CN101466944B - 用于内燃机的燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(10)的燃料喷射装置(20)，具有一壳体(26)及一设置在该壳体(26)中的阀元件(36)，该阀元件与一位于至少一个燃料排出开口(46)的区域中的阀座配合作用。本发明提出：该阀元件(36)的至少一个控制活塞(38)和一喷嘴针(40)通过一液压耦合器(80)彼此耦合，该耦合器包括一耦合室(78)及一与该耦合室连接的止回阀(82)，该止回阀离开该耦合室(78)地打开。

Description

用于内燃机的燃料喷射装置
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃料喷射装置。
背景技术
由市场公知了一种燃料喷射装置，借助它可使燃料直接喷射到内燃机的与其所对应的燃烧室中。为此在一个壳体中设置了一个阀元件，该阀元件在燃料排出开口的区域中具有一个总地在阀元件的打开方向上起作用的压力面。在阀元件的相反端部上具有一个在关闭方向上起作用的控制面，该控制面限定了一个控制室。作用在关闭方向上的控制面总地大于在阀元件打开时作用在打开方向上的压力面。
在该燃料喷射装置关闭时，在作用于打开方向上的压力面的一区域上及在作用在关闭方向上的控制面上作用着高的燃料压力，该压力例如由燃料收集管路(轨)提供。为了打开阀元件使作用在控制面上的压力下降，直到在压力面上作用在打开方向上的合力超过作用在关闭方向上的力。由此引起阀元件的打开。
发明内容
本发明的任务在于，对开头所述的燃料喷射装置进行改进，使得它尽可能简单及廉价地被制造及可靠地工作。
该任务将通过一用于内燃机的燃料喷射装置来解决。该燃料喷射装置具有一壳体及一设置在该壳体中的阀元件，该阀元件与一位于至少一个燃料排出开口的区域中的阀座配合作用，该阀元件的至少一个控制活塞和一喷嘴针通过一液压耦合器彼此耦合，该耦合器包括一耦合室及一与该耦合室连接的止回阀，在所述控制活塞的一端部短轴和一端部区域、所述喷嘴针和一导向件之间构造了一环形室，该环形室形成所述液压耦合器的所述耦合室，所述止回阀在打开状态中使所述耦合室与一高压室连接，其方式是该止回阀离开该耦合室向着该高压室地打开。
本发明的重要特征也可在以下的说明及附图中得到。在这里应指出，这些特征也可完全不同地组合地作为本发明的实质，而无需对此明确指出。
在根据本发明的燃料喷射装置上，通过控制杆与喷嘴针的液力耦合显著地增强了燃料喷射装置设计的自由度，因为阀元件的各自的部分总是可以最佳地适配于燃料喷射阀内部的位置。例如阀元件的弹性特性通过所使用的材料及尺寸的相应选择可最佳地适配预定的使用领域。此外阀元件的制造总地实质性的简化，因为可使用具有恒定直径的部件。这允许用简单的部件制造燃料喷射装置，这一方面使制造变得容易及另一方面可实现小的结构类型。此外为了实现本发明也可使用现今的装置的多个部件。
液压耦合器的另一优点是对公差的补偿，这使制造及安装简化。此外，阀元件的控制杆与喷嘴针的借助液压耦合器的耦合可以实现一定的运动阻尼。
通过根据本发明提出的止回阀可使耦合室在阀元件的关闭过程后卸载。这是基于以下的构思：在阀元件打开及因此一同发生的耦合室中的压力下降时，由于不可避免的泄漏导致液压流体流入耦合室。这意味着，在关闭阀元件时在耦合室中具有比在阀元件打开前更多的流体。根据本发明提出的止回阀将避免：当喷嘴针贴靠在阀座上时控制活塞靠压在一个在阀元件打开前尚不存在的“流体垫”上。在最不利的情况下，随着阀元件的每次打开及关闭过程该流体垫增大，直到阀元件根本不再能打开为止。通过该止回阀明显地改善了根据本发明的燃料喷射装置在工作中的可靠性，尤其是明显地改善了原始状态及结束状态的可再现性。
在一个有利的第一进一步构型中提出，止回阀的阀元件由一个弹簧加载到其关闭位置中。一方面，通过该弹簧即使在燃料喷射阀无压力的静止状态中也可靠地保持住阀元件。另一方面，该弹簧允许调节出一定的打开压力差，由此可保证喷嘴针的可靠关闭。
