CN1112370A - 内燃机燃油喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种燃油喷射装置，它有一个受驱 动而作往复运动的油泵柱塞(8)，由柱塞所封闭的工 作腔(13)与一个直接装在油泵壳体上的喷油阀相连， 为控制燃油喷射量以及喷射时间而设置了一个电磁 阀(31)，它装在与油泵工作腔连通的燃油通道(22) 内，用作使油泵工作腔充油和/或卸载，为了减小受 高压作用的腔室，在燃油通道(22)的设计上使它与包 含有油泵工作腔的油缸孔相切割，并将电磁阀装在该 通道的进口处。

Description

内燃机燃油喷射装置
现有技术
本发明以权利要求1所述类型的燃油喷射装置为基础。这样的燃油喷射装置在德国专利DE-A1-3731240中已作了介绍，它的油泵柱塞通过内燃机的凸轮轴驱动而往复运动。带有油泵柱塞、油泵缸及喷油阀的燃油喷射装置的壳体采用了一体形式的壳体，壳体直接与所配属的内燃机气缸盖连接。在此，支承着可更换喷嘴的壳体部分与喷油阀的弹簧腔一起相对油泵柱塞的轴线斜置，从油泵工作腔有一燃油通道直通至电磁阀，通过电磁阀控制在油泵工作腔中生成高压的相位。在此结构方案中，当油泵柱塞在供油行程时，处于喷射压力下的燃油所充满的油腔通过通向电磁阀的燃油通道以及相临的阀前腔而扩大，阀前腔在电磁阀处于关闭状态时由阀座限止。这种相对较大的余隙空腔降低了燃油喷射装置的效率及燃油喷射精度，而在此对于燃油喷射装置采用相对较大的结构腔是必不可少的。
本发明的优点
具有权利要求1特征部分特征的本发明的燃油喷射装置的优点是，高压容积大大减小，同时可使燃油喷射装置达到紧凑的结构。
在从属权利要求中介绍了本发明有利的结构和改进结构。按照权利要求2的结构，其优点是，在油泵缸到阀座之间的燃油通道的容积可以保持很小。若将阀设计成如权利要求3所述的带有滑动柱塞的的滑阀，则该容积可进一步减小。按照权利要求4和5的结构，由于在燃油通道和油泵工作腔之间总是连通，使作为油泵工作腔的油缸容积仅有微小的加大。按照权利要求7至9，电磁阀的元件具有可靠的导向，而同时使燃油通道内的高压余隙容积较少损失。按有利的方式，在按照权利要求10的结构中，通过将电磁阀的元件与按照权利要求11的电磁阀衔铁刚性连接而使制造成本低廉。。因此，毋需电磁阀体与泵体精确定心，另外，按有利的方式在电磁阀开通时避免电磁衔铁的振荡。按照权利要求13的改进结构，由于燃油入口处的压力波动，尤其在开通时的压力波动产生较小的干扰力，从而出现较小的转换时间的波动。在此，由于阀元件的柱塞形部分的形状使得作用在阀元件上的燃油压力具有较高的反作用力。按照权利要求15和16的结构可以构成便于使用及安装的结构形式，便于触及电磁阀。燃油喷射装置在内燃机气缸盖上的安装公差可以容易抵消。此外，按照权利要求17和18的结构可以构成一种紧凑的结构，在这一结构中可以对油泵柱塞采用较小的复位弹簧，因为这一结构在油泵柱塞油行程时，在油泵柱塞作用方向具有一个附加的回复力，尤其是按权利要求18的结构，在油泵柱塞供油行程的终点可以得到一个较高的压缩力。
附图
在附图中说明了本发明的两个实施例，在下面的说明中将对这两个实施例作详细说明。图1为第一实施例的燃油喷射装置的油泵缸和喷油阀的纵剖图；图2为通过图1中II-II线与图1垂直平面的示图；图3为燃油喷射装置沿油泵柱塞纵向并在相对图1转动了90度的平面内沿图2中的III-III线的局部剖面图；图4是类似图1的纵剖示图，表示电子控制阀改进的结构形式。
