專利名稱：使用兩個(gè)雙向閥門控制閥的燃料噴射器及方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用的燃料噴射器。
2.相關(guān)技術(shù)描述燃料噴射器向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室噴射加壓的燃料。

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的燃料噴射系統(tǒng)1。噴射系統(tǒng)包括噴嘴2，噴嘴通過(guò)增壓室4與燃料進(jìn)口3連接。通過(guò)噴嘴2的流量是由針閥5控制的，彈簧6把針閥偏壓向關(guān)閉位置。噴射器1包括一增壓柱塞7，柱塞增加室4內(nèi)燃料的壓力。加壓的燃料使針閥5抬起，以允許燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。
增壓柱塞7由工作流體液壓驅(qū)動(dòng)，工作流體通過(guò)口8并由提升閥9控制。提升閥9與促動(dòng)器10連接，可以給促動(dòng)器10通電以把閥9拉到打開位置。如圖2中所示，當(dāng)促動(dòng)器10打開提升閥9時(shí)，工作流體通過(guò)口8并向增壓柱塞7施加壓力。工作流體的壓力使柱塞7移動(dòng)并使燃料增壓。給促動(dòng)器10斷電后，彈簧11和12使提升閥9和增壓柱塞7分別返回到起始位置。
因?yàn)閺?fù)位彈簧的反應(yīng)時(shí)間，所以彈簧復(fù)位的燃料噴射器比較慢。此外，彈簧產(chǎn)生附加力，該附加力必須由促動(dòng)器克服。因此，必須給促動(dòng)器提供足夠的電流以克服彈簧力和閥的慣性。較高的電流產(chǎn)生額外的熱量，并且降低了促動(dòng)器的壽命和性能。而且，由于塑性變形和疲勞，彈簧的剛度可能變化。彈簧剛度的變化將對(duì)噴射器的壽命產(chǎn)生不同的結(jié)果。因此希望提供一種不包含彈簧的燃料噴射器。
授權(quán)給Sturman的美國(guó)專利No.5,460,329公開了一種液壓驅(qū)動(dòng)的燃料噴射器。Sturman噴射器包括一促動(dòng)器啟動(dòng)的流體控制閥，該控制閥控制驅(qū)動(dòng)噴射器增壓器的液壓流體的流量。在一個(gè)位置流體控制閥允許液壓流體流入增壓器。液壓流體的流入驅(qū)動(dòng)增壓器并使燃料從噴射器噴出。當(dāng)控制閥運(yùn)動(dòng)到第二位置時(shí)，增壓器運(yùn)動(dòng)回起始位置并把燃料排泄到噴射器中。
Sturman噴射器的流體控制閥或者是單個(gè)三通閥或者是單個(gè)四通閥?？刂崎y在兩個(gè)位置間運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)位置控制閥允許液壓流體從供給口流入圓柱體通道以驅(qū)動(dòng)增壓器。在另一個(gè)位置控制閥使圓柱體通道與排泄管路連接，使得增壓器運(yùn)動(dòng)回起始位置。因此，控制閥只有兩個(gè)操作方式，驅(qū)動(dòng)增壓器和使增壓器返回。因此希望提供一種具有兩種以上方式的用于液壓驅(qū)動(dòng)噴射器的閥組件。
例如，用于液壓驅(qū)動(dòng)燃料噴射器的液壓流體通常由泵和一系列流體管路提供。流體系統(tǒng)通常包括彈簧偏壓的限壓閥，限壓閥打開以保證流體壓力不會(huì)超過(guò)某一水平。在系統(tǒng)的旁路方式下，泵必須做功以克服限壓閥的彈簧。因此希望噴射器的閥組件還為液壓系統(tǒng)提供旁路功能。
此外，流體控制閥啟動(dòng)或者驅(qū)動(dòng)增壓器以噴射燃料，或者使增壓器返回以向噴射器燃料腔吸入更多的燃料?？赡芟Ｍ言鰤浩鞯奈恢帽３衷谥虚g位置上，以更精確地控制燃料噴射的數(shù)量的速率。現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有一種閥能夠允許把增壓器保持在中間位置上。
發(fā)明綜述本發(fā)明是一種不包含彈簧并且由閥組件控制的燃料噴射器，該閥組件具有兩種以上的操作模式。燃料噴射器包括一殼體，殼體具有一供給口、一排泄口和一與增壓器流體連通的圓柱體通道。增壓器在燃料腔內(nèi)的第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)。燃料腔與燃料口連接。增壓器移入第二位置使燃料腔內(nèi)的流體增壓。加壓的燃料打開針閥，使得燃料通過(guò)殼體的小孔噴出。
