CN101889139B - 具有两个衔铁的紧凑型喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷射装置，包括一个燃料泵(20a)，一个压力调节器(20b)，一个喷射器(20c)及一个空气调节器(20d)，其特征在于：所述燃料泵(20a)，所述压力调节器(20b)，所述喷射器(20c)及所述空气调节器(20d)为一个喷射组件(2)的组合的组成部分，所述喷射装置还包括正好一个执行机构，它同时地操作所述燃料泵(20a)与空气调节器(20d)，其中所述执行机构包括一个线圈(21)，一个第一衔铁(22)及一个第二衔铁(23)，在所述第一衔铁(22)上设有一个第一工作间隙(S1)及在所述第二衔铁(23)上设有一个第二工作间隙(S2)，其中在所述第一衔铁(22)与所述第二衔铁(23)之间设有一个位置固定的密封件(36)，以便使由所述第一衔铁控制的介质相对由所述第二衔铁控制的介质密封。

Description

具有两个衔铁的紧凑型喷射装置

技术领域

本发明涉及具有一个燃料泵，一个压力调节器，一个喷射器及一个空气调节器的紧凑结构形式的喷射装置。

背景技术

由现有技术已公知了各种构型的喷射装置。尤其出于成本及结构的原因仅具有一个或两个汽缸及小工作容积的小型内燃机需要独自的技术方案。这种小型内燃机的应用领域例如为两轮车或三轮车，或割草机等。公知的喷射装置通常在油箱中包括一个具有压力调节器的燃料泵，其中燃料泵将具有一定压力的燃料输送到一个管路、诸如一个“轨”中。在管路的端部设有一个喷射器，它由一个控制装置控制。燃料被喷射到吸管中或被直接喷射到燃烧室中。但这种喷射装置非常费事及尤其昂贵，以致它使小型内燃机也变得很昂贵。

由EP 1 340 906B1公知了一种具有电子控制的燃料喷射装置，其中喷射器被布置在泵活塞的附近。此外这里设有一个用于在燃料回流到油箱时的活塞加压冲程的起始阶段中在燃料上施加一个预压力的预压阀。在此情况下该预压阀使位于压力室中的燃料的一部分向回流管路中排气。由此尤其可降低喷射器中汽泡的形成。然而该结构相对地复杂及该装置占有大的结构空间。

发明内容

相比之下根据本发明的具有权利要求1的特征的喷射装置具有其优点，即它具有非常紧凑的结构。此外根据本发明的喷射装置可特别简单及成本上有利地被制造。由此根据本发明的喷射装置尤其可使用在诸如两轮车或割草机等中的小型内燃机中。根据本发明它将这样地实现：该喷射装置包括一个燃料泵，一个用于调节喷射压力的压力调节器，一个喷射器及一个空气调节器，它们为一个喷射组件的组合的组成部分。该喷射组件是一个紧凑的、小型结构的组件，其中设有燃料泵，压力调节器，喷射器及空气调节器。喷射装置还包括正好一个执行机构，它同时操作燃料泵及空气调节器。由此可取消一个分开的用于空气调节器或用于燃料泵的执行机构，以使得部件数目大大地减少。不言而喻，由此也得到成本的下降。因此该共同的执行机构首先承担泵驱动的功能及其次承担用于空气调节器的调节驱动功能。该共同的执行机构可实现燃料泵及空气调节器的同时或相继的操作，其中，执行机构包括一个线圈，一个第一衔铁及一个第二衔铁。在此情况下第一衔铁配置给燃料泵及第二衔铁配置给空气调节器，及两个衔铁可借助共同的线圈来操作。此外根据本发明的喷射装置包括在第一衔铁上的一个第一工作间隙及在第二衔铁上的一个第二工作间隙以及一个位置固定的密封件。在此情况下该位置固定的密封件被设置在空气调节器与燃料泵之间的一个区域上，以便在空气调节器的介质(空气)与燃料泵的介质(燃料)之间提供密封功能。这具有很大的优点，即可使用一个静止的密封件来分隔两种介质流。因此该密封件可很简单及成本上有利地构成及此外具有更高的工作寿命及更小的故障率。除了喷射组件的紧凑性外还有另一大的优点，即用于喷射组件的其它部件也可最小化。

