[发明专利]改进传统直接喷射器的方法和改进的喷射器组件

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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(pintle shaft，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。