專利名稱：具有帶凹部的止回頂端的燃料噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料噴射器，更特別地，涉及一種具有帶凹部的止回 頂端的燃料噴射器。
背景技術(shù)：
共軌燃料系統(tǒng)通常利用多個(gè)封閉噴嘴燃料噴射器向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室噴 射高壓燃料。這些燃料噴射器都包括具有柱狀孔的、帶有噴嘴供給通道和 噴嘴出口的噴嘴組件。止回針閥可在柱狀孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并被偏壓向噴嘴 出口被阻斷的位置。為噴射燃料，可選擇性地使止回針閥移動(dòng)以打開噴嘴 出口，從而允許來自噴嘴供給通道的高壓燃料噴射到燃燒室中。
在打開位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)止回針閥的一種方式包括排干和填充 與止回針閥的底部相關(guān)的控制腔。特別地，可為控制腔填充加壓流體以將 止回針閥保持在關(guān)閉位置，和選擇性地排出加壓流體以朝向打開位置偏壓 止回針閥。當(dāng)處于打開位置時(shí)，通過止回針閥的底部阻止加壓燃料流向控 制腔，從而使在向低壓貯存器排出加壓燃料方面的損失最小化。
這種燃料噴射器布置的一個(gè)問題在于效率。特別地，盡管阻止加壓燃 料流入控制腔會(huì)4吏損失最小化，但由于止回針閥的底部不會(huì)完全阻斷加壓 燃料流入控制腔，所以仍會(huì)有一些燃料被排出到低壓貯存器。發(fā)動(dòng)機(jī)制造 商用于減小這種加壓燃料損失和改^目關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的方法包括改變止
回針閥底部的形狀以更好地密封控制腔。在于1996年1月30日授予Zuo 的美國(guó)專利No. 5,487,508 ('508專利)中描述了改變止回針岡底部的一個(gè) 例子。'508專利公開了一種燃料噴射器噴嘴和尖端組件，該組件包括限定 一腔室的、在一端具有噴射孔口而另一端具有控制接口的止回殼體。在所
述腔室中設(shè)置有一止回針閥，該止回針閥在一端具有用于阻斷孔口的末端， 而在另一端具有用于阻斷控制接口的控制接口止回件。控制接口止回件是 錐形的，用以安放在控制接口的具有互補(bǔ)形狀的座上。
盡管'508專利的燃料噴射器噴嘴可通過改變控制接口止回件的幾何結(jié) 構(gòu)來減小加壓燃料的損失和提高有關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率，但這也是存在問題且 代價(jià)昂貴。例如，由于控制接口止回件和控制接口的座面是錐形的并設(shè)計(jì) 成彼此接合，即使兩個(gè)表面有微小地不對(duì)齊也會(huì)導(dǎo)致加壓燃料的泄露。另 外，兩上錐形座面制造困難且成本高。
本發(fā)明的燃料噴射器解決了 一個(gè)或多個(gè)上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面涉及一種燃料噴射器。該燃料噴射器包括具有第一端和 第二端的噴嘴件。燃料噴射器的第一端具有至少一個(gè)孔口。燃料噴射器還 包括控制腔，該控制腔朝向噴嘴件的第二端設(shè)置，并具有大致垂直于噴嘴 件的軸向方向的端壁部分。燃料噴射器還包括設(shè)置在控制腔的端壁部分中 的接口和經(jīng)由接口與控制腔流體連通的至少一個(gè)通道。燃料噴射器還包括 具有末端和基部端的針閥元件。所述末端構(gòu)造成選擇性地阻斷燃料流過所 述至少一個(gè)孔口。所述基部端部包括構(gòu)造成蓋住接口的凹部。
本發(fā)明另一方面涉及一種向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室噴射燃料的方法，該方法 包括經(jīng)由接口流體地連通與噴嘴件有關(guān)的控制腔。該方法還包括選擇性地 移動(dòng)針閥元件以阻斷通過接口的流體連通，和當(dāng)通過接口的流體連通,皮阻 斷時(shí)將燃料保持在針閥元件內(nèi)。


圖l是示例性公開的燃料系統(tǒng)的示意圖2是示例性公開的用于圖l的燃料系統(tǒng)的燃料噴射器的剖面圖3A是示例性公開的用于圖2的燃料噴射器的止回針閥結(jié)構(gòu)的細(xì)部
剖面圖3B是另一示例性公開的用于圖2的燃料噴射器的止回針閥結(jié)構(gòu)的 細(xì)部剖面圖4是示例性公開的用于圖1的燃料系統(tǒng)的可選燃料噴射器的剖面圖；
