CN103282645A - 用于内燃机的燃料喷射系统的压力转换阀 - Google Patents

Abstract

在用于内燃机的燃料喷射系统的压力转换阀中，该压力转换阀具有一缸(42)，一用于选择式地关闭一入口（46）的关闭体（44）能够在该缸中运动，所述关闭体（44）设置有第一作用面（48），用于打开所述入口（46）的液压压力作用到该第一作用面上，并且，所述关闭体（44）具有第二作用面（50），所述第二作用面构造得大于所述第一作用面（48）。在图中示出压力调节阀（28），该压力调节阀根据低压输送管道（18,66）中的压力和第一（48）和第二（50）作用面上的液压压力控制通过出口（54）的燃料。

Description

用于内燃机的燃料喷射系统的压力转换阀

本发明涉及一种用于内燃机、尤其汽油发动机或奥托发动机的燃料喷射系统的压力转换阀，具有一缸，一用于选择式地关闭一入口的关闭体可在该缸中运动，并且其中，该关闭体设置有第一作用面，用于打开入口的液压压力作用到该第一作用面上。此外，本发明涉及一种具有这类压力转换阀的燃料喷射系统。

这类燃料喷射系统包括高压区域（轨）和低压区域，燃料通过管道从箱优选借助于低压泵输送给这些区域。附加地，高压区域前面连接一高压泵，该高压泵将用于直接喷射或者高压喷射的燃料压力提高优选直到大约200bar。即，燃料首先通过低压泵到达高压泵,该高压泵附加地提高燃料压力。为了调节泵的输送量通常使用一流量控制阀，该流量控制阀使得能够调节由高压泵产生的压力，其方式是，它作为阀能够使燃料从泵输送室向低压区域流回。替代地，可以将一电磁压力调节阀设置在轨道上，该电磁压力调节阀可使燃料从轨道向低压区域流回。

在汽油机中已知的直接喷射装置以直到200bar的喷射压力工作。在此，根据运行点在40bar到200bar的范围内调节该压力。产生高压的现有技术是具有一在机械上由内燃机驱动的活塞泵的系统，该系统具有流量控制阀并且具有高压传感器。泵的输送量通过流量控制阀改变。连同所测量的高压信号，发动机控制器将压力调节到希望的水平上。喷射阀的控制以所测量的压力信号为基础来实现。

由DE102005022661A1已知一种用于内燃机的、具有压力转换阀的流体泵或者燃料高压泵，该压力转换阀配属于流体泵的输送室和低压入口。此外，在那里设置有至少一个阀装置。压力转换阀可以在流体泵的吸入阶段期间阻断输送室和低压入口之间的连接。压力转换阀应包括至少一个第二阀装置，该第二阀装置平行于第一阀装置接通。然而，使用两个不同的并且平行地布置的阀装置导致复杂的结构。

根据本发明，实现一种用于内燃机的燃料喷射系统的压力转换阀或者压力调节阀，具有一缸，用于选择式地关闭一入口的关闭体可在该缸中运动，并且该关闭体设置有第一作用面，用于打开该出口的液压压力作用到该第一作用面上。该关闭体还具有第二作用面，该第二作用面构成得大于第一作用面。

这类压力转换阀运转如下：首先，关闭体将入口这样长时间地关闭，直到压力在第一作用面上上升到压力值p1。压力值p1和由此在第一作用面上实现的力恰好这样大，使得关闭体被然后在第一作用面上起作用的压力移动进而入口被打开。

由此，燃烧物质或者燃料能够经入口流入到压力转换阀中。流动的燃料仅在大于第一作用面的第二作用面上起作用。由于作用面大小方面的差别，入口上的压力下降到压力值p2，其中，压力值p2小于压力值p1。根据第一和第二作用面的大小比例，压力值p2能够显著小于压力值p1。

通过特别优选活塞形的、具有两个不同大小的作用面的关闭体的所提出的构型，实现，处于高压下的燃料首先作用在较小的作用面上并且打开该关闭体，但是紧接其后流经压力转换阀或者说其缸并且触及到较大的作用面，从而该阀被更容易地继续压开并且仅以小的过压将燃料输送回到低压区域中。

由此，根据本发明实现一种压力转换阀，该压力转换阀具有非常简单的结构。与已知的系统相比，有利地避免费事的电控制装置，因为该问题被机械地解决。由此，也因而省去否则需要的电部件布线。也省去对控制器或者电末级（Endstufe）的依赖性。通过本发明，可以实现具有独立的、不依赖控制器的调节装置的燃料喷射系统。

