CN102066741A - 燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器，尤其共轨喷射器，包括一个燃料回流接口(10)及一个单件式或多件式的、可在一个打开位置与一个关闭位置之间移动的喷射阀件(13)，该喷射阀件至少区段地布置在一个设在喷射器体(19)中的高压室(8)内。根据本发明，径向上在所述高压室(8)与所述喷射器体(19)之间设有一个环形室(42)，在所述燃料喷射器(1)工作期间在该环形室中燃料压力至少暂时地小于所述高压室(8)中的燃料压力及高于所述燃料回流接口(10)中的燃料压力。

Description

燃料喷射器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器，尤其涉及共轨喷射器。

现有技术

在内燃机的发展过程中遵守有害物质限制值具有最高的优先性。正是共轨喷射系统对减少有害物质作出了相应的贡献。共轨喷射系统的优点在于其喷射压力与转速及负载无关。但为了遵守未来的废气限制值就柴油发动机来说喷射压力必需显著的提高。

最新的燃料喷射器、例如在DE 10 2007 021 330中所描述的燃料喷射器被作成泄漏量很小，其方式是取消喷射阀件上的低压级。一些构件如喷射器体(壳体部件)将全面覆盖地被加载高压，由此与以前的燃料喷射器相比形成了一个全新的负荷压力降。正是在超过2000巴的轨压时不仅构件的切削误差会有问题，而且在不引人注意的位置上、如在喷射器体的中心孔上材料的缺陷也会导致故障。这些故障是通过统计确定出的。正是当构件大面积地被加载压力时，愈有可能基于结构的缺陷在高压负荷下使构件出毛病。这种故障类型很难用传统的计算方法来估价，因为故障不出现在以应力峰值为特征的位置上，而是出现在应力分布上不太厉害的位置上。

因此对于制造其最高喷射压力实质上大于2000巴的燃料喷射器必需使用成本特别高昂的专用材料，其中不仅材料本身，而且它的加工均与高成本关联。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种为极高喷射压力设计的燃料喷射器。而该燃料喷射器可有利地用传统的材料如C45号钢来制造。

该任务将通过具有权利要求1的特征的燃料喷射器来解决。在从属权利要求中给出了本发明的有利的进一步构型。由在说明书、权利要求书和/或附图中公开的至少两个特征的所有组合均落在本发明的范围中。

本发明基于这样的构思，即径向上在喷射器体(壳体部件)与一个优选构造成喷射器侧的轨压存储器(小型轨)的高压室之间配置一个环形室，在该环形室中持续地或暂时地具有小于高压室中燃料压力及具有高于燃料喷射器的低压区域中燃料压力的燃料压力。以此方式可达到：在径向内部限定环形室的圆周壁上仅作用有由高压室中燃料压力与环形室中燃料压力形成的差压。作用在设置于外部的喷射器体上的负荷也被降低，因为它仅承受环形室中的燃料压力。通过一个具有比高压室中低的液压的环形室的设置使压力由径向内部向径向外部逐级地降低，以致可避免严重的材料负荷。以此方式可以使：为远高于2000巴压力设计的燃料喷射器体也可用传统的材料如C45号钢来制造，-尤其当环形室中的燃料压力不超过1800巴时。如果燃料喷射器的高压室中的压力例如最大为2000巴，则当环形室与高压室之间的压力差约为200巴时，通常就够用了。

特别有利的是燃料喷射器的一个实施形式，其中当燃料喷射器工作期间环形室中的压力值至少为高压室中的压力值的一半，以便由此不会使环形室与高压室之间的分隔部分的负荷过大。

特别有利的是一个实施形式，其中通过燃料供给接口由外部燃料高压存储器(轨)流入的燃料可直接地导入高压室。对此优选地设置了一个在径向上穿过环形室的通道，该通道例如由在径向内部限定环形室的喷射器构件形成。

