CN1712695A - 用于燃油喷射单元的喷射器 - Google Patents

Abstract

一个喷射器体B1具有与之偏心的纵向孔(31)，其中安装有一驱动器(3)和一液压传动单元(4)。一个高压燃油通道(1)安置在位于所述纵向孔(31)一侧的厚壁部分内。所述纵向孔(31)内的一部分空间用作一个低压燃油室(22)并与一个外部放泄通道相通。一个槽(32)位于所述孔31的内侧壁并与一个低压燃油通道(23)相连从而提供一个低压燃油通道槽(26)，用于排出来自一个喷射喷嘴部分(103)和一个控制阀部分(102)的泄油。很容易加工一个与纵向孔(31)一体的槽(32)并且确保所述高压燃油通道(1)周边的强度。

Description

用于燃油喷射单元的喷射器

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机燃油喷射单元的喷射器，并且特别涉及一种用于共轨式燃油喷射单元的喷射器。

背景技术

已知一种共轨式燃油喷射单元具有一个每缸相同并在其中积蓄用于柴油机的高压燃油的共轨。高压燃油是以压力方式通过油泵供给的，其压力可调而使在共轨中具有特定的压力并且通过驱动喷射器在特定时刻向每个缸中喷射燃油。通常，喷射器被设计成具有共轨的形式，通过将喷嘴针阀上下升降而由喷射孔喷射燃油。一个驱动器驱动一个控制阀来增加和减少喷嘴针阀的背压从而使喷嘴针阀上下升降。

用于共轨式燃油喷射系统的喷射器的结构公开于，例如，日本专利JP-2002-257002-A及相应的美国专利US-6,840,466-B2。该结构被设计成通过液压传动单元放大驱动器位移的方式来驱动控制阀。该液压传动单元具有一个大直径的第一活塞，一个小直径的第二活塞以及一个用来在一个在第一活塞和第二活塞之间的小室中蓄积驱动流体的位移放大室。液压传动单元通过使一个喷嘴针阀的背压室选择性地与一个低压燃油通道或一个高压燃油通道连通从而控制喷嘴针阀的背压。驱动器可通过一个压电驱动器来实现，例如，该驱动器在燃油喷射控制中对传递高性能具有良好的作用。

在喷射器中为通过每个元件的高压密封部分和控制阀的可滑动部分放泄的泄油以及从控制室排放出来用于对喷嘴针阀施加背压从而开启燃油喷射的泄油。一个喷射器体具有用于对泄油进行收集和排放的低压燃油通道以及从共轨获取高压燃油的高压燃油通道。这些燃油通道可位于，例如驱动器和在沿着喷射器体中心轴线放置的液压传动单元的侧面。

目前的有关增加燃油喷射压力的需求会使高压燃油通道受到更大的应力并且会要求高压燃油通道周边的强度增强。与这种需求相应，考虑到，例如，如图3A和图3B所示使驱动器和液压传动单元的中心轴线偏离喷射器体的中心轴线。在图3A中，一个喷射喷嘴部分103安置在喷射器体B的下端部。一个喷嘴针阀6可滑动地安置在喷射器体B内并且与之同轴。如图3B所示，喷射器体B具有一个纵向孔31，用于将驱动器3和液压传动单元4偏心安置于喷射器体B，以及一个穿过纵向孔31一侧的厚壁部分的高压燃油通道1。低压燃油通道2位于纵向孔31周围厚壁部分的多个位置，与高压燃油通道1相分隔。驱动器3以及液压传动单元4形成一个驱动部分101从而驱动一个位于驱动部分101下面的控制阀部分102。

在如上所述的结构中，驱动器3和液压传动单元4的偏心安置使在这些元件的侧面留出一部分空间。这样，可以通过将高压燃油通道1安置在使其周围具有相当壁厚的位置，从而增强喷射器体B的强度。然而，喷射器体B安装于其上的缸盖H却限制了喷射器体B的外径。为了使用来安置驱动器3和液压传动单元4的纵向孔31和高压燃油通道1分别具有足够的直径和壁厚，低压燃油通道2必须为如图3B剖面图所示的细度。而且，需要一个复杂的工作，以建立一段相对长的低压燃油通道2’，其使低压燃油通道2与位于喷射器体B侧上部的燃油排出口相连，从而将泄油排放到外部。

