CN102165176B - 用于将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射器，用于内燃机，包括阀控制活塞(8)的控制室(12)，给该控制室配置一个具有流入节流器(26)的用于输送被加载高压的燃料的流入孔(20)和一个具有流出节流器(42)的流出孔(14)，该流出孔可通过控制阀闭合，其中，流过该流入孔(20)的被加载高压的燃料被偏心地引入到该控制室(12)中并且在该控制室(12)内部产生涡旋流动，该涡旋流动的旋转轴线相对于该流出孔(14)的轴线(36)同轴地延伸。

Description

用于将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器

背景技术

在如由储存器喷射系统领域公知的用于将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器中，喷射过程的控制根据配置给阀控制活塞的控制室的控制阀的位置来进行。控制室在此通过流入孔在流动上与高压管路连接，被加载高压的燃料通过该高压管路输送给喷射器。为了卸载压力，阀控制活塞的控制室通过流出孔与压力补偿室连接，其中，流出孔由补偿压力的控制阀关闭。在控制阀打开时，被加载高压的燃料通过流出孔从控制室流动到喷射器的压力补偿室中，由此，阀控制活塞被释放。通过释放阀控制活塞，喷嘴针阀打开，燃料通过该喷嘴针阀喷射到内燃机的燃烧室中。喷嘴针阀的与阀控制活塞的控制室中的控制体积的变化相关的动态打开和闭合特性在此可通过设置在流入孔中的流入节流器和设置在流出孔中的流出节流器的设计来确定。

在控制阀打开时，被加载高压的燃料从控制室以高的流动速度穿过流出孔朝喷射器的压力补偿室的方向流动，其中，由于在流出孔和流出节流器的区域中横截面减小而产生燃料压力的局部变化。因为在储存器喷射系统中燃料被加载100MPa或1000bar以上的压力，所以，基于高动态的流体运动而可产生局部的压力降，该压力降导致局部形成蒸汽泡。在与横截面缩小相连的过压阶段中，蒸汽泡向内破裂，这也被称为空化。在蒸汽泡在控制阀的区域中向内破裂时，在此产生的高的局部的能量密度随着时间而在形成边界的壁的表面上导致侵蚀，由此导致不期望的材料剥蚀并且在控制阀的阀座上导致磨损。由此，由于产生空化侵蚀，阀座上以及阀体的配合区域中的表面受损，这可导致控制阀泄漏，由此可导致喷射器功能失效。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器，其中，使控制室的流出孔闭合的补偿压力的控制阀的阀座的由空化侵蚀造成的损坏得到避免。

根据本发明，用于将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器包括至少近似旋转对称的控制室，给该控制室配置一个阀控制活塞。控制室在此通过流入孔与喷射系统的高压侧液压连接。流入孔包括流入节流器，被加载高压的燃料到控制室中的流量通过该流入节流器限制。另外，控制室通过流出孔与喷射器的低压侧连接，其中，流出孔可通过控制阀闭合。为了将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中，控制阀可打开，其中，被加载高压的燃料从控制室流过流出孔和设置在流出孔中的流出节流器并且其结果是阀控制活塞为了打开喷射喷嘴而被释放。

根据本发明，被加载高压的燃料通过流入孔被偏心地引入到控制室中，由此，流入的燃料在控制室内部产生涡旋流动，该涡旋流动具有旋转分量和平移分量。在控制室内部旋转的流动在此具有相对于流出孔的轴线同轴地延伸的旋转轴线。

通过将被加载高压的燃料偏心地输送到控制室中而产生的旋转的燃料流动以涡旋的形式一直继续到流出孔中。由于涡旋和由此形成的流动而产生涡流线，该涡流线沿着旋转流动的旋转轴线延伸并且在所述涡流线的涡流中心中形成死水区。死水区在此不再供输送燃料使用，由此，燃料仅可沿着控制室和流出孔的壁流动。在控制阀打开时由于燃料的高的流动速度和流出孔的区域中的燃料压力的变化产生的蒸汽泡被排挤到旋转流动的中央即涡流中心中，在那里，蒸汽泡也向内破裂。以此方式避免蒸汽泡在限定流出孔边界的壁的附近或在控制阀的阀座的区域中向内破裂，由此避免材料剥蚀，由此避免由于空化而损坏。通过利用本发明所基于的原理而得到提供具有高寿命的适用于多次喷射和最高负荷的喷射器的可能性。

