CN1856642A - 用于控制高压流体系统中的、尤其是用于内燃机的燃料喷射装置中的连接的阀 - Google Patents

用于控制高压流体系统中的、尤其是用于内燃机的燃料喷射装置中的连接的阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阀，该阀具有一个阀元件(72)，该阀元件可在其纵向轴线(73)的方向上移动地被导向，该阀元件伸入到一个阀压力室(77)中，并且在阀压力室(77)中在一个相对于该阀元件的纵向轴线(73)横向地延伸的端面上具有一个密封面(81)，该阀元件以该密封面与一个相对于该阀元件的纵向轴线(73)横向地延伸的阀座(79)共同作用，以便至少在很大程度上使一个被阀座(79)围绕的开口(78)相对于阀压力室(77)关闭。在该开口(78)上连接着一个通到一个低压区域的连接装置(64)。该阀元件(72)具有一个伸到连接装置(64)中的端头(83)，通过该端头这样地引导在阀元件(72)以其密封面(81)从阀座(79)抬起时从阀压力室(77)流出的流体，使得至少几乎没有合力由该流体在该阀元件的纵向轴线(73)方向上施加到该阀元件(72)上。

Description

用于控制高压流体系统中的、尤其是 用于内燃机的燃料喷射装置中的连接的阀
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述类型的、用于控制高压流体系统中的、尤其是用于内燃机的燃料喷射装置中的连接的阀。
背景技术
由EP 0 840 003 A公开了这样一种阀。该阀用于控制用于内燃机的燃料喷射装置中的连接。该阀具有一个阀元件，该阀元件可在其纵向轴线的方向上移动地被导向，该阀元件伸入到一个阀压力室中并且该阀元件在该阀压力室中在一个相对于其纵向轴线横向地设置的端面上具有一个密封面。该阀元件用其密封面与一个相对于该阀元件的纵向轴线横向地设置的阀座共同作用，以便使一个由阀座围绕的开口相对压力室关闭。在此，在阀压力室中具有高压并且在该开口上连接着一个通到低压区域的通道，其中，通过该阀元件来控制该阀压力室与低压区域的连接并由此控制阀压力室中的压力。当阀打开时，如果该阀以其密封面从阀座抬起，则燃料从阀压力室流出到低压区域中。通过流出的燃料，在该阀元件的纵向轴线方向上产生作用在阀元件上的力，这种力可导致阀元件在其纵向轴线的方向上不受控制地运动。这可导致燃料喷射、特别是所喷射的燃料量只能被不精确地控制或甚至出现阀的完全的功能故障并且由此出现燃料喷射装置的完全的功能故障。此外，由于从阀压力室流出到低压区域的燃料的高的流动速度及公知的阀中的不是最佳的流动导向，可能导致气蚀并且由此导致阀元件和/或阀座的损坏。
发明内容
相比之下，根据本发明的具有权利要求1的特征的阀具有其优点，即，保证了阀的功能，因为在阀元件上通过从阀压力室流出的燃料至少几乎不产生或仅产生微小的力。
在从属权利要求中给出了根据本发明的阀的有利的构型及进一步构型。根据权利要求2的构型可简单地实现用于实现力图达到的效果的端头。根据权利要求5的构型可实现阀元件上及沿着阀座的至少几乎无气蚀的流体流动。
附图说明
附图中示出了本发明的多个实施例，在后面的说明种中对它们进行详细描述。附图表示：
图1一个用于内燃机的、具有一个阀的燃料喷射装置的简化的纵剖面视图，
图2根据一个第一实施例的阀的放大的纵剖面视图，
图3该阀相对于该第一实施例变型的实施形式，
图4根据一个第二实施例的阀的纵剖面视图，
图5根据该第二实施例的带有流体流动的阀，及
图6根据一个相对于该第二实施例变型的实施形式的阀。
具体实施方式
