用于双燃料系统的双出口止回式液体燃料喷射器的制作方法

本发明总体上涉及一种用于内燃发动机中的燃料系统的液体燃料喷射器，并且更具体地涉及一种液体燃料喷射器，其具有双出口止回阀和双燃料出口，双出口止回阀和双燃料出口由共用喷嘴供给腔提供供给。

背景技术：

设计为使用一种以上类型的燃料进行操作的现代内燃机具有更高的商业利益。在压燃式发动机的情况下，所称的双燃料发动机可以包括液体燃料源，所述液体燃料例如柴油馏分燃料，还可以包括低温储存或以其他方式储存的气体燃料。气体燃料可以提供诸多优点，比如降低某些类型的排放，以及在许多情况下降低成本。至少在某些应用情形中，柴油燃料往往与更高的性能相关联。操作者或发动机控制单元可以在″仅柴油″模式和″仅气体燃料″模式或混合模式之间切换，这种设计是已知的。

在一些情况下，使用相对少量或引燃量的柴油燃料来点燃较大量的气体燃料主进料，可能是有利的。这种双燃料发动机通常采用直接位于燃烧气缸内的液体燃料喷射器，当发动机主要使用气体燃料进行操作时，该液体燃料喷射器进行操作以喷射引燃量的柴油燃料，而当发动机以″仅柴油″模式进行操作时，该液体燃料喷射器进行操作以进行较大量的液体燃料主喷射。虽然这种系统已经显示出良好的前景，但是可能存在可控性问题，与这些可控性问题相关联的，是试图操作燃料喷射器，时而进行较小引燃量喷射，时而进行远大于此的主喷射。Schaller等人的美国专利No.9,638,118涉及一种用于向双燃料发动机供应天然气的系统和方法，并示出了一种已知的设计。

技术实现要素：

在一个方面，用于内燃机的液体燃料喷射器包括喷射器主体，喷射器主体限定高压入口通道、第一组喷嘴出口、第二组喷嘴出口、第一控制室和第二控制室，每个控制室与高压入口通道流体连通，还限定低压空间。液体燃料喷射器进一步包括第一出口止回阀，第一出口止回阀具有关闭液压表面，关闭液压表面暴露于第一控制室的流体压力，并且能够在关闭位置与打开位置之间移动。关闭位置阻挡第一组喷嘴出口。液体燃料喷射器进一步包括第二出口止回阀，第二出口止回阀具有关闭液压表面，关闭液压表面暴露于第二控制室的流体压力，并且能够在关闭位置与打开位置之间移动，关闭位置阻挡第二组喷嘴出口。液体燃料喷射器还进一步包括流体地定位在第一控制室与低压空间之间的第一双向喷射控制阀，以及流体地定位在第二控制室与低压空间之间的第二双向喷射控制阀。喷射器主体进一步限定第一组孔口，第一组孔口在高压入口通道、低压空间和第一控制室之间按A-F-Z模式布置，还限定第二组孔口，第二组孔口在高压入口通道、低压空间和第二控制室之间按A-F-Z模式布置。喷射器主体进一步限定共用喷嘴供给腔，共用喷嘴供给腔与高压入口通道流体连通，并且第一组喷嘴出口和第二组喷嘴出口分别在第一出口止回阀和第二出口止回阀的打开位置处与共用喷嘴供给腔流体连通。

