CN1914417A - 具有被直接控制的喷射阀元件的燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室(30)中的燃料喷射器，具有一个喷射器体(2)及一个喷嘴架(3)，在喷嘴架中可运动地接收了一个喷射阀元件(5)，该喷射阀元件具有一个释放或关闭喷射孔(29)的座(28)及喷射阀元件(5)可通过一个压电式致动器(9)操作，其特征在于：压电式致动器(9)操作一个第一变换器活塞(11)，一个与喷射阀元件(5)连接的第二变换器活塞(19)在该第一变换器活塞中被导向。

Description

具有被直接控制的喷射阀元件的燃料喷射器
技术领域
当今在内燃机中愈来愈多地使用蓄压器喷射系统(共轨系统)，它们使得可以与转速及负载无关地调节喷射压力。在共轨系统中，压力产生及喷射过程在时间及地点上彼此去耦合。喷射压力由一个单独的高压泵来产生。该高压泵不必要强制地与喷射同步地被驱动。该压力可与发动机转速及喷射量无关地被调节。在共轨系统中用电操作的喷射器代替压力控制的喷射阀，借助这些该喷射器可以确定控制时刻及控制持续时间，喷射开始点及喷射量。在这种喷射系统类型中，在多次喷射(Mehrfacheinspritzungen)或分开喷射的构型方面存在大的自由度。
背景技术
用于蓄压器喷射系统(Common-Rail-Systeme)的燃料喷射器通常由电磁阀或压电式致动器来控制。借助电磁阀或压电式致动器可实现一个控制室的减压。为此，控制室具有一个减压通道，在其中通常设有一个输出节流阀。用于操作喷射阀元件的控制室的燃料注入通常是通过输入部由高压侧来实现的，在输入部中置有一个输入部节流元件。借助配置给控制室的电磁阀或配置给它的压电式致动器来操作阀关闭元件，后者使排出通道关闭。在操作电磁阀或压电式致动器时，阀关闭元件-它例如可以是一个球体或一个锥体-释放排出通道，以致控制体积可由控制室流出。由此控制室中的压力下降及一个由控制室加载的通常构造成针状的喷射阀元件在垂直方向上抬起。通过喷射阀元件的上升运动将释放在燃料喷射器的燃烧室侧端部上的喷射孔，以致燃料可喷射到内燃机的燃烧室中。
由现有技术公开的、可通过电磁阀或压电式致动器操作的燃料喷射器通常包括一个喷射器体，该喷射器体被构造成耐压力及对压力密封的。在该喷射器体之外安装了电磁阀或压电式致动器。借助它们通过排出通道的释放使控制室中的压力水平下降。根据该原理以间接的途径实现可构造成针状的喷射阀元件的操作。对设置在阀体之外的压电式致动器通常配置一个液压变换装置，以使得其行程位移可被增长，因为以叠堆形式设置的压电晶体在通电流时仅具有很小的长度变化。而如果燃料喷射器通过电磁阀来操作，则需要它的剩余气隙及它的衔铁行程位移的精确调节，以便相应精密地控制关闭控制室的排出通道的阀关闭元件，-尤其在一个内燃机的高转速范围中。
由于设置在喷射器体之外的控制装置、即电磁阀或压电式致动器，由现有技术公开的燃料喷射器的结构相对高及由此在内燃机的气缸头区域中有较高的安装位置需求。但在现代内燃机上其趋势是这样的，即在气缸头的区域中可提供愈来愈少的结构空间。这是关系到：具有每升排气量高的比功率的内燃机需要气缸头区域中花费空间的冷却。这通常是通过穿过内燃机气缸头的通道来实现的，出于热及导热性的原因这些通道具有一个确定的延伸。由此使得用于燃料喷射器的安装所需的安装空间减小，以致需开发其它的方案。
发明内容
通过根据本发明提出的方案，可给出一种结构特别紧凑的燃料喷射器，借助它可实现针式喷射阀元件的直接操作。为此在一个具有系统压力的压力室中接收一个具有压电晶体叠堆的致动器，一个端面与一个第一变换器活塞相连接，后者包围着一个第二变换器活塞。第二变换器活塞构成在喷射阀元件上。第一变换器活塞及第二变换器活塞彼此套接地导向，这可实现喷射阀元件除了它在喷嘴架(Duesenhalter)内的导向区段中的导向外的另一导向。由此可取消喷射阀元件的其它导向区段。
