带槽喷射器喷嘴燃烧护罩的制作方法

带槽喷射器喷嘴燃烧护罩
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年12月2日提交的美国临时申请第62/942,318号的优先权，该申请的公开内容特此通过引用明确地纳入本文中。
技术领域
3.本公开总体上涉及用于内燃发动机的燃料喷射器密封组件，更具体而言，涉及喷嘴燃烧护罩，该喷嘴燃烧护罩被配置为将热从燃料喷射器喷嘴转移到发动机气缸盖，以降低燃料喷射器喷嘴的温度。


背景技术：

4.在内燃发动机操作期间，由于流过喷射器的燃料流量减少，燃料喷射器的尖端可能达到过高的温度，在具有高压缩比的发动机中尤其如此。燃料喷射器的尖端有可能达到超过燃料喷射器的安全材料机械极限的温度，引起损坏或机械故障。燃料喷射器尖端的高温也可能促进因燃料结焦而在喷嘴内引起沉积物的形成。已经提出了确保燃料喷射器尖端的温度保持在安全范围内的解决方案。
5.例如，已知喷嘴燃烧护罩促进燃料喷射器尖端的温度管理。例如，喷嘴燃烧护罩被配置为将热从燃料喷射器的尖端转移到相应的发动机气缸盖，以确保燃料喷射器尖端的温度保持在对燃料喷射器的材料机械极限来说安全的最高温度以下。然而，在喷嘴燃烧护罩的某些使用中，喷嘴肩部可能发生腐蚀，这可能导致喷嘴故障。


技术实现要素：

6.公开了一种包括喷嘴燃烧护罩的喷射器密封组件，该喷射器密封组件的导热部件限定至少一个槽，以允许主燃烧室与由燃料喷射器以及燃料喷射器密封组件限定的间隙之间的流体连通，以便于防止部件的腐蚀。
7.在本公开的一个实施方式中，公开了一种喷射器密封装置。所述喷射器密封装置包括：由第一材料形成的密封部件；以及导热部件，所述导热部件联接至所述密封部件。所述导热部件包括与所述密封部件相邻定位并限定端表面的第一部分，所述端表面包括至少一个槽。所述导热部件由第二材料形成，所述第二材料具有比所述第一材料高的导热率。
8.所述第一材料可以包括不锈钢。所述第二材料可以包括铜。所述导热部件可以能相对于所述密封部件独立地移动。所述导热部件的所述第一部分可以限定头部分，所述导热部件进一步包括喷嘴部分以及纵向延伸部分，所述纵向延伸部分将所述头部分与所述喷嘴部分分开。所述导热部件的所述喷嘴部分可以包括包绕(wrap-around)特征。所述端表面可以包括至少两个槽。所述喷射器密封装置可以被配置为环形地围绕燃料喷射器定位。所述喷射器密封装置可以与所述喷射器形成全压配合。
9.在本公开的另一实施方式中，公开了一种内燃发动机。所述内燃发动机包括用于安装在发动机气缸盖中的燃料喷射器组件。所述内燃发动机包括：气缸盖，所述气缸盖限定
有孔，所述孔限定有侧壁表面；燃料喷射器本体，所述燃料喷射器本体包括纵向轴线、限定有尖端部分的喷嘴壳体以及固位器；以及喷射器密封组件，所述喷射器密封组件定位在所述燃料喷射器本体与所述侧壁表面之间。所述喷射器密封组件包括：由第一材料形成的密封部件，所述密封部件定位在所述燃料喷射器本体与所述侧壁表面之间纵向形成的空间中；以及导热部件，所述导热部件径向定位在所述喷嘴壳体与所述密封部件之间并联接至所述密封部件。所述导热部件由第二材料形成，所述第二材料具有比所述第一材料高的导热率，并被配置为将热从所述喷嘴壳体转移到所述密封部件。所述导热部件包括：第一部分，所述第一部分与所述密封部件相邻定位，并且所述第一部分限定有端表面，所述端表面包括至少一个槽；以及第二部分，所述第二部分与所述喷嘴壳体的所述尖端部分相邻定位。
10.所述喷射器密封组件可以经由过盈配合联接至所述燃料喷射器。所述喷射器密封组件可以与所述燃料喷射器形成全压配合。所述导热部件可以被配置为促进大量热从所述喷嘴壳体转移走。所述导热部件可以包括布置在所述导热部件的至少一部分上的热涂层。所述热涂层可以包括等离子体喷涂氧化锆涂层。所述热涂层可以包括溶胶材料。所述热涂层的厚度可以约为0.5毫米。所述导热部件的所述第一部分可以包括头部分，所述头部分与所述燃料喷射器本体限定间隙，以允许所述导热部件沿所述燃料喷射器本体的纵向轴线纵向移动。所述端表面可以包括至少两个槽。
