CN115135867A - 用于在高压下喷射燃料的喷射喷嘴 - Google Patents

Abstract

用于在高压下喷射燃料的喷射喷嘴，其具有喷嘴体(2)，在所述喷嘴体中构造有能在高压下用燃料充注的压力腔(9)并且在所述喷嘴体中构造有锥形的体座(25)，所述锥形的体座通过形成过渡棱边(35)通到盲孔(32)中，多个喷射孔(30)从该盲孔出来并且所有的喷射孔的流动横截面的和构成总喷射孔横截面(A_SL)。喷嘴针(14)能纵向移动地布置在所述压力腔(9)中，所述喷嘴针以锥形密封面(27)与所述体座(25)共同起作用以便打开和关闭流动横截面，其中，所述喷嘴针(14)在其面向所述体座(25)的端部上具有针尖端(28)，在所述密封面(27)贴靠在所述体座(25)上时，所述针尖端伸进所述盲孔(32)中。在喷嘴针(14)从所述体座(25)上抬起时，在所述密封面(25)和所述过渡棱边(35)之间形成座横截面(As)，燃料能够通过所述座横截面从所述压力腔(9)流到所述盲孔(32)中。所述针尖端(28)锥形地成形并且具有一开口角(β)，该开口角小于所述锥形密封面(27)的开口角(α)，并且，所述盲孔(32)具有带有开口角(σ)的锥形区段(132)，该锥形区段构造在所述过渡棱边(35)和中间棱边(36)之间，其中，所述针尖端(28)在所述喷嘴针(14)的部分行程中布置在所述盲孔(32)的锥形区段(132)的高度上。

Description

用于在高压下喷射燃料的喷射喷嘴

技术领域

本发明涉及一种用于在高压下喷射燃料的喷射喷嘴，该喷射喷嘴例如用于，在高压下将燃料引入到内燃机的燃烧室中。

背景技术

较长时间以来，从现有技术中已知用于在高压下引入燃料的喷射喷嘴。这样的喷射喷嘴优选构成燃料喷射器的一部分，该部分可以将电动地控制的、高度地压缩的燃料引入到内燃机的燃烧室中。燃料在喷射到燃烧室中时被精细地雾化，从而在那里产生可点燃的燃料-空气混合物。在自点燃的内燃机中，所述可点燃的燃料-空气混合物通过在燃烧室中的燃料-空气混合物的压缩点燃并且由于燃料的好的雾化而以高的效率燃烧。

喷射孔位于喷射喷嘴中，燃料最终通过所述喷射孔出来，所述喷射喷嘴通过活塞状的、可纵向移动的喷嘴针控制这些喷射开口的打开和关闭，所述喷嘴针布置在喷射喷嘴的喷嘴体中。在此，喷嘴针的运动至少液压式地进行，也就是说，关闭力由在控制腔中的液压的压力产生。通过调节在该控制腔中的压力并且由包围喷嘴针的燃料的液压的压力驱动地，可以控制喷嘴针的纵向运动。在此，在控制腔中的压力例如通过电磁阀控制，从而最终可以通过电磁铁精确地控制喷射。

喷嘴针在其面向喷射开口的端部上具有锥形密封面。喷嘴针以该密封面与构造在喷射喷嘴中的体座共同起作用以便打开和关闭流动横截面。在这里所考虑的型式的喷射喷嘴中，盲孔紧接着锥形的体座，所述盲孔构造为盲钻孔并且真正的喷射开口从所述盲孔出来。盲孔主要使用于，用相同数量的燃料供给所有的喷射开口并且因此确保均匀的燃烧。

如果喷嘴针处于其关闭位置中，也就是说，贴靠在体座上，则其闭锁盲孔并且因此也相对于压力腔闭锁喷射开口，该压力腔被以经压缩的燃料充注并且包围喷嘴针。在喷嘴针的打开行程开始时，在密封面和体座之间的间隙构成限制到盲孔中的燃料流的最窄的横截面。流经该间隙的燃料到达盲孔中，在那里，由于明显更大的流动横截面而发生压力下降并且发生对流的抑制。这促进了涡流结构在燃料流中的产生和从层流到湍流的转换。此外，在燃料进入到盲孔中时的压力下降促进了气穴泡的产生，所述气穴泡在进一步的过程中内爆并且可能导致在喷嘴针的密封面上和在体座上的损坏。

