CN101688508B - 用于燃料喷射器的控制阀及燃料喷射器 - Google Patents

用于燃料喷射器的控制阀及燃料喷射器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于燃料喷射器的控制阀(25)，具有一控制套筒(24)，该控制套筒构成一压力室(23)的边界及在纵向上可移动地被支承，其中，该控制套筒(24)在其端侧上具有一密封面(36)，该控制套筒用该密封面与一构造在一阀体(28)上的外截锥形的控制阀座(27)配合作用。本发明提出，该控制阀座(27)的锥角从120°与170°之间的数值范围中选择。

Description

用于燃料喷射器的控制阀及燃料喷射器
技术领域
本发明涉及用于燃料喷射器的控制阀及燃料喷射器。
背景技术
由EP 1 612 403 A1公知了一种具有在轴向上压力平衡的控制阀的燃料喷射器。该控制阀具有一个借助电磁致动器可在轴向上在一个关闭位置与一个打开位置之间移动的控制套筒，该控制套筒在一个穿过该控制套筒的导向销上被导向。其中导向销与一个阀体构成一体，在阀体上还设有用于控制套筒的控制阀座。该公知的控制阀的缺点在于，控制阀座由于其很差的可接近性而制造费事及由于强度的原因导向销直径不能小于一个相对大的最小直径，因为燃料由控制室的输入通过一个设在阀体中的排出通道来实现，该排出通道在导向销的内部与横向孔垂直相交。
由申请人的公司内部的现有技术公知了一种优化的控制阀。这个在轴向上也是压力平衡的阀具有一个控制套筒，该控制套筒包围着一个压力销，该压力销在轴向上密封设置在控制套筒内部的与控制室连接的压力室。压力销不与其上也设有控制阀座的阀体构成一体，而是构成与阀体分开的部件，该部件在轴向上被支撑在一个与控制阀座隔开距离的喷射器部件上，尤其是在弹簧力支撑下被支撑在该喷射器部件上。这允许控制阀座有更好的可接近性及由此可更简单地被制造。此外可避免强度的问题°在用该公司内部的控制阀试验时确定出：无论在构成具有90°锥角的锥座的控制阀座上还是在构成平座(锥角＝180°)的控制阀座上，当控制套筒冲击在控制阀座上时将引起阀套筒垂直于其纵向伸展地相对控制阀座的相对运动。在此情况下观察到：在构成具有90°锥角的锥座的控制阀座上，控制套筒的具有控制套筒密封面的区域径向向外弹性地移动、即扩展，而在平阀座上则引起向内的径向移动。控制套筒与控制阀座之间的这种滑动将导致控制套筒上及控制阀座上的磨损增大及由此在控制套筒上形成一个压力阶台，该压力阶台将引起不希望的在控制套筒打开方向上作用在控制套筒上的力。
发明内容
本发明的任务在于提出一种控制阀(伺服阀)，在其中可减小磨损现象。此外本发明的任务在于提出一种相应地优化的燃料喷射器。
本发明的任务在控制阀方面通过这样的控制阀来解决。该控制阀具有一控制套筒，该控制套筒构成一压力室的边界及在纵向上可运动地被支承，其中，该控制套筒在其端侧上具有一密封面，该控制套筒用该密封面与一构造在一阀体上的外截锥形的控制阀座配合作用，其中，该控制阀座的锥角从120°与170°之间的数值范围中选择。
在燃料喷射器方面通过这样的燃料喷射器来解决。该燃料喷射器具有一根据本发明的控制阀，借助该控制阀可影响在一与一喷射阀元件形成作用连接的控制室中的燃料压力，其中，该喷射阀元件根据该控制室中的燃料压力可在一关闭位置与一将燃料流释放到该燃烧室中的打开位置之间移动。
在以下的描述中给出了本发明的有利的进一步构型。在说明书和/或附图中公开的至少两个特征的所有组合也落在本发明的范围中。