11.在本公开的又一实施方式中，公开了一种内燃发动机。所述内燃发动机包括用于安装在发动机气缸盖中的燃料喷射器组件。所述内燃发动机包括：气缸盖，所述气缸盖限定有孔，所述孔限定有侧壁表面；燃料喷射器本体，所述燃料喷射器本体包括纵向轴线、限定有尖端部分的喷嘴壳体以及固位器；以及喷射器密封组件，所述喷射器密封组件定位在所述燃料喷射器本体与所述侧壁表面之间。所述喷射器密封组件包括：由第一材料形成的密封部件，所述密封部件定位在所述燃料喷射器本体与所述侧壁表面之间纵向形成的空间中；以及导热部件，所述导热部件径向定位在所述喷嘴壳体与所述密封部件之间并联接至所述密封部件，所述导热部件由第二材料形成，所述第二材料具有比所述第一材料高的导热性，并被配置为将热从所述喷嘴壳体转移到所述密封部件。所述导热部件包括：第一部分，所述第一部分与所述密封部件相邻定位，并且所述第一部分限定有端表面，所述端表面包括一个槽。所述导热部件包括第二部分，所述第二部分与所述喷嘴壳体的所述尖端部分相邻定位，并且所述第二部分包绕所述喷嘴壳体的所述尖端部分。
12.所述导热部件可以与所述喷嘴壳体的所述尖端部分基本重叠。所述端表面可以包括至少两个槽。
13.对于本领域的技术人员来说，在考虑到以下对实例性实施方式的详细描述后，本公开的其他特征和优点将变得显而易见，这些实施方式体现了目前所了解的本公开。
附图说明
14.通过参考结合附图对示例性实施方式的以下描述，本公开的上述以及其他特征和优点与获得这些特征和优点的方式将变得更加明显，并将得到更好地理解，在附图中：
15.图1是根据本公开的一个示例性实施方式的喷射器密封组件的剖视图，该喷射器密封组件定位在发动机安装孔内；
16.图2是根据本公开的另一示例性实施方式的另一喷射器密封组件的剖视图，该喷
射器密封组件定位在发动机安装孔内；
17.图3a是根据本公开的一个示例性实施方式的导热部件的俯视图；
18.图3b是图3a的导热部件的侧视图；以及
19.图3c是图3a的导热部件的立体图。
20.相应的附图标记在所有视图中表示相应部分。尽管附图展示了根据本公开的各种特征和部件的实施方式，但附图不一定是按比例绘制的，并且为了更好地示出并解释本公开，某些特征可能被夸大。本文中阐述的示例说明了本发明的一个实施方式，这样的示例不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
21.为了促进对本公开的原理的理解，现在参考附图中示出的实施方式，下文将描述这些实施方式。本文中公开的示例性实施方式并不意图详尽无遗，也不意图将公开限制在以下详细描述中披露的精确形式。相反，选择和描述这些示例性实施方式是为了让本领域的其他技术人员可以利用这些实施方式的教导。
22.首先参考图1，示出了发动机的发动机本体19。发动机本体19包括限定至少一个气缸42的发动机缸体40。活塞44定位在每个气缸42内，以便活塞44可以沿气缸的纵向轴线60往复移动。发动机本体19进一步包括气缸盖18，该气缸盖18与气缸42相对应，并与发动机缸体40联接。形成在气缸盖18与活塞44之间的空间限定燃烧室46。
23.气缸盖18限定燃料喷射器安装孔或发动机孔16，该燃料喷射器安装孔或发动机孔限定内部侧壁表面20。发动机孔16被配置为接收燃料喷射器22，燃料喷射器22限定外部表面24，并包括喷射器本体28和限定外表面33以及尖端部分31的喷嘴壳体32，其中喷射器本体28和喷嘴壳体32可以经由固位器36联接。喷射器本体28和喷嘴壳体32合作以限定喷嘴腔38。喷嘴腔38内接收有喷嘴阀30，以便喷嘴阀30可以在喷嘴腔38内沿着燃料喷射器22的纵向轴线60往复移动。发动机孔16的内部侧壁表面20和燃料喷射器22的外部表面24限定有环形间隙26，该环形间隙在燃料喷射器22和气缸盖18之间径向延伸。随着活塞44朝燃料喷射器22纵向移动，燃料喷射器22将燃料喷射到燃烧室46中。
