用于控制待供給至燃料噴嘴的燃料的量的節(jié)流裝置以及噴射裝置的制作方法
所述類型的節(jié)流裝置和噴射裝置從現(xiàn)有技術(shù)中已知。
例如，圖4和圖5示出其中布置有節(jié)流裝置的這樣的已知噴射裝置。
在圖4和圖5中示出的噴射裝置10被設(shè)置用于將以及提前加壓的燃料12噴射到燃燒室（未示出）中。為了這個目的，噴射裝置10具有燃料噴嘴14，被加壓的燃料12經(jīng)由節(jié)流裝置16供給至該燃料噴嘴。
在圖4和圖5中圈出的區(qū)域更加詳細地示出了節(jié)流裝置16。節(jié)流裝置16具有供給裝置18，通過該供給裝置，被加壓的燃料12能夠被供給至控制室20。另外，排出裝置22從控制室20中分出，經(jīng)由該排出裝置，燃料12能夠從控制室20中再次流出。
在排出裝置22中布置有閥24，排出裝置22能夠通過該閥關(guān)閉。圖4示出了處于關(guān)閉狀態(tài)的閥24，并且圖5中示出了處于打開狀態(tài)的該閥。閥24通過致動器裝置26被致動，該致動器裝置布置在連接器元件28中，該連接器元件形成殼體30的終端，燃料噴嘴14和節(jié)流裝置16布置在該殼體中。
致動器裝置26通常具有壓電堆32，壓電堆的行程能夠被用于致動閥24。當壓電堆32處于靜止位置時（在圖4中所示），也就是說當壓電堆32中的壓電元件沒有膨脹時，閥24是關(guān)閉的。這樣一來，控制室20被施加非常高的壓力，并且布置在燃料噴嘴14處的閥針34通過這個壓力而關(guān)閉。這樣一來，噴射開口36被關(guān)閉，并且沒有燃料12從噴射裝置10進入燃燒室中。
在圖5中，壓電堆32通過它的行程來致動閥24，從而使得閥打開并且燃料12能夠從排出裝置22流出?？刂剖?0因此被釋放壓力并且閥針34打開。因此，燃料12能夠從噴射開口36進入燃燒室中。
圖4和圖5示出了噴射裝置10的已知構(gòu)造，在該情況中，致動器裝置26作為單獨的部件布置在殼體30的外部。
在相對新的改進中，設(shè)法將致動器裝置（特別是壓電堆）布置在噴射裝置的殼體的內(nèi)部。在操作期間，壓電堆變熱，并且使所產(chǎn)生的工作熱量消散至殼體以及布置在周圍的噴射裝置的部件。由于被引導(dǎo)至燃料噴嘴的燃料在所述區(qū)域中流過，所以工作熱量自動地釋放至燃料。因此工作熱量通過燃料而在燃料噴嘴的方向上向前傳輸。由于這個熱效應(yīng)所出現(xiàn)的問題是噴射裝置打開至甚至較少的程度，并且因此相繼地更少的燃料噴射到燃燒室中。
因此本發(fā)明的目標提出一種結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)，即使燃料變熱，燃料噴射量也能夠基本上保持恒定。
所述目標通過具有權(quán)利要求1的特征的節(jié)流裝置實現(xiàn)。
具有該節(jié)流裝置的噴射裝置是并列的權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明的有利實施例是從屬權(quán)利要求的主題。
用于控制待供給至燃料噴嘴的燃料量的節(jié)流裝置具有用于聚集燃料的控制室，以及用于將燃料在主流動方向上供給至該控制室的供給裝置。所述供給裝置具有用于降低主流動方向上的燃料的入口節(jié)流器，其中，該入口節(jié)流器具有長度Lz。入口節(jié)流器的長度Lz被選取成使得在操作期間流過入口節(jié)流器的燃料以湍流形式流過該入口節(jié)流器。
入口節(jié)流器被設(shè)置成用于有利地降低流動方向上的燃料的壓力。例如，在入口節(jié)流器的上游充斥著在1800巴和2200巴之間的壓力，并且在入口節(jié)流器的下游充斥著在1200巴和1600巴之間的壓力。
