專利名稱：包括與燃料噴射器分離的流量控制閥的燃料噴射系統的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種燃料噴射系統，更具體地，涉及一種在發動機系 統內容納受限制的燃料噴射器空間外殼的方法。
背景技術：
工程師正堅持不懈地尋求減少不合乎要求的發動機排放物的方法。一 個策略是尋找方法以提高燃料噴射系統的性能。多年來，工程師已經知道 發動機排放物可明顯隨噴射正時、噴射數目、噴射量和噴射率形狀變化。 具有多種用以產生多種噴射策略的能力的燃料噴射系統比在控制噴射正 時、噴射數目、噴射量和噴射率形狀上受限制的燃料噴射系統表現得更好 并且在所有發動機操作條件下減少排放物。此外，在改變噴射率、噴射數 目、噴射量和噴射率形狀的能力上的提高能導致更多地研究和發現在不同 操作條件下的改進的噴油策略。在2002年9月24日授權給Mahr等人的美國專利No. 6,453,875 Bl 中公開了一種提供能快速改變噴射壓力的燃料噴射系統的方案。Mahr燃 料噴射系統包括共用油軌和直接受控的燃料噴射器，該燃料噴射器具有直 接從所述油軌噴射中壓燃料或利用燃料共用油軌來加強噴射器內的燃料壓 力以供在比較高的壓力下噴射的能力。燃料可通過壓力管線從共用油軌流 到燃料噴射器中。燃料可流經一閥以作用在壓力增強器上從而以加強的壓 力噴射，或者繞過該閥并且以油軌壓力被噴射到發動機氣缸中。所述控制 流到壓力增強器的燃料流的閥結合在壓力增強器內，該壓力增強器本身可 包括或可不包括在燃料噴射器中。盡管Mahr燃料噴射系統能改變噴射壓力，但是燃料噴射器會消耗氣缸蓋附近和氣缸蓋內部的寶貴空間。由于被直接噴射到氣缸中的燃料和致 動壓力增強器的燃料從同一個源，即燃料共用油軌，流出，所以作用在壓 力增強器上的燃料處于油軌壓力下，該油軌壓力通常高于可用于致動壓力 增強器的其它液壓用流體例如機油的壓力。例如，燃料壓力可為機油致動 的壓力增強器中的機油的壓力的三至四倍。這樣，燃料致動的燃料噴射器如Mahr燃料噴射器的尺寸和密封必須足以經受高燃料壓力。由于在氣釭 蓋周圍和氣缸蓋內部為燃料噴射器存在受限制的空間外殼，所以燃料致動 的燃料噴射器的設計和性能受空間約束的限制。換句話說， 一些發動機系 統完全不具有能容納Mahr中所述類型的以燃料加強燃料的加強系統的空 間外殼。發明內容本發明意在克服一個或幾個上述問題。一種燃料噴射系統包括至少一個能通過噴射器管線和增強器管線流體 連接到包括壓力增強器的燃料噴射器上的燃料源。 一在閥體內包括可動的 閥構件的閥^1置在增強器管線中并且連接在所述至少一個燃料源上。當閥 構件位于第一位置時，增強器管線通向燃料源，而當閥構件位于第二位置 時，增強器管線與燃料源斷開。另一方面， 一種發動機包括其上連接有燃料噴射系統的發動機殼體， 該燃料噴射系統包括至少 一個燃料源。該燃料源可通過增強器管線和噴射 器管線與包括壓力增強器的燃料噴射器流體連接。 一在閥體內包括可動的 閥構件的閥設置在增強器管線中并且連接在所述燃料源上。當閥構件位于 第一位置時，增強器管線通向燃料源。當閥構件位于第二位置時，增強器 管線與燃料源斷開。又一方面，提供了一種容納用于燃料噴射器的受限制的燃料噴射器空 間外殼的方法，該燃料噴射器具有直接控制針閥并且可操作以在油軌壓力 下和在加強壓力下噴射燃料。燃料噴射器的壓力增強器和噴嘴出口可分別 通過增強器管線和噴射器管線與至少一個燃料源流體連接。流到壓力增強器的燃料流通過連接在所述至少 一個燃料源上的閥來控制。
圖l是根據本發明的發動機的示意圖。
具體實施方式