发明内容

根据上述问题，本发明的一个目的是提供一种具有紧凑结构和足够强度的用于燃油喷射单元的喷射器，其是通过确保一个安装有驱动器和液压传动单元的装配孔以及高压燃油通道都具有充分的直径和壁厚，以及具有一个可通过简易加工过程形成的低压燃油通道而实现的。

如本发明所述的用于燃油喷射单元的喷射器具有一个喷射器体构件，一个驱动器和一个液压传动单元。所述液压传动单元将所述驱动器的驱动力传递给一个阀来控制燃油喷射。

所述喷射器的特征在于，还具有一个纵向孔，一个高压燃油通道，一个低压燃油室以及一个低压燃油通道槽。所述纵向孔位于所述喷射器体构件内并在其中安装所述驱动器和所述液压传动单元。所述高压燃油通道位于所述纵向孔的一径向侧的所述喷射器体构件内，从而提供用于燃油喷射的高压燃油。所述低压燃油室设置在所述纵向孔中并与一个外部的放泄通道相通。所述低压燃油通道槽位于所述径向孔的内周表面上，沿所述纵向孔的纵向延伸并与所述低压燃油室和一个低压燃油通道相通，用于排放所述喷射器内的泄油。

附图说明

通过研究下述详细的说明，所附的权利要求以及附图，本发明的其他目的，特征和优点以及操作方法和相关部件的功能将更容易理解，而所有这些都构成本申请的一部分。在附图中：

图1A所示为如本发明所述实施例一个喷射器完整结构的剖面图。

图1B所示为图1A实施例沿着IB-IB线的喷射器的剖面图。

图2A所示为表达低压燃油通道直径(加工孔)与重叠深度之间关系的图形。

图2B所示为纵向孔与槽重叠部分的剖面图，从而对重叠深度和接触角进行解释。

图3A所示为一个常规喷射器完整结构的剖面图；以及

图3B所示为沿着IIIB-IIIB线的一个常规喷射器的剖面图。

具体实施方式

下述说明为一个如本发明所述应用于柴油机共轨喷射系统的喷射器的实施例。图1A所示为喷射器I完整结构的图形。图IB为一个沿着图1A中IB-IB线的剖面图。喷射器I固定在一个位于发动机的缸盖H内的安装孔内，用来向各缸喷射燃油。在图1A中，喷射器I具有一个带一个压电驱动器3和一个液压传动单元4的驱动部分101，一个带三通阀结构的阀5的控制阀部分102以及一个带喷嘴针阀6的喷射喷嘴部分103。驱动部分101具有一个喷射器体B1(喷射器体构件)，压电驱动器3和液压传动单元4安装在其中。控制阀部分102的阀体B3安置在喷射器体B1下端处，在二者之间插入一个通道形成部件B2。喷射喷嘴部分103的喷嘴体B5安置在阀体B3的下端处，在二者之间插入一个通道形成部件B4。这些喷嘴体组件B1至B5通过保持件(未画出)被彼此紧固和固定从而处于油密封状态。

喷射器I具有一个用于供油的沿纵向的高压燃油通道1。高压燃油通道1通过一个开口于喷射器体B1侧上部的供油口11与一个外部共轨(未画出)相连。共轨蓄积来自高压油泵的具有与喷射压相应的预置压力的燃油。燃油排出口21开口于喷射器体B1侧上部，通过一个泄油通道(未画出)将泄油从喷射器I回泄至燃油罐(未画出)。

喷射喷嘴部分103保持一个可在由体元件B5形成的缸中滑动的阶形喷嘴针阀6。在喷嘴针阀6下端小直径部分周围的空间形成一个燃油蓄积室62。高压燃油从共轨经由一个与燃油蓄积室62的侧壁相连的高压燃油通道1输送至燃油蓄积室62。体元件B5下端中心部分具有一个囊63和穿过形成囊63的壁的喷射孔64。当喷嘴针阀6位于最低点时，喷嘴针阀6的锥状尖侧面安座在一个由燃油蓄积室62和囊63之间的边界部分形成的喷嘴座65上，从而关闭囊63和切断从燃油蓄积室62向喷射孔供给的燃油。燃油喷射的开启是通过将喷嘴针阀6抬离喷嘴座65来打开囊63。

