CN111058983A - 燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将气态燃料吹入到内燃机的燃烧室(1)中的燃料喷射器(2)，该燃料喷射器包括至少一个能往复运动的喷嘴针(4)，该喷嘴针与密封座(3)共同作用用于释放和封闭至少一个吹入开口(5)，其中，该喷嘴针(4)限界控制室(6)，该控制室能够经由流入节流部(11)被加载以液压压力介质、优选液态燃料。根据本发明，该流入节流部(11)具有能变的节流横截面面积，使得使得通过液压压力介质到该控制室(6)中的流入能够根据负载控制该喷嘴针(4)在打开时的速度，其中，该能变的节流横截面面积由套筒(20)的至少一个开口(16)构成，在该套筒中，活塞(12)以能往复运动的方式被支承和导向，用于控制该至少一个开口(16)。

Description

燃料喷射器

技术领域

本发明涉及一种用于将气态燃料、例如天然气(NG：Natural Gas，也就是说“石油气”)吹入到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器。

所述燃料喷射器可以构造为单燃料喷射器或者构造为双燃料喷射器。如果是双燃料喷射器的情况，那么所述燃料喷射器可以被用于吹入或者说喷射两种不同的燃料，例如气态燃料和液态燃料。借助液态燃料例如可以点燃气态燃料。这尤其适用于柴油燃料被用作液态燃料的情况。

背景技术

在气态燃料燃烧时，越来越高的吹入压力被实现，以便在全负载的情况下满足如对柴油燃料的燃烧所提出的那些要求。然而，高的吹入压力导致如下吹入速率，所述吹入速率在内燃机的部分负载情况下过大并且在实现时常常伴随不希望的噪声产生和/或提高的排放。这应被避免。

作为解决方案，可以在用于气态燃料的存储容器上设置用于调节气体压力的压力调节阀，通过所述存储容器能够供给至少一个燃料喷射器以气态燃料。然而，通过这种压力调节装置进行的气体压力调节由于气态燃料的高压缩性而进行得非常缓慢。此外，产生大的控制流量，所述控制流量会丢失，因为它由于低的压力水平而既不能够被引回到气体箱中又不能够被供应用于燃烧。由于大的变暖趋势(全球变暖)也不能将产生的控制流量排放到环境中。

发明内容

因此，本发明所基于的任务在于，给出一种用于吹入气态燃料的燃料喷射器，该燃料喷射器能够在气体压力保持相同高的情况下实现吹入速率的与负载有关形成。

为了解决该任务，提出一种用于将气态燃料吹入到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器。本发明的有利扩展方案可以由优选实施方式获知。

所提出的用于将气态燃料吹入到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器包括至少一个能往复运动的喷嘴针，所述喷嘴针与密封座共同作用用于释放和封闭至少一个吹入开口。在此，喷嘴针限界控制室，所述控制室能够经由流入节流部被加载以液压压力介质、优选液态燃料。根据本发明，流入节流部具有可变的节流横截面面积，使得通过液压压力介质到控制室中的流入能够根据负载控制喷嘴针在打开时的速度。在此，可变的节流横截面面积由套筒的至少一个开口构成，在所述套筒中，活塞以能往复运动的方式被支承和被导向，用于控制所述至少一个开口。

借助所提出的燃料喷射器的可调节或可变的流入节流部，可以根据负载来控制液压压力介质到燃料喷射器的控制室中的流入。例如，在部分负载的情况下，可以增大流入节流部的节流横截面面积，使得提高液压压力介质到控制室中的流入。这导致，与在全负载的情况下相比，控制室中的控制压力下降得不那么快并且喷嘴针不那么快地打开。

因此，在部分负载的情况下，喷嘴针以较低的速度从密封座抬起，以便在至少一个吹入开口的方向上释放流动路径。因此，阀座去除节流被延迟。这导致，在至少一个吹入开口之前的气体量和从而气体压力仅缓慢地升高。相应地，吹入速率也具有比较平缓的上升或者说平坦的形状。结果，以这种方式，具体而言在气体供应压力不变的情况下促进了缓慢的、低噪声的燃烧开始。因此可以在用于气态燃料的存储容器上省去气体压力调节装置或者说气体压力调节器。此外，可以将气体供应压力水平调节得如此高，使得在全负载的情况下对于陡然升高的吹入速率获得最大的针动态性，该吹入速率随后保持在高的水平。

