CN100366891C - 用于内燃机的燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

用于内燃机的燃料喷射阀，具有一个阀体(1)，在该阀体中在一个孔(3)内设有一个柱塞形式的阀针(5)。该孔(3)在其燃烧室侧端部由一个阀座(9)构成边界，该阀座与一个构成在阀针(5)上的阀密封面(7)配互作用，由此通过阀针(5)的纵向运动来控制构成在阀体(1)的燃烧室侧端部上的至少一个喷射口(11)的打开。在阀密封面(7)和/或阀座(9)上构造了一些微凹陷(32；35；38)。

Description

用于内燃机的燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射阀，

背景技术

这种燃料喷射阀已由现有技术公开，例如已由公开文献DE 196 18650 A1公开。在一个阀体中构造有一个孔，在该孔中可纵向移动地设有一个柱塞形状的阀针，阀针在其燃烧室侧端部具有一个阀密封面。在燃烧室侧端部，该孔由一个阀座构成边界，阀针的阀密封面与阀座配合作用及由此通过其纵向运动控制至少一个喷射口的打开，该喷射口被构成在阀体的燃烧室侧端部上。

阀座及阀密封面至少基本上被构成锥形的。在燃料喷射阀短的打开时间上阀针必需以很大的力运动，以便达到相应小的开关时间。由此使阀针达到高速度，借助该速度在闭合运动时它用阀密封面撞击到阀座上。尤其是在所谓共轨(Common-Rail)喷射系统上，例如由DE 19827 267 A1所公开的，由此对阀座及阀针产生高的要求，以便使燃料喷射阀具有高寿命及在整个工作寿命期间达到尽可能相同的喷射特性。

阀针在所述孔中的运动例如通过对阀针在向着阀座的方向上作用一个闭合力来产生。作用在阀针上的与闭合力相反方向的打开力通过对阀针加载带压力的燃料来得到，其中阀密封面的一部分在这里也承受一个液压作用的力。在迄今公开的燃料喷射阀上在工作中引起配合面的磨损，即阀密封面及阀座随着时间彼此补偿及改变了阀密封面的液压作用的部分面。由此使喷射不再是最佳的并可引起废气排放的增加。

在共轨燃料喷射阀的高压区域-阀座区域也属于该高压区域-中，作为喷射过程的结果通常引起压力振荡。由此在两次喷射之间在阀座及阀密封面上出现振荡力，它被叠加在由持续作用的高压引起的高的恒定基本负荷上。由此在阀密封面与阀座之间出现了磨损，这就不利地影响了燃料喷射阀的寿命。

发明内容

根据本发明，提出了一种用于内燃机的燃料喷射阀，具有一个阀体，在该阀体中，一个柱塞形式的阀针设置在一个孔内；所述燃料喷射阀具有一个阀座，该阀座被构造在所述孔的燃烧室侧的端部上，并且该阀座与一个构造在阀针上的阀密封面配合作用，由此通过阀针的纵向运动来控制构成在阀体的燃烧室侧端部上的至少一个喷射口的打开，其中：阀密封面和/或阀座具有一些微凹陷。

相比之下，本发明的具有上述方案特征的燃料喷射阀具有其优点，即该燃料喷射阀具有改善的燃料喷射量的漂移特性及具有更长的使用寿命。阀针的阀密封面和/或阀座在接触区域中具有微凹陷，它们将导致在高负荷区域中阀座与阀针之间润滑的改善。通过微凹陷-它在整体上构成一个微结构-的有目的地适配于与摩擦学相关的负荷，将使阀座的磨损减小及由此提高喷射系统的使用寿命。

在根据本发明的主题的一个优选构型中，这些微凹陷被构造成一些单个的、彼此分开的小盆状坑。当各个小盆状坑的直径例如为5μm，及它们也以5μm的间隔布置成一个矩形栅格时，则可构成多至每平方毫米(mm²)10.000个润滑剂储存坑。在小盆状坑的直径大时每面积单位具有相应少的坑。这些小盆状坑的布置也可这样地优化，即这些小盆状坑在阀密封面或阀座的圆周方向上彼此间的距离不同于在纵向上的距离。

在另一有利的构型中这些微凹陷被构成为一些槽或槽弧段，它们或是彼此分开或是部分地重叠或相交。在此情况下有利的是，这些槽延伸在阀针的阀密封面和/或阀座的整个圆周上，这可简单地被制造。

由于这些微凹陷的深度小，它们可用各种方法构造在阀元件的密封面上。例如对此适于使用激光加工，硬车削，由火花或平版印刷方法来制造。借助这些方法可成本合适地及在很短时间上制造出大量的润滑剂存储坑。

