用于內燃機的燃料噴射器的制作方法

本發明總體上涉及內燃機領域并且更具體地涉及用于這樣的發動機尤其是柴油機的燃料噴射器。
背景技術：
：如在現有技術中公知的，內燃機的燃料噴射系統典型地包括多個燃料噴射器，其每個都布置為噴射燃料到相關聯的發動機氣缸的燃燒室。每個燃料噴射器配備有來自適當的源例如共軌的高壓燃料，通過高壓燃料泵為共軌填充高壓燃料。燃料噴射器總體上包括容納細長的閥針的噴嘴主體。噴嘴主體具有帶有一個或多個噴孔的噴嘴末端，并且在使用時，噴射器被安裝成其噴嘴端部突出到相關聯的燃燒室中，由此燃料可以以霧化噴霧的形式以高壓被噴射到燃燒室。從高壓燃料通道供給的燃料聚集在圍繞針的噴嘴主體中，準備好在需要噴射時傳送至噴孔。針的縱向位移通過電磁致動的控制閥布置被控制，其控制位于閥針上方的控制腔的加壓或排出。例如，針的與尖端相反的端部接收在控制腔內并且因此承受其中的燃料壓力，產生在關閉方向的壓力。此外，安裝在例如關閉腔中的彈簧通常在關閉方向偏置針。控制腔供給有通過進口限制器來自高壓燃料通道的燃料，進口限制器限定了進口流速。當控制閥打開時，燃料可以通過通向控制閥且進一步位于低壓排出口下游的出口通道離開控制腔。出口限制器被設置在出口通道的進口以控制離開控制腔的燃料的流速。為了打開噴射器，控制閥布置的螺線管致動器被通電以移動其閥構件并且因此打開朝向低壓排出口的流動路徑，使得控制腔中的壓力下降。當作用在針噴霧區域上的壓力超過由控制腔中的燃料和彈簧力作用在針上的力時發生噴射，使得針提升。這樣的燃料噴射器例如公開在EP2647826中。上述類型的燃料噴射器示出了通常以滿意的方式工作。然而，已經注意到在低溫時噴射器性能被改變，例如，當在寒冷氣候狀態啟動冷態發動機時比如低于0攝氏度。這好像是主要由于在低溫時，燃料的粘度大大增加，使得很難打開噴嘴并且因此噴射器傳送速度不夠。發明目標本發明的目標是提供一種具有在低溫下改進的性能的改進的燃料噴射器。該目標通過第一方面所述的燃料噴射器實現。技術實現要素：根據本發明的用于內燃機的燃料噴射器包括：噴嘴主體，該噴射主體具有噴射末端，燃料能通過該噴射末端有選擇地通過至少一個噴射孔排出；針，該針能滑動地布置在所述噴嘴主體中，以通過該針的位移控制所述至少一個噴射孔；以及與所述針相關聯的控制腔，該控制腔在使用時填充有高壓燃料，以在所述針的關閉方向上至少間接地在所述針上作用壓力。所述控制腔通過進口限制器孔與高壓燃料通道連通并且所述控制腔中的壓力能通過允許燃料通過出口限制器孔流出所述控制腔而減少。控制閥由致動器操作并與所述控制腔相關聯以允許或阻礙燃料通過所述出口限制器流出所述控制腔。應當理解，所述進口限制器孔和出口限制器孔分別具有這樣的幾何形狀，該幾何形狀設計成使得與在相同燃料壓力下正常燃料溫度相比，出口燃料流速與進口燃料流速的比率在低燃料溫度下增加，以在所述控制腔中產生更大的壓力減小，從而便于噴嘴打開。可以注意到在常規的噴射器設計考慮下，為了在正常的噴射器工作條件下產生泄露出控制腔的預定泄漏率，控制腔中的壓降傳統上利用噴射進口以及出口限制器孔的直徑限定(“正常”這里通常是指至少40攝氏度的燃料溫度，尤其是在噴射系統的高壓燃料泵的進口處測量的)。