在另一方面，用于内燃机的燃料系统包括加压液体燃料源和多个液体燃料喷射器，每个液体燃料喷射器限定高压入口通道、第一组喷嘴出口、第二组喷嘴出口、第一控制室和第二控制室，每个控制室与高压入口通道流体连通，还限定低压空间。多个液体燃料喷射器各自包括第一出口止回阀和第二出口止回阀，第一出口止回阀具有暴露于第一控制室的流体压力的关闭液压表面，第二出口止回阀具有暴露于第二控制室的流体压力的关闭液压表面。多个液体燃料喷射器各自进一步包括流体地定位在第一控制室与低压空间之间的第一喷射控制阀，以及流体地定位在第二控制室与低压空间之间的第二喷射控制阀。多个液体燃料喷射器各自进一步限定在高压入口通道、低压空间和第一控制室之间按A-F-Z模式布置的第一组孔口，以及在高压入口通道、低压空间和第二连接器通道之间按A-F-Z模式布置的第二组孔口。多个液体燃料喷射器各自进一步限定与高压入口通道流体连通的共用喷嘴供给腔。第一出口止回阀和第二出口止回阀各自在打开位置与关闭位置之间可移动，在打开位置中，对应的第一组喷嘴出口和第二组喷嘴出口与共用喷嘴供给腔流体连通。

在又一方面，用于燃料系统中的液体燃料喷射器中的堆叠的孔板包括单件式孔板主体，单件式孔板主体限定在板主体上侧与板主体下侧之间延伸的中心轴线，以及围绕中心轴线周向延伸的外周边缘。孔板主体进一步具有形成在上侧的多个凸起密封表面，用于与堆叠中的相邻堆叠件形成密封，以及具有位于凸起密封表面的轴向向内的凹陷表面。孔板主体进一步具有在板主体上侧与板主体下侧之间延伸的第一入口通道和第二入口通道，用于将高压燃料分别馈送至用于第一出口止回阀的第一控制室和用于第二出口止回阀的第二控制室。孔板主体进一步具有在板主体下侧与板主体上侧之间延伸的第一出口通道和第二出口通道，用于将第一控制室和第二控制室连接至低压空间。第一组孔口在孔板主体中并且包括形成在第一出口通道中的第一A孔口、形成在第一入口通道中的第一Z孔口，以及第一F孔口。第二组孔口在孔板主体中并且包括形成在第二出口通道中的第二A孔口、形成在第二入口通道中的第二Z孔口，以及第二F孔口。第一F孔口和第二F孔口将第一出口通道和第二出口通道流体连接至板主体下侧，以将液体燃料喷射器中的喷嘴供给腔流体连接至第一控制室和第二控制室中的每一个。

附图说明

图1是根据一个实施例的内燃发动机系统的部分剖面侧视图；

图2是适用于图1的内燃机系统中的燃料喷射器的剖面侧视图；

图3是根据一个实施例沿着图4的线3-3截取的穿过孔板的剖视图；

图4是根据一个实施例的孔板的透视图；

图5是沿着图4的线5-5截取的剖视图；并且

图6是沿着图4的线6-6截取的剖视图。

具体实施方式

参见图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统8(以下称为″发动机系统8″)。发动机系统8可包括构造成使用两种不同燃料(通常为液体燃料和气体燃料)进行操作的双燃料发动机系统。在一个实现方式中，液体燃料可以包括柴油馏分燃料，气体燃料可以包括天然气、甲烷，或在标准温度和压力下为气态的其他烃燃料或混合物。发动机系统8包括具有壳体12的内燃机10，壳体12中形成有多个燃烧气缸14。缸体14可以是任何数量并按任何合适的方式布置，例如直列式布置、V形构型，或另外的布置。活塞16可在每个燃烧气缸14内移动，从而以大体上传统的方式使曲轴18旋转。发动机系统8还可包括进气管道26，进气管道26构造成通过包括压缩机22和涡轮24的涡轮增压器20将用于燃烧的空气馈送至燃烧气缸14。后冷却器28定位在压缩机22的下游并且将冷却、压缩后的空气输送至进气歧管30。同样以大体上传统的方式，多个进气流道32在进气歧管30和每个燃烧气缸14之间延伸。

