CN109715935A - 流体喷射器和用于流体喷射器的针 - Google Patents

Abstract

公开了流体喷射器和用于流体喷射器的针。流体喷射器包括针（6），其容纳在喷射器壳体（2）内。针（6）至少包括轴向针部分（23）。在所述轴向针部分（23）与属于流体路径（5）的围绕的喷射器壳体（2）之间形成间隙（24），所述流体路径从喷射器入口（3）延伸到喷射器出口（4）。针（6）包括从针6的轴向端部（13）的端面（14）延伸的盲孔（25）以及至少一个连接孔（26），所述连接孔正交于纵向方向（27）或与纵向方向（27）以成角度方式进行延伸。盲孔（25）通过至少一个连接孔（26）与所述间隙（24）处于流体连接。

Description

流体喷射器和用于流体喷射器的针

技术领域

本发明涉及一种流体喷射器，其特别地用于将压缩天然气（CNG）直接喷射（DI）或多点喷射（MPI）到燃烧发动机的燃烧室中，该流体喷射器包括：

- 喷射器壳体，其包括流体路径，其中所述流体路径沿着纵向方向从喷射器入口延伸到喷射器出口；

- 针，其容纳在喷射器壳体内并且可在包括针的关闭位置和打开位置的移动间隔中相对于喷射器壳体轴向移动，其中针包括第一轴向端部和第二轴向端部，第二轴向端部更靠近喷射器出口并且包括端面，其中针包括至少一个轴向针部分（无论针在移动间隔中具有哪个移动位置）由喷射器壳体周向围绕，其中（径向地）在所述轴向针部分和围绕的喷射器壳体之间存在至少一个（轴向延伸的）间隙，该间隙属于所述流体路径。

本发明还涉及一种用于流体喷射器、特别地用于根据前述权利要求之一的流体喷射器的针，其中针包括第一轴向端部和第二轴向端部。

背景技术

喷射阀广泛使用，特别地用于燃烧发动机，其中喷射阀可以被布置以便计量流体、特别地压缩天然气（CNG）。在现有技术中，存在公知的流体喷射器，如下面的图4、5、5a和5b所示的。这些流体喷射器包括由电磁致动器单元致动的向内阀（即，向内开口类型的阀）。

当断电时，针通过压缩弹簧沿向外方向朝向关闭位置轴向移动，在关闭位置中所述阀被关闭。另一方面，当通电时，致动器单元通过超过弹簧的力在轴向方向上向针施加电磁吸引力，使得针朝向其打开位置移动，从而打开阀。

图5示出了公知的流体喷射器，其可用于通过所谓的多点喷射（MPI）来喷射压缩天然气（CNG）。在图4中，示出了类似的流体喷射器，其可用于通过直接喷射（DI）来喷射压缩天然气（CNG）。不同之处在于，除了上述阀之外，图4所示的流体喷射器还包括第二阀，该第二阀是上述阀下游的被动阀。两种公知的流体喷射器都包括具有双重功能的上述向内阀。

第一功能是为MPI应用和DI应用中的被动阀保证至燃烧室的适当数量的预期质量流量。第二功能是密封喷射器尖端，以通过使用特殊橡胶来避免所喷射的流体的外部泄漏。致动器单元包括极片、电枢和要由电压激励的线圈。电枢和极片之间的距离对应于某个针提升。

当螺线管通电时，电枢被极片吸引，并且针打开向内阀，如图5b所示。流体通过从致动器的外部（针-电枢）传送而经过阀，并且由于图4、5、5a和5b所示的架构，流出所述阀的质量流量的量由通道限定，所述通道由图5b中由箭头示意性地示出的流体路径所示的针提升给出。

针提升对应于轴向移动间隔，所述轴向移动间隔在其端部处包括针的关闭位置和打开位置。由于多种原因，如果针提升小，则这是有利的。然而，减小所确定的针提升也减小了开口的截面，该截面可用于在打开状态下使得流体传送通过阀。