相反地，為了修正在低溫下的泄漏流速(即，用于在燃料系統中比0攝氏度低的溫度下的燃料，尤其是在高壓燃料泵的入口處測量)，在沒有明顯影響在正常溫度下的噴射器性能的情況下，本發明有利地提出利用限制器孔的形狀因素，尤其是它們的直徑和長度。在此背景下，本發明的發明者已經觀察到利用進口或出口限制器孔的長度允許修改出入控制腔的流速，而不修改在正常工作條件下泄露出控制腔的泄漏率。實際上，所需流動行為可以通過以下設計選項實現。優選地，進口和出口限制器孔的構造例如是如下限定的尺寸比率Rdim：Rdim＝(LSPO/DSPO)/(LINO/DINO)不超過0.75，其中LSPO和DSPO分別是出口限制器孔的長度和直徑，LINO和DINO分別是進口限制器孔的長度和直徑。尤其，Rdim優選在0.1≤Rdim≤0.70的范圍內，更優選在0.1≤Rdim≤0.5的范圍內，并且甚至優選在0.2≤Rdim≤0.4的范圍內。在一個實施例中，進口和出口限制器孔的直徑差別在10-20％，即它們的直徑比率RD在該范圍0.8≤RD≤1.2內，優選在0.9≤RD≤1.1內。在這樣的情況下，在低溫下控制腔中的所需流動性能可以通過進口和出口限制器孔的構造獲得，使得長度比RL＝LSPO/LINO在0.2≤RL≤0.8的范圍內。實際上，限制器孔尤其是進口限制器孔可以簡單的是機加工孔。在另一實施例中，進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軸向凹槽形成。附圖說明參照附圖，現在將通過舉例描述本發明，其中：圖1是在閉合結構中通過本燃料噴射器的一個實施例的縱向截面圖；圖2是制造在控制腔的進口通道中進口限制器孔的可替換方式的草圖，示出了a)通過其中具有塞子構件的燃料通道的縱向截面，以及b)塞子的俯視圖；圖3至圖7：是針對尺寸比率Rdim的不同值的各個噴射器特征的曲線圖；圖8是以放大圖中示出了進口孔和出口孔的圖1的細節。具體實施方式參照圖1提供了用于內燃機尤其是柴油ICE的本燃料噴射器10的一個實施例。附圖標記12總體上表示包括噴嘴主體14的噴嘴布置，噴嘴主體14包括頂部16和噴射末端18區域并且配備有延伸通過頂部和噴射末端區域的孔膛20，孔膛在與噴射末端區域的自由端間隔開的位置終止。細長的針22在孔膛20內可滑動，針包括端部區域24，其布置為與由鄰接孔膛的盲端的噴嘴主體的內表面限定的閥座26接合。噴嘴主體14配備有與孔膛20連通的一個或多個噴射孔28(僅示出了一個)，噴射孔28布置為使得將針22的末端24與閥座26接合防止流體從噴嘴主體14通過噴射孔28逃逸，并且當針末端24從閥座26提升時，燃料可通過噴射孔28傳送。如圖1所示，針22可以是常規形狀的，使得在噴嘴主體14的噴射末端區域18內延伸的區域與孔膛相比具有較小的直徑，以允許流體在針和噴嘴主體的內表面之間流動。在噴嘴主體的頂部區域16內，針22具有較大的直徑，基本上防止流體在針和噴嘴主體之間流動。頂部區域和噴射末端區域之間的區域包括在兩個所述區域的區別直徑之間的倒角并且因此提供可以作用高壓燃料的有角度的壓力表面30。在本設計中，噴嘴主體14的頂部區域配備有蓄積容積32，蓄積容積32從上部區域(未示出)與高壓燃料通道34連通，高壓燃料通道34從燃料進入(例如從發動機噴射系統的共軌)沿著噴射器10延伸向下到噴嘴主體14。