CN1174935A - 混合型液压电控喷油器 - Google Patents

Abstract

通过设计现有的为避免气体回流而设置的单向阀下游的通道体积Vacc,使之等于一个喷射过程中最大喷油量Qmax的1.0—10.0倍,便可产生一种具有蓄压式装置的某些特性和非蓄压式装置的某些特性的混合型液压电控喷射器。这种混合装置1)至少在喷射过程的初期呈现升喷射率喷射,因此具有非蓄压式HEUI装置所具有的优点;2)至少在喷射过程的最终阶段呈现降喷射率喷射,因此具有蓄压式HEUI装置所具有的优点。

Description

混合型液压电控喷油器

本发明涉及液压电控喷油器(Hydraulic Electronic Unit Injector，以下简称HEUI)，更具体地说，它涉及一种既有非蓄压式HEUI装置的某些特性，又有蓄压式HEUI装置的某些特性的混合型HEUI装置。

由于液压电控喷油器(HEUI)装置与传统的凸轮驱动式或脉冲式喷油器装置相比，对燃油喷射率、喷射定时和喷油量能够提供更精确的控制，从而降低废气排放，改善燃油经济性及动力性，因此这种装置最近几乎被越来越多的人们所接受。蓄压式和非蓄压式FEUI装置是众所周知的，它们采用脉宽计量或压力计量来控制燃油喷射定时和喷油量。但是，正如下面将要描述的那样。两种装置为了喷射而储存和释放能量的方式从原理上是不同的，每种装置所具有的优点正是另一种装置所缺乏的。

通常被认为是非蓄压式FEUI装置已由美国伊利诺斯州的卡特匹勒公司商品化，这种装置由针阀组件、压力增压器组件和电磁式开关阀等组成。这个开关阀可以将压力增压器组件的低压腔交替连接到流体压力源和回油口上，这样可以对增压器组件的高压腔进行增压和卸压。此高压腔以流体形式与供油管路和针阀组件的喷嘴腔相连。每当高压腔的流体压力增加到某一设计值(该值主要由针阀回位弹簧确定)以上时，针阀升起，喷射开始；当喷嘴腔压力降到同一设计值以下时，针阀关闭。

非蓄压型HEUI装置具有显著的缺陷和缺点。

例如，喷射能量必须非常快的传递，即与喷射同时。这种快速能量传递需要响应非常快的电磁阀，同时液压液体速度非常高，从而导致相当大的附加损失。实际上，对于大约1200巴的喷射压力来说，这种喷油器装置大约需要消耗5％的发动机功率。

其次，非蓄压式HEUI装置不能用在膨胀云喷射系统(Expanding CloudInjection system，以下简称ECI系统)中。ECI系统是一种至少将每一个燃油填充的主要部分以降喷射率喷射的系统，这样依次的燃油滴具有非常不同的速度。这种方式的喷射避免了油滴烧结，并且刺激液体燃料的雾化和混合，从而降低了烟度和排放。这种ECI系统的结构和工作原理在授予贝克(Beck)的第5,392,745号美国专利中进行了详细的讨论。

另一方面，在非蓄压式HEUI装置中，燃油在大部分喷射过程中必须以升喷射率喷射。以升喷射率的喷射将使依次的燃油油滴以非常高的速度传播，并且导致油滴烧结和不期望的从液体油滴辐射出的燃料蒸发的浓燃烧。

第三，一旦增压器柱塞反向运动或溢流口开放，非蓄压式HEUI装置的喷嘴腔的流体压力将快速下降，这将导致燃烧气体回流及针阀无阻尼快速关闭，后者又导致针阀及相应表面的过早磨损失效。

非蓄压式HEUI装置的许多缺陷可以通过使用蓄压式HEUI装置而避免或缓解。蓄压式HEUI装置与非蓄压式HEUI装置的主要区别，在于蓄压式在喷射过程前已施加了喷射能量并储存在针阀阀座的上面，直到实际喷射开始，而不像非蓄压式喷油器装置那样，所需的能量是在喷射过程中施加的。这种装置的主要特征是采用了，(1)由一个路径以流体形式与增压器活塞高压腔相连接，并且由两个路径以流体形式与喷嘴腔相连接的蓄压器，和(2)一个位于针阀端面之上以流体形式与增压器高压腔相连的控制腔。高压腔燃油压力的增加，迫使燃油进入蓄压腔内，但不能立即导致喷射，因为由于蓄压腔的压力施加在针阀上的提升力与控制腔内作用在针阀上的压力相等并且方向相反。当电磁阀失电时，使增压器低压腔与回油油路接通，柱塞开始反向运动。高压腔和控制腔的压力衰减消除了作用在针阀上的力，喷嘴腔内的蓄压压力迫使针阀升起，喷射开始。当由喷射腔的流体压力所产生的提升力下降到由针阀回位弹簧和控制腔衰减后的流体压力所产生的关闭压力以下时，燃油喷射终止。这种蓄压式HEUI装置在已授予贝克等人的美国专利第33,270号专利中公开。