在實驗中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，在噴射裝置的操作期間并且因此在工作熱量的產(chǎn)生期間，節(jié)流裝置周圍的區(qū)域被加熱到甚至更大的程度。流過的燃料吸收所述工作熱量并且在燃料噴嘴的方向上將其向前引導(dǎo)。
另外，通過實驗已經(jīng)確定的是，在操作時間期間控制室中的壓力升高，而在控制室中沒有出現(xiàn)壓力消散。壓力作用在噴射針的頂部側(cè)上。由于壓力不再如期望的那樣消散，所以壓力持續(xù)地作用在噴射針上，該噴射針不再能夠被充分地加速，并且燃料噴嘴不再能夠以期望的方式打開。作為燃料的溫度升高的結(jié)果，對應(yīng)地控制室中的正常的、期望的壓力消散不再是可能的。為了再次允許控制室中的期望的壓力消散，在入口節(jié)流器的區(qū)域中供給裝置被設(shè)計成使得在入口節(jié)流器中實現(xiàn)了燃料的湍流。流入控制室中的燃料的質(zhì)量流取決于入口節(jié)流器的流量系數(shù)。在層流中，由于摩擦效應(yīng)，該流量系數(shù)取決于充斥的溫度。因此，在層流中，流量系數(shù)以及因此還有引導(dǎo)通過入口節(jié)流器的質(zhì)量流隨著溫度的增加而增加。
然而，如果現(xiàn)在入口節(jié)流器被設(shè)計成使得其中產(chǎn)生湍流，那么這導(dǎo)致流量系數(shù)在大的溫度范圍中基本上恒定，因為與在層流中的流量系數(shù)相反，在湍流的情況中的流量系數(shù)與溫度不相關(guān)。
在入口節(jié)流器中的湍流能夠借由被選擇為特別短的入口節(jié)流器的長度Lz而實現(xiàn)。入口節(jié)流器越短，雷諾數(shù)（Reynolds number）就越大。如果雷諾數(shù)超過了臨界點，那么流型就從層流變化為湍流。因此，當超過臨界的雷諾數(shù)時，流量系數(shù)就變得與溫度不相關(guān)，并且進入控制室中的質(zhì)量流就能夠保持恒定。以此方式，能夠避免由不被期望的質(zhì)量流變化而導(dǎo)致的控制室中的壓力升高。
這樣一來，控制室中的期望的壓力消散再次成為可能，并且燃料噴嘴的性能在整個操作時間中能夠基本上保持恒定。
為了有利地實現(xiàn)所描述的效果，入口節(jié)流器的長度Lz優(yōu)選地處于從0.1mm至0.5mm的范圍內(nèi)。在此，特別地優(yōu)選處于0.15mm至0.4mm的范圍內(nèi)，更加特別地優(yōu)選處于0.2mm至0.3mm的范圍內(nèi)。
優(yōu)選的情況是，入口節(jié)流器的直徑Dz選取的越小，入口節(jié)流器的長度Lz就選取的越小。通過改變?nèi)肟诠?jié)流器的長度Lz，通過入口節(jié)流器供給到控制室中的質(zhì)量流也略微改變；質(zhì)量流變得更大。為了有利地抵消這個效果，在縮短長度Lz的情況下，同時縮短入口節(jié)流器的直徑Dz，從而使得質(zhì)量流也優(yōu)選地減小。
例如，當入口節(jié)流器的長度范圍為0.4mm至0.5mm時，直徑Dz被選取為處于171μm至176μm的范圍內(nèi)的。在替代示例中，當長度Lz為0.2mm至0.3mm時，處于從166μm至170μm的范圍內(nèi)的直徑Dz被選取。
用于將燃料從控制室排出的排出裝置被優(yōu)選地設(shè)置，其中，該排出裝置被布置在控制室處，使得燃料在排出流動方向上從控制室中排出，該排出流動方向與供給裝置中的燃料的主流動方向相反。
排出裝置優(yōu)選地具有出口節(jié)流器，該出口節(jié)流器用于降低排出流動方向上的燃料的壓力，其中，排出裝置在排出流動方向上的出口節(jié)流器的上游還具有流出區(qū)域，其中，出口節(jié)流器的縱向軸線優(yōu)選地被布置成以便相對于流出區(qū)域中的排出流動方向的軸線是傾斜的。
