燃料噴射器及方法與流程

2023-04-24 11:42:37 1

本申請涉及燃料噴射器並涉及燃料在內燃機的燃燒室內的擴散。

背景技術：

燃料噴射器通常和內燃機一起使用以將可燃燃料噴入燃燒室中與通過進氣道引入的增壓空氣混合。存在與典型的噴射器設計相關聯的多個問題。問題之一為噴入燃燒室中的燃料會擊中(hit)燃燒室的壁。這可是由於太長的噴射滲透導致的。此外，可存在差的空氣燃料混合。

美國專利6,029,913公開了包含多個曲線形噴射孔的渦旋尖端噴射器噴嘴，其導致燃料流過該噴射孔內的切向流動路徑，並因此在離開噴射孔時使燃料噴射快速擴散並分散。

本文的發明人已認識到這種方法的若干缺陷。例如，這種方法看起來不具有從一個燃燒事件到下一個燃燒事件的噴射式樣的可靠控制和/或可重複性。渦旋尖端噴射器噴嘴看起來以不可控的方式自旋到不可預測的方向。因此，在第二燃燒事件開始時(一個或多個)噴射噴嘴的取向可不同於第一事件等的後續事件。

此外，難以利用該方法設想噴嘴的軸向運動。因此，6,029,913所能假設或可行的噴射式樣受到限制。

技術實現要素：

本公開提供燃料噴射器和燃料噴射器布置，其中，第二和後續燃燒事件的燃料噴嘴運動可以可靠地重複。

並且，本公開提供燃料噴射器和燃料噴射器布置以及方法，其中，燃料噴嘴運動可在旋轉方向和軸向方向中的一者或兩者。以此方式，一旦確定燃料噴射式樣滿足預定的標準，該燃料噴射式樣可針對基本上所有燃燒事件可靠地重複。此外，大範圍的可能噴射式樣是可能的。例如但不限於，圓形式樣或螺旋式樣。

根據本公開的實施例可提供燃料噴射器，其包含具有一個或多個噴嘴的噴嘴體。每個噴嘴可能夠從相應的噴射位置噴射燃料。該噴嘴體是可移動的，以將噴射位置從第一位置改變到第二位置。噴射器針閥可經構造用於相對於噴嘴體從嚙合位置到脫離位置的軸向運動，嚙合位置阻止流過一個或多個噴嘴，脫離位置允許流過該一個或多個噴嘴。該一個或多個噴嘴從第一位置到第二位置並隨後返回該第一位置的運動可基本上與在噴射器針閥和噴嘴體之間的從嚙合位置到脫離位置並隨後返回該嚙合位置的相對軸向運動對應，和/或可基本上由該相對軸向運動確定。以此方式，燃料不可能擊中燃燒室壁，和/或可產生更好的空氣燃料混合物。

應理解，所提供的上述發明內容以簡化形式介紹本發明的一些概念，其將在具體實施方式中進一步描述。這不意味著確定要求保護的主題的關鍵或基本特徵，其範圍由附屬權利要求唯一限定。而且，要求保護的主題不限於解決上述或本公開任何部分中的任何缺點的實施方式。

