CN101415934A - 燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料喷射器，它具有一喷射器壳体(1)，该喷射器壳体具有一高压燃料接口，该高压燃料接口与喷射器壳体(1)外部的一高压燃料源(28)连接并与喷射器壳体(1)内部的一压力室(17)连接，根据控制室(44)中的压力，在喷嘴针(8)打开时，从该高压燃料接口被加载以高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中。为了构建可成本有利地制造的燃料喷射器，控制室(44)中的压力被一电磁执行元件(30)直接控制。

Description

燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射器。
背景技术
已经知道，为了将燃料带入直喷式柴油发动机中，使用行程受控制的燃料喷射器。其优点是，喷射压力能够适配于负载和转速。这种喷射器的控制可通过压电执行元件直接进行或在中间连接伺服控制室的情况下进行。
发明内容
本发明的任务是，提供一种燃料喷射器，它能够成本有利地制造。
一种燃料喷射器具有一喷射器壳体，该喷射器壳体具有一高压燃料接口，该高压燃料接口与喷射器壳体外部的一中央高压燃料源和喷射器壳体内部的一压力室连接，根据控制室中的压力，如果喷嘴针打开，从该高压燃料接口将被加载以高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中，对于该燃料喷射器，本发明任务的解决方案是，控制室中的压力被一电磁执行元件直接控制。该电磁执行元件具有的优点是，它是一种可靠的已知技术并且即使在高压下也具有长寿命并具有低的制造成本。
该燃料喷射器的一个优选实施例的特征在于，电磁执行元件包括一个线圈，该线圈与一衔铁配合作用，当线圈被激活时，该衔铁通过磁力完成一个衔铁行程。该线圈为了相对于燃料密封而被浇铸到例如环氧树脂中。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，衔铁通过一液压耦合器与喷嘴针耦合，该液压耦合器将衔铁行程变换缩小并且将磁力变换增大。由于最大达2000bar的高的系统压力，要求很大的开关力来打开喷嘴针。这些力可以通过磁力的变换来实现。有利地使用约4至10的高的力变换比。由此可以由电磁执行元件的约40至100牛顿范围的力产生约250至500牛顿的必要的喷嘴打开力。同时，衔铁行程借助该液压耦合器减小到希望的尺度。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，液压耦合器具有一耦合器活塞，该耦合器活塞与衔铁机械耦合并且它的靠近燃烧室的端部限制控制室边界。由此可式机械结构简单，因此保持低的制造技术费用。耦合器活塞是第一变换器活塞。在耦合器活塞内可组合一活动铁芯。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，控制室被喷嘴针的远离燃烧室的端部限界。喷嘴针是第二变换器活塞。控制室在轴向上布置在喷嘴针的远离燃烧室的端部与耦合器活塞的靠近燃烧室的端部之间，该控制室也被称为耦合器室。通过该耦合器室，喷嘴针与耦合器活塞液压耦合。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，耦合器活塞的靠近燃烧室的端部具有比喷嘴针的远离燃烧室的端部小的直径。由此以简单的方式达到磁力的增大变换和衔铁行程缩小变换。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，液压耦合器具有一耦合器活塞，该耦合器活塞与衔铁机械耦合并且它的靠近燃烧室的端部限定一个远离燃烧室的子控制室的边界。该远离燃烧室的子控制室中的压力可通过耦合器活塞的运动有目的地改变，尤其是降低。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，远离燃烧室的子控制室由一个被弹簧预加压的套筒限界，该套筒在耦合器活塞的靠近燃烧室的端部上被导向并且以一尖嘴棱边贴靠在一节流板上。