专利名称：有及无可控喷嘴针速度的压力增强部分的燃料喷射器及其控制方法
技术领域：
借助内燃机上的燃料喷射器可实现使处于高压下的燃料受行程控制或压力控制地喷射到内燃机的燃烧室中。为了适应当前及将来的用于内燃机的废气排放法规，需要多重喷射(预喷射、主喷射及后喷射)。在此，各个喷射之间的时间间隔应尽可能短，同时对每个随后的喷射的影响应尽可能小。设在主喷射阶段前面的、用于燃烧室预处理的先导喷射应在与排放相关的压力上升方面对其后的主喷射阶段无影响。
背景技术：
DE 196 50 865 A1的主题是在共轨喷射系统中的一个喷射阀元件的控制压力腔中控制燃料压力的电磁阀。通过控制压力腔中的燃料压力可控制一个阀活塞的运动，通过该运动使喷射阀的喷射孔打开或关闭。该电磁阀具有一个设在壳体部分中的电磁铁，一个可运动的衔铁及一个与衔铁一起运动的、由闭合弹簧在闭合方向上加载的控制阀元件，后者与电磁阀的阀座相配合及由此控制燃料从控制压力腔中的输出。并且DE 197 08 104 A1也公开了用于控制一个喷射阀的控制压力腔中燃料压力的这种电磁阀。
为了避免每个电磁阀在控制后出现的衔铁弹跳带来的不利后果，根据DE 196 50 865 A1及DE 197 08 104 A1的电磁阀的衔铁被作成两件式的。衔铁包括一个衔铁柱及可滑动移动地接收在衔铁柱上的衔铁板。通过两件式衔铁的使用可减小其有效制动质量及由此减小撞击在阀座上的衔铁的造成衔铁弹跳的动能。当衔铁板不再过渡振荡时，电磁阀的控制才导致一个确定的喷射量。因此，要求采取减小衔铁板的过渡振荡的措施。当在一个预喷射与一个主喷射阶段之间要求短的时间间隔时，这是特别需要的。为了解决该问题，使用了阻尼装置，它包括一个固定的部件及一个与衔铁板一起运动的部件。固定部件可通过一个超行程止挡构成，它限制最大行程长度，以便使衔铁板可在衔铁柱上移动。可动部件通过衔铁板上的一个向着固定部件的凸块构成。超行程止挡可通过一个导向衔铁柱的、固定夹紧在电磁阀壳体中的滑块的端面或通过支承在该滑块前面的部件、例如一个垫片构成。当衔铁板接近超行程止挡时在衔铁板与超行程止挡彼此面对着的端面之间形成了一个液压阻尼空间。包含在该阻尼空间中的燃料产生一个力，它反作用于衔铁板的运动，由此可很强地阻尼衔铁板的过渡振荡。
根据DE 196 50 865 A1及DE 197 08 104 A1的电磁阀的缺点是对衔铁柱上衔铁板的最大滑动行程的精确调节。最大滑动行程，也称为超行程(berhub)，通过超行程盘的更换、附加垫圈或超行程止挡的磨削来调节。该方案因为需要一个逐步实施的重复调节，成本高及很难自动化及因此增加了这种电磁阀的制造所需的时间周期。
现在使用于带有高压存储空间的高压喷射装置的行程可调节的燃料喷射器包括一个节流阀及一个调节器，后者可作为电磁线圈或压电致动器构成。但借助这些部件仅可达到喷射阀元件的很小打开或关闭速度，该喷射阀元件可由喷嘴针构成。因此在多重喷射的情况下，不可能通过不同的针打开速度来这样影响对排放起决定作用的压力升高，即一个先导喷射(PI)非常靠近主喷射阶段，而使下个喷射在功能上不受不利影响。
发明内容
根据本发明的方案，设在燃料喷射器中用于操作喷射阀元件的控制腔的减压可通过两个排出节流阀来实现。这两个引起操作喷射阀元件的控制腔减压的排出节流阀可根据本发明的方案单独地或共同地被控制。
为此在根据本发明解决方案的第一实施方案中对阀体配置了两个调节器，它们作为调节单元起作用。借助这些用作调节单元的电磁阀的一个可使一个用于燃料喷射到一个自燃式内燃机的燃烧室中的先导喷射的很小的排出节流阀打开。通过由很小尺寸的排出节流阀调节的喷射系统中的流出量可使形成的压力波动保持为很小，该喷射系统包括高压蓄压器(共轨)、输入管路及燃料喷射器。该压力波动保持得愈小，压力波动对在时间上可能跟随在该先导喷射后的第二先导喷射或对主喷射阶段的影响就愈小。这将引起后继的喷射相对压力升高周期稳定得多的及在燃烧室中可保持最小的喷射量，即可显著地改善根据本发明的燃料喷射器的最小喷射量性能。
视第一排出节流阀及另一即第二排出节流阀的协调而定，构成电磁阀的第二调节单元可仅用于主喷射或也可与控制对先导喷射起作用的、很小尺寸的第一排出节流阀的调节单元一起被操作。在控制两个调节单元的情况下控制腔的控制腔容积的减压可很快地实现。这意味着，由于控制腔的减压喷射阀元件的垂直行程运动可用相对高的速度实现。例如由喷嘴针构成的喷射阀元件的快速打开将引起在主喷射时射束制备能量不会由于过慢的打开在喷嘴针座上受到阻塞，而是紧靠在喷射孔上。这意味着，通过喷射孔喷射到内燃机燃烧室中的燃料一方面由于在喷射孔上不存在阻塞以很高的压力喷入，及另一方面可产生有利于燃烧的很细小的雾化。
