具有带阀座以及排放和再加压孔的阀座孔板的燃料喷射器的制作方法

1.本发明总体上涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射器，并且更具体地涉及一种阀座孔板，其将阀座以及排放和再加压孔集成在单个部件中。


背景技术：

2.许多现代内燃发动机，尤其是压燃式发动机，采用高度复杂的电子控制的燃料系统，其包括具有直接操作式出口止回阀的燃料喷射器。直接操作式出口止回阀将典型地包括暴露于控制室中的流体压力的关闭液压表面。控制室中的压力经释放以开始喷射事件，并恢复到控制室以结束燃料喷射。在孔板中通常使用各种孔来控制或帮助控制控制室中的压力变化，以最佳地致动出口止回阀。控制阀用于选择性地将控制室连接到低压。
3.多年来，工程师已经以多种方式对孔板中的各种孔的布置和尺寸进行了试验。在一个已知的系统中，通过孔板中的所谓的“z孔”向控制室供给加压燃料，并且通过与孔板分离的部件中的所谓的“a孔”连接到低压。在一些系统中使用“f孔”以与z孔一起帮助对控制室再加压。通过改变各种孔的用途、布置和几何形状，可以获得各种不同的操作和性能特性。授予ibrahim等人的美国专利第8,448,878号涉及一种具有针控制系统的燃料喷射器，其包括f、a、z和e孔。ibrahim等人的公开内容提出了一种采用各种孔的共轨燃料喷射器，并且教导了可以通过调节它们各自的尺寸而实现的不同的性能特性。


技术实现要素：

4.在一方面，一种燃料喷射器包括喷射器壳体，其限定纵向轴线并且具有形成在其中的燃料入口、燃料排放出口、流体连接到燃料入口的喷嘴腔、以及多个喷嘴出口。燃料喷射器还包括出口止回阀，其从阻塞来自喷嘴腔的多个喷嘴出口的关闭位置可移动到打开位置，并且具有关闭液压表面。燃料喷射器进一步包括阀座孔板，其包括具有阀座表面的第一轴向侧、第二轴向侧、以及轴向地在第一轴向侧与第二轴向侧之间并且暴露于燃料入口的流体压力的外表面。阀座孔板进一步包括在阀座表面与形成在关闭液压表面与第二轴向侧之间的止回阀控制室之间延伸的排放孔，以及各自在外表面与止回阀控制室之间延伸的第一再加压孔和第二再加压孔。燃料喷射器还进一步包括喷射控制阀组件，其具有电致动器、电枢和喷射控制阀，其从与阀座表面接触的关闭位置可移动到将排放孔流体连接到燃料排放出口的打开位置。
5.在另一方面，用于燃料喷射器的阀座孔板包括限定中心轴线的阀座主体，其包括在阀座主体的第一轴向侧和第二轴向侧之间延伸的中心定位的排放孔。阀座主体进一步包括阀座表面，其形成在第一轴向侧上并且围绕中心轴线圆周延伸并且从中心定位的排放孔径向向外延伸；多个流动槽围绕中心轴线圆周分布并且从阀座表面径向向外延伸。阀座主体进一步包括在第一轴向侧上形成的并且在多个流动槽的径向向外的位置处围绕中心轴线圆周延伸的成形密封表面；在第一轴向侧与第二轴向侧之间延伸的外表面；以及在第二轴向侧上形成的并且经构造形成燃料喷射器中的止回阀控制室的润湿壁的平坦的止回阀
面对表面。阀座主体进一步包括再加压孔，其在外表面与平坦的止回阀面对表面之间延伸并且经定位用于再填充止回阀控制室。
6.在又一方面，一种操作燃料喷射器的方法包括将燃料喷射器中的电致动控制阀组件中的控制阀从与阀座孔板的阀座接触的关闭位置移动到打开位置。该方法还包括基于控制阀向打开位置的移动，通过延伸穿过阀座孔板的排放孔将燃料喷射器中的止回阀控制室流体连接到燃料喷射器的燃料排放出口。该方法进一步包括基于止回阀控制室与燃料排放出口的流体连接，将燃料喷射器中的出口止回阀从关闭位置移动到打开位置，以从喷嘴出口喷射燃料，在打开位置，燃料喷射器中的喷嘴出口流体连接到喷嘴腔。该方法还包括使控制阀返回到关闭位置，使出口止回阀返回到关闭位置，以及利用通过第一再加压孔和第二再加压孔的燃料流对控制室再加压，第一再加压孔和第二再加压孔各自在阀座孔板的外表面与止回阀控制室之间延伸。
