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CN1738967A - 燃料喷射设备中的结构 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射系统中的结构，用于控制燃料喷射，所述结构(4)包括主体部分(5)，所述主体部分具有空间(6)，在操作过程中被喷射的燃料通过所述空间流动，以及通向所述空间的燃料入口孔(7)和出口孔(8)，所述结构(4)还包括在所述空间内部可移动地布置的活塞装置(9)，所述活塞装置具有布置在其中的通道或类似物(12，14，15)，用于建立所述燃料入口孔(7)和所述出口孔(8)之间的流动连接，因而在所述结构中，所述活塞装置(9)将所述空间(6)分成与所述入口孔(7)连接的第一部分(6.1)和与所述出口孔(8)连接的第二部分(6.2)，所述结构还包括弹簧或类似物(10)，用于形成在与主要燃料流动方向相反的方向上作用于所述活塞装置(9)的力。在所述结构中所述活塞装置(9)和所述主体部分(5)被这样形成，以致当所述活塞装置在邻近所述燃料入口孔(7)的端部时，它们确定至少一个第三部分(6.3)的界限，其容积取决于所述活塞装置(9)和所述主体部分(5)的相互位置。

Description

燃料喷射设备中的结构
本发明涉及一种燃料喷射设备中的结构，其如权利要求1的前序部分所述。
使用蓄压器的共轨喷射系统现在通常与活塞发动机连接使用。在这种系统中，通过控制喷射阀，以喷射压力存储在所谓蓄压器中的燃料被喷射到发动机的燃烧室中。
通常，流动保险装置用作喷射系统中的安全结构。流动保险装置通常布置在蓄压器和喷射阀之间。假设泄漏或者例如，在打开位置，万一喷射阀卡住，流动保险装置关闭来自蓄压器的流动路径，在所述假设下会有燃料不受控制地泄漏到气缸燃烧室中的情况。为避免该情况，US 3,780,716和WO 95/17594公开一种限制燃料流量的流动保险装置。典型的流动保险装置包括圆柱形空间，其进一步包括活塞设备，其在喷射过程中具有逆着燃料流动方向作用的弹簧载荷。在正常动作过程中，每次喷射所需的燃料量对应于活塞移动的容积。如果因某种原因喷射阀开始泄漏，活塞会移动到其另一个限制位置，此处它将关闭流动。
在典型的共轨系统中，当喷射器喷嘴的针阀开启时，喷射压力几乎瞬间达到高压水平。结果，在燃料喷射到燃烧室的过程中，正好在喷射开始时燃料质量流量很大。在此情形下，燃烧室中的压力增加得太迅速而不能达到最优性能。
本发明的目的是生产燃料喷射设备中的结构以最小化与现有技术相关的问题。本发明的特殊目的是生产用于在喷射阶段开始时限制燃料质量流量的结构。
本发明的目的可以通过主要在权利要求1中公开的方法和在从属权利要求中更彻底地公开的方法实现。
根据本发明，一种位于燃料喷射系统中的结构用于控制燃料喷射，所述结构包括主体部分，所述主体部分具有布置在其中的空间，在操作过程中被喷射的燃料通过所述空间流动，所述空间还具有向其开口的入口和出口。所述结构还包括在所述空间内部可移动地布置的活塞装置，所述活塞装置具有通道或类似物，用于建立所述燃料入口孔和所述出口孔之间的流动连接。在所述结构中，所述活塞装置将所述空间分成与所述入口孔连接的第一部分和与所述出口孔连接的第二部分。所述结构还包括弹簧或类似物，用于产生在与燃料流动的主方向相反的方向上作用于所述活塞装置的力。所述结构的主要特征在于，当所述活塞装置在邻近所述入口孔的端部或者在其附近时，所述活塞装置和所述主体部分确定所述空间的至少一个第三部分的界限，该第三部分的容积取决于所述活塞装置和所述主体部分的相互位置。
优选地，所述活塞装置和所述空间形成为圆柱形，它们一起形成至少两个分离的滑动表面，这些表面相对于所述活塞装置和所述空间的中心轴线在不同的距离处形成。在所述结构中，所述空间的所述第三部分和其状态可以优选的方式通过这些滑动表面确定。在所述结构中，当所述活塞装置在邻近所述入口孔的端部时，所述空间的所述第三部分的容积最小，当所述活塞装置从邻近入口孔的端部缩回一定距离时，所述第三空间的容积增加，以及当所述活塞装置缩回超过所述一定距离时，所述空间的所述第三和所述第一部分组合。所述第三空间部分与所述燃料入口孔和/或所述第一空间部分连续流动连接。通过节流通道或类似物实现所述流动连接。
