本发明涉及一种用于将高压燃料输送到内燃发动机的燃料喷射器。特别是，但非唯一地，本发明涉及一种用于压燃式内燃发动机的燃料喷射器。
背景技术：
已知间接作用式喷射器和直接作用式喷射器二者用于燃料喷射系统中。在间接作用式喷射器中，控制阀装置能操作地控制控制腔室内的燃料压力，该燃料压力作用在喷射器阀针的上端上。控制腔室内的压力水平决定针上的力的平衡，并因此控制针远离用于使阀针开始喷射的座的精确时机。致动器(诸如电磁致动器)控制控制阀装置。致动器所施加的力并不与阀针移动直接关联，但控制该控制阀装置，控制阀装置又控制因而经由液压回路施加到阀针的力。
在直接作用式喷射器中，致动器直接联接到阀针以控制针的移动。已知压电和电磁直接作用式喷射器二者。在电磁直接作用式喷射器中，螺线管操作式致动器通过施加穿过螺线管的电流来控制具有柱塞直径的柱塞的移动。柱塞作用于布置在阀针的具有减小的第二直径的上端处的燃料腔室上。这种布置用作液压放大器装置，借此将柱塞的力以一放大系数传递到阀针，放大系数由柱塞直径与阀针直径之比确定。随着柱塞被致动并被向上拉，腔室容积增加，导致控制腔室内的燃料压力降低并因此减小趋于用来使阀针落座的力。如果通过去除或减小施加到螺线管的电流而去除致动力，则柱塞在弹簧力的作用下向下移动，减小控制腔室的容积并增加控制腔室中用于使阀针落座的燃料压力。
直接作用式螺线管喷射器对于在燃料喷射系统中使用是有意义的，因为避免了对附加部分和间接作用式喷射器的控制阀装置的成本的需要。另外，这样的喷射器避免了对燃料的返回流动路径(对于间接作用式喷射器是需要的)的需要，这降低了系统成本。这样还减少了耗散的能量损失和温度，并因此大大提高了整个系统效率。然而，这种类型的现有喷射器具有可能致使喷射器中的压力波出现问题的内部容积限制。一些喷射方案所需的多次喷射模式需要闭合时间喷射事件，因此不能容易实现。而且，在现代燃料喷射系统需要的高燃料压力(通常为2500-3000巴)下会发生膨胀效应，这可能导致柴油发动机的当前直接作用式喷射器出现磨损问题。
本发明的目的是提供一种解决现有技术缺点的直接作用式喷射器。
技术实现要素：
因此，本发明提供一种用于内燃发动机的直接作用式燃料喷射器，该燃料喷射器包括：致动器；用于燃料的液压放大器腔室；阀针，所述阀针能在设置于喷射器壳体中的孔内移动，所述喷射器壳体包括具有减小的第一直径(dnoz)的下部壳体区域和具有较大的第二直径的上部壳体区域，其中所述上部壳体区域被接收在所述燃料喷射器的盖形螺母内，所述阀针具有暴露于所述液压放大器腔室内的燃料并带有针直径(dnoz)的表面。所述燃料喷射器进一步包括柱塞，所述柱塞暴露于所述液压放大器腔室内的燃料并具有柱塞直径(dpc)，所述柱塞能借助所述致动器致动而以一放大系数向所述阀针提供力，所述放大系数由所述柱塞直径(dpc)与所述针直径(dnoz)之比确定。所述液压放大器腔室被限定在位于所述盖形螺母之外的所述下部壳体区域的区域内。
所述液压放大器腔室“位于所述盖形螺母之外”，旨在意指液压腔室轴向地位于盖形螺母的密封柱体头的下表面下方，但不必位于盖形螺母上的任何延伸特征(例如可出于热交换目的而设置)下方。
所述燃料喷射器是有利的，因为仅需要相对较短长度的阀针，这提高了燃料喷射器的响应性，并且允许准确地控制喷射事件，尤其是闭合时间事件。此外，可以便利地借助在液压放大器腔室附近位于孔内的引导构件来控制阀针的移动。
优选地，所述液压放大器腔室被限定在所述引导构件内(即液压放大器和引导构件这二者均相对来说接近针的末端，靠近燃料喷射器的出口)。
所述引导构件和/或所述孔的相邻区域可设置有平坦部或凹槽，以允许燃料在喷射期间经过所述引导构件流向所述燃料喷射器的出口。
