CN111051681B

CN111051681B - 用于控制喷射器的装置

Info

Publication number: CN111051681B
Application number: CN201880048538.6A
Authority: CN
Inventors: 诺伯特·舒班克; 维雷娜·凯格尔
Original assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Current assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: US11608805B2; EP3655643A1; EP3655643B1; US20200271080A1; CN111051681A; WO2019016399A1; ES2921909T3; DE102017116367A1

Abstract

用于控制喷射器的装置，包括：能够在其两侧之一上被电枢元件封闭的通道室，从而有选择性地将喷射器的流体高压区域与流体低压区域隔开；用于对喷射器部件、优选喷射器针施加可变压力的控制室位；用于通道室的另一侧和控制室之间的阀门；将喷射器的高压区域连接到通道室的第一连接部；以及将通道室连接到控制室的第二连接部，如此设计阀门，使得当通道室中的压力水平等于或大于预定值时，在高压区域和控制室之间建立直接连接部。

Description

用于控制喷射器的装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制喷射器的装置，该喷射器例如可用作燃料喷射阀。

背景技术

在例如柴油发动机或汽油发动机等内燃机中，燃料通常以一定量和一定持续时间经由喷射器喷入燃烧室。在这种情况下，由于喷射时间非常短(在微秒范围内)，因此致力于确定借助喷射器喷射的燃料的精确定量。此外，还将不断努力减少喷射器占用的空间，以减少内燃机的整体尺寸。

喷射器的基本功能(将在下面进行详细阐述)有助于理解本发明。喷射器具有喷嘴针(也称：喷射器针)，当喷射器的出口孔释放时，该喷嘴针允许高压加载的燃料朝外逸出。该喷嘴针与该出口孔和栓塞子同时起作用，在栓塞提升时允许燃料漏出。因此，必须以相对短的时间间隔提起该针，并在短时间后让其重新滑回出口孔中。由电磁阀控制的液压伺服阀用于触发该喷嘴针的运动。伺服阀对于控制喷嘴针的打开和闭合是必要的。由此可以确定喷射起始、喷射持续时间和喷射结束。

由于超过2500bar的高喷射压力，因此无法通过电磁阀直接操控(移动)喷嘴针。在这种情况下，打开和闭合喷嘴针所需的力太大，以致这种过程只能借助于非常大的电磁铁来实施。然而，由于可用空间有限，这样的结构设计并不适合在发动机中使用。

通常使用所谓的伺服阀代替直接操控，该伺服阀操控喷嘴针并且自身由电磁阀控制。在这种情况下，在与喷嘴针配合的控制室中，借助在高压下提供的燃料建立压力水平，该压力水平沿闭合方向作用于喷嘴针。该控制室通常通过入口节流阀连接到燃料的高压区域。此外，该控制室还具有一个小型可闭合的出口节流阀，燃料可以从中漏出。若如此，则控制室中的压力和作用在喷嘴针上的闭合力就会降低。这导致喷嘴针的运动，其释放喷射器尖端的出口孔。伺服阀在这种情况下包括入口节流阀、控制室和出口节流阀。此时，为了能够控制喷嘴针的运动，控制室的出口节流阀可以使用电磁阀或其他合适的阀门选择性地闭合或打开。通过出口节流阀的受控打开，结合入口节流阀，确定阀门控制室内的压力。如上所述，该压力负责打开和闭合喷嘴针。

为了停止喷射并使阀门的出口节流阀在喷射之间保持闭合，需要一定的弹簧力来将闭合件(也称为电枢)压向出口节流阀，以防止燃料排出，从而防止控制室中的压力因出口节流阀而减小。相对地，为了打开，必须克服将闭合件压靠在出口节流阀的密封点上的设定的弹簧力，以便闭合件尽可能快地释放出口节流阀。典型的所需的接通时间，即电磁阀的从开始通电到闭合件被止挡在上行程限制部处的时间，在大约200微秒的范围内。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于相互独立地优化喷嘴针的打开和闭合。

本发明通过根据权利要求1所述的装置来解决该技术问题。在此，用于控制喷射器的装置包括：通道室，其可以在其两侧之一上被电枢元件(闭合件)封闭，从而选择性地将喷射器的流体高压区域与流体低压区域隔开；控制室，其用于对喷射器部件、优选喷射器针(喷嘴针)施加可变压力；阀门，其位于通道室的另一侧和控制室之间；第一连接部，其将喷射器的高压区域连接到通道室；以及第二连接部，其将通道室连接到控制室。在这种情况下，该装置的特征在于，阀门如此设计，使得当通道室中的压力水平等于或大于预定值时，或者当低于控制室中压力相对通道室中的压力的特定比例时，在高压区域和控制室之间建立直接连接部。

