CN103477063B - 燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料喷射系统，尤其是共轨喷射系统的燃料喷射器，包括：在燃料喷射器的高压孔（1）中以往复运动方式被导向的喷嘴针（2），其中，至少一个喷射孔（3）能经由所述喷嘴针的往复运动而打开和闭合；和燃料或压力传感器（4），其具有用压电材料制成的至少一个传感器元件（5），用于探测在喷嘴针（2）打开和闭合过程中特性压力的变化。根据本发明，所述燃料或压力传感器（4）布置在燃料喷射器的低压区域（6）中并且在喷嘴针（2）打开和闭合时能直接或间接被施加轴向力（FA），所述轴向力与控制腔室（7）中控制腔室压力成正比。所述力或压力传感器（4）的传感器元件（5）通过至少一个接触面（9）或者构成在其上的电极（10）直接或间接电连接到燃料喷射器的壳体部分（12）以形成接地连接（11）。

Description

燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种用于燃料喷射系统，尤其是共轨喷射器系统的燃料喷射器，用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。
当前种类的燃料喷射器具有在高压孔中被往复运动地导向的喷嘴针，至少一个喷射孔通过所述喷嘴针的往复运动可打开或闭合。所述喷嘴针的打开运动通过控制腔室的卸载引起，在控制腔室中控制压力适于对喷嘴针施加在闭合方向上起作用的力。喷射的燃料量在这里取决于喷射压力及喷嘴针的打开时间。然而由于闭合，所述燃料喷射器的运行行为在使用寿命期间改变，从而有效地控制控制参数。
背景技术
从公开文献DE 10 2007 063 103 A1已知一种测定内燃机喷射装置的喷射阀的运行行为的装置，包括压电传感器，用于测定在所述喷射阀中所述喷射阀的闭合时刻。有利地，利用所述压电传感器测定阀针碰撞到阀座上。以这种方式能够得知预测的时刻是否与阀针碰撞到阀座上的实际时刻一致。从偏差得知相应地调整喷射装置的控制装置的控制参数。优选通过外力作用到压电传感器得知所述阀针碰撞到阀座上。外力作用引起所述压电材料变形和因而压电材料的电荷密度变化，从而在压电材料上布置的两个电极之间产生的电压作为信号可量取。因为用于产生信号的压电传感器不需要电源电压，并且所述信号相应地不直接分接在电荷增强器上，只允许所述信号分接在接地导线和信号线上。所述信号然后优选传递到一个与压电传感器连接的计算单元。
发明内容
从前述所谓现有技术出发，本发明要解决的任务是提供一种结构简单且成本适宜地制造的燃料喷射器，其具有力传感器或压力传感器，用于确定喷嘴针闭合时刻。特别地，所述燃料喷射器应具有连接力或压力传感器的费用不高的连接。
这个任务通过具有本发明的特征的燃料喷射器完成。
本发明提出的燃料喷射器包括在燃料喷射器的高压孔中往复运动地被导向的喷嘴针，至少一个喷射孔通过所述喷嘴针的往复运动可打开和闭合；和一个力或压力传感器，其具有至少一个用压电材料制成的传感器元件，用于探测在喷嘴针打开和闭合时特性压力的变化。根据本发明，所述力传感器或压力传感器布置在燃料喷射器的低压区域中，并且在喷嘴针打开和闭合时直接或间接施加轴向力FA，所述轴向力FA与控制室中的控制压力成正比。所述力或压力传感器的传感器元件还通过至少一个接触面或一个构成在其上的电极直接或间接地与燃料喷射器的壳体部分电连接以形成接地连接。
通过所述力传感器或压力传感器布置在低压区域中来减小所述传感器的负荷，因为它不暴露于高压燃料。因为更小的负荷，所述传感器装置相对于燃料输送区域密封的要求也降低了。此外，本发明提出的电连接简化了接地连接的构成。所述接地连接通过所述传感器元件适应外壳电势，优选壳体部分或者所述燃料喷射器的与壳体部分连接的构件自动形成。不需要专门接触和/或连接到一导线上。因此，通过所述喷射器的输送管道也不是必需的。如果所述力传感器或压力传感器的传感器元件不直接放置在所述喷射器的用作外壳电势的壳体部分上，而是放置在与所述壳体部分连接的其他构件上，则它们都是用导电材料组成的。所述连接能够通过所述传感器元件的接触面或者构成在其上的电极实现，其中，所述电极优选独自覆盖所述接触面。所述电极能够构造成例如层的形式。所述电极然后构成适于外壳电势的实际的接触面。优选地，所述接触面或者用作接触面的电极构造在所述传感器元件的面向喷嘴针的端面上，以便避免输送管道深入到所述喷射器中。
根据本发明的优选实施例，所述传感器元件通过适当的触头连接到信号线上。所述适当的触头优选形成在所述传感器元件相对于周围环境电绝缘的电绝缘件的区域中。被导向到喷射器中的导线则优选限制到这样一根信号线上。
