专利名称：内燃机用的喷油装置的制作方法
本申请是申请日为1997年1月9日、申请号为97190454.5、发明名称为“内燃机用的喷油装置”的专利申请的分案申请。
根据本发明，提出了一种具有燃油高压源的内燃机喷油装置，从燃油高压源向喷油阀供应燃油，喷油阀具有一个用于控制喷油开口的喷油阀元件和一个控制室，控制室由一个与喷油阀元件至少间接相连的活动壁限制，而且控制室具有一个借助于节流阀确定尺寸的、来自高压源的进油道和一个通往卸压室的出油道，在这个出油道处构成了阀座，阀座通过控制阀的阀元件的密封面来控制，其中，从一个在喷油阀中纵向走向的压力通道向进油道供应处于高压下的燃油，而且喷油阀体做成多部分的，具有一个结合面，压力通道通到结合面并且从结合面起通过在结合面上的这个压力通道入口钻孔构成进油道，其中，在活动壁的最上边位置、在容纳活动壁的孔的端面和活动壁本身之间有一个环形剩余室，进油道通到这个剩余室中。
根据本发明，还提出了一种具有燃油高压源的内燃机喷油装置，从燃油高压源向喷油阀供应燃油，喷油阀具有一个用于控制喷油开口的喷油阀元件和一个控制室，控制室由一个与喷油阀元件至少间接相连的活动壁来限制，而且控制室具有一个借助于节流阀确定尺寸的、来自高压源的进油道和一个通往卸压室的具有定义的最大排放截面的出油道，在这个出油道处构成了阀座，阀座通过由压电元件操作的控制阀的阀元件的密封面来控制，其中，阀座朝向控制室地配置在出油道处，而且为了打开通向控制室的出油道，压电元件使阀元件相对控制室中的压力从阀座升起，并且阀元件被朝关闭方向由控制室中的压力加压。
本发明喷油装置的优点是，用于严密关闭控制阀所需要的关闭力不需要由压电元件带来，而是由控制室中的压力来产生。由压电元件带来的高的调节力只用于打开阀门，其中，压电元件又被控制室中的调节压力施加压力。只要阀一打开，阻碍调节运动或者与控制阀打开相反作用的力快速下降，这样，在这种情况下，压电元件没有明显负荷，因此，在按照本发明的结构中，操作控制阀的压电元件可以大大减小，所需要的能量也比较少。由于这一事实，即在控制室的这个位置中总是存在着通过进油口输入的高的燃油压力，所以在阀元件关闭位置，这实现了自动密封的功能。
在另一个有利的结构中，用于阀元件沿打开方向的调节运动所需要的空间减小到空隙范围，因此控制活塞的直径可以比较小，这又具有优点，这样喷油阀元件可以达到较快的速度，因为从控制室移出移进的体积流量比较小。
在另外的有利结构中，安装了两个相互成一排的阀座，在排放过程中用于通过出油道减轻控制室压力，阀元件向控制室方向进行调节运动时，由阀元件和第一个阀座构成的阀打开，接着由阀元件和第二个阀座构成的阀关闭。如果阀元件以其密封面贴紧在第一个阀座上，为使喷油阀关闭在控制室中产生压力。如果喷油阀处于打开状态，由于压电元件操作，阀元件从第一阀座升起。阀元件可以停留在中间位置中，这时，在两个阀座通流截面是打开的。在这个位置中，喷油阀的喷油阀元件可以打开，这样，通过持续保持控制阀的阀元件在这个位置来进行一定的喷油。如果与此相反，压电元件被这样控制，使压电元件可以实行满的操作行程，在第一个阀座的通流截面打开之后，控制阀的阀元件接触到第二个阀座，这样，在这个位置中，控制室相对卸压侧又被锁闭。然而，在从第一个阀座到第二个阀座的运动过程中，控制室短时间卸压，而这可以进行短时间喷油过程，这个喷油过程被用做预喷油。对于下面需要的主喷油过程，阀元件位于两个阀座之间的中间位置，为结束主喷油过程，在控制室内产生的高压作用下，阀元件又重新回到第一阀座。采用这个结构，具有特别有利的另外的可能性，即以最少的费用控制最小的预喷油量。
在另外一种结构中，第二个阀座是在一个可弹性变形的中间件上构成，它的优点是，做为控制阀的阀元件的驱动装置压电元件所需要的作功能力还可以更小。如果控制阀的阀元件在第一个阀座通流截面打开之后，接触到第二个阀座，在弹性变形的中间件上形成了一个压差，在朝向控制室的一侧通向卸压室可卸压，而在第二个阀座通流截面关闭时在控制室内具有很高的压力。由于这种力的情况，现在中间件可以变形，并且朝控制阀的阀元件的驱动侧方向运动，这减少了压电元件为了打开第二个阀座的通流截面必须作用的行程，以便接着为了准备主喷油而对控制室卸压。如果阀元件为了这个目的从第二个阀座升起，由于又去除了在可变形的中间件上的单侧力，使中间件又重新回到其正常位置，因而可快速打开卸压横断面。