為了允許燃料從蓄積容積32流至噴嘴主體的噴射末端區域18，針22優選地設有具有凹槽的區域36，其允許燃料從蓄積容積32流至噴嘴主體的噴射末端區域18。該針區域還緊緊地接收在孔膛內并且因此起到限制在噴嘴主體內的針的橫向運動而不是限制其軸向運動。填充有加壓流體的控制腔40與針22相關聯以在其關閉方向作用受控壓力到針上。控制腔40位于針22的上方并且位于直接地定位在噴嘴布置上方的所謂的間隔部件42中。控制腔40本身與控制閥布置44相關聯，其包括由致動器(未示出)操作的控制閥46，如將在下文中解釋的，其允許控制控制腔40中的燃料壓力。典型地，各個主體部分16、42、44等在殼體47中保持在一起。針22的遠離其末端24的頂端50突出到控制腔40中并且朝向噴嘴布置關閉控制腔40。控制腔40通過用于燃料供給的進口通道52與高壓燃料通道34流體連通。附圖標記54表示出口通道，通過該出口通道燃料可以流出控制腔40至控制閥44，并且該出口通道位于低壓排出口(未示出)的更下游。為了將其在閉合方向偏置，針22典型地與彈簧裝置相關聯。這里，如圖1所示，彈簧58位于控制腔40中并且與針的頂端50接合，尤其通過圍繞減少的直徑突起501并且靠在圓周肩臺502上。位于間隔部件42上方的控制閥布置44包括具有中心孔膛60的閥體，閥構件62可在該中心孔膛60中滑動。閥構件62承載有多個軸向凹槽64，其中一個是密封面，該密封面能與在孔膛60的端部處的基座66接合。當密封表面與基座66相接觸時，接觸使得形成壓力密封。當閥構件62從其基座提升時，燃料可以從此通過而流動至下游低壓排出段。因此，控制閥44允許控制(即，允許或阻礙)控制腔40與低壓排出截面之間的連通。優選地，閥彈簧(未示出)位于控制閥46上方并且起到推動閥構件62的密封面與在閥布置主體中的孔膛中的基座66相接合。致動器(未示出)，優選地為螺線管類型，典型地位于控制閥的上方(例如，腔48中)以操作閥構件62。在螺線管致動器通道時，閥構件62提升從而閥構件62使其密封表面從閥布置主體的孔膛中的基座脫離。在螺線管致動器斷電時，閥構件在閥彈簧的作用下返回其原始位置。如現有技術中公知的，燃料噴射器操作即其打開和關閉通過控制作用在針22上的液壓而實現。因此，本發明的燃料噴射器10常規地包括三個限制器孔以在選擇的位置提供控制的流速：-進口限制器孔70，也被稱作進口孔(INO)，其布置在從高壓腔34至控制腔40的燃料的流動上；-出口限制器孔72，也被稱作溢出孔(SPO)，其布置為限制燃料從控制腔朝向控制閥46流出的流動；以及-噴嘴限制器孔74，也被稱作噴嘴路徑孔(NPO)，其布置在針前部的上游的高壓通道中。現有技術中公知的是，為了其中產生允許針22的打開的壓降，當控制閥46打開時，進口限制器70和出口限制器72協作以限定控制腔40的燃料泄漏率。噴嘴限制器74則允許減少作用在其下游的針表面上的高壓，尤其為了關閉噴嘴。這樣的內部燃料噴射器結構，尤其是關于控制腔、控制閥、限制器INO、SPO和NPO，以及作用在噴嘴主體和控制腔中的噴嘴上的液壓力的控制在現有技術中是公知的，例如從EP2647826。本領域技術人員將會清楚的是，背離在此示出的三部分結構的其它主體設計是可以構想的，例如，其中間隔部件集成在控制閥布置中，并且控制腔實施在噴嘴布置中。