对实施例的说明
在图1中表示了油泵壳体1的剖面，壳体1具有带推杆孔2的圆柱形套筒3，从其敞开的一侧滑动地插入滚柱推杆4，滚柱推杆4的外端装有滚轮5，滚轮上作用着图中未作进一步说明的由内燃机凸轮轴推动的摇臂杆，滚柱推杆内部装有一个压簧6，压簧一端支撑在套筒凹槽的底部，另一端通过弹簧座7支撑在滚柱推杆4上。在弹簧座与滚柱推杆之间装有一个油泵柱塞8，该柱塞插入突出到由滚柱推杆4和套筒3封闭形成的弹簧腔9中的套筒形油泵缸10的油缸孔11中，在此，油泵柱塞8以其端面限定了一个油泵工作腔13。在图3中也将对该工作腔13作进一步说明。从该工作腔13起有一高压油道15在油泵壳体内继续连通到喷油阀，而该喷油阀从其壳体16通过锁紧螺母17固定在油泵壳体上，在喷油阀壳体内，高压油道进一步连通到图中未标明的已知结构的喷油阀的喷嘴腔内。喷油阀的阀针受到喷油阀关闭弹簧18向关闭方向的作用力，该弹簧被安装在喷油阀壳体的弹簧腔19内，它另一端支撑在可调弹簧座20上。
如图2及图3所示，油缸内孔11与燃油通道22切割相交，由此造成在燃油通道的局部区段，其圆周壁的一部分在切口处与油泵缸相连通，在此，燃油通道最好横向于油缸内孔11的轴线延伸，燃油通道22的轴线最好位于油缸孔11的轴线的径向平面内，燃油通道作成横穿油泵壳体1的通孔，如图1和图2所示，燃油通道的出口由一密封体，譬如这里由端盖24封闭，端盖同时封闭住补偿腔25，燃油通道22通到补偿腔25中。燃油通道的另一端通到回油腔26，回油腔26作为具有较大直径的凹槽或盲孔设置在油泵壳体1内。在燃油通道和回油腔26之间的过渡段被设计成锥形阀座28，锥形阀座28与电磁阀31的阀门元件30上的相应的锥形密封面29共同起作用。此外，回油腔是燃油通道的一部分，回油腔26通过分支32与泵体内的燃油输入孔33相连通，并由燃油输送泵经输入孔供以低压燃油，通过分支32及燃油入口也可以将多余的、未被油泵柱塞送出的燃油再回送回去。
构成回油腔26的盲孔转变成更大直径的孔而形成安装孔48，孔内装入电磁阀31的电磁铁34的磁铁芯35和电磁线圈36，并在那里由将两者密封围绕的磁铁外壳37固定。在磁铁外壳37和带有电磁线圈36的磁铁芯35之间形成第二补偿腔38，它通过泵体内的补偿孔39直接与燃油通道22另一端的补偿腔25相连通。
在第二补偿腔38内设有衔铁片41，它与磁铁芯35的端面以大家所熟悉的方式共同工作，衔铁片被支撑在磁铁外壳37上的复位弹簧44压向磁铁芯方向，一个衔铁推杆47在电磁阀31处与衔铁片41连接，该推杆由磁铁芯35内的轴向孔导向，推杆的另一端与阀门元件30靠在一起，阀门元件在其与推杆相背的一端受到压簧49的作用，压簧支撑在端盖24上，由此使阀门元件与衔铁推杆保持强劲连接。在两个弹簧49和41作用下，阀门元件在电磁铁未通电时向开通方向运动，由此，使燃油通道22与油腔26相连通。
连线经过第二补偿腔38向外密封地穿过磁铁外壳37引到外部，此处有电磁线圈36的接头。磁铁外壳是圆筒形的，并可滑移地安装在筒形接头42中，接头42在其朝燃油喷射装置一端有一个通孔43，用以对圆筒状磁铁外壳导向，该处设有密封件。在接头42与燃油喷射装置相背的另一端有一外法兰57，法兰贴靠在内燃机气缸盖壁45的相邻部分，在两者之间装有密封件，并在该处固定，接头朝燃油喷射装置一端穿出在气缸盖壁上的相配合孔。这样，电磁阀的电磁线圈的电气接头46受保护地安装在筒形的接头内，并且还很容易从外部触及。筒形接头采用可松开的紧固元件固定在气缸盖壁上，并可在其紧固之前被推移以补偿安装及位置公差，由此使气缸盖的内部通过筒状接头与外部密封。
