可變化流量閥和減小流量閥磨損的方法
2023-05-20 16:34:41
專利名稱：可變化流量閥和減小流量閥磨損的方法
技術領域：
本發明一般地涉及燃料噴射器和燃料噴射系統，具體來說，涉及減小一控制流向和流出燃料噴射器內的增強活塞的致動流體的流量的閥門上的磨損。
背景技術：
工程師們一直在尋求減小發動機排放的各種策略。減小發動機排放的一個方法是控制多個燃料噴射變量，例如，燃料油壓、噴射形式、液滴大小、噴射次數和噴射時間。例如，業已發現，在一單一的燃燒過程中多次的噴射，包括引導噴射和後噴射，會減小排放。為了在一單一的燃燒過程中以可靠的一致性提供多次的噴射，一燃料噴射器必須經常具有快速地重設定一增強活塞而不會不利地影響要求的噴射變量的能力。
為了減少時間量，增強活塞需要縮回，同時不影響由前進中的增強活塞造成的噴射比率形狀，燃料噴射器(例如，Caterpillar HEUITM B單元噴射器)包括一定位在一比率形狀路徑內的可變流量閥，它流體連通地將增強活塞的一液壓表面連接到一致動流體源或一低壓排放。這樣一噴射器示於和描述在共同擁有的美國專利申請號10/185,946中，現為美國專利6,663,014。為了達到要求的噴射比率形狀，可變化流量閥在增強活塞前進的過程中，限制致動流體沿朝向增強活塞的方向的流動。為了快速地重設增強活塞，可變化流量閥在增強活塞縮回的過程中，不限制致動流體沿背離增強活塞的反向方向流動。可變化流量閥包括一盤形閥件，其帶有一具有預定流動區域的中心通道。致動流體朝向增強活塞的流動起作保持閥件與其閥座接觸，並限制致動流體到閥件的中心通道的流動。當增強活塞縮回時，致動流體背離活塞而朝向排放的流動提升閥件離開閥座，並允許致動流體流過閥件的中心通道還包圍閥件的側面。
儘管可變化流量控制閥可減少重新設定增強活塞所需的時間，但尚有改進的地方。工程師們已經發現，當致動流體不作用在關閉的液壓表面上時，流動控制閥件不總是坐落在平的閥座上。因此，當比率形狀路徑內的液壓建立時，隨著致動流體開始朝向增強活塞流動以便前進增強活塞，液壓可撞擊可變化流量閥件而接觸閥座。閥件和閥表面之間的重複的衝擊可造成閥件和/或閥座磨損，這最終可導致閥件坐落時閥不能完全地關閉。因此，即使當閥件坐落在座的位置內時，致動流體也可最終在閥件周圍流動。因為超過需要的致動流體將流過磨損的閥件並作用在增強活塞上，所以，帶有磨損閥件或閥座的噴射器將形成這樣的特徵的噴射器，其流量和比率形狀不同於原來設計的要求。
此外，作用在關閉液壓表面上的致動流體的液壓可以是不均勻的，從而致使可變化流量閥件在比率形狀路徑的導向孔內傾斜，或甚至反彈。當可變化流量閥件在導向孔內未對齊時，高壓致動流體可圍繞閥件流動並通過中心通道。此外，流過傾斜的可變化流量閥件的通道的致動流體，可在可變化流量閥件上形成磨損。因此，通過和圍繞傾斜的可變化流量閥件的流動區域將不同於圍繞一對齊的可變化流量閥件的流動區域。
除了由作用在關閉的液壓表面上的液壓造成的閥件磨損之外，通過圍繞閥件的致動流體也可對閥件邊緣造成磨損。在增強活塞縮回的過程中，圍繞閥件外邊緣的致動流體的流動，最終可圍繞可變化流量閥件的90度的角，由此，變化圍繞可變化流量閥件的流動區域。在一段時間上由閥件形成的流動區域的形狀的變化也可造成噴射器性能在時間上的變化。
此外，工程師們已經發現，通過和圍繞可變化流量閥件的位於通道內的氣穴也可造成在可變化流量閥件和/或閥座上的磨損。再者，可變化流量閥件上的磨損可變化圍繞和通過可變化流量閥件的流動區域，這又變化噴射器的比率形狀和流量。因此，由於可變化流量閥磨損，以一致性和預言性來控制噴射變量的能力降低，因此，可不利地影響降低排放。
本發明旨在克服以上闡述的一個或多個問題。
發明內容
在本發明的一個方面，一燃料噴射器包括一噴射器本體，其形成一未限制路徑和一包括一導向孔和一平面的閥座的限制的比率形狀路徑。當在一縮回位置時，一可移動的增強活塞具有一暴露在未限制路徑內的液壓中的第一液壓表面和一暴露在限制的比率形狀路徑內的液壓中的第二液壓表面。一可變化流量閥件被導向在限制的比率形狀路徑的導向孔內在第一和第二位置之間移動。可變化流量閥件形成一具有一預定的流動面積的中心通道，以及一將一關閉的液壓表面與一打開的液壓表面分離的側表面。側表面包括多個分離周緣流動通道的導向表面。
