CN1222221A - 一种内燃机用的燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

一种内燃机用的燃料喷射器(1),它具有一个外壳(4),在其后端有一个安装法兰(2),前端有一个从外壳突出的喷嘴(8),以及一条在喷射器内沿中心延伸的燃料通道(34)。一个推杆(26)装在燃料管(19)之外和杆导(9)之内。一个闭合弹簧(21)把推杆沿闭合方向朝前压,推力衬套(10)把杆导在喷射器外壳内朝前压。燃料管是一个独立零件,它通过基本上垂直于喷射器纵轴的环形面(18),与在其后面的阀件相接触。推杆前区(32)的外径最多比杆导孔(27)内径小8μm,内径最多比燃料管前区(24)的外径大8μm。

Description

一种内燃机用的燃料喷射器

本发明涉及了一种内燃机用的，特别是两冲程带滑块发动机用的燃料喷射器，它具有一个外壳，在其后端有一个安装法兰，前端有一个从外壳突出的喷嘴，一条在喷射器内沿中心延伸的燃料通道，燃料通道从安装法兰开始，至少通过一个推力件、一个中心燃料管、一个推杆和一个杆导，直到喷嘴为止，杆导具有中心孔，其圆柱内表面构成了推杆的导向面，燃料管具有一个一半以上在杆导中心孔内向下延伸、且外径比后区小的前区，一个在这两区过渡处对着喷嘴轴向的环形面，以及一个用于预载闭合弹簧的弹簧后导承，推杆具有一个向后打开、燃料管前区插入其中的中心孔，一个带有阀针的推杆前区，阀针与杆导孔中的静止阀座面配合以打开和闭合喷射器，以及一个用于闭合弹簧的弹簧前导承，弹簧导承在推杆后区从杆导孔向外突出，闭合弹簧把推杆向前朝闭合方向偏压，在推杆后端有一个环形端面，它由于推杆的向后打开运动而被紧靠在燃料管的环形面上，在喷射器外壳内至少由一个推力衬套把杆导朝前压，推力衬套紧靠在杆导的面向后的环形表面上，并向后延伸通过闭合弹簧，在喷射器装配时，安装法兰在压缩闭合弹簧的同时把推力件朝前压。

这种燃料喷射器从DK-B-155757中已经知道，它描述了一种用于喷射易点火控制油和气体燃料。其中推力衬套起到了阀门外部滑动的导向作用，以打开和闭合供气。在其后端，燃料管起到了通气阀的阀室作用，因此它整体地沿着喷射器长度的主要部分作延伸。用于打开和闭合控制油的推杆被设计成与内侧燃料管和外侧杆导孔之间均有相当大的间隙，以防止由于细长燃料管和杆导孔之间对准不准确而使推杆被卡住或受到不均匀磨损。

DK-B-167502(EP-A 0 606 371)说明了一种喷射器，其中，闭合弹簧被容纳在滑动导向件的中心空腔内，中心燃料管与滑动导向件的后部形成整体。此外，此时分别在推杆底区和滑动导向件孔以及燃料管前区之间，均需要有相当大的间隙，以补偿制造公差和由此造成的燃料管和滑动导向件孔之间不完全的同轴度。

从DE-A-2030445中已知一种设计稍为不同的另一种喷射器，其中，一个壁厚相当薄的空心推杆在燃料管和杆导孔之间的环形空间内滑动。推杆后端有一个闭合弹簧用的非常重的成形弹簧前导承。其中，推杆的打开运动受到限制，因为在其最大直径处，弹簧导承的后表面碰到了喷射器外壳的突起。这会使薄的推杆壁受到一个弯矩而造成推杆壁向外弯曲。为了避免推杆被卡住，在推杆和其两侧的环形表面之间需要有相当大的间隙。燃料管由两部分组成，其连接面位于后弹簧导承的上面。在喷射器装配时，正好在把燃料管压在一起之前，没有零件来对这两个管零件提供初始定位，因而存在燃料管支承面定位错误的风险。所以，在连接面处可能发生泄漏，由此将引起燃料喷射量的变化。该喷射器的另一个缺点是：根据推力件在喷射器外壳内向下固紧的程度来决定压缩弹簧的预载量。因此许多同样喷射器的打开压力会有变化。

