专利名称：内燃机燃料喷射装置的制作方法
技术水平本发明涉及一种内燃机燃料喷射装置。从DE3523536A1公开文件中已经知道了这种采用泵—喷嘴单元形式的燃料喷射装置。为内燃机每个燃烧室设置了一个泵—喷嘴单元，在这个泵—喷嘴单元中，一个泵单元、一个调节阀和一个喷射阀集成在一个单元中。泵单元由一个与内燃机同步地被驱动的、并浸入泵工作室中的泵活塞组成，在这里它排挤位于里面的处于高压下的燃油。泵工作室与燃料喷射阀连接，该燃料喷射阀在一定燃油压力下打开并将处于高压下的燃油喷入内燃机燃烧室。
安装在泵—喷嘴单元壳体内的调节阀打开和关闭泵工作室与燃料供应系统的连接，燃料供应系统里笼罩着低燃油压力，不仅将燃油输入泵—喷嘴单元，而且接收多余的燃油。如果调节阀打开的话，燃油从泵工作室出来流入燃料供应系统，这样，在喷射阀中不会形成燃油压力，这样就不会喷油。如果调节阀关闭，则可以形成相应的压力和将燃油喷入内燃机燃烧室。采用这种方式控制喷油开始和在其持续时间内也控制喷射的燃油量。阀元件被一个弹簧在打开方向施加压力并且通过可控制的、在这里通过电磁铁带来的反作用力保持在关闭位置。如果电磁铁切断，弹簧将阀元件压向打开方向和打开高压到低压区域的连接。
在DE3523536A1中示出的实施例中，调节阀的阀元件具有一个阀座和在从高压区域到低压区域的流动方向看在下游区域内具有一个位于阀元件上的节流凸缘，通过它可以使通流截面在一定区域内在很大程度上与阀元件行程无关。通过此，可以调节从高压室到低压室的被节流的燃油流量。
然而在这里，已知的阀元件的缺点是，在阀元件打开时对阀密封面作用一个液压力，这个力在阀元件打开行程运动过程中被加到弹簧打开力上。通过此很难根据要求这样调节电磁铁反作用力，使阀元件保持在燃油流量被节流的位置中。
本发明的优点相比而言，按照本发明的具有权利要求1特征的泵—喷嘴单元的优点是，在节流部位不会对阀元件产生附加的、必须由打开机构平衡的液压力。阀元件具有一个比较大的行程范围，在这个范围内通流截面不受行程影响。在孔的圆柱体段和阀元件之间构成了节流间隙并且在燃油从高压室到低压室流动方向看位于阀座上游。燃油流从高压室出来首先穿过这个节流间隙，然后经过阀密封面到达低压室，这样，在阀密封面上已经笼罩着低燃油压力。通过此没有或者只有微不足道的液压力作用在阀密封面上，所述液压力叠加在作用在阀元件上的打开力上。除打开和关闭位置外，阀元件还可以这样容易控制地驶到一个第三、节流的位置，这样，可以通过喷射阀进行较低压力的预喷射。
附图在附图中示出了按照本发明的燃料喷射装置的一个实施例。图中示出
图1为燃料喷射装置的一个纵剖视图，
图2为图1中调节阀区域的放大图，图3为由调节阀控制的、作为阀元件行程函数的通流截面的示意图。
喷射阀1包括了一个喷射阀体2，它基本上作为直径上有台阶的圆柱体构成，一端伸入附图中没有示出的内燃机的燃烧室里。在喷射阀体2中构造了一个盲孔9，其封闭端朝向燃烧室，在该端部上至少构造了一个喷射孔7，它使盲孔9与内燃机燃烧室连接。在盲孔9内配置了一个阀针3，它可逆着关闭弹簧5的力纵向移动，并且通过其打开行程运动控制至少一个喷射孔7开闭。阀针3被在喷射阀体2内构成的压力室8包围，压力室作为包围阀针3的环形通道一直延伸到喷射孔7并通过一个在喷射阀体2内构成的高压通道10装满处于高压下的燃油。
