用于控制待供给至燃料喷嘴的燃料的量的节流装置以及喷射装置的制作方法

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用于控制待供给至燃料喷嘴的燃料的量的节流装置以及喷射装置的制造方法

所述类型的节流装置和喷射装置从现有技术中已知。

例如,图4和图5示出其中布置有节流装置的这样的已知喷射装置。

在图4和图5中示出的喷射装置10被设置用于将以及提前加压的燃料12喷射到燃烧室(未示出)中。为了这个目的,喷射装置10具有燃料喷嘴14,被加压的燃料12经由节流装置16供给至该燃料喷嘴。

在图4和图5中圈出的区域更加详细地示出了节流装置16。节流装置16具有供给装置18,通过该供给装置,被加压的燃料12能够被供给至控制室20。另外,排出装置22从控制室20中分出,经由该排出装置,燃料12能够从控制室20中再次流出。

在排出装置22中布置有阀24,排出装置22能够通过该阀关闭。图4示出了处于关闭状态的阀24,并且图5中示出了处于打开状态的该阀。阀24通过致动器装置26被致动,该致动器装置布置在连接器元件28中,该连接器元件形成壳体30的终端,燃料喷嘴14和节流装置16布置在该壳体中。

致动器装置26通常具有压电堆32,压电堆的行程能够被用于致动阀24。当压电堆32处于静止位置时(在图4中所示),也就是说当压电堆32中的压电元件没有膨胀时,阀24是关闭的。这样一来,控制室20被施加非常高的压力,并且布置在燃料喷嘴14处的阀针34通过这个压力而关闭。这样一来,喷射开口36被关闭,并且没有燃料12从喷射装置10进入燃烧室中。

在图5中,压电堆32通过它的行程来致动阀24,从而使得阀打开并且燃料12能够从排出装置22流出。控制室20因此被释放压力并且阀针34打开。因此,燃料12能够从喷射开口36进入燃烧室中。

图4和图5示出了喷射装置10的已知构造,在该情况中,致动器装置26作为单独的部件布置在壳体30的外部。

在相对新的改进中,设法将致动器装置(特别是压电堆)布置在喷射装置的壳体的内部。在操作期间,压电堆变热,并且使所产生的工作热量消散至壳体以及布置在周围的喷射装置的部件。由于被引导至燃料喷嘴的燃料在所述区域中流过,所以工作热量自动地释放至燃料。因此工作热量通过燃料而在燃料喷嘴的方向上向前传输。由于这个热效应所出现的问题是喷射装置打开至甚至较少的程度,并且因此相继地更少的燃料喷射到燃烧室中。

因此本发明的目标提出一种结构,通过该结构,即使燃料变热,燃料喷射量也能够基本上保持恒定。

所述目标通过具有权利要求1的特征的节流装置实现。

具有该节流装置的喷射装置是并列的权利要求的主题。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

用于控制待供给至燃料喷嘴的燃料量的节流装置具有用于聚集燃料的控制室,以及用于将燃料在主流动方向上供给至该控制室的供给装置。所述供给装置具有用于降低主流动方向上的燃料的入口节流器,其中,该入口节流器具有长度Lz。入口节流器的长度Lz被选取成使得在操作期间流过入口节流器的燃料以湍流形式流过该入口节流器。

入口节流器被设置成用于有利地降低流动方向上的燃料的压力。例如,在入口节流器的上游充斥着在1800巴和2200巴之间的压力,并且在入口节流器的下游充斥着在1200巴和1600巴之间的压力。

在实验中已经发现的是,在喷射装置的操作期间并且因此在工作热量的产生期间,节流装置周围的区域被加热到甚至更大的程度。流过的燃料吸收所述工作热量并且在燃料喷嘴的方向上将其向前引导。

