CN106368873A - 流体喷射器 - Google Patents

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Abstract

燃料喷射器包括限定多个喷射孔的喷射器尖端。第一控制装置被连接至喷射器尖端上，且可操作地控制流体流过多个喷射孔中的至少第一个。第二控制装置被连接至喷射器尖端上，且可操作地控制流体流过多个喷射孔中的至少第二个。第一控制装置和第二控制装置均包括用于控制流体流过相应喷射孔的MEMS流量控制器或NEMS流量控制器，且可相对于彼此独立地操作以提供可变流体流动速率和/或喷射雾化模式。

Description

流体喷射器
技术领域
本发明大体上涉及流体喷射器，具体涉及一种用于内燃机的液体燃料喷射器。
背景技术
诸如液体燃料喷射器的流体喷射器用来，例如，比如，将燃料喷射到发动机气缸的燃烧室中。燃料可喷射到燃烧室中，用于气缸内燃烧，以便生成驱动力，或可在气缸内燃烧之后喷射到燃烧室中，以便执行废气处理系统的各种不同操作。燃料喷射器可另选地安装在废气处理系统中，以直接将燃料喷射到废气流中。
用于每个功能的最优喷射速率和/或最优喷射雾化模式可能有所不同。例如，当车辆在冷天以高功率输出运行时，用于气缸内燃烧的最优燃料喷射速率和/或喷射雾化模式可与当车辆在热天以低功率输出运行时用于气缸内燃烧的最优燃料喷射速率和/或喷射雾化模式不同。另外，用于气缸内燃烧的最优燃料喷射速率和/或喷射雾化模式可与用于气缸内后燃烧喷射以便进行废气处理操作的最优燃料喷射速率和/或喷射雾化模式不同。针对当前执行的功能控制燃料喷射器运行在其最优级别提升了发动机的运行效率。
发明内容
提供了一种流体喷射器。该流体喷射器包括限定多个喷射孔的喷射器尖端。第一控制装置连接至喷射器尖端上，且可操作地控制流体流过多个喷射孔中的至少第一个。第二控制装置连接至喷射器尖端上，且可操作地控制流体流过多个喷射孔中的至少第二个。第一控制装置和第二控制装置可相对于彼此独立操作，使得多个喷射孔中的第一个和多个喷射孔中的第二个中的一个可打开以允许流体从中流过，同时，多个喷射孔中的第一个和多个喷射孔中的第二个中的另一个可闭合以防止流体从中流过。
还提供了一种用于具有内燃机的车辆的燃料喷射器。燃料喷射器包括限定第一组喷射孔和第二组喷射孔的喷射器尖端。第一控制装置连接至喷射器尖端上，且可操作地控制流体流过第一组喷射孔。第二控制装置连接至喷射器尖端，且可操作地控制流体流过第二组喷射孔。第一控制装置和第二控制装置中的每一个都包括微机电系统(MEMS)流量控制器或纳米机电系统(NEMS)流量控制器中的任一个。第一控制装置和第二控制装置可相对于彼此独立操作，以选择性地控制流体流过第一组喷射孔和第二组喷射孔中的每一个，使得第一组喷射孔和第二组喷射孔中的一个可打开以允许流体从中流过，而第一组喷射孔和第二组喷射孔中的另一个可闭合以防止流体从中流过。
因此，流体喷射器可被配置和/或控制成提供一系列不同的流体喷射速率和多个不同的流体喷射模式，以便提供用于若干不同功能和/或条件的最优运行条件。当被用来将液体燃料喷射到内燃机中时，由流体喷射器提供的可变流量和/或喷射模式提升了发动机的运行效率。
从以下结合附图对实施本教导的最佳方式进行的详细描述中能够很容易地了解到本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
图1是流体喷射器的示意性截面图。
图2是示出了显示出第一运行条件的流体喷射器的喷射器尖端的示意性平面图。
图3是示出了显示出第二运行条件的喷射器尖端的示意性平面图。
具体实施方式
本领域的普通技术人员应理解，诸如“上述”、“下述”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语描述性地用于附图，且不限制由所附权利要求书所限定的本发明的范围。另外，教导可按照功能和/或逻辑块部件和/或不同的处理步骤进行描述。应认识到，这种块部件可包括配置成执行具体功能的任意数量的硬件、软件和/或固件部件。