本发明基于这样的构思，即这样地选择外截锥形控制阀座的锥角，以使得控制套筒的密封面区域相对控制阀座的冲击滑动减小或在最佳情况下可完全被避免。它以出人意料的方式表明：当控制阀座的锥角从约120°与约170°之间的值范围中选择时则对于减小横向于控制套筒的纵向伸展的冲击滑动，产生了积极效果。该效果可归因于：通过在约120°与约170°之间的值范围中的一个锥角，该锥角视控制套筒的具有密封面的密封区域的尺寸及几何构型而定必需进行选择，在控制套筒的密封区域中引起一个向径向外部作用的力分量，它对密封区域的向内滑动起反作用，例如该向内滑动在平阀座上能被观察到。通过不低于120°的锥角可达到：所引起的向径向外部作用的力分量比在具有90°锥角的锥形控制阀座的情况下小，由此出人意料地避免了控制套筒在其密封区域中(过大的)径向向外作用的弹性变形或相对控制阀座的运动。这里对于本发明意义上的锥角应理解为一个角，该角被控制阀座的两个位于一个容纳控制阀座的纵向中轴线的平面中的外表面线段(斜线段)夹持。换句话说，该锥角涉及外截锥形控制阀座的外表面与控制阀座的纵向中轴线之间的角度的两倍角。
在本发明的范围中的还有：控制套筒在其内圆周上和/或在其外圆周上被导向。在此情况下为了控制套筒在其内圆周上的导向，设有一个与具有控制阀座的部件构成一体的导向销，该导向销穿过控制套筒。变换地可考虑在控制套筒中设置一个压力销，它构造成与具有控制阀座的阀体分开的部件及这样位置固定地被定位，使得它可承担控制套筒的导向。一个优选的实施形式为：在控制套筒中仅设有一个支撑在与具有控制阀座的阀体隔开距离的部件上的压力销，以及控制套筒在其外圆周上被导向。此外落在本发明范围中的还有，控制套筒变换地可借助一个压电式致动器或一个电磁致动器在其关闭位置与其离开控制阀座的打开位置之间移动，在该关闭位置中控制套筒触靠在控制阀座上，在打开位置中控制室与喷射器的低压区域形成液压连接。
视控制套筒、尤其在其具有密封面的密封区域中的几何构型而定，必须针对具体应用，由约120°与约170°之间的数值范围中选择控制阀座的最优的锥角。已经证实，在约130°与约170°之间的数值范围中的锥角为优选。特别优选的是在140°与170°之间的数值范围中的锥角。在此情况下在试验中当一个2.5mm的座直径(密封直径)与一个140°的锥角相组合时可达到特别好的结果。被证实特别有利的是，在150°与170°之间的数值范围中、优选的是在155°与165°之间的数值范围中选择所述锥角。尤其对于1.8mm的阀座直径(密封直径)来说控制阀座的160°的锥角为最佳。
一个优选的实施例在于，与外截锥形控制阀座配合作用的密封面构造在控制套筒的一个内锥形端侧区段上，该密封面本身是内锥形的。由此进一步地减小磨损现象。
为了实现具有很小径向延伸距离的密封边缘，一个有利的实施形式在于：具有密封面的内锥的内锥角被选择得(稍微)大于外截锥形控制阀座的锥角。
被证明特别有利的是，该内锥角与控制套筒的具有密封面的区段之间的角度差在约1°与约10°之间选择。特别优选的是内锥角比控制阀座的锥角大约2°至9°。当内锥角与控制阀座的锥角之间的角度差在3°与6°之间的数值范围中时，则在控制阀在关闭状态中的磨损及密封性方面得到特别优化的结果。
特别优选的是控制阀作为在轴向上压力平衡的阀的实施形式，即为一种阀，在关闭状态中在其控制套筒上不作用有向着轴向上的、所引起的移动力。这尤其可这样来实现，即密封面在端部直接地邻接在控制套筒的内圆周壁上及由该内圆周壁径向向外及在轴向上、即在向着控制阀座的方向上延伸。换句话说，控制套筒与外截锥形控制阀座配合作用的配合线(密封线)与控制套筒的内圆周邻接。在此情况下，该密封线的内径相当于控制套筒的内径。
