專利名稱：具有主動針控制器的多級增強型噴射器和噴射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料噴射器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，增強型燃料噴射器是眾所周知的。這種噴射器利用由加 壓工作流體驅(qū)動的較大的第一活塞來驅(qū)動較小的活塞，從而加壓用于噴射的 燃料。通常為10至1的活塞面積比(因此增強比通常為10至1)允許僅通 過適度壓力的工作流體來獲得高的噴射壓力。在可應(yīng)用的壓力下柴油機燃料 能夠得到適當(dāng)?shù)膲嚎s。例如，每施加1000磅/平方英尺(psi)的壓力，柴油 機燃料大概壓縮1%。在30000磅/平方英尺以及30000磅/平方英尺以上的噴 射壓力下，可以充分壓縮燃料。不用于噴射的燃料壓縮所需要的能量通常通 過使工作流體經(jīng)過增強器的較大的活塞排放到低壓貯存器而浪費掉。因此， 當(dāng)發(fā)動機基本上以小于全功率的功率運行時，用于壓縮全部噴射燃料的相當(dāng) 一部分能量被浪費掉。
并且，在柴油機燃料噴射器中，實現(xiàn)噴射的急劇開始和停止非常重要。 例如由緩慢地降低噴射壓力引起的較慢的噴射終止將導(dǎo)致霧化效果較差，或 者甚至在噴射結(jié)束也沒有實現(xiàn)真正的霧化，從而導(dǎo)致燃料的不完全燃燒以及 不能接受的未燃燒碳氫化合物排放。


圖1是本發(fā)明的一種實施方式的截面圖。
圖2是圖l所示實施方式的截面圖，表示以90度分開的半截面。 圖3是本發(fā)明的另一實施方式的截面圖。
具體實施例方式
圖1和圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一種噴射器。這些圖表示在噴射過程中處 于噴射針打開位置的噴射器。圖l是具有兩個增強器的噴射器的截面圖，而 圖2是相同噴射器的截面圖，該圖的右側(cè)表示相同的截面，該圖的左側(cè)表示 從右側(cè)的截面翻轉(zhuǎn)90度的截面。在該噴射器中設(shè)置有噴射針20，噴射針20 幾乎是壓力平衡的，從而當(dāng)處于噴射壓力的燃料出現(xiàn)在環(huán)繞噴射針20的針 室中時，將在噴射針上存在相對適度的向上的力。
燃料從增強器室28和29中的任意一個或兩個通過端口 24和凹槽26提 供給噴射器噴頭22中的針室21。增強器活塞30和32具有回復(fù)彈簧34和 36，并且在增強器活塞30和32通過止回閥38和40返回到上部位置時被供 以燃料。所述增強器由分別由控制閥46和48控制的活塞42和44驅(qū)動，控 制閥46和48優(yōu)選為螺線管驅(qū)動的滑閥(spool valve)。如果燃料僅由一個增 強器通過由止回閥控制的通道和通道24提供給針室21，則止回閥50和52 中的另一個將關(guān)閉，從而防止增強的壓力與沒有運行的增強器結(jié)合。
使用從噴射器的中心向外徑向間隔開的兩個增強器具有允許通過噴射 器的軸線對噴射針進行直接控制的優(yōu)點。具體地，可能包括一個或多個部分 (表示出了一個以上的部分)的部件54從噴射針20的頂部一直延伸到位于 噴射器頂部的壓力室56。因此，當(dāng)啟動流體控制閥58，從而向壓力室56施 加壓力時，部件54被向保能夠克服針室中的增強的壓力將噴射針主動關(guān)閉。
對于初始的噴射針關(guān)閉過程，使用加速系統(tǒng)，從而確保了迅速的噴射針
關(guān)閉過程。具體地，室56中的液壓也作用于部件60的頂部，加速活塞(可 以從圖2的左側(cè)看到)向下推動銷62 (圖2中僅顯示了其中一個銷62，這 是因為另一半截面是從該截面翻轉(zhuǎn)90度后得到的)。銷62則推動銷64，銷 64推動部件66，部件66則朝向關(guān)閉位置推動噴射針20。然而，在噴射針最 后關(guān)閉之前，部件66的底部將撞擊部件26的頂部，這充分降低了噴射針關(guān) 閉過程的沖擊，從而允許非常迅速地將噴射針關(guān)閉，而不存在噴頭從針室脫 落的風(fēng)險。值得注意的是，加速組件的止擋相當(dāng)靠近噴射針，從而最大限度 地降低了不均勻膨脹的影響，使得在噴射針關(guān)閉之前加速組件可以反復(fù)地工 作。然而，控制閥58位于噴射器的頂部，從而簡化了到控制閥的電連接。 此外，由于優(yōu)選為螺線管驅(qū)動的滑閥的所有控制閥相似地定位，所以用于三 個閥的驅(qū)動線圈可以印制在多層印刷電路板上，從而進一步地簡化了部件相 互之間的電連接。而且，由于使用了兩個增強器組件，因此允許使用較小(較 快)的控制閥。
通過控制閥58的控制，噴射針20可以獨立于環(huán)繞噴射針的針室中的壓 力而被向下推動到關(guān)閉位置。螺旋彈簧68 (相對輕的螺旋彈簧)僅確保無論 噴射針打開還是關(guān)閉針關(guān)閉銷54都靠著噴射針保持靜止。