由于蓄压式HEUI装置可以在喷射前以相对慢的速度施加喷射能量，因此与非蓄压式HEUI装置相比，这种装置可以采用相对来讲动作慢得多的电磁阀。

另外，由于喷射仅在蓄压器内的被压缩的流体控制下进行，并且当喷射开始时，液体压力处于峰值状态，因此，几乎每个燃油填充的整个质量均以稳定的降喷射率喷射出去，这样就非常适用于膨胀云喷射过程。此外，一旦针阀关闭，喷嘴腔的压力停止衰减，由此施加在针阀上的提升力决不可能降到低于针阀关闭力以下很多，从而可以对针阀关闭起阻尼作用，使针阀寿命增加，早期失效减少。

尽管蓄压式HEUI装置有许多优点，但是由于蓄压式装置中所呈现的降喷射率喷射这个显而易见的缺点，该领域中的许多人仍会喜欢非蓄压式装置。很值得注意的是，人们会关心蓄压式喷油器能够产生非常均匀的燃料燃烧。在蓄压式喷油器中，几乎所有的燃料填充均以降喷射率喷射，所以整个燃油填充的相对较大的百分比发生在喷射过程的早期，也就是在燃烧开始之前喷出。在燃烧开始前，整个燃油填充的大约75％可以被雾化并与空气混合，这些预先混合的燃油的突然燃烧，在点火开始时引起热量快速释放，从而导致高的噪音等级及烟雾，NO₂和碳氢化合物等这些不期望的排放。蓄压式HEUI装置的设计者认识到这个潜在问题，试图通过在喷油器中采用喷射造形装置来消除这个问题，这种喷油器可以产生一个造形喷射过程，即在以低喷射率的预喷射之后跟随着一个高喷射率的主喷射。在预喷射和点火之后的主喷射燃料的延迟喷射主要通过消除主喷射的点火延迟时间来有效地控制预混合燃烧。并入喷射率造形装置的蓄压式HEUI装置已在授予贝克等人的美国专利5,241,925号中公开。

在非蓄压式HEUI装置中的预混合燃烧，通常没有在蓄压式HEUI装置中的预混合燃烧那么严重，因为整个喷射燃料的大部分是在点燃后喷入的。在蓄压式装置中常常期望的喷射率造形装置在非蓄压式装置中有时也被认为是必须的，但通常认为是没有必要的。非蓄压式HEUI装置的支持者相信，这个明显的优点远远超过上述的缺点，但是，对于具有为了降低排放延迟喷射定时的高输出涡轮增压式柴油机，不论对于蓄压式还是非蓄压式喷油器，喷射延迟时间变得非常短，并且基本上消除了预喷射燃烧。

因此，本发明的主要目的是提供一种装置，这种装置(1)至少在喷射过程的开始阶段以较低的喷射率喷射燃油，因此它具有非蓄压式HEUI装置通常伴随的减少预混合燃烧的优点：(2)至少在喷射过程结束阶段以降喷射率喷射燃油，因此它具有蓄压式HEUI装置通常伴随的针阀阻尼及膨胀云喷射的优点。

本发明人已经确信，只要对卡特匹勒公司目前正在制造的非蓄压式HEUI喷油器稍作改进，便可相当满意地生产出具有上述优点的喷油器。准确地讲，尽管卡特匹勒不曾打算把它的HEUI装置以任何方式作为蓄压式装置来工作，但是人们已经发现，仅仅为了避免回流而放入HEUI装置中的单向阀，如果放在该装置中的合适装置并且与合适体积的流体通道相结合，便可使HEUI装置至少在喷射过程的后期作为蓄压式HEUI装置工作，而在其它时间作为非蓄压式HEUI装置工作。更准确地讲，混合型HEUI装置包括一个喷油器壳体，该壳体内具体包括，(1)一个具有进口和出口的供油通道，(2)一个具有进口和出口、且进口与供油通道的出口相连的排油通道，(3)一个在下部有一个喷嘴腔的轴向中孔，这个喷嘴腔有一个进口和一个喷孔，进口与排油通道的出口相连。像增压式油泵这样的装置与供油通道的进口相连，用于交替地压缩燃油。在排油通道的进出口之间设置了一个止回元件。喷嘴针阀放置在轴向中孔内，针阀的下端伸在喷嘴腔内。喷嘴针阀可在此孔内从关闭喷孔的落座位置到允许燃油喷出喷孔的非落座位置之间滑动。当针阀升起时喷射开始，当针阀关闭时喷射终止。针阀回位弹簧对喷嘴针阀施加一个向下的偏置作用力。体积Vacc由喷嘴腔和排油通道内的止回元件与该通道出口之间的部分确定。在喷射过程中，最大喷油量Qmax从此燃油喷射器中喷出。Vacc/Qmax大约是在1.0和10.0之间。