此外，通过本发明省去燃料喷射系统中另外的部件。附加的高压传感器不再必要。因此它是低成本的系统。

附加地有利的是，高压泵的损耗功率由于压力调节的这种方式是小的。也就是说，由于关闭体的较大的第二作用面，使不必要的燃料量回到低压区域中的活塞行程的或者说关闭体行程的剩余输送可以更轻便。由此，凸轮传动机构上的、对于高压泵的剩余输送必要的驱动力矩相应更小。

这种系统的另一优点是，泵输送室中的高压在阀打开之后立即降低并且仅以小的过压向低压区域回输，从而燃料也仅少地变热。这降低功率损耗。

此外，在缸上有利地设置一出口，关闭体选择式地关闭该出口。一旦关闭体被从其静止位置或者说其关闭入口的位置压回了一确定的距离，该关闭体就释放该出口或者该排出口。然后，带有过压的燃料又经出口从压力转换阀中流出。这导致，压力转换阀中的压力如所阐明的那样降低并且作用到关闭体上的反力变得比燃料的压力所能够施加到第二作用面上的力更强。由此，关闭体又向其静止位置的方向运动并且关闭出口进而又关闭压力转换阀。

有利地，关闭体借助于弹簧或者弹簧元件弹动地抵着入口预紧。以这种方式,由该弹动的预紧将压紧力形成到优选构型为活塞的关闭体上。该压紧压力逆着燃料的作用到第一或者第二作用面上的力作用。通过合适地选择优选布置在缸自身中的弹簧可以由此选择压力级，压力转换阀在这些压力级上打开和关闭。

替代地或者附加地，在根据本发明的压力转换阀的情况下，关闭体借助于流体压力抵着入口弹动地预紧。作为流体尤其使用处于压力下的气体。这种流体的应用也给予关闭体减振作用。这改进关闭体的振动行为进而改进燃料压力的调节。

根据另一改进方案，缸具有压力室，关闭体密封该压力室。在此，关闭体优选构型为活塞或者膜片，该膜片在缸内部在空间上分隔压力室。借助缸内部的空间分隔，使得能够在压力转换阀中出现不同的压力。这样，用于关闭压力转换阀的流体压力可以连同弹簧力一起在压力室中施加，而燃料的压力或者过压施加在缸的其余区域中。

根据另一改进方案，缸具有入口室，入口通入到该入口室中。此外，管道从入口室通向所提到的压力室。这样设计，在压力转换阀中进行压力补偿。该压力补偿影响在压力室中弹动地预紧的关闭体的流体的减振作用。通过压力补偿能够在例如出现能触发短时强烈的压力冲击的压力波动的情况下预防性地防止损坏。

入口优选能够以关闭体的第一作用面关闭并且该关闭以具有阀座的座阀（Sitzventil）的形式构成。这产生结构简单并且有效的、关闭和打开压力转换阀的可能性。在已知为碟阀的座阀的情况下，关闭体构造成碟形的并且这样以它的边缘放置在进入口上，使得该进入口被关闭和密封。

根据另一改进方案，关闭体的第二作用面构造在一活塞上，该活塞与缸共同作为滑阀起作用或者构成滑阀。通过附加地使用作为滑阀（也已知为活塞阀）的关闭体或者活塞可以改进地控制燃料过压。为了调节压力而使用滑阀虽然常见，但在关闭体的当前形式中这样构想，使得它既作为滑阀也作为座阀起作用或者说能够被使用。

本发明最后也规定根据本发明的压力转换阀在泵的燃料喷射系统中的应用，其中，泵具有泵室，该泵室借助于第一管道与压力转换阀的入口连接。此外，在这里设置通入到泵室中的第二管道，和连接压力转换阀的一个或者该入口与该第二管道的第三管道。

以该方式使用的压力转换阀能够这样调节在泵或者高压泵中出现的过压，使得没有不允许的过压施加到这些喷射阀上并且能够不损坏这些喷射阀。压力转换阀在超过额定压力的情况下又以低的压力将燃料引回到在高压泵之前的燃料回路中，即，引回到高压泵的低压区域或者入口区域中。

下面借助所附的示意图进一步阐明根据本发明的解决方案的实施例。附图示出：

图1示出根据现有技术的燃料喷射系统的实施例的示意图，

图2示出根据本发明的燃料喷射系统的实施例的示意图和

图3示出图2中的细节Ⅲ。

在图1中直观阐明根据现有技术的燃料喷射系统10，在该燃料喷射系统中，借助于电燃料泵或者低压泵14将液态的燃料以大约5bar的压力从箱12输送到管道16中。管道16作为用于到该燃料喷射系统10的低压区域18和高压区域20的输入管道来使用。为了产生高压，使用机械上通过凸轮驱动装置由内燃机驱动的泵22。该泵产生对于高压区域20必要的压力，该压力然后施加在轨24中。通过高压喷射阀26，燃料从轨24最后到达内燃机中。