从属权利要求给出了本发明的进一步构型。

优选，执行机构包括用于第一衔铁的一个第一复位部件及用于第二衔铁的第二复位部件，这些复位部件具有不同的弹簧常数，以致在线圈通电时第一及第二工作间隙相继地闭合。

此外优选的是设有第一工作间隙的第一衔铁配置给空气调节器及设有第二工作间隙的第二衔铁配置给燃料泵。在此情况下优选第一工作间隙在第二工作间隙之前关闭。

为了具有尽可能简单且成本上有利的结构，静止密封件优选是一个0型圈。

根据本发明的另一优选构型，密封件被设置在在第一衔铁与第二衔铁之间的一个位置固定的壳体部件上及在那里进行密封。

特别优选的是，其中，位置固定的壳体部件具有一个基本上罐形的构型及密封件被设置在壳体部件的一个向着第一衔铁的底部区域上。特别优选的是第一工作间隙的高度通过密封件的高度来确定。

根据本发明的一个变换的构型，密封件被设置在一个罐形的、位置固定的壳体部件上的一个径向外表面区域上。这里优选在表面区域中设置用于接收密封件的槽。

燃料泵优选包括一个泵室，及还包括第一、第二及第三止回阀，它们被设置在泵室的输入管路或排出管路上。这里第一止回阀被设置在燃料的一个输入管路区域与泵室之间。第二止回阀被设置在泵室与喷射器之间及第三止回阀被设置在泵室与一个排出管路区域或过压尖峰的回流管路区域之间。这里泵室的使用允许得到一个特别紧凑及由此节省位置及成本上有利的结构。泵室优选可布置在第一及第二衔铁的共同轴线上。在此情况下泵室优选地具有一个容积，该容积相应于一个在最大喷射压力下可喷射的最大燃料量。此外优选的是抽吸区域与回流区域相互连接及构成一个共同的大空间。由此基于增大的空间容积可避免压力波动、尤其在燃料泵抽吸阶段期间的压力波动。

此外本发明还涉及一种内燃机，它包括正好一个汽缸或正好两个汽缸及一个根据本发明的喷射装置。该内燃机特别优选地包括一个燃料箱，该燃料箱被设置在喷射组件的上面。由此尤其是燃料泵可被设计得非常小。

附图说明

以下参照附图详细地描述本发明的优选实施例。附图中表示：

图1：具有根据本发明的第一实施例的喷射装置的一个小型发动机的概要视图，

图2：根据第一实施例的喷射装置的一个概要视图，

图3：根据本发明的第二实施例的喷射装置的一个概要视图。

具体实施方式

以下参照图1及2来详细描述具有根据本发明的第一实施例的喷射装置的一个小型发动机1。

图1概要地表示构造成单缸发动机的小型发动机1的结构。该小型发动机1包括一个汽缸3，一个在其内部可往复运动的活塞4，一个控制单元5及一个油箱6。油箱6通过一个燃料输入管路6a与喷射组件2连接。一个燃料回流管路6b由喷射组件2返回油箱6。如由图1概要表示地，油箱6被设置在喷射组件2的上面。由此燃料基于重力通过燃料输入管路6a流到喷射组件2。该喷射组件2被非常概要地表示及包括一个燃料泵，一个压力调节器，一个喷射器及一个空气调节器，以致该喷射组件2被非常紧凑地构成。

小型电动机1还包括一个节流阀7，该节流阀被设置在一个吸管8中。在汽缸3上还设有一个火花塞9，一个进气阀10及一个排气阀11。标号12表示一个用于空气的旁路管路，它使空气由吸管8中在空气流动方向上节流阀7前面的一个区域分支出来及直接地导入组合在喷射组件2中的空气调节器中。这里旁路管路12的一个出口与喷射组件2的喷射器的紧相邻。

