燃料喷射器及方法与流程

本申请涉及燃料喷射器并涉及燃料在内燃机的燃烧室内的扩散。

背景技术：

燃料喷射器通常和内燃机一起使用以将可燃燃料喷入燃烧室中与通过进气道引入的增压空气混合。存在与典型的喷射器设计相关联的多个问题。问题之一为喷入燃烧室中的燃料会击中(hit)燃烧室的壁。这可是由于太长的喷射渗透导致的。此外，可存在差的空气燃料混合。

美国专利6,029,913公开了包含多个曲线形喷射孔的涡旋尖端喷射器喷嘴，其导致燃料流过该喷射孔内的切向流动路径，并因此在离开喷射孔时使燃料喷射快速扩散并分散。

本文的发明人已认识到这种方法的若干缺陷。例如，这种方法看起来不具有从一个燃烧事件到下一个燃烧事件的喷射式样的可靠控制和/或可重复性。涡旋尖端喷射器喷嘴看起来以不可控的方式自旋到不可预测的方向。因此，在第二燃烧事件开始时(一个或多个)喷射喷嘴的取向可不同于第一事件等的后续事件。

此外，难以利用该方法设想喷嘴的轴向运动。因此，6,029,913所能假设或可行的喷射式样受到限制。

技术实现要素：

本公开提供燃料喷射器和燃料喷射器布置，其中，第二和后续燃烧事件的燃料喷嘴运动可以可靠地重复。

并且，本公开提供燃料喷射器和燃料喷射器布置以及方法，其中，燃料喷嘴运动可在旋转方向和轴向方向中的一者或两者。以此方式，一旦确定燃料喷射式样满足预定的标准，该燃料喷射式样可针对基本上所有燃烧事件可靠地重复。此外，大范围的可能喷射式样是可能的。例如但不限于，圆形式样或螺旋式样。

根据本公开的实施例可提供燃料喷射器，其包含具有一个或多个喷嘴的喷嘴体。每个喷嘴可能够从相应的喷射位置喷射燃料。该喷嘴体是可移动的，以将喷射位置从第一位置改变到第二位置。喷射器针阀可经构造用于相对于喷嘴体从啮合位置到脱离位置的轴向运动，啮合位置阻止流过一个或多个喷嘴，脱离位置允许流过该一个或多个喷嘴。该一个或多个喷嘴从第一位置到第二位置并随后返回该第一位置的运动可基本上与在喷射器针阀和喷嘴体之间的从啮合位置到脱离位置并随后返回该啮合位置的相对轴向运动对应，和/或可基本上由该相对轴向运动确定。以此方式，燃料不可能击中燃烧室壁，和/或可产生更好的空气燃料混合物。

应理解，所提供的上述发明内容以简化形式介绍本发明的一些概念，其将在具体实施方式中进一步描述。这不意味着确定要求保护的主题的关键或基本特征，其范围由附属权利要求唯一限定。而且，要求保护的主题不限于解决上述或本公开任何部分中的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1为根据本公开的示例性系统的示意图。

