CN102472222A - 用于内燃机的燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

用于内燃机的燃料喷射阀，具有阀体(1)，在该阀体中构造有压力室(5)，在该压力室中可纵向移动地设有阀针(3)，所述阀针借助构造在所述阀针(3)上的阀密封面(11)与限界所述压力室(5)的阀座(9)共同作用。通过所述阀针(3)与所述阀座(9)的共同作用能实现或中断至通向少一个喷射孔(7)的燃料流，其中，燃料流在所述阀针(3)和所述压力室(5)的壁之间穿过流向所述喷射孔(7)。在所述阀针(3)上构造凸缘(17)，使得在所述压力室(5)的壁和所述凸缘(17)之间构造缝隙节流部(15)，其中，所述凸缘(17)具有入流侧的面(20)和流出侧的面(24)，其中，入流侧的所述面(20)倒圆或者圆锥形地构造。

Description

用于内燃机的燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及用于内燃机的燃料喷射阀，如优选用于将燃料直接喷射到快速运行、自点火的内燃机的燃烧室中。

背景技术

用于在高压下将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀以一直的高压运行。如今已部分地实现超过2000bar的喷射压力。在此，燃料压力由高压泵产生，该高压泵将压缩的燃料输送到所谓共轨的高压储存器中。多数情况下，由该共轨供给、借助喷射孔被电子控制阀控制地开启并且控制具有运动的阀针的多个喷射器，使得燃料在期望的时刻并且以期望的配量喷射到燃烧室中。通过包围阀针的高的燃料压力，更重存在的大的液压力作用在阀针上。

为了精确的喷射和良好的喷雾燃料，尤其重要的是能快速地阀针。由此在目前公知的喷射阀中实现，设有低压力级，使得在控制室中的液压力大于在开启方向作用在阀针上的力，该液压力加载阀针并且借助该液压力将闭合力施加在阀针上。通过液压闭合力的过量，阀针被快速地闭合并且由此干净地喷射。

然而随着压力增大出现问题，即出现到低压室的增多的泄漏，这必须通过附加的泵功率补偿并且最终导致车辆的燃料过多消耗。如果能简单地省去低压力级，那么阀针被进一步压力补偿，如果它在喷射结束时闭合控制阀，其方式在于，在控制室中重新建立高的燃料压力。闭合力在情况下能仅以该方式例如通过弹簧施加。但因为喷射阀即使在低压力的情况下必须开启，所以弹簧不应太僵硬，使得仅施加低的力到阀针上，这独自通过弹簧力不能快速地闭合。

为了解决该问题，由DE 10 2007 032 741 A1公知了一种燃料喷射阀，该燃料喷射阀具有节流凸缘。该节流凸缘设置在阀座附近，喷射孔从该阀座出发，使得在凸缘和压力室的壁之间构成节流缝，在该压力室中设有阀针。在喷射阀开启时，也就是说当阀针从阀座抬起时，由此产生压力损失，使得节流缝在下游的压力比上游更低。由此降低在阀针的阀密封面上的液压力，使得如果控制阀被闭合和在控制室中重新建立燃料压力时，那么从现在起闭合力足够在阀针上建立能导致快速闭合的闭合力。然而在DE 102007 032 741中提出的通过在阀针上的凸缘构成的节流阀具有缺点，即那里描述的锋利棱的节流部仅高耗费地制造。与节流缝的中心的位置或大小、形状或者入流棱或流出棱的变化不同，液压的特性的并且由此压力的明显的变化在上游和下游引起缝节流。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种燃料喷射阀，其中，节流缝由在阀针上的凸缘形成，该凸缘可简单地制造并且相对于公差偏差不敏感。

根据本发明的燃料喷射阀解决了提出的任务，其方式在于，阀针具有凸缘，该凸缘具有入流侧的面，其中，该入流侧的面圆形地或者圆锥形地构造。这具有不同的优点：一方面这种圆形的或者圆锥形的入流侧的面比锐利的也就是说相对于阀针垂直地突出的面更成本有利地制造。另一方面这样构造的面相对于流动分解稳固，使得不存在空穴现象，该空穴现象不受控地影响在缝隙节流部的通流阻力。

