CN101892930A - 用于电磁喷射器的有源关闭的电磁阀 - Google Patents

用于电磁喷射器的有源关闭的电磁阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用在用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器(112)中的液压阀(110)。液压阀(110)包括至少一个调节件(124)及还包括至少一个第一电磁执行机构(132)及至少一个第二电磁执行机构(134)。第一电磁执行机构(132)及第二电磁执行机构(134)被设置来以彼此相反的力方向作用于调节件(124)。

Description

用于电磁喷射器的有源关闭的电磁阀
技术领域
本发明涉及用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的公知的燃料喷射器。尤其这里可涉及一个自点火式内燃机的燃烧室。这种燃料喷射器通常基于一个释放或关闭一个或多个喷射孔的喷射阀元件。该喷射阀元件的运动通常通过一个或多个液压阀来控制。液压阀又可直接地或间接地通过一个或多个执行机构来控制本发明尤其涉及使用电磁执行机构作为其执行机构的燃料喷射器。这种燃料喷射器在以下也被称为电磁喷射器。在电磁喷射器的情况下液压阀的打开通常通过至少一个电磁执行机构的电磁回路的通电时力的建立来实现。而液压阀的关闭通常无源地通过至少一个弹簧部件来实现。
背景技术
对于电磁阀基本上存在两个原理。一个公知为非压力均衡阀，其中液压阀在一个方向上-通常在打开方向上-被施加液压力。这种非压力均衡阀的优点例如在于过压限制。从一个确定的压力起该液压阀自动地打开。这对于喷射系统是一个组合的安全功能。此外作为非压力均衡阀的优点应提及的是良好的颗粒不敏感性，尤其在液压阀的球形阀座的情况下。但非压力均衡阀的一个缺点则在于需要高的轨压力，即所提供的燃料的高压力，关闭弹簧的高弹簧力，因为弹簧力由轨压力与阀座面积的乘积给出。因此为了使阀在小轨压下也可打开，因此需要电磁执行机构的大磁力。这将导致更大的、更重的及由此更慢的阀。
作为第二原理则应列举压力均衡电磁阀。在这种压力均衡电磁阀的情况下在液压阀的调节件上总地不作用液压力，因为液压阀的液压面积相互抵消。这种压力均衡的电磁阀的优点在于：对关闭弹簧力较小的需求。此外对磁力较小的需求，以便对关闭弹簧相反地作用。此外在液压阀相同的行程时允许较大的释放的流体面积。但压力均衡电磁阀通常不具有过压限制功能。此外压力均衡电磁阀通常对颗粒敏感及相对干扰力具有较小的稳定性，该干扰力例如为层的摩擦力或类似的干扰力。
由此对于使用在燃料喷射器中的理想的液压阀一方面应具有对球阀的颗粒的不敏感性，具有非压力均衡阀的过压限制功能及尽管如此还要有小而轻的构型并由此具有短的开关时间。
发明内容
因此提出一种用于燃料喷射器的液压阀及包括至少一个这种液压阀的燃料喷射器。该燃料喷射器用于将燃料喷射到内燃机的、尤其自点火式内燃机的燃烧室中。尤其可喷射来自一个高压存储器的燃料，该高压存储器在下面被称为“轨”或“共轨”，例如具有至少2000巴的压力。
该燃料喷射器具有至少一个释放或关闭喷射孔的喷射阀元件，即视其位置而定释放或关闭至少一个喷射孔的喷射阀元件。该喷射阀元件可通过至少一个根据本发明的液压阀来控制。该控制例如可这样来进行：设有至少一个液压控制室，该液压控制室与喷射阀元件形成液压连接，其中所述至少一个控制室中的压力可通过液压阀控制，例如可选择地控制到高压(例如轨压)上或控制到低压上。在这方面例如可参考公知的燃料喷射器。
