CN112041555B - 用于喷射燃料的喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于喷射燃料的喷射器，所述喷射器包括：具有通路节流阀的座板；布置在所述座板的平面侧上的阀座；可滑动地容纳该所述阀座的阀引导件；布置在所述阀座的与所述座板相反的一侧上的喷嘴针阀；围绕所述喷嘴针阀的一部分的弹簧套筒；用于接收燃料的阀室，所述阀室由所述座板和所述阀座限定并延伸至所述座板的通路节流阀；用于接收燃料的控制室，所述控制室由所述阀座、所述弹簧套筒和所述喷嘴针阀限定；以及将所述控制室和所述阀室彼此连接的管道，所述管道布置在所述阀引导件中。本发明的独特之处在于，通过将所述阀座放置在所述弹簧套筒上来关闭所述管道。

Description

用于喷射燃料的喷射器

技术领域

本发明涉及一种喷射燃料的喷射器。

背景技术

在诸如柴油发动机或汽油发动机之类的内燃机中，燃料通常以一定量并在一定时间段内通过喷射器被喷入燃烧室中。由于喷射时间非常短(在微秒范围内)，因此必须以很高的频率打开或关闭喷射器的排放孔。

由于本领域技术人员熟悉喷射器的基本功能原理，因此下面仅简要讨论有利于理解本发明的几个方面。

喷射器通常具有喷嘴针阀(也称为喷射器针)，当所述喷射器的排放口打开时，允许施加高压的燃料向外逸出。所述喷嘴针阀如同塞一样与所述排放孔配合，当其抬升时可使燃料逸出。因此，有必要以相对较短的时间间隔抬升所述针阀，并在较短的时间后再次将其滑回所述排放孔。此运动的触发可以通过液压伺服阀来控制。这些阀进而借助于电磁体来控制。

由于超过2500巴的高喷射压力，无法借助电磁阀直接控制或移动喷嘴针阀。在这种情况下，打开和关闭所述喷嘴针阀所需的力太大，以致只能借助非常大的电磁体来实施这种方法。但因为发动机中可用的空间有限，所以排除了这种构造。

通常可使用所谓的伺服阀代替直接控制，伺服阀控制喷嘴针阀，而伺服阀本身通过电磁阀控制。在这种情况下，在与喷嘴针阀共同作用的控制室中借助于在高压下可用的燃料建立压力级，压力级沿关闭方向作用在喷嘴针阀上。此控制室通常通过入口管道连接到燃料的高压区域。此外，此控制室(也称为：下部控制室)具有通往阀室(也称为：上部控制室)的管道，此阀室具有可关闭的出口节流阀，高压燃料可从此出口节流阀逸出至低压区域。如果这样，阀室和控制室中的压力下降，由此作用在喷嘴针阀上的关闭力减小，因为来自阀室和控制室的燃料在高压下可能流走。这导致打开喷射器尖端处的排放孔的喷嘴针阀的运动。为了能够控制喷嘴针阀的运动，阀的喷射器的座板中的出口节流阀任选地借助电枢元件关闭或打开。

包括电枢元件和座板出口节流阀的先导阀进而可以借助电磁体进入所需位置。如果所述电磁体处于断电状态，则需要一定的弹簧力，该弹簧力将电枢元件压在出口节流阀上(＝座板上节流阀孔的打开)。当电磁体通电时，电枢元件克服弹簧元件施加的弹力而被吸引，使得弹簧压缩，且座板上的出口节流阀打开。

如上所述，高压燃料通过座板上的节流阀孔流入低压区域。这不仅会导致阀室(也就是：上部控制室)中的压降，而且由于连接所述阀室和所述控制室(也就是：下部控制室)的管道，还导致邻接喷嘴针阀的控制室中的压降。控制室内压降使得喷嘴针阀从其喷嘴座中抬升。

从EP 1991773 B1已知一种通用的燃料喷射阀。其中实施3/2路控制装置。已知的控制装置被构造成多个部分，并且具有控制阀，此控制阀具有在阀引导件中引导的阀座。出口节流阀布置在所述阀座中，此出口节流阀永久相互连接阀室和控制室的由控制阀细分的区域。通过这种设计，可以通过出口节流阀在阀室和控制室之间永久性地交换燃料。

