專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有噴射速率控制器的燃料噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的燃料噴射器，該噴射器有效地控制噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃料的流動(dòng)速率。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)中，燃料噴射器被用于將燃料脈沖導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。一種普遍使用的噴射器是一種閉合噴嘴噴射器，該噴射器包括一個(gè)噴嘴閥裝置，該閥裝置有一個(gè)位于這些針孔附近的彈簧偏壓的噴嘴或針閥元件，用于阻止排放氣體向后泄放到噴射器的泵室或計(jì)量室中而允許燃料噴入汽缸。該針閥元件也起作用而提供一種對(duì)燃料噴射的精細(xì)的突然終止，由此防止造成排氣中存在未燃燒的碳?xì)浠衔锏亩螄娚?。該針閥元件安置在一個(gè)噴嘴空腔中，并受一噴嘴彈簧的偏壓而阻斷燃料流通過(guò)這些噴射器孔。在許多燃料系統(tǒng)中，當(dāng)該噴嘴空腔內(nèi)的燃料的壓力超過(guò)噴嘴彈簧的偏壓力時(shí)，該針閥元件向外移動(dòng)而允許燃料通過(guò)噴射器孔，從而標(biāo)志著噴射的開(kāi)始。在另一類(lèi)系統(tǒng)中，如Tarr等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,676,114中所公開(kāi)的，噴射的開(kāi)始受一伺服控制的針閥元件的控制。該裝置包括一個(gè)設(shè)置在針閥元件外端附近的控制體積、一個(gè)用于將燃料從該控制體積排泄到一低壓排泄道的排泄回路和一個(gè)沿該排泄回路安置的用于控制通過(guò)該排泄回路的燃料流的噴射控制閥，從而使該針閥元件在開(kāi)啟位置和閉合位置之間移動(dòng)。噴射控制閥的開(kāi)啟導(dǎo)致控制體積中燃料壓力的減小而形成一個(gè)壓差，該壓差迫使針閥開(kāi)啟，而噴射控制閥的閉合導(dǎo)致控制體積壓力的增大和關(guān)閉該針閥。Maley等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,463,996公開(kāi)了一種類(lèi)似的伺服控制的針閥噴射器。
內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)者已越來(lái)越理解，為了滿(mǎn)足越來(lái)越高的政府和規(guī)章對(duì)減少排放物的要求以及為了提高燃料的經(jīng)濟(jì)性，需要顯著地改善燃料噴射系統(tǒng)。眾所周知，可以通過(guò)減少一次噴射過(guò)程的初始階段期間噴射的燃料體積而減少由柴油燃料燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的排放物水平，而同時(shí)允許隨后的不受限制的噴射流動(dòng)速率。結(jié)果，已提出許多建議來(lái)提供閉合的噴嘴燃料噴射器系統(tǒng)中的噴射速率控制裝置。一種控制燃料噴射的初始速率的方法是在噴射過(guò)程中溢出一部分待噴射的燃料。例如，Yen等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,647,536公開(kāi)了一種閉合噴嘴噴射器，該噴射器包括一個(gè)在針閥元件中形成的溢出回路，用于在一次噴射過(guò)程的初始部分期間溢出噴射燃料，在減少在該初始時(shí)期期間噴射的燃料量，從而控制燃料噴射速率。當(dāng)該針閥移入一個(gè)阻斷該溢出流的位置而導(dǎo)致噴嘴空腔中燃料壓力突然增大時(shí)，就獲得了隨后的不限制的噴射流動(dòng)速率。
Djordjevic等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,811,715和Feune的美國(guó)專(zhuān)利No.3,747,857每個(gè)公開(kāi)了一種用于將燃料供給到一個(gè)閉合的噴嘴噴射器的燃料輸送系統(tǒng)，該噴射器包括一個(gè)可膨脹的室，用于容納一部分待噴射的高壓燃料。在一次噴射過(guò)程的初始部分期間噴射燃料的分流或溢出減少了該初始時(shí)期期間噴射的燃料量，從而控制燃料噴射的速率。當(dāng)該可膨脹的室被充滿(mǎn)而導(dǎo)致噴嘴空腔中燃料壓力突然增大時(shí)，就得到隨后的不受限制的噴射流動(dòng)速率。因此這些裝置依靠該可膨脹室的體積來(lái)決定該不受限制的流動(dòng)速率的開(kāi)始。而且，使用一個(gè)安裝在一噴射器上的或其附近的獨(dú)立的可膨脹的室裝置會(huì)增加噴射器的費(fèi)用、尺寸和復(fù)雜性。Perr的美國(guó)專(zhuān)利No.5,029,568公開(kāi)一種用于一開(kāi)啟的噴嘴噴射器的相似的噴射速率控制裝置。
