燃料喷射器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种燃料喷射器，用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，该燃料喷射器包括：喷嘴针（1），其能够进行往复运动，借助喷嘴针的往复运动可开启或闭合至少一个喷射孔（5）；和控制阀（2），用于控制所述喷嘴针（1）的往复运动，其方式是根据所述控制阀（2）的相应接通位置来改变控制室（3）中的在闭合方向上施加到所述喷嘴针（1）上的液压压力；及力传感器或压力传感器（4），其具有用压电材料制成的至少一个传感器元件，用于当打开和闭合喷嘴针时探测特性压力变化。根据本发明，所述力传感器或压力传感器（4）布置在所述燃料喷射器的低压区域（6）中，至少在闭合所述喷嘴针（2）时，轴向力能够直接或间接施加到所述传感器上，所述轴向力与控制室（3）中的液压压力成比例。而且，所述力传感器或压力传感器（4）通过预应力元件（7）在轴向上相对于支撑板（8）或壳体部分（26）直接或间接被施加预应力。
【专利说明】燃料喷射器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分所述特征的燃料喷射系统，尤其是共轨喷射系统的燃料喷射器，用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。
[0002]这种类型的燃料喷射器包括在高压管中往复运动的喷嘴针，通过喷嘴针的往复运动可开启和闭合至少一个喷射孔；和控制阀，用于控制所述喷嘴针的往复运动，根据所述控制阀的每个接通位置改变控制室中在闭合方向上施加给喷嘴针的液压力。喷射燃料量在这里依赖于喷射压力以及喷嘴针的断开时间。然而因为磨损，所述燃料喷射器的运行行为在使用寿命期间可能被改变，因而有效地适应控制参数。为了在喷嘴针打开和闭合时探测特性压力变化，所述燃料喷射器因而还包括力传感器或压力传感器，所述力传感器或压力传感器具有由压电材料制成的至少一个传感器元件。
【背景技术】
[0003]从公开文献DE102007063103A1已知一种测定内燃机喷射装置的喷射阀的运行行为的装置，包括压电传感器，用于测定在所述喷射阀中所述喷射阀的闭合时刻。有利地，利用所述压电传感器测定阀针碰撞到阀座上。以这种方式能够得知预测时刻是否与阀针碰撞到阀座上的实际时刻一致。从偏差知道相应地调整喷射装置的控制装置的控制参数。优选通过外力作用到压电传感器得知所述阀针碰撞到阀座上。外力作用引起所述压电材料变形和因而压电材料的电荷密度变化，从而在压电材料上布置的两个电极之间产生的电压作为信号可量取。因为用于产生信号的压电传感器不需要电源电压，并且所述信号相应地不直接分接在电荷增强器上，而只允许所述信号分接在外壳导电和信号线上。所述信号然后优选传递到一个与压电传感器连接的评估单元。
【发明内容】
[0004]从前述所谓现有技术出发，本发明要解决的任务是提供一种结构简单且成本适宜地制造的燃料喷射器，其具有力传感器或压力传感器，用于探测在打开和闭合喷嘴针时的特性压力变化和因而确定喷嘴针闭合时刻，所述燃料喷射器具有长的使用寿命。
[0005]这个任务通过具有权利要求1的特征的燃料喷射器完成。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。
[0006]根据本发明，所述力传感器或压力传感器布置在燃料喷射器的低压区域中，并且至少在喷嘴针闭合时直接或间接地被施加轴向力，所述轴向力与液压控制室中的液压压力成比例。根据本发明，所述力传感器或压力传感器还直接或间接通过预应力元件相对于支承板或者壳体部分被施加轴向预应力。
