本發(fā)明涉及一種用于燃料的噴嘴，例如該噴嘴被用于將燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室中。

背景技術(shù)：

用于燃料的噴嘴，尤其用于將處于高壓下的燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室中，長久以來已由現(xiàn)有技術(shù)已知。因此，由de19936668a1已知一種帶有噴嘴的燃料噴射器，其中，該噴嘴具有帶有壓力室的噴嘴體，該壓力室構(gòu)造在該噴嘴體中。呈活塞形的噴嘴針能縱向移動地布置在該壓力室中，該噴嘴針在一個端部上具有密封面，借助于該密封面該噴嘴針與構(gòu)造在噴嘴體中的噴嘴座共同作用用于打開和關(guān)閉至少一個噴射開口。為了控制噴嘴針的縱向運動在與噴嘴座對置的端部上構(gòu)造有控制室，該控制室能以處于高壓下的燃料來充注，并且在該控制室中能通過控制閥調(diào)節(jié)交變的燃料壓力，通過該燃料壓力能將關(guān)閉力向噴嘴座的方向施加到噴嘴針上。壓力室和燃料存儲器連接，在該燃料存儲器中燃料預(yù)保持在高壓下，以便總是以處于恒定高壓下的燃料來供給壓力室。

通過噴嘴針支撐在噴嘴座上實現(xiàn)的噴射開口密封為噴嘴的關(guān)閉狀態(tài)。如果要將燃料噴射到燃燒室中，那么使噴嘴針在縱向上從噴嘴座運動離開，其方式是：降低控制室中的液壓壓力。因此，壓力室中的液壓力使噴嘴針從噴嘴座運動離開，并且噴射開口由噴嘴針釋放，使得來自壓力室中的燃料通過噴射開口被噴出。在此，對于規(guī)整的噴射來說重要的是：噴嘴針應(yīng)非常迅速地從噴嘴座離開。如果噴嘴針只是緩慢地進行上述過程，那么在噴嘴針的密封面和噴嘴座之間形成節(jié)流間隙，通過該節(jié)流間隙來自壓力室的燃料僅以減小的壓力流向噴射開口，使得該燃料在從噴射開口中流出時僅不充分地被霧化。該所謂座節(jié)流區(qū)域必須通過噴嘴針的迅速運動盡可能短地保持，以便將噴嘴開口上的有效噴射壓力迅速地提高到壓力室內(nèi)的水平，從而達到良好的燃料霧化。否則，未充分霧化的燃料在燃燒室內(nèi)導(dǎo)致不充分的燃燒，從而導(dǎo)致內(nèi)燃機的提高的碳氫化合物排放。

為了提高針打開速度能夠使控制室中的壓力盡可能迅速地降低。這能夠由此來實現(xiàn)：排流節(jié)流部(燃料能夠通過該排流節(jié)流部從控制室中流走)與入流節(jié)流部(控制室通過該節(jié)流部以處于高壓下的燃料來充注)相比構(gòu)型有大流通橫截面。如果控制室附加地也通過該排流節(jié)流部來充注，其方式是：排流節(jié)流部在控制閥關(guān)閉時與高壓相連，那么節(jié)流部的每個增大都導(dǎo)致較快的壓力建立或者壓力解除。然而，迅速的壓力下降或者壓力建立使噴射閥的最小噴射量性能變差，因為所噴射的燃料量由此非常敏感地對控制閥的操控時長作出反應(yīng)。這隨之帶來大的升程/升程分布，即各個噴射的噴射量圍繞希望的值具有較大隨機分布。