在根据本发明提出的解决方案的另一实施方案中，可使用一个双开关电磁阀来取代两个分开地安装在阀体中及分开控制的、两个电磁阀形式的调节单元。在作为调节单元使用的双开关电磁阀上，可基于双开关电磁阀的不同电流强度开关不同的排出节流阀组合，以便实现优选由喷嘴针构成的喷射阀元件的打开运动的两个不同速度水平。并且根据该实施方案，在燃料喷射器的阀体内的操作喷射阀元件的控制腔也设有两个排出节流阀。如果用第一低电流电平控制双开关电磁阀，则使关闭一个排出节流阀的闭合件释放，及通过该排出节流阀调节控制容积。如果相反地调节到比第一电流电平高的第二电流电平，则通过双开关电磁阀使两个排出节流阀打开。
当用第一电流电平控制该双开关电磁阀时可精确及稳定地配给一个小的预喷射量。如果相反地用第二电流电平供给双开关电磁阀，则可进行控制腔的快速减压，由此可适合用于主喷射的针的高速度打开并具有上述与此有关的优点。
在本发明的另一有利构型中，附加地设有一个压力放大器，它使燃料压力提高到超过在高压蓄压室中充有的压力。由此可得到用于燃料喷射器的其它多种控制可能性。因此给出一个可能性，即在工作期间以可控制的压力升高实现喷嘴针的不同速度。燃料喷射器控制的这种大的可变性尤其具有其优点，即喷嘴针的运动过程及喷射压力的控制可被这样影响，以使得喷射曲线的形状可通过控制设计来实现。与传统结构的燃料喷射器相比，借助根据本发明构成的燃料喷射器在喷射曲线及喷射压力的变化性方面具有显著多的自由度。此外可实现打开运动时喷嘴针很高的速度。
因此，本发明的这些实施方案对于燃料喷射器喷嘴针速度更强的变化及对于产生比蓄压器压力水平更高的喷射压力提供了可能性。喷嘴针的高速度引起喷嘴座中阻塞的减小。这两个效应将导致喷射过程期间燃料非常细小及均匀的雾化及由此进一步地减小有害气体的排放。通过电磁调节器的相应控制能另外以简单方式实现喷射过程的变化最佳地适配内燃机的需要。
以下将借助附图来详细地描述本发明。
附图为
图1根据本发明的燃料喷射器的第一实施方案的纵截面图，图2根据图1的燃料喷射器的实施方案，但与图1中相比转动了90°的位置，图3根据图1的、在一个稍微转动了的位置上的本发明构型的燃料喷射器的纵截面，该位置在喷嘴腔输入孔所处的平面中，图4根据本发明第一实施方案的燃料喷射器的阀体的放大视图，图4a安置在阀体2中的衔铁柱导向件的放大图，图5根据本发明提出的具有一个双开关电磁阀的另一实施方案，图6.1用于实施先导喷射及喷嘴针慢控制的第一电流波形及借助受控制的喷嘴针的主喷射的第二电流波形，图6.2根据图6.1中的电流波形调节的阀行程相对时间的变化，图6.3对于先导喷射及喷嘴针慢运动的第一电流波形及对于组合的先导喷射及喷嘴针慢速度与借助快控制的喷嘴针的主喷射的第二电流波形，图6.4在根据图6.3的电流情况下调节的阀行程，图7根据本发明提出的具有压力放大器及作为调节单元的2/2阀的另一实施方案，图8根据本发明提出的具有压力放大器及作为调节单元的3/3阀的另一实施方案，图9作为时间函数的喷嘴针行程的一个曲线图，图10作为时间函数的喷射的另一曲线图。
具体实施例方式
由图1可看到根据本发明构成的燃料喷射器的第一实施方案的纵截面图。
图1表示一个燃料喷射器1，它包括一个阀体2，在阀体上借助一个锁紧螺母4固定着一个保持体5。该保持体5包括一个中心孔6，该中心孔接收一个延伸在阀体2中并穿入保持体5的压杆7。在通过锁紧螺母4可更换地固定在阀体2上的保持体5的下端安装一个喷嘴夹紧螺母8，后者本身接收一个喷嘴体9。通过喷嘴夹紧螺母8使保持体5的下端部与喷嘴体9相互旋紧。在保持体5的下端部与喷嘴体9的上区域之间的过渡区域中接收有一个闭合弹簧10，该弹簧包围着压杆7的下端部及作用在设置在喷嘴体9中、可在垂直方向运动的喷射阀元件11上。该喷射阀元件11最好由喷嘴针构成及在一个压力级的区域中被一个喷嘴腔12环绕。
在与保持体5的上区域相对的阀体2的下区域中，一些漏油孔13延伸通过阀体2及保持体5。这些漏油孔13用于漏油通过一个衔铁柱导向件46排出，该衔铁柱导向件被组合在阀体2中，并详细地表示在图4a中。
在阀体2的上区域中阀体具有一个输入接头3。在根据图1的视图的侧向，在阀体2内的相应孔中被旋入了一个第一调节单元15及一个第二调节单元16。根据在图1中所示的本发明的该第一实施方案，设置了两个分开的调节单元15及16，它们最好由电磁阀构成。第一调节单元15作用在一个第一排出节流阀17(参见图4)上，而第二调节单元16作用在与此对置的另一控制节流元件上。这两个从图4中可看清的排出节流阀17及18将通过例如球形或锥形构型的闭合件(参见图4中的视图)来封闭或打开。此外在阀体2中设有一个控制腔19，该控制腔一侧由阀体2及另一侧由压杆7的上端面构成边界。第一调节单元15及第二调节单元16的结构是相同的。第一调节单元15包括一个磁芯21，该磁芯本身被一个圆柱形构型的磁套管22包围。通过设置在磁芯21中的电磁线圈将操作一个衔铁(参见图4中的视图)。该衔铁被一个压簧加载，该压簧延伸穿过磁芯21及部分地被一个排出接管27的盘状区域包围。第二调节单元16以类似方式构成。