发动机系统8还包括燃料系统34，燃料系统34包括气体燃料子系统36和液体燃料子系统44。气体燃料子系统36包括燃料源38，燃料源38可通过泵39向汽化和加压设备40提供低温液态储存的气体燃料。设备40可包括被构造成将气体燃料从液态转变为气态的汽化器、被构造成加压气体燃料以输送至发动机10的加压泵，以及各种其他已知的监测和调节部件。在所示实施例中，气体燃料进入阀42与每个进气流道32联接。在其他实施例中，一个或多个气体燃料进气阀可以将气体燃料输送到进气歧管30中，或者输送到进气歧管30上游的其他地方，例如压缩机22的上游。在其他实施例中，可以定位具有气体燃料喷射器性质的气体燃料进入阀，以将气体燃料直接喷射到燃烧气缸14中的每一个中。

液体燃料子系统44包括例如燃料箱的液体燃料源46，并可包括被构造成将液体燃料输送到发动机10的至少一个泵。在所示实施例中，低压输送泵48从供给源46接收燃料并将燃料输送到高压泵50，高压泵50向加压燃料储存器52(例如，共轨)馈送燃料。应当理解，可以使用单个整体式加压燃料储存器，以及多个单独的蓄压器，或者还可以使用另一种策略，例如多个单位泵。电子控制单元54可以与每个气体燃料进入阀42以及液体燃料子系统44的多个液体燃料喷射器56联接。液体燃料喷射器56可以各自与发动机壳体12联接并且定位成至少部分地延伸到燃烧气缸14中的每一个中。如本文进一步讨论的，每个液体燃料喷射器56可以包括双出口止回阀，双出口止回阀被构造成按照例如不同的喷射角度，以不同的量，并且出于不同的目的，喷射液体燃料，不同的目的包括产生用于点燃气体燃料主进料的引燃进料，以及喷射液体燃料的主进料。本领域技术人员将理解双出口止回阀液体燃料喷射器在所称的″仅柴油″模式操作、混杂或混合模式操作以及其他操作策略中的潜在应用。如从以下描述中将进一步清楚可见的，可以设想，单独控制和单独设计双出口止回阀，能够针对其不同的预期目的进行优化。

现在还参见图2，示出了适用于发动机系统8的类型的液体燃料喷射器56的剖视图。燃料喷射器56包括喷射器主体58，喷射器主体58限定与高压入口62连接的高压入口通道60。例如，在一个实施例中，入口62可以通过所称的套管连接器与储存器/共轨52流体连接。喷射器主体58进一步限定第一组喷嘴出口64、第二组喷嘴出口66、第一控制室68和第二控制室70，每个控制室流体连接至高压入口通道60。喷射器主体58还限定低压空间72，低压空间72可以是喷射器主体58内或喷射器主体58外的空间内的低压出口或排出口，或多个低压出口或排出口。燃料喷射器56还包括第一出口止回阀74，第一出口止回阀74具有关闭液压表面76，关闭液压表面76暴露于第一控制室68的流体压力，并且可以在关闭位置和打开位置之间移动，关闭位置阻挡第一组喷嘴出口64。燃料喷射器56还包括第二出口止回阀78，第二出口止回阀78具有关闭液压表面80，关闭液压表面80暴露于第二控制室70的流体压力，并且可以在关闭位置和打开位置之间移动，关闭位置阻挡第二组喷嘴出口66。在所示实施例中，第一出口止回阀74和第二出口止回阀78并排布置，并且第一组喷嘴出口64的喷射角度、出口尺寸或出口数量中的至少一个不同于第二组喷嘴出口66的喷射角度、出口尺寸或出口数量。第一组喷嘴出口64可以限定喷射角度114，并且第二组喷嘴出口66可以限定第二喷射角度116。在一种实现方式中，喷射角度114可以大于喷射角度116。喷射角度114可以是大约140°，喷射角度116可以是大约125°。喷射角度114和喷射角度116中的每一个可以在约125°至约145°的范围内。

