CN101466946A - 燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室(14)中的燃料喷射器(1)，包括一喷射器壳体(6，7，31，32，39，40)、一用于将燃料喷射到所述燃烧室(14)中的2位3通换向阀，该喷射器壳体具有一来自燃料高压源(2)的燃料输入管路(3，4)以及可与一压力室(15)流体地连接，该2位3通换向阀具有一个可在一静止位置与一喷射位置之间轴向地往复运动的阀活塞(34)，该阀活塞通过与一耦合室(49)邻接的第一端面(50)与一压电执行机构(43)液压地相耦合以及可被致起作用，其中，该2位3通换向阀包括一作为阀元件的球形元件(35)，该球形元件与所述阀活塞(34)的第二端面(51)形成连接以及在所述静止位置中可运动到第一密封边棱(36)上及在所述喷射位置中可运动到第二密封边棱(37)上，其中，所述耦合室(49)及阀控制室(30)处在燃料高压下，其中，所述阀活塞(34)的直径与所述第一密封边棱(36)上的直径具有一比例，该比例可以使得所述球形元件(35)在所述静止位置中以小的接触力压紧在所述第一密封边棱(36)上。因此提供了具有一个2位3通换向阀的燃料喷射器，该燃料喷射器具有简单的构造以及取消了费事的制造过程。

Description

燃料喷射器
技术领域
本发明涉及权利要求1的前序部分的燃料喷射器。
背景技术
这里所述类型的燃料喷射器尤其应用在内燃机上，该内燃机使用这种喷射器来实现燃料定剂量的喷射。
由DE 103 25 620 A1公知了一种由伺服阀控制的、具有一个压力变换器的燃料喷射器。其中，所公开的燃料喷射器包括一个压力变换器，它的变换活塞将一个通过压力存储器加载以燃料的工作室与一个减压的差压室分隔开。差压室中的压力变化通过操作伺服阀来实现，该伺服阀可释放或关闭差压室到低压侧的第一回流通道的液压连接。该伺服阀还具有一个在一个控制室与第一液压室之间导行的伺服阀活塞。在该伺服阀活塞上构造有一个在系统压力加载时在打开方向上持续移动该伺服阀活塞的液压面及一个关闭或释放低压侧回流通道的第一密封面。但为了激励压力变换器需要一个开关阀，该开关阀激励伺服阀活塞，这就需要显著的结构上的成本。此外可使用上述的压电执行机构，以避免需要一个开关阀。
DE 10 2004 015 744 A1公开了一种所述类型的用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器，它具有一个喷射器壳体，该喷射器壳体具有一个燃料输入管路，该燃料输入管路与喷射器壳体外部的中心燃料高压源及与喷射器壳体内部的压力室形成连接，根据一个控制阀、尤其一个2位3通换向阀的位置由该压力室喷射由高压加载的燃料。在此情况下在2位3通换向阀中设有一个阀活塞，该阀活塞与压电执行机构液压地耦合，后者由来自燃料高压源的压力加载。在此情况下阀活塞伸入在一个阀控制室中及密封在密封边棱上，这些密封边棱被设置在阀控制室本身中。
在公知的及这里所述的燃料喷射器的实施形式中存在着问题，即2位3通换向阀及尤其是可在其中轴向移动的阀活塞必需很费事地构成，这导致显著的制造成本。为了相应精确地构成阀活塞需要密封配合部分的高成本的配对研磨工艺，其中这些密封配合部分必需彼此同心地设置在阀体本身中。
发明内容
因此本发明的任务在于：提出一种具有2位3通换向阀的燃料喷射器，它具有简单的实施形式，使得可取消昂贵的制造过程。
该任务从根据权利要求1的前序部分的燃料喷射器出发结合其特征部分的特征来解决。本发明的有利的进一步构型由从属权利要求中给出。
本发明包含的技术原理是，该2位3通换向阀包括一个作为阀元件的球形元件，该球形元件与阀活塞的第二端面形成连接及可在一静止位置中运动到第一密封边棱上及可在一喷射位置中运动到第二密封边棱上，其中，为了压力平衡的转换，阀活塞的第一端面及球形元件上的与该第一端面相反地设置的、由第二密封边棱限定的部分面具有大约相同大小的有效面积，来自燃料高压源的压力作用在这些有效面积上。
