CN110546376B - 燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将燃料间歇喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀包括壳体，所述壳体具有高压室和低压室。所述燃料喷射阀还具有控制室，所述控制室被控制阀划分为第一控制室和第二控制室。所述控制阀又具有阀导引件和阀芯，其中在所述阀导引件中设有将所述第一控制室与所述第二控制室连接起来的排出节流阀。根据本发明，所述第一控制室与所述第二控制室之间借助所述排出节流阀而形成的所述连接可以选择性地暂时中断。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种用于将燃料间歇喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。

背景技术

这类燃料喷射阀应用在优选将燃料直接喷射到快速运行的自动点火式内燃机的燃烧室中的燃料喷射系统中，其中在高压下进行喷射。为此，借助高压燃料泵输送来自于燃料箱的燃料，将燃料压缩至高压并送入所谓的油轨(Rail)中，该油轨用作压缩燃料的储存器。从这个高压燃料储存器引出数个用于为燃料喷射阀提供燃料的管道。

目前所用的燃料喷射阀根据伺服液压原理进行工作，也就是说，其包含喷嘴针，该喷嘴针可纵向移动地布置在燃料喷射阀的高压室中并且通过自身的纵向运动来开启或封闭一个或数个喷射口。其中，以液压方式控制喷嘴针的运动以及每次喷射的开始与结束。为此，存在装有燃料的控制室。处于高压下的燃料对喷嘴针施加压力并且借助以此方式而外加的液压关闭力来将喷嘴针压抵喷嘴座，其中，在此进一步地通过闭针弹簧来外加压力，在尚无液压压力可供使用时，该闭针弹簧就已经对喷嘴针施加压力了。借助控制阀可降低被施加于喷嘴针的上侧的压力，使得喷嘴针与喷嘴座分离而进入喷嘴针的开启位置，从而再度开放喷射口。

已知的燃料喷射阀中使用相应的控制阀或控制装置，以便在操纵电动执行器(例如压电元件或螺线管)时，通过喷嘴针以液压方式用所需要的力来开启和关闭喷射阀。其中，基本上有以下几种已知的实施方式。

在二位二通控制装置中，电动执行器通过先导阀来开放排出节流阀。控制室中的减压引起喷嘴针的开启。在先导阀关闭的情况下，通过进给节流阀为控制室装料，喷嘴针再度关闭。

在三位二通控制装置中，电动执行器同样通过先导阀来开放排出节流阀。控制室中的减压使得喷嘴针开启。然而，在关闭先导阀并且通过进给节流阀关闭控制装置时，另一个能够更快地为控制室装料的燃料通道被接通。

由EP 1991773 B1已知一种同类型的燃料喷射阀。此案实现的是三位二通控制装置。这种已知的控制装置由多个部分组成并且具有控制阀，该控制阀具有在阀导引件中受导引的阀芯。阀芯中设有排出节流阀，该排出节流阀将控制室的被控制阀所划分的区域持久地彼此连接。在这种实施中，控制室的被控制阀所划分的两个区域之间可以通过排出节流阀持续地交换燃料。

发明内容

本发明的目的是改进同类型的燃料喷射阀，以便改善向燃烧室间歇喷射燃料时的液压效率并且使喷嘴针能够比现有技术更快地开启和关闭。

根据本发明，这个目的可以通过以下示例性实施例而达成：

一种用于将燃料间歇喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀包括：

壳体，具有高压室和低压室，所述高压室与用于燃料的高压入口连接，

喷嘴针，可在所述高压室中纵向移动，与喷嘴座共同作用并且通过自身的纵向运动来断开和建立所述高压室与喷射口的连接，其中所述喷嘴针被压缩弹簧施加朝所述喷嘴座方向作用的关闭力，且其中所述压缩弹簧的一侧支撑在弹簧套筒上，所述喷嘴针的自由端在所述弹簧套筒中受导引，

