改进传统直接喷射器的方法和改进的喷射器组件技术

本公开涉及一种改进传统喷射器(例如，高压直接燃料喷射器)的方法以及由此得到的改进的喷射器。改进的喷射器提供与原始传统喷射器的流体流速和/或流体喷射股流(即，图案)不同的流体流速和/或流体喷射股流(即，图案)。在一个实施方式中，所提供的是在内燃机中使用的用于将燃料直接输送到燃烧室的一种改进的喷射器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进传统直接喷射器的方法和改进的喷射器组件
本公开涉及改进传统喷射器(例如，高压直接燃料喷射器)的方法以及由此得到的改进的喷射器。改进的喷射器提供与原始传统喷射器的流体流速和/或流体喷射股流(即，图案)不同的流体流速和/或流体喷射股流(即，图案)。在一个实施方式中，所提供的是在内燃机中使用的用于将燃料直接输送到燃烧室的一种改进的喷射器。
技术介绍
将燃料直接输送到现代内燃机的燃烧室中是现代发动机设计的重要方面并且是有关火花点燃或压缩点燃发动机的操作的重要方面。汽油直接注入(“GDI”)对照进气口汽油喷射(“PFI”)的优点是增大的燃料效率和更高的比功率输出。还可以利用直接喷射系统更准确地控制废气排放水平。与低压进气口燃料喷射系统相对比，现在在运输行业在现代多汽缸汽油发动机中普遍使用的直接喷射燃料或汽油直接喷射可以允许至多12％的燃料消耗改善。新车中出售的直接喷射发动机的北美轻型车辆市场渗入从2008年约3％增长到2013年约30％并且在2015年超出。计划汽油直接喷射的全球汽车市场到2018年以18％的复合年增长率增长。在汽油直接喷射系统中，将汽油经由通常在3-6巴(40psi至90psi)下操作的低压泵提供至通常位于内燃机的汽缸盖处的高压活塞泵。高压活塞泵通常通过凸轮轴经由三瓣或四瓣齿轮驱动并且高压活塞泵在高压(从130巴至350巴(2000psi至5000psi))下将燃料提供至燃料分配轨道。燃料分配轨道通常与汽缸组对齐沿着发动机的纵向通口安装至汽缸盖或进气歧管。图1是传统高压汽油直接喷射器100的图像。直接燃料喷射器100在其近端101处向分配燃料轨道供应流体。直接燃料喷射器100设置有流体密封102。在燃烧室的特定方位，将直接燃料喷射器100安装在发动机中，通常在汽缸盖中，其中直接燃料喷射器100的螺线管主体103和针栓轴(pintleshaft，针轴)104容纳在汽缸盖喷射器孔内以便在直接燃料喷射器100的远端处经由喷嘴105将燃料直接喷射到燃烧室中。经由含氟聚合物密封件106将直接燃料喷射器100密封至燃烧室。多缸发动机通常使用多个这种直接燃料喷射器。图2是在喷射器的远端处高压直接燃料喷射器100的喷嘴105的特写图像，该喷嘴105具有多个孔201、202、203、204、205、206，这些孔中的每一个均将燃料流输送到燃烧室中。孔的数量、方位以及尺寸对每个发动机应用都是特定的。经由电接合器107将电信号和电力输送至直接燃料喷射器100。图1和图2完全是普通高压直接燃料喷射器的示例性实例。对于每个发动机应用的具体变化，在市场上特征设计、尺寸、喷嘴几何形状、电接合器以及技术规格的变化是普遍的，从而导致高度的设计变化和部件复杂度。基于发动机转速和负荷输入而具体改变对喷射燃料的量、喷射开始(“SOI”)、以及喷射持续时间的精确控制。由发动机管理系统(“EMS”)通过发动机控制单元(“ECU”)在逐个周期基础上控制这些参数，EMS系统操作数学模型以精确地输出准确的燃料喷射参数。由于直接喷射和EMS对于良好的性能和操纵性能一定具有非常精确的算法，因此ECU的这些功能需要显著更复杂的处理和存储。不仅能够从精确的燃料计量能力和高压下的超级燃料雾化中而且还能够从直接燃料输送和相关联的冷却效应中获得汽油直接喷射的益处。与进气口喷射燃料系统(其中燃料被输送到进气路径)不同，直接喷射系统不会将燃料沉积到进气轨道的内隔墙上，从而消除消耗和控制的损耗。将燃料直接喷射到燃烧室中对内燃机的进气充量的显著冷却效果起一分作用，在减轻可存在于非直接喷射式发动机中的爆燃或预爆裂或预点火事件(尤其在高速和高负荷操作条件下)上冷却是有效的。与它们在进气口喷射的对应物相比，由GDI提供的汽缸内送气冷却允许直接喷射式发动机在更高的几何压缩比下操作，从而提高循环效率。另外，进气歧管壁上没有燃料膜允许发动机滑转时燃料切断的范围更广。传统的汽油直接喷射器是高度精确且精度组装的组件。图3是具有近端301和远端302的公共高压直接喷射器300的内部的截面图。