专利名称：具有减震器体积的燃料喷射器以及用于控制压力过调的方法
技术领域：
本发明整体涉及用于减少发动机用的燃料喷射器内的压力振荡的系统和方法。更具体地是，喷嘴室内的燃料体积以及导入喷嘴室内的高压燃料管的至少一部分被用作减少压力过调、压力振荡和被称为“水锤”现象的效果的减震器。
背景技术：
在许多燃料喷射器中，单个弹簧偏置的针式止回阀被用来打开和闭合喷嘴出口。 针通常包括至少一个被燃料压力作用的液压表面。压缩弹簧被定位成将针朝向其闭合位置偏置。当燃料压力升高到足以克服弹簧的压力以上时，针提升以打开喷嘴出口从而开始喷射事件。各个喷射事件在燃料压力下降到抵抗弹簧的偏置作用保持针打开所必需的压力以下时结束。当此发生时，弹簧将针向下推向其闭合位置以结束喷射事件。对简单的弹簧偏置的针的公知的改进是截留体积喷嘴。在典型的使用截留体积喷嘴的燃料喷射器中，压缩偏置弹簧和针的一端被定位在封闭的体积空间内。在喷射事件期间，高压燃料将针的外引导表面向上移向截留体积内。针向截留体积内的位移压缩截留体积内的燃料。这两个动作将截留体积内的压力提高到相对高的压力，有时候超过20MPa。截留体积的目的是为了增加针在喷射事件结束时运动到其闭合位置的速度。本领域技术人员充分地意识到，在大多数情况下希望尽可能快地结束喷射事件，以便减少不希望的噪声并改善发动机的排放。截留体积喷嘴通过在喷射事件结束时不仅由偏置弹簧的力而且由作用在针的一端上的截留体积内的流体压力所引起的液压力将针推向其闭合位置而达到此目的。船用发动机通常使用重质燃料油(HFO)，重质燃料油具有非常高的体积模量(在真空下为1200MPa ；在200MPa下为3145MPa)。HFO的高体积模量可导致压力过调和压力振荡问题。具体地，在高压燃料喷射系统中，当通过喷嘴的喷射停止时，高压管件回路中的压力可以上升明显超过额定压力水平。压力增加是由于返回的HFO的冲量的突然变化而引起。由于其高体积模量，HFO的冲量的变化造成压力振荡。压力振荡通常称为“水锤”。水锤是不希望的，因为其在燃料喷射喷射器中引起的高压水平会缩短喷射器的运行寿命并促生喷射器故障。这种振荡也给控制多次喷射中输送的燃料的数量和正时造成困难。除了 HFO 外，诸如柴油和汽油的其他燃料产生水锤效应。
发明内容
在一个方面，公开了一种喷射预定体积的燃料的燃料喷射器。所述喷射器包括限定燃料入口和燃料通道的喷射器主体。喷射器主体可被连接到包括孔的喷嘴末端。针被至少部分地置于喷嘴末端内。针可在针堵塞孔的闭合位置和针至少部分地开启孔的打开位置之间移动。至少所述喷嘴末端和针限定喷嘴室。喷嘴室与燃料通道和孔连通。燃料通道和喷嘴室具有大于预定体积的组合体积。燃料通道和喷嘴室的组合体积起液体弹簧或减震器作用，以减少压力过调、压力振荡和水锤的影响。在另一个方面，公开了一种配置成喷射预定体积的重质燃料油(HFO)的燃料喷射器。该燃料喷射器包括限定燃料入口和燃料通道的喷射器主体。该喷射器主体可被连接到包括孔的喷嘴末端。针至少部分地置于喷嘴末端内。针可在针堵塞孔的闭合位置和针至少部分地开启孔的打开位置之间移动。至少所述喷嘴末端和针限定喷嘴室。喷嘴室与燃料通道和孔连通。燃料通道和喷嘴室具有比预定喷射体积大大约15倍到大约30倍范围的组合体积。还公开了用于减少燃料喷射系统中的压力过调的方法。该方法包括提供限定喷嘴室和燃料通道的喷射器主体。该喷射器主体可被连接到包括孔的喷嘴末端。该方法进一步包括提供至少部分地置于喷嘴主体内的针。针可在针堵塞孔的闭合位置和针至少部分地开启孔的打开位置之间移动。该方法进一步包括提供至少由喷嘴末端和针限定的喷嘴室。喷嘴室与燃料通道和孔连通。燃料通道和喷嘴室具有比预定喷射体积大大约10倍到大约30 倍范围的组合体积。设置燃料通道和喷嘴室的组合体积具有液体弹簧或减震器效果，从而减少燃料喷射器的操作所引起的压力过调、压力振荡和水锤的影响。优选地，在上文所述的喷射器或方法中的任何一个或多个中，喷嘴室和高压燃料管线的组合体积为预定燃料分配体积的至少10倍。更优选地，在上文所述的燃料喷射器或方法中的任何一个或多个中，组合体积至少大于预定体积的15倍。进一步地，在上文所述的方法或燃料喷射器中的任何一个中，组合体积可在预定燃料分配体积的大约15倍到大约30倍的范围内。在上文所述的方法或燃料喷射器中的任何一个中，燃料通道可具有大体上连续的直径。在上文所述的方法或喷射器中的任何一个中，喷嘴末端和针可限定围绕针并连接到燃料通道的喷嘴室。在上文所述的方法或燃料喷射器中的任何一个中，针可被连接到用于限制针向上运动的止动件。在上文所述的方法或燃料喷射器中的任何一个中，止动件可在针打开时接合填片。在上文所述的方法或燃料喷射器中的任何一个中，止动件、喷嘴末端和填片可形成间隙，该间隙可使针和控制阀在打开和闭合位置之间运动。在上文所述的方法或燃料喷射器中的任何一个中，燃料喷射器可配置成喷射重质燃料油(HFO)。如果喷射HF0，在大约200MPa的压力下它可具有至少3000MPa的体积模数。在上文所述的方法或燃料喷射器中，预定喷射体积可在大约IOmL到大约20mL的范围内，优选地在大约13mL 到大约17mL的范围内。附图简要说明