按照本发明的一个优选实施形式，为了使被加载高压的燃料从流入孔偏心地或切向地流入到控制室中，流入孔的流入节流器在相对于控制室的横截面偏心地延伸的方向上延伸。由此，流入节流器的轴线、优选整个流入孔的轴线不与控制室的横截面中心点相交。在控制室中被加载高压的燃料的旋转流动或涡旋的产生由此可通过简单的结构措施即通过关于控制室的横截面偏心地设置流入节流器来实现。

与由现有技术公知的在中央设置流入节流器不同——其中燃料在相对于控制室的横截面径向的方向上被引入到控制室中，在根据本发明的解决方案中得到优点：由于燃料通过偏心的流入节流器切向地流入，在控制室内部可产生根据本发明的涡流，该涡流一直继续到流出孔。

附加于偏心地设置流入节流器或作为其替换方案，根据本发明的另一个实施形式可提出，在控制室中设置有至少一个具有折流面的区段，所述区段使通过流入孔流入到控制室中的被加载高压的燃料偏转。由于流入的燃料通过折流面根据本发明偏转，控制室内部的燃料流根据本发明旋转，由此得到先前描述的优点。所述至少一个折流面在此例如可配置给限定控制室边界的壁的一个区段。

不言而喻，除了在控制室内部偏心地设置流入节流器或设置折流面以便使流入到控制室中的燃料偏转，也可考虑其它结构措施，通过这些结构措施可在控制室内部产生旋转的燃料流。

为了有目的地控制蒸汽泡的向内破裂，根据本发明可提出，流出孔包括扩压器，该扩压器使燃料的流动速度降低并且使燃料压力提高。扩压器在此在流出孔中设置在流出节流器的朝向控制阀的侧，由此在燃料的流动方向上设置在流出节流器之后。如在控制阀打开时试验研究所得到的那样，旋转流动作为涡流一直继续到流出孔，其中，涡流在流出节流器的区域中完全形成并且以高的速度转动。在过渡到扩压器时，在此涡流的空气排出区呈锥状扩展，由此，存在于涡流中心中的蒸汽泡有目的地向内破裂。由此，由于在流出节流器之后根据本发明设置扩压器而得到优点：在流出孔的区域中发生空化，在该空化在该区域中不造成侵蚀。

为了在扩压器的区域中稳定地形成涡流，根据本发明被证实特别有利的是，扩压器具有小于15°的范围内的优化的张角或构造成柱状。

按照本发明的另一个实施形式可提出，流出孔具有控制室侧的孔区段，该孔区段相对于流出节流器同轴地设置并且具有比流出节流器大的内直径。从孔区段到流出节流器的横截面过渡在此可呈阶梯状、锥状或以圆整的形式来进行。优选具有柱状形状的控制室侧的孔区段稳定涡流中心，该涡流中心由在控制室中旋转的流动产生。涡流中心在此作为涡流线一直继续到流出节流器，该流出节流器与孔区段相连。

按照孔区段的一个根据本发明的实施形式可提出，从孔区段到流出节流器的过渡具有锥体形状，由此在孔区段与流出节流器之间的过渡区域中避免流动漩涡。

为了在从控制室过渡到流出孔时避免燃料的旋转流动的扰流，根据本发明可提出，流出孔在其朝向控制室的端部上具有入流圆整部。为了使空气排出区在流出节流器的下游有目的地扩展，作为对此的替换方案可提出，流出孔在其朝向控制室的端部上具有入流棱边，该入流棱边形成控制室与流出孔之间的过渡。