Thomas的美國(guó)專(zhuān)利No.4,804,143和Nichols的美國(guó)專(zhuān)利No.2,959,360公開(kāi)了其它燃料噴射器噴嘴裝置，噴嘴裝置中包括用于從噴嘴裝置輸送材料的通道。Thomas的專(zhuān)利中公開(kāi)的噴射噴嘴裝置包括一個(gè)在噴嘴閥元件附近的噴射器中形成的受限制的通道，用于將燃料從噴嘴空腔前導(dǎo)到一個(gè)出口回路中。但是，該受限制的通道用于維持燃料流通過(guò)該噴嘴裝置從而影響冷卻。Thomas的專(zhuān)利沒(méi)有討論或建議控制噴射速率的需要。而且，該受限制的通道是由噴嘴閥元件在從其安置的位置移動(dòng)時(shí)關(guān)閉的，以防止在噴射期間對(duì)燃料流分流。Nichols專(zhuān)利中公開(kāi)的燃料噴射器包括一個(gè)噴嘴閥元件，其中形成一軸向通道，用于將燃料從噴嘴空腔分流到一個(gè)在噴嘴閥元件中形成的可膨脹的室中。該室中安置一個(gè)柱塞，以形成一個(gè)有差別的表面而在噴嘴閥元件上產(chǎn)生一個(gè)由燃料壓力誘生的安置力，以幫助快速安置該閥元件。該Nichols的專(zhuān)利并沒(méi)有提出控制噴射速率的需要。
Cavanagh的美國(guó)專(zhuān)利No.4,993,926公開(kāi)了一種燃料泵抽裝置，該裝置包括一個(gè)其中形成一通道的活塞，用于將一室連接到一個(gè)環(huán)狀槽上，以便在一次噴射過(guò)程的初始部分期間用于溢出燃料。該活塞包括一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)在初始噴射階級(jí)后阻斷燃料的溢出而允許全部燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。但是，該裝置包括在安置于噴射器上游的活塞泵中。
另一種減少在每次噴射過(guò)程中噴射的燃料的初始體積的方法是減小在噴射的初始階段期間輸送到噴嘴空腔中的燃料的壓力。例如，Kelly的美國(guó)專(zhuān)利No.5,020,500公開(kāi)了一種閉合的噴嘴噴射器，包括一個(gè)在噴嘴閥元件和噴嘴空腔的內(nèi)表面之間形成的通道，用于限制或節(jié)流通到噴嘴空腔的燃料流，從而提供速率成形能力。Hoffman等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,258,883公開(kāi)了一種類(lèi)似的燃料噴射噴嘴，包括一個(gè)在噴嘴閥元件和一獨(dú)立的控制供給閥之間形成的節(jié)流通道，用于限制進(jìn)入噴嘴空腔的燃料流，從而限制空腔中壓力的升高和通過(guò)噴射簧孔的噴射燃料流的速率。
Knight的美國(guó)專(zhuān)利No.3,669,360和Fenne的美國(guó)專(zhuān)利No.3,747,857和Schlappkohl的美國(guó)專(zhuān)利No.3,817,456全都公開(kāi)了包括一高壓輸送通道和一節(jié)流孔的閉合的噴射器裝置，該輸送通道用于將高壓燃料前導(dǎo)到噴射器的噴嘴空腔，而該位于輸送通道中的節(jié)流孔用于產(chǎn)生噴射的初始低速率。而且，Knight專(zhuān)利和Schlappkohl專(zhuān)利中公開(kāi)的裝置包括一個(gè)在操作上連接到該噴嘴閥元件上的閥機(jī)構(gòu)，在使噴嘴閥元件移動(dòng)離開(kāi)其座位一個(gè)預(yù)定的距離時(shí)，該閥機(jī)構(gòu)向噴嘴空腔提供一個(gè)基本上不受限制的燃料流。
Fenne的美國(guó)專(zhuān)利No.3,718,283和Gaskell的美國(guó)專(zhuān)利No.4,889,288公開(kāi)了包括其它速率成形裝置形式的燃料噴射噴嘴裝置。例如，F(xiàn)enne的專(zhuān)利利用一種多柱塞和多彈簧的裝置來(lái)產(chǎn)生一種兩階段的速率成形噴射。Gaskell的專(zhuān)利利用一個(gè)充滿(mǎn)阻尼流體的阻尼室來(lái)限制噴嘴閥元件的移動(dòng)。
雖然上述系統(tǒng)產(chǎn)生了不同的噴射階段，但還需要改善噴射器的簡(jiǎn)單性和速率成形的有效性。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種成本效益高的高效的靈活的敏感的噴射器和控制燃料噴射速率的方法。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)一種商業(yè)上可行的系統(tǒng)，用于從普通的增壓燃料源產(chǎn)生多種的燃料噴射質(zhì)量流動(dòng)速率。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是可與現(xiàn)有的燃料系統(tǒng)兼容。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是提供范圍廣泛的速率形狀的選擇。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是提供一種能減少氧化亞氮、微粒和燃燒噪聲而同時(shí)改善制動(dòng)器的特定燃料消耗的燃料噴射器和燃料系統(tǒng)。
上述優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)提供本發(fā)明的用于在高壓下將燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的閉合噴嘴燃料噴射器而獲得的，該噴射器包括一個(gè)包含一噴射器空腔和一與該空腔的一端連通的噴射器孔，用以將燃料排入燃燒室。該噴射器還包括一個(gè)至少部分形成于噴射器主體中的燃料輸送回路，用以將燃料源的燃料輸送到噴射器孔，其中該燃料輸送回路包括一第一回路和一與第一回路平行的第二回路。該噴射器還包括一個(gè)位于噴射器孔附近的噴射器空腔中的噴嘴閥元件。該噴嘴閥元件可以在一開(kāi)啟位置和一閉合位置之間移動(dòng)，在該開(kāi)啟位置中，燃料可以通過(guò)噴射器孔而流入燃燒室，在該閉合位置中，通過(guò)噴射孔的燃料流受到阻斷。重要的是，該噴射器包括一個(gè)安裝在噴嘴閥元件上的速率成形套管，用以在阻斷燃料流通過(guò)第二回路的第一位置和允許燃料流通過(guò)第二回路的第二位置之間移動(dòng)。該速率成形套管包括一個(gè)閥表面，當(dāng)速率成形套管處于阻斷燃料流通過(guò)第二回路的第一位置中時(shí)，該閥面安置成與噴嘴閥元件密封地接觸。