[0007]通过所述力传感器或压力传感器布置在低压区域中来减小所述传感器的负荷，因为它不暴露于高压燃料。因为更小的负荷，所述传感器装置相对于燃料传输区域密封的要求也降低了。本发明提出的电连接简化了接地连接结构的构造。所述接地连接结构优选自动通过所述传感器元件放置到外壳电势上，优选壳体部分或者所述燃料喷射器的与壳体部分连接的构件上构成。不需要专门接触和/或连接到管线上。因此，通过所述喷射器的输送管线也不是必需的。如果所述力传感器或压力传感器的传感器元件不直接放置在所述喷射器的用作外壳电势的壳体部分上，而是放置在与所述壳体部分连接的其他构件上，则它们都是用导电材料组成的。所述连接能够通过所述传感器元件的接触面或者由此构成的电极实现，其中，所述电极优选独自覆盖所述接触面。所述电极能够构造成例如层的形式。所述电极然后构成用于外壳电势的实际的接触面。优选地，所述接触面或者用作接触面的电极构造在所述传感器元件的面向喷嘴针的端面上，以便避免管线深入所述喷射器中。此外，本发明提出所述力传感器或压力传感器的轴向预应力用于所述传感器的位置固定。此外，通过施加轴向预应力避免所述传感器中出现机械拉伸应力。当控制阀构造为电磁阀时，则这是尤其有利的。因为在燃料喷射器工作中所述电磁阀通电时，应力可能作用在力传感器或压力传感器上，没有轴向预应力将导致至少暂时在传感器中产生机械拉伸应力并因此导致所述传感器损坏。
[0008]根据本发明的优选实施例，所述控制阀构造为电磁阀。以这种方式实现成本适宜地制造燃料喷射器。备选地或者补充地提出，所述预应力元件是所述控制阀的组成部分。因此，必要时能够使用已经存在的构件以实现所述力传感器或压力传感器的轴向预应力。这还引起合适的制造成本。必要时对现存的构件进行轻微的变型。
[0009]优选地,所述控制阀包括磁芯,借助预应力元件向所述磁芯施加轴向预应力。由此施加的预应力能够同时用作所述力传感器或压力传感器的轴向预应力。在这种情形下，所述预应力元件一方面支承在所述磁芯上，另一方面直接或间接支承在力传感器或压力传感器上。
[0010]进一步优选地，所述控制阀包括往复运动的衔铁元件，所述衔铁元件利用预应力元件在轴向上被施加预应力。在所述电磁阀通电结束后，所述预应力元件使所述衔铁元件重置。替代或者补充前述实例，这个预应力元件也还向所述力传感器或压力传感器施加轴向预应力。接着，这个预应力元件一方面支承在所述衔铁元件上和另一方面直接或间接支承在所述力传感器或压力传感器上。
[0011]此外还优选地，所述预应力元件构造为螺旋压缩弹簧或盘形弹簧。在通常情况下，螺旋压缩弹簧用于重置所述衔铁元件，从而所述螺旋压缩弹簧可使业已存在的构件对所述力传感器或压力传感器施加轴向预应力。备选地，所述构造为螺旋压缩弹簧的预应力元件也用作使所述衔铁元件重置的螺旋压缩弹簧。因此只需要一个螺旋压缩弹簧。在构造盘形弹簧的结构中，所述预应力元件的结构要求是最小的，从而这样构造的预应力元件尤其适用于对所述力传感器或压力传感器和磁芯施加预应力。对此，所述盘形弹簧能够节省结构空间地布置在容纳所述磁芯的空间中，并且一方面支承在所述磁芯上，另一方面直接或间接支承在所述力传感器或压力传感器上。如果已经设置一个盘形弹簧用于对所述磁芯施加轴向预应力，这个盘形元件可构成预应力元件或者通过一个适应新要求的盘形弹簧代替它，用于向所述力传感器或压力传感器施加轴向预应力。构造为螺旋压缩弹簧或盘形弹簧的预应力元件相应地可同时满足多个功能。
[0012]根据本发明的一个优选实施例，所述力传感器或压力传感器直接或间接通过一个轴向可移动的力传递构件被施加轴向力，所述轴向力与所述控制室中的液压力成正比。所述力传递构件能够例如是锚栓。优选地，所述控制室或与控制室液压连通的另外的压力室由轴向可移动的力传递构件(优选锚栓)的一个端面限界，而另一端面直接或间接紧贴在所述力传感器或压力传感器上。另外的、与所述控制室液压连通的压力室可以是例如所述控制阀的阀腔室，在所述阀腔室中在控制阀关闭时充满对应控制室压力的液压压力。所述力传递构件或者锚栓和喷嘴针因而通过压力室液压联接，所述喷嘴针的往复运动弓I起所述力传递构件或锚栓的往复运动。因为所述力传递构件或锚栓直接或间接支承在所述力传感器或压力传感器上，在控制阀闭合时，即在所述喷嘴针的整个闭合过程中，施加的轴向力与所述控制室中的液压压力成正比。因为所述控制室中的液压压力在所述针闭合的时刻上具有明显的最小值，由所述力传感器或压力传感器发出的信号也具有明显的特性，因而可识别到所述针闭合时刻。
