专利名称：用于喷射流体的喷射装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种喷射装置，其具有一个控制阀；一个用于操纵该控制阀的调节元件；和一个喷嘴，该喷嘴可以由该控制阀通过一控制室中压力的升和降来进行调节，依此，该控制阀有至少两个开关工作位置，在该控制阀的一个第一开关工作位置上，在控制室中调节出一个第一压力，在此压力下该喷嘴是关闭的，而在该控制阀的一个第二开关工作位置上，在控制室中调节出一个第二压力，在此压力下该喷嘴是打开的。本发明还涉及一种用于流体的喷射方法，在该方法中，一个调节元件是电控的，该调节元件操纵一个控制阀，通过对该控制阀的操纵，可以实现控制室中压力的升和降，而该喷嘴则取决于控制室中的压力而打开或关闭。
背景技术：
已知有一种属于此类的装置和一种属于此类的方法，它们优选用于存储式喷射系统(公用给油管)。在这种存储式喷射条件下，压力产生和喷射是不相联的。该喷射压力是不依赖于发动机转速和喷射量而产生的，而是在“给油管”(燃料存储器)中为喷射做好准备。喷油始点和喷射量是在一个电控装置中计算的，并由每个发动机汽缸上的喷射装置通过一个受控的调节元件加以变换。一般使用电磁阀和压电反应器作为调节元件。因此，实际上可以连续不断地从公用给油管向该喷射装置提供例如1000至2000巴的压力。于是流体的这一高压一方面可以用来执行具有高喷射压力的喷射，其中，一个高的压力对于有害物质排放和燃料消耗都是有正面影响的。另一方面，该流体也可以用于该系统的受行程控制的运行。
从原理上说，不可避免的是在受行程控制的喷射系统上，该流体的某一部分必须被排到一个泄漏系统中。该泄漏系统通常都与一个燃料箱相连，从而可以将从喷射装置排出来的泄漏量回收到该燃料箱中。一般地说，都希望降低所发生的泄漏量，因为这种泄漏量会降低喷射系统的效率并带来其它缺点，例如涉及高压泵的功率要求。
在这类喷射装置中，会在系统的多个位置和在系统的多个功能状态下出现泄漏量。例如，喷嘴的压力室还须经过喷嘴的压杆的导引件与最好是直接毗邻于该压杆的喷射装置的控制室相连。这时如果要降低控制室中的压力以使压杆卸载，并使喷嘴能够打开，就会在该为了卸载而与一泄漏系统相连的控制室和喷嘴的、其中存在有公用给油管的压力的压力室之间出现一个大的压差。也就是说，会出现一个从喷嘴的压力室到控制室并最后到泄漏系统的燃料溢流。压杆的导引件起输入节流阀(Z-节流阀)的作用，这在控制室的卸压状态下是一个所不希望的副作用。特别对于快速操作过程来说，节流阀(无论是输入节流阀还是排出节流阀)总归都是需要的。为此，特别符合希望的是，在控制阀的打开状态下减少泄漏量。
发明内容
按本发明的根据权利要求1的喷射装置在现有技术的基础上的结构特点在于该控制阀有至少一个第三开关工作位置，在此位置上在控制室中调定出一个第三压力，该压力介于该第一压力和该第二压力之间，并在此压力下该喷嘴是打开的。这样就克服了现有技术的那些缺点。如果控制室通过对控制阀的操作来实现减压，那么在控制室和喷嘴的压力室之间就存在一个高的压差。这种压差一方面是符合希望的，由此可快速打开喷嘴，但另一方面也带来这样一个缺点，就是有大的燃料量从压力室经过喷嘴的压杆的导引件而溢流到控制室中并最终溢流到泄漏系统中。利用本发明就能够达到以下目的一方面照顾到喷嘴的快速打开，即控制室按常规方法快速减压，但同时又照顾到了控制室中有一定的压力调升。控制室中的这种压力调升一方面可减小控制室和喷嘴的压力室之间的压差，从而减小流体溢流到控制室中和泄漏系统中；另一方面还可以如此选择压力，从而使喷嘴保持处于其打开的状态。另一个优点在于，就在关闭喷嘴之前已在控制室中发生了一定的压力调升，从而使后继的导致喷嘴关闭的压力调升只须克服一个较小的压差，这一点由于减小了操作延迟而导致喷嘴的更快速关闭。
