燃料喷射器、燃料喷射器组件以及相关方法与流程

本发明涉及一种燃料喷射器、一种燃料喷射器组件以及一种操作燃料喷射器组件的相关方法。

背景技术：

内燃机可以在内燃机的每个汽缸内设有燃料喷射器，燃料喷射器用以提供控制的燃料输送，用于在气缸中燃烧。燃料喷射器可以用于将燃料直接或非直接喷射到内燃机的燃烧室中或互连的预燃室中或燃烧空气导管中。燃料喷射器既可用于压缩点火式(C.I.)发动机中，又可用于火花点火式(S.I.)发动机中。与那些用于S.I.的燃料喷射器相比，用于C.I.发动机的燃料喷射器通常在更高的压力下运转。

燃料喷射器的问题在于，它们可能需要定期地清洁，以移出燃烧产物，这些产物如果残留下来可减少燃料流，并且可最终导致燃料喷射器堵塞。

EP 1258628描述了一种用于S.I.发动机的燃料喷射器阀，其包括其中布置有阀针的喷嘴主体。阀针与和阀座配合的阀封闭体可操作地连接。由螺线管装置和复位弹簧控制阀封闭体移动成与阀座密封接合以及阀座移动成与阀座脱离密封接合，当螺线管装置通电时将阀封闭体从阀座抬离，当关闭了螺线管装置时，复位弹簧将阀封闭体偏置回与阀座接合。燃料经由中心燃料供应导管和燃料通道被供应至燃料喷射器的排放孔口，该中心燃料供应导管和燃料通道与复位弹簧、螺线管装置、阀封闭体和阀针流体连通地延伸。提供了两个辅助入口，通过其清洁添加剂可以大量涌入通过燃料喷射器。第一辅助入口连接至燃料喷射器的下游区域，且第二辅助入口连接至燃料喷射器的入口侧部分，以使得清洁添加剂可以大量涌入燃料喷射器，以与中心燃料供应导管、复位弹簧和螺线管装置接触。

燃料喷射器可能发生的另一问题在于燃料喷射器中的燃料沉积物的积聚。此类沉积物可以呈硬化的漆层的形式，其可以在暴露于燃料的表面上积累。在燃料对热相对敏感且易于聚合的情况下，这尤其是一个问题。在使用利用各种合成工艺的源自生物质的液体燃料(例如原植物油和快速热解液体产物)时通常会遇到此类问题。此类沉积物可以导致燃料喷射器的堵塞或其运动部件的其他故障。

针对该背景提供一种燃料喷射器、一种燃料喷射器组件和一种操作燃料喷射器组件的相关方法，它们可以特别应用在C.I.发动机中。

技术实现要素：

本发明提供了一种燃料喷射器，其包括阀构件、阀构件引导件、弹簧室、燃料供应通道和清洁流体供应通道；

阀构件能够相对于阀构件引导件移动而与燃料喷射器的阀座接触和脱离接触，从而控制燃料从燃料喷射器出口排出；

阀构件引导件限定接收阀构件的孔，该孔配置为在阀构件滑动移动而与阀座接触和脱离接触期间引导阀构件，该孔包括靠近燃料喷射器出口的第一端和远离燃料喷射器出口的第二端；

弹簧室包含偏置构件，该偏置构件偏置阀构件而使之与阀座接触；

燃料供应通道配置为引导燃料流至燃料喷射器的出口室，出口室与孔的第一端和阀构件流体连通；其中燃料供应通道绕过弹簧室；

清洁流体供应通道与孔的第二端流体连通，并配置为供应加压的清洁流体至孔的第二端，以限制燃料沿着在阀构件和阀构件引导件之间延伸的间隙从出口室向孔的第二端而泄露。

本发明还提供了一种燃料喷射组件，其包括燃料喷射泵、清洁流体泵和如上所述的燃料喷射器；

燃料喷射泵包括与燃料喷射器的燃料供应通道流体连通的燃料供应导管；以及

清洁流体泵包括与燃料喷射器的清洁流体供应通道流体连通的清洁流体供应导管。

本发明进一步提供了一种操作如上所述的燃料喷射组件的方法，其包括：同时地操作燃料喷射泵以经由燃料供应通道将加压的燃料流供应至燃料喷射器的出口室，并操作清洁流体泵以经由清洁流体供应通道将加压的清洁流体流供应至燃料喷射器的孔的第二端。

