CN1185413C - 燃料喷射装置 - Google Patents

Abstract

在一种燃料喷射装置中，用于将一个入口连接到一个喷射腔(53)的第一燃料导管(50j)从入口开始相对于一个阀壳(12)轴线倾斜地延伸到一个转弯部分(50c)，再从转弯部分伸向喷射腔。第二燃料导管(51)在一个分支部分(50a)处从第一导管开始分支，用于将入口连接到一个控制腔(16c)。由第一流体导管的壁表面在转弯部分处形成的每个壁边界的角度(B，C)和由第一和第二流体导管的壁表面在分支部分处形成的每个壁边界的角度(A，D)均为90度或以上，而且一个直线部分(50b)介于分支部分与转弯部分之间。

Description

燃料喷射装置

发明领域

本发明涉及一种燃料喷射装置，特别适用于这样的燃料喷射装置，其中在共用轨道中蓄压的高压燃料被喷射到燃烧室中。

背景技术

共轨式燃料喷射装置，其中在共用轨道中蓄压的高压燃料被喷射到燃烧室中，是众所周知的。共轨式燃料喷射装置具有一个沿着阀关闭的方向向阀件施加燃油压力的控制腔和一个沿着阀打开的方向向阀件施加燃油压力的喷射腔。喷射定时是通过调节控制腔内的燃料压力而控制的。在如JP-A-9-158811中公开的传统共轨式燃料喷射装置中，从入口引入的高压燃料经过分支导管分配到控制腔和喷射腔中。分支导管由一个连接在控制腔与喷射腔之间并且由笔直延伸的竖直孔形成的燃料导管和一个与入口连通并且垂直于竖直孔延伸的燃料导管组成。

在共轨式燃料喷射装置中，会在燃料导管中周期性地出现20至200MPa范围内的脉动式压力变化，这是因为从共用轨道引入的燃料会基于喷射腔的关闭和打开操作而实现水击功能。脉动式压力变化会给燃料导管内壁带来很大的拉伸应力，如果应力集中在燃料导管的任何内壁上，则容易引起该处的燃料导管内壁出现诸如裂纹等疲劳破坏。

由于应力容易在分支部分处集中在分支导管的壁边界上，因此重要的是限制壁边缘处的应力集中。

在分支导管形成为T字形的情况下，即形成为一根直线燃料导管和一根垂直连接着直线燃料导管的燃料导管，如JP-A-9-158811中所公开，由于在分支部分处的壁上没有锐角边界，因此在分支部分处的壁边界上的应力集中相对较轻。

然而，存在因构成部件邻近于燃料喷射装置而导致分支导管无法形成T字形的情况。例如，根据JP-A-10-153155中公开的共轨式燃料喷射装置，通向入口的燃料导管以锐角连接着竖直孔。带有这种锐角边界的分支燃料导管具有一个缺点，即耐用性相对较差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种燃料喷射装置，其中用于将燃料从入口分配到控制腔和喷射腔中的分支导管被适宜地布置，而不会伤害耐用性。

为了达到上述目的，本发明提出了一种燃料喷射装置，其具有：一个阀件，其用于打开和关闭一个与喷射孔连通的喷射导管；一个阀壳，其以可滑动和往复运动的方式保持着阀件；一个控制腔，其给予阀件沿着喷射孔关闭方向作用的燃料压力；一个控制件，其用于控制控制腔中的燃料压力；一个喷射腔，其给予阀件沿着喷射孔打开方向作用的燃料压力；第一流体导管，其用于将一个入口连接到喷射腔，并且从入口开始相对于阀壳轴线倾斜地延伸到一个转弯部分，再从转弯部分伸向喷射腔；以及第二流体导管，其从一个分支部分开始分支，用于将入口连接到控制腔，其特征在于：由第一流体导管的壁表面在转弯部分处形成的每个壁边界的角度和由第一和第二流体导管的壁表面在分支部分处形成的每个壁边界的角度均为90度或以上，而且分支部分安置在离开转弯部分处。

通过上面描述的分支导管，由第一流体导管的壁表面在转弯部分处形成的每个壁边界的角度和由第一和第二流体导管的壁表面在分支部分处形成的每个壁边界的角度均为90度或以上，而且分支部分安置在离开转弯部分处。优选将转弯部分相对于分支部分安置在喷射腔一侧。