这里描述的阀门可以是在说明书的背景技术部分所描述的伺服阀。

根据现有技术，在打开可以封闭通道室的闭合件或电枢元件之后，由于处于高压下的流体(燃料)朝向低压区域经由出口节流阀离开通道室，因此在通道室中发生压降。因此，由于连接通道室与控制室的第二连接部，还存在高压下的流体从控制室朝向通道室的流动，从而由于压降而减小作用在喷射器部件上的力。若闭合件然后以密封方式与通道室的出口节流阀重新连接，则阻止了燃料的流出。借助于第一连接部，燃料随后从高压区域以高压流入通道室，导致在此压力升高。借助于第二连接部，控制室也充满高压燃料，从而作用在喷射器部件(例如喷嘴针)上的力增加并导致喷射器闭合。

相对地，本发明的阀门以不同方式作用。当超过通道室中的某一压力时，或者当超过通道室中的压力相对控制室中的压力的特定比例时，其中，当在封闭的通道室中的压力通过经由第一连接部的流入而增加，阀门如此设计，使得在燃料的高压区域和控制室之间形成直接连接部。这使得能够更快地用高压流体(燃料)填充控制室，从而通过喷射器部件的运动特别突然和快速地阻止喷射器输出燃料。这样，可以更好地确定燃料的喷射量，因为喷射器从打开状态到没有燃料通过喷射器输出的闭合状态的过渡阶段更快。

优选地，高压区域和控制室之间的直接连接部不延伸经由通道室。直接连接部更确切地说是高压下的燃料与控制室的耦合部。

根据本发明的可选的改进方案，第一连接部借助入口节流阀提供，入口节流阀形成从通道室到喷射器的高压区的节流连接部，优选地，该连接部独立于阀门的状态而存在。

若通道室未被闭合，即电枢元件未放置在通道室的开口上，则高压下的流体(例如燃料)朝向由电枢元件释放的低压区域漏出，从而在这种状态下，即使通过入口节流阀的连续流入，也不能抵消通道室或控制室中的压力降低。

根据本发明的改进方案，阀门还如此设计，使得仅当通道室中的压力水平等于或大于预定值时，才在高压区域和控制室之间建立直接连接部，而否则该连接部是闭合的。

因此，喷射器的高压区域和控制室之间的直接连接部只有在通道室中达到一定的压力水平时才由阀门来实现。若由于控制室与高压区域的连接部，控制室中的压力水平已与通道室的压力水平适应，则可选地设计阀门，使得再次闭合该直接连接部。

因此，阀门还可以如此设计，使得当通道室中的压力水平等于或大于预定值时，在高压侧和控制室之间建立直接连接，其中，该预定值以通道室和控制室之间的压差为基础。因此，例如，可以设置当通道室中的压力大于控制室中的压力时，由阀门建立直接连接部。

根据另一可选方式，第二连接部是节流连接部和/或直接连接部是无节流连接。节流连接部是指流过这种管路的流体在其流动中受到阻碍，从而经由这种节流连接部的压力均衡需要一定的时间。相对地，在无节流连接部的情况下，假定对流体不存在流动障碍，从而通过这种连接不会阻碍流体的压力均衡。

优选地可以设置，阀门包括位于通道室的两侧中的另一侧和控制室之间的阀门导向器和可滑动地支承在阀门导向器中的阀芯。在此，阀门导向器具有通道，当可滑动的阀芯在阀门导向器中的的第一位置上，该通道在高压区域和控制室之间不建立直接的流体连接部，并且当可滑动的阀芯在阀门导向器中的第二位置上在，高压区域和控制室之间建立直接的流体连接。据此，在阀芯的第一位置中，高压区域和控制室之间不存在直接连接部。因此，这使得阀门的移位变得特别容易。