图2表示根据本发明构成的燃料喷射器的第一实施方案，它与图1中相比转动了90°的位置。
从图2中可看到，在其上区域中设有中心孔接头3的阀体2除图1中可看到的第一及第二调节单元15及16外还具有一个压力连接管接头31。该压力连接管接头31被旋入阀体2中，它包括一个输入节流阀32，通过该节流阀使控制腔19(参见图1a)加载控制容积、即处于压力下的燃料。与压力连接管接头31对置地布置的压力接管可被用作压力测量接头34，用于测量控制腔19中充有的压力水平。在阀体2的下端可看到锁紧螺母4，借助该锁紧螺母使保持体5与阀体2相连接。由于阀体2与保持体5之间借助锁紧螺母4的螺纹连接，使得根据本发明的燃料喷射器可被作成不同的结构长度。这将有利地允许阀体2的几何尺寸不变及结构长度仅通过保持体5的结构高度、即轴向延伸距离来适配。
在保持体5的下端部上借助一个喷嘴夹紧螺母8接收喷嘴体9，后者则接收一个可在垂直方向上运动的喷射阀元件11。
图3表示转动到一个平面中的、根据本发明构成的燃料喷射器的第一实施方案，对喷嘴体中的喷嘴腔加载的中心孔36处于该平面中。
由根据图3的视图可得知在输入接头内置有一个滤尘器14。中心孔36在滤尘器14下面延伸穿过阀体2及在阀体2下端上的接缝处通入保持体5。通过中心孔36将处于高压下的燃料供给到喷嘴体9内环绕喷射阀元件11的喷嘴腔12。在阀体2的侧面接收压力连接管接头31及一个设置在第二调节单元16上的壳体28。第二调节单元16也包括一个壳体28，在该壳体上构造了一个插接连接件33。通过壳体28上的该插接连接件33对两个调节单元15及16的每个上由磁芯21包围的电磁线圈供电。
图4以放大的比例表示该燃料喷射器的阀体。
图4中视图的阀体2包括一个设在中心的高压输入部3。在阀体2下部区域上，与高压输入部3相对立地设有一个锁紧螺母4，借助该螺母在阀体2上可更换地接收一个保持体5。在阀体2的下区域中，阀体具有一些漏油孔13，它们用于漏油的排出。为了使从打开的排出节流阀17或18控制流出的控制腔容积(漏油流II)经过设置在衔铁柱导向件46中的一些孔、在衔铁板26周围通过衔铁柱输送到排出接管27，该漏油的排出是需要的。除此之外，从喷嘴流出的漏油(漏油流I)通过延伸在保持体5中及垂直地延伸在阀体2中的孔同样也通过衔铁柱导向件46输送到排出接管27(参见图4中箭头)。
无论是阀体2还是保持体5均具有一个中心孔6，在图4的视图中该中心孔包围着构成杆状的压件7。杆状压件7的端面20构成一个控制腔19的边界，该控制腔构成在阀体2内(参见图1a)。此外，在阀体2内的控制腔19除通过杆状压件7的端面20外还通过阀体2的壳体构成边界。从阀体2内的控制腔19分支出两个彼此对立的排出通道，每个排出通道过渡到一个第一排出节流阀17或一个第二排出节流阀18中。这两个分别对排出节流阀17及18加载的通道彼此对立地位于阀体2内。
每个排出节流阀，即第一排出节流阀17及第二排出节流阀18各构成在一个插入件30中。这些插入件30彼此对立地在两侧位于阀体2中及通过阀夹紧螺钉29固定在阀体2中。
对于每个排出节流阀17或18配置了一个闭合件43或49，根据图4它可由球形的闭合件构成。也可代替使用球形构成的闭合件43或49，可使这些通过第一调节单元15或第二调节单元16操作的闭合件作成锥形的闭合体。它们则与锥形座相配合，这些锥形座构成在可更换地接收在阀体2中的插入件30的向着所述闭合件43或49的一侧上。第一排出节流阀17或第二排出节流阀18的操作、即释放及闭合是通过第一调节单元15或第二调节单元16的控制来实现的。彼此对立地被接收在燃料喷射器1的阀体2上的调节单元15或16的每一个包括一个磁芯21，该磁芯包围着一个电磁线圈。磁芯21被作成圆柱形的磁套管22包围，其中该磁套管22也延伸围绕到排出接管27的构成盘状的下凸缘上。在排出接管27上及包围磁芯21的磁套管22的上区域中，卡接着一个壳体28及一个构造在其中的插接连接件33。磁套管22包括一个环状的凸缘，在该凸缘上该磁套管22被一个磁夹紧螺母44包围，借助该螺母可使第一调节单元15及第二调节单元16旋拧到燃料喷射器1的阀体2的外螺纹上。
第一调节单元15及第二调节单元16的磁芯21包围着一个压簧25，后者本身还被一个套管包围。压簧25对一个衔铁23加载，该衔铁作成两件式的及包括一个衔铁柱24及一个衔铁板26。即该衔铁包括一个衔铁柱24及一个包围衔铁柱24的衔铁板26。第一调节单元15或第二调节单元16的衔铁的衔铁柱24包括在其与这些闭合件43或49相对的端面上的闭合件接收部分，所述接收部分根据闭合件的几何形状部分地包围着闭合件43，49。