附圖說明

圖1為根據本公開的示例性系統的示意圖。

圖2A為根據本公開的第一示例燃料噴射器在第一位置的橫截面示意圖。

圖2B為根據本公開的在圖2A中示出的燃料噴射器在第二位置的橫截面示意圖。

圖3為根據本公開的第二示例燃料噴射器在第一位置的橫截面示意圖。

圖4為根據本公開的在圖3中示出的第二示例燃料噴射器沿所選的一個或多個平面圖切割以示出所選特徵的橫截面示意圖。

圖5為根據本公開的第二示例燃料噴射器在第二位置的橫截面示意圖。

圖6為根據本公開的在圖5中示出的第二示例燃料噴射器沿所選的一個或多個平面圖切割以示出所選特徵的橫截面示意圖。

圖7A為沿圖3中的線A-A切割的第二示例燃料噴射器的橫截面示意圖，其中，該噴射器的一部分在第一角位置中示出。

圖7B為沿圖3中的線A-A切割的第二示例燃料噴射器的橫截面示意圖，其中，該噴射器的一部分在第二角位置中示出。

圖8為根據本公開的通過示例燃料噴射器的尖端部分的橫截面示意圖，其也示出可能的示例噴射式樣。

圖9為根據本公開的通過另一示例燃料噴射器的尖端部分的橫截面示意圖，其也示出可能的示例噴射式樣。

圖10為示出根據本公開的示例方法的流程圖。

具體實施方式

圖1為示出根據本公開的發動機10的橫截面的橫截面示意圖。為了易於理解本描述，發動機的各個特徵可被省略或以簡化方式示出。例如，區域可包含可以其它方式表示實體的連續交叉陰影線，不過，實際的實施例可在交叉陰影區域中包含各種發動機部件和/或發動機的中空或空的部分。

圖1為通過發動機10的一個汽缸12的剖視圖。發動機10的各個部件可至少部分由可包含控制器(未示出)的控制系統控制和/或經由輸入裝置(諸如加速器踏板(未示出))通過車輛駕駛員的輸入來控制。汽缸12可包含燃燒室14。活塞16可被放置在汽缸12內以用於在該汽缸內進行往復運動。活塞16可經由連接杆20、曲柄銷21和曲拐22被聯接到曲軸18，在此示出的曲拐22與配重24組合在一起。一些示例可包含分離的曲拐22和配重24。活塞16的往復運動可被轉換為曲軸18的旋轉運動。曲軸18、連接杆20、曲柄銷21、曲拐22和配重24以及可能未示出的其它零件可被容納在曲軸箱26中。曲軸箱26可裝油。曲軸18可經由中間變速系統聯接到車輛的至少一個驅動輪。此外，啟動馬達可經由飛輪聯接到曲軸18，以允許發動機10的啟動操作。

燃燒室14可從進氣道30接收進氣空氣。以及可經由排氣道32排出燃燒氣體。進氣道30和排氣道32可經由相應的進氣門34和排氣門36與燃燒室14選擇性連通。可包含節氣門31，以控制可經過進氣道30的空氣量。在一些實施例中，燃燒室14可包含兩個或更多個進氣門和/或兩個或更多個排氣門。

在該示例中，進氣門34和排氣門36可由凸輪致動經由各自的凸輪致動系統38和凸輪致動系統40來控制。凸輪致動系統38和凸輪致動系統40可均包含一個或多個凸輪42，並且可利用由控制器操作的凸輪廓線變換系統(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統中的一個或多個以改變氣門操作。凸輪42可經構造在各自的旋轉曲軸44上旋轉。如圖所示，曲軸44可為雙頂置凸輪軸(DOHC)配置，儘管替代的配置也可是可能的。進氣門34和排氣門36的位置可由位置傳感器(未示出)確定。在替代實施例中，進氣門34和/或排氣門36可由電動氣門致動控制。例如，汽缸16可包含經由電動氣門致動控制的進氣門和經由凸輪致動控制的排氣門，其中，該凸輪致動包含CPS和/或VCT系統。

在一個實施例中，雙獨立VCT可被用在V型發動機的每個組上。例如，在V型發動機的一個組中，汽缸可具有獨立調節的進氣凸輪和排氣凸輪，其中，進氣凸輪和排氣凸輪中的每個的凸輪正時可相對於曲軸正時獨立調節。

燃料噴射器50被示出直接聯接到燃燒室14，以用於將與可從控制器接收的信號的脈衝寬度成比例的燃料直接噴射到該燃燒室14中。以此方式，通過這種被稱為燃料的直接噴射的方式，燃料噴射器50將燃料提供到燃燒室14中。燃料噴射器50可例如安裝在燃燒室14的側面或在燃燒室14的頂部。燃料可由包含燃料箱、燃料泵和燃料軌的燃料系統(未示出)輸送到燃料噴射器50。在一些實施例中，以提供被稱為進氣道噴射的燃料至燃燒室14上遊的進氣道的配置，燃燒室14可另外或另選包含被安排在進氣道30中的燃料噴射器。

在選擇操作模式下，點火系統52可經由火花塞54向燃燒室14提供點火火花，以響應來自控制器的點火提前信號。雖然示出了火花點火組件，但是在一些實施例中，發動機10的燃燒室14或一個或多個其它燃燒室可在具有點火火花或沒有點火火花的情況下，以壓縮點火模式操作。

