CN102966475A - 具有冷却效果的喷射器套筒造型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套筒，设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器并且用于导入内燃机的气缸头的容纳部中，其中，为了在套筒和气缸头之间形成冷却通道，套筒在第一和第二止挡部之间的外直径比在第一止挡部的区域内的外直径更小。此外，本发明还涉及一种包括气缸头和这种套筒的单元。

Description

具有冷却效果的喷射器套筒造型

技术领域

本发明涉及一种套筒，设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器并且用于导入该内燃机的气缸头的容纳部中，其中，燃料喷射器具有喷管体和喷柱，其中，喷柱和喷管体相比具有更小的外直径，其中，套筒分别形状配合地围绕该燃料喷射器的喷管体和喷柱，其中，该套筒在喷管体到喷柱的过渡部的区域中在其内侧上具有用于挡住喷管锁紧螺母的第一止挡部，并且在燃料喷射器的喷柱的区域中在其外侧上具有用于将套筒抵靠在气缸头的防火板上的第二止挡部。此外本发明还涉及一种包括气缸头和套筒的单元，其中，气缸头具有用于套筒的容纳部和用于抵靠在内燃机的燃烧室上的防火板，并且其中，套筒设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器并且用于导入该内燃机的气缸头的容纳部中。

背景技术

例如在直接喷注式柴油马达中，为了容纳内燃机喷射器，需要朝向气缸轴延伸的钻孔。该容纳部可以集成到气缸头的铸件中，也就是说浇铸成型的喷射器圆拱，或者利用一个单独的、导入式套筒形成。在具有铝制气缸头的机动车中，通常选择使用这种浇铸成型的喷射器圆拱。在较大内燃机的气缸头中，例如通常用灰口铸铁制成的用于商用车或者工业用途的内燃机，除了浇铸成型的喷射器圆拱还经常使用导入的套筒作为解决方法。

就气缸头的结构刚性而言，浇铸成型的喷射器圆拱具有很多优点。相反地，套筒对于结构没有任何支撑作用，但是简化了对气缸头的浇铸，并且简化了后来移除使用过的芯砂。

燃料喷射器通常具有喷管体和喷柱，其中，该喷柱和喷管体相比具有更小的外直径。其中，燃料喷射器的喷柱被分配给内燃机的燃烧室。按照关于燃烧方法的当今的现有技术，燃料喷射器最好安置在气缸头的中心位置上，在这个中心位置上，在阀之间或者说换气通道之间总是只能提供很小的构造空间。要对燃料喷射器进行冷却这一点也是已知的。其中，首先通过燃料喷射器和/或包围燃料喷射器的套筒的支撑面实现对燃料喷射器的冷却。经常使用套筒将燃料喷射器相对于冷却室密封住，因为它的壁很薄并且因此和浇铸成型的喷射器圆拱相比更节约空间。

EP 1126152B1示出了一个典型示例。套筒在气缸头上的支撑面和燃料喷射器在套筒中的支撑面紧密彼此贴合。在喷管锁紧螺母的支撑面下方的燃料喷射器的喷柱的喷管长度大约为20mm的常见安装长度，它由燃料喷射器区域内的气缸头的防火板所需要的强度决定。围绕套筒在燃料喷射器的喷管体区域内设计了一个冷却剂通道，它延伸至燃料喷射器的喷管体和喷柱之间的过渡区域。冷却剂通道由气缸头的特殊并且耗费工时的结构形成。其中的缺点在于，气缸头制造耗费大，以及对燃料喷射器的冷却仅局限于燃料喷射器的喷管体的区域中。

发明内容

本发明的目的在于，消除上述对用于内燃机的燃料喷射器进行冷却的缺点。本发明的目的尤其在于，以成本更低和更简单的方式借助套筒确保更好地冷却内燃机的整个燃料喷射器。

根据本发明，上述目的通过一种具有根据独立权利要求1所述的特征的套筒、以及通过一种包括气缸头和套筒的、具有根据权利要求4所述的特征的单元来实现。本发明的其他特征和细节由从属权利要求、说明书和附图中得出。其中，不言而喻地，所述关于根据本发明的套筒的特征和细节也同样适用于包括气缸头和套筒的根据本发明的单元的相关内容，并且反之亦然，所以说就各个发明方面的公开内容而言，总是被相互引用或者说可以被相互引用。