考虑到针提升是“瓶颈”，已经尝试增加针提升的值，以便能够或甚至保证流体的某个质量流量的传送，这被认为对于某些应用来说是必要的。然而，由于通过增加针提升而使用的架构，电枢和极片之间的距离也增加，结果是降低了喷射器的性能，例如操作性压力范围和最小可控质量。此外，增加的针提升也增加了在到达打开位置和关闭位置两者时产生的冲击能量。

由于这些原因，增加针提升需要额外的努力，以便避免否则会出现的喷射器应用的限制。关于用于喷射气态燃料流体（诸如，例如压缩天然气（CNG））的流体喷射器，上述问题特别重要，因为与液体相比，气体具有更小的密度。由于该原因，与液体燃料相比，在喷射气体时通常有必要计量更大的体积。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的流体喷射器，特别地用于喷射压缩天然气（CNG）。另一目的是提供一种用于这种流体喷射器的改进的针。特别地，本发明的目的是提供流体喷射器和用于流体喷射器的针，其能够实现流体、尤其是气体的质量流量，其与通过如上所述的传统流体喷射器的质量流量相比更大。特别地，本发明的目的是保证这种增加的质量流量的预期量。

为了实现该目的，本发明提供一种上述通用类型的流体喷射器，其中针包括从针的第二轴向端部的端面延伸的盲孔，并且其中针包括至少一个连接孔，所述连接孔横向于、特别地正交于针的几何纵向中心轴线延伸或者相对于针的几何纵向中心轴线以成角度方式延伸，其中盲孔通过至少一个连接孔流体连接到所述间隙。特别地，至少一个连接孔在其远离盲孔的端部处开通到轴向针部分中。在有利的实施例中，轴向针部分轴向地延伸到在针的第二轴向端部处的端面。

与轴向针部分和围绕的喷射器壳体之间的间隙一起，盲孔以及一个或多个连接孔为气体从针外部通过间隙以及从针的内部通过孔和盲孔到达阀座提供双通道区域。与仅间隙的截面相比，可以由流体传送通过的总截面增加。具有由一个或多个连接孔供给的优选中心盲孔的针允许通过针在其打开位置的提升导致增加通道截面，所述一个或多个连接孔尤其在径向方向上延伸。以这种方式，第一阀座可以从针的外部以及从内部被馈送。通道截面的增加不需要在针的打开位置中增加电枢和极片之间的距离，以使得能够或保证喷射所需量的流体（质量）流。

存在执行优选的修改的多种可能性：

优选地，流体喷射器包括板，该板包括至少一个通孔，其中板沿其外边缘密封地连接到喷射器壳体的内部。第一阀座设置在板的表面处，面向针的第二端处的端面并且毗邻、特别地围绕所述通孔。因此，板也可以称为“座板”。当针处于关闭位置时，通孔被针的端面密封地关闭，或者被固定到针的端面的密封件密封地关闭。有利地，板的设置有阀座的表面可以是大致平坦的，特别地具有垂直于纵向方向的主延伸方向。相应地，针的端面也可以是大致平坦的表面，优选地垂直于纵向方向延伸。优选地，针的端面和板的表面是共面的。在本文中“大致平坦”特别意味着，端面可以包括作为密封元件的一个或多个（例如，环形）突起部或者用于容纳密封件的一个或多个凹槽。密封件尤其是弹性体密封件，例如橡胶密封件。

当针处于其关闭位置时，至少一个通孔借助于端面或借助于附接到端面的密封件关闭。由间隙以及盲孔和一个或多个连接孔一起提供的双通道区域或多通道区域使得气体能够从至少两个方向（例如从内部和从外部方向）到达第一阀座。

在可能的实施例中，板可以包括例如沿着圆形线分布的多个通孔，并且第一阀座可以沿着在通孔的位置内部的第一圆周延伸以及沿着在通孔的位置外部的第二圆周延伸。

在优选的实施例中设置的是，流体喷射器包括第一阀组件，第一阀组件包括所述针和第一阀座，其中第一阀组件是向内开口类型的。

优选实施例的特征在于，轴向针部分和间隙的轴向端部毗邻端面。

关于盲孔，优选的是，所述盲孔居中地形成在针中。优选地，盲孔可以平行于针的几何纵向中心轴线并且特别地与针的几何纵向中心轴线同心地延伸。优选地，连接孔径向延伸到盲孔的中心线，并且特别地径向地延伸到纵向轴线。

