CN105917109A - 燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料喷射器，其用于将燃料喷入到内燃机的燃烧室中，燃料喷射器具有：夹紧螺母，在该夹紧螺母中布置有保持体和磁性体；针体单元，该针体单元由衔铁针和喷嘴针组成；接收在夹紧螺母中的磁性执行器，其用于直接操纵以能行程运动方式接收在夹紧螺母的内钻孔中的针体单元，通过该针体单元的行程运动能够释放或封闭至少一个喷入开口，其中，磁性执行器具有布置在保持体与磁性体之间的环形磁性线圈并具有作为调节机构起作用的沉式衔铁，并且所述沉式衔铁具有衔铁板和衔铁针并与磁性线圈共同作用，并且其中，衔铁板和衔铁针由不同的材料制成并通过材料锁合一体式地相互连接。

Description

燃料喷射器

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求1前序部分类属的燃料喷射器，该燃料喷射器用于将燃料喷入到内燃机燃烧室中。更准确地说，本发明涉及一种燃料喷射器，其具有磁性执行器，所述磁性执行器用于直接操纵以能行程运动方式接收在喷嘴体的内钻孔中的针体单元，所述针体单元用于打开或关闭至少一个喷入开口，其中，所述磁性执行器包括与构造为沉式衔铁(Tauchanker)的调节机构共同作用的环形磁性线圈。

背景技术

在车辆技术的领域中已知的是，使用磁性执行器来控制燃料喷射器喷嘴针的行程运动，该喷嘴针相对喷入开口通过弹簧被预夹紧，用于封闭这些喷入开口。在此，磁性执行器基本上由磁性线圈和作为调节机构起作用的沉式衔铁组成，该沉式衔铁沿径向被导向穿过所谓的磁性体。在此，由非磁性材料制成的、围住沉式衔铁的环形分隔体用于使接收在燃料喷射器中的保持体与所谓的磁性体进行磁性分隔。在此，沉式衔铁可以基本上由衔铁板和压入到其中的耦合器活塞组成，该耦合器活塞可以通过耦合器容积与喷嘴针在液压方面耦合，从而衔铁板的进而耦合器活塞的、由磁性执行器所引起的运动改变了所述耦合器容积，并以该方式在液压方面操纵所述喷嘴针。更准确地说，耦合器容积的所描述的改变如此影响到借助弹簧所预夹紧的喷嘴针，使得耦合器容积的被引起的增大造成了耦合器容积中的压力下降进而造成了喷入开口通过喷嘴针的释放。与之相对，通过使耦合器容积变小，又封闭了所述喷入开口。在燃料喷射器(尤其是磁性执行器)结构的该类型下的问题例如可能是由衔铁板和压入的耦合器活塞所组成的沉式衔铁的两件式设计方案，这是因为衔铁板与耦合器活塞之间的、仅为力锁合连接的这类连接可能会在沉式衔铁的这类对运动而言关键的部位上又由于该沉式衔铁的多次运动而松开。

发明内容

为了解决已知现有技术的前面所提到的问题，本发明提供了一种具有权利要求1所述特征的燃料喷射器。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中记载。

更准确地说，根据本发明的燃料喷射器用于将燃料喷入到内燃机燃烧室中，并且，根据本发明的燃料喷射器为此主要具有：夹紧螺母，在该夹紧螺母中布置有保持体和磁性体；所谓的针体单元该针体单元由衔铁针和喷嘴针组成；以及，接收在夹紧螺母中的磁性执行器，其用于直接操纵以能行程运动方式接收在所述夹紧螺母的内钻孔中的针体单元，通过该针体单元的行程运动能够释放或封闭至少一个喷入开口。在此，磁性执行器包括环形磁性线圈，所述环形磁性线圈布置在保持体与磁性体之间，并包括作为调节机构起作用的沉式衔铁，该沉式衔铁又包括衔铁板和衔铁针并与磁性线圈共同作用。在根据本发明的燃料喷射器中，衔铁板和衔铁针由不同的金属材料制成并通过材料锁合一件式相互连接。在此，衔铁板和衔铁针优选通过焊接相互连接，例如通过激光焊接相互连接。作为经受磁场作用的部件起作用的磁性执行器衔铁板可以由软磁材料制成，例如由FeCo或其合金、FeCr或一般性SMC(软磁复合材料，英文：Soft Magnetic Composites)制成。用于导向所述磁性执行器调节机构的衔铁针可以由高强度金属材料制成，例如由Cr合金钢100Cr6或高速钢HS6-5-2-X制成，也就是说具有任意的Co份额。在这里，相应地尤其考虑这样的材料：利用这些材料可以实现抗磨损的导向部，这些导向部因此例如具有高的表面硬度。因此，要么被高程度地调质(vergüten)，要么被硬地覆层，例如镍、DLC(类金刚石碳)等。同样可以考虑到陶瓷材料。因此，为了实现用于通过针体单元释放喷入开口所需的力以及用于燃料喷射器中的沉式衔铁连同针体单元的改善的导向特性所需的力，因此在本发明中使用了一种2组分-沉式衔铁，该2组分-沉式衔铁具有：由优选软磁性金属材料制成的、以磁性方式操纵的区段；以及由高强度金属材料制成的导向区段。通过导向区段的高强度进而硬的金属材料可以获得燃料喷射器中的良好导向品质，由此可以实现喷入开口通过喷嘴针的值得期待的精确释放和封闭，该喷嘴针直接或间接与衔铁针共同作用。除了泄漏和液压方面的可压缩性，衔铁针和喷嘴针的运动优选直接耦合或借助加速器/减速器耦合。

在磁路中可以使用软磁性金属材料，该软磁性金属材料提供了用于磁性执行器的待产生的磁回路的有利特性。上述两种材料必须结合到一起成为一个构件(即所述沉式衔铁)，以便构成磁性执行器的有利的一件式调节机构。在根据本发明的燃料喷射器中优选地借助于激光焊接对这些基本的各种金属材料进行这种很困难建立的连接。衔铁板与衔铁针之间的由此建立的材料锁合具有这样的优点，即，在最小位置需求下可以实现良好的强度，其中，这些材料相互连接，这些材料在原理上被归入为不能焊接。上述两种不同金属材料之间(即衔铁板与衔铁针之间)的接缝特性的优化可以利用若干个参数(例如焊接过程的激光功率、持续时间、预热时间、焊接速度等)实现。

在本发明的一优选实施方式中，衔铁针借助于弹簧元件预夹紧，以防通过喷嘴针释放所述至少一个喷入开口，该弹簧元件借助弹簧座相对所述磁性体被确保，其中，弹簧座优选压套到衔铁针上。在此，弹簧座优选由具有高延伸率(Bruchdehnung)的、可延展的、能流动的材料制成，例如由具有材料号1.4301的不锈钢制成。通过弹簧座与衔铁针之间的因此而实现的力锁合连接可以改善所述燃料喷射器的各种调整。例如可以借助于压套装置来设置弹簧座压套到衔铁针上的压套路径进而调整出弹簧的预期的预紧力。通过选择具有高延伸率的可延展材料还可以选择宽松(groβzügige)的配合和相应的过盈，这是因为相应的塑性变形是可行的。

在根据本发明的燃料喷射器的另一优选实施方案中，在保持体中设置有具有中央空隙的燃料入流钻孔，其中，在空隙中插入具有燃料钻孔的、作为磁性执行器内极起作用的插入式构件，并且，该插入式构件通过形状锁合与保持体相连接。以该方式可以获得内极与保持体之间的被改善的连接。在此，插入式构件与保持体中的空隙之间的形状锁合优选通过面朝空隙底部的插入式构件区段的塑性变形(即插入式构件的端侧区段的塑性变形)引起，在插入式构件被插入到保持体中时，该插入式构件区段首先进入到空隙中并碰到空隙的底部上。优选地，为了获得插入式构件在该插入式构件的面朝保持体的端侧上的塑性变形，也被称作切割结构或简单地称作切割部的切割几何形状被设置在保持体中的空隙的底部上，通过该切割几何形状使插入式构件的面朝空隙底部的区段在该插入式构件插入到空隙中时借助于切削过程被塑性变形。切割几何形状在本发明中优选以沿轴向从空隙底部突起的环形切割部形式存在，即以所谓的切割环的形式存在，该切割环构造成与保持体(或者说与空隙底部)一体式。在此，切割几何形状优选由比插入式构件要硬的材料制成。通过所描述的切削过程获得了在根据本发明的燃料喷射器的内极情况下的形状锁合过程。所述内极因此在装入到保持体中时抵着切割环挤压并进一步被挤压到包围的保持体中，其中，通过朝空隙底部方向的继续挤压，将插入式构件的材料削掉并沿径向向外推移。优选地，可延展的、能流动的金属材料被用作插入式构件的材料，类似于弹簧座的材料，该金属材料还应具有良好的磁性特性。进一步优选地，空隙在其底部上的内直径大于其余空隙的内直径，由此在空隙底部上产生出沿径向向外走向的环形留空部，也称作槽。通过压入过程和对此所属的切割过程(或者说切削过程)，使得从插入式构件切削下来的材料沿径向向外被压到槽中，直至该槽至少部分或几乎完全被插入式构件的塑性变形的区段填充。因此获得了插入式构件与保持体之间的预期的形状锁合连接，该形状锁合连接引起了保持体中的内极的稳定安置，即使在由于借助高压进行导向穿过燃料喷射器的燃料所导致的内压负荷而造成保持体扩张的情况下。因此，内极的压出力(即用于将内极从保持体中释放出来所需的力)明显高于保持体与内极之间的纯挤压配合的值。

前面提到的燃料入流钻孔在保持体的情况下是中央入流钻孔，该入流钻孔贯穿保持体并用于燃料的进入。入流钻孔的中央布置方案具有这样的优点，即，保持体均匀地借助高压加载，并且，入流钻孔在周边上被保持体的统一壁厚限界，其中，所述入流钻孔在同样具有中央入流钻孔的插入式构件中继续，优选具有沿燃料流动方向变窄的内直径。与入流钻孔的偏心布置方案相比，由此提高了保持体的耐用性。为了保证燃料的进入，中央布置的入流钻孔能够优选间接地经由至少一个另外的钻孔与燃料喷射器中的另外的本体(即所谓的喷嘴体)连接，该喷嘴体以靠置在磁性体上的方式布置在夹紧螺母中的燃料喷射器的喷射端部上，并且，在该喷嘴体中设置有至少一个喷入开口。为此，所述至少一个另外的钻孔可以构造在调节机构、磁性体和/或如下另外的本体中：该另外的本体布置在磁性体与喷嘴体之间。所述另外的本体优选涉及到板形构件，该板形构件沿轴向方向对喷嘴体的高压钻孔进行限界。

进一步优选的是，在根据本发明的燃料喷射器中，针体单元具有如下这些构件，即两个独立构件：衔铁针和喷嘴针，它们布置成相互靠置并借助于弹簧等相互共同作用。由此借助于磁性执行器的调节机构的运动实现了用于打开和关闭所述喷入开口的直接操控。衔铁针在打开时与喷嘴针相脱离。

此外可以在根据本发明的燃料喷射器中在保持体与磁性体之间沿径向在磁性线圈内部布置有环形分隔构件，该分隔构件造成了内极与磁性体之间的磁性分隔。在燃料喷射器的运行中，该磁性分隔用于使磁通经由沉式衔铁延伸到内极中，其中，避免了漏磁。在此，衔铁布置在环形分隔构件内部。此外，磁性体可以具有中央钻孔，在该中央钻孔中以能行程运动方式接收有沉式衔铁。由此，通过磁性体使沉式衔铁经受了附加的径向导向。通过环形分隔体相对于磁性体的中央钻孔同中心地布置并具有相同直径的钻孔，磁性体的中央钻孔在分隔体的中央钻孔内继续。在该情况下，环形分隔体同样可以用于对构造为沉式衔铁的调节机构进行沿径向导向。

在根据本发明的燃料喷射器的另一优选实施方案中，夹紧螺母和保持体可以借助于旋拧连接(螺纹连接)相互连接，其中，为了构成旋拧连接，优选地，夹紧螺母具有内螺纹并且保持体具有相应的外螺纹。通过该旋拧连接，使燃料喷射器的布置在夹紧螺母中的构件可以相对彼此夹紧。在此，保持体在其与磁性体之间固定所述磁性线圈以及分隔体，并此外通过磁性体以夹紧螺母的内侧面(即在夹紧螺母的端部上)固定所述喷嘴体，喷嘴体在该端部上从夹紧螺母伸出，从而使得喷入开口向外露出。

根据本发明的喷射器方案借助其用于实现所需衔铁行程的新型沉式衔铁解决方案来满足了按照借助磁性执行器进行直接控制柴油喷射器用的合乎时代的方案的要求。由于在本发明中使用的特殊接合方法，因此能够在高程度充分利用有利材料特性的情况下考虑到结构空间所造成的拥挤比例关系。

附图说明

本发明的唯一附图示出了根据本发明优选实施方式的燃料喷射器的一部分的截面图。

具体实施方式

根据本发明优选实施方式的在附图中示出的燃料喷射器包括具有内钻孔11的夹紧螺母1，保持体2在内钻孔11中插入并通过旋拧连接与夹紧螺母1连接，其中，所述旋拧连接通过内钻孔11内周边上的内螺纹12以及保持体2外周边上的外螺纹23来建立。此外，在夹紧螺母1中布置有磁性体3以及针体单元4。针体单元4在该优选实施例中通过衔铁针41和喷嘴针42构成，在磁回路未被激活的情况下，衔铁针41和喷嘴针42相互处于靠置接触并共同作用，并且，针体单元4以能行程运动的方式在夹紧螺母1中导向。针体单元4的行程运动用于释放或封闭(未示出的)喷入开口，这些喷入开口构造在喷嘴体9中。为了释放所述喷入开口，针体单元4的喷嘴针42必须从(未示出的)阀座提起。在喷嘴针42的导向区域中确保了在外周侧磨削部421上的连接，该外周侧磨削部421构成流动通道。

为了操纵所述喷嘴针42设置有磁性执行器5，该磁性执行器5包括环形磁性线圈51，该环形磁性线圈51与作为调节机构的沉式衔铁52共同作用，该沉式衔铁52由衔铁板53和衔铁针41构成。由软磁材料制成的衔铁板53在接缝部位521上与由高强度材料制成的衔铁针41激光焊接。沉式衔铁52以能行程运动的方式被接收在磁性体3的中央钻孔31中。磁性体3具有环形端面32，磁性线圈51支撑在该环形端面32上，其中，磁性体3的环形端面32沿径向向外实施成台阶状。磁性体3以该方式与夹紧螺母1的内钻孔11的内周边一起构成环形槽，磁性线圈51部分地接收在该环形槽中。磁性线圈51还靠置在保持体2上，保持体2为了磁性线圈51的齐平进入而具有直径减少的外周区段24。为了避免漏磁，在保持体2与磁性体3之间布置有由非磁性材料制成的环形分隔体55，该分隔体55靠置在磁性体3的嵌入磁性线圈51中的环形凸肩33上。相应地，环形分隔体55被磁性线圈51的内周边围住。进一步的支撑通过保持体2获得，保持体2具有配备减小外直径的突起凸肩25。利用该凸肩25使保持体2嵌入到环形分隔体55中，其中，在保持体2与沉式衔铁52之间构造有工作气隙。

保持体2还具有空隙22，在该空隙22中插入由可延展金属制成的插入式构件54，该插入式构件54构成磁性执行器5的内极。插入式构件54在插入到空隙22中时在面朝保持体2的端侧区段542上通过呈切割环形式存在的切割部222塑性变形，该切割环设置在空隙22的底部221上，其中，在插入式构件54插入到空隙22中的情况下，该切割部222通过切削过程使面朝空隙22底部221的插入式构件54区段542塑性变形。也就是说，插入式构件54在装入到保持体2中时在环绕式保持体2中挤压所述切割部222，其中，通过朝切割部222的方向继续挤压，使插入式构件54的材料被削掉。在根据本发明的喷射器的优选实施方案中，空隙22在其底部221上的内直径大于其余空隙22的内直径，由此，在空隙22的底部221上产生沿径向向外走向的槽223。通过插入式构件54到保持体2中的压入过程并且通过所属的切削过程，使插入式构件54的区段542的已切削的材料被压到槽223中，直至该槽223至少部分或几乎完全被插入式构件54的塑性变形的区段542填充。因此获得了插入式构件54与保持体2之间的形状锁合连接，该形状锁合连接引起了保持体2中的内极54的稳定安置。插入式构件54在该图中处于切削之前的状态，即还未变形的状态，在该状态下，在槽223中还不存在切削材料。在插入式构件54中还设置有连贯的、逐渐变窄的钻孔541，该钻孔541使燃料入流钻孔21连接上保持体2与磁性体3之间的工作间隙进而连接上衔铁板53中的钻孔531。

保持体2被中央的燃料入流钻孔21贯穿，该燃料入流钻孔21用于使燃料流入，并且，该燃料入流钻孔21经由另外的钻孔531及31与喷嘴体9的高压钻孔91连接。所述另外的钻孔531布置在衔铁板53中并实施成倾斜(也就是从中心向径向外部倾斜)走向。所述另外的钻孔531侧向地通入到磁性体3的中央钻孔31中。磁性体3具有内周侧上的磨削部34，该磨削部34使中央钻孔31与磁性体3的磁性体留空部35连接，该磁性体留空部35在喷嘴针侧上被板形本体36限界。对此替换地，在衔铁针41上能够设置有相应的磨削部。在该本体36中设置有留空部361，该留空部361使磁性体留空部35与喷嘴体9的高压钻孔91连接。

为了使喷嘴针42能够通过磁性执行器5直接操纵，还设置有弹簧362，该弹簧362通过板形本体36朝向磁性体3夹紧，从而保持所述本体36恒定地压抵所述喷嘴体9。衔铁针41以能行程运动的方式被保持在板形本体36中。当磁性线圈51通电时，衔铁板53与衔铁针41一起朝着磁性线圈51的方向提起并克服弹簧6的弹簧力，由此使喷入开口被打开。为了结束所述喷入过程，则结束磁性线圈51的通电，其中，弹簧6的弹簧力造成了沉式衔铁52的复位，该弹簧6一侧支撑在磁性体3上并且另一侧支撑在弹簧座7上。在此，弹簧座7由可延展金属制成并被压套到衔铁针41上。

磁性线圈51的通电通过至少一个(未示出的)电线路来实现，该电线路穿过保持体2并结束于电接头，通过该电接头能够使燃料喷射器与(未示出的)电源相连接。所描述的燃料喷射器的特征在于：高的耐用性和精确的磁性能。

Claims (13)

1.燃料喷射器，用于将燃料喷入到内燃机燃烧室中，所述燃料喷射器具有：

夹紧螺母(1)，在所述夹紧螺母中布置有保持体(2)和磁性体(3)；

针体单元(4)，所述针体单元具有衔铁针(41)和喷嘴针(42)；

接收在所述夹紧螺母(1)中的磁性执行器(5)，所述磁性执行器用于直接操纵所述针体单元(4)，所述针体单元以能行程运动方式接收在所述夹紧螺母(1)的内钻孔(11)中，通过所述针体单元的行程运动能够释放或者封闭至少一个喷入开口，其中，

所述磁性执行器(5)具有环形磁性线圈(51)和作为调节机构起作用的沉式衔铁(52)，所述环形磁性线圈布置在所述保持体(2)与所述磁性体(3)之间，并且

所述沉式衔铁(52)具有衔铁板(53)和所述衔铁针(41)，并且，所述沉式衔铁与所述磁性线圈(51)共同作用，

其特征在于，

所述衔铁板(53)和所述衔铁针(41)由不同的材料制成并通过材料锁合而一件式地相互连接。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述衔铁板(53)和所述衔铁针(41)通过焊接相互连接，优选通过激光焊接。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其中，所述衔铁板(53)由软磁材料制成，并且，所述衔铁针(41)由高强度材料制成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述衔铁针(41)借助于弹簧(6)预压紧，以防所述至少一个喷入开口通过所述喷嘴针(42)释放，所述弹簧借助弹簧座(7)相对所述磁性体(3)固定，其中，所述弹簧座(7)优选压套到所述衔铁针(41)上。

5.根据权利要求4所述的燃料喷射器，其中，所述弹簧座(7)由具有高延伸率的可延展材料制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其中，在所述保持体(2)中设置有配备中央空隙(22)的燃料入流钻孔(21)，并且，在所述空隙(22)中插入作为磁性执行器内极起作用的、配备钻孔(541)的插入式构件(54)，并且，所述插入式构件与所述保持体(2)通过形状锁合相连接，所述形状锁合优选通过面朝所述空隙(22)底部(221)的所述插入式构件(54)区段(542)的塑性变形来产生。

7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其中，在所述空隙(22)的底部(221)上设置有切割部(222)，通过该切割部使面朝所述空隙(22)底部(221)的所述插入式构件(54)区段(542)在所述插入式构件插入到所述空隙(22)中时塑性变形，其中，所述切割部(222)优选构造成从所述空隙(22)底部(221)突起的环形切割部(222)形式。

8.根据权利要求7所述的燃料喷射器，其中，所述切割部(222)由比所述插入式构件(54)硬的材料制成。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述空隙(22)在其底部(221)上的内直径大于其余空隙(22)的内直径，并且，在所述空隙(22)底部上由此产生沿径向向外走向的环形槽(223)，该环形槽优选至少部分被所述插入式构件(54)的塑性变形的区段(542)填充。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述插入式构件(54)优选由可延展的金属材料制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述衔铁针(41)和所述喷嘴针(42)相互作用连接。

12.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其中，在所述保持体(2)与所述磁性体(3)之间在所述磁线圈(51)径向内部布置有环形分隔体(55)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述夹紧螺母(1)和所述保持体(2)借助于旋拧连接来相互连接，其中，优选地，所述夹紧螺母(1)具有内螺纹(12)并且所述保持体(2)具有相应的外螺纹(23)，用以构成所述旋拧连接。