CN1265175A - 使用两个双向阀门控制阀的燃料喷射器及方法 - Google Patents

使用两个双向阀门控制阀的燃料喷射器及方法 Download PDF

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Abstract

一种不包含弹簧并且由阀组件控制的燃油喷射器(18)。该阀组件具有两种以上的操作方式。燃油喷射器包括壳体,壳体具有供给口(36)、排泄口(44)和与增压器(80)流体连通的圆柱体通道(38)。增压器在燃料腔(36)内的第一位置和第二位置之间运动。燃料腔与燃料进口连接。增压器向第二位置的移动使燃料腔(36)中的燃料增压。加压的燃料打开针阀(110),使得燃料通过壳体的小孔(76)喷出。圆柱体通道与第一流体控制阀(32)和第二流体控制阀(34)连接。可以使每个控制阀在关闭位置和打开位置之间运动。当第一控制阀运动到打开位置时,供给口与圆柱体通道流体连通,这样流体穿过通道把增压器(80)推到第二位置并使燃料从喷射器中喷出。当第二控制阀(34)运动到打开位置时,圆柱体通道与排泄口(44)连接。增压器与供给管路连接。该供给管路提供流体使增压器返回到第一位置;针也连接在回流管路(114)上以使针返回到关闭位置。

Description

使用两个双向阀门控制阀的燃料喷射器及方法
                    发明背景
1.发明领域
本发明涉及内燃机用的燃料喷射器。
2.相关技术描述
燃料喷射器向内燃机的燃烧室喷射加压的燃料。图1所示为现有技术的燃料喷射系统1。喷射系统包括喷嘴2，喷嘴通过增压室4与燃料进口3连接。通过喷嘴2的流量是由针阀5控制的，弹簧6把针阀偏压向关闭位置。喷射器1包括一增压柱塞7，柱塞增加室4内燃料的压力。加压的燃料使针阀5抬起，以允许燃料喷入发动机的燃烧室。
增压柱塞7由工作流体液压驱动，工作流体通过口8并由提升阀9控制。提升阀9与促动器10连接，可以给促动器10通电以把阀9拉到打开位置。如图2中所示，当促动器10打开提升阀9时，工作流体通过口8并向增压柱塞7施加压力。工作流体的压力使柱塞7移动并使燃料增压。给促动器10断电后，弹簧11和12使提升阀9和增压柱塞7分别返回到起始位置。
因为复位弹簧的反应时间，所以弹簧复位的燃料喷射器比较慢。此外，弹簧产生附加力，该附加力必须由促动器克服。因此，必须给促动器提供足够的电流以克服弹簧力和阀的惯性。较高的电流产生额外的热量，并且降低了促动器的寿命和性能。而且，由于塑性变形和疲劳，弹簧的刚度可能变化。弹簧刚度的变化将对喷射器的寿命产生不同的结果。因此希望提供一种不包含弹簧的燃料喷射器。
授权给Sturman的美国专利No.5,460,329公开了一种液压驱动的燃料喷射器。Sturman喷射器包括一促动器启动的流体控制阀，该控制阀控制驱动喷射器增压器的液压流体的流量。在一个位置流体控制阀允许液压流体流入增压器。液压流体的流入驱动增压器并使燃料从喷射器喷出。当控制阀运动到第二位置时，增压器运动回起始位置并把燃料排泄到喷射器中。
Sturman喷射器的流体控制阀或者是单个三通阀或者是单个四通阀。控制阀在两个位置间运动。在一个位置控制阀允许液压流体从供给口流入圆柱体通道以驱动增压器。在另一个位置控制阀使圆柱体通道与排泄管路连接，使得增压器运动回起始位置。因此，控制阀只有两个操作方式，驱动增压器和使增压器返回。因此希望提供一种具有两种以上方式的用于液压驱动喷射器的阀组件。
例如，用于液压驱动燃料喷射器的液压流体通常由泵和一系列流体管路提供。流体系统通常包括弹簧偏压的限压阀，限压阀打开以保证流体压力不会超过某一水平。在系统的旁路方式下，泵必须做功以克服限压阀的弹簧。因此希望喷射器的阀组件还为液压系统提供旁路功能。
此外，流体控制阀启动或者驱动增压器以喷射燃料，或者使增压器返回以向喷射器燃料腔吸入更多的燃料。可能希望把增压器的位置保持在中间位置上，以更精确地控制燃料喷射的数量的速率。现有技术中没有一种阀能够允许把增压器保持在中间位置上。