燃料喷射器56还包括第一控制阀组件81中的第一电致动喷射控制阀82。喷射控制阀82可以是第一双向喷射控制阀，并且流体地定位在第一控制室68和低压空间72之间。控制通道83在控制阀组件81和第一控制室68之间延伸。控制阀82可在关闭位置和打开位置之间移动，关闭位置阻挡控制通道83和低压空间72之间的流体连通，在打开位置，控制通道83流体连接至低压空间72。控制阀82因此被构造成连接或断开总共两个通道。燃料喷射器56还包括控制阀组件84中的第二电致动喷射控制阀85。喷射控制阀85可以是第二双向喷射控制阀，并且流体地定位在第二控制室70和低压空间72之间。控制通道87在第二控制室70和控制阀组件84之间延伸。控制阀组件84可以与控制阀组件81类似地起作用。在所示实施例中，控制阀组件81和控制阀组件84中的每一个都是电磁致动控制阀组件，被构造成在断电状态和通电状态之间变化，在断电状态中，相应的控制阀82和85处于其关闭位置，在通电状态中，控制阀82和85与弹簧偏压力相反地移动到打开位置。在控制阀组件81和控制阀组件84之间共享某些部件，然而，本发明不因此受限。从图2还可以看出，控制通道83和控制通道87延伸穿过喷射器主体58的多个部件，并且超出视图中所示的平面。喷射控制阀82和喷射控制阀85中的每一个都可以包括球阀，或半圆形、半球形的阀，其被构造成产生移动，接触和脱离平坦的阀座，然而，本发明不因此受限。本领域技术人员将熟悉这样的设计技术：当喷射控制阀82和85打开时，在喷射控制阀组件81和84与低压空间72之间的喷射器主体58中的各种部件之间，提供流向低压空间72的流动。

喷射器主体58还包括保护套92和定位在保护套92内的堆叠94。喷射器主体58还限定与高压入口通道60流体连通的共用喷嘴供给腔90。共用喷嘴供给腔90可以理解为高压入口通道60的一部分，进而又可以理解为从高压入口62延伸到喷嘴出口64和喷嘴出口66中的每一个。第一组喷嘴出口64和第二组喷嘴出口66分别在第一出口止回阀74和第二出口止回阀78的打开位置处流体连接至共用喷嘴供给腔90。共用喷嘴供给腔90可以形成在堆叠94内，并且第一出口止回阀74和第二出口止回阀78中的每一个延伸穿过共用喷嘴供给腔90。堆叠94还包括尖端件95，其被定位在保护套92内并且具有形成在其中的第一组喷嘴出口64和第二组喷嘴出口66。可以是圆柱形的间隔件96被定位成邻接尖端件95，并包括围绕第一出口止回阀74和第二出口止回阀78周向延伸的壁99，以便形成共用喷嘴供给腔90。又一个堆叠件98至少部分地定位在保护套92内，并且孔板100夹在堆叠件98与间隔件96之间。第一出口止回阀74和第二出口止回阀78中的每一个可包括暴露于共用喷嘴供给腔90的流体压力的打开液压表面(未编号)。第一出口止回阀74和第二出口止回阀78中的每一个通过弹簧偏压以大体上已知的方式被进一步偏压闭合。

喷射器主体58还限定在高压入口通道60、低压空间72和第一控制室68之间按A-F-Z模式布置的第一组孔口86。″A″孔口流体地定位在止回控制室与低压出口之间，而″Z″孔口流体地定位在进入高压与止回控制室之间，并且″F″孔口将用于Z孔口的高压源流体地连接至A孔口的出口。第二组孔口88按A-F-Z模式布置在高压入口通道60、低压空间72和第二控制室70之间。现在还参考图3和图4，示出了孔板100的更多细节。孔板100包括单件式孔板主体120，其限定在板主体上侧124和板主体下侧126之间延伸的中心轴线122。孔板主体120还包括围绕中心轴线122周向延伸的外周边缘128。在所示实施例中，外周边缘128包括第一直线型段130、第一弧形段132、第二直线型段134和第二弧形段136。第一弧形段132和第二弧形段136与第一直线型段130和第二直线型段134交替布置。孔板主体120还具有多个凸起密封表面，包括第一凸起密封表面138、第二凸起密封表面140和第三凸起密封表面142。从图4中可以看出，密封表面138和密封表面142分别邻近第一弧形部分132和第二直线型部分134设置。孔板主体120还包括被定位成从凸起密封表面138、140和142轴向向内的凹陷表面144。孔板主体120还具有在板主体上侧124和板主体下侧126之间延伸的第一入口通道146和第二入口通道148，用于将高压燃料分别馈送到用于第一出口止回阀74的第一控制室68和用于第二出口止回阀78的第二控制室70。

