专利名称：具有速率整形能力的流体喷射器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种单流体燃料喷射系统，更具体地涉及具有速率整形能力的燃 料喷射系统。
背景技术：
包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机的发动机以及本领域已知的其它发 动机排出燃烧相关成分的复杂混合物。这些成分可以是气态和固态材料，包括氮氧化物 (NOx)和颗粒物质。由于逐渐意识到环境问题的重要性，废气排放标准已变得更加严格，并 且可以根据发动机型号、发动机尺寸和/或发动机类别来规定由发动机排放的NOx和颗粒 物质的量。工程师已经认识到，通过在控制喷射正时、流速、喷射量、喷射速率形状、喷射结束 特征和本领域中已知的其它因素方面具有最大灵活性的燃料喷射系统，可以在发动机运行 范围上减少诸如NOx、颗粒物质和未燃烧的碳氢化合物等的不期望的发动机排放。对于最 大灵活性的期望通常是由与燃料喷射系统组成部件相关的成本和可制造性的控制的需要、 鲁棒系统的需要、减小系统中燃料喷射器之间的性能变化以及本领域中已知的其它因素协 调而成的。最初这些问题通过将电致动器引入燃料喷射器来与发动机曲轴角度无关地获得 一些对喷射正时和喷射量的阈值可控性来解决。在共轨燃料喷射系统的情形中，这种阈值 控制通常通过包含电子可控进气阀或者电子可控直接控制针阀来实现。在前一种情形中， 燃料喷射器喷嘴室通过借助电致动器打开和闭合进气阀而与高压燃料共轨流体连接。在一 些情况中，进气阀直接连接到诸如螺线管的电致动器，而在其它情况中，进气阀是先导操作 的。在其它共轨燃料喷射系统中，喷嘴室始终保持与高压共轨流体连接，但是喷嘴通过从直 接控制针阀的闭合液压表面上释放压强来打开和闭合。虽然这些共轨燃料喷射系统具有很 多所需方面，但是仍然忽略了在喷射特征中的最大灵活性的能力。在Augustin的美国专利No. 5984200中公开了共轨燃料喷射器的一个例子，先导 操作进气阀可以包括如下特征部件，该特征部件允许燃料喷射器提供喷射事件开始时相对 较低的喷射速率，以产生本领域通称的斜坡形喷射事件。尽管已经证实斜坡形喷射事件可 在一些发动机操作条件下有效地减少不期望的排放，但是其它发动机操作条件通常要求不 同的喷射特征，以有效地减少不期望的排放。这些其它的期望喷射特征包括多次喷射、产生 方形前端喷射速率形状的能力、以及突然终止喷射事件的能力。因此，已经证实形成带有扩 展范围能力的共轨燃料喷射器是有问题的。本发明的具有速率整形能力的燃料喷射器旨在解决上述的一个或多个问题。
发明内容
在一个方面中，流体喷射器包括喷射器主体，该喷射器主体限定高压入口、喷嘴供 应通道、低压排放通道和至少一个喷嘴出口。止回速度控制装置定位在流体喷射器的腔中， 具有上表面、下表面和孔口，所述腔也具有上表面和下表面。所述止回速度控制装置的上表面和所述腔的上表面之间的空间限定第一止回控制室。所述止回速度控制装置的下表面和 所述腔的下表面限定的空间限定第二止回控制室。所述第一止回控制室和所述第二止回控 制室通过所述孔口彼此流体连通。所述止回速度控制装置能够在所述腔内在第一速度控制 位置和第二速度控制位置之间运动，在所述第一速度控制位置中，所述止回速度控制装置 的上表面的至少一部分与所述腔的上表面接触，在所述第二速度控制位置中，所述止回速 度控制装置的上表面的至少一部分与所述腔的上表面隔离开。控制阀组件具有能够选择性 地连接所述高压入口、所述低压排放通道和所述第一止回控制室的阀构件。止回阀能够在 所述流体喷射器内在止回阀第一位置和止回阀第二位置之间运动，在所述止回阀第一位置 处所述止回阀阻塞所述至少一个喷嘴出口，在所述止回阀第二位置处所述止回阀至少部分 地打开所述至少一个喷嘴出口。所述止回阀还包括暴露于所述喷嘴供应通道的流体压强的 至少一个开放液压表面以及暴露于所述第二止回控制室的流体压强的至少一个闭合液压 表面。在另一个方面，一种控制止回阀在流体喷射器中的速度的方法包括提供流体喷射 器的步骤，所述流体喷射器具有包括上表面和下表面的腔。还提供定位在所述腔中的止回 速度控制装置，所述止回速度控制装置也包括上表面、下表面和孔口。所述止回速度控制装 置的上表面和所述腔的上表面之间的空间限定第一止回控制室，所述止回速度控制装置的 下表面和所述腔的下表面之间的空间限定第二止回控制室。所述第一止回控制室和所述第 二止回控制室通过所述孔口彼此流体连通。