具有包括f、a、z和e孔口的針控制系統(tǒng)的燃料噴射器的制造方法
【專利摘要】一種共軌燃料噴射器(10)包括針閥構(gòu)件(30)，其響應(yīng)于針控制室(52)中的壓力運動以打開和閉合用于燃料噴射事件的噴嘴出口(45)。在噴射事件之間，針控制室(52)通過包括Z孔口(66)的第一路徑(61)流體地連接至燃料入口(44)，并且通過包括F孔口(68)、中間室(54)和A孔口(67)的第二路徑(62)流體地連接至燃料入口(44)。在噴射事件過程中，針控制室(52)通過包括A孔口(67)、中間室(54)、E孔口(69)和緩沖室(55)的第三路徑(63)流體地連接至排放出口(46)，這可以有助于在與平坦的控制閥座(23)相關(guān)聯(lián)的敏感區(qū)域中避免空蝕。通過調(diào)節(jié)F、A、Z和E孔口(68，67，66，69)的各自的尺寸可以實現(xiàn)不同的性能特征。
【專利說明】具有包括F、A、Z和E孔口的針控制系統(tǒng)的燃料噴射器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及用于燃料噴射器的直接控制針閥，并且更具體地，涉及一種包括各種尺寸的F、A、Z和E孔口的針控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今的電子控制的壓燃發(fā)動機典型地包括具有直接操作的止回閥的電子控制的燃料噴射器。直接操作的止回閥包括暴露于針控制室中的壓力的閉合液壓表面。通過致動兩通或三通閥以將針控制室流體地連接至低壓排放出口，針控制室中的壓力釋放以開始噴射事件。通過對電子控制的兩通或三通閥去能以重新加壓針控制室，噴射事件結(jié)束。共同擁有的美國專利7331329示出具有三通閥的這種燃料噴射器的例子，而美國專利6986474示出具有兩通閥的示例性燃料噴射器。一般地，三通閥型式相對于兩通閥對應(yīng)件能夠提供更好的性能能力，但以增加復(fù)雜性和制造難度為代價，特別是批量生產(chǎn)具有一致性能反應(yīng)的燃料噴射器。
[0003]早期的兩通閥型式典型地包括經(jīng)由未阻塞的Z孔口流體地連接至噴嘴供應(yīng)通道的針控制室，并且兩通閥允許針控制室和低壓排放出口之間通過所謂的A孔口流體連通。在噴射事件過程中，噴嘴供應(yīng)通道經(jīng)由Z孔口、針控制室和A孔口直接流體地連接至低壓排放。因此，有一個最初的動機是使A孔口和Z孔口相對小，以便減小在噴射事件過程中的損失。該動機很快導(dǎo)致與一般期望通過快速地升高針控制室中的壓力來完成突然結(jié)束噴射事件相關(guān)的問題。小的Z孔口使針控制室中的壓力在噴射事件結(jié)束時增大的速率減緩。通過增加附加孔口以利于朝著噴射事件結(jié)束在針控制室中快速再加壓來解決該問題。例如，之前提及的美國專利6986474包括附加孔口 14，其有利于經(jīng)由Z孔口 5以及通過附加填充或F孔口 14經(jīng)過A孔口 6對其針控制室4再加壓。上面提及的在共同擁有的美國專利7331329中的三通閥燃料噴射器對應(yīng)件類似地包括三個孔口，其包括Z孔口 112和兩個其它孔口 110和111，這兩個其它孔口 110和111的性能分別最類似于用于對應(yīng)的兩通閥燃料噴射器的F孔口和A孔口。
[0004]由于制造與批量生產(chǎn)的燃料噴射器一致地執(zhí)行的三通閥的復(fù)雜性和難度，越來越期望利用兩通控制閥來執(zhí)行在用于燃料噴射器的直接控制止回閥中的壓力控制功能。遺憾的是，相對于對應(yīng)的三通閥控制策略，與兩通閥(甚至包括F、A和Z孔口)的利用相關(guān)的當(dāng)前策略導(dǎo)致滿意度較低的性能。例如，盡管包括F孔口能夠輔助加速噴射事件結(jié)束，F(xiàn)孔口可能不會幫助使針閥構(gòu)件打開以開始噴射事件的速率減慢，其有時也是期望的燃料噴射器屬性。另外，用于批量生產(chǎn)的燃料噴射器的控制閥間的流通面積的變化能夠?qū)е略谌剂蠂娚淦鏖g不能接受的性能變化。
