CN101040115B - 具有用于减少衔铁行程漂移的、模压成型出的阀座的燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于内燃机的具有调节阀的燃料喷射器1的方法，该调节阀释放或关闭一个来自控制室18的输出节流装置20，其中，为了关闭输出节流装置20，一个关闭元件22被置于一个阀座26上。该阀座26通过借助压模30的模压成型被构造出。本发明还涉及一种燃料喷射器，它被通过所述方法制造。

Description

具有用于减少衔铁行程漂移的、模压成型出的阀座的燃料喷射器

技术领域

在具有燃料喷射装置的内燃机中，燃料通过具有液压地操作的喷嘴针的燃料喷射器输入到各个燃烧室中。为此，在燃料喷射器中容纳一个阀，该阀例如电磁地或者借助压电执行机构控制。通过该阀，一个与喷嘴针形成连接的控制室的输出节流装置被释放或关闭。

背景技术

在如由现有技术中公开的燃料喷射器中，在燃料喷射器的壳体中容纳一个阀件，在该阀件中构造一个输出节流装置，该输出节流装置与一个控制室形成连接。该输出节流装置通过一个关闭元件释放或关闭。为此，在阀件中构造一个锥形的阀座，输出节流装置通入该阀座中。为了关闭该输出节流装置，一个球形的关闭元件被置于该锥形的阀座中。

为了达到燃料喷射器的用于内燃机工作所需的高的打开-和关闭速度，调节阀的关闭元件被以高速度置于其座上或者由该座上抬起。关闭元件的这种持续的开关导致了阀座的磨损。由于这种磨损引起了衔铁行程漂移(Ankerhubdrift)。也就是说，用于关闭输出节流装置的关闭元件走过的距离由于磨损增加了。关闭元件的增加的行程距离导致了，在磁控阀的情况下衔铁的行程距离或者在压电执行机构的情况下执行机构行程也变大了。由此，引起调节阀的较长的打开-和关闭时间并且因此引起喷射口更长的打开时间，由此还引起更大的喷射量。进入内燃机的燃烧室中的更多的燃料喷射量导致更高的发动机排放和更高的燃烧噪音。

发明内容

为了减小阀座的磨损及因此为了降低衔铁行程漂移，在根据本发明的、用于制造用于内燃机的具有调节阀的燃料喷射器的方法——该调节阀释放或者关闭一个来自控制室的输出节流装置，其中为了关闭该输出节流装置将一个关闭元件置于阀座上——中，该阀座通过借助一个压模的模压成型构成。因此，避免了阀座在燃料喷射器工作期间塑性地磨损。

在一个优选的实施形式中，压模被以关闭元件的形状构造，用该压模模压成型出阀座。

在应用球形关闭元件的情况下，该关闭元件被置于锥形阀座中，该压模优选被以一个球的形状构造，该球具有切向地由该球形成出的截锥。在一个特别有利的实施形式中，该截锥具有一个打开角度，它大于或者等于锥形构造的阀座的打开角度。由此，避免了通过压制挤压出的材料在压制部位的朝向输出节流装置的一侧形成一个隆起。在阀被打开的情况下，这个隆起造成燃料流的更强的扼流。这样导致了，从控制室流出的燃料体积流被减少并且因而也降低了喷射口的打开速度。

为了在阀座的模压成型时，不是压模而是阀座变形，该压模优选设有一个由硬质金属材料构成的表面。在一个有利的实施形式中整个压模由硬质金属材料构成。对于技术人员公知的硬质金属材料例如是由碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化钼及钴构成的烧结材料。硬质金属材料优选具有在1300-1800HV30范围内的硬度。

在根据本发明构造的用于内燃机的具有调节阀的燃料喷射器——该调节阀释放或者关闭一个来自控制室的输出节流装置，其中，为了关闭输出节流装置将一个关闭元件置于阀座上——中，该阀座通过模压成型被构造出。