背向燃烧室地在喷射阀体2上配置了一个圆柱形阀体12，该阀体12以一个端面靠置在喷射阀体2上，其另一个、背向燃烧室的端面靠置在一个泵体40上，在这里，喷射阀体2、阀体12和泵体40通过一个在图中没有示出的装置在轴向方向相互夹紧。在喷射阀体2中构成的高压通道10在轴向方向穿过整个阀体12一直延伸到泵体40中。在阀体12中，作为调节阀11的部分在轴向方向构造了一个孔26，这个孔分为一个直径较大的密封段126和一个直径较小的和被向着燃烧室方向封闭的导向段226，在这里，在两个段126、226的过渡处构成了一个用做阀座22的环形肩。在孔26内安装了一个阀元件14，该阀元件在孔26的密封段126中被密封地导向，并且在构成了阀密封面24的情况下朝着燃烧室收缩，并且一直伸入到孔26的导向段226中。到阀元件14的燃烧室侧端部，它的直径重新扩大，并且过渡到在孔26的导向段226中被导向的段214。在阀元件14和孔26的燃烧室侧端部之间安置了一个被偏压的弹簧27，对阀元件14向离开燃烧室加载。
一个在阀体12内构成的高压室16包围了阀元件14的密封地被导向的段114，高压室16通过连接孔20与高压通道10连接。调节阀11打开和关闭到低压室18的连接，低压室18通过在阀元件14的段114和214之间构成的阀元件14的收缩结构和孔26的导向段226构成。低压室18通过一个输入通道29与燃料供应系统58连接。燃料供应系统58包括一个油箱66，燃油借助于一个输油泵62从油箱出来通过一个低压管道60输送到低压室18内。与输油泵62并联安装了一个过压阀64，过压阀负责在超过一定阈值压力时使燃油可以从低压室18回流到油箱66里。
阀元件14的背向燃烧室的端面28伸入在泵体40内构造的控制室30里，该控制室被装满燃油。通过控制室30内的燃油压力对阀元件14的端面28施加一个液压力，这个力与弹簧27的力方向相反，这样，阀元件14在孔26内通过控制室30内的燃油压力控制地在纵向方向移动。
控制室30通过一个连接孔33与一个弹簧室38连接，这个弹簧室38被一个导向孔37的封闭的端部和可在导向孔37内密封地纵向移动地被导向的控制活塞32的端面包围。控制活塞32被一个偏压地安置在弹簧室38内的复位弹簧36加载并且在其背离弹簧室38的端面与一个压电式执行元件34连接，通上合适电流，该压电执行元件可以改变其伸长并且因此使控制活塞32在导向孔37内运动。控制活塞32在其纵向移动时将燃油从弹簧室38挤压出来并将燃油通过连接孔33压入控制室30，这样，在那里相应地改变压力并且因此改变作用在阀元件14端面28上的液压力。
在阀座22和高压室16之间，在孔26内构成了一个节流段21，它相对于孔26的密封段126具有一个还大一些的直径。通过此，在孔26节流段21和阀元件14外壳表面之间构成了一个窄的、作为环形缝隙构成的节流间隙23。为了控制从高压室16到低压室18的燃油流，除了阀元件14关闭的和打开的位置外还给出另一个位置如果在从密封段114到阀密封面24过渡处构成的控制边25位于孔26节流段21之内，燃油流被节流地从高压室16到低压室18。如果控制边25在阀元件14打开行程运动过程中从节流段21出来，则获得从高压室16到低压室18的燃油自由流动。
如果考虑通过阀元件14开放的通流截面A与阀元件14行程h的关系，则得出了在图3中示出的曲线图，在这里，在阀密封面24靠置在阀座22上时，行程h应该是零。在打开行程运动开始时，在阀密封面24和阀座22之间构成的控制缝隙31具有一个比节流间隙23小的通流截面。因此，控制打开的通流截面A随着行程h而加大，一直到控制缝隙31的通流截面达到节流间隙23的通流截面为止。从这点起，通流截面A的大小随着行程h的加大只稍微加大，因为通流截面A是由节流间隙23决定的，因此，下面的控制缝隙31对燃油通流截面和对流动阻力来说不起重要作用。在图3中用Δh标明了这个行程h的平台范围和标出了调节阀11的工作范围，在这个工作范围内，阀元件14在高压通道10内建立了比调节阀11关闭时出现的压力小的预喷射压力。由于节流段21，范围Δh是相当大的，这样，可以可靠控制阀元件14来预喷射，因为不必精确地行驶一定行程h，而是只行驶行程范围Δh内的一个行程。
