CN101769217A - 用于内燃机的具有高操作可重复性和高操作稳定性的燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的燃料喷射系统包括由控制单元(100)的指令(S1，S2)控制的燃料喷射器(1)。燃料喷射器(1)包括计量伺服阀(5)，该伺服阀(5)包含设有输出通道(42a)的控制室(26)，所述输出通道(42a)由可轴向移动的开/关元件(47)开/关。开/关元件(47)由与所述伺服阀(16)的电枢(17)分离的轴向导向单元(41)带动。开/关元件(47)由弹簧(23)通过中间体(12a)作用而被保持在关闭位置。优选地，选择电枢(17)的开/关元件(47)的冲程以当伺服阀(5)关闭时，消除在第一次回弹之后的开/关元件的回弹。控制单元(100)通过两个不同的电性指令(S1，S2)控制包括引燃燃料喷射和主燃料喷射的燃料喷射，该两个电性指令(S1，S2)由驻留时间(DT)分开以产生燃料喷射量变化小的区域(Z)，从而当所述驻留时间(DT)改变时，燃料喷射系统运行的稳定性增加。

Description

用于内燃机的具有高操作可重复性和高操作稳定性的燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的具有高操作可重复性和高操作稳定性的燃料喷射系统。
背景技术
通常，燃料喷射系统包括至少一个由计量伺服阀(metering servo valve)控制的燃料喷射器，所述计量伺服阀包括被供有加压燃料的控制室。控制室的输出通道通常由开/关元件通过弹性装置保持关闭。开/关元件通过反向作用于弹性装置的电力传动装置(electric actuator)的电枢(armature)被驱动以开启伺服阀，从而控制燃料的喷射。这种燃料喷射系统还包括用于控制电力传动装置的单元，该单元针对每次燃料喷射发出相应的电性指令。
众所周知，为了提高内燃机的性能，从EP1795738可知道一种喷射系统，其中对于内燃机气缸中的每次燃料喷射，控制单元都发出具有预设持续时间的至少一个第一电性指令以产生引燃燃料喷射(pilot fuel injection)，并发出具有对应于内燃机的操作条件的持续时间的后续电性指令以控制燃料的主燃料喷射(main fuel injection)。优选地，两个指令通过时间间隔被隔开，使得主燃料喷射在与引燃燃料喷射的连续性没有任何中断(solution)的情况下开始，换句话说，使得喷射阶段或喷射事件(event)中的燃料供应的曲线图呈现出驼峰式分布。
假定用于驱动引燃燃料喷射和主燃料喷射的电子指令具有相同的持续时间，那么通过引燃燃料喷射和主燃料喷射而引入燃烧室的燃料总量，随着由控制单元发出的上述两个指令之间的时间间隔而变化。特别地，可以将喷射器的两种不同的行为模式看作是由引燃燃料喷射的指令与主燃料喷射的指令之间的时间间隔来决定的。事实上，可为所述间隔确定极限值，高于此极限值时，在主燃料喷射期间喷射的燃料量不仅取决于电子指令的持续时间，而且取决于从喷轨(rail)到喷射器的输入管内的、由引燃燃料喷射引起的压力波动。
然而，对于两次燃料喷射之间的间隔时间短于此极限值时，在主燃料喷射期间引入的燃料量受许多因素影响，包括所述间隔的持续时间本身、开/关元件的一连串回弹、控制室内的燃料压力变化、喷雾器针在主燃料喷射的指令发出的瞬间时的位置以及设立在密封区附近的流体动力学条件。另外，还需要记住的是喷射器的老化状态，只要在液密接触中或在相互运动中的零件的磨损导致极小的结合间隙(coupling play)就显著地影响开/关元件的回弹模式。
这种现象大致是由存在引燃燃料喷射引起的，它实际上改变了在发出主燃料喷射的指令时喷射器的流体动力学条件。特别地，将这两种行为模式分开的间隔的持续时间的极限值大约为300μs.