在燃料喷射中，必须考虑不同的要求。一方面，力求越来越高的喷射压力，因为高的喷射压力导致燃料的好地雾化并且因此导致好的燃烧过程。同时，也应实现高的燃料流，以便产生高的效率(小型化)，即以便通过给定的行程空间获得尽可能多的效率。然而，这导致这样的喷嘴几何结构：所述喷嘴几何结构促进气穴的产生并且因此促进由此产生的气穴腐蚀。

大的总喷射孔横截面(也就是说，所有的喷射开口的横截面的总和)导致，在密封面和体座之间的间隙在相对大的针行程上构成最小的流动横截面，这相应地延长了这样的时段：气穴在所述时段内可能出现。大的盲孔面(也就是说，这样的盲孔：该盲孔在盲孔内具有大的流动横截面，所述盲孔导至喷射开口)同样不利地发生影响，因为在燃料流入到盲孔中时的压力下降因此而增强并且促进气穴的产生。大容积的盲孔也促进涡流形成，这延长了气穴泡在盲孔内部的停留时间并且提高了它们在那里内爆并且导致损坏的可能性。

从EP 1 891 324 B1已知一种用于将燃料引入到内燃机的燃烧室中的喷射喷嘴，所述喷射喷嘴根据以上所描述的原理工作。喷嘴针具有锥形密封面，所述密封面与同样锥形的体座共同起作用以便打开和关闭流动横截面。在喷嘴针上构造有喷嘴针尖端，所述喷嘴针尖端部分地伸进喷射喷嘴的盲孔中。锥形密封面到针尖端的过渡部倒圆地构造，从而流动横截面从在密封面和体座之间的间隙开始相对迅速地扩大并且因此以上所说明的压力下降在燃料进入到盲孔中之前已经发生。

从DE 10 2005 037 955 A1也已知这种型式的喷射喷嘴，在这种型式中，密封面具有与体座明显不同的锥角，从而密封面在体座上的平放基本上在环绕的密封棱边上发生。在密封面的第二部分和构造在体座到盲孔的过渡部上的棱边之间形成另外的、窄的横截面，从而在这里流从具有高的流速度的区域流到具有底的流速度的区域中并且然后再次流到具有高的流速度的区域中。

发明内容

与此相对，根据本发明的喷射喷嘴具有这样的优点：防止在喷射喷嘴中、尤其是在密封座下方和在盲孔中形成气穴或将其降低到排除有害气穴腐蚀的程度。由此提高燃料喷射阀的使用寿命并且也在较长的使用寿命上改进喷射的精确度。为此，喷射喷嘴具有喷嘴体，在所述喷嘴体中构造有可在高压下用燃料充注的压力腔和锥形的体座。锥形的体座通过形成过渡棱边而过渡到盲孔中，多个喷射孔从该盲孔中出来，其中，所有的喷射孔的流动横截面的总和构成总喷射孔横截面。喷嘴针可纵向移动地布置在压力腔中，所述喷嘴针以锥形密封面与体座共同作用以便打开和关闭流动横截面，其中，喷嘴针在其面向体座的端部上具有针尖端，该针尖端在密封面贴靠在体座上时伸入盲孔中。在此，在喷嘴针从体座上抬起时，在密封面和过渡棱边之间形成喷射横截面，燃料可以通过该喷射横截面从压力腔流到盲孔中。针尖端锥形地成形并且具有开口角，该开口角小于锥形密封面的开口角，并且，在盲孔中构造有锥形区段，该锥形区段具有开口角并且该锥形区段紧接着过渡棱边，其中，针尖端在喷嘴针的部分行程中布置在盲孔的锥形区段的高度上。

由于喷射喷嘴、尤其是喷嘴针在密封面的区域中的根据本发明的成型，在喷嘴针或者喷嘴针尖端和盲孔之间形成流动横截面，该流动横截面在很大程度上是恒定的并且该流动横截面尤其是在喷嘴针的部分行程区域中、即在打开行程运动开始时构成导致流动平息下来并且因此导致燃料到喷射孔中层流式地流入的流动横截面。这通过一方面喷嘴针尖端和另一方面盲孔的构型实现，流动横截面被固定在所述喷嘴针尖端和所述盲孔之间。因为在燃料流入到喷射孔中时不发生压力下降或者仅仅发生小的压力下降，在这种情况下气穴形成被抑制，所述气穴形成否则可能导致在喷射孔或者盲孔的区域中众所周知的气穴损坏。

