CN101529081B - 具有轴向上压力平衡的控制阀的喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷射器(1)，用于将燃料喷射到燃烧室中。根据本发明提出，控制阀(27)的阀活塞(26)在两个端侧上被供给低压，其中，阀活塞(26)设置在一个与控制腔(15)液压连接的阀腔(23)中并且在一个被接收在阀腔(23)中的套筒(27)内部被导向；在阀腔(23)中设置有一个在一端支撑在套筒(27)上并且在另一端支撑在阀活塞(26)上的弹簧(29)，该弹簧将阀活塞(26)压在一个阀座(32)上并且将套筒(27)压在一个对置的底部面上；处于套筒(27)内部的阀活塞直径相应于处于阀座(32)上的有效阀活塞直径。

Description

具有轴向上压力平衡的控制阀的喷射器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的喷射器。
背景技术
DE 10353169A1描述了一种共轨喷射器，该共轨喷射器具有一个用于截止和打开来自控制腔的燃料流出路径的控制阀。为了操作控制阀，设置有一个压电致动器，该压电致动器通过一个变换活塞在轴向方向上对阀活塞施加移位作用。借助于构造成二位三通换向阀的控制阀可以影响控制腔内部的燃料压力，其中，通过一个具有流入节流器和附加通道的压力通道从燃料高压储存器对控制腔供给燃料。通过改变控制腔内部的燃料压力使喷嘴针在打开位置与闭合位置之间移位，其中，喷嘴针在其打开位置中释放到内燃机的燃烧室中的燃料流。因为公知的控制阀不在轴向方向上压力平衡，所以需要高的调节力来打开控制阀。
由EP 1612403A1公知了一种共轨喷射器，该共轨喷射器具有一个在轴向方向上压力平衡的控制阀。该公知的控制阀作为可移位的阀元件具有一个可轴向移动的套筒，该套筒仅在径向方向上从一个高压区域被加载燃料压力。由于使用压力平衡的控制阀，仅需要小的调节力来打开控制阀，由此，在公知的喷射器中由电磁驱动装置完成调节任务。如果将由EP 1612403A1公知的控制阀转用到由DE 10353169A1公知的喷射器上，则必须改变喷射器的总体配置。尤其是压电致动地工作的喷射器中的低压室必须朝控制腔的方向明显远地布置。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种喷射器，该喷射器具有一个作为替换方案构造的轴向上压力平衡的阀，该喷射器尤其适合使用电磁的致动器。
该任务通过权利要求1的特征来解决；从属权利要求给出较有利的进一步构型。此外，由至少两个在说明书、附图和/或权利要求书中公开的特征构成的全部组合都落在本发明的范围内。
本发明基于这样的构思：取代可轴向移位的套筒而设置有一个可在轴向方向上移位的用于使控制阀打开和闭合的阀活塞。阀活塞(栓)设置在一个与控制腔液压连接的阀腔内部，由此，在控制阀打开时，燃料可通过从控制腔经由阀腔到低压室的燃料流出路径流出。在控制阀闭合时，燃料流出路径截止。根据本发明，阀活塞不是直接在节流板中被导向，而是在一个被接收在阀腔中的套筒中被导向。为了将阀活塞在闭合方向上预夹紧在阀座上并且同时防止套筒从阀腔的底部面(密封面)抬起，设置有一个弹簧，该弹簧一方面支撑在阀活塞上，尤其是支撑在阀头部的下侧上，另一方面支撑在套筒上，尤其是支撑在套筒的端面上。为了在阀活塞上在轴向方向上不作用压力或仅作用最小的压力，即涉及一个在轴向方向上压力平衡的控制阀，本发明提出，在阀活塞的两个端侧上存在低压并且阀活塞朝向两侧的在轴向方向上被加载低压的(投影)面大小相同。