專利名稱：帶有噴射器安裝與冷卻布置的發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將高壓燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃料噴射器，以及具有用于在操作期間冷卻該噴射器的冷卻布置的發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)通常均包括需要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑帶走多余熱量而進(jìn)行冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)本體，例如發(fā)動(dòng)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋。許多發(fā)動(dòng)機(jī)還包括燃料噴射器，所述燃料噴射器安裝在各自的噴射器安裝孔內(nèi)并包括用于將燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)以用于燃燒的噴嘴組件。包括噴嘴組件的燃料噴射器暴露在非常高的溫度下，所以需要進(jìn)行冷卻。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑和在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋內(nèi)的噴射器附近的噴射燃料的物理分離在制造/組裝方面遇到挑戰(zhàn)，并可能增加可靠性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包括噴射器的內(nèi)燃機(jī)，噴射器包括具有外表面的噴射器保持器和定位在噴射器保持器內(nèi)的噴嘴組件。氣缸蓋包括上密封部、下密封部以及用于容納所述噴射器的噴射器安裝孔。上密封件被定位在上密封部和噴射器保持器之間以形成流體密封。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道形成在氣缸蓋內(nèi)以接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑，從而從氣缸蓋帶走熱量。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道通入安裝孔并與其流體連通，從而導(dǎo)致冷卻劑通道中的冷卻劑接觸噴射器保持器的外表面。下密封件被定位在下密封部和噴射器保持器之間以形成流體密封。本發(fā)明還涉及一種包括噴射器的內(nèi)燃機(jī)，噴射器包括容納用于噴入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料的噴射器本體，其中噴射器本體包括噴射器支撐件和被定位在該噴射器支撐件內(nèi)的噴嘴組件。該噴射器支撐件包括環(huán)形外表面和面對(duì)噴嘴組件的環(huán)形內(nèi)表面。氣缸蓋包括下密封部和用于容納噴射器的噴射器安裝孔。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道形成在氣缸蓋內(nèi)以接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑從而從氣缸蓋帶走熱量。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道通入安裝孔并與其流體連通，從而導(dǎo)致冷卻劑通道中的冷卻劑接觸噴射器支撐件的環(huán)形外表面。通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)示范實(shí)施例的下述詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更明顯。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中噴射器的下部的部分剖視圖，示出了圍繞噴射器的氣缸蓋澆鑄部分和與噴射器間隔并且分開的燒鑄式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中噴射器的下部的部分剖視圖，示出了用于容納噴射器并防止冷卻劑與噴射器接觸的壓入式套管；圖3是本發(fā)明的示范實(shí)施例的噴射器下部和噴射器安裝與冷卻布置的部分剖視圖；圖4是本發(fā)明另一個(gè)示范實(shí)施例的噴射器下部和噴射器安裝與冷卻布置的部分首丨J視圖;圖5是溫度與離開噴嘴末端的距離的圖形，示出了噴嘴末端溫度。
具體實(shí)施例方式申請(qǐng)人:意識(shí)到，在噴射器噴嘴周圍的燃料與冷卻劑分離的常規(guī)方法會(huì)降低噴嘴到冷卻劑的熱傳遞效率，從而導(dǎo)致運(yùn)行中噴嘴末端溫度升高。期望具有降低的噴嘴溫度，以有利于減少噴射孔結(jié)焦、噴嘴碳化以及噴嘴空穴化。通過(guò)使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑與噴射器噴嘴組件直接物理接觸，本發(fā)明的布置能增強(qiáng)對(duì)噴嘴組件的冷卻，因此提高了可靠性，同時(shí)也簡(jiǎn)化了制造程序。本發(fā)明的布置還避免了對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋中的能分離噴射器噴嘴周圍的冷卻劑和燃料的結(jié)構(gòu)或附加部件的需求。圖1示出了常規(guī)噴射器組件的例子，包括被定位在發(fā)動(dòng)機(jī)主體(即，氣缸蓋13)內(nèi)的安裝孔11中的噴射器本體10。噴射器本體10包括筒管12和噴射器噴嘴組件14，噴射器噴嘴組件包括被用于將噴射器噴嘴組件14連接到筒管12的保持器16。冷卻通道22澆注在氣缸蓋13內(nèi)、圍繞噴嘴組件14并且位于在安裝孔和排出口之間。