所述止回速度控制装置能够在所述腔内在第一 速度控制位置和第二速度控制位置之间运动，在所述第一速度控制位置中，所述止回速度 控制装置的上表面的至少一部分与所述腔的上表面接触，在所述第二速度控制位置中，所 述止回速度控制装置的上表面的至少一部分与所述腔的上表面隔离开。还提供具有止回阀 第一端部和止回阀第二端部的止回阀。所述止回阀能够运动止回阀行程距离，所述止回阀 行程距离限定为在止回阀第一位置和止回阀第二位置之间的距离，在所述止回阀第一位置 处所述止回阀第一端部阻塞所述流体喷射器的喷嘴出口，在所述止回阀第二位置处所述止 回阀第一端部至少部分地打开所述喷嘴出口。所述止回阀第二端部包括至少一个闭合液压 表面，且所述止回阀第二端部暴露于所述第二止回控制室的流体压强。使用所述止回速度 控制装置限制所述止回阀行程距离上的止回阀速度，所述止回速度控制装置控制从所述腔 中排出到所述流体喷射器的低压排放通道的流体速率。在又一个方面，一种内燃发动机包括发动机壳体，所述发动机壳体限定多个发动 机缸体并且包括多个活塞，每个所述活塞能够在相应的一个所述发动机缸体中运动。燃料 系统包括多个燃料喷射器，每个所述燃料喷射器与多个所述发动机缸体的一个相关联，每 个所述燃料喷射器包括具有上表面和下表面的腔以及定位在腔中的具有上表面、下表面和 孔口的止回速度控制装置。所述止回速度控制装置的上表面和所述腔的上表面之间的空间 限定第一止回控制室，所述止回速度控制装置的下表面和所述腔的下表面之间的空间限定 第二止回控制室。所述第一止回控制室和所述第二止回控制室通过所述孔口彼此流体连 通。多个所述燃料喷射器的每一个还包括止回阀，所述止回阀能够运动止回阀行程距离以 控制燃料喷射入相关联的发动机缸体中，且所述止回阀具有暴露于所述第二止回控制室的 流体压强的至少一个闭合液压表面。
图1是使用共轨燃料喷射器的燃料系统的示意图；图2是采用止回速度控制装置的共轨燃料喷射器的截面图；图3是图2所示喷射器的局部放大图，示出了止回速度控制装置的一种实施方式 的细节；图4是示例性止回速度控制装置的俯视图；图5是描绘出多种喷射速率输送曲线的视图；图6是带有一种替代实施方式的止回速度控制装置的喷嘴组件的截面图；图7是图6所示喷嘴组件的局部放大图，示出了止回速度控制装置的一种替代实 施方式的细节；图8是采用止回速度控制装置的共轨燃料喷射器的一种替代实施方式的示意性 截面图。
具体实施例方式参照图1示出了采用共轨燃料喷射器22的燃料系统。容器10包含处于环境压力 下的燃料。输送泵12通过燃料供应管线13抽吸低压燃料并将低压燃料提供给高压泵14。 高压泵14接着将燃料加压到期望燃料喷射压强水平并接着将燃料输送到燃料共轨16。燃 料共轨16中的压强部分地受到安全阀18控制，如果燃料共轨16中的压强高于期望压强， 安全阀18使燃料溢出到燃料回流管线20。燃料回流管线20使燃料返回到低压容器10。燃料喷射器22从共轨16抽吸燃料并将燃料喷射到发动机的燃烧室(未显示)。 没有被喷射器22喷射的燃料被排出到燃料回流管线20。电子控制模块(ECM) 24为系统提 供总体控制。ECM 24接收各种输入信号，例如从连接到燃料共轨16的压强传感器26和温 度传感器26接收信号，以便确定操作状况。接着ECM 24将多种控制信号发送给多种组成 部件，包括输送泵12、高压泵14和燃料喷射器22。参照图2，示出了每个燃料喷射器22的内部结构和流体回路。特别是，喷射器主体 29限定互相连接的高压燃料供应入口 30和燃料供应通道32。燃料供应通道32与喷嘴通 道34流体连通。燃料供应通道32还通过控制阀供应管线38和控制阀组件40与止回控制 管线36流体连通。燃料喷射器22的操作受到至少一个控制阀组件40的控制，控制阀组件 40包括在低压座(未显示)和高压座(未显示)之间运动的控制阀构件42。在所示出的 实施方式中，控制阀组件40还包括连接到衔铁46的活塞45。活塞45通过衔铁46可操作 地连接到电致动器44。活塞45和衔铁46常态下受到致偏弹簧48向下的偏压。在所示出 的实施方式中，控制阀构件42又被向下偏压，以关闭低压座。当控制阀构件42处于关闭低 压座的向下位置中时，止回控制管线36通过控制阀供应管线38与燃料供应通道32流体连 通。当电致动器44受到激励时，电致动器44产生的电磁场导致衔铁46和活塞45克服致 偏弹簧48施加的向下的力而提升。当致偏弹簧48和活塞45施加的向下的力从控制阀构 件42移除时，定位在控制阀构件42之下的另一个较小的致偏弹簧49使控制阀构件42向 上提升，以关闭高压座。当高压座被关闭时，止回控制管线36通过排放通道52流体连接到 排放出口 50。本领域技术人员可以理解的是，控制阀组件40在不背离本发明的范围和精神 的条件下可具有多种替代实施方式。