阅读说明：本技术 燃料喷射器 (Fuel injector ) 是由 I·J·贝格尔 E·巴罗 H-J·科赫 M·尼切 于 2018-06-06 设计创作，主要内容包括：燃料喷射器(1),其具有：-喷射器内部的预燃室(17),-用于燃气喷出的高压喷射器部件(3),所述高压喷射器部件具有喷嘴组件(5)以及可往复移动的喷嘴阀元件(7),所述喷嘴阀元件以喷嘴侧的端部部段容纳在高压喷射器部件(3)的高压室(11)中,-预燃室组件(39),在所述预燃室组件的范围中高压喷射器部件(3)的高压室(11)在喷嘴侧的端部部段上与预燃室(17)环周地分开。(A fuel injector (1) having: -a prechamber (17) inside the injector, -a high-pressure injector part (3) for the ejection of combustion gases, which has a nozzle assembly (5) and a reciprocatingly movable nozzle valve element (7) which is accommodated with an end section on the nozzle side in a high-pressure chamber (11) of the high-pressure injector part (3), -a prechamber assembly (39) in the region of which the high-pressure chamber (11) of the high-pressure injector part (3) is circumferentially separated from the prechamber (17) on the end section on the nozzle side.)

燃料喷射器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的燃料喷射器。

背景技术

能够用预燃室、尤其吹扫的预燃室和高压燃气喷射器组合的方式实现发动机设计，所述发动机设计能够以低燃气滑差和高比功率(类似于柴油)仅使用一种燃气形式的燃料来运行。在此，通过预燃室(引燃器)实现点火，然后将加载高压的燃气喷入通过先导燃烧加热的燃烧室中，其中所述燃气能够借助扩散燃烧装置燃烧。然而，由于通常狭窄的结构空间条件，根据预期出现如下问题：将预燃室组件连同高压喷射器部件以节约空间的方式安置在燃料喷射器处，并且在此也还将生产成本保持得低。

发明内容

基于上述内容，本发明所基于的目的是：提供上述类型的燃料喷射器，所述燃料喷射器在制造成本和预燃室组件的安置方面能够有利地简单地且以节约结构空间的方式提供。

所述目的通过具有权利要求1的特征的燃料喷射器来实现。

在其他的权利要求中说明有利的改进形式和实施方式。

根据本发明，提出一种燃料喷射器，所述燃料喷射器用于内燃机、尤其大型发动机。燃料喷射器尤其被提供为使用燃气、优选例如天然气的形式的燃气，此外例如使用特种气体、垃圾填埋气体、沼气的形式或使用另一种燃气。在这方面，燃料喷射器优选地可与燃气发动机、特别是外燃式燃气发动机使用。通常，具有燃料喷射器的内燃机可以是机动车、机车或商用交通工具或特种交通工具的发动机，优选地例如为海上交通工具、例如轮船的发动机，或例如固定装置、例如热电联产工厂、(紧急)发电机组的发动机，例如也可为工业应用提供，通常为陆上和离岸应用提供。优选地，燃料喷射器被提供为专用于燃气。

所提出的燃料喷射器具有喷射器内部的预燃室，所述预燃室——与所谓的“未吹扫”的预燃室不同——优选作为“吹扫”的预燃室提供。以本身已知的方式将这样吹扫的预燃室设计成本身被供应或输送燃料，即当前尤其供应或输送燃气，就此为“(燃气)吹扫”，即对于预燃室中后续的(借此形成的燃气混合物的)点火来“(燃气)吹扫”。在此，优选以低压、例如5bar至10bar的压力水平将燃气引入到预燃室中(吹扫)。为了对吹扫的预燃室进行燃气供应，燃料喷射器例如具有阀设备。

经由在预燃室中点火，在可借助燃料喷射器执行的燃烧方法的范围中可生成割炬射流(先导燃烧)，所述割炬射流——优选经由预燃室的溢出开口——溢出到(内燃机处的)主燃烧室中。随后，随着溢出到主燃烧室中，能够在其中引起混合物点火，其中混合物当前尤其借助加载高压的燃气作为主燃料形成，并且其中加载高压的燃气还尤其也能够经由燃料喷射器喷出。

为了喷出加载高压的燃气，燃料喷射器具有高压喷射器部件，其中以超过300bar或甚至350bar的燃气压力水平进行喷出。在此，高压喷射器部件包括用于喷出燃气的喷嘴组件，其例如借助于一个或多个喷嘴开口形成，还包括(轴向地)可往复移动的喷嘴阀元件。喷嘴阀元件能够一件式或多件式地形成，尤其杆形地形成，其中在本发明的范围中尤其起喷嘴针的作用和/或作为喷嘴针提供。