为了限制密封面的通过磨损而随着时间增大的最大延伸距离，一个优选实施形式在于：在具有密封面的密封区域上在径向上连接着一个环形面，该环形面优选地位于一个假想的横向于控制套筒的纵向伸展设置的平面中。在此情况下，在进一步构型的范围中有：限制密封面的最大延伸距离的环形面与相对控制套筒的纵向伸展横向延伸的假想平面夹持一个在-20°与+20°的数值范围中的角度。
本发明还涉及用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器。该燃料喷射器具有一个根据本发明构思构成的、最好在轴向上压力平衡的设有控制套筒的控制阀，该控制套筒与一个外截锥形控制阀座配合作用，该控制阀座具有一个在120°与170°之间的数值范围中的锥角。通过控制阀的打开，即通过控制套筒从控制阀座上的抬起，使一个与一个一体地或多件式地构成的喷射阀元件形成作用连接的控制室与一喷射器回流部分连接，由此，控制室中的燃料压力迅速下降，喷射阀元件从其阀座上抬起，燃料能通过至少一个喷嘴孔流入内燃机的燃烧室中。对此的一个优选实施形式在于，其中控制套筒与一个衔铁板形成功能连接，即与该衔铁板构成一体或与该衔铁板尤其形锁合地连接，其中为了控制套筒的移动，该衔铁板与一个电磁致动器配合作用。
附图说明
本发明的其它优点、特征及细节可由以下对优选实施例的描述及参照附图得知。这些附图表示：
图1：包括一个带有控制套筒的控制阀的燃料喷射器的一个非全部的视图；及
图2：控制阀座的一个可能构型的放大视图。
具体实施方式
在附图中相同的部件及具有相同功能的部件用相同的标号来表示。
图1中以纵截面概要地表示一个构造成共轨喷射器的具有燃料输入部分的燃料喷射器。燃料喷射器包括一个保持体1及一个喷嘴体2，它们通过夹紧螺母3相互被夹紧。在保持体1及喷嘴体2的内部可纵向移动地支承着一个两件式的喷射阀元件3。该喷射阀元件3由喷嘴针4及控制杆5组成，其中，喷嘴针可纵向移动地设置在喷嘴体2中及控制杆可纵向移动地设置在保持体1中。
喷嘴针4通过其纵向运动控制至少一个喷射孔6的打开。燃料由喷嘴室7输入喷射孔6，该喷嘴室包围着喷嘴针4及可通过一个输入通道8注入处于高压下的燃料。如果喷嘴针4离开喷射孔6地运动及由此移动到其打开位置，则基本上处于轨压下的燃料由喷嘴室7通过喷射孔6被喷射到在图中未示出的一个内燃机的燃烧室中。如果相反地喷嘴针4处于其关闭位置中，即接触在一个阀座上，则喷射孔6被喷嘴针4关闭。
控制杆5被接收在保持体1内的一个纵向孔9中。控制杆5在一个低压室11内通过一个压块10位于喷嘴针4上，该低压室通过一个未示出的通道与喷射器回流部分连接，以致控制杆5与喷嘴针4在纵向上同步地运动。控制杆5在其向着喷嘴体2的端部上被一个关闭弹簧12包围，该关闭弹簧的一侧支撑在保持体1中的一个肩台上及另一侧支撑在压块10上，以致通过关闭弹簧12的力对压块10向着喷嘴针4的方向及由此对喷嘴针4向着其关闭位置施加力。
为了输入处于高压下的燃料，设有一个高压泵13，它压缩来自一个储备容器14的燃料及将其供给一个高压存储器15(轨)，在该高压存储器中保持处于高压下的燃料。处于高压下的燃料通过高压导管16及通过一个构成在燃料喷射器上的高压接头17被输送给燃料喷射器及以所述方式通过喷射孔6被喷射到内燃机的燃烧室中。
