喷孔可变型燃料喷嘴 本发明涉及燃料喷嘴、特别涉及喷孔可变型燃料喷嘴。
对柴油机来说，降低低速、轻载荷区的氧化氮(NOx)量和高载荷区的烟量是极端重要的。为了降低低速、轻载荷区的氧化氮量，最好使用小直径喷孔作较长时间的燃料喷射而减小初始喷射率并通过加速燃料雾化来形成最佳燃烧条件；而为了降低高载荷区的烟量，最好使用大直径喷孔作短时的燃料喷射。
但是，现有的上述那类燃料喷嘴无法解决迄今所遇到的问题。
为了采取措施解决上述问题，有人提出了一种可变喷嘴，它设计成喷孔面积可变，且喷孔可用一致动器按需要转换。日本待审查专利No.昭60-36772提出的这类喷嘴为这样一种转换型喷嘴，它通过在轴向上移动一阀来控制各喷孔。
在该现有技术中，一喷嘴体前端部孔壁上的不同高度处设有第一组和第二组喷孔，而在该喷嘴该孔的轴线上有一穿孔。而且，一具有一台阶的滑阀插入在该穿孔中，从而使一杆部面对第二组喷孔的位置，且用一位于喷嘴体上方的致动器(电磁螺线管)沿轴向移动该滑阀。
但是，上述结构造成下列问题：由于该滑阀底端做成一承受发动机内部压力的表面，因此必须有足够大的控制力克服由发动机气缸中的压力造成的轴端动力才能把滑阀保持在其位置上。因此，不仅弹簧和致动器、而且喷嘴地尺寸都须做得很大。
现有技术所固有的另一个问题是，由于滑阀表面暴露在发动机气缸中，因此在气缸燃料燃烧形成的高温下会被卡死或由于自由碳的粘附和累积而无法稳定工作。
现有技术中的第一组和第二组喷孔的直径相同，针阀打开时从第一组喷孔喷出燃料，而在上举致动器和滑阀时第二组喷孔也通过杆部打开，从而同时从第一和第二组喷孔喷射燃料。因此，第一组喷孔在低载荷和高载荷时始终打开，这种情况下的问题是，由于各组喷孔无法分组控制，因此无法使各喷孔的直径可变而实现最佳雾化。
本发明即是要解决上述问题，本发明的目的是提供一种喷孔可变型燃料喷嘴，它的用来控制滑阀位置的装置体积小，该滑阀的工作平稳，从而确保由若干组喷孔进行的燃料喷射可按需要分组控制。
为了实现上述目的，本发明喷孔可变型喷嘴包括：
一具有一底孔的喷嘴体，该底孔把高压燃料引导到喷针座下方的喷针的前端部，该底孔侧壁在沿轴向不同的圆周高度上有若干组喷孔，不同圆周高度上的喷孔的直径互不相同；
一具有阀部的滑阀，该阀部穿过喷针的轴心，其前端部插入在该底孔中；在正常状态下它受一弹簧的推动，从而该阀部的底端抵靠该底孔的底面，该滑阀的阀部上有燃料通道，该燃料通道在该位置上时与一组喷孔相通，而当该阀部受到高压燃料的压力而克服该弹簧力发生轴向移动，而处于另一位置上时与另一组喷孔相通；以及
位于滑阀上部、把滑阀紧紧保持在上述两种位置上的制动装置。
按照本发明，底孔侧壁上沿轴向不同圆周高度处的若干组喷孔做成这样，在同一圆周高度上的喷孔的直径相同，而在不同圆周高度上的喷孔的直径不同。在正常状态下位于上端的弹簧把滑阀推动到一与孔底抵靠的位置(低位)，此时从轴心沿径向伸展的燃料通道与一组喷孔相通。当喷针打开时，滑阀受到高压燃料的压力而发生轴向移动，在此位置上(高位)该燃料通道与另一组喷孔相通。
但在发动机工作时，例如在低速、轻载荷和高速、重载荷时可迫使滑阀保持在该轴向位置上。
尽管下部一组的喷孔做成小直径，而上部一组的喷孔做成大直径，但在发动机工作在低速、轻载荷时可通过操纵制动装置而不使燃料压力上举滑阀，从而使滑阀保持低位。此时上部喷孔被滑阀的圆周面盖住，从而高压燃料只从小直径的下部喷孔组喷出，从而获得合适雾化的燃料喷射。
