CN100400850C - 内燃机的喷油嘴 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的喷油嘴，包括一阀体(1)，在阀体(1)中形成一孔(3)，该孔的内燃机侧的一端由锥形阀座(18)界定，从该阀座上引出至少一个喷油口(20)。一空心阀针(8)可纵向移动地设置在其孔(3)中并在朝向阀座(18)一端具有阀密封面(35)。在其阀密封面(35)上形成第一密封区域(31；34)和第二密封区域(32；46；48)，在空心阀针(8)抵靠在阀座(18)上时，至少喷油口(20)的第一密封区域(31；34)在上游且第二密封区域(32、46；48)在下游对至少一喷油口(20)起密封作用。

Description

内燃机的喷油嘴
技术领域
本发明涉及一种内燃机的喷油嘴。
背景技术
例如由DE 100 58 153 A1公开文献所公开的那样，这种喷油嘴具有一阀体，在其中形成一孔，该孔的燃烧室侧一端由阀座界定。在孔中设置活塞式阀针，阀针的燃烧室侧即朝向阀座的一端具有阀密封面，通过阀密封面使得阀针与阀座共同作用。由此，至少一喷油口被打开和封闭，喷油口从阀座上引出并在喷油嘴的安装位置通向内燃机的燃烧室。
燃料通常提前输入到压力腔中，压力腔在阀针和孔壁之间形成。至少在喷油过程中，在压力腔中建立高压，以便实现燃料的良好喷射，这对于有效和消除有害物质的燃烧过程是必要的。然而，在喷油过程中，喷油口必须被密封，这样，燃料不会不可控地进入燃烧室，这增加了有害物质散发。此外，经常发生所谓反喷的危险，即来自燃烧室中的燃烧气体通过喷射口进入喷油嘴并在此处改变状态，随后的喷油过程不能达到最佳。例如喷射很少的燃料，这会明显降低效率。此外，喷油时间点的改变会导致内燃机不稳定运行且增加有害物质的排放。
发明内容
根据本发明提供了一种内燃机的喷油嘴，包括一阀体和一个空心阀针，在阀体中形成一孔，该孔的内燃机侧的一端由一个阀座界定，从该阀座上引出至少一个喷油口，所述空心阀针可纵向移动地设置在孔中，并在朝向阀座的一端具有一个阀密封面。其特征在于：在阀密封面上形成第一密封区域和第二密封区域，其中空心阀针与阀座共同作用，使得在空心阀针抵靠在阀座上时，第一密封区域在所述至少一个喷油口的上游且第二密封区域在所述至少一个喷油口的下游在阀密封面和阀座之间起密封作用。
本发明喷油嘴的优点在于，喷油口在喷油间隔时被密封。对此，空心阀针的阀密封面具有两个密封区域，第一密封区域在喷油口的上游且第二密封区域在喷油口的下游在阀密封面和阀座之间起密封作用。通过两个密封区域密封喷油口的入口，燃料既不无法控制地进入燃烧室，又不会使燃烧室的燃烧气体通过喷油口进入喷油嘴。
通过下文可以获得本发明主题的优选实施方式。
在第一优选实施方式中，第一密封区域是锥面。由此，形成与阀座的面接触，这减小了表面压力和机械负荷。第二密封区域也可以按照这种方式形成。
如果密封面可以承受较高的压力，密封区域可以由棱构成。对此，第一密封区域在第一锥面相对于第二锥面的过渡区形成，其中锥面形成阀密封面的一部分。第二密封面也可以通过棱构成，优选的是，在阀密封面上形成第三锥面，在它与第二锥面之间形成环形槽。在环形槽到第三锥面的过渡区上具有比锥形阀座张开角大的张开角，这样形成一棱，它形成第二密封区域。也可以替代环形槽，在锥面之间形成另外两锥面，它们倾斜，由此形成盖住喷油口的环槽形凹口。这种实施方式比圆形环形槽容易加工，因为可以采用同一工具加工所有锥面。
特别优选的是，第二密封区域设置在第一密封区域的下游，在阀针关闭运动时，第一密封区域在第二密封区域之前抵靠在阀座上。对此，空心阀针的下游燃烧室侧的一端在第二密封区域抵靠在阀座上之后弹性向内变形，这有利于第一密封区域的抵靠。这样，在第一密封区域和第二密封区域形成高表面压力并由此形成对喷油口的可靠密封。为了减小影响并提高弹性变形，在空心阀针的第一密封区域的下游形成凹槽，通过它形成弹性密封唇。在密封唇上形成第二密封区域，它在第一密封区域之前抵靠在阀座上。密封唇容易弹性变形，这一方面确保密封，另一方面不会导致空心阀针变形或应力过大。