本发明的第二个目的是根据需要改进现有的卡特匹勒的HEUI装置，使该装置在喷射过程的初期维持升喷射率燃油喷射的同时，在喷射过程的相对较大的时间比例内获得降喷射率喷射，从而避免预混合燃烧。

可通过设置Vacc/Qmax来实现该目的，Vacc/Qmax大约在3.0和7.0之间，大约可能是5.0。

本发明的第三主要目的是提供一种改进燃油喷射的方法，从而使喷射过程呈现出蓄压式喷射过程的某些特性及非蓄压式喷射过程的某些特性。

根据本发明的另一方面，这一目的首先通过提供一种燃油喷射器装置来实现。该装置包括一个喷油器壳体，该壳体内具有(1)用于供应来自燃油源的压缩流体的供油通道，(2)一个具有一个进口和一个出口、其进口与供油通道相连的排油通道，(3)一个具有一个低位喷嘴腔的轴向中孔，该喷嘴腔具有一个与排油通道相连的进口和一个喷孔，一个位于排油通道进出口之间的止回元件。喷嘴针阀放置在轴向中孔内，喷嘴腔设置在针阀下端周围，喷嘴针阀可在该孔内从关闭喷孔的落座位置到允许喷孔喷射的非落座位置之间滑动。针阀回位弹簧对喷嘴针阀施加一个向下的偏置作用力。随后的步骤包括将供油通道和排油通道内的燃油压缩到一个峰值压力，并且在压缩阶段，在燃油所施加的提升力作用下，克服针阀回位弹簧的作用力，针阀升起，从而燃油从喷孔喷出，喷射过程开始。在喷射过程开始后，燃油从喷孔喷出，此时的喷射率及喷射压力并未显著下降。随后的步骤包括：当喷嘴针阀从阀座上升起、燃油从喷孔中喷出时，供油通道内的压力下降，然后止回元件关闭，这样在止回元件下面截获了一定量的大约为峰值压力的燃油；然后这些被截获的燃油从喷孔喷出，此时的喷射率及喷射压力急剧下降，直到针阀关闭力克服提升力时，针阀下落到座面上使喷孔关闭，从而喷射过程结束。体积Vacc由喷嘴腔和位于回位元件和排油通道出口之间的排油通道部分确定。在喷射过程期间，从喷油器装置中喷出的最大燃油量为Qmax，Vacc/Qmax大约在1.0和10.0之间。

本发明的其他目的、特点及优点将在下面具体例子的详细描述及附图中得到表现。但是，需要说明的，为了说明本发明而给出的详细描述及特例，仅仅是为了说明，而不限于此。只要不偏离本发明的精神，在本发明的范围内可以有许多更改和改进，而本发明包括所有这些改进。

优先推荐的具体装置如附图所示。其中参考号代表所指零件。

图1表示的是本发明的混合式HEUI装置的工作原理。

图2是图1所示HEUI装置的主要部分的剖面图。

图3表示的是三种不同的混合型HEUI装置的喷射压力、喷射率、针阀升程及针阀开放和关闭速度等随时间变化的曲线。

依照本发明，可以通过适当地设置通常被认为是非蓄压式的现有的HEUI装置的燃油通道大小，来生产一种具有蓄压式装置的某些特性及非蓄压式装置的某些特性的混合型液压电控喷油器(HEUI)装置。现有的HEUI装置包括一个具有高压腔的增压器，一个从增压器高压腔到喷油器喷嘴的喷油排道和一个设置在排油通道内的单向阀。设置该单向阀的目的是避免燃油气体经过单向阀进入喷油器的敏感区域。混合型HEUI装置通过设计位于单向阀下面的喷油通道部分的体积Vacc来实现，Vacc等于1.0到10.0之间的某个数值乘以一个喷射过程的最大燃油喷射量Qmax。最终的混合型装置(1)至少在喷射过程的开始阶段呈现出升喷射率喷射，因此呈现出降低预混合燃烧及一般与非蓄压式HEUI装置有关的其它优点，(2)至少在喷射过程终止阶段呈现降喷射率喷射，因此能够产生膨胀云喷射、针阀关闭阻尼和一般与蓄压式HEUI装置有关的其它优点。以降喷射率喷射过程的百分比随Vacc/Qmax之比成正比增加。