在分支部分安置在与转弯部分相同位置上的情况下，如果第二流体导管相对于第一流体导管上的一个从转弯部分伸向喷射腔的部分布置在一条垂直线上，如传统燃料喷射装置中所公开，则由第一和第二流体导管的壁表面形成的壁边界的角度是一个锐角。此外，如果第二流体导管不是相对于第一流体导管上的从转弯部分伸向喷射腔的部分布置在一条垂直线上，而是倾斜布置，则由于第一流体导管上的从转弯部分伸向喷射腔的部分安置在从装置径向向外偏移更多的位置上，因此燃料喷射装置的整体会变得更大。

根据本发明的燃料喷射装置，在转弯部分和分支部分处的应力集中现象较轻，而且燃料喷射装置的整体相对紧凑，这是因为分支部分安置在离开转弯部分的位置上，而且由第一和第二流体管道的壁表面形成的壁边界没有锐角。

此外，优选使第一流体导管具有一个位于转弯部分处的节流管和/或第二流体导管具有一个位于分支部分处的节流管。通过这种结构，流体导管在转弯部分和/或分支部分处的横截面面积变小，从而使得流体导管中的这些壁表面接收到的燃料压力变小。

此外，还优选通过电解操作而在第一和第二流体导管的壁边界的任何顶部加工出倒角，从而在其相反两侧形成新的壁边界。电解操作能够以相对较高的速度去除壁边界的顶部，而不论被加工材料的硬度和强度如何。

此外，还优选通过电解或流体抛光操作而在第一和第二流体导管的壁表面形成的任何壁边界上加工出圆角。这些操作可以有效地加工出圆角壁边界，从而使壁边界上的应力集中变轻。

附图说明

通过阅读下面的构成本申请一部分的详细描述、附属权利要求书和附图，可以理解本发明的其他特点和优点以及相关部件的操作方法和功能。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的燃料喷射系统的横断面图；

图2是根据第一个实施例的燃料喷射装置的局部放大图；

图3是根据本发明第二个实施例的燃料喷射装置的局部放大图；

图4是根据本发明第三个实施例的燃料喷射装置的局部放大图；

图5是根据本发明第四个实施例的燃料喷射装置的局部放大图。

具体实施方式

(第一个实施例)

下面参照图1和2描述作为根据第一个实施例的燃料喷射装置的喷射器1。喷射器1插在并安装在发动机(未示出)的发动机头上，并且将供应自一个共用轨道(未示出)的高压燃料直接喷射到发动机的每个缸体内。

一个保持架体11中设有一个针阀容纳孔11h，其用于可滑动地容纳着一个喷嘴阀件(阀件)20。保持架体11上还设有一个以61.5°的角度延伸到保持架体11的中心轴线的入口部分11f。一个杆式过滤器13布置在入口部分11f中。保持架体11在针阀容纳孔11h径向外侧的位置上设有一个竖直孔50d。竖直孔50d的上端与形成在入口部分11f中的第一斜孔50j连通。竖直孔50d的下端敞开在保持架体11的下端面上，并与一个设在喷嘴体12中的燃料导管52连通。第一斜孔50j、竖直孔50d和燃料导管52构成了第一流体导管。

喷嘴体12通过一个锁紧螺母14拧紧并固定在保持架体11上。喷嘴体12和保持架体11构成了一个阀壳。

喷嘴体12上设有一个阀座12a、若干喷射孔12b和一个针阀容纳孔12e。喷射孔12b与针阀容纳孔12e连通。针阀容纳孔12e与针阀容纳孔11h同轴形成并相互连通。喷嘴体12在针阀容纳孔12e的上部处与喷嘴阀件20滑动接触，但二者之间没有明显的间隙。因此，喷嘴阀件20被喷嘴体12以可滑动和往复运动的方式保持着。一个喷射腔(燃料池)53通过针阀容纳孔12e中部的径向扩张而形成。喷射腔53与燃料导管52连通。在位于针阀容纳孔12e下部的喷嘴体12与喷嘴阀件20之间形成了圆周间隙。阀座12a形成在构成喷射导管的圆周间隙的下端。燃料泵(未示出)通过共用轨道供应的燃料经杆式过滤器13、第一斜孔50j、竖直孔50d、喷射件53和针阀容纳孔12e到达喷射孔12b。