参照附图，其中在若干个视图中，相同标号指示相同部件，流体喷射器总体以标号20示出。流体喷射器20可操作地将加压流体喷射进腔室、容器、器皿等中。流体可包括任何流体，诸如但不限于：水、气体、柴油、化学化合物等。例如，流体喷射器20的示例性实施例可被配置成用于交通工具(例如，汽车、ATV、雪地汽车、牵引车、火车、飞机等)的内燃机的液体燃料喷射器。然而，应理解，流体喷射器20可被配置成用于除交通工具应用之外的其他应用，且可被配置成用于除燃料之外的其他流体。
参照图1，流体喷射器20包括限定多个喷射孔24的喷射器尖端22。喷射器尖端22为大体平坦或板状结构，其限定喷射孔24，且流体通过喷射孔24进行喷射。参照图2，多个喷射孔24包括多个喷射孔24中的至少第一个(其在下文被称为第一喷射孔24A)，以及多个喷射孔24中的第二个(其在下文被称为第二喷射孔24B)。包括第一喷射孔24A和第二喷射孔24B的喷射孔24总体地由参考标号24进行表示。第一喷射孔24A和第二喷射孔24B分别具体地由它们相应的参考标号24A和24B进行表示。应理解，喷射器尖端22可限定除图2中所示的第一喷射孔24A和第二喷射孔24B之外的更多的喷射孔24。例如，参照图3，多个喷射孔24可包括喷射孔24的第一组26，其可包括第一喷射孔24A，以及喷射孔24的第二组28，其可包括第二喷射孔24B。如图3所示，喷射孔24的第一组26中的喷射孔24各自被配置成限定圆形形状，而喷射孔24的第二组28中的喷射孔24各自被配置成限定椭圆形形状。应理解，喷射孔24可不止包括喷射孔24的示例性第一组26和第二组28，其还可包括任意数目的喷射孔24的组。
可以相同配置的方式设定喷射孔24中的每一个的尺寸和形状。可选地，多个喷射孔24中的每一个可包括不同尺寸和/或形状。另外，相应组的每个喷射孔24可包括与该相应组的所有其他喷射孔24相同的尺寸和/或形状，或可包括相对于该相应组的所有其他喷射孔24不同的尺寸和/或形状。
参照图2，喷射器尖端22的简化实施例被示出为示例性实施例。图2所示的喷射器尖端22包括第一喷射孔24A和第二喷射孔24B。第一喷射孔24A限定能够以第一喷射速率喷射流体的第一喷射区域。第二喷射孔24B限定能够以第二喷射速率喷射流体的第二喷射区域。第二喷射区域不同于第一喷射区域，使得第二喷射速率不同于第一喷射速率。如图2所示，第一喷射孔24A通常被配置成限定具有第一直径30的圆形形状，第二喷射孔24B通常被配置成限定具有第二直径32的圆形形状。第一直径30大于第二直径32。由此，第一喷射区域大于第二喷射区域，从而第一喷射速率高于第二喷射速率。应理解，第一喷射孔24A和第二喷射孔24B可被配置成限定除图2所示的示例性圆形形状之外的其他形状，例如，椭圆形、正方形、六边形等。
参照图3，喷射器尖端22的可选实施例被示出为另一示例性实施例。图3所示的喷射器尖端22包括喷射孔24的第一组26和喷射孔24的第二组28。喷射孔24的第一组26被布置成限定可操作地以第一雾化模式喷射流体的第一孔布置。如图3所示，喷射孔24的第一组26中的喷射孔24均被配置成限定圆形流动区域，且以基本呈X形的配置进行布置。喷射孔24的第二组28被布置成限定可操作地以第二雾化模式喷射流体的第二孔布置。如图3所示，第二组28中的喷射孔24均被配置成限定大体上呈椭圆形的流动区域，且以基本呈矩形的配置进行布置。第二雾化模式不同于第一雾化模式。应当理解，喷射孔24的不同组可被配置成限定其的特定模式可不同于图3所示的模式。另外，如果多个喷射孔24不止包括喷射孔24的两个示例性组，则喷射孔24的多个组中的每一个都可被布置成限定相应的配置，以实现相应的喷射雾化模式。
流体喷射器20包括多个控制装置，例如，阀。具体地，流体喷射器20包括至少第一控制装置34A和第二控制装置34B。包括第一控制装置34A和第二控制装置34B的控制装置在此总体地用参考标号34进行表示。第一控制装置34A和第二控制装置34B分别具体地由参考标号34A和34B进行表示。第一控制装置34A和第二控制装置34B均连接至喷射器尖端22上，且各自可操作地控制流体流过至少一个相应的喷射孔24。参照图1，第一控制装置34A示出为连接至喷射器尖端22上，且可操作地控制流体流过至少第一喷射孔24A。第一控制装置34A邻近第一喷射孔24A附接至喷射器尖端22上。第二控制装置34B连接至喷射器尖端22上，且可操作地控制流体流过至少第二喷射孔24B。第二控制装置34B邻近第二喷射孔24B附接至喷射器尖端22上。