有利的是，该调节元件是一个压电反应器，该压电反应器通过电控而经历一种长度变化。压电反应器在其用于喷射装置上时已证明是有效的，特别是因其构造小巧和工作可靠而显示其优点。在目前情况下，采用压电反应器是特别有益的，因为其长度变化是可以通过电控参数(例如电压、脉冲宽度)简单地进行调节。
该控制阀最好有一个第四开关工作位置，在此位置上在控制室中调定出一个压力，在此压力下该喷嘴是关闭的。这一点可以简化控制阀的周期性的工作方式，特别是就一种喷射过程的形成和一种提前喷射而言。
关于这种喷射装置，本发明还有一些特殊的优点，即控制室部分地由喷嘴的压杆的一个端面所限定。也就是说，该控制室直接邻接压杆，这就有利于流体在现有压差条件下从压力室转入到控制室中。在这种系统中，压差的减小就具有一种特别强的作用。
该压杆最好由弹性机构来施加力。这些弹性机构，最好是一种螺旋弹簧，它们将喷嘴可靠地保持在一种限定的状态中。
本发明的一项特别有利的改进在于该控制阀在该第一开关工作位置上时处在一个第一阀座上，从而使该控制室同一泄漏系统相分开；该控制阀在该第二开关工作位置上时不处在一个阀座上，从而使该控制室通过一个第一流通横断面与一泄漏系统相连通；该控制阀在该第三开关工作位置上时不处在一个阀座上，从而使该控制室通过一个第二流通横断面与一泄漏系统相连通，其中，该第一流通横断面大于该第二流通横断面。通过对该控制阀的流通横断面的适当选择，便可特别简单地选择控制室中的压力调升。例如该第一流通横断面可以是控制阀的最大可能的流通横断面，这就是说，该控制阀是完全打开的。该第二流通横断面于是可以连续地在该控制阀的关闭状态(流通横断面为0)和具有最大流通横断面的完全打开的状态之间进行调节。在该控制阀的第二开关工作位置上的正确压力调升也可经过控制阀的特性来求得。
下述做法可能是有利的该控制阀在一个第四开关工作位置上时处在一个第二阀座上，从而使该控制室与一个泄漏系统相分开。在该控制室中用于关闭喷嘴的压力调升即使按这一变化形式也是通过控制阀的关闭，即通过一个第二阀座来实现的。在适当安置该第二阀座的情况下，喷嘴的打开和随后的关闭也可通过该调节元件的一种独有的延伸来实现。一个随后的(部分)周期于是通过一种独有的长度缩短来实现。
该喷射压力最好由一个公用给油管来产生。正是在这一系统中，本发明在此实际上在喷嘴的压力室中连续地存在高压是有益的。喷嘴压力室中的这种高压引起压力室和控制室之间的高的压差。通过改变控制室中的压力以减小上述压差的办法，至少可以部分地消除由于出现过大泄漏量而造成的缺点。
按本发明的根据权利要求9的方法，其要点在于通过对该调节元件的调控，首先将该控制阀从至少三个开关工作位置中的一个第一开关工作位置调到一个第二开关工作位置，借此将该控制室中的压力加以调升，并将喷嘴打开；通过对该调节元件的进一步控制，将该控制阀调到至少三个开关工作位置中的一个第三开关工作位置，借此在该控制室中调升压力并使喷嘴保持打开的状态；通过对该调节元件的进一步控制，将该控制阀调到另一个开关工作位置，在此位置上在控制室中继续调升压力，借此使喷嘴关闭。这样，在通过控制室的卸压而实现喷嘴的打开之后，该控制室中的压力再次部分地得以调升，而喷嘴并不关闭。也就是说，一方面可以实现快速的压力调升，从而能快速打开喷嘴；另一方面能减小喷嘴的压力室和控制室之间的压差，从而也就可减少泄漏量。