该燃料喷射器优选地涉及一种所谓小泄漏的喷射器，尤其没有持续地产生作用到一个由单部件或多部件构成的喷射阀件上的液压闭合力的低压级。这种燃料喷射器最好装备长的喷射阀件，它的轴向延伸距离优选地相应于整个燃料喷射器轴向距离的至少50％，优选至少为60％或70％。在此情况下一个特别优选的实施形式为，其中接收喷射阀件的高压室在轴向上一直延伸到喷孔装置，其中，当需要时高压室可被分成两个在轴向上相邻的室区段，在它们之间设有一个关闭节流部分，以使得喷射阀件尖端区域中的燃料压力例如大致降低100至200巴，以便由此产生一个液压闭合力分量。特别优选的是一个实施形式，其中高压室在轴向上一直延伸到一个与喷射器体轴向上相邻的喷嘴体中，在此情况下也可实施这样一个实施形式，其中构成在喷射器体与高压室之间的降压的环形室在轴向上一直延伸到喷嘴体中。

为了在环形室中产生所需的压力降，可考虑实施一个串联的节流组合，它由至少一个环形室输入节流部分及至少一个环形室排出节流部分组成，其中通过环形室输入节流部分可使处于高压的、尤其处于至少近似轨压的燃料流入到环形室中。通过环形室排出节流部分可使燃料又由环形室向着燃料喷射器低压区域的方向流出，其中至少一个环形室输入节流部分及至少一个环形室排出节流部分的通流横截面被这样地定尺寸，以致在环形室与高压室之间产生所需的压力差。该降压机制可与公知的控制室压力降相比拟，该控制室压力降由伺服控制的燃料喷射器公知。其实质的区别则在于：环形室与控制室相比对燃料喷射器的喷射性能无影响，以致对至少一个环形室输入节流部分及至少一个环形室排出节流部分在制造时可提出较小的精确度要求。特别有利的是，至少一个环形室输入节流部分和/或至少一个环形室排出节流部分在结构上通过一个导向部和或泄漏间隙来实现，由此可节省用于制造节流孔的附加工序。当然也可以是至少一个节流部分被作成节流孔。

至少一个环形室排出节流部分也可通过后面还要说明的过压阀来代替或构成。

特别优选的燃料喷射器的一个实施形式是，其中环形室中的压力不是在整个工作期间相对高压室中的压力降低，而是仅当高压室中的压力超过一个临界极限值时才降低。这在通常仅是这样的情况，即当内燃机在全负荷下工作时。换句话说一个优选的实施形式是，其中环形室中的压力与高压室中的压力相比仅当超过一个最小压力、尤其1800巴起才降低或被降低。

该要求可在结构上这样地实现，即在燃料流动方向上在环形室与燃料喷射器低压区域之间设有至少一个过压阀，该过压阀尤其构造成止回阀。在此情况下一个特别优选的实施形式是，其中过压阀被这样地设计，使得它在打开状态下起到环形室排出节流部分的作用，以致可确定地调节所需的环形室压力。通过过压阀仅暂时地打开，可使寄生排流量下降到一个绝对的最小值上。

过压阀优选地包括至少一个弹簧，该弹簧对可移动的阀件加载弹簧力。特别优选地该弹簧涉及一个板簧和/或该阀件涉及一个尤其构造成钢珠的阀珠。在结构上优越的一个实施形式是，其中阀件被弹簧压在一个构成在轴向上限定低压区域的喷射器构件上的阀座上。在此情况下板簧例如在轴向上被夹持在用于将喷射器构件固定在喷射器体中的阀夹紧螺丝与该喷射器构件之间。

变换地可实施一个实施形式，其中过压阀的一个可调节的阀件由一个轴向上限定低压区域的喷射器构件构成，其中该喷射器构件借助一个弹簧、例如一个胀套或一个盘状弹簧对喷射器体加载弹簧力。在此情况下特别优选的是，当过压阀打开时燃料由环形室通过一个环形泄漏间隙流到燃料喷射器的低压区域中，其中该泄漏间隙最好轴向上构造成在喷射器构件与喷射器体之间，其中为了保证关闭的过压阀有足够的密封性，在喷射器体和/或喷射器构件上优选地构有一个咬合边缘。

