专利名称：用于内燃机的燃料喷射系统的制作方法
技术领域：
在蓄压管喷射或“共轨喷射”中，压力产生与喷射是去关联的。喷射压力不依赖发动机转速及喷射量地产生且在“轨”——燃料储存器——中为喷射准备好。喷射时刻及喷射量在电子控制装置中计算并在每一个发动机缸上由一个喷射器实施。喷射器具有调节喷射开始及喷射量的任务。
除了通过压电部件控制喷射器之外，通过电磁阀来控制喷射器也已公开。在电磁阀中可产生足够大的阀行程，用于将电磁阀用作控制阀而在通过一个压电部件控制喷射器时要采取一些附加的措施。这具有原因，即通过一个压电部件仅可产生一个非常小的行程，该行程相对该压电部件的长度处于千分数范围中。这个非常小的行程必须在喷射器的连续运行中为了调节阀的操作而被转换。为此目的例如使用了一个液压转换器。
现有技术在现有技术中，一个或一些喷射器的控制及泄漏量通过一个无压力的燃料回流部分排出并储存到一个燃料箱中。然而在某些用于柴油机的喷射器中，喷射器中的漏油必须具有确定的压力。一些压电控制的共轨喷射器属于这种喷射器。在这些喷射器中，在压电执行机构与控制阀之间设置有一个液压耦合器，该液压耦合器放大压电执行机构的调节行程。为此具有一个耦合室，该耦合室的填充需要一个确定的高于环境压力的漏油压力。
由DE-A19952513公开了一种用于内燃机的、具有至少一个喷射器的燃料喷射系统，该至少一个喷射器与一个无压力的燃料回流部分相连接。在该至少一个喷射器与该燃料回流部分之间具有用于维持该至少一个喷射器中的漏油压力的装置。特别是上述装置用于维持一个或多个恒压调节阀的该至少一个喷射器中的漏油压力。
DE-A10104634涉及一种用于内燃机的、具有多个喷射器的燃料喷射系统，其中，这些喷射器具有各一个高压接头及各一个低压接头，其中，低压接头通到一个总管中，该燃料喷射系统具有一个设置在总管与一个无压力的燃料回流部分之间的恒压调节阀，其中总管构造成压力储存器。
在这些根据现有技术的燃料喷射系统中，用于保持喷射器的低压侧上的压力的、具有最大20bar压力的恒压调节阀的压力负荷非常高。同样总管(回流共轨)及执行机构和一个必要时具有的波纹管由于该压力承受高的负荷。
本发明的描述本发明的燃料喷射系统避免了现有技术中出现的缺点并可实现多个系统部件的、尤其是执行机构和/或总管和/或恒压调节阀和/或波纹管的压力卸载。另外有利的是，本发明的燃料喷射系统可应用在一些共轨系统中，在这些共轨系统中，或者至少一个恒压调节阀或者至少一个电动燃料泵为了填充而将喷射器耦合室置于一个为此所需的压力下。在此，必要时可取消恒压调节阀并由此节约了成本，其中功能范围即使无恒压调节阀也被保留。根据本发明的燃料喷射系统的其它优点是，不需要附加运动的内部部件且由此避免了磨损及高的加工成本。另外，相对于根据现有技术的燃料喷射系统，不需要附加的调节过程。
根据本发明，这些优点通过用于内燃机的、具有多个喷射器的燃料喷射系统来实现，其中，这些喷射器具有各一个高压接头及各一个低压接头，这些低压接头通到至少一个总管中，该燃料喷射系统具有一个设置在总管与一个无压力的燃料回流部分之间的、用于维持燃料压力的装置，在每个喷射器的低压接头与该用于维持燃料压力的装置之间设置有至少一个节流部分。
通过所述至少一个节流部分保证了在喷射器的低压侧上所需的压力出现在一些高的负载点中。在一些小的负载点时，这由用于维持燃料压力的装置保证。因为通过节流部分表示高的压力，所以在节流部分后仅还需要用于维持燃料压力的装置的小的压力，这也起到整个低压系统的根本的卸载的作用。
除了上述优点外，根据本发明的燃料喷射系统还具有其它优点，即对于所述至少一个节流部分的加工要求非常低。