[0005]本發(fā)明旨在上面提及的問題中的一個或多個。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一方面，燃料噴射器包括噴射器主體，其限定燃料入口、至少一個噴嘴出口和排放出口，并且在其中設(shè)置有噴嘴室、針控制室、中間室和緩沖室。針控制室通過包括Z孔口的第一路徑流體地連接至燃料入口，并且針控制室通過包括F孔口、中間室和A孔口的第二路徑流體地連接至燃料入口。電子控制的閥附接至噴射器主體并且包括能夠在與閥座接觸的第一位置和與閥座脫離接觸的第二位置之間運動的控制閥構(gòu)件。當(dāng)控制閥構(gòu)件處于第二位置時，針控制室通過包括A孔口、中間室、E孔口和緩沖室的第三路徑流體地連接至排放出口，但當(dāng)控制閥構(gòu)件處于第一位置時，針控制室與排放出口阻隔。針閥構(gòu)件包括暴露于噴嘴室中的流體壓力的打開液壓表面和暴露于針控制室中的流體壓力的閉合液壓表面。
[0007]另一方面，一種操作燃料噴射器的方法包括通過使燃料從針控制室經(jīng)過A孔口并且從噴嘴室經(jīng)過F孔口朝向中間室運動來開始噴射事件。另外，通過使燃料從中間室朝向排放出口經(jīng)過E孔口和緩沖室運動來開始噴射事件。之后，噴射事件結(jié)束。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射器的側(cè)剖視圖；
[0009]圖2是圖1中所示的燃料噴射器的壓力控制部分的放大剖視圖；
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的座盤的俯視立體圖；
[0011]圖4是圖3的座盤的仰視立體圖；
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的孔口盤的俯視立體圖；
[0013]圖6是用于噴射事件的一系列帶狀圖表，分別包括有F孔口和無F孔口時致動器電流、控制閥運動、中間室壓力、針控制室壓力、針閥構(gòu)件運動和噴射率與時間的關(guān)系；
[0014]圖7是類似于圖6的一組帶狀圖表，顯示分別針對相對小和相對大的A孔口的不同性能反應(yīng)；以及
[0015]圖8是類似于圖6和7的一組帶狀圖表，顯示分別針對大和小的E孔口的不同性能反應(yīng)。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1和2，燃料噴射器10包括噴射器主體，其限定燃料入口 44、至少一個噴嘴出口 45以及低壓排放出口 46。燃料入口 44包括錐形座40，以利于燃料噴射器10和共軌之間經(jīng)由本領(lǐng)域中熟知類型的套筒連接。低壓排放出口 46將流體地連接至箱，以使用于控制功能和/或來自泄漏的任何燃料返回用于再循環(huán)。噴嘴出口 45將定位在壓燃發(fā)動機的燃燒空間中，以利于將燃料直接噴射到發(fā)動機氣缸中。燃料噴射器10包括在【背景技術(shù)】部分中簡單描述的類型的直接操作的止回件13。多個流體通路和室設(shè)置在噴射器主體11內(nèi)，其包括除電氣和運動部件之外的所有硬件。其中有噴嘴室50、針控制室52、中間室54和緩沖室55。如本發(fā)明中使用的，術(shù)語“噴射器主體”是指燃料噴射器10的各種固定部件，其限定流體通路、室等。在圖示的實施方式中，噴嘴室50經(jīng)由在共軌燃料噴射器中常規(guī)的未阻塞的噴嘴供應(yīng)通道49流體地連接至燃料入口 44。術(shù)語“未阻塞的”是指流體通道沒有改變經(jīng)過通道的流通面積或者可能甚至阻擋流體流過通道的閥或類似物。雖然本發(fā)明在共軌燃料噴射器10的情況下圖示，以下討論的圍繞直接操作的止回件13的原則可以等同地應(yīng)用于其它類型的燃料噴射器，包括但不限于凸輪致動的燃料噴射器，和可能的混合共軌凸輪致動的燃料噴射器。[0017]具體地參照圖2，針控制室52通過包括Z孔口 66和噴嘴供應(yīng)通道49的一段的第一路徑61流體地連接至燃料入口 44。如本發(fā)明中使用的，術(shù)語“孔口 ”是指由具有流通面積的通道限定的流動限制。雖然為易于制造孔口通常具有圓形橫截面和均一直徑，非圓形橫截面和非均一直徑(例如，錐形)也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，流動限制可以在燃料噴射器中的其它位置出現(xiàn)，諸如在閥構(gòu)件和閥座之間的間隙處，但這種流動限制在本發(fā)明的情況中不被認為是孔口。針控制室52還通過包括F孔口 68、中間室54、A孔口 67以及噴嘴室50和噴嘴供應(yīng)通道49的第二路徑62流體地連接至燃料入口44。