过压阀的弹簧优选地被这样布置，即弹簧的预紧力及由此环形室的最大压力可借助一个阀夹紧螺丝来调节，其中，该阀夹紧螺丝最好为轴向上限定燃料喷射器的低压区域的喷射器构件的轴向保持件。

附图说明

由以下借助附图对优选实施例的说明可得到本发明的其它优点，特征及细节。这些附图表示：

图1：燃料喷射器的第一实施形式，它具有一个构成在高压室与喷射器体之间的环形室，当燃料喷射器工作时该环形室中的燃料压力相对高压室中的燃料压力有所降低，

图2：燃料喷射器的一个变换的第二实施形式，它具有一个设置在环形室与燃料喷射器的低压区域之间的、构造成止回阀的过压阀，它具有的任务是仅当超过一个最小压力时才降低环形室中的燃料压力，及

图3：燃料喷射器的另一变换的第三实施形式，其中过压阀的阀件由一个限定控制室的喷射器构件构成。

具体实施形式

在附图中相同的构件及具有相同功能的构件用相同的标号来指示。

图1中表示一个用于将燃料喷射到一个未示出的、机动车的内燃机燃烧室中的燃料喷射器1。一个高压泵2使燃料由一个储存容器3输送到一个燃料高压存储器4(轨)。燃料、尤其柴油或汽油在该燃料高压存储器中在高压下被存储，在该实施例中该高压约为2500巴。该燃料喷射器1在其它未示出的喷射器旁边通过一个供给导管5连接在燃料高压存储器4上。该供给导管5导向燃料喷射器1的燃料供给接口6，该燃料供给接口通过一个供给通道7导向一个中心的、被用作小型轨的高压室8。在该高压室8中基本上具有约2500巴的轨压。在一个喷射器盖9上设有一个燃料回流接口10，在该燃料回流接口上连接了一个回流导管11。通过回流接口10及回流导管11可使一个后面还将描述的燃料控制量及泄漏量由燃料喷射器1的低压区域12排出到也处于约1至10巴的低压上的储存容器3。

在高压室8内轴向可移动地接收一个在所示实施例中为单件的喷射阀件13。变换地喷射阀件13也可由多部件构成及例如由一个上部控制杆及一个下部喷嘴针组成。

喷射阀件13纵向可移动地被导入到一个在图平面下部的喷嘴体15的导向孔14中。这里在喷射阀件13的外径上在其下部导向区域中被构有作为磨削部分的轴向通道16，在喷射阀件13打开时燃料通过这些轴向通道可轴向向下地流到喷孔装置17。喷嘴体15借助一个锁紧螺母18与喷射器体19压紧。在所示的该实施例中喷射器体19构成了一个壳体20的最大壳体部分。

喷射阀件13在其尖端21上具有一个闭合面22，喷射阀件13用该闭合面可在一个构成于喷嘴体15内的喷射阀件座23上形成密封接触。当喷射阀件13接触在其喷射阀件座23上时，即位于一个闭合位置时，将阻断燃料由喷孔装置17的喷出。如果与此相反地由其喷射阀件座23上抬起，燃料可由高压室8在轴向上通过轴向通道16流到一个下部的构造成环形空间的喷嘴室24及由那里通过喷射阀件座23流到喷孔装置17及从这里基本上处于高压(轨压)下地被喷射到燃烧室(未示出)中。