在本发明的一个变型方案中提出，全部喷射器通过它们的低压接头与一个共用的总管相连接。在此情况下，在该总管与对应的喷射器之间各具有一个连接管路，以便可短地且以简单的几何结构构造该总管。在一个具有用于全部喷射器的唯一一个总管的根据本发明的燃料喷射系统的方案中足够的是，在喷射器的低压接头与用于维持燃料压力的装置之间、尤其是在该共用的总管中设置一个节流部分。
在本发明的另一个构型中设置有多个总管。例如给V型发动机的缸座各配置一个自己的总管。根据本发明的燃料喷射系统的这个实施形式必要时在所需的结构空间及用于喷射器的低压接头与对应的总管的连接的费用方面具有一些优点。多个彼此独立的总管的使用需要每个总管在相应的喷射器的低压接头及用于维持燃料压力的相应的装置之间设置至少一个节流部分，尤其是需要在每个总管中各设置一个节流部分。
在本发明的一个优选实施形式中，用于维持燃料压力的装置是一个恒压调节阀。该恒压调节阀是可靠且成熟的、可使用的部件。优选在具有恒压调节阀的根据本发明的燃料喷射系统中在恒压调节阀的喷射器侧的输入端前设置一个节流部分。通过该位于恒压调节阀前的节流部分也保持了恒压调节阀的功能范围，然而其中与现有技术相比得到恒压调节阀的压力卸载。另外，通过该节流部分得到其它系统部件的压力卸载，尤其是得到总管、执行机构及波纹管的压力卸载。
波纹管这样地构造，使得它可吸收用于控制喷射器的执行机构的轴向行程，尤其是吸收压电执行机构的轴向行程。在此，该波纹管与执行机构及执行机构孔固定地连接，由此实现执行机构组件相对于喷射器的其它区域的流体不可透过的密封。
在本发明的另一个优选实施形式中，用于维持燃料压力的装置是一个电动燃料泵。该电动燃料泵是现有技术中公知的且可靠的泵，所述泵以组件方式构造并设置在机动车的燃料箱中，并且尤其使用在内燃机上，以便在所有的运行状态下都给内燃机输入足够的燃料。优选在具有电动燃料泵的根据本发明的燃料喷射系统中在总管中在该电动燃料泵前设置一个节流部分。在本发明的这个变型方案中，即使无恒压调节阀也具有所述功能范围，从而不需要恒压调节阀且由此可节约成本。
在本发明的一个变型方案中，喷射器的高压接头由至少一个共轨以燃料供给，使得根据本发明的燃料喷射系统的优点也在所谓的共轨喷射系统中作出贡献。
在本发明的补充中提出，这些喷射器各包括一个用于控制喷射器的压电部件及一个用于转换压电部件行程的液压转换器。通过本发明的这个构型，压电部件行程可优选通过一种液压介质、尤其是燃料在液压转换器的一个耦合室中传递给喷射器针，其中该耦合室可通过该至少一个节流部分以液压介质填充。通过在喷射器的低压接头与用于维持燃料压力的装置(尤其是恒压调节阀或者电动燃料泵)之间的、在根据本发明的燃料喷射系统中存在的至少一个节流部分，对于耦合室的填充所需的压力在一些高的负载点中被产生。在小的负载点时，这由恒压调节阀或者电动燃料泵保证。因为通过所述节流部分产生了高的耦合器填充压力，所以在该节流部分后仅还需要恒压调节阀的或电动燃料泵的小的压力，这也起到整个低压系统的根本的卸载的作用。通过选择截流部分直径、恒压调节阀打开压力或电动燃料泵的压力，可以在必要时将该压力应用于耦合器填充。
下面借助附图对本发明进行详细说明。附图表示图1根据现有技术的一个燃料喷射系统的示意图，图2一个根据本发明的、具有电动燃料泵的燃料喷射系统，图3一个根据本发明的、具有恒压调节阀的燃料喷射系统，图4一个燃料喷射系统的剖面图，该燃料喷射系统通过一个高压集流室(共轨)以处于高压下的燃料加载并通过一个构造成压电执行机构的执行机构来控制。
具体实施例方式
图1示出了根据现有技术的一个燃料喷射系统的示意图。
