CN110325728B - 燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器(1)，其中，所述燃料喷射器(1)包括喷嘴体(5)。在所述喷嘴体(5)中构造有压力室(8)，所述压力室能够经由流入孔(13)供给以处于压力下的燃料。释放或关闭至少一个喷射开口(9)的可纵向运动的喷嘴针(7)布置在所述压力室(8)中。冷却组(100)至少部分包围所述喷嘴体(5)地布置。所述冷却组(100)包括冷却环(101)，所述冷却环限界多个、优选多于20个能被通流的流动通道(200)，用于所述喷嘴体(5)的冷却。

Description

燃料喷射器

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射器。

背景技术

由EP1781931 Bl已知一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器。已知的燃料喷射器包括喷射器体和喷嘴体。喷射器体和喷嘴体通过喷嘴夹紧螺母相互夹紧。在喷嘴体中构造有压力室，该压力室能够经由流入孔被供给以处于压力下的燃料。释放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或者说流动通道。该冷却通道用于专门在面向燃烧室的区域中冷却喷嘴体和喷嘴针。

在喷嘴体中构造冷却通道导致减小喷嘴体的强度并且从而减小喷嘴体的寿命。此外，无主动冷却装置的现有燃料喷射器不能简单地改装为具有冷却通道的实施方式。

此外，尤其在对于燃烧室使用多个燃料喷射器的情况下存在这样的运行点，在所述运行点中仅喷射相对少的燃料量并且因此也仅通过喷射的燃料量进行少的自冷却。这例如也适用于所谓的双燃料发动机，在该双燃料发动机中仅喷射少的燃料量、例如柴油，以便给主燃料的初始点燃引入气体。

发明内容

与此相对地，根据本发明的用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器的冷却通道或者说流动通道不降低喷嘴体的强度。此外，可以在传统的燃料喷射器中简单地加装主动冷却装置。此外，非常高效地实施喷嘴体的冷却，因为有效冷却面积相对大。也可以与喷射的燃料量无关地使用冷却量。

为此，燃料喷射器具有喷嘴体。在喷嘴体中构造有压力室，该压力室能够经由流入孔被供给以处于压力下的燃料。释放或关闭至少一个喷射开口的可纵向运动的喷嘴针布置在压力室中。冷却组至少部分地围绕喷嘴体布置。冷却组包括冷却环，该冷却环限界多个、优选多于20个通流的流动通道用于喷嘴体的冷却。

由于多个流动通道，冷却组的有效总冷却面积相对大，使得实现非常高效的冷却组。该冷却组在径向方向上在其靠近燃烧室的端部上包括喷嘴体。因此，不再需要由于喷嘴体中的冷却通道而减弱喷嘴体。

此外存在以下可能性：无主动冷却装置的传统燃料喷射器被加装以相应的冷却组，使得也被加装有主动冷却装置。在此，不必或基本上不改变燃料喷射器的进一步设计。

在有利的扩展方案中，在冷却组中构造有纵向通道和分配器槽。分配器槽靠近燃烧室地在冷却组的几乎整个周边上延伸。纵向通道用于给分配器槽供给冷却介质。在此，所述冷却介质不但可以是燃料，而且可以是内燃机的机油，也可以是内燃机的冷却介质，还可以是燃料喷射器的单独的冷却介质。冷却介质在进入到冷却组中时通过纵向通道被引导至分配器槽中并且从而被引导到冷却组的顶端中。在那里存在冷却组的最有效区域，因为该区域是喷嘴体的最热区域。

在有利的构型中，分配器槽在周向方向上被布置在冷却组上的纵向隔片限界。在此，纵向隔片可以构造在冷却环上。由此避免在冷却介质流动中的不利的堵塞容积或者说死容积。优选地，来自纵向通道的冷却介质朝分配器槽的两个方向均匀地、例如沿两个周向方向分别超过约170°地分配。

在有利的扩展方案中，流动通道从分配器槽分支并且朝远离燃烧室的方向延伸。在此，各流动通道优选彼此平行地布置。有利地，流动通道也平行于纵向通道布置但具有相反的流动方向。由此，整个流动几何形状这样地构造，使得压力损失最小化并且所有流动通道沿相同的方向并且几乎以相等的冷却介质量被通流。因此，冷却组的大的有效冷却面积同时靠近燃烧室地已经作用在喷嘴体的最热区域中。

在有利的实施方式中，在冷却组中构造有收集器槽，流动通道通到该收集器槽中。由此，流动通道被再次合并，使得冷却介质仅能够通过一个排出通道从冷却组导出。优选地，收集器槽在此布置在冷却环的与分配器槽对置的端部上。