本发明主题的其它优点及有利构型可从说明书及附图中得知。

附图说明

在附图中表示出本发明的燃料喷射阀的各个实施例。附图为：

图1：一个燃料喷射阀的基本区域的纵剖视图，

图2：图1中由II表示的区段的一个放大图，

图3a，3b及图3c：图2中由III表示的区段的不同实施例的放大图，及

图4：与图2相同的视图，具有构成微凹陷的槽。

具体实施方式

图1表示本发明燃料喷射阀的一个实施例的、其基本区段的纵剖视图。在一个阀体1中构造有一个孔3，在该孔中可纵向移动地设有一个柱塞形式的阀针5。这里阀体1被安装在一个在图中未示出的内燃机中，以致阀体用其燃烧室侧的端部伸入内燃机的燃烧室中或构成燃烧室壁的一部分。阀针5在背离燃烧室侧具有一个导向区段15，该导向区段在孔3的导向区域23中密封地导向。从导向区段15出发阀针5向着燃烧室方向变细并构成一个压肩13，该压肩在阀针5的整个圆周上环绕着阀针。阀针5在其燃烧室侧端部过渡成一个基本上锥形的阀密封面7，它与阀座9配合作用，阀座也基本上构成锥形及它在孔3的燃烧室侧端部构成该孔的边界。在阀座9中构造有至少一个喷射孔11，它使阀座9与内燃机的燃烧室相连接。在阀针5与孔3的内壁之间构成一个压力腔19，该压力腔在压肩13的高度上被在径向上扩宽，其中一个构成在阀体1中的输入通道25通到该径向扩宽部分中。通过该输入通道可将高压下的燃料注入到压力腔19中，燃料将流过压力腔19一直到达阀座9。

通过一个在图中未示出的装置使一个恒定的或可随时间变化的关闭力施加在阀针5的背离燃烧室的端部上，由此使阀针5受压并用其阀密封面7靠置在阀座9上。与该闭合力反向地作用着通过压力室19中的燃料压力作用在压肩13上及作用在阀密封面7的一些部分上的液压力。为了控制阀针5在孔3中的纵向运动将使用这两个力。如果作用在阀针5上的液压力超过闭合力，则阀针5用其阀密封面7从阀座9上抬起，及燃料从压力室19通过这些喷射口11流到内燃机的燃烧室中。如果闭合力增高或液压力减小，则阀针5上的闭合力占优势，及阀针5用其阀座面7又靠置到阀座7上，由此使这些喷射口11闭合。

图2表示图1中用II表示的区段的放大图，即燃料喷射阀的阀座区域的放大图。阀密封面7被分成两个锥面，它们中第一锥面107直接连接在阀针5的圆柱形区段上，而第二锥面207与第一锥面107相交界及构成阀针5的尖端。第一锥面107具有比第二锥面207小的张角，以致在两个锥面107及207的过渡处构成一个密封边缘30。阀座9具有一个张角(ffnungswinkel)，该张角大小处在第一锥面107的张角与第二锥面207的张角大小之间，由此在阀针5的闭合位置上密封边缘30与阀座9形成接触。这些喷射口11-它们中通常多个分布地设置在阀体1的圆周上-设置在密封边缘30的下游，由此它们可通过阀针5闭合。

阀针5的开关时间很短，因为在快速运行的内燃机上-如使用在轿车中的内燃机-每分钟可发生2000次以上的喷射，喷射过程仅持续1ms。因此作用在阀针5上的力大及加速度大，这可使阀针5以大的速度撞击在阀座9上，其中在燃料喷射阀工作时密封边缘30撞入到阀座9中少许，由此形成阀密封面7与阀座5之间的配合。因此阀密封面7与阀座9在机械上受到特别强的负荷。一方面，阀体1的阀座区域不能太硬，以避免该区域中的破裂。另一方面，密封边缘30在工作中不能过多地撞入阀座9中，因为这样使阀密封面7的由压力腔19中的燃料加载的部分面改变及由此使阀针5抵抗闭合力在打开方向上运动的压力改变。该打开压力的改变也引起整个打开动态特性的改变，以致不能保证精确的喷射。

在其中在压力腔内及由此阀座2上存在持续燃料高压的喷射阀中，还由压力振荡产生出另一负荷。通过阀针的闭合使压力腔中的向着阀座流动的燃料被突然制动，以致使动能转换成压缩功及由此出现一些压力振荡，这导致了阀座及阀密封面的区域中的一个周期性负荷。以此方式受到负荷的燃料喷射阀主要使用在共轨喷射系统中。此外，在其中阀针上的闭合力通过一个控制室中的液压压力产生的燃料喷射阀中，在该控制室中产生出一些压力振荡，这同样可导致在闭合位置中阀针上的周期性的力。

为了减小阀密封面7与阀座9之间的交界面上的磨损及由此提高使用寿命，本发明提出，在阀座9或在阀密封面7上构造一些微凹陷。图3a表示第一实施例，其中表示出阀密封面7的一个放大的片段，该片断在图2中用III表示。阀密封面7被一些小盆状坑32所覆盖，它们个体地构成及彼此隔开。这些小盆状坑32是圆形的微凹陷，它们在该例中以矩形图案布置。小盆状坑32的深度为0.5μm至50μm，其中3μm至20μm的深度特别有利。小盆状坑具有5μm与100μm之间的直径b，其中10μm至50μm之间的大小被证明是特别有利的。小盆状坑32彼此间的距离a在5μm至500μm的范围中，但在一定情况下也可在该范围以外。