根据本发明的另一优选实施例，所述力或压力传感器具有至少两个传感器元件，它们优选以使相同极性的接触面相对地布置的方式叠置。所述接触面又具有适于相互电绝缘的电极。然而当相同极性的接触面直接叠置并且以这种方式融合构成电极时，所述电绝缘被取消。第二传感器元件优选与第一传感器元件一致地构成，并且具有面向壳体部分的接触面或者在其上构成的电极以形成接地连接。这能够形成包括力或压力传感器的两个传感器元件的两侧接地连接，传感器元件相对于周围环境的费用高昂的电绝缘不是必需的。两个传感器元件的联接还具有使传感器的灵敏性提高的优点。
根据本发明的备选实施例，所述传感器元件以多层方式制成，并且包括至少一个第一和第二层，它们优选是极性相反的。这意味着在接触区域中，相同极性的两层接触面相对低布置。多层式结构简化了所述力或压力传感器的制造，因为不再需要单个传感器的连接了。此外，完全省去了传感器元件之间的电连接。
进一步地，本发明提出在具有多于一个传感器元件和/或具有一个多层式传感器元件的实施例中，用于连接到所述信号线的适当触头形成在两个传感器元件的接触区域中或者两层的接触区域中。由此，用于信号线的导线路径能够被缩短。
优选地，所述力或压力传感器通过电磁阀的往复运动的锚栓直接或间接地通过力分配板施加轴向力FA，所述轴向力FA与所述控制室中的控制力成正比。所述锚栓在这里将阀腔室压力施加在它的下端面上，所述阀腔室压力与电磁阀闭合时控制腔室的压力相对应，因此，喷嘴针的往复运动引起所述锚栓的往复运动。为了使由锚栓作用到力或压力传感器上的轴向力以尽可能均匀的表面压力导入到所述传感器元件中，力分配板优选布置在力或压力传感器和锚栓之间。以这种方式，所述力或压力传感器在感兴趣的时间段上预先施加力pst*π*d2/4，其中，pst是控制室中的控制压力，d是锚栓的直径。因为在喷嘴针闭合时刻的控制压力具有明显的最小值，由力或压力传感器发出的信号也具有明显的特征。
根据改进方案，利用预应力元件对力或压力传感器预加轴向应力，所述力分配板用于将轴向力FA导入到所述力或压力传感器中。由此阻止所述力分配板的不希望的位置改变。
通过当前阐述的措施单独地或任意组合地使用，力或压力传感器电连接到喷射器上的电连接能够被明显简化。由此具有喷嘴针闭合装置的喷射器能够简单且成本适宜地制造。
附图说明
下面将根据附图更详细地阐明本发明的优选实施例。在附图中示出：
图1a是穿过现有技术已知的燃料喷射器的纵截面图；
图1b是穿过图1a的燃料喷射器的控制阀的纵截面图；
图2是在构造为电磁阀的控制阀的区域中穿过根据本发明的燃料喷射器的纵截面图；
图3a、b分别是穿过第一根据本发明的力或压力传感器的纵截面图；
图4a、b分别是穿过第二根据本发明的力或压力传感器的纵截面图；
图4c是穿过图4a、b的实施例的变型的纵截面图；和
图5a、b分别是穿过第三根据本发明的力或压力传感器的纵截面图。
具体实施方式
图1a和1b中所示的已知的燃料喷射器具有在喷嘴体21的高压孔1中往复运动地被导向的喷嘴针2，喷嘴针2通过阀活塞27可施加闭合力。阀活塞27利用它的背离喷嘴针2的端部容纳在阀块体26中并且在那里往复运动地被导向。阀块体26又容纳在喷射器体22中。在阀块体26内部，控制室7通过阀活塞27限制，在控制室7中充满液压压力，液压压力对阀活塞27和喷嘴针2施加在闭合方向上作用的力。控制室7通过供给节流阀28而与燃料供给管道23连接，通过排出节流阀29而与低压区域6连接，从而液压压力和阀活塞运动依赖于电磁阀16的接通位置可改变。通过供给管道23供给的高压燃料被移出高压存储器24。通过在喷嘴体21中构造的高压孔1，燃料在喷嘴针2打开时被供给给至少一个喷射孔3。
图1a的喷射器的在图1b中更详细地示出的电磁阀16具有一个与线圈20协同作用的往复运动的衔铁19以及至少部分地容纳在其内的锚栓15。锚栓15在它的下端面上施加充满阀腔室32的压力。这个压力对应在电磁阀16的闭合状态下控制室7中的压力。锚栓15利用它的上端面支承在所述喷射器的壳体部分12上。在静止状态(不通电)下，衔铁19通过压力弹簧30压紧它的阀座34。
以纵截面示出图2的根据本发明的燃料喷射器在电磁阀16的区域中与图1a和1b的喷射器的不同之处在于布置在低压区域6中的、用于探测针闭合时刻的力或压力传感器4。不是布置在壳体部分12上，锚栓15而是间接通过力分配板17支承在力或压力传感器4上。控制室7中压力的变化在电磁阀16闭合时引起作用到锚栓15上，进而作用到力或压力传感器4上的轴向力FA。用于固定电磁阀16的磁芯31的位置的预应力元件25还被预加应力。
图3a、b，4a-c和5a、b示出了根据本发明的燃料喷射器的优选实施例或者布置在其内的力或压力传感器4，从这些图可知，力或压力传感器4包括至少一个用压电材料制成的传感器元件15，传感器元件15利用被用于形成第一接地连接11的接触面9或者在其上构造的电极10贴靠力分配板17上。力分配板17又与环绕的壳体部分12电连接(见图3a、4a和5a)。此外，用于固定磁芯31或线圈20的预应力元件25，和压力弹簧30在这个实例中还对力分配板17施加轴向预应力。但这不是本发明必不可少的构件。预应力可通过压力弹簧30、用于磁芯31的预应力元件25，未示出的额外的预应力元件或者其任意组合得到。备选地，也可省去力分配板17的预应力。