参见图1和图2，图示的是HEUI装置10，这是卡特匹勒制造的类型，这种装置已在授予格拉泽(Glassey)的美国专利第5,197,867号和授予韦尔斯(Wells)的美国专利第5,287,838号中公开。装置10从上到下包括一个控制阀组件12，一个增压器组件14和一个喷嘴组件16。用一个螺套18将所有这些组件固定在一起。装置10通过螺套18中的第一个进口21与供油管相连，通过控制阀组件12的阀体26内的第二个进口24与控制管22相连。图示的控制管22是润滑油供油管路，而实际上仅对装置10略作改动即可采用燃油管路。

控制阀组件12被设计成交替地对增压器组件的蓄压腔54进行增压和卸压，其目的在下面详述。组件12包括阀体26和由电磁线圈30驱动的两位三通开关阀28(图1)，阀体26有一个进口24，一个与回油通道34相连的回油口32和一个通过回油口32始终与增压器组件的低压腔50相连的控制腔36，根据阀28的位置，控制腔50交替地与控制管和回油通道相连。阀体26的下端与螺套18的上端通过螺纹联结，阀体26下端有一个中心轴向孔40，增压器组件14的上端放置在该孔内。滑阀，一个或几个球阀或柱塞阀或其他合适的阀也可用在阀28的位置。

增压器组件14包括一个增压器体42，该增压器体上有一个中心轴向孔44，该孔与阀体26内的孔40同轴，低压活塞46和高压柱塞48放置在孔40内。活塞46和柱塞48将低压腔50与高压腔52分开，并且确定了一个中间腔54，该腔通过通道56和单向阀58与供油管路相连接，使漏到腔54内的流体放出。活塞46由回位弹簧60作用推向上边，高压腔52有一个进口和一个与下面将要详述的喷嘴针阀组件16相连的出口62。增压器体42内有一个供油通道64，供油通道64有一个与第一进口21相连的进口66和一个与下面将要详述的高压腔52相连的出口68。单向阀70设置在通道64内，它允许燃油自由地从燃油管路20向高压腔52流动，但不允许燃油反向流动。

喷嘴组件16从上到下包括止挡72、衬套74及与其它零件同轴的针阀喷头76。针阀喷头76内有一个轴向中孔78，该孔伸向下面的喷嘴腔82，并在中部位置扩大形成一个肾状腔84。喷嘴针阀80为台阶状，位于中孔78内，与中孔78上部的导向段密封，但在肾状腔84和喷嘴腔82之间，流体通过环带83可无节流地流动。排油通道86经由止挡72、衬套74和喷头76延伸到肾状腔84，这样，通过肾状腔84和环带83以流体形式将高压腔52与喷嘴腔82连接起来。由于环带83和肾状腔84与排油通道86始终连接在一起，因此可以把它们看作是排油通道86的一部分。

出于下述原因，在排油通道86上设置一个止回元件或单向阀88，以避免从喷嘴腔82向高压腔52的回流。此阀可以是图示的球型阀，平板阀或其它止回阀。由上述可知，单向阀88以下的排油通道部分(包括肾状腔84和环带83)和环形喷嘴腔82具有一个今后称为Vacc的组合体积。

止挡72的下表面用于止挡针阀80，上面有一个拱形腔90，它将供油通道的出口68与高压腔52的进口61连接起来。

衬套74划分出一个弹簧腔92，针阀杆94及针阀回位弹簧96位于该腔内。弹簧腔92与喷油通道86是封闭隔开的，但是有一个通过通道(图2未表示)与单向阀70上游的供油通道64相连的出口，从而使在喷射过程中泄入该腔的压缩燃油放回到燃油管路20内，从而避免腔92内的压力升高。

在工作时，由于针阀回位弹簧96的作用，针阀80的头部通常偏置于座面位置，从而阻止喷射。当电磁线圈30通电，使开关阀28从图1所示位置切换到使增压器组件14的低压腔50与控制管22相连时，喷射开始。增压流体流入低压腔50，驱动活塞46和柱塞48向下运动，从而使高压腔52内的燃油压力以活塞46与柱塞48的面积之比的倍数增压，通常该比值大约为7∶1。排油通道86(包括肾状腔84和环带83)和喷嘴腔82内的压力相应增加。当喷嘴腔内的燃油压力施加在针阀上的得升力克服弹簧96所施加的回位力时，喷射开始，并随着增压器柱塞48的向下运动继续喷射。为了终止喷射，电磁线圈30断电，柱塞48反向运动，高压腔52、通道86和喷嘴腔82内的燃油卸压。当喷嘴腔82内的正在下降的燃油压力所施加的提升力被回位弹簧96的回位力克服时，针阀80关闭，喷射终止。柱塞48再向上运动，通过供油通道64和单向阀70将燃油吸入高压腔52，这样装置10为下一个喷射过程做好准备。