在一个有利的实施形式中，调节阀的阀座锥形地构造。用于关闭或释放锥形构造的阀座的所述优选的关闭元件球形地构造。

在另一个实施形式中，阀座被构造在一个阀件中，该阀件被容纳在燃料喷射器的壳体中。

附图说明

下面根据附图详细描述本发明。

在此示出了：

图1一个用于高压存储器喷射系统的燃料喷射器，

图1.1图1中的细节A，

图2一个锥形构造的阀座，一个压模作用在其上，

图3一个根据现有技术的锥形构造的阀座的轮廓图，

图4一个在第一实施形式中的锥形构造的、模压成型出的阀座的轮廓图，

图5一个在第二实施形式中的锥形构造的、模压成型出的阀座的轮廓图。

具体实施方式

图1示出了一个用于高压存储器喷射系统的燃料喷射器。

一个燃料喷射器1包括一个喷射器体2，一个阀活塞3在该喷射器体内被导向。阀活塞3用一个端面4作用在一个构造在喷嘴针6上的压栓5上。在喷射器体2中在朝向这里未示出的燃烧室的一侧构造有至少一个喷射口7。在喷射口7关闭时，阀活塞3用它的端面4施加一个压力到喷嘴针6的压栓5上。因此，喷嘴针6被置于一个座8上并且因此使所述至少喷射口7关闭。除了阀活塞3的作用在压栓5上的压力，一个构造为压簧的弹簧元件9作用在喷嘴针6上。该构造为压簧的弹簧元件9优选为一个螺旋弹簧。在图1示出的实施形式中，这个螺旋弹簧包围喷嘴针6的压栓5和阀活塞3的朝向喷嘴针6的部分。为此，弹簧元件9被容纳在一个阀腔10中。该弹簧元件9用一个侧面作用在喷嘴针6的阶梯状的扩展部11上并且用另一个侧面作用在阀腔10的端面12上。

燃料喷射器1的燃料供给通过连接管13进行，该连接管与一个这里未示出的高压存储器连接。在连接管13中容纳一个燃料过滤器14，燃料被在该过滤器中净化掉其中包含的颗粒，以避免在燃料喷射器1中由于磨损的损坏。一个通道15与燃料过滤器14连接，通过该通道使燃料进入喷嘴腔16中。燃料通过一个环形缝隙17从喷嘴腔16流到喷射口17。

阀活塞3在背离喷嘴针6的一侧终止在一个控制室18中。该控制室18通过一个输入节流装置19被供给燃料。该输入节流装置19也与该燃料过滤器14连接，以至于在输入节流装置19的入流侧上也产生系统压力。燃料通过一个输出节流装置20从控制室18进入低压侧的排出管21中，该排出管例如与一个这里未示出的燃料储备容器相连接。

输出节流装置20可由一个在此构造成球形的关闭元件22关闭或者释放。

在输出节流装置20关闭时，在控制室18中、在阀腔10中以及在喷嘴腔16中具有系统压力。由于构成控制室18边界的端面面积大于阀活塞3的朝相反方向指向的面积，所以作用在所述至少一个喷射口7的方向上的压力大于在相反方向上作用的压力并且喷嘴针6被置于它的座8上并且因此使该至少一个喷射口7关闭。一旦关闭元件22被从它的座上抬起并且因此释放输出节流装置20，则控制室18中的压力下降。由此，同样降低了向着所述至少一个喷射口7的方向作用的压力。阀活塞3向着输出节流装置20的方向运动。同时，喷嘴针6被从它的座上抬起并且释放该至少一个喷射口7。

在这里示出的实施变型方案中，关闭元件22的控制通过一个电控的磁阀23进行。，替代磁阀23，也可以使用一个压电执行机构——必要在中间连接一个液力偶合器的或者压力转换器的情况下——来操作关闭元件22。

为了简化燃料喷射器1的制造和装配，在喷射器体2中使用了一个阀件24，控制室18连同输入节流装置19和输出节流装置20被构造在该阀件中。此外，在阀件24中设置了一个孔25，阀活塞3在该孔中被导向。

图1.1示出图1中的细节A。

图1.1示出了阀活塞3在它的上部位置，也就是，在喷射口7打开时。为了关闭喷射口7，输出节流装置20被关闭。在此，关闭元件22被置于一个阀座26上。为了使关闭元件22气密地关闭输出节流装置20，该阀座26被构造在阀件24的锥形构造的端面32中。在这里示出的实施形式中，输出节流装置20为此向着关闭元件22锥形地敞开。通过输出节流装置的关闭，通到燃料系统低压部分的连接被中断。控制室18通过输入节流装置19被供给处在系统压力下的燃料，该输入节流装置通过一个环形腔27和一个输入通道28与高压存储器连接。由此，在控制室18中的压力同样再次增大到系统压力。由于控制室18中增大的压力，作用在阀活塞3上的压力增加并且阀活塞3向着所述至少一个喷射口7的方向运动。由于阀活塞3通过端面4与喷嘴针6的压栓5连接，所以喷嘴针6也向着所述至少一个喷射口7的方向运动并且使它关闭。

