CN101490403A - 具有压力平衡的控制阀的燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器，在该喷射器中，通过一个控制阀(2)控制一个打开或关闭至少一个喷射孔的喷射阀元件，其中，该控制阀(2)打开或关闭从控制室(8)到燃料回流管道(9)的连接，其方式是，一关闭元件(3；19)被置于一阀座(4)中或者打开该阀座。在该关闭元件(3；19)中构成一个孔(5；45；51)，在该孔中容纳有一个销(6)并且该孔(5；45；51)的直径(36)基本相当于阀座(4)的直径。销(6)以一侧支承在压杆(28)上、支承在弹簧座(27)上或支承在喷射器壳体(17；62)上。

Description

具有压力平衡的控制阀的燃料喷射器
现有技术
例如由EP-A 1 612 403己知一种用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器，其中一喷射阀元件通过一电磁操作的控制阀控制。借助控制阀可以关闭或打开从控制室到燃料回流管中的排流节流。控制室在一侧通过一控制活塞限界，通过该控制活塞控制喷射阀元件，该喷射阀元件打开或关闭到内燃机燃烧室的至少一个喷射孔。排出节流装置被接收在一个基体中，基体在背离控制室的一侧上设置有逐渐收缩的阀座。一关闭元件可移动到该阀座中，该关闭元件与电磁阀的衔铁连接。为此在关闭元件上构成一个棱边，它被朝向锥形成形的阀座移动。关闭元件在一轴向杆上运动，该轴向杆与在其中构成有排出节流装置的基体一体地连接。为了液体密封地关闭阀，必需制成高精度的表面并且设置关闭元件与轴向杆的高精度配合，以避免：关闭元件摆动并由此可能卡棱，使得阀座不完全关闭。
发明内容
本发明涉及一种用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器，在该喷射器中，通过一控制阀来控制打开或关闭至少一个喷射孔的喷射阀元件。控制阀打开或关闭从控制室到燃料回流管道的连接，其方式是，一关闭元件被置于阀座中或者打开该阀座。该阀座最好构造为磨削的扁平阀座并且关闭元件包括一磨削的面，该面可置于阀座中，其中，在关闭元件中构成一个孔，在该孔中容纳有一销。该孔的直径基本相当于该扁平阀座的直径。本发明该实施方式的优点是，由于孔直径基本相当于扁平阀座直径，没有轴向压力作用于关闭元件上。但除了构造为扁平阀座外也可以采用各种其它形状，其中基本没有轴向力作用于关闭元件上。为此需要，关闭元件环形地构成，使得不存在轴向压力可作用于其上的面。
按照本发明构成的喷射器的控制阀总的是一个压力平衡的二位二通电磁阀。但代替用于控制控制阀的磁铁也可以想到专业人员公知的各种其它致动器。因此例如也可以使用用压电致动器或允许快速操作的任意其它致动器来操作的控制阀。
在一优选实施方式中，关闭元件是一个阀针，在该关闭元件上构成可置于阀座中的磨削的面。在阀针中构成容纳销的孔。销最好以一侧支承在压杆或喷射器壳体上。这样，作用于该销上的燃料压力被输出给喷射器壳体或压杆。在此压杆最好这样构成：压杆也支承在壳体上。在孔内部没有压力轴向作用于阀针上。在此销仅用于承受压力。阀针在磨削的衔铁导向装置中被导向。为此衔铁导向装置包围阀针的外周。这种布置的优点是，阀针的导向装置不必同时用作密封元件。此外通过阀针在其外侧在衔铁中被导向，能够实现更大的导向直径尺寸。由此简化了导向装置的加工。阀针在其外周上导向的另一优点是，排出节流装置的密封与阀针的导向去耦合。该密封一方面通过扁平阀座、另一方面通过一密封间隙实现，该密封间隙在孔与销之间构成，而阀针导向在其外周上实现，在那里无需相对于处于系统压力下的燃料的密封。尤其在高的燃料压力下需要较小的密封间隙直径，以减少产生的泄漏。因为为了足够精确的阀针导向必须磨削导向装置，在这里最小可能的直径通过加工刀具给定。通过阀针导向与相对于燃料的密封分开，密封直径可以远小于磨削的导向装置的直径。由此与同时也用作密封面的导向装置相比减小了泄漏流。