该液压阀具有至少一个调节件。该至少一个调节件例如可包括一个执行机构杆。该至少一个调节件还例如包括至少一个球珠和/或其它构型的调节件。该调节件可直接或间接地释放或关闭液压阀的一个或多个孔。液压阀尤其可全部或部分地构造成球阀和/或包括这种球阀。但原则上也可为其它类型的阀和/或阀件或阀座的其它类型的构型。
该液压阀还具有至少一个第一电磁执行机构及至少一个第二电磁执行机构。这里对于电磁执行机构普遍理解为一个执行机构，它通过使用磁铁的或电磁铁的执行机构原理在调节件上可施加一个或多个力。如在下面还将描述的，这些电磁执行机构尤其可包括一个或多个磁铁线圈及一个或多个衔铁。这里设置第一电磁执行机构及第二电磁执行机构是为了以相互相反的力方向作用在调节件上。这意味着，每个电磁执行机构在调节件上作用至少一个力，其中这些力各具有至少一个与另一力反向的力分量。尤其是这些力可完全反向地定向。尤其是，第一电磁执行机构可在调节件上施加一个打开力、即在打开方向作用于调节件的力，第二电磁执行机构可在调节件上施加一个关闭力、即在关闭方向上作用的力，或颠倒地定义。如果调节件完全或部分地构成执行机构杆，则第一电磁执行机构例如可在第一方向上作用一个与执行机构杆平行的或具有至少一个与执行机构杆平行的分量的力，及第二电磁执行机构在相反的方向上作用一个与执行机构杆平行的或具有至少一个与执行机构杆平行的分量的力。在此情况下它们可涉及相对燃料喷射器的一个轴线的轴向力。
该液压阀还可具有至少一个弹簧部件，该弹簧部件也作用在调节件上。弹簧部件例如可包括至少一个螺旋弹簧。也可考虑弹簧部件的多件的构型和/或使用多个弹簧部件。该弹簧部件尤其可至少部分地被构型为关闭弹簧，其中该关闭弹簧被设置来在调节件上施加关闭力、即在关闭方向上的力。这里对于关闭方向普遍理解为一个方向，在该方向上调节件直接或间接地被压在一个阀座上，以致液压阀被关闭。并且也可中间连接其它关闭件，例如在球阀的情况下中间连接一个关闭球珠。不同的构型可被考虑及是为专业人员公知的。弹簧部件尤其可这样地构型和/或定尺寸，使得液压阀在无第一电磁执行机构和/或第二电磁执行机构施加力的情况下处于关闭状态。换句话说当电磁执行机构失去电流时，调节件被弹簧部件压在关闭位置中。
液压阀尤其可被构型为非力均衡的和/或非压力均衡的液压阀。这意味着液压阀的调节件优选被一种液压流体、例如燃料在一个方向上施加液压力，其中在该方向上的液压面积超过在相反方向上起作用的液压面积。
第一电磁执行机构及第二电磁执行机构可包括至少一个衔铁，该衔铁与调节件相连接。如下面将详细说明的，这里这些电磁执行机构可分享一个或多个衔铁，电磁执行机构和/或它们的磁铁线圈共同作用在该一个或多个衔铁上，或这些电磁执行机构可包括分开的衔铁。并且也可考虑这些可能性的组合，其方式例如是每个电磁执行机构包括多于一个的衔铁，例如至少一个自己的衔铁及至少一个与另一电磁执行机构分享的衔铁。这里对于衔铁普遍理解为一个部件，在该部件上借助一个磁铁线圈可施加一个磁力。在此情况下它可涉及一个软磁的和/或铁磁的材料。例如所述至少一个衔铁可各包括至少一个衔铁板、即一个具有面扩展的部件，该面扩展优选超过其厚度。该面扩展尤其垂直于调节件的纵向延伸方向和/或垂直于燃料喷射器的轴线地布置。
第一电磁执行机构尤其可具有一个第一磁铁线圈，及第二电磁执行机构具有至少一个第二磁铁线圈。所述至少一个衔铁可被设置在第一磁铁线圈与第二磁铁线圈之间。这既可通过对两个电磁执行机构设置一个公用的衔铁来实现，该衔铁被设置在这些磁铁线圈之间。也可在衔铁分开构型的情况下在磁铁线圈之间设置衔铁，其方式例如为第一衔铁靠近第一磁铁线圈地布置及第二衔铁靠近第二磁铁线圈地布置，其中，这两个衔铁均被布置在两个磁铁线圈之间。