附图说明
7.图1是根据一个实施例的内燃发动机系统的示意图；
8.图2是根据一个实施例的燃料喷射器的截面侧示意图；
9.图3是根据一个实施例的阀座孔板和喷射控制阀的示意图；
10.图4是穿过图2的燃料喷射器的一部分的截面图；
11.图5是根据一个实施例的阀座孔板的示意图；
12.图6是穿过图5的阀座孔板的一部分的截面侧示意图；
13.图7是穿过根据另一实施例的包括阀座孔板的燃料喷射器的一部分的截面侧示意图；
14.图8是根据另一实施例的阀座孔板的示意图；
15.图9是穿过图8的阀座孔板的一部分的截面侧示意图；
16.图10是穿过根据又一实施例的包括阀座孔板的燃料喷射器的一部分的截面侧示意图；
17.图11是图10的阀座孔板的示意图；
18.图12是穿过图11的阀座孔板的一部分的截面侧示意图；
19.图13是根据又一实施例的阀座孔板的示意图；
20.图14是图13的阀座孔板的一部分的示意轮廓视图；以及
21.图15是根据本发明的燃料喷射器的一部分与已知燃料喷射器设计的比较图。
具体实施方式
22.参见图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统10。内燃发动机系统10包括其中形成有多个燃烧缸14的发动机壳体12。发动机壳体12可以包括任何适当布置的任何数量的缸。发动机系统10还包括具有燃料箱18、低压泵20、高压泵22和加压燃料储存器24的燃料系统16。压力传感器26可以与加压燃料储存器24联接。设置减压阀28以限制多余的燃料压力，并且将排放的燃料返回燃料箱18。燃料系统16还包括多个燃料喷射器30。每个燃料喷射器30可以通过燃料供给管线32(诸如所谓的套管连接器或任何其他合适的供给管线)联接到加压燃料储存器24。加压燃料储存器24可以包括连接到所有燃料喷射器30的单个整体式
燃料储存器，或多个单独的加压燃料储存器或蓄能器，其均联接到一个或多个燃料喷射器30。燃料喷射器30可以是类似的或相同的，并且每个都包括出口止回阀46、电致动控制阀组件60和阀座孔板70，其特征和功能将从以下描述中进一步清楚。发动机系统10还包括电子控制单元33，诸如发动机控制单元或专用燃料供给控制单元，其与高压泵22、压力传感器26和燃料喷射器30连通，以用于燃料系统领域的技术人员将理解的目的。
23.现在还参见图2，其中更详细地示出了燃料喷射器30中的一个的附加特征。每个燃料喷射器30(在下文中以单数提及)包括喷射器壳体34，其限定纵向轴线36并且在其中形成有加压燃料入口38、燃料排放出口40、流体连接到燃料入口38的喷嘴腔42以及多个喷嘴出口44。燃料喷射器30还包括如上所述的出口止回阀46，其从阻塞喷嘴腔42的喷嘴出口44的关闭位置可移动到打开位置。出口止回阀46包括关闭液压表面72。图2中还示出了燃料喷射器30的附加特征，包括喷嘴壳体48，具有形成在其中的喷嘴出口44的尖端件50、夹在附接到喷嘴壳体48的喷射器主体件59和尖端件50之间的第一层叠件52和第二层叠件54。出口止回阀46由定位在层叠件54中的引导套筒56引导，并且出口止回阀46通过偏置弹簧58朝向其关闭位置偏置。燃料过滤器68过滤来自供给到燃料入口38的相关一条燃料供给管线32的燃料。燃料排放出口40可以流体连接在喷射器壳体34的部件之间和之中，以与燃料喷射器30内部或燃料喷射器30外部的低压源流体连接。燃料喷射器30还包括喷射控制阀组件60，其具有电致动器62诸如螺线管、电枢64和喷射控制阀66。在所示实施例中，与控制阀66分开的杆件67附接到电枢64上。控制阀66从与阀座孔板70接触的关闭位置可移动到打开位置，从而以本文进一步讨论的方式改变止回阀控制室74中的流体压力。