第一变换器活塞被一个控制室套筒包围，该控制室套筒被压力弹簧加载地压在喷嘴架的一个平面上。控制室套筒的咬合棱边通过压力弹簧持续地保持靠触在喷嘴固定总成的平面上，由此保证了控制室的密封。
燃料从处于系统压力下的压力室通过喷嘴室输入部流到包围着喷射阀元件的喷嘴室及由该喷嘴室通过一个环形间隙流到喷射阀元件的座上。通过根据本发明提出的方案，压电式致动器的通电时间可减小，因为喷射阀元件不是在压电式致动器的通电状态下而是在不通电状态下被保持在其关闭位置中。如果致动器被通电，控制室中得到压力升高，由此使与喷射阀元件连接的第二变换器活塞打开。因此喷射阀元件释放了燃烧室侧的喷射孔。而如果致动器不通电，喷射阀元件将通过一个设在第一变换器活塞与第二变换器活塞之间的液压室中的压力弹簧压在其关闭位置上。因此，本发明提出的用于燃料喷射器的压力变换器起到具有方向反转的压力变换器的作用，它在致动器通电时引起喷射阀元件的打开及在未通电流状态下使喷射阀元件关闭。
附图说明
以下将借助附图来详细描述本发明。
附图表示：
图1是根据本发明提出的、具有喷射阀元件直接控制的燃料喷射器的一个截面图。
具体实施方式
图1表示一个燃料喷射器1，它包括一个喷射器体2。喷射器体2通过一个喷嘴夹紧螺母4与喷嘴架3连接。该结构也被称为喷嘴固定组合。为了连接喷射器体2和喷嘴架3，在喷射器体上设有一个外螺纹区段34，在该区段上以预定转矩拧上设有内螺纹35的喷嘴夹紧螺母4。该喷嘴夹紧螺母4用一个环形支承面包围喷嘴架3。
在喷射器体2中设有一个高压输入部6，它与一个在附图中未示出的高压蓄压体积(共轨)相连接。该高压蓄压体积(共轨)通过一个在附图中未示出的高压泵加载。在高压蓄压体积中具有的压力水平(系统压力)在1400巴与1600巴之间的范围中。通过高压输入部6对构成在喷射器体2中的压力室7施加处于系统压力下的燃料8。由喷射器体2内的压力室7分支出一个喷嘴室输入部24，通过该输入部对喷嘴架3中的喷嘴室25输入处于系统压力下的燃料。
在用作可被用来阻尼或完全消除压力波动的液压附加容积的压力室7的内部接收了一个致动器9，该致动器优选地被构成压电式致动器及具有一个压电晶体叠堆10。当通过在图中未示出的触点使压电晶体叠堆10通过电流时，以叠堆形状布置的压电晶体得到长度的变化，该长度变化可被用来操作喷射阀元件。
压电式致动器9位于一个第一变换器活塞11的一个端面12上。第一变换器活塞11的壁设有一个平衡孔13，压力室7通过该孔与一个液压室41形成连接。第一变换器活塞11包围着一个接收在喷射阀元件5上的第二变换器活塞19。此外，第二变换器活塞19具有一个槽32，在其中放入一个弹簧元件17，该弹簧元件支撑在第一变换器活塞11内侧中的一个支承面37上。第二变换器活塞19及喷射阀元件5彼此固定地连接。第二变换器活塞19的一个第一环形面38为液压室41的一个边界，而在第二变换器活塞19底面上的一个第二环形面39构成控制室18的一个边界。该控制室还通过第一变换器活塞11底面上的一个环形面20构成边界，此外还由一个控制室套筒21的内侧面40及靠触在喷射器体2上的喷嘴架3的一个环形平面区段23构成边界。
在第一变换器活塞11的外表面上接收了一个支撑圈14，在该支撑圈上支撑着一个支承圈15。支承圈15构成用于一个压力弹簧16的支承面，该压力弹簧使控制室套筒21压靠在喷嘴架3的平面23上。包围第一变换器活塞11的控制室套筒21具有一个咬合棱边22。通过借助压力弹簧16对控制室套筒21的压力加载使咬合棱边22密封地压靠在喷嘴架3的平面23的表面上。因此，控制室18可有效地相对于由处于系统压力下的燃料8加载的压力室7密封，在控制室18中为了操作喷射阀元件5需要一个与压力室7内的系统压力不同的压力。
喷射阀元件5被接收在喷嘴架3中一个导向区段31内。喷嘴室25位于导向区段31的下面，该喷嘴室通过刚才所述的喷嘴室输入部24由压力室7施加处于系统压力的燃料8。由喷嘴室25向着喷嘴架3的燃烧室侧端部上的、喷射阀元件5的座28延伸出环形间隙27。如果喷射阀元件5压在座28上，通入内燃机的燃烧室中的喷射孔29被关闭；而如果座28被打开，则燃料可通过喷嘴室输入部24、喷嘴室25、环形间隙27及打开的喷射孔29喷射到内燃机的燃烧室30中。