此外，給在控制室內(nèi)的壓力下降的速度設(shè)置一定的邊界，其方式是：噴嘴針在許多應(yīng)用中以所謂的彈道式運行來運行，在該運行中噴嘴針不到達機械升程止擋，而是在到達升程止擋之前通過重新提升在控制室內(nèi)的壓力來制動并且向噴嘴座方向加速返回。然而，如果在控制室中的壓力下降過于迅速，那么不再能夠?qū)崿F(xiàn)該彈道式運行，因為噴嘴針由于其大的打開速度提前到達機械升程止擋。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與上述相對，具有權(quán)利要求1特征部分的特征的本發(fā)明噴嘴具有這樣的優(yōu)點：通過噴嘴針在燃料噴射開始或者結(jié)束時的迅速打開和迅速關(guān)閉，燃料噴射始終以高壓并且從而以良好的燃料霧化來進行，因此降低了內(nèi)燃機的有害物排放。對此，噴嘴具有噴嘴體，在該噴嘴體中構(gòu)造有能以處于高壓下的燃料來充注的壓力室，呈活塞形的噴嘴針能縱向運動地布置在該壓力室中。噴嘴針在一個端部上具有密封面并且在與所述端部對置的端部上具有端面，其中，所述噴嘴針借助于密封面與噴嘴座共同作用用于打開和關(guān)閉至少一個噴射開口。此外，存在能以處于高壓下的燃料來充注的控制室，在該控制室中能調(diào)節(jié)交變的壓力，噴嘴針借助于所述端面來限制該交變的壓力，使得通過液壓壓力能夠?qū)⒘ο驀娮熳较蚴┘拥絿娮灬樀亩嗣嫔稀娮灬樉哂袕椥钥v向區(qū)段，該彈性縱向區(qū)段具有小于40000n/mm的縱向剛度。

通過彈性縱向區(qū)段的構(gòu)造能夠決定性地改善噴嘴針的有效打開速度。彈性縱向區(qū)段由于噴嘴針的通過在控制室中的高壓所引起的壓縮而導(dǎo)致噴嘴針的所謂速動效果，該速動效果會提高原本的打開速度，因此導(dǎo)致噴嘴針的密封面在打開運動開始時與已知的噴嘴針相比更快地從噴嘴座離開。在噴嘴針關(guān)閉運動時也得到相同的效果，使得在噴嘴針靠近噴嘴座時也提高了密封面的速度，從而較快地通過座節(jié)流區(qū)域。參照說明書詳細闡述該效果。

在一個有利構(gòu)型中，所述彈性區(qū)段的縱向剛度小于20000n/mm，特別優(yōu)選在12000至16000n/mm之間。在縱向剛度的這些范圍內(nèi)達到最大效果，而噴嘴針的穩(wěn)定性和噴嘴針的可制造性在技術(shù)上不會有問題。

在另一有利構(gòu)型中，縱向彈性區(qū)段構(gòu)造成圓形柱，其中，噴嘴針的材料優(yōu)選是鋼。優(yōu)選，縱向彈性的圓柱形區(qū)段在此具有從1.3至2.0mm的直徑，優(yōu)選在1.4mm和1.6mm之間。優(yōu)選，鋼的彈性模量在此具有從200000至230000n/mm²的數(shù)值，優(yōu)選210000n/mm²。

在另一有利構(gòu)型中，所述圓柱形的彈性縱向區(qū)段具有從20至30mm的長度，優(yōu)選25至27mm。這樣的長度能夠沒有問題地放置在普通的噴嘴中，如優(yōu)選用于燃料噴射器那樣的噴嘴，而不必相對于至今已知的類型增加噴嘴的安裝空間。

在另一有利構(gòu)型中噴嘴針的密封面具有環(huán)形的密封線，借助于該環(huán)形的密封線，噴嘴針在噴嘴的關(guān)閉狀態(tài)下緊貼在噴嘴座上并且相對噴射開口密封壓力室。在此，所述密封線具有與縱向彈性區(qū)段的直徑相等的直徑，使得在噴嘴針的該區(qū)域中沒有通過壓力室內(nèi)的燃料壓力所引起的液壓力沿縱向方向施加到噴嘴針上。

在另一有利構(gòu)型中，在彈性縱向區(qū)段的上游和下游，各一個導(dǎo)向區(qū)段位于噴嘴針上，通過該導(dǎo)向區(qū)段噴嘴針在壓力室中在徑向方向上被導(dǎo)向。這些導(dǎo)向區(qū)段例如通過直徑擴展來構(gòu)成，其中，在導(dǎo)向區(qū)段上構(gòu)造有通口，該通口保證在壓力室內(nèi)流向噴射開口的無節(jié)流的燃料流。