喷嘴针的部分行程尤其为喷嘴针行程的这样的区域：在所述区域中，座横截面和总喷射孔横截面的比例不超过1.3。只有当总喷射孔横截面大于座横截面的1.3倍时，在盲孔中才存在气穴形成的风险，因为那时喷射孔构成最小的流动横截面并且因此在燃料从压力腔流入到盲孔中时发生压力下降。因而，通过密封面的根据本发明地成形有效地防止在喷嘴针的部分行程区域中的气穴倾向。以有利的方式，在针尖端和盲孔的壁之间直至喷射孔上棱边的流动横截面最高为座截面的2倍，其中，喷射孔上棱边为在盲孔中环绕的、假想的线，该假想的线由在盲孔的壁中的喷射孔的面向体座的入口棱边标记。

在本发明的有利的构型中，在喷嘴针的密封面到针尖端的过渡部上构造有凸肩，该凸肩与在体座到盲孔的过渡部上的过渡棱边共同作用地导致在该区域中的流动横截面的有利构型。

在一种另外的有利构型中，在针尖端和密封面之间，在喷嘴针上构造有过渡锥体，该过渡椎体的开口角不同于密封面的开口角和针尖端的开口角。同样地与在盲孔开始处的过渡棱边共同作用地，可以实现流动优化，以便使喷嘴针适配于喷射孔或者体座的不同构型。

在另外的有利的构型中，锥形的针尖端的开口角和锥形的盲孔的开口角相同大。由此，在这些构件之间产生均匀的流动横截面并且因此产生流动均匀化。在此，此外，在一种有利构型中，喷射孔上棱边的直径可以大于过渡棱边的直径。由此可以实现，在喷嘴针与盲孔的壁之间的流动横截面在过渡棱边和喷射孔上棱边之间是恒定的，从而实现流动均匀化。

附图说明

在附图中示出根据本发明的喷射喷嘴的不同实施例。附图示出

图1以纵截面示出喷射喷嘴，如该喷射喷嘴从现有技术中已知，

图2示出从现有技术已知的、具有喷嘴针和几何参量定义的盲孔的放大图，

图3示出同样从现有技术已知的喷嘴，其中，在这里，定义另外的流动横截面，

图4以与图2相同的图示示出根据本发明的喷射喷嘴的根据本发明的第一构型，和

图5，6，7和8示出本发明的另外的实施例。

具体实施方式

在图1中以纵截面示出燃料喷射器1，如该燃料喷射器从现有技术已知，其中，仅示出燃料喷射器的喷射喷嘴区域，这对于对本发明的随后解释是足够的。喷射喷嘴具有喷嘴体2，该喷嘴体在节流盘3处于中间层的情况下借助于张紧螺母7相对于保持体5液体密封地拉紧。在喷嘴体2中构造有压力腔9，所述压力腔可通过构造在保持体5和节流盘3中的高压钻孔12被处于高压下的燃料充注。在压力腔9中可纵向移动地布置活塞状的喷嘴针14。在此，喷嘴针14在压力腔9内的导向区段15中被导向，其中，通过在喷嘴针14上的多个磨片16确保在该导向区段15中的燃料流，所述磨片构造为这样大，使得在该区域中不发生燃料流节流。在喷嘴体2的燃烧室侧的喷嘴体2的端部上，在压力腔9中构造有体座25，该体座锥形地成形并且该体座与构造在喷嘴针14上的锥形密封面27共同作用。在锥形的体座25上连接盲孔32，多个喷射孔30从该盲孔出发，燃料通过所述多个喷射孔出来。

在背离燃烧室的端部上，喷嘴针14在套筒18中被导向。套筒18被包围喷嘴针14的关闭弹簧19压向节流盘3并且因此在该位态中地点固定地保持。喷嘴针14、套筒18和节流盘3限界控制腔22，控制腔通过注入节流部23与高压钻孔12连接。为了控制控制腔22中的压力，控制腔22可以通过流出节流部21与在附图中未更详尽地示出的、在保持体5中的低压腔连接。为此，在保持体5中构造有控制阀20，该控制阀通过电磁的或者压电的促动器驱动地打开和关闭该连接。如果发生燃料喷射，则控制阀20打开控制腔22到低压腔的连接，其方式是，释放流出节流部21。由于在控制腔22中的压力下降，朝体座25的方向作用的液压关闭力减小，并且，喷嘴针14从体座25上抬起并且释放在密封面27和体座25之间的流动横截面，燃料可以通过所述流动横截面从压力腔9流到盲孔32中并且从那里流至喷射开口30。燃料通过喷射孔30出来，在此被精细地雾化并且与在燃烧室中的空气共同地构成可点燃的混合物。为了结束燃料喷射，控制阀20再次关闭，并且从高压钻孔12中通过注入节流部23补充流入的燃料将喷嘴针14压回到其关闭位态中，也就是说，贴靠在体座25上。