排出接管27的构造成盘状的区域设有第一密封圈40，该密封圈与包围着磁芯21的磁套管22的内侧面相对。在磁套管22的外侧面上它包括另一个即第二密封圈41。在第一调节单元15或第二调节单元16构成为电磁阀时衔铁24，26可包括一个衔铁板弹簧42，它使衔铁24，26的衔铁板26支撑在包围着衔铁柱24的衔铁柱导向件46上。标号45表示当接收在磁芯21中的电磁线圈中通过电流时该电磁阀移动的行程。该衔铁行程45表示衔铁板26的向着磁芯21中电磁线圈的端面与其对面的磁芯21的端面之间的距离。对衔铁24，26的衔铁板26加载的衔铁板弹簧42支撑在衔铁柱导向件46的一个端面47上。根据图4中以放大比例表示的燃料喷射器1的阀体2的实施例，排出节流阀1 7或18被构成在可更换的插入件30中。如图4中所示，这些插入件30可通过阀夹紧螺母29彼此在对立侧安装在阀体2中的相应孔内。除此之外也可以是，插入件30直接地通过第一调节单元15或第二调节单元16固定在阀体2中。
图4中未示出的、对控制腔19加载控制容积的输入节流阀32(参见根据图2的视图)垂直于绘图平面地延伸及位于相对控制腔19的对节流阀17或18加载的通道转过90°的方位上。在阀体2的上区域中所示的中心高压接头3过渡到一个在图4中未示出的、基本上平行于保持体5及阀体2中的中心孔6延伸的输入孔36。
由于保持体5与阀体2的下端通过锁紧螺母4连接，可考虑根据本发明构成的燃料喷射器1的不同安装长度。不需要对燃料喷射器1的相对昂贵的阀体2作出改变，可在松开保持体5与阀体2之间的锁紧螺母4后借助该锁紧螺母4在阀体2上接收一个以适合的结构长度构成的保持体5。在-图4中未示出的-保持体5的下端上，借助一个喷嘴夹紧螺母8接收一个喷嘴体9，在喷嘴体中可在垂直方向上运动地接收了一个譬如由喷嘴针构成的喷射阀元件11。喷射阀元件11可通过一个闭合弹簧10加载(参见根据图1至3的视图)。包围喷嘴体9内的喷射阀元件11的喷嘴腔12通过基本上平行于保持体5中的中心孔6延伸的输入孔36加载处于高压下的燃料。
通过第一调节单元15或第二调节单元16可使控制腔19减压。为了在燃料喷射器1上实现先导喷射，在相应插入件30中的第一排出节流阀17可被构造成具有很小的横截面。如果第一调节单元15受到控制，则阀体2内的控制腔19仅通过第一排出节流阀17减压。通过小的排流量可使压力波动保持很小。由于压力以很小的幅值波动，它将对在时间上随后进行的喷射无副面影响。因此主喷射可周期稳定地被保持，其中燃料喷射器1的最小喷射量能力可通过第一排出节流阀17的小尺寸来大大改善。第二调节单元16可根据排出节流阀17或18的排出节流横截面的协调与第一调节单元15一起或与它分开地控制。当第一调节单元15与第二调节单元16一起控制时，阀体2内的控制腔19将通过两个排出节流阀17及18进行减压。
由此，控制腔19可很快地减压，这将引起喷射阀元件11的较高的打开速度。由于该原因在主喷射时在喷射阀元件11的阀座上不出现射束制备能量的任何节流，而该射束制备能量(Strahlaufbereitungsenergie)在燃料喷射器1的一个或多个喷射孔上被释放到一个自燃式内燃机的燃烧室中。
图4a表示一个放置在阀体2中的衔铁柱导向件的放大图。
在根据图4a的视图中以放大的比例表示衔铁柱导向件46。由I表示的漏油流代表从喷嘴通过保持体5及在阀体2中垂直延伸的孔区段排出到排出接管27中的漏油流，而由II表示由打开的排出节流阀17或18从控制腔19流出的漏油容积流。为此，包围着衔铁的衔铁柱24的衔铁柱导向件46可具有延伸在盘状区域中的一些孔及相对它们在径向上延伸的一些孔区段，以致漏油流I及II可取得在图4中用箭头表示的流动路径，其中漏油流I及II可持续地通过排出接管27离开图4中所示的燃料喷射器1的阀体2。
图5表示一个双开关的调节单元，它可使用在图1至4所示的根据本发明的燃料喷射器上。
根据作为本发明基础的构思的第二实施方案，可使用一个双开关的调节单元50代替两个分开控制的调节单元15及16。该双开关调节单元50可由压电致动器或也可由电磁阀构成。当双开关调节单元50作成电磁阀时它包括一个电磁线圈50.1，该电磁线圈在通过不同的电流强度时引起喷射阀元件11的不同打开速度。这里在图5中所示的具有双开关调节单元50的燃料喷射器1的结构仅是概要的表示。与上述第一实施方案相比，这些部件、如喷嘴，保持件5及压杆7是相同的。类似于根据本发明第一实施方案的图1至4中的燃料喷射器1的示图，控制腔19通过一个第一排出节流阀17及另一个第二排出节流阀18减压。控制腔19通过一个输入节流阀32加载处于高压下的燃料，节流阀32本身通过一个高压接口56加载。在输入节流阀32前面分支出一个通向喷嘴腔12的输入孔57，喷嘴腔则环绕着一个构成喷嘴针的喷射阀元件11。喷射阀元件11通过一个闭合弹簧10加载及包括一个压力台阶58，该压力台阶伸入到喷嘴腔12中。在喷射阀元件11的燃烧室侧的端部上示出了一些喷射孔59，通过这些喷射孔可使处于高压下的燃料喷射到一个自燃式或外强制点火式内燃机的燃烧室中。