图1是公开的燃料喷射器的前视和截面图；图2是图1中所示的燃料喷射器的放大视图，其尤其示出了针和孔；图3图形化地描述了通过传统喷射器喷射HFO所引起的压力波动(y轴线)；图4图形化地描述了使用本发明的喷射器喷射HFO所引起的减小压力波动(y轴线)；且图5图形化地描述了作为喷嘴室和燃料通道体积对所喷射燃料量的比率的函数的压力波动(y轴线)。
具体实施例方式参考图1，燃料喷射器10被示出为装备有喷射器主体11、喷嘴外壳12和喷嘴末端13。燃料通过与燃料泵和ECM(未示出)连通的入口 19进入喷射器10。弹簧预加载组件 14提供用于弹簧17的适当的向下的偏置。高压燃料通过泵或其他装置(未示出)提供，随后进入入口 19并经过高压燃料通道21行进。高压流体通道21引向喷嘴室22。喷嘴室22 至少部分地由喷射器主体11或喷嘴末端13和针23限定。针23被示出为处于闭合位置， 抵靠阀座M落座，该阀座M包括多个孔25。针23被连接到针开槽段沈，针开槽段可以将润滑剂保持在所示的微槽内。开槽段26被联接到针止动部分18和针的顶部观，顶部观又穿过填片四。针的顶部观和填片四被联接到活塞27。弹簧17被活塞顶部31、推压销32 和活塞凸缘33以及推压销凸缘34保持就位，活塞凸缘33以及推压销凸缘34分别形成活塞27和弹簧加载组件14的一部分。在图1和图2所示的位置中，针23抵靠阀座M落座，因此喷射器10是闭合的。为了打开针23，经过高压燃料管线21在喷嘴室22中提供压力。喷嘴室22内的高压促使针活塞23向上运动，并促使针止动部分18压缩间隙36，从而使针23举升离开座24，并且使孔25暴露于室22内的高压燃料，所述高压燃料经过环形空间39朝向孔25向下移动。冷却通道在37、38处示出。所公开的燃料喷射器10所解决的问题是减少压力过调和也被称为“水锤”的压力振荡。在高压下，燃料喷射器的截留体积可被认为是液体弹簧，其中，液体体积模量表示弹簧刚性，而液体体积表示弹簧质量。具有小喷嘴室22或并非远大于分配燃料的实际体积的喷嘴室22的燃料喷射器遭受压力振荡、压力过调和水锤。具体地，参照图3，在三个位置处获取压力读数液囊体积41 (见图1-2)、喷射器主体11内部的点比如喷嘴室22、以及燃料供给43(图1)。从图3中能看到，代表燃料供给42的管线几乎未经受压力波动。类似地， 代表液囊41的管线也几乎未经受压力波动，尤其是与图4比较而言。然而，喷射器主体11 内部比如喷嘴室22处的压力波动经受大的压力波动，尤其是与代表图1和图2所示的所公开的喷射器10的图4比较而言。因而，使用延伸的高压燃料管线21结合尺寸可变的喷嘴室22形成减少压力振荡的减震效果。喷嘴室22和燃料管线21的组合体积应当远大于分配燃料体积。例如，如果喷射器体积是大约15mL，喷嘴室22和燃料管线21的组合体积应当优选地超过150mL，并且更优选地大于300mL，并且优选为在大约225mL到大约450mL之间。就比率而言，参照图5， 喷嘴室22和高压燃料管线21的组合体积对喷射燃料量的比率沿χ轴示出。压力沿y轴示出。当压力随着比率超过10持续降低时，喷嘴室和高压燃料管线的组合体积对喷射燃料量的优选的比率在大约10到大约30范围内，并且更优选地在大约15到大约30范围内。工业实用性所公开的燃料喷射器适用于使用HF0、柴油和汽油的会产生压力过调、压力振荡和水锤问题的发动机。所公开的燃料喷射器消除或显著减少压力过调、压力振荡和水锤问题， 从而增加喷射器的使用寿命。与压力振荡、压力过调和水锤相关联的问题通过意识到压力过调和振荡的减少可通过优化喷嘴室和高压燃料管线的尺寸和位置来实现而得到解决。在高压下，喷嘴室和高压燃料管线内的燃料可被认为是液体弹簧，其中，液体体积模量表示弹簧刚性，液体体积表示弹簧质量。结果，实现对压力过调的有效衰减。所公开的配置成喷射预定量燃料的燃料喷射器包括限定燃料入口、燃料通道和孔的喷射器主体。针被至少部分地置于喷射器主体或附接的喷嘴末端内，喷嘴末端可以形成或不形成为喷射器主体的一部分。针可在针堵塞孔的闭合位置和针至少部分地开启孔的打开位置之间运动。至少所述喷嘴末端和针限定喷嘴室。喷嘴室与燃料通道和孔连通。燃料通道和喷嘴室具有大于预定体积的组合体积。优选地，组合体积至少比预定体积大10倍。 更优选地，组合体积至少比预定体积大15倍。更优选地，喷嘴室和高压燃料管线的组合体积在预定喷射体积的大约15倍到大约30倍之间。