专利名称：内燃机的喷油装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1类型的一种用于内燃机的喷油装置。
这种类型的喷油装置例如已由DE4337048公知。其中，一方面设置一个用于分层喷射燃料及一种添加液、例如柴油和水双料喷嘴，以避免对内燃机的有害物质冲击，及必要时增加效率。另一方面，在公知的喷油装置上也实现了所谓“共用油轨技术”(Common-Rail-Technik)，其中，用于内燃机的所有喷嘴被输送共用油轨压力存储器中处于高压下的燃料。
该公知的喷油装置的缺点在于，对于每个喷嘴为了进行添加液的定量需要一个复杂且相对昂贵的3/2换向阀，并且对于控制柴油喷射量也需要另一个3/2换向阀。为了使添加液置于前面，在此情况下使用第一3/2换向阀使由共用油轨压力存储器向喷嘴中的燃料输送中断，并同时使在其中存放处于高压的燃料的、并包围喷嘴的压力室通过第一3/2换向阀的相应位置与燃料低压侧连通。通过在压力室中形成的压力降低使添加液经由相应的管路输送到压力室中，并排出了相应的燃料量。然后第一3/2换向阀被置于一个位置上，它建立共用油轨压力存储器与喷射阀中压力室之间的连接。为了对待喷入的燃料量精确地定量，该燃料量应在下次阀开启引起的喷射脉冲中跟随前置的添加液，设置了第二3/2通路电磁阀，它使由弹簧保持于关闭位置的喷油针的背面可选择地与共用油轨压力存储器或与燃料低压侧相连接。并由此在时间上控制阀针行程，以控制阀的开和闭及由此控制所需的喷射量。
公知的喷油装置对于每个喷嘴原则上需要两个精确工作的、并由此是太高成本的3/2控制电阀，以便能精确地定量所需的燃料量及所需的添加液量。
根据本发明的喷油装置为了能使喷油装置结构简化并由此实现可成本合理地制造具有、权利要求1的特征。这样，两个复杂及昂贵的3/2电磁控制阀可通过简单及价格便宜的2/2换向阀来取代，并同时开创了一种可能性，即可将添加液的定量任务交给一个单一的、精确工作的定量阀，该阀可用于整个一组喷嘴。第二2/2换向阀仅确定用于添加液前置的开及关的时间，而用于喷入燃料定量的配定由设在共用油轨压力存储器及压力室之间喷油管中的第一2/2换向阀的相应时间控制来实现。
为了保证管路系统中不变的压力关系并尤其当高温时超过沸点的情况下避免添加液、通常为水汽化喷射，在第二2/2换向阀及燃料低压侧之间最好采用一个单向阀。
有利之处还在于，喷油针在其喷射挺杆平端的轴向延长上具有一个小活塞，它伸到由共用油轨压力存储器以高压加载的室中，该室一侧相对包围喷油针的室形成压力密封。通过用共用油轨压力对不变的活塞面积的加载，使喷射过程中喷油针的控制运动与共用油轨压力存储器中绝对压缩比无关，因为要使喷射挺杆运动必须持续地克服相同的阻力、即阀弹簧的弹性力，因此其运动力保持恒定。由此可得到调节技术上有利的恒定开关时间，后者是由喷射挺杆相应的运动时间确定的。
特别有利的是根据本发明的喷油装置的这样一种实施形式，其中对于添加液的输送使用了一个隔膜，该隔膜的一侧被在共用油轨压力存储器中的高压加载，它的另一侧由于共用油轨压力存储器中的压力脉冲直接地或通过一个杠杆机构使添加液输送到连接至双料喷嘴的添加液管。
添加液的间接输送譬如可通过一个泵活塞来实现，该活塞通过一个杠杆机械与隔膜相连接，并在共用油轨压力存储器中压力变化的情况下，导致隔膜移动以输送相应量的添加液。为了在譬如不同的共用油轨基压时补偿隔膜行程偏移及精确地调节被输送的添加液量，可通过一个调节机构来影响杠杆比及由此影响泵活塞的活塞排量，该调节机构例如可由一电动机驱动。由于取出的燃料量与输送的添加液量的比例关系，几乎不需要任何调节也可以，因此根据本发明的装置具有高的工作稳定性。
