CN101578445A - 用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器(1)，尤其是共轨式喷射器(1)，该喷射器具有高压区域和阀元件(14)，该阀元件能在关闭位置和释放燃料流的打开位置之间轴向地移位。按照本发明规定，阀元件(14)包括第一分元件(16)和至少一个单独的第二分元件(17)，第一分元件和第二分元件通过耦合室(38)液压地相互耦合，并且耦合室(38)只在一个轴向上与喷射器(1)的高压区域液压地连接。

Description

用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的喷射器、尤其是共轨式喷射器。
背景技术
由DE 10024703A1已知一种共轨式喷射器，通过该喷射器能够将燃料直接喷射到内燃机的与该喷射器相配的燃烧室中。为此，在壳体中设置有单件式阀元件，该阀元件具有总体上在阀元件打开方向上作用的压力面。在阀元件的相反端部上具有在关闭方向上作用的控制面，该控制面限界一控制室。在关闭方向上作用的控制面总体上大于在阀元件打开时在打开方向上作用的压力面。已知喷射器的缺陷是，由于阀元件具有单件式结构，因此必须遵守严格的制造公差并且必须在一个构件上实现不同的直径区段。
由DE 10207227A1已知一种共轨式喷射器，其阀元件被实施成两件式的，其中，这两个构件(控制杆和喷嘴针)在持久地与喷射器的低压区域连接的低压室中相互作用。在低压室内部实现阀元件的直径分级，以便提高液压关闭力。该已知喷射器的缺陷是泄漏损失高，泄露损失不可避免地出现，因为低压室在两个轴向上通过导向间隙与喷射器的高压区域连接，因此燃料能够流到低压室(喷射器低压区域的一部分)中并且从那里流向回流管道。
由后公开的DE 10205034599已知一种喷射器，其中阀元件被构造成两件式的，其中，这两个构件(控制杆和喷嘴针)通过耦合室液压地相互连接。因为耦合室不与喷射器的低压区域连接，所以在耦合室内部也存在高的燃料压力。液压耦合的作用是使喷嘴针跟随控制杆的受控运动。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种喷射器，其在结构上简单地构造成并且可成本有利地制造。
该目的通过具有权利要求1的特征的喷射器实现。从属权利要求给出有利的扩展方案。此外，所有由至少两个在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征组成的组合都落在本发明范围内。
本发明基于如下构思：阀元件被构造成多件式的，尤其是具有一与控制室共同作用的控制杆和一密封地与针座共同作用的、在轴向上相邻的喷嘴针，其中，阀元件的这两个分元件不是牢固地相互连接，而是通过液压耦合器相互耦合，其中耦合室以如下方式构造：耦合室只通过唯一一个的轴向的导向间隙或者说密封间隙与喷射器的高压区域液压地连接。在此，高压区域指的是以下所有区域：喷射器的其中至少有时、至少近似地存在轨压的室和通道。耦合室充注燃料，其中，在耦合室内部优选同样至少近似地存在轨压。在需要时可以完全省去低压级，以尽量减少泄漏损失。通过使耦合室不在两个轴向上、而是只在一个轴向上与喷射器的高压区域通过导向间隙液压地连接，能够减少制造成本，因为不必两次都以严格的公差来制造两个共同作用的导向面。按照本发明的设计方案的另一优点是，在控制该阀元件期间进入尤其处于高压下的耦合室中的压力损失降低，因为只设置有一个轴向间隙。
通过阀元件的多件式构造显著地提高了在设计喷射器时的自由度，因为相应的阀元件能够最佳地与喷射器内部的相应位置匹配。例如，通过相应地选择所使用的材料和尺寸，阀元件的弹性特性能够最佳地与规定的应用领域匹配。此外，阀元件的制造在总体上被极大简化，因为也可以使用具有恒定直径的部件。这能够实现具有更简单部件的简单喷射器结构，这一方面使制造更加容易，另一方面能够实现较小的结构形式。液压耦合器的另一优点是补偿公差，这简化了制造和装配。此外，通过液压耦合实现一定程度的运动缓冲。