喷嘴阀件20具有一个相对于喷射腔53位于喷射孔12b一侧的小径部分和一个直径大于小径部分并且相对于喷射腔53位于喷射孔12b相反一侧的大径部分。因此，喷射腔53中的燃料压力将给予喷嘴阀件20一个沿图1和2中的向上方向即沿着喷射孔12b打开方向的作用力。一个以其一端被保持架体11支承着的弹簧15沿图1和2中的向下方向即沿着喷射孔12b关闭方向推动喷嘴阀件20。喷嘴阀件20在其上部设有一个控制活塞20a，该活塞被保持架体11的内圆周壁以可滑动和流体密封的方式保持着。

如图1所示，一个控制腔板16安置在针阀容纳孔11h的上方。一个阀座板18放置在控制腔板16与一个端板17之间。阀座板18中设有一个阀孔18a。端板17拧入并固定在保持架体11中。因此，控制腔板16和阀座板18被锁定在端板17与保持架体11之间。

控制腔板16中设有一个与阀孔18a和针阀容纳孔11h连通的控制腔16c。控制腔16c还通过一个槽16a和一个孔口16b而与第二斜孔51连通。第二斜孔51与第一斜孔50j连通。经第一和第二斜孔50j和51引入控制腔16c中的高压燃料沿图1和2中的向下方向即沿着喷射孔12b关闭方向推动控制活塞20a。控制腔16c中的燃料压力大小被一个致动器12控制着，后者用于引起一个控制阀件40的打开和关闭操作。

如图2所示，致动器2通过一个锁紧螺母34紧固在保持架体11上。致动器2构成了一个用于控制控制腔16c中的燃料压力的控制件。致动器2是一个电磁阀，其通过运转而带动控制阀件40往复移动。

当控制阀件40停靠在阀座板18上时，阀孔18a关闭。当控制阀件40从阀座板18离开时，阀孔18a打开。控制阀件40布置在一根轴42的下端的下方，该轴压配在一个衔铁41上。

一个定子31环绕着一个止动件35安置，该止动件具有一个圆盘部分和一个圆柱部分。一个环绕着绕线管缠绕的线圈32容纳在定子31中。线圈32通过一个连接器60的端子61连接在电路中。一个容纳着定子31和止动件35的壳体33通过锁紧螺母34紧固在保持架体11上。

一个端体39通过打桩而固定在壳体33的一端。端体39的下端与止动件35的上端相接触。一个调节管37压配在端体39中。

一根弹簧38容纳在止动件35的圆柱部分中。弹簧38的一端与调节管37的下端相接触，另一端与一个被安置得能够在止动件35的圆柱部分中往复移动的弹簧底座70相接触。弹簧38沿图2中的向下方向即沿着喷射孔12b关闭方向推动轴42、衔铁41和控制阀件40。

当控制阀件40移动而打开阀孔18a后，来自控制腔16c的燃料将流入通孔17a和17b中。此外，从喷射腔53泄漏的燃料将经过一根导管11g流入通孔17a和17b中。这些燃料流入止动件35的圆柱部分中，环绕着衔铁41流过，再经调节管37而从喷射器1排出并返回燃料罐。

如前所述，第一斜孔50j、竖直孔50d和燃料导管52构成了第一流体导管。第二斜孔51构成第二流体导管。

第一和第二斜孔50j和51以这样的方式连接着，即它们的中心轴线彼此以118.5°的角度交叉。在第一斜孔50j与竖直孔50d的中心轴线的交点附近，第一斜孔51j具有一个转弯部分51c。角度为B和C的壁边界由第一斜孔50j和竖直孔50d形成。角度B为118.5°，角度C为121.5°。也就是说，由第一斜孔50j和竖直孔50d形成的每个壁边界角是不小于118.5°但小于180°的钝角。

第一斜孔50j和第二斜孔51以这样的方式连接，即它们的中心轴线彼此垂直。一个分支部分50a位于第一和第二斜孔50j和51的中心轴线的交点附近。壁边界的角度A和D由第一和第二斜孔50j和51形成。在轴向横断面上的每个壁边界的角度A和D均为直角。

第一斜孔50j具有一个位于分支部分50a与转弯部分50c之间的直线部分50b。这意味着竖直轴50、第一斜孔50j和第二斜孔52的中心轴线永远不会在一个点上相交。

接下来描述喷射器1的燃料喷射操作。

燃料从一个燃料喷射泵(未示出)中喷出并被输送到共用轨道中。在共用轨道的蓄压腔中蓄压到预定压力的高压燃料经过一根可以连接到入口部分11f上的管子(未示出)流入第一斜孔50j中。响应于发动机操作状态的激励电流被ECU(未示出)供应到线圈32中。随着线圈32受激，衔铁41被吸引向定子31并向上移动，以抵消施加在控制阀件40上的推力，从而随着燃料流出阀孔18a而使控制阀件40沿着阀打开的方向即图2中的向上方向移动。当控制阀件40移动而打开阀孔18a时，从控制腔16c中流出的燃料将经过通孔17a和17b、调节管37和外侧管子(未示出)返回燃料管。

