CN109923296B - 用于喷射气态燃料和/或液态燃料的燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将气态燃料和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，其包括能在喷嘴体(2)的中心孔(1)中往复运动地被接收的第一阀元件(3)和在所述第一阀元件(3)的中心孔(4)中能往复运动地被接收的第二阀元件(5)以及用于液压地先导控制两个阀元件(3,5)的控制阀(6,7)，其中，每个阀元件(3,5)配属有一个控制室(8,9)，所述控制室能够通过控制阀(6,7)被卸载。根据本发明，至少在控制室(8)与用于卸载所述控制室(8)的控制阀(6)之间布置有另外的阀(10)，该另外的阀能够由所述控制阀(6)液压地控制。

Description

用于喷射气态燃料和/或液态燃料的燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种用于将气态燃料和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。这种燃料喷射阀也作为双重燃料喷射器、双物料喷射器或双燃料喷射器已知。
背景技术
上述类型的燃料喷射阀通常具有两个嵌套地被引导的可往复运动的喷嘴针，它们用于释放和封闭用于不同燃料的喷射开口。该阀的操控相对昂贵，因为对于每个喷嘴针必须存在一个控制阀。此外，两个控制阀必须彼此在时间上精确地协调。
由公开文本DE 10 2014 225 167 A1已知一种用于内燃机的燃料配量阀，该燃料配量阀具有壳体，在该壳体中可纵向移动地布置有喷嘴针，该喷嘴针与构造在壳体中的密封座共同起作用。在壳体中，还构造有气体室，该气体室区段地包围喷嘴针并且可以通过打开密封座与至少一个喷射开口连接。此外，存在可充注有液态燃料的空间，所述空间背离气体室地围绕喷嘴针。为了简化操控提出，在唯一一个过程中液态和气态燃料引入燃烧室中。为此，允许液态燃料经由泄漏间隙泄漏到气体室中，使得在打开喷嘴针时，来自气体室的气体经由喷射开口流动到燃烧室中并且在此携带存在于气体室之内的液态燃料。这样设计泄漏间隙的尺寸，使得通过喷射气态燃料，这样一定量的液态燃料进入燃烧室中，使得混合物的可燃性提高到所希望的尺度。为了在需要时将更大量的液态燃料引入到燃烧室中，设置另外的喷嘴针，该喷嘴针在第一喷嘴针的孔中可往复运动地被引导以释放和封闭至少一个另外的喷射开口。为了控制两个喷嘴针的往复运动，分别设置一个控制阀，使得对燃料配量阀的操控的复杂程度不亚于传统的双燃料喷射器。
这些控制阀用于液压地先导控制同轴布置的喷嘴针。为此，每个喷嘴针配属有一个控制室，所述控制室可以通过控制阀卸载，使得作用在喷嘴针上的控制压力被降低并且使得能够打开对应的喷嘴针。在液压地先导控制时出现的溢流量随着喷嘴针的行程增加和/或随着控制室的直径增加而增大。也就是说，在外喷嘴针的情况下溢流量取决于原理地是特别大的。在此，溢流量直接影响所配属的控制阀的尺寸设计，其中，具有阀类型保持相同的情况下适用有以下规则：溢流量越大，控制阀则构造得越大。然而，可用的安装空间通常受限。
发明内容
因此，本发明所基于的任务在于，说明一种用于将气态燃料和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，该燃料喷射阀可借助控制阀这样被操控，使得即使在溢流量大的情况下仍可以将对阀的要求、尤其是对控制阀的布置和/或安装空间需求方面的要求保持很低。
为了解决该问题，说明一种具有本发明特征的燃料喷射阀。本发明的有利扩展方案可以由优选实施方式获得。
所提出的用于将气态燃料和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀包括可在喷嘴体的中心孔中往复运动地被接收的第一阀元件和可在第一阀元件的中心孔中往复运动地被接收的第二阀元件以及用于液压地先导控制两个阀元件的控制阀。每个阀元件配属有一个控制室，所述控制室能够由控制阀卸载。根据本发明，至少在控制室与用于卸载所述控制室的控制阀之间布置有另外的阀，该另外的阀能够由所述控制阀液压地控制。