在本发明的扩展方案中有利地规定，耦合室借助套筒实现。优选地，套筒在两个借助耦合室相互耦合的分元件中的一个上导向并且在另一个分元件的方向上受弹簧力加载。在对套筒导向的分元件和套筒之间，沿轴向构造唯一的轴向密封间隙或者说导向间隙，耦合室通过该间隙液压地与喷射器的压力区域连接。套筒以其端面贴靠在另一个分元件上或者说在该另一个分元件的贴合面上，由此在套筒和贴合面之间形成密封区域。通过仅设置唯一的轴向间隙，由此也减少在控制期间流入到耦合室中的燃料量，也可以消除打开密封套筒，即消除将套筒端面从分元件的贴合面上抬起，由此提高喷射器的功能可靠性。
优选地，沿轴向作用在套筒上的弹簧被如此地设置，使得弹簧沿打开方向作用在与燃烧室相距较远的分元件上、尤其是在控制杆上。该弹簧反作用于关闭弹簧，其中，关闭弹簧的弹簧力大于套筒弹簧的弹簧力，由此在关闭位置只有弹簧力差起作用，这对喷射器的控制具有积极影响。
在本发明的扩展方案中有利地规定，套筒不是被构造成单独构件，而是与第一分元件或第二分元件构造成一体。由此省去端侧的密封面以及单独构件，这对可装配性和制造成本也产生积极影响。通过将套筒与第一分元件或第二分元件构造成一体，耦合室位于第一分元件和/或第二分元件内部。换言之，这两个分元件在轴向相互嵌套滑动地被导向，其中，在这个实施例中，唯一的轴向间隙被构造在这两个分元件之间。这种结构形式能够将弹簧轴向地安置在这两个分元件之间，该弹簧分别支撑在对置的端面上。在此这样地确定弹簧力的大小，使得该弹簧力小于作用在其中一个分元件上的关闭弹簧的弹簧力。
优选地，设置有一个用于距燃烧室较远的分元件、尤其是控制杆的轴向止挡，由此在静止状态下在喷嘴针支承于针座上时在两个分元件之间出现间隙。由此减小针座中的冲击质量，因为不是整个阀元件压到针座上，而是只有喷嘴针压到针座上。
附图说明
由下面对优选实施例的描述以及借助于附图给出本发明的其它优点、特征和细节。附图中：
图1示出具有阀元件的喷射器，该阀元件包括控制杆和喷嘴针，控制杆和喷嘴针通过一由套筒限界的耦合室液压地相互耦合，其中，套筒在轴向上支撑在控制杆的贴合面上；
图2示出具有阀元件的喷射器的另一实施例，该阀元件具有控制杆和一与该控制杆液压耦合的喷嘴针，其中，限界耦合室的套筒在轴向上被弹簧力加载到喷嘴针的贴合面上；
图3示出具有阀元件的喷射器，该阀元件具有控制杆和喷嘴针，其中，液压耦合室被构造在控制杆内都并且喷嘴针沿着轴向在控制杆内部被导向；和
图4示出具有阀元件的喷射器，该阀元件具有控制杆和喷嘴针，其中，喷嘴针在控制杆内部被导向并且与控制杆相比具有小得多的质量。
具体实施方式
在图中，相同的构件和功能相同的构件以相同的附图标记表示。
在图1中示出一个用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的共轨式喷射器1。燃料高压储存器3(轨)通过高压供给管道2给喷射器1供给处于高压(约1800至2000bar)下的燃料、尤其是柴油或汽油。一尤其被构造成径向柱塞泵的高压泵4给燃料高压储存器3提供来自处于低压下的储存容器5的燃料。喷射器的低压区域6通过回流管道7与储存容器5液压地连接。在喷射器的低压区域中的压力视运行状态而定约为0至10bar之间。燃料控制量通过回流管道7从控制室8输出并且通过高压泵4重新输送到高压循环。
喷射器1具有喷射器体9和喷嘴体10，其中，喷射器体9和喷嘴体10可通过未示出的喷嘴锁紧螺母相互锁紧，该锁紧螺母可与喷射器体9拧紧，其中，喷嘴体10沿轴向贯穿未示出的喷嘴锁紧螺母。
在喷嘴体10内部安置一阶梯孔11，该阶梯孔11沿轴向延续到喷射器体9的孔12中。在孔11、12内部构造一属于喷射器1高压区域的压力室13，阀元件14沿着轴向在该压力室中纵向移动地被导向。该阀元件14具有控制杆16和喷嘴针17，该控制杆16以端面15限界控制室8，喷嘴针17与燃烧室轴向相邻。喷嘴针17在针尖18上具有关闭面19，喷嘴针17可通过该关闭面19密封地贴靠在构造于喷嘴体10内部的针座20上。
