CN113454331A

CN113454331A - 喷射燃料的喷射器单元和操作该喷射器单元的方法

Info

Publication number: CN113454331A
Application number: CN202080013813.8A
Authority: CN
Inventors: R·皮尔克; R-S·斯廷赫; M·赛德尔
Original assignee: Liebherr Parts De Gendorf Co ltd
Current assignee: Liebherr Parts De Gendorf Co ltd
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2040-02-11
Also published as: DE102019103362A1; US20220186698A1; EP3921536B1; WO2020165126A1; EP3921536A1

Abstract

根据本发明，一种用于喷射燃料的喷射器单元包括：具有通孔的座板，所述通孔延伸穿过座板；可以放置在所述座板上用于封闭所述通孔的电枢元件；以所述座板方向挤压所述电枢元件以用于封闭所述通孔的弹簧元件；电磁铁，其设计成对所述电枢元件施加力以便将其从座板抬升；以及止挡件，其用于限制所述电枢元件在从所述座板抬升的状态下的升程。所述喷射器单元的特征在于控制单元，所述控制单元设计成用于在所述电枢元件从所述座板上抬升后第一次接触止挡件之前，减少用于将所述电枢元件从所述座板抬升的所述电磁铁的致动信号。

Description

喷射燃料的喷射器单元和操作该喷射器单元的方法

技术领域

本发明涉及一种用于喷射燃料的喷射器单元以及用于操作所述喷射器单元的方法。

背景技术

在如柴油发动机或汽油发动机的内燃机内，通常通过喷射器向燃烧室喷射一定量的燃料并持续一定时间。由于处于微妙范围的极短的喷射持续时间，则要求喷射器的排气孔非常高频率地打开或关闭。

因为本领域技术人员熟悉喷射器的基本功能原理，下面仅简要讨论有利于理解本发明的几个方面。

喷射器通常具有喷嘴针(也称为喷射器针)，在喷射器的至少一个出口开放时可以释放高压燃料。在与至少一个出口相互作用时喷嘴针起到如塞子的作用，在抬升时可以释放燃料。因此，必须以相对短的时间间隔抬升喷嘴针，并在短时间内使其再次滑动回到出口处。可以使用液压伺服阀门控制这种移动。这种阀门借助电磁铁来进行控制。

由于高达2500巴的高喷射压力，喷嘴针不能直接借助电磁阀来控制或移动。打开和关闭喷嘴针所需的力过大，因此只能借助非常大的电磁特才可以实现这种方法。但是因为发动机内可以使用的空间有限，这种结构被排除。

通常情况下使用所谓的伺服阀来代替直接控制，它控制喷嘴针并且本身通过电磁阀进行控制。在此借助可在高压下使用的燃料，在与喷嘴针相互作用的控制室中建立压力水平，在关闭方向上作用在喷嘴针上。所述控制室通常通过进料管线与燃料的高压区域相连。此外，所述控制室(也称为下控制室)具有通往阀门室(也称为上控制室)的管线，该阀门室具有可关闭的排放节流阀(也称为通孔)，来自排放节流阀的高压燃料可以从座板的一侧漏到座板另一侧的低压区域。此处使用的术语座板是指节流板或密封板。如果这样做，阀门室和控制室中的压力下降，由此作用在喷嘴针上的关闭力减小，因为来自阀门室和控制室的处于高压下的燃料可以流走。这会导致喷嘴针移动，从而释放喷射器尖端的开口。为了能够控制喷嘴针的运动，喷射器的座板中的排放节流阀借助电枢元件可选择性地关闭或打开。

关闭或释放座板中通孔的电枢元件借助电磁体致动。如果电磁铁处于断电状态，则需要一定的弹簧力，将电枢元件推向通孔(＝座板中的开口)。当电磁铁通电状态时，电枢元件被弹簧元件所施加的弹簧力吸引，使弹簧被压缩并且电枢元件从通孔中抬升并释放通孔。