因为阀活塞的朝向阀座的端侧限定低压室的边界或者直接与该低压室液压连接，所以在该端面上自动地存在低压。对与该(上)端侧对置的(下)端侧加载低压例如可这样实现：在阀活塞的背离阀座的端侧上通入一个连接通道，该连接通道使直接与该端侧相邻的区域与喷射器的低压区域液压连接。视工作状态而定，在喷射器的低压区域、尤其是低压室中存在约0至10bar之间的范围内的燃料压力，而从高压燃料储存器流动到喷射器中的燃料处于约1800至2000bar之间的范围内的压力下。根据本发明的喷射器阀构型可毫无问题地转用到由DE 10353169A1公知的喷射器结构上，其中，在这种情况下，优选取代阀腔的附加的燃料供给，可设置一个低压连接管路，以便对阀体的朝向喷嘴针的端侧供给低压。取代压电致动机构，尤其是可使用一个电磁驱动装置，但这不是强制性的。
在本发明的进一步构型中有利地提出，套筒带有径向间隙地被接收在阀腔中，由此，阀腔中的处于压力下的燃料在套筒上施加径向向内起作用的力，由此避免套筒与阀活塞之间的导向间隙在工作期间扩展，由此使泄漏损失最小化。
在本发明的构型中有利地提出，控制腔与阀腔之间的液压连接通过一个具有流出节流器的流出通道来实现，其中，流出节流器的横截面与设置在对控制腔进行供给的压力通道中的流入节流器的横截面这样相互协调，使得在控制阀打开时实现到低压室中的净燃料流出。优选流出通道在套筒与阀腔内壁之间的区域中通到阀腔中。由此，可将流出通道仅组合在一个设置在控制腔与阀腔之间的节流板中。
如上所述，该喷射器尤其适合使用电磁致动器，因为由于控制阀的轴向上的压力平衡性而仅须施加相对小的调节力。电磁驱动装置具有至少一个电磁体(线圈)和至少一个与该电磁体共同作用的衔铁板，其中，衔铁板必须与阀活塞作用连接。因为在电磁驱动装置的情况下不必存在用于加载压电致动机构的变换活塞的最小压力，所以低压水平可较低地下降，由此可总体上成本较低廉地设计用于燃料的回流系统。
尤其是衔铁板与一个压杆作用连接，例如与该压杆构造成一体，其中，压杆的背离衔铁板的自由端部在阀活塞上、尤其是在阀活塞头部上对中。由此，电磁驱动装置的调节力可通过衔铁板并且由该衔铁板通过压杆传递给阀活塞，以便使该阀活塞从阀座抬起并且由此释放到低压室的燃料流出路径，由此又使喷嘴针从其针座抬起并且释放进入燃烧室中的燃料流。
在此可通过改变压杆的长度来调节电磁驱动装置的行程距离。
为了实现压杆在阀活塞的端侧上对中，有利地实现阀活塞与压杆之间的凹形-凸形副，其中，优选压杆在其自由端部的区域中构造成凸形并且阀活塞的端侧相应地构造成凹形。
为了保证衔铁板、压杆和阀活塞即使在电磁驱动装置不通电时也接触，优选设置有一个弱的预夹紧弹簧，该预夹紧弹簧将衔铁板并且由此将压杆朝阀活塞的方向预夹紧。但在此必须这样确定弹簧力的大小，使得该弹簧力小于阀腔内部的弹簧的弹簧力，所述阀腔内部的弹簧将阀活塞在相反的方向上压在该阀活塞的阀座中。
为了保证在调节运动时足够的同轴度，在本发明的进一步构型中提出，压杆在一个止挡套筒内部被导向，其中，止挡套筒被接收在电磁驱动装置的电磁体内部并且具有一个用于衔铁板的止挡面。
在本发明的构型中有利地提出，阀腔在其朝向控制腔的一侧由一个节流板限定边界，即该节流板构成阀腔的底部面，阀腔内部的导向套筒支撑在该底部面上。来自控制腔的具有流出节流器的流出通道也有利地加工在该节流板中。
附加地，在节流板内部有利地存在一个连接通道，该连接通道使阀活塞的朝向喷嘴针的端侧与喷射器的低压区域连接，由此优选在阀活塞的两个端侧上至少近似地存在相同的(低)压力。
附图说明