圓柱體通道與第一流體控制閥和第二流體控制閥連接。可以使每個(gè)控制閥在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝豢刂崎y移動(dòng)到打開位置時(shí)，供給口與圓柱體流體連通，這樣流體通過(guò)通道流動(dòng)以把增壓器推到第二位置并使燃料從噴射器中噴出。當(dāng)?shù)诙刂崎y被驅(qū)動(dòng)到打開位置時(shí)，圓柱體通道與排泄口連接。增壓器與提供加壓流體的供給管路連接，加壓流體使增壓器運(yùn)動(dòng)回第一位置。針閥也與供給管路連接，以使針運(yùn)動(dòng)回關(guān)閉位置。供給管路使得在閥中不需要任何復(fù)位彈簧。噴射器可具有另外的模式，其中兩個(gè)控制閥都同時(shí)運(yùn)動(dòng)到打開位置以提供供給口和排泄口之間的流體連通，以旁道流體系統(tǒng)。此外，所述控制閥可移動(dòng)到關(guān)閉位置，使得沒(méi)有流體流入圓柱體通道或從圓柱體通道流出，以把增壓器保持在中間位置。
附圖簡(jiǎn)要描述圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的燃料噴射器的橫截面視圖；圖2所示為噴射燃料的現(xiàn)有技術(shù)的燃料噴射器的橫截面視圖；圖3所示為內(nèi)燃機(jī)用燃料噴射系統(tǒng)的示意圖；圖4所示為本發(fā)明的燃料噴射器的橫截面視圖；圖5所示為燃料噴射器的橫截面視圖；圖6所示為表示燃料正在從燃料噴射器中噴出的橫截面視圖；圖7所示為表示噴射器正在吸入燃料的橫截面視圖。
發(fā)明詳細(xì)描述特別通過(guò)參考號(hào)碼參見(jiàn)附圖，圖3所示為燃料噴射系統(tǒng)中的多個(gè)燃料噴射器14a-d。燃料噴射器14a-d是液壓驅(qū)動(dòng)的裝置，用于向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室(未示出)中噴射燃料。燃料噴射器連接在干路(railline)15上，干路15與高壓泵16的出口相連。高壓泵14的進(jìn)口可與低壓泵17的出口相連。低壓泵17的進(jìn)口與液壓流體的儲(chǔ)存器18相連。燃料噴射器14a-d通過(guò)排泄管路20與儲(chǔ)存器18相連。燃料噴射器還與燃料泵22和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料儲(chǔ)存器24相連。盡管所示和描述的是分開的液壓系統(tǒng)，但應(yīng)該理解，噴射器可由發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料驅(qū)動(dòng)。
燃料噴射器14a-d與電子控制器26相連?？刂破?6可包含控制燃料噴射器的啟動(dòng)的微處理器及相關(guān)的存儲(chǔ)器、邏輯和驅(qū)動(dòng)電路。控制器26還可與液壓系統(tǒng)干路(rail line)12中的壓力傳感器28相連。盡管所示和描述的是分開的液壓流體，但應(yīng)該理解，噴射器14a-d可由燃料，而不是液壓流體來(lái)驅(qū)動(dòng)。
圖4和5所示為燃料噴射器14的優(yōu)選實(shí)施例。燃料噴射器14包括閥組件30，其具有第一流體控制閥32和第二流體控制閥34。第一控制閥32與頂部殼體單元(Block)42中的一對(duì)第一供給口36、一對(duì)圓柱體通道38和一對(duì)共用通道40相連。第二控制閥34與頂部單元(Block)42中的共用通道40和排泄口44相連。圓柱體通道38與共用通道40始終流體相通。供給口36連接在干路15上，排泄口44連接在圖3所示的液壓系統(tǒng)排泄管路20上。
第一控制閥32具有第一閥芯46，其通過(guò)第一促動(dòng)器48移動(dòng)到關(guān)閉位置，通過(guò)第二促動(dòng)器50移動(dòng)到打開位置。在打開位置，閥芯46具有環(huán)形凹槽52，該凹槽提供了供給口36和圓柱體通道38之間的流體連通。在關(guān)閉位置，第一閥芯46阻止口36和通道38之間的流體連通。
第二控制閥34具有第二閥芯54，其通過(guò)第一促動(dòng)器36移動(dòng)到關(guān)閉位置，通過(guò)第二促動(dòng)器58移動(dòng)到打開位置。在打開位置，閥芯54具有環(huán)形凹槽60，該凹槽提供了共用通道40和排泄口44之間的流體連通。在關(guān)閉位置，第二閥芯54阻止了通道40和口44之間的流體連通。