在此涉及一个具有六个缸1的燃料喷射系统，这些缸示意性地表示为一些圆。给每个缸1各配置一个(未示出的)喷射器，每个喷射器具有一个低压接头2。这些低压接头2通入到一个总管3中。总管3在此构造成压力储存器，在该压力储存器中保持在喷射器的低压侧上所需的压力。总管3通过一个示意性地表示的恒压调节阀4与无压力的燃料回流部分5形成连接，使得在全部喷射器中存在一个相等的、处于周围环境压力之上的燃料压力。例如恒压调节阀从一个10bar的压力起才打开，从而在总管3中的燃料压力具有至少10bar。
图2示出了一个根据本发明的、具有电动燃料泵的燃料喷射系统。
一个在图2中仅示意性地表示的内燃机36包括六个缸1，这些缸各通过一个在图4中详细描述的燃料喷射器38以处于高压下的燃料加载。这些在图4中详细描述的燃料喷射器被设置在内燃机36的缸盖区域37中。在本发明的这个实施例方案中，在总管3与无压力的燃料回流部分5之间设置有一个电动燃料泵6作为用于维持燃料压力的装置，该无压力的燃料回流部分与机动车的燃料箱35形成连接。另外，在总管3中在电动燃料泵6前具有一个节流部分7。在节流部分7与电动燃料泵6的组合中不需要恒压调节阀来维持在喷射器的低压侧上的燃料压力。另外，电动燃料泵6仅需输送具有低的压力的燃料。例如在节流部分7的横截面为0.5mm的情况下一个5bar的电动燃料泵6即足够。
图3示出了一个根据本发明的、具有恒压调节阀的燃料喷射系统。
内燃机36例如可构造成六缸内燃机，其中该实施例方案仅示范性地表示为六缸发动机。根据该设计也可用根据本发明提出的燃料喷射系统给具有四、五、八、十或十二缸的内燃机提供燃料。在本发明的这个实施形式中，在总管3与无压力的燃料回流部分5之间设置有一个恒压调节阀8作为用于维持燃料压力的装置，该无压力的燃料回流部分通入到机动车的燃料箱35中。另外，在总管3中在恒压调节阀8前具有一个节流部分7。在节流部分7与恒压调节阀8的组合中，该恒压调节阀8被压力卸载，使得该恒压调节阀可具有一个很小的打开压力。例如一个5bar的恒压调节阀在一个具有0.5mm的横截面的节流部分7的情况下即足够来维持在喷射器的低压侧上的所需的燃料压力。
从根据图4的视图可看到一个燃料喷射器，该燃料喷射器与一个高压储存器室(共轨)形成连接且可通过一个构造成压电执行机构的执行机构来操作。
图4中所示的燃料喷射器38包括一个高压系统9以及一个低压系统10。燃料喷射器38的操作通过一个执行机构11来实现，该执行机构在根据图4的视图中设置有一个示意性地示出的压电晶体叠堆12，该压电晶体叠堆在通入电流时变长。压电晶体叠堆12作用在一个调节活塞18上。调节活塞18对一个液压转换器13加载。液压转换器13放大了压电晶体叠堆12在执行机构11通入电流时的仅很小的行程。液压转换器13包括一个操作活塞15，其端面16伸入到液压转换器13的液压耦合室14中。执行机构11的压电晶体叠堆12及液压转换器13的耦合室14可以既由一个薄的壁43又由一个波纹管42封闭，通过它们允许压电晶体叠堆12在其通入电流时及与其相连的调节活塞18相对于液压耦合室14的相对运动。
在使用波纹管42的情况下，一方面实现了压电晶体叠堆12相对被组合到燃料喷射器38的壳体中的液压耦合室14的相对运动，另一方面实现了可彼此相对运动的部件12及14之间的密封。液压耦合室14由一个壳体44包围并以耦合室压力pK加载。由一个既包围压电晶体叠堆12又包围液压转换器13、44的系统室20延伸出一个通向总管3的低压接头2。根据图2及图3中的视图，内燃机36的其它缸1的相应的低压接头2通入到该总管3中。总管3朝着用于维持燃料压力的装置延伸，该装置根据图2及图3中示意性地示出的实施例方案或者可构造成恒压调节阀8，或者可通过用于内燃机36的燃料供给的电动燃料泵6或用于高压泵34的加载的电动燃料泵6构成。在总管3及用于维持系统室20中的燃料压力的装置6、8中安装有该节流部件7，缸1的相应的低压接头2从燃料喷射器38起通入到该总管中。低压接头2例如可构造成一个螺纹接头(Varschraubumg)17，由此保证在系统压力室20内存在压力的情况下在系统室20与低压接头2之间无泄漏地密封。