电磁阀31的阀门元件30由一个突出到燃油通道22中的第一部分50和一个伸入回油腔26中的第二部分51组成。第一部分50向补偿腔25方向以一柱塞52结束，柱塞将补偿腔与位于柱塞52和导向柱塞53之间的环槽54相隔离开，环槽中作用着喷射压力。导向柱塞具有穿通的横截面55，55将环槽54与位于导向柱塞53和密封面29之间的环腔56相连通。锥形密封面29位于阀门元件第二部分51的直径加大的圆柱形部位58处，在其端面与衔铁推杆47靠在一起。此外，圆柱形部位58插入中间盘片60中的导向孔59中，中间盘片60安装在回油腔26和封闭住回油腔26的磁铁芯35之间。当电磁铁未通电时，在弹簧49的作用下，圆柱形部分58贴靠到磁铁芯的端面，磁铁芯同时又是确定阀门元件行程的止档，通过中间盘片60的厚度变化可以调节止档，并由此调节阀的开启横截面。
阀门元件上的环槽54位于燃油通道22中与油缸孔11切割的部位，因此总是与油缸孔11相连通。为了确保与油泵工作腔13相连通，如图3所示，在油缸孔11的下部有一个直径增大部62，因此，当油泵柱塞完全插入到上死点时，也就是到油泵工作腔13压缩供油行程的终点时，总还通过直径增大部位与环槽54保持连通。直径增大部位在此可以是环槽或环状间隙，或者它是同样通到油缸孔端面64的、位于燃油通道与油缸孔切割相交范围内的长槽，这样就可通过这种空隙的作用首先建立起油缸孔和燃油通道22之间的连通，这样的连通也可以借助于腐蚀法产生缺口而实现，腐蚀法尤其适用于加工带有尖锐边缘的横截面改变部分，因此从几何形状看不存在燃油通道22孔的横截面与空隙或与油缸孔11的相切割，这样制造形成的连通与相切割形成的相同。
在其它结构形式中，油缸工作腔还可以与一个蓄能阀64相连接。为此，弹簧座20通过推杆65与柱塞部66相连，柱塞部66可在孔67中密封移动，并受到油泵工作腔的压力以便克服喷油阀弹簧力。由此可在油泵柱塞供油行程中，将一部分所供出的燃油通过柱塞部66的移动而送出，从而降低在燃油喷射装置供油起点时形成的压力。同时，燃油的排出使电磁阀的关闭更容易，电磁阀在油泵工作腔内压力建立起始之时，在阀门仍开启的状况下受到朝开启方向的一个分力作用。
在上述的阀中，在油泵工作腔13和回油腔26之间还有一个很小的空腔，它处在高的燃油喷射压力作用下，空腔主要由环槽54和环腔56的容积构成。采用此方式获得较高的液压效率，并可对燃油喷射量以及对燃油喷射时间点可作精确的控制，其原因是对于高压加载空腔的填充及卸载的控制时间的损失减少了。采用双导向阀门元件，即一方面由柱塞52，另一方面由导向柱塞53或圆柱形部分58在中间盘60的导向孔59中的附加导向确保了密封面29可靠地贴靠到阀座28上，从而保证了电磁阀具有精确可行的工作方式，其动态特性进一步由其在两个弹簧49和41之间的支撑而改善，因为过调趋势由此而减弱。阀门元件30的两侧由补偿腔25和第二补偿腔38及回油腔26的液压作用而压力平衡，这些补偿腔通过譬如圆柱部分58和中间盘片60之间的漏泄而填充燃油。由于圆柱形部分58的直径此燃油通道的直径大，因此，阀门元件在油泵柱塞压缩供油行程运动一开始时就受高压油沿开启方向的作用，并附加弹簧46的力，由此而获得很短的开启时间。
