用于内燃机的燃料喷射阀的阀针上的节流阀

摘要

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射阀，具有阀体(1)，在该阀体(1)中构造出一压力室(5)，一阀针(3)可纵向移动地设置在该压力室(5)中，该阀针(3)以一构造在该阀针(3)上的密封面(11)与一阀座(7)共同作用。该阀座(7)限定了压力室(5)，其中，通过所述阀针(3)与阀座(7)的共同作用实现或中断到至少一个喷射孔(8)的燃料流。为此，该燃料流穿过所述阀针(3)和所述压力室(5)的壁之间流向所述喷射孔(8)，其中，在所述阀针(3)和所述压力室(5)的壁之间构造有一锐利棱边的间隙节流阀(15)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射阀，该燃料喷射阀例如优选用于将高压下的燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中。在此，尤其有利的是在自点火的内燃机的燃料喷射中使用。

背景技术

在开发内燃机时，保持有害物质极限值具有高的优先性。在此，共轨喷射系统对减少有害物质做出了重要贡献，其中，决定性的因素是：共轨系统能够与喷射压力和发动机的转速和负载无关地在任何时刻进行精确的喷射。为了喷射燃料，在此已知了行程控制的共轨喷射器，该共轨喷射器的阀针伺服运行。相应的控制阀通过压电致动器或电磁致动器控制，所述致动器可非常快速地开关并且由此允许急速地打开阀针。

然而，为了呈现各种不同的分喷射，尤其是以非常少的燃料量进行的预先喷射和后续喷射，相应快速地关闭喷嘴针也是必须的。为此，开发出了各种不同的设计，例如喷嘴针上的永久的低压级，该低压级持久地施加关闭力并且因此加速了阀针的关闭运动。然而，这样的低压级具有如下缺点：它会带来高的泄露并且因此需要更高的泵功率，这导致系统效率的损失并且由此导致更高的燃料消耗。所述不利之处可能尤其在引入更高压力时是有问题的。

因此，无泄露地设计了用于极高喷射压力的最新的喷射器，其方式是消除了该低压级。然而，由此仅有很小的力用于关闭阀针，这减小了喷射极小的量的能力。该缺点仅能非常困难地弥补，例如通过使用相应快速地开关的控制阀，然而这是昂贵且耗费的。

如例如由公布文献DE 100 24 703 A1已知的那样，阀针在喷射阀的压力室中在一中间导向区段内导向，其中，燃料通过两个、三个或四个磨除部经过阀针。由此产生的节流阀位在该区域中导致压力降，使得压力室中的压力在导向区段的上游高于导向区段的下游，这引起作用在阀针上的永久的关闭力并且部分地弥补了上述缺点。然而在此出现了如下问题：节流作用与燃料的黏度有关，而黏度又是压力和温度的函数。因此，压力降和由此针关闭力在燃料喷射阀的大的运行区域中与温度和压力有关，这导致每次喷射的燃料喷射量都不同。由此在燃料量测量中引起的不准确性对内燃机的有害物质排放有不利影响。

发明内容

通过按本发明的燃料喷射阀形成了一确定的节流阀位，该节流阀位与燃料的雷诺数无关地产生一压力降，使得节流效果与燃料的温度无关。由此在阀针上实现持久且恒定的关闭力，该关闭力保证了阀针的快速关闭并且由此保证了燃料喷射阀的良好的极少量能力。此外，在阀针和压力室的壁之间形成了一锐利棱边的间隙节流阀，该间隙节流阀在适当确定尺寸的情况下与燃料的雷诺数无关地产生一压力降。该雷诺数主要与密度和动态的黏度有关，而密度和黏度又基本上由燃料的温度决定。由于与雷诺数不相关，间隙节流阀的衰减作用与温度无关并且由此是恒定的，这导致作用在阀针上的关闭力保持不变。

在本发明的主题的第一有利设计形式中，间隙节流阀通过一凸缘形成，该凸缘在其外边缘上具有锐利的棱边，使得在该凸缘的棱边和压力室的壁之间形成锐利棱边的间隙节流阀。如果在阀针上设置有一导向区段，则该凸缘在此既可以构造在该导向区段的上游，也可以构造在该导向区段的下游。

为了传输燃料，可以以有利的方式规定，在凸缘上构造一个或多个磨除部，这些磨除部同样具有锐利的棱边，从而保证与雷诺数的不相关性。通过磨除部的尺寸可以确定流量并且由此确定间隙节流阀的节流作用和确定所述关闭力。为了在保持凸缘的稳定性不变的情况下优化节流作用，凸缘的基本上三角形的横截面是有利的，该横截面通过三个磨除部实现。在此，凸缘可以与阀针一体地构造，或者也可以在加工好阀针之后粘接、焊接或热压套装在该阀针上。