如果多个喷射孔24不止包括图1和图2所示的第一喷射孔24A和第二喷射孔24B，诸如图3所示的喷射孔24的第一组26和喷射孔24的第二组28，则第一控制装置34A和第二控制装置34B均可控制流体流过多个喷射孔24。例如，第一控制装置34A可控制流体流过喷射孔24的第一组26中的所有喷射孔24，第二控制装置34B可控制流体流过喷射孔24的第二组28中的所有喷射孔24。可选地，诸如图3所示，多个喷射孔24中的每一个均可包括相应控制装置34，其用于控制流体流过其相应喷射孔24，其中每个控制装置34邻近其相应喷射孔24附接至喷射器尖端22上。如图3所示，用于每个相应喷射孔24的控制装置34以虚线示出为围绕其相应喷射孔24的正方形。如果多个喷射孔24中的每一个均配备有相应控制装置34，则多个喷射孔24中的每一个都可独立于多个喷射孔24中的所有其他喷射孔进行控制。可选地，与喷射孔24的第一组26中的喷射孔24相关联的控制阀中的每一个都可以相同的方式进行控制，而与喷射孔24的第二组28中的喷射孔24相关联的控制阀中的每一个都可以相同的方式进行控制。
每个控制装置34(例如图1中示出的第一控制装置34A和第二控制装置34B或者图3中示出的每个相应喷射孔24的每个控制装置34)都可包括微机电系统(MEMS)流量控制器或纳米机电系统(NEMS)流量控制器中的任一个。MEMS流量控制器和/或NEMS流量控制器为能够开启和关闭流过喷射孔24中的相应一个的流体的装置。MEMS流量控制器和/或NEMS流量控制器可以任何合适的方式进行配置，其特征为分别利用MEMS装置和/或NEMS装置来分别致动控制装置34。
通常，诸如MEMS流体控制器的MEMS装置可被认为包括一类体积小并具有尺寸在微米范围内的特征的系统。MEMS装置的临界物理尺寸可发生变化，从空间图谱下端上的一微米以下一直到几毫米。MEMS装置既可具有电子部件，又可具有机械部件。在集成微电子控制下，MEMS装置的类型可发生变化，从不具有移动元件的相对简单的结构到具有多个移动元件的极为复杂的电机械系统。MEMS装置的一个主要准则是具有至少一些包括某种机械功能的元件，不管这些元件是否能够移动。MEMS装置通过微加工工艺进行生产。术语“微加工”通常指通过包括修改后的集成电路(计算机芯片)制造技术(诸如化学侵蚀)的工艺和材料(诸如硅半导体材料)生产三维结构和移动部件。
纳米机电系统(NEMS)为一类在纳米级别上集成电功能和机械功能的装置。NEMS装置通过MEMS基装置来形成合乎逻辑的下一微型化步骤。NEMS装置通常使类似晶体管的纳米电子器件与机械致动器、泵或马达相结合。该名称源于典型的纳米范围内的装置尺寸。
NEMS装置可通过自上而下的方法使用传统的微制造方法(即光学和电子束光刻)来制造。通常，NEMS装置由金属薄膜或蚀刻的半导体层进行制造。可选地，NEMS装置可通过自下而上的方法利用单分子的化学特性来使得单分子部件(a)自组织或自组装成某个有用的结构或(b)基于定点组装来制造。这些方法利用了分子自组装和/或分子识别的概念。也可使用这些方法的组合，其中纳米级分子被整合到一个自上而下的结构中。
MEMS基装置和/或NEMS基装置可被致动来以任何合适的方式产生机械运动，包括但不限于：热致动、静电致动、磁致动、压电致动或电致动。此外，MEMS基装置和/或NEMS基装置可包括形状记忆合金元件，用于实现相应装置内的机械运动。每个控制装置34都可响应于仅仅专用于该相应控制装置34的相应控制信号，使得针对所有控制装置34的所有相应控制信号可相互分离且独立于彼此，从而使得能够实现对每个单独控制装置34的专用控制。