图2A为根据本公开的第一示例燃料喷射器在第一位置的横截面示意图。

图2B为根据本公开的在图2A中示出的燃料喷射器在第二位置的横截面示意图。

图3为根据本公开的第二示例燃料喷射器在第一位置的横截面示意图。

图4为根据本公开的在图3中示出的第二示例燃料喷射器沿所选的一个或多个平面图切割以示出所选特征的横截面示意图。

图5为根据本公开的第二示例燃料喷射器在第二位置的横截面示意图。

图6为根据本公开的在图5中示出的第二示例燃料喷射器沿所选的一个或多个平面图切割以示出所选特征的横截面示意图。

图7A为沿图3中的线A-A切割的第二示例燃料喷射器的横截面示意图，其中，该喷射器的一部分在第一角位置中示出。

图7B为沿图3中的线A-A切割的第二示例燃料喷射器的横截面示意图，其中，该喷射器的一部分在第二角位置中示出。

图8为根据本公开的通过示例燃料喷射器的尖端部分的横截面示意图，其也示出可能的示例喷射式样。

图9为根据本公开的通过另一示例燃料喷射器的尖端部分的横截面示意图，其也示出可能的示例喷射式样。

图10为示出根据本公开的示例方法的流程图。

具体实施方式

图1为示出根据本公开的发动机10的横截面的横截面示意图。为了易于理解本描述，发动机的各个特征可被省略或以简化方式示出。例如，区域可包含可以其它方式表示实体的连续交叉阴影线，不过，实际的实施例可在交叉阴影区域中包含各种发动机部件和/或发动机的中空或空的部分。

图1为通过发动机10的一个汽缸12的剖视图。发动机10的各个部件可至少部分由可包含控制器(未示出)的控制系统控制和/或经由输入装置(诸如加速器踏板(未示出))通过车辆驾驶员的输入来控制。汽缸12可包含燃烧室14。活塞16可被放置在汽缸12内以用于在该汽缸内进行往复运动。活塞16可经由连接杆20、曲柄销21和曲拐22被联接到曲轴18，在此示出的曲拐22与配重24组合在一起。一些示例可包含分离的曲拐22和配重24。活塞16的往复运动可被转换为曲轴18的旋转运动。曲轴18、连接杆20、曲柄销21、曲拐22和配重24以及可能未示出的其它零件可被容纳在曲轴箱26中。曲轴箱26可装油。曲轴18可经由中间变速系统联接到车辆的至少一个驱动轮。此外，启动马达可经由飞轮联接到曲轴18，以允许发动机10的启动操作。

燃烧室14可从进气道30接收进气空气。以及可经由排气道32排出燃烧气体。进气道30和排气道32可经由相应的进气门34和排气门36与燃烧室14选择性连通。可包含节气门31，以控制可经过进气道30的空气量。在一些实施例中，燃烧室14可包含两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在该示例中，进气门34和排气门36可由凸轮致动经由各自的凸轮致动系统38和凸轮致动系统40来控制。凸轮致动系统38和凸轮致动系统40可均包含一个或多个凸轮42，并且可利用由控制器操作的凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个以改变气门操作。凸轮42可经构造在各自的旋转曲轴44上旋转。如图所示，曲轴44可为双顶置凸轮轴(DOHC)配置，尽管替代的配置也可是可能的。进气门34和排气门36的位置可由位置传感器(未示出)确定。在替代实施例中，进气门34和/或排气门36可由电动气门致动控制。例如，汽缸16可包含经由电动气门致动控制的进气门和经由凸轮致动控制的排气门，其中，该凸轮致动包含CPS和/或VCT系统。

在一个实施例中，双独立VCT可被用在V型发动机的每个组上。例如，在V型发动机的一个组中，汽缸可具有独立调节的进气凸轮和排气凸轮，其中，进气凸轮和排气凸轮中的每个的凸轮正时可相对于曲轴正时独立调节。

燃料喷射器50被示出直接联接到燃烧室14，以用于将与可从控制器接收的信号的脉冲宽度成比例的燃料直接喷射到该燃烧室14中。以此方式，通过这种被称为燃料的直接喷射的方式，燃料喷射器50将燃料提供到燃烧室14中。燃料喷射器50可例如安装在燃烧室14的侧面或在燃烧室14的顶部。燃料可由包含燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器50。在一些实施例中，以提供被称为进气道喷射的燃料至燃烧室14上游的进气道的配置，燃烧室14可另外或另选包含被安排在进气道30中的燃料喷射器。

在选择操作模式下，点火系统52可经由火花塞54向燃烧室14提供点火火花，以响应来自控制器的点火提前信号。虽然示出了火花点火组件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室14或一个或多个其它燃烧室可在具有点火火花或没有点火火花的情况下，以压缩点火模式操作。