优选地，在针中、特别地靠近第二轴向端部形成多个、特别地四个连接孔，其中连接孔沿圆周方向均匀分布，并且其中盲孔通过每个连接孔与所述间隙处于流体连接。

在实施例中设置的是，盲孔的直径以及一个或多个连接孔的直径与间隙的径向宽度相比更大和/或与针的轴向移动间隔相比更大。

在优选的实施例中，流体喷射器包括弹簧，该弹簧适于向针朝向其关闭位置施加力。还优选的是，第一阀组件包括电气致动器单元，该电气致动器单元适于在电气致动器单元通电时朝向针的打开位置致动第一阀组件的针，其中致动器单元尤其是压电类型的或是电磁致动器单元。可能的是，电磁致动器单元包括线圈、极片和电枢，其中线圈和极片轴向固定到壳体上，并且其中电枢轴向固定到针上，使得在针的关闭位置中在电枢和极片之间形成轴向间隙，并且使得在针的打开位置中电枢与极片接触。

此外，特别地关于多点喷射（MPI）的应用，优选的是，流体喷射器包括安装在第一阀组件和喷射器出口之间的第二阀组件，其中特别地，第二阀组件是向外开口类型的，和/或是被动阀组件。

被动阀组件是指这样的阀组件，其根据第一阀组件的状态由相邻阀室中的压力水平致动。第二阀组件可包括毗邻一个或至少一个通孔的第二阀座以及关闭构件，该关闭构件容纳在喷射器壳体内并且可在包括关闭构件的关闭位置和打开位置的移动间隔中相对于喷射器壳体轴向移动，使得当关闭构件处于其关闭位置时一个或多个通孔被关闭构件密封地关闭，并且当关闭构件处于其打开位置时一个或多个通孔被打开。第二阀组件可包括第二弹簧，其用于向关闭构件朝向其关闭位置施加力。第二阀组件可以适于当阀室中的流体压力超过阈值时使其移动构件沿向外方向移动到其打开位置，从而超过弹簧的力。

本发明还涉及一种用于流体喷射器、特别地用于上述通用类型的流体喷射器的针。针可包括第一轴向端部和第二轴向端部。

针对上述现有技术及其缺点，本发明的目的是提供一种改进的针。

为了实现该目的，本发明提供了上述通用类型的针，其中针包括盲孔，该盲孔从针的第二轴向端部的端面延伸，并且针包括至少一个连接孔，该连接孔正交于针的纵向方向或与针的纵向方向以成角度方式延伸，其中盲孔和连接孔彼此连接。

优选地，针具有如上文描述的针的一个或多个特征以及在下文中关于流体喷射器描述的一个或多个特征。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明的示例性实施例和现有技术中公知的流体喷射器。这些附图如下：