在一个实施方式中，所述引导构件被压配合到所述孔中。便利地，所述引导构件包括柱形区域和上凸缘区域，其中所述上凸缘区域引导所述燃料喷射器的所述柱塞并且所述柱形区域引导所述阀针，所述上凸缘区域限定比所述柱形区域窄的直径。
在一个实施方式中，所述引导构件可被焊接到所述孔中。
可由位于所述孔内的管状构件将所述引导构件保持或支撑到位。例如，所述管状构件可被压配合到所述孔内，或者可被焊接到所述孔内。
如果所述管状部件被焊接到所述孔内，则用于所述管状构件的一个或更多个焊接点可布置在所述管状构件的远离所述引导构件的端部处。
例如，用于所述管状构件的所述或每个焊接点可设置在所述孔中的台阶处。
所述管状构件可设置有至少一个流动通道，以允许燃料向下游朝向所述引导构件不受限制地流动。
便利地，所述致动器可以是电磁致动器，但是能设想到其他致动手段。
在本申请的范围内，明确地意图在于前面段落、权利要求书和/或以下描述和附图中阐述各个方面、实施方式、示例和另选方案，并且特别是其各个特征可独立或以任何组合取得。也就是说，任何实施方式的所有实施方式和/或特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征不兼容。
附图说明
为了更容易理解本发明，现在将参考附图详细地描述本发明的示例，在图中：
图1是本发明的第一实施方式的直接作用式燃料喷射器的示意性横截面；
图2是图1中的燃料喷射器的端部的放大图；
图3是沿着与图1中的阀针或喷射器的纵向轴线垂直的平面(如图1和图2所示的a-a)截取的横截面，图示了用于阀针的引导件；以及
图4是本发明的第二实施方式的直接作用式燃料喷射器的示意性横截面。
具体实施方式
出于以下描述的目的，将认识到，例如，对上、下、向上、向下、上面和下面的参考并非旨在是限制性的并且仅涉及如图所示的喷射器的取向。
本发明涉及图1和图2中总体示出的类型的燃料喷射器10。喷射器10适用于内燃发动机(特别是柴油发动机)的燃料喷射系统，其中燃料通常以超过2000巴(通常高达3000巴)的高压水平被喷射到发动机中。
喷射器10的下端包括喷射喷嘴12，喷射喷嘴12包括阀针14，阀针14能在致动器(总体表示为20)的影响下在设置于喷射喷嘴壳体18中的盲孔16内滑动，这也形成喷射器10的一部分。阀针14能与限定在孔16的盲端处的阀针座(未标识)接合，以控制燃料从喷射器向发动机的燃烧腔室中的流动。高压燃料经由高压供应通道(稍后描述)输送到限定在孔16内的内部喷射器容积22。内部喷射器容积22包括具有增大直径的上部区域22a。
喷射喷嘴壳体18包括：与喷射喷嘴壳体的具有增大直径的中部区域18b比较具有减小直径的下部区域18a；喷嘴壳体的具有中间直径的中间区域18c，该中间区域将两个区域18a、18b分开。台阶18f被限定在中部区域18b和中间区域18c之间。与中部区域18b比较，喷射喷嘴壳体18的上部区域18d具有进一步增大的直径。最后，喷射喷嘴壳体的顶部区域18e在上部区域18d的顶部上形成小立柱。喷射喷嘴壳体的下部区域18a在阀针座的下游设置有多个出口(未示出)，以在阀针14脱离时允许燃料从内部喷射器容积22流入燃烧腔室。
如尤其是在图2中可以看到的，阀针14具有相对较短的长度并且包括直径相对较小并抵靠阀针座的下部末端区域14a。阀针座具有直径dseat和等效表面积(穿过垂直于sdseat的纵向阀针轴线的平面截取)。与下部末端区域14a比较，阀针的上部区域14b具有相对较大的直径。阀针的上部区域14b具有直径dnoz并且限定具有表面积sdnoz的上端表面14c。在阀针的末端区域14a和上部区域14b之间，阀针设置有经历向上力的推力表面，由于下部腔室24内的周围燃料压力而趋于将阀针推离阀针座。
