用于内燃机的燃料喷射器的制作方法

文档序号:11111372阅读:733来源:国知局
用于内燃机的燃料喷射器的制造方法与工艺
本发明总体上涉及内燃机领域并且更具体地涉及用于这样的发动机尤其是柴油机的燃料喷射器。
背景技术
:如在现有技术中公知的,内燃机的燃料喷射系统典型地包括多个燃料喷射器,其每个都布置为喷射燃料到相关联的发动机气缸的燃烧室。每个燃料喷射器配备有来自适当的源例如共轨的高压燃料,通过高压燃料泵为共轨填充高压燃料。燃料喷射器总体上包括容纳细长的阀针的喷嘴主体。喷嘴主体具有带有一个或多个喷孔的喷嘴末端,并且在使用时,喷射器被安装成其喷嘴端部突出到相关联的燃烧室中,由此燃料可以以雾化喷雾的形式以高压被喷射到燃烧室。从高压燃料通道供给的燃料聚集在围绕针的喷嘴主体中,准备好在需要喷射时传送至喷孔。针的纵向位移通过电磁致动的控制阀布置被控制,其控制位于阀针上方的控制腔的加压或排出。例如,针的与尖端相反的端部接收在控制腔内并且因此承受其中的燃料压力,产生在关闭方向的压力。此外,安装在例如关闭腔中的弹簧通常在关闭方向偏置针。控制腔供给有通过进口限制器来自高压燃料通道的燃料,进口限制器限定了进口流速。当控制阀打开时,燃料可以通过通向控制阀且进一步位于低压排出口下游的出口通道离开控制腔。出口限制器被设置在出口通道的进口以控制离开控制腔的燃料的流速。为了打开喷射器,控制阀布置的螺线管致动器被通电以移动其阀构件并且因此打开朝向低压排出口的流动路径,使得控制腔中的压力下降。当作用在针喷雾区域上的压力超过由控制腔中的燃料和弹簧力作用在针上的力时发生喷射,使得针提升。这样的燃料喷射器例如公开在EP2647826中。上述类型的燃料喷射器示出了通常以满意的方式工作。然而,已经注意到在低温时喷射器性能被改变,例如,当在寒冷气候状态启动冷态发动机时比如低于0摄氏度。这好像是主要由于在低温时,燃料的粘度大大增加,使得很难打开喷嘴并且因此喷射器传送速度不够。发明目标本发明的目标是提供一种具有在低温下改进的性能的改进的燃料喷射器。该目标通过第一方面所述的燃料喷射器实现。技术实现要素:根据本发明的用于内燃机的燃料喷射器包括:喷嘴主体,该喷射主体具有喷射末端,燃料能通过该喷射末端有选择地通过至少一个喷射孔排出;针,该针能滑动地布置在所述喷嘴主体中,以通过该针的位移控制所述至少一个喷射孔;以及与所述针相关联的控制腔,该控制腔在使用时填充有高压燃料,以在所述针的关闭方向上至少间接地在所述针上作用压力。所述控制腔通过进口限制器孔与高压燃料通道连通并且所述控制腔中的压力能通过允许燃料通过出口限制器孔流出所述控制腔而减少。控制阀由致动器操作并与所述控制腔相关联以允许或阻碍燃料通过所述出口限制器流出所述控制腔。应当理解,所述进口限制器孔和出口限制器孔分别具有这样的几何形状,该几何形状设计成使得与在相同燃料压力下正常燃料温度相比,出口燃料流速与进口燃料流速的比率在低燃料温度下增加,以在所述控制腔中产生更大的压力减小,从而便于喷嘴打开。可以注意到在常规的喷射器设计考虑下,为了在正常的喷射器工作条件下产生泄露出控制腔的预定泄漏率,控制腔中的压降传统上利用喷射进口以及出口限制器孔的直径限定(“正常”这里通常是指至少40摄氏度的燃料温度,尤其是在喷射系统的高压燃料泵的进口处测量的)。相反地,为了修正在低温下的泄漏流速(即,用于在燃料系统中比0摄氏度低的温度下的燃料,尤其是在高压燃料泵的入口处测量),在没有明显影响在正常温度下的喷射器性能的情况下,本发明有利地提出利用限制器孔的形状因素,尤其是它们的直径和长度。在此背景下,本发明的发明者已经观察到利用进口或出口限制器孔的长度允许修改出入控制腔的流速,而不修改在正常工作条件下泄露出控制腔的泄漏率。实际上,所需流动行为可以通过以下设计选项实现。优选地,进口和出口限制器孔的构造例如是如下限定的尺寸比率Rdim:Rdim=(LSPO/DSPO)/(LINO/DINO)不超过0.75,其中LSPO和DSPO分别是出口限制器孔的长度和直径,LINO和DINO分别是进口限制器孔的长度和直径。尤其,Rdim优选在0.1≤Rdim≤0.70的范围内,更优选在0.1≤Rdim≤0.5的范围内,并且甚至优选在0.2≤Rdim≤0.4的范围内。