喷射装置及使用喷射装置的方法与流程

文档序号:11236338
喷射装置及使用喷射装置的方法与流程

本发明涉及用于在压力下喷射流体的喷射装置,例如用于内燃机的燃料喷射装置、用于在压力下将液体例如催化剂喷射到化学反应容器中的装置、以及其他的用于喷射一定剂量流体的装置。

虽然本发明适用于具有测定剂量的流体将会在压力下被喷射的任何情况,但是具体地参考将燃料喷射到内燃机中来描述本发明将会是较为方便的。



背景技术:

用于内燃机中的喷油嘴,包括火花点火引擎和压缩点火(或柴油机)发动机两者,一般使用外部的泵来在充足的压力下提供燃料以供喷射到发动机气缸中。发动机工作循环中的喷射点的定时被通过使用机械或电气方式从外部控制喷嘴阀门的运行来确定。提供外部泵送和控制的一个缺点是需要提供和维护这类外部系统。

喷油嘴,尤其是从外部的泵被供油的喷油嘴中的一般问题是缺少对于关联的气缸中的任何故障情况的响应性。例如,如果活塞环破裂,已知的喷油嘴将会继续将燃料供给喷射到气缸中。这样燃料将会被从发动机排出,导致由排出的未燃烧的燃料造成的空气污染。

EP0601038示出了一种喷射装置。

US4427151示出了一种喷射装置。



技术实现要素:

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述活塞设有朝向所述关联的腔室的第一活塞工作面积,所述活塞第一工作面积是环形的。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述喷嘴阀门开设有相对于第二阀门部件可以移动的第一阀门部件,所述第二阀门部件相对于所述喷嘴的所述本体被固定。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述控制腔室中的流体被阀门控制,所述阀门具有被偏置部件偏置到关闭位置的可移动部件,所述阀门具有第一压力区域和第二压力区域,所述第一压力区域的增压趋向于打开所述阀门,所述第二压力区域的增压趋向于关闭所述阀门;

其中在所述第一压力区域的压力与在所述第二压力区域的压力的平衡导致所述阀门关闭。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述控制腔室中的流体被操作第一阀门的第一电磁阀与操作第二阀门的第二电磁阀控制。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述控制腔室从入口被选择性地补给,并且所述控制腔室被通过出口向低压区域选择性地泄压;所述喷射装置还包括从所述入口被补给并且被通过所述出口向所述低压区域泄压的冷却回路。

根据本发明的一个方面,提供一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室内的喷射器喷嘴,所述喷嘴包括盘体,所述盘体具有多个围绕所述盘体的外围设置的喷嘴孔。

根据本发明的一个方面,提供一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室内的喷射器喷嘴,所述喷嘴包括至少一个喷嘴孔,所述喷嘴孔具有小于0.05mm,或者小于0.025mm的横截面尺寸。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中有多个关联的喷嘴孔被围绕着盘体设置,所述盘体构成喷射器喷嘴的一部分。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述活塞被设置成在使用中围绕轴线旋转。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述活塞设有朝向所述关联的腔室的第一活塞工作面积,并且所述活塞还设有与所述高压腔室处于流体连通的第二活塞工作面积,所述第一活塞工作面积由第一外缘限定,所述第一外缘具有用于相对于所述喷射器的第一组件运动的第一密封面;

所述第二活塞工作面积由第二外缘限定,所述第二外缘具有用于相对于所述喷射器的第二组件运动的第二密封面;

其中所述活塞的所述第一密封面与所述活塞的所述第二密封面被相对于彼此固定,而所述喷射器的所述第一组件与所述喷射器的所述第二组件是相对于彼此可以横向地运动的。

根据本发明的一个方面,提供一种制造喷嘴孔的方法,其包括:

a)提供第一部件;

b)提供第二部件;

c)在所述第二部件内提供凹陷部分;

d)将所述第一部件连接到所述第二部件,使所述凹陷部分构成所述喷嘴孔的至少一部分。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中所述喷射装置不具有被操作用来偏置所述活塞的机械装置。

根据本发明的一个方面,提供一种用于在压力下将流体喷射到关联的腔室中的喷射装置,所述喷射装置包括:

本体;

活塞,所述活塞在朝着所述活塞从外部作用的所述关联的腔室中的流体压力的作用下可以在所述本体中移动,所述活塞可以被操作用来在高压腔室中压缩将要被喷射的流体,且所述活塞在控制腔室中可以抵抗流体压力的作用而移动,其中所述活塞的移动是可以通过控制所述控制腔室中的流体而选择性地控制的;

与所述高压腔室选择性地流体连通的喷嘴阀门以及关联的喷嘴孔;其中当所述喷嘴阀门打开时,来自所述高压腔室的高压流体可以被通过所述喷嘴孔喷射;