除了设计体积Vacc外，HEUI装置实际上与上面提到的韦尔斯公开的相同。但是根据韦尔斯的专利文本，与单向阀88所对应的单向阀的唯一用途是在喷射过程结束时，如果燃烧室的气体压力大于喷嘴腔的燃油压力时，避免回流现象发现。另一个未被认识的作用是通过选择增压腔内的压力下降来使该值大于Vacc体积内的压力下降，迫使此单向阀关闭。选择Vacc体积的大小，同样也可以控制针阀的落座速度和冲击应力。根据韦尔斯的专利，该单向阀仅仅设计为在喷射过程终止时关闭。换句话说，韦尔斯仅仅将单向阀设计为喷射燃油后关闭，因此未曾打算在喷射过程的任何时期将公开的HEUI装置作为蓄压式喷射器装置来工作。

本发明者发现，实际上在单向阀88下游的体积Vacc内，以大约峰值压力截获了一些燃油，喷射将持续一段时间。韦尔斯专利公开的装置中，此单向阀关闭后的喷射量占喷射过程总的燃油喷射量的5-10％。本发明者另外还发现，单向阀关闭后喷射同蓄压式HEUI装置一样，为降喷射率喷射，如果合理地设计此装置，利用这些优点可以产生出一种混合型HEUI装置。

本发明者已经发现，由于柴油燃料同任何液体一样可压缩到一定程度，在单向阀88关闭后仍将发生一些喷射。因此，当由于增压器组件14的高压腔内的液体压力开始下降(当增压器柱塞停止向下运动并且开始反向时)使单向阀88关闭时，在压力作用下的可压缩液体，以大约为系统峰值压力这样一个高于针阀关闭压力的压力被截获在体积Vacc内，从而保持针阀开放，直到体积Vacc内的压力降至针阀关闭压力时止。因此，在体积Vacc内的压力降到某一压力值以下，此时喷嘴腔82内的衰减流体压力作用在针阀80上的提升力被回位弹簧96施加的关闭力所克服之前，将继续喷射。本发明者另外还发现，在单向阀关闭后，装置10可作为蓄压式装置工作，具有降喷射率喷射及ECI的能力。降喷射率喷射的最大持续时间/或降喷射率喷射的燃油质量占整个燃油喷射量的百分比直接随Vacc/Qmax比值变化而变化。Qmax是在全负荷时的燃油喷射量，发动机在轻载荷工作条件下，喷射量将小一些。当Vacc/Qmax比值明显低于1.0时，由于单向阀88关闭之后针阀80几乎同时关闭，因此单向阀关闭后的喷油量占总的喷射量的百分比是微不足道的。当比值Vacc/Qmax大约为1.0时，与韦尔斯专利公开的及卡特匹勒制造的商品型HEUI装置中出现的情况相同，总的喷射量的大约5-10％是以降喷射，亦即在单向阀关闭后喷射的，当比值Vacc/Qmax为10或更大一些时，几乎所有的燃油量均是在单向阀88关闭后喷射的。可通过下述方法在装置10中增加Vacc体积：在制造过程中增大排油通道86的直径；增加与通道86相通的额外通道；密封弹簧腔92并与通道86连在一起(使弹簧腔作为通道86的一部分)，同时将针阀杆94的上端与弹簧密封开，或采用其它合适的方法。

通过对图3的讨论，将可以更好地理解单向阀关闭后的喷射效果及由于比值Vacc/Qmax的变化而对喷射特性所产生的影响。图3表示了在喷射量为Qmax的喷射过程中三种混合型喷油器的喷油特性。随着比值Vacc/Qmax的增加，以降压力产生的喷射过程的百分比将显著增加。由于喷射压力和喷射率直接相关，所以从曲线106、108和110可以看出，随着比值Vacc/Qmax的增加，以降喷射率产生的喷射过程的百分比同样增加。在这些曲线中，曲线100和106表示比值Vacc/Qmax为1.0时的喷油器的喷射压力和喷射率：曲线102和108表示比值Vacc/Qmax为5.0时的喷射压力和喷射率；曲线104和110表示比值Vacc/Qmax为10.0时的喷射压力和喷射率。每一条曲线中的P点是单向阀88关闭点。