24.在一个示例性实施方式中，喷射器密封组件10绕喷射器22的外部定位，将环形间隙26与燃烧室46分开，以保护燃料喷射器22、气缸盖18和/或其他部件在燃烧过程中免受损坏。喷射器密封组件10包括：由第一材料形成的密封部件12；以及由不同于第一材料的第二材料形成的喷嘴燃烧护罩或导热部件14。例如，在图示实施方式中，第二材料的导热率具比第一材料高的导热率值。虽然密封部件12和导热部件14示例性地形成为不同的或单独的部件，但在示例性的实施方式中，密封部件12和导热部件14以允许导热部件14独立于密封部件12移动从而进一步允许气体在密封部件12和导热部件14之间行进的方式联接以形成喷射器密封组件10。
25.密封部件12包括：限定第一环直径52的下环部分50；限定第二环直径54和纵向长度72的上环部分56；以及上环部分56与下环部分50之间的过渡部分58。如图所示，在示例性的实施方式中，第二环直径54大于第一环直径52。在其他实施方式中，第一环直径52可以大于第二环直径54。上环部分56进一步限定有环端表面76，并且下环部分50进一步限定有第一密封表面82，该第一密封表面被配置为与由发动机孔16限定的第二密封表面80对应，以
在密封部件12和发动机孔16之间形成流体密封配合。在所示的示例性实施方式中，环端表面76是平坦的平面表面，其被配置为与壳体固位器36的由平坦的平面喷射器本体表面86限定的部分相抵或接触。密封部件12示例性地纵向定位在喷射器本体28和由发动机孔16限定的第二密封表面80之间。喷射器密封组件10提供金属对金属的燃烧密封，其接触压力高到足以使密封部件12抵靠发动机孔16的内部侧壁表面20产生密封接触，然后用来自燃料喷射器22(或者，在另一个实施方式中，固定系统)的力维持该接触压力。
26.用于将燃料喷射器22固定在发动机孔16内的喷射器夹持或固定载荷依赖于向密封部件12施加密封力。在一个示例性实施方式中，发动机孔16的第二密封表面80定位成与纵向轴线60成一定角度，以形成锥形密封表面。在这样的实施方式中，密封部件12的第一密封表面82也有一定的角度，以与发动机孔16的第二密封表面80对应。将喷射器22保持在发动机孔16中的夹紧载荷可以经由包括第一密封表面82和第二密封表面80之间的接触的载荷路径来转移载荷，从而在密封部件12和发动机本体19之间形成流密密封。在密封部件12和发动机本体19之间形成流体密封的相同的夹紧载荷也可以形成经过环端表面76和本体表面86的载荷路径，以在密封部件12和喷射器本体28之间形成流体密封。
27.在一个示例性的实施方式中，密封部件12由单个的单一件形成。在其他实施方式中，密封部件12可以由多件组成。密封部件12可以由sae 303不锈钢构成，以对燃烧过程中可能存在于燃烧室46中的燃烧热提供热障。在其他实施方式中，可以利用具有合适的导热率和合适的屈服强度的其他材料。
28.导热部件14具有喷嘴部分62、头部分64和纵向延伸部分66，该纵向延伸部分将喷嘴部分62与头部分64连接，以便喷嘴部分62和头部分64纵向间隔开。导热部件14进一步包括内部表面63。在一个示例性的实施方式中，导热部件14由单个的单一件形成。在其他实施方式中，导热部件14可以由多件组成。导热部件14可以由铜材料组成，如uns c15100或uns c15000，并可以包括h01回火。也可以利用其他具有合适的导热率和合适的屈服强度的材料。导热部件14被配置为与燃料喷射器22的喷嘴壳体32联接。在示例性的实施方式中，导热部件14和喷嘴壳体32经由过盈配合联接。例如，在图1所示的燃料喷射器组件的组装期间，导热部件14定位在喷嘴壳体32上，导热部件的内表面63与喷嘴壳体32的外表面33相邻、配合、相抵或面对。