在本發明的另一個方面，一燃料噴射系統包括一致動流體源和一燃料源，它們分別與至少一個致動流體入口和一燃料噴射器的燃料入口流體連通。燃料噴射器的一噴射器本體形成一未限制的路徑和一包括一導向孔和一平面的閥座的限制的比率形狀路徑。當在一縮回位置時，一可移動的增強活塞具有一暴露在未限制路徑內的液壓中的第一液壓表面和一暴露在限制的比率形狀路徑內的液壓中的第二液壓表面。一可變化流量閥件被導向在限制的比率形狀路徑的導向孔內在第一和第二位置之間。可變化流量閥件形成一具有一預定的流動面積的中心通道，以及一將一關閉的液壓表面與一打開的液壓表面分離的側表面。側表面包括多個分離周緣流動通道的導向表面。
在本發明的還有的一個方面，有一操作一燃料噴射器的方法。為了減緩增強活塞在增強活塞前進的一部分上的前進速度，比率形狀路徑的流動區域相對於未限制增強路徑的流動區域受到一可變化流量閥的限制。在增強活塞縮回的過程中，相對於增強活塞前進過程中的比率形狀路徑的流動區域，比率形狀路徑的流動區域不受可變化流量閥的約束。通過沿比率形狀路徑內的導向孔壁導向可變化流量閥件，可減小可變化流量閥的磨損。
附圖的簡要說明
圖1是根據本發明的一燃料噴射系統的示意圖；圖2是包括在圖1的燃料噴射系統內的一燃料噴射器的全截面圖；圖3a-c是圖2的燃料噴射器的一部分的各種橫截面圖；圖4是圖2的燃料噴射器內一可變化流量閥的一橫截面圖；圖5a是圖4的可變化流量閥的可變化流量閥件的俯視圖；圖5b是圖4的可變化流量閥的可變化流量閥件的側視圖。
具體實施例方式
參照圖1，圖中示出根據本發明的一燃料噴射系統10的示意圖。燃料噴射系統10包括至少一個燃料噴射器12，它包括一噴射器本體16，其形成兩個致動流體入口11、一個致動流體排出口15，以及一燃料入口13。應該認識到，本發明考慮任何數量的致動流體入口，包括僅一個入口。儘管本發明顯示為包括一個燃料噴射器，但應該認識到本發明可應用在包括任何數量的燃料噴射器的一燃料系統中，並在各個燃料噴射器內進行類似的操作。一致動流體源18和一燃料源17流體連通地分別連接到致動流體入口11和燃料入口13。儘管致動流體可以是各種類型流體中的一個，但致動流體較佳地是一不同於諸如油之類的燃料。燃料噴射器12也通過排出口15與致動流體容器14流體連通。
參照圖2，圖中示出圖1的燃料系統10內的燃料噴射器12的全截面圖。應該認識到本發明考慮在各種類型的液壓致動電氣控制的燃料噴射器內使用。在所示的實例中，噴射器本體16包括一控制部分19、一增壓部分20以及一噴嘴部分21。一流動控制閥23和一滑閥22附連到噴射器本體16的控制部分19。流動控制閥23控制燃料噴射器12的全部操作，並作為滑閥22的前導閥進行操作。流動控制閥23通過致動流體入口通道24流體連通地連接到致動流體入口11。流動控制閥還通過一止回通道(未示出)流體連通地連接到一滑閥腔室26和一針閥控制腔室27。滑閥22的一控制液壓表面暴露在腔室26內的流體壓力前，該流體壓力根據控制閥23的位置可以高或低。流動控制閥23包括一銜鐵28和一落座銷29。流動控制閥23內的一螺線管25控制銜鐵28的運動，因此，控制落座銷29的位置。當落座銷29處於第一位置時，流動控制閥23通過止回通道流體連通地將致動流體入口通道24連接到針閥控制腔室27和滑閥腔室26。落座銷29通常通過一彈簧30偏置到第一位置。當落座銷29處於第二位置時，流動控制閥23阻塞致動流體入口通道24和針閥控制腔室27和滑閥腔室26之間的流體連通，針閥控制腔室27和滑閥腔室26通向流體排出口15(示於圖1中)。滑閥22通常通過一內部彈簧22a向下偏置。滑閥22通常與作用在兩端上的高壓液力上平衡。當腔室26內的壓力減小時，作用在滑閥22的底側上的液壓將抵抗其內部彈簧22a的作用而致使其向上移動，從而打開來自通道24的高壓致動流體的流動。