另外,通过实验已经确定的是,在操作时间期间控制室中的压力升高,而在控制室中没有出现压力消散。压力作用在喷射针的顶部侧上。由于压力不再如期望的那样消散,所以压力持续地作用在喷射针上,该喷射针不再能够被充分地加速,并且燃料喷嘴不再能够以期望的方式打开。作为燃料的温度升高的结果,对应地控制室中的正常的、期望的压力消散不再是可能的。为了再次允许控制室中的期望的压力消散,在入口节流器的区域中供给装置被设计成使得在入口节流器中实现了燃料的湍流。流入控制室中的燃料的质量流取决于入口节流器的流量系数。在层流中,由于摩擦效应,该流量系数取决于充斥的温度。因此,在层流中,流量系数以及因此还有引导通过入口节流器的质量流随着温度的增加而增加。

然而,如果现在入口节流器被设计成使得其中产生湍流,那么这导致流量系数在大的温度范围中基本上恒定,因为与在层流中的流量系数相反,在湍流的情况中的流量系数与温度不相关。

在入口节流器中的湍流能够借由被选择为特别短的入口节流器的长度Lz而实现。入口节流器越短,雷诺数(Reynolds number)就越大。如果雷诺数超过了临界点,那么流型就从层流变化为湍流。因此,当超过临界的雷诺数时,流量系数就变得与温度不相关,并且进入控制室中的质量流就能够保持恒定。以此方式,能够避免由不被期望的质量流变化而导致的控制室中的压力升高。

这样一来,控制室中的期望的压力消散再次成为可能,并且燃料喷嘴的性能在整个操作时间中能够基本上保持恒定。

为了有利地实现所描述的效果,入口节流器的长度Lz优选地处于从0.1mm至0.5mm的范围内。在此,特别地优选处于0.15mm至0.4mm的范围内,更加特别地优选处于0.2mm至0.3mm的范围内。

优选的情况是,入口节流器的直径Dz选取的越小,入口节流器的长度Lz就选取的越小。通过改变入口节流器的长度Lz,通过入口节流器供给到控制室中的质量流也略微改变;质量流变得更大。为了有利地抵消这个效果,在缩短长度Lz的情况下,同时缩短入口节流器的直径Dz,从而使得质量流也优选地减小。

例如,当入口节流器的长度范围为0.4mm至0.5mm时,直径Dz被选取为处于171μm至176μm的范围内的。在替代示例中,当长度Lz为0.2mm至0.3mm时,处于从166μm至170μm的范围内的直径Dz被选取。

用于将燃料从控制室排出的排出装置被优选地设置,其中,该排出装置被布置在控制室处,使得燃料在排出流动方向上从控制室中排出,该排出流动方向与供给装置中的燃料的主流动方向相反。

排出装置优选地具有出口节流器,该出口节流器用于降低排出流动方向上的燃料的压力,其中,排出装置在排出流动方向上的出口节流器的上游还具有流出区域,其中,出口节流器的纵向轴线优选地被布置成以便相对于流出区域中的排出流动方向的轴线是倾斜的。

与入口节流器类似,出口节流器被设置成优选地降低流动方向上的燃料的压力。例如,在1200巴和1600巴之间的压力作用在出口节流器的上游,并且在40巴和80巴之间的压力作用在出口节流器的下游。

在直线地布置的出口节流器的情况中,通常的情况是由燃料蒸气组成的气体衬垫形成在出口节流器的壁区域中。这样一来,在流出的燃料和出口节流器的壁区域之间的摩擦力被避免。因此基本上避免了以湍流形式进入出口节流器的燃料可能呈现层流形式的情况。然而,这同时还避免下述情况:在出口节流器的温度升高的情况中,更大的质量流也可能通过出口节流器而从控制室中出现。如果现在有利地以倾斜的方式布置出口节流器,那么由燃料蒸气组成的气体衬垫沿着一个壁区域行进,从而使得在相对定位的壁区域处,有利的摩擦出现在燃料和壁区域之间。这优选地导致在所述区域中的层流。因此,在所述区域中,在温度升高的情况中,也能够实现流过的质量流的增加。这有利地有助于下述情况:在节流装置的温度升高时,控制室中的压力优选地能够维持恒定。

为了有利地实现在可用的结构空间的最优利用与期望的前述效果之间的折衷,在纵向轴线与流出区域中的燃料的排出流动方向的轴线之间的倾斜角度优选地被选取为优选地小于50°,特别地小于45°。