另外，当两次燃料喷射的指令之间的时间间隔低于前述极限值时，且特别是当所述间隔变得非常小以至于引燃燃料喷射在更大程度上影响后续主燃料喷射时，喷射器的操作稳健性会受到明显损害。
虽然可以将控制单元程序化以在喷射器的使用寿命内改变引燃燃料喷射与主燃料喷射之间的间隔，但在任何情况下都不可能预先确定要引入的校正度以使两次燃料喷射的曲线图持续呈驼峰式。
所描述类型的已知燃料喷射系统面临的缺陷是由以下事实引起的，即，为了获得驼峰式喷射曲线，需要将引燃燃料喷射与主燃料喷射之间的间隔值设置得非常小。因此，当被喷射的燃料的喷射动力学是明显可变的且依赖于前述参数时，主喷射的伺服阀开始重新打开(re-opening)，这对内燃机的效率和废弃的污染物排放产生有害的影响。在伺服阀的零件磨损后，这些缺陷会迅速增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种随着时间推移都具有高操作可重复性和高操作稳定性的燃料喷射系统，其消除了已知技术的燃料喷射系统的缺陷。
根据本发明，通过用于内燃机的具有高操作可重复性和高操作稳定性的燃料喷射系统实现上述目的，该系统包括至少一个由计量伺服阀(5)控制的燃料喷射器(1)，所述计量伺服阀(5)具有被供有燃料的控制室(26)，且控制室(26)具有被设计用来通过与相应的阀座(49，83)配合的开/关元件(47，84)开/关的输出通道(42a)；弹性装置(23)，被提供用来在阀关闭位置将所述开/关元件(47，84)与所述阀座(49，83)接合；电力传动装置(15)，其作用于所述开/关元件(47，84)以抵抗所述弹性装置(23)的作用力从而打开所述输出通道(42a)；用于控制所述电力传动装置(15)的控制单元(100)，所述控制单元被设计用来为每次燃料喷射提供至少一个用于驱动所述开/关元件(47，84)以执行引燃燃料喷射的第一电性指令(S1)，和用于驱动所述开/关元件(47，84)以执行主燃料喷射的第二电性指令(S2)；所述第一电性指令和第二电性指令(S1，S2)被电性驻留时间(DT)隔开，使得所述主燃料喷射在与引燃燃料喷射的连续性没有任何中断的情况下开始；所述计量伺服阀(5)被制成使得当电性驻留时间在电性驻留时间范围内变化时，在燃料喷射阶段中的所述引燃燃料喷射和主燃料喷射期间的燃料喷射量(Q)是基本恒定的。
附图说明
为了更好地理解本发明，本文借助附图仅通过实施例描述了本发明的一些优选实施方式，其中：
图1是本发明的用于内燃机的燃料喷射系统的燃料喷射器的局部纵向剖视图；
图2是图1的局部放大图；
图3是图2的进一步局部放大图；
图4是图2所示结构的本发明另一实施方式的纵向剖视图；
图5是图4的进一步局部放大图；
图6是图2所示结构的本发明又一实施方式的纵向剖视图；
图7是图6的进一步局部放大图；
图8是本发明的另一种类型的具有高操作稳定性的燃料喷射器的局部纵向剖视图；
图9-11是图1-8中喷射器的操作比较图；
图12和图13是两个显示本发明的燃料喷射系统的操作的图。
具体实施方式
参考图1，用于内燃机的燃料喷射器(特别是柴油机)整体上表示为1。燃料喷射器1包括沿纵轴3延伸并具有侧向进口4的中空体或壳体2，所述侧向进口4被设计用来连接至高压(例如，大约1800巴的压力)燃料输入管。壳体2的末端具有用于喷射高压燃料的喷嘴或者喷雾器(图中未示出)，该喷嘴通过管4a与进口4连通。
壳体2具有轴向腔6，其中容纳有计量伺服阀5，计量伺服阀5包括具有轴向孔9的阀体7。杆10可在孔9内以对于加压燃料来说是液密的方式轴向滑动，以控制喷射。壳体2还具有容纳电力传动装置15的另一个腔14，电力传动装置包括被设计用来控制锯齿状盘(notched disk)形式的电枢17的电磁铁16。燃料喷射系统包括用于控制电磁铁16的电子单元100，电子单元100被设计用来为每次燃料喷射提供相应的电性指令S。特别地，电磁铁16包括磁芯19，磁芯19具有垂直于轴线3的极面20，并且通过支撑体21保持在适当位置。
电力传动装置15具有伺服阀5的轴向排放腔22，所述轴向排放腔22中容纳有弹性装置(螺旋状压缩弹簧23)。弹簧23被预先加载以朝着与电磁铁16施加的吸引力相反的方向推动电枢17。弹簧23通过中间体(整体表示为12a)作用于电枢17，中间体包括由凸缘24形成的接合装置以引导弹簧的一个末端，所述凸缘24与销12一起形成整体。由非磁性材料制成的薄片13被设置在电枢17的上表面17a和磁芯19的极面20之间，以保证在电枢17与磁芯19之间存在确定的间隙。
阀体7包括用于控制被喷射燃料的计量的控制室26，控制室26通过孔9的侧壁被径向界定。控制室26通过形状似杆10的截锥体的端面25和孔9本身的端壁27被轴向界定。控制室26通过在壳体2内的管道32以及在阀体7内的输入管28与进口4始终相通。输入管28设有校准延伸部(calibrated stretch)29，延伸部29在靠近端壁27的位置伸入控制室26。在阀体7的外面，输入管28伸入环形室30，管道32也伸入环形室。