在泵体40中，构造了一个基本上在泵体纵向方向伸展的泵孔44，这个孔朝燃烧室是封闭的并且一个泵活塞42在该孔里可纵向移动地被导向。在泵活塞42的朝向燃烧室的端面和泵孔44封闭端之间构成了一个泵工作室48，高压通道10通到该泵工作室。泵活塞42通过一个在图中没有示出的机构、比如说通过一个被内燃机驱动的凸轮轴以喷油节拍在泵孔44中在纵向方向运动，在这里，泵活塞42在朝向泵工作室48的输送运动中将燃油从泵工作室48排挤出来并且在高压下压入高压通道10中。
泵—喷嘴单元的工作方式如下喷射开始时，控制室30内的压力是低的，因为压电式执行元件34没有通电。通过此，在阀元件14端面28上的液压力小于弹簧27的力，阀元件14的端面28靠置在控制室30的壁上，这样，阀密封面24抬离阀座22。通过此打开高压室16到低压室18的连接，并且在高压通道10内笼罩着由输油泵62产生的低燃油压力。泵活塞42位于其上死点，这样，泵工作室48具有其最大容积。
通过一个在图中没有示出的机构，泵活塞42向泵工作室48移动，这样它压缩位于泵工作室48的燃油并且将其排挤到高压通道10里。在泵活塞42输送行程开始之后不久，压电式执行元件34通电，这样，它的长度变化并且逆着复位弹簧36的力使控制活塞32移动到弹簧室38内。通过此从弹簧室38排挤出来的燃油提高了控制室30内的燃油压力，这样，同样相应地提高了对阀元件14端面28的力，使这个力大于弹簧27的力。在这里这样调节压电式执行元件34通电，使控制边25伸入节流段21中，阀密封面24没有与阀座22接触。在泵活塞42输送运动开始时，燃油实际上可以从高压通道10出来没有节流地通过高压室16流入低压室18，现在通过节流间隙23被节流，这样在高压室16和在高压通道10内调节出一定的预喷射压力，它取决于泵活塞42的输送率(Foerderrate)多大和节流间隙23的节流作用有多强。在这里，在节流间隙23中实现燃油压力的节流，这样，如果燃油到达阀密封面24的话，到低压室18的燃油流中的压力已经下降。因此，在阀密封面24上只作用很小的液压力，从而在打开方向在阀元件14上没有不好控制的力。这些附加力否则必须由控制室30中的压力平衡，这会明显影响调节阀的可靠性。因为作为打开力基本上只作用着弹簧27力，所以可以通过控制室30内的压力高精度地行驶到阀元件14的节流部位。
在高压通道10和因此在喷射阀1压力室8内的预喷射压力与将阀针3保持在关闭位置的关闭弹簧5的力这样协调，使得在阀针3上的液压力足以使阀针3向打开位置移动并且这样打开喷射孔7。因为预喷射压力明显低于最大喷油压力，因此只有很小的燃料量喷入燃烧室(预喷射)。为了主喷油，控制活塞32通过压电式执行元件34继续提高控制室30中的压力，一直到阀元件14通过在端面28上作用的液压力以阀密封面24靠置到阀座22上为止。通过此中断了高压室16与低压室18的连接，在高压通道10和压力室8中作用着最大的、可由泵活塞42产生的压力。现在，用明显更高的喷油压力并且因此用更高的喷油率(Einspritzrate)进行喷油。
主喷油可以最多继续这么长时间，一直到泵活塞42到达其下死点和将整个的、通过泵活塞42排挤的燃油输送到高压通道10里为止。然而，大多数主喷油明显提前结束，因为一方面燃烧室内需要较少的燃油，另一方面力求达到准确结束喷油。这会由此实现，即，通过压电式执行元件34控制，降低控制室30内的压力。现在，与作用在阀元件14端面28上的液压力相比，弹簧27的力又占上风，而且阀元件14在朝向控制室30方向移动，一直到靠置到控制室30壁上为止。通过此，高压通道10通过高压室16与低压室18连接，这样，压力室8中的压力下降和阀针3通过关闭弹簧5作用封闭喷射孔7。泵活塞42在喷油结束之后在它到达下死点之前还输送的剩余燃油，输入到低压管道60里并且从那里通过过压阀64输入到油箱66里。
