CN1756903A - 用于内燃机的燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

燃料喷射阀具有两个喷射阀部件(28，128)，其中，一个第二喷射阀部件(128)在一个构造成空心的第一喷射阀部件(28)中可移动地被导向。由第一喷射阀部件(28)通过一个设置在该第一喷射阀部件上的密封面(34)与一个阀座(36)共同作用来控制至少一个第一喷射孔(32)，而由第二喷射阀部件(128)通过一个设置在该第二喷射阀部件上的密封面(134)与一个阀座(136)共同作用来控制至少一个第二喷射孔(132)。燃料喷射阀具有一个与高压源(10，22)相连接的压力室(40)，且喷射阀部件(28，128)由在压力室(40)中存在的压力在其闭合位置中在一个压力面(42，142)上加载并可以抵抗闭合力的作用在开启方向(29)上运动。为第二喷射阀部件(128)配置一个构成控制室(50)边界的控制活塞(147)，通过该控制活塞由在控制室(50)中存在的压力产生一个在开启方向(29)上作用在第二喷射阀部件(128)上的力。控制室(50)与高压源(10，22)相连接。

Description

用于内燃机的燃料喷射阀
现有技术
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分构型的用于内燃机的燃料喷射阀。
这种类型的燃料喷射阀已由DE 101 41 678 A1公开。该燃料喷射阀具有两个喷射阀部件，其中，在一个构造成空心的第一喷射阀部件中，第二喷射阀部件可移动地被导向。通过该第一喷射阀部件对至少一个第一喷射孔进行控制，而通过该第二喷射阀部件对至少一个第二喷射孔进行控制。这些喷射阀部件各具有一个密封面，通过这些密封面，喷射阀部件与一个阀座共同作用以控制喷射孔。燃料喷射阀具有一个与高压源连接的压力室，其中第一喷射阀部件可伴随着由压力室中存在的压力加载在开启方向上抵抗闭合力以释放至少一个第一喷射孔而运动。当第一喷射阀部件开启时，第二喷射阀部件也同样可伴随着由压力室中存在的压力加载在开启方向上抵抗闭合力以释放至少一个第二喷射孔而运动。一个控制活塞与该第二喷射阀部件相连接，该控制活塞限定了一个控制室的边界，其中由该控制室中存在的压力通过控制活塞产生一个在开启方向上作用于第二喷射阀部件上的力。在控制室中存在的压力是可以调节改变的，以便能使第二喷射阀部件的开启压力可变。如果压力室中的压力达到了第一喷射阀部件的开启压力，则第一喷射阀部件就在开启方向上运动并释放至少一个第一喷射孔。在此情况下，燃料喷射阀的总的喷射横截面的仅仅一部分被释放。如果压力室中的压力也达到了第二喷射阀部件的开启压力，则第二喷射阀部件也在开启方向上运动并释放至少一个第二喷射孔，由此，总的喷射横截面被释放。喷射阀部件的直径由于在内燃机中所占具的狭小的位置状况而受到限制，其中，第二喷射阀部件具有小的直径，且在闭合位置中，即当该第二喷射阀部件以其密封面靠置在阀座上时，在该第二喷射阀部件上仅仅小的面积由压力室中存在的压力加载。在燃料喷射阀运行期间，可能出现密封面的和/或阀座的磨损，这导致第二喷射阀部件的压力加载的面积发生变化，这又因为该面积小而造成第二喷射阀部件的开启压力发生显著变化。于是在此情况下就不再保证第二喷射阀部件按照所要求的方式开启，也不再能精确地控制所喷射的燃料量。
本发明的优点
与此相比，具有根据权利要求1所述的特征的、根据本发明的燃料喷射阀，其优点是：在控制活塞上除第二喷射阀部件上所具有的、由压力室中的压力加载的小的面之外，还具有另一个由与压力室中相同的压力加载的面，由此，第二喷射阀部件的开启压力只在更小的程度上依赖于第二喷射阀部件上的、取决于磨损而变化的面积的大小。这样，即使在第二喷射阀部件上的面积取决于磨损而发生变化的情况下，该第二喷射阀部件的开启压力也可至少保持近似恒定。
在从属权利要求中给出了根据本发明的燃料喷射阀的有利构型及进一步构型。通过根据权利要求2所述的构型，可进一步降低第二喷射阀部件上的压力面的变化对于开启压力的影响。通过根据权利要求4所述的构型，实现了第二喷射阀部件的开启提升运动的缓冲，由此可避免第二喷射阀部件开启时燃料喷射量的骤然增加。根据权利要求5所述的构型可实现通过压力室中存在的压力影响第二喷射阀部件的开启与关闭运动。根据权利要求6中所述的进一步构型使得燃料喷射装置结构紧凑。