正如已经简要说明的，处于高压下的燃料通过座板上的通孔流入低压区域。因此不仅阀门室中的压力降低，而且由于连接阀门室和控制室的管线，在与喷嘴针相邻的控制室中也存在压降。控制室内压力降低的结果是，喷嘴针从其喷嘴座中抬升并且燃料从喷射器中喷出。

上述用于释放通孔的过程的问题在于，电枢元件由于所施加的磁力而在打开时撞击止挡件并且在其上颤动。这种在限制电枢元件升程的止挡件上的所谓电枢的颤动导致喷嘴针从其喷嘴针座释放，并且因此喷射口的释放受到一定时间变化的影响。在喷射过程中仅能预测喷嘴针离开喷嘴座的特定时间范围。因此，这种时间变化意味着相对保守地进行喷射量控制，导致燃料消耗增加。

此外，电枢颤动会导致电枢和在其上碰撞的止挡件的磨损，这会导致两个部件之一的过早更换。

也因为电枢颤动还会导致互相碰撞的部件产生热量，这需要对部件进行一定的热设计，在某些情况下甚至需要散热的概念。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于喷射燃料的喷射器单元，其至少部分地克服或缓解了上述缺点。所述目的通过具有权利要求1的全部技术特征的喷射器单元或通过根据权利要求11的方法来实现。

根据本发明，一种用于喷射燃料的喷射器单元包括：具有通孔的座板，所述通孔延伸穿过所述座板；电枢元件，其可以放置在所述座板上，以便封闭所述通孔；弹簧元件，其以所述座板方向挤压所述电枢元件，以便封闭所述通孔；电磁铁，其设计成用于对所述电枢元件施加力，以便将所述电枢元件从所述座板抬升；以及止挡件，其用于限制所述电枢元件在从所述座板抬升状态下的升程。所述喷射器单元的独特之处在于控制单元，所述控制单元设计成用于在所述电枢元件从所述座板上抬升后第一次接触所述止挡件之前，减少用于将所述电枢元件从所述座板抬升的电磁铁的致动信号。

在此可以规定，所述致动信号是流过电磁铁线圈的电流信号。

还可以规定，所述通孔将所述座板的两个平坦侧面侧相互连接，并且放置在所述座板上的所述电枢以液压的防水密封所述通孔。所述通孔还可以是连接所述座板下方空间和所述座板上方空间的出口节流阀。

与现有技术不同的特征，即以电磁铁的致动信号的特定形式，其效果是通常发生的电枢颤动显著减少或根本不再发生。这是因为，即使电枢元件尚未处于其期望的最终位置，用于施加电磁铁磁力的致动信号就已经减小。因此，降低了电枢元件碰撞限制其升程的止挡件的速度和力，从而可以缓解与电枢颤动相关的缺点。

为了将电枢元件从其通孔密封位置抬升，作用在其上的磁力必须首先克服反向作用的弹簧力和可能的摩擦力。随着运动的进行，随着电枢元件与磁铁之间距离的减小，磁吸力连续增加并且电枢元件逐渐加速，直到电枢元件突然被止挡件制动。

根据本发明规定，控制单元被设计成在电枢被吸引向磁铁方向的过程中，致动信号至少被中断或被减少一次。通过中断或减少致动信号，磁吸力会暂时显著降低。有利地，以此方式进行的中断或减少，电枢随后由于作用在其上的力而继续移动，使得电枢以零速度或至少以非常低的速度碰撞止挡件。因此完全避免或至少显著减少了颤动。

根据本发明的另一有利的改进方案规定，所述控制单元被设计成用于将电磁铁的致动信号降低超过抬升过程开始时初始值的50％、优选地超过75％、更优选地超过90％。

另外还可以规定，所述控制单元被设计成在减小电磁铁的致动信号之后再次增大致动信号，优选增大抬升过程开始时初始值的至少50％、优选地至少75％、更优选地至少90％的范围。