该方案具有的优点是，阀活塞可仅构造成简单的圆柱形的部件，其中，2位3通换向阀的密封配合通过球形元件来构成。因此可取消对阀活塞的费事的磨削技术上的加工，此外阀活塞不必在阀体中适配或用配磨工艺来研磨。在此情况下球形元件设置在阀控制室中及可在该阀控制室中自由运动。由此实现了球在密封座上的自动对中，因为这些密封座构造成环形，球形元件仅通过流体的流体压力或通过阀活塞本身来运动。在此，球形元件优选邻接于阀活塞地设置，在这种情况下，简单的固体接触就足够了；但此外还存在这样的可能性，即，球形元件借助任意的接合方法与阀活塞连接。阀活塞的直径与第一密封边棱上的直径优选具有这样的比例，该比例使得处在静止位置中的球形元件可以以小的接触力压在第一密封边棱上。由于这种直径比例，尽管燃料高压存储器那边存在很高的系统压力，也可使用小的压电执行机构，通过所述直径比例使得球形元件在现存的压力状况下仅是轻微地压在密封座上。
本发明的另一有利的实施形式在于，球形元件设置在阀控制室中及密封边棱构造在阀控制室的轮廓中。首先借助构造在阀控制室内侧上的密封边棱，球形元件可在第一密封边棱及第二密封边棱之间往复地运动。在此情况下，对于喷射阀的燃料的静止位置或喷射位置，球即球形元件既可在第一环形密封边棱中也可在第二环形密封边棱中自动对中，从而可保证可靠的密封功能。
阀控制室有利地具有一个径向对称的内部轮廓，使得球形元件在这些密封边棱上总是形成一个环形的密封接触。阀体如上述的背景技术那样包括第一及第二密封边棱，它们作为阶梯的圆形孔被成型在阀体的内侧。但各个密封边棱的同心度不要求相同地好，因为球形元件可自由运动及可在旋转对称的、也就是环形的密封边棱中自动对中。
本发明的另一实施形式在于，当球形元件在静止位置中密封地压在第一密封边棱上时，阀控制室被加载以来自燃料高压源的压力，反之，当球形元件在喷射位置中密封地压在第二密封边棱上时，阀控制室可通过一个回流通道被卸载压力。在阀活塞的静止位置中喷射器不被致起作用，即不进行喷射。在阀活塞的喷射位置中，由高压加载的燃料从燃料喷射器喷射到内燃机的燃烧室中。有利地，阀活塞的直径小于第一密封边棱的直径。由此在阀活塞的静止位置中，在与第一密封边棱的配合中产生对球形元件的小的液压压紧力。该压紧力保证第一密封边棱与球形元件的密封接触。
另一有利的实施形式在于，第二密封边棱的直径小于阀活塞的直径。由此在阀活塞的喷射位置中产生小的液压压紧力，该压紧力保证第二密封边棱与球形元件的密封接触。
为了得到阀活塞结构上简单的构造，本发明提出：阀活塞的几何构型构造成圆柱形基体式的，或者，阀活塞的几何构型具有圆柱形基体区段，该基体区段带有一个成阶梯形的小直径的圆柱形端部区段。有利地提出，球形元件包含一种金属的或陶瓷的材料和/或构造成标准滚动轴承滚动体(
Figure A200780021919D0006093847QIETU
)。
有利地，阀控制室与一个增压控制室形成连接。该增压控制室用于控制增压活塞，该增压活塞可以可往复运动地设置在喷射器壳体中。此外，阀控制室可与一喷嘴针控制室形成连接。当阀控制室的压力通过2位3通换向阀下降时，则喷嘴针由其座上抬起及燃料可通过喷射孔喷射到内燃机的燃烧室中。
另一有利的实施形式在于，该燃料喷射器包括一个被加载以燃料高压源的压力的液压耦合室，通过该液压耦合室使压电执行机构与阀活塞的第一端面液压地耦合。在该压电执行机构上例如可设置一个由金属制作的基本上圆柱形的头，该头的端面构成液压耦合室的边界。在相对的一侧上该液压耦合室优选由阀活塞的第一端面来构成边界。该液压耦合器用于补偿由于工作中温度的波动所引起的压电执行机构的体积膨胀。附加地，还能由此实现压电执行机构与阀活塞之间的力变换/行程变换。
有利地，阀活塞具有一个环形槽，该环形槽可被加载以燃料高压源的压力，从而可防止流体由耦合室中流出。此外，通过该环形槽来实现阀活塞在阀体中的润滑，该润滑至少优化了阀活塞在轴向运动期间的摩擦特性。