在另一有利構(gòu)型中，噴嘴針以其背離密封面的端部被接收在套筒中，該套筒在徑向上限界控制室。在此，在套筒和噴嘴針之間以有利的方式布置有處于壓力預(yù)緊下的關(guān)閉彈簧，該關(guān)閉彈簧將關(guān)閉力向噴嘴座方向施加到噴嘴針上。關(guān)閉彈簧負責(zé)，噴嘴針在內(nèi)燃機關(guān)閉時也保持貼靠在噴嘴座上并且因此在控制室中缺少壓力的情況下也不發(fā)生燃料滲漏到燃燒室中。

以有利的方式，用于將燃料噴射到內(nèi)燃機燃燒室中的燃料噴射器構(gòu)型成具有根據(jù)權(quán)利要求中任一項所述的噴嘴。

附圖說明

在附圖中示出本發(fā)明的噴嘴。在此，

圖1以示意性圖示連同示意性示出的噴射系統(tǒng)來示出本發(fā)明的噴嘴，

圖2示出在噴射過程期間噴嘴針長度變化的示意性圖示，

圖3示出在噴射過程和針升程期間噴嘴針長度變化作為時間函數(shù)的曲線圖，

圖4示出在與傳統(tǒng)噴嘴相比的噴射循環(huán)中噴射速率在時間上的走勢；和

圖5以縱截面示出本發(fā)明噴嘴的同樣示意性圖示。

具體實施方式

在圖1中，示意性地示出本發(fā)明的燃料噴射器連同對應(yīng)的噴射系統(tǒng)。燃料噴射器100具有噴嘴1，該噴嘴包括噴嘴體2，在該噴嘴體中構(gòu)造有壓力室4。壓力室4能夠以處于高壓下的燃料來充注。為此，將來自燃料箱7的燃料通過燃料管路15輸送給高壓泵16，該高壓泵壓縮燃料并且將所壓縮的燃料通過壓力管路17輸送給高壓集流室19，在該高壓集流室中預(yù)保存所壓縮的燃料。從高壓集流室19相應(yīng)于所存在的燃料噴射器100的數(shù)量分支出高壓管路21，通過該高壓管路，壓力室4以處于高壓下的燃料來充注。

活塞形的噴嘴針3能縱向移動地布置在壓力室4中，該噴嘴針在這里最大程度示意性地示出。噴嘴針3具有縱向彈性區(qū)段25，該區(qū)段在這里通過彈簧來符號化，然而例如由噴嘴針3的逐漸變細的圓柱形區(qū)段組成。噴嘴針3具有密封面6，借助于該密封面噴嘴針3和噴嘴座5共同作用，該噴嘴座構(gòu)造在噴嘴體2的燃燒室側(cè)端部上，使得在密封面6貼靠在噴嘴座5上時使構(gòu)造在噴嘴體2中的一個或多個噴射開口8抵著壓力室4密封。如果噴嘴針3在縱向方向上從噴嘴座5抬起，那么來自壓力室4的燃料穿過密封面6和噴嘴座5之間流到噴射開口8并且通過所述噴射開口被噴出。

噴嘴針3的背離密封面6的端部具有端面9，該端面限界了控制室10?？刂剖?0能通過從高壓管路21分支的入流節(jié)流部13以處于高壓下的燃料來充注。此外，控制室10與能通過控制閥18與低壓管路20連接的排流節(jié)流部14連接，其中，所述低壓管路20通回到燃料箱7中。如果控制閥18位于其打開位置中，如在圖1中示出那樣，那么來自控制室10的燃料通過低壓管路20流入到燃料箱7中，其中，所述入流節(jié)流部13和所述排流節(jié)流部14這樣相互協(xié)調(diào)，使得在控制閥18打開時通過排流節(jié)流部14流走的燃料比在相同時間間隔中通過入流節(jié)流部13補充流入控制室10的燃料多。由此，在控制室10中出現(xiàn)壓力下降，并且相應(yīng)地出現(xiàn)作用在端面9上的液壓壓力的減小，使得通過壓力室4中的燃料壓力使噴嘴針3從噴嘴座5運動離開并且噴射開口8被釋放。如果要結(jié)束噴射，那么控制閥18重新關(guān)閉，由此，開始時已經(jīng)存在于控制室10中的高燃料壓力重新建立并且將噴嘴針3壓回到其關(guān)閉位置貼靠在噴嘴座5上，因此噴射開口8被關(guān)閉。