为了控制和调节泵22提供到高压区域20中的输送量，存在多种可能性。通过压力转换阀28可以调节由泵22产生的、可能的过压。为此，由高压传感器30得出施加在轨24上的燃料压力。该值被进一步传递到控制器32上，该控制器又可以控制压力转换阀28。连同高压传感器30所测量的高压信号，控制器32将压力调节到希望的水平上。此外，这是必要的，因为过大的过压会引起对燃料喷射系统的损坏。

此外，在图1中可见一低压减振器34，它的任务是衰减低压区域18中的压力脉冲。该压力脉冲尤其可以通过燃料从泵22回输到低压区域18中引起。

在图2或者图3中示出如在图1中那样类似的燃料喷射系统10。然而，在这种燃料喷射系统中省去电子压力调节装置。替代电子压力调节装置，在根据该图的燃料喷射系统10上设置有根据本发明的压力转换阀28。此外，根据图2和图3的燃料喷射系统10通过所谓保险片40形式的或者机械限压阀形式的附加安全机构38而有所不同。

压力转换阀28在缸42中作为壳体构成。活塞形式的关闭体44处于缸42中或者具有活塞形的构型。这类活塞形的关闭体44的端侧面之一分级地构成并且在在缸42上在端侧构造的入口46的方向上具有两个不同大小的作用面48和50。在这些作用面中，作用面48作为圆盘构造在关闭体44的中心上并且在其面积尺寸上小于作用面50，该作用面50存在于缩回更多的、圆形的环形盘上。

关闭体44通过弹簧52向入口46上的方向预紧，这样关闭体能够通过其作用面48选择式地关闭或者打开入口46。在此，在关闭时，第一作用面48与入口46相应，以便尽可能好地密封该入口。为此，第一作用面48和入口46构成为所谓的座阀或者碟阀。

在缸42上在其外壳面上设置有出口54，以便将燃料从压力转换阀28输出到低压区域18上。该出口54可以被关闭体选择式地关闭。分别根据作用到关闭体44上的压力或者力，该关闭体在缸42中轴向地移动并且由此可以打开或者关闭出口54。

在此，在缸42中基本上构造有两个由关闭体44限界的室。压力室56，在该压力室中布置有向入口46上的方向挤压关闭体44的弹簧52；和入口室58，带有过压的燃料可以经入口46流入到该入口室中并且燃料也可以从该入口室中经出口54又从压力转换阀28流出。即，这两个室56和58通过关闭体44相对于彼此密封并且相互在空间上分开。

管道60从出口54通向压力室56并且由此在低压区域18和压力室56之间产生压力补偿。因此，在压力室56中至少主要存在也将关闭体44向入口46的方向挤压的低压。因此，弹簧52可以构造成有相对小的弹力并且相应小而轻地制造。

泵22被机械地、在通常情况下通过凸轮轴驱动。泵在泵室62中产生压力，该泵将该压力导出到管道20中。同时，在泵室62上衔接有管道64，该管道通向压力转换阀28的入口46。压力转换阀28的出口54借助于管道66与低压区域18连接。即，压力下的燃料可以从泵室62导出到管道64中、经压力转换阀28并且经管道66导出到低压区域18中。

一旦燃料喷射系统10的高压泵22产生要这样导出的过压，该过压就通过管道64施加在压力转换阀28的入口46上。由此，在压力转换阀28的入口46上施加一压力，该压力作用在活塞形关闭体44的关闭该入口的第一作用面48上。因为活塞形关闭体44仅被弹动地压向入口46，一旦第一作用面48上的压迫力大于关闭体44的由弹簧52和压力室56产生的压紧力，关闭体就缩回。

在此，入口56开启并且燃料首先流入到压力转换阀28的入口室58中。然后，燃料及其压力分配到关闭体44的较大的第二作用面50上。由此，在关闭体44上产生较大的压迫力并且关闭体可以容易地在缸42中进一步轴向移动。

在此，在短时间之后，关闭体释放出口54或者说打开该出口。燃料这时经出口54流向低压区域18的方向。

在此，关闭入口46时的压力远小于用于打开入口46所需要的压力。通过较大的第二作用面50，关闭体44能够以比通过较小的第一作用面48更小的液压压力在缸42中轴向移动。