小型发动机1还包括一个排气管路13，它通过排气阀11释放或关闭。此外在排气管路13上设有一个氧气传感器14，该氧气传感器与控制单元5连接，控制单元5还与一个冷却水传感器15，一个油温度传感器16及一个用于检测吸管8中的节流位置、温度及吸管8中压力的传感器单元17连接。在此情况下控制单元5借助得到的信号控制喷射组件2。

因此根据本发明的喷射装置被设置成具有一个燃料泵20a，一个压力调节器20b，一个喷射器20c及一个空气调节器20d的喷射组件2，及可被设计成特别地紧凑及结构小。此外根据本发明的喷射装置可在成本上非常有利地制造及尤其可预先预装配成完整的喷射组件，以致它作为紧凑型结构的组件仅需被安装到小型发动机1上。因此通过四个单独部分即燃料泵，压力调节器，喷射器及空气调节器的组合保证了可简单且成本上有利的制造性。燃料泵及空气调节器在此情况下由一个共同的执行机构操作。由此根据本发明的喷射装置2例如可使用在两轮车或割草机的小型发动机中。

图2表示喷射组件2的细节图。在该喷射组件2中组合了燃料泵20a，压力调节器20b，喷射器20c及空气调节器20d。为此设有一个多件式的壳体25。这里一个共同的执行机构同时操作燃料泵20a及空气调节器20d。在此情况下该共同的执行机构包括一个线圈21，一个第一衔铁22及一个第二衔铁23。如由图2可看到的，第一衔铁22是空气调节器20d的一部分，其中衔铁22在其一端上构造成阀件22a，该阀件在一个旁路管路12的阀座12a上可释放或关闭该旁路管路12。对空气调节器20d还配置了一个第一复位弹簧28。执行机构还包括第二衔铁23，在该实施例中它是燃料泵20a的一部分。这里第二衔铁23是燃料泵20a的活塞。第二衔铁23是一个圆柱形的部件及在向着空气调节器20d的方向的端部上具有一个套管23a，该套管除了导向功能外还具有用于使第二衔铁23复位的第二复位弹簧24的支撑功能。在此情况下当线圈21中通过电流时，该线圈既操作第一衔铁22也操作第二衔铁23。在线圈21的电流取消时，第一复位弹簧28与第二复位弹簧24使两个衔铁又返回到图2中所示的原始位置中。在此情况下图2中所示的位置在燃料泵20a的一个抽吸冲程的终点上。

喷射组件2还包括一个多件式的壳体25，该壳体包括第一壳体部件25a，第二壳体部件25b，第三壳体部件25c及第四壳体部件25d。这里第四壳体部件25d被设置在燃料泵20a与空气调节器20d之间。在此情况下第四壳体部件25d具有一个基本上罐形的形状及在其内底区域上附加地还具有一个止挡26。这里止挡26固定地固定在第四壳体部件25d的内底上及用作第二衔铁的套管23a的止挡。变换地该止挡也可被固定在衔铁23a上。如由图2还可看到的，在第四壳体部件25d的外基面上设有第一复位弹簧28及它支撑在该外基面上。如图2中所示，这里第四壳体部件25d位置固定地被设置在线圈21的内部及通过一个套管34与第二壳体部件25b连接。在第二壳体部件25b中设有用于燃料输入管路6a及用于燃料回流管路6b的接口。在此情况下燃料输入管路6a通入一个抽吸区域32及燃料回流管路6b由壳体中的一个回流区域33引出。这里抽吸区域32及回流区域33相互连接及构成一个大容积的空间40，该空间尤其可完全地或至少部分地补偿压力的波动，该压力波动例如可出现在燃料泵20a的抽吸阶段中。这里应指出，也可以是抽吸区域32与回流区域33隔开地设置。此外燃料回流管路6b可不返回到油箱，而是与燃料输入管路6a连接。