从下面对优选实施例的说明中并且借助于附图得到本发明的其它优点、特征和细节。附图表示：
图1具有在轴向方向上压力平衡的控制阀的喷射器的局部剖面视图，
图2喷射器的细节视图，从该细节视图中可看到控制腔与阀腔之间的液压连接，
图3喷射器的电磁驱动装置的衔铁板的安装状况的放大细节视图，
图4由衔铁板和压杆构成的一体的结构单元。
具体实施方式
在附图中相同的构件和具有相同功能的构件用相同的参考标号来标记。
图1和图2中示出了一个共轨喷射器1。该喷射器1具有一个喷射器体2、一个仅局部地示出的喷嘴体3以及一个靠置在喷射器体2上的阀体4和一个设置在阀体4与喷嘴体3之间的节流板5。与喷射器体2螺纹连接的、在轴向方向上被喷嘴体3穿过的喷嘴夹紧螺母6产生轴向的预夹紧力，该预夹紧力将喷嘴体3、节流板5、阀体4和喷射器体2相互夹紧。
在喷嘴体3内部构造有一个导向孔7，一个长形的喷嘴针8可轴向运动地在该导向孔中被导向。喷嘴针在针尖部9上具有一个闭合面10，该喷嘴针可以以该闭合面密封地靠置在一个在喷嘴体3内部构造的针座11上。
如果喷嘴针8靠置在针座11上，即处于闭合位置中，则从喷嘴孔装置12排出燃料被截止。而如果该喷嘴针从针座11抬起，则燃料可从压力室13在轴向方向上沿着喷嘴针8从针座11旁边流动到喷嘴孔装置12并且在那里基本上在高压(共轨压力)下喷射到燃烧室中。
喷嘴针8借助于未示出的预夹紧弹簧朝其闭合位置的方向被预夹紧。
喷嘴针8的上部的端侧14伸入到控制腔15中，该控制腔在与端侧14对置的一侧由节流板14限定边界。控制腔15通过一个具有流入节流器17的压力通道16和一个处于阀体4中的连接凹部20从供给管路18被供给处于高压下的燃料，其中，供给管路18与未示出的燃料高压储存器相连接，该燃料高压储存器例如通过径向柱塞泵加载压力。供给通道18同时通过节流板5内部的连接孔19与径向包围控制室15的压力室13相连接。通过节流板5内部的从图2中可看到的具有流出节流器22的流出通道21使控制腔15与阀体4内部的控制阀24的阀腔23液压连接。流出通道21是从控制腔到一个在绘图平面中设置在阀腔23上方的低压室25的燃料流出路径的一部分。从那里起燃料可通过未示出的回流管路流出。
如上所述，通过未示出的预夹紧弹簧使一个闭合力施加在喷嘴针8上，同时通过在控制腔15中存在的、作用在喷嘴针8的端面14上的燃料压力使一个闭合力施加在该喷嘴针上。这些闭合力反作用于由于燃料压力在一个构造在喷嘴针8上的未示出的阶梯面上的作用而产生的打开力。如果控制阀24处于闭合位置中并且如果燃料从控制腔15流出到低压室25中被截止，则作用在喷嘴针8上的闭合力在稳态状态中大于打开力，因此，喷嘴针8于是占据其闭合位置。如果控制阀24接着打开，则燃料从控制腔流出并且喷嘴针8从其针座11抬起。
流入节流器17的通流横截面和流出节流器21的通流横截面这样相互协调，使得通过压力通道16的流入弱于通过流出通道21的流出，因此在控制阀24打开时得到燃料的净流出。控制腔15中的由此产生的压力降使得闭合力的数值下降到打开力的数值以下并且喷嘴针8从针座11抬起。