在该作成双开关电磁阀的实施例中双开关调节单元50包括一个电磁线圈50.1。在一个被电磁线圈50.1包围的支撑环51上支撑着一个第一压簧52及一个另外的、第二压簧53。第一压簧52对第一衔铁柱54加载，而支撑在支撑环51上的第二压簧53对第二衔铁柱55加载。根据燃料喷射器1的该第二实施方案的衔铁柱54或55相应于根据图4的燃料喷射器1的第一实施方案的衔铁24，26的衔铁柱24。通过双开关调节单元50可控制第一阀60及第二阀61。在双开关调节单元50上衔铁或衔铁柱54及55的不同打开或闭合可一方面通过不同的弹簧力及另一方面通过不同的衔铁几何结构来引起。由于不同的衔铁几何结构，所产生的磁力将根据衔铁几何结构的改变而改变。当电磁线圈50.1通过第一电流水平的电流时例如第一阀60打开及控制腔19通过第一排出节流阀17减压。当双开关调节单元50的电磁线圈50.1的电流增高时将进行衔铁柱54及55的同时操作，以使得第一阀60及第二阀61被操作，由此控制腔19不仅可通过第一排出节流阀17而且可通过第二排出节流阀18进行减压。在图5中第一衔铁柱54及第二衔铁柱55包括概要表示的闭合件导向部分，它们部分地包围在图5中作为球体构成的闭合件43或49。闭合件43或49与配合面48相配合，这些配合面可构成在-可更换地接收在阀体2中的-插入件30中(参见根据图4的视图)。也可代替图5中所示构成球形的闭合件43或49，使这些闭合件构成锥体，它们可与插入件30上相应构型的配合面相配合(参见根据图4的视图)。
当双开关调节单元50的电磁线圈50.1通过具有第一电流水平的电流时，一个阀60或61受到较小弹簧力或较高电磁力的控制。当双开关调节单元50的电磁线圈50.1通过增高到第二电流水平的电流时，两个阀60及61被打开，由此使两个排出节流阀17及18打开及使喷射阀元件11-约在主喷射前-以提高的打开速度打开。
由图6.1及6.2可看到一个双开关调节单元的电磁线圈的电流波形及所调节出的阀行程。
根据用标号70表示的第一电流波形使电磁线圈50.1通过电流，该电磁线圈在控制持续时间77期间操作第一阀60、即第一排出节流阀17。在控制持续时间77期间对电磁线圈50.1的通电流这样地进行，即用一个电流脉冲、一个超高电流72来控制电磁线圈50.1，在一个时间间隔后使电流回落到第一电流水平71上。由此在电磁线圈50.1通过第一电流波形70的控制持续时间77期间使第一阀60的闭合件43打开。
如果双开关调节单元50的电磁线圈50.1通过具有第二电流波形73的电流，则不仅阀60而且阀61也打开。通过对于阀60及61的不同弹簧力/电磁力的设计，使得阀61可相对于阀60时间上延迟地打开及在电流结束后早一点闭合。第二电流波形73的特征是，在电流持续时间76的开始产生一个电流的超调量75，它在一定的时间间隔后回落到第二电流水平74上。由于高的电流强度在共同的控制持续时间78期间不仅第一阀60打开而且第二阀61也打开。在共同的控制持续时间78期间由于电磁线圈50.1通过电流的电流水平，使控制腔19同时地既通过第一排出节流阀17也通过第二排出节流阀18减压。
在根据图6.3及6.4的波形图中彼此对应地表示出电流波形及阀行程运动的变型方案。
由图6.3可看到，与图6.1相似地在控制持续时间77期间用第一电流波形70对第一阀60进行供电。因此在控制持续时间77期间第一阀60运动了一个行程位移，它与根据图6.2的第一阀60的行程位移相同。
根据图6.3的示图，现在该双开关调节单元50的电磁线圈50.1将根据第三电流波形79进行变更的电流供给。该第三电流波形79的特征是与根据图6.1的波形图的第二电流波形73不同，在第二电流超高75前面设有一个相应于第一电流波形70的电流脉冲。但该电流脉冲仍处于小电流水平，以致在第三电流波形79的与第一电流波形70相应的阶段时，第二阀61保持关闭。
由图6.4可看到在通过具有第三电流波形79的电流时第一阀60及第二阀61的受调节的行程位移。在第三电流波形79的与第一电流波形70相应的阶段时，第二阀61首先保持关闭。当第三电流波形79达到第二电流超高75时，第二阀61才相对已打开的第一阀60附加地打开。因此借助第三电流波形79可达到第二阀61的接通，即相对已打开的第一排出节流阀17附加地接通第二排出节流阀18，以便控制腔19减压。在用标号81表示的控制持续时间期间第二阀61在一个延迟阶段82后接通，由此仅从第二阀61接通开始控制腔19才更快速减压。通过第二阀61时间可变的接通可对于喷射曲线造型控制喷射阀元件11的行程变化。由此可实现喷射阀元件11的行程运动的合乎要求的延迟。
本发明的以下实施方案对于燃料喷射器的喷嘴针速度的更大变化及对于产生很高的喷射压力提供了可能性，该喷射压力比蓄压器的压力水平更高。喷嘴针的高速度导致喷嘴座中节流的减小。这两个效应将导致喷射过程期间燃料非常细小及均匀的雾化及由此进一步地减小有害气体的排放。通过电磁调节器的相应控制能以简单方式继续实现将喷射过程的变化最佳地适配内燃机的需要。