发明内容

本发明的目的是开发一种用于喷射燃料的喷射器，使得在将燃料间歇地喷射到燃烧室的过程中，液压效率提高，并且喷嘴针阀可以比现有技术更快地打开。

这借助于根据本发明的具有权利要求1所有特征的喷射器来实现。因此，用于喷射燃料的喷射器包括：具有通路节流阀(Durchgangsdrossel)的座板；布置在所述座板的平面侧上的阀座；用于可滑动地容纳所述阀座的阀引导件；布置在所述阀座的与所述座板相反的一侧上的喷嘴针阀；包围喷嘴针阀的一部分的弹簧套筒；用于接收燃料的阀室，所述阀室由所述座板和所述阀座限定并延伸至所述座板的通路节流阀；用于接收燃料的控制室，所述控制室由所述阀座、所述弹簧套筒和所述喷嘴针阀限定；以及将所述控制室和所述阀室彼此连接的管道，所述管道布置在阀座中。本发明的独特之处在于，通过将所述阀座放置在所述弹簧套筒上来关闭所述管道。

以此方式，当控制室中填充高压燃料时，可以确保引入的燃料不通过管道流入阀室，而是保留在控制室中，并且与控制室和阀室之间的永久连接相比，在打开时引起喷嘴针阀的更快的反应。

另一个优点是，连接控制室和阀室的管道的关闭不需要任何其他部件。例如可以设想布置在管道中的球，以形成燃料的止回阀。就疲劳强度而言，这种布置相比本发明较差。

根据本发明的技术方案的优选的实施例由主权利要求之后的从属权利要求中得出。

弹簧套筒优选地直接邻接阀座。

根据任选的改进方案规定，弹簧套筒基本上具有用于容纳喷嘴针阀的盲孔状的凹部并且具有至少一个连接管道，以用于将布置有所述喷嘴针阀的所述盲孔状的凹部的内部与阀座的面向所述弹簧套筒的一侧流体连接。

弹簧套筒由此可以具有在一侧闭合的圆柱形结构。另一方面，喷嘴针阀从构造成圆柱形的弹簧套筒中伸出。圆柱形结构的闭合侧仅设置连接管道，所述连接管道允许阀座的面向所述弹簧套筒的一侧与所述弹簧套筒的内部进行流体连接。

此外可以规定，弹簧套筒具有用于放置阀座的平坦的放置表面，当放置所述阀座时，所述放置表面与围绕管道的开口的、阀座的接触面配合来关闭所述管道。因此，所述平坦区域表示用于将所述阀座放置在所述弹簧套筒上的平座(Flachsitz)。

根据另一有利的实施例规定，弹簧套筒具有面向阀座的表面，该表面基本上是平坦的，并且仅被进入弹簧套筒内部的至少一个连接管道中断。

喷射器的控制室因此包括通过弹簧套筒彼此分开的两个区域。这两个区域之间的连接仅通过弹簧套筒中的至少一个连接管道进行。

优选地规定，阀座在垂直于喷嘴针阀的旋转轴线的平面中放置在弹簧套筒上。

此外在本发明中，控制室可包括两个区域或由两个区域组成，这两个区域仅通过在弹簧套筒中延伸的至少一个连接管道彼此连接。

优选地，所述至少一个连接管道可以是平行于喷嘴针阀的纵向方向延伸的孔。

根据另一任选的变体规定，用于将阀座放置在弹簧套筒上的区域是平垫片，当所述阀座处于放置在弹簧套筒上的状态时，所述平垫片关闭在所述阀座中延伸的管道。

通过设计平垫片，可以以可靠的方式对将控制室和阀室相互连接的管道进行密封。基本工作原理基本上对应于将电枢放置在座板的节流阀开口上。

优选地，阀座在面对弹簧套筒的一侧上具有一个突出的凸肩，在所述凸肩的表面中布置有管道的开口。

在阀座面对弹簧套筒的表面上的围绕开口的区域有利地处于同一水平，由此可以通过放置在平坦表面上来进行密封。

还可以规定，突出的凸肩相对于阀座的面对弹簧套筒一侧的其余部分以阶梯状增加，使得当其放置在弹簧套筒上时接触面积减少。这导致布置在所述阀座中的、将控制室和阀室彼此连接的管道的更好的关闭过程。

根据本发明的一种任选的变体，阀引导件具有至少一个高压燃料的入口管道，所述入口管道与控制室的连接在将所述阀座放置在弹簧套筒上时打开，而当所述阀座从所述弹簧套筒上抬升时关闭。