关闭元件22通过一个活塞29与磁阀23的衔铁连接。在使用压电执行机构替代磁阀23的情况下，压电执行机构直接作用在活塞29上。

为了避免阀座由于用于将关闭元件22置于阀座上的高的速度而磨损，由此引起较大的衔铁行程以及因此引起较长的关闭时间，阀座26在根据本发明的燃料喷射器中被模压成型出。由于模压成型，赫兹表面压力通过承重比率的提高被降低。也就是说，通过模压成型，增大了关闭元件22在阀座26上的支承面。通过表面压力的降低，一个更小的力作用在阀座26上，由此也减小了它的磨损。阀座26模压成型的另一个优点在于，在压制区域中的材料被硬化。由于材料硬化引起磨损的进一步降低。受制造条件制约的粗糙度峰值也变得平滑。

通过阀座26的模压成型，座的磨损被预处理并且从而在阀座26与关闭元件22之间的在运行期间的磨损被减小。因此，很大程度上禁止了预喷射量的由于在燃料喷射器工作期间提高的衔铁行程的增加。在内燃机运行期间增加的喷射量导致内燃机较高的排放，导致燃烧噪音的提高以及导致整个内燃机更强的负载。

为了阀座26的模压成型，例如使用一个由硬质金属材料制成的压模，该压模被以关闭元件22的形状构造。

图2示出了一个阀座，压模被置于该阀座中。

为了避免在模压成型时在阀座26的朝向输出节流装置20的一侧形成一个隆起，在具有球形关闭元件22和锥形阀座26的阀的情况下，压模30被以一个球的形式构造，该球具有切向地由该球形成出的截锥31。通过截锥31阻止了，沿着球的形状构成隆起，其方式是，材料通过截锥31的形状沿着同样锥形构造的阀座26的方向被压制。

如果在阀座26的模压成型时构成一个这样的隆起，则在阀打开时减小了通流横截面。因此该阀用作节流装置，由此从输出节流装置20流出的燃料体积流被减少。燃料体积流这种减小导致在控制室18中更缓慢的压力下降以及因此导致喷嘴针6的打开速度的减小。由此，进一步引起变化的喷射特性，该喷射特性可不利地影响在内燃机的燃烧室中的燃烧变化曲线。

截锥31优选地具有一个张开角α₁，该张开角大于阀座26的张开角α₂。在截锥31的张开角α₁和阀座26的张开角α₂相同时，材料的一部分可以在模压成型时被朝着输出节流装置20的方向挤压。在这种情况下，在从阀座26到输出节流装置20的过渡部分上形成了毛刺，在该过渡部分上改变了张开角。这种毛刺导致对燃料流产生不利影响。

在一个有利的实施形式中，张开角α₁比阀座26的张开角α₂大0-10度。截锥31的更大的张开角α₁将导致，在阀座26的区域中的压制部位上在截锥31侧形成一个隆起，该隆起用作用于燃料流的、附加的节流装置。

在非球形的关闭元件22情况下，阀座26上的磨损也可通过阀座26的模压成型来避免。为了在锥形的阀座26情况下避免在阀座26的区域中形成隆起，即使在非球形的关闭元件22情况下，以关闭元件22形状构造的压模30优选也设置一个截锥31，它的张开角α₁大于阀座26的张开角α₂。这样，在锥形的阀座26情况下，关闭元件22除了球形例如也可以以抛物面的或者圆柱形的形状构成。

除了截锥31，压模30也可以锥的形式终止，它的顶角大于或者等于阀座26的张开角α₂。

每种其硬度大于阀座26的材料都适于作为压模的材料。尤其适于作为压模30的材料例如是一些硬质金属材料，它们是从硬质金属材料K 01-K 40的族中选择出的。这些硬质金属材料的硬度根据成分为1300-1800HV 30。这些硬质金属材料是碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化钼和钴的烧结材料。除了硬质金属材料，例如一些耐压的陶瓷也是合适的，这些陶瓷硬于阀座26的材料。