为了阻尼高频率的较小压力波动，在添加液输送系统的进一步构造中可构造一种“液体低通滤波器”，其中一个实心的隔离壁(壁块)在共用油轨压力存储器的一端压紧隔膜，同时在壁块中设置一个节流孔，该节流孔使得共用油轨压力存储器与壁块和隔膜间的室之间形成阻尼的压力平衡。模拟电学中的低通滤波器，在此壁块相应于电感，节流孔相应于欧姆电阻，而隔膜相应于电容。其结果是仅仅由于较大燃料量的运动引起的较大低频压力波动对隔膜的运动及由此对添加液的输送有影响。
特别有利的是根据本发明的喷油装置的一种实施形式，其中设置了接收处于压力下的添加液的另一个共用油轨压力存储器，它通过一个2/2换向阀与通向双料喷嘴(3)的添加液管相连接，并具有与本身公知的用于燃料的共用油轨压力存储器相似的优点。尤其是在使用这样的一个另外的共用油轨压力存储器时，上述用于添加液的输送机构可以显著地简化，这时膈膜可通过一个单向阀直接地、而不用中间连接驱动泵活塞的杠杆机构，通过将相应的压力冲击传送给另一共用油轨压力存储器引起添加液的输送。
使用另一个用于添加液的共用油轨压力存储器的特殊优点在于在添加液管中的2/2换向阀可用于整个一组喷嘴，其中仅需保证，对于各个喷嘴的配给过程没有时间上的重叠。
本发明主题的另外优点及有利构型可从说明书、附图及权利要求中得知。
在附图中表示出根据本发明的用于内燃机的喷油装置的四个实施例，并在以下的说明中详细地解释。附图为
图1根据本发明的喷油装置第一实施例的概图，具有两个用于通过以纵向截面示意图表示的双料喷嘴进行的燃料和添加液的输送及喷射的量的控制2/2换向阀，其中，由具有定压阀装置的隔离活塞系统向通向双料喷嘴的添加液管供料；图2具有隔膜驱动的添加液泵的第二实施例，其中隔膜由共用油轨压力室中的压力控制，并通过一个杠杆机构驱动输送泵活塞；
图3类似于图2的第三实施例，但具有另一用于添加液的共用油轨压力存储器；及图4类似于图3的第四实施例，同样具有另一用于添加液的共用油轨压力存储器，其中无杠杆机构及泵活塞，隔膜仅通过压力冲击直接地引起添加液的输送。
在图1中表示出根据本发明的用于内燃机的喷油装置的第一实施例，用于两种液体、即燃料(通常为柴油)及一种添加液(通常为水)的喷射，其中，一个高压泵1向一个共用油轨压力存储器(Common-Rail-Druckspeicher)2供给压力值约为1800巴(bar)的燃料。在共用油轨压力存储器2及一个由它经过一个由喷油管6供给燃料的压力室3.5之间这时必需设置一个定量的组件，其中压力室3.5包围着一个双料喷嘴3的喷油针3.1，因为以往的传统喷射泵将由共用油轨压力存储器2及简单的压力泵1的组合取代及油轨压力要持续地具有一定的数值。该任务在根据本发明的装置中由第一个2/2换向阀MV1来完成。该阀应设计为具有良好再现性的快速电磁阀并或多或少地在两个极端位置之间有平滑的过渡，因为可能需要一种随时间演变的喷射量曲线。精确的定量是通过共用油轨压力存储器2及待由双料喷嘴3供给燃料的内燃机燃烧室之间的在确定时间窗上的已知(测定的或被控制的)压力降由一个未在图中示出的电控制装置来实现的，该压力降的值与其它影响因素有关。
所使用的双料喷嘴3的结构及工作方式除了很小的细节外已由现有技术公知。但在根据本发明的系统中，在背离喷油针尖部的喷油针(喷射挺杆)3.1的轴向平端设有一个小活塞3.3，该活塞用其背离喷油针3.1的端部伸到室3.6中，该室3.6通过一个管4直接与共用油轨压力存储器2相连接并由那里的高压加载。它的后果是，为了使喷射挺杆3.1运动必须克服基本上相同的阻力，因为这时在恒定的活塞面积比及排除共用油轨压力存储器2中绝对压力的影响下，使得仅需由(变化的)油轨压力形成的压力脉冲克服一个恒定的弹簧压力。因此可产生调节技术中有利的近似恒定的开关时间(喷射挺杆的运动时间)。为了对室3.2通气，设有一个通向燃料低压侧的通气管5，该室3.2容纳喷油针3.1的轴向平端并相对室3.6高压密封。