特别有利的结构是，通过以喷油阀中纵向通道的形式，有利地把燃油高压输送到喷油阀的压力室，在挺杆周围形成耐压的构造，进油道可以从这里有利地通入坚固的壳体中。
在另外的有利结构中描述了在控制阀的阀元件上密封面的特别有利的构造。
图1是采用从高压存储器中供油和大家所熟悉结构的由控制阀控制的喷油阀的喷油装置的示意图，图2是与图1的A断面相应的按照本发明的喷油阀的部分剖面图，示出了控制室和一个由没有继续示出的压电元件驱动的控制阀的阀元件，图3是本发明的第二个实施例的示意图，采用具有一个第一个阀座和第二个阀座的控制阀，及变化了结构形式的出油道，图4是涉及到控制阀元件调节行程的喷油阀行程的示意图，图5是本发明的第3个实施例的示意图，是图3实施例的变更，带有在第一个阀座处控制阀阀元件的第一位置上构造在可弹性变形的中间件上的第二个阀座，图6是带有在第二阀座上处于关闭位置变化了结构形式的阀元件的控制阀的示意图，控制阀带有按照图5所设的可弹性变形的中间件和放大示出的由于差压对其作用形成的这个中间件的偏移，图7是在中间件处的阀座运动变化曲线图和阀元件的调节行程的运动变化曲线图，规入喷油阀元件的运动曲线中，图8是本发明的第5个实施例的示意图，示出的是第二个阀座变形结构及在阀元件上与第二个阀座同时起作用的第二密封面的变形结构，图9是本发明的第6个实施例的示意图，采用多部分构成的阀元件，图10是第7个实施例的示意图，示出的是阀壳体的有利构成和通往控制室的进油道的布置。
在图1中，鉴于共轨供压系统做为燃油高压源，安装了一个高压储油器1，由一个高压输油泵2从燃油箱4中向高压储油器提供燃油。在高压储油器1中的压力由与压力传感器6相连接的压力控制阀5通过电控装置8来控制，电控装置也控制喷油阀9。
在大家所熟悉的构造中，喷油阀9具有一个阀外壳11，这个阀外壳在其用于安装在内燃机上的一个端部具有一个喷油孔12，其喷油阀里面的出口由喷油阀元件14控制，在列举的示例中，喷油阀元件设计成一个长的阀针，这个阀针在其一端有一个密封面15，同位于里面的阀座共同起作用。阀针位于阀外壳里面的、通过压力管17同高压储油器1相连接的压力室16中。在这个压力室的直径加大的部分安装了一个压力弹簧19，压力弹簧轴向固定在阀盘20和阀外壳之间，并且对喷油阀元件14朝关闭方向加压。安装的挺杆21与压力弹簧同轴，挺杆的一面挨着阀盘20，另一面插入导向孔22中，在那里，用其构成活动壁的端面同导向孔终端一起形成了一个控制室25。进油道26通到这个控制室，在通道中装了一个节流阀27，从压力室16出来的总是处于高压下的燃油通过节流阀27供给控制室25。从控制室25中，与挺杆同轴，从与挺杆相对的端面引出一条出油道29，出油道通到阀外壳11里面的卸压室30，在这里，这个卸压室通过一个卸压管31通向有接收能力的卸压室32，比如说，可以是燃油箱4。
在这种所熟悉的喷油阀中，出油道29到卸压室30的入口由做为支座型阀构成的控制阀36的阀元件34控制。在这里，通过压电元件35可使这个阀元件进入关闭位置或者开启位置。
在这里，大家所熟悉的喷油装置按下列工作通过首先与内燃机同步驱动的高压油泵2把燃油从燃油箱4中输送到高压储油器1中，其压力通过与一个压力传感器6相连接的压力控制阀5调节到一个最好是不变的值上，在需要时，这个值也可以改变，从这个高压储油器中出来的可供使用的燃油供应给多个已经说明的结构形式的喷油阀。只要控制阀36的阀元件34处于所指出的关闭状态，由于通过压力管17输入的高压燃油在控制室25中也保持这个高压，这个高压通过可活动的壁23另外与压力弹簧19一起向阀元件14施加关闭力，这样喷油阀元件14进入关闭位置，并且保持在这个位置上。然而，如果控制阀36被打开，控制室25可以通过出油道29卸压，由于在控制室压力下降，压力弹簧19的关闭力不再能够使喷油元件14面对对阀元件压力面41起作用的燃油高压保持关闭状态了，这样，喷油阀元件进入打开位置，相反，如果控制阀36的阀元件34重新在出油道29中关闭，在控制室25中又立即重新形成燃油高压，这又可以使喷油阀元件14进入关闭位置并结束喷油。
