CN1237268C - 燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料喷射阀，特别是直接伸入到内燃机燃烧室中的燃料喷射阀，具有一个可被激励的致动器(10，11，12)，具有一个可由该致动器(10，11，12)作用运动的阀关闭体(7)，具有一个固定的阀座面(22)，阀关闭体(7)与该阀座面配合作用，以便打开和关闭所述阀，具有一个构造在下游的喷出区域中的燃料出口，它由至少一个在阀座面(22)下游设置的排出孔(23)构成，并且具有一个在阀座面(22)下游和具有所述至少一个排出孔(23)的喷出区域上游构成的死体积(25)，阀关闭体(7)的构成死体积(25)边界的表面(33)具有一个表面结构，其中，至少一些用于存储燃烧室气体的微孔具有至少25μm的粗糙深度。

Description

燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射阀，尤其是直接伸入到内燃机燃烧室中的燃料喷射阀。
背景技术
在发动机运行时，一般在直接将燃料喷入内燃机燃烧室时、特别是在直接喷射汽油或者喷射柴油时会出现这样的问题，即喷射阀的在下游侧的伸入燃烧室的尖部通过燃料沉积结焦或者说在火焰前峰形成的炭黑颗粒积聚在阀尖部上。因此，在起今为止已知的伸入到燃烧室中的喷射阀中，在其使用寿命上存在着对喷雾参数(例如静流量、油束角，小滴尺寸，成绺性)产生不利影响的危险，它会导致内燃机运行故障或者直至喷射阀发生故障。
发明内容
本发明提出了一种燃料喷射阀，具有一个可被激励的致动器，具有一个可由该致动器作用运动的阀关闭体，具有一个固定的阀座面，阀关闭体与该阀座面配合作用，以便打开和关闭所述阀，具有一个构造在下游的喷出区域中的燃料出口，它由至少一个在阀座面下游设置的排出孔构成，并且具有一个在阀座面下游和在具有所述至少一个排出孔的喷出区域上游构成的死体积，其中，构成死体积边界的构件的至少一个表面具有带直接到死体积的通道的表面结构，其中至少具有一些用于存储燃烧室气体的微孔，它们具有至少25μm的粗糙深度。
本发明燃料喷射阀的优点是，所述结焦(积炭)、特别是在具有排出孔的伸入到燃烧室中的阀尖部上结焦的负面影响被限制或者被消除。通过本发明的粗糙表面结构的构造可以在很大程度上阻止在排出孔中的结焦沉积，所述表面结构用于存储燃烧室气体，带有到死体积的入口，所述死体积位于阀针端部与包含排出孔的喷出区域之间。通过气相相对于液相的升力以及大的表面张力，所述气体保留在用于存储燃烧室气体的粗糙表面结构的微孔中。
以这种方式可以在直接将燃料喷射到燃烧室中时在燃料喷射阀上其长的使用寿命期间稳定地维持喷雾参数以及阀功能。
通过下面所述的措施，可以有利地进一步构造和改进以上所述燃料喷射阀。
有利的是，在朝向排出孔的阀针端部上或者在阀关闭体上在其朝向死体积的表面上设置粗糙的多微孔表面结构。以有利的方式可借助于打毛(电火花(Senkerodieren)，表面侵蚀，以粗大粒度磨削，设置车削纹或槽及类似方法)或者通过相应构件的烧结来制造所述表面结构。
此外有利的是，粗糙表面的存储气体的微孔也可以用作蒸发中心，这样在低于蒸汽压力时，在微孔中形成燃料汽泡。
有利的是，该燃料喷射阀伸入到强迫点火式内燃机的燃烧室中。
有利的是，所述燃料喷射阀伸入到压燃式内燃机的燃烧室中。
附图说明
本发明的实施例在附图中简化示出，并且在下面的说明中被进一步说明。其中，
图1是部分示出的燃料喷射阀；
图2是通过一个排出孔的示意性剖面，带有处于其中的并且被切断的液体柱。
具体实施方式
在图1中部分示出了一个用于混合气压缩、强迫点火式内燃机的喷射阀形成的阀的实施例。该喷射阀具有一个管状阀座架1，在其中与阀纵轴线2同心地构造了一个纵向孔3。在纵向孔3中安置了一个例如为管形的阀针5，它在其下游端部6上与一个例如球形的阀关闭体7固定连接，在阀关阀体的圆周上设置了例如5个用于使燃料流过的削平结构8。
喷射阀的操作以公知方式、例如电磁式实现。一个示意出的电磁路用于轴向移动阀针5并且因此逆着一个未示出的复位弹簧的弹簧力打开喷射阀或者关闭喷射阀，该电磁路带有一个电磁线圈10、一个衔铁11和一个铁芯12。该衔铁11与阀针5的背离阀关闭体7的端部通过例如一道借助激光形成的焊缝相连接，并且对准铁芯12。