因此，控制电枢元件的磁吸力的致动信号仅在短时间内急剧下降，随即很快就回到或接近初始水平。致动信号的这种短时间下降的效果是：尽管致动信号短时间下降，电枢还是从通孔处移开。在此情况下，可以确定致动信号短时间下降的尺寸，使得在电枢元件从通孔处抬升之后，电枢元件在此期间没有向通孔的方向接近。在从通孔到限制升程的止挡件的路径中，电枢元件的速度可降低到电枢元件停止，但优选地电枢元件不向通孔方向接近。

以这种方式产生的致动信号确保减少在止挡件上的不希望的电枢颤动，并实现对喷射器的喷射量特别精确的调节。

根据本发明的另一改进方案可以规定，所述控制单元被设计成，在电枢元件从座板上抬升后第一次接触止挡件之后，和/或在电枢元件的升程达到或接近反转点时，再次增大电磁铁的致动信号。

因此可以根据电枢元件的位置从降低的水平来选择升高致动信号的时间点。在此建议在电枢元件从座板上抬升后第一次接触止挡件之后，和/或在电枢元件的升程达到反转点时，增大电磁铁的致动信号。否则，电枢元件将在密封开口的方向上发生不希望的运动。

根据本发明可以规定，所述控制单元被设计成以二进制方式和方法传输致动信号，即仅传输开和关的致动信号状态。对于根据本发明的单元的设计和控制有利的是致动信号仅可以呈现两种状态，即开和关。

随后致动信号在“打开”时间段之后在电枢元件升程过程中被断开或暂时断开。这导致具有更少的电枢颤动的、整体更有利的升程过程。

可以优选规定，所述座板被设计成在通道节流阀关闭状态下，将燃料的低压区和高压区分离。

根据本发明的其他改进方案可以规定，用于实施电枢元件的升程的空间用流体填充，优选地用燃料填充。所述流体在此不可磁化或仅可以较弱地磁化。

另外可以设置用于在升程过程中引导电枢元件的电枢引导件，其优选地从座板向止挡件的方向延伸。所述引导件用于将电枢元件有针对性地放置在座板的通孔上或从座板的通孔上抬升。

根据本发明可以规定，所述电磁铁具有磁芯和部分地或完全地容纳磁芯的线圈。

所述止挡件优选地可以是电磁铁的端面或者是电磁铁的磁芯的端面。然而，本发明还包括止挡件不是电磁铁的一部分的情况。

但是所述止挡件优选地设置在构造为螺旋弹簧的弹簧元件内部，使得螺旋弹簧缠绕在止挡件周围。

本发明还涉及一种操作用于喷射燃料的喷射器单元的方法，所述喷射器单元优选地根据前述变体中任一种构造，在所述方法中，电枢元件借助电磁铁克服由弹簧施加在座板方向上的弹簧力而从座板抬升，以释放座板的通孔。所述方法的独特之处在于，在电枢元件从座板上抬升后第一次接触限制电枢元件升程的止挡件之前，减少使得电枢元件从座板抬升的电磁铁的致动信号。

所述方法可以改进为，所述电磁铁的致动信号降低超过抬升过程开始时初始值的50％、优选地超过75％、更优选地超过90％。

此外可以规定，所述电磁铁的致动信号在减小之后，致动信号再次增大，优选增大至抬升过程开始时初始值的至少50％、优选地至少75％、更优选地至少90％的范围。

在此可以规定，在电枢元件从座板上抬升后第一次接触止挡件之后，和/或在电枢元件的升程达到或接近反转点时，所述电磁铁的致动信号再次增大。

根据本发明的方法还可以规定，所述致动信号本质上是二进制的，即仅将开和关的致动信号状态传输到电磁铁。

附图说明

根据以下附图可以得出本发明的其他细节、技术特征和优点。其中：

图1示出根据本发明的控制信号与现有技术的控制信号对比的图表，和

图2示出燃料喷射器的座板周围的局部剖面图的放大截面图。

具体实施方式

图1示出在时间t内两个上下叠放的图表，其中两个图表中上面的一个示出根据本发明(实线A)和根据现有技术(虚线B)的致动信号I或引导至电磁铁上的电流的走向。位于下面的图显示取决于各种致动信号的电枢元件的位移(x)，其中虚线表示根据现有技术的控制行为，实线表示根据本发明的控制。