根据图4中的视图，液压转换器13包括一个壳体44，该壳体构成液压耦合室14的边界。壳体44在一侧通过一个螺旋弹簧支撑在一个被接收在执行机构11的调节活塞18上的支撑盘上，在另一侧通过另一个螺旋弹簧预加载地支撑在一个被接收在操作活塞15上的支撑盘上。调节活塞18的直径比操作活塞15的直径定得尺寸大，由此通过在中间连接的耦合室14而实现液压的压力转换。操作活塞15作用在一个导向活塞23上。导向活塞23本身在一个排出通道22中被导向，该排出通道设置在燃料喷射器38的壳体39中。系统室20及控制室24通过排出通道22相互连接使系统室20以及控制室4彼此相连接的排出通道22通过一个闭合部件19关闭或释放。闭合部件19在根据图4的视图中被置于其闭合位置中，也就是被调节到其闭合部件阀座21上，该闭合部件阀座构造在排出通道22进入控制室24中的通入部位上。该例如可构造成半球状的闭合部件19在一个端面上通过一个弹簧件26预加载。可以是一个盘形弹簧的弹簧件26支撑在一个构造成针状的喷射阀部件27的端面29上。控制室24通过一个连接在高压集流室31(共轨)的高压接头40的一个上的高压管路始终以处于高压下的燃料加载。高压集流室31本身经过供给管路32通过一个高压泵34以处于高压下的燃料加载并储存该燃料。视内燃机36的喷射系统的配置而定，在高压泵34前可连接一个起前级输送泵作用的电动燃料泵6。
燃料喷射器38的在其低压侧10上的系统室20一方面可通过一个构造成薄壁的壁43构成边界，另一方面，系统室20也可通过一个波纹管42密封。尤其是系统室20通过一个可变形的波纹管42来构成边界以有利的方式提供了这样一种可能性，即在维持密封作用的同时补偿在通入电流时执行机构11由于压电晶体叠堆12的纵向变形而伸长。通过系统室20中存在的压力进行液压耦合室14的填充。在包围该液压耦合室14的壳体44与操作活塞15以及调节活塞18之间构造有一些缝隙，通过这些缝隙，在燃料喷射器38的低压侧10上的燃料容积也为了液压耦合室14的初次填充而进入到该液压耦合室14中。
首先考察这种情况，即在图3中所示的用于直喷式内燃机的燃料喷射系统在燃料喷射器38的低压侧10上包括一个恒压调节阀8。
如果在一个构型成这种类型的用于直喷式内燃机36的燃料喷射系统中控制室24通过执行机构11通入电流而卸载压力，则燃料从该控制室24通过排出通道22流出到系统室20中。从控制室24中调节出的燃料容积从系统室20经过接头17流出到低压接头2中。这些燃料喷射器38的全部低压接头2均通入到总管3中。内燃机36的其它燃料喷射器38在图4中仅示意性地示出。在总管3中，节流部分7被安装在恒压调节阀8的喷射器侧的输入端41前。通过总管3中的节流部位7可以以有利的方式保证对于填充液压耦合室14所需的压力出现在一些高的负载点中。相反，在一些低的负载点时，对于填充液压耦合室14所需的压力水准通过恒压调节阀8获得。在低的负载点时，在燃料喷射器38的低压侧10上的压力水准在系统室20中被这样地确定大小，使得液压耦合室14的填充可以一方面通过在壳体44与调节活塞18之间的缝隙以及另一方面通过在操作活塞15与液压转换器13的壳体44之间的缝隙来实现。在低的负载点中，在节流部分7后仅还具有低的压力，后者可通过恒压调节阀产生，由此实现燃料喷射器38的低压侧10的主要的卸载。通过节流部位7的节流直径的定尺寸或者恒压调节阀8的打开压力的定大小——在燃料喷射系统的该布局中——必要时可调节对于液压耦合室14的通过系统室20的填充所需的压力。