所述空间优选地为圆柱形，它包括具有不同直径的至少两个部段，其中具有较小直径的所述部段位于邻近所述入口孔的端部，以及所述活塞装置相应地包括具有不同直径的两个部段，具有较小直径的所述部段位于邻近所述入口孔的端部，以及具有较小直径的所述活塞装置的所述部段的纵向长度和具有较小直径的所述空间的所述部段的纵向长度都短于所述活塞装置的行程长度。
当所述活塞装置位于邻近所述出口孔的端部时，所述活塞装置接合所述主体部分，以便关闭到所述入口孔的流动路径。因此，根据本发明的结构也起到所谓流动保险装置的作用。
根据本发明的结构允许在喷射开始时限制被喷射燃料的质量流量，同时允许在实际喷射过程中充足的喷射压力。此外，根据本发明的结构也优选地产生燃料流动保险。
下面参考附加的示意图通过示例描述本发明，其中
图1显示应用于发动机的燃料喷射系统的根据本发明的结构；
图2显示根据本发明的结构的实施例；
图3是图2的A-A剖面图；
图4显示在第一极端情况下图2的结构；
图5显示在中间情况下图2的结构；
图6显示在另一个中间情况下图2的结构；
图7显示在另一个极端情况下图2的结构；以及
图8-10显示图2的结构的不同实施例。
图1完全示意性地显示根据本发明的结构4如何布置与内燃机的共轨燃料喷射系统连接。这种燃料喷射系统同样是已知的，此处仅描述对理解本发明操作必要的部分。基于共轨的燃料喷射系统包括作为其主要部件的共轨，也就是蓄压器1，燃料以高压存储在蓄压器中以便喷射到发动机中，喷射阀2与蓄压器以流动连接。燃料通道系统3、3’布置在共轨1到喷射阀2之间，所述喷射阀计量供给每个气缸(未显示)的燃料。在操作过程中，在共轨中保持充足的压力，以实现用于喷射阀2的充足喷射压力。每个喷射阀2包括控制装置(未显示)以独立控制喷射。结构4设置在燃料通道系统3、3’中，参考图2-8描述结构4的操作。
图2显示处于喷射过程中占据的位置的根据本发明的结构，以及图3显示图2的A-A剖面图。结构4包括主体部分5，其具有圆柱形空间6，用于在其中布置燃料。燃料入口孔7和出口孔8也被布置在主体部分5中，与燃料空间连接。空间6还设置有活塞装置9。活塞装置包括通道或者类似物，例如孔12、14和活塞装置的平面15的组合，所述组合允许燃料从入口孔7流动到出口孔8。活塞装置将空间6主要分成两个部分，与入口孔7连接的第一部分6.1和与出口孔8连接的第二部分6.2。弹簧或类似物10也被设置在空间6中，用于在与燃料流动的主方向相反的方向上建立作用在活塞装置上的推力。用于密封结构的配对面11设置在活塞装置中邻近出口孔8的一侧，因而主体部分5还包括密封结构的配对面16。当活塞装置位于邻近部分6.2的第二部分中时，这允许活塞装置接合主体部分5，以致配对面关闭到入口孔7的燃料流动连接。因而，根据本发明的结构也起到流动保险装置的作用。
空间6和活塞装置9为圆柱形。活塞装置9包括具有较大直径的部段9.2，其直径PD2与空间的部段5.2的直径CD2相对应。空间6和活塞装置9都包括部段5.1、9.1，其直径较小。活塞装置具有较小的直径的部段9.1的直径参考标记为PD1。主体部分具有较小的直径的部段5.1的直径参考标记为CD1。
结构中活塞装置9和空间6被这样形成，以致当活塞装置在邻近燃料入口孔7的端部时，它们确定至少第三空间6.3的界限，其容积取决于活塞装置9和主体部分5的相互位置。在这种情况下，活塞装置的位置也可被确定为邻近空间第一部分6.1的端部处。首先，空间6至少包括具有两个不同直径CD1、CD2的两部段5.1、5.2，具有较小直径CD1的部段5.1位于邻近第一空间的部分6.1的端部中，另外活塞装置9相应地包括具有两个不同直径PD1、PD2的两部段9.1、9.2，具有较小直径PD1的部段9.1位于邻近空间的第一部分6.1的端部中。