根据本发明的改进方案，当超过通道室中的预定压力水平时，阀芯至少暂时移动到第二位置，从而分离两个控制室。

此外还能够规定，当低于通道室中预定压力水平时，阀芯移动到第一位置。同样可以设置，当通道室和控制室之间的压差低于预定值时，阀芯移动到第一位置。例如，当控制室中的压力相对通道室中的压力水平更高，则阀芯可以移动到第一位置。有利的是，阀芯通过控制室和通道室中的不同压力自动地实现移动，因为这些压力在阀芯的相应侧(通道室中的侧或控制室中的侧)上对阀芯施加一定的力，并且阀芯可以根据阀芯的有效压力表面与存在的压力的结合在一个方向上进行位移。

根据本发明，还可以设置，装置还包括止动件，该止动件在从第一位置运动到第二位置期间限制阀芯的行程。从而可以更大地设计部件的制造公差，并整体上降低了装置的成本。此外，限制阀芯行程的止动件具有减小阀芯到第一位置的复位行程的优点，从而可以在下一次喷射时更快地启动阀门。

根据本发明的可选的改进方案，止动件是具有一个或多个通孔的盘形主体。

在这种情况下，还可以设置，止动件固定、优选焊接在阀门导向器处。

此外，可能的是，止动件布置在控制室中，或者布置在阀门导向器面向控制室的一侧。

在止动件中可选地设置的至少一个通孔，以使燃料流到控制室或第二连接部。

根据本发明的另外的有利的改进方案，该装置还包括向阀芯施加力的复位件，该力迫使阀芯从第二位置行至第一位置。借助于该复位件，阀芯在喷射之后自动返回到第一位置的初始位置。由此，当启动下一次喷射时，阀芯不必首先克服阀门行程(即第一和第二位置之间的差)，从而缩短了响应时间。

在此可以设置，复位件为弹性元件、优选弹簧或螺旋弹簧，其以一定的力迫使阀芯行至第一位置。在此，优选地，弹性元件位于阀芯面向控制室的一侧上。

优选地，该阀门是两位三通阀，因为与现有技术中使用的两位两通阀相比，该阀门在喷射器的高压区域中具有附加的燃料通道，燃料通道在该阀门的特定状态下与控制室具有直接的流体连接部。

附图说明

本发明的进一步细节、特征和优点在下面的附图描述中示出。

附图是：

图1示出带有本发明的装置的喷射器的示意图的一部分；

图2示出喷射器的阀门的放大视图；

图3a-d示出本发明的装置在喷射器的一个工作循环期间的多种状态；

图4示出阀门的第一实施例；

图5示出阀门的第二实施例；

图6示出阀门的多种可能实施方式的几个示意性的俯视图，以及

图7示出用于限制阀芯行程的止动件的几种变体。

具体实施方式

图1示出了喷射器2的示意图的局部剖视图。示出了可移动的喷射器针6，喷射器针6可以朝向阀门7移动，喷射器针布置在该阀门7上。若喷射器针6朝向阀门7移动，则在喷射器的端部(未示出)流出燃料。在另一种情况下，喷射器针6位于远离阀门7的位置上，则没有燃料从喷射器2流出。

在喷射器针6的附近，在阀门7中间设有控制室5，在控制室可以产生可变压力。阀门7以其通孔3直接邻接到闭合件或电枢元件4，其可以液密地闭合通孔3。为此，需要施加一定的压力，该压力推动电枢元件4朝向通孔3。这通过与电枢元件4配合的弹簧实现的。若要从通孔3移开电枢元件4，则必须改变通孔3或控制室5中的压力，因此在电磁铁的帮助下，产生吸引电枢元件4远离通孔3的力。在此过程中，在喷射器壳体21中提供内磁极23和外磁极22，其与线圈一起形成操控闭合件的电磁铁。

图2示出了根据本发明的装置1、尤其阀门7的放大视图。此时仅可见电枢元件4的下部区域，下部区域在朝向阀门作用的状态下紧密地封闭通道室3，而在电枢元件4被吸引的状态下，通道室3与围绕电枢元件4的区域具有流体连接部。密封座41提供紧密连接部。因此通孔32借助于电枢元件4封闭。通道室3还具有入口节流阀8，该入口节流阀8允许高压下的燃料流入通道室3。还有第二节流阀9，其称为出口节流阀9，其可以形成通至控制室5的流体连接部。在这种情况下，阀芯72可相对于阀门导向器71移动地布置。因此，当在控制室5或通道室3中施加一定的压力时，阀芯72可以朝向或远离通孔3移动。