與入口節(jié)流器類似，出口節(jié)流器被設(shè)置成優(yōu)選地降低流動方向上的燃料的壓力。例如，在1200巴和1600巴之間的壓力作用在出口節(jié)流器的上游，并且在40巴和80巴之間的壓力作用在出口節(jié)流器的下游。
在直線地布置的出口節(jié)流器的情況中，通常的情況是由燃料蒸氣組成的氣體襯墊形成在出口節(jié)流器的壁區(qū)域中。這樣一來，在流出的燃料和出口節(jié)流器的壁區(qū)域之間的摩擦力被避免。因此基本上避免了以湍流形式進入出口節(jié)流器的燃料可能呈現(xiàn)層流形式的情況。然而，這同時還避免下述情況：在出口節(jié)流器的溫度升高的情況中，更大的質(zhì)量流也可能通過出口節(jié)流器而從控制室中出現(xiàn)。如果現(xiàn)在有利地以傾斜的方式布置出口節(jié)流器，那么由燃料蒸氣組成的氣體襯墊沿著一個壁區(qū)域行進，從而使得在相對定位的壁區(qū)域處，有利的摩擦出現(xiàn)在燃料和壁區(qū)域之間。這優(yōu)選地導(dǎo)致在所述區(qū)域中的層流。因此，在所述區(qū)域中，在溫度升高的情況中，也能夠?qū)崿F(xiàn)流過的質(zhì)量流的增加。這有利地有助于下述情況：在節(jié)流裝置的溫度升高時，控制室中的壓力優(yōu)選地能夠維持恒定。
為了有利地實現(xiàn)在可用的結(jié)構(gòu)空間的最優(yōu)利用與期望的前述效果之間的折衷，在縱向軸線與流出區(qū)域中的燃料的排出流動方向的軸線之間的傾斜角度優(yōu)選地被選取為優(yōu)選地小于50°，特別地小于45°。
入口節(jié)流器優(yōu)選是非空化（non-cavitating）節(jié)流器。出口節(jié)流器特別優(yōu)選地是空化節(jié)流器。這意味著由燃料組成的氣體襯墊至少形成在出口節(jié)流器的壁區(qū)域的子區(qū)域中。
用于將燃料噴射到燃燒室中的噴射裝置具有用于將燃料噴射到燃燒室中的燃料噴嘴，并且具有上面描述的節(jié)流裝置，該節(jié)流裝置用于在操作期間控制待供給至燃料噴嘴的燃料量。
噴射裝置優(yōu)選地具有帶有上區(qū)域和下區(qū)域的殼體，其中，燃料噴嘴和節(jié)流裝置布置在下區(qū)域中，其中，還設(shè)置有用于致動排出裝置的閥的致動器裝置，其中，所述致動器裝置具有壓電堆，該壓電堆與節(jié)流裝置和燃料噴嘴一起布置在殼體的下區(qū)域中，直接鄰近于節(jié)流裝置，從而使得在操作期間工作熱量從壓電堆被引入節(jié)流裝置中。
由于殼體內(nèi)的壓電堆的優(yōu)選結(jié)構(gòu)并且因此直接鄰近于節(jié)流裝置，所有有利地使得節(jié)省結(jié)構(gòu)空間是可能的。如果通過這個有利結(jié)構(gòu)而使工作熱量現(xiàn)在從壓電堆引入節(jié)流裝置中，那么特別有利的是，如果該節(jié)流裝置如上面描述的那樣設(shè)計，則使得盡管溫度升高，但在控制室中的壓力能夠消散，并且因此噴射針的期望的加速變得可能。
下面將在附圖的基礎(chǔ)上更詳細地討論本發(fā)明的有利實施例，在附圖中：
圖1示出用于將燃料噴射到燃燒室中的噴射裝置；
圖2示出節(jié)流裝置，該節(jié)流裝置布置在圖1的噴射裝置中并且具有入口節(jié)流器和出口節(jié)流器；以及
圖3示出處于非傾斜狀態(tài)和傾斜狀態(tài)中的圖2的出口節(jié)流器。