从图表可以看出，在时间点t₀电枢元件放在座板上，使得通孔密封。

现在在时间点t₀将用于控制电磁铁的电流信号I设置为值I₁，该值不为零并因此使得电枢元件从座板向限制升程的止挡件方向移动，电枢元件首先缓慢移动并随后以更快的速度向止挡件方向移动(见虚线B)。随着电枢和电磁铁之间距离的减小，磁吸力不断增加并且所述电枢元件逐渐加速，直至电枢元件突然被止挡件制动(X_止挡件)。紧接着在此导致电枢在止挡件上剧烈颤动。这种颤动对电磁阀的可调节性以及液压开关上的反馈有负面影响，并且增加磁铁和电枢元件的磨损。

在颤动结束后，电枢元件保持在止挡件的远离通孔的位置上，直至致动信号I₁在时间点t₃关闭。随后通过线圈的电流完全消退且磁场减弱，其中由于剩磁效应和涡流影响一部分磁场在短时间内保留。一旦减退的磁力不再克服弹簧力，则电枢被弹簧压回到座板上。

这里的问题是，电枢元件在距离X_止挡件时的最大偏移时的颤动。

利用根据本发明经过改进的致动信号，可以防止或至少显著降低电枢在与座板隔开的止挡件X_止挡件上的颤动。为此根据本发明设置，在电枢向止挡件或磁铁被吸引的过程中，致动信号至少被中断一次或被减少。

与现有技术一致，将用于控制电磁铁的电流信号I在时间点t₀被设置为值I₁之后，电枢元件开始从座板向止挡件的方向移动。

然而现在根据本发明，在电枢元件与止挡件接触之前已经减少致动信号或如图1所示将致动信号复位为零。因此暂时显著降低了磁吸力，使得电枢在结束时由于作用在其上的力以零速度或至少非常低的速度向前移动，碰到上部止挡件。由此完全放置或至少显著减少了颤动。

在理想情况下，一旦电枢以零速度或接近零的速度碰到第二止挡件，使得电枢停在止挡件处，则致动信号再次被激活，这是时间点t₂时最后的致动信号激活，直至致动信号在时间点t₃最后结束。但是本发明还包括以下情况，即电枢不碰到止挡件或者以大于零的速度到达止挡件。致动信号有利地在短时间范围内再次被激活，在时间点t₃电枢速度接近零。在此过程中不能完全抑制所述颤动，但是与传统的控制相比已显著减少。

如果不再期望电枢元件释放座板的通孔，则在时间点t₃使致动信号失效，因此电枢元件被弹簧元件推向座板的方向并且发生颤动，与根据现有技术的在对电磁铁供电时与座板间隔的止挡件类似。

图2示出燃料喷射器1的座板2周围部分剖面图的放大截面图。

该图仅示出了对称轴12的一侧。在图的下端可以看出，座板2具有(居中布置的)通孔3，通孔3可以通过放置在其上的电枢元件4来封闭。电枢元件4在电枢引导件9中引导，电枢引导件9允许电枢元件4有针对性的移动。在电枢元件4的上方，也就是在电枢元件4背离座板2的一侧上设置通常以螺旋弹簧形式的弹簧元件5，弹簧元件5以座板2的方向挤压电枢元件4。弹簧元件5支撑在电磁铁6、7上并且在其线圈的内部区域容纳止挡件8，止挡件8限制电枢元件4的升程运动(以x表示)。然而，根据本发明的变体，电磁铁6、7面向电枢元件4的端面也可以用作止挡件。此外用附图标记11表示布置在磁芯6的凹槽中的线圈7的线圈外壳。另外，附图标记13表示喷射器的轴向方向。