29.如图1所示，导热部件14与喷嘴壳体32形成全压配合，因此导热部件14和喷嘴壳体32之间不存在间隙或基本不存在间隙。在其他实施方式中，导热部件14的一部分与喷嘴壳体32之间可以存在空气间隙，同时仍允许导热部件14的另一部分与喷嘴壳体32之间过盈配合。
30.导热部件14的头部分64包括环形外表面70，该环形外表面限定至少大于第一环直径52的外径，以便于导热部件14与密封部件12联接。环形外表面70的外径也可以大于第二环直径54，以便当导热部件14与密封部件12联接时，环形外表面70与上环部分56相邻、面对、相抵或配合，以与上环部分56形成压配合或过盈配合。头部分64进一步限定有纵向长度，该纵向长度小于上环部分56的纵向长度72，以便当导热部件14与密封部件12联接并且喷射器密封组件10定位在燃料喷射器22和气缸盖18之间时，头部分64和喷射器本体28限定间隙74，以允许导热部件14沿轴线60纵向移动。在另一个实施方式中，间隙74可以由密封部件12的头部分64和过渡部分58限定。在又一个实施方式中，间隙74可以位于所述的两个位
置中。在这个位置中，头部分64定位在喷射器本体28和密封部件的过渡部分58之间。间隙74防止可能从喷射器本体28经由密封部件12传递到气缸盖18的显著的夹紧载荷额外地经由导热部件14传递。
31.当如图1所示组装时，从燃烧过程中产生的热被导热部件14从喷嘴壳体32接收。然后，热容易地从导热部件14传导到密封部件12中，然后热可以流入燃料喷射器本体28和/或固位器36中。导热部件14和密封部件12之间的压配合或过盈配合配置进一步促进了在组装喷射器组件之前组装喷射器密封组件10的能力，而不是要求每个部件单独联接到喷射器22。与导热部件14、密封部件12、喷射器密封组件10以及喷射器密封组件10内可以利用压配合或过盈配合的各种位置相关的进一步细节可以在弗兰克斯(franks)等人的美国专利no.9,410,520b2中找到，该专利的公开内容通过引用明确地全部纳入于此。
32.现在参考图2，根据一个示例性实施方式公开了另一个喷射器密封组件110。对喷射器密封组件110的描述可以包括一个或多个与先前在本公开的其他示例性实施方式中描述的元件具有实质相似性的元件。应以类似于以前的元件的附图标记来提及这样的元件，并为这样的元件的附图标记加上“100”。因此，在没有提供额外描述的情况下，应参考以上提到的描述中与以上公开的元件相同或相似的元件。
33.喷射器密封组件110包括导热部件114、密封部件112以及布置在导热部件114的至少一部分上的热涂层115。在一个示例性的实施方式中，热涂层115可以是等离子喷涂氧化锆涂层，该热涂层通过降低喷射器尖端和/或喷嘴在内燃发动机的燃烧室中的燃烧过程中经历的温度来提供燃料喷射器尖端和喷嘴温度的热管理。使用等离子喷涂氧化锆涂层115可以使喷射器尖端和/或喷嘴在暴露于高温燃烧气体时温度降低至少30
°
至50℃。在另一个示例性的实施方式中，包括等离子体喷涂氧化锆涂层特性的材料一般包括溶胶材料。在又一个实施方式中，涂层115可以具有大约0.5毫米的厚度。
34.导热部件114限定内表面163，并且包括头部分164、喷嘴部分162以及从头部分164延伸到喷嘴部分162的纵向延伸部分166。喷嘴部分162的至少一部分、头部分164以及纵向延伸部分166绕燃料喷射器122环形地布置，以便燃料喷射器122的外表面124与导热部件114的内表面163接触。喷嘴部分162进一步包括包绕或重叠特征165，由此喷嘴部分162包绕喷嘴壳体132的端部或尖端。在示例性的实施方式中，导热部件114经由压配合或过盈配合与喷嘴壳体132联接。因此，导热部件114基本上与燃料喷射器122的尖端重叠，因此在燃烧过程中有利于热从喷嘴壳体132朝喷射器孔116的较冷部分大量转移。