圖1示出噴射裝置10，燃料12能夠通過該噴射裝置噴射到燃燒室（未示出）中。噴射裝置10具有帶有閥針34的燃料噴嘴14，帶有供給裝置18和排出裝置22的節(jié)流裝置16，以及帶有壓電堆32的致動器裝置26。噴射裝置10的全部所述元件都布置在殼體30中，其中，殼體30具有上區(qū)域38和下區(qū)域40。在此，致動器裝置26、節(jié)流裝置16和燃料噴嘴14共同布置在下區(qū)域40中。在此，帶有壓電堆32的致動器裝置26定位成緊鄰于節(jié)流裝置16，從而使得工作熱量能夠從壓電堆32直接引入節(jié)流裝置16中。
為了能夠抵消所述熱量引入的負面作用，節(jié)流裝置16以一種特別的幾何結(jié)構(gòu)形成。
圖2示出節(jié)流裝置16的細節(jié)圖。節(jié)流裝置16具有控制室20，被施加壓力的燃料12存儲在該控制室中，從而通過所述壓力使燃料噴嘴14沿著力的方向42保持關(guān)閉。燃料12經(jīng)由供給裝置18供給至控制室20，并且經(jīng)由排出裝置22從控制室20排出。充斥在控制室20中的壓力應(yīng)當盡可能地在期望的范圍內(nèi)保持恒定。
供給裝置18具有入口節(jié)流器44。燃料12流過供給裝置18，并且因此還在主流動方向46上通過入口節(jié)流器44以流入控制室20中。經(jīng)由入口節(jié)流器44，燃料12中的壓力從例如2000巴下降至例如大約1800巴。入口節(jié)流器14的長度Lz被選取成使得能夠獲得盡可能高的雷諾數(shù)，并且因此能夠?qū)崿F(xiàn)湍流48。在湍流48中，直接影響燃料12的質(zhì)量流的流量系數(shù)與溫度不相關(guān)，從而使得能夠避免由于溫度升高而引起進入控制室20中的燃料12的供給的增加（例如，作為工作熱量從相鄰的壓電堆32中排出的結(jié)果）。例如，入口節(jié)流器44具有從0.1mm至0.5mm的長度范圍內(nèi)的長度Lz。
在短的長度Lz的情況中，燃料12的質(zhì)量流略微增加，從而使得有利的是入口節(jié)流器44的直徑Dz也被修改。
例如，如果長度Lz處于從0.4mm至0.5mm的范圍內(nèi)，則直徑Dz處于從171μm 至176μm的范圍內(nèi)是有利的。在另一個示例中，長度Lz還可以處于從0.2mm至0.3mm的范圍內(nèi)，其中，在這個情況中，處于從161μm至170μm的范圍內(nèi)的直徑Dz是有利的。
在圖2中還能看出，在控制室20處布置有排出裝置22，燃料12能夠通過該排出裝置而從控制室20中排出。在該情況中，排出裝置22與供給裝置18一樣布置在控制室20的相同側(cè)面52處。以此方式，燃料12在排出流動方向54上被排出到控制室20外，該排出流動方向54與主流動方向76相反。
排出裝置22還具有形式為出口節(jié)流器56的節(jié)流器。通過所述出口節(jié)流器，燃料12中的壓力能夠沿著排出流動方向54而降低，例如，從出口節(jié)流器56的上游的大約1600巴下降至出口節(jié)流器56的下游的大約80巴。
鄰近于出口節(jié)流器56，排出裝置22具有布置在控制室20處的流出區(qū)域58，從控制室20流出的燃料12在到達出口節(jié)流器56之前首先進入該流出區(qū)域中。
控制室20中的壓力由入口節(jié)流器44和出口節(jié)流器56的節(jié)流率限定，并且因此直接取決于兩個節(jié)流器44、56的相應(yīng)的流量系數(shù)。流量系數(shù)當前被影響從而防止控制室20中的壓力增大至下述程度：使得燃料噴嘴14不再能夠正確地打開。
在圖3中能夠看出的是，出口節(jié)流器56可以以兩種替代實施例存在。
此處，左側(cè)的視圖示出沿著排出流動方向54直線地布置的下述出口節(jié)流器56。這意味著出口節(jié)流器56的縱向軸線12相對于流出區(qū)域58中的排出流動方向54的軸線60同軸地延伸。