該設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑能在噴嘴組件附 近流動(dòng)、但通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)主體/氣缸蓋與噴射器隔開，因此冷卻劑不會(huì)直接接觸噴射器本體(即，保持器16)的外表面。圖2示出了類似于圖1的常規(guī)組件的另一種常規(guī)噴射器組件的例子，不同之處在于，與噴射器分離的壓入套管24在噴射器被插入之前先被插入安裝孔內(nèi)。套管24的內(nèi)端與氣缸蓋的形成安裝孔的內(nèi)環(huán)形壁形成過(guò)盈配合，從而形成流體密封，同時(shí)套管24的外端包括與氣缸蓋接合的密封。通過(guò)這種方式，形成在氣缸蓋內(nèi)的冷卻劑通道26與直接包圍噴嘴組件14的空間流體隔離，而不是通入所述空間中。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑被允許接觸定位成與噴射器具有隔開距離的套管24外側(cè)，但是不允許冷卻劑接觸噴嘴組件14(即，保持器)，所以允許壓入套管的內(nèi)側(cè)的燃料位于保持器和套管之間。但是，這種壓入套管可能發(fā)生泄漏，并導(dǎo)致燃料至冷卻劑的污染。圖1或圖2中示出的例子都不能使得噴射器噴嘴被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑有效冷卻，這是因?yàn)閺膰娮斓桨l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的熱傳遞路徑是間接的和低效的。圖3和圖4示出了本發(fā)明的布置的示范實(shí)施例的例子，所述布置包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體50 ( S卩，氣缸蓋)，其中形成有安裝孔52，以及被定位在安裝孔52內(nèi)的燃料噴射器組件54。圖3和圖4中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的特征。冷卻劑通道56形成在氣缸蓋50中，優(yōu)選圍繞安裝孔52環(huán)形地延伸，從而通入安裝孔52并與其流體連通。冷卻劑通道56從安裝孔52橫向向外地以及沿安裝孔52軸向地延伸，從而形成用于接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑并引導(dǎo)冷卻劑圍繞燃料噴射器組件54的一容積。在該示范實(shí)施例中，燃料噴射器組件54包括噴射器本體60，所述噴射器本體包括噴射器筒管62和噴嘴組件64，噴嘴組件包括保持到噴射器本體的其他部分上的保持器66。在該示范實(shí)施例中，保持器66與筒管62螺紋式地接合，從而通過(guò)保持器66和筒管62簡(jiǎn)單的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)以壓縮抵接關(guān)系保持噴嘴組件64和筒管62。雖然只有圖4示出了噴嘴組件64和筒管62的細(xì)節(jié)，但是同樣的特征也可存在于圖3的實(shí)施例中。在圖4的示范實(shí)施例中，噴射器組件54還包括燃料傳輸回路68，其用于輸送燃料通過(guò)噴射器腔然后到達(dá)形成于噴嘴殼體64上的多個(gè)噴射器孔28，以將燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)燃燒室內(nèi)。噴嘴組件64包括噴嘴殼體65、中間膛孔67、以及噴嘴閥元件72，所述噴嘴閥元件72被往復(fù)式地安裝在噴射器腔中并伸入中間膛孔67中，用于打開和關(guān)閉噴射器孔28從而控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的噴射燃料流。具體地，噴嘴閥元件72可在打開位置和關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)，在打開位置中，燃料流過(guò)噴射器孔28進(jìn)入燃燒室，在關(guān)閉位置中，噴嘴閥元件72的內(nèi)端被定位成以密封的方式抵靠在形成于噴嘴殼體64上的閥座上，從而阻止燃料流過(guò)噴射器孔28。噴嘴組件64(即，噴射器保持器66)在一側(cè)(外表面73)與發(fā)動(dòng)接冷卻劑直接接觸，在另一側(cè)(內(nèi)表面75)與噴嘴組件和燃料中的至少一個(gè)直接接觸，因此提供從噴嘴組件64到冷卻劑通道56中發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的直接熱傳遞路徑。而且，噴嘴殼體的靠近筒管62定位的外側(cè)遠(yuǎn)端也被沿著噴射器的縱向軸線軸向地定位在上密封件76和下密封件80、82之間，從而在噴嘴組件的大部分區(qū)域上提供冷卻劑。這種無(wú)套管的噴射器安裝與冷卻布置不需要高成本和有挑戰(zhàn)性的壓入式套管和/或圍繞噴射器安裝孔并與噴射器安裝孔隔開的澆注冷卻通道。發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋50包括完全圍繞也形成在氣缸蓋內(nèi)的噴射器安裝孔52環(huán)形延伸并通入所述噴射器安裝孔52中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道56。組裝好的燃料噴射器組件54，連同附接(螺紋式接合)于噴射器筒管62從而連接所述筒管和噴嘴組件的噴嘴組件64的噴射器保持器66，被插入噴射器安裝孔52內(nèi)。形成所述安裝孔52 —部分的氣缸蓋50包括上密封部74，所述上密封部相對(duì)于噴嘴組件64(即，保持器66)的外表面73確定大小從而形成過(guò)盈配合。上密封件76被定位在該過(guò)盈配合處，從而產(chǎn)生流體密封。氣缸蓋50還包括下密封部(即環(huán)形臺(tái)78)，借助噴嘴組件64 (即，保持器66)，由未示出的噴射器安裝系統(tǒng)所產(chǎn)生的軸向噴射器安裝作用力被施加在該下密封部上。如圖3所示，下密封件80被安裝在保持器66的下遠(yuǎn)端部和環(huán)形臺(tái)78之間，從而流體密封安裝孔52的下端。