其中作用在所述活塞上的流体压力导致所述活塞的运动单独地发生。

附图说明

本发明现在将会被参考附图仅仅通过示例的方式来进行描述,在附图中:

图1是根据本发明的喷射装置的横截面示意图;

图2是图1的放大示意图;

图3示出了容纳在内燃机中的图1的所述喷射装置;

图4是图1的进一步的示意图,示出了冷却回路;

图5示出了处于填充过程中的图1的所述喷射装置;

图6示出了处于喷射过程中的图1的所述喷射装置;

图7示出了图1的活塞的放大示意图;

图8示出了处于喷射过程末尾的图1的所述喷射装置;

图9示出了处于另一个状态下的图1的所述喷射装置;

图10示出了处于又一个状态下的图1的所述喷射装置;

图11示出了根据本发明的喷射装置的又一个实施方式的横截面示意图的一部分;

图12示出了沿着箭头B的方向作出的图11的所述喷射装置的截面;

图13示出了沿着箭头B的方向示出的图11的所述喷射装置的一部分;

图14示出了沿着箭头L的方向作出的图11的部分示意图;

图15示出了与图14的示意图相似的示意图,其具有替换形状的凹槽;以及

图16示出了与图11的示意图相似的示意图,其属于图11的所述喷射装置的一种变体。

具体实施方式

参阅附图,在此示出了一种喷射器10,其具有大致为圆柱形的喷射器主体12。在所述喷射器的顶部安装有第一电磁阀14,其操纵第一阀门16。第二电磁阀18被安装在所述第一电磁阀旁边并操纵第二阀门20。喷嘴阀门22被安装在所述本体内且包括第一阀门部件24和第二阀门部件26。活塞28被安装在所述本体的与所述第一电磁阀相对的一端内。所述本体包括圆柱形套管30。所述本体包括如下的多种流体端口/通路/区域:

入口端口32

出口端口34

冷却通路36,包括通路37、通路38及通路39

控制腔室40,包括区域41、区域42、区域43、区域44、区域45、区域46、区域47、区域48及区域49

高压区域50

区域52

出口通路54

在所述入口端口32和所述区域41之间设有单向阀56,在本实施方式中其为加载弹簧的球阀。

在所述区域46和所述高压区域50之间设有单向阀58,在本实施方式中其为加载弹簧的先导式球阀。

控制阀60(具体参见图2)包括由圆柱形壁部62以及圆形端面63限定的阀门部件61。所述控制阀60在所述喷射器本体12的通孔64内可以滑动。

所述圆形端面63朝向区域49。所述圆柱形壁部62的一部分朝向区域52。所述阀门部件61的一部分朝向区域48。所述阀门部件61在图2的箭头A的方向上的运动将会导致所述控制阀60开启,因为所述圆形端面63将会移动并越过区域52的邻近部分,从而将区域49设置成与区域52流体连通。

弹簧65在图2的箭头B的方向上偏置所述阀门部件61,如同将要在下面被进一步描述的那样。

所述阀门部件61设有正对区域49的第一工作面积61A。区域49中的流体的压力将会作用在所述第一工作面积61A上,从而导致:

被施加到阀门部件61上的沿着箭头A方向的力等于区域49中的压力乘以所述第一工作面积61A。

在这种情况下所述第一工作面积等于所述阀门部件61的横截面面积。

所述阀门部件61还设有正对区域49的第二工作面积61B。区域49中的流体的压力将会作用在所述工作面积61B上,从而导致:

被施加到阀门部件61上的沿着箭头B的方向的力等于区域48中的压力乘以所述第二工作面积B。在这种情况下所述第二工作面积61B与所述第一工作面积61A相等。

所述第二阀门部件26大致为细长形状并且具有被连接到圆锥形端面71的大致为圆柱形的壁部70。所述圆锥形端面71具有多个喷嘴孔72。在所述大致为圆柱形的壁部70的与所述圆锥形端面71相反的一端,所述大致为圆锥形的壁部包括公螺纹73,其允许所述第二阀门部件被旋拧到与所述本体的母螺纹孔形成啮合,从而确保所述第二阀门部件可以被坚牢地连接到所述本体上。所述大致为圆锥形的壁部70包括两个纵向设置的凹槽74及75。

所述第一阀门部件24由销钉76和横向销钉78限定出来。所述销钉76大致为细长形状并且包括圆锥形末端77,所述圆锥形末端77选择性地接合所述圆锥形端面71的圆锥形内表面71A,从而选择性地关闭所述喷嘴阀门,如同将要被进一步描述在下面的那样。所述第一阀门部件还包括弹簧对接结构,其形式为具有端部78A和78B的横向销钉78。所述横向销钉78与所述销钉76处于形状适配的接合状态。在从图1观察时,端部78A通过凹槽75斜向凸出,而端部78B通过凹槽74在相反的方向上斜向凸出。在从图1观察时,弹簧80作用在端部78A和78B上并且大致向下方偏置所述横向销钉78以及所述销钉76。

