CN110735738A - 用于燃料喷射阀的喷嘴组件，燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料喷射阀的喷嘴组件，所述燃料喷射阀用于将气态和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中，所述喷嘴组件包括同轴地布置的、彼此嵌套地被导向的喷嘴针(1,2)，其中，在所述外喷嘴针(1)和导向件(3)之间布置有用于介质分离的密封元件(4)。根据本发明，所述密封元件(4)由于预紧力而抵着所述导向件(3)径向地预紧，其中，所述预紧能够改变，使得在所述外喷嘴针(1)的升程运动期间所述密封元件(4)能够部分卸载。此外，本发明涉及一种具有这种喷嘴组件的燃料喷射阀。

Description

用于燃料喷射阀的喷嘴组件，燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种用于燃料喷射阀的喷嘴组件。此外，本发明还涉及一种具有这种喷嘴组件的、用于将气态和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。
背景技术
在所谓的NGDI喷射法(“Natural Gas Direct Injection”：天然气直接喷射)中，天然气或者说甲烷气体在高压下被直接吹入到内燃机的燃烧室中并且借助之前进行的柴油预喷射被点燃并扩散式燃烧。该燃烧方法与传统的柴油燃烧相比具有以下优点：CO2排放可以减小高达25％。此外，可以降低燃料成本。此外，该燃烧方法还具有类似于柴油的燃烧特性和因此的扭矩特性，使得能够实现到现有的柴油驱动系统中的集成，具体而言不必在系统部件上进行大的改变。
在NGDI喷射法中，通常借助燃料喷射阀来计量两种燃料，该燃料喷射阀具有两个同轴布置的、彼此嵌套地被导向的喷嘴针。外喷嘴针控制气态燃料的喷射，内喷嘴针控制柴油预喷射。因为两个喷嘴针通常被液压地操控，所以应采取用于介质分离的措施。尤其应防止气态燃料进入液态燃料的区域。因此，气体压力通常低于液态燃料的压力。压力差例如可以为20bar。以这种方式输送到气体区域中的液态燃料泄漏被容忍。
如果气体压力明显低于液态燃料的压力，例如为了能够实现内燃机的纯柴油运行，那么存在柴油通过泄漏进入到气体区域中并且气体区域充满柴油的危险。在气体针下次打开时柴油被不受控地喷射，这伴随有过高的热值和对气态燃料的不良准备。
为了优化介质分离，在DE 10 2016 203 916 A1中提出一种弹性的套筒形密封元件，该密封元件在一侧与可运动的密封盘流并在另一侧与喷嘴体流体密封地连接，并且密封盘以轴向预紧力向着构造在外喷嘴针上的密封面的方向加载。在此，预紧力同时起密封力作用。
发明内容
从前述现有技术出发，本发明所基于的任务是，优化在用于喷射气态和/或液态燃料的燃料喷射阀中的介质分离。
为了解决所述任务，根据本发明提出一种喷嘴组件和燃料喷射阀。本发明的有利扩展方案能够由优选实施方式得到。
在此提出一种用于燃料喷射阀的喷嘴组件，所述燃料喷射阀用于将气态和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中。所述喷嘴组件包括两个同轴布置的、彼此嵌套地被导向的喷嘴针，其中，在外喷嘴针和导向件之间布置有用于介质分离的密封元件。根据本发明，所述密封元件通过预紧力抵着导向件径向地预紧，其中，所述预紧力是可改变的，使得在外喷嘴针进行升程运动时密封元件可部分卸载。
抵着导向件径向地预紧的、用于介质分离的密封元件在外喷嘴针每次进行升程运动时被动态地加载，使得该密封元件遭受强烈的磨损。本发明的喷嘴组件能够实现在外喷嘴针升程运动期间部分地卸载密封元件，使得在密封元件与导向件的接触区域中的磨损减小。在外喷嘴针闭合的情况下，预紧力又升高，使得密封力最大。以这种方式，引起可靠的介质分离，并且同时提高用于介质分离的密封元件的使用寿命。
在密封元件的部分卸载状态期间，少量或极少量的液态燃料可以进入到气体区域中。这不但被容忍，而且甚至是希望的，因为少量的液态燃料有利于外喷嘴针的座的使用寿命。
优选，在径向内部在密封元件上作用有相应于用于控制外喷嘴针升程运动的控制室中的压力。以这种方式，可以与用于控制外喷嘴针升程运动的控制室中的压力改变一起引起用于径向地预紧密封元件的预紧力改变。此外，密封元件的部分卸载与外喷嘴针的升程运动相关。
为了打开外喷嘴针，控制室中的控制压力降低。同时，在外喷嘴针打开之前，压力室中的压力下降并且密封元件被部分卸载。如果接下来控制室中的控制压力再次升高，以便闭合外喷嘴针，那么压力室中的压力也再次升高，其中，在针闭合之后才再次完全建立控制室中的压力并从而建立压力室中的压力。因此，在整个升程运动期间，即在打开和闭合期间，外喷嘴针使密封元件部分卸载。相应地，可以减小密封元件在与导向件的接触区域中的磨损。
根据本发明的一个优选实施方式，密封元件被接收在外喷嘴针的环形槽中并且在该环形槽内限界压力室，该压力室与用于控制外喷嘴针的升程运动的控制室连通。环形槽防止密封元件相对于外喷嘴针运动，具体而言防止在轴向方向上运动。当前，环形槽同时被用于构成与控制室连通的压力室。为此，环形槽优选具有更大的深度，使得它不会完全被接收在其中的密封元件填满。此外，密封元件优选以下述方式被接收在环形槽中：该密封元件在径向方向上稍微超过外喷嘴针的外周突出，以便与导向件进入密封接触中。