24.现在还参见图3和4，阀座孔板70包括限定中心轴线78的阀座主体76。当安装在燃料喷射器30中使用时，中心轴线78可以与纵向轴线36共线。本文对阀座主体76或阀座孔板70的特征的描述应理解为是指这些特征中的任一个。阀座主体76包括排放孔80，其典型地位于阀座主体76的中心并在阀座主体76的第一轴向侧82和第二轴向侧84之间延伸。阀座主体76还包括形成在第一轴向侧82上的阀座表面86。阀座表面86围绕中心轴线78圆周延伸，并从位于中心的排放孔80径向向外延伸。阀座主体76中还形成有多个流动槽88，其围绕中心轴线78圆周分布，并且每个流动槽从阀座表面86径向向外延伸。在所示实施例中，流动槽88在径向上向内并且邻近阀座表面86相对更深，并且在径向上向外处相对较浅。阀座主体76进一步包括形成在第一轴向侧82上的成形密封表面90。当安装在燃料喷射器30中使用时，成形密封表面90抵靠喷射器主体件59并流体密封，或基本上流体密封。成形密封表面90在流动槽88径向向外的位置处围绕中心轴线78圆周延伸。在所示实施例中，流动槽88也可以向外延伸，从而中断成形密封表面90的圆周轮廓。成形密封表面90在一些实施例中可以是球形的，但在其他情况下可以是圆锥形的或具有非球形曲线形状。阀座主体76还包括轴向位于第一轴向侧82和第二轴向侧84之间的外表面92，并且典型地从第一轴向侧82延伸到第二轴向侧84，面向径向向外的方向。外表面92可以形成为具有与两个平坦表面区段交替的两个圆柱形表面区段，如图5所示，然而，本发明不限于此。阀座主体76还包括平坦的止回阀面对表面94，其经构造在安装燃料喷射器30中使用时形成止回阀控制室74的润湿壁。平坦的止回阀面对表面94形成在第二轴向侧84上，并可以经定位与套筒56接触。
25.还参见图5和6，除了排放孔80之外，阀座主体76进一步包括第一再加压孔96和第二再加压孔98。第一再加压孔96和第二再加压孔98各自在外表面92和止回阀控制室74之间
延伸，并且还可各自被理解为在外表面92和平坦的止回阀面对表面94之间延伸。第一再加压孔96和第二再加压表面98可以分别经定位相对于中心轴线78在径向向外位置和径向向内位置处再填充止回阀控制室74。已经发现，在燃料喷射事件结束时或之后从两个位置重新填充止回阀控制室74可以在促进出口止回阀46刚好邻近阀座孔板70的“悬停”而不是形成硬止动方面提供某些优点，以及如果硬止动发生则提升出口止回阀46使其不与阀座孔板70接触。
26.从图中还可以注意到，排放孔80包括在平坦的止回阀面对表面94中开口的不受限制的入口端100，以及受限制的出口端102。与相对较小因此更受限制的流动面积相比，不受限制通常意味着流动面积较大。出口端102的直径可以比入口端100的直径小几倍。从图6中还可以看出，阀座主体76进一步包括形成在第一轴向侧82中的沉孔104。在所示实施例中，出口端102开向沉孔104，阀座表面86是平坦的，并围绕沉孔104圆周延伸。控制阀66可以包括平坦侧面的球形球阀，当控制阀66处于关闭位置时，该球形球阀具有与阀座表面86接触的平坦部69。从图6中还可以看出，沉孔104可以是圆锥形的。沉孔104的圆锥形形状可以在制造期间帮助紧紧地控制阀座表面86的直径，并在阀座表面86之上和周围提供进入流动通道88的优化流动路径。在其他实施例中，可以提供至少部分地具有直的侧面或曲线轮廓的沉孔，而不是圆锥形的沉孔，如本文进一步讨论的。