然而，在替代實施例中，出口節(jié)流器56以傾斜的方式布置在流出區(qū)域58處，也就是說，縱向軸線62相對于流出區(qū)域58中的排出流動方向54的軸線60傾斜地延伸。此處，傾斜角度α優(yōu)選地小于50°，并且更優(yōu)選地小于45°。以此方式，盡管出口節(jié)流器56優(yōu)選地是傾斜的，但是另外的情況是，小的結(jié)構(gòu)空間可以足以布置節(jié)流器裝置16。
出口節(jié)流器56的傾斜的效果在圖3中被圖示。
與作為非空化節(jié)流器60操作的入口節(jié)流器44相反，出口節(jié)流器56作為空化節(jié)流器64操作。在此“空化”意味著在出口節(jié)流器56的壁區(qū)域68處形成氣體襯墊70。在圖3的左側(cè)附圖中示出的非傾斜出口節(jié)流器56的橫截面視圖B-B中，氣體襯墊70以環(huán)繞的方式位于出口節(jié)流器56的整個壁區(qū)域68之上。
環(huán)繞的氣體襯墊70防止在燃料12和出口節(jié)流器56的壁區(qū)域68之間的摩擦效應(yīng)。以此方式，質(zhì)量流的粘度相關(guān)性被降低或者被完全消除。
并且從出口節(jié)流器56流出的質(zhì)量流即使在溫度升高時也保持恒定。
現(xiàn)在，如果出口節(jié)流器56如在圖3的右側(cè)附圖的橫截面視圖A-A中示出的那樣傾斜地布置，那么氣體襯墊70就轉(zhuǎn)移至壁區(qū)域68的第一子區(qū)域72處，而壁區(qū)域68的第二子區(qū)域74當前與燃料12直接接觸。以此方式，在出口節(jié)流器56中引起摩擦效應(yīng)，并且在所述區(qū)域中，通過出口節(jié)流器56的質(zhì)量流當前是溫度相關(guān)的。這意味著，在溫度提高時，將從出口節(jié)流器56出現(xiàn)較大的燃料量。
總之，已經(jīng)能夠僅通過規(guī)定入口節(jié)流器44的預(yù)定長度Lz而在溫度升高時避免在向上方向上的不期望的質(zhì)量流的差值，從而使得即使是在從出口節(jié)流器56處流出的質(zhì)量流保持恒定的情況中，也能夠阻止控制室20中的不期望的壓力的增加。
如果出口節(jié)流器56以傾斜的方式布置，則能夠額外地有助于所述效果，在所述區(qū)域中，之前溫度不相關(guān)的質(zhì)量流隨后變?yōu)橹辽俨糠值販囟认嚓P(guān)，并且因此與低溫相比，在溫度升高時更多的燃料12從出口節(jié)流器56流出。
兩種幾何結(jié)構(gòu)的措施（短的入口節(jié)流器44和傾斜的出口節(jié)流器56）因此單獨地，但也可以組合地，有助于即使在溫度提高時使控制室20中的壓力基本上保持恒定，從而使得燃料噴嘴14繼續(xù)按需打開是可能的。
總之，入口節(jié)流器44和出口節(jié)流器56的節(jié)流率在大的溫度范圍內(nèi)保持恒定，從而使得在控制室中的壓力能夠保持恒定。
附圖標記列表
10 噴射裝置
12 燃料
14 燃料噴嘴
16 節(jié)流裝置
18 供給裝置
20 控制室
22 排出裝置
24 閥
26 致動器裝置
28 連接器元件
30 殼體
32 壓電堆
34 閥針
36 噴射開口
38 上區(qū)域
40 下區(qū)域
42 力方向
44 入口節(jié)流器
46 主流動方向
48 湍流
50 層流
52 側(cè)面
54 排出流動方向
56 出口節(jié)流器
58 流出區(qū)域
60 流出區(qū)域中的排出流動方向的軸線
62 縱向軸線
64 空化節(jié)流器
66 非空化節(jié)流器
68 壁區(qū)域
70 氣體襯墊
72 第一子區(qū)域
74 第二子區(qū)域
Lz 入口節(jié)流器的長度
Dz 入口節(jié)流器的直徑
α 傾斜角度
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