为了(往复)控制喷嘴阀元件，燃料喷射器例如可以具有液压控制回路，例如其借助于先导阀和相关联的致动器形成，就此设有喷嘴阀元件的间接控制，或例如直接控制。

根据本发明，喷嘴阀元件以喷嘴侧的(朝向喷嘴组件的)端部部段容纳在高压喷射器部件的高压室中。就此，高压室优选是喷嘴室，能够将加载高压的燃气引入所述喷嘴室中并且加载高压的燃气根据喷嘴阀元件的位置能够为了喷出的目的从所述喷嘴室流出到喷嘴组件。在燃料喷射器的有利的节约结构空间的设计方案中，例如管形地围住高压室。在此，在环周壁和喷嘴阀元件之间能够形成间隙，尤其例如环形间隙，所述间隙——作为燃气储库或高压室——能够围绕喷嘴阀元件的端部部段延伸或也朝燃料喷射器的远离喷嘴的端部的方向延伸超出。

所提出的燃料喷射器还具有预燃室组件，在所述预燃室组件的范围中或在所述预燃室组件中高压喷射器部件的高压室在(高压室的)喷嘴侧的端部部段上与预燃室环周地分开，尤其借助于分离壁组件分开。在此，预燃室——优选具有环形横截面——尤其径向外置(尤其径向地在分离壁组件之外)并且高压室的喷嘴侧的端部部段位于径向内部(尤其径向地在分离壁组件之内)，尤其由与在此分开的预燃室围绕。借助燃料喷射器的该设计方案实现：喷射器内部的预燃室以节约结构空间的方式安置在燃料喷射器处并且在此也将制造成本有利地保持得低。此外，实现其他有利的效果，所述效果下面在燃料喷射器的有利的改进形式的范围中还详细阐述。

根据燃料喷射器的一个优选的实施方式，预燃室组件借助于预燃室主体形成，在所述预燃室主体之内也将高压室的端部部段与预燃室环周地分开，这就是说尤其借助于分离壁组件分开。在此，预燃室主体能够在形状方面接近常规的喷嘴主体，例如借助于夹紧螺母相对于喷射器壳体夹紧。这种预燃室主体优选由高耐热材料制造，使得在预燃室中能够存在出自燃烧的极端的温度。

此外，优选地，预燃室组件能够具有用于形成分离壁组件或用于将高压室的喷嘴侧的端部部段与围绕喷嘴侧的端部部段的预燃室分开的至少一个套筒形的元件。套筒形的或管段形的元件能够以有利地简单的方式制造以及设置在燃料喷射器中，尤其设置在如上阐述的预燃室主体中。提出：套筒形的元件在此包围喷嘴阀元件的喷嘴侧的端部部段，必要时也引导该端部部段，因此能够起预燃室和高压室之间的分离壁的作用或也还起引导件的作用。通常，套筒形的元件例如设置在燃料喷射器或预燃室主体的喷嘴侧的端部和盖元件(尤其在预燃室主体处)、例如壳体元件、例如中间盘之间。

借助于套筒形的元件有利地可行的是：尤其预燃室主体的外部包围的预燃室壁部的材料与内置的套筒形的元件的材料可以选择得不同，由此能够以简单的方式满足对相应的温度抗性的不同的要求，因此能够降低成本。例如，借助于套筒形的元件形成的分离壁组件因此以比预燃室的外壁部更低的耐热性构成，所述分离壁组件由于内部的或高压室中围绕喷嘴阀元件流动的加载高压的气体而被更强地冷却。

借助这种设计方案也有利地可行的是：能够以简单的方式对用于喷嘴阀元件的、尤其在喷嘴端侧在预燃室主体处形成的底座进行最终加工(例如磨削)，只要套筒形的元件为了分开预燃室而尚未设置在预燃室主体中或其上的话(也能够因此有利地简单地形成在预燃室主体处的喷嘴组件和/或预燃室的溢流开口并且进行精细加工)，就保留到底座的可接近性。为了将套筒形的元件最终固定在燃料喷射器或预燃室主体处可以设有形状配合和/或力配合，例如在夹紧的范围内(其中有利地材料配合不是必要的)。

在具有套筒形的元件的设计方案中，分离壁组件例如也能够构成为双壁的套筒，或者能够设有第二套筒元件，所述第二套筒元件包围套筒形的元件，尤其在保留环周间隙的情况下。在这种设计方案中，只要对应于用于将预燃室与高压室的端部部段分开的多壁的分离壁，朝向预燃室的(径向外置的)壁元件或套筒元件(优选作为金属板提供)优选起热屏蔽装置的作用。通过热屏蔽装置能够避免高压室的端部部段暴露于最大温度，因为借助热屏蔽装置实现衰减的温度变化，由此能够显著地降低构件负荷。在该范围中，就此在可制造性又极其简单的情况下实现高压喷射器部件的进一步改进的热绝缘。