为了相同的目的提出了根据本发明的燃料喷射装置的这样的进一步构型，其中，止回阀向着一个高压区域打开。此外这种燃料喷射装置的制造简单，因为通常有与液压耦合器直接相邻的这样一个高压区域。
特别有利的是，止回阀的阀元件具有一个这样的最大行程，使得在阀元件的关闭与接下来的打开之间的一个预定的最大时间间隔可被遵守。尤其是对于一个工作循环内的多重喷射，要求在阀元件的关闭与打开之间具有很短的时间间隔。通过止回阀的阀元件的最大行程的限制可保证：当液压耦合器中的压力在打开过程开始时开始下降时，止回阀可很快地关闭。
控制活塞与一个相对高压室限定耦合室的壳体区段之间的间隙可这样地设计，使得喷嘴针的打开延迟地进行。由此可改善根据本发明的燃料喷射装置的最小燃料量性能：在控制活塞的打开运动中流体通过所述间隙到达耦合室中，这导致喷嘴针响应延迟。这不同于关闭时的情况，在关闭时，至迟当控制活塞与喷嘴针形成接触时将迫使喷嘴针立即关闭。
当燃料喷射装置包括一个连接通道，该连接通道由高压室通至位于燃料排出开口的区域中的阀座，以及连接通道向着高压室的汇入口这样地构成，使得压力波减弱时，燃料喷射的精确性及可重复性可再次得到改善。因此考虑到这样的事实，即，由于高压室较大的容积，高压室中的压力波在高压室中起很小的作用，这却不适用于具有较小的容积的连接通道及阀座紧上游的压力室。通过汇入口的相应构型可使高压室中出现的压力波至少在向着连接通道的方向上减小或受阻尼。对此的一个简单的方案在于：该汇入口构造成漏斗形。由此可实现在该汇入口上出现的压力波“不起作用”。
附图说明
以下将参照附图对本发明的特别优选的实施例进行详细的描述。附图中表示：
图1：设有一燃料喷射装置的内燃机的示意图；
图2：图1的燃料喷射装置的部分地剖开的示意图；及
图3：图1的燃料喷射装置的一个区域的细节图。
具体实施方式
图1中总地用标号10指示一个内燃机。它在此用于驱动一个未示出的汽车。高压输送装置12将燃料由一个燃料储备容器14输送到燃料高压存储器16(“轨”)中。燃料、例如柴油或汽油在该燃料高压存储器中以很高的压力储存。在该轨16上借助高压接头18连接着多个燃料喷射装置20，它们直接地将燃料喷射到其所属的燃烧室22中。这些燃料喷射装置20还各具有一个低压接头24，燃料喷射装置通过该低压接头与一个低压区域连接，在这里是与燃料储备容器14连接。
如由图2可看到的，燃料喷射装置20包括一个设有喷嘴体28、主体30及端部体32的壳体26。在壳体26中在其纵向上具有一个阶台形式的空腔34，在该空腔中容纳有一个针状的阀元件36。该阀元件是两件式的：它由一个控制活塞38及一个喷嘴针40组成。
喷嘴针40具有压力面42，这些压力面构成一个压力室44的边界，这些压力面的液压合成力指向喷嘴针40的打开方向。喷嘴针40在其图2中所示的下端部上以在图2中未详细表示的方式方法与壳体侧的阀座(无标号)协同工作。以此方式可使燃料排出开口46与压力室44分隔开或与该压力室相连接。喷嘴针40具有一个较小直径的区段48及一个较大直径的区段50。喷嘴针40用区段50在喷嘴体28中可纵向移动地被导向。
控制活塞38被接收在主体30中。控制活塞38的图2中的上端部区域被加工成导向部分，该导向部分在端部体32中被接收及导行。一弹簧52支撑在控制活塞38上的一个由环形突缘(无标号)构成的肩台上及向着关闭方向对该控制活塞加载。控制活塞38的图2中的轴向上的上端面构成一个在阀元件36的关闭方向上起作用的液压控制面54。该液压控制面与端部体32一起构成一个液压控制室56的边界。
控制室56通过端部体32中的输入节流阀58与一个高压室60连接，该高压室由于其容积大也可被称为存储室及与高压接头18连接。此外控制室56通过一个设置在端部体32中的输出节流阀62与一个电磁操作的2/2换向开关阀64连接。该2/2换向开关阀视开关位置而定使输出节流阀62与低压接头24连接或阻断。此外高压室60以还将要说明的方式方法通过一连接通道66与压力室44连接。