已知的燃料喷射器类型在中心燃料管和杆导孔之间有一个空心推杆，其优点是活动推杆的质量比实心推杆小得多，质量相当小的喷射器活动零件可促进阀的快速运动。但是，空心推杆具有这样的缺点：它们在两个环形面之间滑动，如果推杆壁产生变形，会引起推杆被卡住的风险。考虑到这一点，并为了补偿上述的不同轴度，推杆和相邻环形面之间的间隙相当大，这有可能使推杆沿横向稍稍偏移到略有偏心的位置上，其中，推杆和杆导孔及燃料管之间的间隙均是在喷射器纵轴的一侧大于另一侧。尽管横向偏移非常小，但它们会在喷射程序中，造成通过间隙的燃料泄漏量的变化。如果推杆完全同轴，则泄漏量可比推杆有横向偏移位置时小50％到70％，因而对于相同的阀门和不变的喷射参数，如不变的喷射器供应压力和燃料量，在燃料作不同喷射时，实际喷射的燃料量将会改变。尽管采用同样的设置参数和供应同样状态的燃料，不同喷射器喷射的燃料量也会改变。

本发明的目的是在上述类型的燃料喷射器中，改进燃料喷射量的重复性和使喷射程序达到更精确的控制。

为此，本发明的燃料喷射器特征在于：燃料管的弹簧后导承外径小于推力衬套的内径，燃料管是一个单独的分离件，通过一个支承面与位于其后面的阀件接触，该支承面在弹簧后导承的后表面上，并是一个环绕中心燃料通道、基本上垂直于喷射器纵轴的环形面，以及在插入杆导孔内的推杆前区中，推杆外径最多比杆导孔内径小8μm，内径最多比燃料管前区外径大8μm。

采用这种设计，推杆仅略大于燃料管，并略小于滑动阀孔，因此基本上限制了在不同喷射程序之间产生横向偏移的可能性，通常限制到为该类型先前技术喷射器中偏移量的一半以下。由于对圆柱表面的流体摩擦，燃料泄漏基本上被阻止，因此即使表面之间最大可能的间隙得到很少的限制，也能显著减少泄漏量的变化。由此得到更均匀的燃料喷射量，促进了具有所需功率的更精确的燃烧，减少了发动机的燃料消耗，以及更有可能限制对环境有害的不良辐射产物，如NO_x，也能更好地控制气缸零部件上的热载荷和气缸零部件上燃烧残余物的分解。这对于常常燃烧劣质燃料的两冲程大型柴油机特别有利。

推杆分别和燃料管及杆导孔之间精密配合是喷射器工作时三个阀件相互精确对准的条件。与先前技术的喷射器相反，即使在三个阀件之间的对准稍有误差，或者在这个管状薄壁推杆上作用不均匀载荷，将导致推杆的不均匀磨损和/或被卡住，例如造成杆壁向外略有弯曲。本发明已避免了这个问题，它把燃料管与其后面的阀件分开，使得燃料管只包括从闭合弹簧的后弹簧导承延伸、并向下进入推杆内的燃料通道区。在装配喷射器外壳内的喷射器零件时，可把推杆插在杆导内，可把带着闭合弹簧的燃料管装在推杆上，绕杆导后端把推力衬套向下推，然后喷射器外壳可与这些喷射器零件相对垂直中心轴定位。在推杆、杆导和燃料管之间的精细配合，意味着在以垂直轴定位和无载荷条件下，各零件可相互调整成同轴位置，由此把其它阀件插入外壳内，并紧固安装法兰。当装好其它零件时，把位于燃料管后面的阀件插入推力衬套，然后把它向前移到靠近燃料管。这提供了阀件的初始导向，并防止了当阀件与燃料管接触时阀件的横向偏移。当继续紧固喷射器时，阀件被向下压到与燃料管向上的环形支承面靠紧，因此，由于支承面和阀件之间的摩擦，燃料管被正确固定，相对于杆导具有适当的同轴度。正确固定燃料管的位置是很重要的，可使支承面基本上垂直于喷射器的纵轴，从而在装配时横向导向力不会作用到支承面上。由于同样的原因，在弹簧后导承和推力衬套之间应具有间隙，从而碰击推力衬套时不会妨碍弹簧导承的正确调整。