为了注入添加液，如现有技术的原理所公知的，必需对于通过附加流体排出的燃料由双料喷嘴3释放一个通路。这是通过第二个2/2换向阀MV2的合适连接来实现的，该阀的输入端通过一个输入管7与喷油管6相连接，及它的输出端通过管8与燃料低压侧相连接。当需要对添加液定剂量时，将第一2/2换向阀MV1关闭并使第二2/2一换向阀接通。由此使处于高压的燃料从压力室3.5经由喷油管6，输入管7，输出管8，及单向阀9流到燃料低压侧、通常是油箱中。因此添加液随即可以由通向双料喷嘴3的添加液管15通过单向阀3.4(具有Po＝15巴)流入压力室3.5。然而，双料喷嘴3的液体通入孔及管长度必须这样地定尺寸并这样地安置管道，使得不会使添加液到达燃料箱。
在添加液喷射过程以前，必须对其配给正确的量并在较低的系统压力下输送到双料喷嘴。这将借助一个所谓“M-泵”13来达到，该泵使入口压力值约为2.5巴的工作液体输送到具有一个隔离活塞11及一个定压阀12的一个隔离活塞附加器10。该隔离活塞附加器10使M-泵的工作液体(通常为柴油)与待注入的添加液(通常为水)相隔离。在此，由一个加料泵14通过单向阀16向隔离活塞11中缸套的水侧注入低压(P＜2巴)的添加液。在实际喷射前的正确时间点上，也即在各喷射脉冲之间，由M-泵13以比双料喷嘴3的单向阀3.4被调定压力高些的压力向隔离活塞11输送所需量的工作液体。由此，在隔离活塞11另一侧上与M-泵13的工作液体量相应的添加液量通过定压阀12继续输送到添加液管15。定压阀12用于卸压或用于为隔离活塞附加器11和双料喷嘴3之间的添加液管15提供正确的入口压力。
第二2/2换向阀MV2通常是比第一2/2换向阀MV1相对地简单及价格便宜的阀，因为对于从压力室3.5为了使添加液前置挤出燃料的功能不一定需要阀MV2的精度，并通常对于阀MV2只要求具有明确的“通/断”特性。
在图2中表示的根据本发明的喷油装置的第二实施例与图1中所示实施例的区别在于对于负责添加液输送的装置部分作出了修改。为了使图1中的昂贵的M-泵13能由价格便宜的装置代替，现在将一个用于添加液的泵与共用油轨压力存储器20相连接。为此，一个隔膜21.1借助一个壁块21.2被铰接在共用油轨压力存储器20的一端，其中壁块21.2由于其轻微的锥形外轮廓使隔膜21.1压力密封地夹紧在共用油轨压力存储器20的高压室20.1中。在壁块21.2中设有一个节流孔21.3，燃料可通过它按照压差方向由高压室20.1压入到一个由隔膜21.1及壁块21.2封闭的室21.4中，或是从该室流出。
一个杠杆机构22一方面与隔膜21.1背离室21.4的一侧相连接，另一方面与一个泵活塞23.1相连接。此外，该杠杆机构22可转动地支承在一个可在纵向导行的滑块24.1上。由于燃料喷射量的突然排走使高压室20.1内的压力波动，这引起隔膜21.1的运动。由于隔膜的位移将导致杠杆机构22的往复运动，这又引起了泵活塞23.1的相应行程。泵活塞23.1通过一个压缩弹簧23.2相应地偏压，因此在运动阶段中不会出现任何“松驰”。
在吸入阶段，泵活塞23.1通过一个管路29及单向阀27在一个前置输送泵26的辅助下从箱25中抽出相应量的添加液。在排出阶段，该水量将通过添加液导管15及单向阀3.4压入双料喷嘴3，其条件是控制水量的第二2/2换向阀MV2通过在附图中未示出的电机控制装置的一个指令被打开。