在喷嘴体28与主体30之间夹持着一个盘状的导向件68。该导向件的确切构造可由图3中看出：根据该图，导向件68包括一个阶台形的通孔(无标号)，该通孔的图3中的上部区域构成一导向区段70。图2及3中控制活塞38的下端部区域72滑配合地在该导向区段中被导向。端部区域72的直径略大于喷嘴针40的区段50的直径，但小于控制活塞38的在端部体32中被导向的那个区域的直径。这些直径关系对于燃料喷射装置10的功能来说是重要的。由图3可看到，控制活塞38在端部区域72的下面还具有一个端部短轴74，其直径小于端部区域72的直径并也小于喷嘴针40的与控制活塞38相邻的区域的直径。大约在该端部短轴74的轴向高度上由导向件68中的通孔径向向内地延伸着一个环绕的环形突缘76，该环形突缘构成用于喷嘴针40的一个止挡，因为该环形突缘的内径净宽小于喷嘴针40的与其相邻的端部区域的外径。但该止挡76不是一定需要的。
构成在端部短轴74、端部区域72、喷嘴针40与导向件68之间的环形室被称为耦合室。如以下还要详细地描述的，它是一个液压耦合器80的一部分，通过该液压耦合器可使控制活塞38及喷嘴针40的运动相互耦合。液压耦合器80还包括一个具有构造成滚珠的阀元件84的止回阀82，该阀元件被一个阀弹簧86向着关闭位置加载。在打开状态中止回阀82使液压耦合室78与高压室60相连接。止回阀82被这样地定向，即它离开耦合室78向着高压室60打开。
连接通道66的位于导向件68中的一区段包括一个节流阀88。连接通道66到高压室60的汇入区域90构造成漏斗形。
该燃料喷射装置20的工作如下：在开关阀64不通电流的原始状态中，液压控制室56与低压接头24分隔开及通过输入节流阀58与高压接头18连接及由此与轨16连接。因此在液压控制室56中作用着与高压室60中相同的压力。在该静态的原始状态中通过连接通道66在高压室44中也具有该压力。由于在导向件68的导向区段70与控制活塞38的端部区域72之间一定的泄漏及在区段50中喷嘴针40与喷嘴体28之间的泄漏，在耦合室78中也作用着该压力。在这种情况下总地得到一个沿阀元件36的关闭方向起作用的力，该力将该阀元件压在燃料排出开口46的区域中的阀座上。
如果现在给开关阀64通电流，则输出节流阀62与低压接头24相连接。由此液压控制室56中的压力下降。而在耦合室78中首先仍具有高的原始压力。因此总地得到一个沿打开方向作用在控制活塞38上的力。因此该控制活塞抵抗弹簧52的力在图2及3中向上运动。由此在耦合室78中由于容积的增大而压力下降，而压力室44中仍一直具有高的原始压力。因而现在总地也在喷嘴针40上作用着一个沿打开方向的力，由于该力使喷嘴针40在图2及3中开始向上运动，即该喷嘴针从其在燃料排出开口46的区域中的阀座上抬起。因此燃料可以由轨16通过高压接头60、连接通道66、高压室44及通过燃料排出开口46被喷入燃烧室22中。在此情况下由于连接通道66中的节流阀88，在压力室44中得到一个比高压室60中小的压力。
因为在耦合室78中至少暂时地也具有比高压室60中小的压力，因此一定量的燃料通过导向区段70与端部区域72之间的导向间隙由高压室60到达耦合室78中及通过区段50中喷嘴针40与喷嘴体28之间的导向间隙由高压室44到达该耦合室78中。通过有意识地确定所述导向间隙的尺寸可以调整由高压室60溢流到耦合室78中的燃料量，这又可实现阀元件36的打开特性的有意识的调整。导向间隙愈大，耦合室78中的压力下降“愈受阻尼”，及喷嘴针40的响应愈延迟。这主要当要求燃料喷射装置20也应能喷射很小的燃料量时是有益的。