图1是根据第一优选实施例的本发明的流体喷射器的示意性纵向截面图；

图1a是图1中所示的细节Ia的放大视图，示出关闭的阀状态；

图1b是图1a的部件的类似放大视图，但是示出打开的阀状态；

图2是根据优选实施例的本发明的针的透视图；

图3是根据第二优选实施例的本发明的流体喷射器的示意性纵向截面图，其被示出处于打开的阀状态；

图4是现有技术中公知的用于直接喷射的流体喷射器的示意性纵向截面图，其被示出处于关闭的阀状态；

图5是现有技术的第二流体喷射器的示意性纵向截面图，其被示出处于其关闭的阀状态；

图5a是如图5所示的细节Va的放大视图；以及

图5b是图5a所示的部件的放大视图，但是示出打开的阀状态。

具体实施方式

在图1-3中，出现在不同图示中的相应或类似元件由相同的附图标记标识。在图4-5b中，相应或相似的元件由相应的附图标记标识，但是所述附图标记添加有“'”。

参考图1、1a和1b，通过示例描述了根据本发明的流体喷射器1的第一优选实施例。优选地，流体喷射器1可用于将压缩天然气（CNG）喷射到燃烧发动机（图中未示出）的燃烧室中，优选地通过多点喷射（MPI）来实现。所述流体喷射器包括具有喷射器入口3和喷射器出口4的喷射器壳体2，喷射器入口和喷射器出口通过流体路径5处于流体连接，所述流体路径部分地由图1b中的箭头示出。过滤器35安装在喷射器入口3处。

针6容纳在喷射器壳体2内，并且可平行于几何纵向中心轴线L相对于喷射器壳体2在移动间隔中轴向移动。轴向移动间隔包括针6在如图1a所示的其关闭位置的位置、针6在图1b所示的其打开位置的位置、以及针6在这两个位置之间的所有位置。针6是第一阀组件7的部件，阀组件7还包括第一阀座8（也参见图1a和1b）并且是向内开口类型的。

在该示例中，流体喷射器1包括板9，板9包括通孔10。板9沿其外边缘密封地连接到喷射器壳体2的内部。第一阀座8设置在板9的面向针6的表面11处。

更详细地，针6包括第一轴向端部12和第二轴向端部13，其中第二轴向端部13更靠近喷射器出口4并且包括端面14。在端面14处固定有密封件15。表面11面向端面14，并且密封件适于当针6处于如图1a所示的其关闭位置时密封地关闭通孔10。在该操作状态中，流体路径由第一阀组件7关闭。否则，如果针6远离其关闭位置（即，在打开位置，或在关闭位置和打开位置之间的位置），则出现轴向间隙16，并且如果密封件15不接触板9，则流体路径在第二阀组件7处打开。

此外，第一阀组件7包括电气致动器单元17，其可操作以朝向其打开位置致动针6，以便打开第一阀组件7。致动器单元17包括线圈18、极片19和电枢20。这些部件可以以本领域技术人员已知的传统方式制造，以便提供电磁致动器。优选地，这些部件可以由金属制成。

当部分地围绕极片19和电枢20的线圈18被电流激励时，在极片19和电枢20之间产生电磁吸引力。线圈18和极片19轴向固定到喷射器壳体2，这意味着分别在喷射器壳体2与线圈18之间和在喷射器壳体2与极片19之间不可能存在沿轴向方向（即，平行于纵向轴线L）的相对运动。

电枢20轴向地固定在针6上，这意味着在电枢20和针6之间不可能存在轴向相对运动。电枢20在适当的轴向位置处固定到针6，使得在针6的关闭位置中（其中，针6和/或密封件15接触第一阀座8）在电枢20和极片19之间形成轴向间隙21，并且使得在针的打开位置中（在第一阀座8与针6和/或密封件15之间存在轴向间隙16）因此电枢20接触极片19。

此外，第一阀组件7包括弹簧21，所述弹簧适于朝向针6的关闭位置向针6施加弹簧力。在该示例中，弹簧21是螺旋弹簧。在该示例中，环状支撑元件22轴向固定在针6上靠近其第一轴向端部12。弹簧12被轴向插入在固定于喷射器壳体2处的部件之间，以便借助于支撑元件22在轴向方向上向针6施加压缩力。

压缩力指向针6的关闭位置。在线圈18未通电时的操作状态中，由弹簧21施加的压缩力使得针6移动到如图1a所示的其关闭位置。否则，如果线圈18由电流激励（用于施加电流以及用于接通或断开电流的相应装置是本领域技术人员已知的并且因此未在图中示出），则在极片19和电枢20之间产生电磁吸引力。当电磁力超过某一阈值时，这导致针6移动到如图1b所示的其打开位置。

还如图1a、1b所示，针6至少包括轴向针部分23，该轴向针部分（无论针6在所考虑的时刻在移动间隔中具有哪个移动位置）被喷射器壳体2周向地围绕，其中在轴向针部分23和围绕的喷射器壳体2之间形成有间隙24，该间隙24属于流体路径5（参见图1b）。