为了改善控制阀的座区域中的压力水平，根据本发明还可提出，在流出节流器与控制阀的阀座之间设置有另外的锥状的过渡区域。所述另外的锥状的过渡区域设置在流出孔的朝向控制阀的端部上并且在此形成从流出孔到控制阀的阀座的过渡，所述另外的锥状的过渡区域在此构造成倒棱。

按照根据本发明的喷射器的另一个实施形式，控制阀具有球状的阀体，该阀体作为用于流出孔的截止体来使用。球状的阀体在此可扭转地被接收在控制阀的相应的导向装置中，由此可通过燃料流动的涡旋脉冲而旋转。通过阀球的旋转而得到优点：阀球的磨损降低并且控制阀的寿命延长。

按照本发明的另一个实施形式也可以以相同的方式提出，阀控制活塞也可绕其纵向轴线扭转地被接收在喷射器中。阀控制活塞在此可通过涡旋流动而旋转，由此以有利的方式减小阀控制活塞的磨损并且提高阀控制活塞的寿命。

附图说明

下面参照附图借助于优选实施形式对本发明进行描述。附图表示：

图1根据本发明的喷射器的示意性纵向截面，在该喷射器的壳体中插入具有阀控制活塞的阀段；

图2a阀段的控制室的示意性横截面视图，该阀段具有根据本发明偏心地扭转了一个角度的流入孔，该流入孔包括流入节流器；

图2b阀段的控制室的示意性横截面视图，该阀段具有偏心地设置的扩孔部和根据本发明偏心错位地设置的流入节流器；

图3根据图2a的阀段的控制室中的燃料流的示意性视图；以及

图4在阀段的流出孔的区域中阀段的纵向截面的示意性视图，该阀段具有使流出孔闭合的阀球。

具体实施方式

图1示出了具有阀段4的喷射器1的轴向截面的部分视图，该阀段插入到喷射器1的壳体2中。阀段4在此设置在壳体2的多次分级的轴向凹部6中，阀控制活塞8对中地以及可轴向和旋转运动地也被接收在该轴向凹部中。在图1中示出的喷射器壳体2的下端部上连接着图1中未示出的喷嘴体，在该喷嘴体中设置有相对于阀控制活塞8同轴地设置的喷嘴针，该喷嘴针按阶段使喷射喷嘴打开，用于将被加载高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中。

在设置在喷射器壳体2中的阀段4中设置有轴向孔10，该轴向孔在阀段4的轴向方向上延伸穿过该阀段并且在此分成内直径大小不同的区段。在此，阀控制活塞8以其上端部可在轴向方向上运动地被接收在阀段4的轴向孔10的下部区段中，由此在阀控制活塞8的上方在阀段4中得到体积相对小的控制室12。从控制室12起，设置在阀段4中的轴向孔10一直延伸到图1中未进一步示出的控制阀的阀座16。轴向孔10的处于控制室12与阀座16之间的区段在此构造成流出孔14并且可通过图1中未进一步示出的控制阀相对于喷射器壳体2的轴向凹部6的设置在阀段4上方的空心室封闭，该空心室用作压力补偿室。在控制室12的高度上在阀段4的壁18中设置有流入孔20，该流入孔使控制室12通过环形室22与高压连接端24连接。由此，通过高压连接端24，通过环形室22和流入孔20给控制室12输入被加载高压的燃料，其中，为了限制体积流量，在流入孔20中设置有流入节流器26。

图2a和图2b中示出了阀段4的控制室12的两个横截面视图，该阀段包括具有流入节流器26的流入孔20。流入孔20在此使设置在阀段4内部的控制室12与喷射器1的在图1中所示的环形室22液压连接。如从图2a和图2b中获知的那样，流入孔20除了过渡到控制室12的流入节流器26之外还包括一个扩孔部，该扩孔部具有柱状区段28和锥状区段30。相对于由现有技术公知的、同心地设置的流入节流器，图2a和图2b中所示的流入节流器26偏心地设置。