这些替代实施方式可包括压电致动和其它衔铁、弹簧和控制阀构件构造。现在参照图2和3，止回控制管线36和高压分支通道37分别通过a孔口 55和ζ 孔口 57流体连接到止回速度控制组件54。止回速度控制组件54包括设置在由喷射器主 体29限定的腔58内的止回速度控制装置56。止回速度控制装置56可为大致盘形并且可 包括围绕其周边的上升表面或唇缘62。唇缘62具有预定宽度并且从上表面68上升预定高 度。上表面68具有孔口 72，孔口 72能够提供穿过止回速度控制装置56的流体连通。可 以想到，孔口 72可位于上表面68的中央并且可受到限制或为锥形的，使得其在顶部的宽度 大于其底部的宽度。在图3所示的实施方式中，孔口 72具有相对宽的管形上部73和相对 窄的管形底部75。如图4所示，止回速度控制装置56还可具有一个或多个径向引导件59。 引导件59的外边缘可以与腔58的侧壁接触。引导件59可围绕止回速度控制装置56的周 边彼此隔开。如图3所示，止回速度控制组件54还可包括设置在止回阀76和止回速度控制装 置56之间的致偏弹簧74。致偏弹簧74在向上的方向上偏压止回速度控制装置56，使得止 回速度控制装置56的唇缘62与腔58的上表面82接触。第一止回控制室84由腔58的上 表面82和止回速度控制装置56的上表面68限定。第二止回控制室86由止回速度控制装 置56的下表面80和止回阀76上方的腔58的空间限定。止回速度控制装置56可在腔58 中在第一位置和第二位置之间运动，其中在第一位置处唇缘62与腔58的上表面82接触， 在第二位置处唇缘62不与上表面82接触。下面将说明喷射器22的操作。止回阀76的打开和关闭部分地通过在喷嘴通道 34、止回控制管线36和高压分支通道37中存在的高压燃料而控制。止回弹簧88和止回速 度控制装置56也在止回阀76的打开和关闭中起作用。在不希望进行喷射事件时，不激励 控制阀组件40。高压燃料通过高压燃料入口 30进入喷射器22。通过控制阀供应管线38 将加压燃料提供给控制阀组件40。在去激励状态，控制阀组件40提供控制阀供应管线38 和止回控制管线36之间的流体连通。因此，高压燃料通过止回控制管线36和a孔口 55被 提供给第一止回控制室84。加压燃料还通过喷嘴通道34、高压分支通道37和ζ孔口 57提 供给第一止回控制室84。进入第一止回控制室84的高压燃料的至少一部分流动通过孔口 72并进入第二止回控制室86。加压燃料还因为随着在第一止回控制室84中建立压强，止 回速度控制装置56克服致偏弹簧74的力并且唇缘62至少部分地从腔58的上表面82脱 离而到达第二止回控制室86。随着唇缘62脱离，第一止回控制室84和第二止回控制室86 之间的流体连通通过在径向引导件59之间的一个或多个空间而形成。一旦高压燃料充满 第一止回控制室84和第二止回控制室86，各室中的压强相等并且致偏弹簧74使止回速度 控制装置56返回到其第一位置。高压燃料还可通过喷嘴通道34提供给喷嘴腔90。提供给喷嘴腔90的高压燃料通过将液压力施加到止回阀76的多个面上而试图使 止回阀76脱离。这些力试图使止回阀76提升离开其座92。但是，当控制阀组件40去激 励时，止回阀76保持就座，因为施加到止回阀的液压力被通过分支通道37和止回控制管线 36提供给第一止回控制室的高压燃料抵消。此外，止回弹簧88被定位成使止回阀76被朝 着其关闭或第一位置受到向下偏压。当期望喷射时，激励控制阀组件40。具体地，电致动器44受到激励，导致衔铁46 和活塞45克服致偏弹簧48的力而提升。控制阀构件42接着通过致偏弹簧49施加的向上的力被运动到其上部位置或高压座。在该位置，来自控制阀供应管线38的加压燃料不再与 止回控制管线36流体连通。取代地，止回控制管线36现在与排放通道52流体连通。第一 止回控制室84内的高压燃料通过a孔口 55排放到排放出口 50。同时，高压燃料还正通过 ζ孔口 57被提供给第一止回控制室84。a孔口 55可略微大于ζ孔口 57。由此，燃料离开 第一止回控制室84比燃料被提供给第一止回控制室84要快。这导致第一止回控制室84 内的压强下降。同时，加压燃料仍然正通过喷嘴通道34被提供给喷嘴腔90。由于第一止回 控制室84中的压强下降，喷嘴腔90中的压强高于第一止回控制室84中的压强。喷嘴腔中 的更高压强现在将液压力施加到止回阀76的多个面，导致止回阀被提升离开座92。随着止 回阀76脱离，加压燃料通过末端94被喷射到燃烧室(未显示)。更具体地，加压燃料通过 末端94中的至少一个孔口 96被喷射。止回阀76被提升的速度决定了燃料被输送到燃烧室的量和速度。