用于受配量地排出两种不同液体的喷射器以及用于运行这种喷射器的方法与流程

1.本发明涉及一种用于受配量地排出两种不同流体的喷射器，例如该喷射器用于将不同的流体彼此独立地引入到内燃机的燃烧室中。此外，本发明还涉及一种用于运行这种喷射器的方法。


背景技术：

2.由现有技术已知用于将不同的燃料引入到内燃机的燃烧室中的喷射器。在此，两种燃料例如是液态和气态燃料，它们通过两个彼此通入的喷嘴针控制。由此，两种燃料可以彼此独立地计量，其中，液态燃料至少用于点火并且气态燃料提供大部分燃烧能量，其中，然而也可以实现其它的运行模式。这种喷射器例如由未公开的德国专利申请de 10 2018 203 145 a1已知。在此，两个喷嘴针彼此通入，其中外喷嘴针与外阀座共同作用并且内阀针与在外阀针中构造的内阀座共同作用。外阀针形成端面，所述端面与喷射器体的端面对置并且包围出盘容积。该盘容积与盲孔连接，靠近所述盘容积在喷射器体上构造所述盲孔，并且所述盘容积通过节流缝与喷射器的存在气态燃料的部分连接。节流间隙通过外喷嘴针上的圆柱形的导向区段形成，所述外喷嘴针在喷射器体的导向区段中被引导，其中，节流间隙被设计成尽可能窄，以便防止液态燃料和气态燃料混合。
3.在燃烧室中燃烧时，产生具有高压的燃烧气体，所述燃烧气体通过由内阀针控制的喷射开口到达喷射器的区域中，在所述区域中引导液态燃料。因此，燃烧气体也通过盲孔到达盘容积中并且在那里与液态燃料的剩余部分混合。多少燃烧气体渗入到喷射器中取决于喷射器的尺寸，并且特别是取决于节流间隙的构型。所述节流间隙实施地越窄，并且液态燃料越粘，越少的燃烧室气体可以渗入到喷射器中，因为盘容积中的燃料则只能困难地或者根本不能通过燃烧室气体经由节流间隙来排挤。然而事实上节流间隙必须允许外喷嘴针的无问题的运动，因此在该位置不能实现完全密封。
4.燃烧室气体与盘容积中的液态燃料的混合物导致在盲孔和盘容积中的未限定的状态，这导致喷射到喷射之间的量方差并且导致对温度、密度的巨大敏感性以及因此在燃料计量时燃料的粘性。


技术实现要素：

5.用于受配量地排出两种不同流体的本发明喷射器具有以下优点，使得在运行时间上能够不但对气态燃料而且对液态燃料实现稳定的配量，其中，避免在喷射器内的衬层形成，并且因此实现喷射器的较高使用寿命。为此，喷射器具有喷射器体，在该喷射器体中构成可被第一流体充注的压力室，在该压力室中可纵向移动地布置有外阀针，该外阀针与外阀座共同作用，用以打开和关闭第一通流横截面。在外阀针处在外阀座的下游构造导向区段，该导向区段在喷射器体中的导向孔中被导向。外喷嘴针具有纵向孔，在该纵向孔中可纵向运动地布置内喷嘴针，其中，纵向孔可被第二流体充注。内喷嘴针与构造在外喷嘴针中的
内阀座共同作用，用以打开和关闭用于第二流体的第二通流横截面。在外喷嘴针的端面和喷射器体的内部端面之间形成盘容积，该盘容积与构造在喷射器体中的盲孔连接，从所述盲孔出发延伸出用于第二流体的多个喷射开口。在导向区段与导向孔之间形成限定的通流横截面。
6.如果液态燃料用于在燃烧室内点燃燃烧，则首先使内阀针在纵向方向上远离内阀座地运动，由此，液态燃料从外阀针的纵向孔中流到盲孔中，该液态燃料从那里通过喷射开口被喷射出。这以高压来实现，由此，燃料在进入到燃烧室中时被精细地雾化并且因此能被点燃。在此，在外喷嘴针与喷射器体的端部面之间的盘容积也被液态燃料充注。为了注入气态燃料，接下来外阀针被抬起，这使得外阀座打开并因此使得气态燃料能经由喷射器体中的注入开口被注入。内阀针同样可以通过外阀针的这种纵向运动被关闭，或者在更早的时间点与该运动无关地被关闭。同时，通过外阀针的纵向运动增大盘容积，其中，来自燃烧室的燃烧气体经由喷射开口侵入到盘容积中并且在那里与剩余的液态燃料混合。现在，气态燃料经由在导向区段和导向孔之间的限定的通流横截面到达盘容积中并且挤压处在那里的燃烧室气体-燃料混合物。在气态燃料的注入结束时，外阀针与内阀针一起朝喷射器体中的端部面的方向运动，由此，盘容积再次减小并且处于那里的气态燃料与还存在的燃烧室气体和液态燃料的剩余部分一起被压到盲孔中并且经由喷射开口最终被压到燃烧室中。