图3示出了根据现有技术的锥形构造的阀座的轮廓图。

在图3中示出的示意图的横坐标33上以毫米示出了阀件24的锥形构造的端面32的长度，在该端面中构造了阀座26。纵坐标34以微米示出了表面粗糙度。用附图标记35表示的线示出了阀件24的在关闭元件22第一次被置于阀座26上之前锥形构造的端面的表面。在此已可清楚地看到，阀件24的端面32的表面具有受制造条件制约的粗糙度。关闭元件22上百万次的开关导致在阀座26中的磨损。通过关闭元件22在阀座26的区域中产生一个凹部36。该凹部36具有一个磨损深度37，它明显地大于阀件24的端面32的平均表面粗糙度。由于关闭元件22的打开-或者关闭位移仅仅很小，磨损深度37导致了用于关闭调节阀的关闭位移的明显延长。这也导致喷射口7的更缓慢的关闭，并且由此导致更多的燃料量被喷入燃烧室。这造成发动机排放的增多和燃烧噪音的增大。

图4示出了锥形构成的阀座的轮廓图，在其中，阀座用一个球形压模被模压成型出。

从图4可得出，当阀座26被压制

时，在调节阀第一次关闭之前表面35明显地更光滑。阀座被压制在其中的压制深度用附图标记39表示。由于球形的压模，被模压成型出的阀座26具有一个扇形的横截面。这导致了，朝向输出节流装置20形成一个隆起40。在输出节流装置20被打开时，隆起40导致通流横截面被减小。由于这个原因，在输出节流装置20被打开时，阀座26被用作附加的节流装置。

通过阀座26的压制，在阀座26区域中的材料被硬化。在阀座26中材料的硬化以及关闭元件22变大的支承面导致在关闭元件22多次打开-和关闭运动之后，形成一个具有与不是压制出的阀座26相比只很小的关闭深度37的凹部36。

图5示出了在使用球形压模时，具有在其中模压成型出的阀座26的阀件24的端面32，在球形压模情况下切向地从球形成出一个截锥。还示出了在使用这样一种压模时，表面35的粗糙度在调节阀第一次关闭前小于在不是压制出的阀座26的情况下的表面粗糙度。通过在压模30上的锥形方式仅在阀座26的朝向输出节流装置20的一侧产生一个轻微的隆起40。在使用具有切向地由该球形成出的截锥31的球形的压模30时，在关闭元件22多次打开-和关闭运动之后也产生一个具有与不是模压成型出的阀座26相比仅很小的关闭深度37的凹部36。模压成型出的阀座26的压制深度在图5中也用附图标记39表示。

参考标号表

1燃料喷射器                    14燃料过滤器

2喷射器体                      15通道

3阀活塞                        16喷嘴腔

4端面                          17环形缝隙

5压栓                          18控制室

6喷嘴针                        19输入节流装置

7喷射口                        20输出节流装置

8座                            21排出管

9弹簧元件                      22关闭元件

10阀腔                         23磁阀

11阶梯状的扩展部               24阀件

12阀腔10的端面                 25孔

13连接管                       26阀座

27环形腔                        35在第一次关闭之前的表面

28输入通道                      36凹部

29活塞                          37关闭深度

30压模                          38座宽度

31截锥                          39压制深度

32端面                          40隆起

33横坐标                        α₁截锥31的张开角

34纵坐标                        α₂阀座26的张开角

Claims (3)

1.用于制造用于内燃机的燃料喷射器(1)的方法，该燃料喷射器具有一个调节阀，该调节阀通过一个被置于一个阀座(26)上的关闭元件(22)释放或关闭一个来自控制室(18)的输出节流装置，并且该阀座(26)通过借助压模(30)的模压成型被构造出，其特征在于，该压模(30)被以球的形状构造，该球具有切向地由该球形成出的截锥(31)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该截锥(31)具有一个张开角(α₁)，它大于或等于锥形构成的阀座(26)的张开角(α₂)。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该压模(30)的表面由硬质金属材料制成。

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