                      发明综述
本发明是一种不包含弹簧并且由阀组件控制的燃料喷射器，该阀组件具有两种以上的操作模式。燃料喷射器包括一壳体，壳体具有一供给口、一排泄口和一与增压器流体连通的圆柱体通道。增压器在燃料腔内的第一位置和第二位置之间运动。燃料腔与燃料口连接。增压器移入第二位置使燃料腔内的流体增压。加压的燃料打开针阀，使得燃料通过壳体的小孔喷出。
圆柱体通道与第一流体控制阀和第二流体控制阀连接。可以使每个控制阀在关闭位置和打开位置之间运动。当第一控制阀移动到打开位置时，供给口与圆柱体流体连通，这样流体通过通道流动以把增压器推到第二位置并使燃料从喷射器中喷出。当第二控制阀被驱动到打开位置时，圆柱体通道与排泄口连接。增压器与提供加压流体的供给管路连接，加压流体使增压器运动回第一位置。针阀也与供给管路连接，以使针运动回关闭位置。供给管路使得在阀中不需要任何复位弹簧。喷射器可具有另外的模式，其中两个控制阀都同时运动到打开位置以提供供给口和排泄口之间的流体连通，以旁道流体系统。此外，所述控制阀可移动到关闭位置，使得没有流体流入圆柱体通道或从圆柱体通道流出，以把增压器保持在中间位置。
                   附图简要描述
图1所示为现有技术的燃料喷射器的横截面视图；
图2所示为喷射燃料的现有技术的燃料喷射器的横截面视图；
图3所示为内燃机用燃料喷射系统的示意图；
图4所示为本发明的燃料喷射器的横截面视图；
图5所示为燃料喷射器的横截面视图；
图6所示为表示燃料正在从燃料喷射器中喷出的横截面视图；
图7所示为表示喷射器正在吸入燃料的横截面视图。
                   发明详细描述
特别通过参考号码参见附图，图3所示为燃料喷射系统中的多个燃料喷射器14a-d。燃料喷射器14a-d是液压驱动的装置，用于向内燃机的燃烧室(未示出)中喷射燃料。燃料喷射器连接在干路(railline)15上，干路15与高压泵16的出口相连。高压泵14的进口可与低压泵17的出口相连。低压泵17的进口与液压流体的储存器18相连。燃料喷射器14a-d通过排泄管路20与储存器18相连。燃料喷射器还与燃料泵22和发动机燃料储存器24相连。尽管所示和描述的是分开的液压系统，但应该理解，喷射器可由发动机的燃料驱动。
燃料喷射器14a-d与电子控制器26相连。控制器26可包含控制燃料喷射器的启动的微处理器及相关的存储器、逻辑和驱动电路。控制器26还可与液压系统干路(rail line)12中的压力传感器28相连。尽管所示和描述的是分开的液压流体，但应该理解，喷射器14a-d可由燃料，而不是液压流体来驱动。
图4和5所示为燃料喷射器14的优选实施例。燃料喷射器14包括阀组件30，其具有第一流体控制阀32和第二流体控制阀34。第一控制阀32与顶部壳体单元(Block)42中的一对第一供给口36、一对圆柱体通道38和一对共用通道40相连。第二控制阀34与顶部单元(Block)42中的共用通道40和排泄口44相连。圆柱体通道38与共用通道40始终流体相通。供给口36连接在干路15上，排泄口44连接在图3所示的液压系统排泄管路20上。
第一控制阀32具有第一阀芯46，其通过第一促动器48移动到关闭位置，通过第二促动器50移动到打开位置。在打开位置，阀芯46具有环形凹槽52，该凹槽提供了供给口36和圆柱体通道38之间的流体连通。在关闭位置，第一阀芯46阻止口36和通道38之间的流体连通。
第二控制阀34具有第二阀芯54，其通过第一促动器36移动到关闭位置，通过第二促动器58移动到打开位置。在打开位置，阀芯54具有环形凹槽60，该凹槽提供了共用通道40和排泄口44之间的流体连通。在关闭位置，第二阀芯54阻止了通道40和口44之间的流体连通。
促动器48、50、56和58各自包含线圈61，线圈61缠绕在线圈架62上。促动器48、50、56和58由附着在顶部单元42上的端板64固定。喷射器具有两个圆柱体通道和两个共用通道40，这样流体以相等且相反的方向流过阀芯。相反的液流在阀芯上提供抵销的流体作用力，该作用力使阀动态平衡。阀芯46和54可各自具有中心管道66，该管道防止泄漏到阀芯端部的流体聚集起来。