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有發(fā)動(dòng)機(jī)10和燃料系統(tǒng)12的示例性實(shí)施例的機(jī)械5。機(jī) 械5可以是執(zhí)行與例如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、發(fā)電、運(yùn)輸或現(xiàn)有技術(shù)中已知 的其它行業(yè)相關(guān)的某種操作的固定式機(jī)械或移動(dòng)式機(jī)械。例如，機(jī)械5可 具體是運(yùn)土機(jī)械、發(fā)電機(jī)組、泵、或其它任何合適的執(zhí)行某種操作的機(jī)械。
為本發(fā)明的目的，所描述的發(fā)動(dòng)機(jī)10是四沖程柴油機(jī)。然而，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是任何其它類型的內(nèi)燃機(jī)，例如汽油 機(jī)或氣體燃料動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括至少部分地限定出多個(gè)氣缸 16的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體14、可滑動(dòng)地設(shè)置在各氣缸16內(nèi)的活塞18、以及與各氣 缸16有關(guān)的氣釭蓋20。
氣缸16、活塞18和氣缸蓋20可形成燃燒室22。在所示的實(shí)施例中， 發(fā)動(dòng)機(jī)IO包括6個(gè)燃燒室22。然而，可設(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括更多或更少 的燃燒室22，燃燒室22可布置成"直列式"構(gòu)型或"V形"構(gòu)型，或任 何其它合適的構(gòu)型。
如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體14內(nèi)的曲 軸24。連桿26可將各活塞18連接到曲軸24,以使得活塞18在各氣缸16 內(nèi)的的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起曲軸24的旋轉(zhuǎn)。相似地，曲軸24的旋轉(zhuǎn)可引起活塞 18的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
燃料系統(tǒng)12可包括協(xié)同作用以向各燃燒室22分送加壓燃料射流的部 件。具體地，燃料系統(tǒng)12可包括設(shè)計(jì)成保持燃料供給的箱28和設(shè)計(jì)成為 燃料加壓并通過共用軌道34將加壓的燃料供給到多個(gè)燃料噴射器32的燃 料泵組件30?？稍O(shè)想，如需要，可在燃料系統(tǒng)12中也可包括附加的或不 同的部件，例如燃料濾清器、水分離器、補(bǔ)償閥、安全閥、先導(dǎo)閥和能量 再生/回收裝置。
燃料泵組件30可包括一個(gè)或多個(gè)泵送裝置，所述泵送裝置作用使得從 箱28抽出的燃料的壓力增加，并將一股或多股加壓的燃料流引導(dǎo)到共用軌 道34。在一個(gè)示例中，燃料泵組件30包括通過燃料管路40流體地串聯(lián)連 接的低壓源36和高壓源38。低壓源36可具體是設(shè)計(jì)成為高壓源38提供 低壓供給的輸送泵。高壓源38可以是設(shè)計(jì)成接受低壓供給并使燃料壓力增 加到約30-300MPa的范圍內(nèi)。高壓源38可以通過燃料管路42與共用軌道 34相連接?？稍谌剂瞎苈?2中設(shè)置止回閥44，以使燃料從燃料泵組件30 向共用軌道34單向流動(dòng)。
低壓和高壓源36、 38中一個(gè)或二者可操作地與發(fā)動(dòng)機(jī)10相連接并由 曲軸24驅(qū)動(dòng)。低壓和/或高壓源36、 38可以以本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的方 式與曲軸24相連接，使得曲軸24的旋轉(zhuǎn)引起泵驅(qū)動(dòng)軸的相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。例 如圖1中示出的高壓源38的泵驅(qū)動(dòng)軸46通過(齒)輪系/傳動(dòng)機(jī)構(gòu)48與 曲軸24相連接。然而可設(shè)想，低壓和高壓源36、 38中一個(gè)或二者或者可 以電力地、液壓地、氣動(dòng)地或以其它任何合適的方式來驅(qū)動(dòng)。