可优选考虑的是，在该第一开关工作位置上的控制阀处在一个第一阀座上；另一个开关工作位置与该第一开关工作位置相应。也就是说，为了结束喷射过程，该控制阀返回到其处于该第一阀座上的初始位置。
最好是在另一开关工作位置上的控制阀处在另一个阀座上。这样，通过该控制阀在第一阀座和第二阀座之间的来回运动，以及通过控制阀在一个部分打开的位置上的一种相应的间隔时间的定位，便可实现按本发明的优点。
有利之处在于在控制阀的该第一开关工作位置上和在控制阀的另一开关工作位置上时，控制室与一泄漏系统相分离；在控制阀的该第二开关工作位置上和在控制阀的该第三开关工作位置上时，控制室与泄漏系统相连通。这就是说，控制室的减压是通过控制室与一泄漏系统相连通来实现的，而升压则是通过控制室与泄漏系统脱离连接来实现的。
在这方面特别有利的是，通过处于控制阀的该第二开关工作位置上的控制阀的流通横断面大于处于控制阀的该第三开关工作位置上的流通横断面。也就是说，控制室中可变的压力调定是通过控制阀的流通横断面来调整的。
本发明的令人惊奇的认识是，一个喷射系统的泄漏量可以通过在打开喷嘴时改变控制室中的压力来减小。也已认识到，控制室中的压力在相当大程度上可以适配于喷嘴的压力室中的公用给油管压力，从而尽管一方面喷嘴的关闭尚未执行，但另一方面流体从压力室进入控制室的流动却大大减小。
下面将根据附图并参照一个特定的结构形式举例对本发明进行说明。
图1表示按本发明的一种喷射装置的一个局部截面示意图。
图2表示用于解释按本发明的方法的三个曲线图。
图3表示用于解释本发明的一个曲线图。
具体实施例方式
图1是按本发明的一种喷射装置的局部示意图。控制阀2是可以由一个在图中未示出的调节元件操作的，该调节元件安置在控制阀2的上方。控制阀2有一个第一阀座4和一个第二阀座6。控制阀2与一控制室8相连通，该控制室部分地被一个喷嘴的压杆10限制。压杆10则由一个弹簧12施加力，以便给该喷嘴限定一个确定的关闭位置。在所示的位置上，控制阀2处在其第一阀座4上，从而使得控制室8与一个示意地由一导管表示的泄漏系统14相分离。由于控制室8与同样以一条导管示意地表示的公用给油管16相连通，所以能在所示的控制阀2的位置上在控制室8中形成公用给油管压力。因此，压杆10及与之相关的喷嘴被向下压，而将喷嘴保持在关闭的位置上。一旦控制阀2通过调节元件所执行的操作而离开其第一阀座4，则控制室8即被减压。于是，喷嘴的压杆10可向上运动。因此，喷嘴打开。
在图中未示出的喷嘴的压力室中实际上经常存在着公用给油管压力，即使在喷射过程中亦是如此。但是由于在喷射过程中控制室8是减压的，所以这一阶段中在压力室和控制室8之间存在一个特别高的压差。因此，流体可以经过压杆10的导引件而进入控制室8中，并附带地对泄漏系统14加载。本发明解决了这一效应。当控制室8被减压，从而压杆10已向上移动时，则控制阀2被部分地关闭，从而在控制室8中压力再次被提高，但这一压力保持在喷嘴的关闭压力之下。由于这一缘故，因压差所促进的泄漏量得以减小。
关于按本发明的喷射系统上的行程-压力情况，将参照图2做更详细的说明。在上面的曲线图(a)中绘出了控制阀的行程HSTV关于时间t的关系。在中间的曲线图(b)中绘出了喷嘴行程HD同样关于时间t的关系。在下面的曲线图(c)中绘出了控制室中的压力PSTR关于时间t的关系。三个曲线图(a)、(b)和(c)是如此上下放置的，使得它们的时间轴t相对应。