尤其有利的是，从横截面上看流入侧的面以0.2mm至0.3mm的半径倒圆。这尤其在喷射燃料时在使用凸缘和喷射阀的情况下在液流分解和制造成本方面在凸缘上产生理想的比例。在圆锥形构造的流入面上，为50°至80°的、相对于阀针的纵轴线的角度被证明为尤其有利。

在另一有利的构型中，圆柱形的区段连接在流入侧的面上，在该区段和压力室的壁之间构造有最小的通流横截面，该通流横截面仅在凸缘圆周上一部分上构成或者在凸缘的整个圆周上构成。圆柱形的区段能够简单地通过在外侧上的材料减少被磨成精确的直径或者通过磨削部构成相应的路径，使得可容易地调节成期望的缝隙节流部的大小。

在另一有利的构型中，凸缘的流出侧的面由圆锥面或者倒圆部构成，该倒圆部直接连接在圆锥形的区段上。通过构造在圆柱形区段和流出侧的面之间的棱确保构成取决于液流的锋利棱，使得液流一直在该点上限定地分解。由此缝隙节流部的节流作用相对于影响例如表面特性或燃料特性稳定。在此，尤其有利的是，在流出侧的面的两个圆锥面之间角度差为20°至30°。

为了最优的与雷诺数无关的节流，缝隙节流部的长度相对于液压直径的、大于2并且小于20的比例是最优的，因为获得很大程度的温度无关性并且缝隙节流部还在一数量级中，该数量级在制造技术上代表可支持的消耗。

附图说明

本发明的主题的其他的优点和有利的构型由说明书和附图得出。

在附图中示出根据本发明的燃料喷射阀。附图示出：

图1穿过根据本发明的燃料喷射阀的纵剖图，其中，仅示出喷射阀的燃烧室侧的部分，此外，该喷射阀由现有技术充分地公知，

图2图1的在第一实施例的凸缘区域中的局部放大图，

图3如图2的第二实施例的同样的局部图，

图4在替代构造的缝隙节流部的凸缘的区域中穿过阀针的横截面。

具体实施方式

在图1中以纵剖图示出了根据本发明的燃料喷射阀，其中，仅示出喷射阀的部分，该部分在内燃机的安装位置中朝向燃烧室。该燃料喷射阀1具有阀体2，在该阀体中以孔的形式构造压力室5。该压力室5在燃烧室侧被基本上圆锥形的阀座9限界，多个喷射孔7从阀座出发。在压力室5中设置可纵向移动的阀针3，该阀针相对于压力室5的纵轴线旋转对称地构造。阀针3在压力室5中的导向区段103中导向，其中，确保燃料流穿过多个构造在导向区段103的外侧上的磨削部14并从导向区段103旁边经过。阀针3在其朝向阀座的端部上具有阀密封面11，借助该阀密封面，阀针3与阀座9共同作用以开启和闭合喷射孔7。

相对于导向区段103背离阀座地在阀针3上构造凸缘17，该凸缘构造在棱18的外侧上。在棱18和压力室5的壁之间构造有缝隙节流部15，该缝隙节流部相对于穿过压力室5至喷射孔7的燃料流表示最小的流动横截面。这里该缝隙节流部15构造为环缝隙节流部，该环缝隙节流部具有内径D_i和外径D_a。

确定用于喷射的燃料通过在图中没有示出的高压泵压缩并且输入到同样在图中没有示出的高压储存器，喷射阀与高压储存器连接。压缩的燃料从高压储存器引导到压力室5中，在那燃料穿过压力室5和相应地也穿过缝隙节流部1 5和磨削部14朝向阀座9流动。在喷射阀的闭合状态下，也就是说如果阀针3安放在阀座9上，那么阀针3闭合喷射孔7。如果阀针3从阀座9移开，这借助在图中同样没有示出的(然而由现有技术充分公知的)控制阀实施，那么喷射孔7与压力室5连接，并且燃料通过喷射孔7喷射到内燃机的燃烧室中。