孔板主体120还包括在板主体下侧126和板主体上侧124之间延伸的第一出口通道150和第二出口通道152，用于将第一控制室68和第二控制室70连接至低压空间72。孔板主体120中的第一组孔口86也在图3中示出，并且包括形成在第一出口通道150中的第一A孔口154、形成在第一入口通道146中的第一Z孔口156，以及第一F孔口158。F孔口158位于图3所示平面之外，但会在下文其他地方加以描述和说明。孔板主体120中的第二组孔口88也在图3中示出，并且包括形成在第二出口通道152中的第二A孔口160、形成在第二入口通道148中的第二Z孔口162，以及第二F孔口164。第一F形孔158和第二F形孔164将第一出口通道150和第二出口通道152流体连接至板主体下侧126，以将燃料喷射器56中的共用喷嘴供给腔90流体连接至第一控制室68和第二控制室70中的每一个。如本文进一步讨论的，提供F形孔158和164有助于在燃料喷射结束时重新填充控制室68和70。应当理解，F形孔158和164可以通过另一种架构连接至高压入口通道60。换言之，在实际实施策略中，F孔口158和164连接至共用喷嘴供给腔90，但是可以构造成其他形式而不偏离本发明的范围。在其他实施例中，本文描述的各种孔口还可以定位在堆叠94的部件中而不是孔板100中。

从图4还可以注意到，第一连接器通道166形成在板主体上侧124中并且将第一入口通道146流体连接至第二入口通道148。第一连接器通道166可以具有C形构造，但是本发明不因此受限。第二连接器通道168形成在板主体上侧124中并将第一出口通道150流体连接至第一F孔口158。第三连接器通道170形成在板主体上侧124中，并将第一出口通道150流体连接至第二F孔口164。第二连接器通道168和第三连接器通道170中的每一个在形状上可以是直线型的。还可以注意到，第一连接器通道166、第二连接器通道168，和第三连接器通道170中的每一个形成在凸起密封表面140中。在凸起密封表面138、140和142与凹陷表面144之间的轴向深度，可以在组装燃料喷射器56使用时，提供连接至高压的空间。第一入口通道146和第二入口通道148，以及第一出口通道150和第二出口通道152可以在外周边缘128的第一直线型段130和第二直线型段134之间交替布置。

现在还参考图5和图6，示出了沿图4的线5-5和6-6截取的剖视图。还应当注意，图3中的剖视图包括沿图4的线3-3截取的孔板100的主要内容。从图5和图6可以看出，F形孔158和164各自相对于中心轴线122从相应的连接器通道168和170按一定角度延伸。应想到，F形孔158和164提供出口通道150和152与共用喷嘴供给腔90之间的流体连接。第一流体通道163在板主体上侧124和板主体下侧126之间延伸，第二流体通道152也在板主体上侧124和板主体下侧126之间延伸。第一流体通道163包括第一F形孔158并且在板主体下侧126处开口，而第二流体通道152包括第二F形孔160并且在板主体下侧126处开口。从图35还可以注意到，第一A孔口154和第二A孔口160中的每一个，以及第一Z孔口156和第二Z孔口162中的每一个邻近板主体下侧126形成。第一F孔口156和第二F孔口158中的每一者可邻近板主体上侧124形成。本文中，A孔口、F孔口和Z孔口各自的尺寸可以在彼此的数量级内。