图1示出了一个用于车辆的内燃机的燃料喷射装置。该内燃机优选是一个压燃式内燃机。该燃料喷射装置例如构造成所谓的泵-喷嘴单元并且对于内燃机的每个缸分别具有一个燃料高压泵10及一个与该燃料高压泵连接的燃料喷射阀12，它们共同构成一个结构单元。可替代的是，该燃料喷射装置也可构造成所谓的泵-导管-喷嘴系统，在该泵-导管-喷嘴系统中，燃料高压泵与每个缸的燃料喷射阀彼此分开地设置并且通过一个导管相互连接。此外，该燃料喷射装置也可构造成储存器-喷射系统，在该储存器-喷射系统中借助一个高压泵将燃料输送到一个储存器中，至少一个喷射器与该储存器连接，在该喷射器上设置有一个控制阀，该控制阀如下面将要描述的阀70那样地构造。此外，下面将要描述的阀70也可使用在一个设置有一个压力转换器的储存器-喷射系统中，该压力转换器优选组合在喷射器旁或喷射器中，其中所述阀70被设置用于控制该压力转换器。燃料高压泵10具有一个带有一个缸孔16的泵体14，一个泵活塞18在该缸孔中被密封地导向，该泵活塞至少间接地通过内燃机的一个凸轮轴的凸轮20抵抗一个复位弹簧19的力驱动成往复直线运动。泵活塞18在缸孔16中限定一个泵工作室22的边界，在该泵工作室中，燃料在泵活塞18的排流行程中在高压下被压缩。燃料从车辆的燃料储备容器24输送给该泵工作室22。
燃料喷射阀12具有一个与泵体14相连接的阀体26，该阀体可被构造成多件式的，并且在该阀体中一个喷射阀元件28在一个孔30中可纵向移动地被导向。该阀体26在其朝着内燃机的缸的燃烧室的端部区域上具有至少一个、优选多个喷射孔32。该喷射阀元件28在其朝着燃烧室的端部区域上具有一个例如大致锥形的密封面34，该密封面与一个在阀体26中构造在该阀体的朝着燃烧室的端部区域中的阀座36共同作用，所述喷射孔32从该阀座或在该阀座后通出。在阀体26中，在喷射阀元件28与孔30之间朝着阀座36具有一个环形室38，该环形室在其背对阀座36的端部区域中通过该孔30的径向扩宽而过渡到一个围绕着喷射阀元件28的压力室40。该喷射阀元件28在压力室40的高度上由于横截面减小而具有一个压力肩42。一个被预加载的闭合弹簧44作用在喷射阀元件28的背对燃烧室的端部上，喷射阀元件28被该闭合弹簧压向阀座36。该闭合弹簧44被设置在阀体26的一个与孔30相连接的弹簧室46中。
在阀体26中，另一个孔48在弹簧室46的背离孔30的端部上与该弹簧室相连接，一个控制活塞50在该另一个孔中被密封地导向，该控制活塞与喷射阀元件28相连接。孔48构成一个控制压力室52，该控制压力室由控制活塞50作为运动的壁构成边界。该控制活塞50通过一个比该控制活塞直径小的活塞杆51支承在喷射阀元件28上并且可与该喷射阀元件28相连接。该控制活塞50可与该喷射阀元件28构造成一体的，但出于装配的原因，优选作为单独的件与喷射阀元件28相连接。
根据图1，一个通道60由泵工作室22穿过泵体14及阀体26通到燃料喷射阀12的压力室40。一个通道62由泵工作室22或由通道60通到控制压力室52。此外，一个通道64可与该控制压力室52相连接，该通道构成一个通到一个卸载室的连接装置，燃料储备容器24或具有低的压力的另外一个区域可至少间接地用作该卸载室。一个连接装置66由泵工作室22或由通道60引出通到一个卸载室，该卸载室通过一个被电地操作的第一控制阀68控制。燃料储备容器24或另一个低压区域可至少间接地用作卸载室。如图1所示，控制阀68可构造成二位二通换向阀。控制阀68在其两个转换位置之间的转换通过一个执行机构69抵抗一个复位弹簧来实现，该执行机构例如可以是一个电磁铁。
为了控制所述控制压力室52中的压力，设置有一个被电地操作的第二控制阀70。该第二控制阀70构造成可在两个转换位置之间转换的二位三通换向阀。在该控制阀70的一个第一转换位置中，控制压力室52通过该控制阀与泵工作室22相连接并且与卸载室24断开，在该控制阀70的一个第二转换位置中，控制压力室52通过该控制阀与泵工作室22断开并且与卸载室24相连接。在该控制压力室52与该泵工作室22的连接装置62中设置有一个节流部位63，在该控制压力室52与该卸载室24的连接装置64中设置有一个节流部位65。节流部位63可在连接装置62中在上游设置在控制阀70前面或如图1所示在连接装置62中在下游设置在控制阀70后面。控制阀70具有一个执行机构71，该执行机构可以是一个电磁铁、一个压电执行机构或一个磁致伸缩的执行机构，并且通过该执行机构，控制阀70可抵抗一个复位弹簧在其两个转换位置之间转换。这两个控制阀68、70被一个电子的控制装置67控制。