也就是说，在本发明的燃料喷射阀中，控制室能够仅间接地由配属于它的控制阀卸载，因为在控制室与控制阀之间布置有为了卸载控制室而必须打开的另外的阀。借助控制阀打开所述另外的阀。因此，对于控制阀的设计而言，至关重要的是所述另外的阀的具体构型和位置，而不再是由所述另外的阀卸载的控制室的体积。所述另外的阀具有以下优点：它可以相对简单地构型并且靠近控制阀布置。相应地，可以使用结构相对较小的控制阀来控制所述另外的阀。
因为在这些阀元件同轴地布置的情况下外阀元件通常具有比内阀元件大的直径，所以配属于外阀元件的控制室具有比配属于内阀元件的控制室大的体积。因此，根据本发明提出的所述另外的阀优选用于卸载配属于外阀元件的控制室。
优选，为了液压地控制所述另外的阀，设置有另外的控制室，该另外的控制室被用于操纵所述另外的阀的闭合元件的操纵元件限界。通过所述另外的阀的操纵元件可以以简单的方式跨接所述控制室与所述控制阀之间的距离。在此，控制阀到控制室的距离对溢流量没有影响，使得控制阀可以轴向间隔开地布置在另一控制阀后面。也就是说，与两个控制阀的常见的平行布置不同地能够实现控制阀前后相继的布置。
因为适用于跨接距离，所以所述另外的阀的操纵元件优选杆形或活塞形地构型。闭合元件尤其可以实施为球。为了引导球形的闭合元件，可以在操纵元件的面向闭合元件的端面中构造球面形凹部。
所述另外的阀优选实施为两位两通阀，例如球座阀。在该构型中，可以特别简单并且还节省安装空间地实现所述另外的阀。
此外提出，配属于第一阀元件、也就是说外阀元件的控制室被节流板限界，在该节流板中构造有与控制室连接的入流节流部和排流节流部。控制室可以通过入流节流部充注有流体，优选是液态燃料，以便提高控制室中的控制压力。当所述另外的阀打开时，通过排流节流部卸载控制室。排流节流部优选布置在排流通道中，该排流通道通到所述另外的阀的阀座中。因此，所述另外的阀仅通过节流板与控制室分开，这使得所述另外的阀能够靠近控制室布置。
此外优选，配属于第一阀元件或者说外阀元件的控制室通过入流节流部和/或入流通道与弹簧室连接，在该弹簧室中接收有至少一个用于向着密封座的方向预紧阀元件的弹簧。弹簧室能够以该方式用作用于充注控制室的流体贮存器。优选液态燃料用作流体。
配属于第二阀元件或者说内阀元件的控制室优选被密封套筒限界，在该密封套筒中可往复运动地接收有第二阀元件的端部区段。密封套筒向外密封控制室。进一步优选，密封套筒布置在弹簧室中并且由接收在弹簧室中的弹簧之一轴向地预紧。轴向预紧确保密封套筒的密封作用。优选，密封套筒通过弹簧被压抵燃料喷射阀的体构件，使得体构件、密封套筒和第二阀元件或者说内阀元件包围控制室。
有利地，至少一个控制阀实施为两位三通阀。如果两位三通阀打开，以便直接或间接通过所述另外的阀卸载配属于阀元件的控制室，那么入流节流部被阻塞并且流体到控制室中的流入被中断。因为在控制阀打开的情况下没有量溢流到控制室中，所以溢流量同时减小。因此，可以进一步降低对阀的要求。
布置在控制室与控制阀之间的所述另外的阀导致配属于所述控制室的阀元件的级联式液压先导控制。与传统控制阀的电促动器力相比，可以通过级联式控制实现力盈余(Kraftüberschuss)，该力盈余可以被用于在更大的横截面上卸载控制室。这又导致所配属的阀元件的快速打开和闭合行为。
此外，所述级联式先导控制使得能够与控制室间隔开一定距离来定位控制阀，更确切地说在切换动态性方面不会显著不足，因为控制线路可以保持很短。
根据对安装空间的各种要求，控制阀可以并排地或前后相继地布置。前后相继的布置能够实现细长的结构并且从而改善马达兼容性。尤其，可以这样选择所述另外的阀的操纵元件的轴向尺寸或者说长度，使得优化地跨接控制阀到控制室的距离。结果，对应的控制线路的长度减小。
根据本发明的一个优选实施方式，控制阀分别能够由电促动器、尤其电磁促动器或压电式促动器操纵。也就是说，每个控制阀配属有一个电磁促动器或压电式促动器。以该方式，能够彼此独立地控制两个控制阀。
此外提出，喷嘴体与至少一个另外的体构件和/或节流板由喷嘴夹紧螺母轴向夹紧。轴向夹紧引起密封力，该密封力确保引导燃料的空间的所需向外密封。此外，轴向预紧抵抗内部泄漏并且从而抵抗不同燃料的混合。
附图说明
下面，根据附图进一步阐述本发明的优选实施方式。在附图中：
图1示出了根据第一优选实施方式的本发明燃料喷射阀的示意性纵截面；
图2示出了图1中的在另外的阀的区域中的放大局部；
图3示出了根据第二优选实施方式的本发明燃料喷射阀的示意性纵截面。
具体实施方式