27.第一再加压孔96包括在外表面92中开口的不受限制的入口端106和在平坦的止回阀面对表面94中开口的受限制的出口端108。第二再加压孔98包括在外表面92中开口的不受限制的入口端102和位于中心的排放孔80中开口的受限制的出口端112，排放孔80刚好邻近平坦的止回阀面对表面94。回想一下，第一再加压孔96在相对于纵向轴线78和中心轴线36径向向外的位置处流体连接到止回阀控制室74，并且第二再加压孔98在相对于纵向轴线78和中心轴线36径向向内的位置处流体连接到止回阀控制室74。
28.参见图7，示出了根据另一实施例的阀座孔板170。阀座孔板170包括阀座表面186，与前述实施例的平坦的阀座表面相反，其是圆锥形的。在图7的实施例中，球形球阀166坐落在由阀座表面186形成的阀座中，而不是平坦侧面球阀。在一些情况下，使用如图7中的球-圆锥型布置可以观察到期望的或改进的流动特性，然而，例如，如在前述实施例中的平坦的座布置可以更坚固以抵抗碎屑损坏。阀座孔板170可以包括排放孔和再加压孔，其布置与前述实施例中的这些孔相同或相似。
29.现在参见图8和9，示出了根据另一实施例的阀座孔板270，其包括阀座表面286和围绕阀座孔板270的中心轴线278圆周分布并径向向外延伸的流动通道288。阀座孔板270可以包括排放孔280、第一再加压孔296和第二再加压孔298。孔280、296和298可以具有与图4-6的实施例和图7的实施例中的相应孔类似或相同的布置和配置。从图9可以看出，排放孔280可以具有开向沉孔304的受限制的出口端302。沉孔304可以包括曲线表面或壁307，其邻近排放孔280，并且通过圆柱形表面或壁305过渡到阀座表面286。在所示的纵向剖面中，沉孔304的轮廓可以被理解为具有浴缸形状。
30.现在转向图10-12，示出了根据又一实施例的阀座孔板470。阀座孔板470可以再次具有与前述实施例的那些类似或相同地布置和配置的排放孔和再加压孔，然而，本发明不限于此。阀座孔板470还包括阀座表面486和围绕阀座孔板470的中心轴线478圆周分布的流动通道488。阀座孔板470的外表面492可以经定向总体上平行于中心轴线478，并且流动通
道488可以在纵向剖面中具有弯曲的底部或底面轮廓，如在图12中最佳描绘的。而在前述实施例中的流动通道可以具有平坦的底部表面，在阀座孔板470中，流动通道488的几何形状可以提供关于制造的优点，因为可以容易地使用圆形研磨盘在阀座孔板470中形成流动通道488。还可以注意到，流动通道488可以被切割以形成方形配置的阀座表面486的至少中心部分，如图11中最佳示出的。
31.现在参见图13，示出了根据又一实施例的阀座孔板670。阀座孔板670还可以包括与前述实施例类似或相同配置和布置的排放孔和再加压孔。阀座孔板670还包括阀座表面686和围绕中心轴线678圆周分布并径向向外延伸的流动槽688。阀座孔板670还包括在流动槽688径向向外间隔的位置处围绕中心轴线678圆周延伸的成形密封表面690。
32.阀座孔板670还包括在阀座表面686和成形密封表面690之间过渡的圆锥形过渡表面699，其可以是球形的。流动槽688从圆锥形过渡表面699径向向内的起始位置705径向向外延伸到成形密封表面690径向向内的终止位置703。与本文描述的某些其他实施例相反，成形密封表面690可以是不被流动槽中断的连续表面。还参见图14，在705处示出内圆，并且大致标识阀座表面686与圆锥形过渡表面699相交的位置。外圆707限定在圆锥形过渡表面699与成形密封表面690相交的位置处。成形密封表面690可以是磨过的球面半径表面，并且如上所述，可以围绕中心轴线678圆周地连续。角度700限定在中心轴线678和圆锥形过渡表面705之间，并且在一个实施例中可以是大约75
°
。
33.工业实用性