在氣缸蓋20中可設(shè)置有燃料噴射器32，該燃料噴射器32通過多個(gè)分 配管路50與共用軌道34流體地連接。各燃料噴射器32可操作成在預(yù)定的 時(shí)刻、燃料壓力和燃料流率下噴射一定量的加壓的燃料到有關(guān)燃料室22 中。向燃料室22中的燃料噴射的時(shí)刻可與活塞18的運(yùn)動(dòng)同步。例如，可 在壓縮沖程期間在活塞18接近上止點(diǎn)位置時(shí)噴射燃料，以允許所噴射燃料 的壓縮-點(diǎn)火燃燒?；蛘?，可在活塞18朝向上止點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)、開始?jí)嚎s沖 禾呈時(shí)噴射燃料，以進(jìn)4亍均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)火(homogenous charge compression ignition)操作。燃料也可以在膨脹沖程期間當(dāng)活塞18從上止點(diǎn)位置向下 止點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)被噴射，以進(jìn)行后噴射，以便產(chǎn)生用于后處理再生的還原 環(huán)境。
如圖2所示，各燃料噴射器32可具體是封閉噴嘴單元燃料噴射器。具 體地，各燃料噴射器32可包括容納有導(dǎo)向件54、噴嘴件56、螺線管致動(dòng) 器59和針閥元件58的噴射器本體52?？稍O(shè)想，各燃料噴射器32可具體 是加強(qiáng)的或非加強(qiáng)的共軌噴射器，如需要還包括與圖2中所示的部件相比
附加的或不同的部件，例如附加的螺線管致動(dòng)器、壓電致動(dòng)器和附加的閥 元件。
噴射器本體52可以是設(shè)計(jì)成用于組裝在氣缸蓋20內(nèi)的柱狀件。噴射 器本體52可具有用于接納導(dǎo)向件54和噴嘴件56的中心孔60和噴嘴件56 的末端64可穿過其中突出的開口 62,可在導(dǎo)向件54與噴嘴件56之間設(shè) 置密封件(例如O形環(huán)(未示出))，以阻止燃料從燃料噴射器32泄露。
導(dǎo)向件54也可以是具有中心孔68和控制腔71的柱狀件，所述中心孔 68設(shè)計(jì)成用于接納針閥元件58。中心孔68可用作保持從燃料供給通道70 供給的加壓燃料的壓力腔。在噴射期間，來自分配管路50的加壓燃料可流 動(dòng)穿過燃料供給通道70和中心孔68到達(dá)噴嘴件56。
可選擇性地將加壓的燃料排出或供給到控制腔71。具體地，控制腔71 和螺線管致動(dòng)器59可流體地連接控制通道73，以用于排空和填充控制腔 71。也可以經(jīng)由供給通道77和接口 78向控制腔71供給加壓的燃料，該接 口 78與針閥元件58沿軸向?qū)R，并與燃料供給通道70相連通。接口 78 的直徑可小于控制通道73和供給通道77的直徑，以允許在從控制通道73 排出加壓的燃料時(shí)在控制腔71中的壓力降。
相似地，噴嘴件56可以是具有設(shè)計(jì)成接納針閥元件58的中心孔72 的柱狀件。噴嘴件56也可包括一個(gè)或多個(gè)孔口 80,以允許來自中心孔68 的加壓燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)10的相關(guān)的燃燒室22中。
螺線管致動(dòng)器59可設(shè)置成與噴嘴件56的孔口 80相對(duì)，以控制燃料流 入或流出控制腔71。特別地，螺線管致動(dòng)器59可包拾沒置在位于控制腔 71與箱28之間的控制通道73中的三位比例岡元件106。比例閥元件106 可以;故彈簧偏壓、并由螺線管致動(dòng)以在第一位置、第二位置與第三位置之 間移動(dòng)，其中，在第一位置處允許燃料從控制腔71流入箱28，在第二位 置處加壓的燃料從分配管路50流過控制通道73進(jìn)入控制腔71中，在第三 位置處阻斷燃料流過控制通道73。比例閥元件106的在第一、第二和第三 位置間的位置可確定燃料通過控制通道73的流率以及流動(dòng)方向。比例閥元 件106可以響應(yīng)于施加到與比例閥元件106有關(guān)的螺線管108的電流而移
動(dòng)到第一、第二和第三位置間的任何位置?？稍O(shè)想，比例閥元件106或者 可由液壓致動(dòng)、機(jī)械致動(dòng)、氣動(dòng)致動(dòng)或以任何其它合適的方式來致動(dòng)。也 可設(shè)想比例閥元件也可以是非比例的兩位閥元件，如需要，該元件可僅在 控制腔排空位置與控制腔填充位置之間或僅在控制腔排空位置與阻斷位置 之間移動(dòng)。
針閥元件58可以是滑動(dòng)地設(shè)置在導(dǎo)向件54和噴嘴件56內(nèi)的長(zhǎng)形的柱 狀元件。針閥元件58可在第一位置與第二位置之間沿軸向移動(dòng)，其中，在 第一位置處，針閥元件58的末端82阻斷燃料流過孔口 80,在第二位置處， 孔口 80打開以使燃料流入燃燒室22。
針閥元件58通?？杀黄珘合虻谝晃恢谩Ｌ貏e地，如圖2可見，各燃料 噴射器32可包拾沒置在導(dǎo)向件54的止擋部92與針閥元件58的座面94 之間、以朝向孔口阻斷位置沿軸向偏壓末端82的彈簧卯?？稍趶椈?0與 止擋部92之間設(shè)置第一分隔件96,在彈簧90與座面94之間設(shè)置第二分 隔件98，以減小燃料噴射器32內(nèi)的部件的磨損。
