用於藉助可轉換的執行器形成柔性噴射壓力曲線的裝置的製作方法
2023-06-01 09:20:56 3
專利名稱：用於藉助可轉換的執行器形成柔性噴射壓力曲線的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於形成柔性噴射壓力曲線的裝置，藉助該裝置一方面能夠使高壓燃料噴射系統的設計和結構具有更高的自由度，另一方面能夠使噴射壓力曲線與噴射系統的極不相同的環境和使用條件相適應。在當前的燃料噴射系統解決方案中，總是力求減少運動構件，從而降低零件的多樣性。
在由EP-0-823-550-A1所公開的噴射器中，通過從噴嘴針控制腔中流出的控制流量實現可變化的噴嘴口壓力，因此，必須考慮的是，在從現有技術中已知的這種方案中，對壓力加載進行控制的控制閥的中間位置只能緩慢地變化並且難以實現更短的轉換時間，而這特別是在轉速較高的情況下對於燃料噴射系統是很重要的。
本發明的描述藉助本發明所建議的用於噴射具有極高壓力的燃料的噴射器的解決方案，能夠產生一個預先噴射階段、一個主噴射階段以及一個處於主噴射階段之前的壓力形成階段、一個可變化的噴嘴口壓力以及一個通常處於較高壓力水平下的後續噴射階段。此外，在本發明所建議的方案中，泵壓力的控制比率(Absteuerrate)是可調的。根據本發明所建議的方案，這些可以通過一個影響噴射器噴嘴腔內或噴射器控制腔內的壓力形成和壓力解除的執行器來實現，該執行器可通過一個與其對應配置的電壓調節裝置被作用以多種電壓水平或電流水平，因而能夠實現與執行器的垂直運動相關的多個互不相同的行程水平。
該執行器可以以有利的方式作為一個壓電執行器構成。藉助該壓電執行器可實現多種功能，因此不需要第二個執行器。這樣就能夠實現簡單的控制器結構，其中，特別是可以通過較少數量預先固定的插入銷實現更簡單的插頭、可實現輸出級的更簡單的結構以及使得控制器上的損耗功率更小。由此，可以總成本更低地製成控制器。
根據本發明所建議的方案，對控制腔或噴嘴腔的壓力形成及壓力解除產生影響的控制閥通過一個耦合腔相互液壓耦合，其中，操作控制閥的壓電執行器可以在空間上與控制閥分開安置。由此，在設計用於控制控制閥的液壓模塊時有較高的設計自由度，由此使得控制閥可以相互平行地安置。通過將基本沿縱向延伸的控制閥平行安置使得液壓模塊的結構更緊湊。相反，在使用電磁閥時，閥的磁體總是被裝在待操作的閥的上方。因此，在採用電磁閥的方案中與本發明所建議方案相比結構高度較高。
通過控制閥的平行安置使得它們能夠被相互獨立地製造並且特別是能夠被相互獨立地調整，因此，一個閥上的誤差或一個閥的功能參數變化不會強制性地引起另一個閥的功能方面的變化。控制閥的功能參數例如是閥行程和分別與這些控制閥對應配置的壓縮彈簧所產生的閥預緊力。因此，按照本發明設置的控制閥在整個使用壽命中的閥行程改變不會反作用於液壓模塊中的另一控制閥的行程特性。
藉助能夠實現極快轉換時間的壓電執行器可以無問題地實現短的預先噴射及後續噴射階段所要求的極短的轉換時間，該壓電執行器通過液壓耦合對液壓模塊的兩個控制閥平行地加載。此外，藉助該壓電執行器能夠調整控制閥的閥控制體的穩定的中間行程，因為通過相應施加的電壓水平或電流水平可以明確地確定可在壓電執行器上調整的行程。
液壓模塊的第二控制閥只在高壓與低壓水平之間往復轉換，不轉換到中間行程狀態中。因此第二控制閥的結構設計明顯更簡單，因為它不需要壓力平衡。因此，可以使用一個簡單的批量生產閥作為本發明所建議燃料噴射系統中的第二控制閥。
本發明所建議方案帶來的另一附加優點是，由於可以影響控制體積量的控制比率，因此可以降低按照本發明構造的燃料噴射系統中的泵部分的噪聲發生。
附圖下面藉助附圖對本發明進行詳細解釋。圖中示出