按照偏心地设置的流入节流器20的在图2a中所示的实施形式，流入孔20和流入节流器26的轴线相对于流入孔的径向取向扭转一个角度x。流入孔20的柱状区段28在此相对于流入节流器26同轴地设置。通过流入孔20的也可相对于流入节流器26同轴地设置的锥状区段30，在被加载高压的燃料从环形室22流入到流入孔20中时产生在流体动力学上有利的流动情况。图2b中示出了偏心地设置的流入孔20的另一个实施形式。流入孔20的锥状区段30和柱状区段28在此同心地设置，而流入节流器26相对于径向取向偏心地错开一个错位量e。

通过将流入节流器26偏心地设置在阀段4的壁18中，被加载高压的燃料从图1中所示的环形室22切向地流入到控制室12中，由此形成具有平移分量和旋转分量的涡旋流动。通过图3中的箭头34表示的涡旋流动在此在箭头32的方向上在控制室12中旋转，其中，在阀段4的轴线36的区域中形成在图3中示意性地用参考标号38表示的涡流中心和涡流线。涡流线在此是涡流中心38的在阀段4的轴向孔10的轴向方向上延伸的中心线，该涡流中心沿着流动方向传播。

通过燃料的在箭头32的方向上旋转的流动而产生离心力，该离心力基于燃料的高的质量而从旋转轴线或阀段4的轴线36向外推动燃料。与燃料的质量相比较轻的蒸汽泡、空穴或空化泡由此离开壁18朝旋转流动的中间即朝旋转轴线的方向被排挤。在涡流中心38中产生所谓的死水区，该死水区不再供在控制室12内部输送燃料使用。因此，燃料仅可沿着阀段4的壁18的朝向控制室12的内面流动，其中，旋转流动在阀段4的轴向孔10的轴向方向上一直继续到图1中所示的流出孔14中。

根据流出孔14的在图1中所示的实施形式，该流出孔在多个横截面区段中一直延伸到控制阀的构造成锥状的阀座16。从控制室12起，在柱状的孔区段40后面是流出节流器42，一个扩压器44与该流出节流器相连。在扩压器44与阀座16之间可设置锥状的过渡区域46，该过渡区域比与该过渡区域相连的阀座16具有更小的锥体直径。另外，不同的区段40、42、44也具有大小不同的内直径，其中，柱状的孔区段40具有最大的内直径，流出节流器42具有最小的内直径。

按照根据图1的流出孔14的实施形式，从控制室12到柱状的孔区段40的过渡、从柱状的孔区段40到流出节流器42的过渡以及从流出节流器42到扩压器44的过渡构造成阶梯状。

从图4中可获知流出孔14的作为替换方案的实施形式，其中，在流出孔14的区域中示出了阀段4的一个轴向的纵向截面。与图1中所示的流出孔14不同，从控制室12到柱状的孔区段40的过渡和从柱状的孔区段40到流出节流器42的过渡不是以阶梯形式进行。在控制室12与柱状的孔区段40之间设置流出孔14的锥状区段48，该锥状区段从控制室12观察朝柱状的孔区段40的方向收缩。在此在锥状区段48的朝向控制室12的端部上可设置一个环绕的倒棱50，该倒棱在从控制室12到流出孔14的过渡中具有比锥状区段48大的锥体直径。通过在柱状的孔区段40之前设置环绕的倒棱50和锥状区段48，避免在控制室12与柱状的孔区段40之间的横截面变化的区域中发生扰流，由此，使旋转流动的涡流中心38稳定。