为了根据负载来控制液压压力介质到控制室中的流入，穿过流入节流部的流量被改变。为了流量控制，流入节流部具有以能往复运动的方式被接收在套筒中的活塞，该活塞与套筒的至少一个构成可变节流横截面的开口共同作用。所述活塞同时通过套筒被支承和导向，使得可以通过合适的材料配对来改善活塞的导向。此外，活塞在套筒中的支承和导向使协调(Abstimmung)变容易，使得流入节流部具有更小的公差。

此外，套筒在作为壳体的功能方面使得能够构成预装配和经过检查的组件，该组装特别易于装配，因为该组件作为单元安装在燃料喷射器中。此外，套筒也可以与不同的活塞组合，使得实现了一种满足客户特定的不同要求的模块化系统。在这种情况下，可以通过套筒实现对于所有应用情况而言保持相同的接口。不同的活塞例如可以在其长度和/或形状方面有区别。

有利地，液压压力介质的供应压力作用在活塞上，使得液压压力作用到活塞上。因此，可以液压式地通过改变压力介质供应压力来控制活塞的运动。

为了产生反作用力而提出，活塞支撑在弹簧上。也就是说，为了改变活塞相对于套筒的位置，一方面液压压力和另一方面弹簧的弹力作用到活塞上。当压力介质供应压力提高时，活塞逆着弹簧的弹力被移动。根据活塞的长度和/或形状，可以通过活塞运动来增大或减小流入节流部的节流横截面面积，使得穿过流入节流部的流量增大或减小。

通过弹簧的预紧，活塞的位置可以匹配于套筒的至少一个开口的位置，使得协调被改善。以这种方式也可以补偿由制造决定的公差。为了调节弹簧预紧力，可以设置调节盘，弹簧通过该调节盘被支撑。

替代于或补充于弹簧的活塞支撑功能而提出，借助弹簧将活塞抵着止挡预紧，该止挡限定最终位置。止挡限定活塞的最终位置，使得由此可以预给定穿过流入节流部的最小流量。

如果弹簧仅用于将活塞抵着止挡预紧，那么也可以通过在另一端对活塞加载存在于控制室中的控制压力来产生针对液压压力所需的反作用力。因此，在本发明的一个扩展方案中提出，活塞限界压力室，该压力室与控制室液压连接，使得控制室压力作用在活塞上。在这种情况下，用于预紧活塞的弹簧仅需要补偿压力差，使得该弹簧可以构造得较小，由此减少安装空间需求。

如果控制室压力被用于产生反作用力，那么这对喷嘴针在打开和闭合时的速度具有影响。在这种情况下，针速度曲线具有三个区段：

区段a)首先快速地打开，

区段b)进一步较缓慢地打开，具体而言根据负载点来打开，以及

区段c)快速地闭合。

如果活塞可以占据可变的节流横截面面积被完全封闭的初始位置，那么可以在开始时达到非常高的针速度，因为控制室中的控制压力下降得非常快并且喷嘴针被打开。随着控制压力降低并且根据在另一端作用在活塞上的压力介质供应压力，活塞打开流入节流部的可变节流横截面面积的至少一部分，使得压力介质补充流动到到控制室中并且喷嘴针相应地被制动。在喷嘴针闭合时，流入节流部首先继续保持打开，直到控制室中的控制压力达到了压力介质供应压力水平。在该时间点，喷嘴针已经位于其密封座中。

如开头已经提到的那样，流入节流部的活塞可以不同地形成。例如，活塞可以具有构成棱边的端面或具有构成棱边的凸肩，用于构造与套筒的至少一个开口共同作用的控制棱边。如果是凸肩的情况，那么活塞必须实施为阶梯式活塞、复合活塞(gebauter Kolben)和/或具有至少一个环绕的环形槽的活塞。通过控制棱边相对于所述至少一个开口的位置可以预给定，在压力介质供应压力升高时穿过流入节流部的流量是增大还是减少。

根据活塞相对于套筒的形状和/或位置，必须确保活塞不影响液压压力介质的流入。因此，当活塞至少区段地实施为空心柱形时可以是有利的，使得流入路径穿过活塞。替代地或补充地，活塞可以至少区段地这样形成，使得该活塞与套筒一起限界环形室。在这种情况下，流入路径穿过环形室。