现在，活塞装置的较小部段9.1的纵向长度L2和具有较小直径的空间6的部分5.1的纵向长度L1都分别短于活塞装置9的行程长度L3。因而，当具有较小直径的空间6和活塞装置9的部段为一个在另一个内部时，空间6的第三部分6.3由直径发生改变的位置形成。活塞装置9和空间6形成为圆柱形，它们一起通过其结构和外形形成至少两个分离的滑动表面17、17’、18，这些滑动表面相对于活塞装置和空间的中心轴线在不同的距离处形成。当活塞装置从邻近入口孔7的端部缩回一定距离L1时，滑动表面17、17’停止存在，空间的第三部分6.3和空间的第一部分6.1组合。下面将描述这对结构操作产生的效果。
当活塞装置9在初始位置时，如图4所示，喷射将要开始。在这种情况下，燃料的压力与空间6的所有部分6.1、6.2和6.3中的压力差不多一样，弹簧10的力预先将活塞装置9推动到初始位置，也就是，邻近空间的部分6.1的入口孔7的端部。当喷射开始时，喷射阀2开启。这造成出口孔8和与其连接的空间6的第二部分6.2中的压力下降。因此，作用在活塞装置上的力的总效果发生变化，活塞装置开始从邻近空间的第一部分6.1的端部缩回，试图平衡活塞装置上的压力差。这种情况显示在图5中。
主要确定活塞装置运动的力由在空间的各个部分总体存在的压力和弹簧力形成。换句话说，弹簧力和由空间的第二部分6.2中的压强和活塞装置的直径PD2确定的力逆着燃料流动方向作用，在与这些力相反的方向上作用的力等于由空间的第一部分6.1中的压强和活塞装置的直径DP1确定的力和由第三部分6.3中的压强和活塞装置的直径差值DP2-DP1确定的力，均采取同样已知的方式。随着喷射进行，活塞装置继续其运动，同时空间的第三部分6.3增加，该容积中的压力趋向于下降。但是，该压力由通过流动通道的燃料流量平衡，所述流动通道由孔12、13形成。通道13形成为节流通道，具有相对小的直径，因而它允许控制空间的第三部分6.3和第一部分6.1之间的压力平衡速度。通常，对其有影响的因素是流动通道12、13的流阻性质。当上述压力差值平衡使活塞装置9的运动减慢时，在这种情况下空间6的第二部分6.2中的压力以及出口孔8中的压力小于入口孔7中的压力。因而，被喷射燃料的质量流量也较小。
上述过程可通过作用在活塞装置上的力的平衡方程阐述。
P第一部分6.1·A1+P第三部分6.3·A3＝P第二部分6.2·A2+弹簧力
为了方程的平衡，当喷射喷嘴开启时随着压强P第二部分6.2的下降，压强P三部分6.3必须下降。在这种情况下，面积维持一致，或者弹簧力没有显著改变。空间的第三部分6.3中的压强水平可通过选择活塞装置和空间的各种部段5.1、5.2、9.1、9.2的合适直径以及通过确定流动通道12、13的尺寸控制。
图6中，活塞装置已经从邻近空间的第一部分6.1的端部缩回距离L1，在该距离处具有较小直径的部段9.1从具有较小直径的空间6的部段5.1中退出。因而，由这些部分形成的滑动表面17停止存在，从而空间的第三部分6.3和第一部分6.1组合。在这之后在入口孔7和出口孔8之间的压力差值非常小，因为活塞装置可以基本不受阻尼地运动。
在正常操作过程中，活塞装置不会到达图7所示的位置。活塞装置的行程长度由燃料喷射过程中使用的燃料确定。图7阐述一种情况，其中故障造成太多的燃料流经根据本发明的结构，以致活塞装置9位于邻近空间的第二部分6.2的端部中。因而活塞装置与主体部分5接合，以致它们一起关闭入口孔7和出口孔之间的燃料的流动连接，也就是，根据本发明的结构也起到流动保险装置的作用。
图8-10显示本发明的不同实施例。图8阐述一个实施例，其中，具有较小直径的空间的部段5.1延伸到空间6的内部，相应地一个空间布置在活塞装置9中用于容纳该主体部分的延伸。在该实施例中，滑动表面17、18共中心地布置在同一纵向位置。在该实施例中节流通道13布置在主体部分5上，而不是活塞装置上。图9显示相应于图4-7的其它结构，取代孔，节流通道布置为来自活塞装置9的平面13”。其流阻性质可通过改变其尺寸而改变，也可通过布置该平面的方向以偏离纵向轴线的方向，也就是，布置倾斜面而改变。代替平面，或者除此之外，具有较小直径的滑动表面17可被布置为整体或者局部圆锥形(图中未显示)。图10阐述空间6的第三部分6.3如何由两个不同的部分6.3、6.3’形成。因而，具有较小直径的活塞装置的部段9.1由具有不同直径的两个不同部段9.1、9.1’形成，同时与主体部分形成三个分离的滑动表面18、17、17’，其中的滑动表面17、17’在活塞装置位置的基础上确定空间的部分6.3、6.3’的存在。自然可存在更多的这些表面。在该实施例中分离部分6.3的节流通道以及因而其阻尼性质也可单独确定。