特别优选的是，第一电磁执行机构及第二电磁执行机构至少被构型为部分地构件相同。尤其它们可分享至少一个公用的构件。该公用的构件尤其被构成来引导磁通。在该公用的构件中尤其可使第一电磁执行机构的磁通与第二电磁执行机构的磁通叠加。第一电磁执行机构尤其可至少部分地具有构件相同的磁芯。变换地或附加地第一电磁执行机构及第二电磁执行机构也可包括至少部分地构件相同的衔铁，如上所述。该液压阀可这样地设置，使得该公用的构件可被施加同向的或反向的磁通。
此外特别优选的是，第一电磁执行机构的至少一个磁芯和/或第二电磁执行机构的至少一个磁芯至少部分地由一个衔铁和/或调节件构成。以此方式，第一电磁执行机构的磁通和/或第二电磁执行机构的磁通至少部分地通过该衔铁和/或该调节件引导。以此方式可实现特别紧凑的结构。例如一个衔铁可代替一个磁芯的至少一部分并例如构成一个内极。由此例如一个衔铁可代替一个磁芯的至少一部分并例如构成一个内极。由此例如可明显地限制一个或两个电磁执行机构的直径。
第一电磁执行机构及第二电磁执行机构可包括一个公用的衔铁，该衔铁与调节件相连接。在此情况下第一电磁执行机构可具有一个第一磁铁线圈及第二电磁执行机构可具有一个第二磁铁线圈，其中液压阀被这样设置，使得公用衔铁可由第一磁铁线圈及第二磁铁线圈施加同向的磁通。该构型具有其优点，即每个电磁回路的极化在转换时可更快地建立，因为在磁通建立时可利用相应另一电磁回路的极化。
但该液压阀也可变换地或附加地被这样地设置，使得公用衔铁可由第一磁铁线圈及第二磁铁线圈施加反向的磁通。这提供了优点，即一个电磁回路的磁通的建立可用于另一电磁回路的磁通的消退。磁通的这两种构型例如也可组合在液压阀或燃料喷射器的不同转换阶段中。对于在磁铁线圈之间设置至少一个衔铁变换地或附加地也可设置一个构型，其中，第一电磁执行机构具有第一衔铁及第二电磁执行机构具有第二衔铁，其中第一衔铁及第二衔铁被布置在第一磁铁线圈及第二磁铁线圈的相互相反的侧上。
该液压阀及燃料喷射器相对公知的液压阀及燃料喷射器具有一系列的优点。尤其可制造出对颗粒杂质、尤其燃料杂质耐用的燃料喷射器，它可具有球阀的坚固性。该液压阀及燃料喷射器可同时构有一个非压力均衡阀的过压限制功能及尽管如此可具有小而轻的结构及由此可快速开关。
因此该液压阀可被构型为有源关闭的电磁阀，尤其是用于燃料喷射器中。在此情况下可使用两个电磁回路，其中一个电磁回路、即第一电磁执行机构的电磁回路例如可作用在液压阀的打开方向上而另一电磁回路可作用在液压阀的关闭方向上，或颠倒地作用。尤其使用在非压力均衡液压阀上是有意义的。对于非压力均衡液压阀必要的关闭力的一部分由起关闭作用的电磁回路本身来施加，尤其由所述一个或多个电磁执行机构来施加。该构型的一个优点在于：关闭弹簧可具有小的构型及小的预载荷。与此相应地，对打开用的电磁回路或打开用的电磁执行机构的磁力需求减小。与此相应地可实现小的衔铁，小的运动质量及由此实现更快速的液压阀或更快速的燃料喷射器。
另一优点则在于：防护用的电磁执行机构或电磁回路在下行程止挡上具有更小的振动倾向及由此具有逐渐增大的关闭力。此外，该液压阀及燃料喷射器可被这样地构型，使得在关闭状态中起关闭作用的电磁回路被持续地通电。在该电磁回路中存储的能量然后可作为用于起打开作用的电磁回路的升压能量。与此相应地，从控制装置吸取的能量可减小，例如从一个控制装置的升压电容器吸取的能量可减小。另一应提及的优点在于，该液压阀可构造成自保护的，而不需要附加的安全措施。与此相应地，该液压阀可被这样地构型，使得它在过压时自动地打开。
附图说明
本发明的实施例被表示在附图中及在以下的说明中对其详细地说明。
附图表示：
图1：一个具有分开的电磁回路的有源关闭的液压阀的第一实施例；
