CN102016285B - 内燃机用燃料喷射阀 - Google Patents
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Abstract
内燃机用的燃料喷射阀，用于喷射处于高压下的燃料，具有喷嘴针(10)，该喷嘴针通过其纵向运动与阀座(13)配合作用并由此打开和关闭至少一个喷射口(12)，喷嘴针(10)由于控制腔(20)中的压力而承受指向阀座(13)方向的关闭力。在阀体(4)中构成一控制阀(30；30′；30″)，通过该控制阀可调节控制腔(20)中的压力，该控制阀(30；30′；30″)包括一与控制腔(20)连接的控制阀腔(21)，在控制阀腔中可纵向运动地安置了一控制阀元件(34；34′；34″)，通过它的纵向运动打开和关闭控制阀腔(21)与泄油腔(23)的连接，控制阀元件(34；34′；34″)被控制阀腔(21)中的压力包围并且构造，以致当控制阀元件(34；34′；34″)将控制阀腔(31)与泄油腔(23)的连接关闭时通过控制阀腔(21)中的压力没有或只有很小的合成液压力在纵向运动方向上施加在控制阀元件(34；34′；34″)上。
Description
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射阀，如用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。
现有技术
长时间以来在现有技术中已公知最好用于将燃料直接喷射到内燃机燃烧室中的燃料喷射阀。在按照所谓共轨原理工作的喷射系统中，借助高压泵在所谓（油）轨中提供压缩的燃料并且借助喷射器将其喷射到内燃机的对应燃烧室中。该喷射借助喷嘴针控制，该喷嘴针执行纵向运动并因此打开和关闭一个或多个喷射口。因为尤其在高压下喷射燃料时直接通过电致动器使喷嘴针运动是无意义的或不可能的，因而使用由来自喷嘴针的压缩燃料施加的液压力进行控制。为此在燃料喷射阀中构成一控制腔，其力直接或间接地作用在喷嘴针上并且喷嘴针因此被压到喷嘴座上，使得喷嘴针关闭喷射口。通过改变控制腔中压力并从而改变喷嘴针上的关闭力可有目的地控制喷嘴针的纵向运动。
控制腔中的燃料压力借助控制阀来影响，其中，控制腔交替地与在其中存在低压的泄油腔连接或者该连接被控制阀中断。由DE102004030445A1公开了一种燃料喷射阀，其具有一这种控制阀。该控制阀实施为所谓二位三通阀并且一方面控制该控制腔至高压源（压缩燃料从该高压源被输送到喷射阀）的连接，另一方面控制该控制腔到一具有低压的泄油腔的连接。控制阀具有一个控制阀元件，其借助一个电致动器，例如电磁铁或压电致动器，可在控制阀腔内部运动并与一第一控制阀座和一第二控制阀座配合作用。如果控制阀元件靠置在第一控制阀座上，则将控制阀腔到泄油腔或者与低压区域连接的泄漏接口的连接关闭。由于不仅从喷嘴针控制腔通入控制阀腔中的排出节流部、而且将高压通道与控制通道相连接的旁通节流部都通入到控制阀腔中，因而通过该排出节流部产生高压通道至控制腔的连接。
如果要使控制腔中的压力降低，则借助电致动器使控制阀元件运动，离开第一控制阀座靠置到第二控制阀座上。因此将控制阀腔至泄油腔的连接打开，同时将使高压通道与控制阀腔连接的旁通节流部关闭。由此产生的从控制腔排出节流部经控制阀腔至泄油腔的连接导致控制腔中的燃料压力流失并因此导致那里的相应的压力降，这导致喷嘴针上的关闭压力降低并最终导致喷嘴针从喷嘴座离开地运动并释放喷射口。