本发明不限于此处描述的实施例，而是其大量的修改可考虑在后附权利要求书的范围之内。

Claims (7)

1.一种位于燃料喷射系统中的结构，用于控制燃料喷射，所述结构(4)包括主体部分(5)，所述主体部分(5)具有布置在其中的空间(6)，在操作过程中被喷射的燃料通过所述空间(6)流动，以及通向所述空间的燃料入口孔(7)和出口孔(8)，另外所述结构(4)还包括在所述空间内部可移动地布置的活塞装置(9)，所述活塞装置具有布置在其中的通道或类似物(12，14，15)，用于建立所述燃料入口孔(7)和所述出口孔(8)之间的流动连接，因而在所述结构中，所述活塞装置(9)将所述空间(6)分成与所述入口孔(7)连接的第一部分(6.1)和与所述出口孔(8)连接的第二部分(6.2)，所述结构还包括弹簧或类似物(10)，用于产生在与燃料流动的主方向相反的方向上作用于所述活塞装置(9)的力，其特征在于，当所述活塞装置(9)位于邻近所述入口孔(7)的端部中或者在其附近时，在所述结构中所述活塞装置(9)和所述主体部分(5)确定至少一个第三部分(6.3)的界限，所述第三部分的容积取决于所述活塞装置(9)和所述主体部分(5)的相互位置。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述活塞装置(9)和所述空间(6)形成为圆柱形，它们一起形成至少两个分离的滑动表面(17、17’、18)，这些滑动表面相对于所述活塞装置和所述空间的中心轴线在不同的距离处形成。
3.如权利要求1或2所述的结构，其特征在于，当所述活塞装置(9)位于邻近入口孔(7)的端部中时，所述第三部分(6.3)的容积最小，当所述活塞装置从邻近入口孔(7)的端部缩回一定距离(L1)时，所述第三部分(6.3)的容积增加，以及当所述活塞装置(9)缩回超过所述一定距离(L1)时，所述空间的所述第三部分(6.3)和所述第一部分(6.1)组合。
4.如权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述空间的所述第三部分(6.3)与所述燃料入口孔(7)和/或所述空间的所述第一部分(6.1)形成连续流动连接(12、13)。
5.如权利要求3所述的结构，其特征在于，通过节流通道或类似物(13)实现所述流动连接。
6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述空间(6)为圆柱形，它包括具有不同直径(CD1，CD2)的至少两个部段(5.1，5.2)，具有较小直径(CD1)的部段(5.1)位于邻近所述入口孔(7)的端部中，以及所述活塞装置(9)相应地包括具有不同直径(PD1，PD2)的两个部段(9.1，9.2)，具有较小直径(PD1)的部段(9.1)位于邻近所述入口孔(7)的端部中，以及，具有较小直径的所述活塞装置的所述部段(9.1)的纵向长度(L 2)和具有较小直径的所述空间(6)的所述部段(5.1)的纵向长度(L1)都短于所述活塞装置(9)的行程长度(L3)。
7.如前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，当所述活塞装置位于邻近所述出口孔(8)的端部中时，所述活塞装置接合所述主体部分(5)，使得它们一起关闭通向所述入口孔(7)的燃料流动连接。
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