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道56是安裝孔的延續(xù)，并且徑向向外延伸，所以沒(méi)有氣缸蓋部分阻止冷卻劑在噴嘴組件(即，保持器)的大部分外表面區(qū)域上流動(dòng)。噴嘴組件的在上下密封件之間的基本上整個(gè)外表面(即，至少80% )都暴露并與冷卻劑接觸，所以增強(qiáng)了噴射器噴嘴組件的冷卻。冷卻劑通道和安裝孔的形狀允許冷卻劑接觸下密封件80的外環(huán)部和保持器66的橫向遠(yuǎn)端面，從而進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻。因此，安裝孔沿保持器密封第一位置和第二位置，同時(shí)冷卻劑在鄰近噴射器噴嘴組件的密封件之間的區(qū)域中沖擊保持器。圖4的實(shí)施例與圖3的實(shí)施例區(qū)別在于，剖面是沿不同平面剖切的所以示出了冷卻劑通道的更多部分，并且下密封件80被具有凸緣密封部84和沿噴嘴殼體65的部分的內(nèi)端延伸的環(huán)形冷卻套管部86的整體密封冷卻套管82取代。所述凸緣密封部84被定位在保持器66和氣缸蓋之間從而形成密封。在替代實(shí)施例中，保持器可以和噴嘴殼體65整體形成單件部件。保持器還可以在軸向上比本文公開的更短，無(wú)論是整體形成還是作為分離部件，所以冷卻劑直接接觸噴嘴殼體65的外部環(huán)形表面，同時(shí)下密封80被定位在噴嘴殼體65和氣缸蓋之間。雖然本發(fā)明的噴射器安裝與冷卻布置在本文中是結(jié)合圖4所示的關(guān)閉的噴嘴噴射器組件進(jìn)行描述的，所述噴嘴噴射器組件具有一組特定燃料通道以給噴射器孔輸送燃料以及特定形狀噴嘴閥元件，但是本布置可以用于任何類型的具有暴露在高溫下并安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主體的安裝孔內(nèi)的噴嘴組件的噴射器。所述噴射器由任意類型的致動(dòng)器(比如螺線管式、壓電式致動(dòng)器等等)操作，且可以被直接地、伺服地或其他形式地致動(dòng)。噴嘴閥元件可以被完全地定位在噴嘴組件內(nèi)或向外延伸到噴射器的其他部分內(nèi)。例如，典型的噴射器可以包括美國(guó)專利6，837，221和7，334，741中所披露的，這兩篇文獻(xiàn)的所有內(nèi)容通過(guò)引用納入本文。熱力有限元分析顯示，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中噴嘴末端溫度比圖1和圖2的常規(guī)帶套管方案可降低60-70°C。流體分隔件(如圖1所示)或套管(如圖2所示)的省略還可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)成本。具體地，參見圖5，熱力分析顯示本發(fā)明的無(wú)套管噴射器布置相比圖1和2的常規(guī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)提供了增強(qiáng)的冷卻。另外，當(dāng)與圖4所示的噴嘴冷卻套管組合使用時(shí)，甚至可能獲得進(jìn)一步的溫度下降。發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度根據(jù)立法者和消費(fèi)者需求處于上升的趨勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)部件(比如燃料噴射器)上的熱負(fù)載通常會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度一起增加。噴射器噴嘴末端溫度可能增加超過(guò)材料極限，而且高的末端溫度可能帶來(lái)不想要的效果，比如碳化或積炭。通過(guò)有效地控制噴嘴溫度，與本發(fā)明一致的實(shí)施例基本消除了噴嘴溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度的限制，從而獲得一種改良的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。雖然已經(jīng)示出和描述了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變、改動(dòng)和其他應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括 噴射器，所述噴射器包括具有外表面的噴嘴組件； 氣缸蓋，所述氣缸蓋包括上密封部、下密封部以及用于容納所述噴射器的噴射器安裝孔； 上密封件，所述上密封件被定位在所述上密封部和所述噴嘴組件之間以形成流體密封；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道，所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道被形成在所述氣缸蓋內(nèi)以接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻齊 ，以便從所述氣缸蓋除熱，所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道通入所述安裝孔并與所述安裝孔流體連通，從而導(dǎo)致所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑接觸所述噴嘴組件的所述外表面；以及下密封件，所述下密封件被定位在所述下密封部和所述噴嘴組件之間以形成流體密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述下密封件包括與所述冷卻劑接觸的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述下密封件包括凸緣，所述凸緣定位在所述噴嘴組件和所述氣缸蓋之間以形成密封；以及環(huán)形套管，所述環(huán)形套管從所述凸緣延伸而圍繞所述噴嘴組件的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括具有在所述上密封件和所 