在有利的实施方式中，喷嘴体借助喷嘴夹紧螺母被夹紧在燃料喷射器上。在喷嘴夹紧螺母中构造有用于将冷却介质输送到冷却组中和从冷却组导出的供给通道。第一供给通道与纵向通道液压地连接，并且第二供给通道与收集器槽液压地连接。因此，冷却介质输送部也与喷嘴体分隔开，使得该喷嘴体在其强度方面不被减弱。喷嘴夹紧螺母同时合并多个功能，即用于冷却和用于夹紧。喷嘴夹紧螺母夹紧喷嘴体与燃料喷射器的其它构件、例如与喷射器体，必要时在所述喷嘴体和喷射器体之间的其它构件。

在有利的实施方式中，流动通道沿冷却组的轴向方向平行地延伸。由此，所有冷却通道在相同方向上并且以几乎相等的冷却介质量被通流。因此，在流动通道中的压力损失最小化。

在另一有利的实施方式中，流动通道回曲形地、即以绕组形式延伸。由此，通过流动通道的压力损失虽然增大，但是更高的流动速度提高到流动通道中的热传递。

在有利的扩展方案中，冷却组包括冷却体，在该冷却体上构造有内传递面。该传递面与喷嘴体的外表面共同作用。理想地，传递面大面积地接触喷嘴体，以便确保良好的热传导。

有利地，纵向通道在此构造在冷却环和冷却体之间。由此可以简单地制造纵向通道，其中，冷却环和冷却体的壁厚可以最小化。

在有利的实施方式中，冷却体包括将冷却组相对于周围环境介质密封地封闭的冷却套筒。在此，冷却套筒优选径向地围绕冷却环布置并且理想地还具有朝向燃烧室的端面。

有利地，流动通道在此构造在冷却环和冷却套筒之间。由此可以制造几乎任意的流动通道几何形状。此外，冷却环和冷却套筒的壁厚因此可以最小化。

在有利的实施方式中，冷却组实施为一件式的，为此，冷却组可以借助快速成型或者3D打印方法制造。该实施方式使零件数量最小化并且具有非常良好的流动通道的密封。

附图说明

由下面优选实施例的说明以及根据附图得到本发明另外的优点、特征和细节。

附图示出了：

图1根据现有技术的燃料喷射器的纵截面；

图2根据本发明的燃料喷射器的示意性截面，其中，仅示出重要区域；

图3根据本发明的冷却组的截面，其中，仅示出重要区域；

图4在立体视图中的根据本发明的冷却环的实施方式，其中，仅示出重要区域。

相同的元件或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1。

已知的燃料喷射器1包括喷射器体2、阀体3、中间板4和喷嘴体5。所有这些构件被喷嘴夹紧螺母6保持在一起。在此，喷嘴体5包含喷嘴针7，该喷嘴针可纵向移动地布置在构造在喷嘴体5中的压力室8中。在喷嘴针7的打开运动中，将燃料经由多个构造在喷嘴体5中的喷射开口9喷射到内燃机的燃烧室中。

在喷嘴针7上可看到一凸缘，压力弹簧10支撑在该凸缘上。压力弹簧10的另一端部支撑在控制套筒11上，所述控制套筒本身又贴靠在中间板4的下侧上。控制套筒11与喷嘴针7的上部的、与喷射开口9对置的端面和与中间板4的下侧限定控制室12。在控制室12中存在的压力对于喷射针7的纵向运动的控制是决定性的。

在燃料喷射器1中构造有流入孔13。一方面，燃料压力经由流入孔13作用在压力室8中，其中，该燃料压力经由喷嘴针7的压力肩部朝喷嘴针7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11中的流入节流部15作用在控制室12中并且被压力弹簧10的力辅助地将喷嘴针7保持在其关闭位态中。

当随后操控电磁铁16时，衔铁17以及与衔铁17连接的阀针18从构造在阀体3上的阀座19抬起。来自控制室12的燃料能够以这种方式通过构造在中间板4中的流出节流部20经由阀座19流出到流出通道21中。作用到喷嘴针上端面的液压力以这种方式引起的下降导致喷嘴针7打开。来自压力室8的燃料因此通过喷射开口9到达燃烧室中。

一旦关断电磁铁16，衔铁17就被另一压力弹簧22的力压向阀座19的方向，使得阀针18被压到阀座19上。以这种方式将燃料的经由流出节流部20和阀座19的流出路径堵住。通过流入节流部15在控制室12中又建立燃料压力，由此提高液压关闭力。由此，将喷嘴针7朝喷射开口9的方向移动并且关闭该喷射开口。然后，喷射过程结束。

为了冷却在燃烧室区域中的构件，在已知的燃料喷射器1的阀体3、中间板4和喷嘴体5中构造有冷却通道30。因此，可以专门地冷却喷嘴针7和喷嘴体5的顶端。在图1的剖视图中，冷却通道30部分地位于流入孔13中。然而，这仅是由于剖视图的原因，冷却通道30在实施方式中与流入孔13分隔开。

