CN102588172B - 喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射器（101），其具有控制阀（117），控制阀用来开通用于控制喷嘴针位置的控制室（121）与流体回馈管路（205）的前室（111）之间的连接，其中在前室（111）中设置有压力补偿机构，压力补偿机构用来补偿前室压力的变化。

Description

喷射器

技术领域

本发明涉及一种喷射器。

背景技术

用于把燃油喷射到内燃机燃烧室中的已知的喷射器通常包括控制阀，用来开通用于控制喷嘴针位置的控制室与流体回馈管路的前室之间的连接。

通过喷射与开关泄露进行的燃油获取在喷射器的高压和低压区域中引起压力波动。

喷射器通常具有面积较大的膜片，该膜片使得执行器相对于燃油密封，在低压区域中压力通常约为2.3巴，由于所述喷射器的控制阀执行器伸入到低压区域中，故因低压区域中的不同的压力状况致使执行器的运动易受干扰，进而使得所喷射的燃油量易受干扰，因为通过膜片面有明显的额外力部分地作用到执行器上。

在每个发动机循环的第一次喷射时，即在执行器的运动期间-这种运动在采用压电元件作为执行器的情况下是延展，位于膜片面之前的液态的燃油必定被推走。在压电元件的情况下，这种推走必定在压电元件的充电时间内发生。压电元件的充电时间尤其为200μs。不可压缩的液体柱的惯量在此引起例如40巴的压力尖峰，进而引起大的反作用力。在放电时在膜片收缩期间，在膜片之前产生真空，因为液体柱仍继续移动离开膜片。经过一定的时间之后，液体即燃油才又返回到执行器膜片前室中，要么受泄露超压的驱动，要么由于泄露室中的压力波动反射引起。

因而在第一次喷射之后的喷射时，在执行器膜片之前产生不确定的状况例如压力状况：这里要么有真空或从燃油排出的空气，要么有液体。

不同的反作用力还引起不同的阀运动，进而引起不同的喷射量。

发明内容

本发明的目的因而在于，提出一种喷射器，其克服了已知的缺点，且能实现规定的流体喷射量。

该目的通过独立权利要求的所述内容得以实现。有利的设计是从属权利要求的所述内容。

根据一个方面，提出一种喷射器，其具有控制阀，用来开通用于控制喷嘴针位置的控制室与流体回馈管路的前室之间的连接。在前室中设置有压力补偿机构，用来补偿前室压力的变化。本发明意义下的流体尤其可以包括气体或液体。流体优选是燃油，例如是柴油或汽油。

在喷射过程期间在前室中出现的压力变化借助压力补偿机构以有利的方式得到补偿，从而在前室中产生恒定的压力状况。此点还有利地使得在多次喷射情况下或者在长时间的待机时间之后致使例如气体已聚集在执行器膜片之前时不会出现喷射量错误。喷射器因而为每个喷射过程都提供了精确规定量的流体特别是燃油。

此外，压力补偿机构还以有利的方式防止在执行器运动时出现反作用力。由此可以把执行器设计得特别小，因而廉价。就此而言，在操纵执行器时必定提供较少的能量。执行器的控制器因而也可以设计得廉价而小巧，因为它是为较少的能量和较少的损耗功率而设计的。

此外，喷射器的工作噪声减小了。也就是说，喷射器的声音较低，其原因如下。流体例如燃油的喷射量不再因低压波动和/或低压效应而发生错误。因而在执行器膜片之前不再产生低压，不再出现排出气体的现象。这些过程往往会产生明显的声音，因而减小或消除这种声音将使得工作噪声减小。

根据一种实施方式，压力补偿机构包括至少一个相对于前室密封的本体，在该本体中设置有可压缩的介质。由此可以使得压力补偿机构灵活地适应于前室几何形状。根据另一实施方式，也可以设置多个这种本体。本体优选是可压缩的本体。这特别意味着，它可以顶锻和延展，以此改变本体的内部容积。本体也可以刚性地设计。于是在这种情况下，本体包括压力补偿阀，从而能使得本体的内部压力与前室压力平衡。

根据另一实施方式，介质包括气体。气体具有的优点是，它尤其可压缩，从而这种本体能补偿明显的压力变化。气体优选是空气。空气具有的优点是，它不必繁琐地制造，且对健康无害。