在另一实施方式中控制阀是一个电磁阀，其中，磨削的面在该电磁阀的衔铁上构成，该面可置于扁平阀座中，以打开或关闭从排出节流装置到燃料回流管道的连接。这种实施方式的优点是，可以省去附加的阀针。由此需要较少的高精度加工的件，从而可以节省成本。另一优点是，仅衔铁质量必须运动，因此能够实现更快速开关。
在一个实施方式中衔铁通过一突缘在衔铁导向装置中被导向，该衔铁导向装置在一阀体中构成并且包围衔铁。在突缘中构成销在其中被导向的孔，该销承受轴向作用的压力并且传递给壳体。在该实施方式中衔铁突缘中的孔也只用于：排出节流装置相对于处于系统压力下的燃料通过被容纳在其中的销密封并且承受该压力。导向与密封功能去耦合并且在衔铁上的突缘的外周上实现。该实施方式的另一优点是，通过在突缘的外周上导向，导向装置具有更大的尺寸并因此可以更容易地加工。
在另一实施方式中，被容纳在孔中的销是一个导向销并且所述孔在衔铁中构成。在该实施方式中，被置于扁平阀座中的磨削的面也在衔铁上构成。通过在导向销上对衔铁导向能够使衔铁以较短的导向长度构成并因此紧凑地构成喷射器。此外在这种情况下只需一个精确配合，因为省去了附加的导向装置。导向销同时用于承受轴向上作用的压力。通过这种方式保证，衔铁是压力平衡的。
在另一实施方式中，衔铁通过外周上的导向装置在内部磁芯中被导向，在该衔铁上构成磨削的面，该面为了关闭或打开排出节流装置可置于磨削的扁平阀座中。在该导向装置中构成在其中容纳销的孔，该销承受轴向作用的压力。在该实施方式中也由于衔铁起到关闭元件作用而无需阀针。附加地，由于衔铁在内部磁芯中被导向，导向功能与密封功能去耦合。同时由此也可以使喷射器紧凑地构成，因为无需磁铁与阀体之间的附加导向长度。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明。附图示出：
图1具有带阀针的控制阀的喷射器的一个局部，
图2按照图1的阀座的放大图，
图3具有控制阀的喷射器的一个局部，其中阀座在衔铁上构成，
图4具有控制阀的燃料喷射器的第二实施方式的一个局部，其中阀座在衔铁上构成，
图5具有控制阀的喷射器的第三实施方式的一个局部，其中阀座在衔铁上构成。
具体实施方式
图1示出具有控制阀的一个燃料喷射器的一个局部，其中阀座构造为阀针上的磨削的面。
按照本发明构成的燃料喷射器1包括一个控制阀2，该控制阀实施为二位二通电磁阀。在这里所示的控制阀2中液压力通过压力平衡而减小。由此可以在减小行和增大横截面的同时减小弹簧力。由此与由现有技术已知的阀相比可实现更短的开关时间和更好的动态性能。
这由此实现：在可置于阀座4中的阀针3中构成一个孔5，在孔5中容纳有一个销6。为了在阀针3上不作用轴向作用的压力，孔5的直径基本等于阀座4的直径。通过阀座4可将排出节流装置7关闭或打开，通过该排出节流装置，燃料可从控制室8经回流管道9排出到这里未示出的低压区域。控制室8在一侧通过一控制活塞10限界。通过控制活塞10可控制一个这里未示出的喷射阀元件，它打开或关闭通向内燃机燃烧室中的至少一个喷射孔。控制活塞10在阀体12中的一个孔11中被导向。通过输入节流装置13，燃料可以从围绕阀体12的环形室14流到控制室8中。燃料通过这里未示出的燃料通道从燃料输入管道15进入环形室14。燃料输入管道15与这里同样未示出的高压储存器连接，在该高压储存器中储存处于系统压力下的燃料。
阀体12借助一阀夹紧螺纹装置16旋紧在喷射器体17中。
控制阀12通过实施为电磁铁的磁铁18控制。一旦磁铁18通电，则形成一个磁场，它作用于衔铁19上。在衔铁19中构成一个孔20，阀针3在该孔中被导向。在衔铁19上连接着一个套筒21。套筒21用作对阀针3的导向装置。为了调整阀行程，在套筒21上构成一个环圈，它支承在一垫圈38上，该垫圈本身支承在阀体12上。由套筒21上的环圈、垫圈38和阀体组成的复合体通过阀夹紧螺纹装置旋紧。通过垫圈38的厚度确定阀行程。为了限制行程，阀针3的扩宽部22止挡在套筒21的端面23上。
衔铁19被容纳在衔铁室24中，在控制阀2打开的情况下燃料从控制室8流入该衔铁室中。燃料从衔铁室24经过弹簧室25和弹簧座27中的孔26进入到回流管道9中。
销6以与控制室8对置的一侧支承在压杆28上。