在图1中所示的用于将气态燃料和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀包括具有中心孔1的喷嘴体2，在该中心孔中可往复运动地接收有第一阀元件3。第一阀元件3还具有中心孔4。在该中心孔中第二阀元件5可往复运动地被引导。第一阀元件3的中心孔4能够加载以液态燃料，而喷嘴体2的中心孔1能够加载以气态燃料。因此，通过第一阀元件3的往复运动可以将气态燃料引入到燃烧室中，而通过第二阀元件5的往复运动实现液态燃料的喷射。
第一阀元件3与第一密封座23共同起作用，该第一密封座由喷嘴体2构造。如果第一阀元件3从密封座23抬起，那么该第一阀元件释放喷射开口(未示出)，通过所述喷射开口将气态燃料引入到燃烧室中。
第二阀元件5与密封座24共同起作用，该密封座构造在第一阀元件3中。如果第二阀元件5从密封座24抬起，那么构造在第一阀元件3中的喷射开口(未示出)被释放以喷射液态燃料。
每个阀元件3,5配属有一个控制室8,9，其中，每个控制室8,9可以由自己的控制阀6,7卸载。在卸载时，控制室8,9中的控制压力下降并且对应的阀元件3,5能够抵抗弹簧21,22的弹簧力打开，借助该弹簧将阀元件3,5抵着密封座23,24轴向预紧。弹簧21,22被接收在弹簧室20中，该弹簧室构造在体构件28中(参见图2)。弹簧21,22同轴地布置并且包围第二阀元件或者说内阀元件5的伸入到弹簧室20中的端部区段。在此，弹簧22一方面直接支撑在第二阀元件或者说内阀元件5的环形凸缘36上并且另一方面支撑在密封套筒25上，该密封套筒与阀元件5和体构件28一起限界控制室9。另外的弹簧21通过凸缘套筒37间接地支撑在第一阀元件或者说外阀元件3上，其中，凸缘套筒37被引导穿过布置在喷嘴体2与体构件28之间的节流板14。节流板14、喷嘴体2、第一(外)阀元件3和凸缘套筒37一起限界控制室8。该控制室可以通过构造在排流通道17中的排流节流部16来卸载并且通过构造在入流通道19中的入流节流部15被加载以液态燃料，使得在阀元件3上施加有交替变换的控制压力。
为了卸载控制室8，控制阀6被打开。这导致控制室11中的控制压力首先降低，该控制室作用在具有球形闭合元件13的另外的阀10的杆形操纵元件12上。闭合元件13与构造在节流板14中的阀座18共同起作用，使得排流通道17通到阀座18中。控制室11中的控制压力下降引起，构造为球座阀的所述另外的阀10打开并且释放排流通道17。控制室8被卸载，并且第一(外)阀元件3能够抵抗弹簧21的弹簧力打开，以便将气态燃料吹入到燃烧室中。
为了结束气态燃料吹入到燃烧室中，又将控制阀6闭合，使得液态燃料通过入流节流部33流动到控制室11中。结果，控制室11中的控制压力上升，由此操纵元件12被向下压。在此，操纵元件12将球形闭合元件13置于阀座18中。所述另外的阀10闭合，并且控制室8中的控制压力上升。这又导致第一(外)阀元件3闭合。
在以气体运行的应用情况中，在每次吹入气体之前将液态燃料(其中，该液态燃料优选是柴油燃料)的先导控制量(Pilotmenge)喷射到燃烧室中。所述液态燃料预热燃烧室并且以该方式确保必需的气态燃料点火温度。为了喷射液态燃料，必须操纵第二(内)阀元件5。为此，控制阀7被打开，该控制阀与控制阀6一起布置在邻接到体构件28上并且借助该体构件通过喷嘴夹紧螺母30夹紧的另外的体构件29中。如果控制阀7打开，那么通过排流节流部32实现控制室9的卸载。因为控制阀7和控制阀6都构造为两位三通阀，所以同时阻止液态燃料通过入流节流部31流入到控制室9。控制室9中的控制压力下降，并且阀元件5能够抵抗弹簧22的弹簧力打开。如果结束液态燃料的喷射，那么控制阀9被闭合，使得控制室9中的控制压力又上升，并且阀元件5复位到密封座24中。
因为控制阀7靠近控制室9布置，所以可以直接借助控制阀7实现阀元件5的先导控制。也就是说，可以省去设置在控制室8与控制阀6之间并且用于实现距离跨接的另外的阀10。仅为第一阀元件或者说外阀元件3设置级联式先导控制。
此外，通过级联式先导控制可以实现细长的燃料喷射阀，如在图3中示例性所示那样。在此，控制阀6,7不是并排地布置而是前后相继地布置。通过设置另外的阀10并且通过匹配操纵元件12的长度L，可以进一步实现短的控制线路34,35和小的溢流量。
与控制阀6,7各自的布置无关地，优选每个控制阀6,7配属有一个促动器26,27，使得两个阀元件3,5可以彼此无关地被操控。在当前所示的实施例中，促动器26,27构造为压电式促动器。然而，也可以使用其他促动器26,27，例如电磁促动器。