在阀孔18a被打开后，由于经阀孔18a流出的燃料量大于经孔口16b流入的燃料量，因此控制腔16c中的燃料压力开始降低。当控制腔16c中的燃料压力降低到一定程度，从而使得弹簧15的推力与控制腔16c中的燃料沿喷射孔12b关闭方向作用在喷嘴阀件20上的压力的合力小于喷射腔12b中的燃料沿喷射孔12b打开方向作用在喷嘴阀件20上的压力时，喷嘴阀件20将沿着打开喷射孔12b的方向移动，并且在喷嘴阀件20离开阀座12a时，喷射孔12b将打开。

随着线圈32断电，定子31的吸引力消失。因此，弹簧38的推力将抵抗着控制腔16c中的燃料压力而沿阀关闭方向推动控制阀件40。在控制阀件40关闭了阀孔18a后，燃料将继续从孔口16b流入控制腔16c中，而控制腔16c中的压力将升高。当弹簧15的推力与控制腔16c中的燃料沿喷射孔12b关闭方向作用在喷嘴阀件20上的压力的合力变得大于喷射腔12b中的燃料沿喷射孔12b打开方向作用在喷嘴阀件20上的压力时，喷嘴阀件20将沿着关闭喷射孔12b的方向移动，而且当喷嘴阀件20停靠在阀座12a上时，喷射孔12b关闭，以终止喷射。

随着喷射孔12b的打开和关闭，将在第一和第二斜孔50j和51、竖直孔50d和燃料导管52中周期性地出现20至200MPa范围内的脉动式压力变化。脉动式压力变化会向第一和第二斜孔50j和51、竖直孔50d和燃料导管52的内壁上施加非常大的拉应力。应力特别集中在诸如转弯部分50c和分支部分50a等导管的壁边界处。

在根据第一个实施例的燃料喷射装置1中，虽然入口部分11f或第一斜孔50j相对于保持架体11的中心轴线倾斜延伸，但在分支部分50a和转弯部分50c的壁边界处的相应角度A、B、C和D均为直角或钝角。因此，不会有过大的应力施加到导管壁上。燃料喷射装置1具有足够的耐用性，该耐用性不会逊于入口部分相对于保持架体中心轴线呈直角延伸的其他燃料喷射装置。

用于将孔口16b与第一斜孔50j连通的第二斜孔51在位于第一斜孔51j中间位置上的分支部分50a处从第一斜孔51j开始分支，而位于第一斜孔51j的端部位置处的转弯部分50c安置在喷射腔53一侧，即相对于分支部分50a位于保持架体11的中心轴线一侧。因此，竖直孔50形成得更加临近并沿着保持架体的中心轴线，因此保持架体11的直径较小。

(第二个实施例)

下面参照图3描述根据第二个实施例的燃料喷射装置。未在图3中示出的燃料喷射装置部分与根据的一个实施例的燃料喷射装置1中的那些基本相同。第一斜孔50、第二斜孔51和竖直孔50d的相对布置与第一个实施例相同。壁边界的角度A、B、C和D分别是90°、118.5°、121.5°和90°。根据第二个实施例，由彼此连接着的第一和第二斜孔50和51的壁表面形成的壁边界和由彼此连接着的第一斜孔50和竖直孔50d的壁表面形成的壁边界通过流体抛光操作而加工出圆角。此外，孔50、51和52d的内壁表面通过流体抛光操作而被光滑精整。因此，壁边界处的应力集中现象可以减轻。

(第三个实施例)

下面参照图4描述根据第三个实施例的燃料喷射装置。未在图4中示出的燃料喷射装置部分与根据的一个实施例的燃料喷射装置1中的那些基本相同。

第一斜孔55和竖直孔55d的中心轴线以118.5°的角度相交。第一斜孔55和竖直孔55d的内壁在转弯部分55c处形成了一个具有118.5°角度G的壁边界和一个具有121.5°角度H的壁边界。第一斜孔55和第二斜孔54的中心轴线以80°的角度相交。由彼此连接着的第一和第二斜孔55和54的壁表面形成的位于锐角一侧的壁边界通过电解操作而加工出倒角或局部去除，以形成在相反两端处具有角度E和F的壁边界。这样，形成在分支部分55a处的壁边界的角度E、F和I均为钝角。一个直线部分55b介于分支部分55a与转弯部分55c之间。