促動(dòng)器48、50、56和58各自包含線圈61，線圈61纏繞在線圈架62上。促動(dòng)器48、50、56和58由附著在頂部單元42上的端板64固定。噴射器具有兩個(gè)圓柱體通道和兩個(gè)共用通道40，這樣流體以相等且相反的方向流過(guò)閥芯。相反的液流在閥芯上提供抵銷的流體作用力，該作用力使閥動(dòng)態(tài)平衡。閥芯46和54可各自具有中心管道66，該管道防止泄漏到閥芯端部的流體聚集起來(lái)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，閥芯46和54及端板64是用磁鋼，如52100，制造的。頂部單元42也可用磁鋼材料制造。當(dāng)一個(gè)促動(dòng)器通電后，磁鋼保持足夠的磁性以提供磁力，即使停止向促動(dòng)器供電該磁力也能將閥芯保持在位置上。因此，可以用電子控制器26提供給促動(dòng)器48、50、56或58之一的短數(shù)字脈沖來(lái)轉(zhuǎn)換閥。
頂部單元42附著在外殼68上。外殼68包括增壓器單元70、通道單元72和針殼體74。針殼體74具有許多小孔76，這些小孔允許燃料從燃料噴射器14中噴出。頂部和外殼可整體稱作噴射器殼體。
燃料噴射器18包括增壓器80，該增壓器具有增壓器柱塞82和增壓器頭84。頭部84具有凹腔86，凹腔與圓柱體通道38相連。增壓器80與一對(duì)復(fù)位銷88聯(lián)接，復(fù)位銷位于單元72中的一對(duì)相應(yīng)管道90中。管道90與供給管路92相連，供給管路92與第二供給口94流體連通。第二供給口連接在干路12上。增壓器頭84的面積大于復(fù)位銷的面積，這樣當(dāng)加壓流體流入凹腔86中時(shí)，增壓器80向下方移動(dòng)。當(dāng)圓柱體通道38和凹腔86與排泄口44相連時(shí)，復(fù)位銷使增壓器80運(yùn)動(dòng)回起始位置。
增壓器柱塞82在單元72中的燃料腔內(nèi)96運(yùn)動(dòng)。燃料腔96通過(guò)通道100和101、及一單向止回閥102與一對(duì)燃料進(jìn)口98聯(lián)接。燃料腔96還分別通過(guò)單元74和76中的通道106和108與針腔104相連。針腔104包含針閥110。針閥110被銷112偏壓向關(guān)閉位置。銷112與通道114流體連通，通道114與管道90和加壓液流相連。
如圖6中所示，當(dāng)?shù)谝婚y32轉(zhuǎn)換到打開位置并且第二閥34保持在關(guān)閉位置時(shí)，加壓液流從第一供給口36通過(guò)圓柱體通道38并進(jìn)入到增壓器頭84的凹腔86中。液壓流移動(dòng)增壓器80并把燃料腔96中的燃料推入針腔104中。止回閥102防止燃料通過(guò)燃料進(jìn)口98流回。燃料的壓力使針閥110抬起到打開位置，允許燃料通過(guò)小孔76噴出。
如圖6中所示，第一閥32關(guān)閉并且第二閥34打開，以將排泄口44與圓柱體通道38相連。流體繞過(guò)第一閥32的閥芯46從圓柱體通道38流向共用通道40。凹腔86減少至較低的排泄壓力。供給管道92中的加壓流體向復(fù)位銷88施加壓力并沿向上的方向推增壓器80。增壓器柱塞82的運(yùn)動(dòng)向燃料腔96中吸入更多的燃料。銷112將針閥110推回關(guān)閉位置，其中該過(guò)程可重復(fù)。
在增壓器80的向下沖程中，在第一和第二位置之間，控制器26可啟動(dòng)第一閥32，使得第一閥32和34都處于關(guān)閉位置。在關(guān)閉位置，沒(méi)有流體可流入圓柱體通道38或從中流出，從而將增壓器80的位置固定在中間位置上。同樣，當(dāng)?shù)谝婚y32關(guān)閉并且第二閥34打開以移動(dòng)增壓器80并吸入燃料時(shí)，可關(guān)閉第二閥34以固定增壓器80的位置?？刂破?6可利用該方式改變從燃料噴射器中噴出的燃料量。此外，控制器26可更精確地控制燃料噴射器產(chǎn)生的燃料曲線。
在燃料噴射周期之間，控制器26可使第一閥32和第二閥34都致動(dòng)到打開位置，這樣液壓流從供給口36流到排泄口44。這樣，燃料噴射器10的閥組件30就作為旁路閥?？刂破?6可分析來(lái)自壓力傳感器28的反饋信號(hào)，并通過(guò)將噴射器14置于旁路方式來(lái)降低干線壓力。因此，燃料噴射器可為液壓系統(tǒng)提供燃料噴射器和旁路閥雙重功能。
可以致動(dòng)閥32進(jìn)入四種模式之一。在第一種模式中，第一閥32打開并且第二閥34關(guān)閉，這樣液壓流驅(qū)動(dòng)增壓器80并且燃料從噴射器中噴出。在第二種模式中，第一閥32關(guān)閉并且第二閥34打開，以使增壓器80復(fù)位并且向噴射器中吸入燃料。在第三種模式中，閥32和34都關(guān)閉以把增壓器80固定在中間位置。在第四種模式中，第一閥32和第二閥34都打開，這樣噴射器就作為旁路閥。
盡管在附圖中描述并表示了某些示范性實(shí)施例，但應(yīng)理解，這種實(shí)施例對(duì)本發(fā)明僅僅是描述性的，而不是限制性的，并且本發(fā)明不應(yīng)局限于所示和描述的特定構(gòu)造和布置方式，對(duì)于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講可進(jìn)行各種其它的變型。