根据另一种实施方式，介质包括泡沫材料。泡沫材料尽管压缩能力强，却也提供了高的形状稳定性，使得相应的本体也有这种特性。优选设置有封闭-多孔的泡沫材料。特别是可以设置有闭孔的、开孔的或混合孔的泡沫材料。泡沫材料例如也可以形成为整体泡沫。

根据另一种实施方式，可以设置有多个本体，在这些本体中设置有不同的或相同的可压缩的介质。

根据另一种实施方式，设置有用来操纵控制阀的执行器，其中本体形成为使得执行器相对于前室密封的双壁的膜片，在该本体中优选设置有可压缩的介质。双壁的膜片因而以有利的方式既起到使得执行器相对于流体特别是燃油密封的作用，又起到补偿在前室中出现的压力变化的作用。膜片优选焊接和/或粘接在执行器壳体上。由此能以有利的方式实现可靠且持久地固定膜片。根据另一实施方式，双壁的膜片也可以置于已有的执行器膜片上，从而能以有利的方式特别简便地加装已知的喷射器。

根据另一实施方式，执行器是压电元件。在这种情况下，执行器也可以称为压电执行器。为了实现相应的执行器运动，压电元件仅需相对小的电压，同时足够热稳定和振动稳定，从而例如能满足自动化领域的要求。压电元件特别是可以在不到100μs以内操纵控制阀，即打开或关闭控制阀。优选压电元件采用所谓的多层技术形成为堆垛，在该堆垛中有多个独立的陶瓷小板相互连接。

根据另一实施方式，压力补偿机构可以具有双壁的膜片和一个或多个其它的本体，这些本体均包括可压缩的介质，其中相应的介质可以相同或不同。

根据另一实施方式，本体具有环形、球形或多边形。在设置有多个本体时，这些本体可以具有相同的形状或不同的形状。适当地选择合适的形状，就能特别有效地利用前室中的空间。特别是可以考虑前室的几何形状。若设置有多个本体，则这些本体可以按照它们的形状特别节省空间地堆叠起来，并设置在前室中。多边形优选包括矩形、特别是方形、八边形或六边形。

附图说明

下面借助优选的实施例并对照附图详细地阐述本发明。图中示出：

图1为本发明的喷射器的横剖视图；

图2为根据现有技术的喷射器的前室的详图；

图3为图1的喷射器的前室的详图；和

图4为图1的喷射器的前室的另一设计方案的详图。

具体实施方式

图1所示为本发明的喷射器101的横剖视图。喷射器101包括电接头103，用于给设置在执行器壳体107中的压电执行器105供电。执行器壳体107借助双壁的膜片109相对于前室111流体密封地密封。前室111置于流体回馈管路（未示出）之前，并与其流体连接，因而也可以把前室111称为流体回馈管路的前室。喷射器101还具有低压接头113，其上连接着流体回馈管路。双壁的膜片109将在图3中予以详述。

在前室111中还设置有执行器活塞115，从而可把压电执行器105的延展传递到控制阀117上。压电执行器105就此通过执行器活塞115与控制阀117耦接。执行器活塞115也可以称为控制阀执行器。控制阀117使得前室111与控制室121之间的连接通道119打开或封闭。连接通道119优选是节流件。

在控制室121中还设置有控制活塞123，该控制活塞能操纵喷射器喷嘴127的喷嘴针125。喷嘴针125设置在喷嘴高压腔129中，燃油例如柴油或汽油被引入到该喷嘴高压腔中。为此，喷射气球101具有流体接头131，该流体接头是燃油接头。根据一种未示出的实施方式，流体接头131包括过滤器，以便采用有利的方式对引入到喷射器101中的流体进行过滤。流体接头131还具有入口节流件133。

下面详细地阐述本发明的喷射器101的工作方式。

在未控制喷射器101时，具有通常为1000巴-2000巴的高压力的燃油既位于控制室121中，又位于喷嘴的高压腔即喷嘴高压腔129中。控制室121与流体回馈管路之间的连接通道119借助控制阀117被封闭。在控制室121中通过燃油高压力施加到喷嘴针125上的液压力大于作用在喷嘴针尖端135上的液压力，因为控制室121中的控制活塞123的面积大于喷嘴针125下面的自由面积。喷射器101的喷射器喷嘴127就此封闭。