汽缸蓋60可以被聯接到汽缸體62。汽缸蓋60可經構造可操作地容納和/或支撐(一個或多個)進氣門34、(一個或多個)排氣門36、相關聯的凸輪致動系統38和40等。汽缸蓋60也可支撐凸輪軸44。凸輪蓋64可與汽缸蓋60聯接和/或安裝在汽缸蓋60上，並且可容納相關聯的凸輪致動系統38和40等。其它部件(諸如火花塞54)也可被汽缸蓋60容納和/或支撐。汽缸體62或發動機體可經構造容納活塞16。雖然圖1示出多汽缸發動機10的僅一個汽缸12，但是每個汽缸12可同樣包含其自己的一組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。

凸輪蓋64可與汽缸體60聯接。油分離器(未示出)可被包含有凸輪蓋64或位於凸輪蓋64下面。可包含一個或多個擋板(未示出)。

渦輪壓縮機(未示出)可被設置在吸入空氣路徑上，以用於在吸入流體流經發動機10的進氣道30之前壓縮吸入流體。在一些應用中，可包含中間冷卻器(未示出)，以在進氣進入發動機之前冷卻該進氣。渦輪壓縮機可由排氣渦輪驅動，該排氣渦輪可由離開排氣歧管32的排氣驅動。在一些情況下，節氣門31可在渦輪壓縮機的下遊而不是上遊，如圖所示。雖然未示出，發動機10可包含排氣再循環EGR管路和/或EGR系統。

油子系統可利用油的流動來執行一些功能，諸如潤滑、致動器的致動等。例如，該子系統可包含潤滑系統，諸如用於向運動部件(諸如凸輪軸、汽缸氣門等)輸送油的通道。其它油子系統可包含帶有液壓致動器和液壓控制氣門的液壓系統。在所示的示例中，可存在比所示更少或更多的油子系統。

圖2A示出處於第一位置的示例燃料噴射器50，以及圖2B為根據本公開的處於第二位置的相同示例燃料噴射器的橫截面示意圖。噴射器50可包含噴嘴體102。噴嘴體102可具有一個或多個噴嘴104。每個噴嘴104可能夠從相應的噴射位置噴射燃料103。燃料103可為高壓燃料103。噴嘴體102為可移動的，以相對於固定點將噴射位置從如圖2A所示的第一位置106改變到第二位置108。圖2B可被視為示出示例第二位置108。該固定點可為在發動機10中和/或在燃料噴射器50自身上的任何位置。該固定點可為根據燃料噴射器50的製造、組裝等確定的基準點。

燃料噴射器50可包含噴射器針閥110。噴射器針閥110可經構造用於相對於噴嘴體102從嚙合位置114(圖2A)到脫離位置116的軸向運動，如箭頭112所示，其中，嚙合位置110阻止流過一個或多個噴嘴104，脫離位置116允許流過一個或多個噴嘴104。在噴射器針閥110和該噴嘴體接觸時，該嚙合位置可被表徵為例如承坐(seating)管路118。一個或多個噴嘴104從第一位置106到第二位置108並隨後返回第一位置106的運動可基本上與在噴射器針閥110和噴嘴體102之間的從嚙合位置114到脫離位置116並隨後返回嚙合位置114的相對軸向運動112對應，和/或可基本上由相對軸向運動112確定。在一些情況下，噴射器針閥110可被固定。

在各種實施例中，噴射位置從第一位置106到第二位置108的運動可沿第一方向120的固定路徑，以及該噴射位置從第二位置108到第一位置106的運動可沿與第一方向120相反的第二方向122的固定路徑。

各種實施例可包含具有通過其的通道125的噴射器體124，噴射器針閥110通過通道125設置。噴射器體124可具有第一螺紋部126。噴嘴體102可具有第二螺紋部128，其與第一螺紋部126通過螺紋嚙合。如圖2B所示，在噴射器針閥110和噴嘴體102之間的相對運動可為噴嘴體102的軸向運動120、122，噴嘴體102的軸向運動120、122通過在噴射器體124和噴嘴體102之間的相對軸向旋轉130以及隨之發生的在第一螺紋部126和第二螺紋部128之間的螺紋相互作用實現。在噴射器體124和噴嘴體102之間的相對軸向旋轉130可通過各種裝置，例如通過也可用於燃料噴射的馬達實現。在一些示例實施例中，噴嘴體102可被固定或以其它方式附接至例如發動機10的汽缸蓋60，以及該噴嘴體的軸向運動可通過噴射器體124的軸向旋轉實現。在其它示例實施例中，例如如圖1所示，噴嘴體的軸向運動可通過噴嘴體102的如箭頭130所示的軸向旋轉實現，以及噴射器體124可被固定。在一些示例中，所得的噴射路徑可例如為螺旋形的。