流体喷射器20可被控制来提供可变流体喷射速率和/或可变流体喷射雾化模式。如上所述，第一喷射孔24A限定大于第二喷射孔24B的流体喷射速率的流体喷射速率。参照图2，第一控制装置34A和第二控制装置34B可相对于彼此独立地运行，使得第一喷射孔24A和第二喷射孔24B中的一个可打开以允许流体从中流过，同时，第一喷射孔24A和第二喷射孔24B中的另一个可关闭以防止流体从中流过。例如，第一控制装置34A可被控制来允许流体流过第一喷射孔24A，同时，第二控制装置34B可被控制来防止流体流过第二喷射孔24B，使得流体仅可通过第一喷射孔24A以第一喷射速率来喷射。可选地，第一控制装置34A可被控制来防止流体流过第一喷射孔24A，同时，第二控制装置34B可被控制来允许流体流过第二喷射孔24B，使得流体仅可通过第二喷射孔24B以第二喷射速率来喷射。另一个可能性是，第一控制装置34A可被控制来允许流体流过第一喷射孔24A，同时，第二控制装置34B可被控制来允许流体流过第二喷射孔24B，使得流体可通过第一喷射孔24A和第二喷射孔24B这两者来以第三喷射速率喷射，其中第三喷射速率大约等于第一喷射速率与第二喷射速率之和。
参照图3中示出的喷射器尖端22的示例性实施例，可使用相同的原理。应认识到，由于喷射孔24的每个不同组内的喷射孔24的形状、尺寸和数量，喷射孔24的第一组26将以第一喷射速率喷射流体，喷射孔24的第二组28将以第二喷射速率喷射流体。因此，喷射孔24的第一组26可由其相应控制装置34进行控制，以允许流体流过喷射孔24的第一组26中的每个孔，同时，喷射孔24的第二组28可由其相应控制装置34进行控制，以防止流体流过喷射孔24的第二组28中的每个孔，使得仅可通过喷射孔24的第一组26以第一喷射速率喷射流体。可选地，喷射孔24的第一组26可由其相应控制装置34进行控制，以防止流体流过喷射孔24的第一组26中的每个孔，同时，喷射孔24的第二组28可由其相应控制装置34进行控制，以允许流体流过喷射孔24的第二组28中的每个孔，使得流体仅可通过喷射孔24的第二组28以第二喷射速率喷射。另一个可能性是，喷射孔24的第一组26可由其相应控制装置34进行控制，以允许流体流过喷射孔24的第一组26中的每个孔，同时，喷射孔24的第二组28可由其相应控制装置34进行控制，以同样允许流体流过喷射孔24的第二组28中的每个孔，使得流体可通过喷射孔24的第一组26以第一喷射速率喷射以及流体可通过喷射孔24的第二组28以第二喷射速率喷射，从而限定第三喷射速率。第三喷射速率为第一喷射速率与第二喷射速率之和。
同样地，流体喷射器20可被控制来提供可变流体喷射雾化模式。参照图2，第一喷射孔24A从喷射器尖端22上的第一位置处喷射流体，从而限定第一雾化模式；第二喷射孔24B从喷射器尖端22上的第二位置处喷射流体，从而限定第二雾化模式。还应理解，第一喷射孔24A和第二喷射孔24B的尺寸和/或形状可互不相同，从而进一步加大第一雾化模式与第二雾化模式之间的差异。
参照图2，第一控制装置34A可被控制来允许流体流过第一喷射孔24A，同时，第二控制装置34B可被控制来防止流体流过第二喷射孔24B，使得流体仅可通过第一喷射孔24A以第一雾化模式来喷射。可选地，第一控制装置34A可被控制来防止流体流过第一喷射孔24A，同时，第二控制装置34B可被控制来允许流体流过第二喷射孔24B，使得流体仅可通过第二喷射孔24B以第二雾化模式来喷射。另一个可能性是，第一控制装置34A可被控制来允许流体流过第一喷射孔24A，同时，第二控制装置34B可被控制来允许流体流过第二喷射孔24B，使得流体可通过第一喷射孔24A和第二喷射孔24B这两者来以第三雾化模式喷射，其中第三雾化模式由第一雾化模式和第二雾化模式的组合形成。
参照图3示出的喷射器尖端22的示例性实施例，可应用相同的原理，因为喷射孔24的第一组26将通过第一喷射雾化模式喷射流体，且喷射孔24的第二组28将通过第二喷射雾化模式喷射流体。参照图3，喷射孔24的第一组26可由其相应控制装置34进行控制，以允许流体流过喷射孔24的第一组26中的每个孔，同时，喷射孔24的第二组28可由其相应控制装置34进行控制，以防止流体流过喷射孔24的第二组28中的每个孔，使得仅可通过喷射孔24的第一组26以第一雾化模式喷射流体。可选地，喷射孔24的第一组26可由其相应控制装置34进行控制，以防止流体流过喷射孔24的第一组26中的每个孔，同时，喷射孔24的第二组28可由其相应控制装置34进行控制，以允许流体流过喷射孔24的第二组28中的每个孔，使得流体仅可通过喷射孔24的第二组28以第二喷射雾化模式来喷射。另一个可能性是，喷射孔24的第一组26可由其相应控制装置34进行控制，以允许流体流过喷射孔24的第一组26中的每个孔，同时，喷射孔24的第二组28可由其相应控制装置34进行控制，以同样允许流体流过喷射孔24的第二组28中的每个孔，使得流体可通过喷射孔24的第一组26以第一喷射雾化模式来喷射以及流体通过喷射孔24的第二组28以第二喷射雾化模式来喷射，从而限定由第一雾化模式和第二雾化模式的组合形成的第三喷射雾化模式。