7.通过喷射器的这种工作方式，在喷射了燃料之后，盘容积具有限定的状态，在该限定的状态中，该盘容积被气态燃料充注。因此，在下一次喷射开始时，存在限定的初始状态，使得在很大程度上避免了不同喷射之间的量变化。此外，得出以下优点，盘容积中的沉积物、尤其是燃烧残余物(该沉积物通过燃烧气体被引入到盘容积中)同样被移除，这延长了喷射器的使用寿命。
8.在第一有利构型中，限定的通流横截面通过在导向区段和导向孔之间的限定宽度的环形间隙形成。预先限定的直径差产生环形间隙，在该环形间隙中可以调整流动阻力并因此调整经由通流横截面侵入到盘容积中的气体量，因为气态燃料的压力以及燃烧室中的压力很大程度上是已知的。替代于此，也可以在导向区段上构造一个限定的磨除部或者多个磨除部，所述一个或者多个磨除部形成通流横截面。由此，一方面确保外阀针在喷射器体中的导向孔中的紧密导向，并且另一方面确保限定的通流横截面，该限定的通流横截面对于喷射器的功能来说是必不可少的。作为对此的替代方案，也可以代替磨除部地设置一个槽或者多个槽，所述一个槽或多个槽形成通流横截面。
9.在另一有利构型中，在喷射器体中在外阀座的下游构造注入开口，第一流体可以经由注入开口受配量地排出。在此，优选这样来确定在导向区段和导向孔之间的通流横截面的尺寸，使得该通流横截面为由全部注入开口一起形成的气体通流横截面的5％至10％。因此实现：可以使足够的气体流入到盘容积中并此外可以将足够的气体通过注入开口配入到燃烧室中。
10.在另一有利构型中，在外阀针贴靠在外阀座上时，在外阀针与内部端面之间保留最小间距，使得不低于盘容积的最小容积。因此防止，外阀针粘接在喷射器体中的端部面上，因为可能还存在的液态燃料可能导致附着力并因此可能导致外阀针的延迟打开。
11.在另一有利构型中，外阀针走过最大打开行程，该最大打开行程大于最小间距。有利地，在此，最大打开行程至少是端面与端部面之间的最小间距的两倍。通过该最大行程和
与此相关的容积增加确保了，足够的气态燃料在外阀针的打开阶段期间流入到盘容积中并因此将处在那里的燃烧室气体和气态燃料冲刷出。
12.在另一有利构型中，外阀针的端面粗糙化地构造，这有助于避免在盘容积中的积碳和沉积。在大多数情况下，外阀座锥形地构造并且在外阀针贴靠在该阀座上时导致阀针径向向内变形，其中，该运动延续直至空心的外阀针的端部面。通过外端面的轻微径向向内运动，通过粗糙化的表面调动可能的沉积物，并且因此如上面已经描述的那样，通过外阀针的关闭运动将沉积物压出。
13.在根据本发明的用于运行根据装置权利要求中任一项所述的喷射器的方法中进行以下方法步骤：首先，第二通流横截面通过内阀针的纵向运动打开。在第二通流横截面打开之后，通过外阀针的纵向运动使第一通流横截面打开，其中，如果第二通流横截面在更早的时间点与外阀针的运动无关地被关闭，则必要时关闭第二通流横截面。随后，外阀针与内阀针一起朝盘容积的方向运动，其中，通过外阀针的纵向运动将流体从盘容积压到盲孔中。如上所述，由此得出在盘容积中的清洗效果，使得实现了以上优点。
附图说明
14.在附图中示出根据本发明的喷射器的多个实施例。附图示出：
15.图1根据本发明的喷射器的端部区域的纵截面，所述喷射器在装配位置中通向燃烧室中，
16.图2以与图1相同的图示示出外阀针的打开状态，
17.图3a、3b和3c以与图1相同的图示示出根据本发明的喷射器在燃料配量期间的不同状态，
18.图4a、4b和4c示出图1的喷射器的不同实施例沿着线iv-iv的横截面，和