35.导热部件114和密封部件112之间可以插入有密封装置190，以通过在组装期间围绕导热部件114保持密封部件112来进一步支持导热部件114和密封部件112之间的联接。密封装置190可以由橡胶或另一弹性聚合物组成。在所示的实施方式中，密封装置190由o型环组成。虽然密封装置190便于组装，但由于内燃发动机内的高温，密封装置190可能会迅速劣化，使气体在密封部件112和导热部件114之间行进。与涂层115相关的进一步信息以及本文中所述的喷射器密封组件的细节可以在peter等人的美国专利申请公布no.2017/0051713a1中找到，该申请的公开内容通过引用全部纳入于此。
36.现在参考图3a至图3c，示出了导热部件214。对导热部件214的描述可以包括一个或多个与先前在本公开的其他示例性实施方式中描述的元件具有实质相似性的元件。应以类似于以前的元件的附图标记来提及这样的元件，并为这样的元件的附图标记加上“200”。
因此，在没有提供额外描述的情况下，应参考以上提到的描述中与以上公开的元件相同或相似的元件。
37.导热部件214可以与本文中所述的导热部件14以及导热部件114互换。导热部件214可以进一步用于存在喷射器密封组件的任何系统，该喷射器密封组件包括kolhouse等人的美国专利no.9,897,053b2、franks等人的美国专利no.9,410,520b2、peters等人的美国专利申请公布no.2017/0051713a1以及peter等人的pct申请公布no.wo 2017/027741中所述的组件，这些专利以及专利申请的公开内容都通过引用全部纳入于此。
38.导热部件214包括喷嘴部分262、头部分264和纵向延伸部分266。头部分264限定有端表面267，该端表面可以与喷射器本体28(图1)合作以限定间隙74(图1)。再次简要地参考图1，如上所提及的，间隙74防止可以从喷射器本体28经由密封部件12转移到气缸盖18中的显著的夹紧载荷经由导热部件14额外传递。然而，间隙74有时可能会截留燃烧过程中产生的气体，该气体利用间隙74形成酸性环境，这可能导致腐蚀并增加喷嘴故障的机会。
39.再次参考图3a至图3c，导热部件214包括形成在端表面267内且一般在头部分264的至少一部分内的至少一个槽292。槽292限定通道，该通道允许燃烧过程中产生的气体从喷射器本体28(图1)下方逸出并与燃烧室46(图1)连通，例如经由导热部件214和密封部件12或112之间的空气间隙进行连通。尽管所示的实施方式示出了两个槽292a和292b，但可以利用更多或更少的槽292，以便给燃烧气体提供有效的通风，同时允许导热部件214保持有效。
40.使用所公开的任何喷射器密封组件实施方式提供了将燃料喷射器喷嘴的温度保持在基本防止或减轻例如在燃料喷射器的尖端或燃料出口孔上形成碳沉积物所需的关键极限或阈值温度以下的能力。正如本领域公知的，燃料喷射器上的碳沉积物可能会影响到安装该喷射器的示例性内燃发动机的性能和排放情况。对于利用柴油燃料和天然气燃料组合来促进燃烧的双燃料发动机来说，高百分比的天然气和较低或减少百分比的柴油燃料是操作这些类型的双燃料发动机的一种理想的、具有成本效益的方法。然而，减少柴油燃料的百分比也增加了燃料喷射器在燃烧过程中经历的喷射器尖端和喷嘴温度。密封组件允许在高水平天然气操作时，经过柴油燃料喷射器的燃料流量大大减少。这种内部柴油燃料流量的减少是由于使用该密封组件所提供的大幅喷射器尖端冷却和温度降低而实现的。因此，本文中公开的密封组件是上述双燃料发动机更高水平的天然气替代率的促成因素。更高水平的低成本燃料(如天然气)的替代可能使得车主的总拥有成本降低。
41.虽然本发明已被描述为具有示例性的设计，但本发明可以在本公开的精神和范围内进一步变型。因此，本技术旨在涵盖本发明使用其一般远离的任何变更、用途或改型。此外，本技术旨在涵盖与本发明相关的技术领域的已知或惯常做法中与本发明的偏离。