阀体7进一步包括容纳在腔6的局部34内的、具有过大直径的凸缘33。凸缘33在轴向上以液密的方式与腔6的轴肩35接触，所述接触是通过旋在腔6的局部34的内螺纹37上的带有螺纹的环形螺母36来实现的。电枢17与由导向件轴向导向的轴衬41相连，导向件由轴杆38形成，轴杆38与阀体7的凸缘33呈一整体。轴杆38以悬臂式从凸缘33本身向腔22延伸。轴杆38具有圆柱形侧面39，与轴衬41的圆柱形内表面以实质上为液密的方式结合。
控制室26还具有燃料输出通道42a，输出通道42a具有限制或者校准延伸部53，延伸部53的直径通常为150-300μm。输出通道42a与设置在凸缘33和轴杆38内的排放管42相连通。排放管42包括封死的轴向延伸部43，延伸部43的直径大于校准延伸部53的直径，以及至少一个与轴向延伸部43连通的实质上径向的延伸部44。有利的是，可设置两个或者更多的以恒定的角距离设置的径向延伸部44，径向延伸部44伸入环形室46，环形室46由轴杆38的侧面39的凹槽形成。在图1中，给出了倾向于轴线3并朝向电枢锚17的两个延伸部44。
环形室46处于凸缘33附近的轴向位置，并且通过轴衬41的端部来开/关，该端部形成所述环形室46(因而是管道42的径向延伸部44)的开/关元件47。开/关元件47与相应的阀座配合以关闭伺服阀5。特别地，开/关元件47终止于具有形似截锥体45(图2)的内表面的延伸部，所述内表面向下展开且被设计用来使凸缘33和轴杆38之间的形似截锥体49的连接器停止。连接器49具有表面形似截锥体49a和49b的两个部分，这两个部分被环形槽50隔开，所述环形槽具有形状类似直角三角形的横截面，以使得即使出现磨损后，形似开/关元件47的截锥体45的表面的接合部的轮廓也保持恒定的直径。
电枢17采用磁性材料制成，并且由不同的部件构成，即，与轴衬41分开。电枢17具有带底面57的中间部56以及横截面向外展开的锯齿状环形部58。中间部56具有轴向孔59，依靠轴向孔59，电枢17沿轴衬41的轴向部与特定的径向间隙接合。
根据本发明，轴衬41的轴向部具有凸出部，该凸出部被设计用来通过电枢17的表面57而被接合，以使得后者具有比开关元件47的冲程更大的轴向冲程。在图1-3所示的实施方式中，轴衬41的轴向部由位于轴衬41的凸缘60上的颈部61形成。颈部61的直径小于轴衬41的直径。凸缘24设有被设计用来与电枢17的表面17a(与表面57相对)接合的表面65。轴衬41的凸出部由形成于颈部61与凸缘60之间轴肩62构成，且设置的方式使得在凸缘24的平面65与锚17的表面17a之间，形成具有预先设置量的轴向间隙G(图3)以使电枢17与轴衬41之间能够相对地轴向移动。
另外，中间体12a包括与销12相对并与轴衬41连接的轴向销63，轴向销63同样与凸缘24被加工成一体，并且被刚性固定到轴衬41的支座40a(图2)上。支座40a的直径稍微大于轴衬41的内表面40的直径，以减短内表面40的长度，所述内表面40被打磨以提供与轴杆38的表面39的液密接触。在轴杆38的表面39与轴衬41的表面40之间通常有某些燃料渗漏，渗漏的燃料进入位于轴杆38的末端与连接销63之间的隔间48内。为了使渗漏进隔间48的燃料朝向腔22排放，中间体12a设有轴向孔64.
凸缘24的表面65与轴衬41的轴肩62之间的距离或者空间构成电枢17的容室A(也参见图3)。凸缘24的平面65位于轴衬41的颈部61的端面66上，使得容室A被唯一确定。在轴肩62与开/关元件47之间，轴衬41具有外表面68，外表面68具有直径缩小的中间部67以减小轴衬41的惯量。
假设薄片13被安装到磁芯19的极面20上，当穿入中间体12a的轴衬41通过弹簧23被保持在伺服阀5的关闭位置时，平面17a至薄片13的距离构成了电枢17的冲程或者行程C，行程C总是大于位于容室A内的所述电枢17的间隙G。因此，正如下文可以清楚看到的，电枢17相对轴肩62位于图1-3所示的位置。事实上，由于薄片13是非磁性的，它将处于不同于假定位置的轴向位置。
开/关元件的打开的冲程或者行程I等于电枢17的冲程C与间隙G的差值。因此，凸缘24的表面65通常从薄片13向下伸出，伸出的距离等于开/关元件47的行程I，电枢17沿着开/关元件47向上拖动凸缘24。因此，电枢17可沿着颈部61执行等于所述间隙G的超冲程(over-stroke)，在该间隙中电枢17的轴向孔59通过颈部61被轴向引导。
下面描述的是图1-3中的伺服阀5的操作。
当电磁铁16不通电时，通过弹簧23作用于中间体12a，开/关元件47保持静止，其形似截锥体的表面45与连接器49的形似截锥体的部分49a相对，以使伺服阀5关闭。假定，由于重力和/或先前的关闭冲程(closing stroke)的作用(这将在下文做介绍)，电枢17与薄片13分离并靠在轴肩62上。然而这种假设并不影响本发明的伺服阀5的操作效力，所述效率与电磁铁16通电瞬间电枢17的轴向位置无关。
因此，在环形室46内，以产生了燃料压力，该压力的值与喷射器1提供的压力的值相等。当电磁铁16通电以执行伺服阀5的开启步骤时，磁芯19吸引电枢17，电枢17起初执行无负载冲程(loadless stroke)，冲程等于间隙G(如图3所示)，直到电枢17接触凸缘24的表面65，而基本不影响轴衬41的移动。接着，电磁铁16对电枢17的作用克服弹簧23的作用力，并通过轴衬24和定位销63将轴衬41朝磁芯19拉动，以使开/关元件47打开伺服阀5。因此，在这一步骤中，电枢17和轴衬41共同地移动并穿过允许电枢17穿过的整个冲程C的路程I。