附图说明

现在将参考附图，仅以实例的方式对本发明进行描述，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的燃料喷射组件；

图2示出了根据本发明的燃料喷射器的剖视图；

图3示出了图2的燃料喷射器的另一剖视图；

图4示出了图2的燃料喷射器的阀构件引导件的剖视图；

图5示出了图4的阀构件引导件的另一剖视图；

图6示出了图4的阀构件引导件的透视图；

图7示出了图2的燃料喷射器的中间体的透视图；

图8示出了图7的中间体的剖视图；

图9示出了图2的燃料喷射器的弹簧室壳体的剖视图；

图10示出了图2的燃料喷射器的套环的透视图；以及

图11示意性地示出了燃料和清洁流体通过图2的燃料喷射器的流动路径。

具体实施方式

如图1中所示，根据本发明的燃料喷射组件包括燃料喷射泵2、清洁流体泵3和燃料喷射器1。燃料喷射组件可以配置为与内燃机(优选地为C.I发动机)一起使用。燃料喷射泵2通过燃料供应导管4连接至燃料喷射器1。燃料喷射泵2可以与燃料喷射器1集成为单一部件，或燃料喷射泵2可以为单独的部件。燃料喷射泵2可以被驱动离开椭圆形凸轮，以致使由燃料喷射泵2供应至燃料供应导管4的燃料压力周期性地增加和减少。清洁流体泵3可以借助于清洁流体供应导管5经由清洁流体传感器6连接至燃料喷射器1。清洁流体泵3可以与燃料喷射器1集成为单一部件，或清洁流体泵3可以为单独的部件。燃料泄露导管7可以设置为与燃料喷射器1连通，并且该燃料泄露导管7可以具有压力调节阀18，以控制流体流动通过该导管。

如图2和图3中所示，燃料喷射器1可以包括燃料喷射器主体10，该燃料喷射器主体可以容置阀构件11、阀构件引导件12、中间体14和弹簧室壳体13。套环15也可以与燃料喷射器主体10相关联，如下面进一步描述的。燃料喷射器主体10可以为具有阶梯式直径的大致圆柱形部件，并且可以具有用以接收阀构件引导件12、中间体14和弹簧室壳体13的中空中心孔。

阀构件引导件12在图4至图6中示出。阀构件引导件12可以为具有阶梯式直径的大致圆柱形部件，其具有可在可限定燃料喷射器出口21的孔口处终止的一端处的较窄部分和在相对端的较宽部分，该相对端可以设置有第一环形燃料廊道32。阀构件引导件12限定孔23，该孔可以沿阀构件引导件12的中心轴线从靠近燃料喷射器出口21的第一端24通过到远离燃料喷射器出口21的第二端25。

可以提供燃料供应通道80，其从燃料进口81到出口室22通过燃料喷射器1的内部。

可以提供两个形成燃料供应通道80一部分的倾斜通道80a，其从第一环形燃料廊道32延伸至出口室22，该出口室22可以设置在燃料喷射器出口21的区域中。出口室22既与孔23流体连通，又与燃料喷射器出口21流体连通。燃料喷射器出口21可以由阀座20围绕，阀座20可以呈阀构件引导件12的锥形表面的形式。环形排水廊道26可以设置在阀构件引导件12中，阀构件引导件12位于孔23的第一端24和第二端25之间。如图所示，环形排水廊道26可以位于在第一端24和第二端25之间的大致中间处。环形排水廊道26可以呈孔23的扩大的直径部分的形式。排水口27可以设置在环形排水廊道26中，该环形排水廊道可以连接至排水通道28，以在环形排水廊道26和如图6中所示的阀构件引导件12的外表面之间提供流体连通。排水通道28也在图3中示出，并且在图11中以虚线示出，其中可以看到排水通道28可以延伸远离孔23。