針閥元件58可具有多個(gè)傳動(dòng)液壓表面。特別地，針閥元件58可包括 用于當(dāng),皮控制腔71中的加壓燃料作用時(shí)朝向第一或孔口阻斷位置驅(qū)動(dòng)針 閥元件58的液壓表面100,以及用于反向偏壓彈簧90和沿相反方向向第 二或孔口打開位置驅(qū)動(dòng)針閥元件58的液壓表面104。當(dāng)被偏壓向第二位置 時(shí)，針閥元件58可構(gòu)造成蓋住供給通道77。具體地，針閥元件58的基部 端110可包括具有環(huán)形邊緣114的凹部112，該邊緣114構(gòu)造成在針閥元 件58移動(dòng)到第二位置時(shí)與控制腔71的端壁部分116相接合。邊緣114與 端壁部分116的接合可基本上阻斷加壓流體從供給通道77流入控制腔71。
如圖3A的放大圖所示，凹部112可以是凹面，且內(nèi)徑"D"大于接口 78的內(nèi)徑"d"。如圖3A中所示，凹部112的高度可由字母"H"表示。 凹部112的尺度可設(shè)計(jì)成使得由針閥元件58的關(guān)閉運(yùn)動(dòng)引起的凹部112 內(nèi)的壓力形成可能不足以致使針閥元件58跳離端壁部分116。在一個(gè)示例 中，由位于凹部112內(nèi)、在接口 78下方、具有高度"H"和直徑"d"的 假想的柱體限定的環(huán)形表面積可以是接口 78的橫截面積的四倍。為提供這
種需要的關(guān)系，凹部112的高度可設(shè)定成接近接口 78的直徑(即H=d)。 針閥元件58的一可選實(shí)施形式在圖3B的放大圖中示出。與圖3A的 針閥元件58相似，圖3B的針閥元件58包括構(gòu)造成蓋住供給通道77的凹 部112。然而，與圖3A的凹部112不同，圖3B的凹部112可以是柱形形 狀的。
圖4示出燃料噴射器32的一可選實(shí)施例。與圖2的燃料噴射器32相 似，圖4的燃料噴射器32包括噴射器本體52、導(dǎo)向件54、噴嘴件56和針 閥元件58，形成具有供給和控制通道77和73的控制腔71。然而，與圖3 的燃料噴射器32不同，供給和排出通道位置改變，其中凹部112設(shè)計(jì)成蓋 住控制通道73而不是供給通道77。
工業(yè)適用性
本發(fā)明的燃料噴射器可廣泛應(yīng)用于包括例如柴油機(jī)、汽油機(jī)和氣體燃 料動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各種不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)中。本發(fā)明的燃料噴射器可 應(yīng)用到任何使用加壓燃料系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，其中，有利地使在有意識(shí)地排 空控制腔期間加壓燃料向燃料噴射器的控制腔的泄露最少。下面說明燃料 噴射器32的工作。
由流體壓力導(dǎo)致的不平衡力會(huì)使針岡元件58移動(dòng)。例如，當(dāng)針閥元件 58處于笫一或孔口阻斷位置時(shí)，來自燃料供給通道77和73的加壓燃料會(huì) 流入控制腔71中，以作用在液壓表面100上。同時(shí)，在噴射前，來自燃料 供給通道70的加壓燃料可流入中心孔68。彈簧90的力與液壓表面100處 產(chǎn)生的液壓力相結(jié)合可能會(huì)大于在液壓表面104處產(chǎn)生的相反的力，從而 使針閥元件58保持在第一位置并阻止燃料流過孔口 80。為打開孔口 80并 開始從中心孔68向燃燒室22噴射加壓燃料，螺線管致動(dòng)器59可使比例閥 元件106移動(dòng)，以選擇性地從控制腔71和液壓表面100排出加壓燃料。作 用在液壓表面100上的壓力的這種降低可允許作用在液壓表面104上的相 反的力克服彈簧卯的偏壓力，從而朝向孔口打開位置移動(dòng)針閥元件58。
當(dāng)針閥元件58位于第一或孔口打開位置時(shí)，加壓燃料通過燃料供給通
道77向控制腔71的任何泄露都會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)10的效率。因此，為提高發(fā) 動(dòng)機(jī)10的效率，針閥元件58的邊緣114可與控制腔71的端壁部分116 相接合并在二者之間形成密封，這種密封會(huì)使泄露的可能性最小。因?yàn)獒?閥元件58包括凹部112，所以由針閥元件58的關(guān)閉運(yùn)動(dòng)引起的壓力形成 可由凹部112吸收并保持在該凹部112中，從而使針閥元件58跳離端壁部 分116的可能性最小化。