为了避免例如2/2换向阀MV2的故障引起的大损坏，在一个从添加液管15分支出的、并直接通入蓄液箱25的过压管中设置了一个过压单向阀28，该单向阀在超出一个相应阈值压力时打开并在添加液管15与蓄液箱25之间形成连接。
为了能正确定量所需量的添加液，滑块24.1由一个电动机24.3驱动根据电机控制装置的转动指令作向上或向下运动，该电机与拧在滑块24.1中的丝杠24.2相连。由此可调节杠杆机构22的杠杆比，以致可调节泵活塞23.1的不同活塞排量。以此方式，该泵装置或是对同一喷嘴3从一个喷射过程到另一喷射过程配给不同量的添加液，或是对与添加液管15连接的其它喷嘴(在图中用一排并列箭头表示)单独地注入对其合适的添加液量。
在高压室20.1中对油压力控制阀20.2改变的燃料压力经过隔膜位移也对滑块24.1的运动控制有影响。为了能对待喷入的添加液相当精确的定量，应该对高压室20.1中的压力变动进行测量或计算电机控制装置引起的膜的移动。由此就可对电机24.3发送相应的转动指令，其中，对丝杠24.2的位置识别也是有帮助的。
另一方式可以是，测量泵活塞23.1的瞬时行程并与另外重要的瞬间数据以及当前所需变化量相比较和作出计算，以便能尽快地获得对新的情况(例如通过发动机驱动的机动车的司机作出的油门踏板位置的变化)的适配。
由于在高压室20.1中的压力尖峰值或者其它具有高频的较小压力变动引起的隔膜21.1的抖动反应对所需添加液的精确定量是有害的，该拌动反应将通过对具有节流孔21.3的壁块21.2和隔膜21.1的弹性的合适设计及调整来阻尼。所述这三个元件的动态配给作用将调节出一种特性，它等同于流体的低通滤波器，其中，壁块21.2类似于电路中的电感，节流孔21.3相当于欧姆电阻，及隔膜21.1相当于电容器。以此方式，仅是由在高压室20.1中相应的大体积运动产生的大的低频压力波动对隔膜的运动起作用。此外，这种流体低通滤波器能对高压室21.1中的压力状况起有利的作用，因此由此也可产生对压力波动的阻尼。
在图3中所示的实施例与在图2中所示的实施例的区别实质在于为了向双料喷嘴3供给水，现在设置了另一个共用油轨压力存储器32，用于接收处于压力下面的添加液，该存储器32通过另一个2/2换向阀MV3与通向双料喷嘴3的添加液管15相连接及通过单向阀31与隔膜驱动的泵活塞23.1的输送侧相连接。
当如图3中示出的，另一用于添加液的共用油轨存储器32与包括用于燃料的高压室30.1的共用油轨存储器30连接成一体时，就得到了一种紧凑及节省空间的整体配置。
在该实施例中对添加液配定量额的功能主要是这样实现的，即它是与添加液的输送功能分开的。以此方式，可以精确地进行定量。
为了节省成本(大的件数)，该另外的2/2换向阀MV3与第一2/2换向阀MV1在结构上相同，其中，2/2换向阀MV3必须适合添加液的工作。此外，该另外的2/2换向阀MV3对整个一组双料喷嘴3供液，只要在时间上将各个喷嘴的配量过程错开。应对哪个喷嘴输送相应配定的添加液量，由一个简单结构的第二2/2换向阀MV2来确定，当然对于一组中的每个双料喷嘴都必须设置它。
为了使在用于添加液的该另外的共用油轨压力存储器32及其余的流体阻力链之间的、在控制技术上可利用的压力降保持恒定，该另外的共用油轨压力存储器32通过恒压调节阀33(P0＝常数)与添加液的蓄液箱25相连接。在流体阻力链的终端在排放管8中设置了另一恒压调节阀43，它使第二2/2换向阀MV2与燃料低压侧相连。
为了将可能泄漏的添加液从封闭着杠杆机构22的室中排出，设置了一个泄漏管35，它通入蓄液箱25。
从添加液箱25中输出添加液是通过单向阀34进行的。为了辅助液体输送可设置一个未在图中示出的泵。