第三壳体部件25c也基本上构造成罐状及确定了一个泵室27，在其中借助第二衔铁23可使燃料处于压力下。这里在第三壳体部件25中设有第一止回阀29，第二止回阀30及第三止回阀31。这里三个止回阀具有相同的结构及区别仅在于它们的复位弹簧的弹簧强度不同。第一止回阀29将抽吸区域32与泵室27相连接。第二止回阀30将泵室与喷射器20c中的一个室相连接。第三止回阀31将泵室27与回流区域33相连接，由该回流区域引出燃料回流管路6b。这里第三止回阀31构成压力调节器20b，以便使可能在第三泵室27中出现的过压力减压。第二止回阀30也被这样地设计，即从泵室27中的一个预定压力起被打开，以致燃料可流入到喷射器20c。喷射器20c可从一个预定压力起抵抗一个弹簧的复位力自动地被打开或变换地通过一个未示出的控制装置来打开。在此情况下，喷射器20c将燃料喷射到吸管8中。这里泵室27，第一衔铁22及第二衔铁23位于一个共同的轴线X-X上。

如由图2还看到的，对第一衔铁22配置了第一工作间隙S1及对第二衔铁23配置了第二工作间隙S2。第一工作间隙S1通过一个垫圈35来确定。垫圈35被布置在空气调节器20d的壳体与壳体部件25d之间。在垫圈35的径向内侧上还设有一个O型圈形式的密封件36。这里密封件36将空气调节器20d与喷射组件的与燃料形成接触的其它区域密封地隔离。在此情况下密封件36被位置固定地设置，以致不承受动态的负荷。并且密封件36被这样地设置，使得它不必遭受空气调节器20d中的空气与燃料之间的大压力差，因为燃料泵20a的泵室27位于罐形壳体部件25c中。因此密封件36可很简单及成本上有利地构成。应当指出，密封件36也可变换地设置在垫圈35的径向外侧上。

这里根据本发明的喷射组件2的功能如下：燃料泵20a的抽吸阶段通过第二复位部件24导入，其中第二复位部件24的静止位置确定了抽吸阶段的终点。在抽吸阶段期间第一止回阀29被打开及第二与第三止回阀30，31均被关闭。由此燃料可通过打开的第一止回阀29流入泵室27。接着进行线圈21的通电，以致第二衔铁23向着箭头A的方向运动，以便使处于泵室27中的液体置于压力下。由此第一止回阀29关闭及只要泵室27中具有小的压力水准，第二及第三止回阀30，31也保持关闭。该状态被表示在图2中。通过线圈21的通电，第一衔铁22也被吸引及在向着箭头B的方向上运动，由此使空气调节器20d打开。然后从泵室27中一个预定的压力水准起第二止回阀30被打开，以致处于压力下的液体可流到喷射器20c及由那里在需要时可被喷射。如果泵室27中的压力过大，即大于一个参考值时，第三止回阀31被打开，以便使这种压力峰值下降。因此第三止回阀31承担压力调节器20b的功能。因而在线圈21通电时与燃料泵20a的操作同时地空气调节器20d的第一衔铁22在箭头B的方向上也被吸引。由此空气调节器20d被打开，以致空气可通过旁路管路12流动。当第一复位部件28的复位力被选择得小于第二复位部件24的复位力时，空气调节器20d在燃料泵过渡到压力阶段前被打开。

如由图2可看到的，在此情况下限制了第一衔铁22及第二衔铁23的可能的行程。直至第一衔铁22碰到第四壳体部件25d的向外的基面上为止，第一衔铁22可运动一个相应于第一工作间隙S1的最大行程。这里间隙S1的高度通过垫圈35的厚度来确定。在第二衔铁23上设有第二工作间隙S2，其大于第一衔铁22的工作间隙S1。因此对每个衔铁配置了一个自己的工作间隙。在这里这些工作间隙的每一个都是线圈21的磁路的一部分。为了尽管有衔铁22，23的该磁耦合，在第二工作间隙S2中(及需要时在第三、第四等工作间隙中)力建立期间没有或仅有很小的时间损失，第一复位弹簧28被这样地设计，使得在小型发动机1的工作状态中-在该小型发动机中当第二工作间隙S2中力建立时不能出现延时-该延时很小或完全被避免。这种工作状态例如是小型发动机1的负载状态。与该工作状态不同地在空载工作状态中则要求：空气调节器20d不要持续地打开。因此这样地选择第一复位部件28的复位力，以致在低转速时其复位力足以在小型发动机空载工作中线圈21的各个通电控制之间使空气调节器又闭合。在高转速时与空载状态不同地进行线圈21的快速通电控制。由此对于第一复位部件28，该时间不再足以使空气调节器20d又完全地闭合。由此在高转速时空气调节器20d几乎总是完全打开的。在此情况下该状态对于小型发动机1的工作毫无不利之处或是有利的，因为通过打开的旁路管路12可在进气阀10的前面短时地导入附加的空气。