根据本发明，针6包括盲孔25，其从针6的第二轴向端部13的端面14延伸。此外，在该示例中，针6包括四个连接孔26。每个连接孔26径向延伸到针6的中心纵向轴线L。借助于每个连接孔26，盲孔25与间隙24流体连接。在该示例中，间隙24具有圆柱形形状并围绕轴向针部分23。如图1所示，轴向针部分23毗邻针6的第二轴向端部13。

因此，轴向针部分23和间隙24的轴向端部毗邻端面14。在该示例中，盲孔25居中地形成在针中并且与针6的纵向中心轴线L同心地延伸。如图2所示，图2示出图1所示的针6，连接孔26沿圆周方向28均匀分布，这意味着在该示例中，各个相邻连接孔的中心线彼此正交。在所示的实施例中，盲孔25的直径和连接孔26的直径与间隙24的径向宽度29相比更大，并且与间隙16的轴向长度相比更大，如图1所示。

如图所示，借助于盲孔25和连接孔26，为流体（在该示例中，优选为CNG）提供了双（或多）通道区域，以从针的外部到达阀座以及从针6的内部通过中心燃料孔（盲孔25）到达阀座。

如上所述，图2描绘了结合到如图1、1a和1b所示的流体喷射器1中的针6。在该示例中，盲孔25和四个连接孔26在中心区域中连接到彼此。

在图3中示出了根据本发明的流体喷射器1的另一优选实施例。与前面描述的流体喷射器1不同，根据图3的流体喷射器1另外包括第二阀组件29，其位于第一阀组件7的下游。

第二阀组件29是向外开口类型的并且是被动阀组件。第二阀组件29包括第二阀座30并且还包括关闭构件32，第二阀座毗邻通孔31，关闭构件容纳在喷射器壳体2内并且在移动间隔中相对于喷射器壳体2可轴向移动。移动间隔包括关闭构件32的关闭位置和打开位置，使得当关闭构件32处于其关闭位置时（如图3所示）通孔31被关闭构件3关闭，并且当关闭构件32处于其打开位置时通孔31被打开。

第二阀组件29包括第二弹簧33，其用于向关闭构件32朝向其关闭位置施加力。在关闭构件32内形成第二阀组件29的阀室34，其与通孔10流体连通。如果阀室34内的流体压力超过阈值，则超过弹簧33的力，并且关闭构件32从图3中的位置朝向其打开位置移动。

图4描绘了现有技术中公知的流体喷射器1'。与图3相比的不同之处在于，图4的流体喷射器1'所包括的针6'不包括如上所述的盲孔25和连接孔26。

图5、5a和5b示出了从现有技术公知的另一流体喷射器1'。与图1、1a、1b所示的流体喷射器1相比的差异在于，图5的针6'也不包括盲孔25和连接孔26。

在图4、5、5a和5b中，对应于或类似于图1至图3中的特征的特征由相同的附图标记示出，但是所述附图标记添加有“'”。

因此，为了避免重复，关于图4、5、5a和5b中所有相一致的特征分别关于图1至图3描述，这通过向所述附图标记添加“'”来实现。

所有公开的特征（其自身，但也可以组合）与本发明相关。从属权利要求的特征还表征了现有技术的独立的创造性改进，特别用于在这些权利要求的基础上提交分案申请。

Claims (14)

1. 一种流体喷射器（1），特别地用于压缩天然气（CNG）到内燃机的燃烧室内的直接喷射（DI）或多点喷射（MPI），所述流体喷射器包括：

- 喷射器壳体（2），其中流体路径（5）沿着纵向方向（27）从喷射器入口（3）延伸到喷射器出口（4）；以及

- 针（6），其容纳在所述喷射器壳体（2）内，并且其在包括所述针（6）的关闭位置和打开位置的移动间隔中相对于所述喷射器壳体（2）可轴向移动，

其中所述针（6）包括第一轴向端部（12）和第二轴向端部（13），其中所述第二轴向端部（13）更靠近喷射器出口（4）并且包括端面（14），

其中所述针（6）包括至少一个轴向针部分（23），该轴向针部分被所述喷射器壳体（2）周向地围绕，其中在所述轴向针部分（23）和围绕的喷射器壳体（2）之间存在至少一个间隙（24），所述间隙属于所述流体路径（5），