在一个实施例中,进口和出口限制器孔的直径差别在10-20%,即它们的直径比率RD在该范围0.8≤RD≤1.2内,优选在0.9≤RD≤1.1内。在这样的情况下,在低温下控制腔中的所需流动性能可以通过进口和出口限制器孔的构造获得,使得长度比RL=LSPO/LINO在0.2≤RL≤0.8的范围内。实际上,限制器孔尤其是进口限制器孔可以简单的是机加工孔。在另一实施例中,进口孔可以由配合在通向控制腔的燃料通道中的塞子元件的外表面中的轴向凹槽形成。附图说明参照附图,现在将通过举例描述本发明,其中:图1是在闭合结构中通过本燃料喷射器的一个实施例的纵向截面图;图2是制造在控制腔的进口通道中进口限制器孔的可替换方式的草图,示出了a)通过其中具有塞子构件的燃料通道的纵向截面,以及b)塞子的俯视图;图3至图7:是针对尺寸比率Rdim的不同值的各个喷射器特征的曲线图;图8是以放大图中示出了进口孔和出口孔的图1的细节。具体实施方式参照图1提供了用于内燃机尤其是柴油ICE的本燃料喷射器10的一个实施例。附图标记12总体上表示包括喷嘴主体14的喷嘴布置,喷嘴主体14包括顶部16和喷射末端18区域并且配备有延伸通过顶部和喷射末端区域的孔膛20,孔膛在与喷射末端区域的自由端间隔开的位置终止。细长的针22在孔膛20内可滑动,针包括端部区域24,其布置为与由邻接孔膛的盲端的喷嘴主体的内表面限定的阀座26接合。喷嘴主体14配备有与孔膛20连通的一个或多个喷射孔28(仅示出了一个),喷射孔28布置为使得将针22的末端24与阀座26接合防止流体从喷嘴主体14通过喷射孔28逃逸,并且当针末端24从阀座26提升时,燃料可通过喷射孔28传送。如图1所示,针22可以是常规形状的,使得在喷嘴主体14的喷射末端区域18内延伸的区域与孔膛相比具有较小的直径,以允许流体在针和喷嘴主体的内表面之间流动。在喷嘴主体的顶部区域16内,针22具有较大的直径,基本上防止流体在针和喷嘴主体之间流动。顶部区域和喷射末端区域之间的区域包括在两个所述区域的区别直径之间的倒角并且因此提供可以作用高压燃料的有角度的压力表面30。在本设计中,喷嘴主体14的顶部区域配备有蓄积容积32,蓄积容积32从上部区域(未示出)与高压燃料通道34连通,高压燃料通道34从燃料进入(例如从发动机喷射系统的共轨)沿着喷射器10延伸向下到喷嘴主体14。为了允许燃料从蓄积容积32流至喷嘴主体的喷射末端区域18,针22优选地设有具有凹槽的区域36,其允许燃料从蓄积容积32流至喷嘴主体的喷射末端区域18。该针区域还紧紧地接收在孔膛内并且因此起到限制在喷嘴主体内的针的横向运动而不是限制其轴向运动。填充有加压流体的控制腔40与针22相关联以在其关闭方向作用受控压力到针上。控制腔40位于针22的上方并且位于直接地定位在喷嘴布置上方的所谓的间隔部件42中。控制腔40本身与控制阀布置44相关联,其包括由致动器(未示出)操作的控制阀46,如将在下文中解释的,其允许控制控制腔40中的燃料压力。典型地,各个主体部分16、42、44等在壳体47中保持在一起。针22的远离其末端24的顶端50突出到控制腔40中并且朝向喷嘴布置关闭控制腔40。控制腔40通过用于燃料供给的进口通道52与高压燃料通道34流体连通。附图标记54表示出口通道,通过该出口通道燃料可以流出控制腔40至控制阀44,并且该出口通道位于低压排出口(未示出)的更下游。为了将其在闭合方向偏置,针22典型地与弹簧装置相关联。这里,如图1所示,弹簧58位于控制腔40中并且与针的顶端50接合,尤其通过围绕减少的直径突起501并且靠在圆周肩台502上。位于间隔部件42上方的控制阀布置44包括具有中心孔膛60的阀体,阀构件62可在该中心孔膛60中滑动。阀构件62承载有多个轴向凹槽64,其中一个是密封面,该密封面能与在孔膛60的端部处的基座66接合。当密封表面与基座66相接触时,接触使得形成压力密封。当阀构件62从其基座提升时,燃料可以从此通过而流动至下游低压排出段。因此,控制阀44允许控制(即,允许或阻碍)控制腔40与低压排出截面之间的连通。