而且，当发动机在高速、重载荷时，当燃料压力上举滑阀时可操纵制动装置而把滑阀保持在上部位置上。此时下部喷孔组被滑阀圆周而盖住，从而燃料通道只与大直径的上部喷孔相通，从而大直径的上部喷孔喷出大量高压燃料。
滑阀只抵靠孔底或向上移动而不暴露在发动机的燃料室中。因此，不会因高温而发生卡死，从而可稳定地进行上述轴向移动而可保证长时期地稳定实现喷孔的转换喷射。
而且，喷射压力和弹簧力分别被用作向上和向下移动滑阀的力。由于通过制动滑阀的移动而把一喷孔组转换到另一喷孔组，因此易于对它们的位置实现控制。而且，由于滑阀并不穿过轴向上的孔，因此滑阀的移动和位置固定并不受由发动机气缸中的压力造成的轴向力的影响。因此，滑阀的位置可用小尺寸的机电元件控制，而且燃料喷嘴的尺寸也不用做得很大。
从下述结合附图的说明中可更清楚看出本发明的上述和其他目的和特征。
图1为本发明一实施例的喷孔可变型燃料喷嘴的直立剖面图；
图2A和2B为本发明该实施例喷嘴前端部的放大图，其中，图2A表示滑阀处于低位，图2B表示滑阀处于高位；
图3为表示下部喷孔按本发明实施例进行喷射的剖面图，其中未画出喷嘴的中部；
图4为表示上部喷孔按本发明实施例进行喷射的剖面图，其中未画出喷嘴的中部；
图5为图1中制动装置的局部放大剖面图；
图6为图1中制动装置的局部横截面图。
下面结合附图说明本发明一实施例。
图1到图6表示实现本发明的一喷孔可变型燃料喷嘴。
在图1中，标号1表示一喷嘴壳体；2表示通过一O形环200牢固并油密地装到该喷嘴壳体1顶端部的一头盖；3表示一由一固定螺母5连接到喷嘴壳体1上的喷嘴体；4表示一插入在喷嘴3中的喷针。
沿着喷嘴壳体1的中心轴线有三个垂直孔即第一到第三孔100a、100b、100c，这些孔从喷嘴壳体1的底端到顶端依次扩大。而且，一推杆101可滑动地装在第一和第二孔100a、100b之间的部位。此外，一旋入第三孔100c的内螺纹中的调节螺钉102装在第三与第二孔100c、100b之间的部位，一喷嘴弹簧103被紧压在调节螺钉102与推杆101之间。
喷嘴体3的外表面的纵向中部处有一与固定螺母5的溜口(套盖式)底面相配的台阶部30，喷嘴体3还有一穿过固定螺母5而位于台阶部30下方的主部31。此外，该主部31的前端处经过一锥形部形成一小直径喷孔部32。
另一方面，如图3和图4所示，喷嘴体3的轴线上从顶端到底端形成一与喷嘴壳体1的第一孔100a同轴的导孔300和一直径大于该导孔300的油室301。而且，油室301下方有一直径小于该导孔300的前孔302。此外，如图2A和2B所示，前孔302底端处有一锥形座表面303。而且，一用来引导高压燃料的底孔304与锥形座面303相连。
该底孔304包括一大直径孔304a和一直径小于该孔304a的轴孔304b。
喷嘴壳体1的一边上有一与一进油接头相连的高压燃料口104，它经喷嘴壳体1和喷嘴体3中的通孔105、305与油室301相通，从而高压燃料被引入油室。
喷针4的顶端与推杆101连接，而喷针4的外周面上装有一可在导孔300上滑动的引导部40，而且，该导引部40的端部有一用来承受油室301中燃料压力的锥形油压承受部42，并且如图2A和2B所示，该油压承受部42下方有一小直径轴部43，它与前孔302之间形成管状燃料通道A。该小直径轴部43的底端上有一可与座面303接靠或脱离的锥形座面44。