下面借助图2详细说明第二控制阀70。该控制阀70具有一个阀元件72，该阀元件在其纵向轴线73的方向上通过一个柄74可移动地被导向，并且该阀元件以一个与所述柄74相比直径增大的端部区域75伸到一个阀压力室77中。一方面通到泵工作室22的连接装置62及另一方面通到卸载室24的连接装置64通到该阀压力室77中。在此，连接装置62作为一个构造在柄74与一个围绕着该柄的孔76之间的环形间隙延伸。孔76在直径上被构造得比阀压力室77小。以一个通道或一个孔的形式构造的连接装置64在一个开口78中通到阀压力室77中并由一个面79围绕，该面相对于阀元件72的纵向轴线73横向地、优选至少近似垂直地延伸，并且该面构成一个阀座。阀元件72朝着阀座79具有一个至少近似圆柱形的凸缘80，该凸缘的端面构成一个密封面81，该密封面相对于阀元件72的纵向轴线73横向地、优选至少近似垂直地延伸。该凸缘80的直径比阀元件72的端部区域75的直径小，但是其中凸缘80的直径比开口78的直径大。
密封面81如图2所示由阀元件72的外边缘起径向向内这样倾斜地延伸，使得该密封面与阀座79之间在阀元件72的纵向轴线73的方向上的间距增加。由此，在密封面81上，在该密封面的外边缘上构成一个窄的密封棱边，该密封面81借助该密封棱边靠置在阀座79上。在阀元件72上设置有一个伸入到与开口78相连接的孔64中的端头83，该端头优选一体地在阀元件72上成形。如图2所示，孔64的直径可紧接着开口78变大。端头83被这样地构造，使得通过该端头使在控制阀70打开时从阀压力室77流出的燃料这样地改变运动方向，以至通过该燃料至少基本上没有或仅有微小的合力在纵向轴线73的方向上施加到阀元件72上。所述端头83在阀元件72的纵向轴线73的方向上延伸直到该阀元件的密封面81的高度。如图2所示，从密封面81的内边缘到端头83的过渡部分被倒圆地延伸。因此，通过端头83，从阀压力室77流出的、首先沿着密封面81大致径向向内流动的燃料这样改变运动方向，使得该燃料接着大致在阀元件72的纵向轴线73的方向上流到孔64中。由此，该燃料流通过所述端头83首先偏转过约90°。该端头83朝着它的伸到孔64中的端部具有一个加粗部分84，使得在那里该燃料流再一次被偏转并且该燃料流相对该阀元件72的纵向轴线73以一个角度γ倾斜着延伸离开该阀元件。该角度γ的值可在大于0°与大致90°之间或也可大于90°。所述端头83在其加粗部分84与密封面81之间可具有一个环绕的环形槽85，通过该环形槽的在阀元件72的纵向轴线73的方向上指向的侧面引起燃料流的偏转。通过燃料流在环形槽85的侧面上的多次偏转至少几乎平衡了在偏转时在阀元件72的纵向轴线73的方向上作用在该阀元件上的力，因此，在阀元件72上通过燃料流在纵向轴线73的方向上总地至少几乎不产生或仅产生一个微小的力。环形槽85的侧面到环形槽85的基部之间以及环形槽85的侧面到端头83的圆周之间的过渡部分分别被修圆，以便保持小的流动损失。
在孔76过渡到阀压力室77的过渡部分处设置有一个锥形的过渡面87，它构成一个第二阀座。在由端部区域75到柄74的过渡部分处，在阀元件72上设置有一个锥形的第二密封面88，该密封面与阀座87共同作用来控制连接装置62。在控制阀70的第二转换位置中，阀元件72用其第二密封面88靠置在第二阀座87上，由此断开所述通到泵工作室22的连接装置62。在控制阀70的第一转换位置中，阀元件72以其第二密封面88离第二阀座87有间距地设置，由此打开所述通到到泵工作室22的连接装置62。在控制阀70的第一转换位置中，阀元件72用其密封面81靠置在阀座79上。
也可考虑，阀元件72通过执行机构71也可运动到一个第三转换位置中，在该第三转换位置中该阀元件位于它的前述两个转换位置之间。通过阀元件72在此以小的通流截面释放阀压力室77与低压区域的连接，燃料仅可被节流地通过该连接从阀压力室77流出。由此当阀元件72被设置在其第三转换位置中时，控制压力室52中的压力建立被这样地影响，使得在控制压力室52中具有这样一个压力，该压力比当阀元件72被设置在其第一转换位置中时高，但是比当阀元件72被设置在其第二转换位置中时低。在此情况下，控制阀70构造成三位三通换向阀。