汽缸盖60可以被联接到汽缸体62。汽缸盖60可经构造可操作地容纳和/或支撑(一个或多个)进气门34、(一个或多个)排气门36、相关联的凸轮致动系统38和40等。汽缸盖60也可支撑凸轮轴44。凸轮盖64可与汽缸盖60联接和/或安装在汽缸盖60上，并且可容纳相关联的凸轮致动系统38和40等。其它部件(诸如火花塞54)也可被汽缸盖60容纳和/或支撑。汽缸体62或发动机体可经构造容纳活塞16。虽然图1示出多汽缸发动机10的仅一个汽缸12，但是每个汽缸12可同样包含其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

凸轮盖64可与汽缸体60联接。油分离器(未示出)可被包含有凸轮盖64或位于凸轮盖64下面。可包含一个或多个挡板(未示出)。

涡轮压缩机(未示出)可被设置在吸入空气路径上，以用于在吸入流体流经发动机10的进气道30之前压缩吸入流体。在一些应用中，可包含中间冷却器(未示出)，以在进气进入发动机之前冷却该进气。涡轮压缩机可由排气涡轮驱动，该排气涡轮可由离开排气歧管32的排气驱动。在一些情况下，节气门31可在涡轮压缩机的下游而不是上游，如图所示。虽然未示出，发动机10可包含排气再循环EGR管路和/或EGR系统。

油子系统可利用油的流动来执行一些功能，诸如润滑、致动器的致动等。例如，该子系统可包含润滑系统，诸如用于向运动部件(诸如凸轮轴、汽缸气门等)输送油的通道。其它油子系统可包含带有液压致动器和液压控制气门的液压系统。在所示的示例中，可存在比所示更少或更多的油子系统。

图2A示出处于第一位置的示例燃料喷射器50，以及图2B为根据本公开的处于第二位置的相同示例燃料喷射器的横截面示意图。喷射器50可包含喷嘴体102。喷嘴体102可具有一个或多个喷嘴104。每个喷嘴104可能够从相应的喷射位置喷射燃料103。燃料103可为高压燃料103。喷嘴体102为可移动的，以相对于固定点将喷射位置从如图2A所示的第一位置106改变到第二位置108。图2B可被视为示出示例第二位置108。该固定点可为在发动机10中和/或在燃料喷射器50自身上的任何位置。该固定点可为根据燃料喷射器50的制造、组装等确定的基准点。

燃料喷射器50可包含喷射器针阀110。喷射器针阀110可经构造用于相对于喷嘴体102从啮合位置114(图2A)到脱离位置116的轴向运动，如箭头112所示，其中，啮合位置110阻止流过一个或多个喷嘴104，脱离位置116允许流过一个或多个喷嘴104。在喷射器针阀110和该喷嘴体接触时，该啮合位置可被表征为例如承坐(seating)管路118。一个或多个喷嘴104从第一位置106到第二位置108并随后返回第一位置106的运动可基本上与在喷射器针阀110和喷嘴体102之间的从啮合位置114到脱离位置116并随后返回啮合位置114的相对轴向运动112对应，和/或可基本上由相对轴向运动112确定。在一些情况下，喷射器针阀110可被固定。

在各种实施例中，喷射位置从第一位置106到第二位置108的运动可沿第一方向120的固定路径，以及该喷射位置从第二位置108到第一位置106的运动可沿与第一方向120相反的第二方向122的固定路径。

各种实施例可包含具有通过其的通道125的喷射器体124，喷射器针阀110通过通道125设置。喷射器体124可具有第一螺纹部126。喷嘴体102可具有第二螺纹部128，其与第一螺纹部126通过螺纹啮合。如图2B所示，在喷射器针阀110和喷嘴体102之间的相对运动可为喷嘴体102的轴向运动120、122，喷嘴体102的轴向运动120、122通过在喷射器体124和喷嘴体102之间的相对轴向旋转130以及随之发生的在第一螺纹部126和第二螺纹部128之间的螺纹相互作用实现。在喷射器体124和喷嘴体102之间的相对轴向旋转130可通过各种装置，例如通过也可用于燃料喷射的马达实现。在一些示例实施例中，喷嘴体102可被固定或以其它方式附接至例如发动机10的汽缸盖60，以及该喷嘴体的轴向运动可通过喷射器体124的轴向旋转实现。在其它示例实施例中，例如如图1所示，喷嘴体的轴向运动可通过喷嘴体102的如箭头130所示的轴向旋转实现，以及喷射器体124可被固定。在一些示例中，所得的喷射路径可例如为螺旋形的。