本发明的另一实施形式在于，压电执行机构包括电端子，其中，这些电端子构造成外部电接触装置，以便防止受到压电室中的燃料的影响。此外还提出，压电执行机构在电端子区域以外至少具有覆盖层，它作为压电执行机构对周围环境的接触层，尤其对压电执行机构中的燃料作出防护。因此保证压电执行机构的电接触装置与燃料隔离，以便防止可能的着火危险。
以下将共同地借助附图通过对本发明优选实施例的描述来详细地说明本发明的其它的改进措施。
附图说明：
图1：具有一个2位3通换向阀的燃料喷射器的第一实施例，该换向阀包括一个作为密封体的球形元件，其中，该装置包括一个压力变换器，及
图2：根据图1的燃料喷射器的另一实施例，其中，该装置不构造有压力变换器。
具体实施方式
图1表示一个燃料喷射器1的纵截面，其中，通过一个示意性表示的高压源2(共轨)对该燃料喷射器供给处于下的高压的燃料。燃料管路3，4由高压源2的内腔延伸到一个组合在燃料喷射器1中的压力变换器5。该压力变换器5被一个喷射器壳体6包围。喷射器壳体6包括一个喷射器体7及一个喷嘴体8，该喷嘴体具有一个中心导向孔9。在该导向孔9中可往复运动地设置了一喷嘴针10。喷嘴针10具有尖端11，在该尖端上构造有一个与一密封座配合作用的密封面。当喷嘴针10的尖端11用其密封面贴靠在该密封座上时，设置在喷嘴体8中的多个喷射孔12，13被封闭。当喷嘴针尖11由其座上抬起时，由高压加载的燃料将通过喷射孔12，13喷射到内燃机的燃烧室中。
喷嘴体8包括一个压力室15，其中，在喷嘴针10上构造有一个压力肩14，该压力肩被设置在压力室15中。通过喷嘴弹簧16使喷嘴针10的尖端11预加载在所对应的喷嘴针座上。喷嘴弹簧16本身设置在压力室15中，其中，该压力室与一个连接通道18相连接以及与一个增压控制室23形成连接，在该连接通道中安装有一个节流阀21。此外该压力室15通过一个连接通道20与一个增压室22相连接，在该连接通道20中设有一个节流阀21。
在增压室22中可往复运动地接收了一个活塞延续部24，该活塞延续部在一端部上构造在一个增压活塞25上。增压室22本身构造在喷射器体7中，从而增压活塞25被接收在喷射器体7中。该增压室具有一个圆柱体的构型，它具有比增压活塞25的连接部分小的直径。增压活塞的另一端部伸入到一个增压工作室26中，该增压工作室通过燃料输入管路3，4与燃料高压源2形成连接。
在增压工作室26中设有一个增压弹簧27，借助该增压弹簧使增压活塞在背离喷嘴针10的方向上被预加载。
增压室22借助一个连接通道28与压力室15相连接。增压室22还通过一个连接通道29与阀控制室30形成连接，该阀控制室构造在阀体31中。在阀体31与喷射器体7之间出于制造技术的原因设有一个中间件32，在该中间件中开有一个中心连接通道33。连接通道33形成增压工作室26与阀控制室30之间的连接。
阀控制室30具有比孔的背离中间件32的区段大的直径。在阀体31的中心孔中可纵向运动地接收了一个阀活塞34。一个球形元件35与阀活塞34相邻地安装在阀控制室30中，可以使该球形元件与第一密封边棱36以及第二密封边棱37密封地形成接触。如果该阀控制室由来自燃料高压源的压力加载，则这在球形元件35处于一个静止位置时实现，在该静止位置中该球形元件密封地压在第一密封边棱36上，反之，当球形元件35在喷射位置中密封地压在第二密封边棱37上时，阀控制室30可通过一个回流通道38卸载压力。在所述阀活塞与第一密封边棱36之间设置有回流通道38，该回流通道与一个(未示出的)燃料箱形成连接。