19.图5示出具有图示其它效果的以与图1相同的图示示出的根据本发明的喷射器的其它示意图。
具体实施方式
20.在图1中示出根据本发明的喷射器的纵截面，其中，仅示出喷射器的燃烧室侧端部，该端部在安装位置中通入内燃机的燃烧室中。该喷射器具有喷射器体1，在所述喷射器体中构造有能被处在喷入压力下的气态燃料充注的压力室2。在压力室2中可纵向移动地布置有活塞形的外阀针4，所述外阀针构成锥形的密封面7，外阀针4以该密封面与锥形的外阀座8共同作用，用以打开和关闭第一通流横截面9。在外阀座8的下游，通过在外阀针4中的环绕的凹陷部和在喷射器体1中的相应缺口构成环形室14，多个注入开口15作为喷射器体1中的孔从所述环形室中延伸出。在该环形室14的下游，在外阀针4上构造有柱形的导向区段10，该导向区段在柱形的导向孔12中被导向。
21.外阀针4在其面向燃烧室的端部上构成端面17，该端面与在喷射器体1中的内部端面18对置，使得在端面17与内部端面18之间形成盘容积20。在外阀针4贴靠在锥形的外阀座8上时，在端面17与内部端面18之间形成最小间距a，在该最小间距的情况下盘容积20占据最小体积。在此，这样确定最小间距a的尺寸，使得即使在考虑所有可能出现的公差和热膨胀变形的情况下，该最小间距始终大于零并且优选最小为5μm。因此，避免端面17有附着性
地粘接在内部端面18上。
22.在喷射器体1中，与盘容积20邻接地构成盲孔22。从盲孔22中延伸出多个喷射开口23，通过这些喷射开口可以喷射出液态燃料。在此，注入开口15的取向和喷射开口23的取向相对于外阀针4的纵轴线以相似角度构造，其中，不但注入开口15而且喷射开口23径向向外指向，使得被喷射的或被注入的燃料被分布在内燃机的燃烧室中。
23.在外阀针4中构成纵向孔25，在该纵向孔中可纵向移动地布置有内阀针5。纵向孔25可以被处于喷射压力下的液态燃料充注，使得该液态燃料充注在内阀针5与外阀针4中的纵向孔25之间的环形通道。为了密封该环形通道26，在内阀针5上构成密封锥27，内阀针5以该密封锥与构造在外阀针4的燃烧室侧端部上的内阀座28共同作用，用以打开和关闭第二通流横截面35。如果内阀针5从内阀座28上抬起，第二通流横截面被打开，并且液态燃料可以从环形通道26通过第二通流横截面35流入到盲孔22中，并且从那里通过喷射开口23喷射出。
24.外阀针4的打开行程也增大了盘容积20，这在图2中示出。在此，端面17与内部端面18的间距增大一个最大行程h
max
，使得该间距总计为a+h
max
。在该位态中，盘容积20也相应地占据其最大值。如在图2中所示出的并且之后还更详细地阐述的那样，在这种状态下，内阀针5贴靠在内阀座28上，使得燃烧室气体可以通过喷射开口23侵入到盲孔22和盘容积20中。
25.图3a、3b和3c示出根据本发明的喷射器在一个喷射循环期间的不同状态。在喷射循环开始时，应将液态燃料配量到燃烧室中，该液态燃料在那里被点燃并因此燃烧开始。为此，内阀针5通过在附图中未示出的机构-例如电磁铁-沿纵向方向运动，使得该内阀针从内阀座28上抬起并且第二通流横截面35被释放。由此，液态燃料从环形通道26通过第二通流横截面流入到盲孔22中并且从那里通过喷射开口23喷射到燃烧室中，液态燃料在燃烧室中形成喷射射束37。在导向区段10与导向孔12之间形成限定的通流横截面，液态燃料的也侵入到盘容积20中的一部分经由该通流横截面上升到环形室14中。然而，由于液态燃料的喷射时间相对较短，该量仅较少并且不会导致喷射过程被进一步损害，如下所述。