根据本发明的一个优选实施方式，套筒的至少一个开口构造在布置在外周侧的、环绕的环形槽的区域中，所述至少一个开口通过该环形槽与通入控制室中的流入通道连接。环形槽能够使得开口具体而言与套筒相对于通入控制室中的流入通道的角度位置无关地分布在套筒的周边上。也就是说，并非所有开口都强制必须与流入通道重叠。因此，也可以在套筒的纵向方向上设置其它开口，只要它们布置在环形槽内部。在此，环形槽可以具有任意的横截面，例如圆的或具有角部的横截面。通过充分利用套筒的周向方向来布置开口，可以减小在套筒的轴向方向或者说纵向方向上的安装空间需求。

套筒优选被装入孔中。如果套筒用作预装配和经检查的组件的壳体，那么可以将该组件作为单元装入孔中。为了确定套筒或组件的安装位置而提出，套筒通过环边支撑在孔的凸肩上。以这种方式可以进一步简化装配。

优选，该套筒与一个另外的套筒连接，用于限界弹簧室。该弹簧室优选用于接收弹簧，该弹簧设置成用于产生反作用力。也就是说，活塞支撑在弹簧上并且可以逆着弹簧的弹力运动。为了确保活塞的平稳运动，在本发明的一个扩展方案中提出，弹簧室连接到低压区域上。到低压区域上的连接能实现体积补偿，使得活塞的运动不会被液压压力垫阻止。如果套筒实施为在端侧是闭合的，那么弹簧也可以直接地或者间接地通过调节盘支撑在套筒上。

设置成用于构造流入节流部的可变节流横截面面积的至少一个开口例如可以由一个或多个径向孔构成。径向孔比较易于制造。优选，在活塞的运动方向上相继布置多个径向孔，使得随着活塞的运动被释放的径向孔的数量增加或减少。优选，该布置以相继的方式实现，优选成一排或多排地实现。在多排布置的情况下，相邻排的径向孔可以在活塞的运动方向上彼此错开地布置，以便能够实现节流横截面面积的尽可能持续改变并从而实现穿过流入节流部的流量的持续改变。

替代地，用于构造节流横截面面积的多个径向孔也可以布置为螺旋形。以这种方式，也可以实现流入节流部的节流横截面面积的持续增大或减小。为示出非线性的特性曲线，可以改变螺旋形布置的斜率。

此外，所述至少一个开口可以由至少一个缝隙构成，所述缝隙在活塞的运动方向上具有保持相同的或者变化的宽度。借助缝隙(其宽度在活塞的运动方向上变化)，又可以实现节流横截面面积的非线性的增大或减小。

附图说明

下面参考附图详细阐述本发明。附图示出：

图1本发明燃料喷射器的喷嘴组件的示意性纵截面，

图2用于根据图1的本发明燃料喷射器的、具有可变节流横截面面积的第一流入节流部的示意性纵截面，

图3用于根据图1的本发明燃料喷射器的、具有可变节流横截面面积的第二流入节流部的示意性纵截面，

图4在控制阀未通电的情况下用于根据图1的本发明燃料喷射器的、具有可变节流横截面面积的第三流入节流部的示意性纵截面，

图5在通电的控制阀的情况下图4的流入节流部的示意性纵截面，

图6用于构造流入节流部的可变节流横截面面积的不同开口横截面的俯视图，a)成一排地布置的单个孔，和b)成多排地以及彼此错开地布置的单个孔，

图7用于构造流入节流部的可变节流横截面面积的不同开口横截面的俯视图，a)具有保持相同的宽度的缝隙，和b)具有变化的宽度的缝隙，和

图8针行程曲线和流入节流部的节流横截面面积关于一个喷射循环的时间的图形示图。

具体实施方式

在图1中局部示出的燃料喷射器2包括喷嘴体7，该喷嘴体构成用于能往复运动的喷嘴针4的密封座3。通过喷嘴针4的往复运动可以释放或者封闭构造在喷嘴体7中的吹入开口5。在喷嘴针4被抬起的情况下，气态燃料、例如天然气从构造在喷嘴体7和喷嘴针4之间的压力室8中朝着吹入开口5的方向流动并且经由吹入开口5流动到内燃机的燃烧室1中。

为了打开喷嘴针4，在以液压压力介质加载的、处于喷嘴针4上方的控制室6中，控制压力被降低。作用在喷嘴针4上的控制压力引起液压闭合力，该液压闭合力将喷嘴针4保持在密封座3中。为了打开，控制室6中的控制压力被降低，使得在打开方向上起作用的合力作用到喷嘴针4上。