在阀体31上的端侧设有一个压电执行机构体39，它被一个盖40封闭。盖40，压电执行机构体39，阀体31，中间件32，喷射器体7及喷嘴体8一起构成该喷射器的壳体6。在压电执行机构体39中设有一个中心压电执行机构室41，该压电执行机构室通过一个连接通道42与燃料输入管路3及由此与高压源2形成连接。在被加载以高压的压电执行机构室41中设有一个压电执行机构43，该压电执行机构具有由金属制作的具带有一个自由端面45的压电执行机构头44。在压电执行机构头44上构造有一个突缘46。在突缘46与一个压电执行机构套管48之间夹持着一个压电执行机构弹簧47。压电执行机构头44可相对于压电执行机构套管48在轴向上移动。在压电执行机构套管48上构造有一个密封边棱，该密封边棱贴靠在阀体31上。在压电执行机构套管48内部在压电执行机构头44的端面45与阀活塞34的自由端面之间构造有一个液压耦合室49，该液压耦合室由来自高压源2的高压加载。
图1中表示燃料喷射器1处于未被致起作用的状态。阀活塞34位于其静止位置中。因此球形元件35贴靠在构造在阀体31中的第一密封边棱36上。在这种状态中在液压耦合室49中作用着来自高压源2的高压。通过燃料输入管路3，4，阀控制室30、增压工作室26及连接通道33也被加载以来自高压源2的轨压。增压控制室23通过连接通道29也被加载以轨压。在此情况下在增压室22及压力室15中也作用着轨压。
如果燃料喷射装置1被致起作用，则压电执行机构43通过电端子53，54被通以电流及伸长。压电执行机构43的伸长通过压电执行机构头44导致液压耦合室49中的压力上升。该压力上升导致阀活塞34轴向向下地运动，这就是说，球形元件35也向下运动。在此情况下阀活塞34及球形元件35一直向下运动，直到球形元件35贴靠到中间件32上的密封边棱37上及连接通道33与阀控制室30之间的连接中断为止。同时，球形元件35从密封配合的第一密封边棱36上抬起以及打开至阀控制室30与回流通道38的连接。因此阀活塞34及球形元件35处于喷射位置中。阀控制室30由于与回流通道38的连接而被卸载压力。
通过阀控制室30与增压室23之间的连接通道29也使增压室被卸载压力。因为在这种状态下，增压工作室26通过燃料管路3，4仍由高压源2加载，因此增压活塞25向下运动，由此使增压室22中的燃料被压缩。这种压力升高通过连接通道28也作用在压力室15中。这又导致喷嘴针10由其座上抬起及燃料被喷射到燃烧室14中。
因此3/2阀活塞34直接地受压电执行机构43的控制，其中，阀活塞34作为力或运动传递件作用在构造成密封体的球形元件35上。设有阀活塞34及球形元件35的该2位3通换向阀几乎是压力平衡地构成。这如此地来达到，即，球形元件35持续地由来自涉及连接通道33的喷射器输入部分的高压加载。
图2表示一个无压力变换器5的燃料喷射器1。该图2中所示的装置包括与图1中所示的燃料喷射器相同的结构。相同的部分设有相同的标号。为了避免重复，可参考以上对图1的描述。以下仅详细讨论这两个实施形式的区别。
在图2中所示的燃料喷射器1中阀控制室30通过一个包括节流阀56的连接通道55与喷嘴针控制室57形成连接。喷嘴针控制室57设置在一个密封套管58内，该密封套管构造有一个咬合边棱。此外，该喷嘴针控制室57由喷嘴针59的一个端面来构成边界。在喷嘴针59上构造有一个突缘60，其中，在突缘60与密封套管58之间设有一个喷嘴弹簧16。由此密封套管58的咬合边棱被压在喷射器壳体上。喷嘴针59在其另一端上由于喷嘴弹簧16的预压力用其尖端贴靠在所对应的喷嘴针座上。如果图示的在未被致起作用的状态中的该燃料喷射器被致起作用，则所示被关闭的第一密封边棱36被打开及第二密封边棱37被关闭。这引起液压耦合室49中压力的升高及由此阀活塞34及球形元件35向下运动。在此情况下，第一密封边棱36打开及第二密封边棱被球形元件35关闭，使得阀控制室30与回流通道38之间的连接被释放。由此阀控制室30被卸载压力。该压力卸载通过连接通道55也在喷嘴针控制室57中起作用，使得燃料通过喷嘴针10中的削平部59被喷射到内燃机的燃烧室中，因为喷嘴针已由其座上抬起。
本发明在其实施时并不被限制在以上所给出的优选实施例上。而是可考虑多个变型的方案，在原理上不同类型地实施的情况下，这些变型的方案也可利用上述的解决方案。

Claims (10)