图7表示根据本发明的具有压力放大器及通过两个2/2阀(二位二通阀)控制燃料喷射器的燃料喷射器另一有利的实施方案。这里概要表示的燃料喷射器1是一个喷射系统的组成部分，该系统还包括一个燃料箱83、一个高压泵84、一个蓄压器85及另外的这里未示出的燃料喷射器。燃料喷射器1包括一个具有一个弹簧室86.3、一个设在该弹簧室中的弹簧86.2及一个由该弹簧86.2加载的压力放大器活塞86.1的压力放大器86。此外设有一个止回阀87及一个输入节流阀88。输入节流阀88的输出侧与燃料喷射器1控制腔19相连接。一个第一排出节流阀17与控制腔19相连接，该节流阀的输出侧与一个第一2/2阀相连接，及一个第二排出节流阀18与控制腔19相连接，该节流阀的输出侧与一个第二2/2阀相连接。
下面将描述该第一实施例的工作原理。这里分为三个控制方案。在第一控制方案中，通过第一2/2阀15的控制打开第一排出节流阀17及由此使燃料喷射器1的控制腔19减压。作用在喷嘴针11上的力使其抵抗弹簧10的压力抬起及由此打开喷嘴。它将以蓄压器85的压力进行一次喷射。如果第一2/2阀15又关闭，则控制腔19的压力又上升，喷嘴又关闭及由此结束该喷射。
在第二控制方案中，通过第二2/2阀16的控制使第二排出节流阀18打开及附加地使压力放大器86的弹簧室86.3的减压管路打开。如上面对于第一2/2阀15打开所描述地，由此一方面使燃料喷射器1的控制腔19减压、喷嘴针11抬起及打开喷嘴。而同时压力放大器86的弹簧室86.3也减压，其结果是压力放大器86的活塞86.1抵抗对它加载的弹簧86.2的压力投入运动。由此在高压侧引起压力增高及以超过蓄压器85中压力的压力进行喷射。在实际中，在压力放大器86的高压侧和低压侧之间的活塞面积比可达约1∶1.5至1∶3。在忽略动态压力波效应的情况下该倍数大致相应于可由压力放大器86达到的压力增高。
在第三控制方案中，第一2/2阀15及第二2/2阀16同时受控制。由此使第一排出节流阀17，第二排出节流阀18及同时使压力放大器86的弹簧室86.3的减压管路86.4打开。由此一方面，如上所述，使燃料喷射器1的控制腔19减压，但现在是通过两个排出节流阀17及18实现的。这将导致喷嘴针11得多地打开。及同时使压力放大器86如上所述地提供大大增高的喷射压力。
在上面根据图7的本发明的实施例中描述了三个不同的有利调节方案。在实践中，通过第一2/2阀15及第二2/2阀16的控制时刻的时间上的推移可得到大的变化范围。由此可影响喷射阀元件11的打开速度及喷射曲线。这将借助图9来说明，该图表示作为时间t函数的喷射阀元件11的行程的一个曲线图。当第一2/2阀15及第二2/2阀16同时受控制时得到曲线A。当第二2/2阀16比第一2/2阀15晚一些被控制时，得到曲线B。最后当第二2/2阀16明显地晚于第一2/2阀15受控制时，得到曲线C。
此外能以有利的方式，通过第一2/2阀15及第二2/2阀16的控制始点的推移对喷射曲线进行造形。这将通过图10中所示的曲线图来说明，该图表示作为时间t函数的喷射曲线。基本上为矩形变化的曲线A10是在第一2/2阀15及第二2/2阀16同时控制时得到的。如果第二2/2阀16在时间上比第一2/2阀15晚一点被控制，则得到由曲线B10所示的斜坡状的变化。最后当第二2/2阀16明显地晚于第一2/2阀15受控制时，得到基本上船头形状的曲线C10。以上讨论的曲线的不同分布可归结到压力放大器86的作用的开始。
以下将描述概要地表示在图8中的本发明的另一实施例。在该图中所示的喷射系统也包括一个与高压泵84相连接的燃料箱83。高压泵84与一个蓄压器85形成连接。标号1仍表示燃料喷射器。与图7中所示的本发明实施例不同的是，现在仅设有一个构成3/3阀的电磁调节器89来代替两个2/2阀15，16。该3/3阀的输入侧与第一排出节流阀17、第二排出节流阀18及压力放大器86的弹簧室86.3的减压管路86.4相连接。本发明的该实施例的特征是，仅设置了一个具有扩展功能的电磁调节器89来代替两个电磁调节器。该燃料喷射器的基本功能未受此影响，仅是自由度受到很小限制。仅当第一排出节流阀17及电磁调节器89较早或同时地打开，第二排出节流阀18及压力放大器86才可被启动。但该实施例具有一个优点，即在燃料喷射器中仅组合及仅需控制唯一一个电磁调节器89或压电调节器。
在本发明的该实施例中也可分为三个控制方案，它们可通过电磁调节器89的相应控制来预定。在此情况下，电磁调节器89或一个所使用的压电调节器可占据三个不同的转换位置S0，S1及S2。
在电磁调节器89的第一转换位置S0中，两个排出节流阀17，18的排出管路及压力放大器86的弹簧室86.3的减压管路86.4均关闭。这意味着不发生任何喷射，或喷射过程结束。
在电磁调节器89的第二转换位置S1中，仅通过唯一一个排出节流阀、即排出节流阀17进行喷射量控制。所提供的喷射压力相应于蓄压器85的压力水平。并且燃料喷射器的喷嘴针可达到的针速度在已描述的结构的范围中。