根据下述的图3a-图3d，描述了本发明的装置或者说根据本发明的阀门的功能。

图3a示出了导阀(即电枢元件4相对于通孔3的开口)处于关闭状态，因此喷射器2不进行燃料喷射。在电磁铁22、23的未通电状态下，通孔3(也可以是钻孔)通过闭合件4(电枢元件)借助于压缩弹簧24的预张力(见图1)闭合。通孔在此设置在所谓的座板31中。在这种情况下，电枢元件4将燃料的高压区域HP与低压区域分离。通过操控电磁铁22、23，吸引电枢元件4并释放座板31中的通孔3。因此，座板31下方或通孔3内的压力减小，并且可移动地容纳在阀门导向器71中的阀芯72抵抗阀门导向器71的下边缘被吸引。此外，高压下的燃料通过入口节流阀8从高压区域供给到通道区域。经由通道区域3，高压下的燃料通过另一个连接部9输送到控制室5。因此，控制室中存在非常高的压力，该压力作用于喷射器针6，并确保喷射器针闭合出口孔(未示出)。因此，燃料的在此产生的低压区域LP通过电枢元件4与高压区域HP分离，高压区域HP此时也位于通道室3和控制室5中。

图3b示出了导阀打开并由喷射器2进行喷射的状态。

导阀打开意味着提升电枢元件4，从而燃料可以从通道室3从高压区域HP流向低压区域LP。因此，电枢元件4的提升允许在通道室3和电枢元件4周围的区域之间实现直接的流体连接部。因此，燃料从通道室3流向电枢元件4。这也使得控制室5中处于高压下的燃料因存在压差而经由出口节流阀9流向喷射器的低压区域。这导致喷射器针6上方的压力降低，由此喷射器针体6上产生的的压力降低导致喷射器针6从其喷嘴座上抬起并进行喷射。

在此，如此设定入口节流阀8和出口节流阀9以及通道室3的尺寸，使得所描述的过程得以发生。

图3c示出了导阀刚刚闭合并且喷射器2仍然喷射的状态。

一旦电磁铁22、23的通电中断，复位弹簧24将电枢元件4推回座板31上的密封座中(见图1)。此时，燃料不再能通过由电枢元件4密封的通道室3的开口从通道室3漏出。因此，阀芯72上方的压力由于入口节流阀8而增加，该入口节流阀8允许一定量的高压燃料进入通道室3。

图3d示出了导阀闭合、喷射器针6闭合并且喷射器2的喷射终止的状态。

为此，图3d还示出了图3a-3c中讨论的区域的剖面图，然而，图3d示出了不同的剖面图以更好地表示本发明的特征。在图3d中所示的情况下，电枢元件4刚刚进入相对通道室3的开口的密封位置，因此高压燃料此时通过入口节流阀8流入通道室3。因此，通道室3中的压力水平增加，从而由于通道室3中相对于控制室5的非常高的压力而产生阀芯72远离通道室3的运动。由于这种运动产生了从燃料的高压范围HP到控制室5直接的、无节流的连接部。这种情况发生在阀芯72向下引导的运动中，阀门导向器71中的供给通道10与控制室建立流体连接部。这种流体连接部仅因阀芯72的移动而产生，该移动是因通道室3中的压力增加而产生的。因此，由于这些孔10在喷射器2中的高压容积和喷射器针6上方的控制室5之间形成直接连接。

因此，喷射器针6上方的控制室5中的压力增加得非常快，这导致通过针6闭合喷嘴的速度特别快。此时不再需要长时间等待高压燃料从通道室3通过节流阀9流入控制室5。这是特别有利的，因为节流阀9的几何形状是针对打开过程而优化的，从而利用本发明，打开过程和闭合过程都可以彼此独立地优化。

图4示出了本发明的另一实施例的剖面图。

在结构或功能上相同的部件由上述附图的相应参考符号表示。可以看到螺旋弹簧13，其用于在喷射后使阀芯72再次返回到初始位置。因此，若控制室中的压力等于高压区域中的压力，则阀芯72可能不能留在通过阀门导向器中设置的通道10产生流体连接部的状态中，而是通过弹簧13返回到其初始位置。这产生的优点在于，在激活下一次喷射时，阀芯72不必首先克服阀门行程，从而缩短了喷射器的响应时间。

图5示出了本发明的另一实施例，其中设置了盘形主体形式的止动件11，以限制阀芯72的行程。止动件11优选地通过激光焊接固定在阀门导向器71上。通过设置止动件11，可以使部件上的制造公差更大。此外，止动件11具有用于使燃料流过止动件11的通孔12。