图2A及2B：具有公共使用的衔铁的、带有同向磁通(图2A)及反向磁通(图2B)的实施例；
图3：具有公共使用的衔铁的、带有同向磁通(图2A)及反向磁通(图2B)的实施例，其中衔铁作为闭合的电磁回路的内极被共同使用；及
图4A及4B：具有公共使用的衔铁的、带有同向磁通(图4A)及反向磁通(图4B)的实施例。
具体实施方式
在图1至4B中表示可被使用到燃料喷射器112中的液压阀110的各个不同的实施例。燃料喷射器112的其它部分未在附图中表示出来。液压阀110例如可被装入燃料喷射器112的一个未示出的喷射器壳体中，在该壳体中例如也可支承一个喷射阀件。各个液压阀110具有一个带有一阀座116及一阀孔118的阀区域114。阀座116及阀孔118例如可构成在一个喷射器体120中，该喷射器体仅被概要地表示出。阀孔118例如可直接或间接地通入燃料喷射器112的一个控制室中，通过该控制室可控制喷射阀件的行程。此外该液压阀110在阀区域114中具有一个关闭部件122，该关闭部件在所示的实施例中被示范地构造成球珠。但原则上也可为其它的构型，例如构成锥形、圆锥形、球冠或类似的构型。与此相应地在所示实施例中该液压阀110例如被构造成球阀和/或具有这样一个球阀。
关闭部件122与一个调节件124相连接，关闭部件122通过该调节件可被压在其阀座116中或从该阀座上抬起。调节件124在所示实施例中被示范地构成一个执行机构杆形式的圆柱形调节件124。但原则上也可为其它的构型。一个压力FP通过阀孔118作用在关闭部件122上及由此作用到调节件124上，该压力由液压压力PRail及阀座面积ASitz得出：
FP＝PRail*ASitz
该液压的力与一个闭合弹簧128形式的弹簧部件126的弹簧力相反地作用。该闭合弹簧128以其下端部直接地支撑在调节件124上或间接地支撑在该调节件上，例如支撑在可与调节件124连接的一个衔铁130上。该衔铁是两个电磁执行机构132，134的组成部分，在该实施例中其中第一电磁执行机构132被构造成用于打开的电磁执行机构及第二电磁执行机构134被构造成用于关闭的电磁体执行机构。电磁执行机构132，134各包括一个第一磁铁线圈136或一个第二磁铁线圈138及一个第一磁芯140或一个第二磁芯142。在根据图1至4B的实施例中，电磁执行机构132，134的区别在于磁芯140，142的构型方面及在于衔铁130的构型及布置方面。对此将在以下详细地说明。第一电磁执行机构132被设置来产生一个磁通ΦO，第二电磁执行机构134被设置来产生一个磁通ΦC。这些磁通ΦO及ΦC在图中各通过圆形的封闭箭头来表示。
图1中表示一个液压阀10的实施例，该液压阀有源地关闭及其中电磁执行机构132，134被分开地设置，以致这些电磁执行机构132，134的两个电磁回路基本上无磁影响或仅有极小影响。这里第一电磁执行机构132具有第一衔铁144及第二电磁执行机构134具有第二衔铁146。两个衔铁144，146与调节件124连接及基本上平行地相互叠置地布置。在该实施例中两个电磁执行机构132，134的磁芯140，142相互分开地构成。
而图2A至4B表示这样的实施例，其中第一电磁执行机构132及第二电磁执行机构134相互影响，尤其是以这样的方式，即，磁通ΦO及ΦC相互叠加或相互影响。这些实施例具有其优点，即可一起利用各另一电磁执行机构132，134的磁场中存储的能量。因此在磁通同向的情况下当自身电磁回路的磁通建立时可一起利用各另一电磁回路的极化，这将导致用于磁场建立时的小能量需求量。这可用不同的方式来实现。例如磁芯140，142可至少部分地用相同构件来构成，以致磁通ΦO及ΦC可相互叠加。但可变换地或附加地，使用一个共同的衔铁。