在优选实施例中，阀芯46和54及端板64是用磁钢，如52100，制造的。顶部单元42也可用磁钢材料制造。当一个促动器通电后，磁钢保持足够的磁性以提供磁力，即使停止向促动器供电该磁力也能将阀芯保持在位置上。因此，可以用电子控制器26提供给促动器48、50、56或58之一的短数字脉冲来转换阀。
顶部单元42附着在外壳68上。外壳68包括增压器单元70、通道单元72和针壳体74。针壳体74具有许多小孔76，这些小孔允许燃料从燃料喷射器14中喷出。顶部和外壳可整体称作喷射器壳体。
燃料喷射器18包括增压器80，该增压器具有增压器柱塞82和增压器头84。头部84具有凹腔86，凹腔与圆柱体通道38相连。增压器80与一对复位销88联接，复位销位于单元72中的一对相应管道90中。管道90与供给管路92相连，供给管路92与第二供给口94流体连通。第二供给口连接在干路12上。增压器头84的面积大于复位销的面积，这样当加压流体流入凹腔86中时，增压器80向下方移动。当圆柱体通道38和凹腔86与排泄口44相连时，复位销使增压器80运动回起始位置。
增压器柱塞82在单元72中的燃料腔内96运动。燃料腔96通过通道100和101、及一单向止回阀102与一对燃料进口98联接。燃料腔96还分别通过单元74和76中的通道106和108与针腔104相连。针腔104包含针阀110。针阀110被销112偏压向关闭位置。销112与通道114流体连通，通道114与管道90和加压液流相连。
如图6中所示，当第一阀32转换到打开位置并且第二阀34保持在关闭位置时，加压液流从第一供给口36通过圆柱体通道38并进入到增压器头84的凹腔86中。液压流移动增压器80并把燃料腔96中的燃料推入针腔104中。止回阀102防止燃料通过燃料进口98流回。燃料的压力使针阀110抬起到打开位置，允许燃料通过小孔76喷出。
如图6中所示，第一阀32关闭并且第二阀34打开，以将排泄口44与圆柱体通道38相连。流体绕过第一阀32的阀芯46从圆柱体通道38流向共用通道40。凹腔86减少至较低的排泄压力。供给管道92中的加压流体向复位销88施加压力并沿向上的方向推增压器80。增压器柱塞82的运动向燃料腔96中吸入更多的燃料。销112将针阀110推回关闭位置，其中该过程可重复。
在增压器80的向下冲程中，在第一和第二位置之间，控制器26可启动第一阀32，使得第一阀32和34都处于关闭位置。在关闭位置，没有流体可流入圆柱体通道38或从中流出，从而将增压器80的位置固定在中间位置上。同样，当第一阀32关闭并且第二阀34打开以移动增压器80并吸入燃料时，可关闭第二阀34以固定增压器80的位置。控制器26可利用该方式改变从燃料喷射器中喷出的燃料量。此外，控制器26可更精确地控制燃料喷射器产生的燃料曲线。
在燃料喷射周期之间，控制器26可使第一阀32和第二阀34都致动到打开位置，这样液压流从供给口36流到排泄口44。这样，燃料喷射器10的阀组件30就作为旁路阀。控制器26可分析来自压力传感器28的反馈信号，并通过将喷射器14置于旁路方式来降低干线压力。因此，燃料喷射器可为液压系统提供燃料喷射器和旁路阀双重功能。
可以致动阀32进入四种模式之一。在第一种模式中，第一阀32打开并且第二阀34关闭，这样液压流驱动增压器80并且燃料从喷射器中喷出。在第二种模式中，第一阀32关闭并且第二阀34打开，以使增压器80复位并且向喷射器中吸入燃料。在第三种模式中，阀32和34都关闭以把增压器80固定在中间位置。在第四种模式中，第一阀32和第二阀34都打开，这样喷射器就作为旁路阀。
尽管在附图中描述并表示了某些示范性实施例，但应理解，这种实施例对本发明仅仅是描述性的，而不是限制性的，并且本发明不应局限于所示和描述的特定构造和布置方式，对于该技术领域的普通技术人员来讲可进行各种其它的变型。