可以通过阀座的滑动来打开或关闭入口管道。这通过阀座碰撞阀引导件的下边缘来完成，由此中断入口管道和控制室之间的连接。

另外，根据一个有利的实施例，阀座是蘑菇形的。蘑菇头可以面对弹簧套筒。

管道优选地是从控制室到阀室的燃料的出口节流阀。

此外可以规定，阀座设计成围绕管道的孔轴线旋转对称。

根据另一有利的实施例，弹簧套筒围绕喷嘴针阀的旋转轴线旋转对称。

附图说明

本发明的其他细节、特征和优点从下面的附图说明中显而易见。其中年示出：

图1:用于燃料喷射的喷射器的截面图，

图2a至图2d:在喷射器周期的不同状态下，喷射器座板周围的放大的截面，

图3a至图3b:从不同的侧面观察根据本发明的喷射器座板周围的放大的截面，

图4a至图4e:在喷射器周期的不同状态下，根据本发明的喷射器座板周围的放大的截面，

图5:与常规喷射器相比，根据本发明的喷射器的喷射速率的模拟结果，以及

图6:与常规喷射器相比，根据本发明的喷射器的喷射速率的另一模拟结果。

具体实施方式

图1示出了用于喷射燃料的喷射器的截面图。

喷射器1包括壳体22，壳体在背向喷嘴24的端部设计有阀帽31。用于控制喷射器1的电连接件18从阀帽31伸出。电连接件18与电磁体19连接，当通电时，克服压缩弹簧21的弹力将电枢11从座板2的通路节流阀中抬升出密封位置。压缩弹簧21在其远离电枢11的端部上抵靠在垫圈20上。电枢11被电枢引导件29围绕，电枢引导件29与压力螺栓29邻接。

从座板2的通路节流阀延伸到电枢11的座板2的上方区域是喷射器1的低压区域。喷射器1的高压区域从座板2的通路节流阀延伸到喷嘴24。

在座板2的与电枢11相反的一侧，阀引导件5和容纳在其中的阀座4相邻。压缩弹簧27作用在邻接的弹簧套筒28上，并且用于通过放置在喷嘴针阀6的突出部上的垫圈26将喷嘴针阀6推到其关闭位置。喷嘴夹紧螺母25和密封垫圈23使得喷射器1的结构完整。

图2a至图2d示出喷射器在其座板2周围的区域中的放大图。应注意，这些图不具有本发明的突出特征。为了更好地理解，图中示出燃料路径的力箭头和流箭头。

图2a示出了先导阀(即电枢11和通路节流阀3)关闭且不进行喷射的状态。在初始状态下，由于高压燃料经由入口节流阀13流入，在阀室7和控制室8中都存在相同的压力条件。经由入口节流阀13流入阀室7中的燃料也经由第一管道9被引导至控制室8中。

在电磁体19的断电状态下，座板2的孔3通过电枢11借助于压缩弹簧21的预应力而关闭。电枢11由此将高压区域与低压区域分开。通过控制电磁体19，电枢11被吸引并且座板2中的孔3被开启。座板2下方的压力因此降低，并且阀座4被拉向阀引导件5的下边缘。

图2b示出了先导阀打开的状态，也就是说，电枢11被抬升离开通孔3。这导致通过喷射器喷射燃料。

由于存在压力差，燃料通过阀引导件5中的出口节流阀9(也被称为：第一管道9)流入喷射器1的低压区域。这降低了喷嘴针阀6上方的控制室8中的压力。通过喷嘴针头和喷嘴针体之间形成的压力梯度，将针阀6抬升出喷嘴座，并且开始喷射。

图2c示出了先导阀刚刚关闭但仍存在喷射的状态。

一旦电磁体19的通电中断，复位弹簧21就将电枢11压回到座板2上的平座中并密封通路节流阀3。因此，燃料不再能够逸出到低压区域中，并且阀座4上方的阀室7中的压力增加(由于高压燃料通过入口节流阀13连续流入)。

图2d示出了先导阀关闭、针阀6关闭并且由此结束喷射的状态。示出的截面相对于图2c的截面旋转，以便能够说明上面未示出的元件。

在通过阀座4达到力的平衡之后，将阀座4向下压并释放阀引导件5中的两个大的斜填充孔12(也称为：入口管道12)。这些孔12在喷射器1中的高压体积和喷嘴针阀6上方的控制室8之间形成直接连接。因此，针阀6上方的控制室8中的压力非常迅速地升高，这导致针阀6迅速关闭喷嘴。填充孔12用于注射器1的功能，但是提供了针阀6非常快速闭合的优点。