作用于销6上的压力传递到压杆28上。压杆28通过与销6对置的一侧支承在弹簧座27。由此压力继续传递到弹簧座27上。弹簧座27又支承在一排出接管29上，喷射器壳体以该排出接管封闭。由此从销6经压杆28传递到弹簧座27上的压力传递给排出接管29并由此传递给壳体。没有轴向压力作用于阀针3上，在该阀针的孔5中容纳有销6和压杆28。
为了使阀针3置于其阀座4中，在弹簧室25中容纳一个弹簧元件30，该弹簧元件在磁铁18不通电的情况下使阀座3置于其阀座中。为此弹簧元件30最好是一个构造为压簧的螺旋弹簧。该螺旋弹簧一端支承在阀针3上，另一端支承在弹簧座27上。在此，弹簧元件30围绕在一弹簧座27上构成的销轴31和所述压杆28。
为了起动喷射过程，将磁铁18通电。由此形成一个磁场，通过它，衔铁19被向磁铁18方向吸引。衔铁19作用于环32上，该环嵌入到阀针3上的一个槽33中。由此阀针3连同衔铁19向磁铁18方向运动。在此阀针3在套筒21中被导向。一旦阀针3以扩宽部22止挡在套筒21的端面23上，打开运动结束。处于系统压力下的燃料可以经排出节流装置7、衔铁室24、弹簧室25和回流管道9从控制室8流出。在控制室8中的压力下降。由此控制活塞10不再压力平衡并且向控制室8中运动。由此引起这里未示出的喷射阀元件向控制活塞10方向的运动，由此，所述至少一个喷射孔打开并且燃料流入内燃机的燃烧室中。
为了结束喷射过程，终止磁铁18的通电。磁场消失。因此衔铁19不再被向磁铁18方向吸引。通过弹簧元件30的弹簧力，阀针3向阀座4方向运动并且关闭该阀座。不再有燃料可以经排出节流装置7从控制室8流出。处于系统压力下的燃料经输入节流装置13和与燃料输入管道15连接的环形室14流入控制室8中。由此在控制室8中又建立系统压力。通过由此作用于控制活塞10上的压力，控制活塞向喷射阀元件方向运动。喷射阀元件也又被置于其阀座中并因此关闭所述至少一个喷射孔。喷射过程结束。
在图2中放大地示出阀座4。
为了密封地封闭排出节流装置7，在阀体12上构成一个磨削的扁平阀座34。在阀针3上构成一个磨削的面35，该面被置于磨削的扁平阀座34上以封闭排出节流装置7。因为磨削的面35的内径36相当于孔5的直径，在阀针3上不作用轴向压力。但由于加工原因可能在阀针3上磨出一个倒角36。在这种情况下少份额的压力轴向作用于倒角36上。为了防止燃料通过排出节流装置7沿着孔5排出，销6以紧密的导向间隙在孔5中被导向。由此在一个狭窄的间隙上形成密封。但在此销6仅用于密封孔5并且用于没有压力轴向作用于阀针3上。阀针3的导向不通过销6给出。而是在套筒21中进行阀针3的导向。由于套筒21的内径大得多，因此该导向装置能够以所要求的表明质量比通过孔5的相应导向更容易地加工。
图3示出燃料喷射器的一个局部，其中阀座在电磁阀的衔铁上构成。
在图3所示实施方式中，阀座4直接在衔铁19上的一突缘40上构成，通过阀座可封闭或打开排出节流装置7。由此不需要阀针来封闭或打开排出节流装置7。突缘40在衔铁导向装置41中被导向，该衔铁导向装置在阀体12上构成。在此在突缘40的外径上进行导向，由此可以相应大地设计衔铁导向装置41的尺寸。由此使衔铁导向装置41易于制造。衔铁导向装置41朝向排出节流装置7向一内部阀室42打开。该阀室通过一通道43与一外部阀室44连接。在突缘40中构成一孔45，销6在该孔中被导向。与图2所示阀针3一样，在衔铁19的突缘40上构成一磨削的面35，它被置于阀体12上的磨削的扁平阀座34中以关闭排出节流装置7。在此孔45的内径正好与磨削的面35的内直径一样大。由此在突缘40上并从而在衔铁19上不作用轴向压力。轴向压力通过销6承受，该销支承在压杆28上。压杆28又支承在壳体盖46上，使得压力从销6经压杆28传递给壳体盖46。
为了起动喷射过程，将磁铁18通电。由此衔铁19被向磁铁18方向吸引。在磁铁18的内部容纳有一套筒47，它用作行程止挡。一旦衔铁19止挡到套筒47中，行程运动结束。通过衔铁19的运动，磨削的面35从磨削的扁平阀座34抬起并由此打开从排出节流装置7到内部阀室42的连接。由此，处于系统压力下的燃料从控制室8经排出节流装置7流到内部阀室42中。通过通道43燃料又到达外部阀室44中，该外部阀室与燃料回流管道连接。由此控制室8中的压力降低，控制活塞10向控制室8方向运动，喷射阀元件打开。