[0018]電子控制的閥20附接至噴射器主體11并且包括可在與閥座23接觸的第一位置和與閥座23脫離接觸的第二位置之間運動的控制閥構(gòu)件22。在圖示的實施方式中，電子控制閥20包括具有電樞24的螺線管，電樞24附接至桿26，桿26經(jīng)由間隔件28與接觸控制閥構(gòu)件22的推動器27相互作用。因此，在圖示的實施方式中，電力致動器25是螺線管，但可以是另外的電力致動器，諸如壓電，而不背離本發(fā)明。另外，控制閥構(gòu)件22被示出為可運動到與閥座23接觸和與閥座23脫離接觸，閥座23是平坦的座，但可以是對應(yīng)的錐形座，而不背離本發(fā)明。最后，雖然燃料噴射器10僅包括一個電力致動器25，本發(fā)明可以在具有兩個或更多個電力致動器的燃料噴射器中尋找潛在應(yīng)用，諸如像在凸輪致動的燃料噴射器的情況中可能典型的與溢流閥相關(guān)聯(lián)的第一電力致動器和與直接操作的止回件相關(guān)聯(lián)的第二電力致動器。彈簧29通常將桿26、間隔件28、推動器27和控制閥構(gòu)件22向下偏置成與平坦的座23接觸。術(shù)語“平坦的座”是指作為平坦表面的一部分的閥座，并且因此平坦的座有點不同于與提升閥相關(guān)聯(lián)的錐形座或與滑閥相關(guān)聯(lián)的邊緣座。
[0019]針控制室52通過包括A孔口 67、中間室54、E孔口 69、緩沖室55和沉孔64的第三路徑63流體地連接至低壓排放出口 46。換句話說，僅當(dāng)控制閥構(gòu)件22脫離與平坦的座23接觸時，在針控制室52和低壓排放出口 46之間出現(xiàn)流體連接。因此，當(dāng)控制閥構(gòu)件22處于控制閥構(gòu)件與平坦的座23接觸的其第一位置時，針控制室52與低壓排放出口 46阻隔。應(yīng)當(dāng)注意到，E孔口 69流體地定位在中間室54和緩沖室55之間。另外，E孔口可以被取向為使得其中心線57與緩沖室55中的座盤19相交，使得第三路徑偏離直線以包括在E孔口的出口和經(jīng)過平坦的座23開口的沉孔64之間的至少兩個轉(zhuǎn)彎。模擬提示如果E孔口與中心線35簡單地同軸，離開E孔口的空泡更可能在緩沖室55中塌縮，而非在平坦的座23附近。如果空泡在緩沖室55中塌縮，可能得到足夠多的屏蔽壁材料以允許空蝕而不破壞或改變?nèi)剂蠂娚淦?0的性能特征。例如，如果空泡替代地在平坦的座23的敏感區(qū)域65附近塌縮，當(dāng)閥閉合時，平坦的座23上的閥構(gòu)件22的適當(dāng)密封可以被破壞以及性能會由于閥構(gòu)件22的暴露于沉孔64中的流體的區(qū)域的可能改變而改變。在當(dāng)電力致動器20被供能時通過沉孔64中的流體壓力將閥構(gòu)件22液壓地推離平坦的座23的所示類型的結(jié)構(gòu)中，這可能是重要的。不過，控制閥構(gòu)件22通過電力致動器20提升離開閥座23的改進的結(jié)構(gòu)也將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在圖示的實施方式中，E孔口 69被示出為包括在朝向閥座23的流動方向上稍縮窄的錐形。這種從如所示的F、A和Z孔口的常規(guī)柱形的偏離可以進一步減少在座23處的可能的空蝕損害。該結(jié)構(gòu)連同通過具有圓化表面的過渡空間83使E孔口69與中間室54分離一起也可以遞增地改進對敏感區(qū)域65處的空蝕的抵抗。盡管工程師能夠通過包括過渡空間83的體積和形狀、E孔口 69的形狀和取向以及緩沖室55在其與沉孔64相關(guān)中的體積的多種不同選擇遞增地改變空蝕反應(yīng)，相信通過引導(dǎo)E孔口中心線與緩沖室55內(nèi)的座盤19相交能夠?qū)崿F(xiàn)避免敏感區(qū)域65處的大部分空蝕。E孔口與中心線35同軸且具有與閥構(gòu)件22相交的中心線的早期模擬提示在敏感區(qū)域65處的空蝕處于對燃料噴射器的期望壽命無法接受的水平。因此，如本發(fā)明中使用的，偏離直線是指E孔口中心線57除了與沉孔64的中心線同軸之外的任何取向。