弹簧80的端部80A与所述喷射器本体12上的邻接结构接合。因此,所述第一阀门组件24可以沿着箭头A的方向以及沿着箭头B的方向移动,如同将要被进一步描述在下面的那样,而所述第二阀门组件26被牢固地固定到所述喷射器本体12上,且因此而不能沿着方向A或方向B移动。

所述活塞28包括大致为圆形的盘体82,其连接到直立的大致为圆柱形的壁部83。密封件84密封正对所述喷射器本体12的凹陷部分的所述大致为圆形的盘体82的外围边缘。密封件85密封正对所述圆柱形套管30的内部表面的所述大致为圆柱形的壁部83。密封件86密封正对所述第二阀门部件26的所述大致为圆柱形的壁部70的外部表面的所述大致为圆柱形的壁部83的内部表面。因此,所述活塞可以相对于所述喷射器本体12沿着箭头A的方向及沿着箭头B的方向移动,如同将要被进一步描述在下面的那样。弹性挡圈87被收容在所述大致为圆柱形的壁部83的内侧上的圆形凹槽中。所述弹性挡圈包括两个指向内部的指状部86A和86B,它们被分别收容在所述第二阀门部件26的凹槽75和74中。所述弹性挡圈通过抵接所述凹槽75和74的所述指状部86A和86B限制所述活塞可以在箭头B的方向上作出的移动的幅度。

所述喷射器10被用于将燃料喷射到内燃火花点火发动机90的燃烧室91A中(见图3)。所述发动机具有容纳气缸93的气缸盖91和气缸座92,往复式活塞94在所述气缸93中运动。所述气缸盖包括具有入口阀95A的入口端口95和具有排气阀96A的排气端96。所述喷射器10被插入到所述气缸盖中的通孔97内,使得所述活塞28被暴露到所述燃烧室91A内部的压力中。

所述喷射器可以被通过夹具98、夹持挡圈99(其仅有一部分被示出在图3中)夹持到位。所述夹具98被穿过所述夹具并且被旋入到所述气缸盖91中的通孔191内的螺栓(未示出)固定到位。

燃料泵P从燃料箱T将燃料F泵入到所述入口端口32中,如同将要被进一步描述在下面的那样。回收管线R从所述出口端口34将燃料转移回燃料箱T。

在本实施方式中,所述发动机90为四冲程柴油发动机,其依照传统方式工作,也就是说,当所述活塞94下降时,进气冲程通过入口端口95经由阀门95A将空气吸入到所述气缸93中。当所述活塞94朝着所述气缸盖移动时,压缩冲程就开始了。在产生能量的动力冲程中,所述喷射器10将会在适当的点火时间喷射燃料并导致所述活塞下降;在动力冲程之后,所述活塞朝所述气缸盖移动,同时所述阀门96A开启,允许排气产物被通过排气端口96排出(排气冲程)。之后上述工序自动循环。

参阅图4,冷却通路36的通路38为螺旋形,并且在将任何组件组装到所述本体中之前,尤其是在将所述圆柱形套管30组装到所述本体12中之前,首先被加工成所述喷射器本体12的圆柱形凹陷部110。一旦限定出所述通路38的所述螺旋形凹槽被加工完成,所述套管30就可以被压紧适配进去,从而形成螺旋形的通路38。通路38的一端部38A和通路37直接流体连通,通路38的相反的另一端部38B和通路39直接流体连通。

在使用时,燃料泵P从燃料箱T将燃料F泵送到入口端口32中。这些燃料中的一部分之后通过所述冷却通路36,其通过方式为首先通过通路37中,然后通过通路38的端部38A,然后通过通路38,然后通过通路38的端部38B,然后通过通路39,然后通过出口端口34,并沿着回收管线R回到燃料箱T。图4中的箭头C示出了该流动路径。当燃料F离开燃料箱T后,它将会变得比所述发动机的所述气缸盖更冷,因此当所述燃料流动时,特别是在通路38中流动时,它将会从所述喷射器吸收热量,从而冷却所述喷射器。已经变暖的燃料将会被回收到燃料箱T,在那里它将会对大气中散发热量。

所述喷射器在所述发动机的所述吸气、压缩、动力和排气冲程期间的工作详述如下:

喷射器的填充

图5示出了所述喷射器的所述高压腔室50如何被填充。

所述第一电磁阀14被操作,使得所述第一阀门16处于关闭状态(所述第一电磁阀14和阀门16被配置成使得所述阀门16是常闭的,也就是说,当所述第一电磁阀14没有通电时,亦即没有电流流过所述第一电磁阀的线圈时,阀门16关闭)。所述第二电磁阀18被操作,使得所述第二阀门20处于开启状态(所述第二电磁阀18和第二阀门20被配置成使得所述第二阀门20是常开的,也就是说,当没有电力被供应到电磁阀18时,阀门20是开启的)。因为区域47将区域49流体连接到区域48,同时因为区域48并未流体连接到区域52(因为阀门16是关闭的),这样区域49和区域48中的压力是相等的,因此所述阀门部件61的相反两侧的液体压力也是相等的。这样,作用在所述第一工作面积61A上的由区域49中的压力产生的沿着箭头A的方向作用的力等于作用在所述第二工作面积61B上的由区域49中的压力产生的沿着箭头B的方向作用在所述阀门部件61上的力(因为区域48和49中的压力是相等的,也因为所述第一工作面积61A是和所述第二工作面积61B相等的面积)。由于所述弹簧65在阀门部件61上施力以在箭头B的方向上推动所述阀门部件61,因此控制阀60被关闭。在入口端口32处的来自燃料泵P的压力导致单向阀56开启,从而燃料从所述入口端口32流到所述控制腔室40中,也就是流到所述区域41中,并从区域41再流到区域42及43中。一些燃料从区域41流到区域44中,再从区域44流到区域46中。流到区域46中的燃料导致单向阀58开启,允许燃料流到所述高压腔室50中。燃料也会从区域44流到区域49,再从区域49流到区域45。燃料不会通过区域52中,因为如上所述,控制阀60是关闭的。

由于流体可以流到区域43中,并且也可以流到高压区域50中,从而这样就允许所述活塞28在区域50和区域43被燃料填充时沿着箭头B的方向移动

应当理解的是,作用在活塞上的力是高压区域50中的瞬时压力、所述控制腔室40中的瞬时压力、以及所述燃烧室91A中的瞬时压力的综合。特别地,在所述燃烧循环的某些时段期间,尤其是在所述进气冲程期间,所述燃烧室91A中的瞬时压力将会低于大气压力。因此,所述活塞28可以被设置用来沿着箭头B的方向移动,从而使得当所述高压区域50和区域43的体积因为活塞28的运动而增加时,所述高压区域50和区域43被燃料填充。

应当注意的是,所述弹性挡圈87及指状部87A和87B限制活塞28可以沿着箭头B的方向作出的运动的幅度,也就是说,所述弹性挡圈87防止所述活塞28“掉落”到所述气缸盖中。

一旦所述喷射器被充满(或者完成填装),则在所述四冲程循环周期之后,在所述压缩冲程期间,所述气缸盖中的压力将会开始增加,从而作用在活塞28上。然而,由于控制阀60是关闭的,同时由于单向阀56及58将会关闭,所述控制腔室40将会变为液压闭锁状态,并且因此将会阻止所述活塞在箭头A的方向上的运动。

开始喷射

图6示出了喷射是如何开始的。

为了开始进行喷射,所述第一电磁阀14被操作以打开所述第一阀门16。所述第二阀门20保持开启。

随着阀门16开启,区域48中的流体可以流过阀门16及流过阀门20,并流到出口端口34中,如图6中的箭头D所示,并且继续流到低压区域中,也就是流到燃料箱T中。这样就导致区域48中的燃料压力下降,特别是下降到在区域49中受到的压力以下。区域47相对较为狭窄并且在流体从区域49流动到区域48时用作限流器。当流体沿着区域47流动时,这种限流作用导致压力下降,进而导致区域48中的压力比区域49中更低。因此,相比于作用在所述第一工作面积61A上的压力,有更低的压力作用在所述第二工作面积61B上,这个压力差足以克服所述弹簧65的弹力,导致阀门部件61沿着箭头A的方向移动到图6中所示的位置,从而开启所述控制阀60并允许区域49中的流体流动到区域52中以及通过所述出口端口34流出(参见箭头E)。

如同刚才描述的那样打开所述控制阀60会导致所述低压区域40不再处于液压闭锁状态。作用在所述活塞28的环形面上的所述燃烧室中的压力(由图6中的箭头E表示)不再受区域43中的压力影响(因为该压力现在通过区域42、44、49、52以及所述出口端口34被泄放到低压区域(例如泄放到燃料箱))。因此,作用在所述活塞28上的压力仅仅受所述高压区域52中的压力影响。

图7示出了单独的活塞27的简化示意图。所述活塞具有较大的外部直径G1和内部直径G2。应当理解的是,所述气缸盖内的压力作用在工作面积H1上:

所述高压区域50中的燃料作用在工作面积H2上:

因此,所述高压区域50中的压力是所述气缸盖内的压力的H1/H2倍。从而所述活塞28用于根据所述高压区域50中的压力来增大气缸的压力。

所述销钉76与密封件76A处于滑动接合状态。密封件76A接下来被封装到所述喷射器主体12的开孔中。这样,区域45被与高压区域50隔开。区域45构成控制腔室40的一部分,其如图6所示,被连通到低压区域,也就是连通到燃料箱T,从而销钉76的低于(当从图6中观察时)密封件76A的一部分承受较高的压力(也就是高压区域50中的压力),而销钉的高于密封件76A的一部分承受所述控制腔室40中的压力,该压力在控制阀60开启时为泄压后的压力。因此,高压腔室50和控制腔室40之间的压力差足以对抗弹簧80的作用而向上移动所述销钉76,从而将圆锥形端部77从圆锥形内表面71A上分离,因此而开启喷嘴阀门22并允许燃料被通过喷嘴孔72喷射到所述气缸盖内。

应当理解的是,所述燃料将会在所述高压区域50中的即时燃料压力下被喷射,该即时燃料压力将会是所述气缸盖内的即时压力的H1/H2倍。

结束喷射

为了结束喷射过程,所述控制腔室40被设置成液压闭锁状态。这是通过像图8中所示的那样关闭所述第二阀门20而完成的。一旦第二阀门20已经关闭,所述活塞28就不再会在箭头A的方向上移动,因为所述控制腔室40为液压闭锁状态。一旦所述活塞28停止在箭头A的方向上移动,则所述高压区域50的体积停止减小,从而燃料的喷射停止。

图8已经描绘了截至阀门20关闭的瞬间的状态。在这一瞬间控制阀60仍然是开启的。

在阀门20关闭之后,很快区域48及49中的压力将会平衡(通过区域47),从而导致所述弹簧65在箭头B的方向上移动所述阀门部件61,进而关闭所述控制阀60。这被示出在图9中。

阀门16之后可以被关闭(如图10中所示)。

阀门20之后可以被开启(如图5中所示),从而允许重新装满(或者装填)所述高压腔室50,为下一个喷射阶段作准备。

在其他实施方式中,其他的喷嘴阀门也可以被使用,例如可以使用轴针式喷嘴阀门。轴针式喷嘴阀门是众所周知的,其中第一阀门部件相对于第二阀门部件是可移动的,以便选择性地限定出喷嘴孔。

参见图11及13,其中示出了另一个实施方式的喷射器210,在其中执行与喷射器10的功能实质相同的功能的部件被用加大了200的标号标示。

活塞228包括大致扁平的盘体310,其外部周缘向外连接到大致为圆柱形的部件312上。部件312具有外表面314和抵接结构316。抵接结构316并非连续的环形抵接结构,相反地,其由四个分离的抵接结构(其中的三个被示出在图12中)组成。每个抵接结构316具有两个环绕周向设置的边缘361、365,设置该等边缘的目的将会被进一步描述在下面。

所述圆柱形部件312的一部分从所述扁平的盘体310向下延伸,在具有斜角的边缘318终止。从所述盘体310的中心向上延伸的是气缸320,其具有外表面322和中心孔323。气缸320具有横向钻孔,其限定出横向设置的通孔324及325。定位于所述中心孔323的下方部分中的是单向阀328,所述单向阀328具有球芯329,所述球芯329被弹簧331向上偏置到与底座330嵌合。连接到所述气缸320的下方部分上的是盘体334。所述盘体334被与活塞228的下表面228A隔开,从而限定出区域336。所述盘体334的外部周缘335设有斜角以便匹配具有斜角的边缘318的倾斜角度。横向钻孔338和339使得中心孔323能够与区域336处于流体连通。

盘体334的边缘335在形状上大致为圆锥形,但是包含有大致径向地设置的一组凹槽340(见图13)。在每个凹槽之间是部分的圆锥形基面341。每个凹槽都较浅,例如深度为0.025mm。

所述盘体被组装到所述气缸320的下方部分上并且被焊接到位,从而使上述基面341和大致为圆柱形的部件312的具有斜角的边缘318接合。因此,与所述基面341和具有斜角的边缘318配合的所述凹槽340限定出一组喷嘴孔272。

所述高压区域250由气缸350部分地限定出来,所述气缸350被焊接(通常通过激光焊接)到顶帽352上。顶帽352因此而封住所述气缸350的端部350A。所述气缸350具有内表面354和横向设置的横向钻孔356及357。顶帽352被容纳在喷射器本体212的凹陷部359内。顶帽352的直径在凹陷部359内为松配合,其原因将会被进一步描述在下面。

弹性挡圈360被收容在所述本体的凹槽362中,以防止所述气缸350和所述顶帽352在箭头B的方向上移动。

所述喷射器本体212具有环形的抵接结构366和圆柱形的内表面367。

喷射器210的操作原理与喷射器10的操作原理是相似的。

这样,当所述活塞在箭头B的方向上移动时,所述高压区域250可以从所述控制腔室240被装填。将所述控制腔室240液压闭锁阻止了所述活塞在箭头A的方向上的运动。将所述控制腔室240向低压区域(例如燃料箱)泄压则允许所述活塞在箭头A的方向上移动。由于正对所述燃烧室291A的所述活塞的工作面积300H1大于所述气缸320的有效工作面积200H2,燃料从所述高压区域250向下方流动,穿过所述中心孔323,通过所述单向阀280,穿过所述孔338和339,再穿过区域336,并且经由所述喷嘴孔272被喷射到所述燃烧室291A中。

