CN1993545A - 用于将燃料喷入内燃机燃烧室的装置 - Google Patents

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Abstract

在用于将燃料喷入内燃机燃烧室的装置中，其具有一个喷射器喷嘴(5)和一个在该喷射器喷嘴(5)中可纵向移动地导引的喷嘴针阀(7)，该喷嘴针阀至少部分地由喷嘴前室(8)所包围，并且为了控制其打开和关闭运动由在充满燃料的控制室(12)中存在的压力沿着轴向进行加载，其中在控制室(12)中通入一根输入管道，并从该控制室(12)中引出一根输出管道(19)，在该输出管道中接入了一个磁控阀(16)。通往控制室(12)的输入管道通过喷嘴针阀(7)的至少一个孔(14)导引，该孔通过一个入口节流阀(15)与喷嘴前室(8)进行连接。在控制室(12)和喷嘴前室(8)之间设置一个另外的入口节流阀(35)，其通流横断面在喷嘴针阀(7)的至少一个分冲程的通流期间可以根据喷嘴针阀(7)的冲程改变和/或关闭。

Description

用于将燃料喷入内燃机燃烧室的装置
本发明涉及一种用于将燃料喷入内燃机燃烧室的装置，具有一个喷射器喷嘴以及一个在该喷射器喷嘴中纵向移动导向的喷嘴针阀，该喷嘴针阀至少部分地被一个喷嘴前室所包围，并且为了控制其打开和关闭运动可以由在充满燃料的控制室中存在的压力沿轴向加载，其中在该控制室中通入一根输入管道，并且从该控制室中引出一根输出管道，在该输出管道中接入一个磁控阀，其中所述通往控制室的输入管道通过喷嘴针阀的至少一个孔进行导引，该孔通过一个入口节流阀与该喷嘴前室保持连接。
一种所述的装置例如已经由EP 921301 B1以及US 2002/125339A1所公开。
所述也称为喷射器的装置通常用于共轨系统，用以将柴油喷入柴油机的燃烧室中，并且通常如此构造，即喷射横断面的打开和关闭通过一个喷嘴针阀实现，该喷嘴针阀用一根杆纵向可移动地在一个喷嘴体中导向。喷嘴针阀的运动的控制通过一种电磁阀来进行。喷嘴针阀在两侧都用燃料压力以及通过沿关闭方向作用的压力弹簧加载。在喷嘴针阀的背面、也就是说在喷嘴针阀的背离喷嘴针阀座的一侧设置了一个控制室，在该控制室中燃料在压力下将喷嘴针阀沿着关闭方向进行加载，并且由此将喷嘴针阀压在针阀座或者说阀座上。
例如可以由电磁阀构造的控制阀释放从控制室引出的输出管道，从而控制室中的燃料压力下降，接着喷嘴针阀克服弹簧的力由施加在另一侧上的燃料压力从其阀座上抬起，并且通过这种方式使燃料向着喷孔喷出。喷嘴针阀的打开速度由通往控制室的输入管道中的流量与从控制室中引出的输出管道中的流量之间的差决定，其中不仅在输入管道、而且在输出管道中都接入了一个节流阀，其相应地确定了流量。
在传统的喷射器中，不仅通往控制室的输入管道、而且从控制室引出的输出管道都在限界控制室上侧面的间隔板中构造，并且由此紧靠磁控阀附近设置。但是在传统喷射器中使用重油作为燃料时会产生一系列的困难。重油具有高粘度，其中为了降低粘度有必要将其加热到150℃。这就会导致喷射器被加热到超过正常的程度，这尤其会在电磁阀的区域中导致问题。尤其因为通往控制室的输入管道和从控制室引出的输出管道紧靠电磁阀附近布置，这会导致高度变热，并由此导致危险或者甚至导致该构件损坏。因此已经提出，通往控制室的输入管道通过喷嘴针阀的至少一个孔进行导向，该孔通过一个入口节流阀与喷嘴前室进行连接。现在将通往控制室的输入管道通过喷嘴针阀的至少一个孔进行导引，由此从下面给控制室供给燃料，也就是说从控制室的与输出管道相对置的一侧向控制室供给燃料。由此控制室被沿着轴向通流，从而获得改善的流动特性。不将通往控制室的输入管道布置在间隔板中，而是通过喷嘴针阀的一个孔使在使用重油时观察到的热量产生远离磁控阀的区域，并且布置在喷嘴针阀的区域中，该喷嘴针阀本来就与加热的重油处于接触之中。在此喷嘴针阀的孔-通往控制室的输入管道通过该孔进行导引-通过一个入口节流阀与喷嘴前室相连接，由此获得了用于控制喷嘴针阀打开和关闭运动的一系列优化方案。
