本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域并且更具體地涉及用于這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是柴油機(jī)的燃料噴射器。
背景技術(shù)：
：如在現(xiàn)有技術(shù)中公知的，內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)典型地包括多個(gè)燃料噴射器，其每個(gè)都布置為噴射燃料到相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室。每個(gè)燃料噴射器配備有來(lái)自適當(dāng)?shù)脑蠢绻曹壍母邏喝剂?，通過(guò)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(xì)長(zhǎng)的閥針的噴嘴主體。噴嘴主體具有帶有一個(gè)或多個(gè)噴孔的噴嘴末端，并且在使用時(shí)，噴射器被安裝成其噴嘴端部突出到相關(guān)聯(lián)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(zhǔn)備好在需要噴射時(shí)傳送至噴孔。針的縱向位移通過(guò)電磁致動(dòng)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(nèi)并且因此承受其中的燃料壓力，產(chǎn)生在關(guān)閉方向的壓力。此外，安裝在例如關(guān)閉腔中的彈簧通常在關(guān)閉方向偏置針。控制腔供給有通過(guò)進(jìn)口限制器來(lái)自高壓燃料通道的燃料，進(jìn)口限制器限定了進(jìn)口流速。當(dāng)控制閥打開時(shí)，燃料可以通過(guò)通向控制閥且進(jìn)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(shè)置在出口通道的進(jìn)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(dòng)器被通電以移動(dòng)其閥構(gòu)件并且因此打開朝向低壓排出口的流動(dòng)路徑，使得控制腔中的壓力下降。當(dāng)作用在針噴霧區(qū)域上的壓力超過(guò)由控制腔中的燃料和彈簧力作用在針上的力時(shí)發(fā)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(jīng)注意到在低溫時(shí)噴射器性能被改變，例如，當(dāng)在寒冷氣候狀態(tài)啟動(dòng)冷態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)比如低于0攝氏度。這好像是主要由于在低溫時(shí)，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(fā)明目標(biāo)本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種具有在低溫下改進(jìn)的性能的改進(jìn)的燃料噴射器。該目標(biāo)通過(guò)第一方面所述的燃料噴射器實(shí)現(xiàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)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(guò)該噴射末端有選擇地通過(guò)至少一個(gè)噴射孔排出；針，該針能滑動(dòng)地布置在所述噴嘴主體中，以通過(guò)該針的位移控制所述至少一個(gè)噴射孔；以及與所述針相關(guān)聯(lián)的控制腔，該控制腔在使用時(shí)填充有高壓燃料，以在所述針的關(guān)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(guò)進(jìn)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(guò)允許燃料通過(guò)出口限制器孔流出所述控制腔而減少?？刂崎y由致動(dòng)器操作并與所述控制腔相關(guān)聯(lián)以允許或阻礙燃料通過(guò)所述出口限制器流出所述控制腔。應(yīng)當(dāng)理解，所述進(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎn)生更大的壓力減小，從而便于噴嘴打開。可以注意到在常規(guī)的噴射器設(shè)計(jì)考慮下，為了在正常的噴射器工作條件下產(chǎn)生泄露出控制腔的預(yù)定泄漏率，控制腔中的壓降傳統(tǒng)上利用噴射進(jìn)口以及出口限制器孔的直徑限定(“正?！边@里通常是指至少40攝氏度的燃料溫度，尤其是在噴射系統(tǒng)的高壓燃料泵的進(jìn)口處測(cè)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(tǒng)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(cè)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(fā)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(zhǎng)度。在此背景下，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)觀察到利用進(jìn)口或出口限制器孔的長(zhǎng)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(shí)際上，所需流動(dòng)行為可以通過(guò)以下設(shè)計(jì)選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，進(jìn)口和出口限制器孔的構(gòu)造例如是如下限定的尺寸比率Rdim：Rdim＝(LSPO/DSPO)/(LINO/DINO)不超過(guò)0.75，其中LSPO和DSPO分別是出口限制器孔的長(zhǎng)度和直徑，LINO和DINO分別是進(jìn)口限制器孔的長(zhǎng)度和直徑。