在图3a和3b的实施例中，力或压力传感器4仅仅包括一个传感器元件5。在仅一个传感器元件5时，接触面9或者在其上构造的电极10直接贴靠在力分配板17上以形成接地连接11。与接触面9相对的接触面或者在其上构造的电极10与此相反允许不具有连接壳体部分12的连接，因为否则传感器元件5被电短路。为了阻止发生这种情况，电绝缘件8布置在电极10和壳体部分12之间。连接到信号线14上的连接通过在电绝缘件8区域中适当的接触13形成。直到信号线14要求不用导线将力或压力传感器4电连接到所述喷射器。所述电连接由此被显著简化。电接触13还能够用于与电磁阀16的两个线圈栓中的一个的连接，从而需要力或压力传感器4和控制器(未示出)之间没有分开的连接。全部连接相应地实施在喷射器内部。
图4a和4b可知一个具有力或压力传感器的实施例，其包括两个传感器元件5。传感器元件5相互叠置，以使相同极性的接触面9或者在其上构造的电极10相互叠置。适当的接触13实现在中间电极33的区域中，中间电极33布置在两个相互面向的电极10之间。两个传感器元件5的极化18借助箭头示出(见图4b)。
为了降低制造费用，根据一个改进方案(未示出)提出省去内部电极10的构造。替代地，两个传感器元件5利用它们的接触面9放置在中间电极33上，然后承担两个相互面向的电极10的功能。
备选地，如图4c所示，传感器元件5还以多层式构成，其中，根据图4b的实施例，第一层5.1代替第一传感器元件5和第二层5.2代替第二传感器元件5。两个相互面向的电极10然后融合成一个属于传感器元件5的、位于中间的整体。通过适当的接触13实现连接到信号线14上。
图5a和5b的实施例的力或压力传感器包括传感器元件5，它由两个极性相反的压电层5.1、5.2组成。在两个层5.1、5.2的接触区域中构成第一位于内部的电极。两个另外的位于外部的电极通过贴靠在接触区域9上的力分配板17的表面和壳体部分12的表面构成，从而可省去在传感器元件5的端面上单独形成的电极10。第一层5.1的指向外的接触面9因此直接位于壳体部分12上，第二层5.2的相应的接触面9直接位于力分配板17上。因此，用于传感器元件5的电连接的导线不是必需的。此外，仅需要适当的连接13，以便将传感器元件5连接到信号线14上。接触和绝缘费用因而被降低到最小。

Claims (6)

1.用于燃料喷射系统的燃料喷射器，包括在燃料喷射器的高压孔中往复运动地被导向的喷嘴针(2)，至少一个喷射孔(3)通过喷嘴针(2)的往复运动可打开和闭合；以及力或压力传感器(4)，其具有至少一个用压电材料制成的、用于探测在喷嘴针打开和闭合时压力变化特性的传感器元件(5)，其中，
所述力或压力传感器(4)布置在所述燃料喷射器的低压区域(6)中并且在打开和闭合喷嘴针(2)时直接或间接施加轴向力(FA)，所述轴向力(FA)与控制室(7)的控制压力成正比，和所述力或压力传感器(4)的传感器元件(5)通过至少一个接触面(9)或在其上构造的电极(10)以形成接地连接(11)直接或间接电连接所述燃料喷射器的壳体部分(12)；
其中所述接触面或者用作接触面的电极构造在所述传感器元件的面向喷嘴针的端面上，
其中所述力或压力传感器(4)通过电磁阀(16)的往复运动的锚栓(15)直接或间接通过力分配板(17)施加轴向力(FA)，所述轴向力(FA)与控制室(7)中的控制压力成正比，其中，所述电磁阀(16)用于控制所述喷嘴针(2)，其中所述力分配板(17)借助预应力元件(25)对力或压力传感器(4)施加轴向预应力。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述传感器元件(5)通过适当的接触(13)，在电绝缘件(8)的区域中，连接到信号线(14)上。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述力或压力传感器(4)包括至少两个传感器元件(5)，其相互叠置，以使相同极性(18)的接触面相对地放置。
4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述传感器元件(5)是多层式地构成的，包括至少第一和第二层(5.1、5.2)，它们极性相反。
5.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，用于连接到信号线(14)上的适当的接触(13)实施在两个传感器元件(5)的接触区域中或者两个层(5.1、5.2)的接触区域中。
6.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述燃料喷射系统是共轨喷射系统。
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