在同样设有预燃室主体的燃料喷射器的其它优选的设计方案中，所述燃料喷射器可以具有与其整体形成的分离壁(组件)，借助所述分离壁组件将高压室的端部部段与预燃室环周地分开。例如，在此也可以全部由预燃室主体包围或包封预燃室。借助这种设计方案，尤其提出：预燃室主体借助于增材制造方法来制造，相应地例如3D打印。借助这种制造方法还在预燃室设计时开启大的设计裕度，例如在预燃室横截面、安置湍流器或者其他装入件方面，或也在冷却通道的集成方面。此外，借助这种预燃室主体可以极其简单地进行安装，其中例如通过定心锥在喷射器壳体和预燃室主体处或以其他方式在夹紧的范围中能够进行自定心。

通常，在本发明的范围中也提出：燃料喷射器具有——尤其内部提供的——点火装置，即用于预燃室点火，例如火花塞或激光点火装置。在尤其优选的改进形式中，燃料喷射器在此也可以设计用于：用燃气对预燃室进行供应，所述燃气作为泄漏气体作用在高压喷射器部件处。这种供应、尤其仅喷射器内部设计的供应实现极短的管道路径，其中例如在喷射器中能够附加地设有低压燃气中间存储器或附加地设有经由外部源进行馈入的可行性。

在本发明的范围中，也提出一种具有至少一个如上面阐述的燃料喷射器的内燃机。

从本发明的实施例的根据示出发明重要的细节的附图的以下描述中并从权利要求中得到本发明的其他的特征和优点。各个特征能够各自单独地本身或其多个以不同的组合的方式在本发明的变型形式中实现。

附图说明

下面，根据所附的附图更详细地阐述本发明的优选的实施方式。附图示出：

图1示例性地且示意地示出根据本发明的一个可行的实施方式的燃料喷射器的折断的且简化的剖面图。

图2示例性地且示意地示出根据本发明的另一可行的实施方式的燃料喷射器的折断的且简化的剖面图。

图3示例性地且示意地示出类似图2的根据本发明的另一可行的实施方式的燃料喷射器的折断的且简化的剖面图。

图4示例性地且示意地示出类似图2和3的根据本发明的又一可行的实施方式的燃料喷射器的折断的且简化的剖面图。

图5示例性地且示意地示出根据本发明的再一可行的实施方式的燃料喷射器的折断的且简化的剖面图。

在下面的描述和附图中，相同的附图标记对应于相同的或类似的功能的元件。

具体实施方式

图1示出用于燃气运行、尤其用于喷出加载高压的燃气的燃料喷射器1，所述燃气能够例如以天然气的形式供给燃料喷射器1。

燃料喷射器1为了喷出燃气包括高压喷射器部件3，所述高压喷射器部件具有喷嘴组件5，所述喷嘴组件借助于多个喷嘴开口形成，并且高压喷射器部件包括(轴向)可往复移动的喷嘴阀元件7。为了对喷嘴阀元件7进行往复控制，燃料喷射器1或其高压喷射器部件3具有控制回路，但是所述控制回路在附图中未示出。

尤其杆形的喷嘴阀元件7(当前呈喷嘴针的形式)相对于在喷嘴侧设置在燃料喷射器1处的(喷嘴阀)底座9作用，即用喷嘴侧的端部作用，进而可以根据其往复控制位置选择性地打开或封闭从高压室11到喷嘴组件5的流动路径。在此，高压喷射器部件3的高压室11为了燃气加载提供有加载高压的燃气(就此为燃气高压室11)，为此燃料喷射器1具有在其上引导的高压(供应)通道13。此外，喷嘴阀元件7用其喷嘴侧的(在底座9处引导的)端部部段容纳在高压喷射器部件3的高压室11中，即在轴向长度上容纳，其中形成围绕端部部段的环形间隙15，在所述环形间隙中能够容纳用于喷出的加载高压的燃气。

此外，燃料喷射器1具有(喷射器内部的)预燃室17，所述预燃室在燃料喷射器1的预燃室主体19中形成，其中预燃室主体19也还形成用于喷嘴阀元件7的底座9，参见图1，并且具有喷嘴组件5。预燃室主体19近似于常规的喷嘴主体的几何形状，尤其圆柱形分阶梯地外轮廓化，并且借助于夹紧螺母21远离喷嘴相对于喷射器壳体23夹紧。通过对应定心锥25a、b——有利地简单地——将预燃室主体19相对于喷射器壳体23也同轴地定向或定心。