入口节流阀的一种类似的布置也已经由EP 1088985 A1所公开。除了一个中央的入口节流阀，在喷嘴针阀中设置了一个另外的入口节流阀。其工作原理是这样的，即中央的入口节流阀在喷嘴针阀打开时突然关闭，并由此不起作用。在喷嘴针阀关闭运动开始时，只有入口节流阀起作用，并且喷嘴针阀的关闭运动缓慢地开始，直到可以通过足够的横截面进行朝入口节流阀的径向流入，并由此实现快速的针阀关闭。
除了解决与使用重油相关的问题之外，本发明的任务还在于这样布置通往控制室的输入管道，从而可以实现一种尤其简单的结构，并且喷嘴针阀的打开和关闭运动的控制也可以得到优化。
为了解决该任务，根据本发明在控制室和喷嘴前室之间设置一个另外的入口节流阀，其通流横断面在喷嘴针阀的至少一个分冲程的通流期间可以根据喷嘴针阀的冲程改变和/或关闭，其中优选该另外的入口节流阀在喷嘴针阀的至少一个分冲程的通流期间打开，并且在该至少一个分冲程之外关闭。通过设置一个额外的通往控制室的入口节流阀可以调节每个时间单位到达控制室中的燃料量，其中对通流量的影响根据喷嘴针阀的冲程实现。如果每个时间单位有较多的燃料流入控制室，那么在保持从控制室的流出量的情况下减缓喷嘴针阀的运动。相反，如果进入控制室的附加流入量较少，那么加速喷嘴针阀的运动。在此例如可以至少在一个分冲程的通流期间对另外的入口节流阀的通流横断面进行连续的影响，从而该另外的入口节流阀在喷嘴针阀的至少一个分冲程的通流期间打开，并在该至少一个分冲程之外关闭。在此对喷嘴针阀的打开和关闭运动的影响可以以不同的方式方法进行，其中优选将该另外的入口节流阀从喷嘴针阀的打开位置开始在一个分冲程上打开。这表示该入口节流阀从其关闭位置开始在一个第一分冲程上首先关闭，并且在另一个分冲程上一直到打开位置都打开。这意味着打开运动快结束时减缓针阀打开，从而喷嘴针阀以较小的冲击力冲击间隔板，并由此降低在接触面上的磨损。在喷嘴针阀关闭过程中，喷嘴针阀较慢地在喷嘴针阀座上着陆，这同样使得磨损较小。
针阀打开首先缓慢进行，随后加速，这样一种相反的设计方案也可以带来一系列设定目标的优点，正如根据一种实施例在下面还要进行说明的那样。
有利的是如此进一步改进这种设计方案，使得喷嘴针阀在一个控制套筒中导引，并且所述另外的入口节流阀由一个通入喷嘴针阀的孔的节流孔以及该控制套筒中的入口孔构成，其中该节流孔和该入口孔在喷嘴针阀的一个分冲程的通流时重合，其中作为补充，该入口孔通入一个位于控制套筒内圆周上的环形槽中，并且可以与一个处于所述喷嘴针阀外圆周上的与该节流孔连接的环形槽相重合。在这种设计方案中，通过喷嘴针阀相对于控制套筒的轴向运动来释放或者关闭该另外的入口节流阀。在此该控制套筒具有一个入口孔，其可以与节流孔相重合，或者该节流孔可以直接与控制套筒的下边缘相互作用。在后面的情况下，这样进行设计，使节流孔通入位于喷嘴针阀外圆周上的环形槽中，该环形槽在第一分冲程通流后由控制套筒的下边缘封闭。
下面根据一种在附图中示意示出的实施例对本发明进行更详细地解释。附图示出：
图1示出了一个喷射器的横截面，
图2示出了一种不同设计方案的喷射器的下面部分的放大局部横截面，
图3示出了在根据图2的设计方案中针阀升程关于时间的变化曲线，
图4示出了另一种不同设计方案的喷射器，
图5示出了在根据图4的设计方案中针阀升程关于时间的变化曲线。
图1示出了一种用于大型柴油发动机共轨喷射系统的喷射器的结构。该喷射器1包括一个喷射器体2、一个阀体3、一个间隔板4和一个喷射器喷嘴5，这些部件通过一个喷嘴锁紧螺母6固定在一起。喷射器喷嘴5包括一个喷嘴针阀7，该喷嘴针阀在喷射器喷嘴5的喷嘴体中可纵向移动地导引，并且具有多个自由表面，通过这些自由表面，燃料可以从喷嘴前室8流向针阀尖端。在喷嘴针阀7作打开运动时，燃料通过多个喷孔9喷入内燃机燃烧室中。