權(quán)利要求
1.一種噴射燃料的燃料噴射器，包括一殼體，殼體具有第一供給口、一排泄口和一圓柱體通道；一與所述圓柱體通道相連的增壓器，所述增壓器從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置以噴射燃料；一第一流體控制閥，其在關(guān)閉位置和打開位置之間致動(dòng)，其中在所述打開位置所述第一流體控制閥提供所述第一供給口和所述圓柱體通道之間的流體連通，使得所述增壓器從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置；一第二流體控制閥，其在關(guān)閉位置和打開位置之間致動(dòng)，其中在所述打開位置所述第二流體控制閥提供所述圓柱體通道和所述排泄口之間的流體連通，使得所述增壓器從第二位置運(yùn)動(dòng)到第一位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一和第二流體控制閥各自包括一雙向促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的閥芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述每個(gè)流體控制閥的閥芯通過(guò)殘余的磁力保持在一個(gè)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一流體控制閥通過(guò)一共用組件與所述第二流體控制閥相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述殼體包括供給管路，供給管路連接在所述增壓器上，當(dāng)所述第二流體控制閥處于打開位置時(shí)，供給管路提供流體使所述增壓器從第二位置運(yùn)動(dòng)到第一位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的燃料噴射器，其特征在于，殼體具有與所述供給管路相連的第二供給口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的燃料噴射器，還包括一與所述供給管路相連的銷，該銷將所述增壓器從第二位置推至第一位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述增壓器在燃料腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，該燃料腔與所述殼體中的燃料口和小孔相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的燃料噴射器，還包括一針閥，該針閥在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，這樣當(dāng)所述增壓器處于第二位置并且所述針閥處于打開位置時(shí)，燃料從所述燃料腔并通過(guò)所述小孔噴出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述針閥與所述供給管路相連，這樣當(dāng)所述增壓器從第二位置向所述第一位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體使所述針閥從打開位置向關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)。
11.一噴射燃料并由流體驅(qū)動(dòng)的燃料噴射器，包括一殼體，該殼體包括一第一供給口、一排泄口、一圓柱體通道、一與燃料口和小孔相連的燃料腔和一與第二供給口相連的供給管路，其中流體流過(guò)所述第一和第二供給口，并且燃料從所述燃料口流入所述燃料腔；一針閥，該針閥在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，以控制從所述燃料腔穿過(guò)所述小孔的燃料流量；一增壓器，該增壓器與所述圓柱體通道和所述供給管路相連，所述增壓器在所述燃料腔內(nèi)從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置，以使燃料從所述燃料腔通過(guò)所述小孔噴出；一第一流體控制閥，該閥在關(guān)閉位置和打開位置之間致動(dòng)，其中在所述打開位置所述第一流體控制閥提供所述第一供給口和所述圓柱體通道之間的流體連通，使得所述增壓器從第一位置向第二位置運(yùn)動(dòng)；一第二流體控制閥，該閥在關(guān)閉位置和打開位置之間致動(dòng)，其中在所述打開位置所述第二流體控制閥提供所述圓柱體通道和所述排泄口之間的流體連通，使得所述增壓器從第二位置向第一位置運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一和第二流體控制閥各自包括一雙向促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的閥芯。