因此，當流動控制閥23失電時，滑閥22的兩端暴露在高壓下，如圖所示，滑閥向下偏置到阻塞高壓通道24和增強活塞31之間流體連接的第一位置。如圖所示，當滑閥22位於此向下位置時，連接到增強活塞32的通道連接到一低壓排出口15。當壓力在滑閥腔室26內卸壓時，液壓抵抗其內部彈簧22a的作用向上推滑閥22，以打開從通道24到增強活塞32的高壓致動流體的流動。當處於第二位置時，滑閥22流體連通地將致動流體通道24連接到多個增壓通道31(局部地顯示)，增壓通道包括一限制的比率形狀路徑34和一不限制的路徑35。多個增壓通道31部分地由一流動分配器板36和一均衡器板39形成。增壓通道31流體連通地連接滑閥22與增強活塞32的至少一個液壓表面，所述增強活塞可移動地定位在噴射器本體16的增壓部分20內。
當處於縮回位置時，增強活塞32具有一暴露在未限制路徑35內的液壓前的第一液壓表面41，以及一暴露在限制的比率形狀路徑34內的液壓前的第二液壓表面42。一活塞帽33包括第一液壓表面41，而活塞32的臺肩52包括第二液壓表面42。限制的比率形狀路徑34包括一導向孔38，其中，一可變流量閥46的可變流量閥件40被導向在第一和第二位置之間移動。可變流量閥件40的運動控制滑閥22和增強活塞臺肩52之間的流動面積。
增強活塞32通過一偏置彈簧43朝向縮回、向上的位置偏置(如圖2所示)。一柱塞44也可移動地定位在噴射器本體16內，並以與增益活塞32對應的方式移動。當作用在第一和第二液壓表面41和42上的壓力足夠高時，例如，當增壓通道31通過滑閥22通向致動流體入口通道24時，增強活塞32朝向其前進位置移動。當增強活塞32朝向其前進位置移動時，柱塞44也前進並作用而對燃料加壓腔室45內的燃料進行加壓，所述燃料加壓腔室45經燃料入口13(示於圖1中)通過一止回閥47流體連通地連接到燃料源17。當柱塞44朝向其向下位置移動時，燃料加壓腔室45內的燃料被加壓到噴射壓力，加壓的燃料流入一噴嘴供應通道(未示出)，該通道由噴射器本體16的噴嘴部分21形成。當柱塞44返回到其向上位置時，燃料通過止回閥47被抽入到燃料加壓腔室45內。
燃料加壓腔室45通過噴嘴供應通道(未示出)流體連通地連接到噴嘴出口48。噴嘴出口48的打開和關閉由定位在噴射器本體16的噴嘴部分21內的針閥50進行控制。針閥50包括一通過彈簧70而偏壓到一關閉位置的針閥件49。在噴嘴供應通道內的加壓的燃料將作用在針閥件49的打開的液壓表面71。當噴嘴供應通道內的壓力達到閥打開壓力時，如果針閥控制腔室27內的壓力較低，則針閥件49將抵抗彈簧的偏壓而移動和打開噴嘴出口48。針閥50還受到針閥控制腔室27的液壓控制，如上所述，所述針閥控制腔室27流體連通地連接到流動控制閥23。一可操作地偶聯到針閥件49上的針閥活塞54的關閉液壓表面53，暴露在針閥控制腔室27內的液壓中。因此，當針閥控制腔室27通過控制閥23流體連通地連接到致動流體入口通道24時，就如它們通常的狀態，關閉的液壓表面53暴露在高壓致動流體中。噴嘴供應通道內的液壓足以抵抗彈簧的偏壓移動針閥件49，即使當燃料壓力較高時，高壓致動流體也作用在關閉的液壓表面53上。當通過控制閥23通電而使針閥控制腔室27流體連通地連接到排出口15時，噴嘴供應通道內的液壓足以克服彈簧的偏壓而打開燃料噴射器12的噴嘴出口48。
參照圖3a-c，圖中示出圖2的燃料噴射器12的一部分的各種橫截面的視圖。圖3a-c示出多個增壓通道31，它們流體連通地將滑閥22連接到處於縮回位置的增強活塞32的液壓表面41和42。特別參照圖3b，增壓通道31包括一第一相對通道62和一第二相對通道63，它們流體連通地連接到鄰近滑閥22的一環面67。相對通道62和63包括彼此平行的上部62a和63a，以及彼此傾斜的下部62b和63b。相對通道62和63的下部62b和63b融合在活塞帽33上方。未限制的路徑35包括相對通道62和63的上部62a和63a以及下部62b和63b。可變化流量閥件40將限制的比率形狀路徑34分離成一第一部分34a和一第二部分34b，前者在滑閥22和可變化流量閥件40之間延伸，而後者在可變化流量閥件40和第二液壓表面42之間延伸。限制的比率形狀路徑34的第一部分34a包括相對通道62和63的上部62a和63a。第一和第二相對通道62和63的上部62a和63a融合在由燃料分配器盤36形成的平衡器腔室64內。限制的比率形狀路徑34的第一部分34a還較佳地包括多個由平衡器板39形成的平衡器通道65。多個平衡器通道65流體連通地將平衡器腔室64連接到通過閥件40的中心通道54和至少部分地由可變化流量閥件40的外表面形成的周緣通道56。在所示的實施例中，有四個平衡器通道65分布在中心通道54的中心線的周圍。