此外由WO2006/067015A1公开了一种完全类似地工作的控制阀，其基本上以相同的方式工作。该控制阀元件此处也被控制阀腔的燃料压力包围并因此全面地被控制阀腔的燃料压力加载。该控制阀以上所述以这种方式工作：控制阀元件开始时靠置在第一控制阀座上并通过一电致动器运动到控制阀腔中，直至它达到靠置在第二控制阀座上。在此该控制阀元件必须克服控制阀腔中的燃料压力运动离开第一控制阀座。因为在控制阀腔中开始时至少近似地存在喷嘴针控制腔中的压力，该压力又大致相当于输入的燃料高压，因此该力相当高，这要求具有相应高功率的、相应动力的致动器。
此外这些公知的控制阀具有缺点是，控制阀元件用一个强力弹簧预压紧到第一控制阀座上。这是必需的，以确保控制阀可靠关闭，即使施加在控制阀元件上的液压力由于控制阀元件在控制阀腔中的运动而强烈变化。但构造的很强力的关闭弹簧具有缺点，即控制阀元件即使在喷射压力相对较小、即在控制阀腔中仅存在小的燃料压力时也被该很强的弹簧压到第一控制阀座上。这导致第一控制阀座上的不必要的高磨损，这会不利地影响燃料喷射阀的使用寿命。
本发明的优点
根据本发明，提出一种内燃机用的燃料喷射阀，用于喷射处于高压下的燃料，具有一喷嘴针，该喷嘴针通过它的纵向运动与一阀座配合作用并由此打开和关闭至少一个喷射口，其中，该喷嘴针由于一控制腔中的压力而承受一指向阀座方向的关闭力，该燃料喷射阀还具有一在一阀体中构成的控制阀，通过该控制阀能够调节所述控制腔中的压力，其中，该控制阀包括一与该控制腔连接的控制阀腔，在该控制阀腔中，可纵向运动地安置一控制阀元件，该控制阀元件通过它的纵向运动打开和关闭控制阀腔与一泄油腔的连接，其中，该控制阀元件被控制阀腔中的压力包围并且如此构造，以致当控制阀元件将控制阀腔与泄油腔的连接关闭时，通过控制阀腔中的压力没有或只有很小的合成液压力在纵向运动方向上施加该在控制阀元件上。
与现有技术相比，具有上述特征的本发明燃料喷射阀的优点在于，借助控制阀能实现快速可靠的喷射转换并且因此能实现质量改善的喷射和更长的喷射阀使用寿命。为此，位于控制阀腔中的控制阀元件如此构造，使得不会通过控制腔中的压力而在控制阀元件飞纵向运动方向上施加合成的液压力。通过这种构型，控制阀元件在靠置在第一控制阀座上、即处于其相对泄油腔的关闭位置上时事实上或实际上是力平衡的。这使得能够借助相对弱的致动器使控制阀元件在控制阀腔中快速运动并且非常快速地实施转换过程。因为控制阀元件实际上是力平衡的，故相对弱的关闭弹簧就足够了，该关闭弹簧负责使控制阀元件在缺少其它力的情况下、尤其是在用来驱动控制阀元件的电致动器关断的情况下保留在其使泄油腔相对于控制阀腔关闭的、在第一控制阀座上的位置上。
在第一优选方案中，控制阀元件活塞形地构成并且为了打开和关闭控制阀腔与泄油腔的连接而与第一控制阀座配合作用。为此该控制阀元件在其背离该控制阀座的端部上在一套筒中被导向。通过该套筒确保，控制阀元件的与第一控制阀座相反向的端部不被控制阀腔的燃料压力加载，而是除了控制阀元件的外表面外仅一个区域被该压力加载，控制阀元件以该区域与第一控制阀座配合作用。如果控制阀元件的在在套筒中被导向的区域中的直径与第一控制阀座区域中的座区域的直径一样大，则当控制阀元件靠置在第一控制阀座上时不会有合成的液压力作用在控制阀元件上，因此它是力平衡的。
为了确保控制阀元件的运动性，被套筒和控制阀元件限界的空间是一个低压腔，它总是泄压的。在此有利的是，该低压腔与泄油腔相连接，在泄油腔中总是存在低的压力。
借助弹簧使控制阀元件压到第一控制阀座上，该弹簧有利地在压力预压紧的情况下安置在套筒和控制阀元件之间，因此一方面控制阀元件被压到第一控制阀座上，另一方面套筒压到控制阀腔的与第一控制阀座相反向的壁部上。
