CN108138734A - 用于内燃机的流体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体说明了一种用于内燃机的流体喷射装置（1），其具有阀体（13），阀针（5）以沿着阀体（13）的纵向轴线（34）可移位的方式布置在该阀体中；并且具有阀座（9），以便释放或关闭流体出口。流体喷射装置（1）具有至少一个弹簧元件（17），其布置在阀体（13）和阀针（5）之间并且借助于其，阀针（5）被支撑在阀体（13）上，并且因此借助于弹簧元件（17）引导阀针（5），使得在操作流体喷射装置（1）期间阀针（5）相对于纵向轴线（34）的倾斜至少很大程度上被防止。

Description

用于内燃机的流体喷射装置

本发明涉及一种用于内燃机的流体喷射装置，诸如已知例如用于在自动点火内燃机中直接喷射燃料。

DE 100 24 703 A1已经公开了一种燃料喷射阀，在其情况下，阀针的中心区段在压力室中以非常小的游隙被引导。为了允许燃料通过，在阀针上设置侧向磨光部分。在这种结构形式的情况下，部件，尤其是阀针和压力室，必须以非常精确的方式进行加工，这导致生产成本增加，因为孔的内侧的加工总是需要巨大努力。

然而，阀针的精确引导被寻求，以便实现燃料的定量供给的高精度和燃料的对称雾化。此外，阀针的精确引导减少了阀座上的磨损。

本发明的目的是详细说明一种用于内燃机的流体喷射装置，该流体喷射装置展现出阀针的精确引导，但同时坚固且不贵。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利实施例和改进是从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，详细说明用于内燃机的流体喷射装置，尤其是流体喷射器。流体喷射装置例如是燃料喷射装置，尤其是燃料喷射器。

流体喷射装置具有阀体，在阀体中阀针布置成以便沿着阀体的纵向轴线可移位并且其与阀座相互作用以便打开或关闭流体出口。在燃料喷射装置的情况下，流体出口是燃料出口。流体喷射装置具有作为阀针的引导部的至少一个弹簧元件，该至少一个弹簧元件布置在阀体和阀针之间，并且借助于该至少一个弹簧元件将阀针支撑在阀体上。

尤其，弹簧元件沿径向方向布置在阀针和阀体的环绕的侧壁之间。尤其，弹簧元件桥接阀针和侧壁之间的径向间隙。环绕的侧壁尤其界定了阀体的腔，通过其流体从流体喷射器的入口流动到流体出口并且阀针被布置在该腔中，具体地尤其是在径向方向上。

弹簧元件尤其沿径向方向可压缩。弹簧元件构成阀针的引导部的表述尤其应理解为意指弹簧元件防止或至少基本上防止在流体喷射装置的操作期间阀针相对于纵向轴线的倾斜。阀针优选地以纵向轴线为中心并且借助弹簧元件轴向地被引导。

因此，阀针不直接由刚性主体引导，并且尤其不直接由壳体部分引导，其不如说是下述情况，即至少一个弹簧元件，其进而连接至阀体，用于引导。

这具有以下优点：在部件的生产中不需要特别高的精度。针不需要以无游隙的方式被引导。相反，所述至少一个弹簧元件在阀针和阀体之间传递引导力 -尤其是径向指向的引导力。如果弹簧元件被设计成使得所述引导力是对称的，则阀针的精确引导是可能的。

由于部件的游隙，所以该解决方案相对不贵。此外，向流体出口供应燃料不会带来任何问题。尤其，借助于弹簧元件，能够实现在引导部的区域中阀体的腔的特别大的液压直径。以这种方式，关于流体喷射装置也实现了更大的设计自由度。尤其，例如可能的是省掉在引导部的区域中形成轴向流体通道 - 例如借助于阀针的扁平部分或阀体的侧壁。

在此和下文中，阀体应理解为意味着壳体部分或固定地连接到流体喷射装置的壳体部分的部件，该壳体部分或部件围绕流体喷射装置的下部区域中的流体填充的内部空间- 其尤其是阀体的腔 - 并且阀针在其上被引导。

在此和下文中，通过弹簧元件将阀针支撑在阀体上应理解为意味着通过弹簧元件，从阀针到阀体的力的传递及从阀体到阀针的力的传递是可能的。尤其，弹簧元件在阀针上施加回复力，该回复力实现了阀针的定心引导。有利地，该回复力尤其是沿径向方向作用在阀针上。同时，弹簧元件在阀体上，尤其是在其侧壁上施加力，该力尤其是与径向回复力相对。如果为了打开或关闭流体出口的目的而使阀针移动，则在一个实施例中，弹簧元件可以额外地在阀针上施加轴向回复力。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个弹簧元件具有预加载荷，特别是在流体喷射装置的完全组装好的状态下并且不管阀的设置如何，也就是说不论阀针的位置如何。尤其，弹簧元件沿径向方向被预加载。例如，其在阀针与阀体的侧壁之间的径向间隙中被支撑，以便在径向方向上被压缩。

这具有能够实现阀针的可靠引导和对称的回复力的优点。该预加载荷还尤其防止在一段时间内在弹簧与阀体或阀针之间形成径向游隙，其将妨碍阀针的可靠引导。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个弹簧元件被形成为圆形螺旋弹簧，并且其内圆周被支撑在阀针上并且其外圆周被支撑在阀体上。

在该实施例中，弹簧元件具有由螺旋弹簧形成的圆环体的外轮廓，其由螺旋弹簧形成。换句话说，螺旋弹簧具有圆环体作为包封件。螺旋弹簧的簧圈可以有利地绕弯曲且封闭的中心线 -尤其是圆形中心线 - 其尤其是圆环体的中心线缠绕。在此，中心线有利地只是假想线。这种弹簧元件适用于在阀针上施加对称的回复力并因此实现可靠的引导。

在替代实施例中，所述至少一个弹簧元件被形成为蜘蛛型弹簧。蜘蛛型弹簧具有：内圆周，利用其蜘蛛型弹簧被支撑在阀针上；和若干弹簧腿，利用其蜘蛛型弹簧被支撑在阀体上。在此，蜘蛛型弹簧尤其应理解为意味着具有环形主体且具有从主体径向向外延伸的多个弹簧腿的弹簧。主体优选地具有通路，尤其是中心开口，其限定了内圆周并且阀针延伸通过该开口。弹簧腿优选地是弯曲的，使得尤其，它们不仅从主体径向向外延伸，而且同时轴向地超出主体。

这种弹簧元件也适用于实现对称的回复力，并由此可靠地引导阀针。它能够特别容易地被安装。

在另外的实施例中，设置至少两个弹簧元件，所述至少两个弹簧元件被形成为螺旋弹簧，并且所述至少两个弹簧元件布置成在阀针和阀体之间沿着所述阀针的圆周彼此间隔开，尤其是以便定位成彼此相对。

在该实施例中，作用在阀针上的力的对称程度能够通过沿着阀针的圆周布置更多数量的弹簧元件来增加，例如3,4,5或6个弹簧元件，其尤其沿圆周方向对称分布。以这种方式，阀针的引导能够通过特别简单形式的部件来实现。

燃料能够顺利通过螺旋弹簧和蜘蛛型弹簧二者。能够实现特别大的液压直径，使得不需要其他器件以使燃料传递通过流体喷射装置的内部空间。

在本发明的一个实施例中，至少一个第一弹簧元件布置在阀针的面向流体出口的区段上，并且至少一个第二弹簧元件布置在阀针的远离流体出口的区段中。尤其，第一弹簧元件和第二弹簧元件邻近阀针的相对的轴向端部。

在该实施例中，在至少两个位置处提供对阀针的引导，特别是在阀针上的顶部和底部处。引导因此尤其稳定。阀针的倾斜的风险尤其低。例如，可以在阀针的面向流体出口的区段上设置第一圆形螺旋弹簧，并且可以在阀针的远离流体出口的区段上设置第二圆形螺旋弹簧。然而也可以使用不同类型的弹簧元件，例如在阀针的面向流体出口的区段上使用圆形螺旋弹簧并且在阀针的远离流体出口的区段上使用蜘蛛型弹簧。

在本发明的另外的实施例中，至少一个弹簧元件布置在阀针的中心区段上，该中心区段在阀针的面向流体出口的区段和阀针的远离流体出口的区段之间。尤其，弹簧元件的几何重心布置成相对于阀针的几何重心在轴向方向上偏移阀针的轴向长度的30％或更少，尤其是其20％或更少。所述弹簧元件使得能够实现在中心区段中阀针的引导，使得能够实现阀针的特别精确的轴向引导。

所述引导部可以作为阀针的唯一引导部被提供，尤其是借助于流体喷射装置的几何形状在任何情况下在另一区段中，例如在阀座处，实现阀针的引导部的情况下。然而，除了在阀针的面向流体出口的区段上和在阀针的远离流体出口的区段上的引导部，还可以在阀针的中心区段中设置引导部。

所述至少一个弹簧元件可以焊接或以一些其他方式固定地连接到阀针的外壁和/或阀体的内壁。例如，圆形螺旋弹簧可以在其内圆周处焊接到阀针和/或在其外圆周处焊接到阀体。蜘蛛型弹簧可以在其内圆周处焊接到阀针和/或在其弹簧腿处焊接到阀体。然而，至少一个弹簧元件也可以仅焊接到阀针或阀体，并相应地沿着阀体或阀针滑动。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个弹簧元件由耐腐蚀的弹簧钢形成，其中，所述耐腐蚀性与所使用的燃料有关，所述弹簧元件与所使用的燃料接触。

下面将基于示例性实施例并参考所附示意图来更详细地讨论本发明。

图1示出了通过根据本发明的第一实施例的流体喷射装置的纵向截面；

图2示出了根据图1的流体喷射装置的细节，

图3示出了根据本发明的另外的实施例的流体喷射装置的细节，

图4示出了用于根据本发明的另外的实施例的流体喷射装置的弹簧元件，

图5示出了通过具有根据图4的弹簧元件的流体喷射装置的细节的纵向截面。

图1示出了根据本发明的第一实施例的流体喷射装置1。根据本实施例的当前流体喷射装置1例如是燃料喷射器，尤其是用于将燃料喷射到内燃机的进气道中。替代地，其也可以是用于喷射尿素溶液以供废气后处理的尿素喷射器。

流体喷射装置1具有带阀针5和阀座9的阀3，阀针5具有设计为球的末端7。在关闭状态下，末端7通过复位弹簧30的力被按压到阀座9上并因此关闭喷嘴11。阀壳体-阀体13-围绕阀3和喷嘴轴15，喷嘴轴15被形成为在阀体13内的腔并且其在操作期间填充有燃料。

喷嘴11形成流体喷射装置1的流体出口，也就是说在当前情况下例如燃料出口。

由入口管道18形成并且与喷嘴轴15流动连接的入口室19在喷嘴轴15的面向远离流体出口的那侧上邻接喷嘴轴15。在入口室19中布置有用于燃料的过滤器29，通过该过滤器的定位能够设置复位弹簧30的预加载。

在操作期间，入口室19和喷嘴轴15填充有用于喷射的燃料。为了允许通过喷嘴11喷射燃料，流体喷射装置1具有电磁致动装置。

电磁致动装置包括线圈21、衔铁23、极片25和压配合到极片25的一个端部上的非磁性套筒27。衔铁23在流体喷射装置1的纵向方向上可移位并且在当前示例中固定地连接到阀针5。所述衔铁在其轴向移动时因此随之驱动阀针5。在远离阀座9的方向上移位的情况下，阀针5打开喷嘴11且因此允许流体 - 也就是说在当前示例中例如燃料或尿素溶液 -通过喷嘴11排出。

流体喷射装置1借助于布置在喷嘴轴15内的弹簧元件17具有阀针5的引导部。在所示的实施例中，弹簧元件17被形成为圆形螺旋弹簧，其簧圈绕闭合假想中心线缠绕，该假想中心线围绕纵向轴线34以圆形环绕方式延伸。

图2详细示出了具有弹簧元件17的流体喷射装置1的细节。在此，为了简单起见，仅示出了纵向轴线34之上的流体喷射装置1的半部。

在扩张状态下，弹簧元件17的整体直径稍大于喷嘴轴15的直径，使得所述弹簧元件能够在轻微的预加载荷的情况下被插入喷嘴轴15中。所述弹簧元件的内径在扩张状态下可以稍微小于阀针5的外径，使得所述弹簧元件也相对于阀针5被预加载。弹簧元件17在被插入喷嘴轴15中之后被布置在阀针5和阀体13的围绕纵向轴线34以环绕方式延伸的侧壁14之间的径向间隙16中。所述弹簧元件的内圆周被支撑在阀针5上并且其外圆周被支撑在阀体13上。因此，所述弹簧元件桥接阀针5和阀体13之间的径向间隙，并且在阀针5上施加径向向内指向的回复力。对应地，弹簧元件17在喷嘴轴的区域中在阀体13的侧壁14上施加径向向外指向的相对的力。借助于回复力，阀针5以纵向轴线34为中心并且借助于弹簧元件17在喷嘴轴15的区域中轴向地引导。

在图1和图2中所示的第一实施例中，仅设置一个圆形螺旋弹簧作为阀针5的引导部。所述弹簧元件17布置在阀针的面向流体出口的区段中，具体地在阀针5的直接在末端7的前方的轴向端部区域中。

图1和2中未示出借助于弹簧元件17的阀针的另外的引导部。例如，阀针5的避开末端7的那个端部然而借助于衔铁23轴向地引导。为此目的，衔铁23可以与套筒27和/或与阀体3滑动接触。

图3示出了根据本发明的另外的实施例的流体喷射装置1的细节的图解草图，其可以与根据图1和图2的第一实施例结合。

在该实施例中，弹簧元件17布置在阀针5的远离流体出口的区段上。在该实施例中，弹簧元件17同样被形成为圆形螺旋弹簧。后者在由P指示的位置处被焊接到阀针5和阀体13。弹簧元件17的这种焊接也可以在图1和图2所示的第一实施例中提供，但是为了清楚起见没有示出。

弹簧元件17在预加载的情况下被插入到阀体13中。因此，所述弹簧元件在阀针5上和阀体13的侧壁14上施加由箭头32指示的径向力。所述力实现阀针5在阀体13中的轴向引导，并且使阀针5定中心尤其是在纵向轴线34上。

图4以沿纵向轴线34的平面图示出了在流体喷射装置1的另外的实施例中使用的弹簧元件17。

在该实施例中，弹簧元件17被形成为蜘蛛型弹簧并且具有环形主体33，该主体33具有围绕通路37的内圆周35。弹簧腿36从环形主体33向外延伸。此外，弹簧腿36弯曲成使得它们在轴向方向上延伸远离主体33并且轴向地突出超过所述主体。在当前示例中，弹簧腿36具有C形弯曲轮廓（参见图5）。

图5示出了根据本发明的一个实施例的流体喷射装置1，其具有图4中所示的弹簧元件17。弹簧元件17被布置成使得阀针5延伸穿过通路37并且弹簧元件17的内圆周35支承抵靠阀针5。沿着内圆周35，弹簧元件17被焊接到阀针5。

利用其弹簧腿36，弹簧元件17被支撑在阀体13上。由于弹簧元件17在预加载的情况下被插入到阀体13中，所以其以在图3的基础上讨论的方式在阀体13和阀针5上施加力，该力实现对阀针5的引导。

例如由于弹簧元件17的弹性，所以阀针在示出的所有实施例中都可沿着纵向轴线34移动至打开和关闭阀所需的程度。

所示的各种实施例可以彼此组合。例如，呈圆形螺旋弹簧形式和呈蜘蛛型弹簧形式的弹簧元件17、或者其他设计的弹簧元件可以彼此组合，使得弹簧元件17中的一个布置在喷嘴针5的面向流体出口的区段上且至少一个另外的、不同设计的弹簧元件17布置在喷嘴针5的远离流体出口定位的区段上。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的流体喷射装置（1），其具有阀体（13），在所述阀体中阀针（5）布置成以便沿所述阀体（13）的纵向轴线（34）可移位并且与阀座（9）相互作用以便打开或关闭流体出口，其中，所述流体喷射装置（1）具有至少一个弹簧元件（17），所述至少一个弹簧元件在径向方向上布置在所述阀体（13）和所述阀针（5）之间，并且通过所述至少一个弹簧元件，所述阀针（5）被支撑在所述阀体（13）上，使得所述阀针（5）通过所述弹簧元件（17）引导以便在所述流体喷射装置（1）的操作期间至少基本上防止所述阀针（5）相对于所述纵向轴线（34）的倾斜。

2.根据前述权利要求所述的流体喷射装置（1），其中，所述弹簧元件（17）在径向方向上布置在所述阀针（5）与所述阀体（13）的环绕所述纵向轴线（34）的侧壁（14）之间，并桥接所述阀针（5）和所述侧壁（14）之间的径向间隙（16）。

3.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述阀针（5）相对于所述纵向轴线（34）定中心并且通过所述弹簧元件被轴向地引导。

4.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述至少一个弹簧元件（17）沿径向方向被预加载。

5.根据权利要求2和4所述的流体喷射装置（1），其中，在所述间隙（16）的相对侧处，所述弹簧元件（17）将相对指向的径向力施加在所述阀针（5）和所述阀体上。

6.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述至少一个弹簧元件（17）被形成为具有闭合的弯曲中心线的圆形螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的簧圈围绕所述中心线缠绕，并且借助于其内圆周被支撑在所述阀针（5）上且其外圆周被支撑在所述阀体（13）上的所述弹簧元件（17），所述阀针（5）通过所述弹簧元件（17）被支撑在所述阀体（13）上。

7.根据前述权利要求1至5中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述至少一个弹簧元件（17）被形成为蜘蛛型弹簧并且具有内圆周（35）以及若干弹簧腿（36），所述至少一个弹簧元件通过所述内圆周被支撑在所述阀针（5）上，所述至少一个弹簧元件通过所述弹簧腿被支撑在所述阀体（13）上。

8.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其具有多个弹簧元件（17）作为所述阀针（5）的引导部，所述弹簧元件在径向方向上布置在所述阀体（13）和所述阀针（5）之间，并且所述阀针（5）通过所述弹簧元件被支撑在所述阀体（13）上，其中，所述弹簧元件（17）中的至少两个被形成为螺旋弹簧并且在所述阀针（5）和所述阀体（13）之间沿所述阀针（5）的圆周彼此间隔开布置。

9.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其具有多个弹簧元件（17）作为所述阀针（5）的引导部，所述弹簧元件在径向方向上布置在所述阀体（13）和所述阀针（5）之间，并且所述阀针（5）通过所述弹簧元件被支撑在所述阀体（13）上，其中，至少第一弹簧元件（17）布置在所述阀针（5）的面向所述流体出口的区段上，并且至少第二弹簧元件（17）布置在所述阀针（5）的远离所述流体出口的区段上。

10.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述弹簧元件（17）或所述弹簧元件（17）中的至少一个布置在所述阀针（5）的中心区段上，所述中心区段位于所述阀针（5）的面向所述流体出口的区段和所述阀针（5）的远离所述流体出口的区段之间。

11.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述至少一个弹簧元件（17）被焊接到所述阀针（5）和/或所述阀体（13）的内表面。

12.根据前述权利要求中的一项所述的流体喷射装置（1），其中，所述至少一个弹簧元件（17）由耐腐蚀的弹簧钢形成。