然而，已知的燃料喷射器1的冷却通道30降低喷嘴体5的强度，使得根据本发明冷却通道30构造在喷嘴体5外。此外，所述冷却通道30具有相对小的总冷却面积。

图2以截面示出在喷嘴体5区域中的根据本发明的燃料喷射器1，其中，仅示出重要区域。冷却组100与喷嘴夹紧螺母6相邻地朝燃烧室的方向布置。在此，冷却组100至少部分地包围喷嘴体5。纵向可运动地布置在喷嘴体5中的喷嘴针7在图2的示图中不可见。此外，喷射器体2、阀体3和中间板4也仅示意性地作为黑箱(Black Box)示出。

在喷嘴夹紧螺母6中构造有两个供给通道30，所述两个供给通道用于将冷却介质输送到冷却组100中或从冷却组100导出：第一供给通道30a用于输送，而第二供给通道30b用于导出。在此，冷却介质不但可以是专门的冷却介质，而且可以是内燃机的燃料，也可以是用于内燃机的机油。

冷却组100包括冷却体102、冷却环101和冷却套筒103。冷却体102轴向地衔接到喷嘴夹紧螺母6上并且因此液压地附接到两个供给通道30上。冷却体102在其内径上与喷嘴体5处于接触中，以便获得良好的热传导。冷却环101包围冷却体102的靠近燃烧室的部分并且具有多个冷却通道或者说流动通道。冷却套筒103将冷却组100或者说冷却环101相对于周围环境密封，使得不会出现冷却介质泄漏。因此，冷却套筒103径向地包围冷却环101布置。

冷却组100借助各种固定元件104、105附接到喷嘴夹紧螺母6和/或喷嘴体5上。在此，各种变型方案和连接技术是可能的。

图3示出根据本发明的冷却组100的实施方式的截面。冷却体102具有轴向地邻接到喷嘴夹紧螺母6上的法兰区域102a。此外，冷却体102具有中间的管路区域102b和冷却区域102c，所述冷却区域是冷却体102的最靠近燃烧室的区域。在此，法兰区域102a具有冷却体102的相对最大的直径，而冷却区域102c具有冷却体102的相对最小的直径。在冷却体102的内侧上构造有传递面102d，该传递面与喷嘴体5共同作用并且构型为用于主要在径向方向上从喷嘴体5到冷却环101的热传导。在此，传递面102d可以如在图3中所示那样仅在冷却组100的靠近燃烧室的周边上延伸，也可以在冷却组100的整个长度上延伸。

冷却环101在轴向方向上衔接到管路区域102b上并且在径向方向上包围冷却区域102c。入口通道31构造在冷却体102中并且通到被冷却环101限界的纵向通道111中，其中，纵向通道111优选被冷却环101和冷却区域102c限界。在此，入口通道31穿过法兰区域102a和管路区域102b。纵向通道111通到构造在冷却环101和冷却套筒103之间的分配器槽112中。在此，分配器槽112构成冷却通道的最靠近燃烧室的区域。分配器槽112将冷却介质分配到冷却组100的几乎整个周边上。

之后在图4中更详细地说明冷却介质穿过冷却环101的详细的流动导向。在流过冷却环101之后，冷却介质到达构造在管路区域102b和冷却环101之间的收集器槽113中。从收集器槽113分支出在冷却体102中成型的出口通道32，从该出口通道，冷却介质从冷却组100又被引导回到喷嘴夹紧螺母6中。

在冷却环101上，在纵长方向上构造有在周向方向上限界分配器槽112的分隔片116。优选地，分隔片116在此与纵向通道111完全对置地布置。通过该布置，分配器槽112从纵向通道111沿两个周向方向分支为分别直至约170°。

图4以从燃烧室区域观察的立体视图示出根据本发明的冷却环101的一个优选实施方式。冷却环101具有压到冷却体102的冷却区域102c上的内壁110。在此，内壁110仅被纵向通道111中断，使得该纵向通道被冷却区域102c和冷却环101限界。

冷却环101在轴向方向上具有多个纵向隔片115并且在这些纵向隔片之间具有多个冷却通道或者说流动通道200。流动通道200在轴向方向上从在冷却环101的燃烧室侧的端部上的分配器槽112延伸到在冷却环101的衔接到管路区域102b的端部上的收集器槽113。因此，流动通道200在径向方向上被内壁110和冷却套筒103限界，并且在周向方向上被两个纵向隔片115或被一个纵向隔片115和一个分隔片116限界。