圖1燃料噴射器的根據本發明的壓力建立/壓力解除原理圖，圖2在時間軸上繪出的燃料噴射過程各階段，圖3，4噴射嘴壓力與執行器行程的對照，圖5用兩個2/2方向閥代替一個圖1所示2/3方向閥的噴射系統的可替換方案，圖6噴射器的一種可實施方案，圖7圖6所示噴射器的局部放大圖，
圖8一個燃料噴射器的液壓模塊的立體圖，和圖9在圖8中以立體圖示出的液壓模塊的橫截面。
從圖1所示原理圖中可看出，所示出的噴射系統包含一個被容納在殼體2內的噴射器體3。一個噴嘴22可藉助噴射器體3被打開或被關閉，該噴嘴可通過一個包含在噴射器殼體2內的噴嘴腔10被供給處於高壓下的燃料。噴射器殼體2的噴嘴腔10通過一個壓力管道9被供給處於高壓下的燃料。壓力管道9與一個泵腔4連接。在泵腔4中，燃料體積通過一個活塞被壓縮，該活塞具有一個活塞盤6。活塞盤6一方面通過一個彈簧元件5被預緊，另一方面在它的與彈簧元件相背的表面上可通過一個凸輪7被沿垂直方向定向地上下往復驅動，該凸輪偏心地安置在一個可被驅動的軸8上。
從泵腔4中流出的被高度壓縮的燃料體積流入壓力管道9中，並且通過該壓力管道一方面被引入噴射系統噴射器殼體2的噴嘴腔10中，另一方面經過一個輸入管道16被引入一個控制腔12中，在輸入管道16中安裝了一個輸入節流裝置17，控制腔12被安置在噴射器殼體2的上部內。從壓力管道9中分支出一個回流管道24，該回流管道在中間連接了一個還要詳細描述的第一控制閥14的情況下通入一個燃料貯存器21中。
圖1所示噴射系統的噴射器的噴射器殼體2中的控制腔12除輸入管道16外還與一個回流管道連接，在該回流管道中裝有一個排出節流裝置18。該回流管道24同樣通入燃料貯存器21中。該回流管道24經過另一個控制閥15，該控制閥直接連接在回流管道24中的排出節流裝置18之後。
在已經提到過的兩個控制閥14及15上方裝有一個執行器13，該執行器以有利的實施方式作為壓電執行器構成。由於執行器活塞在垂直方向的行程距離可變化，可以通過適當連接壓電執行器來調整不同的活塞行程水平。按圖1所示，通過耦合腔11相互液壓耦合的控制閥14及15被平行地加載以容納在耦合腔11中的控制體積，因此，對控制閥14及15加載的壓電執行器可以在空間上與控制閥分開安置，由此，在設計控制閥14，15時具有很大的自由度。控制閥14，15因此可以例如相互平行地安置，這樣能夠使得按照本發明配置的噴射器的結構高度明顯減小。與安置電磁閥相比，按照本發明構造的噴射器有較小的結構高度。在使用電磁閥時控制閥14及15和操縱這些閥的磁鐵必須上下疊置地安裝。
從圖1所示的配置中可以看出，第一控制閥14是一個2/3方向閥，它可通過一個復位彈簧19被定位在其靜止位置中。該2/3方向閥、即控制閥14在其第一位置14.1中到達其關閉位置，在用14.2表示的位置中達到一個與節流橫截面相應的控制比率，這就是說，經過回流管道24進入燃料貯存器21中的待排出燃料的體積是可變的。在可藉助第一控制閥14實現的第三位置14.3中，如圖1所示，燃料體積通過打開的閥的控制橫截面(Absteuerquerschnitt)經過回流管道24流回燃料貯存器21中。
與此相對，按圖1所示另一個控制閥15是一個2/2方向閥，它僅能實現一個關閉位置15.1和一個通流位置15.2。排出節流裝置18在回流管道24中直接連接在該另一控制閥15的前面。此外，為該另一控制閥15對應配置了一個復位彈簧20，藉助該復位彈簧，在通過執行器活塞13從耦合腔中駛出進入其靜止位置而使耦合腔11卸載時，該另一控制閥15的控制件復位。
從圖2的描述中可以看出以示意形式示出的、繪製在時間軸上方的噴射過程變化曲線。
用參考符號25表示坐標系的軸，在該坐標系上可以讀出在噴嘴針22之下產生的壓力水平，而圖2所示坐標系的另一軸是時間軸。該噴射基本上可以被分為一個預先噴射26，一個與此相接的、具有處於前面的壓力形成階段27的主噴射階段，以及一個在主噴射結束之後進行的後續噴射29。高壓燃料的預先噴射26通過在高壓下短時間打開或關閉第一控制閥14或15來進行。第一控制閥14應作為2/3方向閥構成或如以下還要描述的由兩個2/2方向閥組成，它可以被轉換到三個閥芯位置14.1，14.2和14.3中。如果壓電執行器13無電壓，則由泵行程所輸送的燃料通過閥控制體處於位置14.3中時打開的閥的控制橫截面排出。這些燃料直接經過回流管道24流入燃料貯存器21中。