为了保证控制室套筒21的压力加载，该套筒在其向着压力弹簧16的一侧上具有用于压力弹簧16的支承面。喷射器体2的端面与喷嘴架3的平面23构成一个接合缝36，当喷射器体2与喷嘴架3被拧合时，该接合缝被喷嘴夹紧螺母4包围地形成控制室18的对压力密封的密封。
以下描述该附图中所示的燃料喷射器的工作原理：
在致动器9的压电晶体叠堆10未通电流的状态中，由于压力室7与液压室41之间通过进入孔13的压力平衡，第一变换器活塞11保持在其静止位置中。靠触在支承面37上的弹簧元件17在闭合方向上对第二变换器活塞19加载，使得与该第二变换器活塞固定连接的喷射阀元件5压在它的座28上。由此使构成在喷嘴架3的燃烧室侧端部上的喷射孔29关闭。因此无燃料到达内燃机的燃烧室30。弹簧元件17被这样地设计，使得它在闭合状态中产生更高的闭合力，该闭合力超过了压力室25中压力阶台26上在其被压力加载时产生的、作用在打开方向上的液压打开力。
如果相反地致动器9的压电晶体叠堆10被通以电流，则压电晶体叠堆10的各个压电晶体得到一个伸长，由此在第一变换器活塞11的端面12上产生一个力，该力在垂直方向上将该活塞向下压。在此情况下，第一变换器活塞11的移入控制室18的环形面20在该控制室中引起了一个压力升高。该压力升高被传递到第二变换器活塞19的底面上的第二环形面39上。作用在第二变换器活塞19的第二环形面39上的液压力和作用在喷嘴室25中压力阶台26上的液压力超过了由弹簧元件17产生的闭合力，以致喷射阀元件5与第二变换器活塞19一起向液压室41内移动。在此由液压室41压出的燃料体积通过孔13流到压力室7中。
打开的喷射阀元件5由它的构成在喷嘴架3的燃烧室侧端部上的座28移开，由此释放喷射孔29及使处于系统压力下的燃料可由喷嘴室25喷射到燃烧室30中，其中喷嘴室25通过环形间隙27使燃料流到喷射孔29。
如果又相反地中断了致动器9的压电晶体叠堆10的供电，则第一变换器活塞11驶回其静止位置，由此在控制室18中具有的压力下降。由于控制室18中压力的下降使作用在第二变换器活塞19底面上的第二环形面39上的、向着打开方向作用的液压力下降，由此通过接收在液压室41中的弹簧元件17实现关闭运动，这时作用在关闭方向的力超过了作用在压力阶台26上的液压力。由此，与第二变换器活塞19固定地连接的喷射阀元件5压到它的燃烧室侧的座28上。由此喷射孔29被关闭及再无燃料可喷射到内燃机的燃烧室30中。
第一变换器活塞11及第二变换器活塞19体现为一个具有方向反转的一个压力变换器。通过该压力变换器当致动器通电时喷射阀元件被打开，而当致动器不通电时使喷射阀元件返回其关闭位置。彼此相套地导向的变换器活塞11及19构成了喷射阀元件的另一导向装置，它不必需构成在一个壳体中。喷射阀元件5可有利地仅在喷嘴架3中的一个导向区段31内可运动地被导向。
因为致动器9被设置在由系统压力加载的压力室7中，本发明所提出的燃料喷射器可非常紧凑地构成。变换器活塞11及19以及接收在第一变换器活塞11外表面上的控制室套筒21的结构，使得能够以有利的方式简单地补偿喷射器体2及控制室套筒21相对喷嘴架3的平面23的位置公差。燃料喷射器1的根据本发明提出的构型的另一优点在于：可缩短致动器9的通电时间，这对其工作寿命带来有利的影响。
              参考标号表
1    燃料喷射器        2    喷射器体
3    喷嘴架            4    喷嘴夹紧螺母
5    喷射阀元件        6    高压输入部
7    压力室            8    系统压力下的燃料
9    致动器            10   压电晶体叠堆
11   第一变换器活塞    12   端面
13   平衡孔            14   支撑环
15   支承环            16   压力弹簧