接下來，彈性區(qū)段25的功能如下并且也應(yīng)根據(jù)圖2來闡述，圖2在噴射循環(huán)的不同時間點示意性示出噴嘴針3的狀態(tài)。在圖2a中示出噴嘴針3在噴射開始時的狀態(tài)，在此時噴嘴針3在其關(guān)閉位置中貼靠在噴嘴座5上。在此，噴嘴針3不以其整個密封面6支撐在噴嘴座5上，而是在密封面6上為了改善密封性而構(gòu)造了環(huán)形的密封線27，該密封線引起密封面6在噴嘴座5上的基本呈線形的支撐。因為在密封線27以下的面不被壓力室4的燃料壓力加載，所以沒有力或僅不顯著的力作用到密封線27以下的密封面6上。

控制室10中的、在現(xiàn)代噴射系統(tǒng)中能夠超過2000bar的高燃料壓力引起作用到噴嘴針的端側(cè)9上的液壓力fs1，該液壓力在圖2a中在上方通過箭頭符號化并且該液壓力將噴嘴針3擠壓在一起。通過噴嘴針3的彈性區(qū)段25的構(gòu)造，在該區(qū)域主要進行壓縮。因為在密封線27以下實際上沒有燃料壓力加載，或至多有存在于燃燒室中并且導(dǎo)致力fd1的壓力，所以得到噴嘴針3以一定量值進行的彈性壓縮。如果現(xiàn)在解除控制室10中的壓力，那么彈性區(qū)段25松弛并且導(dǎo)致噴嘴針3以量值δl伸長，如在圖2b中所示那樣。在控制室中的力fs2減小，而反力fd2大致保持相等，因為噴嘴針3還位于其關(guān)閉位置中，也就是說，噴嘴針還未從噴嘴座5抬起。

如果現(xiàn)在噴嘴針3從噴嘴座5抬起，那么噴嘴針3的密封面6被壓力室3的燃料壓力滲透，使得現(xiàn)在提高的液壓力fd3也作用到密封面6上，如在圖2c中所示那樣。同時，通過控制室中的壓力也使力fs3提高，因為燃料由控制室10內(nèi)的噴嘴針3壓縮，由此，噴嘴針這次通過在兩個端部上的液壓力再次被壓縮并且再次縮短。噴嘴針3的彈性縮短不完全如在關(guān)閉位置中在打開升程運動開始時那樣大，因為在控制室中的液壓力fs3和在壓力室4內(nèi)的液壓力相對于關(guān)閉狀態(tài)降低一些。這首先因為，在壓力室4中的壓力通過噴嘴針3打開并且從而通過噴射開口8的釋放而降低，同時，作用到密封面6上的靜壓力由于燃料在密封面6和噴嘴座5之間的流動而減小，這同樣降低了作用到密封面6上的液壓力。

在噴嘴針3到噴嘴座5上的關(guān)閉運動中，密封面6接近噴嘴座5，這使燃料流并且從而使燃料壓力在密封面6的區(qū)域中節(jié)流，使得液壓力fd4明顯減小，如在圖2d中所示那樣。通過取消作用到噴嘴針3的下側(cè)上、也就是說作用到密封面6上的液壓力，噴嘴針3松弛并且再次伸長，如在圖2d中所示那樣。一旦噴嘴針3再次到達其初始位置，也就是說貼靠在噴嘴座5上，那么在控制室10中再次建立初始壓力，從而液壓力fs5如圖2e中所示那樣再次變?yōu)樽畲蟛⑶沂箛娮灬樋s短到其初始長度，其中，所述縮短主要發(fā)生在彈性區(qū)段25中。