在可通過改變壓電執行器13上的電壓調節或電流水平而達到的第一控制閥14的另一閥芯位置14.2中，控制閥14被轉換到一個減小的控制橫截面，用在圖1中用位置符號14.2表示的節流符號代表。這樣，在位置14.2中可以有目的地排出處於高壓下的燃料，從而，不產生全部的泵壓力，而是產生一個較低的噴射壓力水平，該噴射壓力水平按照圖2中示出的參考符號27在處於主噴射之前的壓力形成階段中被保持。在壓力形成階段27中所產生的壓力取決於在第一控制閥14的閥芯位置14.2中可實現的控制橫截面、泵轉速、泵的活塞面積以及凸輪7的輪廓、噴射嘴21的噴嘴流量。
在位置14.1中，第一控制閥14完全關閉，因此可以產生一個具有最大梯度的壓力升高階段28.3(參照用於開始主噴射的開啟壓力變化曲線28)。對於壓力變化曲線28.1和28.3，第一控制閥14和第二控制閥15必須保持關閉(14.1和15.1)。在泵內建立一個壓力，而噴嘴針3或22不打開。開啟壓力通過另一控制閥15被轉換到位置15.2中的時刻來提供。噴嘴針3/22在已升高的壓力水平下打開，因此產生的壓力變化曲線在一個三角形的變化曲線至一個近似矩形的曲線27，28.3之間，沒有引導階段或28.2。按照圖2中所示的雙箭頭，還可以實現其它的壓力變化曲線以開始主噴射階段。
在壓力形成階段27以及與此相接的主噴射階段中，另一控制閥15保持在其打開的位置15.2中，這樣，在噴射器殼體2內的控制腔12中相應於輸入節流裝置17或輸出節流裝置18的尺寸產生一個較低的壓力。控制活塞3的力作用在噴射嘴的噴嘴針22上，噴嘴針22可以打開。如果控制閥15由於執行器13上的控制電壓或電流水平繼續提高而被關閉，在控制腔12內產生泵高壓，使得噴嘴針22重新被關閉。為了實現在圖2中所示的後續噴射29，該另一控制閥15短時打開並且接著又關閉。
因此，能夠實現噴嘴針22的有效的針行程控制以結束主噴射階段，儘管泵腔4內的壓力仍在保持。
當執行器13返回其初始位置時，第一控制閥14駛入位置14.3中並且在此釋放整個控制橫截面。因此，泵腔4內的壓力被儘可能快地降低，相反，在第一控制閥14處於中間位置14.2中時僅有一個較小的控制橫截面被釋放，因而壓力解除(溢流率)進行得較緩慢並且泵的噪聲降低了。
從圖3和圖4中可看出所產生的噴射嘴壓力與從屬的執行器行程位置的詳細對比。
用參考符號25表示在噴射嘴22上所產生的壓力變化曲線，它基本上可被分為一個預先噴射階段26、一個處於此後的壓力形成階段27和一個主噴射階段30。在它們後面接著一個後續噴射階段29。
在下面的曲線圖中，在時間軸上繪出了所產生的執行器行程變化曲線，其中，藉助參考符號32可從表示執行器行程的軸31上讀出最大行程。藉助在水平方向延伸的用參考符號33和34表示的虛線(這裡第一閥和第二控制閥關閉)，可以近似表徵執行器13的一個第一行程水平33和一個第二行程水平34，該執行器優選作為一個壓電執行器構成。為了產生預先噴射26，執行器13的活塞超過第一行程水平34駛入耦合腔11中並且因此使得產生噴射，較少的燃料量被噴射到內燃機的燃燒室中。這是一個第一控制實施例。也可以通過劃虛線的控制可能性達到曲線28.1和28.2。然後，執行 13返回其靜止位置中，以便為了實現壓力形成階段27部分地又駛入耦合腔11中並且操作兩個在那裡相互液壓耦合的控制閥14和15。執行器13的活塞在主噴射階段30內從耦合腔11中擠出較多的體積並且在主噴射階段將近結束時被轉換到其最大位置32中。執行器停留在該位置中，直至在後續噴射階段29中進入一個一直達到在主噴射階段30中所作用的行程水平的返回位置。然後，在後續噴射階段29結束後產生一個壓力解除階段41。