附图说明

在附图中示出了按本发明的燃料喷射阀。其中示出：

图1示出具有按本发明的燃料喷射阀的燃料喷射器的纵剖视图；

图2示出图1中所示的喷射阀，其中，仅示意性地示出了带有重要部件的燃烧室侧的部分；

图3a至3c示出凸缘的和因此间隙节流阀的各种不同的设计方案。

具体实施方式

图1中以纵剖视图示出了一种燃料喷射阀。这种燃料喷射阀的基本原理由现有技术早已公开，因此可以省去对已知部件的详细描述并且接下来仅仅简短地说明其功能。该燃料喷射器包括一燃料喷射阀1和一喷射器体100，该喷射器体100包含一用于控制喷射的控制阀30。该喷射器体100与燃料喷射阀1连接，该燃料喷射阀1包括一阀体2并且在该阀体中设置了喷射孔8，燃料通过该喷射孔8喷射出。在该阀体2中设置有一阀针3，该阀针3与一活塞杆32连接，其中，该活塞杆32以其端面限定一控制室36，该控制室36构造在套筒38中。通过弹簧40对活塞杆32施压并且因而也将阀针3压靠在一阀座7上，由此关闭所述喷射孔8。

所述控制室36可通过排流节流阀42与无压力的漏油室连接，该排流节流阀42可以通过所述控制阀30打开或关闭。为此，控制阀的衔铁31被电磁体33吸引，从而排流节流阀42被打开并且燃料可以从所述控制室36流出到漏油室中。为了结束喷射，所述电磁体33的供电被切断，并且衔铁31在弹簧加载下滑回到其初始位置中并且关闭排流节流阀42。通过流入节流阀44补偿控制室36中流出的燃料。在此，在一高压存储器34中提供的压缩燃料被输送给所谓的轨并且通过一高压管路35输送给燃料喷射阀。

图2中以纵剖视图放大地示出了图1的燃料喷射阀，其中，仅示出了燃料喷射阀的那部分，该部分在安装位置中面向燃烧室。该燃料喷射阀1包括一压力室5，该压力室5可被填充高压下的燃料并且该压力室5朝向燃烧室地被阀座7限定，该阀座7构造为基本圆锥形并且从该阀座延伸出多个喷射孔8。阀针3可纵向移动地设置在压力室5中，该阀针构造为具有轴线9的活塞形。该阀针3以导向区段10在压力室5中导向，使得该阀针相对于圆锥形的阀座7始终准确地对准中心。流向喷射孔8的燃料流过阀针3和压力室5的壁之间的环形间隙并且在导向区段10的区域中被多个磨除部12引导，这些磨除部提供了足够大的通流横截面。在阀针3上，在阀针的面向阀座的端部上构造有一密封面11，阀针3借助该密封面11与阀座7共同作用。因此，在阀针3贴靠在阀座7上时，从压力室5至喷射孔8的燃料流中断并且只有当阀针3从阀座7抬起时才接通。

在导向区段10上游，在阀针3上构造一凸缘17，该凸缘17环形地在阀针3的整个圆周上延伸。该凸缘17在其外侧上锐利棱边地构造，其中，这样形成的棱边20具有长度L。由此在压力室5的壁和棱边20之间形成锐利棱边的间隙节流阀15。

该燃料喷射阀的工作原理如下：在喷射循环开始时，阀针3在其关闭位置中，也就是说贴靠在阀座7上。该阀针3通过一关闭力压靠在阀座7上，该关闭力通过控制室36中的压力液压地产生。在压力室5中，燃料处于高压下，然而该高压由于关闭力的原因并不在阀针3上施加沿纵向的任何合力。如果要进行喷射，则关闭力被减小，而阀针3从阀座7抬起并且释放从压力室5至喷射孔8的燃料流。为了关闭阀针3而重新提高关闭力，使得阀针3承受阀座7上的合力并且回到其关闭位置中。

为了加速该关闭运动，凸缘17以如下方式作用：通过间隙节流阀15在那里得到一压力降，使得在压力室5的位于凸缘17上游的部分中存在比下游更高的压力。因此，一液压力作用在凸缘17的第一压力面22上，该该第一压力面22指向上游，该液压力大于第二压力面23上的液压力，该第二压力面23位于反面地构造在凸缘17上。与单纯地提高阀针3的背离阀座的端部上的关闭力相比，凸缘17上的、指向阀座7的方向液压合力在此有助于更快地关闭阀针3。