Claims (19)

1.一种喷射燃料的燃料喷射器，包括：
一壳体，壳体具有第一供给口、一排泄口和一圆柱体通道；
一与所述圆柱体通道相连的增压器，所述增压器从第一位置运动到第二位置以喷射燃料；
一第一流体控制阀，其在关闭位置和打开位置之间致动，其中在所述打开位置所述第一流体控制阀提供所述第一供给口和所述圆柱体通道之间的流体连通，使得所述增压器从第一位置运动到第二位置；
一第二流体控制阀，其在关闭位置和打开位置之间致动，其中在所述打开位置所述第二流体控制阀提供所述圆柱体通道和所述排泄口之间的流体连通，使得所述增压器从第二位置运动到第一位置。
2.根据权利要求1中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一和第二流体控制阀各自包括一双向促动器驱动的阀芯。
3.根据权利要求2中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述每个流体控制阀的阀芯通过残余的磁力保持在一个位置。
4.根据权利要求1中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一流体控制阀通过一共用组件与所述第二流体控制阀相连。
5.根据权利要求1中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述壳体包括供给管路，供给管路连接在所述增压器上，当所述第二流体控制阀处于打开位置时，供给管路提供流体使所述增压器从第二位置运动到第一位置。
6.根据权利要求5中所述的燃料喷射器，其特征在于，壳体具有与所述供给管路相连的第二供给口。
7.根据权利要求5中所述的燃料喷射器，还包括一与所述供给管路相连的销，该销将所述增压器从第二位置推至第一位置。
8.根据权利要求1中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述增压器在燃料腔内运动，该燃料腔与所述壳体中的燃料口和小孔相连。
9.根据权利要求8中所述的燃料喷射器，还包括一针阀，该针阀在关闭位置和打开位置之间运动，这样当所述增压器处于第二位置并且所述针阀处于打开位置时，燃料从所述燃料腔并通过所述小孔喷出。
10.根据权利要求9中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述针阀与所述供给管路相连，这样当所述增压器从第二位置向所述第一位置运动时，流体使所述针阀从打开位置向关闭位置运动。
11.一喷射燃料并由流体驱动的燃料喷射器，包括：
一壳体，该壳体包括一第一供给口、一排泄口、一圆柱体通道、一与燃料口和小孔相连的燃料腔和一与第二供给口相连的供给管路，其中流体流过所述第一和第二供给口，并且燃料从所述燃料口流入所述燃料腔；
一针阀，该针阀在关闭位置和打开位置之间运动，以控制从所述燃料腔穿过所述小孔的燃料流量；
一增压器，该增压器与所述圆柱体通道和所述供给管路相连，所述增压器在所述燃料腔内从第一位置运动到第二位置，以使燃料从所述燃料腔通过所述小孔喷出；
一第一流体控制阀，该阀在关闭位置和打开位置之间致动，其中在所述打开位置所述第一流体控制阀提供所述第一供给口和所述圆柱体通道之间的流体连通，使得所述增压器从第一位置向第二位置运动；
一第二流体控制阀，该阀在关闭位置和打开位置之间致动，其中在所述打开位置所述第二流体控制阀提供所述圆柱体通道和所述排泄口之间的流体连通，使得所述增压器从第二位置向第一位置运动。
12.根据权利要求11中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一和第二流体控制阀各自包括一双向促动器驱动的阀芯。
13.根据权利要求12中所述的燃料喷射器，其特征在于，每个流体控制阀的所述阀芯通过残余的磁力保持在一个位置。
14.根据权利要求11中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一流体控制阀通过一共用组件与所述第二流体控制阀相连。
15.根据权利要求11中所述的燃料喷射器，还包括一与所述供给管路相连的销，该销将所述增压器从第二位置推向第一位置。
16.根据权利要求11中所述的燃料喷射器，其特征在于，所述针阀与所述供给管路相连，使得当所述增压器从第二位置向所述第一位置运动时，流体使所述针阀从打开位置向关闭位置运动。
17.用于驱动喷射燃料的燃料喷射器的方法，包括如下步骤：
a)提供一燃料喷射器，其包括：
一壳体，壳体具有第一供给口、一排泄口和一圆柱体通道；
一与所述圆柱体通道相连的增压器，所述增压器从第一位置向第二位置运动以喷射燃料；
一第一流体控制阀，该阀在关闭位置和打开位置之间致动，其中在所述打开位置所述第一流体控制阀提供所述第一供给口和所述圆柱体通道之间的流体连通，使得所述增压器从第一位置向第二位置运动，在关闭位置所述第一流体控制阀阻止所述供给口和所述圆柱体通道之间的流体连通；
一第二流体控制阀，该阀在关闭位置和打开位置之间运动，其中在所述打开位置所述第二流体控制阀提供所述圆柱体通道和所述排泄口之间的流体连通，使得所述增压器从第二位置向第一位置运动，在关闭位置所述第二流体控制阀阻止所述圆柱体通道和所述排泄口之间的流体连通；
b)驱动所述第一流体控制阀到打开位置，以使所述增压器运动到第二位置；
c)驱动所述第二流体控制阀到打开位置及所述第一流体控制阀到关闭位置，以使所述增压器运动到第二位置。
18.根据权利要求17中所述的方法，还包括步骤(d)，即驱动所述第一和第二控制阀到关闭位置。
19.根据权利要求17中所述的方法，还包括步骤(d)，即驱动所述第一流体控制阀到打开位置。
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