在不具有某些 类型的止回速度控制装置的普通共轨喷射器中，止回阀76几乎立即完全打开，由此提供图 5中的曲线98所示的方形主喷射曲线。但是，在图2-4中包含的喷射器具有斜坡形主喷射 曲线100所示的斜坡形输送。因为第二止回控制室86中的高压燃料阻止止回阀76过快地 完全打开，所以提供该期望的斜坡形主喷射曲线100。具体而言，随着止回阀76提升，第二 止回控制室86中的高压燃料除了将止回速度控制装置56压靠在腔58的顶部之外无处可 去。致偏弹簧74也动作而将止回速度控制装置56压靠在腔58的顶部。在止回速度控制 装置压靠在腔58的顶部上的条件下，仍然试图溢出的第二止回控制室86中的加压燃料接 着挤出孔口 72并最终挤出a孔口 55到达排放出口 50。孔口 72导致的阻塞阻止止回阀76 过快地完全打开。由此产生斜坡形主喷射曲线100。当期望停止喷射时，电致动器44被去激励。随着电致动器44产生的电磁场消散， 致偏弹簧48的力作用在活塞45和衔铁46上。随着活塞45将向下的力施加在控制阀构件 42上，较小的致偏弹簧49的力被克服并且控制阀构件42返回以关闭低压座。当控制阀构 件42位于该低压座上时，止回控制管线36再次与高压燃料供应通道32流体连通。最终， 第一止回控制室84和第二止回控制室86被再次填充加压燃料，并且喷射器22再次准备好 用于喷射事件。现在参照图6和7，图6和7描绘了止回速度控制组件154的替代实施方式，止回 控制管线136和高压分支通道137分别通过a孔口 155和ζ孔口 157流体连接到止回速 度控制组件154。止回速度控制组件154包括设置在由喷射器主体129限定的腔158内的 止回速度控制装置156。止回速度控制装置156可为大致盘形并且可包括围绕其周边的上 升表面或唇缘162。唇缘162具有预定宽度并且从上表面168上升预定高度。上表面168 具有孔口 172，孔口 172能够提供穿过止回速度控制装置156的流体连通。可以想到，孔口 172可受到限制或为锥形的，使得其在顶部的宽度大于其底部的宽度。在图6和7所示的实 施方式中，孔口 172的宽度足以使止回阀176的头部177可动地置于其中且有很小或没有 间隙。头部177可为大致盘形并具有上表面179和下表面181。头部177可具有大致等于 孔口 172的长度的预定厚度。头部177可位于直径小于头部177的直径的锥形的颈部183 上。由于颈部183的锥形特征，下表面181的外部形成用作液压表面的凸缘。尽管未示出， 可以想到，止回速度控制装置156也可具有一个或多个径向引导件，其形状和功能与图4中 所描绘的径向引导件类似。如同本领域技术人员可理解的那样，头部177的形状实质上不必为盘形。头部177可以为任意多种形状，只要孔口 172的形状能够匹配。止回速度控制组件154还可包括设置在止回阀176和止回速度控制装置156之间 的致偏弹簧174。致偏弹簧174在向上的方向上偏压止回速度控制装置156，使得止回速度 控制装置156的唇缘162与腔158的上表面182接触。第一止回控制室184由腔158的上 表面182和止回速度控制装置156的上表面168限定。第二止回控制室186由止回速度控 制装置156的下表面180和止回阀176上方的腔158的空间限定。在喷射事件过程中，图6和7中描绘的止回速度控制装置156的实施方式以与前 述公开的实施方式类似的方式操作。总体而言，止回速度控制装置156操作以阻止止回阀 176过快地完全打开。在喷射过程中，允许燃料流出a孔口 155到达排放出口(未显示)。 这减轻了第一止回控制室184内的压强。随着这一情况的发生，喷嘴腔190内的压强得以 建立并将力施加到止回阀176的开放液压表面上。施加到止回阀176的力足以克服止回弹 簧188的向下的力，由此导致止回阀176脱离。随着止回阀176脱离，燃料被喷射入燃烧室 (未显示)ο随着止回阀176提升，第二止回控制室186中的高压燃料除了将止回速度控制装 置156压靠在腔158的顶部之外无处可去。致偏弹簧174也动作而将止回速度控制装置 156压靠在腔158的顶部。在止回速度控制装置压靠在腔158的顶部上的条件下，仍然试图 溢出的第二止回控制室186中的加压燃料接着将力施加在头部177的下表面181上。随着 头部177被向上压而穿过孔口 172，止回阀176的整体速度变慢，阻止止回阀176过快地完 全打开。由此可产生期望的斜坡形主喷射曲线100。在如图8所示的又一种实施方式中，公开了具有增加的速率整形灵活性的喷射器 222。除了该实施方式中具有第二阀控制组件340之外，喷射器222可具有与图2所公开的 喷射器类似的内部结构和流体回路。