为了降低控制室6中的控制压力，经由控制阀10建立控制室6与低压区域19的连接，使得存在于控制室6中的液压压力介质的至少一部分流出到低压区域19中。在此，流动路径经过流出节流部9，该流出节流部连接在控制阀10上游。如果应再次提高控制室6中的控制压力，那么控制阀10被闭合，使得压力介质不再能够从控制室6中流出。同时，经由流入节流部11对控制室6充注液压压力介质。结果，控制室6中的控制压力再次升高，使得在闭合方向上的合力作用到喷嘴针4上并且喷嘴针4闭合。

为了在内燃机全负载的情况下实现高的吹入速率，必须尽可能快地打开喷嘴针4。在这种情况下，吹入速率具有比较陡的升高。相反，在部分负载的情况下希望吹入速率起初平缓地升高，以便促进缓慢和低噪声的燃烧开始。

为了实现上述情况，在图1中所示的本发明燃料喷射器2的流入节流部11具有可变的或者说可调节的节流横截面面积。也就是说，经由流入节流部11可以有针对性地改变液压压力介质到控制室6中的流入并从而改变控制室6中的控制压力。在部分负载的情况下可以提高流入，使得与在全负载的情况下相比控制压力下降得不那么快并且喷嘴针4不那么快地打开。以这种方式，可以实现与负载有关的吹入速率形成。在此，气体供应压力可以恒定地保持在相同的压力水平。仅压力介质供应压力被改变。

在图2至图5中示例性地示出用于本发明燃料喷射器的具有可变节流横截面面积的流入节流部11的可能实施方式。

在图2的该实施例中，可变的节流横截面面积由多个开口16构成，所述开口实施为套筒20中的径向孔。套筒20被装入到孔15中，使得开口16处于流入通道22的高度，该流入通道通入控制室6中。套筒20的安装位置由孔15的凸肩28预给定，套筒20通过环边27支撑在该凸肩上。因为开口16分布到套筒20的周边上，所以套筒在外周侧具有环绕的环形槽24，所有开口16都经由该环形槽与流入通道22连接。因此，套筒20可以以任意的角度位置来安装。

为了控制开口16，活塞12以能往复运动的方式被接收在套筒20中。活塞12在端侧构成控制棱边17，该控制棱边与套筒20的开口16共同作用。此外，活塞12在端侧被压力介质供应压力加载。因为活塞12在另一端支撑在弹簧13上，所以可以通过提高或降低压力介质供应压力相对于开口16移动活塞位置并从而移动控制棱边17的位置。因此，根据压力介质供应压力，被释放的开口16的数量发生改变。穿过流入节流部11的流量相应地改变。最小流量通过止挡21来确保，该止挡由套筒20构成并且限界活塞12的行程。为此，活塞12具有与止挡21共同作用的环边30。

通过弹簧13的预紧，可以影响活塞12的初始位置。为了可以进行准确的协调，弹簧13支撑在调节盘14上。如果应提高弹簧预紧力，那么可以选择相应较厚的调节盘。调节盘14又支撑在在端侧闭合的套筒25上，该套筒被装入孔15中用于限界弹簧室18。弹簧室18通过构造在套筒25中的开口29连接到低压区域19’上，该低压区域使得能够在活塞12运动时实现体积补偿。

借助套筒20和25，可以实现预装配和经检查的组件，该组件易于装配，因为仅需要将其装入孔15中。此外，可以实现一种模块化系统，其具有作为保持相同的接口的套筒20。套筒20可以与不同的活塞12组合，所述活塞例如在其长度和/或形状方面有区别。

在图3中例如示出经改型的活塞形状。在此，控制棱边17由活塞12的凸肩构成。同时，控制棱边17相对于开口16从上向下移位。活塞12的位于凸肩前面的区域实施为空心柱形，以便能够进一步实现液压压力介质的流入。在其它方面，该实施例相应于图2的实施例，使得参考对应的描述。

在图4和5中所示的另一实施例中，活塞12一方面被压力介质供应压力加载，另一方面被控制室6中的控制压力加载。为此，在活塞12上方布置有与控制室6连接的压力室23。作用在活塞12上的控制室压力引起液压反作用力，使得弹簧13仅需要补偿压力差。同时，活塞12通过弹簧13的弹力抵着止挡21预紧，该止挡限定了活塞12的最终位置。为了确保液压压力介质的流入，活塞12具有直径减小的区段31，该区段与套筒20共同作用构成环形室26。因此，所述流入经由该环形室26进行。