在用于内燃机的燃料喷射系统的上述的实施例方案中，通过一个第一燃料输入管路8.1进行燃料从燃料箱35到高压泵34的输送，在该高压泵34中燃料被压缩到一个非常大的、大约1500bar或者更高的压力。
如果根据燃料喷射系统的一个变型方案设置一个电动燃料泵6，后者在此情况下是所述用于保持压力的装置，则在通过对执行机构11通入电流而进行控制室24的压力卸载时实现了燃料体积从控制室24流出到系统室20中的排流，这与具有恒压调节阀8的燃料系统的上述实施例方案相似。燃料由系统室20通过接头17流到低压接头2中，这适用于全部燃料喷射器38，这些燃料喷射器38相应于待供给燃料的内燃机36的缸数而被设置在该内燃机36上。在此情况下，在燃料喷射器38的全部低压接头2均通入到其中的总管3中也构造一个节流部位7。该节流部位7位于全部低压接头2通入到总管3中的通入部位处，在用作增压输送泵的电动燃料泵6的输入侧的端部41前。电动燃料泵6将燃料从燃料箱35并通过第二燃料输入管路6.1输送给高压泵34。高压泵34通过供给管路32以处于非常高的压力下的燃料又加载高压集流室(共轨)31。燃料水准处于大约1500bar与1600bar之间的范围中。
在此情况下，通过节流部位7在高的负载点时实现了由于系统室10中存在的压力，液压耦合室14的填充通过柱塞18与壳体44之间的或者操作活塞15与壳体44之间的泄漏缝隙来产生。在小的负载点的情况下，对于耦合器的填充所需的压力通过用作前级输送装置的电动燃料泵6而被维持。由此在节流部位7后仅还具有电动燃料泵的低的压力，后者可大致处于3bar与8bar之间。由此可实现燃料喷射器38的低压侧10的根本的卸载。通过选择总管3中的节流部位7的直径或者电动燃料泵6的输送压力可在必要时改变系统室20中的压力以通过液压耦合室14的导向缝隙来填充液压耦合室14。如果一个电动燃料泵6与一个高压泵34一起使用，则配置给燃料箱的电动燃料泵6用作用于高压泵34的前级输送装置，该高压泵构造成非自吸式的。供给管路6.1在此情况下由配置给燃料箱35的燃料管路分支出并通到高压泵34。
通过设计总管3中的节流部分7的节流直径、恒压调节阀8的打开压力的调节或者电动燃料泵6的输送压力，可以视要求预调节用于填充液压转换器13的液压耦合室14的不同的填充压力。
通过节流部位7在总管3中的根据本发明提出的设置，可以既对电动燃料泵6又对恒压调节阀8在内燃机36的高的负载点中其压力负荷方面机械地卸载，这导致燃料喷射器38的低压系统10的根本的卸载。因此，恒压调节阀8及电动燃料泵6可以在它们的强度方面定得尺寸较小。尤其是通过根据本发明提出的解决方案避免了附加地使用待加工的或待运动的机械的部件，由此也可省掉在这些附件地设置的内部部件上的调节过程。
参考标号清单1缸 10燃料喷射器的低压系统2低压接头11执行机构3总管12压电晶体叠堆4恒压调节阀 13液压转换器5燃料回流部分14液压耦合室6电动燃料泵 pK耦合室压力6.1第一燃料供给管路 15操作活塞7节流部分16操作活塞的端面8恒压调节阀 17接头8.1第二燃料供给管路 18调节活塞9燃料喷射器的高压系统19闭合部件
20系统室 35燃料箱21闭合部件阀座36内燃机22排出通道37缸盖区域23导向活塞38燃料喷射器24控制室 39壳体25控制室输入部分 40高压接头26弹簧件 41部件6、8的喷射器侧的27喷射阀部件 输入端29喷射阀部件的端面42波纹管31高压集流室(共轨)43内壁32供给管路44壳体耦合室34高压泵
权利要求