在使用中，在圖1中所示的位置中，針22通過彈簧和控制腔40中的高壓燃料壓力在關閉方向中被偏置，從而針末端24接合閥座26并且不發生從燃料噴射器傳送燃料。這些偏置力大于作用在噴嘴主體14中針22上的液壓力。為了遠離閥座26提升針22的末端以允許燃料從燃料噴射器被傳送，螺線管致動器被通電以克服閥彈簧的作用而提升閥構件62，使得密封面提升遠離閥布置主體的孔膛60中的基座。控制閥的這樣的提升允許燃料通過出口通道54從控制腔40逃逸并且通過閥布置主體的孔膛60排出，因此產生控制腔40中的壓力減小。當孔膛20內的針前段上的燃料力(即，由于燃料壓力的力)變得大于控制腔40中的燃料力和彈簧力時，針然后將從其基座提升。為了終止傳送，螺線管致動器不通電并且閥構件62在其閥彈簧的作用下向下移動直到其端部抵靠在閥布置主體中的孔膛的端部處的基座66接合密封面為止。控制閥的這樣的運動中斷了出口通道54與排出口之間的連通，因此使得控制腔內的壓力再次積累至高壓通道的水平并且沿關閉位置推動針22。如將會理解的，進口限制器INO和出口限制器SPO傳統上設置為從而形成限定預定流量的孔口，從而在發動機的正常操作中，典型地在高壓燃料泵的進口處測量時燃料溫度大于40攝氏度，在控制腔40中可以產生所需的壓降以打開針。然而觀察到，在低溫下，典型地當在寒冷環境條件下(低于0攝氏度的空氣溫度)啟動發動機時，燃料溫度非常低并且在這樣的低溫下燃料的高粘度影響(降低)了在控制腔處的壓力下降，由此針沖程和提升速度比正常操作條件下低。該現象對噴射器傳送具有整體負面影響。與傳統的燃料噴射器相對照，在本燃料噴射器中，與在相同的燃料壓力的正常燃料溫度相比，為了在控制腔40中產生更大的壓力減小，在這樣的低燃料溫度下，進口限制器INO70和出口限制器SPO72的各自的幾何形狀設計為使得出口燃料流速與進口燃料流速的比值在低燃料溫度下增加，并且因此改進了針打開行為。如之前所指出的，研發本設計以解決低燃料溫度的情況，典型地燃料溫度低于0攝氏度，并且與正常的燃料溫度即典型地燃料溫度超過40攝氏度的傳統情況相反，燃料溫度是燃料系統中的溫度并且尤其在高壓燃料泵的入口處。這通過選擇限制器孔70和72的適當的形狀因素有利地實現。可以注意到，實際上，限制器孔形成為在進口和出口通道(或在其端部)中的窄的直徑截面，其可以具有在100至300μm范圍內的直徑。盡管這樣的限制器孔通常設計為圓柱形孔，并且因此被認為具有直徑D和長度L，制造過程可能導致與標稱直徑的稍稍偏離。因此，實際上，考慮制造公差，限制器孔可以局部地稍稍橢圓或圓錐形或類似。在這樣的變化情況下，限制器直徑D被認為是由限制器提供的最小截面。其中橫截面不是嚴格的圓形，限制器直徑D應當是等效直徑。優選地，限制器孔形狀因素因此特征在于其比率RF＝L/D。為了提供在低溫下的受限流動，期望的是兩個限制器的形狀比率，注意Rdim＝RF_SPO/RF_INO小于0.75，并且優選0.1≤Rdim≤0.7。更優選的范圍是0.1≤Rdim≤0.5以及0.2≤Rdim≤0.4。在當前實施例中，與傳統的設計相比，通過增加進口限制器70的長度LINO，INO限制器70構成為在低溫下提供提高的流動限制。可以注意到噴射器設計階段，設計者通常利用INO和SPO的直徑將其限定為在正常/高操作溫度下實現通過控制腔的預定流速。