在控制阀10未通电或者说闭合的情况下，在控制室6中存在相应于压力介质供应压力的压力水平。活塞12贴靠在止挡21上，使得所有开口16都是封闭的(参见图4)。

如果控制阀10被通电(参见图5)，那么该控制阀打开并且压力介质从控制室6中经由流出节流部9流出到低压区域19中。因为流入节流部11完全封闭，所以控制室6中的控制压力非常快地下降。这导致，喷嘴针4也非常快地打开。随着控制室6中的控制压力的下降，活塞12向上运动并且相继地释放开口16。因此，液压压力介质经由流入节流部11补充流动到控制室6中，使得在打开时喷嘴针4的运动被制动。现在，喷嘴针4较慢地打开。

在图8中，关于时间t示出相应的针行程曲线x(在全负载的情况下为曲线A，在部分负载的情况下为曲线A’)以及对应的节流横截面面积A_Z(在全负载的情况下为曲线B，在部分负载的情况下为曲线B’)。从图8中还可以获知，在通过升高的控制室压力使活塞12复位之前，喷嘴针4闭合。

在图6和图7中示出用于构造可变的节流横截面面积的可能的开口横截面。

如例如在图6a)和图6b)中所示那样，流入节流部11的可变节流横截面面积可以由呈单个孔形式的多个开口16构成，这些单个孔相继地布置成一排(参见图6a)或多排(参见图6b)。如果布置成多排，那么相邻排的单个孔可以在活塞12的运动方向上彼此错开地布置(参见图6b)。因此，可以持续地增大或减小节流横截面面积。

如例如在图7a)和7b)中所示那样，代替多个相继布置的单个孔，也可以设置有缝隙状的开口16。如果缝隙状的开口16的宽度在活塞12的运动方向上改变(参见图7b)，那么可以实现流入节流部11的节流横截面面积的非线性增大或减小。

Claims (11)

1.一种用于将气态燃料吹入到内燃机的燃烧室(1)中的燃料喷射器(2)，所述燃料喷射器包括至少一个能往复运动的喷嘴针(4)，所述喷嘴针与密封座(3)共同作用用于释放和封闭至少一个吹入开口(5)，其中，所述喷嘴针(4)限界控制室(6)，所述控制室能够经由流入节流部(11)被加载以液压压力介质、优选液态燃料，

其特征在于，所述流入节流部(11)具有能变的节流横截面面积，使得使得通过液压压力介质到所述控制室(6)中的流入能够根据负载控制所述喷嘴针(4)在打开时的速度，其中，所述能变的节流横截面面积由套筒(20)的至少一个开口(16)构成，在所述套筒中，活塞(12)以能往复运动的方式被支承和导向，用于控制所述至少一个开口(16)。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述液压压力介质的供应压力作用在所述活塞(12)上，使得液压压力作用到所述活塞(12)上。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述活塞(12)支撑在弹簧(13)上和/或借助所述弹簧(13)抵着限定最终位置的止挡(21)预紧。

4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述活塞(12)限界压力室(23)，所述压力室与所述控制室(6)液压连接，使得控制室压力作用在所述活塞(12)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述活塞(12)具有构成棱边的端面或构成棱边的凸肩，用于构造与所述套筒(20)的所述至少一个开口(16)共同作用的控制棱边(17)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述活塞(12)至少区段地实施为空心柱形和/或与所述套筒(20)一起限界环形室(26)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述套筒(20)的所述至少一个开口(16)构造在布置在外周侧的、环绕的环形槽(24)的区域中，所述至少一个开口(16)通过该环形槽与通入所述控制室(6)中的流入通道(22)连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述套筒(20)被装入孔(15)中，其中优选，所述套筒(20)通过环边(27)支撑在所述孔(15)的凸肩(28)上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述套筒(20)与另外的套筒(25)连接，用于限界弹簧室(18)，其中优选，所述弹簧室(18)连接到低压区域(19’)上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述至少一个开口(16)由一个或多个径向孔构成，其中优选，所述多个径向孔在所述活塞(12)的运动方向上相继、尤其彼此错开地布置成一排或多排。

11.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(2)，

其特征在于，所述至少一个开口(16)由至少一个缝隙构成，所述缝隙在所述活塞(12)的运动方向上具有保持相同的或变化的宽度。

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