因此在高转速时第二工作间隙S2中力建立的延时明显地小，因为第一工作间隙S1不必完全被闭合。

因此根据本发明喷射组件2具有一个用于燃料泵20a及空气调节器20d的共同的执行机构。由此在燃料泵20a及空气调节器20d中仅需要一个线圈及单个带有电缆的电未级。此外空气调节器20d在小型发动机1的需要它的工作状态中，通常在空载时可被打开及关闭及在其不强制需要的工作状态中可保证：尽管是与燃料泵20a共同的执行机构，燃料泵20a的操作无延时或受其它的阻碍。此外可设置用于两种介质流相互密封的一个简单的静止密封件，其中该密封件被这样地设置在喷射装置的壳体部件上，使得在两种介质之间无或仅有很小的压力降被该密封件密封。

以下参照图3来详细描述根据本发明的第二实施例的一个喷射装置1。这里与第一实施例中相同的或功能相同的部分用相同的标号表示。

第二实施例基本上相应于第一实施例，其中与第一实施例不同地在第二实施例中密封件36被设置在壳体部件25d的径向外表面上。这里在壳体部件25d中设有一个环形槽37，在该槽中布置构造成O型圈的密封件36。因此密封件36能可靠地被保持在位置固定的壳体部件25d中。

此外根据第二实施例的喷射组件包括一个第二密封件38，它相对周围环境密封抽吸区域32或回流区域33。在此情况下第二密封件被布置在第三壳体部件25c中的一个相应的槽内。

此外与第一实施例不同地，在第二实施例中基本上罐形的第三壳体部件25c在轴向X-X上构造成较长些。由此确定出一个空间41，在该空间中确定了第二衔铁23与第三壳体部件25c之间的第二工作间隙S2。该空间41通过支管46与回流区域33连接。

如由图3中还可看到的，第二衔铁23由一个罐形基件23a及一个杆23b构成。在杆23b的端部上设有一个盘形部件23c，第二衔铁23通过该盘形部件与活塞42连接。在活塞42中构有一个中心空腔43，第二衔铁的盘形部件23c被设置在该空腔中。这里盘形部件23c通过侧凹部44被保持在活塞上。此外设有两个复位弹簧24及45。在此情况下复位弹簧24使衔铁23复位到原始位置中，其中复位弹簧24被设置在第三壳体部件25c中的一个肩台与衔铁23的罐23a之间。第三复位弹簧45被设置在衔铁23、确切地罐23a与活塞42向着该衔铁的端部之间。如由图3可看到的，两个复位弹簧24，45相互平行地布置在空间41中。在此情况下所选择的具有分开的活塞44的衔铁23的结构能使：在线圈21通电后首先衔铁23向下运动，而活塞42仍保持在其位置中。仅当衔铁23的盘形部件23c压到活塞42的内底面上时，活塞42才与衔铁23一起运动，以使位于泵室27中的液体置于压力下。由此可实现活塞泵20a的延迟响应。然后活塞42的复位也是延迟地进行，因为第二复位弹簧24首先使衔铁23复位，然后衔铁通过活塞42上的侧凹部44携带活塞。应当指出，第三复位弹簧45也可被这样设计，即它具有相对高的刚度及由此提供大的弹簧力，以致在第二衔铁23被操作后的短时间后，活塞42可通过第三复位弹簧45运动。