入口节流器优选是非空化(non-cavitating)节流器。出口节流器特别优选地是空化节流器。这意味着由燃料组成的气体衬垫至少形成在出口节流器的壁区域的子区域中。

用于将燃料喷射到燃烧室中的喷射装置具有用于将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷嘴,并且具有上面描述的节流装置,该节流装置用于在操作期间控制待供给至燃料喷嘴的燃料量。

喷射装置优选地具有带有上区域和下区域的壳体,其中,燃料喷嘴和节流装置布置在下区域中,其中,还设置有用于致动排出装置的阀的致动器装置,其中,所述致动器装置具有压电堆,该压电堆与节流装置和燃料喷嘴一起布置在壳体的下区域中,直接邻近于节流装置,从而使得在操作期间工作热量从压电堆被引入节流装置中。

由于壳体内的压电堆的优选结构并且因此直接邻近于节流装置,所有有利地使得节省结构空间是可能的。如果通过这个有利结构而使工作热量现在从压电堆引入节流装置中,那么特别有利的是,如果该节流装置如上面描述的那样设计,则使得尽管温度升高,但在控制室中的压力能够消散,并且因此喷射针的期望的加速变得可能。

下面将在附图的基础上更详细地讨论本发明的有利实施例,在附图中:

图1示出用于将燃料喷射到燃烧室中的喷射装置;

图2示出节流装置,该节流装置布置在图1的喷射装置中并且具有入口节流器和出口节流器;以及

图3示出处于非倾斜状态和倾斜状态中的图2的出口节流器。

图1示出喷射装置10,燃料12能够通过该喷射装置喷射到燃烧室(未示出)中。喷射装置10具有带有阀针34的燃料喷嘴14,带有供给装置18和排出装置22的节流装置16,以及带有压电堆32的致动器装置26。喷射装置10的全部所述元件都布置在壳体30中,其中,壳体30具有上区域38和下区域40。在此,致动器装置26、节流装置16和燃料喷嘴14共同布置在下区域40中。在此,带有压电堆32的致动器装置26定位成紧邻于节流装置16,从而使得工作热量能够从压电堆32直接引入节流装置16中。

为了能够抵消所述热量引入的负面作用,节流装置16以一种特别的几何结构形成。

图2示出节流装置16的细节图。节流装置16具有控制室20,被施加压力的燃料12存储在该控制室中,从而通过所述压力使燃料喷嘴14沿着力的方向42保持关闭。燃料12经由供给装置18供给至控制室20,并且经由排出装置22从控制室20排出。充斥在控制室20中的压力应当尽可能地在期望的范围内保持恒定。

供给装置18具有入口节流器44。燃料12流过供给装置18,并且因此还在主流动方向46上通过入口节流器44以流入控制室20中。经由入口节流器44,燃料12中的压力从例如2000巴下降至例如大约1800巴。入口节流器14的长度Lz被选取成使得能够获得尽可能高的雷诺数,并且因此能够实现湍流48。在湍流48中,直接影响燃料12的质量流的流量系数与温度不相关,从而使得能够避免由于温度升高而引起进入控制室20中的燃料12的供给的增加(例如,作为工作热量从相邻的压电堆32中排出的结果)。例如,入口节流器44具有从0.1mm至0.5mm的长度范围内的长度Lz

在短的长度Lz的情况中,燃料12的质量流略微增加,从而使得有利的是入口节流器44的直径Dz也被修改。

例如,如果长度Lz处于从0.4mm至0.5mm的范围内,则直径Dz处于从171μm 至176μm的范围内是有利的。在另一个示例中,长度Lz还可以处于从0.2mm至0.3mm的范围内,其中,在这个情况中,处于从161μm至170μm的范围内的直径Dz是有利的。

在图2中还能看出,在控制室20处布置有排出装置22,燃料12能够通过该排出装置而从控制室20中排出。在该情况中,排出装置22与供给装置18一样布置在控制室20的相同侧面52处。以此方式,燃料12在排出流动方向54上被排出到控制室20外,该排出流动方向54与主流动方向76相反。