弹簧预加压力足够小，优选为10到20牛顿之间。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，节流板具有一通孔，该通孔使远离燃烧室的子控制室与一靠近燃烧室的子控制室连接，该靠近燃烧室的子控制室由喷嘴针的远离燃烧室的端部限界。通过该通孔将压力降从远离燃烧室的子控制室传递到靠近燃烧室的子控制室。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，耦合器活塞的靠近燃烧室的端部具有比喷嘴针的远离燃烧室的端部大的直径。耦合器活塞的靠近燃烧室的端部优选具有约8mm的直径。喷嘴针的远离燃烧室的端部优选具有约3.5mm的直径。由此能够以30μm的衔铁行程达到约180μm的针行程。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，耦合器活塞的远离燃烧室的端部限制一平衡容积的边界，该平衡容积与一存储容积连接，耦合器活塞的靠近燃烧室的端部安置在该存储容积中。由此达到，控制活塞完全压力平衡。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，耦合器活塞被一耦合器活塞导向区段导向，该耦合器活塞导向区段使存储容积与一电磁执行元件容纳室连接，电磁执行元件被容纳在该电磁执行元件容纳室中。耦合器活塞导向区段的直径这样选择，使得从存储容积到电磁执行元件容纳室中的泄漏保持很小。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，电磁执行元件容纳室与一泄压室连接。在耦合器活塞导向区段上出现的泄漏被排出到该泄压室中。
前面的段落中所描述的燃料喷射器使得能够多次喷射并且同时实现最佳的液压总效率。按照本发明的一个基本观点，燃料喷射器包括一个组合于一体的阻尼容积或存储容积。此外本发明燃料喷射器使得能够避免泄漏损失或者说控制量。提供了一种可成本有利地制造的直接开关的、具有电磁执行器的燃料喷射器。通过将电磁执行器组合到喷射器壳体的保持体中可减小燃料喷射器的结构长度。
所属的功能原理允许优化液压总效率，这使得可以使用较小的高压泵，由于喷射或控制量的数量不再包含在系统的总量平衡中，可以达到较大的应用自由度。由于避免了对电磁执行器的液压反作用(卸压冲击)，可以改善喷射器的性能。尤其通过省区轨和压力调节阀而成为一种成本有利的系统，其中，通过有目的的泄漏实现压力消除。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，控制室由一控制室限界套筒限界，该控制室限界套筒在密封作用下在喷嘴针的远离燃烧室的端部上被导向。控制室也被称为耦合室，它也可以包括多个相互连接的子耦合室。通过在这些子耦合室之间使用节流装置可以进一步优化喷嘴针的打开特性。因此，通过衰减打开速度可以达到最佳的极小量能力和有利的喷射率曲线。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，电磁执行元件安置在执行元件室中，该执行元件室被加载以处于高压下的燃料。该执行元件室同时用作阻尼和存储容积。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，执行元件室与控制室连接。该连接可通过相应的耦合器间隙来实现，这些耦合器间隙例如设置在耦合器活塞与喷射器壳体之间。
该燃料喷射器的另一优选实施例的特征是，喷嘴针具有双座。该喷嘴针则具有多个流动通道，它们使得能够在中心对针尖导送燃料。喷射孔优选通过喷嘴针的两个密封座来密封。当喷嘴针打开时，两个密封座同时打开，它们可具有相对大的直径而不产生大的喷嘴针力。由此达到在喷嘴针行程小例如50μm的情况下喷嘴不节流。
附图说明
附图示出：
图1本发明燃料喷射器的纵剖面简化图和
图2按照第二实施例的燃料喷射器的纵剖面。
具体实施方式
图1中以纵剖面示出一个具有喷射器壳体1的燃料喷射器。喷射器壳体1包括一喷嘴体2，该喷嘴体以其下部自由端部伸入要供给燃料的内燃机的燃烧室中。喷嘴体以其上部的远离燃烧室的端面借助一(未示出的)夹紧螺母轴向压紧到中间体3和喷射器体4上。喷射器体4基本上具有圆柱套状套筒的构型，它的一个端侧被中间体3封闭，另一个端侧被喷射器盖5封闭。