根据第三个实施例，虽然第一斜孔55不是与第二斜孔54垂直交叉，但由于通过电解操作而加工出了倒角，因此在分支部分55a的壁边界处的应力集中现象可以减轻。

(第四个实施例)

下面参照图5描述根据第四个实施例的燃料喷射装置。未在图5中示出的燃料喷射装置部分与根据的一个实施例的燃料喷射装置1中的那些基本相同。

第一斜孔57、第一节流导管57c、第二节流导管57f和竖直孔57d构成了第一燃料导管。第二斜孔构成了第二燃料导管。

直径小于第一斜孔57并且与第一斜孔57同轴布置着的第一节流导管57c是在第一斜孔57形成在保持架体11中后通过在第一斜孔57的圆锥形端面上钻孔而形成的。由第一斜孔57的端面和第一节流导管57c的壁表面形成的壁边界的角度K和N均为钝角。

第一节流导管57c的中心轴线垂直于竖直孔57d的圆锥形端面的基线。由第一节流导管57c和竖直孔57d的壁表面形成的壁边界的角度L和M均为钝角。

第二节流导管57f和第二斜孔56同轴形成。第二节流导管57f连接着第一斜孔57，以使它们的轴线彼此垂直相交。直径小于第二斜孔56并且与第二斜孔56同轴布置着的第二节流导管57f是在第二斜孔56形成在保持架体11中后通过在第二斜孔56的圆锥形端面上钻孔而形成的。由第二节流导管57f的壁表面和第一斜孔57的端面在分支部分57a处形成的壁边界的角度J和O均为钝角。

在根据第四个实施例的燃料喷射装置中，在分支部分57a和转弯部分57b处的所有壁边界的角度J、K、L、M、N和O均为直角或钝角，因此壁边界处的应力集中现象可以减轻。此外，由于第一和第二节流导管57c和57f形成在易于形成应力集中的部分处，因此用于从高压燃料接收力的壁表面的横截面面积较小，而且导致应力集中的力较小，从而有效地减轻壁边界处的应力集中现象。

Claims (8)

1.一种燃料喷射装置，其具有：一个阀件(20)，其用于打开和关闭一个与喷射孔(12b)连通的喷射导管(12e)；一个阀壳(11和12)，其以可滑动和往复运动的方式保持着阀件；一个控制腔(16c)，其给予阀件沿着喷射孔关闭方向作用的燃料压力；一个控制件(2)，其用于控制控制腔中的燃料压力；一个喷射腔(53)，其给予阀件沿着喷射孔打开方向作用的燃料压力；第一流体导管(50j，50，55，57)，其用于将一个入口连接到喷射腔，并且从入口开始相对于阀壳轴线倾斜地延伸到一个转弯部分(50c，55c，57e)，再从转弯部分伸向喷射腔；以及第二流体导管(51，54，56)，其从一个分支部分(50a，55a，57a)开始分支，用于将入口连接到控制腔，其特征在于：

由第一流体导管的壁表面在转弯部分处形成的每个壁边界的角度和由第一和第二流体导管的壁表面在分支部分处形成的每个壁边界的角度均为90度或以上，而且分支部分安置在离开转弯部分处。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于，转弯部分相对于分支部分安置在喷射腔一侧。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射装置，其特征在于，第一流体导管具有一个位于转弯部分处的节流管(57c)，并且第二流体导管具有一个位于分支部分处的节流管(57f)。

4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射装置，其特征在于，第一和第二流体导管的壁边界的任何顶部通过电解操作而被加工出倒角，从而在其相反两侧形成新的壁边界。

5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射装置，其特征在于，由第一和第二流体导管的壁表面形成的任何壁边界通过电解操作而被加工出圆角。

6.根据权利要求1或2所述的燃料喷射装置，其特征在于，由第一和第二流体导管的壁表面形成的任何壁边界通过流体抛光操作而被加工出圆角。

7.根据权利要求1或2所述的燃料喷射装置，其特征在于，第一流体导管具有一个位于转弯部分处的节流管(57c)。

8.根据权利要求1或2所述的燃料喷射装置，其特征在于，第二流体导管具有一个位于分支部分处的节流管(57f)。

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