直接燃料喷射器300利用喷嘴305中的针栓球303和锥形座304以在直接燃料喷射器300的尖端密封流体通道。针栓球303安装至针栓轴306并且最普遍地由螺线管307致动，并且在一些情况下，由压电的电动结晶系统致动。螺线管307通过弹簧308保持在关闭位置以保持针栓球303与锥形座304之间的封闭密封。使螺线管307通电将针栓球303从锥形座304提起以便允许流体穿过喷嘴305并且进入发动机的燃烧室。螺线管307在通电时移动到喷射器组件内的确定停止位置。停止位置与通常所谓的螺线管间隙相关联，间隙是螺线管封闭时的纵向位置与螺线管通电并且抵靠止挡件设置时的纵向位置之间的距离。在传统高压汽油直接喷射器中，该螺线管间隙的范围例如可从80微米(0.080mm)到500微米(0.500mm)，并且对喷射到燃烧室中的流体的流速和流动特性是至关重要的。针栓组件309、外部壳体310以及喷嘴305(流体通过该喷嘴流过高精度孔并且定位有针栓锥形座304)是精确机加工的并且组装公差的范围在例如25微米(0.025mm)到5微米(0.005mm)之内。此外，传统直接喷射器设计成能提供指定燃料流速并且喷射股流形状进入燃烧室。喷嘴是专门设计的并且针对每个不同的发动机燃烧室设计是精确机加工的。如在图2中看到那样，传统汽油直接喷射喷嘴中的流体通道的设计直径的范围可从150微米(0.150mm)至350微米(0.350mm)并且通常要求高精度计算机控制机床中心或特定电子放电加工中心甚至高精度激光器钻井操作实现高精度公差。现代传统高压汽油直接喷射器的尺寸和公差带来对同样改进的特定挑战。传统低压进气口燃料喷射系统的高性能售后市场已很好的建立。然而，低压进气口喷射器是众所周知的技术并且对直接喷射器的精度等级或复杂度没有要求。直接喷射器制造的复杂度、高精度公差性能和工程技术挑战一直阻止售后市场对传统汽油直接喷射器进行修改。尝试拆卸传统直接喷射器通常导致直接喷射器破坏。尝试向直接喷射器的现有喷嘴添加附加孔或者在直接喷射器的喷嘴中尝试扩大现有的孔通常导致损坏针栓座密封，致使直接喷射器由于过多的燃料泄漏和/或无法准确计量燃料而不可用。尝试仅打磨喷嘴以暴露更多的流体通道通常导致流体喷射股流图案破坏，从而导致无法控制向燃烧室喷射燃料、汽缸壁内过分浸湿，以及活塞环袋浸湿和裂纹。尝试调节汽油直接喷射式发动机(在传统喷射器流速下)产生更高的功率是困难的。这是因为通常可操纵的唯一可用的变量(在喷射器燃料流速没有提高的情况下)为开始喷射时间、总喷射持续时间(断开时间)，以及在更小的程度上燃料压力(遭遇燃油泵在完全压力下维持高流速的能力的限制)。直接喷射式发动机(喷射器直接喷射到汽缸中)在活塞的进气冲程的喷射窗上受限制，或者，在曲柄旋转方面，在四冲程发动机周期中限于720度中的180度。由于发动机转速(RPM)增大，喷射燃料可用的时间减少。因此，所有其他的因素相等，汽油直接喷射式发动机需要具有适当喷射股流特性的更高能力的喷射器来实现更高的功率。在进气口燃料喷射器变型的领域中，安装到燃料喷射器的喷口上的接合器的使用能够很好地实践，该接合器帮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进现有的高压喷射器的流体流速和流体喷射图案中的至少一个的方法，现有的所述高压喷射器具有近端和远端，现有的所述高压喷射器在所述近端处具有被构造为接收流体的输入部并且在所述远端处具有被构造为喷射流体的喷嘴，所述喷嘴包括至少一个孔，其中，所述孔经由阀与所述输入部流体连通，其中，所述阀包括阀座和针栓球，并且其中，所述针栓球的底部被构造为密封所述阀座的顶面，所述方法包括：从现有的所述高压喷射器的远端移除材料，其中，所述材料的移除至少移除了所述喷嘴的所述孔并且使所述阀座的底面暴露，并且其中，所述材料的移除在现有的所述高压喷射器的远端处提供凸接合部；提供具有近端和远端的安装接合器，所述安装接合器的近端具有被配置为与所述凸接合部配合的凹接合部，所述安装接合器在所述安装接合器的近端与远端之间设置有流体通道，所述流体通道经由所述阀与所述输入部流体连通，并且所述安装接合器在所述凹接合部中具有座支撑面，所述座支撑面被配置为通过与所述阀座的底面接触而支撑所述阀座的底面；以及在移除所述材料之后，将所述安装接合器附接至现有的所述高压喷射器的远端，其中，所述安装接合器附接为使得所述凸接合部布置在所述凹接合部内并且使得所述座支撑面通过与所述阀座的底面接触而支撑所述阀座的底面。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.16 US 62/242,6601.