与轴孔304b相通的若干组喷孔位于围绕着底孔304的轴孔304b的喷孔部32的侧壁的若干圆周高度上。
按照本发明这一实施例，如图2A和2B所示，在一较接近喷孔部底面处的圆周高度上有一组上部喷孔34，而在轴向上离开上部喷孔组34的另一圆周高度上有一组下部喷孔35。上部和下部喷孔组34和35分别包括许多等距分布的喷孔340和350。
上部和下部喷孔组34和35相对于一与喷嘴轴线垂直的线段足够地向下倾斜；在同一高度上的各上部和各下部喷孔340和350的直径相同。但是，上部喷孔组34的直径与下部喷孔组35的直径不同。设定上部喷孔组340的各喷孔34的直径为d1，下部喷孔组的各喷孔35的直径为d2，则有d1＞d2。
一用来控制上部和下部喷孔34和35的关闭运动的滑阀7布置在从底孔304直到头盖2的中轴线上。
更确切地说，如图3所示，喷针4的中轴线上从底端到中部形成第一孔45a；从第一孔45a底端到推杆101顶端形成一直径小于第一孔45a的第二孔45b；在调节螺钉102中形成一与第二孔45b同轴且直径与第二孔45b相同的第三孔45c。
滑阀7有一精确地插入在闭合孔304的轴孔304b中而可在其中作轴向移动的阀部70(或称阀件)，该阀部70穿过喷针4而向下伸展。滑阀7的大直径中部71精确地插入在喷针4的第一孔45a中而可在其中作轴向移动，该中部离开阀部70一定距离。
而且，在大直径中部71与阀部70之间有一直径比第一孔45a足够小的小直径轴部72，而从大直径中部71端部向上有一小直径部73与第二和第三孔45b和45c于配合。
如此精密配合的大直径中部71可防止漏油并使其下表面710在受到油压时产生一方向向上的力。小直径部72除了形成一把高压燃料引导到上述下表面710处的通道外，还可依靠弹性变形吸收大直径部71的轴线与阀部70的轴线之间的偏差。
尽管阀部70和小直径部72最好与大直径中部71制成一体，但必要时阀部70和小直径部72也可与大直径中部71分开制造，而用焊接、压入配合或螺纹连接把它们连接成一体。
阀部70伸长到大直径孔304a中，从而其底面抵靠轴孔304b的底面，阀部70的外圆周面与大直径孔304a之间形成一在阀针4打开时与燃料通道相通的环状燃料通道B。而且，该阀部面对该环状燃料通道B的顶端部上有若干径向孔74，这些径向孔74还与阀部内的轴向燃料通道75相通。
因此，阀部70由于具有内部燃料通道75而呈管状，而且，管壁上有一可选择性地与喷孔部32的上部和下部喷孔组34或35相通的燃料通道76。
燃料通道76的高度必须这样：当阀部70接靠轴孔304b时它在一与下部喷孔组35相通的位置上(低位)。本发明这一实施例的燃料通道76包括一形成在阀部外圆周面上的横向环状凹槽760以及若干使该环状凹槽760与内部燃料通道75相连的径向孔761。这些径向孔761沿圆周等距分布。最好是，即使在加工滑阀7时在轴向上有一些误差，但该环形凹槽760的宽度却明显大于大直径喷孔组34中任何喷孔的直径，从而在喷油时该环状凹槽与该喷孔组完全相通。
一位于头盖2的弹簧8向下推动滑阀7而使其顶端部穿过喷嘴壳体1，从而在正常状态下使阀部70保持低住。而且，滑阀7的轴向位置由一紧固在头盖中的位置传感器14检测并由制动装置9按照发动机的运行状态保持在该位置上。