在例如采用给压电执行器105施加电压的方式来控制喷射器101时，压电执行器105就会通过执行器活塞115顶压控制阀117，使得连接通道119朝向流体回馈管路开口。由此在控制室121中出现压力降，且作用在喷嘴针尖端135上的液压力大于作用在控制活塞123上的力。喷嘴针125朝向控制室121移动，就此打开喷射器喷嘴127。于是，燃油经过喷射器喷嘴127的喷射孔（未示出）进入到内燃机（未示出）的燃烧室（未示出）中。

在内燃机不工作时，控制阀117和喷射器喷嘴127优选利用由弹簧137提供的弹性力被关闭。

图2所示为根据现有技术的喷射器203的前室201的详细剖视图，其中这种公知的前室201的构造至少部分地类似于图1的喷射器101的前室111。就此在相应的位置给相同的部件标上相同的附图标记。

图2示出了图1中未示出的流体回馈管路，其在此标有附图标记205。为明了起见，位于前室201中的燃油用阴影线示出。

公知的前室201与本发明的喷射器101的前室111之间的主要区别是，使得压电执行器105相对于前室201流体密封地密封的膜片并不是双壁的膜片，而是单壁的膜片207。由于移动的流体柱而形成的压力变化在此无法得到补偿，这带来了开头部分所述的已知的缺点。

现在，图3示出了图1的喷射器101的前室111的详细剖视图。燃油在此也用阴影线示出。看清楚地看到双壁的膜片109，其使得压电执行器105流体密封地相对于前室111密封，从而以有利的方式使得流体不会进入到执行器壳体107中。双壁的膜片109优选焊接到执行器壳体107上，但也可以与其粘接，或者两种情况都有。在由双壁构成的空间中布置有可压缩的介质301。若前室111中的压力上升，可压缩的介质301就受到压缩。若前室111中的压力下降，可压缩的介质301就膨胀。由此能以有利的方式补偿前室111中的压力变化，使得在双壁的膜片109之前产生恒定的始终都相同的压力状况。这样就能以有利的方式避免流体喷射量错误，否则在多次喷射情况下或者在长时间的待机时间之后致使气体聚集在膜片109之前时，就会出现所述错误。双壁的膜片109就此也可以称为压力补偿机构。

可压缩的介质301例如可以是气体或泡沫材料，尤其是封闭-多孔的泡沫材料。

图4以剖视图示出了前室111的另一种设计方案。燃油在此也用阴影线示出。在这里，为了使得压电执行器105密封，并无类似于图3的双壁的膜片，而是构造了单壁的膜片401。作为用于补偿前室111中的压力变化的压力补偿机构，构造有设置在前室111中的可压缩的环形件403。可压缩的环形件403包括可压缩的本体405，可压缩的介质407布置在该可压缩的本体中。本体405使得可压缩的介质407相对于前室111密封。可压缩的介质407优选可以是气体和/或泡沫材料，尤其是封闭-多孔的泡沫材料。

按照一种未示出的实施方式，可以既使得用于将压电执行器105相对于前室111密封的双壁的膜片类似于图3来构造，又使得可压缩的环形件类似于图4来构造。按照另一种未示出的实施方式，附加于或替代于可压缩的环形件，也可以构造可压缩的立方体、可压缩的球体和/或一个或多个可压缩的部分环形件。在相应的本体中的相应的可压缩的介质可以相同或不同。

Claims (4)

1.一种喷射器（101），具有控制阀（117），控制阀用来开通用于控制喷嘴针位置的控制室（121）与流体回馈管路（205）的前室（111）之间的连接，其特征在于，在前室（111）中设置有压力补偿机构，压力补偿机构用来补偿前室压力的变化，其中压力补偿机构具有至少一个相对于前室（111）密封的本体（405），在该本体中设置有可压缩的介质（301、407），且其中设置有用来操纵控制阀（117）的执行器（105），其中本体（405）形成为使得执行器（105）相对于前室（111）密封的双壁的膜片（109）。

2.如权利要求1所述的喷射器（101），其中可压缩的介质（301、407）包括气体。

3.如权利要求1或2所述的喷射器（101），其中可压缩的介质（301、407）包括泡沫材料。

4.如前述权利要求1至2中任一项所述的喷射器（101），其中本体（405）具有环形（403）、球形或多边形。