從圖5的描述中可看出具有2/2方向閥的噴射系統的另一可選實施可能性，這些2/2方向閥替代圖1所示的2/3方向閥。在這種變型方案中，耦合腔11同樣通過例如一個壓電執行器13的執行器活塞被加載。與圖1所示的原理圖不同，第一控制閥14由兩個並聯連接的2/2方向閥14及35組成。此外，為2/2方向閥35設置了一個連接在其前面的等壓閥36。
與圖1所示噴射系統1原理圖相似，在控制閥15的前面連接了一個排出節流裝置18，該排出節流裝置18可以在控制閥15處於位置15.2中時與燃料貯存器21連接。與圖1所示原理圖相似，通過輸入管道16，噴射器3的控制腔12經過一個輸入節流裝置17被加載以處於高壓下的燃料，其中，輸入管道16從通向噴射器殼體2的噴嘴腔10的壓力管道9中分支出來。通過在圖5中描述的變型實施方式，取代了在圖1中示出的可被轉換到三個閥芯位置14.1，14.2和14.3中的2/3方向閥。取代一個2/3方向閥，可以用兩個2/2方向閥實現其功能。2/2方向閥14和35由此可實現的優點是，它們基本上可以更簡單地製造並且可以通過附加的閥再連接一個等壓閥36或一個位於控制閥14之外的節流裝置。藉助等壓閥36，在壓力形成階段27期間產生的壓力不再取決於轉速，而是可以相應於等壓閥36的開啟壓力被調整為一個恆定值。
在安置構成第一控制閥14的兩個2/2方向閥時，也能夠實現相互平行地安置這些閥。一個閥上的誤差或者功能參數例如閥行程以及通過復位彈簧19或20產生的閥預緊力的改變不會使對應的另一閥產生功能上的變化。因此，一個閥在整個使用壽命中的閥行程改變對另一個閥的行程沒有影響。
對在圖5中示出的噴射系統1的變型實施形式也適合的是，另一控制閥15可以作為簡單的2/2方向閥構成，它只在高壓和低壓之間往復轉換並且因此不要求壓力平衡。因此，它可以作為簡單的批量生產閥並從而作為通用件用於按照本發明配置的噴射系統中。
在圖6中詳細地描述了噴射器的一種實施可能性。
在噴射系統1的噴射器的側面，設置了一個可在泵腔4中運動的活塞，藉助該活塞可對噴射器3的一個液壓模塊40通過一個壓力管道9加載燃料。該液壓模塊40包括兩個相互平行安置的控制閥14及15，其中的控制閥15由具有兩個閥芯位置15.1和15.2的2/2方向閥構成，而第一控制閥14或者可以作為可在三個閥芯位置中轉換的2/3方向閥構成、或者可以如從圖5的描述中可看出的那樣由兩個2/2方向閥組成。
控制閥14和15中之每一個設置了一個特意配置的復位彈簧19或20；在噴射器3的噴射器殼體2的前部設置了一個包圍噴嘴針的噴嘴腔10，通過該噴嘴腔，噴射嘴22可以被加載一個待噴射到內燃機燃燒室中的燃料體積。
圖7以稍微放大的比例示出圖6所示噴射器3的液壓模塊40。從圖7所示的配置中可以看出，兩個控制閥14及15分別包含一個控制閥體37或38，在控制閥體的端部上具有伸入復位彈簧19或20的繞圈內的凸起39。為第一控制閥14在側面對應配置了一個回流管道24，在另一控制閥15的上面可看到連接管道9，它將分開的耦合腔11連接起來。
從圖8中可看出噴射器液壓模塊的詳細的立體圖。
兩個控制閥14及15容納控制閥體37或38，這兩個控制閥體可通過在兩個控制閥上的或共同的耦合腔11被一個在那裡可由壓電執行器13壓排的控制體積相互平行地控制並且液壓耦合；從圖8中此外還可看出壓力管道9以及一個輸入管道16。
通過參考符號14和38及15和37分別組合成控制閥。在圖8中沒有表示它們，在該圖中為了表示各個孔的走向只示出模塊體，而沒有示出閥。
圖9示出圖8以立體圖示出的液壓模塊40的剖面。