26.如果液态燃料的喷射结束并且应开始注入气态燃料，则外阀针4通过在附图中同样未示出的设备沿纵向方向运动，使得密封面7从外阀座8离开并且由此释放第一通流横截面9。因为内阀针5保持在其位态中，所以通过外阀针4的纵向运动关闭第二通流横截面35并且内阀针5以其密封锥27贴靠到内阀座28上，如在图3b中所示的那样。气态燃料通过现在敞开的第一通流横截面9从压力室2流入到环形室14中并且从那里通过注入开口15流入到燃烧室中，在燃烧室中形成气态燃料喷射射束38。可能侵入到环形室14中的液态燃料在该过程中与气态燃料一起被排出并且因此同样到达燃烧室中。由于燃烧而增大的燃烧室中压力导致：燃烧室气体通过喷射开口23流入到盲孔22中，并且从那里继续流入到盘容积20中。燃烧室气体在那里与液态燃料的剩余部分混合，其中，通过外阀针4的纵向运动，盘容积20的容积明显增大，使得气体燃料相应地得到位置。同时，气态燃料通过在导向区段10与导向孔12之间的限定通流横截面同样侵入到盘容积20中并且在那里与燃烧室气体混合。在此，气态燃料的压力明显大于燃烧室压力，以便气态燃料即使在燃烧已经开始的情况下也可以以较高体积流注入到燃烧室中。因此，在盘容积20中形成由气态燃料、液态燃料的剩余部分和燃烧室气体组成的混合物，所述气态燃料形成最大部分。
27.气态燃料的注入结束，其方式是，不但外阀针4而且内阀针5都运动回到它们的初
始位态中，如在图3c中所示出的那样。外阀针4侵入到盘容积20中，挤压处在那里的气态燃料并且由此也将燃烧室气体和液态燃料的剩余部分冲入到盲孔22中并且通过喷射开口23入到燃烧室中，其中，液态燃料的剩余部分也在那里燃烧。因此，盘容积20在喷射循环结束时被气态燃料充注并因此具有与第一次喷射开始时相同的限定状态，使得喷射量和喷射时间点的从一个喷射到紧接着的喷射之间的变化最小化。
28.对于这两种燃料的所述喷射的功能来说重要的是，在导向区段10和导向孔12之间的通流横截面具有限定的值，这可以在结构上以不同的方式实现。第一实施例在图4a中示出。在此，导向区段10具有比导向孔12更小的直径，使得形成限定的环形间隙30，该环形间隙形成通流横截面。在此，这样确定该通流横截面的尺寸，使得该通流横截面占由全部注入开口15形成的通流横截面的5％至10％，由此一方面确保，足够的气态燃料可供注入开口15使用，并且另一方面确保，足够的气态燃料经由限定的环形间隙30和由此形成的通流横截面侵入到盘容积20中。环形间隙30的厚度在图4a中用h表示并且必须相应地根据注入开口15的通流横截面来确定。
29.图4b示出另一实施例，在该实施例中，通流横截面通过磨除部32形成，其中，在此在外阀针4的周边上构造三个磨除部32。磨除部32的深度t确定由这些磨除部形成的通流横截面，其中，将外阀针4和导向孔12h’的直径差选择得尽可能小，以便一方面禁止气态燃料不受控制地流入到盘容积20中并且另一方面确保外阀针4在导向孔12中的精确导向。
30.图4c示出另一实施例，在该实施例中，通过多个槽33a、33b、33c实现通流横截面。在此，槽33a、33b、33c可以具有不同的横截面。在此，槽33a具有半圆形的横截面，槽33b具有基本上矩形的横截面并且槽33c具有三角形的横截面。在此，在导向区段10和导向孔12h”之间的直径差明显小于在图4a中的间距h并且近似于图4b中的间距h’。
31.在图5中，以与图1相同的图示再次示出根据本发明的喷射器。与图1不同，在此端面17粗糙化地构造，这导致以下效果。在外阀针4贴靠在锥形的外阀座8上时，在外阀针4上产生径向向内指向的力分量，这通过在外阀座8的高度上的箭头示出。在外阀针4上的这个向内指向的力继续向下并且因此也导致在端面17的区域中的轻微径向向内运动，这通过在盘容积20的区域中的箭头示出。端面17与内部端面18之间的这种轻微相对运动足以使在这些面上可能存在的衬层松脱，这些衬层在那里形成侵入的燃烧气体。端面17的粗糙化表面辅助衬层的脱落，这些衬层在外阀针4的关闭运动时被气态燃料从盘容积20中冲出。因此，防止在盘容积20的区域中的污染和积碳，这明显延长了喷射器的使用寿命。