尤其，Rdim優(yōu)選在0.1≤Rdim≤0.70的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.1≤Rdim≤0.5的范圍內(nèi)，并且甚至優(yōu)選在0.2≤Rdim≤0.4的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)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(nèi)，優(yōu)選在0.9≤RD≤1.1內(nèi)。在這樣的情況下，在低溫下控制腔中的所需流動(dòng)性能可以通過(guò)進(jìn)口和出口限制器孔的構(gòu)造獲得，使得長(zhǎng)度比RL＝LSPO/LINO在0.2≤RL≤0.8的范圍內(nèi)。實(shí)際上，限制器孔尤其是進(jìn)口限制器孔可以簡(jiǎn)單的是機(jī)加工孔。在另一實(shí)施例中，進(jìn)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(shuō)明參照附圖，現(xiàn)在將通過(guò)舉例描述本發(fā)明，其中：圖1是在閉合結(jié)構(gòu)中通過(guò)本燃料噴射器的一個(gè)實(shí)施例的縱向截面圖；圖2是制造在控制腔的進(jìn)口通道中進(jìn)口限制器孔的可替換方式的草圖，示出了a)通過(guò)其中具有塞子構(gòu)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(duì)尺寸比率Rdim的不同值的各個(gè)噴射器特征的曲線圖；圖8是以放大圖中示出了進(jìn)口孔和出口孔的圖1的細(xì)節(jié)。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1提供了用于內(nèi)燃機(jī)尤其是柴油ICE的本燃料噴射器10的一個(gè)實(shí)施例。附圖標(biāo)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(qū)域并且配備有延伸通過(guò)頂部和噴射末端區(qū)域的孔膛20，孔膛在與噴射末端區(qū)域的自由端間隔開的位置終止。細(xì)長(zhǎng)的針22在孔膛20內(nèi)可滑動(dòng)，針包括端部區(qū)域24，其布置為與由鄰接孔膛的盲端的噴嘴主體的內(nèi)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(gè)或多個(gè)噴射孔28(僅示出了一個(gè))，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(guò)噴射孔28逃逸，并且當(dāng)針末端24從閥座26提升時(shí)，燃料可通過(guò)噴射孔28傳送。如圖1所示，針22可以是常規(guī)形狀的，使得在噴嘴主體14的噴射末端區(qū)域18內(nèi)延伸的區(qū)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(nèi)表面之間流動(dòng)。在噴嘴主體的頂部區(qū)域16內(nèi)，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(dòng)。頂部區(qū)域和噴射末端區(qū)域之間的區(qū)域包括在兩個(gè)所述區(qū)域的區(qū)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(shè)計(jì)中，噴嘴主體14的頂部區(qū)域配備有蓄積容積32，蓄積容積32從上部區(qū)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(jìn)入(例如從發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)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(qū)域18，針22優(yōu)選地設(shè)有具有凹槽的區(qū)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(qū)域18。該針區(qū)域還緊緊地接收在孔膛內(nèi)并且因此起到限制在噴嘴主體內(nèi)的針的橫向運(yùn)動(dòng)而不是限制其軸向運(yùn)動(dòng)。填充有加壓流體的控制腔40與針22相關(guān)聯(lián)以在其關(guān)閉方向作用受控壓力到針上?？刂魄?0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(guān)聯(lián)，其包括由致動(dòng)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(gè)主體部分16、42、44等在殼體47中保持在一起。針22的遠(yuǎn)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(guān)閉控制腔40?？刂魄?0通過(guò)用于燃料供給的進(jìn)口通道52與高壓燃料通道34流體連通。附圖標(biāo)記54表示出口通道，通過(guò)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(guān)聯(lián)。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(guò)圍繞減少的直徑突起501并且靠在圓周肩臺(tái)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(gòu)件62可在該中心孔膛60中滑動(dòng)。