參照圖4，圖中示出圖2的燃料噴射器12內的流量可變閥46的橫截面的視圖。可變化流量閥件40的中心通道54具有一預定的流動面積。本技術領域內的技術人員將會認識到，確定預定的流動面積的大小以便達到要求的噴射率形狀。中心通道54越大，則在噴射事件開始時，增強活塞32和柱塞44前進和加壓燃料加壓腔室45內的燃料的速度越快。一般來說，通過中心通道54的流動面積的尺寸確定了前端坡面噴射率形狀的坡度。當閥件位於其未限制的位置內而與平衡器板39接觸時，可變化流量閥件40和導向孔壁55形成周緣通道56。可變化流量閥件40包括一通過一側表面59與關閉液壓表面58分離的打開液壓表面57。側表面59包括多個分離周緣流動通道56的導向表面60。
可變化流量閥件40較佳地通過一彈簧61偏壓到第一位置(如圖所示)，其中，可變化流量閥件40與包括在限制的比率形狀路徑34內的平面閥座37接觸。當可變化流量閥件40位於第一位置時，可變化流量閥件40通過周緣流動通道56阻塞限制的比率形狀路徑34的第一部分34a和第二部分34b之間的流體連通，因此，將第一部分34a和第二部分34b之間的流體連通抑制到中心通道54。當致動流體從第一部分34a流到第二部分34b時，作用在關閉液壓表面58上的液壓也作用而保持可變化流量閥件40與平面閥座37接觸。當限制的比率形狀路徑34流體連通地連接到排出口15且增強活塞32縮回時，從第二液壓表面42流動到排出口15的致動流體將作用在打開的液壓表面57，以將可變化流量閥件40移動到第二位置內，其中，可變化流量閥件40脫開與平面閥座37接觸。當可變化流量閥件40處於第二位置時，限制的比率形狀路徑34的第一部分34a和第二部分34b通過中心通道54和周緣通道56流體連通地進行連接。因此，彈簧61最好是足夠弱，以使從限制的比率形狀路徑34的第二部分34b流動到第一部分34a的致動流體流可快速地提升可變化流量閥件40離開平面閥座37，這樣，致動流體可排出而增強活塞32可快速地重新設定本身。然而，彈簧61最好也是足夠地強，以便在噴射事件發生之前和發生過程中，它保持可變化流量閥件40與平面閥座37接觸。本技術領域內的技術人員將會認識到，存在有相當寬範圍的彈簧預加載強度可達到這種兼顧的結果。
仍參照圖4，限制的比率形狀路徑34的第一部分34a較佳地包括融合在平衡器腔室64內的第一和第二相對通道62和63的上部62a和63a。平衡器腔室64的容積可以變化，但應足夠大來減小通過各種通道的氣穴現象，卻又應足夠小而不改變路徑要求的比率形狀效應。第一和第二相對通道62和63的上部62a和63a和平衡器腔室64由流動分配盤36形成。多個平衡器通道65流體連通地將平衡器腔室64連接到可變化流量閥件40的中心通道54和周緣通道56。儘管可有任何數量的平衡器通道65定位在各種布置中，但較佳地至少四個周緣的平衡器通道65a定位在平衡器中心通道65b的圓周的周圍。平衡器中心通道65b還起作一用於彈簧61的導向孔。可變化流量閥件40定位在導向孔38內，以使中心通道54的中心線與平衡器中心通道65b的中心線對齊。本技術領域內的技術人員將會認識到，平衡器通道65的尺寸和分布可影響作用在關閉液壓表面58上液壓的均勻性和噴射的比率形狀。這也可通過使流體中心腔室64從通道62a和63a起始的兩個相對方向出發而受到影響。
