CN105899796A - 用于燃烧发动机的喷嘴组件和燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于燃料喷射阀（1）的喷嘴组件（3）和一种用于燃烧发动机的具有喷嘴组件（3）的燃料喷射阀（1）。喷嘴组件（3）包括具有中心纵向轴线（15）的阀本体（7），阀本体具有阀腔（13）和喷嘴顶端本体（23）。喷嘴顶端本体（23）限制阀腔（13）的自由体积并且包括突起（31）。突起（31）在平行于喷嘴顶端本体（23）的纵向轴线（16）的延伸方向上从喷嘴顶端本体（23）的端部表面（33）远离阀腔（13）延伸。突起（31）包括邻近端部表面（33）的第一节段（35）和邻近第一节段（35）第二节段（37），第一节段（35）具有圆柱形外表面，第二节段（37）具有在远离端部表面（33）的过程中沿延伸方向直径渐减的外表面并且包括至少一个喷嘴孔（25）。

Description

用于燃烧发动机的喷嘴组件和燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及用于燃料喷射阀的喷嘴组件和用于燃烧发动机的燃料喷射阀，其中喷嘴组件包括具有中心纵向轴线的阀本体，阀本体包括阀腔。

背景技术

燃料喷射阀被广泛使用，特别是用于内燃发动机，在内燃发动机中，燃料喷射阀可被布置为以便将流体投配到内燃发动机的进气歧管或者直接投配到内燃发动机的气缸的燃烧室。

由于关于内燃发动机（例如布置在机动交通工具中的内燃发动机）污染物排放的可容许性的日益严格的法律规定，有必要以各种方式采取行动以便减少这些污染物排放。

一个可能的起点为减少由燃烧发动机直接产生的污染物排放。例如，烟灰的生成很大程度上取决于燃烧发动机的相应气缸中的燃料-混合物的制备。改善的燃料混合物制备可通过在高压下投配燃料来实现。关于汽油燃料燃烧发动机，此高压可以为200 bar或者甚至更大。此高压对燃料喷射阀的材料及其构造需求高的要求。另外，燃料喷射阀需要吸收高的力。

发明内容

本发明的一个目的在于详细说明用于燃烧发动机的燃料喷射阀的喷嘴组件，该喷嘴组件有利于可靠和精确的功能，并且/或者具有特别低的在喷射阀顶端处产生烟灰的风险。

该目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中给出。

根据一方面，公开了用于流体喷射阀的喷嘴组件。根据进一步的方面，公开了用于燃烧发动机的流体喷射阀。流体喷射阀具体为燃料喷射阀。流体喷射阀优选地包括喷嘴组件。燃烧发动机具体为机动交通工具的内燃发动机。燃料喷射阀具体地被配置为用于将燃料直接喷射到燃烧发动机的燃烧室中。

喷嘴组件包括具有中心纵向轴线的阀本体。阀本体包括阀腔和喷嘴顶端本体。喷嘴顶端本体也可叫做喷射器顶端。喷嘴顶端本体限制阀腔的自由体积并且包括突起。突起在平行于喷嘴顶端本体的纵向轴线的延伸方向上从喷嘴顶端本体的端部表面远离阀腔延伸。延伸方向具体地指向朝向内燃发动机的燃烧室。优选地，喷嘴顶端本体的纵向轴线与中心纵向轴线平行或共轴。

端部表面具体地朝向远离阀腔。其具体是喷嘴组件的外表面和燃料喷射阀的外表面，并且优选地面向燃烧发动机的燃烧室。在有利的实施例中，端部表面垂直于喷嘴顶端本体的纵向轴线延伸。

突起包括邻近表面的第一节段和邻近第一节段的第二节段，第一节段包括圆柱形外表面，第二节段包括在延伸方向上在远离端部表面的过程中直径渐减的外表面。具体地，第二节段的直径逐渐减小，使得第二节段具有平滑、无扭结或台阶的外表面。第二节段额外地包括至少一个喷嘴孔。

阀本体的基座本体和喷嘴顶端本体可以为两个独立的部件。例如，基座本体沿阀本体的纵向轴线从燃料入口端延伸到燃料出口端，而喷嘴顶端本体在燃料出口端处固定到基座本体。在这种情况下，基座本体的侧壁可围绕喷嘴顶端本体周向延伸。另选地，阀本体可以为一件式元件。在这种情况下，喷嘴顶端本体由阀本体的燃料出口节段表示。