更确切地说，头盖2在一包括中轴线在内的部位有一用来封住调节螺钉102顶端部的空间21。另一方面，从头盖2的顶端到中间隔壁形成一溜口20，制动装置9即以压入配合紧紧抵靠溜口20的底面，一挡块11与制动装置9的顶面相配。滑阀7的小直径部73用一装在该中间隔壁的穿孔处的O形环201实现油密。
从挡块11的下表面向上有同轴的一大直径孔110和一小直径孔111，而从挡块上表面向下有一配合孔112。该配合孔112经过一小直径孔113与小直径孔111相通。
制动装置9为一机电装置，它不工作时允许滑阀7沿轴向移动，而在工作时强使滑阀保持其轴向位置。本发明这一实施例的制动装置9为压电致动型，尽管也可使用电磁致动型。
更确切地说，该制动装置9包括一盘形外壳90、一对装在该盘形外壳中的叠片压电件91和一对压板92，每一压板有一与滑阀7的小直径部的一段圆周面相合的压紧面。
如图5所示，圆盘形外壳90包括一直径大到可使滑阀7的小直径部73沿轴向移动的垂直孔900以及一与该垂直孔900垂直的横向孔901。
横向孔901中的压板92布置成面向滑阀7的小直径部73，而两叠片压电件91各布置在两压板92的后方。而且，对叠片压电件91进行定位和加压的塞头93用压入配合或螺纹连接之类方法装入横向孔901的两端。
叠片压电件91的电源线910在接到一外部控制器12的输出端之前从头盖2经两塞头引出或如图所示经挡块11引出。
一弹簧座13可沿轴向移动地插入在挡块11的大直径孔110中，滑阀的穿过盘形外壳90的垂直孔900的小直径部73紧固在弹簧座13上。弹簧8紧压在弹簧座13与小直径孔111的底面之间并用来经过弹簧座13下压滑阀7。弹簧8的位置须放置成这样，喷油时它的作用力使阀部70达到高位，而在任何喷油条件下不喷油时到达低位。
弹簧座13的表面与大直径孔110的底面之间有一用来调节滑阀7的行程的间隙c，间隙c的长度须设定成在滑阀7的阀部70达到高位时环状凹槽760与上部喷孔组34相通。
为了调节该间隙，挡块11外圆周上有一颈圈114，而颈圈114的下表面与头盖的表面之间放置一具有一定厚度的调节垫片16，然后用穿过颈圈114的固定螺钉115上紧头盖。
位置传感器14用来检测滑阀7的轴向位置(高位和低位)并用一夹具紧固在配合孔112中，此外一导体接至控制器12的输入端。
位置传感器14可以是非接触式，也可以是接触式。这两者的代表性例子分别为无触点开关和触点开关。位置传感器14的检测部140面向小直径孔113，一从弹簧座13表面中心伸出的轴部131可滑动地插入在小直径孔113中。
阀部的轴向位置信号从位置传感器14输入到控制器12的输入端，从表示发动机运行状态的传感器发出的任何其它信号也输入到控制器12。这类传感器包括用来检测发动机或燃料喷射泵的转数的传感器17(或转角传感器)、用于燃料喷射泵的齿条传感器之类的载荷传感器、油门打开度传感器等等。
而且，可按照先前积累的载荷和转数数据得出的图为控制器建立起程序，从而在空转和低速、轻载荷时在收到位置传感器14的信号后通过操纵制动装置9而使滑阀7保持低位，而在高速、重载荷时在收到位置传感器14的信号后通过操纵制动装置9后将滑阀7保持高位而使燃料通道76保持与上部喷孔组34相通。