根据本发明的第一方面，该目的通过一种套筒得以实现，该套筒设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器并且用于导入该内燃机的气缸头的容纳部中，其中，这个燃料喷射器具有喷管体和喷柱，其中，喷柱和喷管体相比具有更小的外直径，其中，套筒分别形状配合地围绕该燃料喷射器的喷管体和喷柱，其中，该套筒在喷管体到喷柱的过渡部的区域中在其内侧上具有用于挡住喷管锁紧螺母的第一止挡部，并且在燃料喷射器的喷柱的区域中在其外侧上具有用于将套筒抵靠在气缸头的防火板上的第二止挡部，并且其中，为了在套筒和气缸头之间形成冷却通道，套筒在第一和第二止挡部之间的外直径比在第一止挡部的区域内的外直径更小。

这样设计的套筒使得能够更好地冷却被套筒包围的燃料喷射器。尤其是这样设计的套筒使得能够在燃料喷射器的喷柱的区域中冷却燃料喷射器。一个标准燃料喷射器的喷柱的长度通常为大约20mm。改进的气缸头材料、例如蠕墨铸件，也使得气缸头的防火板的壁厚可以更薄，尤其是在燃料喷射器的喷柱区域内本地。通过使用具有设计为薄的防火板的气缸头，可以连同所述的新式的套筒冷却该燃料喷射器的喷柱的上部区域。这就是说，套筒在套筒的第一止挡部和第二止挡部之间的区域可以连同一个相应地包围该套筒的气缸头被冷却，由此可以更好地冷却整个燃料喷射器。

由于套筒在套筒的第一和第二止挡部之间的外直径比在第一止挡部的区域内的外直径更小，所以可以连同气缸头的容纳部以简单并且低成本的方式和方法在这个区域中的套筒和气缸头之间形成冷却通道。在套筒的第一和第二止挡部之间的区域的高度上的气缸头不需要具有特别的形状，从而使得它可以简单并低成本地制成。尤其是气缸头在这个之前所述的区域内具有圆柱形的中空型材，它在这个区域内包围套筒。由于在套筒的第一和第二止挡部之间的区域中，也就是说在用于燃料喷射器的喷管锁紧螺母的止挡部和气缸头的防火板上的止挡部之间的区域内，套筒的外直径更小，所以通过套筒在这个区域的造型而特别简单地形成了冷却通道。套筒在这个区域内可以通过一种穿流过冷却通道的冷却剂被冷却，由此又可以冷却燃料喷射器的喷柱。由于在套筒的第一止挡部上的喷射器支撑面以下对套筒的冷却更强，所以和展示的现有技术相比，加强了对喷射器支撑面和喷射器喷柱的冷却。此外，气缸头的防火板可以通过使用这种套筒更好地被冷却，尤其是由于导热路径更短。气缸头的防火板在此可以小于10mm厚，优选地大约为5mm厚。这种套筒的优点还在于，喷柱的喷管长度可以保持不变，并且因此可以使用标准燃料喷射器。

冷却通道优选地设计为围绕套筒的冷却外套。

根据本发明的一个优选的改进方案，在所述套筒中可以设计为，套筒在第一和第二止挡部之间的外直径比第二止挡部的外直径更小。这样一来，在套筒的第一止挡部的区域内的外直径和在套筒的外侧上向外突出的第二止挡部的外直径之间有一个空腔。这个空腔可以至少用作为冷却通道的一部分，由此确保更好地在这个区域内冷却套筒，并且因此确保更好地冷却燃料喷射器的喷柱。

像之前所描述的那样设计而成的套筒使得能够应用具有高的特定功率和大的气缸压力的内燃机。

此外优选的是一种套筒，其中，套筒的第二止挡部垂直于套筒的纵向轴线延伸，或者设计为圆锥形地通向套筒的第一自由端部，其中，该套筒的第一自由端部设计用于容纳燃料喷射器的喷柱。这就是说，套筒在气缸头的防火板上的支座可以垂直于套筒的或者说能安置在套筒中的燃料喷射器的纵向轴线，或者相对于套筒的纵向轴线而言圆锥形地设计。尤其是套筒的第二止挡部的一种圆锥形延伸的设计方式使得可以将套筒最佳地在气缸头的容纳部中定心。在将套筒导入气缸头中的相应容纳部中并且将套筒中的第二止挡部抵靠在气缸头的防火板上之后，套筒形状配合地安插到气缸头的容纳部中。有利地，套筒在第二止挡部的区域内具有锥截体的形状。第二止挡部有利地设计为圆锥形地通向套筒的第一自由端部。根据本发明，套筒的第一自由端部是套筒的、配属于内燃机的燃烧室的端部。