[0020]雖然不是必須的，平坦的閥座23可以形成在座盤19上，其與第一盤16 —起限定緩沖室55。第一盤16限定E孔口 69和過渡空間83。不是噴射器堆疊的一部分的第二盤17與第一盤16 —起限定中間室54。第一盤16可以限定錐形座80，其接收形成在第二盤17的外表面上的球形表面81。通過作用于向上推動浮動針引導(dǎo)部件18與第二盤17的底側(cè)接觸的針閥偏置彈簧可以將這兩個部件推在一起。針閥構(gòu)件30、浮動針引導(dǎo)部件18和第二盤17 —起限定如圖2中最佳示出的針控制室52。雖然在引導(dǎo)段34和引導(dǎo)孔39之間存在引導(dǎo)間隙，針閥構(gòu)件30的運動實際上通過針閥構(gòu)件30和末端部件14之間的引導(dǎo)相互作用引導(dǎo)。
[0021]針閥構(gòu)件30定位在噴射器主體11中并且可在噴嘴出口 45與噴嘴室50阻隔的第一位置和針對噴射事件噴嘴室50流體地連接至噴嘴出口 45的第二升起位置之間運動。針閥構(gòu)件30包括暴露于噴嘴室50中的流體壓力的打開液壓表面31和暴露于針控制室52中的流體壓力的閉合液壓表面32。針閥構(gòu)件30的中心線35與進入針控制室52的第三路徑63的開口相交。當(dāng)針閥構(gòu)件30處于其向上打開位置時，該結(jié)構(gòu)形成所謂的液壓止動，其與當(dāng)閥構(gòu)件處于其打開位置時閥構(gòu)件實際地與止動表面接觸的機械止動形成對比。在液壓止動的情況中，針閥構(gòu)件30將在噴射事件過程中懸停剛好與第二孔口盤17的下表面脫離接觸。液壓止動策略具有使得針閥構(gòu)件比除了機械止動之外具有相同特征的等效對應(yīng)件的響應(yīng)性更好的優(yōu)點。不過，本發(fā)明的教導(dǎo)還可能應(yīng)用于在打開位置接觸機械止動的針閥構(gòu)件。
[0022]針控制的室52通過針閥構(gòu)件30的引導(dǎo)段34與噴嘴室50分離，該引導(dǎo)段34具有在由浮動針引導(dǎo)部件18限定的引導(dǎo)孔39中的引導(dǎo)間隙。針閥構(gòu)件30和浮動引導(dǎo)部件18之間的引導(dǎo)間隙有助于將針控制室52與噴嘴室50流體地隔離。在圖示的實施方式中，針閥構(gòu)件30、浮動引導(dǎo)部件18或第二盤17均不與壓力安全套管15有任何接觸，該壓力安全套管15基本上是中空常規(guī)筒體，在相對端處具有減小的橫截面，以便在壓力安全套管15接觸噴射器堆疊的其它部件的位置處具有較小密封面積。
[0023]另外參照圖3-5，E孔口 69可以由在座盤19和壓力安全套管15之間堆疊的第一盤16限定。座盤19可以在由凸起表面限定的多個非鄰接密封面積41a-c (圖3)上接觸閥體21。因此，之前討論的第三路徑63包括在控制閥構(gòu)件22和平坦的座23之間的流通面積，以及在通流至排放出口 41a的凸起表面密封面積41a_c之間的打開空間。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，每個高壓通路(諸如噴嘴供應(yīng)通道49)以類似于完全環(huán)繞并限定平坦的座23的一部分的密封面積41b的方式由密封面積41c完全環(huán)繞。通過利用凸起密封面積，在燃料噴射器中可能需要較小夾持壓力以便防止作為噴射器主體11的一部分的噴射器堆疊的部件之間的泄漏。因此，噴射器主體包括閥體21、第一孔口盤16、第二孔口盤17和浮動針引導(dǎo)部件18、座盤19、以及其它組合物。座盤19還可以在其底側(cè)上包括與第二孔口盤17的上平坦表面70接觸的多個非鄰接的密封面積41d-f。第二孔口盤17限定如圖2中最佳示出的F孔口、A孔口和Z孔口。另外，雖然F、A、Z和E孔口由本發(fā)明的燃料噴射器10中的盤限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這不是必須的并且根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射器可以被制成不包括任何盤。座盤19包括當(dāng)燃料噴射器10被組裝時應(yīng)當(dāng)與盤16中的定位銷孔74和75對準的定位銷孔72和73，使得各種通路如圖2中最佳示出的彼此對準。
