CN1327512A - 用于喷射流体的喷射装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷射装置,带有一个喷射喷嘴(12),一个用于控制喷射的阀装置(18,20)和一个用于操纵阀装置(18,20)的执行元件(22),其中,阀装置至少具有一个第一阀(18)和一个第二阀(20),它们可以由执行元件(22)通过一个共用的液压耦合腔(24)操纵。本发明还涉及一种用于喷射流体的方法,其中使一个执行元件(22)工作,通过该执行元件(22)操纵一个阀装置(18,20)并打开一个喷射喷嘴(12),其中,阀装置(18,20)的一个第一阀(18)和一个第二阀(20)由执行元件(22)通过一个共用的液压耦合腔(24)操纵。

Description

用于喷射流体的喷射装置和方法
现有技术
本发明涉及一种喷射装置，带有一个喷射喷嘴，一个用于控制喷射的阀装置和一个用于操纵阀装置的执行元件。本发明另外还涉及一种用于喷射流体的喷射方法，其中使一个执行元件工作，通过该执行元件操纵阀装置并打开喷射喷嘴。
一种该类型的装置和该类型的方法例如已由EP 0 562 046 B1公开。对于这种系统的基本要求是，以尽可能大的喷射压力进行燃料喷射。高的喷射压力对发动机功能有积极影响，例如降低有害物质排放和燃料消耗。为了实现高的喷射压力，可以设置一个压力放大器，它通过液压变换机构将一个初级的、基本由蓄压器提供的压力转变为所希望的高的喷射压力。通过适当选择压力放大器承受作用力的面积和弹性机构的反作用力，可以调节合适的压力放大值。
为了控制喷射，设置一个阀装置，它本身由一个执行元件推动，该执行元件基本是一个电磁阀或一个压电执行器。该阀装置既用于将待放大的初级压力输送给压力放大器，也用于在完成压力放大和随之出现的喷射喷嘴的喷射之后，使压力放大器卸载和再填充。
在现有技术中使用一个二位三通阀作为阀装置。在该二位三通阀的第一开关位置，燃料入口与压力放大器初级侧之间的燃料流被截止。另一方面，在压力放大器初级侧和回流系统之间产生连接。如果此时喷射装置的执行元件被操纵，二位三通阀转入过渡位置，在该位置，不但燃料入口与压力放大器初级侧之间被接通，而且压力放大器初级侧和回流系统之间也被接通。进一步操纵执行元件，进入二位三通阀的第二开关位置，在该位置，压力放大器初级侧与回流系统之间的连接被截止，但燃料入口与初级侧之间的连接仍然保持畅通。在压力放大器卸载或再填充时，二位三通阀按相反的顺序进入所述接通状态。
在现有技术的所述解决方案中，被证明特别有问题的是，出现高的泄漏量。这有损于喷射系统的效率。此外，二位三通阀只能有条件地适用于高压使用情况，特别是考虑到制造和密封问题。
这种类型的压力放大器特别是与喷油蓄压管系统(Common-Rail-System)一起使用。在存储器喷射“蓄压管(Common-Rail)”中，初级的压力产生与喷射是脱联的。喷射压力与发动机转速和喷射量无关地产生，并且为了喷射而在“蓄压管(Rail)”(燃料存储器)中准备好。用这种方法基本上可以实现一种有利的喷射过程，因为可以针对发动机的每一个工作点相互独立地确定特别是喷射压力和喷射量。不过，目前喷油蓄压管中的压力还限制在约1600巴(bar)以内，因此，由于排气和燃料消耗方面的缘故希望提高压力。把压力放大器与喷油蓄压管系统结合可以产生特别好的效果。但由于使用二位三通阀仍然出现上面提到的问题，它总的来说对喷射系统的功能产生不良影响。
本发明优点
按照权利要求1的本发明喷射装置在现有技术基础上通过以下方案构成，阀装置至少具有一个第一阀和一个第二阀，它们可以由执行元件通过一个共用的液压耦合腔操纵。用这种方式例如可以避免如在现有技术中使用二位三通阀时所出现的问题。因为两个阀可以通过同一执行元件操纵，与使用一个唯一的二位三通阀相比，在这里的装置费用没有提高，这样总的来说改进了系统。例如可以实现，通过适当调节弹性机构，使阀在不同的时间点对执行元件的操纵做出反应。液压耦合腔还用于可能需要的力-位移转换以及对公差的补偿，例如对长度变化的补偿。
优选设置一个压力放大器用于放大初级压力，该压力放大器可由阀装置操纵。用这种方式能够特别好地实现高的喷射压力。因为不再需要设置一个二位三通阀，所以可以在避免高的泄漏损失的条件下作用一个大的压力差，该压力差是由于压力放大器而产生的。
执行元件优选是压电执行器。压电执行器是良好的可电子控制的执行元件，特别是因为其结构紧凑并且工作可靠。另外，通过改变控制参数(电压，脉冲持续时间)可以改变其执行功能。