在电磁调节器89的第三转换位置S2中，同时地通过两个排出节流阀17及18并结合由压力放大器86造成的压力增高来控制喷射量。由此提供的喷射压力大大高于蓄压器85的压力水平，及在实际中可达到其压力水平的1.5至3倍的值。如上所述，通过压力放大器86可达到的压力增强取决于压力放大器86的高压侧与低压侧之间的活塞面积比。
参考标号表1燃料喷射器 2阀体3用于喷嘴腔的高压接头4锁紧螺母5保持体 6中心孔7压杆8喷嘴夹紧螺母
9喷嘴体 10闭合弹簧11喷射阀元件12喷嘴腔13漏油孔14滤尘器15第一电磁调节器16第二电磁调节器17第一排出节流阀18第二排出节流阀19控制腔20压杆端面21磁芯 22磁套管23衔铁 24衔铁柱25压力弹簧 26衔铁板27排出接管 28壳体插接接头29阀夹紧螺钉30节流插入件31控制腔的高压连接接头 32控制腔19的输入节流阀33插接连接件34压力测量接头35插入件36喷嘴腔的输入孔40第一密封圈41第二密封圈42衔铁板弹簧43第一调节单元的闭合件44磁夹紧螺母45衔铁行程位移46衔铁柱导向件 47衔铁柱导向件端面48配合闭合件49第二调节单元的闭合件50双开关调节单元50.1电磁线圈51支撑环52第一压簧53第二压簧 54第一衔铁柱55第二衔铁柱56高压接头57喷嘴腔孔 58压力台阶59喷射孔60第一阀61第二阀70第一电流波形71第一电流水平 72第一超高电流强度
73第二电流波形 74第二电流水平75第二超高电流 76通电持续时间77电磁阀运动的第一时间变化 78共同的电磁阀运动的变化79第三电流波形80电磁阀运动的时间变化 82错开的延迟控制83燃料箱84高压泵85蓄压器86压力放大器86.1活塞86.2弹簧86.3弹簧室 86.4减压管路87止回阀88输入节流阀S0第一转换位置 S1第二转换位置S2第三转换位置
权利要求
1.用于内燃机的喷射装置上的燃料喷射器，具有一个阀体(2)，在该阀体中构造有一个可减压的控制腔(19)，该控制腔可通过一个输入节流阀(32)加载燃料及可通过一个第一排出节流阀(17)减压，该第一排出节流阀的闭合件(43)可通过一个调节单元(15)操作，及阀体(2)与一个保持体(5)相连接，在该保持体上固定着一个环绕喷射阀元件(11)的喷嘴体(9)，其特征在于为了控制腔(19)的减压设有一个另外的第二排出节流阀(18)，它的闭合件(49)可借助另一调节单元(16)或可根据一个双开关调节单元(50)的电流(70，73，79)被操作。
2.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于第一排出节流阀(17)及所述另一个第二排出节流阀(18)彼此对立地设置在阀体(29)中。
3.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于第一及第二排出节流阀(17，18)被构成在阀体(2)中彼此对立的插入件(30)中。
4.根据权利要求3的燃料喷射器，其特征在于这些接收第一及第二排出节流阀(17，18)的插入件(30)是可更换的及通过阀夹紧螺钉(29)被固定在阀体(2)中。
5.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于输入节流阀(32)被构成在一个可更换的插入件(35)中，该插入件通过一个高压接头(31)被固定在阀体(2)中。
6.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于控制腔(19)的输入节流阀(32)相对第一及第二排出节流阀(17，18)错开90°地定向。
7.根据权利要求5的燃料喷射器，其特征在于控制腔(19)的输入节流阀(32)在阀体(2)中位于一个具有节流部位的压力测量接头(34)的对面。
8.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于配置给每个排出节流阀(17，18)的闭合件(43，49)被构成球形的。
9.根据权利要求1及3的燃料喷射器，其特征在于配置给每个排出节流阀(17，18)的闭合件(43，49)被构成锥体，它们与构成在插入件(30)中的座(48)相配合。
10.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于第一及第二调节单元(15，16)及双开关调节单元(50)被作成电磁阀。
11.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于第一及第二调节单元(15，16)及双开关调节单元(50)被作成压电调节器。
12.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于保持体(5)可更换地与阀体(2)相连接。