控制室，由所述弹簧套筒和所述喷嘴针的上端限定，可被装填加压燃料，从而受控地对所述喷嘴针施加关闭力，

控制阀，布置在所述控制室中，将所述控制室划分为第一控制室和第二控制室，

其中，所述控制阀由在阀导引件中受导引的阀芯构成，且其中，在所述阀导引件中设有排出节流阀，所述排出节流阀在其中一侧上与所述第一控制室连接且在另一侧上与所述第二控制室连接，

其特征在于，

所述第一控制室与所述第二控制室之间借助所述排出节流阀而形成的连接可以选择性地暂时中断。

据此，本发明提出一种用于将燃料间歇喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀包括壳体、喷嘴针、控制室、控制阀，所述壳体具有高压室和低压室，所述高压室与高压入口连接，所述喷嘴针可在所述高压室中纵向移动，与喷嘴座共同作用并且通过自身的纵向运动来断开和建立所述高压室与喷射口的连接，其中所述喷嘴针被压缩弹簧施加朝所述喷嘴座方向作用的关闭力，且其中所述压缩弹簧的一侧支撑在弹簧套筒上，所述喷嘴针的自由端在所述弹簧套筒中受导引，所述控制室由所述弹簧套筒和所述喷嘴针的上端限定并且可被装填加压燃料，从而受控地对所述喷嘴针施加关闭力，所述控制阀布置在所述控制室中并且将所述控制室划分为第一控制室和第二控制室，其中所述控制阀由在阀导引件中受导引的阀芯构成，且其中在所述阀导引件中设有排出节流阀，所述排出节流阀在其中一侧上与所述第一控制室连接且在另一侧上与所述第二控制室连接，其中，所述第一控制室与所述第二控制室之间借助所述排出节流阀而形成的所述连接可以选择性地暂时中断。

本发明的解决方案的优选实施方式可从主权利要求后面的从属权利要求中得出。

据此，借助所述排出节流阀而形成的所述连接的所述中断可以通过用开关元件来封闭所述排出节流阀而实现。

根据本发明的特别优选的技术方案，所述开关元件由布置在所述排出节流阀中的球体构成。这个球体可有利地由钢或陶瓷构成。

根据本发明的另一替代性有利技术方案，所述开关元件也可以是带有锥体的滑块，是柱体或者是板体。

为了改善开关机构，具体所设置的开关元件可借助预紧弹簧保持在设置于所述排出节流阀中的密封座中。借此可以特别好地实现想要的开关特性。

根据本发明的另一有利技术方案，所述第二控制室可部分地由座板限定，所述座板通过可受控地被封闭的节流孔而与所述低压室连接。所述节流孔可以是可由布置在所述低压室中的电枢封闭，其中所述电枢可借助电动执行器克服所述弹簧的预紧力而受控地与所述节流孔分离。这个电枢形成所谓的先导阀，通过操纵该先导阀来对燃料喷射阀进行控制。

根据特别有利的实施方式，所述阀芯可被设计成蘑菇形。

进一步有利地，所述阀导引件具有用于将处于高压下的燃料送入所述第二控制室的进给节流阀。

此外，所述阀导引件可具有至少一个对角布置的孔洞，所述第一控制室可通过所述孔洞与所述高压室连接，以便提供处于高压下的燃料。特别有利地，设有两个对角布置的孔洞或三个偏移 120°布置的孔洞。

所述阀导引件和所述阀芯可以有利地可纵向移动地在所述弹簧套筒中受导引。由此形成特别紧凑的结构。

本发明的燃料喷射阀的工作方式如下：

初始状态时，在先导阀关闭(即节流孔封闭)且与此同时排出节流阀阻断的情况下，所有压力室在稳态下均具有平衡的压力水平，该压力水平等同于系统压力。有利地呈蘑菇形的阀芯处于其下方的止动位置上，使得由两部分组成的控制室通过开启着的控制阀与高压室连接。优选形成为球体的开关元件要么通过自身的重力，要么在具有压缩弹簧的实施中相应地在弹簧支持下，将第一控制室与第二控制室之间借助排出节流阀而形成的连接断开。