预混合燃烧和降喷射率喷射之间的权衡主要是设计者的爱好问题。蓄压式HEUI装置的支持者为了获得降喷射率的优点，愿意冒一些预混合燃烧的风险(或并入一个喷射率造形装置)。而非蓄压式HEUI装置的支持者，为了减少预混合燃烧的可能性，愿意放弃降喷射率喷射的优点。因此，蓄压式HEUI装置的支持者喜欢选择Vacc/Qmax为10或更大一些的比值，从而获得与蓄压式装置工作相似的装置；而非蓄压式HEUI装置的支持者为了获得与非蓄压式装置相似的装置，愿意选择Vacc/Qmax的比值小于1。为了追求这两种装置的最大优点，应在3.0和7.0之间寻找一个比值Vacc/Qmax，最可能是5.0。

特别需要指出的是，不论比值Vacc/Qmax被选择为10.0或高一些，还是在两者之间的某一值，均可获得一种混合型装置。

例如，在真正的蓄压式装置中，在增压器活塞反向运动之前，增压器压力作为关闭力作用在针阀上端。这个关闭力的应用限制了喷射过程中针阀处于半开放状态时以升喷射率喷射的那一部分。但是，在混合式喷射器10中，不存在液体压力关闭力，当Vacc/Qmax相对较大时，每当体积Vacc内的流体压力超过某一值时，此时流体压力所施加的提升力部分克服针阀回位弹簧96所施加的回位力时，针阀80可自由升起。

另外，在缺少单向阀88的情况下，在增压器活塞反向之后(或者一旦增压器压力的降低率大于体积Vacc内压力降低率时)，喷射将立即中止，实际上没有燃油以降喷射率喷射。但是，出于柴油和任何其它流体燃料可以压缩到某一程度，即使Vacc/Qmax小于1，单向阀88关闭时截获的燃油仍将以降喷射率继续喷射，直到体积Vacc内的压力降到针阀关闭压力以下。事实上，采用防回流单向阀的韦尔斯及其它人显然从未认识到这些，或者为了使整个燃油喷射获得期望的升或者恒喷射率喷射，他们已采取了措施使针阀与单向阀同时关闭或者在单向阀关闭前即已关闭。现在假设韦尔斯专利中所公开的或卡特匹勒制造的相应商品化的装置中的体积Vacc非常大，实现了显著的单向阀关闭后喷射，但是，韦尔斯的专利和其它书面文件证明卡特匹勒或任何其它人均，1)未曾打算在单向阀关闭后产生任何喷射，2)未曾知道这种关闭后喷射的发生，3)未曾知道在关闭后的喷射期间所发生的蓄压式喷射的降喷射率喷射特性。

除上面讨论的将升喷射率/压力和降喷射率/压力组合在一起之外，本发明的混合型蓄压/非蓄压式HEUI装置10还可获得其它益处。

例如，本发明人已经发现针阀的开放速度直接随Vacc/Qmax的增加成正比变化，针阀的关闭速度随Vacc/Qmax的变化成反比变化。如曲线118和124表示在Vacc/Qmax为1.0时针阀的开放及关闭速度；曲线120和126表示Vacc/Qmax为5.0时相应的值：曲线122和128表示Vacc/Qmax为10.0时的相应值。所产生的针阀升程由曲线112、114和116表示，这些曲线分别表示了比值Vacc/Qmax为1.0、5.0和10.0时针阀的开放状态。这里，值得注意的发现是，由单向阀关闭后发生的蓄压式(降喷射率)喷射所产生的针阀阻尼效果将随Vacc/Qmax增加而增加。由于截获在体积Vacc内的流体作用在针阀上的提升力阻止针阀关闭，所以产生针阀阻尼。对针阀关闭的阻挡和针阀阻尼随容腔Vacc内的压力衰减而降低。随着Vacc的增加，压力衰减率减小，在喷射过程结束时的针阀阻尼值将增加。

虽然为了快速结束喷射过程，许多人期望针阀快速关闭，但是由于针阀快速关闭将冒冲击应力的风险，并且破坏针阀和阀座，因此针阀阻尼是非常重要的。图3中的虚线130所示的是冲击速度极限，通常表示了针阀最大许可关闭速度。如果针阀关闭速度达到或超过此极限，将会损坏针阀和阀座。曲线124表明，如果Vacc/Qmax小于1.0，将存在一个达到冲击速度极限的危险。除非针阀80和针阀回位弹簧96的尺寸和结构被合理设置(注意：曲线124和直线130的交点)。

但是，随着比值Vacc/Qmax的增加，针阀阻尼将很快达到针阀关闭时阻尼非常充分从而避免严重危险或喷油器的早期磨损的水平。针阀阻尼还提出另外一个理由使体积Vacc足够大，从而使HEUI装置10在喷射过程的大部分期间作为蓄压式装置来工作。