图3示出了控制阀70的变型的实施形式，在该实施形式中取消了锥形的阀座87及阀元件72的锥形的密封面88。取而代之的是，阀元件72为了控制连接装置62构造成滑阀元件。阀元件72在此为了关闭连接装置62用其端部区域75密封地伸入到孔76中，由此关闭连接装置62。如果阀元件72用其端部区域75从孔76伸出并被设置在阀压力室77中，则连接装置62被释放。
图4示出了一个根据一个第二实施例的控制阀70，该第二实施例中的结构与第一实施例的结构基本相同，然而密封面81的构型改变了。阀元件72的端头83的构型与第一实施例中的相同。密封面81被这样地构造，使得该密封面在一个外部区域181中从该密封面的外边缘起径向向内靠近阀座79。在此，密封面81的该区域181以一个角度α相对一个以阀元件72的纵向轴线73为参考的径向平面倾斜，该角度优选至少近似为5°。密封面81的该区域181具有一个径向的延伸距离11，该延伸距离在阀元件72的直径d约为2.5mm的情况下优选约为0.3mm。密封面81在一个与其第一区域181相连接的第二区域281中被这样地构造，使得该密封面离开阀座79。在此，该密封面81的第二区域281以一个角度β相对所述径向平面倾斜，该角度优选至少近似为2°。该密封面81的第二区域281具有一个径向的延伸距离12，该延伸距离优选约为0.6mm。通过密封面81的这种构型，在该密封面的第一区域81中构成一个流动入口区域，在该流动入口区域中，从阀压力室77流出的燃料被导入到密封面81与阀座79之间的最小的通流截面中，并且在该密封面的第二区域281中构成一个流动出口区域，在该流动出口区域中，燃料被从最小的通流截面导出。如第一实施例中那样，阀座79至少近似平面地被构造并且处在一个以阀元件72的纵向轴线73为参考的径向平面中。如图4所示，从阀元件72的凸缘80的外表面到密封面81的第一区域181的过渡部分优选以一个半径R被倒圆。图5清楚地示出了在根据第二实施例的阀元件72上的改善的流动走向。在根据第一实施例的阀元件72中，当流动进入密封面81与阀座79之间的最窄的通流截面时出现流体分离，而在根据第二实施例的阀元件72中，这样的流体分离不存在或至少仅小规模地存在。由此降低了流动损失并实现了一个无气蚀的流动。
在图6中示出了一个根据一个相对第二实施例变型的实施形式的控制阀70。在此，阀元件上的密封面81至少近似平面地构造并且位于一个以阀元件72的纵向轴线73为参考的径向平面中。阀座79被这样地构造，使得该阀座在一个外部区域179中从其外边缘起径向向内靠近密封面81。在此，阀座79的该区域179以一个角度α相对以阀元件72的纵向轴线73为参考的径向平面倾斜，该角度优选至少近似为5°。阀座79的该区域179从阀元件的密封面81的外边缘起具有一个径向的延伸距离11，该延伸距离在阀元件72的直径d约为2.5mm的情况下优选约为0.3mm。阀座79在一个与该阀座的第一区域179相连接的第二区域279中被这样地构造，使得该阀座离开密封面81。在此，阀座79的第二区域279以一个角度β相对所述径向平面倾斜，该角度优选至少近似为2°。阀座79的第二区域279具有一个径向的延伸距离12，该延伸距离优选约为0.6mm。通过该与第二实施例相反的结构，在优化的流动导向方面获得与第二实施例中相同的优点。
下面说明该燃料喷射装置的功能。在泵活塞18的抽吸行程中，燃料从燃料储备容器24输送给该泵活塞。在泵活塞18的排流行程中，燃料喷射以一个预喷射开始，其中，第一控制阀68通过控制装置67关闭，由此使泵工作室22与卸载室24断开。此外，通过控制装置67使第二控制阀70置于其第二转换位置中，由此使控制压力室52与卸载室24相连接并且与泵工作室22断开。在该情况下，在控制压力室52中不会建立高压。如果泵工作室22中及由此在燃料喷射阀12的压力室40中的压力这样地高，使得由该压力通过压力肩42施加到喷射阀元件28上的压力大于闭合弹簧44的力与通过在控制压力室52中起作用的剩余压力作用在控制活塞50上的压力的总和，则喷射阀元件28在打开方向29上运动并释放所述至少一个喷射孔32。