附图说明
附图中示出了本发明的多个实施例，在下面的说明中对其进行详细描述。附图表示：
图1用于内燃机的燃料喷射装置第一实施例纵截面简化视图，
图2在图1中以II标示的、燃料喷射装置的一个局部的放大视图，
图3在图1中以III标示的、根据第二实施例的燃料喷射装置的一个局部的放大视图，
图4喷射阀部件的行程-时间关系曲线。
实施例说明
图1至3中示出了一个燃料喷射阀12，它是用于例如机动车上的内燃机的一个燃料喷射装置的组成部分。内燃机优选是自燃式内燃机。燃料喷射装置可以例如构造成所谓的泵-喷嘴系统，或者构造成泵-管路-喷嘴系统，并且为内燃机的每个缸分别配置一个燃料高压泵10及一个与该燃料高压泵相连接的燃料喷射阀12。在构造成泵-管路-喷嘴系统的结构中，燃料高压泵10远离燃料喷射阀12地设置并与该燃料喷射阀通过一个管路连接。燃料喷射阀12也可以是一个储存器-燃料喷射系统的组成部分，其中燃料从一个高压储存器输送给燃料喷射阀12。在所示的实施例中，燃料喷射装置构造成泵-喷嘴系统，其中燃料高压泵10与燃料喷射阀12彼此直接地相连接并构成一个部件单元。燃料高压泵10具有一个在泵体14中的缸孔16中密封地被导向的泵活塞18，该泵活塞在提升运动中由内燃机的凸轮轴的一个凸轮20逆着回位弹簧19的力驱动。泵活塞18在缸16中限定了一个泵工作室22的边界，在泵活塞18的输送行程中，燃料在该泵工作室中在高压下被压缩。在泵活塞18的抽吸行程中，燃料以未详细示出的方式从机动车的燃料储备容器24输送给泵工作室22。
燃料喷射阀12具有一个阀体26，该阀体可以由多个部件组成，在该阀体中，第一喷射阀部件28可在一个孔30中纵向移动地被导向。如图2所示，阀体26在朝着内燃机的缸的燃烧室的其端部区域具有至少一个、优选多个第一喷射孔32，这些喷射孔在阀体26的圆周上分散地设置。第一喷射阀部件28在其朝着燃烧室的端部区域具有一个例如大致圆锥状的密封面34，该密封面与一个在阀体26中在该阀体的朝着燃烧室的端部区域中构造的阀座36共同作用，由该阀座或者在该阀座之后引出一些第一喷射孔32。在阀体26中，在喷射阀部件28与孔30之间具有一个通向阀座36去的环形空间38，该环形空间在其背对阀座36的端部区域中通过孔30的径向扩张过渡到一个环绕着第一喷射阀部件28的压力室40。第一喷射阀部件28在压力室40的高度上通过横截面减小而具有一个压力肩42。在第一喷射阀部件28背对燃烧室的端部上，直接地或者通过一个中间件作用着一个预加载的第一闭合弹簧44，通过该闭合弹簧使第一喷射阀部件28压向阀座36。该第一闭合弹簧44设安置在阀体26的一个通过孔46构成的第一弹簧室中，它连接到孔30上。
燃料喷射阀12的第一喷射阀部件28构造成空心的，在该第一喷射阀部件中，一个第二喷射阀部件128在一个同轴地构造在该喷射阀部件28中的孔中可移动地被导向。通过该第二喷射阀部件128对于阀体26中的至少一个第二喷射孔132进行控制。所述至少一个第二喷射孔132在喷射阀部件28、128的纵轴线的方向上相对于通向燃烧室去的所述至少一个第一喷射孔32错位地设置。该第二喷射阀部件128在其朝着燃烧室的端部区域中具有一个例如大致圆锥状的密封面134，该密封面与一个在阀体26中在该阀体的朝着燃烧室的端部区域中构造的阀座136共同作用，由该阀座或者在该阀座之后引出一些第二喷射孔132。第二喷射阀部件128可以构造成两件式的，并且具有一个具有密封面134的、朝着燃烧室的部分以及一个离开燃烧室连接到所述第一部分上的第二部分。在第二喷射阀部件128的燃烧室侧的端部附近，在该喷射阀部件上构成一个位于阀座136之外的压力面142，当第一喷射阀部件28开启时，压力室40中存在的压力作用在该压力面上。