因为在共同使用的部件中，即例如在共同使用的衔铁130和/或共同使用的磁芯140，142中磁通方向被保持及由此磁通密度不会很强地变化，在该部件中涡流也减小。而在磁通方向相反的情况下，一个电磁回路的磁通的建立可用于另一电磁回路的磁通的建立。
在图2A及2B中表示一个液压阀110的实施例，其中使用了一个共同的衔铁130。电磁执行机构132，134的磁铁线圈136，138及磁芯140，142被设置在该共同使用的衔铁130的相互对置的侧上。这里图2A表示一个构型，其中，衔铁130中的磁通ΦO及ΦC为同向，而在图2B的构型中这些磁通ΦO及ΦC被设置成反向的。与此相应地，在图2A中当磁通ΦO建立时可使用通过磁通ΦC引起的极化及反之亦然，这导致了用于磁场建立的小的能量需求量。相反地，在根据图2B的实施例中磁通ΦO的磁通建立可用于磁通ΦC的磁通消退，反之亦然。
在图3A及3B中表示一个液压阀110的实施例，该液压阀至少基本上相应于根据图2A及2B的实施例。对于两个电磁执行机构132，134也使用了一个共同的衔铁130。但第二磁芯142不完全中心地包围第二磁铁线圈138。调节件124和/或衔铁130的一部分在该实施例中并也在其它的实施例中至少部分地承担磁芯140，142的作用。在此情况下衔铁130例如可作为第二电磁执行机构134的闭合电磁回路的内极使用，以致磁通ΦC的一部分通过该衔铁130和/或调节件124延伸。图3A及3B中的实施例在其它方面基本上相应于根据图2A或2B的实施例。在图3A中还表示出同向磁通，而在图3B中表示出反向磁通。
在图4A及4B中表示这样的实施例，其中电磁执行机构132，134具有分开的衔铁144，146，与图1中类似。而在该实施例中，衔铁144，146相对磁芯140，142布置在相互相反的侧上。与此相应地，不同于其它实施例，在根据图4A及4B所示的实施例中，用于打开的电磁执行机构132被布置在下面，即比用于关闭的电磁执行机构134更靠近阀区域114。电磁执行机构132，134优选将磁芯140，142作为公共的磁芯148来分享。相应地，磁通ΦO及ΦC也可叠加。与图2A及2B或3A及3B类似地，在图4中也表示出一个结构，其中磁通ΦO及ΦC在公共的磁芯148中同向地设置，而在根据图4B的实施例中，该磁通反向地设置。
借助图1至4B中所示的实施例可实现上述优点。尤其关闭弹簧128可被设置得相对小和/或设有较小的预载荷，由此尤其可降低用于打开的电磁执行机构132的磁力需求量。此外衔铁130可被构型得小些。在所有实施例中关闭弹簧128可用作复位弹簧及可产生用于关闭燃料喷射器112的一个附加的加速力。由此可作到燃料喷射器112直至极限轨压的简单工作。在用于关闭的电磁执行机构134取消时，液压阀110可自行地关闭。借助在提出的一个或多个构型中所提出的液压阀110也可来修改现有的燃料喷射器112。该液压阀110对于高的工作压力(轨压)及同时很短开关时间的需求提供了特殊的优点。

Claims (12)

1.在用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器(112)中使用的液压阀(110)，其中，该液压阀(110)包括至少一个调节件(124)，其中，该液压阀(110)还包括至少一个第一电磁执行机构(132)及至少一个第二电磁执行机构(134)，其中该第一电磁执行机构(132)及该第二电磁执行机构(134)被设置来以彼此相反的力方向作用到所述调节件(124)上。
2.根据上一权利要求的液压阀(110)，其特征在于，该液压阀(110)还具有至少一个弹簧部件(126)，该弹簧部件作用在所述调节件(124)上。