[0024]當(dāng)電力致動器25被供能以使閥構(gòu)件22運動脫離與平坦的座23接觸時，針控制室52和低壓排放出口 46之間的流體連接有利于噴射事件。為了使燃料噴射器性能對控制閥提升的變化不敏感，經(jīng)過孔口 E的流通面積可以小于在第二或打開位置處由平坦的座23和控制閥構(gòu)件22限定的流通面積。因此，可以期望在燃料噴射器的批量生產(chǎn)中在控制閥提升上以及因此在控制閥構(gòu)件22和平坦的座23之間的流通面積上的一些變化，并且還期望隨著燃料噴射器在許多噴射事件中隨著時間破裂，控制閥提升可能隨時間增大。通過將E孔口的尺寸設(shè)定為小于平坦的座23和控制閥構(gòu)件22之間的流通面積，燃料噴射器的性能能夠?qū)刂崎y提升以及控制閥提升隨著時間增大的變化不敏感。不過，經(jīng)過孔口 E的流通面積可以大于第三路徑63中的其它流動限制，而不背離本發(fā)明。
[0025]雖然不是必須的，F(xiàn)、A、Z和E孔口可以均具有相同數(shù)量級的流通面積。術(shù)語“相同數(shù)量級”是指經(jīng)過任何孔口的流通面積都小于經(jīng)過任何其它孔口的流通面積的十倍。根據(jù)具體應(yīng)用，一些實驗是必要的，以便達到在燃料噴射器的操作范圍上產(chǎn)生期望的性能結(jié)果的一組孔口流通面積。例如，在一個噴射壓力下工作良好的一組孔口流通面積可以是不期望的或者甚至可能在不同的噴射壓力下不被接受。例如，在高噴射壓力下的最佳流通面積組可以與在低噴射壓力下(諸如在怠速下)的相同燃料噴射器的操作不相容，反之亦然。因此，不同孔口的各自的流通面積可以有一些折衷，以在所有操作狀況下從燃料噴射器產(chǎn)生可接受的性能，并且由此可以期望一些必須的實驗以針對特定燃料噴射器應(yīng)用找尋孔口流通面積的組合。
[0026]工業(yè)實用性
[0027]本發(fā)明一般應(yīng)用于具有直接操作的止回件的任何燃料噴射器，包括但不限于共軌燃料噴射器、凸輪致動的燃料噴射器和混合器。本發(fā)明特別應(yīng)用于具有利用兩通閥的直接操作的止回件的燃料噴射器，但可能應(yīng)用于利用三通閥的燃料噴射器。本發(fā)明具體應(yīng)用于包括兩通控制閥的共軌燃料噴射器。通過為不同孔口中的每個適當(dāng)?shù)剡x擇流通面積，能夠?qū)崿F(xiàn)一些期望的性能特征，包括減慢噴射前端噴射率形狀的初始啟動以及有利于任何噴射事件關(guān)然結(jié)束。
[0028]在噴射事件之間，電力致動器25被去能并且控制閥構(gòu)件22處于其與平坦的座23接觸的向下閉合位置，以阻隔針控制室52和低壓排放出口 46之間的流體連通。應(yīng)當(dāng)與軌壓力大約相同的高壓應(yīng)當(dāng)存在于噴嘴供應(yīng)通道49、噴嘴室50、針控制室52和中間室54、緩沖室55以及F、A、Z和E孔口中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，燃料噴射器10遠離低壓空間在噴射事件之間通過可動引導(dǎo)構(gòu)件表面與高壓空間分離的位置。這樣，燃料噴射器10能夠期望呈現(xiàn)低靜態(tài)泄漏。