如图1及图3所示在阀体26中，离开燃烧室连接到构成第一弹簧室的孔46上的是的一个构成一个第二弹簧室的孔146，在该第二弹簧室中设置有一个作用在第二喷射阀部件128上的第二闭合弹簧144。构成第二弹簧室的孔146在直径上略小于构成第一弹簧室的孔46。第一喷射阀部件28以其端部伸入到第一弹簧室中并且在该第一弹簧室中支承在第一闭合弹簧44上。第一闭合弹簧44以其背对第一喷射阀部件28的端部支承在一个分隔壁47上，该分隔壁设置在构成第一弹簧室的孔46与构成第二弹簧室的孔146之间。第二喷射阀部件128以一个可以与该喷射阀部件28一体地构造的或构造成单独的部件的压杆从该第一喷射阀部件28中伸出，穿过第一弹簧室并以较小的直径穿过一个构造在分隔壁47中的孔45延伸直到孔146中。构成第二弹簧室的孔146相对于孔45具有较大的直径。在孔146中设置有一个与第二喷射阀部件128的压杆相连接的或者与该压杆一体地构造的控制活塞147，通过该控制活塞，在孔146中朝向分隔壁47限定了一个控制室50。第二喷射阀部件128的压杆在孔45中密封地被导向，因此控制室50与第一弹簧室被分隔开。在控制活塞147背对控制室50的侧上作用着第二闭合弹簧144。该第二闭合弹簧144以其背对控制活塞147的端部支承在第二弹簧室的底上。由控制活塞147在背对控制室50的侧上构成边界的、其中设置有第二闭合弹簧144的室148具有与一个低压区域相连接的连接部分145，例如与一个通往燃料储备容器24的回流部分。
一个通道48从泵工作室22通过泵体14及阀体26通入燃料喷射阀12的压力室40中。通过一个电控阀23来控制泵工作室22与一个卸载室的连接，例如燃料储备容器24或者一个区域至少可以间接地用作该卸载室，在该区域中保持一个相对于燃料储备容器24中略高的压力。在不应进行燃料喷射期间，通过由电子的控制装置54控制的控制阀23将泵工作室22与卸载室的连接打开，从而在泵工作室22内不能建立高压。在应进行燃料喷射时，通过控制阀23使泵工作室22与卸载室分隔开，从而可在泵活塞18的输送行程中在泵工作室22中建立高压。控制阀23可构造成电磁阀或者压电阀。
控制室50与通道48相连接，由此在控制室50中存在与燃料喷射阀12的压力室40中相同的压力。如果第一喷射阀部件28开启，即以其密封面34从阀座36上抬起，则第二喷射阀部件128的压力面142由压力室40中存在的压力加载，通过该压力，根据压力面142的大小产生一个在开启方向29上作用到第二喷射阀部件128上的力。此外，控制活塞147的、构成控制室50边界的环形面149也由控制室50中存在的、与压力室40中存在的压力同样高的压力加载，通过该压力，根据控制活塞147的环形面149的大小也产生一个在开启方向29上作用到第二喷射阀部件128上的力。控制活塞147的环形面149在此大于第二喷射阀部件128的压力面142。在闭合方向上，第二闭合弹簧144以及一个通过在室148中存在的作用到控制活塞147上的压力而产生的力作用到第二喷射阀部件128上。
下面对根据第一实施例的燃料喷射装置的功能进行说明。在泵活塞18的抽吸行程中，控制阀23打开，由此燃料从燃料储备容器24到达泵工作室22。在泵活塞18的输送行程中燃料喷射的开始这样确定：控制阀23闭合，由此，泵工作室22与卸载室分隔开并在泵工作室22中建立高压。当泵工作室22中的压力及由此燃料喷射阀12的压力室40中的压力这样地高时，即由该压力通过压力肩42产生的作用到第一喷射阀部件28上的压力超过了第一闭合弹簧44的力时，则燃料喷射阀12开启，其方式是：第一喷射阀部件28以其密封面34从阀座36上抬起并释放至少一个第一喷射孔32。在闭合方向上通过第二闭合弹簧144及在室148中存在的压力施加到第二喷射阀部件128上的闭合力，大于在开启方向29上由在压力室40中存在的压力通过压力面142及由在控制室50中存在的压力通过环形面149施加到第二喷射阀部件128上的力，因此第二喷射阀部件128保持在其闭合的位置上。这样，燃料喷射阀12中，通过第一喷射孔32仅将全部喷射横截面的一部分打开，由此相应地只喷射少量的喷射量。在燃料的预喷射中优选该情况。图4中示出了一个喷射循环中两个喷射阀部件28、128的行程h随时间t的变化曲线。第一喷射阀部件28的行程用实线表示，而第二喷射阀部件128的行程用虚线表示。预喷射用A标示出，而且可以看到：在此仅第一喷射阀部件28开启且因此只喷射少量的燃料量。通过打开控制阀23而使压力室40中的压力下降，由此使预喷射结束。