特别是，喷射器主体229限定互相连接的高压燃料供 应入口 230和燃料供应通道232。燃料供应通道232与喷嘴通道234流体连通。燃料供应 通道232还通过控制阀供应管线238和第一控制阀组件240与止回控制管线236流体连通。在所公开的实施方式中，第一控制阀组件240为三通阀，该三通阀包括在低压座 (未显示)和高压座(未显示)之间运动的控制阀构件242。在所示出的实施方式中，控制 阀构件242连接到衔铁246。控制阀构件242通过衔铁246可操作地连接到电致动器244。 控制阀构件242和衔铁246常态下受到致偏弹簧248向下的偏压。当控制阀构件242处于 关闭低压座的向下位置中时，止回控制管线236通过控制阀供应管线238与燃料供应通道 232流体连通。当电致动器244受到激励时，电致动器244产生的电磁场导致衔铁246和控 制阀构件242克服致偏弹簧248施加的向下的力而提升。在受到激励的过程中，控制阀构 件242向上提升，以关闭高压座，使得止回控制管线236通过排放通道252流体连接到排放 出口 250。本领域技术人员可以理解的是，在不背离本发明的精神的条件下第一控制阀组 件240可具有多种替代实施方式。这些替代实施方式可包括压电致动和其它衔铁、弹簧和 控制阀构件构造。止回控制管线236和高压分支通道237分别通过a孔口 255和ζ孔口 257流体连 接到止回速度控制组件254。止回速度控制组件254包括设置在由喷射器主体229限定的 腔258内的止回速度控制装置256。止回速度控制装置256可为大致盘形并且可包括围绕 其周边的上升表面或唇缘262。唇缘262具有预定宽度并且从上表面268上升预定高度。上表面268具有孔口 272，孔口 272能够提供穿过止回速度控制装置256的流体连通。止回速度控制组件254还可包括设置在止回阀276和止回速度控制装置256之间 的致偏弹簧274。致偏弹簧274在向上的方向上偏压止回速度控制装置256，使得止回速度 控制装置256的唇缘262与腔258的上表面282接触。第一止回控制室284由腔258的上 表面282和止回速度控制装置256的上表面268限定。第二止回控制室286由止回速度控 制装置256的下表面280和止回阀276上方的腔258的空间限定。在该实施方式中，第二止回控制室286通过s孔口 261、排泄通道247和第二控制 阀组件340流体连接到排放出口 243。第二控制阀组件340可以是包括连接到衔铁346的 控制阀构件342的两通阀。衔铁346可操作地连接到电致动器344。控制阀构件342和电 致动器344常态下受到致偏弹簧348向下的偏压。因为第二控制阀组件340是简单的两通 阀，当控制阀构件342处于向下位置中时，在排泄通道247和排放出口 243之间没有流体连 通。相反地，当电致动器344受到激励时，衔铁346和控制阀构件342被提升，在排泄通道 247和排放出口 243之间建立流体连通。本领域技术人员可以理解的是，在不背离本发明的 范围和精神的条件下控制阀组件可具有多种替代实施方式。同样可以理解的是，排放出口 243可以在喷射器中选择路径，以与排放出口 250分开或者重合。共轨喷射器自然产生方形输送曲线。添加诸如此处公开的止回速度控制装置将共 轨喷射器的自然喷射轮廓从方形改变为斜坡形。但是，有时可能期望共轨喷射器提供方形 燃料输送轮廓。例如，据信产生方形后喷射曲线101的喷射可有助于减少烟尘(见图5)。 因此，可能期望以产生斜坡形主喷射曲线100和方形后喷射曲线101的方式喷射燃料。添 加第二控制阀组件340允许增加关于输送到燃烧室的燃料的速率形状的灵活性。所公开的 喷射器222可执行方形喷射和斜坡形喷射二者。本领域技术人员可以理解的是，当第一控制阀组件240受到激励而第二控制阀组 件340未受到激励时，喷射器222将与前述公开和描述的喷射器22基本相同地作用。因此 可获得斜坡形输送曲线。下面说明使用喷射器222产生方形主喷射曲线98或方形后喷射曲线101。当期望 喷射时，第一控制阀组件240受到激励。具体地，电致动器244受到激励，导致衔铁246和 控制阀构件242克服致偏弹簧248的力而提升。控制阀构件242现在处于其上部位置或高 压座。在该位置，来自控制阀供应管线238的加压燃料不再与止回控制管线236流体连通。 取代地，止回控制管线236现在与排放通道252流体连通。第一止回控制室284内的高压 燃料通过a孔口 255排放到排放出口 250。同时，高压燃料还正通过ζ孔口 257被提供给 第一止回控制室284。a孔口 255可略微大于ζ孔口 257。由此，燃料离开第一止回控制室 284比燃料被提供给第一止回控制室284要快。