如果气缸头的防火板并且因此套筒的第二止挡部设计为垂直于该套筒的纵向轴线，那么该防火板具有呈90度角的边棱。这可能导致防火板区域内的、尤其是在防火板和其他通道之间的区域内的较差的应力集中。为了减小这个应力集中，防火板和套筒的第二止挡部因此有利地分别具有一个圆锥形延伸的区域。这就是说，为了减小应力集中，有利地，防火板的这个用来支撑套筒的第二止挡部的部分和套筒的第二止挡部倾斜于套筒的纵向轴线延伸。

根据本发明的第二方面，该目的通过一种包括气缸头和套筒的单元来实现，其中，气缸头具有用于套筒的容纳部和用于抵靠在内燃机的燃烧室上的防火板，并且其中，套筒设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器并且用于导入该内燃机的气缸头的容纳部中。根据本发明，在这个包括气缸头和套筒的单元中提出，即套筒根据本发明的第一方面的一个实施方式来设计，在气缸头和该套筒的第一和第二止挡部之间的区域之间形成用于冷却套筒的冷却通道，并且该气缸头至少在防火板的区域内由铁碳材料制成。

根据本发明的第一方面设计的包括气缸头和套筒的单元使得能够更好地冷却燃料喷射器、尤其是燃料喷射器的喷柱。通过将铁碳材料用于至少气缸头的防火板，能使得防火板比气缸头的已知的防火板更薄地设计。由铝或者带有层状石墨的铸铁制成的气缸头在喷射器的区域内具有一个相对较厚的防火板。其一般大约为20mm厚。标准化的燃料喷射器具有一个类似长度的喷柱。这就是说，标准化燃料喷射器的喷柱大致上符合防火板的长度，使得已知的气缸头的防火板向上拉伸直至燃料喷射器的喷管体支撑在套筒的第一止挡部上。由于至少在用于气缸头的防火板区域内应用一种铁碳材料，因为防火板的材料坚固性很高，所以它可以设计成明显更薄。这样一来，当一个燃料喷射器的喷柱是标准化长度时，在防火板和注射体抵靠在套筒的第一止挡部上的支撑处之间的区域设计成逐渐变细，并且被用作冷却通道用于冷却套筒。这就是说，在气缸头和套筒的第一和第二止挡部之间的区域之间，设计有冷却通道用于冷却套筒并且因此用于冷却能导入套筒中的燃料喷射器的喷柱。包括气缸头和这种套筒的单元使得可以使用发动机功率高并且气缸压力高的内燃机。由于套筒在一个导入到该套筒内的燃料喷射器的喷柱的区域内强度更高地被冷却，所以和迄今已知的情况相比，可以更高强度地冷却在喷柱的区域内的喷射器支撑面，并且因此更高强度地冷却喷射器本身。此外，使用这种单元可以更好地冷却气缸头的防火板，因为它由于使用了铁碳材料而可以设计得更薄，并且因此具有更短的导热路径。由于使用了一种铁碳材料，所以气缸头的防火板的厚度可以小于10mm，优选的大约为5mm。冷却通道可以优选地设计为围绕套筒延伸的冷却外套。

根据本发明的一个特别优选的改进方案，在使用包括气缸头和套筒的单元的情况下可以提出，即该气缸头至少在防火板的区域内由蠕墨铸铁制成。优选地，整个气缸头由蠕墨铸铁制成。蠕墨铸铁是一种高强度的材料，其相比于铝或者含有层状石墨的铸铁能够让防火板厚度大大减小，并且由此使得防火板厚度可以小于10mm，尤其是在5mm的范围内。

根据本发明的另一个优选的改进方案，在使用包括气缸头和套筒的单元的情况下可以提出，该气缸头在喷管体的区域内和/或在套筒的第一止挡部的区域内密封地抵靠在套筒的外侧上。由此确保了，即在套筒的第一和第二止挡部之间的区域内围绕其形成冷却通道。该冷却通道还具有一个用于冷却剂的入口和出口。

有利地，在使用包括气缸头和套筒的单元时可以提出，即冷却通道设计为围绕套筒。但也可以考虑的是，该冷却通道仅仅围绕套筒的一大部分。

根据本发明的另一个优选的改进方案，在使用包括气缸头和套筒的单元时可以额外提出，即该防火板具有圆锥形延伸的区域，用于容纳具有圆锥形延伸的第二止挡部的套筒。如果该防火板设计垂直于套筒的纵向轴线，那么这个边棱具有90度的夹角。这可能导致防火板区域内的、尤其是在防火板和其他通道之间的区域内的不利的应力集中。因此，为了减少这种应力集中，防火板优选地具有圆锥形延伸的区域。这就是说，为了减小应力集中，有利地，防火板的这个用来支撑套筒的第二止挡部的部分倾斜于套筒的纵向轴线延伸。