为进行主喷射，控制阀23重新闭合，由此使泵工作室22中的压力根据凸轮20的轮廓而重新升高。当达到开启压力时，第一喷射阀部件28打开并释放第一喷射孔32。当第一喷射阀部件28打开时，在压力室40中存在的压力作用到第二喷射阀部件128的压力面142上；当由在压力室40及控制室50中存在的压力通过面142及149所产生的、在开启方向29上作用到第二喷射阀部件128上的力大于作用到该第二喷射阀部件上的、在闭合方向上的力时，则第二喷射阀部件128也打开并释放第二喷射孔132。这样，燃料喷射阀12的全部喷射横截面都被释放。第二喷射阀部件128的开启运动及由此第二喷射孔132的释放延迟发生在第一喷射阀部件28的开启提升运动及第一喷射孔32的释放之后，如图4中所示的用B标示出的主喷射。为结束主喷射，控制阀23打开，从而使在压力室40及控制室50中的压力降低并使喷射阀部件28、128闭合。
可以考虑的是：这些由第一喷射孔32及第二喷射孔132构成的喷射横截面，大小至少近似地相同，由此当只有第一喷射阀部件28打开时，全部喷射横截面的一半被释放。作为替换可考虑：第一喷射孔32比第二喷射孔132构造有较小的或者较大的喷射横截面。
可以考虑的是：在室148与低压区域的连接部分145中设置一个节流点150。通过该节流点150，可以在第二喷射阀部件128的开启提升运动中只是延迟地挤出燃料，由此使第二喷射阀部件128的开启提升运动得到缓冲。由此使第二喷射阀部件128的开启提升运动与第一喷射阀部件28的开启提升运动相比有更大的延迟，并由此获得了所喷射的燃料量的平缓上升。所喷射的燃料量因此在第二喷射阀部件的开启提升运动中不是骤然地而是逐渐地升高。
图3中示出了根据第二实施例的燃料喷射阀12的局部，在该实施例中，基本的构造与第一实施例的相同，但室148除了它与低压区域的连接部分145外还具有一个与泵工作室22的连接部分160，其中，在该连接部分160中设置有一个节流点162。通过室148与泵工作室22的连接部分160，提高了作用到第二喷射阀部件128上的、在闭合方向上的力，该力是第二闭合弹簧144的力的补充，由此可影响第二喷射阀部件128的开启与关闭特性。

Claims (6)

1.用于内燃机的燃料喷射阀，具有两个喷射阀部件(28，128)，其中一个第二喷射阀部件(128)在一个构造成空心的第一喷射阀部件(28)中可移动地被导向，其中，由第一喷射阀部件(28)通过一个设置在该第一喷射阀部件上的密封面(34)与一个阀座(36)共同作用来控制至少一个第一喷射孔(32)，而由第二喷射阀部件(128)通过一个设置在该第二喷射阀部件上的密封面(134)与一个阀座(136)共同作用来控制至少一个第二喷射孔(132)，其中，燃料喷射阀具有一个与高压源(10，22)相连接的压力室(40)，且喷射阀部件(28，128)由在压力室(40)中存在的压力在其闭合位置中在一个压力面(42；142)上加载并可以抵抗闭合力的作用在开启方向(29)上运动，其中，为第二喷射阀部件(128)配置一个构成控制室(50)边界的控制活塞(147)，通过该控制活塞由在控制室(50)中存在的压力产生一个在开启方向(29)上作用在第二喷射阀部件(128)上的力，其特征是：控制室(50)与高压源(10，22)相连接。
2.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：控制活塞(147)的由在控制室(50)中存在的压力加载的面(149)大于第二喷射阀部件(128)处于其闭合位置上时的由在压力室(40)中存在的压力加载的压力面(142)。
3.根据权利要求1或2的燃料喷射阀，其特征在于：控制活塞(147)在其背对控制室(50)的侧上构成了另一个室(148)的边界，该室具有与一个低压区域(24)相连接的连接部分(145)。
4.根据权利要求3的燃料喷射阀，其特征在于：在室(148)与低压区域(24)相连接的连接部分(145)中设置有一个节流点(150)。
5.根据权利要求3或4的燃料喷射阀，其特征在于：(148)此外通过一个具有节流点(162)的连接部分(160)与高压源(10，22)相连接。
6.根据上述权利要求之一的燃料喷射阀，其特征在于：该燃料喷射阀与一个用作高压源的燃料高压泵(10)构成一个部件单元，该燃料高压泵具有一个由内燃机驱动进行往复运动的泵活塞(18)，该泵活塞构成了泵工作室(22)的边界，燃料喷射阀(12)的压力室(40)及控制室(50)与该泵工作室相连接。
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