Claims (13)

1.一种用于将气态燃料和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，包括能在喷嘴体(2)的中心孔(1)中往复运动地被接收的第一阀元件(3)和在所述第一阀元件(3)的中心孔(4)中能往复运动地被接收的第二阀元件(5)以及用于液压地先导控制所述第一阀元件(3)的第一控制阀(6)和用于液压地先导控制所述第二阀元件(5)的第二控制阀(7)，其中，所述第一阀元件(3)配属有第一控制室(8)，所述第二阀元件(5)配属有第二控制室(9)，所述第一控制室(8)能够通过所述第一控制阀(6)被卸载，所述第二控制室(9)能够通过所述第二控制阀(7)被卸载，其中，在所述第一控制室(8)与用于卸载所述第一控制室(8)的第一控制阀(6)之间布置有另外的阀(10)，该另外的阀能够由所述第一控制阀(6)液压地控制，其特征在于，为了液压地控制所述另外的阀(10)，设置有另外的控制室(11)，该另外的控制室被用于操纵所述另外的阀(10)的闭合元件(13)的操纵元件(12)限界，并且，所述另外的阀(10)实施为两位两通阀。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，配属于所述第一阀元件(3)的所述第一控制室(8)被节流板(14)限界，在该节流板中构造有与所述第一控制室(8)连接的入流节流部(15)和排流节流部(16)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，配属于所述第一阀元件(3)的所述第一控制室(8)通过入流节流部(15)和/或入流通道(19)与弹簧室(20)连接，在该弹簧室中接收有至少一个用于向着密封座(23,24)的方向预紧第一阀元件(3)和第二阀元件(5)的弹簧(21,22)。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于，配属于所述第二阀元件(5)的所述第二控制室(9)被密封套筒(25)限界，在该密封套筒中能往复运动地接收有所述第二阀元件(5)的端部区段。
5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述第一控制阀(6)和所述第二控制阀(7)中的至少一个实施为两位三通阀。
6.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述第一控制阀(6)和所述第二控制阀(7)并排地或前后相继地布置。
7.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述第一控制阀(6)能够由第一电促动器(26)操纵，所述第二控制阀(7)能够由第二电促动器(27)操纵。
8.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述喷嘴体(2)与至少一个体构件(28,29)和/或节流板(14)被喷嘴夹紧螺母(30)轴向夹紧。
9.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述两位两通阀是球座阀。
10.根据权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述排流节流部(16)布置在排流通道(17)中，该排流通道通到所述另外的阀(10)的阀座(18)中。
11.根据权利要求4所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述密封套筒(25)被接收在所述弹簧室(20)中并且被所述弹簧(22)轴向预紧。
12.根据权利要求7所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述第一电促动器(26)是电磁促动器或压电式促动器。
13.根据权利要求7所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述第二电促动器(27)是电磁促动器或压电式促动器。
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