閥構(gòu)件62承載有多個(gè)軸向凹槽64，其中一個(gè)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(dāng)密封表面與基座66相接觸時(shí)，接觸使得形成壓力密封。當(dāng)閥構(gòu)件62從其基座提升時(shí)，燃料可以從此通過(guò)而流動(dòng)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(yōu)選地，閥彈簧(未示出)位于控制閥46上方并且起到推動(dòng)閥構(gòu)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(dòng)器(未示出)，優(yōu)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(gòu)件62。在螺線管致動(dòng)器通道時(shí)，閥構(gòu)件62提升從而閥構(gòu)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(dòng)器斷電時(shí)，閥構(gòu)件在閥彈簧的作用下返回其原始位置。如現(xiàn)有技術(shù)中公知的，燃料噴射器操作即其打開和關(guān)閉通過(guò)控制作用在針22上的液壓而實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明的燃料噴射器10常規(guī)地包括三個(gè)限制器孔以在選擇的位置提供控制的流速：-進(jìn)口限制器孔70，也被稱作進(jìn)口孔(INO)，其布置在從高壓腔34至控制腔40的燃料的流動(dòng)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(dòng)；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(xiàn)有技術(shù)中公知的是，為了其中產(chǎn)生允許針22的打開的壓降，當(dāng)控制閥46打開時(shí)，進(jìn)口限制器70和出口限制器72協(xié)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(guān)閉噴嘴。這樣的內(nèi)部燃料噴射器結(jié)構(gòu)，尤其是關(guān)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(xiàn)有技術(shù)中是公知的，例如從EP2647826。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)清楚的是，背離在此示出的三部分結(jié)構(gòu)的其它主體設(shè)計(jì)是可以構(gòu)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(shí)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(guò)彈簧和控制腔40中的高壓燃料壓力在關(guān)閉方向中被偏置，從而針末端24接合閥座26并且不發(fā)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(yuǎn)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(dòng)器被通電以克服閥彈簧的作用而提升閥構(gòu)件62，使得密封面提升遠(yuǎn)離閥布置主體的孔膛60中的基座?？刂崎y的這樣的提升允許燃料通過(guò)出口通道54從控制腔40逃逸并且通過(guò)閥布置主體的孔膛60排出，因此產(chǎn)生控制腔40中的壓力減小。當(dāng)孔膛20內(nèi)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(shí)，針然后將從其基座提升。為了終止傳送，螺線管致動(dòng)器不通電并且閥構(gòu)件62在其閥彈簧的作用下向下移動(dòng)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?？刂崎y的這樣的運(yùn)動(dòng)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(nèi)的壓力再次積累至高壓通道的水平并且沿關(guān)閉位置推動(dòng)針22。如將會(huì)理解的，進(jìn)口限制器INO和出口限制器SPO傳統(tǒng)上設(shè)置為從而形成限定預(yù)定流量的孔口，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)的正常操作中，典型地在高壓燃料泵的進(jìn)口處測(cè)量時(shí)燃料溫度大于40攝氏度，在控制腔40中可以產(chǎn)生所需的壓降以打開針。然而觀察到，在低溫下，典型地當(dāng)在寒冷環(huán)境條件下(低于0攝氏度的空氣溫度)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，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(xiàn)象對(duì)噴射器傳送具有整體負(fù)面影響。與傳統(tǒng)的燃料噴射器相對(duì)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(chǎn)生更大的壓力減小，在這樣的低燃料溫度下，進(jìn)口限制器INO70和出口限制器SPO72的各自的幾何形狀設(shè)計(jì)為使得出口燃料流速與進(jìn)口燃料流速的比值在低燃料溫度下增加，并且因此改進(jìn)了針打開行為。如之前所指出的，研發(fā)本設(shè)計(jì)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(guò)40攝氏度的傳統(tǒng)情況相反，燃料溫度是燃料系統(tǒng)中的溫度并且尤其在高壓燃料泵的入口處。