中间体14在图7和图8中示出，并且一般在远离燃料喷射器出口21的面上包括盘形主体并具有第二环形燃料廊道61。可以提供两个形成燃料供应通道80一部分的周边通道80b，其延伸通过中间体14而与第二环形燃料廊道61流体连通。中间体14可以进一步设置有中心孔60，该中心孔可以穿过中间体14的长度。

阀构件11可以包括具有变化的形状和直径的圆柱形拉长主体，其尺寸和形状设计为被接收为在阀构件引导件12的孔23中的滑动配合。阀构件11可以在其最大点处具有从4mm至11mm的直径。阀构件11的第一端8可以尺寸和形状设计为与阀构件引导件12的阀座20形成密封接触。阀构件11的第二端9可以尺寸和形状设计为穿过中间体14的中心孔60。弹簧座塞17可以接收在阀构件11的第二端9上，如图2和图3中所示。

弹簧室壳体13在图9中示出并且通常可以包括具有阶梯式直径的圆柱形主体，在弹簧室壳体13的任一端具有两个相对窄的部分且在近似中间沿弹簧室壳体13的长度具有直径增大的部分。弹簧室壳体13可以界定弹簧室40，其中可以含有或在那儿连接有用于产生偏置力的装置。偏置力可以为，例如，机械地产生的力或液压地产生的力。在机械地产生力的情况下，力可以由偏置构件50或类似装置产生。在图2和图3的实例中，偏置构件50是压缩弹簧。弹簧室40可以具有靠近燃料喷射器出口21的第一端43和远离燃料喷射器出口21的第二端44。入口41可以设置在弹簧室40的第二端44处或附近，其经由清洁流体供应通道90与在弹簧室壳体13外侧的清洁流体进口91流体连通以能够用于接收加压清洁流体。此外，弹簧室壳体13可以设置有形成燃料供应通道80一部分的折线通道80c，该折线通道从位于弹簧室壳体13远端处的燃料进口81延伸通过弹簧室壳体13的长度。折线通道80c可以绕过弹簧室40以便其不进入或穿过弹簧室40。此外，折线通道80c可以与清洁流体供应通道90分离。

套环15在图10中示出，并且一般可以包括在每个面上具有环形凹槽71的圆柱形构件和排水出口70，排水出口70可以呈穿过套环15的壁的通孔的形式，如图10和图11中所示。

当已组装并处于封闭构造时，如图2和图3中所示，阀构件引导件12、中间体14和弹簧室壳体13可以以纵向排列堆叠并保持在燃料喷射器主体10内。阀构件引导件12、中间体14和弹簧室壳体13的表面通过接触而彼此相互配合，其可以具有抛光的金属加工而在其之间建立液密密封。在燃料喷射器主体10的内表面和阀构件引导件12的外表面之间可以设置第一环形间隙30，如图2中所示。此外，在燃料喷射器主体10的内表面和弹簧室壳体13的外表面之间可以设置第二环形间隙31。

当已组装并处于封闭构造时，阀构件11至少部分地位于阀构件引导件12的孔23内，其第一端8延伸到与阀座20接触且其第二端9穿过中间体14的中心孔60进入弹簧室40。同样位于弹簧室40内的弹簧座塞17被接收在阀构件11的第二端9上。偏置构件50可以位于弹簧室40内，在弹簧室40的的第二端44和位于弹簧室40的第一端43处的弹簧座塞17之间延伸。以此方式，偏置构件50可以偏置阀构件11进入如图2和图3中所示的封闭构造。为了使阀构件11能够相对于阀构件引导件12实现滑动的相对运动，孔23的直径必须被制造地略微大于阀构件11的直径。以此方式，在阀构件11和阀构件引导件12之间提供了间隙29，其可以为环形间隙。间隙29可以保持为较小并且可以为，例如，只有几微米的环形(直径的)间隙。

套环15可以位于燃料喷射器主体10的端和弹簧室壳体13的直径增大部分之间。O形圈可以位于套环15的每个环形凹槽71中，以分别在套环和燃料喷射器主体10之间以及在套环和弹簧室壳体13之间提供流体密封。