冷却介质穿过冷却组100的流动路径如下：

冷却介质，例如来自喷嘴夹紧螺母6的供给通道30，流到入口通道31中并且从那里进一步经由纵向通道111流到分配器槽112中，所述分配器槽与燃烧室相邻地布置在燃料喷射器1的顶端处。分配器槽112从纵向通道111分支成第一分配器槽112a和第二分配器槽112b，所述两个分配器槽沿彼此相反的周向方向离开纵向通道111被导向。纵向隔片116与纵向通道111完全对置地防止两个分配器槽112a、112b的再次合并。取而代之地，从两个分配器槽112a、112b向上，即在轴向方向上远离燃烧室地引导出多个流动通道200。多个流动通道200又在收集器槽113中合并，该收集器槽可以在冷却组100的整个周边上延伸。从收集器槽113引导出出口通道32，该出口通道将冷却介质又从冷却组100引导出来，例如引导回到喷嘴夹紧螺母6中。

因此，燃料喷射器1的当前结构使用具有冷却环101的冷却组100用于冷却喷嘴体5，所述冷却环具有非常大的有效冷却面并且从而明显改善从喷嘴体5到冷却介质中的热流。冷却组100由冷却体102、冷却环101和冷却套筒103组成，所述冷却体以其传递面102d贴靠在喷嘴体5的外周上，所述冷却环通过多个流动通道200提供用于热交换的大的冷却面积，所述冷却套筒承担介质密封地向外密封。

在图4所示的解决方案中，冷却环101的流动通道200并行地被通流，然而根据构型串行的通流也是可能的，例如其方式是：流动通道200绕组状地彼此并排。为此，流动通道200例如也可以具有回曲形状。

为了简化燃料喷射器的结构，可以在本发明的扩展方案中减少冷却组100的零件数量，其方式是：将冷却环101的几何形状集成到冷却套筒103中或者冷却体102中。在此，根据所要求的冷却效果可以匹配流动通道200的复杂性。在使用3D打印方法作为用于冷却组100的制造方法的情况下，一件式的冷却组100甚至是可能的。在该变型方案中，通流也可以并行或串行地进行。因此，能够几乎任意地选择流动通道几何形状的构型。

此外，具有在这里构造的流动通道200的冷却组100也适合作为用于现有的无主动冷却装置的燃料喷射器1的加装套件。

Claims (10)

1.一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器(1)，其中，所述燃料喷射器(1)包括喷嘴体(5)，其中，在所述喷嘴体(5)中构造有压力室(8)，所述压力室能够经由流入孔(13)被供给以处于压力下的燃料，其中，释放或关闭至少一个喷射开口(9)的能纵向运动的喷嘴针(7)布置在所述压力室(8)中，其中，冷却组(100)至少部分包围所述喷嘴体(5)地布置，

其中，所述冷却组(100)包括冷却环(101)，所述冷却环限界多个能被通流的流动通道(200)，用于所述喷嘴体(5)的冷却，

其特征在于，

在所述冷却组(100)中构造有纵向通道(111)和分配器槽(112)，其中，所述分配器槽(112)靠近燃烧室地在所述冷却组(110)的几乎整个周边上延伸并且所述纵向通道(111)用于给所述分配器槽(112)供给冷却介质，并且，所述流动通道(200)从所述分配器槽(112)分支并且朝远离燃烧室的方向延伸，其中，在所述冷却组(100)中构造有收集器槽(113)，所述流动通道(200)通到所述收集器槽中，并且，所述喷嘴体(5)借助喷嘴夹紧螺母(6)被夹紧在所述燃料喷射器(1)上，并且在所述喷嘴夹紧螺母(6)中构造有用于将冷却介质输送到所述冷却组(100)中和从该冷却组导出的供给通道(30)，其中，第一供给通道(30a)与所述纵向通道(111)液压地连接，并且其中，第二供给通道(30b)与所述收集器槽(113)液压地连接。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述分配器槽(112)在周向方向上被布置在所述冷却组(100)上的纵向隔片(116)限界。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述流动通道(200)沿所述冷却组(100)的轴向方向平行地延伸。

4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述流动通道(200)回曲形地延伸。

5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述冷却组(100)包括冷却体(102)，在所述冷却体上构造有内传递面(102d)，所述内传递面与所述喷嘴体(5)的外表面共同作用。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述纵向通道(111)构造在所述冷却环(101)和所述冷却体(102)之间。

7.根据权利要求1、2和6中任一项所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述冷却组(100)包括冷却套筒(103)，所述冷却套筒将所述冷却组(100)相对于周围环境介质密封地封闭。

8.根据权利要求7所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述流动通道(200)构造在所述冷却环(101)和所述冷却套筒(103)之间。

9.根据权利要求1、2、6和8中任一项所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，

所述冷却组(100)借助3D打印方法构造为一件式的。

10.根据权利要求1所述的燃料喷射器(1)，

其特征在于，所述冷却环限界多于20个的能被通流的流动通道(200)，用于所述喷嘴体(5)的冷却。

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