根据本公开，燃料喷射器50可包含各种其它零件。可包含垂直运动防护件131以支配和或阻止喷射器体124和喷嘴体102中的一个或这两者的相对垂直运动。可包含一个或多个密封环133，其可用于阻止燃料103在配对部件之间泄漏。

图3-4示出处于第一位置138的第二示例燃料喷射器50，以及图5-6示出根据本公开的处于第二位置140的第二示例燃料喷射器。实施例可包含可具有通过其的通道的喷射器体124，喷射器针阀110可通过该通道设置。喷嘴体102和喷射器体124可啮合以用于在两者之间的旋转运动，如箭头142所示。环形槽134可被限定在喷嘴体102和喷射器体124中的一者或两者上。保持弹簧136可被定位在环形槽134中。

在各种实施例中，喷嘴体在从第一位置138到第二位置140的方向的运动为喷嘴体142的旋转运动，该旋转运动可通过由从一个或多个喷嘴104喷射燃料引起的反作用力144实现。实施例可包含偏置机构136以在与反作用力相反的方向偏置喷嘴体的旋转运动，以实现该喷嘴体在从第二位置到第一位置的方向的运动。

现在也参考图7A和图7B，其中，图7A为沿图3中的线A-A切割的第二示例燃料喷射器50的横截面示意图，该图示出相对于喷射器体124处于第一角位置138的喷嘴体102，以及图7B为沿图3中的线A-A切割的第二示例燃料喷射器的横截面示意图，其中，示出的该喷射器的一部分处于第二角位置140。在各种实施例中，喷嘴体102的运动可为如箭头142所示的喷嘴体的旋转运动，该旋转运动通过由从一个或多个喷嘴喷射燃料引起的反作用力144实现；并且还包括偏置机构136以提供与该反作用力相反的力。

图8为根据本公开的通过示例燃料喷射器的尖端部分的横截面示意图，其也示出了可能的示例喷射式样。图9为根据本公开的通过另一示例燃料喷射器的尖端部分的横截面示意图，其也示出示例喷射式样。

各种实施例可提供燃料喷射器布置50，其包含经构造至少部分容纳用于高压燃料103的燃料室146的喷射器体124。喷嘴体102可与喷射器体124联接并且可具有一个或多个喷嘴104。

喷射器针阀110可至少部分被设置在燃料室146内并且可经构造用于相对于喷嘴体124的轴向运动。喷射器针阀110和喷嘴体124可经构造用于例如在承坐管路118处相互接触，以阻止在燃料室146和一个或多个喷嘴104之间流体连通。喷射器针阀110和喷嘴体102也可经构造用于增加隔开的间距定位，以提供在燃料室146和一个或多个喷嘴104之间增加的流体连通。一个或多个喷嘴104可经构造参与可重复运动，该可重复运动基本上对应于喷射器针阀110和喷嘴体102的相对轴向运动并基本上由该相对轴向运动确定。

在各种实施例中，该可重复运动可为下列中的一个或多个：从第一位置138到第二位置140的旋转运动142，并且一个或多个喷嘴104可经构造在该喷射器针阀和喷嘴体返回相互接触的状态时返回第一位置106；从第一位置106到第二位置108的平移运动，并且该一个或多个喷嘴可经构造在该喷射器针阀和喷嘴体返回相互接触的状态时返回第一位置106；以及螺旋形运动，其可包含由至少一些旋转运动限定的第一分量和由从第一位置到第二位置的至少一些平移运动限定的第二分量，并且该一个或多个喷嘴可经构造在该喷射器针阀和喷嘴体返回相互接触的状态时返回第一位置。