由喷射阀件13的上端面25及一个喷射器构件27的控制室区段26限定了一个控制室28，该控制室通过一个开在喷射阀件13中的输入节流部分29由高压室8供给燃料。控制室28通过一个轴向地延伸在喷射器构件27中的带有排出节流部分31的排出通道30与一个控制阀33(伺服阀)的阀室32连接。阀室32在径向外部由一个套筒形式的控制阀件34限定。该套筒形式的控制阀件34在其闭合位置中在轴向上基本上是压力平衡的。阀室32在轴向的上部由一个压力销35限定，该压力销轴向地支撑在喷射器盖9上及构造成与喷射器构件27分开的构件。一个与套筒形式的控制阀件34相互配合的控制阀座36(这里为平面阀座)构造成在喷射器构件27上。

套筒形式的控制阀件34与一个衔铁板37构成一体，该衔铁板与一个电磁的致动器38相互配合。如果该致动器被通电流，则控制阀件34在轴向上由其控制阀座36抬起，以致燃料可由阀室32及因此由控制室28流到低压区域12并由那里通过燃料回流接口10及回流导管11流到储存容器3。在此情况下输入节流部分29-它变换地例如也可构造成在喷射器构件27中-的与排出节流部分31的通流横截面这样地相互协调，使得在控制阀33打开的情况下产生燃料由控制室28的净排流，其后果是，控制室33中的燃料压力急速下降及由此使液压打开力作用在喷射阀件13上，结果使该喷射阀件由其喷射阀件座23上抬起及释放用于使燃料喷射到燃烧室中的喷孔装置。

为了结束喷射过程使电磁致动器的通电中断。借助一个一端支撑在压力销35的肩部上及另一端支撑在衔铁板37的上端面上的控制闭合弹簧39使套筒形式的控制阀件34移回到其控制阀座36上。通过输入节流部分29再流入的燃料用于控制室28中压力的升高及其后果是：在一个关闭弹簧40的支持下使喷射阀件13移回到喷射阀件座23上。这里关闭弹簧40被设置在伸入到喷嘴体15中的高压室8中及其一端支撑在喷射器构件27的下端面上而另一端支撑在喷射阀件13的一个卡圈41上。为了产生足够高的关闭力，轴向通道16可构造成节流通道，以便由此使喷嘴室24中的压力与高压室8相比有所下降。但有利的是该压力仅下降约100至200巴，以致喷嘴室24及高压室8可被视为一个共同的室。通过由喷射阀件13的关闭所引起的喷射速率的突然下降在喷嘴室24中及主要在高压室8中形成一个压力脉冲(尤科夫斯基冲击)，该压力脉冲被反射到燃料高压存储器4上。该量波将导致压力震荡。由此引起的峰值压力可能高于最大轨压几百巴，由此必需相应地使整个燃料喷射器1及供给系统按该峰值压力来设计。

为了能使喷射器体19不承受过量的压力负荷及由此还由通常的钢、如C45来制造，在图1所示的燃料喷射器1中设有一个环形室42，该环形室在径向上位于高压室8与喷射器体19之间。该环形室42在轴向上延伸在喷射器体19的轴向延伸距离的大部分上及需要的话也可轴向地延伸到喷嘴体15中。

环形室42在径向内部相对高压室8由喷射器构件27的一个管状区段43来界定。为此在喷射器构件27中开有一个阶梯孔44，该阶梯孔用其在图面中的上端限定控制室28。在环形室42中持续地具有比高压室8中小的压力及持续地具有比燃料喷射器1的低压区域12高的燃料压力。通过一个在下面还要说明的节流装置使环形室42中的压力持续地小于高压室8中的压力。在此情况下在下面还要说明的该节流部分的通流横截面被这样地整定，以致环形室42中的压力不超过1800巴。由此使喷射器体19的压力负荷至少在其轴向延伸的大部分上的压力苛刻的区域中得以下降。