附图说明
下面参照附图描述本发明喷油嘴的不同实施例。其中：
图1示出了本发明喷油嘴的纵向断面图；
图2示出了图1用II表示部分的放大图；
图3示出了图2用III表示部分的放大图；
图4示出了图2用III表示部分的放大图；
图5示出了图2用III表示部分的放大图；
图6示出了图2用III表示部分的放大图；
图7示出了图2用III表示部分的放大图；
图8示出了与图3相同图示的另一实施例。
具体实施方式
图1示出了喷油嘴的纵向断面图。在阀体1中形成一个孔3，该孔3的燃烧室侧的一端由锥形阀座18界定。从阀座18上引出一外喷油口20和一内喷油口22，它们相对于孔3的纵向轴线7布置在不同高度上。通常在喷油嘴的圆周上形成相应多个喷油口，其中所有外喷油口20和所有内喷油口22相对于孔3的纵向轴线7分别布置在相同的高度上，以形成两列喷油口。喷油口20和22在喷油嘴的安装位置通向内燃机的燃烧室。
在孔3中可纵向移动地设置空心阀针8，它在远离燃烧室的孔3导向部分上密封地导向。从导向部分开始，空心阀针8通过形成的承压凸肩12逐渐变细直到阀座18并在朝向燃烧室侧且面对阀座18的一端过渡成阀密封面35，该密封面35基本呈圆锥形并通过它使空心阀针8与阀座18共同作用。在空心阀针8与孔3的壁之间形成一个压力腔14，它在靠近导向部分的区域径向加宽。一在阀体1中形成的输入通道16通入压力腔14的加宽部分，通过输入通道16向压力腔14施加高压燃料。
空心阀针18具有一纵向孔11，它与空心阀针8的纵向轴线对中地形成并在其整个长度上延伸。在其纵向孔11中可纵向移动地设置阀针10，该阀针10在其燃烧室端具有密封面42，通过该密封面42使阀针10与阀座18共同作用，以调节内喷油口22。阀针10在靠近阀座18的纵向孔11中的通过阀针10略微加粗的导向部分27导向。不仅空心阀针8的而且阀针10的远离燃烧室的一端被施加关闭力，关闭力朝着阀座18的方向并通过弹簧或液压装置产生。
图2示出了图1中用II表示的部分的放大图。空心阀针8与阀座18共同作用，使得在阀针8抵靠在阀座18上时，封闭外喷油口20。以类似的方式，阀针10在抵靠在阀座18上时封闭内喷油口22。
喷油嘴以下述方式工作：在喷油循环开始时，空心阀针8的阀密封面35和阀针10的阀密封面42抵靠在阀座18上。在压力腔14中形成高燃料压力，通过该压力的作用，液压开启压力作用到空心阀针8的承压凸肩12上。如果开始喷油，作用到空心阀针8上的关闭力减小，此时，液压开启力大于关闭力。由此，作用到空心阀针8上的力使得空心阀针8离开阀座18。外喷油口20被打开且燃料穿过密封面35与阀座18之间的压力腔14流到外喷油口20，穿过外喷油口20喷射到燃烧室中。阀针10暂且处于关闭内喷油口22的关闭位置。直到喷油口20、22的一部分打开时，燃料以例如对于提前喷油所需要的相对小的速率喷射。在空心阀针8从阀座18上提升后，燃料压力作用到阀针10上，这样，与关闭力反向的液压开启力也施加到阀针10上。一旦开启力起主导作用，阀针10也离开阀座18，由此，内喷油口22被打开。此时，燃料通过全部喷油口20、22以例如对主喷油所需要的很高的速率喷射。
也可以这样设置，作用到空心阀针8的关闭力保持恒定。在这种情况下，压力腔14中的燃料压力在喷油开始之前增加，直到不断增加的燃料压力通过作用到空心阀针8上的液压力作用大于关闭力。另外，也可以这样设置，阀针10通过相应大的关闭力保持关闭并使空心阀针8开启后回到关闭位置。这种喷油例如有助于与主喷油在时间上分开地提前或先导喷油。
图3示出了阀密封面35区域的空心阀针8的放大部分，其中该部分在图2中用III表示。阀密封面35具有第一锥面30、第二锥面31和第三锥面32，它们依次按向下流动方向在阀密封面35上形成。第一锥面30直接邻接第二锥面31，由此在过渡区形成一棱34。第一锥面30的张角a1小于第二锥面31的张角a2。第三锥面32的张角a3等于第二锥面31的张角a2，两锥面31、32处于共同的假想圆锥面上。在第二锥面31和第三锥面32之间形成一环形槽37，上游棱45和下游棱46在密封面35抵靠在阀座18上时处于外喷油口20的上游或下游。阀座18同样呈锥形并具有张角b，该张角b对于第二锥面31的张角a2和第三锥面32的张角a3。由此，在空心阀针8的关闭位置，形成第一密封区域的第二锥面31和形成第二密封区域的第三锥面32抵靠在阀座18上，使得外喷油口20相对于压力腔14并在内喷油口22上游方向密封。由于环形槽37较扁平且空心阀针8的两密封区域对环形槽37充分密封，通过外喷油口22在喷油嘴关闭时只有很小燃料量进入燃烧室。