初级压力有利地由一个喷油蓄压管提供。这样可以将喷油蓄压管系统的优点与经过压力放大的喷射装置结合。喷油蓄压管压力目前限制在大约1600bar，它可被进行压力放大；这使废气排放和燃料消耗量下降。
有利的是，喷射系统是压力控制的。用这种方法可以确保，喷射喷嘴事实上在一个确定的阈值压力以上时才打开。这样就在任何情况下保证了高压喷射的优点。
优选第一阀在第一位置时把初级压力与压力放大器的低压腔隔开，并且第一阀在第二位置时把初级压力耦合到压力放大器的低压腔中。这样，第一阀被用作计量阀，其中，其开口位置决定性地确定系统的燃料供应。
有利的是，第二阀在第一位置时使压力放大器的低压腔与一个回流系统联接，第二阀在第二位置时将压力放大器的低压腔与该回流系统隔开。这样，第二阀可以用作压力放大器的卸荷阀；另外还可以通过第二阀对压力放大器进行填充。
特别有利的是，第一阀和第二阀这样相互协调，使得通过操纵执行元件，首先第二阀可从其第一位置转入其第二位置，然后第一阀可由其第一位置转入其第二位置。这样实现，两个阀的开口截面不重叠。这使得出现的泄漏量明显减小，因为当第一阀还处在其闭合的初始状态时，第二阀已经闭合。另外在第二阀闭合时还可以多次(节拍式)开启和闭合第一阀。
优选将压力放大器的低压腔与压力放大器的高压腔通过一个止回阀连接，高压腔可通过该止回阀被填充。在每次喷射循环中都需对高压腔进行这样的填充，从而有高压喷射用的流体可供使用。止回阀阻止高压从压力放大器高压腔到达压力放大器的低压腔，另一方面，止回阀使得能够从低压腔向高压腔填充。
有利的还可以是，压力放大器的高压腔与所述回流系统通过一个止回阀连接。用这种方法可以使压力放大器的高压腔与低压腔相互完全脱联，并且用溢流系统中存在的流体进行对高压腔的再填充。
优选将压力放大器的差压腔通过止回阀与所述回流系统连接，这样差压腔不被填充。尽管止回阀可能使得在差压腔中出现的泄漏量进入回流系统中，但止回阀阻止了对差压腔的填充，这有利地减少了总的待填充量。
有利的还可以是，代替低压腔，压力放大器的高压腔可以通过第二阀卸载。用这种方式可以比采用在压力放大器低压侧卸载的方案使喷射喷嘴更快地卸载。不过，通过第二阀在高压腔卸载时要考虑，由于高压腔中的高压，阀系统承受更高的负荷。
有利的是，第一阀和/或第二阀是二位二通阀。利用它们可进行所需要的逻辑控制功能，该功能在现有技术中是由一个二位三通阀完成的。
优选第一阀和执行元件这样相互协调，使得第一阀可连续地或分级式地在具有不同开启截面的不同开启状态中转换。这在结合预喷射时会是有利的。通过第一阀阀座中的一个节流机构，能够以降低的喷射压力实现很小的预喷射量。为此这样设计第一阀与执行元件的配合作用，使得能够对第一阀进行连续的截面控制或使第一阀分级式开启。这里可以有利地充分利用压电执行器的快速的开关动作时间。同样可以根据第一阀的截面控制达到喷射过程的形成。
按照权利要求13，本发明这样构成所述类型的方法，即，阀装置的一个第一阀和一个第二阀由一个执行元件通过一个共用的液压耦合腔操纵。尽管用两个阀来代替一个二位三通阀，该方法过程同样可以简单地设计。为了既操纵第一阀，又操纵第二阀，只需要一个唯一的执行元件和它的优选的电子控制系统。
用于放大一个初级压力的压力放大器优选通过一个阀装置操纵。用这种方式可以在系统中实现有利的高的喷射压力。
优选在喷射喷嘴的输入区域中超过一定的压力时，喷射喷嘴打开。特别是在有利地使用高的喷射压力时，优选这样的压力控制系统，因为控制参数一压力同时是影响喷射质量的决定性参数。
该方法有利地这样进一步构造，即，在操纵执行元件时，通过闭合第二阀使压力放大器的低压腔与一个回流系统脱联，然后通过开启第一阀使初级压力耦合到低压腔中，然后喷射喷嘴输入区域中的压力超过一定的压力，使喷射喷嘴打开，然后第一阀闭合并且随后第二阀开启，使喷射结束并且压力放大器卸载。通过这种方法过程达到，两个阀的开启截面不重叠，这使得泄漏量有利地减少。而且这些开关状态适合于，能够迅速建立压力并且同样实现压力放大器和喷射喷嘴可靠地卸载。另外，在第二阀处于闭合状态时，第一阀可实现多个开关过程。
优选压力放大器的高压腔通过一个止回阀填充，该高压腔通过该止回阀与低压腔连接。由于低压腔在阀开启时有足够量的存储流体，可采用的方案是，将这些存储流体用于通过一个止回阀填充高压腔。相反，高压不能通过止回阀从压力放大器的高压腔进入低压腔，它被完全用于控制喷射喷嘴。