在另一个优选方案中，控制阀元件构造为销柱形并具有一盲孔，该盲孔从控制阀元件的与第一控制阀座相反向的端部开始、即与第一控制阀座相反向地敞开。在该盲孔中密封地安置一内套筒，使得通过控制阀元件和内套筒限界一低压腔，该低压腔又有利地通过一个在内套筒中延伸的纵向孔与一个低压腔、最好是泄油腔连接。在该布置中，关闭弹簧可以压力预压紧的情况下安置在低压腔的内部，即在内部导向套筒和控制阀元件之间，因此该关闭弹簧不被控制阀腔的燃料压力直接加载。
在另一个优选方案中，控制阀腔可与燃料喷射阀的引导燃料高压的区域通过一个旁通节流部相连接。在此该旁通节流部这样布置，使得它在控制阀元件从第一控制阀座滑动到第二控制阀座中时被封闭，而在控制阀元件靠置在第一控制阀座上时，该旁通节流部负责使在控制阀腔中并因此也在喷嘴针的控制腔中快速建立压力。
附图说明
在附图中描述了本发明燃料喷射阀的不同实施例。附图示出：
图1 本发明燃料喷射阀的纵剖图，其中仅示出主要的部分，
图2 图1的控制阀的放大图，
图3 以与图2相同的视图示出本发明燃料喷射阀的另一实施例，和
图4 另一实施例的示意性构造。
具体实施方式
图1示出本发明燃料喷射阀1的纵剖图。燃料喷射阀1具有一个保持体2、一个阀体4、一个节流板6和一个喷嘴体8，它们以该顺序相互靠置。这些构件通过一个夹紧螺母9相互压紧，该夹紧螺母支撑在喷嘴体8的一个肩上并通过螺纹保持在保持体2上。在喷嘴体8中构成一压力腔14，在该压力腔中安置一个纵向可移动的活塞形的喷嘴针10。喷嘴针10在其朝向燃烧室的端部上具有一密封面11，借助该密封面，喷嘴针10与喷嘴座13配合作用，该喷嘴座构造在压力腔14的燃烧室侧端部上。从喷嘴座13引出一个或多个喷射口12，它们在燃料喷射阀1已装入的情况下直接通入内燃机的燃烧室中。喷嘴针10在中部区段中在压力腔14中被导向，其中，燃料通过多个削扁部15被引导至喷射口12。
喷嘴针10在它背离阀座的端部上在一个套筒22中被导向，其中，套筒22通过一个关闭弹簧18压到节流盘6上，关闭弹簧18围绕喷嘴针10并且背离套筒22支撑在一个凸缘16上。通过套筒22、喷嘴针10的背离阀座的端面和节流盘6限界一控制腔20，该控制腔被充注了燃料，使得通过控制腔20中的压力在喷嘴针10的背离阀座的端面上施加一液压力并且一个力在喷嘴座13的方向上施加在该喷嘴针10上。
在保持体2、阀体4和节流盘6中构成一个输入通道25，通过输入通道，压缩燃料在高压下被从燃料高压源导送到压力腔14中。如图2中再次放大描述的那样，输入通道25通过一个在节流盘6中延伸的输入节流部40与控制腔20连接。这样，带有一定时间延迟地在高压通道25和控制腔20之间总是产生相同的燃料压力。
为了控制控制腔20中的燃料压力，在阀体4中设置一个控制阀30，其中，控制阀30具有一个控制阀腔31，其构造为阀体4中的空腔。该控制阀腔31通过一个在节流盘6中构成的排出节流部42与喷嘴体8中的控制腔20连接。一个可纵向运动的控制阀元件34安置在控制阀腔31中，其中，控制阀元件34具有活塞形的造型并且在它背离节流盘6的端部上具有一蘑菇状的扩宽部，在该扩宽部上构造有一个密封面52，借助该密封面，控制阀元件34与第一控制阀座37配合作用，该第一控制阀座构造在控制阀腔31的内侧。