最好是，推杆前区的外径比杆导孔内径小2到4μm，并且上述推杆区的内径比燃料管前区外径大2到4μm。由于这种精密的配合，泄漏量的变化大大减小，活动推杆和静止杆导及燃料管之间的间隙正好大到足以使推杆能纵向移动而毫无问题。

在另一个优选实施例中，从推杆后端至少到弹簧前导承，最好到位于杆导孔内的推杆前区，推杆内表面和燃料管外表面之间的直径差实际是比位于前面的推杆区大。例如，在推杆后区，推杆和燃料管之间的间隙比这两个零件之间在推杆前区的间隙大0.1mm。其作用是：在沿推杆前区范围内推杆内、外表面上的纵向环形缝隙中，通过缝隙可达到大致相同的压降。其结果是，在推杆前区的推杆壁不会承受任何径向作用的压差，有可能制造出在推杆前区壁厚很小的推杆。

本发明还提供了许多不同的办法来减少推杆的质量。可把推杆的弹簧前导承作成前锥面，在其最大直径处的厚度为最小。推杆前区的壁厚还可比燃料管前区小。从推杆中心孔底部到环绕阀针的压力室，斜孔的长度小于推杆前区外径的35％，这反映了推杆前端壁具有小的壁厚，由此可减少阀针周围区的推杆前端质量。采用在其端面上朝前开中心孔的阀针，还可进一步减少该区域的质量。但是，后者仅提供有限的质量减少。这些各种方案可单独应用。如果几个方案组合使用，则相对于喷射器的尺寸，可得到质量极小的推杆。

减少推杆质量可进一步同时改进燃料喷射量的重复性和喷射程序的精确控制。这是因为较小的推杆质量可导致在打开和闭合喷射器时更快的推杆运动，而且推杆和阀座磨损也变少，因为较轻的推杆对阀座和打开运动限位挡块的撞击均变小。阀的迅速打开提供了燃料喷射的突然启动，这促进了燃料首次喷射量的良好和稳定的雾化，从而得到明确和迅速的燃料点火。更重要的是喷射器的迅速闭合，它提供了燃烧的突然停止，这在不利条件下，即在低压和喷射率(克燃料/秒)不足条件下，减少了闭合运动期燃料的喷射量。最终喷射的燃料基本上是形成如No_x的辐射产物，它对气缸零件构成了强烈的热载和油烟分解，并导致燃料消耗的增加。较轻的推杆减少了喷射不利的燃料量，在每次喷射的总燃料量中，增加了在最佳条件下喷射的燃料比例。

在优选实施例中，在弹簧后导承的背面上，燃料管的支承面外径比燃料管前区的外径小。首先，小的支承面外径具有这样的作用：燃料管纵轴和在其后面的阀件纵轴之间的小角度不会引起支承面上的泄漏，因为两个受压表面的制造粗糙度补偿了任何小的不对准，其中，在两个表面相互最接近的一侧，凹凸不平被压缩，并在直径相对的另一侧形成密闭的支承。其次，小的支承面外径可使各支承面之间的密闭表面压力总是超过在燃料通道中的当前燃料压力。当喷射器闭合时，由于对弹簧后导承作用的向后弹簧力，以及由于在燃料管前端表面上燃料压力对燃料管作用的向后力，使得两支承面之间产生了表面压力。当喷射器打开时，由于燃料压力作用在推杆的整个前端，这个向后的力通过在燃料管上朝着轴向的环形表面，从推杆传到燃料管上，因此燃料压力以较大的向后力作用在燃料管上。最好是，燃料管向后支承面的内、外直径基本上分别与推杆前区的内、外直径尺寸相同，这种尺寸可在推杆壁内提供完全直接的轴向力流。