有利地，当喷嘴顶端本体布置在燃烧发动机的燃烧室中时，喷嘴组件具有特别小的在喷嘴顶端本体的外表面上形成沉积物的风险。喷射器顶端上的此类沉积物在发动机应用期间使喷射阀功能劣化。另外，由于喷射器顶端的有利几何形状，可实现特别小的润湿燃烧室元件（例如壁、火花塞和充电循环阀）的表面的风险。以这种方式，可实现燃烧发动机的特别小的污染物排放。

喷射器顶端沉积物主要由所谓的“顶端-润湿”行为生成，其中燃料液滴在喷射过程之后残留在喷射器顶端上。喷射器顶端上的燃料液滴导致排放性能降级。喷射过程期间，流体（例如像汽油或柴油那样的燃料）将喷射器顶端的表面润湿。这导致基本上由碳组成的并由喷射器顶端上的润湿残留物的焦化造成的沉积物（诸如烟灰的形成和未燃烧颗粒）。这导致高的碳-（也称为HC-）和颗粒排放，其为，例如，European Emission Normative EU6C的关键参数。

通过根据本公开的喷嘴组件的喷射器顶端的有利形状，液滴聚集或粘附在喷嘴顶端本体及其面向燃烧室的表面上的风险就特别小。因此，能够实现在喷射和燃烧过程期间很大程度上避免流体（相应的流体液滴）的焦化以及沉积物的形成，并且实现特别小的污染物排放或颗粒排放。

通过提供具有圆柱形外表面的突起的第一节段，喷嘴顶端本体的第二节段延伸到燃烧室中的部分增加，使得至少一个喷嘴孔的开口能够暴露到高温下（例如在250℃至300℃之间）。这有助于在喷射期间可存在于喷嘴顶端本体上的燃料液体的蒸发，从而减少污染物排放。同时，能够避免为了在喷射器顶端处实现高温而将整个喷射器深深地推入到燃烧室中。这样，例如，就可避免或减少将喷射器的敏感部分（诸如密封件、阀针或阀本体）暴露到高温下。这些敏感部分在高温下的暴露将增加其丧失功能性的风险。另外，与具有常规顶端的喷射器相比，不需要为了使喷射器顶端更深地位于燃烧室内部，而对燃烧室密封件进行修改或对整个喷射器本体架构进行任何修改，。

圆柱形外表面具有在突起与端部表面之间的接合部处提供特别高的机械阻抗而不会减小端部表面上的空间的功能。优选地，端部表面垂直于喷嘴顶端本体的纵向轴线。端部表面可用于组装操作，诸如，压配合、密封、焊接和标记。通过圆柱形外表面，可在端部表面上围绕突起提供大的区域用于此类组装功能。

另外，由于第一节段相对于纵向轴线在分配自至少一个喷嘴孔的喷射射流与端部表面之间建立起足够的距离，可避免或减少喷嘴顶端本体表面的润湿。

在一个实施例中，第二节段包括圆锥外表面。优选地，圆锥外表面的圆锥角在130°至150°之间。圆锥外表面使从圆柱形外表面到突起的最远轴线端点的过渡部平滑，其中突起的最远轴线端点在其远离端部表面的轴向端处。圆锥外表面还可允许突起的材料分布最大化，以便保证喷嘴的机械阻抗。

在一个实施例中，第二节段包括圆端。圆端沿延伸方向在远离端部表面的过程中具体布置在圆锥外表面之后。圆端具体地具有成球盖形状的外表面。优选地，圆端-具体地为球盖-具有在3.0 mm至5.0 mm之间的半径。圆端（换言之，为球形端部或球形顶端）允许具有喷嘴顶端本体的特别高的机械阻抗与特别低的壁厚结合。因此，至少一个喷嘴孔的孔口的长度能够减小，这有利于喷射性能，诸如通过该至少一个喷嘴孔的流体喷射的较低穿透。另外，喷射器或喷嘴顶端本体的总成本能够由于较低的材料使用而得以实现。

在一个实施例中，突起具有从端部表面开始并且平行于延伸方向的长度，该长度具有在从0.7 mm至1.5 mm的范围的值，包括边界值。如以上所解释的，突起的此总长度有利于定位具有至少一个喷嘴孔延伸到燃烧室的区域的喷嘴顶端本体的第二节段，其中燃烧室的区域在喷射和燃烧期间的温度极高。由此，喷嘴顶端本体的高机械阻抗得以维持。

在一个实施例中，第一节段具有从端部表面开始并且平行于延伸方向的长度，该长度具有在从0.3 mm至0.8 mm的范围的值，包括边界值。这保证了喷嘴顶端本体的最大机械阻抗。

在一个实施例中，垂直于延伸方向的第一节段的外部直径具有在4.0 mm至4.5 mm的范围的值，包括边界值。换言之，第一节段的横向尺寸在4.0 mm至4.5 mm之间。此外部直径具体地与0.3 mm至0.8 mm之间的第一节段的长度结合-使为了机械阻抗的高的材料分布成为可能，特别是在在突起与端部表面之间的接合部处。

在一个实施例中，突起的壁厚在0.3 mm至0.5 mm的范围，包括边界值。此厚度允许具有减少的流体射流穿透，具体是由于可通过具有此类尺寸的壁中的喷嘴孔所分配的流体射流实现的大的扩散度。另外，无需提供复杂的喷嘴孔形状-诸如台阶孔口，这节约了制造成本。具体地，使用具有多个喷嘴孔的喷射器，将此壁厚与第二节段的圆端的半径结合具有以下有利作用，即，喷嘴孔的孔口长度仅稍微变化，即使当在一个实施例中，喷嘴组件包括其孔口轴线相对于喷嘴顶端本体的纵向轴线具有不同角度的喷嘴孔时。

在一个实施例中，第一节段与第二节段的交界面为倒圆角的。在另一个实施例中，另选地或额外地，端部表面与第一节段的交界面为倒圆角的。此交界面保证突起的高机械阻抗，因为力的分配得到改善并且切口效应得以避免。

附图说明

本发明的示例性实施例通过示意图和附图标记在以下进行了解释。相同的附图标记指示具有相同功能的元件或部件。只要元件或部件在功能上彼此对应，则在附图中的每一个中将不再重复对其的描述。

在附图中：

图1示出根据示例性实施例的喷射阀的纵向剖视图，

图2示出喷射阀的喷嘴顶端本体的放大侧视图，以及

图3示出喷嘴顶端本体的示意性剖视图。

具体实施方式

图1示出具有喷嘴组件3和致动器5的喷射阀1。致动器5与喷嘴组件组3在功能上相互作用。

优选地提供喷射阀1用于将流体直接喷射到内燃发动机的燃烧室中。在这种情况下，流体具体为燃料，例如，汽油或柴油。还可设想提供流体喷射阀1用于分配其他物质，例如诸如碳化物的有机化合物。

喷嘴组件3包括阀本体，阀本体具有基座本体7和喷嘴顶端本体23。在所示的实施例中，基座本体7和喷嘴顶端本体23为阀本体的单独的元件，其中喷嘴顶端本体23固定联接到基座本体7。另选地，基座本体7和喷嘴顶端本体23可以为一体件，并且形成阀本体。致动器5包括流体入口管9。阀本体通过例如喷嘴夹紧螺母固定联接到流体入口管99形成喷射阀1的共同壳体。

阀本体具有阀腔13，阀腔13沿阀本体的中心纵向轴线15从阀本体的流体入口端延伸到阀本体的流体出口端。腔13由基座本体7的周向壁17横向界定。针19布置在阀腔13中，针19与阀本体一起构成喷嘴组件3。针19在其一端具有圆端20，圆端包括针19的密封元件。密封元件在轴向端部处朝向阀本体的流体出口端固定到针19的轴上。针19在阀腔13中被轴向引导并且被弹簧元件21偏置。

喷嘴顶端本体23限制阀腔13的自由体积。换言之，腔13通过喷嘴顶端本体23在阀本体的流体出口端处界定。喷嘴顶端本体23包括若干喷嘴孔25。喷嘴顶端本体23进一步包括阀座27，针19密封地置于阀座27中并且其圆端20处于闭合位置。针19被弹簧元件21朝向闭合位置偏置。以下将参考图2和图3解释喷嘴顶端本体23的细节。

致动器4具有线圈29用于生成磁场。致动器4通过磁场致动针19，使得针19能够抵抗弹簧元件21的偏置沿中心纵向轴线15的方向执行运动。

弹簧元件21在针19上施加力，以便防止非预期的流体流通过针顶端本体23的一个或多个喷嘴孔。施加的力作用于闭合方向上，即，作用于朝向闭合位置的轴向方向上。通过致动线圈29，针19沿中心纵向轴线15在轴线方向上朝向流体入口端移动，以便使针19从其闭合位置移动离开至打开位置。由此，能够使流体流通过若干喷嘴孔自喷射阀流出。

在以下描述的图2和图3中，示出了对应于图1的区域30的喷射阀1的放大图，该放大图示出喷嘴顶端本体23的示例性构造设计。喷嘴顶端本体23也可叫做喷射阀1的喷射器顶端。图2示出喷嘴顶端本体23的放大侧视图。图3示出通过喷嘴顶端本体23的示意性纵向剖视图。

在针19使流体流成为可能的情况下，流体能够通过喷嘴孔25进入燃烧发动机的燃烧室。在常规喷射阀中，存在一种风险，即该喷射过程可使流体润湿喷射器顶端，例如，在诸如喷嘴顶端本体23的端部表面33的表面处。端部表面33也可叫做喷嘴顶端本体23的基座区域。如上所述，由于燃烧过程期间的高温，液滴或积聚的液滴能够碳化，并且因此生成碳化沉积物，且碳化沉积物可附着到端部表面33。如上所述，此类碳化沉积物导致烟灰的生成并且造成排放性能降级。

为降低这种顶端润湿现象的风险，根据本实施例的喷射阀1的喷嘴顶端本体23具有突起31，突起31具有第一节段35和第二节段37，第一节段35邻近端部表面33，第二节段37在第一节段35远离端部表面33的一侧上邻近第一节段35。突起31在沿喷嘴顶端本体23的纵向轴线16的延伸方向上延伸。第一节段35包括圆柱形外表面，并且可叫做圆柱形突起基座。第二节段37包括在远离端部表面33的过程中并且沿延伸方向直径渐减的外表面。第二节段37额外地包括喷嘴孔25（参见图3）。

直径在突起的延伸方向上相对于喷嘴顶端本体23的纵向轴线16减小。第二节段37包括圆锥外表面38，圆锥外表面38优选地具有在130°至150°之间的圆锥角α。邻近圆锥外表面38，第二节段37包括圆端39，圆端39优选地具有呈球盖形状的半径在3.0 mm至5.0 mm之间的外表面。

根据所示实施例，喷嘴顶端本体23的纵向轴线16与阀腔13的纵向轴线15共轴。另选地，两纵向轴线可相对于彼此倾斜延伸。

在未示出的实施例中，突起31的第二节段37可仅包括圆端或仅包括圆锥外表面。

突起31具有长度41，长度41从端部表面33开始并且平行于突起31的延伸方向，其中突起31的长度41在0.7 mm至1.5 mm之间。第一节段35具有长度43，长度43从端部表面33开始并且平行于延伸方向，其中第一部分35的长度43在0.3 mm至0.8 mm之间。此外，第一节段35具有外部直径45，外部直径45垂直于延伸方向并在4.0 mm至4.5 mm之间。突起31进一步具有壁厚47，壁厚47在0.3 mm至0.5 mm之间。此外，第一节段35与第二节段37的交界面49是倒圆角的。端部表面33到第一节段35的过渡部50也是倒圆角的。

如以上所解释，喷嘴顶端本体23的所示设计允许第二节段37在端部表面33的预定位置相对于燃烧室更深地延伸到燃烧室中。这具有在燃烧过程期间使第二节段37暴露于非常高的温度下（例如在250℃至300℃之间）的效果。这有助于在喷嘴孔25周围的区域中粘在第二节段37上的流体的蒸发，并且减少颗粒排放和烟灰的形成。另外，由于喷嘴孔25的开口在距端部表面33一定距离处，所以就避免或减少了喷嘴顶端本体表面的润湿，所述距离足够大以减少或完全避免通过喷嘴孔25的流体的喷射射流与端部表面33的接触。

顶端半径允许具有在0.3 mm至0.4 mm之间的小的壁厚，其中喷嘴顶端本体23的机械阻抗被维持在充分高，以抵抗由于喷射过程期间的高压引起的力。通过第一节段的直径45和突起31的长度41的结合，在第一节段35与端部表面33之间的接合部实现了非常高的机械阻抗。该机械阻抗通过倒圆角的过渡部50进一步增大。进一步地，通过小的壁厚，就每个喷嘴孔25而言能够实现具有高扩散度并且因此具有有利的、短的射流穿透长度的流体射流。

如图3示例性所示，由于低的壁厚47，即使当喷嘴孔的孔口轴线的角度不同时，喷嘴孔25的孔口长度53仅稍许变化。在图3中，示出两个喷嘴孔25，其中一个喷嘴孔25具有第一孔口轴线51，而另一个喷嘴孔25具有第二孔口轴线52。第一孔口轴线51与喷嘴顶端本体23的纵向轴线16形成第一角度β₁，而第二孔口轴线52与喷嘴顶端本体23的纵向轴线16形成第二角度β₂。即使β₁与β₂不同，两个喷嘴孔25的孔口长度53仍仅稍许变化。换言之，喷嘴孔25的孔口长度53在小的范围内。这具有如下效果，即就每个喷嘴孔25而言能够实现减少的射流穿透，即使在喷嘴孔25的孔口轴线相对于端部表面33成小角度延伸时。同时，由于由第一节段35成形的圆柱形基座，端部表面33被这些流体射流润湿的风险是低的。

Claims (13)

1.一种用于燃烧发动机的燃料喷射阀（1）的喷嘴组件（3），所述喷嘴组件（3）包括具有中心纵向轴线（15）的阀本体（7），所述阀本体包括阀腔（13）和喷嘴顶端本体（23），其中：

-所述喷嘴顶端本体（23）限制所述阀腔（13）的自由体积，并且包括突起（31）；

-所述突起（31）在平行于所述喷嘴顶端本体（23）的纵向轴线（16）的延伸方向上从所述喷嘴顶端本体（23）的端部表面（33）远离所述阀腔（13）延伸；以及

-所述突起（31）包括邻近所述端部表面（33）的第一节段（35）和邻近所述第一节段（35）第二节段（37），所述第一节段（35）具有圆柱形外表面，所述第二节段（37）具有在远离端部表面（33）的过程中沿所述延伸方向直径渐减的外表面并且包括至少一个喷嘴孔（25）。

2.如权利要求1所述的喷嘴组件（3），其中所述第二节段（37）包括圆锥外表面（38）。

3.如权利要求2所述的喷嘴组件（3），其中所述圆锥外表面（38）的圆锥角（α）在130°至150°之间。

4.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述第二节段（37）包括圆端（39）。

5.如权利要求2或3所述的喷嘴组件（3），其中所述第二节段（37）包括圆端（39），所述圆端（39）沿所述延伸方向在远离所述端部表面（33）的过程中布置在所述圆锥外表面（38）之后。

6.如权利要求4或5所述的喷嘴组件（3），其中所述圆端（39）包括在3.0 mm至5.0 mm之间的半径。

7.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述突起（31）具有从所述端部表面（33）开始并且平行于所述延伸方向的长度（41），所述长度（41）在0.7 mm至1.5 mm之间，包括边界值。

8.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述第一节段（35）具有从所述端部表面（33）开始并且平行于所述延伸方向的长度（43），所述长度（43）在0.3 mm至0.8 mm之间，包括边界值。

9.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述第一节段（35）的外部直径（45）垂直于所述延伸方向，外部直径（45）具有在4.0 mm至4.5 mm之间的值，包括边界值。

10.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述突起（31）的壁厚（47）在0.3 mm至0.4 mm之间。

11.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述第一节段（35）到所述第二节段（37）的交界面为倒圆角的。

12.如前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3），其中所述端部表面（33）到所述第一节段（35）的交界面为倒圆角的。

13.一种燃料喷射阀（1），包括根据前述权利要求中的一项所述的喷嘴组件（3）。