为了结束喷射过程，取消磁铁18的通电。借助于弹簧元件48(在这里所示实施方式中是构造为螺旋弹簧的压簧)，衔铁19又向控制室8方向运动。由此，在突缘40上构成的磨削的面35被置于磨削的扁平阀座34中。排出节流装置7关闭。通过输入节流装置13，处于系统压力下的燃料从与燃料输入管道连接的环形室14流到控制室8中，直到在该控制室中存在系统压力。由于控制室8中压力逐渐增大，控制活塞10向喷射阀元件方向运动。由此喷射阀元件又被置于其阀座中并且至少一个喷射孔关闭。喷射过程结束。
通过弹簧元件48支持系统19向控制室8方向的运动，该弹簧元件在这里所示实施方式中包围压杆28。同时该弹簧元件48被容纳在套筒47中。
图4示出具有控制阀的燃料喷射器的第二实施例的一个局部，其中阀座在衔铁上构成。
与图3中所示实施方式不同，在图4所示实施方式中，衔铁19在一导向销50上被导向。导向销50被容纳在一导向间隙51中，该导向间隙在这里所示实施方式中构造为衔铁19中的孔。在衔铁19上构成阀座4，排出节流装置7可通过该阀座关闭或打开。在此阀座4最好这样构成：如图2所示，具有阀体12上的磨削的扁平阀座34和衔铁19上的磨削的面35。通过衔铁19上的磨削的面35内径具有和与导向销50一起构成导向间隙的孔51相同的直径，在衔铁19上不作用轴向压力。该压力仅作用于导向销50上。为了限制衔铁19的行程53，在导向销50上构成一个直径扩宽部52。衔铁19的行程53由此限制：该衔铁止挡在直径扩宽部52上。导向销50通过直径扩宽部52与盖板57固定连接，该盖板封闭电磁阀。该连接例如可以力锁合或形状锁合地进行。压力销50也可以与直径扩宽部52一起与盖板57一体地构成。
在这里所示的实施方式中衔铁19和磁铁18被一个环形的构件54包围。通过构件54的高度和直径扩宽部52的长度来调节衔铁19的行程53。
为了在排出节流装置7打开情况下燃料可以流出到回流管道中，构件54最好设置有穿通部55。
为了以图4中所示实施方式起动喷射过程，将磁铁18通电。由此衔铁19被向磁铁18方向驱动，直到它止挡在直径扩宽部52上。衔铁19从阀座4抬起。由此打开从控制室8经排出节流装置7和穿通部55到燃料回流管道的连接。燃料从控制室8流出。由此控制室8中的压力下降并且控制活塞10运动到控制室8中。由此喷射阀元件从其阀座抬起并打开所述至少一个喷射孔。
为了结束喷射过程，取消磁铁18的通电。借助于弹簧元件56(该弹簧元件包围直径扩宽部52并且最好是构造为压簧的螺旋弹簧)，衔铁19以磨削的面35被置于磨削的扁平阀座34中并由此封闭排出节流装置7。通过燃料输入管道15和输入节流装置13，处于系统压力下的燃料流入控制室8中。在控制室8中，压力升高到系统压力。由此控制活塞10被向喷射阀元件方向驱动。这导致，喷射阀元件又被置于其阀座中并且关闭所述至少一个喷射孔。
图5示出具有控制阀的燃料喷射器的第三实施例的一个局部，其中阀座在衔铁上构成。
在此，图5中所示燃料喷射器1与图4中所示喷射器的区别在于，衔铁19不通过导向销50导向，而是在一衔铁导向装置60中被导向，该衔铁导向装置在内部磁芯61中构成。内部磁芯61在这里所示实施方式中构造为上壳体件62上的环形突缘，喷射器通过该突缘封闭。在此内部磁芯61被磁铁18包围。内部磁芯61同时用作行程止挡63，用于限制衔铁19的行程。在衔铁19上构成一个套筒状的突缘64，它在衔铁导向装置60中被导向。
上壳体件62借助于夹紧螺母65固定在喷射器体17上。
为了起动喷射过程，将磁铁18通电。由此衔铁19向磁铁方向运动，使得在衔铁上构成的磨削的面35从磨削的扁平阀座34抬起并由此打开阀座4。燃料可以从控制室8经排出节流装置7流出到衔铁室24中。由此控制室8中的压力下降并且控制活塞10运动到控制室8中，使得喷射阀元件打开所述至少一个喷射孔。燃料从衔铁室24经一通道66流到弹簧室25中并从那里经弹簧座27中的孔26流到回流管道9中。