该关闭力的高低决定性地取决于间隙节流阀15上的压力降的大小。该压力降的高低又取决于间隙节流阀15的横截面和燃料的黏度，该黏度是压力室5中的温度和压力的函数。通过棱边20的锐利棱边的构造实现了：所述压力降和因此该间隙节流阀处的衰减与雷诺数无关并且因而也与燃料的黏度和温度无关。因此，与工况点无关地且与燃料的温度无关地得到作用在阀针3上的始终保持不变的关闭力和可重现的关闭特性。

上述的效应也以类似的方式出现在导向区段10或者磨除部12上，然而压力降在此显然与雷诺数有关。因此，在该实施例中，要注意，这些磨除部12被构造得如此大，使得在导向区段10上不产生或者仅产生带有相应的附加的关闭力的、非常小的压力降。

图3a示出了凸缘17和间隙节流阀15的俯视图。对功能而言重要的是，间隙节流阀15通过锋锐的棱边20形成。在此，液压直径D_Hyd是决定性的，该直径通过通流横截面和通流的边缘长度给出，其中，该边缘长度是内边缘长度和外边缘长度之和。通常满足：

为了描述而参照图3a，其中，间隙节流阀15是具有外径D_a和内径D_i的环形间隙，其中，外径D_a相当于压力室5的内径，而内径D_i相当于凸缘17的直径。该液压直径D_Hyd则很近似地为：

D_Hyd＝D_a-D_i

当L为棱边20的长度时，对于与雷诺数的不相关性而言，在间隙节流阀15中必须满足以下条件：

L/D_Hyd＜5

从而该间隙节流阀在本发明的意义上是锐利棱边的。

如果D₀是阀针3的在凸缘17紧前面的直径，则当还满足条件：

时，得到了优化的功能。

在图2和3a的情况下，这等同于：

$\frac{{D_a}^2-{D_i}^2}{{D_a}^2-{D_0}^2}<0.2$

图3b示出了凸缘17的一种替代设计形式，在该设计形式中设置有侧向的磨除部25，这些磨除部25使凸缘17在横截面中得到了基本上三角形的构型。这些磨除部25在此为了清楚起见被夸大地示出并且这些磨除部25的长度K自然地以凸缘17的长度L为准。替代如图3b所示的三个磨除部25，也可以设置数量更多的磨除部25，例如4、5或6个磨除部25。

在按图3b的实施例中，液压直径D_Hyd以不同于在按图3a的实施例中的方式计算。如果S是磨除部25的弧长，K是磨除部25的棱边长，而A是通过磨除部25中的一个在该磨除部25和压力室5的壁之间形成的面积，则得出D_Hyd为：

$D_{\mathrm{Hyd}}=\frac{4·A}{S+K}$

图3c示出了凸缘17的另一种设计形式，其中，在此间隙节流阀15通过凸缘17中的多个槽27实现并且凸缘17的最大长度L在这种情况下取决于这些槽27的尺寸。在此，阀针3和压力室6之间余留下的间隙在这些槽27之间如此确定尺寸，使得实际上存在密封并且燃料因此仅仅通过槽27流动。这些槽27的边缘在此构造为锐利棱边的，从而保持与雷诺数的不相关性。

按图3c的实施例按以下方式计算：如果b是槽27的宽度，而h是深度，则满足：

$D_{\mathrm{Hyd}}=2\frac{h·b}{h+b}$

间隙节流阀15在此可以设置在导向区段10的内部或外部。

仅仅当间隙节流阀按上述定义是锐利棱边的时，才能在间隙节流阀上实现与雷诺数无关的节流。在此，锐利的棱边可以在形成间隙节流阀15的构件的一侧上，而在另一侧上设置平滑的壁，如在以上例子中压力室5的壁那样。也可以规定，间隙节流阀15通过两边锐利的棱边形成，例如其方式是：与在以上按图3a的实施例中的凸缘17相面对地，在压力室5的内壁上设置一个同样锐利棱边的棱。在阀针3的一个不算太大的打开行程的情况下，能在整个打开过程期间获得这种效果。但是也可能的是，凸缘和棱这样地相互对准，使得只有在阀针3已打开的状态下，也就是说凸缘和棱正好相面对时，才产生最大的衰减作用，而在打开行程运动开始时在间隙节流阀上只有很小的衰减作用，这有利于喷射孔8处的压力建立。