因此，泵22可以特别快地削减其过压并且仅须在开始导出之后、即在打开出口46之后还逆着相对小的压力泵送。因此，泵22具有较小的损耗功率，该损耗功率正是通过压力转换阀28上的压力的卸除而产生。

在借助于压力转换阀28的压力补偿的失灵、功能故障或者其他失效情况下，针对燃料喷射系统10存在保险片40形式的另外的保护装置。保险片40尤其在这种情况下起作用，即，泵22产生不能被压力转换阀补偿的过压。替代地，可以取代保险片而设置限压阀。该限压阀也可以削减在所谓的热浸（Hot-Soak）中的压力上升。

然后，该过压到达高压区域20中，该高压区域通过管道68与低压区域18连接。在管道68上或者在管道中布置有保险片40或者限压阀。保险片40具有这种类型的材料特性和形状，使得如果一确定的过压施加在其上则该保险片破碎或者爆裂。在这种情况下，之前被保险片40关闭的管道68被释放，从而燃料可以从高压区域20经管道68到达低压区域18中。

在该实例中通过保险片40实现的、管道68中的保护装置也可以通过其他装置、例如具有预定破裂位置的另外的阀或者材料构成。

用于燃料喷射系统10或者说压力转换阀28的紧凑结构方式的可能性在于，将压力转换阀28集成到泵22中并且尤其集成到泵的壳体中。尤其可以使压力转换阀28在泵22的泵室62的上方的区域中集成到泵壳体中。空间需求和重量通过这种集成结构方式降低。

因此，本发明的原理在于，燃料泵具有带有衔接于其上的、能够液压控制的压力转换阀28或者压力转换阀的泵室62或者说输送室。压力转换阀28这样构成，使得如果在压程期间泵室压力或者输送室压力达到压力值p1，则压力转换阀28打开。紧接其后，压力转换阀28可使泵室压力降低到压力值p2，其中，压力值p2小于压力值p1。

根据第二作用面的大小相对于第一作用面的大小的比例，压力值p2可以显著小于压力值p1。

在此，一旦可液压控制的压力转换阀28在压程的进程中打开，泵室压力就在压程的整个剩余期间保持在较低的压力值p2上。只有当泵室压力降低到压力值p2之下时，压力转换阀28才又关闭，在正常状况下这只有当泵22从压程过渡为吸程时，才又是这种情况。

具有这类两级的压力转换阀28的泵22相对于具有仅有一个压力值的压力调节阀的泵的优点在于在运行泵时小的耗散。具有两级的压力转换阀28的泵22相对于具有能够电控的流量控制阀的泵的优点尤其在于少的制造费用。

Claims (10)

1.用于内燃机的燃料喷射系统的压力转换阀(28)，具有一缸(42)，一用于选择式地关闭一入口（46）的关闭体（44）能够在该缸中运动，其中，所述关闭体（44）设置有第一作用面（48），用于打开所述入口（46）的液压压力作用到该第一作用面上，并且，所述关闭体（44）具有第二作用面（50），所述第二作用面构造得大于所述第一作用面（48）。

2.根据权利要求1的压力转换阀，其特征在于，在所述缸（42）上设置有一出口（54），并且，所述关闭体（44）能够选择式地关闭所述出口（54）。

3.根据权利要求1或2的压力转换阀，其特征在于，所述关闭体（44）弹动地抵着所述入口（46）预紧。

4.根据权利要3的压力转换阀，其特征在于，所述关闭体（44）借助于流体压力抵着所述入口（46）弹动地预紧。

5.根据权利要求1至4的压力转换阀，其特征在于，所述缸（42）具有一压力室（56），所述关闭体（44）密封该压力室。

6.根据权利要求5的压力转换阀，其特征在于，所述缸（42）具有一入口室（58），所述入口（46）通入到该入口室中，并且，一管道（60）从所述入口室（58）通向所述压力室（56）。

7.根据权利要求1至6的压力转换阀，其特征在于，通过所述关闭体（44）的所述第一作用面（48），阀座构型的所述入口（46）能够被关闭。

8.根据权利要求1至7的压力转换阀，其特征在于，所述关闭体（44）构造为活塞，该活塞与所述缸（42）共同构成一滑阀。

9.具有根据权利要求1至8中任一项的压力转换阀（28）和一泵（22）的燃料喷射系统，其特征在于，所述泵（22）具有一泵室（62），该泵室借助于第一管道（64）与所述压力转换阀（28）的所述入口（46）连接。

10.根据权利要求9的燃料喷射系统，其特征在于，设置有第二管道（16），该第二管道通入到所述泵室（62）中，并且，第三管道（66）使所述压力转换阀（28）的一个或者说所述出口（54）与所述第二管道（16）连接。

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