其特征在于，

所述针（6）包括盲孔（25），所述盲孔从所述针（6）的第二轴向端部（13）的端面（14）延伸，并且所述针（6）包括至少一个连接孔（26），所述连接孔横向于、特别地正交于所述纵向方向（27）或与所述纵向方向（27）以成角度方式延伸，其中所述盲孔（25）通过所述至少一个连接孔（26）与所述间隙（24）处于流体连接，并且

所述流体喷射器（1）包括板（9），所述板（9）包括至少一个通孔（10），其中所述板（9）沿其外边缘密封地连接到喷射器壳体（2）的内部，其中第一阀座（8）设置在板（9）的表面（11）处，面向在针（6）的第二端（13）处的端面（14），并且毗邻、特别地围绕所述通孔（10），并且其中当针（6）处于关闭位置时，通孔（10）通过针（6）的端面（14）和/或通过固定在针（6）的端面（14）上的密封件（15）被密封地关闭。

2.根据前述权利要求所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述轴向针部分轴向延伸到在所述针的第二轴向端部处的所述端面。

3.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述板（9）的表面（11）和在所述针（6）的第二端（13）处的端面（14）大致是平坦的、特别地是共面的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器，其特征在于，弹性体密封件作为密封件（15）被固定到所述针（6）的端面（14）上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述流体喷射器（1）包括第一阀组件（7），所述第一阀组件（7）包括所述针（6）和第一阀座（8），其中所述第一阀组件（7）是向内开口类型的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述轴向针部分（23）和所述间隙（24）的轴向端部毗邻所述端面（14）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述盲孔（25）平行于所述针（6）的几何纵向中心轴线（L）延伸，并且特别地与所述针（6）的几何纵向中心轴线（L）同心地延伸。

8.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述连接孔（26）径向延伸到所述盲孔（25）的中心线，并且特别地径向地延伸到所述针（6）的几何纵向中心轴线（L）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，在所述针（6）中、特别地靠近所述第二轴向端部（13）形成多个、特别地四个连接孔（26），其中所述连接孔（26）沿圆周方向（28）均匀分布，并且其中所述盲孔（25）通过每一个连接孔（26）与所述间隙（24）处于流体连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述盲孔（25）的直径以及一个连接孔（26）或多个连接孔（26）的直径与所述间隙（24）的径向宽度（29）相比更大，和/或与所述针（6）的轴向移动间隔相比更大。

11.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述第一阀组件（7）包括弹簧（21），其用于朝向所述针（6）的关闭位置向所述针（6）施加力。

12.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述第一阀组件（7）包括电气致动器单元（17），所述电气致动器单元适于当所述电气致动器单元（17）通电时将所述第一阀组件（7）的针（6）朝向所述针（6）的打开位置致动，其中所述致动器单元（17）特别地是压电类型的或是电磁致动器单元。

13.根据前述权利要求所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述电磁致动器单元（17）包括线圈（18）、极片（19）和电枢（20），其中所述线圈（18）和所述电极片（19）轴向固定到所述喷射器壳体（2）上，并且其中电枢（20）轴向固定到所述针（6）上，使得在针（6）的关闭位置中在电枢（20）和极片（19）之间形成轴向间隙（24），并且使得在针（6）的打开位置中电枢（20）与极片（19）接触。

14.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射器（1），其特征在于，所述流体喷射器（1）包括第二阀组件（29），所述第二阀组件（29）被安装在所述第一阀组件（7）和所述喷射器出口（4）之间，其中特别地，第二阀组件（29）是向外开口类型的和/或是被动阀组件。