在各种实施例中，从第一位置138到第二位置140的旋转运动通过由在一些高压流体从一个或多个喷嘴104喷射时所形成的推力施加在喷嘴体102上的切向反作用力144实现。在一些实施例中，从第二位置140到第一位置138的旋转运动通过设置在喷射器体124和喷嘴体102的一者或两者中形成的环形凹槽134中的弹簧136的偏置力实现。

在各种实施例中，该平移运动可为喷嘴体沿喷射器轴线150的轴向运动，该轴向运动可通过在喷射器体124和喷嘴体102之间的螺纹啮合127来操作。该平移运动可通过在喷嘴体102和喷射器体124之间的相对旋转运动130实现。

该平移运动可为喷嘴体124沿喷射器轴线150的轴向运动，该轴向运动可通过在喷射器体124和喷嘴体102之间的螺纹啮合127来操作，并且可通过喷嘴体124的旋转运动实现，其中，该喷嘴体可被固定至发动机10的汽缸盖60。

图2-9按比例绘制，不过可根据需要使用其它的相对尺寸。

本文的附图示出各个部件的相对定位的示例配置。在至少一个示例中，如果所示的零件彼此直接接触或直接联接，则此类零件可被分别称为直接接触或直接联接。同样，在至少一个示例中，示为彼此邻接或相邻的零件可分别为彼此邻接或相邻的。例如，置放成彼此面共享接触的部件可被称为面共享接触。又如，在至少一个示例中，彼此隔开放置之间只有空间并没有其它部件的零件可被称为这种。例如，彼此直接联接之间没有任何中间部件的部件说明可与通过中间部件联接在一起的部件区分开。又如，附图会示出没有装置的结构部件的空隙和空间，从而允许一个或多个部件彼此隔开和/或通过未占用的空间彼此隔开。另外，附图示出在一个示例中的某些部件可只具有示出的那些部件而不包含另外的部件。

图10为示出根据本公开的示例方法1010的流程图。方法1010可包含，在1015，沿第一方向的固定路径从喷嘴喷射燃料。方法1010还可包含，在1025，接着沿第二方向的固定路径喷射燃料。第二方向可与第一方向相反。方法1010还可包含，在1035，第一构件和第二构件中的一者或两者彼此相向和远离运动轴向距离，由此选择性控制沿固定路径喷射燃料的喷射量。在该固定路径上的所选位置喷射可基本上对应于喷射量和/或轴向距离和/或基本上由该喷射量和/或轴向距离确定。

根据各种示例方法，沿固定路径1015、1025的喷射可为下列中的一者或两者：沿轴向路径喷射；以及沿由该喷嘴的嘴的旋转运动引起的部分盘状和/或截头圆锥形路径喷射。

根据各种示例方法，沿第一方向的固定路径从喷嘴喷射燃料为从第一位置向第二位置喷射。以及沿第二方向的固定路径从喷嘴喷射燃料为从第二位置向第一位置喷射。

方法1010还可包含，将喷射器体附接至汽缸盖；提供经构造用于旋转的喷嘴的喷嘴体。该喷嘴可经由通道等被限定在喷嘴体中。该方法还可包含，在喷射器体和喷嘴体之间提供螺纹啮合；并且通过旋转喷嘴体来实现喷嘴体的轴向运动。

通过各种示例方法，沿第一方向的固定路径从喷嘴喷射燃料包含，允许在第一旋转方向的旋转运动通过由从一个或多个喷嘴喷射燃料引起的反作用力实现。该方法还可包含，抵抗该反作用力偏置该喷嘴体，其中，沿第二方向的固定路径从该喷嘴喷射燃料包含，偏置该喷嘴以在与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转。偏置该喷嘴体可包含，将弹簧至少部分放置在该喷嘴体中的环形槽中。

应理解，本文所描述的系统和方法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被视为具有限制意义，因为可设想多种变化。因此，本公开包含本文所公开的各种系统和方法及其任何和所有等效物的所有新颖和非明显组合。