通过这些小盆状坑32在阀密封面7上保持着一个燃料-润滑膜，由此当阀针5闭合时，即当阀针靠置在阀座9上时，可保证这些部件之间的足够润滑。当通过燃料喷射阀的不同工作状态导致压力腔19中的一些压力振荡及导致阀座9的区域中阀体1的变形时，这样便可减小阀密封面7与阀座9之间的磨损。当这些小盆状坑32除阀密封面7外也构造在阀座9上时，可达到同样的、减小磨损的作用。也可考虑，仅在阀座9上构造小盆状坑32及由此构成微结构，但通常容易的是，在阀针5的阀密封面7上构成微结构，因为它易于接近。

图3b表示在阀密封面7中的一些微凹陷的另一实施例，其中所示的片段与图3a中的片断相同。这里构造了一些槽弧段35来取代小盆状坑，在该例中它们围绕一个中心同心地布置。这些槽弧段35提供一个优选的方向，由此使这些微凹陷的润滑作用可通过在阀密封面7上的适当定向被优化。并且这里可以考虑，这些槽弧段35也可设在或仅仅设在阀座9上，这将视哪种情况更有利于润滑作用或花费更小的成本而定。

图3c表示这些微凹陷的另一实施例，这里它们由一些槽38构成。所示的片断在其尺寸上相应于图3a及3b。这些槽38例如彼此平行地延伸及延伸在阀密封面7的切线方向上。图4中表示它们在第一锥面107上的一个例子。但也可考虑，这些槽彼此相交，如图4中在第二锥面207上所示出的。这里，通过这些槽38的定向、其宽度及深度也可调节润滑性能及由此使其优化。

这些微凹陷32，35，38的制造可用不同的技术来实现。例如对于槽38适于用精密车削，硬车削(Hartdrehen)或射束加工(Strahlbearbeitung)。小盆状坑32例如可通过微压花(Mikroprgen)、电火花加工或用平版印刷或电化学方法加工。同样的方法也适于用来制造这些槽弧段35。在阀密封面7或阀座9上施加了微结构后可考虑对表面后处理，例如可通过研磨、精磨或抛光来处理。具体选择哪种方法，这取决于这些微凹陷的类型、材料及待加工面的尺寸。

Claims (18)

1.用于内燃机的燃料喷射阀，具有一个阀体(1)，在该阀体中，一个柱塞形式的阀针(5)设置在一个孔(3)内；所述燃料喷射阀具有一个阀座(9)，该阀座被构造在所述孔(3)的燃烧室侧的端部上，并且该阀座与一个构造在阀针(5)上的阀密封面(7)配合作用，由此通过阀针(5)的纵向运动来控制构成在阀体(1)的燃烧室侧端部上的至少一个喷射口(11)的打开，其特征在于：阀密封面(7)和/或阀座(9)具有一些微凹陷(32；35；38)。

2.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)单个地及彼此分开地构成。

3.根据权利要求2的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)由一些小盆状坑(32)构成。

4.根据权利要求3的燃料喷射阀，其特征在于：从阀针(5)的圆周方向上看这些小盆状坑(32)彼此间具有小于阀针纵向上的间距。

5.根据权利要求3的燃料喷射阀，其特征在于：这些小盆状坑(32)在阀密封面(7)的圆周方向上彼此间具有比阀针(5)的纵向上大的间距。

6.根据权利要求2的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)彼此间具有在5μm与500μm之间的距离(a)。

7.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)由一些槽(38)构成。

8.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)由一些槽弧段(35)构成。

9.根据权利要求7或8的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)至少部分地相交。

10.根据权利要求7或8的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)延伸在围绕阀密封面(7)和/或阀座(9)的整个圆周的一些同心圆中。

11.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)至少部分地重叠。

12.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)具有在0.5μm与50μm之间的深度。

13.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)具有在5μm与100μm之间的宽度(b)。

14.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)通过射束加工，激光加工，硬车削，微压花，电火花或通过平版印刷或电化学方法来制造。

15.根据权利要求7的燃料喷射阀，其特征在于：这些槽(38)通过精密车削来制造。

16.根据权利要求14或15的燃料喷射阀，其特征在于：这些微凹陷(32；35；38)是在阀密封面(7)及阀座(9)的精加工后被施加上的，在被施加上这些微凹陷之后，这些面被通过研磨、精磨或抛光后处理。

17.根据权利要求12的燃料喷射阀，其特征在于：所述微凹陷的深度在3μm与20μm之间。

18.根据权利要求13的燃料喷射阀，其特征在于：所述微凹陷的宽度在10μm与50μm之间。

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