在图4中给出了比图1到图3所示方案更为简化的结构形式。与图1的结构不同，电磁铁被安装在阀门元件与密封面相背的一端。与图1相似，燃油通道22在燃油喷射装置的壳体中是以通孔穿过油泵壳体1，并以该方式与油缸孔11及油泵工作腔13连通。燃油通道22的一端与回油腔126接通，而该回油腔通过燃油入口133与向油泵工作腔10供给燃油或卸载的低压燃油腔相连。回油腔腔26在燃油通道22出口相对的一端用中间盘片160为限，该盘片由一个使油泵壳体对外界密封的连接件69而固定在油泵壳体内。中间盘片有一个导向孔159，它通过在连接件69端部的槽70与泵体内的补偿孔139连通，并通过它与第一补偿腔125接通，燃油通道22的另一端通入第一补偿腔125。
阀门元件130在此实施例中是作为柱塞布置的，它安装在燃油通道22中密封地滑动，并具有与图1中环槽54相似的环槽154，而该环槽总是通过连通横截面71与油泵工作腔13及油缸孔11连通。连通横截面71或是通过将燃油通道和油泵缸及直径增大部62穿透形成，或是通过对其连接处的腐蚀加工形成。环槽154以阀门元件的圆柱部分158为限界，该部分伸入到回油腔126内，它的直径比燃油通道的直径大，也就是在此通道内导向的阀门元件柱塞部直径大，并且在其向环槽154一端带有一圆锥形密封面129，它与燃油通道至回油腔126的过渡处的同样是锥形的阀座128配合工作。此外，阀门元件的圆柱形部分158端端插入导向孔159，并从而将回油腔126与在导向孔内的圆柱形部分158所封闭住的第二补偿腔138隔开，后者如设计所示，通过补偿孔139与第一补偿腔125连通。
阀门元件130伸入第一补偿腔125中的部分装有一个衔铁141，它与此时安装在这一侧的电磁铁134的磁芯135一同工作。带有电磁线圈136的磁芯135由磁铁外壳137封住，使带有第一补偿腔125的本与外部隔绝。在磁铁芯的孔中装有一个压簧结构的复位弹簧149，它沿开启位置的方向向阀门元件130施力，相反在电磁铁134通电动作时通过衔铁141转到关闭位。这样就得到一个廉价的双导向阀门元件的技术方案，它依旧具有优点，即密封面在关闭状态下靠阀门元件良好的导向而能很好密封地坐落在阀座128上，这样，在可接受的生产成本下达到良好的关闭特性。阀门元件130的开启行程是通过其端与封口件的贴靠而确定的，并可通过它进行调节。
在保持受高压作用的余隙空间最小的情况下，也可采用一个压力平衡的柱塞滑阀替代具有上述方式导向的阀门元件30、130的支座型阀，该柱塞滑阀有一个在燃油通道22中密封滑动的柱塞，它代替了导向柱塞53和与阀座共同工作的密封面。滑动柱塞控制着燃油出、入口到环槽54和油泵缸的连通。
在另外的结构形式中，在套筒3中的弹簧腔9由滚柱推杆4完全封闭，只能通过一个节流孔68卸载。然而，该节流孔在油泵柱塞的压缩行程中由滚柱推杆4插入套筒3的部分封闭住，因此，在燃油喷射泵的凸轮驱动下在接近油泵柱塞供油行程终点时，在这时已密闭的弹簧腔9中建立起复位压力，此压力协助复位弹簧6的动作。这样尤其防止了在接近供油行程终点时由于凸轮的推动而使滚柱推杆或摇臂杆上升的倾斜，因为在此范围内作用着较高的回复力。然而由此由于驱动凸轮的凸轮升程曲线向行程终点运行时曲线变得平坦而使滚轮与凸轮之间的最大压力并不因此而升高，通过对节流孔尺寸及关闭节流孔行程位置的确定可以使回复力得以优化，以改善凸轮驱动特性。

Claims (25)