无论是韦尔斯专利中公开的对HEUI装置描述，还是对卡特匹勒相应的商品化装置的描述，针阀阻尼提出了更进一步的迹象表明，卡特匹勒不曾打算设计混合型装置，也未曾认识到已经产生的任何混合型装置的结果。在包括卡特匹勒出版的为了避免回流和为了获得其它已发现的有益结果而获得快速针阀关闭的文献中有大量的讨论，卡特匹勒在它的供油管路中增加该单向阀，很明确是处于关心回流并想避免其后果。如果卡特匹勒已认识到，增加该单向阀将对针阀关闭起阻尼作用，并且增加气体回流的可能性和其它不期望的后果，它就不会增加此单向阀或已采取了其它措施来加速针阀关闭。实际上它们并未采取这样的附加措施。

另一个潜在优点是防止任何进入喷射器装置的回流。韦尔斯的单向阀所陈述的目的是防止假定在大约喷射过程结束时燃烧气体经过这些单向阀，流入喷射器装置内被认为是比较敏感的区域。进入Vacc的一些气体的回流显然是在先的。但是，如果合理地选择针阀关闭压力和单向阀关闭压力，在体积Vacc内截获的燃油压力能够避免燃烧气体吹入喷射器-甚至进入体积Vacc。

总之，在韦尔斯专利中公开的HEUI装置中增加防止回流单向阀可产生一种基本与本发明的蓄压/非蓄压式HEUI装置10相对应的结构。在装置10中，甚至在喷射过程的后期，即在单向阀88关闭后，以一个基本稳定的降喷射率喷射，韦尔斯未曾打算生产这种混合型装置。事实上，韦尔斯追求的与此相反，也就是在单向阀关闭时甚至在关闭前终止喷射。因此，在发现韦尔斯的装置在单向阀关闭后至少有一小部分以降喷射率喷射，只有当Vacc/Qmax大小1.0时才能产生有益的针阀阻尼和明显的ECI的优点。

只要不偏离本发明的精神，本发明可以有许多更改和改进。这些更改的范围将从后面的权利要求中得到体现。

Claims (15)

1.一种燃油喷射器装置，该装置包括：

(A)一个喷射器壳体，该壳体内具有：

(1)一个具有进口和出口的供油通道，

(2)一个具有进口和出口、其进口与所述供油通道的所述出口相连的排油通道，

(3)一个带有低位喷嘴腔的轴向中孔，所述喷嘴腔具有一个与所述排油通道的所述出口相连的进口和一个喷孔；

(B)与所述供油通道的所述进口相连、用于交替压缩燃油的装置；

(C)一个设置在所述排油通道的所述进口与所述出口之间的止回元件；

(D)一个位于所述轴向中孔内的针阀，所述针阀下部具有一个针阀尖，所述针阀尖伸在所述喷嘴腔内，所述针阀可在所述孔内从关闭所述喷孔的落座位置到允许从所述喷孔喷射燃油的非落座位置之间滑动，一旦针阀升起，喷射过程开始，一旦针阀关闭，喷射终止；

(E)一个向所述针阀施加向下偏置力的针阀回位弹簧，其中，体积Vacc由所述喷嘴腔和在所述止回元件与所述排油通道的所述出口之间的那一部分所述排油通道确定；在一个喷射过程中，最大燃油量Qmax从所述燃油喷射器装置中喷出，Vacc/Qmax是在1.0和10.0之间。

2.如权利要求1所述喷射器装置，其特征在于，Vacc/Qmax是在3.0和7.0之间。

3.如权利要求1所述喷射器装置，其特征在于，Vacc/Qmax为5.0。

4.如权利要求1所述喷射器装置，其特征在于，所述止回元件包括球型单向阀和平板碟式单向阀中的任一种。

5.如权利要求1所述喷射器装置，其特征在于，所述针阀回位弹簧对所述针阀施加纯粹的向下偏置力。

6.如权利要求5所述喷射器装置，其特征在于，所述壳体内有一个弹簧腔，所述针阀回位弹簧和所述喷嘴针阀的上端位于所述弹簧腔内。

7.如权利要求1所述喷射器装置，其特征在于，用于交替压缩的所述装置包括一个具有一个大直径活塞面和一个小直径柱塞表面的增压器，一个在所述活塞面之上所形成的并可以与压力油源和回油路交替连接的低压腔，和一个在所述柱塞面之下并与所述供油通道相连的高压腔。