因此，在增強的燃料存在的情況下關(guān)閉噴射針時，打開控制閥58，以提 供室56中的流體壓力，使銷54以及上述加速組件朝向關(guān)閉位置加速噴射針， 恰好在噴射針到達關(guān)閉位置之前使加速組件停止，從而極大地降低慣性，進 而降低噴射針關(guān)閉過程中的沖擊。在一種優(yōu)選實施方式中，用于增強活塞42 和44、銷54以及部件60的啟動流體為發(fā)動機油(engine oil)，但是如果需 要也可以使用其它流體(如燃料)。
如前所述，使用兩個增強器組件具有許多優(yōu)點。如果增強比不同，則在具有一個啟動流體壓力的情況下，可以通過操作一個或另一個增強器而選擇 性地獲得兩個不同的噴射壓力。即使兩個增強器組件具有相同的增強比，它 們?nèi)匀痪哂袃?yōu)勢。具體地，通常燃料噴射器需要充足的動力。在現(xiàn)有技術(shù)中， 每次進行噴射時增強器通常運行一次，然后降低壓力以重新對增強室填充燃 料。顯然，增強室必須足夠大，以在發(fā)動機的最大需求情況下為一次噴射增
強足夠的燃料。由于使用的或者需要使用的噴射壓力為30000磅/平方英尺或 者更高，在每1000磅/平方英尺的壓力下燃料通常被壓縮接近1%，所以要 噴射的燃料被壓縮接近20%-30%。此外，要壓縮被噴射的燃料，還存在一些 與增強燃料相關(guān)的一般性空間(overhead volume),包括將增強燃料送往針 室的通道和針室本身。在現(xiàn)有技術(shù)中，無論發(fā)動機運行狀況如何，甚至在發(fā) 動機空轉(zhuǎn)時，都使用加壓用于最大噴射的燃料所需的全部能量。
然而在本發(fā)明中，在僅有較少的燃料必須提供給燃燒室的較輕發(fā)動機負 載的情況下，可以僅運行一個增強器組件，從而，假定不僅兩個增強器組件 的增強比相同，而且增強活塞的直徑也相同，則能夠?qū)娚淦魉璧膭恿?低50%。
可選擇地，雖然一個增強器組件可能具有兩倍于另一個增強器組件的面 積或者沖程(圖3)，或者具有不同面積和沖程的一些結(jié)合以具備兩倍于另一 個增強器組件的增強燃料容積，但是這兩個增強器組件的增強比可能是相同 的?，F(xiàn)在，當(dāng)需要進行完全噴射時，可以使用兩個增強器組件。當(dāng)發(fā)動機以 較輕的負載運行時，可能僅需要使用較大的增強器組件，當(dāng)發(fā)動機以更輕的 負載運行時，可能僅需要使用較小的增強噴射組件，從而與現(xiàn)有技術(shù)的噴射 器所需要的能量相比節(jié)省了大量的能量。
下面將說明根據(jù)本發(fā)明的噴射器或者具有直接針控制器的單個增強器 組件噴射器的另一種操作方式。首先，對至少滿足用于發(fā)動機的一次噴射的 最大量噴射需求所需的足夠多的燃料進行增強。(一個噴射過程可以包括例
8如預(yù)噴射，緊跟著預(yù)噴射的是主噴射。)然而，當(dāng)發(fā)動機以較輕負載運行時， 簡單地保持增強器上的驅(qū)動流體壓力，但是通過控制噴射針來控制噴射本 身，如通過圖l、圖2和圖3中所示的方式；而不是像現(xiàn)在那樣通過對增強 器組件進行降壓和重新加壓來對用于噴射的燃料進行降壓和重新加壓。
通過對于多次噴射簡單地增強一次，這種操作能夠節(jié)省操作噴射器所需 的大部分動力，噴射的次數(shù)取決于發(fā)動機負載并且簡單地由控制每次噴射時 噴射的燃料的量的控制器決定。例如，在空轉(zhuǎn)的情況下使用本發(fā)明時，在需 要降低增強器的壓力以重新填充隨后的噴射所需的用于增強的燃料之前，或 許只需運行一個增強器組件，并且一次增強可以提供六次或更多次的噴射。 因此，增強過程中所使用的能量可以根據(jù)發(fā)動機負載情況容易地獲得，并且 當(dāng)發(fā)動機負載極大地減小時該能量也極大地降低。因此，雖然無論是否需要 最大量的燃料噴射，現(xiàn)有技術(shù)都增強發(fā)動機所需的最大量的燃料，但是本發(fā) 明可以或者僅增強大概噴射所需量的燃料，或者增強比一次噴射所需的燃料 多的更大量的燃料，但是該增強將保持用于兩次或更多次的噴射，或者同時 進行上述兩種增強。用于噴射器閥的電子控制系統(tǒng)可以容易地對每次噴射所 噴射的燃料量保持追蹤，從而可以在不需要反饋測量的情況下預(yù)測什么時候 需要再次增強。例如，電子控制可以確定在一次噴射后是否還剩有用于同等 噴射的足夠多的已增強的燃料。如果這樣，在針控制器關(guān)閉噴射針之后繼續(xù) 進行增強，并且下一次噴射通過針控制器完成，如果發(fā)動機功率設(shè)置已經(jīng)增 大，則該噴射受限于處于增強壓力的能夠噴射的燃料的量。
因此，雖然出于說明的目的而不是限制的目的，在這里對本發(fā)明的某些 優(yōu)選實施方式進行了公開和描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離 本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以對本發(fā)明進行各種形式和細節(jié)方面的改 變。
權(quán)利要求
