压力室34的其它部分连接时，该截面对流动连接部分35是开启的。利用流动连接部35中的适当压升，该有效截面将使第二活塞29移离第一活塞21并同时开启第二压力室的全部有效截面。

第二压力室34与约束的泄油通道连续接触，该通道由上壁32的内侧与第一活塞的圆柱形外侧之间的压力密封环形槽和下壁31的内侧与止推件上的导向表面33之间的压力密封式环形槽构成。

现在接着说明该两活塞如何自动地使压缩弹簧17产生理想的弹性力。当发动机停车，而燃油通道6没有加压时，两活塞处于图中所示位置，此时预加有载荷的压缩弹簧17压迫第二活塞29向上，以便与第一活塞21抵靠住，从而通过底座部分26和26’将弹生力传递给止推件9。

当发动机启动并且负荷增加时，在每个喷射期间，燃油通道6中的压力上升至最高压力，该压力在低负荷时相应于喷油器的启喷压力，而在高负荷时由喷嘴孔中的流动阻力决定。因此燃油通道中的最大压力随发动机负荷增加而增加。

燃油通道6中的压力通过通道24传递至第一压力室28，并且当压力达到某一水平时，第一活塞上的向下的力可克服弹簧的预置力，第一活塞移向弹簧，该弹簧在弹簧导向件18和19之间压缩，同时燃油流经流动连接部35进入第二压力室，此室内的压力升到使第一活塞21回复到与底座26接触的水平，而第二活塞29保持在对该弹簧施加额外载荷之位置。

如果在后续的喷射期间燃油通道6中的压力增加至更高的水平，则活塞运动反复进行，从而弹簧受到一个与燃油通道6中的最大压力成线性关系的负荷。

通过压力密封的环形槽，少量的燃油不断地从第二压力室中排泄出来，该燃油经壳体2中的内腔流到泄油孔中(未示出)。

按该方式，本发明的喷油器获得一个弹簧力并由此获得一个如图3所示的启喷压力，该启喷压力随发动机负荷增加而增加。这就使得有可能降低低发动机负荷时的启喷压力，而且该喷油器可自动地产生在满负荷时所需的高启喷压力。因此，该压缩弹簧可预制具有一预载荷，该预载荷在低负荷时产生约200巴的启喷压力，该压力使发动机在部分负荷时工作稳定，并且在满负荷时启喷压力高于公知的喷油器之启喷压力，这就促进了喷射开始时燃油之良好雾化。

代替上述的中心路径，该燃油通道6也可按公知的方式包括若干通道，这些通道在固定的中间件中沿该弹簧的外侧延伸，并且经过滑动件导向件中的斜向通道开口于压力室15。用这一设计，该阀滑动件的开启面积是由绕针形部的向下环形端面决定的。

Claims (7)

1．一种内燃机，尤其是大型二冲程柴油机的喷油器，其具有：一个装于缸盖中的外壳(2)及一个贯穿的通向喷嘴(7)中的燃油通道(6)；一个可在滑动件导向件(12)中纵向移动的阀滑动件(13)，该滑动件由一预加载压缩弹簧(17)朝阀座方向施力并由燃油通道内的油压朝相反方向施力；位于该压缩弹簧的一端的第一活塞(21)具有一个远离该弹簧的第一表面，以及第一压力室(28)位于所述第一活塞(21)的所述第一表面并通过通道(24)与所述燃油通道连通，所述压缩弹簧对该第一活塞施压，方向朝一极限位置，在此极限位置该第一压力室内的燃油体积最小；其特征在于：该弹簧与一第二活塞(29)保持力传递连接；该第二活塞具有一个背离该弹簧且构成第二压力室(34)的端壁的第二表面；该第一活塞(21)在朝远离所述极限位置运动时开启该第一和第二压力室之间的流动连接部(35)；该第二压力室(34)之有效截面积比第一压力室(28)的有效截面积大；并且受约束的泄油通道将该第二压力室与泄油部相连。

2．如权利要求1所述喷油器，其特征在于：所述第一活塞(21)具有一底座部分(26’)，该底座部分通过与固定的相应底座部分(26)接触而封阻所述第一和第二压力室之间的流动连接部(35)。

3．如权利要求1所述喷油器，其特征在于：在发动机的一个循环期间内，当发动机满负荷时通过该泄油通道排泄走的燃油体积是第二压力室(34)内燃油体积的二十分之一到二分之一。

4．如权利要求1-3中任一项所述喷油器，其特征在于：第一压力室(28)的有效截面小于该阀滑动件的开口面积。

5．如权利要求1-3中任一项所述喷油器，其特征在于：该第二压力室(34)之有效截面比第一压力室(28)的有效截面大至少两倍。

6．如权利要求1-3中任一项所述喷油器，其特征在于：按公知的方式，该压缩弹簧(17)装于两个弹簧导向件(18、19)之间，该两导向件可在固定于壳体内的中心止推件(9)上纵向移动；该第二活塞(29)形成于上弹簧导向件(18)上，该导向件(18)与喷嘴(7)相对地设置并具有一个压力密封地封围该止推件的下管状壁(31)及一个上管状壁(32)，该上壁(32)之内直径比下壁的内直径大并且压力密封地封围该第一活塞(21)，中间件(30)连接两壁，该中间件之上表面构成第二表面；该第一活塞(21)是环形的并且被封在该止推件与该第二活塞的上壁之间，第一活塞还具有一个朝内的下凸缘(27)，该凸缘(27)之上表面构成第一表面，该第一表面朝内结合于底座部分(26’)；该止推件的相应底座部分(26)面朝下，并位于一个通到燃油通道(6)的贯穿通道(24)和一个在两压力室之间构成流动连接部(35)的直径减小的下部区域之间。

7．如权利要求6所述喷油器，其特征在于：该泄油通道包括分别位于该第二活塞的上管形壁(32)与该第一活塞(21)之间的压力密封环形狭槽及第二活塞的下管形壁(31)与该止推件(9)之间的压力密封环形狭槽。

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