在喷嘴体2中留出一轴向的导向孔6，喷嘴针8轴向可移动地在盖导向孔中被导向。在喷嘴针8的尖9上构造有一密封棱边10，它与密封座或者说密封面11配合作用，以便根据喷嘴针8的位置有目的地释放或关闭两个喷射孔13和14。如果喷嘴针尖9连同密封棱边10从其密封座抬起，则被加载以高压的燃料通过喷射孔13和14喷入内燃机燃烧室中。
从尖9起，喷嘴针8具有一压力室区段15，其后跟随一截锥形扩宽的区段16，该区段也被称为压力肩。该压力肩安置于在喷嘴针8和喷嘴体2之间构成的压力室17中。在压力肩16后接着是一导向区段18，它在导向孔6中可往复运动地被导向。通过导向区段18上的扁平部19，20在压力室17与一喷嘴弹簧室22之间建立流体连通。
喷嘴弹簧室22通过在中间体3中构成的连接通道24与执行元件室25连接，该执行元件室又通过供给通道或供给管道26与高压燃料源28连接，该高压燃料源也被称为共轨。在被加载以高压的执行元件室25中安置一电磁执行元件30。
电磁执行元件30包括一固定在喷射器体4上的电磁铁31。在电磁铁31中安置一电磁线圈34，它通过导线35，36连接到电源上。电磁线圈34与衔铁38配合作用，该衔铁在轴向上可运动地安置在衔铁室37中。衔铁38具有圆环盘39的构型，该圆环盘固定在耦合器活塞40上。
耦合器活塞40在其远离燃烧室的端部上被一预压缩的执行元件弹簧41加载，该执行元件弹簧被夹紧在耦合器活塞40与从喷射器盖5伸出的支撑顶头42之间。耦合器活塞40的靠近燃烧室的端部伸入到耦合器室44中，该耦合器室也被称为控制室。耦合器室44在径向上由一控制室限界套筒46限界，该控制室限界套筒在密封作用下在喷嘴针8的远离燃烧室的端部区段48上被导向。在喷嘴针8的端部区段48与导向区段18之间，一环圈49径向向外延伸。在该环圈49与控制室限界套筒46之间，在喷嘴弹簧室22纵夹紧一个喷嘴弹簧50。
喷嘴弹簧室22通过扁平部19和20与压力室17连接并通过高压连接通道24与衔铁室37连接。衔铁室37又通过另一高压连接通道52与执行元件室25连接，该执行元件室25通过燃料供给管道26充注被加载以高压的燃料。
耦合器活塞40通过执行元件弹簧41被预压到其静止位置。在燃料喷射器处于静止状态时在耦合器室44中存在高压，该高压也被称为共轨压力。喷嘴针8是关闭的。在静止状态，电磁执行元件30不通电。为了控制喷射器，电磁执行元件30被通电，由此将耦合器活塞40向上吸，即朝向喷射器盖5。在此，耦合器室44中的压力下降，喷嘴针8打开。
由于耦合器活塞40的直径小于喷嘴针8在端部区段48中的直径，在喷嘴针8上作用一比由电磁执行元件30施加的磁力高的力。为了关闭喷嘴针8，终止通电。耦合器活塞40则被预压缩的压缩弹簧41再向下、即朝向燃烧室压，喷嘴针8关闭。电磁执行元件30的点接触以合适的高压密封方式进行，例如通过导线35，36的玻璃熔化。
图2中以纵剖面示出一具有喷射器壳体81的燃料喷射器。喷射器壳体81包括一喷嘴体82，它以其下部自由端部89伸入内燃机的燃烧室中。喷嘴体82以其上部的远离燃烧室的端面在之间接入一节流板83的情况下借助夹紧螺母84压紧到保持体85上。在喷嘴体82中容纳一可往复移动的喷嘴针88，该喷嘴针根据控制室中的压力打开或关闭喷嘴体82的端部89上的至少一个喷射孔。
控制室90包括一靠近燃烧室的子控制室91，它在轴向上由喷嘴针88的远离燃烧室的端部和节流板83限界。在径向上，靠近燃烧室的子控制室91由一被弹簧预加压的套筒95限界，该套筒以一尖嘴棱边密封地贴靠在节流板上。靠近燃烧室的子控制室91通过一穿过节流板83延伸的通孔93与远离燃烧室的子控制室92连接。远离燃烧室的子控制室92在轴向上、即在燃料喷射器的纵轴线86的方向上由节流板83和耦合器活塞102的靠近燃烧室的端部限界。在径向上，远离燃烧室的子控制室92由被弹簧预加压的套筒108限界，该套筒以尖嘴棱边贴靠在节流板83上。
节流板83在通孔93的径向外部具有连接通道97，98，它们使在喷嘴体82中设置在喷嘴针88径向外部的环形室96与在保持体85中设置在耦合器活塞102径向外部的存储容积100连接。