为了生成在阀针3上的更大的闭合力，在阀密封面11上作用的燃料压力必须比作用在阀针3的对置的端侧上的燃料压力更小，该阀针被控制室中的压力加载。对此，凸缘17用于：通过缝隙节流部15实现节流燃料流，如果阀针3从阀座9抬起，使得在压力室5中在凸缘17之前和之后的区域之间出现压力差。该压力差在喷射压力为1600至2000bar的情况下大约为50至100bar。该具有棱18的凸缘17的形状引起，缝隙节流部15的节流很大程度与雷诺数无关。对此，必须满足下面条件。

缝隙节流部的作用通过两个量确定：一方面通过液压有效的直径D_Hyd和另一方面通过缝隙节流部L的长度。液压有效的直径D_Hyd由通流横截面和通流边缘长度的商计算出，使得通常为：

D_Hyd＝4*通流横截面/通流边缘长度

如果缝隙节流部15由环缝构成，如图1所示一样，那么通流横截面和边缘长度由直径D_a和D_i给出，也就是说由凸缘17的外径和压力室5的直径给出，如图1所示。如果人们将相应的公式插入到上面的等式中，那么得到

D_Hyd＝D_a-D_i

棱18的长度L由缝隙节流部15的长度限定，其中，通流横截面比最小通流横截面的1.2倍更小。由此在大小上与雷诺数的无关性如对于喷射阀的功能是必要的，L相对于D_Hyd的比例为＜20。与雷诺数的并且因此与燃料的温度的无关性虽然没有完全满足，但对于喷射阀的目的是足够的。

为了能够遵循制造公差足够的是，L相对于D_Hyd的比例保持＞2。从物理的观点出发，虽然L相对于D_Hyd的比例为＜2并且由此有利地锋利并且导致绝对的温度无关性，然而这样的棱实际上不能制成，并且与数值的最小偏差已导致缝隙节流部的强烈变化的节流特性。因此足够的是，L相对于D_Hyd的比例保持＞2。那么得到：

2＜L/D_Hyd＜20

这样的缝隙节流部也简称为液压的。

图2示出第一实施例的凸缘17和阀针3的放大图，其中，在图1中的该区域标记以II。凸缘17可划分为三个区段：入流侧的面20、圆柱形的区段22和流出侧的面24。入流侧的面20倒圆地构造并且在它过渡到圆柱形区段22中的区域中以半径R倒圆。该半径R有利地为大约0.2至0.3mm。通过入流侧的面20的倒圆可更简单并且由此更成本有利地制造凸缘17并且此外产生优点，即在流入时到缝隙节流部15中的液流相对于液流分解稳定，使得与流动速度无关地在缝隙节流部15的区域中没有导致不稳定。

圆柱形的区段22基本上表示节流缝的长度L，然而如上面已提及的一样，缝隙节流部的长度L被限定为这样的长度，在该长度中通流横截面比最小通流横截面的1.2倍更小。这在图2中由此示出，即长度L比圆柱形区段22的厚度略大。

流出侧的面24通过直接连接在圆柱形区段22上的第一圆锥面124并且通过构成凸缘17的局部的第二圆锥面224构成。通过第一圆锥面124的成形在从圆柱形面22的过渡部上构造有棱26，通过该棱实现，燃料的流动通过缝隙节流部15一直在相同的部位上即在棱26上分解。由此缝隙节流部15的节流作用相对于影响如表面特性和燃料特性稳定。在此，有利的是，在第一圆锥面124和圆柱形面22之间的20°至30°的角度差。