13.根据权利要求12的燃料喷射器，其特征在于保持体(5)借助一个锁紧螺母(4)固定在阀体(2)上。
14.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于在阀体(2)上设有一个中心高压接头(3)，通过该接头对喷嘴体(9)中环绕喷射阀元件(11)的喷嘴腔(12)加载燃料，其中燃料通过一个构成在阀体(2)及保持体(5)中的输入孔(36，57)输入到喷嘴腔(12)，该输入孔与保持体(5)中的中心孔(6)平行地延伸。
15.根据权利要求1的燃料喷射器，其特征在于双开关调节单元(50)被作成电磁阀，它的电磁线圈(50.1)根据该电磁线圈(50.1)的电流稍微延时地或相继地控制一个第一及一个第二阀(60，61)，所述第一及第二阀与第一及第二排出节流阀(17，18)相配置。
16.根据权利要求15的燃料喷射器，其特征在于电磁线圈(50.1)对于第一阀(60)通过具有第一电流波形(70)的电流及对于第二阀(61)通过具有第二电流波形(73)的电流，这些电流波形(70，73，79)各具有一个电流超高(72，75)。
17.根据权利要求15的燃料喷射器，其特征在于在阀运动(77)期间仅是第一阀(60)打开，它被流过具有第一电流波形(70)的电流。
18.根据权利要求16的燃料喷射器，其特征在于在第二阀运动(78)期间第一阀(60)及第二阀(61)被第二电流波形(73)控制及稍微延时地打开。
19.根据权利要求15的燃料喷射器，其特征在于在第一控制持续时间(77)期间第一阀(60)被第一电流波形(70)控制及在一个第一及第二阀(60，61)的共同的控制持续时间(80)期间第二阀(61)可通过具有第三电流波形(79)的电流。
20.根据权利要求1至19中一项的燃料喷射器，其特征在于它包括一个带有被一个弹簧(86.2)加载的活塞(86.1)的压力放大器(86)；及压力放大器(86)的低压侧与一个蓄压器(85)相连接及压力放大器(86)的高压侧与燃料喷射器(1)的喷嘴腔(12)相连接。
21.根据权利要求1至20中一项的燃料喷射器，其特征在于压力放大器(86)的高压侧与低压侧之间的活塞面积比在从1∶1.5至1∶3的范围中。
22.根据权利要求1至21中一项的燃料喷射器，其特征在于压力放大器(86)的弹簧室(86.3)通过一个减压管路(86.4)与第二排出节流阀(18)的背离燃料喷射器(1)的控制腔(19)的接口相连接。
23.根据权利要求1至22中一项的燃料喷射器，其特征在于压力放大器(86)包括一个止回阀(87)，该阀使压力放大器(86)的高压侧相对压力放大器(86)的低压侧关闭。
24.用于控制根据权利要求20至23中一项的燃料喷射器的方法，其特征在于通过对第一电磁调节器(15)或一个压电调节器供给电流使第一排出节流阀(17)打开，由此使燃料喷射器(1)的控制腔(19)减压及通过由此引起的喷嘴针的打开导入喷射过程。
25.用于控制根据权利要求20至23中一项的燃料喷射器的方法，其特征在于通过对第二电磁调节器(16)或一个压电调节器供给电流使第二排出节流阀(18)打开及附加地使压力放大器(86)的弹簧室(86.3)的减压管路(86.4)打开，其中通过由此引起的燃料喷射器(1)的控制腔(19)的减压使喷嘴针打开，及由于压力放大器(86)的活塞(86.1)投入运动使燃料喷射器(1)的喷嘴腔(12)以超过蓄压器(85)的压力水平的压力被加载。
26.用于控制根据权利要求20至23中一项的燃料喷射器的方法，其特征在于通过对两个电磁调节器(15，16)或一个压电调节器供给电流使两个排出节流阀(17，18)打开，其中通过由此引起的燃料喷射器(1)的控制腔(19)的减压使喷嘴针打开，及由于压力放大器(86)的活塞(86.1)投入运动使燃料喷射器(1)的喷嘴腔(12)以超过蓄压器(85)的压力水平的压力被加载。
全文摘要
本发明涉及用于内燃机的喷射装置上的具有一个阀体(2)的燃料喷射器。该阀体设有一个可减压的控制腔(19)，该控制腔可通过输入节流阀(32)加载燃料及可通过第一排出节流阀(17)减压。一个闭合件(43)可通过一个第一调节单元(15)操作。阀体(2)与一个保持体(5)相连接，在该保持体上固定着一个环绕喷射阀元件(11)的喷嘴体(9)。为了控制腔(19)的减压设有另一个即第二排出节流阀(18)，它的闭合件(49)可借助另一调节单元(16)或可根据一个双开关调节单元(50)的电流(70，73，79)被操作。
文档编号F02M47/02GK1671961SQ03818338
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月10日 优先权日2002年7月29日
发明者阿希姆·布伦克, 马丁·克罗普, 曼弗雷德·马克, 于尔根·哈默, 赖因哈德·坦佩, 海克·巴斯蒂安 申请人:罗伯特·博世有限公司