參照圖5a，圖中示出圖4的可變化流量閥件40的俯視圖。儘管可有各種數量的導向表面，但較佳地是有三個導向表面60來分離三個周緣通道56。多個導向表面60較佳地是一圓柱壁的分段，各個導向表面60較佳地包括相同的分段。因此，可變化流量閥件40的較佳的形狀是諸角倒圓的等邊三角形。關閉的和打開的液壓表面57和58較佳地是相同的，並包括平行的表面。因此，任一個平行表面可用作為可變化流量閥件40的關閉的或打開的液壓表面，這可減小將可變化流量閥件40不合適地安裝到導向孔38內的風險。
參照圖5b，圖中示出圖4的可變化流量閥件40的側視圖。可變化流量閥件40較佳地包括一過渡表面66，它沒有直角並定位在關閉的液壓表面58和側表面59之間。一相同的過渡表面66也定位在打開的液壓表面57和側表面59之間。因此，各平行的表面被一斜面51包圍。因為閥件40在側表面59和關閉的和打開的液壓表面59和58之間沒有直角，所以，通過周緣通道56的致動流體的流動部分地由側表面59形成，該致動流體的流動將流過斜面51，而不是磨耗成急陡的直角。任何角的形狀(例如，倒圓)相對於方角是優選的。
工業應用儘管本發明將使用一不同於燃料的致動流體來對燃料噴射系統10進行討論，但本技術領域內的技術人員應認識到，本發明構思的燃料噴射器是由包括但不限於燃料的任何液壓流體進行液壓地致動。
參照圖1-5，在噴射事件之前，流動控制閥23處於第一向下位置，其中，致動流體入口通道24通過一止回控制通道(未示出)與針閥控制腔室27和滑閥腔室26流體地連通。針閥控制腔室27內的致動流體作用在關閉液壓表面53上，確保針閥50保持關閉，防止燃料流過噴嘴出口48。噴射器內的燃料壓力較低。此外，滑閥腔室26內的致動流體平衡在滑閥22上的流體壓力，以使一內部彈簧22a將其向下偏置到其第一位置，其中，滑閥22阻塞來自增壓通道31的致動流體的入口通道24，由此，防止高壓致動流體作用在第一和第二活塞的液壓表面41和42上。增強活塞32處於縮回的位置。相反，通道62和63流體連通地連接到排出口，這樣，液壓表面41和42暴露在低壓中。
當要求噴射時，增強活塞32通過電子方法致動流動控制閥23的螺線管25而前進，致使落座銷29移動到其第二位置，其中，滑閥腔室26流體連通地連接到排出口15。然後，在施加在底邊緣上的液壓的作用下，克服其內部彈簧22a的力，滑閥22可移動到其第二位置。在第二位置上，通過其中流體作用在活塞帽33上的未限制路徑，滑閥22允許高壓致動流體從致動流體入口通道24流動到其中流體作用在活塞臺肩52上的限制的比率形狀路徑34，致使增強活塞32和柱塞44前進並加壓燃料加壓腔室45內的燃料。
為了在增強活塞帽33清空帽孔之前，減緩增強活塞32在增強活塞前進的部分上的前進速度，比率形狀路徑34的流動區域相對於未限制路徑35的流動區域受到限制。限制的比率形狀路徑34的流動區域受到可變化流量閥46的約束。流動通過第一和第二相對通道62和63的致動流體將被分離成限制的比率形狀路徑34和未限制路徑35。沿著限制的比率形狀路徑34流動的致動流體將從相對通道62和63的上部62a和63a流動，並匯合到平衡器腔室64內。然後，致動流體通過四個周緣的平衡器通道65a和中心平衡器通道65b流到可變化流量閥件40的中心通道54。相對通道62和63的定向和平衡器通道65的布置幫助形成作用在可變化流量閥件40的關閉液壓表面58上的更加均勻的液壓力。因此，由流動造成的均勻力減小可變化流量閥件40在導向孔38內傾斜的風險。此外，因為可變化流量閥件40較佳地通過彈簧61偏置到第一位置，其中，可變化流量閥件40與平面的閥座37接觸，所以，在致動流體從限制的比率形狀路徑34的第一部分34a流到第二部分34b之前，可變化流量閥件40與平面的閥座37接觸。因此，如果不消除的話，則減小這樣的風險作用在關閉液壓表面58上的液壓使可變化流量閥件40碰擊到平面的閥座37內而在一段時間上造成磨損。
因為可變化流量閥件40處於第一位置，所以，周緣通道56被阻塞，而從限制的比率形狀路徑34的第一部分34a到第二部分34b的致動流體的流動被限制到中心通道54。本技術領域內的技術人員將會認識到中心通道54的預定的流動區域影響增強活塞前進的速度和由此的燃料加壓率和噴射率，或斜坡的形狀。因此，中心通道54的預定的流動區域將根據對於燃料噴射器12的要求的初始噴射率而變化。從中心通道54起，致動流體將流過限制的比率形狀路徑34的第二部分34b並作用在增強活塞32的臺肩52上。