[0029]每個噴射事件通過給電力致動器25供能以使控制閥構(gòu)件22運動脫離與座23接觸開始。當(dāng)電樞24和桿26由于電力致動器25的供能而向上運動時，間隔件28也提升以使彈簧29與推動器27脫離聯(lián)接。當(dāng)這發(fā)生時，沉孔64中存在的壓力作用在控制閥構(gòu)件22上，使其提升脫離與平坦的座23接觸。該結(jié)構(gòu)允許在噴射事件結(jié)束時電樞24和桿26的一些超程，以便防止閥構(gòu)件22彈離平坦的座23，這可以導(dǎo)致不期望的二次噴射事件。特別地，并且參照圖6的前兩個帶狀圖表，電力致動器25被最初地供能以接通電流，并且接著隨著控制閥構(gòu)件22運動并且在其向上打開位置處變?yōu)橄鄬o止而減少到保持電流。當(dāng)這發(fā)生時，燃料開始從針控制室52運動經(jīng)過A孔口 67，并且同時從噴嘴室50經(jīng)過F孔口 68朝向中間室54。同時，燃料開始從中間室54朝向低壓排放出口 46經(jīng)過E孔口 69并通過閥構(gòu)件22運動。燃料的這種運動導(dǎo)致如圖6的第四個圖表中示出的針控制室52中的壓力下降，并且如56的第三個圖表中所示在中間室54中下降的程度較小。當(dāng)針控制室52中的壓力充分下降時，提升液壓表面31上的向上打開的液壓力克服來自針偏置彈簧的向下閉合力和閉合液壓表面32上的閉合液壓力，允許針閥構(gòu)件30提升至如圖6的第五個圖表中所示的其向上打開位置，以開始如圖6的第六個圖表中所示的噴射的啟動(SOI)。
[0030]在噴射事件過程中，第三路徑63中的快速運動燃料可以導(dǎo)致空泡出現(xiàn)，但E孔口69的取向可以促進緩沖室55內(nèi)而非平坦的座23的敏感區(qū)域65中的空泡塌縮。該噴射事件通過對電力致動器25去能并且允許閥構(gòu)件22在彈簧29的作用下向下運動與座23接觸而結(jié)束。這阻擋燃料朝向低壓排放出口 46的進一步運動，使得針控制室52和中間室54中的壓力再次升高。當(dāng)針控制室52中的壓力超過足以克服打開液壓力的閥閉合壓力時，針閥構(gòu)件30向下運動以閉合噴嘴出口 45 (如圖6的第五個圖表中所示)，以利于噴射的結(jié)束(EOI)(如圖6的第六個圖表中所示)。圖6中的兩個不同的曲線被包括以圖示F孔口的兩個不同尺寸的流通面積如何影響噴射結(jié)束的突然性。虛線顯示當(dāng)F孔口具有零流通面積或者被取消時，所有一起顯示在其座處閉合的控制閥構(gòu)件之間出現(xiàn)顯著延遲(如圖6的第二個圖表所示)，直到針閥構(gòu)件30最終為了噴射的結(jié)束到達其向下閉合位置(如圖6的第五和第六個圖表中所示)。另一方面，當(dāng)F孔口被制成小的，像實線所示，如第一和第六個圖表所示的電力致動器25的去能和噴射結(jié)束之間的延遲相對短。因此，F(xiàn)孔口能夠有利于在噴射事件的時間順序中(諸如主噴射事件，之后緊接的后噴射事件)以中間停延時間結(jié)束，這在如果F孔口被取消時是不可能的。
[0031]圖7的圖表被包括以圖示對A孔口的尺寸的敏感性，實線顯示小尺寸的A孔口，并且虛線顯示針對經(jīng)過A孔口 67的相對大流通面積的噴射器性能。如能夠看到的，A孔口的尺寸主要影響在噴射事件開始時的噴射性能并且在噴射結(jié)束時的影響很小。多年來，工程師意識到一些性能改進(可以特別涉及減小不期望的排放)能夠通過噴射率的較慢累積而非噴射率從零幾乎瞬時至最大噴射率來實現(xiàn)，當(dāng)A孔口大時如虛線所示。換句話說，隨著經(jīng)過A孔口的流通面積減小，在噴射事件開始時針控制室52中的壓力下降的能力受阻，由此減慢針閥構(gòu)件30的提升率并且產(chǎn)生如圖7的第五和第六個圖表中所示的前端噴射率的更平緩上升。隨著經(jīng)過孔口 A的流通面積變得越來越大，噴射率形狀的開始變得幾乎豎直。