一个阀座体16的导向孔15用于在轴向运动期间导向阀关闭体7，该阀座体通过焊接被密封地装配到与阀纵轴线2同心分布的纵向孔3中阀座架1的位于下游的、背离铁芯12的端部中。阀座体16例如被构造成碗形，其中，阀座体16的一个外壳部分17向着衔铁11方向过渡到一个靠置在阀座架1上的法兰18上。在与法兰18相对的相反侧上，阀座体16具有一个底部分19，它例如为凸出地拱起。
阀座体16的插入深度决定了阀针5的行程大小，因为阀针5的一个终端位置在电磁线圈10未激励时通过阀关闭体7靠置在阀座体16底部分19上的向下游锥形收缩的或者稍微弯曲构造的阀座面22上而被确定。阀针5的另一个终端位置在电磁线圈10激励时例如通过衔铁11靠置在铁芯12上被确定。阀针5这两个终端位置之间的位移，因此就是所述行程。球形的阀关闭体7与阀座体16的截锥形或者弯曲的阀座面22配合作用，该阀座面被构造在导向孔15和多个设置在阀座体16底部分19的中心区域中的排出孔23之间，底部分19构成了燃料喷射阀的喷出区域。
燃料喷射阀特别是作为所谓的多孔阀构成，它特别适合于直接将燃料喷射到未示出的燃烧室中。在此，在阀座体16的底部分19中加工了至少2个、但是也可以是4个或者还可以更多的排出孔23，例如借助于腐蚀、激光钻孔或者冲压进行加工。为了实现燃料向燃烧室的所希望的填充，这些排出孔23例如相对于阀纵轴线2有不同的定向角度，其中例如所有的排出孔23向下游方向以一个角度离开阀纵轴线2。
特别是这种用于直接将燃料喷射到燃烧室中的多孔阀是特别容易结焦的，所述阀的排出孔直接处于燃烧室气氛中。在不利的情况下，这些排出孔在它们的圆周上会通过结焦积聚而生长，由此，不再能够在允许的范围内计量和配量所希望的喷射量。
借助本发明的燃料喷射阀在很高的程度上避免，在排出孔23区域中的燃烧室结焦沉积损坏排出孔并且在阀的使用寿命上大大改变喷射量。
因为阀关闭体7和阀座体16的弯曲的底部分19以不同的半径构型，在燃料喷射阀关闭时，在排出孔23区域中环形环绕的阀座面22内在阀关闭体7和底部分19之间存在着一个被封闭的中间腔，它是一个死体积25。为了避免在排出孔23上积炭，按照本发明在死体积25中实现一种气体存储。在说明该气体存储的作用原理之前，在下面应该简单地解释结焦沉积的形成。
根据示意性示出排出孔23的图2，以下说明通流以及结焦的过程。当阀关闭体7在喷射过程结束时压回到阀座面22上时，通过排出孔23的流动被突然停止。也即在后面不再有燃料跟着流过阀座面22上的阀座区域到死体积25中。
在阀关闭之前不久还由排出孔23排出的液体柱27，由于它们的质量而具有一定的惯性。由于阀关闭和与此相连的流动停止，在阀座区域中在液体柱27中形成负压，该负压在排出孔23内由于惯性原因从排出孔23的排出平面28起向着上游方向变大。在液体柱27内的一定部位29处低于液体的蒸汽压力。在该部位29形成了冲击式的蒸气相，由此，液体柱27的在部位29下游的部分30受惯性作用从其余的液体上被脱下。在排出孔23内形成了液体的弯月面(Meniskus)，在其上存在着液体与包围阀的气体之间的相界。在直接将燃料喷入燃烧室中时，所有的部件直接在燃烧室上处于极端热作用下，也包括直接喷射阀，特别是伸入燃烧室中的排出孔23。在燃烧期间，特别是在上述的相界上形成结焦残留物，它们积聚在排出孔23的内壁上并且导致已经描述的需要克服的缺点。这样在公知的阀中，在排出孔23内的一定深度上形成环状的结焦沉积，它们有害地收缩通流断面。
借助于本发明燃料喷射阀的结构，使得排出孔23被完全排空，因此在排出孔23内不会形成结焦沉积。因此，按照本发明直接在构成死体积25边界的部件上、这里或者在阀关闭体7上或者在阀座体16上进行一种表面处理，借助于它可以提供用于气体存储的表面33的粗糙度。
下游的阀针端部或者阀关闭体7以及具有下游的喷出区域的阀座体16的构成所述死体积25边界的表面33中的至少一个具有一个多微孔结构。该多微孔表面33例如通过打毛(电火花，表面侵蚀，以粗大粒度磨削，设置车削纹或槽，喷砂，金属小球冲击及类似方法)或者通过相应构件的烧结产生。在这种表面处理后，表面33具有一种表面结构，其中至少有几个用于气体存储的微孔具有至少25μm的粗糙深度(Rautiefe)。
在粗糙化处理的表面33上，在各个微孔中固定保持了最小的气泡。在一个或许是烧结的构件中，气相在材料结构的多个空腔中甚至在进一步远离直接的表面33的材料区域中存储。存储在打毛表面33的微孔中的气泡是非常小的，这样由于其高的表面张力及因此良好的附着作用，这些气泡不会被液流从微孔中冲出。