当喷嘴针17贴靠在针座20上时，即位于关闭位置时，来自喷嘴孔装置21的燃料输出被封闭。如果喷嘴针反之从针座20上抬起，则燃料能够从构造成环形室的压力室13经过针座20流向喷嘴孔装置21并且在此基本在高压下(轨压)下喷射到未示出的燃烧室中。
喷嘴针17在轴向区段22中具有多角形轮廓并且在喷嘴体10的具有圆形轮廓的阶梯孔壁上被导向，由此构成一些在圆周上均匀分布的轴向通道23，在阀元件16打开时，压力室13内部的燃料能够通过这些轴向通道23沿轴向从高压供给管道2的入口区域一直流动到喷嘴孔装置21。
在轴向区段22的下端部上构造一基本锥形成形的压力作用面24，在压力作用面24上作用有沿打开方向的压力。
该打开力暂时逆着控制室8内部的端面15上的关闭力作用。控制室8通过套筒状构件26内部的输入节流装置25与压力室13液压地连接。由套筒状构件26径向限界的控制室8可通过排出节流装置27与低压区域6连接。在此，具有排出节流装置27的排出通道28延伸贯穿缸板29，燃料可以有时通过该排出通道流出到低压室6中。关闭弹簧30又在轴向上将套筒状构件26预压到在牢固地夹紧于喷射器1内部的缸板29上。为此，关闭弹簧30沿轴向支撑在控制杆16的圆周环圈31上，由此在控制杆16上持久地作用关闭力。
为了使燃料从控制室8流入到低压区域6中，由此减小作用在控制杆16端面15上的压力，设置有一控制阀32，该控制阀32具有电磁式致动器33，该致动器33与衔铁板34共同作用。在此，衔铁板34牢固地与阀体35连接，阀体35又沿着轴向力加载地作用在阀球36上。在致动器33通电时阀体35抬起，由此使阀球36从一构造在缸板29上的阀座36上抬起，从而燃料能够通过排出节流装置从控制室8流出到低压区域6中并且从低压区域6通过回流管道7流出。在此，输入节流装置25和排出节流装置27的通流横截面相互协调，使得从压力室13到控制室8的流入弱于从控制室8到低压区域的流出，并且由此在控制阀32打开时得到来自控制室8的燃料净流出。由此在控制室8中产生的压力降起到如下作用：关闭力的大小降低到打开力的大小以下并且阀元件14从阀座20上抬起。
控制杆16和喷嘴针17通过液压耦合室38仅仅液压地相互耦合。因此，喷嘴针17跟随控制杆16的打开运动和关闭运动。在限界耦合室38的套筒39内部的喷嘴针17直径D1小于在套筒状构件26中被导向的控制杆16直径D2。与喷射器1的低压区域没有连接的耦合室38被充注燃料并且被径向地设置在压力室13内部，由此在耦合室38内部也近似存在轨压。耦合室38由套筒39径向地限界，喷嘴针17在该套筒内部轴向移动地被导向。在喷嘴针17和套筒39之间构造有一圆形轮廓的轴向间隙40(导向间隙或密封间隙)。在此涉及唯一的导向间隙，耦合室38通过该导向间隙与高压区域、尤其是压力室13连通。
套筒39借助螺旋弹簧41沿轴向被弹簧力加载在贴合面43上，螺旋弹簧41轴向地支撑在喷嘴体10内部的阶梯孔11的环形肩42上，贴合面43在控制杆16的与端面15对置的端面44上。在此，贴合面43构造在控制杆16的沿径向加宽的凸缘45上。由于弹簧41的弹簧力，套筒39密封地贴靠在贴合面43上。弹簧41通过套筒39沿打开方向以弹簧力加载控制杆16，该弹簧力反作用于关闭弹簧30的弹簧力。在此，弹簧41设计成比关闭弹簧30更弱，从而一小的合成弹簧力总体上持久地沿关闭方向作用于阀元件14上。因为关闭弹簧30被设计得比弹簧41更强，所以控制杆16在喷射过程后通过关闭弹簧30的大的弹簧力复位，由此确保无需打开套筒39(即套筒39从贴合面23上抬起)就能使控制杆复位。例如可以在轴向区段22的区域中设置一小的燃料节流装置，用以优化喷嘴针的关闭速度。
下面详细解释按照图2的实施例。在此，基本上只描述与按照图1的实施例的区别。在共性方面参照上面的描述以免重复。
在图2中出于清晰考虑只部分地示出燃料循环。在所示的实施例中，耦合室38同样通过套筒39限界。但是弹簧41不支撑在阶梯孔11的环形肩上，而是支撑在控制杆16的径向加宽的区段46上，由此以弹簧力将套筒39沿轴向加载在喷嘴针17的背离燃烧室的贴合面47上。在此，贴合面47构造在阀针17的径向加宽的区段48上。