該速率成形套管可以包括一個(gè)沿噴射器主體沿軸向安置在閥表面和噴射器孔之間的內(nèi)遠(yuǎn)端。該噴射器可以還包括一個(gè)偏壓彈簧，該彈簧安置成偏壓速率成形套管，使套管離開(kāi)噴射器孔而進(jìn)入第一位置。該速率成形套管可以被偏壓到該第一位置中而壓靠一個(gè)在噴嘴閥元件上形成的套管閥座上。該速率成形套管可以被偏壓到該第一位置中而壓靠一套管止動(dòng)塊上。該套管止動(dòng)塊可以整體形成于一個(gè)安置成被一噴嘴偏壓彈簧壓靠的彈簧止動(dòng)器上。在一個(gè)實(shí)施例中，該速率成形套管的閥表面安置成可靠地密封地壓靠在該噴嘴閥元件上，而當(dāng)該速率成形套管處于第一位置時(shí)產(chǎn)生密封的接觸。在另一實(shí)施例中，該速率成形套管的閥表面被安置成作頂壓速率成形套管的滑動(dòng)，從而當(dāng)該速率成形套管處于第一位置中時(shí)在一流體密封的滑動(dòng)界面上產(chǎn)生密封接觸。
該燃料輸送回路的第一回路可包括一個(gè)形成于速率成形套管中并通過(guò)該套管而延伸的速率成形孔。該噴射器還可以包括一阻尼室和一阻尼孔，該阻尼室安置成接受燃料而限制速率成形套管從第一位置向第二位置的移動(dòng)，該阻尼孔限制燃料流出該阻尼室。
從結(jié)合附圖的下列本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述可以更加清楚本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的燃料噴射器的一個(gè)示范實(shí)施例的截面圖；圖2A和2B是圖1的噴射器的一部分的放大簡(jiǎn)略圖，圖中速率成形套管分別處在閉合位置和開(kāi)啟位置；圖3是表示在一次噴射過(guò)程期間噴嘴閥元件和速率成形套管的位移的曲線圖；圖4是表示在一次噴射過(guò)程期間通過(guò)圖1的噴嘴器的各個(gè)通道的噴射燃料流的曲線圖；圖5是利用圖1的噴射器對(duì)不同尺寸的速率成形孔從噴射器孔得到的噴射燃料流動(dòng)速率形狀的曲線圖；圖6是利用圖1的噴射器對(duì)不同的噴射供給壓力的噴射燃料流動(dòng)速率形狀的曲線圖；圖7是表示單次多過(guò)程噴射的前導(dǎo)、主要和后噴射過(guò)程的噴射速率形狀的曲線圖；圖8是本發(fā)明的噴射器的第二示范實(shí)施例的噴嘴閥裝置的截面圖；圖9是本發(fā)明的噴射器的第三示范實(shí)施例的噴嘴閥裝置的截面圖；以及圖10A和10B是對(duì)沒(méi)有速率成形套管和孔的原始噴射器、圖8的噴射器與圖9的噴射器的噴射速率形狀的比較的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述參照?qǐng)D1，圖中示出本發(fā)明的總的用10表示的閉合的噴嘴燃料噴射器的一個(gè)示范實(shí)施例，其作用是有效地控制燃料噴射流動(dòng)速率，特別在一次噴射過(guò)程的初始部分中，而同時(shí)允許在所有操作狀態(tài)下精確地控制前導(dǎo)噴射和/或后噴射過(guò)程及流量，由此最終有利地減少排放物和燃燒噪聲，同時(shí)改善制動(dòng)比燃料消耗。閉合的噴嘴噴射器10大體上由一噴射器主體12構(gòu)成，該主體12有一形成一個(gè)噴射器空腔14的大體上細(xì)長(zhǎng)的圓筒形。噴射器主體12包括一個(gè)杯16、一個(gè)內(nèi)桶18、一個(gè)外桶20、一個(gè)支架22和一個(gè)止動(dòng)器24。止動(dòng)器24可以擰螺紋地嚙合內(nèi)桶18，通過(guò)止動(dòng)器24和內(nèi)桶18的簡(jiǎn)單的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而將杯16和內(nèi)桶18保持在壓力壓靠關(guān)系中。外桶20可以擰螺紋地嚙合內(nèi)桶18的上端。
燃料噴射器10還包括一個(gè)燃料輸送回路26，用于將燃料輸送到和通過(guò)噴射器空腔14。噴射器主體12還包括多個(gè)噴射器孔28，它們流體狀態(tài)地連接帶有發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室(未示出)的噴射器空腔14。噴射器10還包括一個(gè)往復(fù)式地安裝在噴射器空腔14中的噴嘴閥元件30，用于開(kāi)啟和關(guān)閉噴射器孔28，由此控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的噴嘴燃料流。具體地說(shuō)，噴嘴閥元件30可以在一開(kāi)啟位置和一閉合位置之間移動(dòng)，在該開(kāi)啟位置中燃料可通過(guò)噴嘴器孔28而流入燃燒室，在該閉合位置中噴嘴閥元件30的內(nèi)端被安置或密封壓靠在杯16上形成的閥座上，從而阻擋燃料流通過(guò)噴射器孔28。一個(gè)浮動(dòng)套筒32位于噴嘴閥元件30的外端上并包括一主套筒區(qū)段34和一套筒密封區(qū)段36，后者包裹圍繞噴嘴閥元件30的端部而形成一個(gè)控制體積38。一個(gè)噴嘴彈簧40被安置在噴射器空腔14中，使得其外端部被安置成壓靠在主套筒區(qū)段34的下端上而偏壓主套筒區(qū)段34頂壓套筒密封區(qū)段36，從而偏壓套筒密封區(qū)段36與支架22密封壓靠。噴嘴彈簧40的內(nèi)端部被安置成壓靠在一個(gè)安裝在噴嘴閥元件30上的彈簧止動(dòng)器42上。彈簧止動(dòng)器42的內(nèi)端被安置成壓靠在形成于噴嘴閥元件30上的一個(gè)環(huán)狀平臺(tái)，使得噴嘴彈簧40將噴嘴閥元件30偏壓到其閉合位置中。浮動(dòng)套筒32的構(gòu)造和作用也描述于Crofts等人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,293,254中，其全部?jī)?nèi)容參考合并于此。