图4最后示出对图3中所示实施例的进一步构造，其中取消了杠杆机构22及调节装置。这里直接由与用于燃料的共用油轨压力存储器40的高压室40.1铰接的隔膜进行输送和定量，在高压室40.1中相应的过压情况下该隔膜将对注入添加液的室43施加一个压力冲击，并通过单向阀31使液体继续传送到该另外的共用油轨压力存储器42中。而其它功能完全类似于图3中所示实施例的情况。
权利要求
1.用于内燃机的喷油装置，具有一个高压泵(1)，用于将燃料、尤其是柴油输送到双料喷嘴(3)中，以及具有一个输送装置，用于使一种经由单向阀(3.4)导送的添加液、最好为水输送到流到双料喷嘴(3)的添加液管(15)中，该管路与包围双料喷嘴(3)的喷油针(3.1)的压力室(3.5)相连接，此外还具有一个阀装置，用于将添加液量前置注入到双料喷嘴(3)中，其中，喷油针(3.1)的开和关是通过注入高压燃料的共用油轨压力存储器(2；20；30；40)的压力进行的，该阀装置至少部分地设置在喷油管(6)中，并当前置注入添加液时中断对喷嘴(3)的燃料输送及使压力室(3.5)与燃料低压侧相连接，并且在其它情况下中断对燃料低压侧的连接并使压力室(3.5)由高压燃料加载，其特征在于在共用油轨压力存储器(2；20；30；40)及压力室(3.5)之间的喷油管(6)中设置了一个第一2/2换向阀(MV1)，并且设置了一个第二2/2换向阀(MV2)，它的输入端通过一个输入管(7)与喷油管(6)在第一2/2换向阀(MV1)及压力室(3.5)之间的一个位置上连接，它的输出端通过一个输出管(8)与燃料压侧相连接。
2.根据权利要求1的喷油装置，其特征在于在第二2/2换向阀(MV2)及燃料低压侧之间的输出管(8)中设置了一个单向阀(9)。
3.根据权利要求1或2的喷油装置，其特征在于在喷油针(3.1)的与其针尖背离的轴向平端上轴向延伸地固定有一个活塞(3.3)，它最好与喷油针(3.1)为一体地连接，该活塞以其背离喷油针(3.1)的轴向端伸入到一个室(3.6)中，该室相对于容纳喷油针(3.1)轴向平端的双料喷嘴(3)的室(3.2)形成耐压地密封，并由在共用油轨压力存储器(2；20；30；40)中的高压加载。
4.根据权利要求3的喷油装置，其特征在于容纳喷油针(3.1)的轴向平端的室(3.2)通过一个通气管(5)与燃料低压侧相连接。
5.根据以上权利要求中一项的喷油装置，其特征在于在共用油轨压力存储器(20；30；40)传导压力的一端设有一个隔膜(21.1；41.1)，该隔膜的一侧被在共用油轨压力存储器(20；30；40)中的高压加载，它的另一侧在共用油轨压力存储器(20；30；40)中压力变动时直接或间接地使添加液由一个蓄液箱(25)出来并且最终输送到通到双料喷嘴(3)的添加液管(15)中。
6.根据权利要求5的喷油装置，其特征在于隔膜(21.1)背离共用油轨压力存储器(20；30)高压的另一侧与一个杠杆机构(22)相连接，该杠杆机构在隔膜(21.1)相应移动时可以驱动一个泵活塞(23.1)，该泵活塞输送来自蓄液箱(25)的添加液。
7.根据权利要求6的喷油装置，其特征在于在从蓄液箱(25)至泵活塞(23.1)的管路(29)中设置了一个向前输送泵(26)用于通过大距离和/或克服大地落差地输送添加液，由管路(29)分支出流向双料喷嘴(3)的添加液管(15)。
8.根据权利要求7的喷油装置，其特征在于在向前输送泵(26)与流向双料喷嘴(3)的添加液管(15)的分支点之间的管路(29)中设置了一个单向阀(27)。