在使制造和装配特别简单的设计中，燃料喷射器用于喷射预热燃料，如重燃料油，在燃料管后面的阀件是燃料循环阀的阀室，当喷射器装配时，推力衬套的环形后端靠在阀室外表面前区中一个环形凹口后端的向前支承面上，由此，推力衬套的长度确定了闭合弹簧的预载。采用这种设计，在所安装阀中的推力衬套位于分别在杆导和阀室上的两个支承面之间，并在杆导内的阀座和靠着燃料管支承面的阀室前表面之间，建立了明确和预定的距离。因为阀的推杆带着弹簧前导承，燃料管带着闭合弹簧的弹簧后导承，当喷射器装配时，闭合弹簧可预载到确定的状态，同时推杆在闭合和打开位置之间具有明确和预定的行程或抬高高度。例如，在一个具体发动机中应用喷射器时，可改变推力衬套的长度来微调预载和推杆的抬高高度，长度较短而其它一切不变，将产生较高的预载和较小的抬高高度。这为喷射器装配提供了很大的简化，只要把喷射器零件尽可能多地紧固在一起，就可以得到正确的弹簧预载，以及打开和闭合喷射器的正确压力。这防止了在各个阀门之间弹簧预载和打开压力的变化太大，如果依靠把安装法兰向下拧入喷射器外壳的多少来设定弹簧预载，则在阀门中就会有这种问题。

把杆导、推杆、闭合弹簧、燃料管、推力衬套和循环阀的阀室装配成一个预装配件，则可进一步简化装配，其中通过推力衬套把阀室和杆导相互锁定在一起。这使得有可能为喷射器提供完整和预装配的置换件，从而可极快地更换重要的零件。为了实现锁定，例如，可把推力衬套热装在杆导和阀室上，或者在把推力衬套压到两个喷射器零件上之后，采用一个销子，横向插入在推力衬套和上述零件上相应的孔中，固定推力衬套相对于其它两个零件的位置。

沿着喷射器纵向，在喷射器外壳内表面和阀室外表面之间，以及在推力衬套和杆导之间，可提供一个贯通的空腔。空腔提供的优点是：在喷射器外壳内的静止喷射器零件均在两点之间固定，即在安装法兰内表面上的前面和喷嘴上的后面之间固定，它在喷射器零件中形成了转动对称载荷条件。另一个优点是空腔起到了对任何泄漏燃料的排泄通道作用。

现参照附图进一步详细描述本发明的一个实施例如下，附图表示了本发明燃料喷射器的纵向剖面图。

用1概括表示的燃料喷射器具有带着入口短管3的安装法兰2，从燃料源来的高压管(图中未示)可与入口短管3连接。例如，燃料源可以是一个由凸轮轴上凸轮周期启动的Bosch式活塞燃料泵，或者是通过控制阀周期地与入口短管3连通的高压罐。燃料可以是液体或气体，或者是固体燃料浆或至少含上述状态之一的乳状液，阀也可以单独或混合方式用于向燃烧室喷射液体或气体添加剂。

依靠活接头螺帽5，把喷射器的外壳4压紧在安装法兰上，而安装法兰又被插入法兰孔6中的螺钉紧固在发动机气缸上。一条燃料通道34从通过喷射器中心的入口短管内的供料口7延伸到喷嘴8，可通过图中未示的喷嘴孔，把燃料从喷嘴8喷射到内燃机的工作室内。

依靠推力衬套10、阀室11和靠在安装法兰前内表面上的推力件12，把杆导9向下压到喷嘴的内表面上。推力衬套具有与阀室11和杆导9后区大致相同的外径，并插入这两个零件的环形凹口中，使得推力衬套10面对轴向的环形端面紧靠着杆导和阀室上面对轴向的支承面13,14。

阀体15插入阀室11的孔中，并由相当弱的压缩弹簧16偏压到图示的位置。在阀室前端突出的前支承面17紧靠着中心燃料管19后端突出区域上相应的环状后支承面18，在这两个基本上平行的支承平面之间的连接面位于与喷射器纵轴基本垂直的平面内。

紧接在支承面18的下面，燃料管有一个凸环20，构成了闭合弹簧21的弹簧后导承，弹簧为常规的机械压缩弹簧。在弹簧导承前面，燃料管形成了一个圆柱形后区22，其外径略小于弹簧的内径。后区22在前面的端部是环形表面23，它位于与喷射器纵轴垂直的平面内。表面23形成了燃料管后区和前区24之间的过渡区，前区具有较小的直径，并向下延伸进入朝推杆26后区打开的孔25中，到达离孔25底部很短距离的燃料管前端。这个短的距离大于推杆的抬高高度。