为了改善这种大家所熟悉的喷油装置的工作方式，现在，按照本发明改进了控制阀。在下面的图中可以看到本发明的细节，在图2中示出了图1示出的基本种类的喷油阀的截面图，图2相当于这个喷油阀的剖面A。在那里，又构造了包括控制室25的挺杆21的做为活动壁的端面23。装有节流阀27的进油道26在导向孔22的孔壁侧面通向控制室，这样，在挺杆的每个位置进油不会被挺杆阻碍。在与挺杆端面23相对的导向孔22的端面37上，出油道129通过在这个端面37中的一个开口38通出。从圆柱体的开口38到出油道的过渡是一个锥形阀座39，与锥形阀座相连接的首先是一个圆柱体的、与挺杆21同轴的中间室40，由中间室从侧面导出一个卸压通道，在这里，在出油道129中，还另外安装了第二个节流阀42，这个节流阀同第一个节流阀27一起来决定控制室卸压的时间特性。
现在，相对于图1中控制阀36的阀元件34变形的阀元件44同阀座39共同起作用，这个阀元件具有一个阀挺杆45，挺杆在阀外壳11的一个孔43中被导向，它的在这里没有示出的另外一头与压电元件35耦合。在其伸进开口38中的一端，这个阀挺杆有一个端头46，在端头上装有一个朝向阀座39的锥形密封面47。在所示的控制阀36的关闭位置，这个密封面47挨着阀座39，这样，通过由进油道26流入的燃油在控制室25中产生一个高压，这个高压使喷油阀元件14保持关闭位置。在这个位置，由在控制室25中存在的压力对端头46施压，不用通过压电元件操作，这个压力也可使该阀元件保持关闭状态。为了打开控制阀，压电元件这样操作，这个端头46向开口38中继续插入，打开了阀座的通流截面，这一点是在起始中首先相对控制室中的高压进行的，只要阀元件从阀座39处升高一点，在阀元件上就实现了压力平衡，这样，为了继续打开开口，必须在压电元件上做的开口工作比较少。控制室卸压，然后喷油阀元件14打开。在这里，挺杆21在所示的图中向上向端面37运动，由于在挺杆21的端面上的倒角24和与此相对在端面37中的环形开口28，构成了一个剩余室，这个剩余室做为液压止挡起作用。
在这里，在这个剩余室范围内总有一个挺杆21的剩余面直接承受通过进油道26输入的燃油高压。在这个剩余室和开口38之间范围内的端面23和端面37之间留有一个节流间隙，这个节流间隙使卸压开口38与剩余室脱开，在阀座39和阀元件44处实现的阀关闭之后，也用于在开口38中升高压力。
进油道26进入构成剩余室一部分的环形开口28中，它的主要优点是，在图10中示出的进油道726可以倾斜于挺杆721的轴线安装，从一个用于向压力室16供压的孔59出发，这个孔与喷油阀轴线平行。如果喷油阀壳体在通向卸压室30的过渡区分开(图1)，进油道726则可以被有利地从平行于孔59的入口，从这个分离面60起倾斜于剩余室738钻孔，它的主要优点是，围绕着控制室725得到坚固的喷油阀外壳，没有由于在高压输入中产生的由高压引起的壁面变形，不会对导向孔722和挺杆721之间的配合间隙产生不利的影响，特别是不需要由单独插入件构成的环形室，进油道必须从这里把高压燃油输送到控制室中，如同EP AI-0661442中所指出的那样。在那里，挺杆的导向部件在插入件里面，插入件由一个承受高压的环形室包围着，这样，以较小的壁厚把控制室与环形室分开。
采用这种结构可以以比较少的费用相关于操作控制阀的压电元件35进行可靠快速地控制喷油过程。阀元件只在打开的瞬间对压电元件有很高的阻力，但是，在这之后，由于在控制室25中卸压，这个阻力实际上是0，只有在用于这种特殊负荷时才需要压电元件。
在图2的变型中，按照图3，出油道229也可以从控制室25侧面导出，除此之外，图3还示出了本发明的另一种有利构造，这在于，在这里与图2相似的阀座现在是第一个阀座139，中间室40又与其挨着，然后，从这里出油道通过第二个节流阀142向卸压室排放。另外相关于第一个阀座139补加了第二个阀座49，它与第一个阀座139同轴相对配置在控制室25的侧面，为此，出油道229在中间范围具有一个阀室50，阀元件144的比如说球形的端头146可以插到阀室中。也可以不采用球形，而采用在图2中示出的形状，锥形密封面47做为第一个密封面，与此相对的第二个同样是锥形的密封面52，这个密封面做为在图3中可能的替换应用在图2中用虚线示出。