为了结束喷射过程，取消磁铁18的通电。衔铁19的磨削的面25置于磨削的扁平阀座34中并由此关闭排出节流装置7。控制室8中的压力再升高并因此使控制活塞19向喷射阀元件方向运动。由此该喷射阀元件又被置于其阀座中并且关闭所述至少一个喷射孔。
为了支持衔铁19的运动，在弹簧室25中容纳有一个弹簧元件67，该弹簧元件最好是构造为压簧的螺旋弹簧。弹簧元件67一端支承在衔铁19上的套筒状突缘64上，另一端支承在弹簧座27上，通过该弹簧元件的弹簧力支持衔铁19向扁平阀座34方向的运动。销6承受通过排出节流装置7出现的系统压力。该销支承在弹簧座27上，使得通过系统压力作用于销6上的压力经弹簧座27导出给上壳体件62。销6在其中被导向的孔5以与磨削的面35的内径相同的直径构成，由此没有轴向压力作用于衔铁19上。
在此衔铁19与套筒状突缘和磨削的面35可以一体地构成，或者如图5所示两体地构成。为此在一个构件上，该构件使套筒状突缘64和磨削的面35直接与衔铁盘19连接。为了限制行程，在包括套筒状突缘64和磨削的面35的该构件上构成一个扩宽部69，该扩宽部在磁铁通电从而阀座4打开的情况下止挡在行程止挡63上。
除了在图1至5中所示的实施方式，其中阀座4构造为扁平阀座，阀座也可以具有任意的其它形状，其中基本没有轴向压力作用于阀座上。例如当关闭元件环形构成时总是这种情况。
除了这里所示的实施方式，其中压力销6支承在压杆28上，压杆本身支承在弹簧座27上，也可以是，压力销6直接支承在喷射器壳体上。此外也可以的是，压力销6或者压杆28与喷射器壳体一体地构成。此外压力销6或压杆28也可以分级地构成，即以多个不同的直径构成。

Claims (10)

1.用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射器，在该喷射器中，通过一个控制阀(2)控制一个打开或关闭至少一个喷射孔的喷射阀元件，其中，该控制阀(2)打开或关闭从控制室(8)到燃料回流管道(9)的连接，其方式是，一关闭元件(3；19)被置于一阀座(4)中或者打开该阀座，其特征在于，在该关闭元件(3；19)中构成一个孔(5；45；51)，在该孔中容纳有一个销(6)并且该孔(5；45；51)的直径(36)基本相当于阀座(4)的直径，并且，销(6)以一侧支承在压杆(28)上、支承在弹簧座(27)上或支承在喷射器壳体(17；62)上。
2.如权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述控制阀(2)是一个电磁阀或者被一个压电致动器控制。
3.如权利要求1或2所述的喷射器，其特征在于，所述关闭元件是一个阀针(3)，在该阀针上构成磨削的面(35)。
4.如权利要求3所述的喷射器，其特征在于，所述阀针(3)在一磨削的衔铁导向装置(41)中被导向。
5.如权利要求1至4中任一项所述的喷射器，其特征在于，所述阀座(4)构造为磨削的扁平阀座(34)并且所述关闭元件(3；19)包括一磨削的面(35)，该面可置入阀座(4)中。
6.如权利要求2所述的喷射器，其特征在于，所述关闭元件是所述电磁阀的衔铁(19)，在该衔铁上构成磨削的面(35)。
7.如权利要求6所述的喷射器，其特征在于，所述衔铁(19)以一突缘(40)在衔铁导向装置(41)中被导向，该衔铁导向装置在一阀体(12)上构成并且包围所述衔铁(19)，其中，在突缘(40)中构成在其中对销(6)导向的所述孔(45)。
8.如权利要求6所述的喷射器，其特征在于，被容纳在孔(51)中所述销(6)是一个导向销(50)并且孔(51)在所述衔铁(19)中构成。
9.如权利要求6所述的喷射器，其特征在于，所述衔铁(19)以一套筒状突缘(64)在内部的磁铁芯(61)中在一衔铁导向装置(60)中被导向，其中，在该套筒状突缘(64)中构成在其中容纳销(6)的所述孔(5)。
10.如权利要求9所述的喷射器，其特征在于，所述销(6)以一侧支承在喷射器壳体(62)上。
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