另外参照图3，环形引导构件26位于孔16内并且在朝向和远离阀针座移动时为阀针的上部区域14b提供引导功能。引导构件26包括上端设置有环形凸缘(无附图标记)的下柱体(无附图标记)。柱体的内径大于凸缘的内径，使得凸缘比柱体进一步径向向内延伸。引导构件的外径相对均匀，但是可选择环形凸缘的略微增大的直径(图1中不可见)。在引导构件的区域中，孔16的内表面设置有多个平坦部或凹槽28，以允许燃料在内部喷射器容积22和下部腔室24之间流动，经过引导构件26，并且当阀针脱离时向前到达出口。引导构件26的柱体的内径为阀针区域14b提供引导功能，在使用中，导致阀针移动。
引导构件26通常被焊接到孔16中或者被压配合到孔16中的适当位置以限定阀针14的行程。如果引导构件26被焊接到孔16中，可以穿过喷嘴壳体18进行焊接并在焊接点处具有局部焊点。焊接点设置在引导构件26上的凸缘附近，以最小化引导构件在阀针14的滑动区域中的任何变形。
在另选实施方式(未示出)中，孔16的内表面未设置有允许燃料流动的任何特征，替代地，出于该目的，引导构件26的外周设置有平坦部或凹槽。
柱塞30也被接收在孔16内并且定位在阀针14上，柱塞30的下部末端区域在引导构件26的上端处由凸缘区域的内径部进行引导。引导构件因此为阀针14和柱塞30二者提供引导功能。柱塞30与阀针14的上表面14c间隔开以在其间限定一空间，该空间限定用于接收燃料的腔室31(可被称为放大器腔室31)。腔室31位于喷射喷嘴壳体18的相对接近阀针座的区域中并驻留在喷嘴壳体的直径减小区域(即下部区域18a)内。柱塞30包括下部区域30a，与相对较大长度和相对较大直径的上部区域30b比较，下部区域30a具有相对较短长度和相对较小直径(具有第一直径dpc)。柱塞的位于上部区域30b和下部区域30a之间的推力表面经历向上力，由于内部喷射器容积22内的燃料压力而趋于将柱塞30推离阀针座。柱塞的直径dpc小于阀针的上表面14c的直径dnoz。与阀针的上表面14c的表面积sdnoz比较，重要的是柱塞的端部的表面积sdpc(在其下端30a处)，这将在下面更详细描述。
柱塞30带有下部弹簧座32，下部弹簧座32驻留在内部喷射器容积22的扩大的腔室区域22a中。下部弹簧座32采取环形形式并且限定用于弹簧36的抵接表面，该抵接表面趋于将阀针14推向阀针座。上部弹簧座34被接收在扩大的腔室区域22a的上部区域内。上部弹簧座34成形为限定用于柱塞的上部区域30b的引导部34a，还限定用于弹簧36的上端的抵接表面。上部弹簧座成形为与柱塞限定间隙，该间隙提供燃料进入扩大的腔室区域22a的流动路径。引导部34a由设置在弹簧座34的下端处的环形凸缘或立柱限定。
设置在喷射器的上端处的电磁致动器装置20用于致动柱塞的移动，并因而用于致动阀针14的移动。致动器20被部分地容纳在喷射喷嘴下部壳体18内并被部分地容纳在喷射喷嘴上部壳体38内。致动器20包括第一磁性件40，第一磁性件40驻留在上部弹簧座34内并且在第一磁性件40上游隔着燃料填充间隙42与第二磁性件44间隔。第一磁性件40附接至柱塞30的上端并且包括倾斜钻孔46。第二磁性件44被固定在喷射喷嘴上部壳体38内并且设置有垂直钻孔48。与间隙42和倾斜钻孔46一起，垂直钻孔48限定了从高压燃料供应(例如共轨)流入喷射器而进入内部喷射器容积22的扩大的腔室区域22且朝向阀针14向下游的高压燃料流动路径。
喷射喷嘴上部壳体38的下表面和喷射喷嘴下部壳体18的上表面二者均具有阶梯形式，以在其间限定用于容纳螺线管线圈或绕组50(形成致动器20的一部分)的区域。在绕组50的径向内部，环形非磁性件或环52也被容纳在该区域中。环形非磁性件52在径向外缘处封闭间隙42以防止燃料泄漏。