按照图4中未示出的实施形式，作为与控制室12邻接的环绕的倒棱50的替换方案或者附加于此也可提出，流出孔14在其朝向控制室12的端部上具有棱边被圆整的排出口。

为了进一步稳定涡旋流动的在流出孔14内部形成的涡流中心38，柱状的孔区段40在到流出节流器42的过渡区域52中具有锥体形状。

与从控制室12到柱状的孔区段40和从柱状的孔区段40到流出节流器42的过渡不同，从流出节流器42到扩压器44的过渡构造成阶梯状。扩压器44在此可具有优选小于15°的优化的张角，由此，涡旋流动的速度水平降低并且压力水平提高。在涡旋流动的涡流中心38中形成的蒸汽泡由于扩压器44的区域中的压力水平提高而有目的地向内破裂，而不会在包围流出孔14的壁上通过空化侵蚀而受损。此外，根据本发明的效果使得锥状的阀座16不受损。

在流动方向上在扩压器44之后连接着锥状的过渡区域46，该过渡区域过渡到锥状的阀座16。锥状的过渡区域46在此具有比锥状的阀座16小的锥体直径。

图1和图4中的锥状的过渡区域46是流动过渡区段，该流动过渡区段可作为用于阀座16之前的空化的对损坏重要的区域来使用。如可从图4中的视图获知的那样，流出孔14通过球状的阀体54闭合，该阀体通过图1和图4中未示出的球导向装置可扭转地导向并且通过也未示出的执行机构操作。在此可通过涡旋流动的涡旋脉冲使球状的阀体54旋转。

除了具有内直径不同的流入孔20和流出孔14的区段之间的过渡的上述实施形式，按照图中未示出的作为替换方案的另外的实施形式提出，流入孔20和流出孔14具有不同地成形的过渡的组合。内直径不同的区段之间的过渡在此优选具有锥体或锥状形状、阶梯形状或圆整的形状。

Claims (8)

1.用于内燃机的喷射器，包括阀控制活塞（8）的控制室（12），给该控制室配置一个具有流入节流器（26）的用于输送被加载高压的燃料的流入孔（20）和一个具有流出节流器（42）的流出孔（14），该流出孔可通过控制阀闭合，其中，该流入节流器（26）在相对于该控制室（12）偏心的方向上延伸，其方式是流过该流入孔（20）的被加载高压的燃料被偏心地引入到该控制室（12）中并且在该控制室（12）内部产生涡旋流动，该涡旋流动的旋转轴线相对于该流出孔（14）的轴线（36）同轴地延伸，其特征在于：该流入孔（20）除过渡到该控制室（12）中的流入节流器（26）外还包括圆柱形区段（28）和锥形区段（30），该流入孔（20）的该锥形区段（30）和该圆柱形区段（28）同心地设置并且相对于该控制室（12）的径向不偏移，而该流入节流器（26）相对该锥形区段（30）和该圆柱形区段（28）的轴线偏移偏移量e。

2.根据权利要求1的喷射器，其特征在于：在该控制室（12）中设置有至少一个包括折流面的区段，所述至少一个包括折流面的区段使流入到该控制室（12）中的燃料偏转。

3.根据权利要求1的喷射器，其特征在于：该流出孔（14）包括扩压器（44），该扩压器设置在该流出节流器（42）的朝向该控制阀的侧上。

4.根据权利要求3的喷射器，其特征在于：该扩压器（44）具有小于15°的优化范围中的张角。

5.根据权利要求3或4的喷射器，其特征在于：该流出孔（14）具有控制室侧的孔区段（40），该孔区段具有比该流出节流器（42）大的内直径，其中，从该孔区段（40）到该流出节流器（42）的横截面过渡部阶梯状、锥状或圆整地构成。

6.根据权利要求3或4的喷射器，其特征在于：该流出孔（14）在其朝向该控制室（12）的端部上具有入流圆整部。

7.根据权利要求3或4的喷射器，其特征在于：该流出孔（14）在其朝向该控制室（12）的端部上具有锥状区段（48），该锥状区段朝该控制室（12）的方向扩宽。

8.根据权利要求3或4的喷射器，其特征在于：在该流出节流器（42）与该控制阀的阀座（16）之间设置有锥状的过渡区域（46）。

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