在图3中采用球形端头时，第一个密封面147被构造成向着第一个阀座39的侧面，与此相对的第二个密封面152接着设置为球形的。在操作阀元件144时，这第二个密封面贴向第二个阀座49，并且在这个位置中，在出油道229间隔时间打开之后阀元件144又将出油道重新关闭。在阀元件144从其在图3中示出的在第一个阀座139的位置到第二个阀座49这段持续行程中，控制室25是这样卸压的，即喷油阀元件可以短时间打开。如果阀元件的第二个密封面152又重新挨着第二个阀座49，在控制室中的压力又很快地重新升高并且关闭喷油阀。这个构造的主要优点是，在单独的运动顺序和方向中，在操作阀元件144时，可以通过压电元件35伴随着控制室的中间卸压打开和重新关闭卸压管，这可以实现很短的卸压时间，这完全具有在预喷油和紧接着的主喷油之间的喷油中断的意义。在所有大家熟悉的用于这个过程的构造中，为了产生预喷油阀元件需要第一次往复运动，为了确定主喷油阀元件需要第二次往复运动，而现在，阀元件只通过一次往复运动，不仅可以控制预喷油，而且可以控制带喷油中断的主喷油。
从图4上部分可以看到喷油阀元件14的行程变化曲线，另外还附加了在时间内的控制阀的阀元件144的行程变化曲线。在曲线图的上部分可以看出，为了进行预喷油VE，喷油阀短时间打开，然后是喷油中断SU，接着喷油阀打开以便进行主喷油HE。在曲线图的下部分，可以看出从行程为0的原始位置中阀元件144走过一个行程，通过这个行程进行预喷油。在行程he预喷油结束，而且也达到了阀元件144的最大偏移。在这个终端位置中，整个喷油中断SU时间持续之后，阀元件144又重新回到中间位置ZS，在中间位置时，两个阀座139和49的截面打开，以便进行主喷油HE，紧接着最终又回到了第一个阀座139。在这个实施中，阀座139和49最好是前后同轴而且与阀元件144的阀挺杆同轴安装，在两个阀座上分别以这种方式形成一个座阀。
为了降低对用于进行阀元件调节运动的压电元件的要求，在图3所示的实施例的另外结构中，做为阀座149的第二个阀座安装在一个可弹性变形的中间件55上，比如说，它可以是片状，最好是金属的，密封固定在两半的壳体11之间。它具有与挺杆21或者与阀元件244同轴的通孔56，这个通孔可以把阀室150同控制室125相连接。通向阀室150的通孔56的入口是做为第二个阀座349构成的。阀元件344的第二个密封面352在其最大偏移位置中密封地与第二阀座接触。在图3的实施例变型中，阀元件344的端头346做为第一个密封面347具有一个锥形面，做为第二个密封面352具有一个球形面，但是在这里也可以使用图2的端头46的造型。在控制室125的一侧，可弹性变形的中间件具有一个与通孔56同心的环形开口57，用这个开口可以达到弹性变形的中间件可以由这个环形开口57处开始比较容易地向上朝阀元件344偏移，但是这个特性也可通过其他形式、降低中间件的厚度来达到。在图6中示出了中间件偏移状态，然而在那里借助于一个具有阀元件444的端头446的阀，按照图3端头是圆形的，如果端头446以其第二个密封面接触到第二个阀座349，可在控制室25中建立在高压储油室中存在的高压。如果在图5的阀元件344的位置中阀室150如同控制室125一样承受相同压力，这样在图6位置时可以这样产生不同压力，使弹性变形中间件向着阀元件444变形。图7描述了这个过程。在相互补充、重叠的曲线图中，上面部分又给出了喷油阀元件14的行程运动，同样带有预喷油VE、喷油中断SU和主喷油HE。在曲线图的下部分，重新用曲线M给出了弹性中间件的运动。在原始位置hmo时，鉴于阀元件444的调节行程，带有第二个阀座349的中间件被带入hml位置，如果从原始位置Vo出发的阀元件到达hmo位置与中间件接触，开始结束阀元件440的行程运动。