为了进一步解释，图2示出图1的用II标记的局部的放大图。因为喷嘴体2和喷嘴针14关于纵轴线10旋转对称地构造，在这里出于清楚的原因，仅示出喷射喷嘴的一侧。锥形的体座25具有开口角γ，这里，该开口角被定义为在纵轴线10和体座25之间的角度。体座25通过形成过渡棱边35过渡到盲孔32中，其中，盲孔32具有锥形区段132并且在燃烧室侧的端部上通过圆顶34来限界。这里，锥形盲孔32的开口角用σ表示并且明显小于体座25的开口角γ。喷嘴针14上的密封面27同样锥形地构造并且与体座25共同作用。密封面27的开口角用α表示并且在本实施例中略微大于体座25的开口角γ。喷射孔30构造为分布在盲孔32的周边，例如五个或者六个喷射孔30，其中，喷射孔30构成上方入口棱边31，即，喷射孔30的圆形入口棱边的离体座25最近的区域。

燃料从压力腔9到盲孔32中并且进一步到喷射孔30中的流动穿过不同的流动横截面进行，如在图3中示出。在密封面27和过渡棱边35之间的流动横截面构成座横截面As。当喷嘴针处于部分行程中时，也就是说，当该喷嘴针在打开行程运动开始时仅少量地远离体座25时，该座横截面As构成最小流动横截面。燃料穿过座横截面As流到盲孔32中并且在此经过由喷射孔上棱边33构成的面A_SO。在此，喷射孔上棱边33被定义为假想的线，入口棱边31位于所述假想的线上。该入口棱边构成在燃料流入喷射孔30之前的流动横截面。所有喷射孔30共同构成总喷射孔横截面A_SL，使得在盲孔32内的流动尤其由这些流动横截面相对彼此的比例来确定。此外，其它几何参量也对燃料流动具有影响，尤其是所谓的L尺寸，该L尺寸在图3中用L标记并且该L尺寸标记过渡棱边35到喷射孔30的中心的间距。如果喷嘴针14首先移动了其最大打开行程的一小部分，则座横截面A_S构成最小横截面，而喷射上棱边A_SO的面积与之相比相对大。只有在当喷嘴针14超过确定的行程时，总喷射孔横截面A_SL才构成最小流动横截面，使得燃料流动在进入喷射孔时才被抑制，这不会导致盲孔32中的气穴。

图4以与图3相同的图示示出根据本发明的喷射喷嘴的第一实施例。在喷嘴针14上，紧挨着锥形密封面27地构造有针尖端28，所述针尖端伸入到盲孔32中。针尖端28同样锥形地构造并且具有小于密封面27的开口角α的开口角β。在该实施例中，开口角β大约相当于盲孔壁的开口角σ，使得在针尖端28和盲孔32的壁之间构成在很大程度上恒定的流动横截面。该流动横截面延伸直到喷射孔上棱边33的高度，使得实现在座横截面A_S和喷射孔30之间的该区域中的流动均匀化。因此，在燃料进入盲孔32中时不发生压力下降并且因此不形成气穴，但至少发生气穴倾向的明显降低，这防止在盲孔32和喷射孔30的区域中的气穴损坏。为了构成该流动横截面，构造在密封面27和针尖端28之间的中断棱边17的直径D_B1小于过渡棱边35(参见图2)的直径D_S，所述过渡棱边标记在体座25和盲孔32之间的过渡部。

在图5中示出根据本发明的喷射喷嘴的另一实施例。这里，在密封面27和针尖端28之间，在喷嘴针14上构造有过渡锥体24。过渡锥体24的开口角τ大于密封面27的开口角α并且小于针尖端28的开口角β，使得在密封面27到过渡锥体24的过渡部上同样地构造有棱边。在密封面27和过渡锥体24之间的过渡棱边37的直径D_A大于过渡棱边35的直径，以便形成朝喷射孔30的相应流动路径。

在图6中示出根据本发明的喷射喷嘴的盲孔的另一变型。这里，喷射孔32紧接着锥形区段132地具有柱形区段232，该锥形区段由过渡棱边35和中间棱边36限界，倒圆角的圆顶34紧接着该柱形区段232。与相应地成形的喷嘴针14的相互作用在图7中示出。这里，锥形的针尖端28在针行程的大部分上与盲孔32的锥形区段132相对并且因此构成导致流动平息下来的流动横截面。这里，尤其可以使用喷嘴针14，该喷嘴针在密封面27和针尖端28之间具有过渡锥体24。在图8中示出根据本发明的喷射喷嘴的另外的实施例。这里，在密封面27到针尖端28的过渡部上构造有凸肩26，通过该凸肩构成中断棱边17。