这导致第一止回控制室284内的压强下降。 同时，加压燃料仍然正通过喷嘴管线234被提供给喷嘴腔290。由于第一止回控制室284中 的压强下降，喷嘴腔290中的压强高于第一止回控制室中的压强。喷嘴腔中的更高压强现 在将液压力施加到止回阀276的多个面，导致止回阀被提升离开座292。随着止回阀276脱 离，加压燃料通过末端294被喷射到燃烧室(未显示)。更具体地，加压燃料通过末端294 中的至少一个孔口 296被喷射。如前面所公开的，因为第二止回控制室286中的加压燃料在试图通过相对较小的 孔口 272溢出时受到阻塞，所以可以实现斜坡形曲线。但是，当第二控制阀组件340受到激励时，在排泄通道247和排放出口 243之间建立流体连通。因此，否则可能在孔口 272处阻 塞的第二止回控制室286中的加压燃料现在可自由流出s孔口 261进入排泄通道并最终排 出排放出口 243。在第二止回控制室286中不存在加压燃料时，没有什么可以阻止止回阀 276快速地完全打开。因此产生方形后喷射曲线101。工业实用性本发明发现在共轨燃料喷射系统中的优选应用。此外，本发明还发现在单流体系 统、即燃料喷射系统中的优选应用。虽然以压燃发动机为例阐述了本发明，但是本发明可发 现在其它发动机应用中的应用，包括但不限于火花点火发动机。所公开的燃料喷射器具有 产生斜坡形喷射形状、方形喷射形状、多次喷射和相对突然的喷射终止的能力。而且，这些 不同的喷射轮廓可与发动机的操作状态无关地进行选择。最后，与多种电子控制燃料喷射 系统类似，燃料喷射器22、222具有对喷射正时和喷射量相对精确的控制，这可与发动机速 度和曲柄角度无关地进行选择。斜坡形主喷射曲线100和方形后喷射曲线101可使用共轨喷射器222获得。当需 要斜坡形主喷射曲线100时，第一控制阀组件240受到激励，而第二控制阀组件340保持不 受激励。具体而言，电致动器244受到激励，导致衔铁246和控制阀构件242克服致偏弹簧 248的力而提升。控制阀构件242现在处于其上部位置或高压座。在该位置，来自控制阀供 应管线238的加压燃料与排放通道252流体连通。第一止回控制室284内的高压燃料通过 a孔口 255排放到排放出口 250。同时，高压燃料还正通过ζ孔口 257被提供给第一止回控 制室284。a孔口 255可略微大于ζ孔口 257。由此，燃料离开第一止回控制室284比燃料 被提供给第一止回控制室284要快。这导致第一止回控制室284内的压强下降。同时，加 压燃料仍然正通过喷嘴管线234被提供给喷嘴腔290。由于第一止回控制室284中的压强 下降，喷嘴腔290中的压强高于第一止回控制室中的压强。喷嘴腔中的更高压强现在将液 压力施加到止回阀276的多个面，导致止回阀被提升离开座292。随着止回阀276脱离，加 压燃料通过末端294被喷射到燃烧室(未显示)。更具体地，加压燃料通过末端294中的至 少一个孔口 296被喷射。因为第二止回控制室286中的高压燃料阻止止回阀276过快地完全打开，所以提 供斜坡形主喷射曲线100。具体而言，随着止回阀276提升，第二止回控制室286中的高压 燃料除了将止回速度控制装置256压靠在腔258的顶部之外无处可去。本领域技术人员可 以理解，由于第二控制阀组件340未受激励，所以第二止回控制室286中的加压燃料不能通 过s孔口 261溢出。因此，在第二止回控制室286和排放出口 243之间没有流体连通。在 止回速度控制装置256压靠在腔258的顶部上的条件下，仍然试图溢出的第二止回控制室 286中的加压燃料接着挤出孔口 272并最终挤出a孔口 255到达排放出口 250。孔口 272 导致的阻塞阻止止回阀276过快地完全打开。由此产生斜坡形主喷射曲线100。对电致动器244去激励结束主喷射。随着电致动器244产生的电磁场消散，控制 阀构件242返回以关闭低压座(未显示)。当控制阀构件242位于该低压座上时，止回控制 管线236再次与高压燃料供应通道232流体连通。最终，第一止回控制室284和第二止回 控制室286被再次填充加压燃料，并且喷射器222再次准备好用于喷射事件。可通过同时致动控制阀组件240和340来实现方形后喷射曲线101。致动控制阀 组件240使控制阀构件提升到其高压座，并由此建立第一止回控制室284和排放出口 250之间的流体连通。第一止回控制室284内的加压燃料通过a孔口 255溢出。同时，致动第 二控制阀组件340使控制阀构件342提升到其打开位置。由此在第二止回控制室286和排 放出口 243之间建立流体连通。现在加压燃料可通过s孔口 261溢出。随着加压燃料能够从第一止回控制室284和第二止回控制室286溢出，高压燃料 持续输送到喷嘴室290。