由喷嘴针阀6的上端面和一个油缸的内表面构成的空间形成了一个用于控制喷嘴针阀6背压的控制室61。控制燃油使其通过一个经由控制阀部分102的阀室与高压燃油通道1相连的通道12，通道13和孔14，对控制室61供油，从而产生喷嘴针阀6的背压。而且，控制室61在任何时刻都通过一个孔15与高压燃油通道1相连。背压连同安装在控制室61的弹簧66将喷嘴针阀6向下推，将喷嘴针阀6推向阀关闭的方向。在燃油蓄积室62内的高压燃油将喷嘴针阀6向上推，从而将喷嘴针阀6推向阀开启的方向。

阀控制部分102具有一个三通阀结构的阀5。阀5的大直径部分安置在一个在任何时刻都与控制室61相连的阀室51中。阀5的下部分的形状为活塞状并且可在一个在体组件B3内的缸内滑动。缸的下端部为用于安装一个使阀5向上的弹簧55的弹簧室54。阀室51具有一个位于其顶面的低压侧阀座52和一个位于其底面的高压侧阀座53。阀5可选择性地安座在阀座52，53中的任一个上。阀5的大直径部分具有两个用于安座这些阀座52，53的锥面。

通道形成部件B2和体构件B3中的每一个具有一个沿着纵向大致穿过它们中心部分的低压燃油通道23。低压燃油通道23通过一个通道24与弹簧室54相连，还通过一个通道25与一个位于低压侧阀座52下游的通道相连。当阀5下降时，通道24排出在弹簧室54中的燃油，从而使阀5的开启运动平稳。控制阀部分102通过通道24，25将燃油排出到低压燃油通道23。另外，来自喷射喷嘴部分103上端部处的控制室61中的泄油也流入燃油通道23。

在与阀室51相连的控制室61中的压力，也就是说，喷嘴针阀6的背压，根据由驱动部分101控制其开关的阀5的安座位置相应地增大和减小。当阀5位于上端位置从而关闭低压侧阀座52时，控制室61通过高压侧阀座53与高压燃油通道1相连，从而沿着阀关闭方向在喷嘴针阀6上施加液压。当阀5被向下推关闭高压侧阀座53从而开启低压侧阀座52时，控制室61通过低压侧阀座52与低压燃油通道2相连从而减小喷嘴针阀6的背压。

驱动部分101利用液压传动单元4把作为驱动器的压电驱动器3的驱动力传递给控制阀部分102上的阀5。压电驱动器3安置在形成于喷射器体B1内的纵向孔31的上部。液压传动单元4安置在纵向孔31的下部。压电驱动器3具有一个常规结构，具有一个由压电陶瓷层，例如PZT，和电极层交替堆成的压电堆(piezostack)。压电驱动器3沿着各层的堆叠方向(上下方向)伸展或收缩并且通过一个驱动电路(未画出)被充电或放电。

如图1B所示，喷射器体B1大致为柱状，并且纵向孔31偏离喷射体B的中心轴。这样，喷射器体B1在纵向孔31的一侧具有厚壁部。高压燃油通道1大致位于该厚壁部的中心处。这是为了保证在高压燃油通道1周围具有足够厚的壁。如图1A所示，每个高压燃油通道1，纵向孔31以及喷射器体B1以大致与喷射器体B中心轴相平行的方式被安置。纵向孔31和压电驱动器3之间形成了一个环形的低压燃油室22。与燃油排出口21相连的通道27开口于低压燃油室22处。

液压传动单元4具有可滑动地安置在柱状缸构件41中的一个大直径活塞42和一个小直径活塞44，以及一个在活塞42，44之间蓄积驱动油的油密封室43。大直径活塞42具有一个伸出到缸构件41上方从而与压电驱动器3下端面相接触的上凸缘部分。弹簧45插装在该凸缘部分和缸构件41上端面之间，从而通过大直径活塞42向压电驱动器3施加一个预定的初始负载。这样，随着压电驱动器3的伸展和收缩，大直径活塞42与压电驱动器3相接触并结合在一起向上和向下滑动。

一个阀弹簧46安置在油密封室43中，从而向下推动小直径活塞44。小直径活塞44具有一个伸入通道形成部件B2从而与阀室51内的阀5的上端面相接触的销状下部。这样，当压电驱动器3伸展从而将大直径活塞42向下推时，压力转化成液压并传递给一个小直径活塞44从而放大位移。通过应用液压传动单元4，压电驱动器3的位移根据大直径活塞42和小直径活塞44的受压面积比而被放大。