如上所述,所述活塞的表面314是圆柱形的,和所述本体212的内表面367一样。表面314和367都被制造到其紧密度容限,使得表面314的直径几乎和表面367的直径一样大,仅存在用于允许所述活塞在所述本体内滑动的差异。因此,密封件被独立地构造在表面367和314之间,也就是说,不存在对于另外的O形密封圈、活塞环密封件或类似部件的需求,这就是表面314和367的尺寸的公差精度标准。

相似地,表面322和表面354被制造到其紧密度容限,表面354仅仅略微地大于表面322,足以允许滑动配合。因此,密封件被独立地构造在表面322和354之间,也就是说,不存在对于另外的O形密封圈、活塞环密封件或类似部件的需求,这就是表面322和354的尺寸的公差的精度标准。

如上所述,顶帽352在凹陷部359内处于松配合。这允许所述顶帽352和气缸350在图11的观察状态下向左或向右移动,或者移进或移出纸面,以便考虑到表面314和367的轴线、以及表面322和354的轴线的任何不匹配的情况。通过允许所述气缸350和顶帽352以这种方式“浮动”,表面314和367可以被精确地加工以用作密封件,而表面322和354也可以被精确地加工以用作密封件,同时轴线上的任何不匹配的情况都会在所述顶帽352的“浮动”中被考虑到。

应当理解的是,所述活塞228可以自由地围绕轴线K旋转。活塞228的任何这样的旋转都将导致抵接结构316的边缘364和365也发生旋转,从而清除掉任何可能积聚在抵接结构366上的残留物。

在又一个实施方式中,凹槽340在被大致径向地设置时可以包括相对于它们的设置方向的微小切线元。当燃料被喷射时,相对于所述凹槽的所述切线元将会促进所述活塞228的旋转,从而产生上面所述的清洁作用。或者,表面322的轴线可以是从表面312的轴线略微偏离。这种微小的偏离也可以导致所述活塞228旋转,从而产生上面所述的对抵接结构336的清洁作用。

在所述四冲程循环期间的所述喷射器210的工作如下所述:

控制腔室240被以一定的方式从燃料泵供给燃料,该方式相似于如图5中所示的控制腔室40被燃料泵P供给燃料的方式。当所述活塞228在控制腔室240中的压力和所述燃烧室291A中的部分真空的影响之下在箭头B的方向上移动时,基于所述吸气冲程,燃料可以从所述控制腔室240经过气缸350的通孔357和356,再经过气缸320的通孔325和324流动到中心孔323中,从而填装所述高压区域250。活塞228在箭头B的方向上的连续运动将会导致所述抵接结构216紧密地接合所述抵接结构366,从而防止活塞228在箭头B的方向上的进一步运动。

一旦所述高压区域250已经扩大到它的最大体积并且已被填装,所述控制腔室240可以被液压闭锁,例如像图5中所示的那样基于较高的控制腔室40完成。

当压力在所述压缩冲程期间增加时,活塞228将因此而不会移动,因为所述控制腔室240是液压闭锁的。

当需要喷射时,所述控制腔室240将会被向低压区域泄压(例如向燃料箱泄压)。这将会导致活塞228在箭头A的方向上移动进而导致通孔324的下方边缘越过所述通孔356的上方边缘,同时也导致通孔325的下部边缘越过通孔357的上部边缘。一旦这种情况发生,所述高压区域250就被与所述控制腔室240分隔,并且活塞228在箭头A的方向上的连续运动将会导致流体从所述高压区域250通过所述中心孔323下方,经过单向阀328,通过通孔338和339,进入区域336中,然后从喷嘴孔272排出并进入所述燃烧室291中。

为了停止喷射,所述控制腔室240被再次液压闭锁(例如像图8中所示,其中控制腔室40是液压闭锁的)。控制腔室240的液压闭锁防止活塞228在箭头A的方向上的进一步运动,从而防止流体的任何进一步的喷射。

活塞228在箭头B的方向上的运动可以通过允许流体从燃料泵在压力下进入所述控制腔室240而被实现,并且也可以通过在所述进气冲程期间在所述燃烧室291A中构造部分真空而被实现。活塞228的向下运动将会在所述高压区域250中创造较低的压力,直到这样的时刻,即当通孔324的下部边缘在筒356的上部边缘下方移动,且通孔325的下部边缘在通孔357的上部边缘下方移动时,所述高压区域250因此而将会和所述控制腔室240处于流体连通,并且所述高压区域将会被来自所述控制腔室240的流体充满。