在通过将阀关闭体7从阀座面22上抬起而打开阀时，在死体积25中的液体压力增加，由此在表面33微孔中的气体体积被压缩。在关闭阀时所述液体压力又下降，在微孔中的气体体积又膨胀。因为在关闭的阀中液体向死体积25中的进一步流入被中断，由于刚才还排出的液体的惯性在液相中形成一个负压。由此，表面33微孔的气体体积还可以进一步膨胀，它部分地到达死体积25中。以这种方式被排挤的液体体积可以从排出孔23排出。
在死体积25中又形成一个压力平衡时，剩余的液体体积由于气相的压缩又由排出孔23拉回到死体积25中。排出孔23被完全地由燃烧室气体充满。液体柱从排出孔23中完全消失。以这种方式，在排出孔23中不再存在液体柱27的弯月面。因此，在排出孔23中现在也不能形成不利的环状结焦沉积。
粗糙化表面33的其它作用方式在于，存储气体的微孔起蒸发中心的作用。在上述的通过关闭阀造成的燃料中压力下降时，在低于蒸汽压力时，在微孔中形成燃料的蒸汽泡。由于蒸汽泡的增加，将液体燃料从死体积25中排挤出。在死体积25中形成压力平衡后，剩余的液体体积通过气相的压缩又被从排出孔23拉回到死体积25中。
阀针尖部或者说阀关闭体7都不是燃料喷射阀的在其上可以设置本发明表面粗糙度的唯一构件。确切地说，仅仅应当保证，具有所需要的粗糙度的表面33部分地构成死体积25的边界。

Claims (12)

1、一种燃料喷射阀，具有一个可被激励的致动器(10，11，12)，具有一个可由该致动器(10，11，12)作用运动的阀关闭体(7)，具有一个固定的阀座面(22)，阀关闭体(7)与该阀座面配合作用，以便打开和关闭所述阀，具有一个构造在下游的喷出区域中的燃料出口，它由至少一个在阀座面(22)下游设置的排出孔(23)构成，并且具有一个在阀座面(22)下游和在具有所述至少一个排出孔(23)的喷出区域上游构成的死体积(25)，其特征在于，构成死体积(25)边界的构件的至少一个表面(33)具有带直接到死体积(25)的通道的表面结构，其中至少具有一些用于存储燃烧室气体的微孔，它们具有至少25μm的粗糙深度。
2、按照权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述表面(33)是多微孔的。
3、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述表面(33)的表面结构借助于电火花腐蚀打毛。
4、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述表面(33)的表面结构借助于表面侵蚀打毛。
5、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述表面(33)的表面结构借助于以粗大粒度磨削打毛。
6、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述表面(33)的表面结构借助于设置上车削纹或槽粗糙化。
7、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述表面(33)的表面结构可借助于具有表面(33)的部件的烧结产生。
8、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，在朝向排出孔(23)的下游阀针端部上或者在阀关闭体(7)上在其朝向死体积(25)的表面(33)上设置了所述表面结构。
9、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，表面(33)的存储气体的微孔也用作蒸发中心。
10、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，该燃料喷射阀伸入到强迫点火式内燃机的燃烧室中。
11、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述燃料喷射阀伸入到压燃式内燃机的燃烧室中。
12、按照权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，该燃料喷射阀是直接伸入到内燃机燃烧室中的燃料喷射阀。
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