根据本发明的另一个优选的改进方案，在使用包括气缸头和套筒的单元时可以提出，即冷却通道局部地由气缸头的防火板界定。由此，除了能够在导入该套筒中的燃料喷射器的喷柱的区域内更好地冷却所述套筒，也可以明显更好地冷却气缸头的防火板。

为了冷却套筒，可以用水作为冷却剂穿流过冷却通道。但是也可以使用水以外的其他冷却剂。

附图说明

下面，借助附图更详尽地阐述本发明和它的改进方案及其优点。图中分别示意性地示出：

图1示出穿过套筒和包围该套筒的气缸头的纵向截面图，其中套筒按照根据本发明的构造原理设计，

图2示出穿过根据本发明的套筒的另一种实施方式和包围该套筒的气缸头的纵向截面图，其中套筒按照根据本发明的构造原理设计。

具有相同功能和作用方式的元件在图1和图2中分别用相同的参考标号表示。

具体实施方式

在图1中示意性地示出穿过套筒1和包围该套筒1的气缸头30的纵向截面图，其中，套筒1按照根据本发明的构造原理设计。套筒1设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器20，并且用于导入该内燃机的该气缸头30的容纳部31中。燃料喷射器20具有喷管体21和喷柱22，其中，该喷柱22和喷管体21相比具有更小的外直径。套筒1这样设计，即套筒形状配合地包围燃料喷射器20的喷管体21和喷柱22。在从燃料喷射器20的喷管体21到喷柱22的过渡部23的区域内，套筒1在其内侧2上具有第一止挡部3，用于挡住燃料喷射器20的喷管锁紧螺母24。此外，套筒1在燃料喷射器20的喷柱22的区域内在其外侧4上具有第二止挡部5，用于将套筒1抵靠在气缸头30的防火板32上。为了在套筒1和气缸头30之间形成冷却通道6，套筒1在第一止挡部3和第二止挡部5之间的外直径比在第一止挡部3的区域内的外直径更小。通过套筒1在第一止挡部3和第二止挡部5之间的区域(其中该区域的参考标号为9)内，比在第一止挡部3的区域内的外直径更小的方式，就以简单并且低成本的方式在套筒1和气缸头30之间形成了冷却通道6。制造这种类型的套筒1很简单，并且可以低成本地进行生产。这样设计的套筒1改进了套筒1在导入套筒1中的燃料喷射器20的喷柱22的区域中的冷却效果。尤其是这种套筒1使得可以应用标准化的燃料喷射器20，其中，喷柱22的长度大约为20mm。

气缸头30至少在防火板32的区域内由铁碳材料制成。优选地，该气缸头至少在防火板32的区域内由蠕墨铸铁制成。有利地，整个气缸头30由蠕墨铸铁制成。通过应用这种高强度的材料制造气缸头30，和那些由铝或者由具有片状石墨的铸铁制成的气缸头相比，这种气缸头30的防火板32可以设计得相对较薄。有利地，气缸头30的防火板32的厚度为10mm，尤其是大约为5mm。由于气缸头30的防火板32的厚度小，所以在套筒1的第一止挡部3和第二止挡部5之间的区域9可以设计成逐渐变薄，并且与气缸头30的壁/容纳部31共同形成冷却通道6，用于冷却这个区域9内的套筒1。包括这种气缸头30和这种套筒1的单元使得可以应用具有高发动机功率和高气缸压力的内燃机，这是因为可以更好地实现对导入套筒1中的燃料喷射器20的喷柱22以及对气缸头30的防火板32的冷却。

在套筒1的这个实施例中，和第一止挡部3和第二止挡部5的外直径相比，套筒1在第一止挡部3和第二止挡部5之间具有更小的外直径。作为穿流过冷却通道6的冷却剂尤其可以使用水。该冷却通道6具有用于该循环的冷却剂的入口以及出口。

在套筒1的符合图1的实施例中，套筒1的第二止挡部5垂直于套筒1的纵向轴线7延伸。

在图2中示出了套筒1的另一个实施变体，其按照根据本发明的构造原理设计。在此，套筒1与符合图1的套筒1的区别在于，该套筒1的第二止挡部5圆柱形地通向套筒1的第一自由端部8，其中，套筒1的第一自由端部8设计用于容纳燃料喷射器20的喷柱22的自由端部25。这就是说，套筒1的自由端部8朝向内燃机的在后面连接的燃烧室，其中未示出该内燃机的燃烧室。用于支撑气缸头30的防火板32的套筒1的区域33设计成相应圆锥形地延伸。这就是说，气缸头30的防火板32具有圆锥形延伸的区域33，用于容纳具有相应地圆锥形延伸的第二止挡部5的套筒1。和垂直于套筒1的纵向轴线7延伸的防火板32相比，使用防火板32的圆锥形延伸的区域33来支撑套筒1可以减小应力集中。这就是说，为了减小应力集中，防火板32的支撑套筒1的第二止挡部5的区域33有利地要倾斜地朝向套筒1的纵向轴线7延伸。