当对电磁铁16停止通电时，弹簧23通过中间体12a使轴衬41朝图1-3所示的位置执行冲程I，以关闭伺服阀5。在该关闭冲程I的第一段路程，凸缘24通过其表面65拖动电枢17，从而与轴衬41并因此与开/关元件47共同移动。在冲程I的最后，开/关元件17通过其锥形面45冲击表面形似阀体7的连接器49的截锥体49a的部分。
由于压力的类型、接触区域小以及开/关元件47的硬度和阀体7的硬度，在冲击之后，开/关元件47回弹，克服了弹簧23的作用力。回弹是有利的，还因为冲击发生在有大量的燃料蒸汽存在的情况下，燃料的蒸汽由于燃料离开环形室46的流速的原因而在对应于开/关元件的位置(point)形成。所存在的蒸汽相的度数明显成比例地取决于在电磁铁16停止通电的瞬间控制室26内的压力值。因此，回弹的程度越大，为小量的引燃燃料喷射而通电的指令的持续时间越短。
如果将电枢17在其朝向阀体7的行程中固定至轴衬41，在第一次冲击发生的瞬间，开/关元件47与电枢17一起逆转其运动方向，执行具有相当大振幅的第一次回弹，因而控制伺服阀5的重新打开并推迟杆10的移动，因而推迟了喷雾器的针的关闭。然后弹簧23再次朝关闭伺服阀5的方向推动轴衬41。因此，发生了具有相应的回弹的第二次冲击等等，以致产生了一系列具有渐减振幅的回弹(如图9中虚线所示)。
相反，由于电枢与凸缘24之间存在间隙G，从开/关元件47第一次冲击连接器49起一段时间后，电枢17继续其朝向阀体7的行程，恢复存在于容室A内的间隙，直到部件56的平面57冲击轴衬41的轴肩62。由于这次冲击，也由于电枢17更大的冲量，由于电枢的冲程C的长度大于冲程I，轴衬41的回弹明显减少甚至消失。无论如何，与电枢固定至开/关元件的轴衬的情况相比，改进第一次回弹的方式决定了伺服阀5的重新打开或相反动作，并因此决定引燃燃料喷射的延长。不管怎样，确定的是：如果在紧接引燃燃料喷射之后并在主燃料喷射之前的瞬间没有重新打开伺服阀5，就不会产生要得到的驼峰式喷射曲线。
通过适当地调整电枢17和轴衬14的重量、电枢17的冲程C以及开/关元件47的冲程I，就可能在第一次回弹期间紧接电磁铁16断电后获得电枢17向轴衬41的冲击(如图9中点P所示)，以阻碍第一次回弹，从而也阻碍接下来的回弹(被证明具有较小的振幅)。此时，伺服阀5不重新打开，或者无论如何在一系列回弹过程中由伺服阀5排放的燃料的流速不会对控制室26内的压力的形成产生任何显著影响，因此杆10不停止其上升冲程(rising stroke)，导致喷雾器在主燃料喷射指令前关闭。
图9和图10显示了与已知技术中的伺服阀的运转相比，图1-3的伺服阀5的运转的图表。在图9中，用实线标出的与电枢17分离的开/关元件47相对于阀体主体7的位移与时间t的函数。电枢17和轴衬41两者均重约2g。在纵坐标Y轴上标注的值“I”代表开/关元件47允许具有的最大冲程I。另一方面，已知技术中开/关元件的行程用虚线标示：此时，电枢被固定至轴衬或者与轴衬呈一整体，总重量约为4g。所获得的这两个图表显示了开/关元件47的有效位移。这两个图表显示，主要由于电枢17与轴衬41分离，与已知技术中开/关元件的打开运动相比，开/关元件47的打开运动的发生伴随更快的响应。
如图9和10所示的，就已知技术来说，在运动的最后，开/关元件47执行一系列减幅的回弹，其中第一次回弹的振幅显然相当大。相反，对于开/关元件47，由于冲击P的原因，第一次回弹的振幅证明是降低到已知技术中的大约三分之一。而且，随后的回弹更迅速地减弱。
在图9中，点画线标示的是电枢17的位移，除开/关元件47的冲程I外，电枢17还执行等于电枢17和凸缘24之间的间隙G的超冲程。在Y轴上，给出的值“C”等于电枢17允许具有的最大轴向冲程C。接近关闭电枢17的冲程C结束时，在点P标示的时刻，电枢17冲击轴衬41的轴肩62，同时这进行第一次回弹以使轴衬41由电枢17推向关闭位置。从这次冲击的瞬间开始，电枢17与轴肩62保持充分地接触，并与轴衬41一起摆动而不必设法重新打开电磁阀5，从而防止控制室26突然变空。
将图9中的图表以很大的放大比例显示在图10中，基本上开始于第一次回弹发生的行程内。这样，控制室26内燃料压力的设想变化的任何改变，以及控制喷雾器关闭的杆10的关闭的任何延迟均减少或者消失。因此，此时，喷射曲线不能是驼峰式的，除非引燃燃料喷射指令与主燃料喷射指令之间的时间间隔被选择为非常短的值，但是这又将完全与喷射器操作的稳健性不协调。
通常，假定开/关元件47具有相同的冲程I，电枢17与凸缘24之间的间隙G越大，其相对于轴衬41的行程的延迟则越大，因而图10中的点画线朝右边移动。只要点P的冲击发生在开/关元件47重新打开行程期间，开/关元件47的第一次回弹的程度就变大。相反，如果电枢17和凸缘24之间的间隙G在特定的限度内越小，在开/关元件47第一次回弹时，轴肩62立即碰到电枢17。电枢17因此被拖动，逆转其运动并对弹簧23施加反作用力。此时，第一次回弹之后的一系列回弹的时间将更长。但是，这些随后的回弹也证明将会大大减弱，即，程度大大减小，因而它们不能使控制室26内的燃料压力减小。