返回到图2，应想到，第一出口止回阀74和第二出口止回阀78中的每一个延伸穿过尖端件95。尖端件95具有位于其中的第一引导孔102，第一引导孔102容纳第一出口止回阀74，并且与第一出口止回阀74形成第一喷嘴供给通道104。尖端件95中还具有第二引导孔106，该第二引导孔106容纳第二出口止回阀78，并且与第二出口止回阀78形成第二喷嘴供给通道108。在尖端件95内形成第一M孔口110以限制通过第一喷嘴供给通道104的流动。在尖端件95内形成第二M孔口112以限制通过第二喷嘴供给通道108的流动。

工业实用性

总体上参照附图，应想到，发动机系统8可以在多个不同模式中操作。在″仅柴油″模式期间，第二出口止回阀78可通过喷射控制阀组件84操作，从而在发动机循环中打开和关闭，喷射柴油燃料的主进料。还可以设想这样的实施例，其中，第二出口止回阀78和第一出口止回阀74分别通过控制阀组件84和控制阀组件81操作，以配合柴油燃料的主进料的喷射，在同一发动机循环内提供连续喷射，例如引燃喷射、预喷射或后喷射，或者执行其他变型。在通常的″仅柴油″模式中，喷射控制阀组件84可以被通电，将喷射控制阀85从其阀座提起，从而引起第二控制室70中的压力下降，进而使得作用在共用喷嘴供给腔90中的第二出口止回阀78的打开液压表面上的压力能够提升第二出口止回阀78，打开第二组喷嘴出口66。当喷射将要结束时，或者刚好在喷射将要结束之前，喷射控制阀组件84被断电，从而关闭喷射控制阀85，并且使得第二控制室70中的压力能够增加并作用于关闭液压表面80，使得第二出口止回阀78关闭。活塞16按照传统的四相循环运动，吸气、压缩、燃烧并排出空气和柴油燃料的混合物。

混杂或混合模式(其中，液体燃料用于引燃点火)下的操作，以大体上类似的方式进行，将喷射控制阀组件81通电和断电，以改变控制室68内的压力，并使第一出口止回阀74在其打开位置和关闭位置之间调节。与喷射液体燃料的主进料压缩点火不同，在双燃料模式中，相对小的引燃进料将被压缩点火，随之，引燃进料的燃烧火焰可以点燃输送到相应燃烧气缸14中的气体燃料的主进料。如上所述，采用双出口止回阀能够将每个出口止回阀的设计分离，用于不同目的，即，主进料的喷射与引燃进料的喷射。还应想到，喷射的某些参数和/或相应出口止回阀的设计可以不同，从而获得不同的喷射量和不同的喷射特性。引燃进料可以按相对较浅的角度喷射，而主进料可以按本文所讨论的稍微更深的角度喷射。还应想到，孔组86和88影响燃料喷射的性质，并且可以根据不同的目的设计尺寸大小。F孔口可以用来减慢控制室在连接至低压时控制室中的压降率，并且可以加快喷射结束阶段的压力增长率。因此，这些F孔口可以有助于在喷射结束阶段实现相对方形的喷射率曲线形状，或适配为实现另一种喷射率曲线形状。例如，Z形孔可以类似地在喷射结束阶段实现相对方形的喷射率曲线形状。在此情境下，改变Z孔口的尺寸往往比改变F孔口的尺寸对喷射结束阶段特性具有更大的影响。M孔口是围绕出口止回阀的受控间隙，用于延迟喷射的开始。A孔口往往也影响喷射的开始，有助于控制来自相关联的控制室的压力溢出。

本说明书仅用于说明目的，而不应解释为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和合理的范围及精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。通过研究附图和所附权利要求，其他方面、特征和优点将变得清楚明白。如本文所用，冠词″a″和″an″旨在包括一个或多个项目，并且可与″一个或多个(one ormore)″互换使用。在仅意指一个项目的情况下，则使用术语″一个(one)″或类似语言。此外，如本文所使用的，术语″有″、″具有″、″拥有″等旨在是开放式术语。此外，除非另作明确说明，短语″基于″旨在表示″至少部分地基于″。