具有非铸造的三维喷嘴入口面的燃料喷射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及适合在内燃机的燃料喷射器中使用的喷嘴。本发明还适用于结合了此类喷嘴的燃料喷射器。本发明还涉及此类喷嘴的制造方法，以及组装了此类喷嘴的燃料喷射器的制造方法。本发明还涉及在车辆中使用喷嘴和燃料喷射器的方法。
【背景技术】
[0002]存在三种基本类型的燃料喷射器系统。这些系统采用进气道燃料喷射(PFI)方式、汽油直接喷射(GDI)方式和直接喷射(DI)方式。PFI和GDI使用汽油作为燃料，而DI使用柴油燃料。人们仍在继续进一步研制燃料喷射器喷嘴和包含燃料喷射器喷嘴的燃料喷射系统，以便潜在地提高燃料效率、减少内燃机的危害性排放物，以及降低包含内燃机的车辆的总体能量要求。
【发明内容】
[0003]本发明涉及燃料喷射器喷嘴。在一个示例性实施例中，燃料喷射器喷嘴包括:非铸造的三维入口面，其包括第一入口表面和第二入口表面；出口面，其与入口面相背对；以及一个或多个第一喷嘴通孔和一个或多个第二喷嘴通孔，其中每个第一喷嘴通孔包括位于第一入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，并且每个第二喷嘴通孔包括位于第二入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，其中第一入口表面与第二入口表面不共面。
[0004]在另一个示例性实施例中，燃料喷射器喷嘴包括:非铸造的三维入口面，其包括第一入口表面和第二入口表面；出口面，其与入口面相背对；以及一个或多个第一喷嘴通孔和一个或多个第二喷嘴通孔，其中每个第一喷嘴通孔包括位于第一入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，并且每个第二喷嘴通孔包括位于第二入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，其中入口面的垂直壁部分将第一入口表面和第二入口表面隔开。
[0005]本发明还涉及燃料喷射器。在一个示例性实施例中，燃料喷射器包括本文所公开的本发明的任一种喷嘴。
[0006]本发明甚至还涉及燃料喷射系统。在一个示例性实施例中，燃料喷射系统包括本文所公开的本发明的任一种喷嘴或燃料喷射器。
[0007]在另一个示例性实施例中，本发明的燃料喷射系统包括车辆燃料喷射系统，其中燃料喷射系统包括:(I)包括非铸造的三维入口面的喷嘴，所述非铸造的三维入口面包括第一入口表面和第二入口表面；出口面，其与入口面相背对；以及一个或多个第一喷嘴通孔和一个或多个第二喷嘴通孔，其中每个第一喷嘴通孔包括位于第一入口表面上的至少一个入口开口，所述入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，并且每个第二喷嘴通孔包括位于第二入口表面上的至少一个入口开口，所述入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，其中第一入口表面与第二入口表面不共面；和(II)具有燃料喷射器阀接触表面的燃料喷射器阀；其中燃料喷射系统根据燃料喷射器阀相对于喷嘴的位置，通过喷嘴提供至少三个水平的流体流。穿过喷嘴的至少三个水平的流体流可以包括(I)无流体流；(2)部分流体流，其中流体流经一个或多个第二喷嘴通孔；和(3)完整流体流，其中流体流经一个或多个第一喷嘴通孔和一个或多个第二喷嘴通孔。
[0008]本发明还涉及制造喷嘴的方法。在一个示例性实施例中，制造本发明喷嘴的方法包括制造任何本文所述的喷嘴。
[0009]在另一个示例性实施例中，本发明的喷嘴的制造方法包括:形成包括非铸造的三维入口面的喷嘴，所述非铸造的三维入口面包括第一入口表面和第二入口表面；出口面，其与入口面相背对；以及一个或多个第一喷嘴通孔和一个或多个第二喷嘴通孔，其中每个第一喷嘴通孔包括位于第一入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，并且每个第二喷嘴通孔包括位于第二入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的出口开口，其中第一入口表面与第二入口表面不共面。