如果到达了这个位置，阀元件同中间件的第二个阀座349一起在现在形成的差压作用下带入hml位置并且在那保持着，只要阀元件444与第二个阀座349保持接触。然后在阀元件444从第二个阀座349重又升起之后，它又重新回到其原始位置hmo，如同在图4的曲线图那样，阀元件444在中间位置ZS中，在这个位置控制室125卸压并且进行主喷油，紧接着阀元件回到其终端位置Vo。在这个范围内，薄膜向行程hml方向偏移，阀元件也可被回程偏移，这样其行程从原始终端位置hmo向一个共同终端hml返回运动，这样，同虚线示出的曲线1相比这个曲线看来是这样调整的，没有中间件的弹性躲避，这之后由阀元件444完全打开进行的行程就被减小。通过从第二个阀座349升起之后两个部件、阀元件444和弹性变形的中间件55为了打开开口直接开始其行程，控制室125快速卸压以进行主喷油，因此对压电元件的最大行程的要求很小，因为对第二个阀座349的实际关闭力随着弹性变形的中间件变形一起调节，这是完全很有利的，因为压电元件驱动装置的尺寸和为此提供的能量随着所需要的调节行程的尺寸大大增加，采用在这里示出的方式，在控制阀功率相等时所需要的行程可以降低。
在上述中，重新给出了阀元件的各种不同的实施形状，为此图8还示出了装有阀元件544的端头546的变型，做为第一个和第二个密封面，它分别具有一个锥形密封面547和552。阀座是根据此构成的。最后，这也是可能的，不采用锥形的第二个密封面552，用适当构成的第二个阀座也可以实现平底密封面。
在根据第六个实施例的另一个结构中，图9的阀元件644可以做成两半的，这样，它具有一个端头646，这个端头具有第一个密封面647，而且在朝向这个密封面的一侧有一个导向面59，靠着导向面有一个与阀元件644液压耦合的第二个阀元件60。在实施例中，这是做为圆球来实现的，这个圆球同一个圆形的、但最好是锥形的第二个阀座649共同起作用。在示出的第一个阀座639的阀元件644的位置中，圆球60通过控制室625中的压力保持与阀元件644接触。在操作时，这个圆球被导向第二个阀座649并接触上。采用这样一个圆球，做为标准件可以有利地达到与阀座密封配合。
权利要求
1.具有燃油高压源(1)的内燃机喷油装置，从燃油高压源向喷油阀(9)供应燃油，喷油阀具有一个用于控制喷油开口(12)的喷油阀元件和一个控制室(25)，控制室由一个与喷油阀元件(14)至少间接相连的活动壁(23)限制，而且控制室具有一个借助于节流阀确定尺寸的、来自高压源的进油道(726)和一个通往卸压室(30)的出油道(29)，在这个出油道处构成了阀座(39)，阀座通过控制阀(36)的阀元件(44，46)的密封面(47)来控制，其特征是，从一个在喷油阀中纵向走向的压力通道向进油道供应处于高压下的燃油，而且喷油阀体做成多部分的，具有一个结合面(60)，压力通道通到结合面并且从结合面起通过在结合面上的这个压力通道入口(61)钻孔构成进油道(726)，其中，在活动壁(721)的最上边位置、在容纳活动壁的孔(722)的端面和活动壁本身之间有一个环形剩余室(738)，进油道(726)通到这个剩余室中。
2.根据权利要求1所述的内燃机喷油装置，其特征是，所述高压源是燃油高压源(1)。
全文摘要
一种内燃机喷油装置,从燃油高压源向喷油阀(9)供应燃油,喷油阀具有一个控制喷油开口(12)的喷油阀元件和一个控制室(25),控制室由活动壁(23)限制并且具有进油道(726)和出油道(29),在出油道处构成阀座(39),阀座通过阀元件(44,46)的密封面(47)控制,其中,从一个在喷油阀中纵向走向的压力通道向进油道供应高压燃油,喷油阀体做成多部分的,具有结合面(60),压力通道通到结合面并从结合面起通过在结合面上的压力通道入口(61)钻孔构成进油道(726),其中,在活动壁(721)最上边位置、在容纳活动壁的孔(722)的端面和活动壁本身之间有一个剩余室(738),进油道(726)通到其中。
文档编号F02M47/02GK1358934SQ01124198
公开日2002年7月17日 申请日期1997年1月9日 优先权日1996年6月15日
发明者罗格·波青, 弗里德里希·伯金 申请人:罗伯特·博施有限公司