冷却通道6可以局部地由气缸头30的防火板32界定，如尤其在图1中所示。这样一来，除了改进燃料喷射器20的喷柱22的区域内的套筒1的冷却效果之外，还可以更好地冷却气缸头30的防火板32。

参考标号表

1套筒

2套筒的内侧

3套筒的第一止挡部

4套筒的外侧

5套筒的第二止挡部

6冷却通道/冷却外套

7套筒的纵向轴线

8套筒的第一自由端部

9套筒的第一和第二止挡部之间的区域

20燃料喷射器

21燃料喷射器的喷管体

22燃料喷射器的喷柱

23喷管体到喷柱的过渡部的区域

24喷管锁紧螺母

25喷柱的自由端部

26密封部

30气缸头

31用于套筒的容纳部

32防火板

33用于支撑套筒的区域

Claims (9)

1.一种套筒，设计用于容纳用于内燃机的燃料喷射器(20)并且用于导入所述内燃机的气缸头(30)的容纳部(31)中，其中，所述燃料喷射器(20)具有喷管体(21)和喷柱(22)，其中，所述喷柱(22)和所述喷管体(21)相比具有更小的外直径，其中，所述套筒(1)分别形状配合地围绕所述燃料喷射器(20)的所述喷管体(21)和所述喷柱(22)，其中，所述套筒(1)在所述喷管体(21)到所述喷柱(22)的过渡部(23)的区域中在所述套筒的内侧(2)上具有用于挡住喷管锁紧螺母(24)的第一止挡部(3)，并且在所述燃料喷射器(20)的所述喷柱(22)的区域中在所述套筒的外侧(4)上具有用于将所述套筒(1)抵靠在所述气缸头(30)的防火板(32)上的第二止挡部(5)，

其特征在于，

为了在所述套筒(1)和所述气缸头(30)之间形成冷却通道(6)，所述套筒(1)在所述第一止挡部(3)和所述第二止挡部(5)之间的外直径比在所述第一止挡部(3)的区域内的外直径更小。

2.根据权利要求1所述的套筒，

其特征在于，

所述套筒(1)在所述第一(3)和所述第二止挡部(5)之间的外直径比第二止挡部(5)的外直径更小。

3.根据权利要求1或2所述的套筒，

其特征在于，

所述套筒(1)的所述第二止挡部(5)垂直于所述套筒(1)的纵向轴线(7)延伸，或者设计为圆锥形地通向所述套筒(1)的第一自由端部(8)，其中，所述套筒(1)的所述第一自由端部(8)设计用于容纳所述燃料喷射器(20)的所述喷柱(22)的自由端部(25)。

4.一种包括气缸头和套筒的单元，其中，所述气缸头(30)具有用于所述套筒的容纳部(31)和用于抵靠在内燃机的燃烧室上的防火板(32)，并且其中，所述套筒设计用于容纳用于所述内燃机的燃料喷射器(20)并且用于导入所述内燃机的所述气缸头(30)的所述容纳部(31)中，

其特征在于，

所述套筒(1)根据权利要求1至3中至少一项所述地设计，并且在所述气缸头(30)和所述套筒(1)的第一止挡部(3)和第二止挡部(5)之间的区域(9)之间形成用于冷却所述套筒(1)的冷却通道(6)。

5.根据权利要求4所述的包括气缸头和套筒的单元，

其特征在于，

所述气缸头(30)至少在所述防火板(32)的区域内由蠕墨铸铁制成。

6.根据权利要求4或5中至少一项所述的包括气缸头和套筒的单元，

其特征在于，

所述气缸头(30)在喷管体(21)的区域内和/或在所述套筒(1)的所述第一止挡部(3)的区域内密封地抵靠在所述套筒(1)的外侧(4)上。

7.根据权利要求4至6中至少一项所述的包括气缸头和套筒的单元，

其特征在于，

所述冷却通道(6)设计为围绕所述套筒(1)。

8.根据权利要求4至7中至少一项所述的包括气缸头和套筒的单元，

其特征在于，

所述防火板(32)具有圆锥形延伸的区域(33)，用于支撑具有圆锥形延伸的第二止挡部(5)的套筒(1)。

9.根据权利要求4至8中至少一项所述的包括气缸头和套筒的单元，

其特征在于，

所述冷却通道(6)局部地由所述防火板(32)界定。