排出装置22还具有形式为出口节流器56的节流器。通过所述出口节流器,燃料12中的压力能够沿着排出流动方向54而降低,例如,从出口节流器56的上游的大约1600巴下降至出口节流器56的下游的大约80巴。

邻近于出口节流器56,排出装置22具有布置在控制室20处的流出区域58,从控制室20流出的燃料12在到达出口节流器56之前首先进入该流出区域中。

控制室20中的压力由入口节流器44和出口节流器56的节流率限定,并且因此直接取决于两个节流器44、56的相应的流量系数。流量系数当前被影响从而防止控制室20中的压力增大至下述程度:使得燃料喷嘴14不再能够正确地打开。

在图3中能够看出的是,出口节流器56可以以两种替代实施例存在。

此处,左侧的视图示出沿着排出流动方向54直线地布置的下述出口节流器56。这意味着出口节流器56的纵向轴线12相对于流出区域58中的排出流动方向54的轴线60同轴地延伸。

然而,在替代实施例中,出口节流器56以倾斜的方式布置在流出区域58处,也就是说,纵向轴线62相对于流出区域58中的排出流动方向54的轴线60倾斜地延伸。此处,倾斜角度α优选地小于50°,并且更优选地小于45°。以此方式,尽管出口节流器56优选地是倾斜的,但是另外的情况是,小的结构空间可以足以布置节流器装置16。

出口节流器56的倾斜的效果在图3中被图示。

与作为非空化节流器60操作的入口节流器44相反,出口节流器56作为空化节流器64操作。在此“空化”意味着在出口节流器56的壁区域68处形成气体衬垫70。在图3的左侧附图中示出的非倾斜出口节流器56的横截面视图B-B中,气体衬垫70以环绕的方式位于出口节流器56的整个壁区域68之上。

环绕的气体衬垫70防止在燃料12和出口节流器56的壁区域68之间的摩擦效应。以此方式,质量流的粘度相关性被降低或者被完全消除。

并且从出口节流器56流出的质量流即使在温度升高时也保持恒定。

现在,如果出口节流器56如在图3的右侧附图的横截面视图A-A中示出的那样倾斜地布置,那么气体衬垫70就转移至壁区域68的第一子区域72处,而壁区域68的第二子区域74当前与燃料12直接接触。以此方式,在出口节流器56中引起摩擦效应,并且在所述区域中,通过出口节流器56的质量流当前是温度相关的。这意味着,在温度提高时,将从出口节流器56出现较大的燃料量。

总之,已经能够仅通过规定入口节流器44的预定长度Lz而在温度升高时避免在向上方向上的不期望的质量流的差值,从而使得即使是在从出口节流器56处流出的质量流保持恒定的情况中,也能够阻止控制室20中的不期望的压力的增加。

如果出口节流器56以倾斜的方式布置,则能够额外地有助于所述效果,在所述区域中,之前温度不相关的质量流随后变为至少部分地温度相关,并且因此与低温相比,在温度升高时更多的燃料12从出口节流器56流出。

两种几何结构的措施(短的入口节流器44和倾斜的出口节流器56)因此单独地,但也可以组合地,有助于即使在温度提高时使控制室20中的压力基本上保持恒定,从而使得燃料喷嘴14继续按需打开是可能的。

总之,入口节流器44和出口节流器56的节流率在大的温度范围内保持恒定,从而使得在控制室中的压力能够保持恒定。

附图标记列表

10 喷射装置

12 燃料

14 燃料喷嘴

16 节流装置

18 供给装置

20 控制室

22 排出装置

24 阀

26 致动器装置

28 连接器元件

30 壳体

32 压电堆

34 阀针

36 喷射开口

38 上区域

40 下区域

42 力方向

44 入口节流器

46 主流动方向

48 湍流

50 层流

52 侧面

54 排出流动方向

56 出口节流器

58 流出区域

60 流出区域中的排出流动方向的轴线

62 纵向轴线

64 空化节流器

66 非空化节流器

68 壁区域

70 气体衬垫

72 第一子区域

74 第二子区域

Lz 入口节流器的长度

Dz 入口节流器的直径

α 倾斜角度

再多了解一些
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