1.内燃机的燃油喷射装置，具有一个装在油缸孔(11)内界定油缸工作腔(12)的油泵柱塞(8)和一高压油管(15)，柱塞(8)受驱动而往复运动，高压油管(15)将油泵工作腔(13)和喷油阀(18)连通，其阀门元件在从油泵工作腔(13)和喷油阀(18)连通，其阀门元件在从油泵工作腔(13)通过高压油管(15)输出的燃油喷射压力作用下克服关闭力(18)而开启，燃油喷射装置还具有一个从油泵工作腔(13)经过电子控制阀(31)通向比喷射压力低的燃油前腔的燃油通道(22，26，32，33)，其特征是，燃油通道的部分区段(22)，其圆周部分与油缸孔(11)包含着油泵工作腔(16)的部分连通，这部分在与燃油通道(22)的连通部位总是通过一个在油缸孔(11)的这部分与油泵柱塞(8)外表面之间形成的中间腔(62)而与油泵工作腔(13)连通，进入燃油通道(22)与油泵缸相连部分的入口受到电控阀(31)的阀门元件(30)的控制。
2.按照权利要求1所述的燃油喷射装置，其特征是，燃油通道在局部范围与中间腔切割相交。
3.按照权利要求1所述的燃油喷射装置，其特征是，燃油通道局部范围与中间腔之间的连通通过腐蚀法去除金属而制成。
4.按照权利要求1至3所述的燃油喷射装置，其特征是，阀门关闭元件设计成座阀元件，它具有一密封面(29)，该密封面与设置在燃油通道(22)到扩大腔(26)间的出口处的阀座(28)配合工作。
5.按照权利要求4所述的燃油喷射装置，其特征是，带有导向部分(52、53)的阀门关闭元件(30)在燃油通道(22)中一直伸到燃油通道与油缸孔(11)相连接的部位，并填满燃油通道的一部分。
6.按照权利要求1至3所述的燃油喷射装置，其特征是，燃油通道(22)与油泵缸相连部分构成电控阀(31)的柱塞滑阀形式的阀门元件的导向孔。
7.按照权利要求1至3所述的燃油喷射装置，其特征是，中间腔由槽构成。
8.按照权利要求1至3所述的燃油喷射装置，其特征是，中间腔由一环状间隙(62)构成。
9.按照上述任一权利要求所述的燃油喷射装置，其特征是，喷油阀的外壳(16)直接与内设油缸孔(11)和燃油通道(22)的油泵壳体(1)连接。
10.按照权利要求5所述的燃油喷射装置，其特征是，导向部分具有一柱塞(52)，它界定了在阀门元件导向部分(52)上总是与油缸孔(11)相通的环槽，环槽的另一侧受阀门元件(30)支承密封面(29)部分的界定。
11.按照权利要求10所述的燃油喷射装置，其特征是，环槽(54)朝向阀关闭元件具有密封面的一端以一个带有通口的导向柱塞(53)为界，在导向柱塞(53)和密封面(29)之间设有在阀门关闭元件(30)上的环腔(56)。
12.按照权利要求6所述的燃油喷射装置，其特征是，柱塞滑阀有一个环腔，它总是与油缸孔(11)相连，并以一个控制边为界，由它控制燃油通道其它部分。
13.按照权利要求10至12所述的燃油喷射装置，其特征是，阀门元件受到一个沿阀门关闭元件的开启方向作用的弹簧(49)作用而压向为操纵阀门元件而设置的电磁铁(34)的衔铁(47，41)，衔铁(47，41)受到一个沿阀门元件方向作用的复位弹簧(44)的作用，并在电磁铁通电时将阀门元件送到关闭位置。
14.按照权利要求13所述的燃油喷射装置，其特征是，由作用在衔铁(41，47)和作用在阀门元件(30)上的弹簧(49，44)产生的力沿阀门元件的开启方向作用，相反，阀门关闭元件在电磁铁的磁力作用下受沿关闭方向的力作用。
15.按照权利要求5至12中之一所述的燃油喷射装置，其特征是，阀门元件(130)在沿阀门元件开启方向作用的弹簧(149)推动下可向止档(69)运动，并与作为电控阀(31)的阀门元件(30)的操作装置而设置的电磁铁(134)的衔铁(141)相连接，通过此衔铁可使阀门元件在电磁铁通电时克服弹簧力而到达关闭位置。