在另一种喷射器实施方式210'(参见图16)中,单向阀358'可以被适配到顶帽352'上。这样的单向阀将会允许流体从控制腔室240'通过而到达高压腔室250',从而允许高压区域被重新充满(或者填装),但是将会在将流体喷射到燃烧室中的过程中阻止流体从高压区域向控制腔室的通过。如同在图16中可见的那样,相比于图11,通孔357、325、324及356已经被取消了。

应当理解的是,所述活塞228和喷嘴孔272被相对于彼此固定,并且当所述活塞像上面所描述的那样沿着箭头A和B的方向移动时,则所述喷嘴孔272与所述活塞一起移动。

如上所述,凹槽34是非常浅的,例如仅有0.025mm的深度。所述盘体334可以通过冲压或挤压,或者在边缘335中用其他方法形成相对较深的凹槽而被制造出来。例如,具有0.1mm的深度的凹槽可以被挤压成形或者用其他方法形成于边缘335上。一旦较深的凹槽被形成,所述部分圆锥形的基面341就可以都作为单独的机械操作,例如通过研磨而被加工出来。在上述的示例中,如果所述部分圆锥形的基面341被磨掉0.075mm的厚度,则由此形成的凹槽的深度就将会是0.025mm。所述盘体334可以而后被装配到活塞228的空余部分上并且例如通过激光焊接被固定到位。

形成相对较深的凹槽,而后再加工出相关联的基面以构成较浅的凹槽,是构造较浅凹槽的有效方法。尤其地,构建具有0.025mm的尺寸的喷嘴孔是很困难的。同时,目前的喷嘴孔可能是激光打出的,这类激光打孔方式趋向于形成较大的孔,例如直径为0.1mm的孔。

0.025mm的喷嘴孔272的优点在于,一旦所述控制腔室240已经被向低压区域泄压,所述喷嘴孔272内的将要被喷射的燃料的弯月面效应会趋向于迅速停止喷射。这样迅速停止喷射是很有利的,因为现有技术的喷射器在喷射之后的“燃料滴落”往往会造成污染。

图4示出了图11的在箭头L的方向上观察的,也就是朝着喷嘴孔272观察的示意图。喷嘴孔272由V形凹槽340和具有斜角的边缘318的组合形成。应当理解的是所述喷嘴孔272不是圆形的。在本实施方式中,它的形状是三角形的,具有三个大致平直的边缘。

图15示出了一种备选形状的凹槽340',其在这个实施方式中为是大致呈U形的。同样地,所述喷嘴孔不是圆形的。在这个实施方式中喷嘴孔具有由所述大致为圆柱形的通路312的所述具有斜角的边缘318形成的一个大致平直的边缘,在这个实施方式中其仅有一个大致平直的部分。在其他实施方式中,其他备选形状的凹槽也可以被使用。

应当理解的是,对于具有相同的横截面面积的两个通孔,非圆形的通孔的外缘的长度将会比圆形通孔的周长更大。因此,当燃料射流进入所述燃烧室时,非圆形的喷嘴孔具有增加暴露的表面积的净影响,这有助于燃料与空气的混合及燃烧。

喷射器10的环形活塞28有利地提供了中心孔,用于让所述喷射器的其他部件通过其伸出,在本实施方式中所述喷嘴阀门通过所述中心孔伸出。这样的结构设计允许活塞轴向移动,也允许喷嘴阀门相对于所述喷射着装置的本体保持静止。有利地,当这样的喷射器装置被用作“式样翻新”的商品时,替代不同类型的喷射器装置,所述喷嘴阀门可以被设置成静止在和最初被适配到发动机中的所述喷嘴阀门相同的位置。这意味着间隙,尤其是活塞与喷射器的间隙,可以依照发动机的最初设计被保持下来。

有利地,与第一电磁阀14及第一阀门16结合使用的所述控制阀60提供了一种快速关闭区域49和52之间的所述流体通路的方法。因此这样就快速地液压闭锁控制腔室10,从而快速地停止燃料喷射。

有利地,操作第一阀门16的第一电磁阀14和操作第二阀门20的第二电磁阀18的设计允许所述第一和第二电磁阀的“下沉”或“保压”时间被考虑进来。第一电磁阀14为常闭的而第二电磁阀18为常开的。因此,图5示出了其中第一电磁阀14和第二电磁阀18都没有通电,亦即没有电力被供给到所述第一电磁阀14或第二电磁阀18的情况。图6示出了喷射的开始阶段,其中常闭的电磁阀14被通电从而开启阀门16。然而,在喷射阶段的末尾,被关闭的并不是阀门16,而是阀门20被通过给常开的电磁阀18通电而关闭(见图8)。应当理解的是,开始喷射和结束喷射之间的时间段相对较短(通常为使曲柄旋转一定角度,活塞接近上死点位置所花费的时间)。通过提供与两个阀门相关联的两个电磁阀,允许喷射过程的开始和结束通过给一个电磁阀通电以及在给另一个电磁阀通电之后很快在很短的时间段内被完成。