图4示出了与图3相同的视图，它示出了另一实施例。其中第二锥面31具有大于锥形阀座18的张角b的张角a2。这样，在第一锥面30与第二锥面31的过渡区形成的棱34形成为密封棱并形成第一密封区域。第三锥面32相对于图3所示的实施例没有改变。棱34和第三锥面32即两密封区相对于阀座18这样设置，即在喷油嘴的新状态下，棱4首先抵靠在阀座18上，而第三锥面32通过很细的缝隙距阀座18还有一定距离，这样形成足够但没有完全的密封。在工作时，棱34与阀座18接触，直到第三锥形面32在空心阀针8处于关闭位置时抵靠在阀座18上，从而在高表面压力下在两密封区域形成密封并由此在第一密封区域形成良好的密封，第一密封区域相对于压力腔高压密封。但也可以这样设置，在改进的喷油嘴中，两密封区域的定向使得空心阀针8首先通过第二密封区域即第三锥面32抵靠在阀座18上。通过与阀座18的共同作用，空心阀针在第三锥面32区域弹性向内变形，由此棱34抵靠在阀座18上。相应的密封在外喷油口20的上游和下游形成。
图5示出了与图3相同图示的另一实施例。第二锥面31的张角a2和第三锥面32的张角a3大于锥形阀座18的张角b。环形槽37的下游棱46形成第二密封区域，它相对于第一密封区域即棱34这样形成，使得第一密封区域或第二密封区域首先抵靠在阀座18上。如果第一密封区域即棱34首先抵靠，在工作时，完全的密封在第二密封区域实现，其中棱34略微抵靠在阀座18上，直到环形槽37的下游棱46抵靠在阀座18上。相反，如果第二密封区域即下游棱46首先抵靠在阀座18上，在空心阀针8的尖部弹性向内变形时，第一密封区域如图4所示的上述实施例密封。
图6示出了与图5相同图示的另一实施例。第一锥面30的张角a1小于锥形阀座18的张角b，从而在第一锥面30相对于环形槽37的过渡区形成上游棱45。该上游棱45形成第一密封区域。环形槽37的下游棱46作为第二密封区域，它与凸形端部分39连接。环形槽37的上游棱45和下游棱46的共同间隙类似于图5的实施例。可以这样设置，上游棱45在下游棱46之前抵靠在阀座18上或反过来进行。
图7示出了另一实施例。空心阀针8除了与图5形成的锥面相同的第一锥面30和第三锥面32之外，还具有上锥面31a和下锥面31b以替代环形槽。在第一密封区域到上锥面31a的过渡区形成上游棱45形式的第一密封区域，而相应在下锥面31b到第三锥面32的过渡区形成下游棱46，它形成第二密封区域。这种设置的优点在于良好的加工性，因为通过同一工具就可以在空心阀针8上磨出所有锥面。第一和第二密封区域的密封功能类似于图5所示实施例的功能。
图8所示实施例的设计是通过空心阀针8的弹性变形在两密封区域形成密封，其中空心阀针相同的部分采用与图3、4和5相同的附图标记。形成一凹槽50替代环形槽37和第三锥面32，通过凹槽50形成一密封唇52，该密封唇52上形成一密封棱48，它形成了第二密封区域。通过凹槽使得密封唇52相对较薄，这样可以进行良好地弹性变形。如上所述，其密封原理是，在空心阀针8关闭运动时，密封棱48首先抵靠在锥形阀座18上。通过空心阀针8压到阀座18上，密封唇52弹性向内变形，直到类似于图5实施例在第一锥面30和第二锥面31之间形成的棱34抵靠在阀座18上。

Claims (16)

1.一种内燃机的喷油嘴，包括一阀体(1)和一个空心阀针(8)，在阀体(1)中形成一孔(3)，该孔的燃烧室侧的一端由一个阀座(18)界定，从该阀座上引出至少一个喷油口(20)，所述空心阀针(8)可纵向移动地设置在孔(3)中，并在朝向阀座(18)的一端具有一个阀密封面(35)，