[0010]在另一个示例性实施例中，本发明的喷嘴的制造方法包括:形成包括非铸造的三维入口面的喷嘴，所述非铸造的三维入口面包括第一入口表面和第二入口表面；出口面，其与入口面相背对；以及一个或多个第一喷嘴通孔和一个或多个第二喷嘴通孔，其中每个第一喷嘴通孔包括位于第一入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，并且每个第二喷嘴通孔包括位于第二入口表面上的至少一个入口开口，所述至少一个入口开口通过由内表面限定的腔连接至位于出口面上的至少一个出口开口，其中入口面的垂直壁部分将(i) 一个或多个第一喷嘴通孔的至少一个入口开口和(ii) 一个或多个第二喷嘴通孔的至少一个入口开口隔开。
[0011]本发明还涉及燃料喷射器的制造方法。在一个示例性实施例中，制造燃料喷射器的方法包括将任一种本文所述的喷嘴结合到燃料喷射器中。
[0012]本发明另外涉及车辆燃料喷射系统的制造方法。在一个示例性实施例中，制造车辆燃料喷射系统的方法包括将任一种本文所述的喷嘴或燃料喷射器结合到燃料喷射系统中。
【附图说明】
[0013]结合附图对本发明的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和体会本发明，其中:
[0014]图1为本发明的示例性喷嘴的侧视图；
[0015]图2为适合与图1所示的示例性喷嘴一起使用的示例性燃料喷射器阀的透视图；
[0016]图3A为图1所示的示例性喷嘴和图2所示的示例性燃料喷射器阀处于“完全闭合”位置时的剖视图；
[0017]图3B为图1所示的示例性喷嘴和图2所示的示例性燃料喷射器阀处于“部分打开”位置时的剖视图；
[0018]图3C为图1所示的示例性喷嘴和图2所示的示例性燃料喷射器阀处于“完全打开”位置时的剖视图；
[0019]图4A为本发明的另一种示例性喷嘴的透视图；
[0020]图4B为图4A所示的示例性喷嘴的俯视图；
[0021]图4C为图4A所示的示例性喷嘴的剖视图，示例性燃料喷射器阀沿着示例性喷嘴的入口面布置并处于“完全闭合”位置；
[0022]图5为本发明的另一种示例性喷嘴的剖视图；
[0023]图6为本发明的另一种示例性喷嘴的剖视图；
[0024]图7为使用本发明的示例性喷嘴的本发明的示例性燃料喷射器系统的剖视图，其中喷嘴包括降低燃料喷射器系统的压力室容积的一个或多个入口面特征结构；
[0025]图8是本发明的示例性燃料喷射器系统的示意图；
[0026]图9为本发明的另一种示例性喷嘴的剖视图；
[0027]图10为本发明的另一种示例性喷嘴的剖视图；
[0028]图11为包括本发明的燃料喷射器系统的示例性车辆的示意图；
[0029]图12为示例性方法步骤的剖视图，其中使用接触操作工具从喷嘴移除喷嘴材料；
[0030]图13为适用于图12所示的材料移除步骤的示例性接触操作工具的透视图；
[0031]图14a_e示出适用于图12所示的材料移除步骤的示例性接触操作工具的剖视图；
[0032]图15a_e示出使用图14a_e所示的接触操作工具形成的示例性出口表面特征结构的剖视图；并且
[0033]图16为适用于图12所示的材料移除步骤的另一种示例性接触操作工具的透视图。
[0034]在说明书中，多个附图中使用的相同附图标号是指具有相同或类似特性和功能的相同或类似元件。
【具体实施方式】