參考圖1,其示出根據本發明的柴油發動機10的示意圖。發動機10 包括發動機殼體11，燃料噴射系統12連接于該發動機殼體上。燃料噴射 系統12包括至少一個燃料源，優選為加壓燃料共用油軌13。燃料被從燃 料貯存器23經過供給管線25泵送到加壓燃料共用油軌13。本領域技術人 員應該理解，能傳遞和加壓燃料的至少一個泵加上至少一個燃料過濾器將 總體設置在供給管線25內。加壓燃料共用油軌13也可通過噴射器管線16 和增強器管線17流體連接到包括壓力增強器15的燃料噴射器14上。噴射 器體部44限定了燃料可經過其噴射到發動機氣缸41中的噴嘴出口 26。壓 力增強器15可通過低壓排放管24與燃料貯存器23流體連接。雖然圖1 中僅示出一個燃料噴射器14，但是加壓燃料共用油軌13優選地與多個燃 料噴射器流體連接。本領域技術人員應該理解，所述多個燃料噴射器中的 每一個都與圖示的燃料噴射器14類似地操作。燃料噴射系統12也包括流量控制閥18，該流量控制閥包括在連接到 加壓燃料共用油軌13上的閥體20內的活動閥構件19。閥體20設置在增 強器管線17內，因此流量控制閥18控制流向壓力增強器15和從壓力增強 器15出來的燃料流。雖然僅示出一個流量控制閥18，但是燃料噴射系統 12優選地包括多個流量控制閥(每個燃料噴射器一個)，所有流量控制岡 與圖示的流量控制閥18相似地操作。本領域技術人員應當理解，每個流量 控制閥將控制流向每個燃料噴射器中的壓力增強器和從壓力增強器中出來 的燃料流。雖然本發明設想各種類型的閥，包括但不限制于滑閥，但流量 控制閥18優選為可操作地聯接在第一電致動器22上的三通提升閥，該致 動器可為各種類型，例如螺線管子組件、壓電器、音圏等。提升閥比滑閥結構能更好地阻止從加壓燃料共用油軌13的繞著閥構件的泄露。當閥構件 19位于第二位置時(如圖所示)，增強器管線17與加壓燃料共用油軌13 斷開，并且優選地通向低壓排放管24。岡構件19被彈簧21偏壓至圖示的 第二位置。中間的閥位置僅用以表示閥構件19是一提升閥構件。壓力增強器15包括增強器活塞32，該活塞可動地設置在噴射器體部 44內并且包括活塞'M表面34，該活塞、^a表面受到增強器管線17內的 液壓壓力。增強器活塞32被偏壓彈簧43朝向縮進位置偏壓。柱塞33也可 動地設置在噴射器體部44中，并且以對應的方式與增強器活塞32 —起運 動。當連接在加壓燃料共用油軌13上的流量控制閥18使增強器管線17 與壓力增強器15流體連接時，加壓燃料作用在活塞液壓表面34上以移動 活塞32和柱塞33，從而增加與噴射器管線16流體連接的燃料加壓室31 內的燃料的壓力。在噴射器管線16內設置止回閥30以確保前進的活塞32 不會將燃料推回加壓燃料共用油軌13。前進柱塞33將使燃料加壓室31內 的燃料壓力增加到高于加壓燃料共用油軌13內的燃料壓力。當流量控制閥 18將壓力增強器15流體連接到低壓排放管24時，作用在活塞液壓表面34 上的低壓將4吏得增強器活塞34和柱塞32能在偏壓彈簧43和/或作用在柱 塞上的燃料壓力的作用下返回到縮進位置。當增強器活塞34和柱塞32縮 進時，燃料能再次被抽吸入燃料加壓室31中。燃料加壓室31可通過噴嘴 供給通道42與噴嘴出口 26流體連接。燃料噴射器14包括直接控制針閥28和針閥控制閥27。直接控制針閥 28通過打開和關閉由噴射器體部44限定的噴嘴出口 26來控制燃料噴射。 直接控制針閥28包括針閥構件38，該針閥構件包括受到噴嘴供給通道42 中的液壓壓力的打開用液壓表面35和受到針閥控制室37中的液壓壓力的 關閉用液壓表面36。噴嘴供給通道42與噴射器管線16流體連接。針閥構 件38被彈簧39偏壓到其關閉位置(如圖所示)，斷開噴嘴出口 26與噴射 器管線16的連接。