如由图1可看到的，供给通道7被区段地构造成为一个与喷射器体19用螺纹连接的套管形状的接口部件60中的孔，其中供给通道7在径向上继续进入高压室8中，及在此情况下在径向上穿过环形室42并相对该环形室密封。为此喷射器部件27在供给通道7的区域中具有一个正的直径跳变45(外周环圈)，在该直径跳变中与供给通道7隔开地开有轴向延伸的通道46，燃料通过这些通道可由环形室42的下部区段无阻碍地并最好无节流地流到环形室42的上部区段。

图1中所示的喷射器构件27不必强制地构成单件。例如也可考虑，环形室42用一个单独的、管状的、这里由管状区段43构成的部件来限定，该部件在轴向上支撑在这里被作成喷射器构件27的板区段47的一个单独的、限定低压区域12的构件上。

环形室42在轴向的上部由如所述的也可被作成单独构件的、喷射器构件27的板区段47来限定。该喷射器构件27由一个阀夹紧螺丝48被夹紧在喷射器体19的一个环形肩49上。环形室42在轴向的下部由一个密封件50限定，该密封件在径向上位于喷射器构件27的管状区段43与喷射器体19之间。

如由图1中还可看到的，在所示实施例中处于2500巴高压下的燃料可在径向上通过一个环形室输入节流部分51流入环形室42中。燃料由那里通过一个设在喷射器构件27中的环形室排出节流部分52可流到燃料喷射器1的低压区域12中。在此情况下环形室输入节流部分51与环形室排出节流部分52的通流横截面彼此这样地协调，使得如上所述地，环形室42中的压力不超过1800巴的最大压力值，由此使喷射器体19的压力负荷明显地减小。如由图1可看到的，环形室输入节流部分51及环形室排出节流部分52被作成节流孔，对此也可实施变换的制造可能性。因为环形室42中的压力对燃料喷射器1的喷射特性没有丝毫影响，环形室输入节流部分51及环形室排出节流部分52可被作得很小，由此使压力下降所需的寄生排流量变小。另一方面环形室42中的压力对用作小型轨的高压室8中的液压变化无反应，而仅对制约工作的轨压变化作出反应。

以下将借助图2及3来说明燃料喷射器1的另一变换的实施例。这里该实施形式的结构基本上相应于图1中所示的及以上所描述的实施形式。为了避免重复，因此以下基本上仅说明与图1中所示及以上所描述的实施例的区别。对于共同的部分可参考图1及以上的附图说明。

与根据图1的实施例不同地，在根据图2的实施例中环形室42中的压力与高压室8的压力相比不是持续地被降低。这将归因于：燃料由环形室42仅可暂时地流出到燃料喷射器1的低压区域12中。在图2所示的实施例燃料由高压室8流入到环形室42中是通过一个被作成节流孔的环形室输入节流部分51实现的。在根据图2的实施例中环形室排出节流部分52由一个被作成止回阀的过压阀53构成，该过压阀被这样设计，使得仅当环形室42中超过一个最小压力时，它才向着低压区域12的方向打开。以此方式环形室42中的压力下降仅在其必要时，即当出现对于稳定性关键的压力时才实现。由此总地可使寄生排流量进一步的减小。过压阀53包括一个构造成钢珠的阀件54，该阀件被一个构成板簧的弹簧55向着一个构成在喷射器构件27上、确切地构成在板区段47上的阀座56的方向加载弹簧力。这里阀件54的下侧通过喷射器构件27中的一个通道57与环形室42的环形室容积持续地连接。如果环形室42中的压力超过一个最小压力，则球形阀件54抵抗弹簧55的弹簧力由其阀座56上抬起，以致燃料可被节流地由环形室42流出到低压区域12中。过压阀53被这样地定参数，以致过压阀53的节流作用引起环形室42中所需程度的压力下降。

如由图2还可看出的，构成板簧的弹簧55被轴向地夹持在阀夹紧螺丝48与图面中喷射器构件27的板区段47的上侧之间。

图3中表示按照与图2中所示及以上描述的实施例相同的原理工作的燃料喷射器的一个实施例。这里与根据图2的实施例不同地环形室输入节流部分51不构造成节流孔，而是构造成喷射器构件27的管状区段43外周环圈58与喷射器体19之间的泄漏间隙。另一环形室输入节流部分51被设置在上部正的直径跳变45(外周环圈)与喷射器体19之间。