控制阀元件34在其背离第一控制阀座37的端部上在一个套筒36中被导向，该套筒以一个端部支撑在节流盘6上，在该套筒和控制阀元件34之间安置了一个处在预压力下的弹簧38。通过弹簧38的力，一方面使控制阀元件34压到第一控制阀座37上，另一方面使套筒36压到节流盘6上。控制阀元件34在控制阀腔31中的运动通过一个活塞32实现，该活塞安置在保持体2中并且通过一个电致动器可在它的纵轴向上运动，例如通过一个电磁铁或一个压电致动器。活塞32在此位于一个泄油腔23中，该泄油腔始终是泄压的并且具有低的燃料压力。
通过套筒36、控制阀元件34和节流盘6限界一个低压腔54，该低压腔通过一个泄油出口45总是泄压的。在此该泄油出口45例如可以表示与泄油腔23的连接。
该燃料喷射阀的功能方式如下：在喷射开始时控制阀元件34被弹簧38驱动处于靠置在第一控制阀座37上的位置。控制阀腔31通过排出节流部42与控制腔20连接并且该控制腔又通过输入节流部40与高压通道25连接，因此不仅在控制腔20中而且在控制阀腔31中产生如在输入通道25中存在的那样的高燃料压力。低压腔54则是无压力的或只在很低的压力水平上，因此低压腔54中的压力在控制阀元件34上仅施加小的力。控制腔20中的燃料压力则在喷嘴针10的背离阀座的端侧上施加一个朝向喷嘴座13方向的液压力，该液压力将喷嘴针10压到喷嘴座13上。因为喷嘴针10靠置在喷嘴座13上，压力腔14被相对于喷射口12密封，因此没有燃料能从压力腔14到达内燃机的燃烧室中。如果要进行喷射，则借助一个在附图中未示出的电致动器使活塞32朝喷嘴体8方向运动，使得控制阀元件34运动离开第一控制阀座37而靠置在第二控制阀座39上。从而，在控制阀元件34的密封面52和第一控制阀座37之间产生连接，该连接使控制阀腔31与泄油腔23连通，以致控制阀腔31中的压力迅速下降。从控制腔20经排出节流部42向控制阀腔31中后续流出的燃料在控制阀腔20中也导致压力下降，其中，排出节流部42和输入节流部40是如此确定尺寸的，以便通过排出节流部42后续流过的燃料比在相同时间段中通过输入节流部40从高压通道25补充流过的燃料更多。在控制腔20中下降的燃料压力导致作用在喷嘴针10的背离阀座的端面上的液压力减小，以致否则作用在喷嘴针10上、尤其作用在密封面11的一部分上的液压力导致喷嘴针10从喷嘴座13抬起并且逆着弹簧18的力向节流盘6的方向运动。由此在密封面11和喷嘴座13之间打开一个隙缝，通过该缝隙燃料从压力腔14流向喷射口12并通过喷射口12喷射到内燃机的燃烧室中。为了结束喷射，又操作电致动器，控制阀元件34通过活塞32运动返回到靠置在第一控制阀座37上的状态。因为控制阀腔31与泄油腔23的连接此时是中断的，故通过输入节流部40快速地又在控制腔20中建立高的燃料压力并且通过排出节流部42也在控制阀腔31处建立高的燃料压力。
控制阀元件34在其密封面52上具有一个密封棱边50，控制阀元件34用该密封棱边靠置在第一控制阀座37上。在此，密封棱边50的直径相当于控制阀元件34的在套筒36中被导向的区段的直径。因为控制阀腔31的燃料压力只施加在密封面52的在径向上处于密封棱边50之外的部分上，故该液压力被相应的、作用在控制阀元件34的蘑菇状扩宽部下侧面上的反力补偿，使得控制阀元件34不会由于控制阀腔31中的燃料压力而承受在它的纵向运动方向上作用的合成液压力，因此是力平衡的。
在图3中以与图2相同的图示出控制阀30'的另一实施例，其中，相同的构件设有相同的参考标号并且在此省去了对与图2中相同的构件的详细说明。控制阀活塞34'在该实施例中具有一盲孔33，该盲孔的敞开端部背离第一控制阀座37。在盲孔33中安置一内套筒48，该内套筒具有一纵向通道49，该纵向通道延伸穿过内套筒48的整个长度。通过内套筒48和控制阀元件34'限界一个低压腔54'，在该低压腔中安置一个弹簧38'。此处弹簧38'被预压紧，负责使内套筒48压到节流盘6上、即压到第二控制阀座39上并且另一方面使控制阀元件34'压到第一控制阀座37上。通过纵向孔49，该低压腔54'与一泄油出口45连接，因此控制阀元件34'的内腔、即低压腔54'总是无压力的。