噴嘴針在縱向方向上通過彈性區(qū)段25產(chǎn)生的所示出的周期性壓縮和松弛引起密封面6在從噴嘴座5抬起時的附加加速度。對此，在圖3中以時間上的走勢示出噴嘴針的伸長δl和噴嘴針的升程h。在時間點t0將控制閥18打開，使得控制室10中的壓力解除并且作用到噴嘴針3的端面9上的液壓力減小。由此，噴嘴針3以在時間點t1所達到的長度δl2來伸長。一旦噴嘴針3已經(jīng)完全松弛，也就是說已經(jīng)達到其最大伸長，那么噴嘴針的真正的打開運動開始，也就是說，密封面6從噴嘴座5運動離開并且釋放噴射開口8。通過上面所示的液壓關(guān)系，現(xiàn)在噴嘴針3再次擠壓在一起，直至在時間點t2所達到的伸長δl1。在該狀態(tài)下并且直至?xí)r間點t3，噴嘴針3位于其彈道式運動階段，也就是說，噴嘴針一方面從座節(jié)流區(qū)域出來并且另一方面沒有到達機械止擋上。壓力室4內(nèi)或者控制室10內(nèi)的液壓力既作用到端面9上又作用到密封面6上。在噴嘴針3達到其最大升程hmax前不久，控制閥18關(guān)閉，使得控制室10中的壓力重新上升。由此，噴嘴針3向打開方向的運動被制動，并且其運動方向反向。

在時間點t3噴嘴針3到達一個位置，在該位置中在密封面6和噴嘴座5之間的座節(jié)流導(dǎo)致作用到密封面6上的液壓力明顯減小。由此，噴嘴針3重新伸長，這導(dǎo)致直至?xí)r間點t4相對的長度變化δl再次增加到數(shù)值δl2，如在圖3中所示那樣。在時間點t4噴嘴針3也再次貼靠在噴嘴座5上，使得噴嘴針3由于在控制室10中的上升的壓力被再次壓縮并且在時間點t5達到其初始長度。

最后，與已知的噴嘴針和其僅通過在控制室內(nèi)的液壓壓力所確定的打開升程運動相比，得到以下效果：一旦噴嘴針3開始其打開升程運動，也就是說從噴嘴座5抬起，那么密封面6的壓力滲透開始并且噴嘴針3壓縮，這在圖3中發(fā)生在時間點t1和t2之間。噴嘴針3的該壓縮和從而其縮短與噴嘴針的打開速度疊加，使得密封面6與噴嘴針3的整個重心相比更快地從噴嘴座5運動離開。由此，噴射速率在噴射開始時與在普通的噴嘴針3情況下相比更快地上升。為圖解說明上述情況，在圖4中示意性地示出了在噴射期間在時間t上的噴射速率r。點劃線40示出本發(fā)明噴嘴針3的噴射速率的走勢：在噴射開始時速率r與在已知的噴嘴針中的速率相比明顯更迅速地上升，該已知的噴嘴針的速率走勢42作為實線示出。在本發(fā)明的噴嘴針中更快地達到最大速率，使得僅少量具有低壓力的燃料到達噴射開口并且由此不充分地霧化。

本發(fā)明的效果也能夠如下來解釋和量化：如果控制室10中的壓力解除，那么噴嘴針3的端面9運動進入到控制室中，密封面6起先不運動。如果噴嘴針由具有約為210000n/mm²的彈性模量的常用鋼組成并且彈性區(qū)段的直徑在長度為26mm的情況下為1.5mm，其中，縱向彈性區(qū)段構(gòu)造成圓柱體形，那么該效果在噴嘴針彈性區(qū)段的縱向剛度例如為15000n/mm情況下約為30μm。一旦噴嘴針3的伸長結(jié)束，那么密封面6以一定的打開速度從噴嘴座5運動離開。現(xiàn)在，通過密封面6的壓力滲透使噴嘴針3重新壓縮，使得噴嘴針3的彈性變形疊加給噴嘴針3的運動速度。密封面6與在沒有彈性區(qū)段25的情況下相比更迅速地從噴嘴座5運動離開。

縱向剛度定義如下：

一般對于在噴嘴針縱向方向上的應(yīng)變εx適用：(在這里：x方向)

εx＝e^-1·[σx-ν·(σy+σz)]

在此，σx，σy和σz是在對應(yīng)空間方向上的應(yīng)力，ν是泊松數(shù)，e是彈性模量。然而，為了下面的考慮能夠忽略由在壓力室中的流體靜壓力引起的應(yīng)變量(應(yīng)力σy和σz)，因為該量值在整個噴射循環(huán)期間實際上保持不變。之后，上面的關(guān)系與單向負荷類似地被簡化為：