耦合器活塞102具有一靠近燃烧室的耦合器活塞区段103，该区段具有约8mm的外径106。靠近燃烧室的耦合器活塞区段103与远离燃烧室的耦合器活塞区段104一体地连接，该远离燃烧室的耦合器活塞区段具有3.5mm的外径105。套筒108在靠近燃烧室的耦合器活塞区段103的靠近燃烧室的端部上被导向。类似地，套筒95在喷嘴针88的远离燃烧室的端部上被导向，该端部具有3.5mm的外径107。即，喷嘴针88的远离燃烧室的端部的外径107等于远离燃烧室的耦合器活塞区段104的外径105。套筒108被螺旋压缩弹簧109预加压，该螺旋压缩弹簧被夹紧在套筒108与固定在靠近燃烧室的耦合器活塞区段103上的一环圈110之间。
耦合器活塞102以其远离燃烧室的耦合器活塞区段104在通孔112中被导向，该通孔设置在保持体85中，也被称为耦合器活塞导向区段。通孔112使存储容积100与电磁执行元件容纳室115连接。在电磁执行元件容纳室115中安置一电磁执行元件120，它包括衔铁121，该衔铁固定在远离燃烧室的耦合器活塞区段104上。衔铁104被弹簧122朝向燃烧室预加压。弹簧122被夹紧在衔铁121与保持体85的远离燃烧室的端部之间。在弹簧122的径向外部，在电磁执行元件容纳室115中在保持体85内部设置一磁体或一电磁线圈124。如果电磁线圈124通电，则衔铁121被朝向电磁线圈124吸引。从属的衔铁行程用140标记，为30μm。
通过一折弯的箭头125表示，电磁执行元件容纳室115与一泄压室连接。该连接125用于排出泄漏，该泄漏在远离燃烧室的耦合器活塞区段104穿过被加载以高压的存储容积100与被加载以低压的电磁执行元件容纳室115之间的通孔112时的高压穿过处出现。
远离燃烧室的耦合器活塞区段104的远离燃烧室的端部在保持体85的远离燃烧室的端部的盲孔128中被导向并以其端侧限制平衡容积130的边界。平衡容积130通过高压连接管道132与高压燃料源连接，该连接用箭头134表示。在高压管道136中设置节流装置138，通过个该高压管道136，高压燃料源134和高压燃料管道132与存储容积100连接。
与压电执行元件相比较，电磁执行元件120能够产生仅在50至100牛顿数量级的较小的力，该电磁执行元件也被称为电磁执行器。与此相对，电磁执行元件120具有实现较大执行行程的能力，这有利于燃料喷射器的结构尺寸。靠近燃烧室的耦合器活塞区段103与喷嘴针88的远离燃烧室的端部之间的面积比这样选择，使得借助电磁执行器120可达到140至240μm的喷嘴针行程。因此在衔铁行程140为30μm时通过3.5mm/8mm直径分级可达到180μm的喷嘴针行程。
喷射过程通过电磁线圈124的通电开始。控制室90中的压力与衔铁121的行程成比例地下降，使得在低于打开压力后喷嘴针88从座上抬起。耦合器活塞102本身完全压力平衡。为了保证可靠的关闭，关闭过程在电磁线圈124断电后通过安装在衔铁121上的弹簧122进行。弹簧122的预压缩力在50到100牛顿之间，优选在70到90牛顿之间。
高压管道136中的节流装置138用于使存储容积100中的高压相对于平衡容积130降低。由此，靠近燃烧室的耦合器活塞区段103上的套筒108也可以较容易抬起，因为弹簧109的预压缩力足够小。弹簧109的预压缩力优选在10到20牛顿之间。
电磁执行元件容纳室115可被加载以低压，如用折弯的箭头125缩表示的。但电磁执行元件容纳室115也可以被加载以高压。当设置成低压时在远离燃烧室的耦合器活塞区段104在保持体85中的高压穿过处上产生永久泄漏。通过相应选择高压穿过处(即保持体85中的通孔112和盲孔128)的直径可达到这个系统的希望的量平衡，尤其是因为在所描述的喷射器方案中没有控制量。此外由于永久泄漏存在这样的可能性：在车辆的反推工况(Schubbetrieb)中压力消减。在电磁执行器120组合在高压中的情况下有时必须为电磁线圈124和电接触装置使用较费事的密封。

Claims (18)