根據本公開，燃料噴射器50可包含各種其它零件。可包含垂直運動防護件131以支配和或阻止噴射器體124和噴嘴體102中的一個或這兩者的相對垂直運動。可包含一個或多個密封環133，其可用於阻止燃料103在配對部件之間洩漏。

圖3-4示出處於第一位置138的第二示例燃料噴射器50，以及圖5-6示出根據本公開的處於第二位置140的第二示例燃料噴射器。實施例可包含可具有通過其的通道的噴射器體124，噴射器針閥110可通過該通道設置。噴嘴體102和噴射器體124可嚙合以用於在兩者之間的旋轉運動，如箭頭142所示。環形槽134可被限定在噴嘴體102和噴射器體124中的一者或兩者上。保持彈簧136可被定位在環形槽134中。

在各種實施例中，噴嘴體在從第一位置138到第二位置140的方向的運動為噴嘴體142的旋轉運動，該旋轉運動可通過由從一個或多個噴嘴104噴射燃料引起的反作用力144實現。實施例可包含偏置機構136以在與反作用力相反的方向偏置噴嘴體的旋轉運動，以實現該噴嘴體在從第二位置到第一位置的方向的運動。

現在也參考圖7A和圖7B，其中，圖7A為沿圖3中的線A-A切割的第二示例燃料噴射器50的橫截面示意圖，該圖示出相對於噴射器體124處於第一角位置138的噴嘴體102，以及圖7B為沿圖3中的線A-A切割的第二示例燃料噴射器的橫截面示意圖，其中，示出的該噴射器的一部分處於第二角位置140。在各種實施例中，噴嘴體102的運動可為如箭頭142所示的噴嘴體的旋轉運動，該旋轉運動通過由從一個或多個噴嘴噴射燃料引起的反作用力144實現；並且還包括偏置機構136以提供與該反作用力相反的力。

圖8為根據本公開的通過示例燃料噴射器的尖端部分的橫截面示意圖，其也示出了可能的示例噴射式樣。圖9為根據本公開的通過另一示例燃料噴射器的尖端部分的橫截面示意圖，其也示出示例噴射式樣。

各種實施例可提供燃料噴射器布置50，其包含經構造至少部分容納用於高壓燃料103的燃料室146的噴射器體124。噴嘴體102可與噴射器體124聯接並且可具有一個或多個噴嘴104。

噴射器針閥110可至少部分被設置在燃料室146內並且可經構造用於相對於噴嘴體124的軸向運動。噴射器針閥110和噴嘴體124可經構造用於例如在承坐管路118處相互接觸，以阻止在燃料室146和一個或多個噴嘴104之間流體連通。噴射器針閥110和噴嘴體102也可經構造用於增加隔開的間距定位，以提供在燃料室146和一個或多個噴嘴104之間增加的流體連通。一個或多個噴嘴104可經構造參與可重複運動，該可重複運動基本上對應於噴射器針閥110和噴嘴體102的相對軸向運動並基本上由該相對軸向運動確定。

在各種實施例中，該可重複運動可為下列中的一個或多個：從第一位置138到第二位置140的旋轉運動142，並且一個或多個噴嘴104可經構造在該噴射器針閥和噴嘴體返回相互接觸的狀態時返回第一位置106；從第一位置106到第二位置108的平移運動，並且該一個或多個噴嘴可經構造在該噴射器針閥和噴嘴體返回相互接觸的狀態時返回第一位置106；以及螺旋形運動，其可包含由至少一些旋轉運動限定的第一分量和由從第一位置到第二位置的至少一些平移運動限定的第二分量，並且該一個或多個噴嘴可經構造在該噴射器針閥和噴嘴體返回相互接觸的狀態時返回第一位置。