在使用时，燃料喷射泵2操作以供应加压的燃料至燃料进口81。清洁流体泵3操作以供应加压清洁流体至清洁流体进口91。加压清洁流体可以连续地供应至清洁流体进口91，以便加压清洁流体在由燃料喷射器1的整个燃料喷射中被供应至燃料喷射器1。

如在图2和图11中最清楚地示出，用于燃料的流动路径和用于清洁流体的流动路径两者都可以设置为通过燃料喷射器1。在图11中，燃料的流动路径由参照“F”标示且清洁流体的流动路径由参照“C”示出。如图所示，用于燃料的流动路径F和用于清洁流体的流动路径C可以在它们通过燃料喷射器1的路径期间汇合。

用于燃料的流动路径F从设置在弹簧室壳体13的远端中的燃料进口81延伸并沿弹簧室壳体13的折线通道80c经过且进入中间体14的第二环形燃料廊道61中。第二环形燃料廊道61确保在折线通道80c和弹簧室壳体13以及中间体14中的两个周边通道80b之间的流体连通而不考虑弹簧室壳体13相对于中间体14的环形定向。用于燃料的燃料路径F接着通过两个周边通道80b进入阀构件引导件12的第一环形燃料廊道32。再次，第一环形燃料廊道32确保了在两个周边通道80b和阀构件引导件12内的两个倾斜通道80a之间的流体连通而不考虑阀构件引导件12相对于中间体14的环形定向。此后用于燃料的燃料路径F沿阀构件引导件12内的两个倾斜通道80a经过并进入靠近燃料喷射器出口21的出口室22。

如图2和图11中所示，从燃料喷射器出口21流出的初始燃料排放由在阀构件11和阀座20之间的密封接触阻止。然而，由于在出口室22中的燃料的加压，这归因于燃料喷射泵2的作用，将会达到某一点，此刻作用在阀构件11的第一端8上的出口室22内的压力将足以克服偏置构件50的偏置力。燃料喷射器1可以配置为在高压下操作，以便出口室22内的压力可以在偏置构件50的偏置力被克服之前达到超过100巴(bar)。在此刻，通过在孔23内轴向地滑动远离燃料喷射器出口21，阀构件11将抬离阀座20，这将打开燃料喷射器出口21并允许燃料的排放。在部分操作循环期间，燃料喷射器1的内部将达到超过1000巴(bar)。燃料的排放导致在出口室22内的燃料压力的降低，在偏置构件50的作用下引起阀构件11紧靠阀座20的重新密封。从而，以此方式，结合从燃料喷射泵2供应的燃料的压力中的循环的增加和减少，可以获得燃料喷射器出口21循环的打开和关闭。

在操作期间，出口室22内的燃料可以泄露在阀构件11和阀构件引导件12之间，沿孔23在间隙29中，该间隙29设置在阀构件11和阀构件引导件12之间，即使间隙29优选地被保持为较小。如果不加限制，燃料可能会沿孔23的整个长度经过，然后通过中间体14的中心孔60并进入弹簧室40。

根据本发明，这可以通过加压清洁流体的组合动作得以阻止，该加压清洁流体被供应入清洁流体进口91并通过清洁流体供应通道90进入弹簧室40和提供的环形排水廊道26和排水口27。如图所示，在弹簧室40内的加压清洁流体与中间体14的中心孔60和孔23的第二端25流体连通。从而，中心孔60可以作为从弹簧室40的出口端口，以用于加压清洁流体。通过加压清洁流体的压力的适当配置，可以确保燃料沿孔23通过间隙29的任何泄露不会到达弹簧室40。这可以通过配置加压清洁流体的压力得以确保，以使得在燃料喷射器1的操作期间存在少量体积的加压清洁流体流从弹簧室40进入孔23。从而，弹簧室40可以形成将清洁流体进口91与孔23连接的清洁流体供应通道90的一部分。

实际上，加压清洁流体的压力可以由清洁流体泵3的操作配置为大于环形排水廊道26中的燃料的压力。从而，弹簧室40中的加压清洁流体的存在以及可选择地加压清洁流体进入孔23的第二端25内，限制了燃料流入弹簧室40中。“限制”意味着，与未供应加压清洁流体的装置相比，减少到达弹簧室40的燃料量和/或减少燃料进入弹簧室40的体积流量。