針閥控制閥27控制針閥控制室37中的燃料壓力。在圖示的示例中， 針閥控制閥27是三通提升閥，但是應該理解，針閥控制閥27可以是能經受住燃料壓力的任何類型的閥，包括但不限于滑閥。此外，本發明也設想 通過打開和關閉針閥控制室以進行排放的閥的兩通直接針閥控制，如前面所述的Mahr專利。針閥控制閥27在第一位置處可操作以通過經由高壓通 道45將針閥控制室37和噴射器管線16流體連接并且使針閥控制室37與 排放管40斷開連接來提升該針閥控制室37內的壓力。當處于第二位置時， 針閥控制閥27可^Mt以通過經由低壓通道40將針閥控制室37和低壓排放 管24流體連接并且使針閥控制室37與高壓通道45斷開連接來降低該針閥 控制室37內的壓力。針閥控制閥27被偏壓到其第一位置(如圖所示)， 并且包括可為各種類型例如螺線管子組件、壓電器、音圉等的第二電致動 器29。示出中間的閥位置以表示是提升閥而不是其它閥結構。當針岡控制室37與噴射器管線16流體連接時，加壓燃料作用在針閥 構件38的關閉用液壓表面36上。這樣，噴嘴供給通道42中的作用在針閥 構件38的打開用液壓表面35上的加壓燃料不足以克服彈簧39的偏壓來提 升4十閥構件38并打開用于噴射的噴嘴出口 26。當針閥控制室37通過低壓 通道40與低壓排放管24流體連接時，噴嘴供給管線42中的作用在針閥構 件38的打開用液壓表面35上的壓力足以克服彈簧39的偏壓來提升針閥構 件38并打開用于噴射的噴嘴出口 26。工業適用性參考圖1，下面說明一種容納用于燃料噴射器14的燃料噴射器空間外 殼的方法。盡管本發明只討論與流量控制閥18相關聯的燃料噴射器14的 操作，但是應當理解，本發明也可類似地用于發動機IO內的每個燃料噴射 器和流量控制閥。此外，應當理解，本發明設想使用任何具有由燃料致動 的壓力增強器的燃料噴射器，并且能以油軌壓力和加強的壓力噴射燃料。為了容納燃料噴射器空間外殼，燃料噴射器14的壓力增強器15和噴 嘴出口 26分別通過增強器管線17和噴射器管線16與加壓燃料共用油軌 13流體連接。另外，流到壓力增強器15的燃料流由連接在加壓燃料共用 油軌13上的流量控制閥18控制。由于流量控制閥18與燃料噴射器14分離，所以燃料噴射器14較小而且能更容易地安裝在鄰近發動機氣缸41的 燃料噴射器空間外殼內。流量控制閥18不連接在燃料噴射器14上的事實使得燃料噴射器的改 變噴射壓力的性能不會受到損害。如果希望以油軌壓力噴射，則不起動連 接在流量控制閥18上的第一電致動器22。這樣，流量控制閥構件19將保 持在被偏壓的位置，從而將壓力增強器15連接到低壓排放管24。經過噴 射器管線16從共用油軌13流入噴嘴供給通道42中的燃料不會被壓力增強 器15進一步加壓，而是保持油軌壓力。當直接控制針閥28接通噴嘴供給 通道42時，油軌壓力燃料能流經噴嘴出口 26并流入發動機氣釭41中。如果希望在加強的壓力下噴射，電子控制模塊(未示出)將起動第一 電致動器22，使得閥構件19克服彈簧21的偏壓而移動到第一位置。除燃 料通過噴射器管線16從共用油軌13流到燃料加壓室31中之外，燃料也可 以通過增強器管線17從加壓燃料共用油軌13流到壓力增強器15中。作用 在活塞g表面34上的加壓燃料將使增強器活塞32和柱塞33前進并使加 壓室31內的燃料加壓。前進的柱塞33將使加強壓力的燃料從燃料加壓室 31流出并到達噴嘴供給通道42，在該噴嘴供給通道中燃料將作用在直接針 閥構件38的打開用液壓表面35上。止回閥30將阻斷通過噴射器管線16 回到共用油軌13的燃料流。當直接控制針閥28打開噴嘴供給通道42時， 加強壓力的燃料能流經噴嘴出口 26并流入發動機氣缸41中。