如果此时先导阀开启，也就是电枢与节流孔分离，燃料就会从节流孔流出，使得第二控制室中的压力水平先下降。尽管继续有燃料通过进给节流阀流入，但无法阻止第二控制室中出现压降。所产生的从第一控制室到第二控制室的压降致使阀芯此时移动到其上方的止动位置，从而封闭与高压室连通的入口。由于第一控制室与第二控制室之间借助排出节流阀而形成的连接同时中断，这个过程加速进行，因为首先是第二控制室中的压力降低。接着，开关元件(即，例如球体)也离开其位于锥座上的关闭位置，燃料连续地从第一控制室通过第二控制室流走。第一控制室中的压降减小了喷嘴针在喷嘴座处的关闭力，直至针座表面发生燃料渗透(Kraftstoffunterwanderung)，使得喷嘴针开启。喷嘴针于是执行开启行程，该开启行程由高压室与控制室之间的压差维持。喷嘴针此时会一直执行开启行程，直至其贴靠阀芯上的上针挡。不过，这个止动点被设计成以电动机模式正常运行时永不会被达到，因而也是无关紧要的。

先导阀关闭，也就是电枢将节流口封闭。燃料连续地从高压室通过进给节流阀流入，这使得第二控制室中压力升高。此时所形成的从第二控制室到第一控制室的反向压降在升压之后紧接着作为关闭力对本发明所设置的开关元件产生作用，该开关元件实施为球体，使得第一控制室与第二控制室之间的排出节流阀被中断或者说被阻断。排出节流阀的封闭支持第二控制室中压力更快地升高，使得阀芯与开关阀座一起更早地开启，并且为从高压室流入的燃料开通较大的横截面。此时，第一控制室中的压力迅速上升至系统压力水平，这使得喷嘴针处所形成的开启力减小至零。此时仅凭针弹力来完成喷嘴针的快速关闭过程。喷嘴座密封，喷射结束。

通过本发明所提出的暂时中断第一控制室与第二控制室之间借助排出节流阀所形成的连接，可以缩短开关时间，从而改善整体功能，特别是改善液压效率。喷射过程开始和结束得更早。借此可在多次喷射的情况下缩短两次喷射之间的间隔。

本发明的解决方案的其他优点在于，喷嘴针的快速开启有助于更早地形成喷射射流，这能改善燃烧室中的燃烧。正是在多次喷射的情况下，喷嘴针开启越快，喷射间隔就越短。

在多次喷射的情况下，喷嘴针关闭越快，喷射间隔也越短。可以减小排出节流阀和进给节流阀的设计流量。这又能减小喷射期间通过排出节流阀排出的燃料量，从而改善整个共轨系统的液压效率。此外，更高的液压效率有助于降低内燃机的燃料消耗。

附图说明

下面结合附图中所示的实施例对本发明进一步的特征、细节和优点进行详细说明。其中：

图1为本发明的燃料喷射阀的纵向剖面，

图2a、b为燃料喷射阀的根据图1中的一个部分的细节图，

图3a-c为根据图1的燃料喷射阀在不同工作位置上的纵剖面的进一步细节图，以及

图4为使用本发明的喷射阀时的喷射速率对比传统喷射阀的时间特性曲线。

【符号说明】

(无)

具体实施方式

图1示意性地示出本发明的燃料喷射阀的纵剖面。该燃料喷射阀包括壳体10，该壳体通过喷嘴夹紧螺母12与喷嘴14连接。壳体10在相对侧上通过封盖16与电连接楔块18连接。在壳体10 内部形成有高压室20。

如图1所示，燃料喷射阀划分为高压区域和低压区域。高压区域20在其燃烧室侧末端处由喷嘴座22限定。喷嘴针24可纵向移动地布置在高压区域20中。该喷嘴针与喷嘴座22共同作用以开启和关闭至少一个喷射口26，该喷射口面向燃烧室地形成在喷嘴14中。喷嘴针24的远离喷嘴座的末端在弹簧套筒28中受导引，其中，在弹簧套筒28与放置在喷嘴针的凸肩上的垫片30之间设有处于压缩预紧力下的压缩弹簧32。这个压缩弹簧一方面将喷嘴针24压抵喷嘴座22。另一方面将弹簧套筒28压抵控制阀34。由多个部分组成的控制阀34抵靠座板36。