噴射器10還包括一個(gè)裝料回路44，回路44包括一個(gè)在套筒密封區(qū)段36中整體形成的燃料通道46，從而將高壓燃料從燃料入口48輸送到控制體積38。裝料通道46包括一個(gè)孔，該孔限制能流過(guò)該燃料通道的燃料量。一個(gè)排泄回路49包括一個(gè)通過(guò)支架22延伸的排泄通道50和一個(gè)在套管密封區(qū)段36中形成的排泄孔54，以便更精確地控制通過(guò)排泄回路49的排泄流量。噴射器10還包括一個(gè)噴射控制閥56，用于控制通過(guò)排泄回路49的燃料流量。噴射控制閥56包括一個(gè)控制閥元件58，由偏壓彈簧62偏壓到一個(gè)頂靠形成于支架22上的閥座60的關(guān)閉位置中。噴射控制閥56也包括一個(gè)電磁線圈組件64，該組件64被驅(qū)動(dòng)和停止驅(qū)動(dòng)，以便使控制閥元件58在開(kāi)啟和閉合位置之間移動(dòng)，由此控制從控制體積38來(lái)的燃料流量。噴射控制閥56可以包括任何傳統(tǒng)的能選擇地控制噴射控制閥元件58的驅(qū)動(dòng)器裝置。例如，在一個(gè)替代的實(shí)施例中，噴射控制閥56可以包括一個(gè)壓電式或磁致伸縮式驅(qū)動(dòng)器裝置。
本發(fā)明的噴射器10還包括一個(gè)速率成形套管70并可包括一速率成形孔72(如圖2A和2B中最清楚地示出的)，用于在后隨一個(gè)較高的噴射流動(dòng)速率的一噴射過(guò)程的初始部分期間以簡(jiǎn)單有效的方式產(chǎn)生一個(gè)減小的噴射流動(dòng)速率。如下面更充分地描述的，速率成形孔72在后隨速率成形套管70的移動(dòng)的一噴射過(guò)程的初始部分期間允許一個(gè)有限的或受限制的燃料流量通過(guò)燃料輸送回路26，以允許更大的燃料流量通過(guò)燃料輸送回路26而到達(dá)噴射孔28以用于噴射。
燃料輸送回路26包括一個(gè)圍繞噴嘴閥元件30、彈簧止動(dòng)器42和速率成形套管70的噴射器空腔14。燃料輸送回路26還包括一個(gè)橫向通道74、一個(gè)交叉通道76和一個(gè)噴嘴空腔體積78。此外，燃料輸送回路26包括第一回路80和第二回路82，該第一回路80允許從噴射器空腔來(lái)的受限制的燃料流流入在噴嘴閥元件30中形成的通道中，而該第二回路82與第一回路80平行，用以阻止從噴射器空腔來(lái)的額外的燃料流用于噴射。具體地說(shuō)，第一回路80包括在速率成形套管70中形成的速率成形孔72，以允許來(lái)自圍繞速率成形套管70的噴射器空腔14的燃料流入輸送通道74。在圖2A和2B的示范實(shí)施例中，速率成形孔72是作為延伸通過(guò)該套管的對(duì)置兩側(cè)上的速率成形套管70的兩壁的橫向通道而形成的。在替代的實(shí)施例中，速率成形孔可以沿套管安置在別處，可以包括僅僅一個(gè)延伸通過(guò)一個(gè)壁的通道、包括任何數(shù)目更多的通道，和/或可以以不同的角度延伸通過(guò)套管的壁。在任何情況下，速率成形孔72的尺寸能形成對(duì)通過(guò)第一回路80的燃料流的限制，從而產(chǎn)生一個(gè)跨越孔72的壓降，孔72不僅限制用于噴射的燃料流，而且產(chǎn)生一個(gè)作用在速率成形套管70上的力，該力與其它的力一起形成一個(gè)凈力，使速率成形套管70從圖2A中示出的閉合位置移動(dòng)到圖2B中示出的開(kāi)啟位置，這一點(diǎn)將在下面更充分地說(shuō)明。
速率成形套管70大體上為圓筒形并安裝在噴嘴閥元件30的外表面上。當(dāng)速率成形套管70位于其外邊的最閉合的位置時(shí)，速率成形套管70的外端被安置成壓靠在一個(gè)在彈簧止動(dòng)器42的內(nèi)端上整體形成的套管止動(dòng)塊83上。速率成形套管70由一個(gè)套管偏壓彈簧84偏壓在閉合位置中而頂壓彈簧止動(dòng)器42。彈簧84在其內(nèi)端處被安置成壓靠在噴射器主體上，在其外端處壓靠在一個(gè)在速率成形套管上形成的平臺(tái)上。
燃料輸送回路26的第二回路82包括一個(gè)在噴嘴閥元件30中形成的交叉通道86和一個(gè)從交叉通道86向內(nèi)延伸而與橫向通道74連通的診斷通道88。交叉通道86的每端形成一個(gè)沿軸向沿噴嘴閥元件30設(shè)置的流動(dòng)口90，使得當(dāng)套管70位于其充分外邊的位置即圖2A中所示的閉合位置或阻斷位置時(shí)被速率成形套管70所蓋住或阻斷。彈簧止動(dòng)器42的下端包括至少一個(gè)最好多個(gè)槽92，以允許燃料流經(jīng)過(guò)套管70和彈簧止動(dòng)器42的安置表面，使得當(dāng)套管70位于其最外的閉合位置時(shí)套管70的整個(gè)外端面暴露于噴射的燃料。速率成形套管70包括一個(gè)沿環(huán)狀圍繞其外端附近的內(nèi)表面而安置的閥表面94。閥表面94移動(dòng)到開(kāi)啟和關(guān)閉的口90，以控制通過(guò)第二回路82的燃料流。具體地說(shuō)，如圖2A中所示，當(dāng)速率成形套管70處于其壓靠套管止動(dòng)塊83的最外位置時(shí)，閥表面94阻斷燃料流通過(guò)口90。但是，在如下面更充分地說(shuō)明的操作期間，當(dāng)速率成形套管70向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，閥表面94移動(dòng)，直到其外邊緣不蓋住口90而允許燃料流入交叉通道86。