在本发明的一个扩展方案中提出，压力室通过至少一个构造在外喷嘴针中的连接通道与控制室连通。通过至少一个连接通道，能够以简单的方式将压力室衔接到控制室上。优选地，连接通道平行于外喷嘴针的纵轴线A延伸，使得连接通道能够保持尽可能短。
有利地，控制室能够加载以液态燃料。因为已经存在为了供给液态燃料所需的接头，所以可以进一步减少用于实施本发明的结构设计费用。液态燃料尤其可以是柴油燃料，该柴油燃料不但可以被用作控制介质而且可以被用于点燃气态燃料。
优选，抵着密封元件预紧的导向件由喷嘴体构成，所述两个喷嘴针至少区段地被接收在所述喷嘴体中。为此，喷嘴体优选具有中心孔，该中心孔具有构成导向件的孔区段。在该孔内，外喷嘴针限界能够加载以气态燃料的气体区域。
此外提出，密封元件构造为环形的。因此，密封元件实施为环绕闭合的并且可以作为闭合的密封环被置入环形槽中。也就是说，不会形成带有泄漏的间隙。替代或补充地提出，密封元件可弹性变形。尤其当密封元件实施为闭合的密封环时，可弹性变形性便于使密封元件置入环形槽中。此外，由于密封元件的弹性使得可以抵着环形槽的两个槽侧面进一步预紧密封元件，使得位于密封元件后面的压力室向外密封。
此外，提出一种具有本发明喷嘴组件的、用于将气态和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。对本发明的喷嘴组件的使用在确保喷嘴组件和从而燃料喷射阀的简单结构的同时确保可靠的介质分离。
根据本发明的一个优选实施方式，燃料喷射阀是双燃料喷射器，借助该双燃料喷射器能够将液态燃料、优选柴油燃料通过预喷射喷射到内燃机的燃烧室中，以便将接下来通过主喷射被带入燃烧室中的气态燃料、例如天然气点燃。以这种方式可以在现代燃气发动机中使用所提出的燃料喷射阀。
附图说明
下面，根据附图详细阐述本发明的优选实施方式。附图示出：
图1本发明喷嘴组件的示意性纵截面，
图2图1的在外喷嘴针闭合的情况下的放大局部，
图3图1的在外喷嘴针打开的情况下的放大局部，和
图4用于示意性示出外喷嘴针的升程变化过程关于控制室中的压力变化过程的曲线图。
具体实施方式
由图1可得到用于燃料喷射阀、尤其用于双燃料喷射器的本发明喷嘴组件。该喷嘴组件包括两个同轴地布置的、彼此嵌套地被导向的喷嘴针1,2，所述喷嘴针至少区段地被接收在喷嘴体9中。为此，喷嘴体9具有中心孔10。外喷嘴针1在孔10内限界能够加载以气态燃料的气体区域11。内喷嘴针2和外喷嘴针1一起限界液态燃料区域12。在此，外喷嘴针1构成内喷嘴针2的密封座13，并且喷嘴体9构成外喷嘴针1的密封座14。
两个喷嘴针1,2被液压地控制，其中，液态燃料、优选柴油燃料被用作控制介质。
为了控制外喷嘴针1的升程运动，设置有控制室7，该控制室布置在喷嘴针1的背离燃烧室的端部上并且能够加载以液态燃料，使得在喷嘴针1上作用有向着闭合方向作用的液压压力FS。为了打开喷嘴针1，必须降低存在于控制室7中的控制压力，使得作用到喷嘴针1上的合力FR向着打开方向作用。这导致，喷嘴针1从其密封座14处抬起并打开。为了闭合，控制室7中的控制压力再次升高，使得喷嘴针1复位到密封座14中。在此，喷嘴针1通过导向件3在孔10内被导向。根据孔10中的压力条件，存在液态燃料通过导向件3进入气体区域11中的风险。只要在此仅涉及非常小的量，那么这是所希望的，因为能够通过液态燃料实现一定的润滑，该润滑例如减小在密封座14的区域中的磨损。然而，可靠地防止较大的泄漏量。
为了实现这方面，在外部在外喷嘴针1上布置有环形的密封元件4，该密封元件在径向方向上抵着导向件3预紧。通过预紧力FV能够调整密封力。因此，为了实现最大的密封力，将预紧力FV选择得尽可能大。然而，这在密封元件4在与导向件3的接触区域中的磨损方面证明是不利的，因为密封元件4与外喷嘴针1一起相对于喷嘴体9运动。
因此，所示的本发明喷嘴组件具有密封元件4，该密封元件被接收在环形槽5中并且在环形槽5内限界压力室6，该压力室通过连接通道8与控制室7连通(参见图2或图3)。也就是说，压力室6中的压力相应于控制室7中的控制压力而变化。压力室6中的变化的压力导致变化的预紧力FV，使得密封元件4暂时被部分卸载。因为压力室6中的压力相应于控制室7中的控制压力，所以密封元件4的部分卸载与外喷嘴针1的升程运动相关。也就是说，密封元件4总是在喷嘴针1打开(图3)或闭合时被部分卸载。以这种方式可以明显减小密封元件4在与导向件3的接触区域中的磨损。如果外喷嘴针1处于其闭合位态中(图2)，那么压力室6中的压力最大，使得实现最大的预紧力FV和因此最大的密封力。
由图4的曲线图可得到，喷嘴针1的升程运动(曲线a)与控制室7中的压力变化过程(曲线b)相关。由该曲线图中可看到，喷嘴针1在时间上延迟地打开，使得在喷嘴针1从密封座14处抬起之前，密封元件4已经被卸载。因为在喷嘴针1闭合之后才达到控制室7中的最大压力，所以在喷嘴针1的整个运动期间密封元件4保持部分卸载。