在图1中示出的设计方案中，预燃室主体19借助于增材制造方法来制造，例如通过(激光)烧结，即逐层地构建，尤其由高耐热材料制造。通过该制造方法实现：预燃室17以完全封装在预燃室主体19中的方式构成并且也顺利地制造在预燃室17方面复杂的几何形状，例如远离喷嘴的区域中的凸起部27或扩张部或还有预燃室主体19中的星形的横截面。随之也产生如下优点：能够以可简单操作的方式一件式地构成预燃室主体19。

为了执行设有燃料喷射器1的燃烧方法——(在加载低压的燃气处进行的)预燃室点火和在主燃烧室中借助于出自预燃室点火的割炬射流在喷出的(加载高压的)燃气处进行后续点火——在图1中示出的设计方案中，预燃室17是吹扫的预燃室17，在所述吹扫的预燃室处远离喷嘴(在端侧)设有用于燃气(用于吹扫预燃室)的低压分配设备或供应设备29还有点火装置31。为此，预燃室主体19具有贯通开口33a、b，以便适当地在预燃室17处使低压供应设备29和点火装置31与其连通，因此实现其分配到预燃室17中或在预燃室17中点火的功能。用于低压分配设备29或点火装置31的装入空间35a、b还能(在端侧)设置在相邻的喷射器壳体23处。

火花塞可以用作点火装置31，低压气体分配阀可以用作——用于吹扫预燃室17的——分配设备29。将低压燃气供给管道37在燃料喷射器1中引导到低压气体分配阀处。在此，可以经由外部源和/或例如也——有利不耗费地，尤其在因此多余的泄漏物处理方面不耗费地——从出自高压喷射器部件3的喷射器内部的加载低压的燃气泄漏物进行供应。

借助预燃室19形成的预燃室组件39还构成为，使得高压室11经由(高压室11的)喷嘴侧的端部部段从预燃室17环周地分开，参见图1。就此，预燃室17围绕高压室11在燃料喷射器1处形成，此外预燃室17也被引导直至高压喷射器部件3的喷嘴组件5或预燃室主体19的喷嘴侧的端部处附近。随此产生如下另外的优点：即预燃室17的溢流开口41也实现割炬射流(先导点火)直接地溢出到燃烧室中(在图1中示例性地用虚线绘出燃烧室气缸头的分离平面A)，所述溢流开口同样在预燃室主体19中在预燃室17的喷嘴侧的端部处形成。

在所提出的燃料喷射器1中，溢流开口41还可以有利地围绕燃气喷嘴组件5设置，使得能够实现割炬射流引出到燃烧室中的有利的360°覆盖，因此实现有利地均匀的燃烧，在所述燃料喷射器1中预燃室17(经由喷嘴侧的端部部段)就此具有环形的横截面。此外重要的是：在此也实现极其紧凑的构型(连同简单的制造)。

在根据图1的燃料喷射器1中，预燃室组件39或燃料喷射器1为了将预燃室17与高压室3分开而具有分离壁组件43，所述分离壁组件作为简单的、尤其管件形的分离壁与预燃室主体19整体地形成，其中分离壁就此也在所述高压室的端部部段上形成高压室3的壁部。在此，在所示出的实施方式中，还有在燃料喷射器1的更下文阐述的实施方式中，预燃室17基本上在预燃室主体19的整个轴向长度上延伸，尤其高压室3也围绕喷嘴阀元件7的端部部段延伸。

现在，图2示出根据本发明的另一可行的实施方式的燃料喷射器1的视图，其中与之前阐述的实施方式不同的是预燃室组件39形成有预燃室主体19，在所述预燃室主体中为了将包围喷嘴阀元件7的端部部段的高压室11与包围高压室11的端部部段的预燃室17分开或分离而设置有单独形成的分离壁组件43。

在图和2中示出的实施方式中，分离壁组件43借助于简单的套筒或套筒元件45形式的分离壁形成，尤其又管段形地形成。为了忠实于位置地容纳和紧固，套筒元件45在喷嘴侧形状配合地固定在预燃室主体19的环形阶梯部47中，在远离喷嘴的端部处例如在环形的定位凸肩49处以与喷射器壳体23的端侧配合的方式固定。借助这种设计方案，尤其得到如下优点：无障碍地实现针座9的可通达性，只要套筒元件45还没有被引入到预燃室主体19中，使得在此底座9能有利地简单地被精细加工。