其特征在于：在阀密封面(35)上形成第一密封区域和第二密封区域，其中空心阀针(8)与阀座(18)共同作用，使得在空心阀针(8)抵靠在阀座(18)上时，第一密封区域在所述至少一个喷油口(20)的上游且第二密封区域在所述至少一个喷油口(20)的下游在阀密封面(35)和阀座(18)之间起密封作用，并且
所述阀密封面(35)包括一第一锥面(30)、一设置在第一锥面(30)下游的第二锥面(31)和一设置在第二锥面(31)下游的第三锥面(32)，其中所述第二锥面(31)构成了所述第一密封区域，而所述第三锥面(32)构成了所述第二密封区域。
2.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：在空心阀针(8)抵靠在阀座(18)上时，该第二锥面(31)面接触地抵靠在阀座(18)上。
3.如权利要求2的喷油嘴，其特征在于：在空心阀针(8)上在第二锥面(31)的下游设置一个凹槽(50)，从而形成一个密封唇(52)，所述第二密封区域(48)形成在该密封唇(52)上，其中密封唇(52)弹性向内变形。
4.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：在空心阀针(8)抵靠在阀座(18)上时，该第三锥面(32)面接触地抵靠在阀座(18)上。
5.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：在第一密封区域和第二密封区域之间形成了位于阀密封面(35)上的环绕的环形槽(37)。
6.如权利要求5的喷油嘴，其特征在于：环形槽(37)盖住了所述至少一个喷油口(20)。
7.如权利要求6的喷油嘴，其特征在于：第一密封区域通过环形槽(37)的上游棱(45)形成，所述上游棱(45)形成所述第一锥面(30)和环形槽(37)之间的分界线。
8.如权利要求6的喷油嘴，其特征在于：第二密封区域通过一棱(46)形成，该棱在环形槽(37)到处于环形槽(37)下游的阀密封面(35)部分的过渡区形成。
9.如权利要求8的喷油嘴，其特征在于：处于环形槽(37)下游的阀密封面(35)部分由凸形端部分(39)构成。
10.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：第一锥面(30)具有比第二锥面(31)的张角更小的张角，以便在第一锥面(30)和第二锥面(31)之间的分界线上形成第一密封区域作为环绕棱(34)。
11.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：第三锥面(32)具有比锥形阀座(18)的张角更大的张角。
12.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：在第二锥面(31)和第三锥面(32)之间形成了盖住喷油口(20)的环形槽(37)。
13.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：所述第二锥面包括一设置在第一锥面(30)下游的上锥面(31a)和一设置在该上锥面下游的下锥面(31b)，其中第一密封区域通过第一锥面(30)和上锥面(31a)之间的棱(45)形成，第二密封区域在下锥面(31b)和第三锥面(32)之间形成。
14.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：在空心阀针(8)向阀座(18)运动时，第二密封区域在第一密封区域之前抵靠在阀座(18)上。
15.如权利要求1的喷油嘴，其特征在于：在空心阀针(8)中可纵向移动地设置一个阀针(10)，所述阀针(10)控制从阀座(18)上引出的至少一个另外的喷油口(22)的开启。
16.一种内燃机，它至少具有一燃烧室和至少一喷油嘴，通过喷油嘴将燃料喷射到燃烧室中，其特征在于：所述喷油嘴是根据权利要求1-15之一构成的喷油嘴。
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