控制杆16的区段46形成控制杆16在喷嘴体10上的轴向止挡，由此在所示的静止状态(喷嘴针17支承在针座20上并且控制室8在控制阀32关闭的情况下被以高压加载)在喷嘴针17和控制杆16之间形成缝隙49。为了确保压力室13内部的燃料沿轴向一直通流到针座20，在区段46内部设置有轴向的穿孔50。通过设置该止挡(区段46)减少阀元件在针座20上的冲击质量，因为在关闭运动结束时不是整个阀元件14碰撞在针座20上，由此也使得磨损减少。
唯一的轴向间隙构造在控制杆16和在控制杆16上被导向的套筒39之间，该轴向间隙将耦合室38与压力室13液压地连通。
在按照图3的实施例中，没有设置用于限界耦合室38的单独的套筒。耦合室38构造在控制杆16内部。喷嘴针17在控制杆16的套筒状接续部51中被导向。弹簧41在轴向上一方面支撑在喷嘴体10的环形肩42上，另一方面支撑在套筒状接续部51的端面上，由此控制杆16在打开方向上受弹簧力加载。在此，弹簧41也被设计成比同样作用在控制杆16上的关闭弹簧30更弱。在所示的实施例中，连接耦合室38和高压区域的唯一的轴向间隙40构造在喷嘴针17的外表面和套筒状接续部51的内圆周面之间。
为了减少作用在喷嘴针17上的横向力，与在图3所示的不同，可以想到，控制杆16在喷嘴体10内部沿轴向被导向。
在按照图4的最后一个实施例中，耦合室38与图3类似地构造在控制杆16的套筒状接续部51内部。在此，控制杆16通过多角形轮廓的区段21在喷嘴体10内部沿轴向被导向，以避免作用在喷嘴针17上的横向力。喷嘴针被构造成比控制杆16小得多，由此在针座上作用小的质量。弹簧41一方面支撑在控制杆16上，另一方面支撑在喷嘴针17上。在所示的静止状态下，在控制杆16和喷嘴针17之间设置有间隙49。

Claims (10)

1.一种用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器，尤其是共轨式喷射器(1)，该喷射器具有高压区域和阀元件(14)，该阀元件能在关闭位置和释放燃料流的打开位置之间轴向地移位，其特征在于，阀元件(14)包括第一分元件(16，17)和至少一个单独的第二分元件(17，16)，第一分元件和第二分元件通过耦合室(38)液压地相互耦合，并且耦合室(38)只在一个轴向上与喷射器(1)的高压区域液压地连接。
2.如权利要求1所述的喷射器，其特征在于，耦合室(38)仅仅与喷射器(1)的高压区域连接。
3.如权利要求2所述的喷射器，其特征在于，耦合室(38)由套筒(39)径向地限界。
4.如权利要求3所述的喷射器，其特征在于，套筒(39)要么在第一分元件(16，17)上要么只在第二分元件(16，17)上轴向地被导向。
5.如权利要求3或4所述的喷射器，其特征在于，套筒(39)要么支承在第一分元件(16，17)的第一贴合面(43)、尤其是端面(44)上，要么支承在第二分元件(17，16)的第二贴合面(47)、尤其是端面上。
6.如权利要求5所述的喷射器，其特征在于，套筒(39)借助弹簧(41)沿轴向被弹簧力加载在第一贴合面(43)或第二贴合面(47)上。
7.如权利要求5所述的喷射器，其特征在于，弹簧(41)被设置成在打开方向上逆着关闭弹簧(30)的力作用在第一或第二分元件(16，17)上。
8.如权利要求1所述的喷射器，其特征在于，耦合室(38)设置在第一和/或第二分元件(16，17)内部。
9.如权利要求7或8所述的喷射器，其特征在于，设置有用于第一和/或第二分元件(16，17)的轴向止挡，并且优选在静止状态下在这些分元件(16，17)的相互面对的端面之间设置有间隙。
10.如上述权利要求中任一项所述的喷射器，其特征在于，第一分元件(16，17)被构造成与控制室作用连接的控制杆(16)，并且第二分元件(17，16)被构造成与针座(20)密封地共同作用的喷嘴针(17)。
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