图11中所示的喷射器喷嘴,其包括盘体,所述盘体具有围绕着所述盘体的外缘设置的多个喷射喷嘴孔,这是较为有利的,因为燃料在整个相对较大的直径(亦即所述盘体的直径)上被喷射。这样就较好地在所述燃烧室中分配燃料。此外,若具有多个喷嘴孔,例如至少50个孔或至少100个孔,其中每个孔都具有较小的横截面尺寸(例如0.05mm,或者小于0.025mm),也会使燃料在燃烧室中良好地分配,并且也使燃料良好地雾化。

有利地,通过将图11中的喷射器喷嘴与所述活塞结合起来,使得所述喷射器喷嘴在喷射期间移动,从而在燃烧室中更好地分配燃料。

应当理解的是,所述燃料的喷射压力(也就是所述高压腔室250中的压力)取决于所述燃烧室中的压力。所述燃烧室中的压力取决于包括活塞位置的多种因素,也取决于已经产生的燃烧的程度。这样,所述喷嘴10和210就在变化的压力下喷射燃料。当喷射开始时,最初的燃料压力将会主要取决于发动机的压缩比以及特定的活塞位置。在喷射的期间所述活塞将会继续运动,但是更加显著地,在喷射开始时已经被喷射的燃料将已经开始燃烧,这会相应地增大气缸的压力,从而增大后续的被朝着喷射循环的在后部分喷射的燃料的喷射压力。这样,只要在喷射周期中的较晚被喷射的燃料将会在较高的压力下被喷射,在相对较低的压力下被喷射的初始燃料可能无法进入燃烧室。这样就再次在所述燃烧室中良好地分配了燃料,因为最初的被喷射的燃料将会保持着较为接近所述喷射器喷嘴,同时在喷射过程中较晚被喷射的燃料将会前进得更加远离所述喷嘴孔。

如上所述,所述喷射压力是所述燃烧室压力的H1/H2倍。H1和H2可以根据具体的发动机而被改变。然而,H1和H2也可以被设置成使得所述喷射压力高于35000psi,优选地高于40000psi,更优选地高于45000psi。这样高的喷射压力明显地高于在已知的喷射器系统中被发现的压力,并且所述较高的喷射压力将所述燃料雾化成非常小的粒径,其相应地实质上消除了颗粒结构。这样,根据本发明的与喷射器适配的发动机可以不需要处理系统后方的排气装置,例如颗粒过滤器。通过尽量减小产生的颗粒的量,所述燃烧过程可以被设置成在较低的燃烧室温度下发生,其相应地减少了NOx的产生。因此,就而言,根据本发明的与喷射器适配的发动机可以不需要用于NOx的位于处理系统后方的排气装置。

如上所述,活塞28可以被致动而旋转,并且有利地,任何可能趋向于聚集在抵接装置366上的沉淀物将会被周向设置的边缘364和365清除,从而保证在喷射器210的整个使用寿命期间都具有完整的活塞行程。相似地,活塞28可以自由转动。

应当理解的是,活塞28和228在喷射期间在箭头A的方向上移动。这种运动增加了所述燃烧室的体积,并且实际上改变了机械的总压缩比。当所述发动机在较低功率下运时行,相对较小的量的燃料被喷射,并且所述活塞以相对较小的幅度在箭头A的方向上移动。当所述发动机在较高功率下运行时,相对较大的量的燃料被喷射,并且所述活塞以相对较大的幅度在箭头A的方向上移动。这样,当运行在较低的功率下时,所述发动机在相对较高的压缩比下运行,而当运行在较高的功率下时,所述发动机在较低的压缩比下运行。这样是较为有利的,因为其有助于促进温度较低的燃烧,其导致了更低的NOx水平。所述活塞的在箭头A的方向上的运动可以用1.0点或者更大的单位改变所述压缩比。或者,所述活塞在箭头A的方向上的运动可以用1.5点或者更大的单位改变所述压缩比。

为了避免疑问,这里用1.0点为单位减小所述压缩比的意思是例如标称为15:1的压缩比变成了14:1的压缩比,或者标称为16:1的压缩比变成了15:1的压缩比。

应当理解的是,所述活塞在喷射期间仅仅在箭头A的方向上移动。一旦所述高压区域已经被由在方向箭头B上移动的所述活塞重新充满(或者填装),所述活塞保持在这个(当观察图示时被降低的)位置,直到下一个喷射时间点。这意味着在所述排气冲程中所述燃烧室的体积较小(因为所述压缩比较高),而这有助于泄放废气,因为当所述排气阀关闭时,仅有更少的残留废气停留在所述燃烧室中。这样,可移动的活塞具有在所述压缩冲程中改变所述压缩比,但是在所述排气冲程中保持高压缩比的双重优点。

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