13.根據(jù)權(quán)利要求12中所述的燃料噴射器，其特征在于，每個(gè)流體控制閥的所述閥芯通過(guò)殘余的磁力保持在一個(gè)位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一流體控制閥通過(guò)一共用組件與所述第二流體控制閥相連。
15.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的燃料噴射器，還包括一與所述供給管路相連的銷，該銷將所述增壓器從第二位置推向第一位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的燃料噴射器，其特征在于，所述針閥與所述供給管路相連，使得當(dāng)所述增壓器從第二位置向所述第一位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體使所述針閥從打開位置向關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)。
17.用于驅(qū)動(dòng)噴射燃料的燃料噴射器的方法，包括如下步驟a)提供一燃料噴射器，其包括一殼體，殼體具有第一供給口、一排泄口和一圓柱體通道；一與所述圓柱體通道相連的增壓器，所述增壓器從第一位置向第二位置運(yùn)動(dòng)以噴射燃料；一第一流體控制閥，該閥在關(guān)閉位置和打開位置之間致動(dòng)，其中在所述打開位置所述第一流體控制閥提供所述第一供給口和所述圓柱體通道之間的流體連通，使得所述增壓器從第一位置向第二位置運(yùn)動(dòng)，在關(guān)閉位置所述第一流體控制閥阻止所述供給口和所述圓柱體通道之間的流體連通；一第二流體控制閥，該閥在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在所述打開位置所述第二流體控制閥提供所述圓柱體通道和所述排泄口之間的流體連通，使得所述增壓器從第二位置向第一位置運(yùn)動(dòng)，在關(guān)閉位置所述第二流體控制閥阻止所述圓柱體通道和所述排泄口之間的流體連通；b)驅(qū)動(dòng)所述第一流體控制閥到打開位置，以使所述增壓器運(yùn)動(dòng)到第二位置；c)驅(qū)動(dòng)所述第二流體控制閥到打開位置及所述第一流體控制閥到關(guān)閉位置，以使所述增壓器運(yùn)動(dòng)到第二位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17中所述的方法，還包括步驟(d)，即驅(qū)動(dòng)所述第一和第二控制閥到關(guān)閉位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17中所述的方法，還包括步驟(d)，即驅(qū)動(dòng)所述第一流體控制閥到打開位置。
全文摘要
一種不包含彈簧并且由閥組件控制的燃油噴射器(18)。該閥組件具有兩種以上的操作方式。燃油噴射器包括殼體,殼體具有供給口(36)、排泄口(44)和與增壓器(80)流體連通的圓柱體通道(38)。增壓器在燃料腔(36)內(nèi)的第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)。燃料腔與燃料進(jìn)口連接。增壓器向第二位置的移動(dòng)使燃料腔(36)中的燃料增壓。加壓的燃料打開針閥(110),使得燃料通過(guò)殼體的小孔(76)噴出。圓柱體通道與第一流體控制閥(32)和第二流體控制閥(34)連接?？梢允姑總€(gè)控制閥在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝豢刂崎y運(yùn)動(dòng)到打開位置時(shí),供給口與圓柱體通道流體連通,這樣流體穿過(guò)通道把增壓器(80)推到第二位置并使燃料從噴射器中噴出。當(dāng)?shù)诙刂崎y(34)運(yùn)動(dòng)到打開位置時(shí),圓柱體通道與排泄口(44)連接。增壓器與供給管路連接。該供給管路提供流體使增壓器返回到第一位置;針也連接在回流管路(114)上以使針?lè)祷氐疥P(guān)閉位置。
文檔編號(hào)F03B13/26GK1265175SQ98806093
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月15日
發(fā)明者奧德·E·斯特曼, S·馬西 申請(qǐng)人:奧德E·斯特曼, 斯特曼工業(yè)公司