杆导9具有一个中心孔，其中一部分为圆柱形内表面27，构成了推杆的导向面。在该部分的前面，杆导具有压力室28，压力室具有锥形的静止阀座，静止阀座与在推杆前端的阀针29前端上相应锥形活动阀座配合。在阀座前侧，杆导孔延伸到喷嘴8的中心孔中。

推杆26具有凸环形式的弹簧前导承30，其背面垂直于喷射器纵轴，其前面31为锥形。闭合弹簧位于两个弹簧导承20和30之间，并在推力衬套10之内。在喷射器零件装配时，闭合弹簧被压缩到预载状态。弹簧在推杆的弹簧前导承30上产生的向前闭合力量级非常精确，因为装配时弹簧的压缩量由推力衬套10的长度和闭合弹簧的自由长度所确定。

推杆内表面的直径比燃料管前区24的外径大2到4μm，插入杆导孔内的推杆前区24外径比孔27内径小2到4μm。推杆前区的壁厚约比燃料管前区24的壁厚小30％。在孔25底部的推杆前端壁具有比较小的壁厚，环绕阀针29的环形端面几乎与喷射器纵轴垂直。由于壁厚较小，把孔25与压缩室28连通的斜孔33所具有的长度比推杆前区32外径小35％。

中心燃料通道34从供料口7向下通过推力件12延伸到阀体15的中心孔35，在那里通道分成几个斜孔36，通向围绕阀针37的压力室38。在与阀针37配合的静止阀座前面，燃料通道在中心延伸，通过阀室11前面，越过支承面17和18，并进一步向前通过燃料管19，在推杆中的孔25底部向外打开，从那里燃料通道继续通过斜孔33、压力室28和图中未示的喷嘴孔，进入喷嘴8。

排泄孔39可把漏出的燃料从环绕闭合弹簧21的空腔排泄到沿喷射器纵向在喷射器外壳4内表面上延伸的贯通空腔中。

在两个喷射期之间，有一些低压预热燃料供给供料口7。这些燃料通过推力件12前部的侧面泄漏通道40流入环绕压缩弹簧16的空腔中。在阀室11中的排泄口41把循环燃料送入室42，从那里有一条图中未示的回收管把燃料带出喷射器。在喷射器闭合期的燃料循环保证了燃料系统在适当高温下保持预热。

当喷射期开始、燃料压力升高时，压力室38的压力立即升高，克服了压缩弹簧16力的向后力作用到阀体上，由此阀体向后移动，切断泄漏通道40。然后燃料压力通过燃料通道向下传播到压力室28。当这里的燃料压力达到喷射器的开启压力时，推杆26受到比闭合弹簧21大的向后力作用，使推杆向后移动，直到推杆的环形端面碰到燃料管上环形面23为止。因此表面23起到了推杆运动限位挡块的作用，并确定了推杆的抬高高度。推杆的移动打开了向喷嘴的燃料出口，开始喷射燃料。在喷射终了时燃料的输送压力再次下降，室28内压力相应下降，使得闭合弹簧克服燃料对推杆的向后压力，由此推杆回到闭合的开始位置，阀针29靠紧到相应的阀座上，并切断通向喷嘴的出口。

对于所示薄壁设计的推杆，为了避免柱形推杆壁的变形，重要的是使得推杆后端表面成为柱形推杆壁的轴向延伸，因为这可保证推杆对表面23的撞击只把轴向力传给推杆。

如果在喷射器闭合期不需要预热燃料的循环，则可省去循环阀来简化喷射器。此时推力件12和阀室11可形成一个如推力件形状的整体件，具有构成燃料通道24区域的中心通孔，它把供料口7与燃料管中的中心通道连通。

也可扩大喷射器的应用，与几种不同液体喷射相连通，例如采用上述喷射器零件与上述丹麦专利号155757类型的喷射器相连接。例如，这种喷射器可用来喷射气体和控制油，或用于喷射燃料和改变燃烧过程的其它液体，如水，以减少不良放射物质的形成。

Claims (12)