优选地，可以选择电枢17和开/关元件47的冲程，以使电枢17与轴肩62的冲击刚好发生在开/关元件47在第一次回弹之后重新关闭(reclose)电磁阀5之时，即，发生点P与第一次回弹的结束相一致的时刻(如图11所示)。为达到上述目的，就上述图1-3的喷射器来说，假设：开/关元件47具有大约为2.5mm的封口直径(sealing diameter)；弹簧23的预载为约50N，其硬度为约35N/mm；电枢17和轴衬41的总重量为约2g；开/关元件47的行程(lift)I为18-22μm，间隙G可为约10μm，因而冲程C为28-32μm。因此，电枢17的冲程C与开/关元件47的行程I间的比率C/I为1.45-1.55，同时行程I和间隙G之间的比率I/G为1.8-2.2。
图表11显示出，由于开关元件本身较小的惯性，电枢17与开/关元件47分离情况下的(实线)第一次回弹的最大值无论如何都比电枢17固定至开/关元件情况下的(虚线)第一次回弹的最大值小。
这样，开/关元件的第一次回弹的程度可使伺服阀5重新打开，燃料流出可以阻止控制室内压力的增加并因此可以延迟喷雾器的关闭。因此，通过选择合适的时间间隔值(主燃料喷射指令在该时间间隔后发出)，可能获得驼峰式燃料喷射曲线。
由于允许回弹的程度在任何情况下都小于已知技术中的允许回弹的程度，且一系列进一步的回弹实际上被消除，所以接触部位或者在相对运动中滑动的部位的磨损经过更长的时间才显现，因此增加了燃料喷射器的操作的稳健性和使用期限。
实际上，如前所述，就已知技术来说，表面45、49、40、39的磨损影响第一次回弹的程度和一系列回弹本身的持续时间。特别地，磨损导致表面45和49之间的封口直径变大。因此，倾向于在冲击的时候，将引入有利于重新打开(即，有利于第一次回弹)的不平衡的力，同时相互滑行的表面39和40的磨损显著减少了轴衬和阀体之间的摩擦，因此有利于延长系列回弹的时间。由于本发明，通过消除第一次回弹之后的回弹以及减小第一次回弹本身的程度，伺服阀5的表现对部件的磨损的依赖性较小。因此，伺服阀5将随着时间的过去显示出高操作稳定性，相反，其几乎不受伺服阀5磨损的影响。
在此说明书和权利要求中，术语“指令”是指具有预先设置的持续时间和预先设置的演变(evolution)的电流信号。在图12的上图中，虚线标示的是由控制单元100提供的电性指令S随时间t的演变，而实线标示的是杆10响应所述指令而相对于纵坐标“0”(在此处燃料喷射器1的喷雾器关闭)的位移的演变p。另外，在图12的下图中，其代表喷射燃料响应杆10的相应位移P的瞬间流速随时间t的演变Qi。
为了获得良好的内燃机效率并减少污染废气的排放，对于内燃机气缸的每一个循环，控制单元100必须控制喷射器1进行燃料喷射冲程，包括引燃燃料喷射和随后的主燃料喷射。为了最优化喷射冲程，实验上发现主燃料喷射必须在与引燃燃料喷射的连续性没有任何中断的情况下开始，即，燃料喷射冲程具有驼峰式演变。
为达到上述目的，对每个燃料喷射冲程，控制单元100发出至少一个具有预设的持续时间的第一电性指令S1，用于驱动开/关元件47，从而确定相应的引燃燃料喷射，并发出具有对应于内燃机运作状态的持续时间的第二电性指令S2，用于驱动确定相应主燃料喷射的开/关元件47。这两个电指令S1和S2必须由驻留时间DT隔开(其在下文将更清楚地描述)。关于图12，控制单元100可被预设成使用第一电性指令S1驱动电磁铁16，以使杆10进行打开的第一位移以控制引燃燃料喷射，并使用第二电性指令S2驱动电磁铁16，以使杆10进行打开的第二位移以控制主燃料喷射。
特别地，第一电性指令S1自时刻T1开始产生，并且相对较快地达到最大值，以使电磁铁16通电。电性指令S1的最大值的持续时间是恒定不变的，且其后为具有很短持续时间的电磁铁16的通电维持期。电性指令S1的维持期最后还跟随有终止于时刻T2的终端减少(final decrease)。
第二电性指令S2自时刻T3开始产生以在杆10到达喷雾器关闭的行程终端位置之前，开始第二冲程。时间T3-T2构成了前述的在两个电性指令S1和S2之间的驻留时间DT。
第二电性指令S2同样具有升至最大值的演变，以使电磁铁16通电，其后为电磁铁16的通电维持期，该段通电维持期的持续时间比第一电性指令S1的维持期间要长且可随内燃机的运转状态而变化。最后，第一电性指令S1的维持期后为终止于时刻T4的终端减少。
需要注意的，杆10的运动相对于相应指令的发出出现一定的延迟，延迟时间取决于弹簧23的预载(也如图1所示)。为获得瞬时燃料流速Qi的驼峰式演变，驻留时间DT必须小于在第一电性指令S1被隔离的情况下由所述信号引起的杆10的冲程的持续时间。这样，由第二电性指令S2引起的杆10的冲程在杆10返回到关闭位置内之前开始。因此，所获得的瞬时燃料流速的演变Qi具有两个连贯部分，而整个过程没有任何连续性的中断，因而演变Qi以令人满意的方式接近想得到的、驼峰式的燃料流速曲线。