8.一种液压电控燃油喷射器，它包括：

(A)一个喷射器体，其中包括：

(1)一个用于供给压力流体的供油通道，所述供油通道有一个进口和一个出口，

(2)一个具有进口和出口、且进口与所述供油通道相连的排油通道，

(3)一个具有低位喷嘴腔的轴向中孔，所述喷嘴腔具有一个与所述排油通道的所述出口相连的进口和一个喷孔；

(B)在所述排油通道的所述进口与所述出口之间有一个止回元件，所述止回元件为球形单向阀和板式碟形单向阀中的任何一种；

(C)一个位于轴向中孔内的喷嘴针阀，该针阀的下部有一个针阀尖，在其周围是所述喷嘴腔，所述喷嘴针阀可在所述孔内从关闭所述针阀的落座位置到允许从所述喷孔喷出燃油的非落座位置之间滑动；

(D)一个向所述喷嘴针阀施加向下偏置力的针阀回位弹簧，在所述壳体内有一个弹簧腔，所述针阀回位弹簧和所述喷嘴针阀的上端位于所述弹簧腔内，从所述弹簧腔到低压油箱之间有一个放气通道；

(E)一个具有一个大直径活塞面和一个小直径柱塞面的增压器，一个在所述活塞面之上形成的并且能与压力油源和回油路交替连接的低压腔和一个在所述柱塞之下形成的并与所述供油通道相连的高压腔；其中，体积Vacc由所述喷嘴腔和所述排油通道出口之间的所述排油通道部分确定；在喷射过程中，最大喷油量Qmax从所述喷油器装置中喷出，这里Vacc/Qmax是在3.0与7.0之间。

9.一种喷射燃油的方法，它包括：

(A)提供一种燃油喷射器装置，它包括：

(1)一个喷射器壳体，该壳体内具有：

(a)一个用于从油源供给压力燃油的通道，

(b)一个具有进口和出口、且进口与供油通道相连的排油通道，

(c)一个具有低位喷嘴腔的轴向中孔，所述喷嘴腔具有一个与所述排油通道的所述出口相连的进口和一个喷孔；

(2)一个位于所述排油通道的所述进、出口之间的止回元件，

(3)一个位于所述轴向中孔内的喷嘴针阀，该针阀的下部有一个针阀尖，在其周围是所述喷嘴腔，所述针阀可在所述孔内从关闭所述喷孔的落座位置到允许从喷孔中喷出的非落座位置之间滑动，

(4)一个向所述喷嘴针阀施加向下偏置力的针阀回位弹簧，

(B)将在所述供油通道和所述排油通道内的燃油压缩到一个峰值压力；

(C)在所述的压缩过程中，在所述燃油的提升力作用下，克服所述回位弹簧所施加的偏置力，使所述针阀升起，从所述喷孔喷出燃油，喷射过程开始；在所述喷射过程开始以后，燃油以一个未显著下降的喷射率和压力从所述喷孔喷出，然后，

(D)当所述针阀从其座面升起、燃油从所述喷孔喷出时，所述供油通道内的压力下降；然后，

(E)关闭所述止回元件，因此在所述回位元件下，以所述峰值压力截获一定的燃油；然后，

(F)以连续下降的喷射率或压力使所述截获燃油从所述喷孔内喷出，直到所述提升力被所述关闭力整理；然后，

(G)所述针阀下降止靠到所述座面从而关闭所述喷孔，所述喷射过程结束；其中，体积Vacc由所述喷嘴腔和在所述止回元件与所述排油通道出口之间的排油通道部分确定；在喷射过程中，从所述燃油喷射器装置中喷出最大燃油量Qmax，这里Vacc/Qmax是在1.0到10.0之间。

10.如权利要求9所述方法，其特征在于，Vacc/Qmax是在3.0和7.0之间。

11.如权利要求9所述方法，其特征在于，Vacc/Qmax为5.0。

12.如权利要求9所述方法，其特征在于，所述增压步骤包括，在所述增压器高压腔截获燃油，所述增压器具有一个大直径活塞表面和一个小直径柱塞表面、一个在所述活塞面积之上形成的并且能够与增压油源和回油口交替接通的低压腔和在所述柱塞面积之下形成的并与所述供油通道连接的所述高压腔，并且使增压燃油进入所述低压腔，驱动所述柱塞向所述高压腔运动，从而使在所述高压腔内的燃油压力升高。

13.如权利要求12所述方法，其特征在于，当所述增压腔的所述柱塞的运动方向发生改变时，所述减压步骤开始。

14.如权利要求9所述方法，其特征在于，在步骤(E)中，被截获的燃油压力值高于峰值燃烧压力，因此避免了燃烧气体进入所述燃油喷射器的回流。

15.如权利要求9所述方法，它进一步包括选择所述体积Vacc及所述针阀回位弹簧力的大小，以便将针阀落座速度限制在冲击速度极限之下。

Images