通过此处未详细示出的高压接头25可为高压区域20装填经高压泵(未图示)压缩过的、处于高压下的燃料。这个燃料高压存在于整个高压室20中并且产生作用于喷嘴针24的液压力，该液压力大大地超过关闭弹簧32的力。为了产生喷嘴针24做纵向运动所需要的反作用力，喷嘴针以其远离喷嘴座的端侧限定第一控制室38，该第一控制室由弹簧套筒28侧向限定(参见图3a)。第一控制室38的与喷嘴针24相对的一侧由两分式控制阀34限定。这个控制阀34由蘑菇形的阀芯40和环形的阀导引件42组成。如图3a所示，阀芯40和阀导引件42均分别布置在弹簧套筒28中。阀芯40可纵向移动地在阀导引件42中受导引。阀导引件42贴靠座板36并且与阀芯40和阀导引件42一起包围第二控制室44。这个第二控制室44与节流孔46连通，该节流孔可由电枢48受控地封闭(参见图3a、b、c)。如图1所示，电枢位于燃料喷射阀的低压侧。从节流孔46中出来的燃料在低压区域中通过此处同样未示出的漏油接头被排出壳体10。

弹簧50朝节流孔46方向对电枢48施力。在休止状态下，电枢48基于压缩弹簧50的弹力而密封封闭节流孔。电枢48可通过电磁体克服压缩弹簧50的弹力而与节流孔46分离。

如前所述，控制阀34在此处所图示的实施例中实施为两分式。控制阀由形成为蘑菇形的阀芯40构成。如图3a-3b所示，该阀芯具有孔洞54。

阀芯可纵向移动地在阀导引件中受导引，该阀导引件具有进给节流阀56和排出节流阀58。进给节流阀将高压室20与第二控制室44连接。排出节流阀58将第一控制室38与第二控制室44 连接。排出节流阀58可用球体60加以封闭(特别是参见图2a和图3a)。根据图3c所示，阀导引件42也具有两个沿直径彼此相对的、对角布置的孔洞62，这些孔洞可供燃料穿过。

本发明的燃料喷射阀的功能如下。电枢48在电磁体52的不通电状态下封闭座板36的节流孔46并且防止燃料从第二控制室 44流到泄漏区域(即燃料喷射阀的低压部分中的区域)中。此外，座板36压抵壳体10(参见图1)。基于接触面处良好的表面质量和平面度，这会在高压区域与低压区域(泄漏区域)之间以及高压区域与第二控制室44之间形成径向密封。借此避免持续泄漏。

一旦电磁体52通电，电枢48即与节流孔46分离，使得燃料通过座板36的节流孔46从第二控制室44流到低压区域中，从而在第二控制室44中产生压降。该压降致使第二控制室44与第一控制室38之间产生压差。

这个压差使得阀芯40和球体60被上推，燃料通过阀导引件 42中的排出节流阀58从第一控制室流到第二控制室中，借此在两个控制室38、44之间重新建立压力平衡(参见图3a)。第一控制室38中由此而产生的相对于高压区域而言的压降促使喷嘴针24 抬升，从而开放喷嘴14的喷射口26，喷油器向此处未图示的燃烧室中喷射。

一旦电磁体52不再通电，电枢48即封闭座板36的节流孔46，球体60被再度推入阀导引件的此处未图示的阀座中，以便封闭排出节流阀58。

这使得第一控制室38立即与第二控制室44分离。由于通过阀导引件42的进给节流阀56从高压区域进来的燃料无进一步损失地排出到第一控制室38中，第一控制室与第二控制室之间形成压差(参见图3b)。

与第一控制室和第二控制室之间存在持续连接的传统三通阀相比，本发明的这个控制阀34能够更快地实现第二控制室44中的压力建立，从而使得阀芯40更早地向下压抵弹簧套筒28。与此同时，阀导引件42的进给孔62开放，第一控制室38被迅速装填来自于高压区域的燃料(图3c)。如此一来，第二控制室44中和第一控制室38中均形成与高压区域20中一样的压力水平。喷嘴针24被存在于第一控制室38中的压力和压缩弹簧32的力再度压入喷嘴座22中，从而结束向此处未图示的燃烧室中喷油的喷射操作。