有利地，驻留时间DT的下限的选择使得由第二电性指令S2引起的杆10的行程开始于对应由第一电性指令S1引起的杆的行程的最高点的时刻。所述限值大约为100μs。驻留时间DT的上限的选择使得由第二电性指S2引起的杆10的行程正好开始于杆10跟随由第一电性指令S1引起的行程之后返回到关闭位置时。在图12中，点画线标示的是在相当于驻留时间DT的下限的时刻杆10的位移演变，双点画线标示的是在相当于DT的上限的时刻的位移演变。
对于每个喷射阶段，控制单元100能发出超过一个第一电性指令S1。所述电性指令能被彼此相等或者不等的、但在上述间隔时间的限度内的各个驻留时间DT分开，因而瞬时燃料流速Qi的演变不存在中断。
如前所述，杆10的移动是由控制室26内的燃料压力的减少引起。通过用由驻留时间DT分开的电性指令S1和S2使杆10移动，而其他条件保持不变，当所述驻留时间DT变化时，每次燃料喷射冲程(引燃燃料喷射和主燃料喷射)的喷射燃料的总量Q就变化。在图13中，虚线标示的是当开/关元件47的回弹为如图10所示的驼峰式时(因此不引起伺服阀5显著的重新打开)，喷射燃料的总量Q随驻留时间DT的变化。这还归因于仅为很小值的参量DT而引入的高变化率的燃料流速。因此，当第一次回弹减弱时，通过如图9和图10所示的形态，不可能辨别出任何能使驼峰式喷射曲线产生并保证燃料喷射器的操作稳定性的驻留时间DT的值。需要注意的是，对于更大的DT值，该图表显示出喷射的燃料Q的总量呈渐减趋势，其在从大约80μs的驻留时间DT到大约500μs的驻留时间DT这段范围内实质上是连续的。
用实验方法发现，如图10的图表所标示，通过在第一次回弹过程中用电枢17冲击来对开/关元件47的回弹减幅，引燃喷射和主喷射中喷射的燃料总量根据驻留时间DT迅速减少，其直到驻留时间大约为250μs，其变化程度实质上是连续的。因此，即使是某种原因下或者由于部件的磨损而产生的驻留时间DT的最小变化，喷射的燃料Q的量的值也会发生巨大的变化，因而导致可重复性极差。伺服阀5的弹簧23的预载的可能增加能降低回弹衰减的效率，但可能减少开/关元件47冲击的时间，并因此减少通过杆10关闭喷雾器的时间，但可能增加部件上的压力从而增加磨损。
另一方面，如果开/关元件47的第一次回弹自由发生，同时进一步的回弹被阻碍(如图11所示)，根据驻留时间DT，喷射的燃料总量Q的变化在驻留时间DT的特定限度内证明是大大减少。在该变化的所述限度内，驻留时间DT的可能变化并不明显改变喷射的燃料总量Q，以致燃料喷射器1的运转显现出高的可重复性，且如果采取将电枢与开/关元件分离的结构(如前所述)，喷射器的运转则随着时间变化而显现出显著的稳定性。
在图13中，实线标示的是在开关元件47的回弹如图11所示减弱的情况下，注射的燃料总量Q的演变。在这种情况下，所述数量的演变中有弯的区域Z，在该区域其呈现出小的变化且大体上是不变的。对于前面描述的图1-3的喷射器，所述区域Z处于驻留时间DT的值在80至100μs的范围内，在该区域驻留时间DT的可能变化并不实质地引起喷射的燃料总量Q的任何变化。
在图4-8的实施方式中，与图1-3的实施方式中相似的部件用相同的参考数字标示。图9-13的伺服阀5的运转的图表是为图1-3所示的实施方式获得的。但是，他们十分适合在质量上描述其他实施方式的工作原理。
根据图4和5的实施方式，为了减少开/关元件47的打开时间，尤其是当燃料喷射器1在低压时被供应时，在电枢17的表面57与阀体主体7的凸缘33的顶面的凹部51之间插入螺旋压簧52。弹簧52被预载，以施加一远远小于弹簧23所施加的力的力，但该力足以支持电枢17，使表面17a如图4和5所示与凸缘24的表面65接触。
为了获得运转，在该运转中在第一次回弹最后电枢17冲击轴肩62，如图11所示，开/关元件47的冲程处于18-22μm，电枢17的间隙G等于大约10μm以使也在这一情况下，行程C＝I+G将处于2832μm，比率C/I处于1.8-2.2。为了使图表清晰，图1-7中的行程I、G和C的数值均不在上述的数值范围内。
在图6和7的实施方式中，轴衬41和电枢17的结合方式中代表性的为与轴衬41制成单件的垫环或者环形凸缘74。尤其，垫环74具有用于与由电枢17的平面17a的环形凹部77形成的轴肩76结合的平面75。
此处，电枢17的中心部位56能在轴衬41的轴向部分82上靠近垫环74的地方滑动，另外，垫环74靠近轴衬41的与凸缘24的表面65接触的端面80。显然，环形凹部77的深度大于垫环74的厚度，以使电枢17朝向电磁铁16的磁芯19的整个运动得以实现。电枢17的轴肩76通常以类似于图4和5的实施方式所示的方式，通过压缩弹簧52与垫环74的平面75保持接触。
在图8的实施方式中，阀体主体7的凸缘33具有圆锥形的凹部83，分发到其内的是控制室26的出口通道42a的校准部(calibrated portion)53。该伺服阀的开/关元件包括通过导向板86由阀杆85控制的球体84。阀杆85包括可在套筒88内滑动的部段87，套筒88又继而与具有轴向孔90的凸缘89制成一单件，这该轴向孔90具有能将燃料由控制室26内向腔22释放的作用。凸缘89通过有螺纹的环螺帽91靠着阀体主体7的凸缘33固定。