为了达到控制阀元件34'的力平衡，控制阀元件34'的密封棱边50如此构造，以致它具有与内套筒48相同的直径。在控制阀30'关闭的状态下，即当控制阀元件34'靠置在第一控制阀座37上时，密封面52'仅有径向处于外部的部分被控制阀腔31中的燃料压力加载，这引起朝向第二控制阀座39方向的合成液压力。但同时该控制阀元件34'的朝向第二控制阀座39的表面也被控制阀腔31中的燃料压力加载，使得两个液压力相互平衡并且控制阀元件34'是力平衡的。
控制阀31'的其余功与在图2中示出的实施例相同，除了旁通节流部43，该旁通节流部附加地设置在节流盘6中。旁通节流部43使压力腔14与控制阀腔31连接，其中，旁通节流部43如此通入到控制阀腔31中，以致当该旁通节流部靠置在第二控制阀座39上时该旁通节流部被控制阀元件34'关闭。因此在控制阀30'打开的情况下可防止：控制腔20中的压力下降减缓并因此导致喷嘴针10延迟打开。但在喷射结束时，即当控制阀元件34'又移动到靠置在第一控制阀座37上时，控制阀腔31通过旁通节流部43又被非常快速地充注以处于高压下的燃料，使得控制腔20不仅通过输入节流部40、而且通过经由排出节流部42从控制阀腔31输入燃料而被非常快速地充注以处于高压下的燃料，这导致喷嘴针10快速关闭。这是特别重要的，以使燃料不会由于低压下缓慢关闭的喷嘴针10而通过喷射口12而滴注到内燃机的燃烧室中，那样会导致富含有害物的燃烧。
在图4中描述了本发明控制阀30"的另一实施例。该图是示意性的，和图2的控制阀的区别在于，低压腔54不是通过构造在节流盘6中的泄油出口45泄压，而是通过在控制阀元件34"中延伸的纵向通道46和与该纵向通道相交的横向通道47泄压，该横向通道最终通入到一环形腔55中，该环形腔通过一个泄油连接56泄压。环形腔55位于第一控制阀座37的下游，因此，与通过节流盘6中的附加的、必须通过阀体4中的一附加通道与泄油腔23连接的泄油出口45相比，总体提供了一种更简单的结构。
Claims (10)
1.内燃机用的燃料喷射阀，用于喷射处于高压下的燃料，具有一喷嘴针(10)，该喷嘴针通过它的纵向运动与一阀座(13)配合作用并由此打开和关闭至少一个喷射口(12)，其中，该喷嘴针(10)由于一控制腔(20)中的压力而承受一指向阀座(13)方向的关闭力，该燃料喷射阀还具有一在一阀体(4)中构成的控制阀(30)，通过该控制阀能够调节所述控制腔(20)中的压力，其中，该控制阀(30)包括一与该控制腔(20)连接的控制阀腔(31)，在该控制阀腔中，以能纵向运动的方式安置一控制阀元件(34；34'；34")，该控制阀元件通过它的纵向运动打开和关闭控制阀腔(31)与一泄油腔(23)的连接，其中，该控制阀元件(34；34'；34")被控制阀腔(31)中的压力包围并且如此构造，以致当控制阀元件(34；34'；34")将控制阀腔(31)与泄油腔(23)的连接关闭时，通过控制阀腔(31)中的压力没有或只有很小的合成液压力在纵向运动方向上施加在该控制阀元件(34；34'；34")上，控制阀元件(34；34'；34")构造为活塞形的并且与第一控制阀座(37)配合作用以便打开和关闭所述控制阀腔(31)与泄油腔(23)的连接，其特征在于，控制阀元件(34；34'；34")在它的背离第一控制阀座(37)的端部处在一套筒(36)中被导向，该套筒限界一低压腔(54)，该低压腔始终是泄压的。