3.根据上一权利要求的液压阀(110)，其特征在于，所述弹簧部件(126)至少部分地构造成关闭弹簧(128)，其中该关闭弹簧(128)被设置来对所述调节件(124)施加关闭力。
4.根据权利要求2或3的液压阀(110)，其特征在于，所述弹簧部件(126)被这样地构造，以致所述液压阀(110)在无所述第一电磁执行机构(132)及所述第二电磁执行机构(134)的力加载时处于关闭状态。
5.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，该液压阀(110)构造为非力均衡的和/或非压力均衡的液压阀(110)。
6.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，所述第一电磁执行机构(132)及所述第二电磁执行机构(134)包括至少一个衔铁(130)，该衔铁与所述调节件(124)相连接，其中所述第一电磁执行机构(132)具有一个第一磁铁线圈(136)，其中所述第二电磁执行机构(134)具有一个第二磁铁线圈(138)，其中所述衔铁(130)设置在所述第一磁铁线圈(136)与所述第二磁铁线圈(138)之间。
7.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，所述第一电磁执行机构(132)及所述第二电磁执行机构(134)包括至少一个公用的构件，尤其一个公用的衔铁(130)和/或一个公用的磁芯(148)，其中该液压阀(110)被这样地设置，使得该公用的构件能被施加同向的或反向的磁通。
8.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，所述第一电磁执行机构(132)及所述第二电磁执行机构(134)包括一个公用的衔铁(130)，该衔铁与所述调节件(124)相连接。
9.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，所述第一电磁执行机构(132)及所述第二电磁执行机构(134)至少部分地具有构件相同的磁芯(148)。
10.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，所述第一电磁执行机构(132)的和/或所述第二电磁执行机构(134)的至少一个磁芯(140，142；148)至少部分地由一个衔铁(130)和/或所述调节件(124)构成。
11.根据以上权利要求之一的液压阀(110)，其特征在于，所述第一电磁执行机构(132)具有一个第一衔铁(144)，其中该第一衔铁(144)与所述调节件(124)相连接，其中所述第二电磁执行机构(134)具有一个第二衔铁(146)，其中该第二衔铁(146)与所述调节件(124)相连接，其中所述第一电磁执行机构(132)具有一个第一磁铁线圈(136)，其中所述第二电磁执行机构(134)具有一个第二磁铁线圈(138)，其中所述第一衔铁(144)及所述第二衔铁(146)布置在所述第一磁铁线圈(136)及所述第二磁铁线圈(138)的相互相反的侧上。
12.用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器(112)，该燃料尤其来自一个高压存储器，其中该燃料喷射器(112)具有至少一个喷射孔及至少一个释放或关闭该喷射孔的喷射阀元件，其中该喷射阀元件通过至少一个根据以上权利要求之一的液压阀(110)来控制。
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