在时间点t1前，控制阀在其阀座上。控制阀的行程为零。由此，在控制室中形成高压，从而导致喷嘴行程同样为零。在时间点t1上，控制阀起动，使得其行程从零点变化。与此相应，控制室被减压。经过一定的延时之后，喷嘴同样打开。到时间点t2，喷嘴处于其完全打开的位置，与此同时出现控制室的进一步减压。
在图2的上曲线图(a)中，以曲线(i)表示控制阀的行程是怎样按技术现状进行的。控制阀精确地保持在其最大行程条件下，这就导致如下结果，即图2中的下曲线图(c)上的曲线(i)所示的压力也保持于图中示出的低值。因此，按技术现况，在喷嘴的压力室和控制室之间存在着一个大的压差。
依本发明，控制阀的行程曲线在图2a中以曲线(ii)表示。在时间点t2之后，控制阀的行程变小，从而使控制室中的压力按图2c和其上所绘曲线(ii)升高。然而这一压力升高只进行到一个压力Pc-ΔP，其中的Pc是喷嘴的关闭压力。因此，由于控制室中的压力升高，故喷嘴行程不改变，这一情况可从图2b看出。随后，控制阀的行程再次回到零，控制室中的压力便超过喷嘴的关闭压力Pc，喷嘴行程于是也再次走到零值。
对图2中所示内容需要注意一点在图2a中事实上控制阀的相对行程是关于其各阀座绘出的。例如，若使用一个配有两个阀座的控制阀，那么，曲线(ii)的第一个下降也可能是由于控制阀进一步朝原始方向运动或者也可能是由于一种运动反向所引起的。
还将就图3关于上述那些相互关系做更详细的说明，图中流通横断面Q是对应绝对行程H’STV绘制的。因此，参数H’STV是控制阀从其第一阀座(阀座1)出发的实际行程，而不是如图2a所示的与任一阀座相关的相对行程。在图3中可以看出流通横断面Q可以借助在零值和一最大值之间适当选择行程H’STV来进行调定。通过适当调控调节元件和相应的长度改变，也可以调定出合适的行程H’STV，从而也可调定出合适的流通横断面Q。一个减小的流通横断面例如Q1的调定可导致符合本发明的控制室中有利的压力升高，如图2c所示。
关于本发明的一些实施例的上述介绍，其目的仅在于解释，而不在于对本发明的限制。在本发明的范围内，可进行不同的改变和改进，而不脱离本发明的范畴及本发明的等同替换。
权利要求
1.喷射装置，其具有一个控制阀(2)，一个用于操纵控制阀(2)的调节元件；一个喷嘴，该喷嘴可以由控制阀(2)通过一控制室(8)中压力的升或降来进行控制，其中，控制阀(2)有至少两个开关工作位置，而且可在控制阀(2)的一个第一开关工作位置上调定出该控制室(8)中的一个第一压力，在此压力条件下该喷嘴是关闭的；在控制阀(2)的一个第二开关工作位置上调定出控制室(8)中的一个第二压力，在此压力条件下该喷嘴是打开的，其特征在于控制阀(2)有至少一个第三开关工作位置，在此位置上调定出控制室(8)中的一个第三压力，该压力介于该第一压力和该第二压力之间，并在此压力条件下该喷嘴是打开的。
2.按权利要求1所述的喷射装置，其特征在于该调节元件是一种压电反应器，它是通过电控来实现一种长度变化的。
3.按权利要求1或2所述的喷射装置，其特征在于控制阀(2)有一个第四开关工作位置，在该位置上在控制室(8)中调定出一个压力，在此压力条件下喷嘴是关闭的。
4.按上述权利要求中的任一项所述的喷射装置，其特征在于控制室(8)部分地被喷嘴的压杆(10)的端面限制。
5.按权利要求4所述的喷射装置，其特征在于该喷嘴的压杆(10)是由弹性机构来施加力的。