[0013]由所述力传递构件或锚栓作用到所述力传感器或压力传感器上的轴向力以相当均匀的表面压力引入到所述力传感器或压力传感器中，本发明还提出力分配板布置在所述力传感器或压力传感器和力传递构件或锚栓之间。在存在这种力分配板时，所述用于向所述力传感器或压力传感器施加轴向预应力的预应力元件间接通过所述力分配板支承在所述力传感器或压力传感器上。所述预应力元件然后还能够用于固定所述力分配板。
[0014]此外，所述力分配板能够通过一个膜与所述喷射器的壳体连通，所述膜用于使所述传感器相对于充满油的低压腔室密封。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面将参照附图更详细地阐明本发明的优选实施例。在附图中示出:
[0016]图1a示出现有技术已知的燃料喷射器的纵剖面图；
[0017]图1b示出通过图1a的燃料喷射器的控制阀的纵剖面图；
[0018]图2a和b分别示出根据本发明的燃料喷射器的优选实施例在力传感器或压力传感器和直接支承在力传感器或压力传感器上的力传递构件的区域中的纵剖面图；和
[0019]图3a和b分别示出根据本发明的燃料喷射器的优选实施例在力传感器或压力传感器和间接支承在力传感器或压力传感器上的力传递构件的区域中的纵剖面图。
【具体实施方式】
[0020]在图1a和Ib中示出的已知的燃料喷射器具有一个在喷嘴体15的高压孔14中往复运动的喷嘴针1，喷嘴针I通过阀活塞19被施加闭合力。阀活塞19用它的背离喷嘴针I的端部容纳在阀区段24中并且在那里往复运动，阀区段24又容纳在喷射器体16中。控制室3通过阀活塞19限界在阀区段24内部，在控制室3中充满液压压力，所述液压压力向阀活塞19和喷嘴针I施加在闭合方向上的作用力。控制室3通过进口节流阀20而与燃料供给管17连通和通过出口节流阀21和控制阀2的阀腔室22而与低压区域6连通，从而在控制室3中的液压压力可依据控制阀2的各接通位置进行变化。通过供给管17供给的高压燃料从高压存储器18移除。然后燃料通过在喷嘴体15中构成的高压孔14在打开喷嘴针I时供给至少一个喷射孔5。
[0021]图1a的喷射器的控制阀2在图1b中详细示出且构造为电磁阀，控制阀2具有电磁体，衔铁元件10及锚栓12，其中，电磁体包括线圈25和磁芯9，衔铁元件10与线圈25共同起作用地往复运动。锚栓12利用充满阀腔室22的液压压力施加在它的下部端面上。这个液压压力在控制阀2的闭合状态下对应控制室3中的液压压力，因为阀腔室22通过出口节流阀21而控制室3液压连通。锚栓12利用它的上部端面支承在所述喷射器的壳体部分26上。在静止状态下，即在线圈25不通电时，往复运动的衔铁元件10通过形式为螺旋压缩弹簧的预应力元件7作用到阀区段24的阀座23上。形式为盘形弹簧的另一预应力元件7支承在壳体部分26上。另一预应力元件7用于固定磁芯9，磁芯9围绕线圈25。此外，磁芯9还支承容纳在壳体部分28中的环形凸肩27上。
[0022]从图2a可知根据本发明的第一优选实施例并且它基于图1和Ib的相应喷射器原理，力传感器或压力传感器4接收在壳体部分26 (括号中的附图标记)中或者紧贴在其上的支承面8上，用于探测针闭合时刻。力传感器或压力传感器4还具有用压电材料制成的至少一个传感器元件(未示出)。锚栓12当前同时用作力传递构件11，直接贴靠在力传感器或压力传感器4上。因为锚栓12与控制室3液压联接和喷嘴针I的运动的反作用或者插入的阀活塞19的反作用，喷嘴针I的往复运动影响控制室3中的压力并因而影响作用到锚栓12和力传感器或压力传感器4上的力。力传感器或压力传感器4的传感器元件然后发射信号到控制单元(未示出)上，然后控制单元评估所述信号。
[0023]在使用按照压电工作原理制造的传感器元件时，所述传感器被压到一起并且产生电荷，所述电荷基本上与作用到力传感器或压力传感器4上的力成比例。根据接通操作，在构造为电磁阀的控制阀2的线圈25通电时，压力施加在传感器元件上并且再次消除。这能够导致至少暂时地移除传感器元件中的机械拉伸应力。所述传感器元件在这里可能被损坏。为了避免这种情况，根据本发明的传感器元件通过预应力元件7产生的压应力而被施加预应力。
[0024]在图2a的实施例中，预应力元件7构造为螺旋压缩弹簧，它直接放置在力传感器或压力传感器4上。构造为螺栓压缩弹簧的预应力元件7还可支承在控制阀2的衔铁元件10上，以使在线圈25结束通电时重置衔铁元件10。用于对力传感器或压力传感器4施加轴向预应力的预应力元件7，可相应地代替衔铁弹簧或者这种衔铁弹簧可使用也许稍微修改的衔铁弹簧作为预应力元件7。