不管噴嘴供給通道42內的燃料是在油軌壓力下還是在加強的壓力下， 噴射事件的正時和持續時間都能由針閥控制閥27的致動來控制。當希望噴 射時，電子控制模塊(未示出)將起動第二電致動器29，從而導致針閥控 制閥27通過低壓通道40將針閥控制室37流體連接到低壓排放管24。因 此，不管燃料是在油軌壓力下還是在加強的壓力下，噴嘴供給通道42內的 作用在打開用液壓表面35上的壓力足以克服彈簧39的偏壓和低壓而移動 針閥構件38，并且打開噴嘴出口 26以將燃料噴射到氣缸41中。為了結束 噴射事件，電子控制模塊將使第二電致動器29不起作用，從而導致針岡控 制閥27將針閥控制室37流體連接到噴嘴供給通道42。作用在針閥構件38的關閉用液壓表面36上的加壓燃料和彈簧39的偏壓將足以克服作用在打 開用液壓表面35上的燃料壓力并關閉直接控制針閥28。
本發明是有利的，因為它提供了一種多功能燃料噴射器14,該燃料噴 射器能安M鄰近氣缸蓋和處在氣釭蓋內的燃料噴射器空間外殼內，而又 不會危害燃料噴射器的性能。本領域技術人員應當理解，為了補償較高的 密封壓力和流經噴射器體部和相關閥的加壓燃料流，包括由燃料致動的壓 力增強器的燃料噴射器一般大于機油致動的燃料噴射器。通過使燃料致動 的燃料噴射器14與流量控制閥18分離，即使燃料噴射器14的尺寸較大， 該燃料致動的燃料噴射器14也能安裝在氣缸蓋上方和氣缸蓋內的燃料噴 射器空間外殼內。另外，通過從燃料噴射器14分離流量控制閥18，燃料 噴射器空間外殼內可具有空間來包含可增加對燃料噴射的控制的部件，例 如針岡控制閥27和直接控制針閥28。閥27和28與壓力增強器15 —^^提 供了燃料噴射系統12所能獲得的較大多樣性的燃料噴射策略，這能導致排 放物的減少。類似地，還存在用于將電致動器連接到安裝在共用油軌13 上的流量控制閥18的空間，該電致動器可能太大而不能安裝在氣缸內。
此外，由于流量控制閥18連接在加壓燃料共用油軌13上，消除了對 流量控制閥18和共用油軌13之間的燃料管線、連接器和耦合器的需要。 較少的連接能減少費用和泄露的可能性。
應當理解，上述說明只是出于例證性的目的，無論如何不被認為是限 制^^發明的范圍。例如，噴射器管線16和增強器管線17可分別處出于不 同壓力的單獨的共用油^4目連接以產生更寬泛的性能排列。因此，本領域 技術人員應當理解，本發明的其它方面、目的和優點能從附圖、公開內容 和所附權利要求中得到。
權利要求
1.一種燃料噴射系統(12)，包括至少一個燃料源；燃料噴射器(14)，該燃料噴射器包括能通過噴射器管線(16)和增強器管線(17)與所述至少一個燃料源流體連接的壓力增強器(15)；和閥(18)，該閥包括能在閥體(20)內移動的閥構件(19)，該閥體(20)連接在所述至少一個燃料源上并且位于增強器管線(17)中，當閥構件(19)處于第一位置時，增強器管線(17)通向燃料源，而當閥構件(19)處于第二位置時，增強器管線(17)與燃料源斷開。
2. 根據權利要求l所述的燃料噴射系統(12),其特征在于，燃料 噴射器(14)是多個燃料噴射器中的一個，閥(18)是多個閥中的一個； 以及所述至少一個燃料源是加壓燃料共用油軌(13)。
3. 根據權利要求1所述的燃料噴射系統(12 )，其特征在于，閥(18 ) 是可操作地聯接到第一電致動器(22)的三通閥；以及當閥構件(19)處于第一位置時，增強器管線(17)與低壓排放管(24 ) 斷開，而當閥構件(19)處于第二位置時，增強器管線(17)通向低壓排 放管(24)。