如图1A所示，在小直径活塞44的销状下部的周围形成了一个环形通道，其与低压侧阀座52相连。与低压燃油通道23相连的通道25开口于环形通道。低压燃油通道23的上端与一个开口于喷射器体B1下端面处的低压燃油通道槽26相连。如图1B所示，低压燃油通道槽26具有多个大致为半圆形剖面的凹槽32，该凹槽与纵向孔31圆周发生重叠从而形成低压燃油通道23。

低压燃油通道槽26形成在高压燃油通道1一侧的纵向孔31的周边处，也就是说，大致在喷射器体B1的径向中心处，可以留出相对大的壁厚。这样，即使当低压燃油通道槽26的截面积比较大时，高压燃油通道1的周边具有足够厚度壁厚。而且，低压燃油通道槽26的上端位于比安装在纵向孔31内的缸构件41的上端面高的位置。相应地，低压燃油通道槽26的上端面开口于低压燃油室22，从而形成一个从低压燃油通道23流经低压燃油通道槽26和低压燃油室22至低压燃油排出口21的流道。

然后，对具有上述结构的喷射器的操作进行说明。图1A所示为压电驱动器3处于放电和收缩并且阀5位于上端位置从而关闭低压侧阀座52的状态。在这种状态下，与低压燃油通道23相连的通道25和阀室51之间的连接被切断，从而通过从高压燃油通道1流经孔15，通道12，阀室51，通道13或孔14的燃油，使控制室61内的压力增加。控制室61内压力和弹簧66的恢复力使喷嘴针阀6安座在喷嘴座65上从而切断喷射孔64和油蓄积室62之间的联系。

此时，通过对压电驱动器3施加电流，压电驱动器3伸展从而使大直径活塞42向下移动并且压缩在油密封室43中的驱动油(在本实施例中为轻油)。驱动油的压力使小直径活塞向下运动将阀5向下推。这样，控制室61通过阀室51，低压侧阀座52，通道25，与低压燃油通道23相通，从而减小在控制室4中的压力。当使喷嘴针阀5向下的力大于使喷嘴针阀5向上的力，喷嘴针阀5被抬离阀座从而启动燃油喷射。

在上述结构中，喷射体B1具有偏心安装了压电驱动器3和位移传动单元4的纵向孔31，在纵向孔31的一侧空余出足够的空间，从而在其中形成高压燃油通道1。另外，纵向孔31中的空间被用作低压燃油室22，其形成排放泄油的通道的一部分，并且，设置在纵向孔31周边的槽32被用作低压燃油槽22，其连接到该低压燃油通道，以便收集来自控制阀部分102和燃油喷射喷嘴部分103的泄油。相对于如图3A和3B所示结构，很容易留出并形成一个低压燃油通道的截面积(低压燃油通道槽26的截面积)。而且，低压燃油通道槽26可以短些，只要它可与低压燃油室23相连。这样，可能减小槽32的加工长度和减少用于将低压燃油通道2与燃油排出口21相连的通道27的长度。这样，可能保证流道的截面积和壁厚并改进可加工性。

如图1B所示，将高压燃油通道1，纵向孔31以及喷射器体B1的径向中心安置在假想的同一线上并且相对该假想线对称地在上边和下边分别安置几个低压燃油通道槽26从而为各通道壁空出足够的厚度并保证在各通道周围具有足够的强度，这样将十分有用。低压燃油通道槽26这样的结构可用一个普通的镗孔加工实现。例如，先加工一个圆形孔以形成低压燃油通道槽26，再形成纵向孔31，使其与用作低压燃油通道槽26的孔相重叠。还可能通过一个后续的加工过程，例如放电加工，来形成低压燃油通道槽26。

低压燃油通道槽26的形状和尺寸取决于一个流道的必要截面积等。特别是，在如图3B所示的常规结构中，一个作为低压燃油通道2的孔具有2.2毫米的直径和100毫米的深度。在如图1B所示本发明的结构中，作为低压燃油通道槽2一部分的圆形孔的直径为3.5毫米和深度为45毫米。通过一个通常用于估计可加工性的指标L/D(加工长度/加工直径)，{(传统结构中的指标)/(本发明中的指标)}的比例等于1/3.5，从而表明本发明在可加工性上有所改善。