1.一種燃料噴射器，該燃料噴射器包括位于針室中的噴射針；第一增強器和第二增強器；第一止回閥和第二止回閥，該第一止回閥和第二止回閥設(shè)置為防止任意一個增強器增強另一個增強器中的燃料；第一控制閥和第二控制閥，該第一控制閥和第二控制閥用于可控地分別將加壓啟動流體連接到所述第一增強器和第二增強器；針控制銷，該針控制銷在所述第一增強器和第二增強器之間延伸并且延伸到所述噴射針的頂部；以及針控制閥，該針控制閥用于可控地將啟動流體連接到所述針控制銷的與所述噴射針的頂部相反的一端，所述噴射針和所述針控制銷成比例分布，從而當(dāng)加壓啟動流體連接到所述針控制銷的與所述噴射針的頂部相反的一端并且所述針室容納處于增強壓力下的燃料時，將所述噴射針保持關(guān)閉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其中，該燃料噴射器還包括加速 活塞，所述針控制閥還將啟動流體可控地連接到所述加速活塞，所述加速活 塞連接為使所述噴射針從打開位置朝向關(guān)閉位置移動，當(dāng)所述噴射針接近所 述關(guān)閉位置時，所述加速活塞的運動受到限制，從而停止朝向所述關(guān)閉位置 移動所述噴射針。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其中，所述第一增強器和第二增 強器的尺寸相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其中，所述第一增強器和第二增 強器具有相同的增強比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料噴射器，其中，所述第一增強器和第二增 強器具有不同的增強燃料容積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴射器，其中，所述不同的增強燃料容積 至少部分地由所述第一增強器和第二增強器的不同面積導(dǎo)致。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴射器，其中，所述不同的增強燃料容積 至少部分地由所述第一增強器和第二增強器的不同的沖程導(dǎo)致。
8. —種操作發(fā)動機中的具有直接針控制器的燃料噴射器的方法，該方法 包括a) 當(dāng)所述發(fā)動機以全功率運行時，將一定量的燃料加壓到噴射壓力， 該一定量的燃料至少足以用于一次噴射；b) 通過所述直接針控制器控制噴射；c) 當(dāng)噴射后剩余的加壓燃料量至少足以用于隨后的噴射時，保持燃料 的壓力，以用于隨后的噴射；以及d) 當(dāng)噴射后剩余的加壓燃料量不足以用于隨后的噴射時，降低燃料的 壓力并且重復(fù)步驟a)至d)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述燃料噴射器是增強型噴射器， 并且在步驟a)中，所述加壓通過控制用于增強器的啟動流體來控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述啟動流體是發(fā)動機油。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述啟動流體是燃料。
12. —種操作柴油發(fā)動機中的具有直接針控制器的燃料噴射器的方法，該方法包括a) 當(dāng)所述柴油發(fā)動機以全功率運行時，將一定量的燃料加壓到噴射壓 力，該一定量的燃料至少足以用于一次噴射；b) 通過所述直接針控制器控制噴射；c) 當(dāng)噴射后剩余的加壓燃料量至少足以用于隨后的同等噴射時，保持 燃料的壓力，以用于隨后的噴射；以及d) 當(dāng)噴射后剩余的加壓燃料量不足以用于隨后的同等噴射時，降低燃 料的壓力并且重復(fù)步驟a)至d)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述燃料噴射器是增強型噴射 器，并且在步驟a)中，所述加壓通過控制用于增強器的啟動流體來控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述啟動流體是發(fā)動機油。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述啟動流體是燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有主動針控制器的多級增強型噴射器和可以降低噴射器能量消耗的噴射方法。增強器圍繞所述噴射器的軸線設(shè)置，以為沿著所述噴射器的中心向下的直接的針(20)控制器留出中心部位。還公開了一種加速系統(tǒng)，該加速系統(tǒng)提高了噴射針(20)的關(guān)閉速度，但是在最后關(guān)閉時不會增加所述噴射針的質(zhì)量。如果控制系統(tǒng)確定已經(jīng)為下一次噴射加壓了足夠的燃料，則直接針控制器允許在相鄰的噴射之間保持燃料的噴射壓力，從而通過不對每次噴射進行排壓以及重新加壓而在發(fā)動機以低于最大功率的功率運行時充分地節(jié)約能量。
文檔編號F02M45/02GK101680410SQ200880015290
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者O·E·斯德曼 申請人:斯德曼數(shù)字系統(tǒng)公司