随着在喷嘴室290中建立压强，力被施加到止回阀276的开放液压 表面，由此导致止回阀276提升。随着止回阀276脱离，加压燃料通过末端294被喷射入燃 烧室(未显示)。更具体地，加压燃料通过末端294中的至少一个孔口 296被喷射。由于在 第一止回控制室284和第二止回控制室286中很少或没有抗衡压强，止回阀276快速完全 打开。由于止回阀276快速完全打开，输送方形后喷射曲线101。上述说明仅意于阐述目的而不用于以任何方式显示本发明的范围。因此，本领域 技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的条件下可以对示出的实施方式进行各 种变型，本发明的范围由权利要求书限定。
权利要求
1.一种流体喷射器，包括喷射器主体，所述喷射器主体限定高压入口、喷嘴供应通道、低压排放通道和至少一个 喷嘴出口 ；止回速度控制装置，所述止回速度控制装置具有上表面、下表面和孔口，所述止回速度 控制装置定位在所述流体喷射器的腔内，所述腔具有上表面和下表面，其中所述止回速度 控制装置的上表面和所述腔的上表面之间的空间限定第一止回控制室，所述止回速度控制 装置的下表面和所述腔的下表面限定的空间限定第二止回控制室，所述第一止回控制室和 所述第二止回控制室通过所述孔口彼此流体连通；其中所述止回速度控制装置能够在所述腔内在第一速度控制位置和第二速度控制位 置之间运动，在所述第一速度控制位置中，所述止回速度控制装置的上表面的至少一部分 与所述腔的上表面接触，在所述第二速度控制位置中，所述止回速度控制装置的上表面的 至少一部分与所述腔的上表面隔开；控制阀组件，所述控制阀组件具有能够选择性地连接所述高压入口、所述低压排放通 道和所述第一止回控制室的阀构件；以及止回阀，所述止回阀能够在所述流体喷射器内在止回阀第一位置和止回阀第二位置之 间运动，在所述止回阀第一位置处所述止回阀阻塞所述至少一个喷嘴出口，在所述止回阀 第二位置处所述止回阀至少部分地打开所述至少一个喷嘴出口，所述止回阀包括暴露于所 述喷嘴供应通道的流体压强的至少一个开放液压表面以及暴露于所述第二止回控制室的 流体压强的至少一个闭合液压表面。
2.如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述止回阀包括止回阀第一端部和止回阀 第二端部，所述止回阀第一端部在所述止回阀第一位置处阻塞所述至少一个喷嘴出口，所 述至少一个闭合液压表面设置在所述止回阀第二端部。
3.如权利要求2所述的流体喷射器，其中，所述止回速度控制装置设置在致偏弹簧之 上，所述致偏弹簧将所述止回速度控制装置偏置到所述第一速度控制位置。
4.如权利要求3所述的流体喷射器，其中，所述止回速度控制装置还包括使所述止回 速度控制装置与所述腔的侧表面隔离开的带中断部的至少一个径向边缘，在所述止回速度 控制装置处于所述第二速度控制位置时，所述第一止回控制室和所述第二止回控制室通过 所述中断部彼此流体连通。
5.如权利要求4所述的流体喷射器，还包括第二控制阀组件，所述第二控制阀组件具 有能够选择性地连接所述高压入口、所述低压排放通道和所述第二止回控制室的阀构件。
6.如权利要求4所述的流体喷射器，其中，在所述止回阀处于所述止回阀第一位置时， 所述止回阀第二端部的至少一部分设置在所述孔口内，并且在所述止回阀处于所述止回阀 第二位置时，所述止回阀第二端部的至少一部分设置在所述第一止回控制室内。
7.如权利要求5所述的流体喷射器，还包括第二控制阀组件，所述第二控制阀组件具 有能够选择性地连接所述高压入口、所述低压排放通道和所述第二止回控制室的阀构件。
8.—种控制止回阀在流体喷射器中的速度的方法，包括如下步骤提供流体喷射器，所述流体喷射器具有包括上表面和下表面的腔，提供定位在所述腔 中的止回速度控制装置，所述止回速度控制装置包括上表面、下表面和孔口 ；其中所述止 回速度控制装置的上表面和所述腔的上表面之间的空间限定第一止回控制室，所述止回速度控制装置的下表面和所述腔的下表面限定的空间限定第二止回控制室，所述第一止回控 制室和所述第二止回控制室通过所述孔口彼此流体连通；其中所述止回速度控制装置能够 在所述腔内在第一速度控制位置和第二速度控制位置之间运动，在所述第一速度控制位置 中，所述止回速度控制装置的上表面的至少一部分与所述腔的上表面接触，在所述第二速 度控制位置中，所述止回速度控制装置的上表面的至少一部分与所述腔的上表面隔开；提供具有止回阀第一端部和止回阀第二端部的止回阀，其中所述止回阀能够运动止 回阀行程距离，所述止回阀行程距离限定为在止回阀第一位置和止回阀第二位置之间的距 离，在所述止回阀第一位置处所述止回阀第一端部阻塞所述流体喷射器的喷嘴出口，在所 述止回阀第二位置处所述止回阀第一端部至少部分地打开所述喷嘴出口 ；所述止回阀第二 端部包括至少一个闭合液压表面；所述止回阀第二端部暴露于所述第二止回控制室的流体 压强；以及使用所述止回速度控制装置通过控制从所述腔中排出到所述流体喷射器的低压排放 通道的流体速率来限制所述止回阀行程距离上的止回阀速度。