为了适应加压清洁流体流进入孔23的第二端25，可以通过提供环形排水廊道26、排水口27和排水通道28，来提供加压清洁流体从孔23的排泄。如图11中可以看到的，从弹簧室40经过进入孔23的加压清洁流体沿间隙29经过直到其到达环形排水廊道26。从环形排水廊道26加压清洁流体接着被通过排水口27排泄，并沿排水通道28进入在燃料喷射器主体10和阀构件引导件12之间的第一环形间隙30。从那里其可以排泄进入在燃料喷射器主体10和弹簧室壳体13之间的第二环形间隙31。最终，加压清洁流体可以被排泄出套环14的排水出口70进入燃料泄露导管7，该燃料泄露导管7可以联接至排水出口70。加压清洁流体从排水出口70的排泄可以是被动的，即由在清洁流体进口91处正进入燃料喷射器1的加压清洁流体的反压力驱动。优选地，可以配置加压清洁流体，例如通过通过使用压力调节阀18对其压力的适当调整，以在燃料喷射器1的正常操作期间防止任何燃料到达弹簧室40，以及还可以理想地配置为使得存在很少或没有加压清洁流体的泄露通过环形泄露廊道26和排水口27。应当理解的是，可以优选地以此方式，以确保环形排水廊道26和在环形排水廊道26与孔23的第二端25之间的间隙29始终充满加压清洁流体(以便最有效地限制燃料向弹簧室40的通过)，但限制或防止任何实质上的净加压清洁流体流通过燃料喷射器1(以便限制加压清洁流体的浪费)。

此外，并且同时对加压清洁流体流，任何可以从出口室22沿孔23泄露的燃料，一旦到达环形排水廊道26，可以被转向并通过排水口27、排水通道28、第一环形间隙30和第二环形间隙31与加压清洁流体一同排泄。从而，以此方式不仅可以防止燃料到达弹簧室40，而且可以防止其到达孔23的第二端25。

以此方式，泄露燃料和加压清洁流体可以经由燃料泄露导管7和压力调节阀18从燃料喷射器1排泄。压力调节阀18可以用来在燃料喷射器1的通道内建立加压清洁流体的“脉冲”往复流动。例如，应当理解的是，在燃料喷射器1的操作循环期间，燃料喷射器中的燃料的压力可以变化并可以达到非常高的压力(超过1000巴(bar))，但通常仅对于操作循环的非常小的部分。在此类峰值压力期间，任何在间隙29中的泄露燃料和加压清洁流体可以趋向于被驱动朝向弹簧室40沿间隙29向上，这归因于加压清洁流体的压力远小于峰值燃料压力的事实，例如加压清洁流体的压力可以是10巴(bar)的数量级。在操作循环的剩余期间，加压清洁流体的压力高于燃料压力，并且任何在间隙中的泄露燃料和加压清洁流体可以被驱动沿间隙29返回而远离弹簧室40。以此方式，加压清洁流体的往复流动，特别是在间隙29中产生的，对于燃料喷射器1部件的清洁和润滑是尤其有效的。

应当注意的是，排水通道28和到排水出口70的流动路径可以绕过弹簧室40。此外，排泄路径的至少一部分可以沿燃料喷射器主体10与阀构件引导件12的交界面和/或燃料喷射器主体10与弹簧室壳体13的交界面延伸。

由燃料喷射器1喷射的燃料可以是适于喷射的任何类型。燃料可以为化石燃料或生物燃料。典型实例可以包括汽油、柴油和生物柴油。本发明的燃料喷射器1可以特别应用于与对热相对敏感的燃料一起使用的情形，诸如源自生物质的油和液体热解燃料。

清洁流体可以为任何与燃料喷射器1的材料和燃料相容的合适的制剂，并且其可以作用以分解和移除燃料的沉积和/或由燃料产生的燃烧产物。可选地，清洁流体还可以作为用于燃料喷射器1的部件的润滑剂。在一个实例中，清洁流体可以为乙醇和蓖麻油的混合物。该混合物可以包含，例如，乙醇和蓖麻油50:50的混合。