1.用于内燃机的燃料喷射系统，具有多个燃料喷射器(38)，其中这些燃料喷射器(38)具有各一个高压接头(40)及各一个低压接头(2)，并且这些低压接头(2)通入到至少一个总管(3)中，这些燃料喷射器(38)可通过压电执行机构(11)来操作，该燃料喷射系统具有一个设置在所述总管(3)与一个无压力的燃料回流部分(5，35)之间的、用于维持燃料压力的装置(6，8)以及燃料喷射器(38)包括一个系统室(20)，在该系统室中存在一个适于填充液压耦合室(14)的压力水准，其特征在于在这些燃料喷射器的低压接头(2)进入到总管(3)中的通入部位与该用于维持燃料压力的装置(6，8)的喷射器侧的输入端(41)之间在总管(3)中设置了一个节流部分(7)。
2.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于所述用于维持低压侧的燃料压力的装置被构造成恒压调节阀(8)。
3.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于所述用于维持低压侧的燃料压力的装置是一个电动燃料泵(6)。
4.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于燃料喷射器(38)的高压接头(40)由至少一个高压集流室(31)以处于高压下的燃料加载。
5.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于压电执行机构(11，12)的行程可通过一种液压介质、尤其是通过燃料借助液压转换器(13)的液压耦合室(14)传递给喷射阀部件(27)，其中该液压耦合室(14)可通过所述至少一个节流部分(7)以液压介质填充。
6.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于在内燃机(36)的较高的负载范围中耦合室压力(pK)通过总管(3)中的节流部分(7)被得到维持。
7.根据权利要求2或3的燃料喷射系统，其特征在于对于填充液压耦合室(14)所需的压力在内燃机(36)的小的负载点时通过恒压调节阀(8)或电动燃料泵(6)维持。
8.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于液压耦合室(14)的初次填充通过操作活塞(15)与一个壳体(44)之间的泄漏缝隙和/或通过调节活塞(18)与该壳体(44)之间的泄漏缝隙实现，其中该壳体(44)由系统室(20)包围。
9.根据权利要求3的燃料喷射器，其特征在于电动燃料泵(6)在燃料喷射器(38)的低压侧(10)上连接在一个高压泵(34)前。
10.根据权利要求2的燃料喷射器，其特征在于所述恒压调节阀(8)在总管(3)中连接在一个燃料箱(35)前。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统，具有多个燃料喷射器，其中，这些燃料喷射器具有各一个高压接头及各一个低压接头(2)，这些低压接头(2)通入到至少一个总管(3)中，该燃料喷射系统具有一个设置在所述总管(3)与一个无压力的燃料回流部分(5)之间的、用于维持燃料压力的装置，其中在每个燃料喷射器的低压接头(2)与该用于维持燃料压力的装置之间设置有至少一个节流部分(7)。
文档编号F02M59/00GK1795326SQ200480014104
公开日2006年6月28日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年5月22日
发明者帕特里克·马特斯, 汉斯·布雷克勒 申请人:罗伯特·博世有限公司