6.按上述权利要求中的任一项所述的喷射装置，其特征在于控制阀(2)在第一开关工作位置上时处在一个第一阀座(4)上，从而使控制室(8)同一泄漏系统(14)相分离；控制阀(2)在第二开关工作位置上时不处在一个阀座(4，6)上，从而使该控制室通过一个第一流通横断面同一泄漏系统(14)相连通；控制阀(2)在第三开关工作位置上时不处在一个阀座(4，6)上，从而使控制室(8)通过一个第二流通横断面同一泄漏系统(14)相连通，依此，该第一流通横断面大于第二流通横断面。
7.按上述权利要求中任一项所述的喷射装置，其特征在于控制阀(2)在一个第四开关工作位置上时处在一个第二阀座(6)上，从而使控制室(8)与一泄漏系统(14)相分离。
8.按上述权利要求中的任一项所述的喷射装置，其特征在于该喷射压力是由一个公用给油管(16)产生的。
9.用于喷射流体的方法，在该方法中，一个调节元件是电控的，该调节元件操纵一个控制阀(2)，通过对控制阀(2)的操作，控制室(8)中的压力得以实现升或降，该喷嘴依赖于控制室(8)中的压力而打开或关闭，其特征在于通过对该调节元件的调控，控制阀(2)首先从至少三个开关工作位置中的一个第一开关工作位置调定到一个第二开关工作位置，这样，控制室(8)中的压力被下调，该喷嘴被打开；通过对该调节元件的继续调控，控制阀(2)被调到至少三个开关工作位置中的一个第三开关工作位置，这样，控制室(8)中的压力被上调，喷嘴保持在打开的状态中；通过对该调节元件的继续调控，控制阀(2)被调到另一个开关工作位置，在此位置上控制室(8)中的压力被进一步上调，从而使该喷嘴关闭。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于控制阀(2)在第一开关工作位置上时处在一个第一阀座(4)上；另一开关工作位置与该第一开关工作位置相应。
11.按权利要求9所述的方法，其特征在于控制阀(2)在另一个开关工作位置上时处在一个第二阀座(6)上。
12.按权利要求9至11中的任一项所述的方法，其特征在于在控制阀(2)的第一开关工作位置上和在控制阀(2)的另一开关工作位置上，控制室(8)与一泄漏系统(14)相分离；在控制阀(2)的第二开关工作位置上和在控制阀(2)的第三开关工作位置上，控制室(8)与泄漏系统(14)相连通。
13.按权利要求9至12中的任一项所述的方法，其特征在于通过处于控制阀(2)的第二开关工作位置上的控制阀(2)的流通横断面大于通过处于控制阀(2)的第三开关工作位置上的控制阀的流通横断面。
全文摘要
本发明涉及一种喷射装置，其具有一个控制阀(2)；一个用于操纵控制阀(2)的调节元件；一个喷嘴，该喷嘴可以由控制阀(2)通过控制室(8)中压力的升和降来进行控制，其中，控制阀(2)有至少两个开关工作位置，在控制阀(2)的一个第一开关工作位置上，在控制室(8)中调定出一个第一压力，在此压力条件下该喷嘴是关闭的；在控制阀(2)的一个第二开关工作位置上，在控制室(8)中调定出一个第二压力，在此压力条件下该喷嘴是打开的，其中，控制阀(2)有至少一个第三开关工作位置，在此位置上在控制室(8)中调定出一个第三压力，此压力介于该第一压力和该第二压力之间，在此压力条件下该喷嘴是打开的。本发明还涉及流体的一种喷射方法，按本发明的喷射装置可应用于该方法。
文档编号F02M47/02GK1404550SQ01805192
公开日2003年3月19日 申请日期2001年2月16日 优先权日2000年2月18日
发明者F·贝金 申请人:罗伯特-博希股份公司