回流管道24通入噴射器殼體2的圓周面的一個圓周孔中，該回流管道24可通過第一控制閥14被關閉以及被打開，或者可被施加一個能夠別可變化地預先給定的控制比率。在閥體37及38上方示出兩個控制閥14及15共同的耦合腔11。在圖9中，用參考符號18表示控制腔12的排出節流裝置，本發明所建議的噴射系統的壓杆3伸入該排出節流裝置中。
權利要求
1.用於將燃料噴射到內燃機燃燒室中的裝置，具有一個被一個噴射器殼體(2)包圍的噴射器(3)，該噴射器的控制腔(12)可被加載一個控制體積並且設置了用於在噴射器(3)的噴嘴腔(10)上和在噴射器(3)的控制腔(12)上的壓力形成/壓力解除的控制閥(14，15)，其特徵在於，控制閥(14，15；35)相互平行地安置，無副作用地通過一個耦合腔(11)相互液壓耦合併且可通過一個可在不同的行程水平中轉換的執行器(13)被操作。
2.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，控制閥(14，15，35)通過一個可被加載一個流體體積的耦合腔(11)液壓耦合。
3.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，執行器(13)為了達到極短的轉換時間作為壓電執行器構成。
4.按照權利要求3的裝置，其特徵在於，執行器(13)可通過一個電壓/電流調節裝置被轉換到使控制閥(14，15)運動到不同閥芯位置(14.1，14.2，14.3；15.1，15.2)中的多個行程水平中。
5.按照權利要求4的裝置，其特徵在於，第一控制閥(14)作為一個可運動到三個閥芯位置(14.1，14.2，14.3)中的2/3方向閥構成。
6.按照權利要求4的裝置，其特徵在於，第一控制閥(14)構成一個控制被壓縮燃料的控制比率的控制橫截面以實現噴射系統(1)的噴射器(3)上的一個引導階段(27)。
7.按照權利要求4的裝置，其特徵在於，第一控制閥(14)由兩個相互並聯連接的2/2方向閥組成並且可通過一個等壓閥(36)調整一個與轉速無關的、用於壓力形成階段(27)的壓力。
8.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，另一控制閥(15)可被轉換到兩個閥芯位置(15.1，15.2)中並且在壓力形成階段(27)和主噴射階段(30)中保持在其打開的位置(15.2)中。
9.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，在執行器(13)被控制在其靜止位置中時第一控制閥(14)進入一個位置(14.3)中將整個控制橫截面釋放以用於壓力解除，並且，在達到釋放位置(14.3)之前在一個中間位置(14.2)中進行逐漸的壓力解除。
10.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，通過短時打開或關閉第一控制閥(14)或另一控制閥(15)進行一個預先噴射階段(26)。
11.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，通過打開/關閉另一控制閥(15)進行後續噴射(29)。
全文摘要
本發明涉及一種用於將燃料噴射到內燃機燃燒室中的裝置，具有一個被一個噴射器殼體(2)包圍的噴射器(3)，該噴射器的控制腔(12)被加載一個控制體積並且包含用於噴射器(3)的噴嘴腔(10)上和噴射器(3)的控制腔(12)上的壓力形成/壓力解除的控制閥(14，15)。控制閥(14，15；35)相互平行地安置。它們無副作用地通過一個耦合腔(11)相互液壓耦合併且通過一個可在不同行程水平中轉換的執行器(13)被操作。
文檔編號F02M59/46GK1455846SQ02800152
公開日2003年11月12日 申請日期2002年1月19日 優先權日2001年1月22日
發明者羅格·珀琴 申請人:羅伯特·博施有限公司