优选地,阀弹簧(未示出)位于控制阀46上方并且起到推动阀构件62的密封面与在阀布置主体中的孔膛中的基座66相接合。致动器(未示出),优选地为螺线管类型,典型地位于控制阀的上方(例如,腔48中)以操作阀构件62。在螺线管致动器通道时,阀构件62提升从而阀构件62使其密封表面从阀布置主体的孔膛中的基座脱离。在螺线管致动器断电时,阀构件在阀弹簧的作用下返回其原始位置。如现有技术中公知的,燃料喷射器操作即其打开和关闭通过控制作用在针22上的液压而实现。因此,本发明的燃料喷射器10常规地包括三个限制器孔以在选择的位置提供控制的流速:-进口限制器孔70,也被称作进口孔(INO),其布置在从高压腔34至控制腔40的燃料的流动上;-出口限制器孔72,也被称作溢出孔(SPO),其布置为限制燃料从控制腔朝向控制阀46流出的流动;以及-喷嘴限制器孔74,也被称作喷嘴路径孔(NPO),其布置在针前部的上游的高压通道中。现有技术中公知的是,为了其中产生允许针22的打开的压降,当控制阀46打开时,进口限制器70和出口限制器72协作以限定控制腔40的燃料泄漏率。喷嘴限制器74则允许减少作用在其下游的针表面上的高压,尤其为了关闭喷嘴。这样的内部燃料喷射器结构,尤其是关于控制腔、控制阀、限制器INO、SPO和NPO,以及作用在喷嘴主体和控制腔中的喷嘴上的液压力的控制在现有技术中是公知的,例如从EP2647826。本领域技术人员将会清楚的是,背离在此示出的三部分结构的其它主体设计是可以构想的,例如,其中间隔部件集成在控制阀布置中,并且控制腔实施在喷嘴布置中。在使用中,在图1中所示的位置中,针22通过弹簧和控制腔40中的高压燃料压力在关闭方向中被偏置,从而针末端24接合阀座26并且不发生从燃料喷射器传送燃料。这些偏置力大于作用在喷嘴主体14中针22上的液压力。为了远离阀座26提升针22的末端以允许燃料从燃料喷射器被传送,螺线管致动器被通电以克服阀弹簧的作用而提升阀构件62,使得密封面提升远离阀布置主体的孔膛60中的基座。控制阀的这样的提升允许燃料通过出口通道54从控制腔40逃逸并且通过阀布置主体的孔膛60排出,因此产生控制腔40中的压力减小。当孔膛20内的针前段上的燃料力(即,由于燃料压力的力)变得大于控制腔40中的燃料力和弹簧力时,针然后将从其基座提升。为了终止传送,螺线管致动器不通电并且阀构件62在其阀弹簧的作用下向下移动直到其端部抵靠在阀布置主体中的孔膛的端部处的基座66接合密封面为止。控制阀的这样的运动中断了出口通道54与排出口之间的连通,因此使得控制腔内的压力再次积累至高压通道的水平并且沿关闭位置推动针22。如将会理解的,进口限制器INO和出口限制器SPO传统上设置为从而形成限定预定流量的孔口,从而在发动机的正常操作中,典型地在高压燃料泵的进口处测量时燃料温度大于40摄氏度,在控制腔40中可以产生所需的压降以打开针。然而观察到,在低温下,典型地当在寒冷环境条件下(低于0摄氏度的空气温度)启动发动机时,燃料温度非常低并且在这样的低温下燃料的高粘度影响(降低)了在控制腔处的压力下降,由此针冲程和提升速度比正常操作条件下低。该现象对喷射器传送具有整体负面影响。与传统的燃料喷射器相对照,在本燃料喷射器中,与在相同的燃料压力的正常燃料温度相比,为了在控制腔40中产生更大的压力减小,在这样的低燃料温度下,进口限制器INO70和出口限制器SPO72的各自的几何形状设计为使得出口燃料流速与进口燃料流速的比值在低燃料温度下增加,并且因此改进了针打开行为。如之前所指出的,研发本设计以解决低燃料温度的情况,典型地燃料温度低于0摄氏度,并且与正常的燃料温度即典型地燃料温度超过40摄氏度的传统情况相反,燃料温度是燃料系统中的温度并且尤其在高压燃料泵的入口处。这通过选择限制器孔70和72的适当的形状因素有利地实现。可以注意到,实际上,限制器孔形成为在进口和出口通道(或在其端部)中的窄的直径截面,其可以具有在100至300μm范围内的直径。尽管这样的限制器孔通常设计为圆柱形孔,并且因此被认为具有直径D和长度L,制造过程可能导致与标称直径的稍稍偏离。因此,实际上,考虑制造公差,限制器孔可以局部地稍稍椭圆或圆锥形或类似。在这样的变化情况下,限制器直径D被认为是由限制器提供的最小截面。