为了结束喷射，使开关阀64再次置入其关闭位置中，在该位置中阻断了液压控制室56与低压接头24的连接。通过输入节流阀58使液压控制室56中的压力上升。由此使控制活塞38又沿关闭方向运动，因为耦合室78中的压力起先还小于液压控制室56中的压力。由于容积的缩小，结果使耦合室78中的压力又升高，这最后导致一个总地在喷嘴针40的关闭方向上作用于该喷嘴针上的力。当喷嘴针40用其图2中的下端部又贴靠在壳体侧的阀座上及由此再无燃料能通过燃料排出开口46排出时，喷嘴针40的运动就结束。因为如上所述地那样，在此期间燃料由高压室60及由压力室44到达耦合室78，因此控制活塞38在其关闭运动结束时碰在一个“燃料垫”上，这导致耦合室78中的压力动态地升高到一个大于高压室60中的压力的压力上。其结果是止回阀82打开，从而被压入耦合室78的燃料可排出到高压室60中。因此，控制活塞38在其关闭运动结束时又贴靠在喷嘴针40上。
如果燃料要由燃料喷射装置20进行多个短时的、相继的燃料喷射，则阀元件36必需能够在到达其关闭位置时紧接着又打开。对此的前提是，在耦合室78中存在的“过剩的“燃料通过止回阀82排出到高压室60中后，耦合室尽可能快地又形成一个封闭的容积，该封闭的容积使喷嘴针40耦合到控制活塞38的打开运动。这将如此地实现，其方式是使止回阀82的阀元件84的行程限制在一个很小的最大行程上。这样，如果耦合室78中的压力由于控制活塞38的打开运动又下降时，阀元件84仅需回移一个很小的行程就又位于其关闭位置中及由此耦合室78可形成一个封闭的容积。
连接通道66的汇入区域90的向着高压室60扩大的漏斗形状的构型具有以下作用：由于阀元件36的打开及关闭，在高压室60中引起压力波动，但由于高压室60的大小，在那里该压力波动几乎不能被感觉到。而连接通道66及压力室44具有比高压室60明显地小的容积，以致在那里增强了压力波动的影响及由此使喷射精确度下降。为此采用了漏斗形构型的汇入区域90。通过该构型使汇入区域90上出现的压力波“消除”或降低，使得所述压力波动仅减小地传递到连接通道66中。因此借助在此介绍的燃料喷射装置20能以特别高的精确度来计量燃料的量。

Claims (6)

1.用于内燃机(10)的燃料喷射装置(20)，具有一壳体(26)及一设置在该壳体(26)中的阀元件(36)，该阀元件与一位于至少一个燃料排出开口(46)的区域中的阀座配合作用，该阀元件(36)的至少一个控制活塞(38)和一喷嘴针(40)通过一液压耦合器(80)彼此耦合，该耦合器包括一耦合室(78)及一与该耦合室连接的止回阀(82)，其特征在于：设有一连接通道(66)，该连接通道由一高压室(60)通至位于所述燃料排出开口(46)的区域中的阀座，在所述控制活塞(38)的一端部短轴(74)和一端部区域(72)、所述喷嘴针(40)和一导向件(68)之间构造了一环形室，该环形室形成所述液压耦合器(80)的所述耦合室(78)，所述止回阀(82)在打开状态中使所述耦合室(78)与所述高压室(60)连接，其方式是该止回阀(82)离开该耦合室(78)向着该高压室(60)地打开。
2.根据权利要求1的燃料喷射装置(20)，其特征在于：所述止回阀(82)的一阀元件(84)由一弹簧(86)加载到该阀元件的关闭位置中。
3.根据权利要求2的燃料喷射装置(20)，其特征在于：所述止回阀(82)的阀元件(84)具有的最大行程使得可遵守该燃料喷射装置(20)的所述阀元件(36)的关闭与接下来的打开之间的一预给定的时间间隔。
4.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射装置(20)，其特征在于：所述控制活塞(38)与一相对所述高压室(60)限定所述耦合室(78)的壳体区段(70)之间的间隙(70)的设计使得所述喷嘴针(40)的打开延迟地进行。
5.根据权利要求1至3中任一项的燃料喷射装置(20)，其特征在于：该连接通道(66)的向着该高压室(60)的汇入区域(90)的构造使得压力波减弱。
6.根据权利要求5的燃料喷射装置(20)，其特征在于：所述汇入区域(90)是漏斗形的。
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