此外，阀杆85还包括具有较小内径的部段92，电枢17能在该部段滑动，所述电枢17通常因压缩弹簧93的作用而静止地抵着插入阀杆85的凹槽95内的C形环94。凹槽95将阀杆85的部段92与末端12a分开，该末端12a包括弹簧作用其上的凸缘24和用来对弹簧23本身的末端进行导向的销12。弹簧23因此通过包括凸缘24和阀杆85的接合装置作用于开/关元件84。
旨在通过电枢17的中心部位56的表面57结合的凸出装置，由设置在阀杆85的两个部位87、92之间的环形轴肩97构成。轴肩97设置为能与C形环94的底面界定出电枢17的外壳A。另外，轴肩97与电枢17的部段56的表面57形成电枢17的间隙G。
相反，电枢17的顶面17a与电磁铁16的极曲面20上的薄片13形成阀杆85的行程I，并因此也形成开/关元件84的行程I，同时电枢17的行程C以与图4和5的实施方式所示的相同的方式由间隙G和行程I的总和形成。最后，阀杆85具有旨在在行程h大于开/关元件84的行程I后与板86接合的底缘98。底缘98设计为当C形环94从凹槽95中脱离出来时，其能被套筒88的凸缘89阻挡。
图8的伺服阀5的运转与图4和5的实施方式中的相似，因此在此将不再累述。在开/关元件或球体84的关闭行程中，其被与板86和阀杆85一起的回弹。然后电枢17冲击阀杆85的轴肩97，从而减弱或者消除其回弹。
图8的燃料喷射器的特例中，开/关元件84为直径为大约1.33mm的球形，封口直径为0.65mm，电枢的重量为大约2g，阀杆85的重量为大约3g，弹簧23的预载80N，硬度为50N/mm，该特例中能获得根据图11的图表的运转，其中开/关元件84的行程I处于30-45μm。在这里再假设间隙G等于大约10μm，行程C处于40-55μm，这样比率C/I能处于1.2-1.3，同时比率I/G能处于3-4.5。同样在图8的实例中，为了图表清晰，行程I、G和C的大小并不处于上述的数值范围内。
从上述的内容可见，本发明的燃料喷射系统与已知技术中的燃料喷射器相比具有显著的优点。首先，对驻留时间DT进行选择使得主燃料喷射开始于图13的表格中的区域Z，这在上面指出的范围内保证燃料喷射器1运转的高可重复性。电枢17(从开/关元件分离并可不受其限制移动)能在关闭行程的最后使开/关元件的回弹减弱或者消失，大大地减少伺服阀部件的磨损。尤其，通过适当地设定电枢17和开/关元件的行程的大小，在第一次回弹最后，电枢17对开/关元件的冲击使得能消除第一次回弹之后的一系列回弹并获得在其中喷射的燃料总量的变化有限的区域Z，以致随着时间的推移，燃料喷射器运行的稳定性增加。
很明显，还能对上述的燃料喷射系统和相应的燃料喷射器1进行其他的修改和改进，且并不因此超出本发明的范围。尤其，燃料喷射器1可具有平衡型的伺服阀5，在该伺服阀中电枢17与开/关元件47固定在一起而移动，例如，使电枢17的行程C与开/关元件47的行程I一致或将开/关元件与电枢17制成单件。这样，当伺服阀5关闭时，开/关元件47自由执行第一次回弹，使得经过充分处于上面标示的限度内的驻留时间DT，在标示喷射的燃料总量Q的图13的图表中产生区域Z，在该区域Z所述数量Q的变化最小。

Claims (18)

1.用于内燃机的具有高操作可重复性和高操作稳定性的燃料喷射系统，其包括：
至少一个由计量伺服阀(5)控制的燃料喷射器(1)，所述计量伺服阀(5)具有被供有燃料的控制室(26)，且控制室(26)具有被设计用来通过与相应的阀座(49，83)配合的开/关元件(47，84)开/关的输出通道(42a)；
弹性装置(23)，被提供用来在阀关闭位置将所述开/关元件(47，84)与所述阀座(49，83)接合；
电力传动装置(15)，其作用于所述开/关元件(47，84)以抵抗所述弹性装置(23)的作用力从而打开所述输出通道(42a)；
用于控制所述电力传动装置(15)的控制单元(100)，所述控制单元被设计用来为每次燃料喷射提供至少一个用于驱动所述开/关元件(47，84)以执行引燃燃料喷射的第一电性指令(S1)，和用于驱动所述开/关元件(47，84)以执行主燃料喷射的第二电性指令(S2)；所述第一电性指令和第二电性指令(S1，S2)被电性驻留时间(DT)隔开，使得所述主燃料喷射在与引燃燃料喷射的连续性没有任何中断的情况下开始；所述燃料喷射系统的特征在于：
所述计量伺服阀(5)被制成使得当电性驻留时间在电性驻留时间范围内变化时，在燃料喷射阶段中的所述引燃燃料喷射和主燃料喷射期间的燃料喷射量(Q)是基本恒定的。
2.如权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述电性驻留时间(DT)值为80至100μs。
3.如权利要求2所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述弹性装置(23)被制成使得开/关元件(47，84)在相对于相关电性指令(S1，S2)的结束具有预设的延迟的情况下完成关闭冲程。
4.如权利要求1-3任何一项所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述电力传动装置(15)包括电枢(17)，电枢(17)与所述开/关元件(47，84)固定在一起移动。