本發(fā)明的燃料噴射器10還包括一個(gè)阻尼體積或阻尼室96和一個(gè)阻尼孔98，用于減緩速率成形套管70從閉合位置到開(kāi)啟位置的移動(dòng)。在圖2A和2B的示范實(shí)施例中，阻尼室96為位于速率成形套管70的內(nèi)遠(yuǎn)端100附近的一個(gè)環(huán)狀體積。阻尼孔98為延伸通過(guò)噴嘴閥元件30以使阻尼室96與交叉通道76連接的橫向通道形式。阻尼孔98的尺寸當(dāng)速率成形套管70向內(nèi)移入開(kāi)啟位置時(shí)能限制燃料從阻尼室96流到交叉通道76，由此提高阻尼室96中的壓力和減緩速率成形套管70的移動(dòng)。
現(xiàn)在描述噴射器10的操作。參照?qǐng)D1和2A，噴射控制閥56受驅(qū)動(dòng)而處于閉合位置，控制閥元件58位于壓靠閥座60而阻斷從排泄回路49來(lái)的燃料流。結(jié)果，在燃料入口48和噴射器空腔14處經(jīng)受的燃料壓力值也存在于控制體積38中。如果控制體積38和噴射器空腔14中的燃料壓力相等，向內(nèi)作用在噴嘴閥元件30上的燃料壓力與彈簧10的偏壓力組合而將噴嘴閥元件3保持在其閉合位置中并阻斷燃料通過(guò)噴射器孔28，如圖2A中所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間的一個(gè)預(yù)定時(shí)間，噴射器控制閥56受驅(qū)動(dòng)而將控制閥元件58從該閉合位置可控地移動(dòng)到開(kāi)啟位置，由此允許燃料流從控制體積38通過(guò)排泄孔54和排泄通道50而通到低壓排泄道。同時(shí)，高壓燃料從燃料通道46流入控制體積38，這立即在燃料通道或孔46兩端產(chǎn)生壓降。結(jié)果，控制體積38中的壓力立即降至上游噴射器空腔14中的壓力以下?？梢赃x擇燃料通道/口46和排泄孔54的相對(duì)尺寸來(lái)優(yōu)化排泄通道50出來(lái)的燃料流，這轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)將增大或減小控制體積38中的壓力并因而按需增減控制體積壓力的變化速率。由于噴射器空腔14中的高壓燃料而作用在噴嘴閥元件30上的燃料壓力開(kāi)始向外移動(dòng)噴嘴閥元件30而將噴嘴彈簧40的偏壓力壓靠到一個(gè)開(kāi)啟位置中，使得噴嘴閥元件30的內(nèi)端從其在杯16上形成的閥座升高，由此起動(dòng)噴射。當(dāng)燃料從速率成形孔72下游的燃料體積包括噴嘴空腔體積78、交叉通道76和橫向通道74移出時(shí)，燃料壓力在速率成形孔72下游的所有這些燃料體積中下降。由于這種初始的壓力下降，噴嘴閥元件30上的凈力導(dǎo)致噴嘴閥元件30僅僅稍許升高離開(kāi)其靠近噴射器孔28的座位。起初，套管偏壓彈簧84將速率成形套管70保持在其最外面的壓靠套管止動(dòng)塊83的位置，由此阻斷通過(guò)第二回路82的燃料流。但是，大部分由于作用在速率成形套管70的最外部端面上的燃料壓力而產(chǎn)生的速率成形孔72上游的噴射器空腔14中的燃料體積速率成形孔72下游的燃料體積之間的壓差使速率成形套管70向內(nèi)/向下移動(dòng)而頂壓套管偏壓彈簧84。速率成形套管70的這種向下移動(dòng)由于阻尼98而被延遲，孔98限制流出阻尼室96的燃料流，導(dǎo)致阻尼室96中的壓力相對(duì)于噴嘴空腔體積78中的壓力而升高，并因而形成一個(gè)幫助套管向下移動(dòng)的力。圖3例示在噴射過(guò)程中不同時(shí)間速率成形套管和噴嘴閥元件兩者的位移。如圖4中所示，通過(guò)噴射孔28的噴射流動(dòng)速率近似地等于通過(guò)速率成形孔72和阻尼孔98的流動(dòng)速率之和。
速率成形套管70相對(duì)于噴嘴閥元件30繼續(xù)向下移動(dòng)。速率成形套管70的閥表面94的上邊緣使燃料流口90開(kāi)啟，如圖3中B處所示。從套管止動(dòng)塊83到燃料流口90的裝配好的現(xiàn)有距離起到控制露出這些口90的定時(shí)的作用。因此，當(dāng)燃料流入口90、交叉通道86、診斷通道88和橫向通道74而與流過(guò)第一回路80的速度成形孔72的燃料合并時(shí)，通過(guò)第二回路82的燃料流就起動(dòng)了，如圖2B中所示。結(jié)果，噴嘴空腔體積78中的燃料壓力增大，這增大了作用的凈力而使噴嘴閥元件30從其座位升高。因此，如圖4中所示，在初始的較低的燃料噴射流動(dòng)速率之后出現(xiàn)一個(gè)較高的噴射流動(dòng)速率。
在噴射過(guò)程中的一個(gè)預(yù)定時(shí)間，噴射控制閥56消去驅(qū)動(dòng)而使控制閥元件58移入閉合位置而阻斷燃料流通過(guò)排泄回路49，并導(dǎo)致控制體積38增壓到噴射壓力。如果，噴嘴閥元件30開(kāi)始移向其安置的閉合位置。這個(gè)時(shí)間在圖3和圖4中表示為C。速率成形套管70的向下移動(dòng)受阻尼孔98的延遲，該孔限制流出阻尼體積96的燃料流。因?yàn)閲娚淦骺涨?4中的燃料壓力繼續(xù)超過(guò)阻尼室96中的壓力，所以速率成形套管70繼續(xù)向下移動(dòng)，如圖3中所示。隨后，噴嘴閥元件30移入其在噴射過(guò)程末尾的安置的閉合位置。在噴嘴閥元件30坐入其如圖3和圖4中的E所示的閉合位置中后，套管偏壓彈簧84而后將速率成形套管70移回到其壓靠套管止動(dòng)塊83的最外面位置中。