一种改进现有的高压喷射器的流体流速和流体喷射图案中的至少一个的方法，现有的所述高压喷射器具有近端和远端，现有的所述高压喷射器在所述近端处具有被构造为接收流体的输入部并且在所述远端处具有被构造为喷射流体的喷嘴，所述喷嘴包括至少一个孔，其中，所述孔经由阀与所述输入部流体连通，其中，所述阀包括阀座和针栓球，并且其中，所述针栓球的底部被构造为密封所述阀座的顶面，所述方法包括：从现有的所述高压喷射器的远端移除材料，其中，所述材料的移除至少移除了所述喷嘴的所述孔并且使所述阀座的底面暴露，并且其中，所述材料的移除在现有的所述高压喷射器的远端处提供凸接合部；提供具有近端和远端的安装接合器，所述安装接合器的近端具有被配置为与所述凸接合部配合的凹接合部，所述安装接合器在所述安装接合器的近端与远端之间设置有流体通道，所述流体通道经由所述阀与所述输入部流体连通，并且所述安装接合器在所述凹接合部中具有座支撑面，所述座支撑面被配置为通过与所述阀座的底面接触而支撑所述阀座的底面；以及在移除所述材料之后，将所述安装接合器附接至现有的所述高压喷射器的远端，其中，所述安装接合器附接为使得所述凸接合部布置在所述凹接合部内并且使得所述座支撑面通过与所述阀座的底面接触而支撑所述阀座的底面。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：提供具有近端和远端的孔板，所述孔板包括至少一个板孔，所述板孔布置在所述孔板的近端与远端之间；以及将所述孔板附接至所述安装接合器的远端，其中，所述孔板附接为使得至少一个所述板孔与所述安装接合器的所述流体通道流体连通。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述安装接合器具有与所述安装接合器的远端相邻的腔，所述腔与所述安装接合器的所述流体通道流体连通。4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述孔板附接至所述安装接合器时，所述安装接合器的所述腔设置在至少一个所述板孔与所述安装接合器的所述流体通道之间，使得至少一个所述板孔经由所述安装接合器的所述腔与所述安装接合器的所述流体通道流体连通。5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述方法改进了现有的所述高压喷射器的所述流体流速。6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述方法改进了现有的所述高压喷射器的所述流体喷射图案。7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述方法改进了现有的所述高压喷射器的所述流体流速和所述流体喷射图案。8.根据权利要求1所述的方法，其中，现有的所述高压喷射器是汽油直接喷射器。9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式中的至少一种来移除所述材料：(a)机加工；(b)磨削；以及(c)它们的任意组合。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述座支撑面与所述阀座的底面的至少一部分接触。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述座支撑面基本上与所述阀座的整个底面接触。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸接合部的一部分布置在所述凹接合部内。13.根据权利要求1所述的方法，其中，基本上整个所述凸接合部布置在所述凹接合部内。14.根据权利要求1所述的方法，其中，在移除所述材料之后，所述安装接合器通过干涉配合附接至现有的所述高压喷射器。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述干涉配合在所述凹接合部的内表面的至少一部分与所述凸接合部的外表面的至少一部分之间。16.根据权利要求1所述的方法，其中，在移除所述材料之后，所述安装接合器通过焊接操作提供的焊接部...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·S·洛斯克鲁达托，奥萨南·L·巴罗斯·内托，
申请(专利权)人：秘方能源私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG