CN109416007B

CN109416007B - 用于燃料喷射器的喷嘴体

Info

Publication number: CN109416007B
Application number: CN201780040164.9A
Authority: CN
Inventors: W·瓦尔克纳尔; A·塞林格; H·韦格尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: KR20190020798A; JP2019518170A; DE102016211477A1; EP3475555B1; JP6757805B2; KR102303418B1; EP3475555A1; CN109416007A; WO2018001797A1

Abstract

本发明涉及一种喷嘴体(16)，尤其使用在燃料喷射器(100)中的喷嘴体(16)，所述燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。所述喷嘴体(16)一体地实施。在所述喷嘴体(16)中构造有压力室(8)，所述压力室能够经由流入孔(64)被供给以处于高压下的燃料。打开或者关闭至少一个喷射开口(60)的喷嘴针(6)可纵向运动地布置在所述压力室(8)中。所述至少一个喷射开口(60)构造在所述喷嘴体(16)的喷嘴尖端(16a)中。在所述喷嘴体(16)中构造有能被冷却介质流过的冷却通道(30)。所述冷却通道(30)包括构造在所述喷嘴尖端(16a)中的冷却基体(35)。

Description

用于燃料喷射器的喷嘴体

技术领域

本发明涉及一种用于燃料喷射器的喷嘴体，所述燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，其中，所述喷嘴体具有冷却通道。

背景技术

由EP 1 781 931 B1已知一种用于燃料喷射器的喷嘴体，所述燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。已知的燃料喷射器包括保持体、具有节流板的阀体和喷嘴体。保持体和喷嘴体通过喷嘴锁紧螺母相互锁紧。在喷嘴体中构造有压力室，所述压力室能够经由流入孔以处于压力下的燃料供给。打开或关闭至少一个喷射开口的、可纵向运动的喷嘴针可纵向运动地布置在压力室中。

此外，已知的燃料喷射器具有构造在喷嘴体中的冷却通道。然而，EP 1 781 931B1没有公开关于所述冷却通道的实施方式和制造方式。

此外，由现有技术已知未预先公开的DE 10 2016 206 796 A1，该文献公开了在喷嘴体和附加构件冷却帽之间构造冷却通道。

已知的燃料喷射器的冷却通道的实施方案要求复杂的实施方式和大的制造技术花费。

发明内容

本发明提出一种用于燃料喷射器的喷嘴体，所述燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，其中，所述喷嘴体一体地实施，其中，在所述喷嘴体中构造有压力室，所述压力室能够经由流入孔被供给以处于高压下的燃料，其中，打开或关闭至少一个喷射开口的喷嘴针能纵向运动地布置在所述压力室中，其中，所述至少一个喷射开口构造在所述喷嘴体的喷嘴尖端中，其中，在所述喷嘴体中构造有能被冷却介质流过的冷却通道，并且所述冷却通道包括用于将冷却介质供应到所述冷却基体中的、长形的流入通道和用于将冷却介质从所述冷却基体中导出的、长形的流出通道，其中，所述冷却通道包括构造在所述喷嘴尖端中的冷却基体，并且所述冷却通道具有肾形入口和肾形出口，其中，所述肾形入口和所述肾形出口构造在所述喷嘴体的与所述喷嘴尖端对置的端侧上，其中，所述肾形入口过渡到所述流入通道中，并且其中，所述肾形出口过渡到所述流出通道中。

与现有技术相比，根据本发明的用于燃料喷射器的喷嘴体具有冷却通道，所述冷却通道在其冷却作用方面被优化。然而，喷嘴体一体地成型，使得可以省去费事的制造技术和密封件。此外，通过冷却通道引起的喷嘴体结构削弱仅是次要的。

为此，在喷嘴体中构造有压力室，所述压力室能够经由流入孔被供给以处于高压下的燃料。打开或关闭至少一个喷射开口的喷嘴针可纵向运动地布置在压力室中。至少一个喷射开口构造在喷嘴体的喷嘴尖端中。在喷嘴体中构造有能被冷却介质流过的冷却通道。冷却通道包括构造在喷嘴尖端中的冷却基体。此外，喷嘴体一体地实施。

在燃料喷射器运行时，喷嘴尖端尤其经受非常高的温度。喷嘴尖端的高效的冷却导致稳健的功能性和燃料喷射器的提高的使用寿命。冷却基体具有尽可能大的、用于冷却的有效总面积，使得从喷嘴尖端到冷却介质中的热输入非常大并且喷嘴体的冷却由此特别高效。借助3D打印法制造冷却通道、尤其冷却基体。借助其它制造方法、例如常规的车削和钻孔技术不能在一体的喷嘴体中制造冷却基体的几何形状。因此，可以省去如焊接或者封堵塞这样的费事的替代措施。因此消除了伴随的连接问题，如密封性不足或者强度减小。

在有利的实施方式中，冷却基体栅栏状、回曲状或者螺旋状地成型。由此可以非常大地成型冷却基体的整个对流面、即在喷嘴体和冷却基体之间的分隔面。产生从喷嘴尖端到冷却介质中的大的热流。喷嘴体的冷却由此特别高效。在冷却基体螺旋状和回曲状地实施的情况下，附加地使冷却基体的通流受到特别限定，使得不存在冷却介质在局部区域中静止而不流动的危险。

在另一有利的实施方式中，冷却基体环形柱体状地成型。由此，喷嘴体可以在其轴向的尺度上被非常紧凑地实施。

在有利的扩展方式中，冷却基体被喷嘴尖端的材料孔贯穿。由此可以再次增大整个对流面。由此进一步优化喷嘴尖端和冷却介质之间的热交换。

在有利的实施方式中，冷却通道包括用于将冷却介质供应到冷却基体中的长形的流入通道和用于将冷却介质从冷却基体中导出的长形的流出通道。典型地，喷嘴尖端是喷嘴体的最热区域并且冷却基体布置在该喷嘴体中。然而，在喷嘴体的与喷嘴尖端对置的端侧上发生冷却介质流入到冷却基体中和从冷却基体中流出。因此，长形的流入通道或者流出通道是一种流体技术上有利的实施方式，以便将冷却基体液压地衔接到冷却介质的供给装置上。

在有利的扩展方式中，冷却通道具有肾形入口和肾形出口。肾形入口和肾形出口构造在喷嘴体的与喷嘴尖端对置的端侧上。肾形入口过渡到流入通道中，而肾形出口过渡到流出通道中。由此，喷嘴体可以在端侧上与另一构件、例如保持体或节流板夹紧，其中，冷却通道的连接不必受窄的公差限制。肾形入口和肾形出口是冷却通道到相邻构件的液压连接。由于两个肾形口的面积较大，相对于接头几何形状的尺寸偏差对冷却通道的通流没有不利影响。

在有利的扩展方式中，喷嘴体具有对流区域，其中，该对流区域具有比喷嘴体的其余区域更大的导热能力。从而通过对流区域输送的热量特别大。因此，被限定的主热流可以被有利地布置，例如从喷射开口到冷却基体。作为特别能导热的材料，例如铜可以被用于对流区域。然而，由于3D打印法，产生到喷嘴体的另外区域的牢固的材料锁合连接。

根据本发明的喷嘴体特别有利地被用于一种燃料喷射器中。该燃料喷射器具有用于控制控制室压力的控制阀。在此，所述控制室被喷嘴针限界。即喷嘴针的打开和关闭运动通过控制室中的压力来控制，所述压力又被控制阀控制。用于将处于高压下的燃料喷射到内燃机燃烧室中的燃料喷射器经受特别高的温度，这尤其适用于喷嘴尖端，在所述喷嘴尖端上构造有到燃烧室中的喷射开口。因此，喷嘴尖端经由冷却基体的冷却对于这种燃料喷射器是特别重要和特别高效的。

根据本发明的喷嘴体的制造方法是3D打印法，因为仅能够借助该方法在一体式喷嘴体中实现冷却基体的复杂几何形状。由此取消封堵塞、另外的构件、焊缝、密封器件和类似的迂回措施。

在所述方法的一个有利的扩展方式中，首先制造喷嘴体的基体，优选通过锻造或铸造。可选地，在该基体中也可以已经构造有冷却通道的部分几何形状，例如构造为孔的纵截面或者构造为半成品模型。接着，通过3D打印施加剩余的、包围冷却通道的材料。必要时，然后也还可以通过3D打印给对流区域施加以特别能导热的材料。

附图说明

由下面优选实施例的说明以及根据附图得出本发明的另外的优点、特征和细节。附图示出了：

图1示出根据现有技术的燃料喷射器的纵截面，

图2以透明的立体视图示出喷嘴体，

图3示出冷却通道的阴模的局部，

图4示出在另一实施方式中的冷却通道的阴模的局部。

相同的元件或者具有相同功能的元件在附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中以纵截面示出如由现有技术已知的用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器100。

已知的燃料喷射器100包括保持体1、阀体3、节流板5和喷嘴体16。所有这些构件通过喷嘴夹紧螺母7保持在一起。在此，喷嘴体16包含喷嘴针6，该喷嘴针可纵向移动地布置在构造在喷嘴体16中的压力室8中。在喷嘴针6进行打开运动时，燃料经由多个构造在喷嘴体16中的喷射开口60喷射到内燃机的燃烧室中。

在喷嘴针6上可看到一凸缘，压力弹簧61支撑在该凸缘上。压力弹簧61的另一端部支撑在控制套筒62上，该控制套筒本身又贴靠在节流板5的下侧上。控制套筒62与喷嘴针6的与喷射开口60对置的上端面并且与节流板5的下侧一起限定控制室63。在控制室63中存在的压力对于喷嘴针6的纵向运动的控制而言是决定性的。

在燃料喷射器100中构造有流入孔64。一方面，燃料压力经由流入孔64在压力室8中起作用，在那里，所述燃料压力经由喷嘴针6的压力凸肩朝喷嘴针6的打开方向施加力。另一方面，该燃料压力经由构造在控制套筒62中的流入节流部65在控制室63中起作用，并且被压力弹簧61的力支持地将喷嘴针6保持在其关闭位态中。

此外，燃料喷射器100具有用于控制控制室63中的压力的控制阀2：当操控电磁体70时，电磁衔铁71以及与电磁衔铁71连接的阀针72从构造在阀体3上的阀座73抬起。来自控制室63的燃料能够以这种方式通过构造在节流板5中的流出节流部75经由阀座73流出到流出通道76中。以这种方式引起的、作用到喷嘴针6的上端面上的液压力下降导致喷嘴针6的打开。因此，来自压力室8的燃料通过喷射开口60进入到内燃机的燃烧室中。

一旦电磁体70被关断，电磁衔铁71通过另一压力弹簧74的力被压向阀座73，使得阀针72被压到阀座73上。以这种方式，切断燃料经由流出节流部75和阀座73的流出路径。经由流入节流部65在控制室63中又建立燃料压力，由此提高液压关闭力。由此喷嘴针6朝喷射开口60的方向移动并且关闭所述喷射开口。然后结束喷射过程。

为了冷却燃烧室区域中的构件，在已知的燃料喷射器100的阀体3、节流板5和喷嘴体16中构造有冷却通道30。因此，可以特别地冷却喷嘴针6的尖端和喷嘴体16。在图1的截面示图中，冷却通道30部分地位于流入孔64中。然而，这仅由于截面示图的原因，而在实施方案中，冷却通道30与流入孔64分隔开。

现在，根据本发明，冷却通道30构造在一体地3D打印的喷嘴体16中。由此，一方面可以实现冷却通道的几乎任意的形状，另一方面，可以省去具有多个构件的、费事的结构设计。

图2以透明的立体视图示出用3D打印法制造的喷嘴体16。在此，在压力室8中未示出流入孔64。压力室8和喷射开口60如常见的那样构造在喷嘴体16中。此外，冷却通道30这样地构造，使得该冷却通道在喷嘴体16的喷嘴尖端16a区域中、即靠近喷射开口60具有到喷嘴体16的非常大的面积。

冷却通道30包括肾形入口33和肾形出口34，用于连接到与喷嘴体16相邻的构件上，即例如根据燃料喷射器100的实施方式而定连接到节流板5或者保持体1上。在此，燃料喷射器100的外部的冷却接头一般构造在保持体1上。

此外，冷却通道30包括长形的流入通道31、长形的流出通道32和冷却基体35。冷却基体35优选设有用于有效冷却喷嘴尖端16a的大的总面积，使得能够发生从在运行时非常热的喷嘴尖端16a到流过冷却通道30的冷却介质中的尽可能大的热传递。为此，冷却基体35优选也在喷嘴尖端16a的整个周边上延伸。

在有利的实施方式中，喷嘴体16具有如在图2中围绕冷却基体35所示那样的对流区域37。对流区域37由不同于喷嘴体16其余部分的材料、例如铜实施，但是由于3D打印仍然与喷嘴体其余部分材料锁合地连接。对流区域37具有特别大的导热能力并且用于将尽可能大的热量从喷嘴体16的非常热的区域传导到冷却基体35。

优选地，对流区域37布置在喷嘴尖端16a中的喷嘴开口60附近，因为通常在那里存在燃料喷射器100的最高温度。

在图2的实施方式中，冷却基体35栅栏状地实施。在下面的图3和4中可看到另外的实施可能性。

图3示出冷却基体35的呈螺旋形状或者回曲形状的阴模型，即冷却介质的几何形状。通过回曲形状，冷却基体35特别受限定地被流体流过，因为在通流方向上不存在分支。因此，排除静止的冷却介质并且从而局部的小的热传递系数。

图4示出作为具有多个材料孔36的环形柱体的冷却基体35。因此，材料孔36为喷嘴体16的材料、例如钢。由此，冷却基体35的对流面积特别大。与此相应地，可以发生从喷嘴尖端16a到冷却介质中的大的热输入。替代地，冷却基体35也可以环形地构型。

通过3D打印法作为用于喷嘴体16的制造方法，可以实现用于冷却通道30的几乎任意的几何形状，并且，喷嘴体16仍然一体地实施。在此，也能够使用不同的材料用于喷嘴体16的不同区域。因此，特别在导热能力的特性方面可以有利地影响沿冷却通道30方向的热流。为此，借助3D打印施加一个或多个对流区域37，所述对流区域具有特别高的导热能力并且优选从喷射开口60的区域延伸至冷却基体35。

在所述方法的一个扩展方式中，首先借助常规制造，例如锻造或者切削去除的制造方法，制造喷嘴体16的基体。可选地，冷却通道30在此已经能够以部分轮廓存在。然后，借助3D打印施加喷嘴体16的外部区域、特别包围冷却基体35的区域并且必要时也施加对流区域17。

Claims

1.一种用于燃料喷射器(100)的喷嘴体(16)，所述燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，其中，所述喷嘴体(16)一体地实施，其中，在所述喷嘴体(16)中构造有压力室(8)，所述压力室能够经由流入孔(64)被供给以处于高压下的燃料，其中，打开或关闭至少一个喷射开口(60)的喷嘴针(6)能纵向运动地布置在所述压力室(8)中，其中，所述至少一个喷射开口(60)构造在所述喷嘴体(16)的喷嘴尖端(16a)中，其中，在所述喷嘴体(16)中构造有能被冷却介质流过的冷却通道(30)，并且所述冷却通道(30)包括用于将冷却介质供应到所述冷却基体中的、长形的流入通道(31)和用于将冷却介质从所述冷却基体(35)中导出的、长形的流出通道(32)，

其特征在于，

所述冷却通道(30)包括构造在所述喷嘴尖端(16a)中的冷却基体(35)，并且所述冷却通道(30)具有肾形入口(33)和肾形出口(34)，其中，所述肾形入口(33)和所述肾形出口(34)构造在所述喷嘴体(16)的与所述喷嘴尖端(16a)对置的端侧上，其中，所述肾形入口(33)过渡到所述流入通道(31)中，并且其中，所述肾形出口(34)过渡到所述流出通道(32)中。

2.根据权利要求1所述的喷嘴体(16)，

其特征在于，

所述冷却基体(35)栅栏状、回曲状或者螺旋状地构型。

3.根据权利要求1所述的喷嘴体(16)，

其特征在于，

所述冷却基体(35)环形柱体状地构型。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴体(16)，

其特征在于，

所述冷却基体(35)被所述喷嘴尖端(16a)的材料孔(36)贯穿。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴体(16)，

其特征在于，

所述喷嘴体(16)具有对流区域(37)，其中，所述对流区域(37)具有比所述喷嘴体(16)的其余区域更大的导热能力。

6.一种燃料喷射器(100)，所述燃料喷射器具有根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴体(16)，

其特征在于，

所述燃料喷射器(100)具有用于控制控制室(63)的压力的控制阀(2)，其中，所述喷嘴针(6)限界所述控制室(63)。

7.一种用于制造根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴体(100)的方法，

其特征在于，

所述喷嘴体(16)以3D打印法被制造。

8.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于，

所述方法具有以下方法步骤：

-制造所述喷嘴体(16)的基体，优选通过锻造制造，

-借助3D打印法施加所述喷嘴尖端(16a)的向外包围所述冷却基体(35)的材料。