圖5例示改變速率成形孔72的尺寸對(duì)整個(gè)噴射過(guò)程期間燃料的流動(dòng)速率并因而對(duì)噴射速率形狀的影響。如圖所示，速率成形孔72越大，在噴射過(guò)程的初始部分期間所噴射的燃料量就越大，噴射速率形狀的“靴筒形”高度也就大，而減小的燃料輸送的持續(xù)時(shí)間就越短。圖6例示增大噴射壓力對(duì)噴射速率形狀的影響。
本發(fā)明的噴射器10也可以進(jìn)行操作而包括一個(gè)與主噴射這程組合的前導(dǎo)噴射和/或后噴射，如圖7中所示。前導(dǎo)噴射的過(guò)程其持續(xù)時(shí)間很短，使得在速率成形套管70能夠出現(xiàn)任何移動(dòng)之前噴嘴閥元件30從關(guān)閉位置移動(dòng)到開(kāi)啟位置并回到關(guān)閉位置。如果在重新安置速率成形套管70壓靠彈簧止動(dòng)器42后指令該后噴射過(guò)程，那么該后噴射過(guò)程將具有與主噴射過(guò)程一樣的速率成形特征。但是，如果在主噴射這程結(jié)束之后而速率成形套管70蓋住流動(dòng)口90之前指令后噴射過(guò)程，那么該后噴射過(guò)程將以高噴射速率開(kāi)始，而燃料流來(lái)自第一回路80和第二回路82。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，圖中示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，它包括一個(gè)有一套管閥表面202的速率成形套管200，該套管被偏壓到可靠的密封壓靠在一個(gè)在噴嘴閥元件206上形成的閥座204上。應(yīng)當(dāng)注意，圖8中只示出本發(fā)明的噴嘴閥裝置，因?yàn)閲娚淦鞯钠溆嗖考c先前的實(shí)施例相同，而相似的部件標(biāo)以同樣的標(biāo)號(hào)。因此，本實(shí)施例包括在速率成形套管200中形成的速率成形孔72、一個(gè)套管偏壓彈簧84和杯16。但是，一個(gè)燃料輸送回路包括一個(gè)第一回路208和一個(gè)噴嘴環(huán)210，該第一回路208包括一組在噴嘴閥元件206中形成的不同的通過(guò)。噴嘴環(huán)210利用(例如)干涉配合固定地附接在噴嘴閥元件206上。第一回路208包括一個(gè)環(huán)狀室212、多個(gè)在噴嘴閥元件206的外表面中形成的軸向槽214、一個(gè)交叉通道216、一個(gè)環(huán)狀槽218和一個(gè)診斷通道220。與先前的實(shí)施例相同，一個(gè)阻尼室96安置在速率成形套管200的內(nèi)端處并利用阻尼通道或孔222按流動(dòng)關(guān)系連接在第一回路208上，在該實(shí)施例中該孔222形成于噴嘴環(huán)210中。該燃料輸送回路還包括一個(gè)第二回路224，后者包括一個(gè)在速率成形套管200和噴嘴閥元件206之間的閥界面，使得速率成形套管200控制通過(guò)第二回路224的流動(dòng)。
圖8的實(shí)施例的操作基本上與先前的實(shí)施例相同，但為清楚起見(jiàn)在此簡(jiǎn)明地說(shuō)明。在圖1中示出的噴射控制閥驅(qū)動(dòng)后，當(dāng)噴嘴閥元件26開(kāi)始升高而離開(kāi)其形成于杯16上的閥座時(shí)，套管偏壓彈簧84起作用，初始將速率成形套管200保持在可靠壓在噴嘴閥元件206的閥座204上。同時(shí)，燃料通過(guò)速率成形孔72而流入環(huán)狀室212并向上經(jīng)槽214、交叉通道216、環(huán)狀槽218和診斷通道220而通過(guò)噴嘴空腔體積78。該燃料流然后通過(guò)燃燒器孔28而流入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。再一次，速率成形孔72的尺寸做成提供一種流動(dòng)路徑限制來(lái)產(chǎn)生一個(gè)在孔72兩端的壓降，后者因而產(chǎn)生一個(gè)力，作用而使速率成形套管200與噴嘴閥元件206分開(kāi)。當(dāng)該力超過(guò)套管偏壓彈簧84的力時(shí)，速率成形套管200向內(nèi)移動(dòng)而離開(kāi)噴嘴閥元件206的閥座204，從而產(chǎn)生一個(gè)附加的流路即第二回路224，該回路平行于速率成形孔72即第一回路208。該附加的流路減小了對(duì)孔28的總流路限制，由此增大了噴射流動(dòng)速率。當(dāng)套管閥表面202和閥座204之間的間隙增大時(shí)，噴嘴閥元件開(kāi)啟速率、噴射速率和噴射壓力全都增大。但是，噴嘴閥元件開(kāi)啟速率、噴射速率和噴射壓力全部繼續(xù)低于一個(gè)并沒(méi)有速率成形孔72和速率成形套管200的相似噴射器的這些參數(shù)。當(dāng)速率成形套管200相對(duì)于噴嘴閥元件206而移動(dòng)時(shí)，阻尼室中的流體體積減小。該移動(dòng)的流體或燃料流過(guò)阻尼孔222，后者起作用，通過(guò)增大阻尼室中的壓力而減慢速率成形套管200和噴嘴閥元件206的相對(duì)間隔。在該操作階段中，燃料流的逐漸增大的百分率流過(guò)由速率成形套管200和噴嘴閥元件206之間的相對(duì)位移所控制的可變流動(dòng)區(qū)。速度成形是通過(guò)該流動(dòng)區(qū)中逐漸的增加而得到的。速率成形套管200和噴嘴閥元件206繼續(xù)分開(kāi)，直到速率成形套管200接觸噴嘴環(huán)210，此時(shí)閥元件206繼續(xù)開(kāi)啟。一個(gè)燃料噴射程序通過(guò)噴射控制閥56的去激勵(lì)而終結(jié)，如上面相對(duì)于圖1的實(shí)施例所述的。圖10A中示出相對(duì)于一個(gè)沒(méi)有速率成形套管和速率成形孔的原始噴射器的所形成的三角形的燃料噴射速率形狀。