并且不设有作为环形室排出节流部分52的任何节流通道。该排出节流部分由过压阀53构成，环形室42通过该过压阀可与燃料喷射器1的低压区域12连接。阀件54由喷射器构件27的板区段47构成。在过压阀53的关闭状态中该阀件接触在喷射器体9的环形肩49上。当过压阀53打开时板区段47在轴向上向上移动，以致在轴向上板区段47与喷射器体19的咬合边缘59之间形成一个环形间隙，其中环形间隙的通流横截面被这样整定，以致产生所需的节流作用。

当作用在板区段47上的压力超过构造成盘状弹簧的、在轴向上向上地支撑在夹紧螺丝48上的弹簧55的弹簧力时，则该板区段从其由喷射器体19上的咬合边缘59构成的阀座56上抬起。弹簧55力图使板区段47轴向向下地压在喷射器体19的环形肩49上。通过阀夹紧螺丝48的调节可调整弹簧55的预紧力。

Claims (13)

1.用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器，尤其共轨喷射器，包括一个燃料回流接口(10)及一个单件式或多件式的、可在一个打开位置与一个关闭位置之间移动的喷射阀件(13)，该喷射阀件至少区段地布置在一个设在喷射器体(19)中的高压室(8)内，其特征在于：径向上在所述高压室(8)与所述喷射器体(19)之间设有一个环形室(42)，在所述燃料喷射器(1)工作期间在该环形室中燃料压力至少暂时地小于所述高压室(8)中的燃料压力及高于所述燃料回流接口(10)中的燃料压力。

2.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：所述环形室(42)中的压力至少为所述高压室(8)中的压力的一半。

3.根据权利要求1或2的燃料喷射器，其特征在于：由一个供给通道(7)流入的燃料被直接地导入所述高压室(8)中。

4.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述高压室(8)在轴向上一直延伸到喷孔装置(17)。

5.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述高压室(8)和/或一个通向所述高压室(8)的供给通道(7)通过至少一个环形室输入节流部分(51)与所述环形室(42)形成液压连接。

6.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述环形室(42)通过至少一个环形室排出节流部分(52)与一个在液压上优选设置在控制阀(33)后面的、所述燃料喷射器(1)的低压区域(12)相连接。

7.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述环形室(42)在径向内部由一个至少区段地管状的、优选限定一个控制室(28)的喷射器构件(27)来限定。

8.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：与所述高压室(8)中的压力相比，所述环形室(42)中的压力当超过一个最小压力时才开始降低，该最小压力尤其大于1800巴。

9.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述环形室(42)能通过至少一个优选在打开状态时进行节流的、尤其构造成止回阀的过压阀(53)与所述燃料喷射器(1)的所述低压区域(12)液压地连接。

10.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述过压阀(53)包括一个弹簧(55)、尤其板簧及一个尤其为球形的阀件，该阀件被所述弹簧(55)优选靠在一个限定所述低压区域(12)的喷射器构件(27)上地加载弹簧力。

11.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器，其特征在于：所述过压阀(53)的一个可调节的阀件由一个限定所述低压区域(12)的喷射器构件(27)构成，该喷射器构件借助一个弹簧(55)、尤其借助一个胀套或一个盘状弹簧压在所述喷射器体(19)上。

12.根据权利要求11的燃料喷射器，其特征在于：当所述过压阀(53)打开时，优选在轴向上在所述喷射器构件(27)与所述喷射器体(19)之间形成一个尤其环形的泄漏间隙。

13.根据权利要求11或12的燃料喷射器，其特征在于：所述过压阀(53)的所述弹簧(55)的预紧力可借助一个阀夹紧螺丝(48)来调节。

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