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述限制速度的步骤还通过具有能够选择性地连 接所述流体喷射器的高压入口、所述低压排放通道和所述第一止回控制室的阀构件的控制 阀组件来控制。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述止回速度控制装置设置在致偏弹簧之上，所 述致偏弹簧将所述止回速度控制装置偏置到所述第一速度控制位置。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述止回速度控制装置还包括使所述止回速度 控制装置与所述腔的侧表面隔离开的带中断部的至少一个径向边缘，在所述止回速度控制 装置处于所述第二速度控制位置时，所述第一止回控制室和所述第二止回控制室通过所述 中断部彼此流体连通。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在所述止回阀处于所述止回阀第一位置时，所述 止回阀第二端部的至少一部分设置在所述止回速度控制装置的所述孔口内。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述排出流体的步骤还通过具有能够选择性地 连接所述高压入口、所述低压排放通道和所述第二止回控制室的阀构件的所述第二控制阀 组件来控制。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述排出流体的步骤还通过具有能够选择性地 连接所述高压入口、所述低压排放通道和所述第二止回控制室的阀构件的所述第二控制阀 组件来控制。
15.一种内燃发动机，包括发动机壳体，所述发动机壳体限定多个发动机缸体并且包括多个活塞，每个所述活塞 能够在相应的一个所述发动机缸体中运动；以及燃料系统，所述燃料系统包括多个燃料喷射器，每个所述燃料喷射器与多个所述发动 机缸体的每一个相关联，每个所述燃料喷射器包括具有上表面和下表面的腔以及定位在所 述腔中的具有上表面、下表面和孔口的止回速度控制装置；其中所述止回速度控制装置的上表面和所述腔的上表面之间的空间限定第一止回控 制室，所述止回速度控制装置的下表面和所述腔的下表面限定的空间限定第二止回控制 室，所述第一止回控制室和所述第二止回控制室通过所述孔口彼此流体连通；多个所述燃料喷射器的每一个还包括止回阀，所述止回阀能够运动止回阀行程距离以 控制燃料喷射入相关联的发动机缸体中，且所述止回阀具有暴露于所述第二止回控制室的 流体压强的至少一个闭合液压表面。
16.如权利要求15所述的内燃发动机，其中，多个所述燃料喷射器的每一个均包括与 相应的所述第一止回控制室和所述第二止回控制室中的至少一个相连接的高压燃料入口、 与所述高压燃料入口和至少一个喷嘴出口相连接的喷嘴供应通道，其中多个所述燃料喷射 器的每一个的所述止回阀包括暴露于相应的所述喷嘴供应通道的流体压强的至少一个开 放液压表面。
17.如权利要求16所述的内燃发动机，还包括高压燃料泵、以及与所述高压燃料泵和 多个所述燃料喷射器的每一个的所述高压燃料入口流体连接的共轨。
18.如权利要求17所述的内燃发动机，还包括压燃式柴油发动机，并且多个所述燃料 喷射器的每一个均包括延伸入多个所述发动机缸体的相应一个中的喷嘴末端。
全文摘要
本发明涉及具有速率整形能力的流体喷射器。还涉及包括燃料喷射器的共轨单流体喷射系统，燃料喷射器包括具有产生斜坡形、方形和多次喷射速率形状能力的一个或两个控制阀组件。这通过包括止回速度控制装置来实现，其中该止回速度控制装置设置在由喷射器主体限定的腔中的第一和第二止回控制室之间。控制阀和止回速度控制装置通过控制流出第一和第二止回控制室的燃料流来控制止回阀的速度。
文档编号F02M51/06GK102003316SQ20101027411
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月1日 优先权日2009年9月2日
发明者D·吉布森, M·F·索玛斯, 金会山 申请人:卡特彼勒公司