在根据图2的设计方案中，优选地也将增材制造方法用于制造预燃室主体19，使得也能够顺利地制造预燃室主体19的示例性示出的形状，所述形状在此在远离喷嘴的端侧处具有定位凸肩49形式的底切。

图3和4示出根据图2的燃料喷射器1的可行的变型形式。

在图3中示出的实施方式中，与根据图2的燃料喷射器1不同，预燃室主体19无底切地形成，为此预燃室主体19在远离喷嘴的端部处不具有定位凸肩49。因此，预燃室主体19也能够借助于非增材方法以简单的方式制造，尤其像常规的喷嘴主体那样。在此，中间盘51可以用于对套筒元件45在远离喷嘴的端侧处加盖和定位，所述中间盘用于径向的(和密封的)支撑，而借助喷射器壳体23例如进行套筒元件45的夹紧以忠实位置地固定，这就是说在借助于夹紧螺母21夹紧由预燃室主体19、中间盘51和喷射器壳体23构成的组件的范围中。

作为其替代，图4示出燃料喷射器1的设计方案，其中预燃室主体19类似于根据图3的设计方案形成，然而其中不设置用于定位套筒元件45或对预燃室主体19加盖的中间盘51。

相反，在根据图4的设计方案中，喷射器壳体23用其喷嘴侧的端侧将预燃室主体19在其敞开的(远离喷嘴的)端部直接覆盖，其中点火装置31和燃气低压阀29也基本上只要求喷射器壳体23中的安装空间35a、b。套筒元件45的夹紧在此也直接在喷射器壳体23上进行，此外在其端侧上例如可以设置环形凸缘53或环形槽，以便在此也允许套筒元件的径向支撑以改善位置忠实度(环形凸缘53示例性地用虚线画出)。

图5又示例性地示出燃料喷射器1的另一有利的实施方式，所述实施方式在预燃室主体19和其加盖方面近似于根据图2的实施方式。与根据图1与4的燃料喷射器1的前述设计方案不同，根据图5的燃料喷射器1具有分离壁组件43，所述分离壁组件多壁地形成。

在当前具有两个分离壁元件45、55的分离壁组件43中，类似于根据图2至图4的实施方式设有套筒元件45，尤其内部套筒元件或第一套筒元件45，所述套筒元件足够耐压地形成，使得可靠地产生高压室3与外部环绕的预燃室17的耐压的分开，而第二套筒元件55起热屏蔽元件的作用。为此，第二套筒元件55以相对于内部的套筒元件45的环形间隙57环绕所述套筒元件地设置在预燃室主体19中，其中环形间隙57一定程度上形成隔离间隙或例如也能够设置为(例如冷却剂可穿流的)冷却通道。

就此，在该预燃室组件39中，预燃室17在外部围绕第二套筒元件55形成或对其环周地形成。第二分离壁元件或套筒元件55形式的热屏蔽元件作为薄壁的金属板提供，并且在喷嘴侧——还有第一套筒元件45——忠实位置地设置在预燃室主体19的为其提供的环形阶梯部59中，在远离喷嘴的端部处例如拦截在环形槽61中，所述环形槽在该设计方案中例如设在中间盘51中(替选地例如直接设置在喷射器壳体23处，如在图4中示出)。

借助于该双壁的分离壁45、55，实现对于高压室3的改进的热保护作用，使得能够在那里显著地降低构件负荷。这通过如下方式引起：借助于热屏蔽元件55在预燃室17或在其中的燃烧方面有利地降低通过射流引起的热传递。

最后还需要注意的是：在内燃机运行期间借助燃料喷射器1设置的或设置用于经由其喷出的加载高压的燃气优选是压缩的(气态的)天然气(CNG；Compressed NaturalGas)。此外，为了对预燃室17供应低压，可以将出自液体储库的液化的燃气蒸发(这通常本来就存在于水上交通工具的甲板处)。在此，液化的燃气尤其可以是液态的天然气(LNG：liquefied natural gas)。

附图标记列表

1 燃料喷射器

3 高压喷射器部件

5 喷嘴组件

7 喷嘴阀元件

9 底座

11 高压室

13 高压通道

15 环形间隙

17 预燃室

19 预燃室主体

21 夹紧螺母

23 喷射器壳体

25a、b 定心锥体

27 凸起部/扩张部

29 低压供应设备

31 点火设备

33a、b 贯通开口

35a、b 装入空间

37 低压燃气供给管道

39 预燃室组件

41 溢流开口

43 分离壁组件

45套筒元件

47 环形阶梯部

49 定位凸肩

51 中间盘

53 环形凸缘

55 分离壁元件

57 环形间隙

59 环形阶梯部

61 环形槽

A 分离平面