具体实施方式和附图或图支持且描述本发明，但本发明的范围仅由权利要求书限定。尽管已经详细描述了用于实施所要求教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求书中限定的本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (10)

1.一种流体喷射器，其包括：
喷射器尖端，其限定多个喷射孔；
第一控制装置，其被连接至所述喷射器尖端上且可操作地控制流体流过所述多个喷射孔中的至少第一个；和
第二控制装置，其被连接至所述喷射器尖端上且可操作地控制流体流过所述多个喷射孔中的至少第二个；
其中所述第一控制装置和所述第二控制装置可相对于彼此独立地操作，使得所述多个喷射孔中的所述第一个和所述多个喷射孔中的所述第二个中的一个可打开以允许流体从中流过，而同时所述多个喷射孔中的所述第一个和所述多个喷射孔中的所述第二个中的另一个可关闭以防止流体从中流过。
2.根据权利要求1所述的流体喷射器，其中所述第一控制装置和所述第二控制装置中的每一个都包括微机电系统流量控制器或纳米机电系统流量控制器中的任一个。
3.根据权利要求2所述的流体喷射器，其中所述多个喷射孔中的所述第一个限定能够以第一喷射速率喷射流体的第一喷射区域，且所述多个喷射孔中的所述第二个限定能够以不同于所述第一喷射速率的第二喷射速率喷射流体的第二喷射区域。
4.根据权利要求3所述的流体喷射器，其中所述第一控制装置可被控制来允许流体流过所述多个喷射孔中的所述第一个，同时，所述第二控制装置可被控制来防止流体流过所述多个喷射孔中的所述第二个，使得流体仅可通过所述多个喷射孔中的所述第一个以所述第一喷射速率来喷射。
5.根据权利要求3所述的流体喷射器，其中所述第一控制装置可被控制来防止流体流过所述多个喷射孔中的所述第一个，同时，所述第二控制装置可被控制来允许流体流过所述多个喷射孔中的所述第二个，使得流体仅可通过所述多个喷射孔中的所述第二个以所述第二喷射速率来喷射。
6.根据权利要求3所述的流体喷射器，其中所述第一控制装置可被控制来允许流体流过所述多个喷射孔中的所述第一个，同时，所述第二控制装置可被控制来允许流体流过所述多个喷射孔中的所述第二个，使得流体可通过所述多个喷射孔中的所述第一个和所述多个喷射孔中的所述第二个这两者来以第三喷射速率喷射。
7.根据权利要求2所述的流体喷射器，其中所述多个喷射孔包括第一组喷射孔，其包括所述多个喷射孔中的所述第一个，且所述第一控制装置控制流体流过所述第一组喷射孔中的所有所述喷射孔，且其中所述多个喷射孔包括第二组喷射孔，其包括所述多个喷射孔中的所述第二个，且所述第二控制装置控制流体流过所述第二组喷射孔中的所有所述喷射孔。
8.根据权利要求7所述的流体喷射器，其中所述第一组喷射孔被布置成限定可操作地以第一雾化模式喷射流体的第一孔布置，且其中所述第二组喷射孔被布置成限定可操作地以不同于所述第一雾化模式的第二雾化模式喷射流体的第二孔布置。
9.根据权利要求8所述的流体喷射器，其中所述第一控制装置可被控制来允许流体流过所述第一组喷射孔，同时，所述第二控制装置可被控制来防止流体流过所述第二组喷射孔，使得流体仅可通过所述第一组喷射孔以所述第一雾化模式来喷射。
10.根据权利要求1所述的流体喷射器，其中所述多个喷射孔中的每个都包括用于控制流体流过其相应喷射孔的相应控制装置，使得所述多个喷射孔中的每一个都可独立于所有其他所述多个喷射孔进行控制，且每个相应控制装置都包括微机电系统流量控制器或纳米机电系统流量控制器中的任一个。
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