因?yàn)檫吘?14可接合在端壁部分116的幾乎任何位置處并仍形成希望 的密封，所以針閥元件58與接口 78不對(duì)齊也無關(guān)緊要。另外，因?yàn)檫吘?114與端壁部分116的配合表面基本是平的，所以制造燃料噴射器32所需 的制造過程可相對(duì)簡(jiǎn)單且廉價(jià)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能顯見，可在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)本 發(fā)明的燃料噴射器作出各種不同的修改和變型。在研究說明書并對(duì)說明書 中公開的燃料噴射器進(jìn)行實(shí)施的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)顯見其它實(shí) 施方式。本說明書及所述示例僅用于示例目的，而本發(fā)明的真實(shí)范圍由所 附權(quán)利要求及其等同方案表示。
權(quán)利要求
1. 一種燃料噴射器(32)，包括噴嘴件(56)，該噴嘴件(56)具有含至少一個(gè)孔口(80)的第一端(64)和第二端；控制腔(71)，該控制腔(71)朝向噴嘴件的第二端設(shè)置，并具有大致垂直于噴嘴件的軸向方向的端壁部分(116)；接口(78)，該接口設(shè)置在控制腔的端壁部分中；至少一個(gè)通道(77)，該通道(77)經(jīng)由接口與控制腔流體連通；針閥元件(58)，該針閥元件包括構(gòu)造成選擇性地阻斷燃料流過所述至少一個(gè)孔口的末端(82)；和具有凹部(112)的基部端(110)，所述凹部構(gòu)造成用于蓋住所述接口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料噴射器，其特征在于，所述至少一個(gè) 流體通道構(gòu)造成用于選擇性地從控制腔排出燃料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料噴射器，其特征在于，所述至少一個(gè) 流體通道構(gòu)造成用于選擇性地向控制腔供給燃料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其特征在于，所述凹部是凹 面形狀的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料噴射器，其特征在于，所述凹部是柱 形形狀的。
6. —種向發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃燒室(22)噴射燃料的方法，該方法包括為燃料加壓；經(jīng)由接口 (78)流體地連通與噴嘴件(56)相關(guān)的控制腔(71); 選擇性地移動(dòng)針閥元件以阻斷流體連通；和 當(dāng)燃料連通被阻斷時(shí)將燃料保持在針閥元件內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，保持燃料包括將燃料 保持在針閥元件的凹部(112)內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹部是凹面形狀的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述凹部是柱形形狀的。
10. —種機(jī)械(5 )，包括構(gòu)造成用于產(chǎn)生動(dòng)力輸出并具有至少一個(gè)燃燒室(22 )的發(fā)動(dòng)機(jī)(10 ); 加壓燃料源(30);和根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燃料噴射器(32 ),該燃料噴射 器(32)構(gòu)造成用于將經(jīng)加壓的燃料噴射到所述至少一個(gè)燃燒室中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械(10)的燃料噴射器(32)。該燃料噴射器包括具有第一端(64)和第二端的噴嘴件(56)。燃料噴射器的第一端具有至少一個(gè)孔口(80)。燃料噴射器還包括控制腔(71)，該控制腔(71)朝向噴嘴件的第二端設(shè)置，并具有大致垂直于噴嘴件的軸向方向的端壁部分(116)。燃料噴射器還包括設(shè)置在控制腔的端壁部分中的接口(78)和至少一個(gè)通道(77)，所述通道(77)經(jīng)由接口與控制腔流體連通。燃料噴射器還包括具有末端(82)和基部端(110)的針閥元件(58)。所述末端構(gòu)造成用于選擇性地阻斷燃料流過所述至少一個(gè)孔口。所述基部端包括構(gòu)造成用于蓋住接口的凹部(112)。
文檔編號(hào)F02M59/36GK101395365SQ200780007094
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者D·H·吉布森, 孫金輝, 康海軍 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司