图6示出了用于阀门导向器71的外形的四种不同实施例。若将阀门导向器插入与阀门导向器71的环形外部部分齐平的孔中时，则平坦部分可用于引导燃料从侧面通过套筒。

图7示出了用于限制阀芯72的行程的两个可用止动件11的平面图，示出了，两个止动件11中的每一个均具有至少一个通孔12。

本发明将两个部件(弹簧套和阀门导向器)的功能统一在一个部件中。在这种情况下，可以将阀门7的坯件优选地设计为MIM(金属注塑成型)，并且已经具有除出口节流阀9和入口节流阀8(其随后蚀刻)外的所有孔。

金属注塑成型工艺是一种制造工艺，其中借助注塑成型工艺生产坯体，然后在炉内烧结。因此，可以以成本效益高的方式实现非常复杂的部件几何形状，并且可以将部件的切削加工减少到最小。

结合图5，可看到在制造出口节流阀9之后，制造节流阀所需的侧向孔通过激光焊接工艺闭合。图5或图4中所示的球仅表示这种焊接形式，而不是实际安装的尺寸。

Claims

1.用于控制喷射器(2)的装置(1)，包括：

通道室(3)，其能够在其两侧之一上被电枢元件(4)封闭，从而选择性地将所述喷射器(2)的流体高压区域(HP)与流体低压区域隔开；

控制室(5)，其用于对喷射器部件(6)施加可变压力；

阀门(7)，其位于所述通道室(3)的另一侧和所述控制室(5)之间；

第一连接部(8)，其将所述喷射器(2)的高压区域(HP)连接到所述通道室(3)；以及

第二连接部(9)，其将所述通道室(3)连接到所述控制室(5)，

其特征在于，

所述阀门(7)如此设计，使得当所述通道室(3)中的压力水平等于或大于预定值时，在所述高压区域和所述控制室(5)之间建立直接连接部，所述阀门(7)包括：

阀门导向器(71)，其位于所述通道室(3)两侧中的另一侧和所述控制室(5)之间；和

阀芯(72)，其能滑动地支承在所述阀门导向器(71)中，其中，

所述阀门导向器(71)具有通道(10)，当所述通道室(3)和所述控制室(5)之间的压差低于预定值时，所述阀芯(72)移动到第一位置，当所述能滑动的阀芯(72)位于所述阀门导向器(71)中的所述第一位置，所述通道(10)不建立在所述高压区域(HP)和所述控制室(5)之间的流体连接部；并且当所述能滑动的阀芯(72)位于所述阀门导向器(71)的第二位置上，所述通道(10)建立在所述高压区域(HP)和所述控制室(5)之的流体连接部。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述直接连接部不延伸经由所述通道室(3)。

3.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述第一连接部(8)是入口节流阀，所述入口节流阀形成从所述通道室(3)到所述喷射器(2)的高压区域(HP)的节流连接部，所述第一连接部(8)独立于所述阀门(7)的状态而存在。

4.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述阀门(7)还如此设计，使得仅当所述通道室(3)中的压力水平等于或大于预定值时，才在所述高压区域(HP)和所述控制室(5)之间建立所述直接连接部，并且在其他情况下关闭所述直接连接部。

5.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述第二连接部(9)是节流连接部和/或所述直接连接部是非节流连接部。

6.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，当超过所述通道室(3)中的预定压力水平时，所述阀芯(72)至少暂时移动到所述第二位置，从而将所述通道室(3)和所述控制室(5)彼此隔开。

7.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，还设置有止动件(11)，所述止动件(11)在所述阀芯(72)从所述第一位置移动到所述第二位置期间限制所述阀芯(72)的行程。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其中，所述止动件(11)是具有一个或多个通孔(12)的盘形主体。

9.根据权利要求7或8中所述的装置(1)，其中，所述止动件(11)固定在所述阀门导向器(71)处。

10.根据权利要求7或8所述的装置(1)，其中，所述止动件(11)布置在所述控制室(5)中。

11.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，还包括向所述阀芯(72)施加力的复位件(13)，所述力迫使所述阀芯(72)从所述第二位置行至所述第一位置。

12.根据权利要求11所述的装置(1)，其中，所述复位件(13)为弹性元件，所述弹性元件以一定的力迫使所述阀芯(72)行至所述第一位置。