述下密封件之間的軸向范圍的外部環(huán)形表面，其中，所述軸向范圍的至少80%被暴露至所述冷卻劑通道，以與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括被定位在所述下密封件附近的下遠(yuǎn)端部，所述下遠(yuǎn)端部與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括保持器以及定位在所述保持器內(nèi)的噴嘴殼體，所述下遠(yuǎn)端部包括橫向遠(yuǎn)端表面，所述橫向遠(yuǎn)端表面相對(duì)于所述噴射器的縱向軸線橫向地延伸并且限定所述保持器的遠(yuǎn)端，所述橫向遠(yuǎn)端表面的一部分與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述上密封部的尺寸設(shè)定成與所述噴嘴組件形成過(guò)盈配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括保持器、定位在所述保持器內(nèi)的噴嘴殼體、形成在所述噴嘴殼體內(nèi)的噴嘴孔、以及定位在所述噴嘴孔內(nèi)的噴嘴閥元件，所述保持器與所述噴嘴殼體接合從而將所述噴嘴殼體保持到位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴射器包括筒管，所述噴嘴組件連接到所述筒管以保持到所述筒管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括噴嘴殼體，所述噴嘴殼體包括內(nèi)遠(yuǎn)端和外遠(yuǎn)端，所述噴嘴殼體的所述外遠(yuǎn)端被定位在所述上密封件和所述下密封件之間。
11.一種內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括 噴射器，所述噴射器包括容納用于噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的噴射器本體，噴射器本體包括筒管和定位在所述筒管附近的噴嘴組件，所述噴嘴組件包括環(huán)形外表面和環(huán)形內(nèi)表面；氣缸蓋，所述氣缸蓋包括下密封部以及用于容納噴射器的噴射器安裝孔； 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道，所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道被形成在所述氣缸蓋內(nèi)以接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻齊 ，以便從所述氣缸蓋除熱，所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道通入所述安裝孔并與所述安裝孔流體連通，從而導(dǎo)致所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑接觸所述噴嘴組件的所述環(huán)形外表面；以及 下密封件，所述下密封件被定位在所述下密封部和所述噴嘴組件之間以形成流體密封，所述下密封件包括與所述冷卻劑接觸的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括上密封件，其中所述噴嘴組件包括噴嘴殼體，所述噴嘴殼體包括內(nèi)遠(yuǎn)端和外遠(yuǎn)端，所述噴嘴殼體的所述外遠(yuǎn)端被定位在所述上密封件和所述下密封件之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述下密封件包括凸緣，所述凸緣定位在所述噴嘴組件和所述氣缸蓋之間以形成流體密封；以及環(huán)形套管，所述環(huán)形套管從所述凸緣延伸而圍繞所述噴嘴組件的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括被定位在所述下密封件附近的下遠(yuǎn)端部，所述下遠(yuǎn)端部與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述下遠(yuǎn)端部包括橫向遠(yuǎn)端表面，所述橫向遠(yuǎn)端表面相對(duì)于所述噴射器的縱向軸線橫向地延伸并且限定所述噴嘴組件的遠(yuǎn)端，所述橫向遠(yuǎn)端表面的一部分與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述氣缸蓋包括上密封部，所述上密封部的尺寸設(shè)定成與所述噴射器形成過(guò)盈配合。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述噴嘴組件包括保持器、定位在所述保持器內(nèi)的噴嘴殼體、形成在所述噴嘴殼體內(nèi)的噴嘴孔、以及定位在所述噴嘴孔內(nèi)的噴嘴閥元件，所述保持器與所述噴嘴殼體接合從而將所述噴嘴殼體保持到位。
全文摘要
提供一種內(nèi)燃機(jī)，包括具有噴射器本體的噴射器，噴射器本體包括具有環(huán)形外表面的噴嘴組件。氣缸蓋包括下密封部以及用于容納噴射器的噴射器安裝孔。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道，其被形成在所述氣缸蓋內(nèi)以接收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑，從而從所述氣缸蓋除熱。所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通道通入所述安裝孔并與其流體連通，從而導(dǎo)致所述冷卻通道內(nèi)的冷卻劑接觸所述噴嘴組件的所述環(huán)形外表面。下密封件被定位在所述下密封部和所述噴嘴組件之間以形成流體密封。
文檔編號(hào)F02M53/00GK103069149SQ201180039507
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者L·L·佩特爾斯, J·托克索伊, L·悌克 申請(qǐng)人:康明斯知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司