其中横截面不是严格的圆形,限制器直径D应当是等效直径。优选地,限制器孔形状因素因此特征在于其比率RF=L/D。为了提供在低温下的受限流动,期望的是两个限制器的形状比率,注意Rdim=RF_SPO/RF_INO小于0.75,并且优选0.1≤Rdim≤0.7。更优选的范围是0.1≤Rdim≤0.5以及0.2≤Rdim≤0.4。在当前实施例中,与传统的设计相比,通过增加进口限制器70的长度LINO,INO限制器70构成为在低温下提供提高的流动限制。可以注意到喷射器设计阶段,设计者通常利用INO和SPO的直径将其限定为在正常/高操作温度下实现通过控制腔的预定流速。在本发明的上下文中,已经观察到,在正常/高温度下,在没有影响设计流速的情况下,作用于限制器孔的长度LINO允许控制在低温下的流速。当前喷射器设计明确地意味着用于在燃料压力在70至3000巴的范围内的柴油燃料喷射器工作,并且本发明对于冷发动机尤其感兴趣,即对于典型地不超过500巴的燃料压力。这里可以注意到当INO和SPO限制器直径比较类似时(即当它们约10至20%不同时),在INO与SPO之间的差别可以简单地以长度比率RL=LSPO/LINO表征,其应当在0.2≤RL≤0.8的范围内以提供所需的流动行为。还需要对进口和出口限制器孔的制造进行一些论述。如上面所指出的,取决于制造技术和公差,它们的形状可以与严格的气缸不同。它们可以直接放置在分别通向或离开控制腔的通道内在控制腔的进口/出口处,重要的方面是限制器提供了对出入控制腔的燃料流动的流动影响。在图1所示的实施例中,进口和出口通道典型地在间隔件的主体内机加工。换句话说,限制器孔可以形成为如图2示意性地所示。附图标记80表示例如从高压通道连通到控制腔的通道。通道80具有圆柱形的形状以及以锥形区段82结束。直径与通道80的直径基本相匹配、形状为杆构件的塞子84已经插入到该通道中。塞子84在其外表面上配备有限定了流动通道的纵向/轴向槽86,所述槽由通道80的壁封闭。因此,塞子84是限定了所需横截面和长度的限制器孔(即,通道86)的限制器装置,对于进口或出口限制器通过其所需L/D因素可以实现。示例现在将在下文中给出本喷射器的效率的示例。在表1中,总结了根据本设计的两个喷射器(标注为A和B)的进口孔和出口孔的尺寸属性,。喷射器Z是比较示例,其中Rdim没有落入上述规定范围。除此之外全部的三个喷射器具有相同的结构。由于出口孔的尺寸相同,并且DINO基本上类似,仅有的可感知的变化参数因此是LINO。表1喷射器ABZLINO2.50mm1.20mm0.7mmDINO0.2622mm0.257mm0.256mmLSPO0.7mm0.7mm0.7mmDSPO0.221mm0.221mm0.221mmRdim0.330.681.16图3至图7示出了喷射器A、B和Z的一些性能。图3至图6对应于以下测试条件:-20摄氏度、3500μs脉冲和300b轨压力。首先转到图3,通过具有降低Rdim的进口开口INO的流速的减少可以清楚地观察到。与喷射器Z相比,具有Rdim=0.33的喷射器A具有可感测的减少的至控制腔的INO流速。通过减少的Rdim获得的减少的INO流速的后果可以在其它曲线图中观察到。图4示出了缓慢下降的INO流动增加了控制腔中的压降。控制腔中的该增加压降导致了较早开始并且具有较大幅度(行程)以及增加的打开速度的针位移(图5)。如可以看到的,具有0.33的Rdim,针行程约为针对Rdim=1.16测量的行程的两倍。该针提升中的显著改进,尤其是在Rdim=0.33时,导致增加的喷射器流速,如图6所示。最终,图7示出了针对喷射器A和Z在40摄氏度的温度下针对三个不同的轨压力的传送曲线(由行程传送的燃料体积)。可以看到,针对喷射器A和Z的传送曲线是基本类似的。本测试结果因此示出了作用在Rdim(以满足规定范围)是非常有利的,在正常工作条件下(即,40摄氏度和更高)在不改变喷射器的流动性能的情况下,这允许在低温下喷射器性能的显著改进。当前第1页1 2 3 
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1