1.用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室(14)中的燃料喷射器(1)，包括一喷射器壳体(6，7，31，32，39，40)、一用于将燃料喷射到所述燃烧室(14)中的2位3通换向阀，该喷射器壳体具有一来自一燃料高压源(2)的燃料输入管路(3，4)以及可与一压力室(15)流体地连接，该2位3通换向阀具有一个可在一静止位置与一喷射位置之间轴向地往复运动的阀活塞(34)，该阀活塞通过与一耦合室(49)邻接的第一端面(50)与一压电执行机构(43)液压地相耦合以及可被致起作用，其特征在于：该2位3通换向阀包括一作为阀元件的球形元件(35)，该球形元件与所述阀活塞(34)的第二端面(51)处于连接中以及可在所述静止位置中运动到第一密封边棱(36)上及可在所述喷射位置中运动到第二密封边棱(37)上，其中，为了压力平衡的转换，所述阀活塞(34)的第一端面(50)和所述球形元件(35)上的与该第一端面相反地设置的、由所述第二密封边棱(37)限定的部分面具有大约相同大小的有效面积，在这些有效面积上作用着来自所述燃料高压源(2)的压力。
2.根据权利要求1的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述阀活塞(34)的直径与所述第一密封边棱(36)上的直径具有一比例，该比例可以使得所述球形元件(35)在所述静止位置中以小的接触力压紧在所述第一密封边棱(36)上。
3.根据权利要求1的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述球形元件(35)设置在所述阀控制室(30)中，其中，这些密封边棱(36，37)构造在该阀控制室(30)的轮廓中。
4.根据权利要求3的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述球形元件(35)未被导向地设置在所述阀控制室(30)中以及通过在这些密封边棱(36，37)中的相应的配合可密封地对中。
5.根据权利要求1至4之一的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述阀控制室(30)具有一径向对称的内部轮廓，使得所述球形元件(35)分别在这些密封边棱(36，37)上构成一个环形的密封接触。
6.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器(1)，其特征在于：当所述球形元件(35)在所述静止位置中密封地压在所述第一密封边棱(36)上时，所述阀控制室(30)被加载来自所述燃料高压源(2)的压力，反之，当所述球形元件(35)在所述喷射位置中密封地压在所述第二密封边棱(37)上时，所述阀控制室(30)可通过一回流通道(38)被卸载压力。
7.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述阀活塞(34)的直径小于所述第一密封边棱(36)的直径，和/或所述第二密封边棱(37)的直径小于所述阀活塞(34)的直径。
8.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述球形元件(30)由一种金属的或陶瓷的材料构成和/或被构造成标准滚动轴承滚动体。
9.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器(1)，其特征在于：所述阀活塞(34)的几何构型被构造成圆柱形基体式的。
10.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射器(1)，其特征在于：该燃料喷射器包括一被加载以所述燃料高压源(2)的压力的液压耦合室(49)，通过该液压耦合室所述压电执行机构(43)与所述阀活塞(34)的所述第一端面(50)液压地耦合。
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