控制杆5用其背着喷嘴针4的端部限定了一个控制室18，该控制室通过一个具有输入节流阀20的输入孔19与输入通道8相连接。控制室18通过一个具有排出节流阀22的排出通道21与一个压力室23相连接。压力室23被设置在一个控制阀25(伺服阀)的轴向上可移动的控制套筒24的径向内部。控制套筒24与一个外截锥形控制阀座27配合作用，后者构造成在一个阀体28上。在控制套筒24内设有一个压力销29，该压力销构造成与阀体28分开的部件及在轴向上在图平面中向上地支撑在一个未示出的部件上。在该所示的实施例中，压力销29被用于控制套筒24在轴向上的导向。附加地或变换地，对于控制套筒24可在其外圆周上设计导向。
在所示的实施例中，控制套筒24与一个衔铁板30构成一体，该衔铁板与一个电磁致动器31这样地配合作用，以致当电磁致动器31通电流时衔铁板30及由此控制套筒24在图平面中向上运动，以致燃料可由压力室23流到燃料喷射器的低压区域32中及由那里流到回流通道33，通过该回流通道使后面还要说明的一个燃料控制量再输入到储备容器14中。为了关闭控制阀25，使电磁致动器31的电流中断，一个控制关闭弹簧34将控制套筒24在轴向上在图平面中向下地压到控制阀座27上。
为了启动喷射过程，使控制阀35的电磁致动器31通电流，由此使控制套筒24从其外截锥形的控制阀座27上抬起，以使得燃料由控制室18通过具有排出节流阀22的排出通道21及压力室23径向上经过控制套筒24的下端面与控制阀座之间流到低压区域32中及由此流向回流通道33。在此情况下排出节流阀22及使后继燃料通过它继续流到控制室18的输入节流阀20的通流横截面彼此这样地协调，以致产生到低压区域32中的及由那里排出到回流通道33的燃料净排出流量(控制量)。其结果是控制室18中的压力迅速下降，由此喷射阀元件3受到喷嘴室7中处于高压下的燃料的支持在轴向上在图平面中向上地运动及释放通过喷射孔6到内燃机的燃烧室中的燃料流。
为了结束喷射过程使电磁致动器31的电流中断，以致控制套筒24由控制关断弹簧34移动到其控制阀座27上。通过经由输入节流阀20继续流到控制室18中的燃料使控制室18中的压力迅速上升，以使得喷射阀元件3在图平面中向下地运动到其阀座上及由此中断了通过喷射孔6的燃料流。
图6中放大地表示控制阀25的阀座区域的一个可能的实施方式。可以看到控制套筒24，压力销29被接收在该控制套筒中及由此使被控制套筒24在径向外部限定的压力室23在轴向上在图平面中向上密封及接收压力。还可以看到控制套筒24的具有环形密封面36的端侧密封区域35，该环形密封面与外截锥形的控制阀座27配合作用。
还可以看到排出通道21，来自控制室的燃料可由该排出通道流入压力室23。在所示的该实施例中控制阀座27的锥角α约为120°。优选的是该锥角构造得更大，尤其约为160°。该锥角由控制阀座27的外表面37构成，确切地说由外表面37的位于接收控制阀座的纵向中轴线L的平面中的两个线段来构成。通过对锥角α的选择，至少在很大程度上可避免当控制套筒24冲击时在径向上相对控制阀座27的滑动。
也如图2中可看到的，与外表面37配合作用的密封面36位于一个在该实施例中具有约125°的内锥角β的内锥形区段26上。重要的是，被设置在轴向凸缘38上的、具有环形密封面36的区段26的内锥角β(稍微)大于外截锥形控制阀座27的锥角α。