在本發明的上下文中，已經觀察到，在正常/高溫度下，在沒有影響設計流速的情況下，作用于限制器孔的長度LINO允許控制在低溫下的流速。當前噴射器設計明確地意味著用于在燃料壓力在70至3000巴的范圍內的柴油燃料噴射器工作，并且本發明對于冷發動機尤其感興趣，即對于典型地不超過500巴的燃料壓力。這里可以注意到當INO和SPO限制器直徑比較類似時(即當它們約10至20％不同時)，在INO與SPO之間的差別可以簡單地以長度比率RL＝LSPO/LINO表征，其應當在0.2≤RL≤0.8的范圍內以提供所需的流動行為。還需要對進口和出口限制器孔的制造進行一些論述。如上面所指出的，取決于制造技術和公差，它們的形狀可以與嚴格的氣缸不同。它們可以直接放置在分別通向或離開控制腔的通道內在控制腔的進口/出口處，重要的方面是限制器提供了對出入控制腔的燃料流動的流動影響。在圖1所示的實施例中，進口和出口通道典型地在間隔件的主體內機加工。換句話說，限制器孔可以形成為如圖2示意性地所示。附圖標記80表示例如從高壓通道連通到控制腔的通道。通道80具有圓柱形的形狀以及以錐形區段82結束。直徑與通道80的直徑基本相匹配、形狀為桿構件的塞子84已經插入到該通道中。塞子84在其外表面上配備有限定了流動通道的縱向/軸向槽86，所述槽由通道80的壁封閉。因此，塞子84是限定了所需橫截面和長度的限制器孔(即，通道86)的限制器裝置，對于進口或出口限制器通過其所需L/D因素可以實現。示例現在將在下文中給出本噴射器的效率的示例。在表1中，總結了根據本設計的兩個噴射器(標注為A和B)的進口孔和出口孔的尺寸屬性，。噴射器Z是比較示例，其中Rdim沒有落入上述規定范圍。除此之外全部的三個噴射器具有相同的結構。由于出口孔的尺寸相同，并且DINO基本上類似，僅有的可感知的變化參數因此是LINO。表1噴射器ABZLINO2.50mm1.20mm0.7mmDINO0.2622mm0.257mm0.256mmLSPO0.7mm0.7mm0.7mmDSPO0.221mm0.221mm0.221mmRdim0.330.681.16圖3至圖7示出了噴射器A、B和Z的一些性能。圖3至圖6對應于以下測試條件：-20攝氏度、3500μs脈沖和300b軌壓力。首先轉到圖3，通過具有降低Rdim的進口開口INO的流速的減少可以清楚地觀察到。與噴射器Z相比，具有Rdim＝0.33的噴射器A具有可感測的減少的至控制腔的INO流速。通過減少的Rdim獲得的減少的INO流速的后果可以在其它曲線圖中觀察到。圖4示出了緩慢下降的INO流動增加了控制腔中的壓降。控制腔中的該增加壓降導致了較早開始并且具有較大幅度(行程)以及增加的打開速度的針位移(圖5)。如可以看到的，具有0.33的Rdim，針行程約為針對Rdim＝1.16測量的行程的兩倍。該針提升中的顯著改進，尤其是在Rdim＝0.33時，導致增加的噴射器流速，如圖6所示。最終，圖7示出了針對噴射器A和Z在40攝氏度的溫度下針對三個不同的軌壓力的傳送曲線(由行程傳送的燃料體積)。可以看到，針對噴射器A和Z的傳送曲線是基本類似的。本測試結果因此示出了作用在Rdim(以滿足規定范圍)是非常有利的，在正常工作條件下(即，40攝氏度和更高)在不改變噴射器的流動性能的情況下，這允許在低溫下噴射器性能的顯著改進。當前第1頁1 2 3