图3a至图3b示出了根据本发明的喷射器1的局部区域。

闭合元件11以已知的方式与座板2的通路节流阀3配合。阀室7通过入口节流阀13连接到高压区域。邻接阀室7的阀引导件5以可滑动的方式容纳阀座4。

还存在第一管道9，其可以将阀室7连接到控制室8。管道9布置在阀座4中。如果沿纵向方向可移动的阀座4放置在平座28上，则管道9被阻塞。则在阀室7和控制室8之间没有流体连接。借助于控制室8中的压力抬升布置在弹簧套筒14内部的喷嘴针阀。穿过弹簧套筒14的至少一个连接管道32确保压力变化也到达弹簧套筒14的内部。

图3b示出了与图3a的视图相比旋转了90°的截面图。现在可以看到入口管道12，当阀座4碰撞阀引导件4的下边缘时，供应导管没有流动连接到控制室8。另一方面，如果阀座4沿针阀6的方向运动，则在阀引导件5的下边缘和入口管道12之间形成间隙，从而将高压燃料引入控制室8中。附图标记17表示燃料的高压区域。

图4a至图4e全部示出了喷射器的控制阀区域。控制阀区域由部件电枢11，座板2，控制阀4、5，弹簧套筒14和喷嘴针阀6组成。

该组合控制喷嘴针阀6的打开和关闭，因此对于确保喷射器功能和喷射器1的性能起决定性作用。通过该阀可以确定喷嘴针阀6的打开和关闭的速度以及控制时间，从而确定喷射的持续时间和喷射量。由于精确的控制，可以在工作周期中进行有针对性的多次喷射，从而确保更完全的燃烧，进而减少污染物。

座板2与电枢11相结合将高压区域与磁体/泄漏区域(Magnet-/Leckagebereich)分隔开。控制阀4、5将控制室8与阀室7(也被称为：上部控制室)分开。控制阀是三通阀，也被称为蘑菇阀，由阀引导件5和阀座4组成。

阀室7由组件电枢11，座板2和控制阀4、5限定。

控制室8由控制阀4、5，弹簧套筒14和喷嘴针阀6限定。其来自两个区域，这两个区域通过弹簧套筒14中的至少一个、优选地三个轴向连接孔32连接。控制室容积由这两个区域和至少一个轴向连接孔32产生。

下面参考图4a至图4e进行阐述基本功能。

从图4a中可以看出，电枢11在磁体19的断电状态下关闭座板2的节流阀孔3，并且防止燃料从阀室7流出到泄漏区域15中。阀座4位于下部止挡处，并置于弹簧套筒14上的平垫片28上。此外，座板2压靠在喷射器壳体22上，由于支撑表面的高表面品质和平整性，确保了高压区域和泄漏区域之间以及高压区域17和阀室7之间的径向密封，因此不会出现永久泄漏(位置1)。

图4b示出，一旦磁体19通电并且电枢11被抬升，燃料就可以通过座板2的节流阀孔3从阀室7中流出到泄漏区域15中，并且由此在阀室7中产生压降。通过压降在阀室7和控制室8之间产生压力差。只要阀座4位于下止挡处并且平座28在弹簧套筒14上密封，燃料就不通过出口节流阀9流入阀室7中(位置2)。

在图4c中可以看到，所产生的压力差如何确保向上推动阀座4。如果阀座4位于上止挡处，则与高压区域17的连接通过阀引导件5中的径向入口孔12被密封。由于在阀座4向上移动之后，平座28上的密封以及因此出口节流阀9(也被称为：管道)被开启，因此燃料通过阀座4中的出口节流阀9从控制室8流入阀室7，由此再次在阀室7和控制室8之间建立压力平衡(位置3)。与高压区域17相比，在控制室8中产生的压降导致喷嘴针阀6抬升，由此开启喷嘴24的盲孔并且喷射器1对燃烧室中进行喷射。

图4d示出了一旦磁体19不再通电并且电枢11关闭座板2的节流阀孔3的状态。

由于燃料从高压区域17经由阀引导件5的入口节流阀13流入而产生阀室7与控制室8之间的压力差(位置4)。

由于在阀室7中建立了压力，阀座4向下压，阀引导件置5的入口孔12开启，控制室8突然填充来自高压区域17的燃料(位置5，见图4e)。

随后，在阀室7和控制室8中形成与在高压区域17中相同的压力级。喷嘴针阀6通过施加在控制室8中的压力以及喷嘴针阀弹簧21的支撑力被压回到喷嘴主体的座中，从而终止向燃烧室的喷射。

图5示出了与常规喷射器相比的模拟结果。

可以看出，根据本发明实施例的阀座比常规喷射器的阀座移动更快。曲线图II是根据本发明的实施例，而曲线图I显示常规喷射器。

图6示出，在相同的控制下，根据本发明的喷射器响应更快，也就是说，具有比传统喷射器更高的、以mg/ms为单位的喷射速率。曲线图III示出了根据本发明的实施例，曲线图I示出了常规喷射器。