在根据本发明的喷射喷嘴中，相应的角度和间距必须这样相协调，使得在喷嘴针的部分行程期间，其中，座横截面A_S仅少量地大于总喷射孔横截面A_SL，从而在进入盲孔32中时不发生流动减速，而是在进入喷射孔30中时才发生流动减速。在此，尤其有利的是，过渡棱边35的直径D_S大于中间棱边36的直径并且最高为该直径D_S2的1.6倍。进一步有利的是，针尖端28的锥角β位于盲孔32的锥形区段132的开口角σ的+/-20°的范围内。

Claims (9)

1.用于在高压下喷射燃料的喷射喷嘴，该喷射喷嘴具有喷嘴体(2)，在所述喷嘴体中构造有能在高压下用燃料充注的压力腔(9)并且在所述喷嘴体中构造有锥形的体座(25)，所述体座在形成过渡棱边(35)的情况下通到盲孔(32)中，多个喷射孔(30)从该盲孔出发并且所有喷射孔的流动横截面的总和构成总喷射孔横截面(A_SL)，并且所述喷射喷嘴具有在所述压力腔(9)中能纵向移动地布置的喷嘴针(14)，所述喷嘴针以锥形密封面(27)与所述体座(25)共同作用以打开和关闭流动横截面，其中，所述喷嘴针(14)在该喷嘴针的面向所述体座(25)的端部上具有针尖端(28)，在所述密封面(27)贴靠在所述体座(25)上时，所述针尖端伸入到所述盲孔(32)中，其中，在喷嘴针(14)从所述体座(25)上抬起的情况下，在所述密封面(25)和所述过渡棱边(35)之间形成座横截面(As)，燃料能够通过所述座横截面从所述压力腔(9)流到所述盲孔(32)中，

其特征在于，所述针尖端(28)锥形地成形并且具有开口角(β)，该开口角小于所述锥形密封面(27)的开口角(α)，并且，所述盲孔(32)具有带有开口角(σ)的锥形区段(132)，该锥形区段衔接所述过渡棱边(35)，其中，所述针尖端(28)在所述喷嘴针(14)的部分行程中布置在所述盲孔(32)的锥形区段(132)的高度上。

2.根据权利要求1所述的喷射喷嘴，其特征在于，所述喷嘴针(14)的部分行程为这样的针行程区域：在所述针行程区域中，座横截面(A_S)和总喷射孔横截面(A_SL)的比例不超过1.3(A_S/A_SL≤1.3)。

3.根据权利要求2所述的喷射喷嘴，其特征在于，所述针尖端(28)和所述盲孔(32)的壁之间的直到喷射孔上棱边(33)的流动横截面最大是所述座横截面(A_S)的两倍，其中，所述喷射孔上棱边(33)为在所述盲孔(32)中环绕的假想线，所述假想的线由喷射孔(30)的在所述盲孔(32)的壁中面向所述体座(25)的入口棱边标记。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷射喷嘴，其特征在于，在所述密封面(27)到所述针尖端(28)的过渡部上构造有凸肩(26)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的喷射喷嘴，其特征在于，在所述针尖端(28)和所述密封面(27)之间，在所述喷嘴针(14)上构造有过渡锥体(24)，所述过渡椎体的开口角(τ)不同于所述密封面(27)的开口角(α)和所述针尖端(28)的开口角(β)。

6.根据权利要求1所述的喷射喷嘴，其特征在于，所述锥形的针尖端(28)的开口角(β)和锥形的所述盲孔(32)的开口角(σ)相同大。

7.根据权利要求1所述的喷射喷嘴，其特征在于，所述喷射孔上棱边(33)的直径(A_SO)大于所述过渡棱边(35)的直径(D_S)。

8.根据权利要求1所述的喷射喷嘴，其特征在于，在所述喷嘴针(14)和所述盲孔(32)的壁之间的流动横截面在所述过渡棱边(35)和所述喷射孔上棱边(33)之间是恒定的。

9.根据权利要求1所述的喷射喷嘴，其特征在于，在所述盲孔(32)中在所述锥形区段(132)上衔接柱形区段或者圆顶(34)。

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