[0032]參照圖8，E孔口能夠與F孔口一起工作以減慢噴射率形狀的開始(如圖8的第五和第六個圖表所示)。相信這通過燃料經(jīng)F孔口進入中間室54、阻止燃料從針控制室52經(jīng)A孔口流入中間室54、由此減慢針閥構(gòu)件30 (圖表5)的提升率并且減慢噴射開始時噴射率的最初積累(如第六個圖表中所示)出現(xiàn)。如果E孔口過大，通過F孔口促進的噴射開始效果可以消失。如果E孔口過小，在針控制室52中可能沒有足夠的壓降來允許針閥構(gòu)件均勻提升以在低噴射壓力下執(zhí)行噴射事件。圖8的實線和虛線圖表意于顯示當(dāng)E孔口如實線相對大或如虛線相對小時的不同性能效果。如期望的，E孔口的尺寸在噴射性能特征結(jié)束時的影響很小(如圖8的圖表揭示)。[0033]另一微小但重要的方面是以下事實:特別地在共軌燃料噴射器的情況中，噴射壓力在不同的發(fā)動機操作狀況下可能基本不同，并且可能難以找到在高和低的軌壓力下均產(chǎn)生可接受的燃料噴射器性能的E孔口流通面積。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，經(jīng)過孔口的流動特征以及因此從其得到的突出的燃料噴射器性能與在孔口上的壓力梯度有關(guān)，其在不同軌壓力下是不同的。用于選擇F、A、Z和E孔口尺寸的一個可能的起始點將初始流通面積設(shè)置為經(jīng)過噴嘴出口 45的總的流通面積的一定百分比。例如，在經(jīng)過噴嘴出口 45的總的流通面積的10-20%級別的初始尺寸可以是良好的起始點。接著，流通面積、各種彈簧預(yù)負載、座直徑等需要被選擇，使得燃料噴射器將在極高和極低的期望的軌壓力下工作。接著，各種孔口的尺寸能夠調(diào)整以使用例如圖6、7和8的圖表用于引導(dǎo)來實現(xiàn)期望的性能特征。最后，通過包括緩沖室55和可能經(jīng)過孔口 E的適當(dāng)布置和取向，平坦的座23的敏感區(qū)域65中的可能空化損害能夠在燃料噴射器10的期望作業(yè)壽命中降低至可接受水平。通過結(jié)合適當(dāng)尺寸的F、A、Z和E孔口利用兩通控制閥策略，噴射器性能特征能夠模仿并接近三通閥對應(yīng)件，而不增加與三通閥相關(guān)的復(fù)雜性和成本。
[0034]應(yīng)當(dāng)理解，上述說明僅意于圖示目的，并且不意于以任何方式限制本發(fā)明的范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明的其它方面能夠通過研究附圖、說明書和權(quán)利要求書獲得。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料噴射器(10),包括: 噴射器主體(11)，其限定燃料入口(44)、至少一個噴嘴出口(45)和排放出口(46)，并且在其中設(shè)置有噴嘴室(50)、針控制室(52)、中間室(54)和緩沖室(55)； 針控制室(52)通過包括Z孔口 (66)的第一路徑(61)流體地連接至燃料入口(44)，并且針控制室(52)通過包括F孔口(68)、中間室(54)和A孔口 (67)的第二路徑(62)流體地連接至燃料入口(44)； 電子控制的閥(20)，其附接至噴射器主體(11)并且包括能夠在與閥座(23)接觸的第一位置和與閥座(23)脫離接觸的第二位置之間運動的控制閥構(gòu)件(22)； 當(dāng)控制閥構(gòu)件(22)處于第二位置時，針控制室(52)通過包括A孔口(67)、中間室(54)、E孔口 (69)和緩沖室(55)的第三路徑(63)流體地連接至排放出口(46)，但當(dāng)控制閥構(gòu)件(22)處于第一位置時，針控制室(52)與排放出口(46)阻隔；以及 針閥構(gòu)件(30)，其具有暴露于噴嘴室(50)中的流體壓力的打開液壓表面(31)和暴露于針控制室(52)中的流體壓力的閉合液壓表面(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(10)，其中，E孔口(69)流體地定位在中間室(54)和緩沖室 (55)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料噴射器(10)，其中，閥座是平坦的座(23);并且 第三路徑(63)偏離直線以包括在E孔口(69)和經(jīng)過平坦的座(23)開口的沉孔(64)之間的至少兩個轉(zhuǎn)彎。