圖9示出本發(fā)明的又一實(shí)施例，除了在速率成形套管300與形成第二回路的噴嘴閥元件302的界面處的不同構(gòu)型外，其它基本上與圖8的實(shí)施例相同。具體地說(shuō)，噴嘴閥元件302和速率成形套管300做成有互補(bǔ)的嚙合平臺(tái)，它們疊合但可靠地嚙合而形成一個(gè)密封的閥界面。也就是，與圖8中的先前的實(shí)施例不同，速率成形套管300移動(dòng)離開(kāi)噴嘴閥元件302不會(huì)立即開(kāi)啟第二回路，因?yàn)樗俾食尚翁坠?00的外端部包括一個(gè)環(huán)狀延長(zhǎng)部304，后者容納和沿軸向疊合噴嘴閥元件302的一個(gè)外環(huán)狀表面。該疊合延伸一個(gè)如疊合距離(OD)所指示的預(yù)定距離。如先前的實(shí)施例所述，在噴射過(guò)程的初始階段期間，跨越速率成形孔72的壓降產(chǎn)生一個(gè)力，該力起作用而使速率成形套管300與噴嘴閥元件302分離。但是，在這種情況下，速率成形套管300相對(duì)于噴嘴閥元件302的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)顯著的平行流路也即第二回路，直到該相對(duì)運(yùn)動(dòng)超過(guò)該疊合的距離(OD)。該產(chǎn)生第二回路即平行于速率成形孔72的附加流路中的延遲，形成圖10A和10B中所示的靴形噴射速率和壓力的輪廓，特別如與圖8的實(shí)施例中的三角形的噴射速率和壓力輪廓相比較。
雖然已圖示和描述了按照本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是可以理解，本發(fā)明不限于此。該技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員可以改變、修改和進(jìn)一步應(yīng)用本發(fā)明。因此，本發(fā)明不限于上面描述和圖示的細(xì)節(jié)，而還包括所有此種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種閉合噴嘴燃料噴射器，用于將燃料以高壓噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，該噴射器包括一個(gè)噴射器主體，包含一個(gè)噴射器空腔和一個(gè)與所述噴射器空腔的一端連通以將燃料排入該燃燒室的噴射器孔；一個(gè)至少部分形成于所述噴射器主體中以將供給的燃料輸送到所述噴射器孔的燃料輸送回路，所述燃料輸送回路包括一個(gè)第一回路和一個(gè)與所述第一回路平行的第二回路；一個(gè)被安置在所述噴射器空腔中而在所述噴射器孔附近的噴嘴閥元件，所述噴嘴閥元件可以在一個(gè)開(kāi)啟位置和一個(gè)閉合位置之間移動(dòng)，在該開(kāi)啟位置中，燃料可以經(jīng)所述噴射器孔流入該燃燒室，在該閉合位置中，經(jīng)所述噴射器孔的燃料流被阻斷；一個(gè)被安裝在所述噴嘴閥元件上的速率成形套管，用于在一個(gè)阻斷燃料流過(guò)所述第二回路的第一位置和一個(gè)允許燃料流過(guò)所述第二回路的第二位置之間移動(dòng)，所述速率成形套管包括一個(gè)閥表面，當(dāng)所述速率成形套管處在所述第一位置而阻斷燃料流過(guò)所述第二回路的燃料流時(shí)該閥表面被安置成與所述噴嘴閥元件密封地接觸。
2.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管包括一個(gè)內(nèi)遠(yuǎn)端，后者沿軸向沿所述噴射器主體被安置在所述閥表面和所述噴射器之間。
3.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于還包括一個(gè)偏壓彈簧，該彈簧被安置成偏壓所述速率成形套管而使其離開(kāi)所述噴射器孔而進(jìn)入所述第一位置。
4.權(quán)利要求3的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管被偏壓到所述第一位置中而壓靠在一個(gè)形成于所述噴嘴閥元件上的套管閥座上。
5.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管被偏壓到所述第一位置中而壓靠在一個(gè)套管止動(dòng)塊上。
6.權(quán)利要求5的噴射器，其特征在于還包括一個(gè)噴嘴偏壓彈簧和一個(gè)被安置成由所述噴嘴偏壓彈簧壓靠的彈簧止動(dòng)器，所述套管止動(dòng)塊在所述彈簧止動(dòng)器上整體地形成。
7.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管的所述閥表面被安置成可靠地密封壓靠在所述噴嘴閥元件上，而當(dāng)所述速率成形套管處于所述第一位置時(shí)形成所述密封接觸。