在喷嘴针阀7上有一个凸缘，在该凸缘上支撑着一个压力弹簧10，该压力弹簧以其上端部将一个控制套筒11压向间隔板4的底面。控制套筒11、喷嘴针阀7的上端面以及间隔板4的底面围成了一个控制室12。在控制室12中存在的压力对于控制喷嘴针阀的运动是决定性的。通过燃料入口孔13，燃料压力一方面在喷嘴前室8中起作用，在该喷嘴前室中该燃料压力通过喷嘴针阀7的压力肩沿着喷嘴针阀7的打开方向施加一个力。另一方面该燃料压力通过该孔14和入口节流阀15在控制室12中起作用，并在压力弹簧10的力的支持下将喷嘴针阀7保持在其关闭位置。
电磁阀的电枢17在喷射器的关闭位置中通过压力弹簧22向下挤压，并且通过压紧螺栓21、下面的折式板(Balgplatte)23和球形板24将阀球25压入锥形阀座26中，该锥形阀座设置在间隔板4中。用一个螺纹连接件27将上面的折式板29通过一个调整垫片30密封地安装在阀体3上。金属膜盒(Federbalg)28通过焊接或者粘结密封地固定在上面的折式板29和下面的折式板23上，并且一方面在电磁阀室31和出口室32之间进行密封，另一方面使得压紧螺栓21和下面的折式板23之间可靠地压紧。
随着致动电磁体16，电枢17连同与其连接的压紧螺栓21都被抬起，并且阀座26打开。来自控制室12的燃料通过输出管道19流过出口节流阀20和打开的阀座26流入无压力的未示出的出口通道，这随着作用在喷嘴针阀7上端面上的液压力的下降会导致喷嘴针阀7的打开。现在燃料通过喷孔9到达发动机的燃烧室中。在喷射器喷嘴5的打开状态下，高压燃料同时通过入口节流阀15流入控制室12，并通过出口节流阀20流出较大的量。在此所谓的控制量无压力地排出到出口通道中，也就是从该轨道中除了喷射量还获取所谓的控制量。喷嘴针阀7的打开速度由入口节流阀和出口节流阀15、20之间的流量差决定。
在致动电磁体16结束时，电枢17通过压力弹簧22的力向下挤压，并且阀球25在锥形阀座26上封闭燃料通过出口节流阀20的出口路径。通过入口节流阀15在控制室12中重新建立燃料压力，并产生一个关闭力，该关闭力超过作用在喷嘴针阀7的压力肩上的液压力减去压力弹簧10的力。由此喷嘴针阀7封闭了到喷孔9的路径，并结束了喷射过程。
根据本发明，在图1中所示的喷射器的情况下，入口节流阀15并没有位于间隔板4中，而是设置在喷嘴针阀7中。其与孔14一起建立了喷嘴前室8和控制室12之间持久敞开的连接。将入口节流阀15和出口节流阀20布置在不同的构件中的优点是，更容易匹配对发动机方案的不同要求，并且在两个节流孔中的其中一个上出现可能的磨损的情况下可以更加成本低廉地进行更换。
图2示出了在控制套筒11的区域和喷嘴针阀7上部区域中的局部剖面图。喷嘴针阀7除了入口节流阀15还有一个另外的入口节流阀35，其通入喷嘴针阀7中的环形槽36中，该环形槽在喷嘴针阀7驶过一个分冲程40之后与控制套筒11中的环形槽37相对应，并由此通过控制套筒11中的入口孔38打开从喷嘴前室8到控制室12的附加连接。由此更多的燃料流入控制室12，并且喷嘴针阀7的打开运动变慢。图3示出了这种布置对针阀升程变化曲线的影响。这里示出了关于时间的针阀运动。实线组示出了在按照图1进行布置的情况下的针阀运动，虚线组则示出了在按照图2进行不同布置的情况下的针阀运动。在经过该分冲程40之后通过使针阀打开减速实现了针阀运动的一种较平缓的上升41。喷嘴针阀7也以较小的冲击力击打间隔板4。由此减小了在接触面上的磨损。这种布置的另一个作用在于，在受控制的入口节流阀35关闭后喷嘴针阀7关闭过程期间，燃料输入到控制室12仅仅通过打开入口节流阀15实现，并且由此使得关闭过程变慢。图3中较平缓的下降42的线条示出了对针阀运动的作用。由此使得喷嘴针阀7较轻柔地在阀座上着陆，这也使得该部位的磨损减小。所示的针阀运动变化曲线与其对喷射过程的影响在发动机的许多燃烧室形式中都是所期望的，在其它形式中至少没有不利之处，并且明显延长了喷射器的使用寿命。