还可看到：环形轴向凸缘38上的密封面36被设置在控制套筒24的端面上，其中密封面36直接地由控制套筒24的内圆周起既在径向上也在轴向上延伸。带有具有密封面36的内锥形区段26的轴向凸缘38径向向外地、轻微凹入弯曲地过渡到控制套筒的端侧的环形面39中，其中环形面39位于一个相对纵向中轴线L垂直延伸的平面中。由此使通过磨损而增大的密封面36的最大延伸距离受到限制。

Claims (17)

1.用于燃料喷射器的控制阀，具有一控制套筒(24)，该控制套筒构成一压力室(23)的边界及在纵向上可运动地被支承，其中，该控制套筒(24)在其端侧上具有一密封面(36)，该控制套筒用该密封面与一构造在一阀体(28)上的外截锥形的控制阀座(27)配合作用，其特征在于：该控制阀座(27)的锥角从120°与170°之间的数值范围中选择。
2.根据权利要求1的控制阀，其特征在于：该控制阀座(27)的锥角从130°与170°之间的数值范围中选择。
3.根据权利要求1或2的控制阀，其特征在于：所述锥角为约160°。
4.根据权利要求1或2的控制阀，其特征在于：所述密封面(36)构造在所述控制套筒(24)的一内锥形区段(26)上。
5.根据权利要求4的控制阀，其特征在于：所述具有所述密封面(36)的区段(26)的内锥角大于所述控制阀座(27)的锥角。
6.根据权利要求5的控制阀，其特征在于：所述内锥角比所述控制阀座(27)的锥角大一个在1°与10°之间的数值范围中的角度。
7.根据权利要求4的控制阀，其特征在于：所述密封面(36)邻接在所述控制套筒(24)的内圆周壁上及由该内圆周壁向径向外部及在轴向上延伸。
8.根据权利要求4的控制阀，其特征在于：所述密封面(36)设置在所述控制套筒(24)的一端侧的环形的轴向凸缘(38)上，在该轴向凸缘上径向向外连接着一环形面(39)，该环形面横向于所述控制套筒(24)的纵向伸展地延伸。
9.根据权利要求1或2的控制阀，其特征在于：当所述控制套筒(24)触靠在所述控制阀座(27)上时，所述控制套筒在轴向上是压力平衡的。
10.根据权利要求1的控制阀，其特征在于：该控制阀座(27)的锥角从140°与170°之间的数值范围中选择。
11.根据权利要求1的控制阀，其特征在于：该控制阀座(27)的锥角从150°与170°之间的数值范围中选择。
12.根据权利要求1的控制阀，其特征在于：该控制阀座(27)的锥角从155°与165°之间的数值范围中选择。
13.根据权利要求5的控制阀，其特征在于：所述内锥角比所述控制阀座(27)的锥角大一个在2°与9°之间的数值范围中的角度。
14.根据权利要求5的控制阀，其特征在于：所述内锥角比所述控制阀座(27)的锥角大一个在3°与6°之间的数值范围中的角度。
15.根据权利要求4的控制阀，其特征在于：所述密封面(36)设置在所述控制套筒(24)的一端侧的环形的轴向凸缘(38)上，在该轴向凸缘上径向向外连接着一环形面(39)，该环形面与一假想的、横向于所述控制套筒(24)的纵向伸展地设置的平面夹持一在-20°与+20°的范围中的角。
16.用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器，具有一根据权利要求1至10中一项的控制阀(25)，借助该控制阀可影响在一与一喷射阀元件(3)形成作用连接的控制室(18)中的燃料压力，其中，该喷射阀元件(3)根据该控制室(18)中的燃料压力可在一关闭位置与一将燃料流释放到该燃烧室中的打开位置之间移动。
17.根据权利要求16的燃料喷射器，其特征在于：该燃料喷射器是共轨喷射器。
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