在阀腔23内部设置有一个可轴向移动的阀活塞26，该阀活塞在一个套筒27中以尽可能小的导向间隙被导向。套筒27带有径向间隙地被接收在阀腔23内部。在轴向上在套筒27与阀活塞头部28之间设置有一个螺旋弹簧29，该螺旋弹簧一方面支撑在套筒27的上端面30上，另一方面支撑在阀活塞头部28的下环形肩31上，由此将阀活塞26在绘图平面中向上朝低压室25的方向预夹紧在阀座32上。同时，套筒27密封地压在阀腔23的底部面33上，其中，底部面33由节流板5的表面构成。阀活塞26的在阀座32上被密封的横截面积相应于阀活塞26的在套筒27内部被导向的横截面积。换言之，阀座32的直径相应于套筒27的内直径。阀活塞26以其在绘图平面中处于上部的端面34伸入到低压室25的区域中。通过节流板5内部的连接通道35使在绘图平面中处于阀活塞26下方的室36与喷射器1的低压区域相连接。尤其是节流板5和阀体4内部的一个未示出的垂直的孔通到低压室25或者直接通到未示出的回流管路，在该回流管路上也连接着低压室25。因此，朝阀活塞26的两个端侧存在相同的(低)压力。由于阀活塞的被加载低压的面的至少近似的同一性，阀活塞在轴向方向上压力平衡。
如从图2中可看到的那样，流出通道21从控制腔25通到阀体4中的凹部37中。凹部37与处于套筒27与阀腔壁39之间的环形室38相连接，由此，燃料可从控制腔15流动到阀腔23中。环形室38负责：阀活塞26与套筒27之间的导向间隙不扩展，由此使泄漏损失最小。同时，阀腔23内部的燃料压力负责：除了螺旋弹簧29的轴向弹簧力之外还有一个轴向力朝节流板5的方向作用在套筒27上，由此，套筒27密封地靠置在底部面33上。通过连接管路35导出可能的泄漏损失。
在阀体4的在绘图平面中处于上部的部分中设置有一个电磁的致动器40，该电磁的致动器具有一个电磁体41。电磁体41被接收在一个孔42中，该孔通过其内直径对电磁体41导向。电磁体41被弹簧元件43在轴向上朝喷射器体2的在绘图平面中处于下部的侧预夹紧。在喷射器体2内部设置有一个阶梯孔44，该阶梯孔的对称轴线相应于阀活塞26的对称轴线。阶梯孔44的第一台阶45限制衔铁板46的轴向的可运动性，该衔铁板与电磁体41共同作用。压杆47同心地支撑在衔铁板46上或衔铁板46的接收孔中，该压杆将衔铁板45的运动传递给阀活塞26并且由此控制阀活塞26的运动。压杆47以其构造成凸形的自由端部48在阀活塞26的凹形的端面34上对中。压杆47在止挡套筒49中在衔铁板46附近被导向，其中，止挡套筒49被接收在电磁体41的同心的通孔中。止挡套筒49在其上端侧具有止挡面50，用于在电磁体41被通电时衔铁板46靠置。衔铁板46被一个支撑在阀体2上的弱的预夹紧弹簧51通过压杆47压在阀活塞26上，由此，这些件接触。电磁体41的触点接通装置通过壳体件52引导到在绘图平面中处于上部的喷射器体中，以便将触点接通装置引导到未示出的喷射器头部上的未示出的插接件。
在电磁体41被通电时，拉力在衔铁板46与电磁体41之间起作用，该拉力大于弹簧29和51的弹簧力的差值。由此，衔铁板46在绘图平面中向下运动，直到止挡在止挡套筒49的止挡面50上。在此，控制阀24由于阀活塞26从阀座32抬起而打开，由此释放从控制腔15到压力室25的燃料流出路径。
图3中示出了衔铁板46的安装状况。衔铁板46被接收在喷射器体2与阀体4之间。阀体4与衔铁板46的下侧之间的距离a是电磁体41被通电时的衔铁行程。衔铁板46的上侧与喷射器体2之间的距离b是所谓的超行程。因为压杆47和衔铁板46在闭合时刻仍具有动能，所以该压杆和该衔铁板在飞行方向F上继续运动，直到衔铁板46碰到阶梯孔44的第一台阶45。该附加的飞行距离被称为超行程b并且应设计得尽可能小，以便使控制阀尽可能快速地在操作之后进入静止状态中。
图4示出了衔铁板46与压杆47之间的一体的构型。在该情况下可通过有目的地磨削压杆47的长度来调节衔铁行程。

Claims (12)