图2a中清楚示出球体60的将排出节流阀35封闭的关闭位置。在此处所图示的实施例中，球体60基于重力而关闭。在此处未图示的替代性实施方式中，球体进一步还可得到图中未详细示出的弹簧的支持。图2b示出处于抬升位置的球体60。在此，球体60 基于压降而背离排出节流阀58运动，从而开放排出节流阀58。

图4是将根据本发明(曲线I)的喷射速率的时间特性曲线与根据现有技术(曲线II)的喷射速率的时间特性曲线进行比较。区别在于，现有技术无法用球体60封闭排出节流阀58，因此在任何状态下，燃料都可通过排出节流阀。在图的左部区域和图的右部区域中分别放大显示了上升沿和下降沿，以便更清楚地呈现曲线中的差异。由此可见，本发明(曲线I)的实施方式的喷射开始和喷射结束比现有技术(曲线II)早发生几微秒。如前所述，这尤其在多次喷射的情况下具有重大优势。借此可实现时间上更近的多次喷射。而短喷射间隔又在内燃机的排放性能方面存在很大优势，因为这能使燃烧室中的燃烧更均匀。

Claims (12)

1.一种用于将燃料间歇喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀包括：

壳体，具有高压室和低压室，所述高压室与用于燃料的高压入口连接，

喷嘴针，可在所述高压室中纵向移动，与喷嘴座共同作用并且通过自身的纵向运动来断开和建立所述高压室与喷射口的连接，其中所述喷嘴针被压缩弹簧施加朝所述喷嘴座方向作用的关闭力，且其中所述压缩弹簧的一侧支撑在弹簧套筒上，所述喷嘴针的自由端在所述弹簧套筒中受导引，

控制室，由所述弹簧套筒和所述喷嘴针的上端限定，可被装填加压燃料，从而受控地对所述喷嘴针施加关闭力，

控制阀，布置在所述控制室中，将所述控制室划分为第一控制室和第二控制室，

其中，所述控制阀由在阀导引件中受导引的阀芯构成，且其中，在所述阀导引件中设有排出节流阀，所述排出节流阀在其中一侧上与所述第一控制室连接且在另一侧上与所述第二控制室连接，

其特征在于，

所述第一控制室与所述第二控制室之间借助所述排出节流阀而形成的连接可以选择性地暂时中断,

所述阀芯处于其下方的止动位置上时，使得所述控制室通过设置于所述阀导引件中的进给孔与所述高压室连接；

所述阀芯处于其上方的止动位置上时，封闭与所述高压室连通的入口；以及

所述阀导引件的进给节流阀将所述高压室与所述第二控制室连接。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，借助所述排出节流阀而形成的所述连接的所述中断通过用开关元件来封闭所述排出节流阀而实现。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述开关元件是布置在所述排出节流阀中的球体。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述球体由钢或陶瓷构成。

5.根据权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述开关元件是带有锥体的滑块，或者是柱体，或者是板体。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述开关元件借助预紧弹簧保持在设置于所述排出节流阀中的密封座中。

7.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述第二控制室部分地由座板限定，所述座板通过可受控地被封闭的节流孔而与所述低压室连接。

8.根据权利要求7所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述节流孔可由布置在所述低压室中的电枢封闭，其中所述电枢可借助电动执行器克服弹簧的预紧力而受控地与所述节流孔分离。

9.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述阀芯形成为蘑菇形。

10.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述阀导引件具有用于将处于高压下的燃料送入所述第二控制室的所述进给节流阀。

11.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述阀导引件具有至少一个对角布置的所述进给孔，所述第一控制室可通过所述进给孔与所述高压室连接，以便提供处于高压下的燃料。

12.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述阀导引件和所述阀芯可纵向移动地在所述弹簧套筒中受导引。

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