图4示出了在控制套筒11的区域和喷嘴针阀7上部区域中的另一个局部剖面图。这里在喷嘴针阀7中在入口节流阀15上方设置了一个环形槽36，其与受控制的入口节流阀39相连接，该环形槽在驶过一个分冲程40之后由控制套筒11的下边缘封闭。该分冲程40在此小于喷嘴针阀7从关闭位置一直到打开位置的冲程。通过这种布置，使得喷嘴针阀7在第一阶段、也就是不仅入口节流阀15而且受控制的入口节流阀39都打开的情况下以较小的速度进行打开过程。到控制室的流入量仅仅略小于通过出口节流阀20的流出量。在环形槽36封闭、并由此与受控制的入口节流阀39进行连接之后，流入量明显下降，并且喷嘴针阀7的打开速度由此增加。图5示出了这种布置对于针阀运动的影响。在驶过喷嘴针阀7的该分冲程40期间，在喷射开始后获得较平缓的上升43。在喷嘴针阀7关闭过程中，首先仅仅通过入口节流阀15缓慢地填充控制室12。在受控制的入口节流阀39得到释放后进行较快的填充，并且加速针阀关闭。这使得针阀运动44在喷射结束时较陡峭地下降。对于许多发动机来说，这种针阀升程变化曲线连同其对喷射过程的影响以及由此对燃烧过程的影响都是对燃耗、噪声和排放有利的。
所示布置方案另外的优点是降低了无压力地排入燃料回流中的控制量。

Claims (6)

1.用于将燃料喷入内燃机燃烧室的装置，具有一个喷射器喷嘴(5)和一个在该喷射器喷嘴(5)中可纵向移动地导引的喷嘴针阀(7)，该喷嘴针阀至少部分地由喷嘴前室(8)所包围，并且为了控制其打开和关闭运动由在充满燃料的控制室(12)中存在的压力沿着轴向进行加载，其中在控制室(12)中通入一根输入管道，并从该控制室(12)中引出一根输出管道(19)，在该输出管道中接入了一个磁控阀(16)，其中通往控制室(12)的输入管道通过喷嘴针阀(7)的至少一个孔(14)导引，该孔通过一个入口节流阀(15)与喷嘴前室(8)进行连接，其特征在于：在控制室(12)和喷嘴前室(8)之间设置一个另外的入口节流阀(35)，其通流横断面在喷嘴针阀(7)的至少一个分冲程的通流期间可以根据喷嘴针阀(7)的冲程改变和/或关闭。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述另外的入口节流阀(35)在喷嘴针阀(7)的至少一个分冲程(40)的通流期间打开，并且在该至少一个分冲程(40)之外关闭。
3.按权利要求1或者2所述的装置，其特征在于：所述另外的入口节流阀(35)从喷嘴针阀(7)的打开位置出发在一个分冲程(40)期间打开。
4.按权利要求1、2或者3所述的装置，其特征在于：所述喷嘴针阀(7)在一个控制套筒(11)中导引，并且所述另外的入口节流阀(35)由一个通入喷嘴针阀(7)的孔(14)的节流孔和一个在控制套筒(11)中的入口孔(38)构成，其中该节流孔和入口孔(38)在喷嘴针阀(7)的一个分冲程(40)的通流期间重合。
5.按权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于：所述入口孔(38)通入一个处于控制套筒(11)内圆周上的环形槽(37)，并且可以与一个与该节流孔连接的处于喷嘴针阀(7)外圆周上的环形槽(36)重合。
6.按权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于：所述节流孔通入一个处于喷嘴针阀(7)外圆周上的环形槽(36)，该环形槽(36)在一个第一分冲程(40)的通流之后由控制套筒(11)的下边缘封闭。
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