顺便说一句，进行控制而使滑阀7从高位转换成低位的时间最好固定在发动机气缸中的压力不产生轴向力之时，也即发动机的进气或排气冲程之时，以便稳定由弹簧8造成的驱力。因此可让控制器12处理发自检测转数之用的传感器17的信号并在预定时刻停止对制动装置9的供电而实现这一定时。
尽管按照本发明这一实施例把喷孔直径的大小设定成上部喷孔组大于下部喷孔组，但也可使下部喷孔组的直径大于上部喷孔组。
尽管按照本发明这一实施例燃料通道76具有环状凹槽760，但也可省略环状凹槽而用数量和位置与上部和下部喷孔组相同的径向孔取代上部和下部喷孔组；这样做是有利的，因为可减少死体积。
尽管按照本发明这一实施例，相配合的叠片压电件9和压板92为一对，但本发明并不限于这一实施例，而可以是十字形的两对或互成120°角的三对。
下面说明本发明实施例的工作情况。
由于滑阀7在正常状态下被弹簧8下压，因此阀部70保持低位，此时燃料通道76与下部喷孔组35相通，而上部喷孔组34被阀部的外圆周面盖住，如图2A和图3所示。
高压燃料从燃料喷射泵(未画出)经管道被送到高压燃料口104并在向下流经环状燃料通道A之前经通道孔105、305压入油室301。
燃料压力同时作用在喷针4的位于油室301处的承压部42，当燃料压力达到一定喷射压力而克服喷嘴弹簧103的弹力时喷针4上举。从而底端部的座面44与喷嘴体3的座面303分离而阀打开。因此，高压燃料进入底孔304并从与滑阀7的阀部70相通的径向孔74流入内部燃料通道75。
同时，高压燃料流入滑阀7的小直径轴部72与喷针4的第一孔45a之间的的间隙中而上压大直径4间部71的下表面710；当该力大于头盖2中的弹簧8的弹力时，滑阀7在阀部70、轴孔304b、大直径中间部71和第一孔45a的引导下上举，直到弹簧座13抵靠挡块11的大直径孔110的底面，也即直到间隙c消失，从而使滑阀7的阀部70中的燃料通道76沿轴向移动到高位。
从而环状槽760与上部喷孔组34相通，而下部喷孔组被阀部70的外圆周面盖住。因此，高压燃料从内部燃料通道75流经大直径上部喷孔组34而喷入发动机气缸。
随着高压燃料的压力下降，喷针4打开，同时作用在滑阀7的大直径中间部71的下表面710上的举力减小，从而弹簧8的弹力下推滑阀7。从而阀部70回到低位。
由上述喷射压力造成的滑阀7的轴向移动由头盖2中的位置传感器14检测。
当滑阀7保持低位时，弹簧座13的轴部的前端如图3所示与位置传感器14的检测端140分开，而当滑阀7移到高位时，弹簧座13的轴部131的前端抵靠或十分接近位置传感器14的检测端140。
当这两种(开/关)信号送到一控制器12时，就能确定阀部70的轴向位置，即可确定燃料通道76信号上部还是下部喷孔位置上。
另一方面，用来表示发动机或燃料喷射泵的载荷和转数(或转角)的信号不断从传感器18和17送到控制器12。控制器12对有关阀部70的位置以及载荷或转数的数据进行处理并按需要供电给制动装置9，从而迫使滑阀7保持上部或下部喷孔位置，从而燃料从直径不同的喷孔喷出。
换言之，若发动机在低速、轻载荷下运行，则当从位置传感器14发出的信号确定阀部70处于低位时，控制器12发出信号对该对叠片压电件91供电。从而叠片压电件91在横向孔901中向圆心方向变形，从而压板92向前移动而抵靠滑阀7的小直径部73、即使如上所述喷射压力造成的举力作用在大直径中间部71的下表面上，但压板92造成的摩擦力阻止滑阀7作轴向移动，从而把滑阀保持在低位。