燃料喷射器1的部件可以由标准材料制成，例如，燃料喷射器主体10、阀构件11、阀构件引导件12、中间体14、弹簧室壳体13和套环15可以由工具钢形成，例如52-100等级的工具钢。O形环16可以为与燃料和清洁流体相容的合适的弹性材料。然而，在燃料F可以为更腐蚀的类型的情况下，那些受到动态磨损的部件，例如阀构件11和阀构件引导件12，可以由诸如不锈钢的更耐腐蚀的材料制成。

清洁流体传感器6，如图1中所示，在使用中可以配置为感测通过清洁流体供应导管5输送的清洁流体的体积流量或体积。

燃料喷射组件的操作可以包括，同时地操作燃料喷射泵2以经由燃料供应通道80供应加压的燃料流至燃料喷射器1的出口室22和操作清洁流体泵3以经由清洁流体供应通道90供应加压的清洁流体流至燃料喷射器1的孔23的第二端25。在燃料喷射器1的孔23的第二端25处的清洁流体的压力可以配置为，对于燃料喷射器1的操作循环的部分，足以在阀构件11和阀构件引导件12之间建立朝向燃料喷射器出口21的清洁流体的流动。此外，用于燃料喷射器1的出口室22的抬离压力可以预设为考虑始终暴露于孔23的第二端25的清洁流体的加压流的压力效应，在此压力下阀构件11将移动与阀座20脱离接触。例如，由偏置构件50提供的偏置力可以通过使用位于偏置构件50和弹簧室40的端之间的垫片45预先调节。从而，施加在阀构件11上的偏置力可以通过改变安装的垫片45的厚度进行调节。

燃料喷射组件还可以操作为维护对燃料喷射器1的健康状态的诊断检查。一段时间后，阀构件11和孔23的表面将由于摩擦和/或燃料的腐蚀效应遭受退化。这可以导致在阀构件11和阀构件引导件12之间的间隙29的有效横截面面积的增大。间隙29的有效横截面面积的增大将会导致对加压清洁流体沿孔23通过的阻力减小。从而，清洁流体传感器6可以配置为检测清洁流体通过清洁流体供应导管5的流速和/或流量。对于在健康状态下的燃料喷射器1，可以通过实验确定所需的清洁流体的流速和/或流量。此后，诸如发动机控制单元或其他控制器的合适的控制装置可以用来监测和检测清洁流体经过清洁流体传感器6进入燃料喷射器1的流速和/或流量的显著增大。可以设置流速和/或流量的门限值，在门限值时引起警告，这可以触发对燃料喷射器1的维护检查和/或更换。可选地，清洁流体传感器6可以位于燃料喷射器1的下游，例如在燃料泄露导管7或压力调节阀18内。

在本说明书中，燃料喷射器1被仅通过实例的方式描述为包括阀构件11，其通过在出口室22中蓄积的燃料的压力的液压累积相对于阀座20移动。然而，本发明及权利要求书并不限于此方面，并且同样适用于以用于移动阀构件11的其他装置或方法提供的燃料喷射器，例如使用联接至阀构件11的磁驱动致动器(例如螺线管)，或建立在阀构件11上差别的循环改变的压力的方法。

工业实用性

本发明提供了一种燃料喷射器1、燃料喷射组件和操作方法，所述操作方法可以有利地允许燃料喷射器1具有改进的可靠性和耐用性。通过确保燃料不会进入弹簧室40(例如燃料供应通道80绕过弹簧室40)并由此接触偏置构件50，在偏置构件50的区域中的燃料沉积和/或漆的形成可得以减少和/或避免。这可以使燃料喷射器1在使用中堵塞的可能性降低。此外，燃料喷射器1和燃料喷射组件可以允许对燃料喷射器1的状态的有益的诊断检查，这可以通过监测进入燃料喷射器1的加压清洁流体的体积流量和/或流量而执行。通过允许在遭遇故障模式之前执行对燃料的更换和/或清洁，这可以使得维护得到改进。