附图标记列表

1 喷射器

2 座板

3 通路节流阀

4 阀座

5 阀引导件

6 喷嘴针阀

7 阀室

8 控制室

9 第一管道

10 第二管道

11 闭合元件

12 入口管道

13 入口节流阀

14 弹簧套筒

15 泄漏区域

16 连接孔

17 高压区域

18 电连接件

19 电磁体

20 垫圈

21 压缩弹簧

22 壳体

23 密封垫圈

24 喷嘴

25 喷嘴夹紧螺母

26 垫圈

27 压缩弹簧

28 平座

29 电枢引导件

30 压力螺栓

31 阀帽

32 连接管道

33 凸肩(阶梯)。

Claims (15)

1.一种用于喷射燃料的喷射器(1)，其包括：

座板(2)，其具有通路节流阀(3)，

阀座(4)，其布置在所述座板(2)的平面侧上，

阀引导件(5)，其用于能够滑动地容纳所述阀座(4)，

喷嘴针阀(6)，其布置在所述阀座(4)的与所述座板(2)相反的一侧，

弹簧套筒(14)，其围绕所述喷嘴针阀(6)的一部分，

用于接收燃料的阀室(7)，所述阀室(7)由所述座板(2)、所述阀引导件(5)和所述阀座(4)限定，并延伸直至所述座板(2)的所述通路节流阀(3)，

用于接收燃料的控制室(8)，所述控制室(8)由所述阀座(4)、所述阀引导件(5)、所述弹簧套筒(14)和所述喷嘴针阀(6)限定，以及

管道(9)，其将所述控制室(8)和所述阀室(7)彼此连接，其中

所述管道(9)布置在所述阀座中，

其特征在于，

通过将所述阀座(4)放置在所述弹簧套筒(14)上来关闭所述管道(9)。

2.根据前述权利要求所述的喷射器(1)，其中，所述弹簧套筒(14)基本上具有用于容纳所述喷嘴针阀(6)的盲孔状凹部，并且具有至少一个连接管道(32)，所述至少一个连接管道用于将布置有所述喷嘴针阀(6)的所述盲孔状凹部的内部与所述阀座(4)的面对所述弹簧套筒(14)的一侧流体连接。

3.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器(1)，其中，所述弹簧套筒(14)具有用于放置所述阀座(4)的平坦的放置表面，当放置所述阀座(4)时，所述平坦的放置表面与围绕所述管道(9)的开口的、所述阀座(4)的接触表面相互作用以关闭所述管道(9)。

4.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述弹簧套筒(14)具有面对所述阀座(4)的表面，所述表面基本上是平坦的，并且仅被至少一个进入所述弹簧套筒(14)的内部的连接管道(32)中断。

5.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述阀座(4)在垂直于所述喷嘴针阀(6)的旋转轴线的平面中放置在所述弹簧套筒(14)上。

6.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述控制室包括两个区域或由两个区域组成，所述两个区域仅通过在所述弹簧套筒(14)中延伸的至少一个连接管道(32)彼此连接。

7.根据权利要求2所述的喷射器(1)，其中，所述至少一个连接管道(32)是平行于所述喷嘴针阀(6)的纵向方向延伸的孔。

8.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，用于将所述阀座(4)放置在所述弹簧套筒(14)上的区域是平垫片，在所述阀座放置在所述弹簧套筒(14)上的状态下，所述平垫片关闭在所述阀座(4)中延伸的管道(9)。

9.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述阀座(4)在面对所述弹簧套筒(14)的一侧上具有突出的凸肩(33)，在所述凸肩的表面布置有所述管道(9)的开口。

10.根据权利要求9所述的喷射器(1)，其中，所述突出的凸肩相对于所述阀座(4)的面向所述弹簧套筒(14)的一侧的其余部分以阶梯状升高，使得在放置在所述弹簧套筒(14)上时接触面积减小。

11.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述阀引导件(5)具有至少一个用于高压燃料的入口管道(12)，所述入口管道与所述控制室(8)的连接在所述阀座(4)放置在所述弹簧套筒(14)上时被打开，而在抬升状态下关闭。

12.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述阀座(4)是蘑菇形的。

13.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述管道(9)是用于燃料从所述控制室(8)进入所述阀室(7)的出口节流阀。

14.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述阀座(4)构造成围绕所述管道(9)的孔轴线旋转对称。

15.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述弹簧套筒(14)围绕所述喷嘴针阀(6)的旋转轴线旋转对称。

Images