喷射喷嘴下部壳体18、上部壳体38和致动器被容纳在盖形螺母54内，以将各部分相对于彼此牢固地保持到位。盖形螺母的下表面54a限定密封表面，密封表面具有将喷射器安装在其内部的柱体头(未示出)。已知(例如，出于热交换目的)在盖形螺母上设置延伸部，但这不会改变密封在柱体头上的表面54a的位置并且可以视为盖形螺母54的下部密封表面。
在操作喷射器时，通过控制施加到致动器20的绕组50的电流来控制阀针移动。当将电流施加到绕组50时，生成的电磁场将第一磁性件40朝向第二磁性件44吸引，并因此向上拉动第一磁性件40，从而拉动柱塞30，抵抗弹簧36的力。随着柱塞30向上拉动，柱塞30的下端和阀针14的上表面14c之间的腔室31的容积增加，使得腔室30内的燃料压力降低。结果，作用于阀针14的上表面14c上的向下力减小，并且阀针14开始提升。由于柱塞30的下端和阀针14的上端表面14c的比不同，柱塞30的力因腔室31内的燃料压力而以一放大系数放大，该放大系数由sdpc与sdnoz之比决定。一旦阀针14已抬离阀针座，输送到下部腔室24的燃料就能够经由出口流出而进入燃烧腔室。
当需要终止喷射时，去除施加到绕组的电流，由此减小施加到柱塞30的力。结果，在弹簧36的影响下，导致柱塞向下移动，从而减少柱塞30的端部和阀针14之间的腔室31的容积并且导致腔室31中的燃料增加。腔室31中增大的燃料压力造成施加到阀针14的力增大，以克服作用于阀针的推力表面上的向上力并导致阀针14落座，终止经由出口的喷射。
通过控制施加到绕组的电流，可以因此控制喷射以准确地输送单次或多次燃料喷射。
本发明的一个优点是，阀针非常短，因此阀针的质量较小。这使阀针能够快速移动并进行良好的控制，这在需要近距离喷射时尤为重要。柱塞末端也相对较窄，质量较小，并且比阀针14窄，因此腔室31提供必要的力放大。可以使阀针14具有较小质量，因为放大器腔室31非常接近喷射喷嘴壳体18的最下端，即喷嘴壳体18的直径相对较窄的区域18a。通常阀针的直径小至2.5mm，相比之下，在现有技术喷射器中典型的是介于3.5mm和4mm之间。
阀针14的较短长度以及放大器腔室31在孔16中的较低位置与已知直接作用式喷射器对比，在已知直接作用式喷射器中，放大器腔室31驻留在喷嘴壳体18内的高得多的轴向位置，并且通常在喷嘴壳体18的直径大得多的中间区域18c内。这意味着，在本发明中，放大器腔室31采用沿着阀针轴线的位置，其落入将喷射器各部分保持在一起的盖形螺母54的外壳(位于盖形螺母54的下端的轴向下方)外侧。
参照图4，在本发明的另一实施方式中，借助相对较长的管状部件60将用于阀针的引导构件保持到位或支撑在孔16内，沿着喷嘴壳体18的下部区域18a的长度，经过中间区域18c并部分地进入中部区域18b，管状部件60形成孔16的衬里。管状部件60的上部环形凸缘在内部喷射器容积22内抵接孔16中的台阶62，并且管状部件60沿着其整个长度被压配合到孔16中并被压配合到台阶62上。管状部件60设置有多个开口66，以允许燃料从管状部件60和柱塞30之间的容积流向设置在引导构件26上(和/或孔16的表面中)的凹槽或平坦部28，并因此向前抵达下部容积24。
图4中的喷射器以与图1中的喷射器相同的方式操作，其中柱塞30和阀针14与腔室31一起形成液压放大器装置的一部分。如前所述，腔室31被限定在喷嘴壳体的直径相对较小的区域18a内，并且该区域18a驻留在将上部喷射器部件保持在一起的盖形螺母54的外部(即下方)。该实施方式优于将引导构件26焊接到孔16中的图1实施方式的优点可以是，凭借支撑引导构件26的管状部件60避免了由焊点引入的任何应力集中。如果管状部件60被焊接到孔16中，则这可以在较高的轴向位置实现，例如，在台阶62的区域(在该区域，孔16通向扩大的腔室22a)中实现，因此可以从阀针14附近去除任何应力集中。
将认识到，在不脱离所附权利要求书中限定的本发明范围的情况下，可对上述示例作出许多修改。