當致動流體的一部分從滑閥22流動到限制的比率形狀路徑34內的臺肩52時，致動流體的另一部分流過未限制的路徑並作用在活塞帽33上。施加在活塞帽33和臺肩52上的液壓將致使增強活塞32和由此的柱塞44前進，並開始加壓燃料加壓腔室45內的燃料。本技術領域內的技術人員將會認識到，如果前進過程中活塞帽33清空帽孔，和當前進過程中活塞帽33清空帽孔時，則前進速度加快，因此，噴射率也得到提高。
當燃料提高到噴射壓力時，燃料將關閉止回閥47並流動到噴嘴供應通道內，在那裡它將作用到針閥件49的打開液壓表面71上。因為滑閥22處於第二位置，其中，針閥控制腔室27流體連通地連接到排出口15，所以，作用在關閉的液壓表面53上的壓力較低。因此，作用在噴嘴供應通道內的針閥件49上的液壓足以克服彈簧的偏壓而移動針閥件49離開閥座並打開噴嘴的出口48。加壓的燃料噴射到燃燒室內。
當要求結束噴射時，流動控制閥23不被致動，落座的銷29回移到其第一位置。因此，致動流體將通過止回通道從致動流體入口通道24流動到滑閥腔室26和針閥控制腔室27。作用在針閥控制腔室內的關閉液壓表面53上的致動流體，連同偏置彈簧一起將針閥件49移回到其關閉噴嘴出口48的第一位置。此外，作用在滑閥腔室26內的滑閥22上的致動流體形成一液壓的平衡，允許滑閥內部彈簧22a將滑閥22移回到第一位置，阻塞來自增壓通道31的致動流體入口通道24，並打開通向排出口15的增壓通道31。由於作用在增強活塞32上的低壓，增強活塞32和柱塞44將縮回，致使致動流體從未限制路徑35和限制的比率形狀路徑34流動到排出口15。
在增強活塞縮回過程中，可變化流量閥件40將提升離開平面的閥座37，以便在增強活塞前進過程中，相對於限制的比率形狀路徑34的流動區域，不限制限制的比率形狀路徑34的流動區域。當致動流體從限制的比率形狀路徑34的第二部分34b流動到第一部分34a時，致動流體作用在可變化流量閥件40的打開液壓表面57上，致使可變化流量閥件40抵抗彈簧61的偏置力而提升離開平面的閥座37。當可變化流量閥件40不與平面的閥座37接觸時，除了流動通過閥件40的中心通道54之外，致動流體可通過周緣通道56圍繞閥件40流動。因為關閉和打開液壓表面58和57被斜面51包圍，所以通過周緣通道56的致動流體的流動可圍繞斜面51流動，以在關閉和打開液壓表面58和57和側表面59之間提供一更光滑的過渡。此外，因為限制的比率形狀路徑34的流動區域相對於增強活塞前進過程中的限制的比率形狀路徑34的流動區域不受限制，所以，加快增強活塞的縮回速度。因此，增強活塞32可在噴射之間更加快地返回到其偏置的、縮回的位置。這快速的重新設定允許發生有控制的連續的噴射事件，它們彼此及時地關閉。
為了減小可變化流量閥件40上的磨損，可變化流量閥件40沿限制的比率形狀路徑34內的導向孔壁55被導向。因為當可變化流量閥件40在第一和第二位置之間移動時，它的三個導向表面60與導向孔壁55接觸，所以，致動流體來往於增強活塞臺肩52的流動不致使可變化流量閥件40在導向孔38內傾斜。應該認識到，導向表面60應足夠大以幫助導向可變化流量閥件40，同時，應足夠小而當增強活塞32縮回時不阻礙通過周緣通道56的流動。因此，即使液壓單獨地用來關閉可變化流量閥件40，通過減小閥件40在導向孔38內傾斜的風險，導向表面也可減小閥上的磨損。
通過在可變化流量閥件40的關閉液壓表面58上分配液壓，可變化流量閥件40較佳地還穩定在導向孔38內。通過在作用到關閉液壓表面58上之前，將液壓流分成多個平衡器通道65，液壓可較佳地進行分配。儘管可有各種分配類型的平衡器通道65，但平衡器通道65可較佳地分配成作用在關閉液壓表面58上的液壓力是均勻的。例如，在所示實例中，中心平衡器通道65b與閥件40的中心通道54對齊，周緣平衡器通道65a圍繞中心平衡器通道65b的圓周均勻地間隔。本技術領域內的技術人員將會認識到，周緣平衡器通道65a的尺寸和分布可進行調整，以便調節閥40的性能。儘管可有任何數量的周緣平衡器通道65a，但工程師們已經發現，少於四個周緣平衡器通道會增加氣穴，氣穴現象可導致閥磨損。在所示實例中，在匯合到平衡器腔室64內之前，將致動流體的流動分成第一和第二相對的通道62和63，也有利於使施加到可變化流量閥件40的關閉液壓表面58上的液壓力更加均勻。