因此，如图2A和图3所示，阀部70的燃料通道76被保持在与下部喷孔组35相通的位置上。由于下部喷孔组35的各喷孔350为小直径，因此燃料压力提高而可加长排放时间。而且，燃料须雾化，从而适合于周边雾化。因此，燃料和空气可充分混合，从而降低了点火延迟率，从而Nox量减少。
另一方面，当发动机在高速、重载荷下运行时，控制器12发出信号，停止对制动装置9的该对叠片压电位的供电。从而叠片压电件的变形得到释放而恢复原来厚度。压板92不再压紧，滑阀7可作轴向移动，而且作用在大直径中间部71的下表面710上的喷射压力立刻上举滑阀7，从而阀部70移到高位。
当位置传感器14确证阀部70的这一移动时，控制器12发出一向制动装置9的该对叠片压电件91供电的信号。从而叠片压电件91变形，滑阀7被压板92卡住。从而不管阀针4是打开还是闭合，阀部70都保持高位。
因此，如图213和图4所示，燃料通道76保持与上部喷孔组34相通；由于上部喷孔组34的喷孔340的直径比下部喷孔组35的喷孔350大，因此按照发动机的运行状态大量燃料在短时间中喷入气缸。从而实现稳定而高输出的燃烧，从而烟量减少。顺便说一句，即使在发动机起动时，最好也用上部喷孔组进行燃料喷射。
当发动机2恢复低速、轻载荷运行时，制动装置9动作而停止供电，然后当位置传感器14确证阀部70停在低位时重新供电。最好在发动机的进气或排气冲程中照此实现控制而使上部喷孔组转换到下部喷孔组，而且气或排气冲程可由传感器17发出的表示发动机的转数或转角的信号加以确定。
尽管阀部70装在底孔304中，但它在任何喷射状态下都可移动，并不直接受发动机气缸中的压力造成的轴向力的影响，因此它不受发动机燃烧室所产生热量的影响，从而可确保阀部平稳地作轴向移动而不被卡死。
当不向制动装置9供电时，燃料靠燃料压力从小直径和大直径喷孔喷出，换言之，当燃料压力上举喷针4时首先使用下部喷孔组35的小直径喷孔喷油，然后当上举滑阀7时上部喷孔组34的大直径喷孔喷油。这一过程按照曲轴角度重复进行。
如上所述，按照本发明，若干喷孔组34和35位于喷嘴体3前端部底孔304侧壁上沿轴向不同圆周高度处，在不同圆周高度上的喷孔组34和35中的喷孔的直径互不相同。滑阀7的穿过喷针4的轴心的阀部70位于底孔304中；在正常状态下位于顶端的弹簧8下推滑阀7而使阀部的底端抵靠底孔的底面，并且阀部在高压燃料的压力作用下可沿轴向移动。阀部70中有一燃料通道76，其高度设置成在低位时与一喷孔组34相通，而在高位时与另一喷孔组35相通。而且，位于顶端的制动装置9根据发动机的运行状态而把滑阀牢牢固定在这二种轴向位置上。因此，设定喷孔的自由度大为提高，从而燃料可在制动装置9的控制下以多种孔径喷射。因此，本发明具有不仅在轻载荷时减少NOx量而且在重载荷时减少烟量的优良功能。而且，滑阀7的阀部70装在底孔304中，其轴向移动很少受发动机气缸中压力的影响。从而，制动装置9的尺寸可减小，并且不会因卡死而发生故障，结果可使用若干喷孔组而控制燃料的喷射。
上面说明了本发明一例示性优选实施例。但它并不是穷尽性的或把本发明仅仅限于上述形式，而是按照上述说明或在本发明应用时可作出种种修正或改动。该实施例的选用只是为了说明本发明的原理，熟悉本技术领域的人士可在实际应用中以各种实施例使用本发明，或按特殊应用作出种种改动。本发明的范围应由后附权利要求及其相当物限定。