1.燃料喷射器，具有一喷射器壳体(1；81)，该喷射器壳体具有一高压燃料接口，该高压燃料接口与喷射器壳体(1；81)外部的一高压燃料源(28；134)连接并与喷射器壳体(1；81)内部的一压力室(17)连接，根据控制室(44；90)中的压力，在喷嘴针(8)打开时，从该高压燃料接口被加载以高压的燃料喷射到内燃机的燃烧室中，其特征在于，控制室(44；90)中的压力被一电磁执行元件(30；120)直接控制。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，电磁执行元件(30；120)包括一线圈(34；124)，该线圈与一衔铁(38；121)配合作用，在该线圈(34；124)被激活时，该衔铁通过磁力完成衔铁行程。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，衔铁(38；121)通过一液压耦合器与喷嘴针(8；88)耦合。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，液压耦合器将衔铁行程变换缩小并将磁力变换增大。
5.根据权利要求3或4所述的燃料喷射器，其特征在于，液压耦合器具有耦合器活塞(40)，该耦合器活塞与衔铁(38)机械耦合并且该耦合器活塞的靠近燃烧室的端部限制控制室(44)边界。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器，其特征在于，控制室(44)由喷嘴针(8)的远离燃烧室的端部限界。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其特征在于，耦合器活塞(40)的靠近燃烧室的端部具有比喷嘴针(8)的远离燃烧室的端部小的直径。
8.根据权利要求1至3之一所述的燃料喷射器，其特征在于，液压耦合器具有耦合器活塞(102)，该耦合器活塞与衔铁(121)机械耦合并且该耦合器活塞的靠近燃烧室的端部限制一远离燃烧室的子控制室(92)边界。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其特征在于，远离燃烧室的子控制室(92)由一被弹簧预加压的套筒(108)限界，该套筒在耦合器活塞102的靠近燃烧室的端部上被导向并且以一尖嘴棱边贴靠在一节流板(83)上。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器，其特征在于，该节流板(83)具有一通孔(93)，该通孔使远离燃烧室的子控制室(92)与靠近燃烧室的子控制室(91)连接，该靠近燃烧室的子控制室由喷嘴针(88)的远离燃烧室的端部限界。
11.根据权利要求8至10之一所述的燃料喷射器，其特征在于，耦合器活塞(102)的靠近燃烧室的端部具有比喷嘴针(88)的远离燃烧室的端部大的直径。
12.根据权利要求8至10之一所述的燃料喷射器，其特征在于，耦合器活塞(102的远离燃烧室的端部限制一平衡容积(130)边界，该平衡容积与一存储容积(100)连接，耦合器活塞(102)的靠近燃烧室的端部设置在该存储容积中。
13.根据权利要求12所述的燃料喷射器，其特征在于，耦合器活塞(102)被一耦合器活塞导向区段(112)导向，该耦合器活塞导向区段使存储容积(100)与一电磁执行元件容纳室(115)连接，电磁执行元件(120)被容纳在该电磁执行元件容纳室中。
14.根据权利要求13所述的燃料喷射器，其特征在于，电磁执行元件容纳室(115)与一泄压室连接。
15.根据前述权利要求之一所述的燃料喷射器，其特征在于，控制室(44)或靠近燃烧室的子控制室(91)由一控制室限界套筒(46；95)限界，该控制室限界套筒学密封作用下在喷嘴针(8；88)的远离燃烧室的端部上被导向。
16.根据前述权利要求之一所述的燃料喷射器，其特征在于，电磁执行元件(30；120)安置在一执行元件室(25；115)中，该执行元件室被加载以处于高压下的燃料。
17.根据前述权利要求之一所述的燃料喷射器，其特征在于，执行元件室(25)与控制室(44)连接。
18.根据前述权利要求之一所述的燃料喷射器，其特征在于，喷嘴针(8；88)具有双座。
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