该实施例在其它方面相应于以上的实施例，因此可参考在那里给出的说明。

对于所有实施例应当指出，该喷射装置可非常紧凑及成本上有利地构成及喷射组件2包括分别作为组合的组成部分的燃料泵20a，喷射器20c，压力调节器20b，喷射器20c及空气调节器20d。这里尤其是对于空气调节器20d及燃料泵20a设有一个包括两个衔铁22，23的共同的执行机构。这里在这些实施例中作为执行机构总是描述为线圈通电流的磁执行机构。但应指出，原则上也可使用其它可能的执行机构，例如压电式执行机构。此外应指出，所述的空气调节器20d的闭合件22a也可被作成衔铁22的逐渐变细的、尤其锥形的端部区域，或其它任何方式，例如被作成球形或部分球形。

Claims (12)

1.喷射装置，包括一个燃料泵(20a)，一个压力调节器(20b)，一个喷射器(20c)及一个空气调节器(20d)，其特征在于：所述燃料泵(20a)，所述压力调节器(20b)，所述喷射器(20c)及所述空气调节器(20d)为一个喷射组件(2)的组合的组成部分，所述喷射装置还包括正好一个执行机构，它同时地操作所述燃料泵(20a)与空气调节器(20d)，其中，所述执行机构包括一个线圈(21)、一个第一衔铁(22)及一个第二衔铁(23)，在所述第一衔铁(22)上设有一个第一工作间隙(S1)及在所述第二衔铁(23)上设有一个第二工作间隙(S2)，其中，在所述第一衔铁(22)与所述第二衔铁(23)之间设有一个位置固定的密封件(36)，以便使由所述第一衔铁控制的介质相对由所述第二衔铁控制的介质被密封。

2.根据权利要求1的喷射装置，其特征在于：所述执行机构包括用于所述第一衔铁(22)的一个第一复位部件(28)及用于所述第二衔铁(23)的第二复位部件(24)，其中所述第一复位部件及第二复位部件这样地具有不同的弹簧常数，以致在所述线圈(21)通电时，所述第一工作间隙(S1)及第二工作间隙(S2)相继地闭合。

3.根据权利要求2的喷射装置，其特征在于：设有所述第一工作间隙(S1)的所述第一衔铁(22)配置给所述空气调节器(20d)及设有所述第二工作间隙(S2)的所述第二衔铁(23)配置给所述燃料泵(20a)，所述第一工作间隙(S1)在所述第二工作间隙(S1)之前闭合。

4.根据权利要求1至3之一的喷射装置，其特征在于：所述密封件(36)是一个具有圆形或矩形横截面的O型圈。

5.根据权利要求1至3之一的喷射装置，其特征在于：在所述第一衔铁(22)与所述第二衔铁(23)之间设有一个位置固定的壳体部件(25d)，所述密封件(36)在所述壳体部件(25d)上进行密封。

6.根据权利要求5的喷射装置，其特征在于：所述壳体部件(25d)基本上具有罐形的构型，所述密封件(36)设置在所述壳体部件(25d)的一个向着所述第一衔铁(22)的底部区域上。

7.根据权利要求5的喷射装置，其特征在于：所述壳体部件(25d)基 本上具有罐形的构型，所述密封件(36)设置在所述壳体部件(25d)的一个径向的外表面区域上。

8.根据权利要求1至3之一的喷射装置，其特征在于：所述燃料泵(20a)包括一个泵室(27)，所述燃料泵(20a)还包括第一止回阀(29)，第二止回阀(30)及第三止回阀(31)，其中所述第一止回阀(29)设置在一个抽吸区域(32)与所述泵室(27)之间，所述第二止回阀(30)设置在所述泵室(27)与所述喷射器(20c)之间，所述第三止回阀(31)设置在所述泵室(27)与一个回流区域(33)之间。

9.根据权利要求8的喷射装置，其特征在于：所述抽吸区域(32)与所述回流区域(33)构成一个共同的空间(40)，所述泵室(27)尤其具有一个容积，该容积等于在一个最大喷射压力下最大可喷射的燃料量。

10.根据权利要求7的喷射装置，其特征在于：所述密封件(36)设置在所述壳体部件(25d)的一个径向的外表面区域上的一个环形槽(37)中。

11.内燃机，包括正好一个汽缸或正好两个汽缸及一个根据以上权利要求之一的喷射装置。

12.根据权利要求11的内燃机，还包括一个燃料箱(6)，该燃料箱设置在所述喷射组件(2)上方。 

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