为了结束以这种方式进行的预喷射，通过控制装置使控制阀70置于其第一转换位置中，由此使控制压力室52与卸载室24断开并且与泵工作室22相连接。第一控制阀68保持在其关闭的位置中。在此，在控制压力室52中建立如泵工作室22中那样的高压，由此在控制活塞50上作用一个在闭合方向上的高的压力并且使喷射阀元件28运动到其关闭位置中。
为了随后的主喷射，通过控制装置67使第二控制阀70置于其第二转换位置中，由此使控制压力室52与卸载室24相连接并且与泵工作室22断开。燃料喷射阀12则由于作用在控制活塞50上的压力减小而打开，并且喷射阀元件28运动到其打开位置中。
为了结束主喷射，通过控制装置67使第二控制阀70置于其第一转换位置中，由此控制压力室52与卸载室24断开并与泵工作室22相连接，并且在该控制压力室中建立高压并通过作用在控制活塞50上的力使燃料喷射阀12关闭。在主喷射后还可进行一个后喷射，为了该后喷射，第二控制阀70被置于其第二转换位置中。为了结束该后喷射，第二控制阀70又被置于其第一转换位置中和/或第一控制阀68被打开。
如上所述地构造的控制阀70也可使用在其它的燃料喷射装置或高压流体系统中来控制连接。控制阀70也可构造成二位二通换向阀、三位二通换向阀或三位三通换向阀。

Claims (7)

1.一种阀，用于控制高压流体系统中的、尤其是用于内燃机的燃料喷射装置中的连接，该阀具有一个阀元件(72)，该阀元件可在其纵向轴线(73)的方向上移动地被导向，该阀元件伸入到一个至少暂时地具有高压的阀压力室(77)中，并且在阀压力室(77)中在一个相对于该阀元件的纵向轴线(73)横向地延伸的端面上具有一个密封面(81)，该阀元件以该密封面与一个相对于该阀元件的纵向轴线(73)横向地延伸的阀座(79)共同作用，以便至少在很大程度上使一个被阀座(79)围绕的开口(78)相对于阀压力室(77)关闭，其中在该开口(78)上连接着一个通到一个低压区域的连接装置(64)，其特征在于：该阀元件(72)具有一个伸到连接装置(64)中的端头(83)，通过该端头这样地引导在阀元件(72)以其密封面(81)从阀座(79)抬起时从阀压力室(77)流出的流体，使得至少几乎没有或仅有微小的合力由该流体在该阀元件的纵向轴线(73)方向上施加到该阀元件(72)上。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：从阀压力室(77)流出的流体通过所述端头(83)首先被这样地偏转，使得该流体至少近似地在阀元件(72)的纵向轴线(73)的方向上沿着阀元件(72)流到所述连接装置(64)中。
3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于：该流出的流体通过该端头(83)接着被这样地偏转，使得该流出的流体以一个角度γ相对阀元件(72)的纵向轴线(73)倾斜地由该阀元件流走。
4.根据以上权利要求1至3之一所述的阀，其特征在于：用于使该流出的流体的流动偏转的端头(83)具有一个环绕的环形槽(85)，该环形槽在阀元件(72)的纵向轴线(73)的方向上至少近似地延伸到阀元件(72)的密封面(81)的高度上。
5.根据以上权利要求之一所述的阀，其特征在于：阀元件(72)上的密封面(81)和/或阀座(79)被这样地构造，使得密封面(81)与阀座(79)之间在阀元件(72)的纵向轴线(73)的方向上的间距从阀元件(72)的外边缘起首先径向向内减小并且接着又径向向内增大。
6.根据权利要求5所述的阀，其特征在于：阀元件(72)的密封面(81)被至少近似平面地构造。
7.根据权利要求5所述的阀，其特征在于：阀座(79)被至少近似平面地构造。
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