34.总体上参见附图，但特别是参见图2-6的实施例，在操作内燃发动机系统10期间，燃料喷射器30将经操作以在传统的四冲程发动机循环期间将液体燃料例如柴油馏分燃料一次或多次喷射到相关的燃烧缸30中。操作燃料喷射器30以执行喷射包括将燃料喷射器30中的电致动控制阀组件60中的控制阀66从与阀座孔板70的阀座表面86(阀座)接触的关闭位置移动到打开位置。高压燃料从加压燃料储存器24供应到燃料喷射器30，使得高压燃料在打开出口止回阀46之前驻留在喷嘴腔42中、控制室74中以及燃料喷射器30中的其他地方，包括阀座孔板70的外部和周围。照此，外表面92、关闭液压表面72和止回阀面对表面94都暴露于燃料入口38的燃料压力。
35.当控制阀66移动离开阀座表面86时，止回阀控制室74通过排放孔80流体连接到燃料排放出口40和低压。随着控制室74中的压力减小，出口止回阀46从其关闭位置移动到喷嘴出口44流体连接到喷嘴腔42的打开位置，以从喷嘴出口44喷射燃料。当出口止回阀46提升时，它将倾向于收缩成与阀座孔板70接触，或者收缩到刚好与阀座孔板70隔开的位置，在该位置出口止回阀46悬停。在任一种情况下，总体上期望出口止回阀46在其完全打开位置处具有相对的软止动。控制阀66从打开位置返回到其关闭位置，诸如电致动器62被断电并且复位弹簧向下推动杆件67以关闭控制阀66。在控制阀66现在关闭的情况下，控制室74中的压力可以升高并且将在关闭液压表面72时起作用以使出口止回阀46返回到其关闭位置。再加压控制室74可以与通过第一再加压孔96和第二再加压孔98的燃料流动一起发生。在径向向外的位置处供应来自第一再加压孔96的第一燃料流动，并且在径向向内的位置处提供来自第二再加压孔98的第二燃料流动。如上所述，第二再加压孔98可以开向排放孔80，使得第二燃料流动通过排放孔80的入口端100输送至控制室74。
36.现在参见图15，在图的右手侧示出了阀座孔板70和燃料喷射器30的其他部件，与
在图的左手侧示出的已知燃料喷射器中的部件进行了比较。本领域技术人员将熟悉f、a、e和z孔的术语。根据本发明，排放孔80以及在其他实施例中的类似孔可以被理解为e孔，而第一再加压孔96可以被理解为z孔，并且第二再加压孔98可以被理解为f孔。在已知系统中，孔板770设置有排放孔778，其流体连接到形成在第二部件即阀座板771中的另一排放孔790。填充孔798也形成在孔板770中。已知系统中的控制阀766关闭和打开排放孔790。还可以注意到，孔板770中的排放孔775在入口端处是限制流动的，并且阀座板771中的排放孔790在出口端处是限制流动的。本领域的技术人员将认识到排放孔790为e孔，并且排放孔775为a孔。根据本发明，可以省去单独的阀座板，并且根本不需要a孔。以此方式，实现了部件数量的减少以及燃料喷射器相对于所描绘的已知设计的简化等。
37.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和精神的情况下，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、特征和优点将变得明显。如本文所用，冠词“一(a)”和“一个(an)”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个(one or more)”互换使用。在仅想要一个项目的情况下，使用术语“一个(one)”或类似语言。而且，如本文所用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式术语。进一步地，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另外明确说明。