在图3中示出凸缘17的另一实施例。这里入流侧的面20′构造为圆锥面，该圆锥面与阀针3的纵轴线围成角度α。该角度α优选在60°至80°的范围内。这里流出侧的面24′同样实施为简单的圆锥面。入流侧的面20′的圆锥引起与图2中的倒圆的入流侧的面20′相似的优点，这样的面尤其比精确垂直于阀针定向地入流侧的面更简单地制造。

图4以横截面示出根据本发明的缝隙节流部15和凸缘17的另一构型。与前面的实施例相反，这里缝隙节流部1仅在圆周的部分区域上构造，这些部分区域通过侧向的磨削部28构成，使得凸缘17在横截面上具有基本上三角形的构型。在不存在磨削部28的地方，在凸缘28和压力室5的壁之间的缝隙如此地小，使得实际上实现密封。这里，这些磨削部28为了清楚表示地夸张地大，其中，磨削部25的长度K自然朝向凸缘17的长度L，以便获得期望的液压的直径。替代如图4所示的三个磨削部28，也可设有更大或更小数目的磨削部28，例如1、2、4、5或6。

在根据图4的实施例中，液压的直径D_Hyd与根据图2和3的实施例不同大小。如果S是磨削部28的弯曲长度，K是磨削部28的棱长度并且A是面，该面由在磨削部25和压力室5的壁之间的磨削部28构成，因此得到D_Hyd

D_Hyd＝4*A/(S+K)

替代磨削部28也可在凸缘17上设有其他构成缝隙节流部15的留空部，例如槽。

这里提出的由凸缘17和压力室5的壁构成的缝隙节流部15也产生节流，该节流很大程度与雷诺数无关并且由此也很大程度与温度无关。通过选择的数值可实现在可获得的制造公差和缝隙节流部的作用之间的足够地折衷，该缝隙节流部由锋利的棱构成。与雷诺数的绝对无关性仅在凸缘17的棱18是理想的锋利棱时实现，然而这在制造技术上不能接受。

Claims (8)

1.用于内燃机的燃料喷射阀，具有阀体(1)，在该阀体中构造有压力室(5)，在该压力室中可纵向移动地设有阀针(3)，所述阀针借助构造在所述阀针(3)上的阀密封面(11)与限界所述压力室(5)的阀座(9)共同作用，其中，通过所述阀针(3)与所述阀座(9)的共同作用能实现或中断通向至少一个喷射孔(7)的燃料流，其中，燃料流在所述阀针(3)和所述压力室(5)的壁之间穿过流向所述喷射孔(7)并且在所述阀针(3)上构造凸缘(17)，使得在所述压力室(5)的壁和所述凸缘(17)之间形成缝隙节流部(15)，其中，所述凸缘(17)具有入流侧的面(20)和流出侧的面(24)，其特征在于，入流侧的所述面(20)倒圆或者圆锥形地构造。

2.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于，入流侧的所述面(20)在横截面上来看以0.2mm至0.3mm的半径(R)倒圆。

3.根据权利要求1或2的燃料喷射阀，其特征在于，所述凸缘(17)具有圆形的横截面，使得在所述凸缘(17)和所述压力室(5)的壁之间形成环缝形的缝隙节流部(15)。

4.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于，所述凸缘(17)在其圆周上具有变化的延伸，使得所述缝隙节流部(15)仅在所述凸缘(17)的圆周的一部分上构造。

5.根据权利要求1至4之一的燃料喷射阀，其特征在于，在所述凸缘(17)的流入侧的所述面(20)上连接有圆柱形的区段(22)，在该区段和所述压力室(5)的壁之间构造有最小的通流横截面。

6.根据权利要求5的燃料喷射阀，其特征在于，所述凸缘(17)的流出侧的所述面(24)由圆锥面(124；24′)构成，其中，所述圆锥面(124；24′)直接连接在圆柱形的所述区段(22)上。

7.根据权利要求6的燃料喷射阀，其特征在于，所述圆锥面(124；24′)和圆柱形的所述区段(22)的张角的差为20°至30°。

8.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于，所述缝隙节流部(15)的长度(L)与液压直径D_Hyd的比大于2并且小于20。

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