16.按照权利要求10所述的燃油喷射装置，其特征是，阀门元件(30，130)的密封面(29)设置在阀门元件圆柱形部分的一端上，所述部分的直径比导向部分的大而且突入扩大腔(26，126)中，该部分的远离密封面的一端插入一个导向孔(59，159)中，这样就将由该部分插入导向孔而封住的空腔(38，138)与扩大腔(26，126)分开。
17.按照权利要求16所述的燃油喷射装置，其特征是，所封住的空腔作为补偿腔(38，138)使压力平衡。
18.按照权利要求16所述的燃油喷射装置，其特征是，电控阀的电磁铁(34)从外部装进油泵壳体的安装孔(48)内，电磁铁以其带有电磁线圈(36)的磁铁芯(35)界定了扩展腔(26)，中间装入一个中间盘(60)，盘中心具有导向孔(59)，磁铁芯(35)的底部作为阀门元件行程的止档，在阀门元件上作用着一个穿过磁铁芯(35)而导向的衔铁推杆(47)，杆的另一端接着衔铁片(4)(见图1)。
19.按照权利要求18所述的燃油喷射装置，其特征是，阀门元件(30)背离电磁铁(34)的端面与第一补偿腔(25)接邻，此腔与围绕着在中间盘(60)在背离扩大腔(26)一侧上的电磁铁的第二补偿腔(38)相连。(见图1)。
20.按照权利要求17所述的燃油喷射装置，其特征是，阀门元件(130)的一端伸出燃油通道而进到第一补偿腔(125)中，并在该处与电磁铁(134)的衔铁(141)相连接，导向孔(159)设在与扩大腔(126)相邻的圆盘(160)之中，圆盘通过连接件(69)装在燃油喷射装置的壳体中，连接件同时作为阀门元件(130)行程的止档，由阀门元件在导向孔(160)中封闭的空间是第二补偿腔(138)，它与第一补偿腔(125)是液流相通的。
21.按照任一上述权利要求所述的燃油喷射装置，其特征是，燃油通道(22)的一部分横向于油缸孔(11)的轴线延伸。
22.按照权利要求15所述的燃油喷射装置，其特征是，燃油通道(22)和阀门元件(30)的轴线位于油缸孔(11)轴线的径向平面中，电控阀(31)的驱动部件装有电气接头(46)的部分是这样装在一个罐状接头(42)中的，即它是伸入罐状部件(42)内部，该部件有一个外法兰(44)，该部件通过法兰与内燃机机体上开孔的边缘在对孔采取特别密封防漏的条件下固定安装在内燃机壳体上。
23.内燃机的燃油喷射装置，具有一个装在油缸孔(11)内界定油缸工作腔(12)的油泵柱塞(8)和一高压油管(15)，柱塞(8)受驱动而往复运动，高压油管(15)将油泵工作腔(13)和喷油阀(18)连通，其阀门元件在从油泵工作腔(13)通过高压油管(15)输出的燃油喷射压力作用下克服关闭力(18)而开启；燃油喷射装置还具有一个从油泵工作腔(13)经过电控阀(31)通向比喷射压力低的燃油前腔的燃油通道(22，26，32，33)，特别是按照任一上述权利要求所述的燃油喷射装置，其特征是，油泵柱塞(8)通过推杆(4)受驱动，推杆(4)在推杆孔(2)中导向滑动，并在推杆孔底部与一压簧(6)相接，受驱动的油泵柱塞(8)由于压簧(6)的作用而进行吸油行程。
24.按照权利要求23所述的燃油喷射装置，其特征是，由推杆(3)在推杆孔(2)内封闭的弹簧腔(9)通过一个节流孔(68)与外界空气相通。
25.按照权利要求24所述的燃油喷射装置，其特征是，节流孔设在套筒壁上，并从滚柱推杆(4)的某一确定的行程起由推杆将其封闭。
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