在各種實施例中，從第一位置138到第二位置140的旋轉運動通過由在一些高壓流體從一個或多個噴嘴104噴射時所形成的推力施加在噴嘴體102上的切向反作用力144實現。在一些實施例中，從第二位置140到第一位置138的旋轉運動通過設置在噴射器體124和噴嘴體102的一者或兩者中形成的環形凹槽134中的彈簧136的偏置力實現。

在各種實施例中，該平移運動可為噴嘴體沿噴射器軸線150的軸向運動，該軸向運動可通過在噴射器體124和噴嘴體102之間的螺紋嚙合127來操作。該平移運動可通過在噴嘴體102和噴射器體124之間的相對旋轉運動130實現。

該平移運動可為噴嘴體124沿噴射器軸線150的軸向運動，該軸向運動可通過在噴射器體124和噴嘴體102之間的螺紋嚙合127來操作，並且可通過噴嘴體124的旋轉運動實現，其中，該噴嘴體可被固定至發動機10的汽缸蓋60。

圖2-9按比例繪製，不過可根據需要使用其它的相對尺寸。

本文的附圖示出各個部件的相對定位的示例配置。在至少一個示例中，如果所示的零件彼此直接接觸或直接聯接，則此類零件可被分別稱為直接接觸或直接聯接。同樣，在至少一個示例中，示為彼此鄰接或相鄰的零件可分別為彼此鄰接或相鄰的。例如，置放成彼此面共享接觸的部件可被稱為面共享接觸。又如，在至少一個示例中，彼此隔開放置之間只有空間並沒有其它部件的零件可被稱為這種。例如，彼此直接聯接之間沒有任何中間部件的部件說明可與通過中間部件聯接在一起的部件區分開。又如，附圖會示出沒有裝置的結構部件的空隙和空間，從而允許一個或多個部件彼此隔開和/或通過未佔用的空間彼此隔開。另外，附圖示出在一個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。

圖10為示出根據本公開的示例方法1010的流程圖。方法1010可包含，在1015，沿第一方向的固定路徑從噴嘴噴射燃料。方法1010還可包含，在1025，接著沿第二方向的固定路徑噴射燃料。第二方向可與第一方向相反。方法1010還可包含，在1035，第一構件和第二構件中的一者或兩者彼此相向和遠離運動軸向距離，由此選擇性控制沿固定路徑噴射燃料的噴射量。在該固定路徑上的所選位置噴射可基本上對應於噴射量和/或軸向距離和/或基本上由該噴射量和/或軸向距離確定。

根據各種示例方法，沿固定路徑1015、1025的噴射可為下列中的一者或兩者：沿軸向路徑噴射；以及沿由該噴嘴的嘴的旋轉運動引起的部分盤狀和/或截頭圓錐形路徑噴射。

根據各種示例方法，沿第一方向的固定路徑從噴嘴噴射燃料為從第一位置向第二位置噴射。以及沿第二方向的固定路徑從噴嘴噴射燃料為從第二位置向第一位置噴射。

方法1010還可包含，將噴射器體附接至汽缸蓋；提供經構造用於旋轉的噴嘴的噴嘴體。該噴嘴可經由通道等被限定在噴嘴體中。該方法還可包含，在噴射器體和噴嘴體之間提供螺紋嚙合；並且通過旋轉噴嘴體來實現噴嘴體的軸向運動。

通過各種示例方法，沿第一方向的固定路徑從噴嘴噴射燃料包含，允許在第一旋轉方向的旋轉運動通過由從一個或多個噴嘴噴射燃料引起的反作用力實現。該方法還可包含，抵抗該反作用力偏置該噴嘴體，其中，沿第二方向的固定路徑從該噴嘴噴射燃料包含，偏置該噴嘴以在與第一旋轉方向相反的第二旋轉方向旋轉。偏置該噴嘴體可包含，將彈簧至少部分放置在該噴嘴體中的環形槽中。

應理解，本文所描述的系統和方法本質上是示例性的，並且這些具體實施例或示例不應被視為具有限制意義，因為可設想多種變化。因此，本公開包含本文所公開的各種系統和方法及其任何和所有等效物的所有新穎和非明顯組合。