在紧接着的泵活塞从其下死点到上死点的行程输送运动中，由输油泵62将燃油通过低压管道60和输入通道29泵入低压室18内，从那里燃油通过高压室16、连接孔20和高压通道10到达泵工作室48。如果泵活塞42最后到达了上死点，则喷油循环过程结束。
在图中示出的有关喷射阀1的阀元件14、控制活塞32和泵活塞44的配置，对于泵—喷嘴单元功能来说不要求采用这种方式。也可以预定，采用其它方式确定一个或者多个这样的元件，如果是合乎目的的。比如说，阀元件14和孔26也可以垂直于喷嘴针3的纵向轴线设置。
除了在图中示出的借助于压电式执行元件液压控制作用在阀元件14上的关闭力之外可以比如说通过电磁铁施加关闭力。压电式执行元件34的力不必通过液压转换来施加，而是可以直接作用在阀元件14上。
权利要求
1.用于内燃机的燃料喷射装置，具有通过将燃油从一个泵工作室(48)排挤出来输送处于高压下燃油的一个泵单元(39)，具有一个高压通道(10)，泵工作室(48)通过这个通道与一个喷射阀(1)连接，具有一个调节阀(11)，它具有一个阀元件(14)，它以一个圆柱形密封段(114)在一个孔(26)中可纵向移动地被导向，在这里，密封段(114)被一个高压室(16)包围，该高压室与泵工作室(48)连接，它的阀元件(14)以一个端部伸入一个低压室(18)中，该低压室与一个燃料供应系统连接，在这里，在高压室(16)和低压室(18)之间在孔(26)中构造了一个阀座(22)，该阀座与在阀元件(14)上构成的阀密封面(24)配合作用用于控制高压室(16)到低压室(18)的连接，在这里，阀元件(14)的关闭运动相对于燃油从高压室(16)到低压室(18)的流动方向在流动方向上进行，其特征为，在阀座(22)上游在孔(26)中构造了一个节流段(21)，这样，在节流段(21)和阀元件(14)外壳表面之间构成了一个节流间隙(23)。
2.按照权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征为，孔(26)的节流段(21)从阀座(22)向上游一直延伸到高压室(16)。
3.按照权利要求1或者2所述的燃料喷射装置，其特征为，在阀元件(14)的密封段(114)到阀密封面(24)的过渡上构造了一个控制边(25)，它在打开行程运动时从孔(26)的节流段(21)中出来。
4.按照权利要求1至3之一所述的燃料喷射装置，其特征为，阀座(22)作为环形肩构成，它通过孔(26)在燃油流动方向的一个径向收缩结构构成。
5.按照前面权利要求之一所述的燃料喷射装置，其特征为，阀密封面(24)作为环形肩通过阀元件(14)的一个径向收缩结构构成。
全文摘要
燃料喷射装置具有一个泵单元(39),它将燃油在高压下输送到与喷射阀(1)连接的高压通道(10)里,具有一个调节阀(11),在调节阀中一个活塞状阀元件(14)用密封段(114)在孔(26)中被导向,在这里,密封段(114)被高压室(16)包围,高压室与泵工作室(48)连接。阀元件(14)一端伸入低压室(18)中,低压室与燃料供应系统(58)连接。在孔(26)中构造了一个阀座(22),阀座与在阀元件(14)上构成的阀密封面(24)配合作用用于控制高压室(16)与低压室(18)的连接。相对于燃油从高压室(16)到低压室(18)的流动方向,在阀座(22)上游在孔(26)里构造了一个节流段(21),它与阀元件(14)的密封段(114)一起构成了一个节流间隙(23)和通过此在打开行程移动时在阀元件(14)的一个行程范围内对燃油流节流,这样,在阀元件(14)打开行程运动时没有附加液压力作用在阀元件(14)上。
文档编号F02M45/12GK1380940SQ01801288
公开日2002年11月20日 申请日期2001年5月3日 优先权日2000年5月16日
发明者马蒂亚斯·贝克 申请人:罗伯特·博施有限公司