2.按权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于，控制阀元件(34；34'；34")具有一环绕的密封棱边(50)，该控制阀元件(34；34'；34")用该密封棱边与第一控制阀座(37)配合作用。
3.按权利要求2的燃料喷射阀，其特征在于，控制阀元件(34；34")的在套筒(36)中被导向的区段具有至少近似与密封棱边(50)相同的直径。
4.按权利要求1，2或3的燃料喷射阀，其特征在于，在套筒(36)和控制阀元件(34；34")之间安置一预压紧的弹簧(38)，使得控制阀元件(34；34")被压到所述控制阀座(37)上。
5.内燃机用的燃料喷射阀，用于喷射处于高压下的燃料，具有一喷嘴针(10)，该喷嘴针通过它的纵向运动与一阀座(13)配合作用并由此打开和关闭至少一个喷射口(12)，其中，该喷嘴针(10)由于一控制腔(20)中的压力而承受一指向阀座(13)方向的关闭力，该燃料喷射阀还具有一在一阀体(4)中构成的控制阀(30)，通过该控制阀能够调节所述控制腔(20)中的压力，其中，该控制阀(30)包括一与该控制腔(20)连接的控制阀腔(31)，在该控制阀腔中，以能纵向运动的方式安置一控制阀元件(34；34'；34")，该控制阀元件通过它的纵向运动打开和关闭控制阀腔(31)与一泄油腔(23)的连接，其中，该控制阀元件(34；34'；34")被控制阀腔(31)中的压力包围并且如此构造，以致当控制阀元件(34；34'；34")将控制阀腔(31)与泄油腔(23)的连接关闭时，通过控制阀腔(31)中的压力没有或只有很小的合成液压力在纵向运动方向上施加该在控制阀元件(34；34'；34")上，控制阀元件(34；34'；34")构造为活塞形的并且与第一控制阀座(37)配合作用以便打开和关闭所述控制阀腔(31)与泄油腔(23)的连接，其特征在于，控制阀元件(34')具有一盲孔(33)，该盲孔朝向该控制阀元件(34')的背离所述控制阀座(37)的端部敞开，在该盲孔(33)内安置了一内套筒(48)，该内套筒(48)具有一纵向孔(49)，盲孔(33)通过该纵向孔始终与一泄油出口(45)连通。
6.按权利要求5的燃料喷射阀，其特征在于，在该盲孔(33)内安置了一弹簧(38')，该弹簧在预压紧状态下安置在内套筒(48)和控制阀元件(34')之间，使得控制阀元件(34')被弹簧(38')压到所述第一控制阀座(37)上。
7.按权利要求5的燃料喷射阀，其特征在于，控制阀腔(31)通过一旁通节流部(43)能够与该燃料喷射阀的引导燃料高压的区域连接。
8.按权利要求7的燃料喷射阀，其特征在于，控制阀元件(34')在靠置到控制阀座(37)上时使旁通节流部(43)打开，并且，为了打开控制阀腔(31)和泄油腔(23)之间的连接，控制阀元件(34')通过纵向运动使该旁通节流部(43)封闭，其方式是，该控制阀元件(34')靠置到第二控制阀座(39)上。
9.按权利要求8的燃料喷射阀，其特征在于，控制阀元件(34；34'；34")在它的打开位置中靠置到在节流盘(6)上构成的第二控制阀座(39)上。
10.按权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于，低压腔(54)通过一在控制阀元件(34")中延伸的通道(46；47)泄压。
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