而且，图2A所示为低压燃油通道直径和与重叠程度之间的关系从而保证相对于传统流道具有等同截面积。低压燃油通道的直径为该圆孔的直径，该孔的一部分为图2B所示的槽32，并且重叠程度为圆孔与纵向孔31之间重叠的深度。在图2A中的实线为当流道截面积等于传统的截面积时的重叠深度。当重叠深度减小时，流道截面积则变得比传统的要大。当该重叠深度小于该重叠程度值时，如图所示的一个接触角(纵向孔31的切线和低压燃油通道槽26切线相交形成)会变小从而导致在加工过程中产生加工毛刺。图2A中的虚线所示为当接触角为90度时的重叠深度。希望通过将重叠深度设置成大于该重叠程度值，将接触角设置成等于或大于90度，从而限制加工毛刺的产生。

相应地，考虑到流道截面积和可加工性，希望设计使低压燃油通道的直径和重叠深度位于图中的实线线和虚线之间。特别是，如图2所示，其中一部分构成低压燃油通道槽2的一个圆形孔的直径为3.5毫米，为了增大流道截面积和接触角将重叠深度设置成2毫米，从而减少修整毛刺和改善可加工性。

一个压电驱动器运用于上述实施例中。但是，本发明中的驱动器并不仅限于压电驱动器。磁致伸缩(magneto-striction)驱动器及其类似设备也可被应用，与压电驱动器相似该磁致伸缩驱动器具有一个由于通电而发生位移的磁致伸缩元件。而且，并非总需要运用一个三通式的阀。本发明可具有通过其他方法开启和关闭喷嘴针阀的结构。改变其他结构也很自然，诸如控制阀部分，喷射喷嘴部分及其它。

本发明的说明仅为本质意义上的实例并且，因此，并不背离本发明主旨的修改也包括在本发明的保护范围内。该修改并不被看作是对本发明精神和所保护范围的背离。

Claims (8)

1.一种用于燃油喷射单元的喷射器(I)，包括：

一个喷射器体构件(B1)；

一个驱动器(3)；和

一个液压传动单元(4)，其用于向一个阀(5)传输所述驱动器(3)的驱动力，从而控制燃油喷射，所述喷射器(I)的特征在于，还包括：

一个形成于所述喷射体构件(B1)内的纵向孔(31)，所述驱动器(3)和所述液压传动单元(4)安装在所述纵向孔(31)内；

一个形成于喷射器体构件(B1)内并位于所述纵向孔(31)一径向侧的高压燃油通道(1)，其提供用于燃油喷射的高压燃油；

一个在所述纵向孔(31)内并且与一个外部放泄通道相通的低压燃油室(22)；和

一个形成于所述纵向孔(31)内周面上的低压燃油通道槽(26)，其沿所述纵向孔(31)的纵向延伸，并与所述低压燃油室(22)和一个低压燃油通道(23)相通，用于排放泄漏在所述喷射器(I)内的泄油。

2.如权利要求1所述喷射器(I)，其特征在于所述纵向孔(31)的中心轴线偏离所述喷射器体构件(B1)的中心轴线。

3.如权利要求1或2所述喷射器(I)，其特征在于：

所述纵向孔(31)具有一个大致为圆形的剖面；以及

所述低压燃油通道槽(26)具有一个大致为半圆形的剖面，该圆形的另一半与所述纵向孔(31)的剖面相重叠。

4.如权利要求1或2所述喷射器(I)，其特征在于所述喷射器体构件(B1)，所述纵向孔(31)和所述高压燃油通道(1)的径向中心大致位于同一假想直线上。

5.如权利要求1或2所述喷射器(I)，其特征在于，多个所述低压燃油通道槽(26)形成在所述纵向孔(31)的周边上，所述多个低压燃油通道槽(26)相对于一条穿过所述纵向孔(31)和所述高压燃油通道(1)径向中心的对称线对称地被安置。

6.如权利要求1或2所述喷射器(I)，其特征在于，

所述液压传动单元(4)具有一个在缸构件(41)内滑动从而驱动所述阀(5)的活塞元件(42，44)；

所述液压传动单元(4)的所述缸构件(41)被固定在所述阀(5)一侧的所述纵向孔(31)的一端部中；并且

所述低压燃油通道槽(26)形成于所述缸构件(41)的内周面上，其沿着所述纵向孔(31)的纵向的长度比所述缸构件(41)的长度长。

7.如权利要求1或2所述喷射器(I)，其特征在于所述纵向孔(31)的一个切线与所述低压燃油通道槽(26)的一个切线在所述纵向孔(31)周边与所述低压燃油通道槽(26)周边的相交处相交形成一个等于或大于90度的角度。

8.如权利要求1或2所述所述喷射器(I)，其特征在于所述驱动器(3)为一个压电驱动器。

Images