有利的还可以是，压力放大器的高压腔通过一个止回阀填充，通过该止回阀高压腔与一个回流系统连接。这样，压力放大器的低压腔与高压腔完全脱联，并且仍然可以由足够量的存储流体填充高压腔。
还有利的是，压力放大器的高压腔通过第二阀卸载。这可能会导致更快地卸载，不过，其中需要考虑，阀装置必须承受更高的压力。
优选的是，第一阀连续地或分级式地在不同的开启状态中转换。用这种方式，借助作为计量阀的第一阀，可以实现喷射过程的造形以及实现具有小的预喷射量和降低的喷射压力的预喷射。其有利之处在于，利用压电执行器可以实现快的开关动作时间。
本发明基于这种令人惊讶的知识，即通过使用两个阀能够以可靠的方式控制喷射装置，特别是带有压力放大器的喷射装置。在使用一个二位三通阀时出现的缺点被克服了，而且没有出现装置费用的不利的提高。这里要强调的是，为了运行两个阀，只用唯一的一个执行元件就足够了。
附图
下面结合附图，借助举例的一个优选实施形式说明本发明。
图1示意性描述了一个本发明喷射装置。
实施例描述
图1示出一个喷射装置10，它特别可用于柴油发动机中。喷射装置10包括一个喷射喷嘴12，通过该喷射喷嘴将柴油燃料喷射到发动机的燃烧室14中。燃料以高的压力从压力放大器16输入到喷射喷嘴12中。该压力放大器16由一个阀装置运行，该阀装置具有一个第一二位二通阀18和一个第二二位二通阀20。两个二位二通阀18、20通过一个唯一的执行元件操纵，在本实施例中该执行元件作为压电执行器22实现。压电执行器22通过一个共用的耦合腔24控制这两个二位二通阀。初级压力通过喷油蓄压管26输入第一二位二通阀，在该喷油蓄压管中以常见方式作用一个300到1000bar之间的压力，其中在喷油蓄压管26中可达到最大压力1600bar。喷油蓄压管26中的压力通过一个可调节流量的高压泵28建立，该泵与燃料箱30连接。
为了引导一个喷射过程，压电执行器22起作用。压电执行器22的力通过耦合腔24同时传递给第一二位二通阀18和第二二位二通阀20。在初始状态时，第一二位二通阀18闭合而第二二位二通阀20开启。第一二位二通阀18闭合使得压力放大器16的低压腔32与喷油蓄压管26中的初级压力脱联。第二二位二通阀20开启的结果是，压力放大器16的低压腔32与一个回流系统34连接。此时，如果力通过耦合腔24从压电执行器22传递到二位二通阀18、20上，这样，首先闭合第二二位二通阀20，然后才打开第一二位二通阀18。这一开关顺序可以通过调整两个有关的二位二通阀实现，特别是通过适当选择有关的液压作用面积以及弹性力实现。通过二位二通阀的这种开关顺序可以实现，当低压腔32与回流系统34之间的连接已经被第二二位二通阀20截止时，在压力放大器16的低压腔32中才在此时建立压力。这样，可以迅速实现在压力放大器16的低压腔32中建立压力，并且，由于两个二位二通阀的开启截面没有重叠，出现的泄漏量显著减少。在压力放大器16的低压腔32中产生的压力被压力放大器16放大，从而在压力放大器16的高压腔36中出现一个高的压力。该压力被传送到压力控制的喷射喷嘴12上，当超过一个阈值压力时，喷射喷嘴12打开，在相应的高压下进行喷射。
如果由于压电执行器22不工作使得此时二位二通阀18、20又运动一首先是第一二位二通阀18，然后是第二二位二通阀20一到其原始位置，这样，压力放大器16可以通过第二二位二通阀20卸载和被填充。这里，高压腔的填充通过止回阀38进行，该止回阀安置在压力放大器16的低压腔32和高压腔36之间。在前面描述的喷射过程中，止回阀38的任务是阻止液流从压力放大器16的高压腔36进入低压腔32。在压力放大器16的差压腔40中出现的另外的泄漏量通过止回阀42导入回流系统34。止回阀42的设置避免了在压力放大器16卸载时填充差压腔40，从而有利地减少了有关的待填充量。
所述的基本的方法过程能够以多种方式作出改进，特别是在考虑区别预喷射与主喷射方面以及在喷射过程的造型(Formung)方面。这样的改变可以有利地通过匹配由压电执行器22与第一二位二通阀18组成的系统实现，特别是通过以连续或不连续的方式分级开启第一二位二通阀。其中，通过有关的液压作用截面实现第一二位二通阀的匹配。
以上对本发明实施例所做描述只用于说明的目的，而不是为了限制本发明。在不偏离本发明范围及其等效性的情况下，可以在本发明框架内做出不同的变化和改进。

Claims (20)

1.一种喷射装置，带有一个喷射喷嘴(12)，一个用于控制喷射的阀装置(18，20)和一个用于操纵阀装置(18，20)的执行元件(22)，其特征在于，阀装置至少具有一个第一阀(18)和一个第二阀(20)，它们可以由执行元件(22)通过一个共用的液压耦合腔(24)操纵。