对称轴12示出喷射器的基本上转动对称或旋转对称的基本构造。

Claims

1.一种用于喷射燃料的喷射器单元(1)，其包括：

具有通孔(3)的座板(2)，所述通孔延伸穿过所述座板(2)，

电枢元件(4)，其能够放置在所述座板(2)上，以封闭所述通孔(3)，

弹簧元件(5)，其以所述座板(2)方向挤压所述电枢元件(4)，以封闭所述通孔(3)，

电磁铁(6、7)，其设计成用于对所述电枢元件(4)施加力，以将所述电枢元件(4)从所述座板(2)抬升，以及

止挡件(8)，其用于限制所述电枢元件(4)在从所述座板(2)抬升状态下的升程(x)，

其特征在于，

控制单元，其设计成用于在所述电枢元件(4)从所述座板(2)上抬升后第一次接触所述止挡件(8)之前，减少用于将所述电枢元件(4)从所述座板(2)抬升的电磁铁(6、7)的致动信号。

2.根据权利要求1所述的喷射器单元(1)，其中所述控制单元被设计成用于将所述电磁铁的致动信号降低超过抬升过程开始时的初始值的50％、优选地75％、更优选地90％。

3.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中所述控制单元被设计成在减小所述电磁铁(6、7)的致动信号之后再次增大致动信号，优选地增大至抬升过程开始时的初始值的至少50％、优选地至少75％、更优选地至少90％的范围。

4.根据权利要求3所述的喷射器单元(1)，其中所述控制单元被设计成，

在所述电枢元件(4)从所述座板(2)上抬升后第一次接触所述止挡件(8)之后，和/或

在所述电枢元件(4)的升程达到反转点或接近所述反转点时，

再次增大所述电磁铁(6、7)的致动信号。

5.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中所述控制单元被设计成以二进制方式和方法传输致动信号，即，仅传输开和关的致动信号状态。

6.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中所述座板(2)被设计成在通道节流阀关闭状态下将燃料的低压区和高压区分离。

7.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中设置用于实施所述电枢元件(4)的升程(x)的空间用流体填充，优选地用燃料填充。

8.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中另外设置用于在升程过程中引导所述电枢元件(4)的电枢引导件(9)，所述电枢引导件优选地在所述座板(2)到所述止挡件(8)的方向上延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中所述电磁铁(6、7)具有磁芯和部分或完全容纳所述磁芯的线圈。

10.根据前述权利要求中任一项所述的喷射器单元(1)，其中所述止挡件(8)是所述电磁铁(6、7)的端面，优选地是所述电磁铁(6、7)的磁芯(6)的端面。

11.一种操作用于喷射燃料的喷射器单元(1)的方法，所述喷射器单元优选地根据前述权利要求中任一项构造，在所述方法中：

电枢元件(4)借助电磁铁(6、7)克服由弹簧元件(5)向座板(2)方向上施加的弹簧力而从所述座板(2)抬升，以释放所述座板(2)的通孔(3)，

其特征在于，

在所述电枢元件(4)从所述座板(2)上抬升后第一次接触限制所述电枢元件(4)的升程的止挡件(8)之前，减少使得所述电枢元件(4)从所述座板(2)抬升的所述电磁铁(6、7)的致动信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电磁铁(6、7)的致动信号被降低超过抬升过程开始时初始值的50％、优选地超过75％、更优选地超过90％。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述电磁铁(6、7)的致动信号在减小之后，所述致动信号再次增大，优选地增大至所述抬升过程开始时初始值的至少50％、优选地至少75％、更地优选至少90％的范围。

14.根据权利要求13所述的方法，其中

在所述电枢元件(4)的升程达到或接近反转点时，

所述电磁铁(6、7)的致动信号再次增大。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述致动信号本质上是二进制的，即仅传输开和关的致动信号状态。