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(10)，其中，F(xiàn)孔口(68)、A孔口(67)、E孔口(69)和Z孔口 (66)具有相同數(shù)量級的流通面積； F孔口(68)、A孔口(67)、Z孔口 (66)和E孔口 (69)每個由第一盤(16)和第二盤(17)中的一個限定；并且 中間室(54)由第一盤(16)和第二盤(17)限定； 第一盤(16)限定錐形座(40);并且 第二盤(17)具有與第一盤(16)的錐形座(81)接觸的球形表面； 緩沖室(55)由第一盤(16)和包括閥座(23)的座盤(17)限定； E孔口(69)由在朝向閥座(23)的流動方向上縮窄的錐形限定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(10)，其中，E孔口(69)具有中心線(57)，其與緩沖室(55)中的包括閥座(23)的座盤(17)相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴射器(10)，其中，第三路徑偏離直線以包括在E孔口(69)和經(jīng)過閥座(23)開口的沉孔(64)之間的至少兩個轉(zhuǎn)彎； 閥座是平坦的座(23);并且 針閥構(gòu)件(30)的中心線(57)與第三路徑的進入針控制室(52)的開口相交。
7.一種操作燃料噴射器(10)的方法，燃料噴射器(10)具有:噴射器主體(11)，其限定燃料入口(44)、至少一個噴嘴出口(45)和排放出口(46)，并且在其中設(shè)置有噴嘴室(50)、針控制室(52)、中間室(54)和緩沖室(55);針控制室(52)通過包括Z孔口 (66)的第一路徑出1)流體地連接至燃料入口(44)，并且針控制室(52)通過包括F孔口 (68)、中間室(54)和A孔口 (67)的第二路徑(62)流體地連接至燃料入口(44);電子控制的閥(20)，其附接至噴射器主體(11)并且包括能夠在與閥座(23)接觸的第一位置和與閥座(23)脫離接觸的第二位置之間運動的控制閥構(gòu)件(22);當(dāng)控制閥構(gòu)件(22)處于第二位置時，針控制室(52)通過包括A孔口(67)、中間室(54)、E孔口 (69)和緩沖室(55)的第三路徑(63)流體地連接至排放出口(46)，但當(dāng)控制閥構(gòu)件(22)處于第一位置時，針控制室(52)與排放出口(46)阻隔；以及針閥構(gòu)件(30)，其具有暴露于噴嘴室(50)中的流體壓力的打開液壓表面(31)和暴露于針控制室(52)中的流體壓力的閉合液壓表面(32);該方法包括以下步驟: 開始噴射事件； 結(jié)束噴射事件； 開始步驟包括使燃料從針控制室(52)經(jīng)過A孔口(67)并且從噴嘴室(50)經(jīng)過F孔口(68)朝向中間室(54)運動；并且 開始步驟還包括使燃料從中間室(54)朝向排放出口(46)經(jīng)過E孔口 (69)和緩沖室(55)運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，結(jié)束步驟包括停止經(jīng)過E孔口(69)的燃料運動；并且 結(jié)束步驟包括經(jīng)由第一路徑(61)和第二路徑(62)連通從燃料入口(44)至針控制室(52)的壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括從E孔口(69)朝向緩沖室(55)中的座盤(19)引導(dǎo)空泡的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，停止步驟包括使控制閥構(gòu)件(22)運動至與平坦的座(23)接觸的第一位置； 在噴射事件過程中液壓地停止處于打開位置的針閥構(gòu)件(30)； 開始噴射事件的步驟包括液壓地推動控制閥構(gòu)件(22)脫離與平坦的座(23)接觸；以 及 結(jié)束噴射事件的步驟包括使燃料經(jīng)過A孔口 (67)和Z孔口 (66)流入針控制室(52)。
【文檔編號】F02M51/06GK103975160SQ201280060842
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】S·馬伍德, 李振宇, M·C·赫爾, G·W·赫菲爾, L·A·威廉姆斯 申請人:卡特彼勒公司