這通過(guò)選擇限制器孔70和72的適當(dāng)?shù)男螤钜蛩赜欣貙?shí)現(xiàn)?？梢宰⒁獾?，實(shí)際上，限制器孔形成為在進(jìn)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(nèi)的直徑。盡管這樣的限制器孔通常設(shè)計(jì)為圓柱形孔，并且因此被認(rèn)為具有直徑D和長(zhǎng)度L，制造過(guò)程可能導(dǎo)致與標(biāo)稱直徑的稍稍偏離。因此，實(shí)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(rèn)為是由限制器提供的最小截面。其中橫截面不是嚴(yán)格的圓形，限制器直徑D應(yīng)當(dāng)是等效直徑。優(yōu)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(dòng)，期望的是兩個(gè)限制器的形狀比率，注意Rdim＝RF_SPO/RF_INO小于0.75，并且優(yōu)選0.1≤Rdim≤0.7。更優(yōu)選的范圍是0.1≤Rdim≤0.5以及0.2≤Rdim≤0.4。在當(dāng)前實(shí)施例中，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，通過(guò)增加進(jìn)口限制器70的長(zhǎng)度LINO，INO限制器70構(gòu)成為在低溫下提供提高的流動(dòng)限制?？梢宰⒁獾絿娚淦髟O(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)通過(guò)控制腔的預(yù)定流速。在本發(fā)明的上下文中，已經(jīng)觀察到，在正常/高溫度下，在沒有影響設(shè)計(jì)流速的情況下，作用于限制器孔的長(zhǎng)度LINO允許控制在低溫下的流速。當(dāng)前噴射器設(shè)計(jì)明確地意味著用于在燃料壓力在70至3000巴的范圍內(nèi)的柴油燃料噴射器工作，并且本發(fā)明對(duì)于冷發(fā)動(dòng)機(jī)尤其感興趣，即對(duì)于典型地不超過(guò)500巴的燃料壓力。這里可以注意到當(dāng)INO和SPO限制器直徑比較類似時(shí)(即當(dāng)它們約10至20％不同時(shí))，在INO與SPO之間的差別可以簡(jiǎn)單地以長(zhǎng)度比率RL＝LSPO/LINO表征，其應(yīng)當(dāng)在0.2≤RL≤0.8的范圍內(nèi)以提供所需的流動(dòng)行為。還需要對(duì)進(jìn)口和出口限制器孔的制造進(jìn)行一些論述。如上面所指出的，取決于制造技術(shù)和公差，它們的形狀可以與嚴(yán)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(nèi)在控制腔的進(jìn)口/出口處，重要的方面是限制器提供了對(duì)出入控制腔的燃料流動(dòng)的流動(dòng)影響。在圖1所示的實(shí)施例中，進(jìn)口和出口通道典型地在間隔件的主體內(nèi)機(jī)加工。換句話說(shuō)，限制器孔可以形成為如圖2示意性地所示。附圖標(biāo)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(qū)段82結(jié)束。直徑與通道80的直徑基本相匹配、形狀為桿構(gòu)件的塞子84已經(jīng)插入到該通道中。塞子84在其外表面上配備有限定了流動(dòng)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(zhǎng)度的限制器孔(即，通道86)的限制器裝置，對(duì)于進(jìn)口或出口限制器通過(guò)其所需L/D因素可以實(shí)現(xiàn)。示例現(xiàn)在將在下文中給出本噴射器的效率的示例。在表1中，總結(jié)了根據(jù)本設(shè)計(jì)的兩個(gè)噴射器(標(biāo)注為A和B)的進(jìn)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(guī)定范圍。除此之外全部的三個(gè)噴射器具有相同的結(jié)構(gòu)。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(shù)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(duì)應(yīng)于以下測(cè)試條件：-20攝氏度、3500μs脈沖和300b軌壓力。首先轉(zhuǎn)到圖3，通過(guò)具有降低Rdim的進(jìn)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(cè)的減少的至控制腔的INO流速。通過(guò)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(dòng)增加了控制腔中的壓降?？刂魄恢械脑撛黾訅航祵?dǎo)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(duì)Rdim＝1.16測(cè)量的行程的兩倍。該針提升中的顯著改進(jìn)，尤其是在Rdim＝0.33時(shí)，導(dǎo)致增加的噴射器流速，如圖6所示。最終，圖7示出了針對(duì)噴射器A和Z在40攝氏度的溫度下針對(duì)三個(gè)不同的軌壓力的傳送曲線(由行程傳送的燃料體積)?？梢钥吹剑槍?duì)噴射器A和Z的傳送曲線是基本類似的。本測(cè)試結(jié)果因此示出了作用在Rdim(以滿足規(guī)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(dòng)性能的情況下，這允許在低溫下噴射器性能的顯著改進(jìn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3