燃料通道可以具有或不具有大体上连续的直径。喷嘴末端和针可限定围绕针并被连接到高压燃料通道的喷嘴室。在另一个方面，针联接到止动件和引导件，并且止动件和引导件通过弹簧被偏置到闭合位置。在另一个方面，喷射器主体和止动件形成间隙，该间隙使针和控制阀能够在打开和闭合位置之间移动。如上所述，所公开的燃料喷射器特别适用于喷射HF0，但它也可应用于柴油和汽油。当喷射HFO时，它在大约200MPa的压力下可具有大约3000MPa或更大的体积模量。所喷射燃料的体积可比如从大约10到大约20mL，更优选地，从大约13到大约17mL很大地变化。还公开了一种用于减少燃料喷射系统中的压力过调的方法。该方法包括提供限定燃料入口、燃料通道和孔的喷射器主体和喷嘴末端。该方法也包括提供至少部分地置于喷嘴末端内的针。针可在针堵塞孔的闭合位置和针至少部分地开启孔的打开位置之间运动。 该方法也包括提供由喷嘴末端和针至少部分地限定的喷嘴室。喷嘴室与燃料通道和孔连通。燃料通道和喷嘴室具有比预定喷射体积的大大约10倍到大约30倍范围的组合体积。
权利要求
1.一种能够喷射预定体积的燃料的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括限定燃料入口和燃料通道的喷射器主体，该喷射器主体联接到限定至少一个孔的喷嘴末端；至少部分地置于喷嘴末端内的针，该针能够在所述针堵塞所述孔的闭合位置和所述针至少部分地开启所述孔的打开位置之间运动；至少所述喷射器主体和所述针限定喷嘴室，所述喷嘴室与所述燃料通道和所述孔连通；所述燃料通道和所述喷嘴室具有大于预定喷射体积的组合体积。
2.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述组合体积至少为预定喷射体积的10倍。
3.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述组合体积至少为预定喷射体积的15倍。
4.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述组合体积在预定喷射体积的大约15倍到大约30倍范围内。
5.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述燃料通道具有大体上连续的直径。
6.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述喷嘴末端和所述针限定围绕所述针并连接到所述燃料通道的所述喷嘴室。
7.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述针被连接到止动件，该止动件限制所述针远离所述孔的运动。
8.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，止动件经过填片连接到引导件。
9.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，止动件和填片在喷射器主体内形成间隙，该间隙使所述针和控制阀能够在打开位置和闭合位置之间运动。
10.如权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述燃料喷射器能够喷射重质燃料油。
11.一种用于减少燃料喷射系统中的压力过调的方法，该方法包括 提供限定燃料入口和燃料通道的喷射器主体；将限定至少一个孔的喷嘴末端联接到喷射器主体；提供至少部分地设置于所述喷嘴末端内的针，所述针能够在所述针堵塞所述孔的闭合位置和所述针至少部分地开启所述孔的打开位置之间运动；提供至少由所述喷嘴末端和所述针限定的喷嘴室，该喷嘴室与所述燃料通道和所述孔连通；使所述燃料通道和所述喷嘴室的组合体积在比预定体积大大约10倍到大约30倍的范围内。
全文摘要
本发明涉及具有减震器体积的燃料喷射器以及用于压力过调的方法，公开了一种配置成喷射预定体积的燃料比如重质燃料油的燃料喷射器。所述喷射器包括限定燃料入口、燃料通道和孔的喷射器主体。喷射器主体还包括至少部分地置于喷射器主体内的针。该针可在针堵塞孔的闭合位置和针至少部分地开启孔的打开位置之间移动。至少所述喷喷射器主体和针限定喷嘴室。喷嘴室与高压燃料通道和孔连通。燃料通道和喷嘴室具有大于预定喷射体积的组合体积。喷嘴室和燃料通道的组合体积起减震器作用，以减少压力过调、压力振荡和水锤的影响。
文档编号F02M63/00GK102374089SQ201110259629
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月17日
发明者A·斯托克纳, 李振宇 申请人:卡特彼勒公司