17   弹簧元件          18   控制室
19   第二变换器活塞    20   第一变换器活塞的环形面
21   控制室套筒        22   咬合棱边
23   喷嘴架3的平面     24   喷嘴室输入部
25   喷嘴室            26   压力阶台
27   环形间隙          28   座
29   喷射孔            30   燃烧室
31   导向区段          32   第二变换器活塞19的槽
33   控制室套筒19的环形面
34   外螺纹            35   内螺纹
36   接合缝            37   弹簧元件17的支承面
38   第二变换器活塞19的第一环形面
39   第二变换器活塞19的第二环形面
40   控制室套筒内侧面  41   液压室

Claims (10)

1.用于将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室(30)中的燃料喷射器，具有一个喷射器体(2)及一个喷嘴架(3)，在该喷嘴架中可运动地接收了一个喷射阀元件(5)，该喷射阀元件具有一个释放或关闭喷射孔(29)的座(28)，喷射阀元件(5)可通过一个压电式致动器(9)操作，其特征在于：压电式致动器(9)直接地操作一个第一变换器活塞(11)，一个与喷射阀元件(5)连接的第二变换器活塞(19)在该第一变换器活塞中被导向，以使一个控制室(18)中的压力变化。
2.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：压电式致动器(9)被接收在一个构造在喷射器体(2)中的压力室(7)内，该压力室通过一个高压输入部(6)被施加处于系统压力下的燃料(8)。
3.根据权利要求2的燃料喷射器，其特征在于：控制室(18)由一个控制室套筒(21)，第一变换器活塞(11)的一个环形面(20)，第二变换器活塞(19)的一个环形面(39)及喷嘴架(3)的一个平面(23)构成边界。
4.根据权利要求3的燃料喷射器，其特征在于：控制室套筒(21)在第一变换器活塞(11)上被导向及通过一个压力弹簧(16)被加载。
5.根据权利要求3的燃料喷射器，其特征在于：控制室(18)通过一个与喷嘴架(3)的平面(23)相互作用的咬合棱边(22)相对压力室(7)密封。
6.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：在第一变换器活塞(11)与第二变换器活塞(19)之间构成一个液压室(41)，该液压室通过一个平衡孔(13)与喷射器体(2)内的压力室(7)液压连接。
7.根据权利要求6的燃料喷射器，其特征在于：在液压室(41)中接收一个靠触在一个支承面(37)上的弹簧元件(17)，该弹簧元件在关闭方向上加载喷射阀元件(5)。
8.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：由压力室(7)分支出一个喷嘴室输入部(24)，该喷嘴室输入部使压力室(7)与喷嘴室(25)相连接。
9.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：喷射阀元件(5)的导向在喷嘴架(3)内在一个导向区段(31)中及在喷射器体(2)内通过这些变换器活塞(11，19)来实现。
10.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于：通过一个平衡孔(13)与压力室(7)相连接的液压室(41)具有一个用于弹簧元件(17)的支承面(37)，该弹簧元件支撑在第二变换器活塞(19)的一个槽(32)中，第二变换器活塞具有一个构成液压室(41)的一个边界的第一环形面(38)。
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