σ＝e·ε

在以下考察中從縱向彈性區(qū)段出發(fā)，該區(qū)段由噴嘴針的實心圓柱形區(qū)段組成，該圓柱形區(qū)段具有直徑d、橫截面a和長度l。如果通過f/a代替上面公式中的應(yīng)力σ，那么得出：

f/a＝e·ε

應(yīng)變ε作為由相對長度變化δl和區(qū)段的整個長度l所構(gòu)成的商來給定，即ε＝δl/l。如果兩者交錯使用，那么得出：

f/a＝e·δl/l

或者

f＝e·a/l·δl

力f和相對長度變化δl之間的比例因數(shù)稱作縱向剛度c，該縱向剛度通過下面的關(guān)系來給定：

c＝f/δl＝e·a/l

如果對于鋼使用e＝210000n/mm²的典型值并且縱向彈性區(qū)段25的直徑d為1.5mm并且長度l為26mm，那么得出縱向剛度為：

c＝210000n/mm²·π/4·(1.5mm)²/26mm≈14300n/mm

但是，在縱向剛度c更高時也已經(jīng)達到了好的效果，然而其中，縱向剛度c應(yīng)小于40000n/mm，從而需觀察在一個噴嘴情況下的效果。

在圖5中示意性地示出本發(fā)明噴嘴1的實施例，其中，相同構(gòu)件帶有如在圖1中那樣的相同附圖標(biāo)記。噴嘴1具有噴嘴體2，在該噴嘴體中構(gòu)造有壓力室4，該壓力室能以處于高壓下的燃料來充注，如圖1中已經(jīng)示出的那樣。噴嘴針3實施成活塞形并且具有第一導(dǎo)向區(qū)段30和第二導(dǎo)向區(qū)段31，借助于這兩個導(dǎo)向區(qū)段噴嘴針3在壓力室4內(nèi)在徑向方向上被導(dǎo)向。在第一導(dǎo)向區(qū)段30和第二導(dǎo)向區(qū)段31之間構(gòu)造有彈性縱向區(qū)段25，該彈性縱向區(qū)段具有直徑d和長度l。在背離密封面6一側(cè)，噴嘴針3以圓柱形區(qū)段在套筒23中被導(dǎo)向，該套筒在徑向方向上限界控制室10。在此，套筒23通過關(guān)閉彈簧24的力被壓抵到節(jié)流墊片22上，其中，處于壓力預(yù)緊下的關(guān)閉彈簧24布置在套筒23和噴嘴針3的凸肩36之間并且在此包圍噴嘴針3。在關(guān)閉彈簧24和凸肩36之間布置有補償墊片37，通過該補償墊片的厚度能夠調(diào)節(jié)關(guān)閉彈簧24的壓力預(yù)緊力。

在示出的實施例中在噴嘴針3的導(dǎo)向區(qū)段103和凸肩36之間存在噴嘴針3的另一彈性縱向區(qū)段26，該另一彈性縱向區(qū)段具有直徑dj，該直徑至少近似地相當(dāng)于彈性縱向區(qū)段25的直徑d。如果例如由于位置原因不能以必需的長度來制造彈性縱向區(qū)段25，那么通過該另一彈性縱向區(qū)段26能夠進一步降低噴嘴針3的總剛度。

如果c1和c2是兩個彈性區(qū)段25,26的縱向剛度，那么彈性縱向區(qū)段的總縱向剛度cges為：

cges＝1/(c1^-1+c2^-1)

在此，總縱向剛度cges優(yōu)選處于20000n/mm以下。

為了保證在壓力室4內(nèi)向噴射開口8方向的燃料流，在第一導(dǎo)向區(qū)段30和在第二導(dǎo)向區(qū)段31上，各一個或多個磨除部33或者34安置在導(dǎo)向區(qū)段30，31的外側(cè)上，使得不被節(jié)流的燃料流能夠從導(dǎo)向區(qū)段30,31旁邊經(jīng)過并且向噴射開口8的方向進行。

除了以帶有直徑減小的圓柱體形狀來構(gòu)造彈性縱向區(qū)段25之外，也能夠以其他方式示出該彈性縱向區(qū)段，例如其方式是：通過在噴嘴針中的槽來達到較高的縱向彈性。然而，通過直徑減小所實現(xiàn)的構(gòu)造是代表這種縱向彈性區(qū)段的最簡單方式，而不會使噴嘴針的制造成本由此明顯上升。