[0035]本发明所公开的喷嘴表现对以下文献中公开的喷嘴的改进:(1)2011年2月3日公布的国际专利申请公开W02011/014607，和(2)2012年2月2日提交的国际专利申请序列号 US2012/023624(3M 代理人案卷号 67266W0003，名称为 “Nozzle and Method of MakingSame”(喷嘴及其制造方法))，这两个专利申请的主题和公开内容均全文以引用的方式并入本文。本发明所公开的喷嘴相比本文所述的现有喷嘴具有一个或多个优势。例如，本发明所公开的喷嘴可有利地装入燃料喷射器系统中以提高燃料效率。本发明所公开的喷嘴可以使用类似国际专利申请公开W02011/014607和国际专利申请序列号US2012/023624中公开的多光子(诸如双光子)工艺制成。具体地，可使用多光子工艺来制造各种可至少包括一个或多个孔成形特征结构的微结构。此类孔成形特征结构可继而用作模具，用以制造在喷嘴或其他应用中使用的孔。
[0036]应当理解，在本领域中，术语“喷嘴”可以具有多种不同的含义。在一些具体的参考文献中，术语“喷嘴”具有广泛的定义。例如，美国专利公布2009/0308953A1 (Palestrant等人)公开了一种“雾化喷嘴”，该喷嘴包括多个元件，包括封闭室50。这区别于本申请给出的对喷嘴的理解和定义。例如，本说明书中的喷嘴大体上对应于Palestrant等人的孔插件24。一般来讲，本说明书中的喷嘴可以理解为雾化喷射系统的末端锥形部分，喷雾最终从所述末端锥形部分喷出，参见例如韦氏词典(Merriam Webster’s Dict1nary)对喷嘴的定义:具有用于(如在软管上)对流体流加速或引导的圆锥或缩小部的短管。其他的理解可以参见授予日本Xll谷市的日本电装株式会社(Nippondenso C0., Ltd.(Kariya, Japan))的美国专利5，716，009 (Ogihara等人)。在该参考文献中，流体喷射“喷嘴”再一次被广义地定义为多段阀元件10( “燃料喷射阀10用作流体喷射喷嘴……参见Ogihara等人的专利的第4栏第26-27行)。在此所用的术语“喷嘴”的当前定义和理解应涉及(例如)第一孔板130和第二孔板132，还可能涉及例如套筒138 (参见Ogihara等人的专利的图14和图15)，它们位于紧邻燃料喷口处。与本文描述的术语“喷嘴”类似的理解用于授予日本茨城县的日立株式会社(Hitachi, Ltd.(Ibaraki, Japan))的美国专利 5，127，156 (Yokoyama等人)中。其中，将喷嘴10与连接和一体化的结构独立地定义，诸如“旋流器”12(参见图1(11))。当在本说明书和权利要求书的整个其余内容中提及术语“喷嘴”时，应当理解上述定义。
[0037]本发明所公开的喷嘴包括一个或多个策略性地结合到喷嘴结构中的喷嘴通孔。所述一个或多个喷嘴通孔为喷嘴提供下列一种或多种特性:(I)能够通过喷嘴提供可变的流体流(如，通过打开或闭合一个或多个喷嘴通孔)，(2)能够提供相对于喷嘴的出口面的多方向流体流，以及(3)能够提供相对于垂直延伸穿过喷嘴出口面的中心法线的多方向偏轴流体流。
[0038]图1和图3A-图3C示出本发明的示例性喷嘴10的各种视图。如图1和图3A-图3C所示，喷嘴10包括非铸造的三维入口面11，所述非铸造的三维入口面包括第一入口表面12和第二入口表面13 ;出口面14，其与入口面11相背对；以及一个或多个第一喷嘴通孔15和一个或多个第二喷嘴通孔16。如本文所用，术语“非铸造”是指喷嘴10的入口面11不是通过类似(例如)精压或压印操作的变形工艺形成的。如下文所讨论，喷嘴10的入口面11可以通过(例如)沉积/模制工艺(如双光子聚合/模制工艺)形成。
[0039]每个第一喷嘴通孔15包括位于第一入口表面12上的至少一个入口开口 151，所述至少一个入口开口通过由内表面154限定的腔153连接位于出口面14上的至少一个出口开口 152。每个第二喷嘴通孔16包括位于第二入口表面13上的至少一个入口开口 161，所述至少一个入口开口通过由内表面164限定的腔163连接至位于出口面14上的至少一个出口开口 162。
[0040]如图1和图3A-图3C所示，第一入口表面12与第二入口表面13不共面。如本文所用，术语“共面”用于描述落在给定平面内的连续或不连续的表面部分，所述给定平面在平面内不具有或具有某个曲率(即，连续或不连续的表面部分落在非弯曲平面内或弯曲表面内；在此所用的术语共面包括弯曲表面的两个部分(连续或不连续的部分))。除不共面之外，第一入口