可變化流量閥件的磨損較佳地也可通過用彈簧61偏置可變化流量閥件40來接觸平面的閥座37而得以減小。因此，當高壓致動流體開始流過滑閥22進入限制的比率形狀路徑內時，可變化流量閥件40與平面的閥座37接觸。一未偏置的閥件可用一層致動流體與閥座37分離。因為可變化流量閥件40與平面的閥座37接觸，所以，作用在可變化流量閥件40的關閉液壓表面58上的高壓致動流體的流動，將不會撞擊可變化流量閥件40而使其與平面的閥座37接觸。此外，如果沒有消除的話，則彈簧61可減小這樣的風險在致動流體作用在關閉的液壓表面58上並移動可變化流量閥件40與平面的閥座37接觸之前，致動流體通過周緣通道56從限制的比率形狀路徑34的第一部分34a流動到第二部分34b。此外，彈簧可減小對粘度的靈敏度，增加致動流體，例如在冷啟動過程中。
此外，通過減小比率形狀路徑34的氣穴現象可減小可變化流量閥件的磨損。為了減少氣穴，可增加流動控制閥23和可變化流量閥件40之間的體積。在所示的實例中，平衡器腔室64提供一增加的流動體積。本技術領域內的技術人員將會認識到，平衡器腔室64的體積應足夠大以減小可能造成可變化流量閥件磨損的氣穴，但應足夠小以可預知地提供要求的噴射率形狀。換句話說，增加的體積可減小流體的緊密性，並在噴射事件中引入可變性。此外，可變化流量閥件的磨損可通過切去可變化流量閥件40的諸角得到減小。側表面59和打開和關閉液壓表面57和58的平行表面之間的斜面51，提供一圍繞可變化流量閥件40的較光滑的過渡。因此，通過周緣通道56的致動流體的流動不磨損可變化流量閥件40的諸角和改變通道56的流動區域。如果當閥件40不偏置時，則本發明的該方面更加重要。這是因為當噴射事件啟動時閥件可不接觸平面的閥座37。因此，圍繞邊緣的某些流動基本上將不改變圍繞閥件40的邊緣隨時間的變化特性。因此，即使在經受上百萬次噴射循環之後，斜面也有利於流動圍繞閥件的穩定的和一致的特性。
總的來說，除了液壓來關閉可變化流量閥件40外還使用一彈簧，本發明可減小在可變化流量閥件40上的磨損。此外，通過形成一均勻的液壓力和使用導向表面60來導向各位置之間的可變化流量閥件40，可變化流量閥件40穩定在導向孔38內。此外，通過減小限制的比率形狀路徑34的通道內的氣穴並從可變化流量閥件40中消除直角形的角，可減小磨損。應該認識到，儘管燃料噴射器12較佳地包括所有上述磨損減小的特徵，但本發明可構思僅包括導向表面60的燃料噴射器。
本發明具有優點，因為減小的可變化流量閥磨損增加噴射比率形狀的一致性和預言性，這導致改進排放的減少。因為在可變化流量閥件40上減小磨損，所以，可變化流量閥件40保持其形狀，且通過限制比率形狀流動路徑34的流動通道在時間過程中保持其要求的流動區域。因此，作用在增強活塞32的臺肩52上的致動流體的量，以及因此的噴射率形狀和噴射量，在噴射器12的壽命上不改變。因此，包括可變化流量閥件40的燃料噴射器12具有可靠地產生及時關閉的噴射事件的能力。
本技術領域內的技術人員將會認識到，流量閥件的特性可通過多種不同的變量進行細調。這包括中心通道54的尺寸；平衡器通道65的數量、尺寸和分布；以及平衡器腔室64的體積。此外，閥件40的形狀可進行調整以包括大於三個或小於三個的導向表面，以及一類似數量和尺寸的周緣流動通道56。此外，本技術領域內的技術人員將會認識到，周緣通道56可重新定位，例如，完全地由閥件40形成，而不是如所示實施例中那樣圍繞閥件的外邊緣。
應該理解的是，上述介紹只是旨在說明的目的，不意圖在任何方面限制本發明的範圍。因此，本技術領域內的技術人員將會認識到，從研究諸附圖、描述和附後的權利要求書中可以獲得本發明的其它的方面、目的和優點。
權利要求