1.喷射器，该喷射器用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，该喷射器具有一个控制阀(24)，该控制阀包括一个阀活塞(26)，该阀活塞可借助于一个致动器(40)在轴向方向上移位，由此可释放或截止从控制腔(15)通到低压室(25)的燃料流出路径，其中，通过打开和截止该燃料流出路径可影响该控制腔(15)中的压力，该控制腔可通过压力通道(16)被供给燃料，由此可使与该控制腔(15)作用连接的喷嘴针(8)在释放燃料流的打开位置与闭合位置之间移位，其特征在于：该阀活塞(26)设置在一个与该控制腔(15)液压连接的阀腔(23)中并且在一个被接收在该阀腔(23)中的套筒(27)内部被导向，在该阀活塞的两个端侧上存在低压；在该阀腔(23)中设置有一个在一端支撑在该套筒(27)上并且在另一端支撑在该阀活塞(26)上的弹簧(29)，该弹簧将该阀活塞(26)压在一个阀座(32)上并且将该套筒(27)压在一个对置的底部面(33)上；处于该套筒(27)内部的阀活塞直径相应于处于该阀座(32)上的有效阀活塞直径。
2.根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于：该套筒(27)带有径向间隙地被接收在该阀腔(23)中。
3.根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于：该控制腔(15)通过一个具有流出节流器(22)的流出通道(21)与该阀腔(23)相连接；该流出通道(21)在阀腔内壁(39)与套筒(27)之间的区域中通到该阀腔(23)中。
4.根据上述权利要求之一所述的喷射器，其特征在于：该致动器(40)是电磁驱动装置，该电磁驱动装置具有至少一个电磁体(41)并且具有至少一个与该电磁体共同作用的衔铁板(46)。
5.根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于：该衔铁板(46)与一个压杆(47)作用连接，该压杆的背离该衔铁板(46)的自由端部(48)在该阀活塞(26)的朝向该衔铁板(46)的端部上对中。
6.根据权利要求5所述的喷射器，其特征在于：通过阀活塞(26)与压杆(27)之间的凹形-凸形副来实现所述对中。
7.根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于：该衔铁板(46)通过一个预夹紧弹簧(51)朝该阀活塞(26)的方向被加载弹簧力，其中，该预夹紧弹簧(51)的弹簧力小于该阀腔内部的弹簧(29)的弹簧力。
8.根据权利要求5所述的喷射器，其特征在于：该电磁驱动装置的电磁体(41)被一个具有用于该衔铁板(46)的止挡面(50)的止挡套筒(49)穿过，其中，该压杆(47)在该止挡套筒(49)内部可轴向移动地被导向。
9.根据权利要求1至3之一所述的喷射器，其特征在于：该阀腔(23)的底部面(33)由一个节流板(5)构成。
10.根据权利要求9所述的喷射器，其特征在于：在该节流板(5)内部加工有一个连接通道(35)，该连接通道是一个连接管路的一部分，该连接管路对该阀活塞(26)的背离该阀座(32)的端侧供给低压。
11.根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于：该喷射器是共轨喷射器。
12.根据权利要求10所述的喷射器，其特征在于：使该端侧与该低压室(25)和/或一个回流管路液压连接。
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