4. 根據權利要求1所述的燃料噴射系統(12 )，其特征在于，燃料 噴射器組件包括直接控制針閥(28)和可^^作的針閥控制閥(27),該直 接控制針閥(28)包括可動構件(38)，該可動構件具有受到針閥控制室(37)內的壓力的關閉用液壓表面(36);該針閥控制閥(27)在第一位 置時能使針閥控制室(37)內的壓力升高，而在第二位置時能4吏針閥控制 室(37)內的壓力降^f氐。
5. 根據權利要求4所述的燃料噴射系統(12)，其特征在于，燃料 噴射器(14)是多個燃料噴射器中的一個，閥(18)是多個閥中的一個；所述至少一個燃料源是加壓燃料共用油軌(13);以及各個閥(18)是可操作地聯接到第一電致動器(22)上的三通閥；當 岡構件(19)處于第一位置時，增強器管線(17)與低壓排放管(24)， 而當閥構件(19 )處于第二位置時，增強器管線(17 )通向低壓排放管(24)。
6. —種發動機(10 )，包括 發動機殼體(11);和連接在發動機殼體(11)上的燃料噴射系統(12)，該燃料噴射系統 (12)包括至少一個燃料源和一閥(18)，所述至少一個燃料源能通過噴 射器管線(16)和增強器管線(17)與包括壓力增強器(15)的燃料噴射 器(14)流體連接，該閥(18)包括能在閥體(20)內移動的閥構件(19)， 該岡體(20)連接在所述至少一個燃料源上并且位于增強器管線(17 )中， 當閥構件(19)處于第一位置時，增強器管線(17)通向燃料源，而當閥 構件(19)處于第二位置時，增強器管線(17)與燃料源斷開。
7. 根據權利要求6所述的發動機(10 ),其特征在于，燃料噴射器 (14)是多個燃料噴射器中的一個，閥(18)是多個閥中的一個；以及所述至少一個燃料源是加壓燃料共用油軌(13)。
8. 根據權利要求6所述的發動機(10),其特征在于，閥(18)是 操作性地聯接第一電致動器(22)的提升閥；以及當閥構件(19)處于第一位置時，增強器管線(17)與低壓排放管(24) 斷開，而當閥構件(19)處于第二位置時，增強器管線(17)通向低壓排 放管(24)。
9. 根據權利要求6所述的發動機(10)，其特征在于，燃料噴射器 組件包括直接控制針閥(28)和可操作的針閥控制閥(27),該直接控制 針閥(28)包括可動構件(38)，該可動構件具有受到針閥控制室(37) 內的壓力的關閉用液壓表面(36);該針閥控制閥(27)在第一位置時能 4吏針閥控制室(37)內的壓力升高，而在第二位置時能4吏針閥控制室(37) 內的壓力降寸氐。
10. 根據權利要求9所述的發動機(10)，其特征在于，燃料噴射器 (14)是多個燃料噴射器中的一個，閥(18)是多個閥中的一個；所述至少一個燃料源是加壓燃料共用油軌(")；以及各個閥(18)是可操作地聯接到第一電致動器(22)上的三通閥；當閥構件(19)處于第一位置和第二位置時，增強器管線(n)與低壓排放管(24)斷開，而當閥構件(l9)處于第三位置時，增強器管線U7)通 向低壓排放管(24)。
全文摘要
在氣缸蓋上方和氣缸蓋內的用于燃料噴射器(14)的燃料噴射器空間外殼經常受到限制。為了將具有直接控制針閥(28)以及在油軌壓力和加強壓力下噴射燃料的能力的燃料噴射器(14)安裝到該受限制的燃料噴射器空間外殼中，本發明包括一種燃料噴射系統(12)，其中燃料噴射器(14)的壓力增強器(15)和噴嘴出口(26)分別通過增強器管線(17)和噴射器管線(16)與燃料源流體連接。流到壓力增強器(15)中的燃料流通過連接在所述燃料源上的閥(18)來控制。
文檔編號F02M63/02GK101278121SQ200680036558
公開日2008年10月1日 申請日期2006年8月18日 優先權日2005年10月3日
發明者D·R·伊布拉西姆 申請人:卡特彼勒公司