[0025]图2a的实施例的变型在图2b中示出。在这里，预应力元件7构造为盘形弹簧，弹簧盘形直接支承在力传感器或压力传感器4上。利用它的另一端，盘形弹簧支承在控制阀2的磁芯9上并且相应地同时向磁芯9施加轴向预应力。
[0026]在图3a和3b中示出本发明的另外的优选实施例。不同于图2a和2b的实施例，在力传递构件11或锚栓12和力传感器或压力传感器4之间布置力分配板13。力传递构件11或者锚栓12相应地直接放置在力传感器或压力传感器4上。此外，预应力元件7也不是直接，而是间接地通过力分配板13支承在力传感器或压力传感器4上。预应力元件7又可构造为螺旋压缩弹簧(图3a)或者盘形弹簧(图3b)。不依据详细的实施例，预应力元件7同时用于固定力分配板13，从而预应力元件7承担多种功能。此外，依据构造为螺旋压缩弹簧或盘形弹簧，预应力元件7又可用作衔铁弹簧或者用于向磁芯9施加轴向预应力。在本发明的范围内，业已存在的构件，也许经稍微修改，也可用作预应力元件。这尤其适宜地影响根据本发明的燃料喷射器的制造成本。
【权利要求】
1.燃料喷射器，用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，包括:一个往复运动的喷嘴针(1)，至少一个喷射孔(5)通过所述喷嘴针(I)的往复运动开启或闭合；和一个控制阀(2)，用于控制所述喷嘴针(I)的往复运动，通过依据所述控制阀(2)的各接通位置改变在控制室(3)中的在闭合方向上施加给喷嘴针(I)的液压压力；及力传感器或压力传感器(4)，其具有用压电材料制成的至少一个传感器元件，用于探测在喷嘴针打开和闭合时特性压力变化， 其特征在于， 所述力传感器或压力传感器(4)布置在所述燃料喷射器的低压区域(6)中并且至少在喷嘴针(2)闭合时直接或间接地被施加轴向力，所述轴向力与所述控制室(3)中的液压压力成比例，其中，所述力传感器或压力传感器(4)还直接或间接通过预应力元件(7)相对于支承板(8)或壳体部分(26)被施加轴向预应力。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于， 所述控制阀(2)构造为电磁阀和/或所述预应力元件(7)是所述控制阀(2)的组成部分。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于， 所述控制阀(2 )包括一个磁芯(9 )，所述磁芯(9 )利用预应力元件(7 )被施加轴向预应力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于， 所述控制阀(2)包括一个轴向运动的衔铁元件(10)，它利用预应力元件(7)被施加轴向预应力。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于， 所述预应力元件(7)构造为螺旋压缩弹簧或盘形弹簧。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于， 所述力传感器或压力传感器(4)直接或间接通过一个轴向可移动的力传递构件(11)被施加轴向力，所述轴向力与所述控制室(3 )中的液压压力成比例。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其特征在于， 所述力传递构件(11)是一个贯穿所述衔铁元件(10 )的锚栓(12 )。
8.根据权利要求6或7所述的燃料喷射器，其特征在于， 力分配板(12)布置在所述力传递构件(11)和力传感器或压力传感器(4)之间。
【文档编号】F02M57/00GK103459820SQ201280016209
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月7日
【发明者】N·罗德里格斯-阿马亚, S·鲁特哈特, H·拉普, W·施特克莱因, B·贝格黑内尔, M·拜尔 申请人:罗伯特·博世有限公司