Claims (9)

1.一种用于燃料喷射阀的喷嘴组件，所述燃料喷射阀用于将气态和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中，所述喷嘴组件包括同轴地布置的、彼此嵌套地被导向的喷嘴针(1,2)，其中，在外喷嘴针(1)和导向件(3)之间布置有用于介质分离的密封元件(4)，其特征在于，所述密封元件(4)由于预紧力而抵着所述导向件(3)径向地预紧，其中，预紧力能够改变，使得在所述外喷嘴针(1)的升程运动期间所述密封元件(4)能够部分卸载。
2.根据权利要求1所述的喷嘴组件，
其特征在于，在所述密封元件(4)上在径向内部作用有压力，该压力相应于控制室(7)中的、用于控制所述外喷嘴针(1)的升程运动的压力。
3.根据权利要求2所述的喷嘴组件，
其特征在于，所述密封元件(4)被接收在所述外喷嘴针(1)的环形槽(5)中并且在所述环形槽(5)内限界压力室(6)，所述压力室与用于控制所述外喷嘴针(1)的升程运动的所述控制室(7)连通。
4.根据权利要求3所述的喷嘴组件，
其特征在于，所述压力室(6)通过至少一个构造在所述外喷嘴针(1)中的连接通道(8)与所述控制室(7)连接，其中优选，所述连接通道(8)平行于所述外喷嘴针(1)的纵轴线(A)延伸。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的喷嘴组件，
其特征在于，所述控制室(7)能够被加载以液态燃料，优选柴油燃料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，
其特征在于，所述导向件(3)由喷嘴体(9)构成，两个喷嘴针(1,2)至少区段地被接收在所述喷嘴体中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，
其特征在于，所述密封元件(4)构造为环形的和/或是能弹性变形的。
8.一种用于将气态和/或液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，具有根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射阀，
其特征在于，所述燃料喷射阀是双燃料喷射器。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200131

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