8.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管的所述閥表面被安置成作頂靠所述速率成形套管的滑動(dòng)，從而當(dāng)所述速率成形套管處于所述第一位置時(shí)在一流體密封的滑動(dòng)界面處產(chǎn)生所述密封接觸。
9.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于，所述燃料輸送回路的所述第一回路包括一個(gè)在所述速率成形套管中形成并穿過(guò)該套管的孔。
10.權(quán)利要求1的噴射器，其特征在于還包括一個(gè)阻尼室，該阻尼室被安置成接受燃料而限制所述速率成形套管從所述第一位置向所述第二位置移動(dòng)。
11.權(quán)利要求10的噴射器，其特征在于還包括一個(gè)形成于所述噴嘴閥元件中的阻尼孔，用于限制燃料流流出所述阻尼室。
12.一種閉合的噴嘴燃料噴射器，用于將燃料以高壓噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，該噴射器包括一個(gè)噴射器主體，包含一個(gè)噴射器空腔和一個(gè)與所述噴射器空腔的一端連通以將燃料排入該燃燒室的噴射器孔；一個(gè)至少部分形成于所述噴射器主體中以將供給的燃料輸送到所述噴射器孔的燃料輸送回路，所述燃料輸送回路包括一個(gè)第一回路和一個(gè)與所述第一回路平行的第二回路；一個(gè)被安置在所述噴射器空腔中而在所述噴射器孔附近的噴嘴閥元件，所述噴嘴閥元件可以在一個(gè)開(kāi)啟位置和一個(gè)閉合位置之間移動(dòng)，在該開(kāi)啟位置中，燃料可以經(jīng)所述噴射器孔流入該燃燒室，在該閉合位置中，經(jīng)所述噴射器孔的燃料流被阻斷；一個(gè)被安裝在所述噴嘴閥元件上的速率成形套管，用于在一個(gè)阻斷燃料流過(guò)所述第二回路的第一位置和一個(gè)允許燃料流過(guò)所述第二回路的第二位置之間移動(dòng)；以及一個(gè)偏壓彈簧，被安置成偏壓所述速率成形套管上使其離開(kāi)所述噴射器孔而進(jìn)入所述第一位置。
13.權(quán)利要求12的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管被偏壓到所述第一位置中而壓靠在所述噴嘴閥元件上形成的套管閥座上。
14.權(quán)利要求12的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管被偏壓到所述第一位置中而壓靠在一套管止動(dòng)塊上。
15.權(quán)利要求14的噴射器，其特征在于還包括一個(gè)噴嘴偏壓彈簧和一個(gè)被安置成由所述噴嘴偏壓彈簧壓靠的彈簧止動(dòng)器，所述套管止動(dòng)塊整體地形成于所述彈簧止動(dòng)器上。
16.權(quán)利要求12的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管的所述閥表面被安置成可靠地密封壓靠在所述噴嘴閥元件上，而當(dāng)所述速率成形套管處于所述第一位置時(shí)形成所述密封接觸。
17.權(quán)利要求12的噴射器，其特征在于，所述速率成形套管的所述閥表面被安置成作頂壓所述速率成形套管的滑動(dòng)，從而當(dāng)所述速率成形套管處于所述第一位置時(shí)在一流體密封的滑動(dòng)界面處形成所述密封接觸。
18.權(quán)利要求12的噴射器，其特征在于還包括一個(gè)阻尼室，該阻尼室被安置成接受燃料而限制所述速率成形套管從所述第一位置向所述第二位置移動(dòng)；和一個(gè)形成于所述噴嘴閥元件中的阻尼孔，用于限制燃料流流出所述阻尼室。
19.一種控制來(lái)自一閉合的噴嘴燃料噴射器的噴射燃料流動(dòng)速率的方法，該噴射器包括一個(gè)噴射器主體、一個(gè)燃料輸送回路和一個(gè)噴嘴閥元件，該噴射器主體包含一個(gè)噴射器腔和一個(gè)與所述噴射器腔的一端連通以將燃料排入該燃燒室的噴射器孔，該燃料輸送回路包括一第一回路和一與所述第一回路平行的第二回路，該噴嘴閥元件可在一開(kāi)啟位置和一閉合位置之間移動(dòng)，在該開(kāi)啟位置中燃料可流過(guò)所述噴射器孔而流入燃燒室，在該閉合位置中阻斷了流經(jīng)所述噴射器孔的燃料流被阻斷，該方法包括如下步驟使安裝在該噴嘴閥元件上的一個(gè)速率成形套管在一第一位置和一第二位置之間移動(dòng)，在該第一位置上，所述速率成形套管被安置成與該噴嘴閥元件密封接觸而阻斷燃料流該第二回路，該第二位置則允許燃料流流過(guò)該第二回路。
20.權(quán)利要求19的方法，其特征在于還包括對(duì)所述速率成形套管從所述第一位置向所述第二位置的移動(dòng)進(jìn)行阻尼。
全文摘要
提供一種閉合的噴嘴燃料噴射器，該噴射器有效地控制燃料噴射流動(dòng)速率(特別在一個(gè)噴射過(guò)程的初始部分)而同時(shí)能在所有操作狀態(tài)下精確控制前導(dǎo)噴射和/或后噴射的流動(dòng)速率，由此有利地減少了排放物和燃燒噪聲。該噴射器包括一個(gè)速率成形孔和一個(gè)速率成形套管，該速率成形孔用來(lái)在一個(gè)噴射過(guò)程的初始部分期間限制燃料流，而該速率成形套管安裝成可以移動(dòng)而使得在該噴射過(guò)程的后面部分期間更多地流過(guò)噴射燃料。同時(shí)提供一個(gè)阻尼室和阻尼孔，用于控制該速率成形套管的移動(dòng)。
文檔編號(hào)F02M45/08GK1818369SQ20061000478
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者D·J·本森, D·M·里克斯, L·L·彼得斯, S·C·文卡塔拉曼, C·E·小莫里斯 申請(qǐng)人:卡明斯公司