1.一燃料噴射器，包括一噴射器本體，其形成一未限制路徑和一包括一導向孔和一平面的閥座的限制的比率形狀路徑；一可移動的增強活塞，當在一縮回位置時，其包括一第一液壓表面和一第二液壓表面，第一液壓表面暴露在未限制路徑內的液壓中，而第二液壓表面暴露在限制的比率形狀路徑內的液壓中；以及一可變化流量閥件，其被導向而在導向孔內在第一位置和第二位置之間移動，形成一具有一預定的流動面積的第一通道，以及包括一將一關閉的液壓表面與一打開的液壓表面分離的側表面，側表面包括多個分離第二通道的導向表面。
2.如權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，包括一彈簧，其可操作地定位成偏壓可變化流量閥件朝向平面的閥座。
3.如權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，可變化流量閥件包括三個導向表面；以及多個導向表面是圓柱形壁的多個分段。
4.如權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，可變化流量閥件包括一無直角的過渡表面，並定位在關閉的液壓表面和側壁之間。
5.如權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，可變化流量閥件將限制的比率形狀路徑分離成一第一部分和一第二部分，前者在一流動控制閥和可變化流量閥件之間延伸，而後者在可變化流量閥件和增強活塞的第二液壓表面之間延伸；以及限制的比率形狀路徑的第一部分包括結合在一平衡器腔室內的第三和第四相對的通道。
6.如權利要求5所述的燃料噴射器，其特徵在於，限制的比率形狀路徑的第一部分包括多個平衡器通道，多個平衡器通道流體連通地將平衡器腔室連接到第一通道和第二通道；以及多個平衡器通道包括至少四個周緣的平衡器通道，它們定位在平衡器中心通道的一圓周的周圍。
7.如權利要求6所述的燃料噴射器，其特徵在於，包括一彈簧，其可操作地定位成偏置可變化流量閥件朝向平面的閥座；可變化流量閥包括三個導向表面，它們是圓柱形壁的分段；可變化流量閥件的關閉的液壓表面和打開的液壓表面是相同的表面，並包括平行的表面，各被一斜面包圍；以及限制的比率形狀路徑的第一部分包括結合在平衡器腔室內的第三和第四相對的通道。
8.一操作一燃料噴射器的方法，其包括以下諸步驟通過一可變化流量閥相對於未限制增強路徑的流動區域限制比率形狀路徑的流動區域，至少部分地減緩增強活塞在增強活塞前進的一部分上的前進速度；相對於增強活塞前進過程中的比率形狀路徑的流動區域，在增強活塞縮回的過程中的比率形狀路徑的流動區域不受可變化流量閥的約束；以及通過沿比率形狀路徑內的導向孔壁導向可變化流量閥件，至少部分地減小可變化流量閥的磨損。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，減小的步驟包括利用一彈簧偏置可變化流量閥件接觸平面的閥座的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，分布的步驟包括在作用到關閉的液壓表面上之前將液壓流分成多個流道的步驟。
全文摘要
在某些燃料噴射器中，使用可變化流量閥件來控制來往於增強活塞的致動流體的流量。在時間過程中，可變化流量閥經受磨損，這種磨損可影響噴射率形狀的預定性。至少部分地通過沿著比率形狀路徑內的導向孔壁導向可變化流量閥件，本發明可減小燃料噴射器內的可變化流量閥的磨損。比率形狀路徑和未限制的路徑由噴射器本體形成，當處於一縮回位置時，一可移動的增強活塞包括一暴露在未限制的路徑內的液壓中的第一液壓表面和一暴露在比率形狀路徑內的液壓中的第二液壓表面。可變化流量閥件形成一帶有預定流動區域的中心通道，並包括一將關閉的液壓表面與打開的液壓表面分離的側表面。側表面包括多個分離周緣流動通道的導向表面。
文檔編號F02M59/00GK1651754SQ20051000916
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月4日 優先權日2004年2月4日
發明者G·哈機 申請人:履帶拖拉機股份有限公司