5.如权利要求1-3任何一项所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述电力传动装置(15)包括电枢(17)，且所述开/关元件(47，84)与所述电枢(17)分离且被设计用来通过预设的关闭冲程(I)将所述阀座(49，83)接合至所述阀关闭位置，所述电枢(17)被设计用来进行大于所述关闭冲程(I)的轴向冲程(C)以减少所述回弹。
6.如权利要求5所述的燃料喷射系统，其中所述电枢(17)要被带入关闭位置以冲击所述开/关元件(47，84)，并具有对抗所述开/关元件(47，84)抵抗所述阀座(49，83)回弹的延迟。
7.如权利要求6所述的燃料喷射系统，其特征在于，在开/关元件(47，84)在其第一次回弹之后重新关闭所述伺服阀(5)的时刻，所述电枢(17)冲击所述开/关元件(47，84)，以消除开/关元件(47，84)的后续回弹。
8.如权利要求6或7所述的燃料喷射系统，其中所述伺服阀(5)具有阀体(7)，该阀体(7)包括所述控制室(26)并设有燃料校准入口(29)，，且其中所述电枢(17)由相应的导向元件(61，82，92)沿着所述轴向冲程(C)被轴向导向，所述弹性装置(23)通过接合装置(24，74，94)作用于所述开/关元件(47，83)。
9.如权利要求8所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述轴向冲程(C)为18μm-60μm之间，所述轴向冲程(C)与所述间隙(G)的差距等于所述关闭冲程(I)。
10.如权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述导向元件被形成在与所述开/关元件(47)构成整体的轴衬(41)上，所述伺服阀(5)具有阀体(7)，该阀体(7)包括用于导引所述轴衬(41)的轴杆(38)，所述控制室(26)的输出通道(42a)包括由所述轴杆(38)携带的排放管(42)，所述排放管(42)包括至少一个延伸到所述轴杆(38)的侧面(39)上的实质上径向的延伸部(44)，所述轴衬(41)可在所述延伸部(44)的关闭位置和打开位置之间滑动。
11.如权利要求10所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述导向元件(61，82)设置有由所述轴衬(41)携带的凸出装置(62，78，81)，设置的位置使得当所述电力传动装置(15)运转时，它们被所述电枢(17)轴向冲击。
12.如权利要求11所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述接合装置由刚性连接于所述轴衬(41)的中间体(12a)的凸缘(24)形成。
13.如权利要求12所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述接合装置由所述轴衬(41)的环形凸缘(74)形成，所述电枢(17)包括深度大于所述环形凸缘(74)的厚度的环形凹部(77)。
14.如权利要求13所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述轴衬(41)具有靠近所述导向元件(82)且被设计用来容纳用于接合所述电枢(17)的环(78)的环形槽(79)，所述环(78)被设计用来支撑至少一个具有标准厚度的垫片(81)以能够调节所述轴向冲程(C)。
15.如权利要求12-14任何一项所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述中间体(12a)具有孔(64)，该孔(64)被设计用来将位于所述轴衬(41)和所述中间体(12a)之间的隔间(48)与用于将燃料从所述控制室(26)排放的腔(22)连通。
16.如权利要求15所述的燃料喷射系统，其特征在于，为了在所述第一次回弹结束时所述开/关元件(47)重新关闭所述伺服阀(5)的时刻获得所述冲击，所述轴向冲程(C)与所述关闭冲程(I)之间的比率(C/I)为1.45至1.55，所述预设冲程(I)与所述间隙(G)之间的比率(I/G)为1.8至2.4。
17.如权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述开/关元件由球体(84)构成，所述导向元件(92)被形成在被设计用来控制所述球体(84)的阀杆(85)上，所述弹性装置(23)通过中间体(12a)作用于所述阀杆(85)，以将所述开/关元件(84)带入所述关闭位置。
18.如权利要求16所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述弹性元件(52)被设置在所述电枢(17)与所述阀体(7)之间；所述弹性装置(23)的动作传给所述弹性元件(52)；所述弹性元件(52)被预载以保持所述电枢(17)与所述凸缘(24，74，94)接触。
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