2.如权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，设置一个压力放大器用于放大初级压力，该压力放大器可由阀装置(18，20)操纵。
3.如权利要求1或2所述的喷射装置，其特征在于，执行元件是压电执行器(22)。
4.如权利要求2或3所述的喷射装置，其特征在于，它被安置在一个喷油蓄压管系统中。
5.如前述权利要求之一所述的喷射装置，其特征在于，它是压力控制的。
6.如权利要求2至5之一所述的喷射装置，其特征在于，第一阀(18)在第一位置时把初级压力与压力放大器(16)的低压腔(32)分开，并且第一阀(18)在第二位置时把初级压力联接到压力放大器(16)的低压腔(32)中，第二阀(20)在第一位置时使压力放大器(16)的低压腔(32)与一个回流系统(34)联接，第二阀(20)在第二位置时将压力放大器(16)的低压腔(32)与该回流系统(34)隔开。
7.如前述权利要求之一所述的喷射装置，其特征在于，第一阀(18)和第二阀(20)这样相互协调，使得通过操纵执行元件(22)，首先第二阀(20)可从其第一位置转入其第二位置，然后第一阀(18)可由其第一位置转入其第二位置。
8.如权利要求2至7之一所述的喷射装置，其特征在于，压力放大器(16)的低压腔(32)与压力放大器(16)的高压腔(36)通过止回阀(38)连接，压力放大器(16)的高压腔(36)可通过该止回阀被填充，压力放大器(16)的高压腔(36)通过一个止回阀与一个回流系统(34)连接。
9.如权利要求2至8之一所述的喷射装置，其特征在于，压力放大器(16)的差压腔(40)通过一个止回阀(42)与一个回流系统(34)连接，这样，差压腔(40)不被填充。
10.如权利要求2至9之一所述的喷射装置，其特征在于，压力放大器(16)的高压腔(36)可以通过该第二阀(20)卸载。
11.如前述权利要求之一所述的喷射装置，其特征在于，第一阀(18)和/或第二阀(20)是二位二通阀。
12.如权利要求1至10之一所述的喷射装置，其特征在于，第一阀(18)和执行元件(22)这样相互协调，使得第一阀(18)可连续地或分级式地在具有不同开启截面的不同开启状态中转换。
13.一种用于喷射流体的方法，其中，使一个执行元件(22)工作，通过该执行元件(22)操纵一个阀装置(18，20)，并打开一个喷射喷嘴(12)，其特征在于，阀装置(18，20)的一个第一阀(18)和一个第二阀(20)由执行元件(22)通过一个共用的液压耦合腔(24)操纵。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，通过阀装置(18，20)操纵用于放大一个初级压力的压力放大器(16)。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，当喷射喷嘴(12)的输入区域中超过一定的压力时，喷射喷嘴(12)被打开。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在操纵执行元件(22)时，通过闭合第二阀(20)使压力放大器(16)的低压腔(32)与一个回流系统(34)脱联，然后通过开启第一阀(18)使初级压力联接到低压腔(32)中，然后喷射喷嘴(12)的输入区域中的压力超过一个确定的压力，这样，喷射喷嘴(12)打开，然后第一阀(18)闭合并且随后第二阀(20)开启，这样，喷射结束并且压力放大器(16)卸载。
17.如权利要求14至16之一所述的方法，其特征在于，压力放大器(16)的高压腔(36)通过一个止回阀(38)被填充，通过该止回阀使得该高压腔与压力放大器(16)的低压腔(32)连接。
18.如权利要求14至17之一所述的方法，其特征在于，压力放大器(16)的高压腔(36)通过一个止回阀(38)被填充，该高压腔通过该止回阀与一个回流系统(34)连接。
19.如权利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，压力放大器(16)的高压腔(36)通过所述第二阀(20)被卸载。
20.如权利要求13至19之一所述的方法，其特征在于，第一阀(18)连续地或分级式地在具有不同开启截面的不同开启状态中被转换。
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