1．一种内燃机用的，特别是两冲程带滑块发动机用的燃料喷射器(1)，它具有一个外壳(4)，在其后端有一个安装法兰(2)，前端有一个从外壳突出的喷嘴(8)，一条在喷射器内沿中心延伸的燃料通道(34)，燃料通道从安装法兰开始，至少通过一个推力件(12)、一个中心燃料管(19)、一个推杆(26)和一个杆导(9)，直到喷嘴为止，

杆导具有中心孔(27)，其圆柱内表面构成了推杆的导向面，

燃料管具有一个一半以上在杆导中心孔内向下延伸、且外径比后区(22)小的前区(24)，一个在这两区过渡处对着喷嘴轴向的环形面(23)，以及一个用于预载闭合弹簧(21)的弹簧后导承(20)，

推杆具有一个向后打开、燃料管前区插入其中的中心孔(25)，一个带有阀针(29)的推杆前区(32)，阀针与杆导孔中的静止阀座面配合以打开和闭合喷射器，以及一个用于闭合弹簧的弹簧前导承(30)，弹簧导承在推杆后区从杆导孔向外突出，闭合弹簧把推杆向前朝闭合方向偏压，在推杆后端有一个环形端面，它由于推杆的向后打开运动而被紧靠在燃料管的环形面(23)上，

在喷射器外壳内至少由一个推力衬套(10)把杆导朝前压，推力衬套紧靠在杆导的面向后的环形表面(13)上，并向后延伸通过闭合弹簧，在喷射器装配时，安装法兰在压缩闭合弹簧的同时把推力件(12)朝前压，其特征在于：燃料管的弹簧后导承(20)外径小于推力衬套(10)的内径，燃料管(19)是一个单独的分离件，通过一个支承面(18)与位于其后面的阀件接触，该支承面在弹簧后导承的后表面上，并是一个环绕中心燃料通道(34)、基本上垂直于喷射器纵轴的环形面，以及在插入杆导孔(27)内的推杆前区(32)中，推杆(26)外径最多比杆导孔内径小8μm，内径最多比燃料管前区(24)外径大8μm。

2．按照权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：推杆前区的外径比杆导孔内径小2到4μm，并且上述推杆区的内径比燃料管前区外径大2到4μm。

3．按照权利要求1或2的燃料喷射器，其特征在于：从推杆后端至少到弹簧前导承，最好到位于杆导孔内的推杆前区，推杆内表面和燃料管外表面之间的直径差实际是比位于前面的推杆区大。

4．按照权利要求1到3中任一个的燃料喷射器，其特征在于：推杆的弹簧前导承(30)具有前锥面(31)，在其最大直径处的厚度为最小。

5．按照权利要求1到4中任一个的燃料喷射器，其特征在于：推杆前区(32)的壁厚比燃料管前区(24)小。

6．按照权利要求1到5中任一个的燃料喷射器，其特征在于：从推杆中心孔(25)底部到环绕阀针(29)的压力室，斜孔(33)的长度小于推杆前区外径的35％。

7．按照权利要求6的燃料喷射器，其特征在于：阀针(29)具有在其端面上朝前打开的中心孔。

8．按照上述权利要求中任一个的燃料喷射器，其特征在于：在弹簧后导承(20)的背面上，燃料管的支承面(18)的外径比燃料管前区(24)的外径小。

9．按照上述权利要求中任一个的燃料喷射器，其特征在于：燃料管向后支承面(18)的内、外直径基本上分别与推杆前区(32)的内、外直径尺寸相同。

10．按照上述权利要求中任一个的燃料喷射器，其特征在于：燃料喷射器用于喷射预热燃料，如重燃料油，在燃料管后面的阀件是燃料循环阀的阀室(11)，当喷射器装配时，推力衬套(10)的环形后端靠在阀室外表面前区中一个环形凹口后端的向前支承面(14)上，由此，推力衬套的长度确定了闭合弹簧(21)的预载。

11．按照权利要求10的燃料喷射器，其特征在于：杆导、推杆、闭合弹簧、燃料管、推力衬套和循环阀的阀室装配成一个预装配件，其中通过推力衬套把阀室和杆导相互锁定在一起。

12．按照上述权利要求中任一个的燃料喷射器，其特征在于：沿着喷射器纵向，在喷射器外壳(4)内表面和阀室外表面之间，以及在推力衬套和杆导之间，提供一个贯通的空腔。

Images