9.根据权利要求8的喷油装置，其特征在于在通向双料喷嘴(3)的添加液管(15)上设置了一个流向蓄液箱(25)的、带有一个过压单向阀(28)的过压管，该单向阀在添加液管(15)中超过相应阈值压力时打开并使添加液管(15)直接地与蓄液箱(25)连接。
10.根据权利要求6至9中一项的喷油装置，其特征在于设置了一个用于调节杠杆机构(22)并由此调节由泵活塞(23.1)移动的活塞排量的调节机构。
11.根据权利要求10的喷油装置，其特征在于调节机构由一个电机(24.3)驱动。
12.根据权利要求11的喷油装置，其特征在于电机(24.3)驱动一个丝杠(24.2)，该丝杠被安置在一个可纵向移动的滑块(24.1)中，在滑块上可转动地支承着杠杆机构(22)的一个杠杆。
13.根据权利要求5至12中任一项的喷油装置，其特征在于隔膜(21.1；41.1)通过一个壁块(21.2)压力密封地夹紧在共用油轨压力存储器(20；30；40)中，其中壁块(21.2)具有一个节流孔(21.3)，根据压差方向使燃料通过该节流孔被压入或流出在隔膜(21.1；41.1)与壁块(21.2)之间的室(21.4)。
14.用于操作根据权利要求10至13中一项的喷油装置的方法，其特征在于测量出现在共用油轨压力室(20；30；40)中的压力变动并由此根据隔膜的识别及对待输送的添加液的当前需要向调节机构发出控制指令。
15.用于操作根据权利要求10至13中一项的喷油装置的方法，其特征在于测量泵活塞(23.1)的瞬时行程，及由此根据隔膜的识别及对待输送的添加液的当前需要向调节机构发出控制指令。
16.根据权利要求6至13中一项的喷油装置，其特征在于设置了另一个容纳处于压力下的添加液的共用油轨压力存储器(32)，它通过一个2/2换向阀(MV3)与通向双料喷嘴(3)的添加液管(15)相连接，并通过一个单向阀(31)与隔膜驱动的泵活塞(23.1)的输出侧相连接。
17.根据权利要求5的喷油装置，其特征在于设置了另一个容纳处于压力下的添加液的共用油轨压力存储器(42)，它通过一个2/2换向阀(MV3)与通向双料喷嘴(3)的添加液管(15)相连接并通过一个单向阀(31)与输送添加液的隔膜(41.1)的输出侧相连接。
18.根据权利要求16或17的喷油装置，其特征在于用于添加液的该另外的共用油轨压力存储器(32；42)最好与用于燃料的共用油轨压力存储器(30；40)作成一体。
19.根据权利要求16至18中一项的喷油装置，其特征在于在添加液导管(15)中的2/2换向阀(MV3)与在喷油管(6)中的第一2/2换向阀(MV1)在结构上相同。
20.根据权利要求16至19中一项的喷油装置，其特征在于在添加液管(15)中的2/2换向阀(MV3)在时间上依次地用于对一组多个双料喷嘴(3)供液。
21.根据权利要求16至20中一项的喷油装置，其特征在于用于添加液的该另外的共用油轨压力存储器(32；42)通过一个恒压调节阀(33)与用于添加液蓄液箱(25)相连接并且第二2/2换向阀(MV2)通过另一个恒压调节阀(43)与燃料低压侧相连接。
全文摘要
一种喷油装置,具有充入高压燃料的共用油轨压力存储器(2)及一个双料喷嘴(3),它用于向内燃机喷入燃料及附加燃料,该装置包括:一个设在共用油轨压力存储器(2)及包围双料喷嘴(3)的喷油针(3.1)的压力室(3.5)之间的喷油管(6)中的第一2/2换向阀(MV1);及一个第二2/2换向阀(MV2),它的输入端通过一个输入管(7)与喷油管(6)连接在第一2/2换向阀(MV1)及压力室(3.5)之间的一个位置上,它的输出端通过一个输出管(8)与燃料低压侧相连接。由此可用价格便宜的2/2换向阀来取代通常使用的技术成本贵的3/2换向电磁控制阀。同时能够使对一组喷嘴的添加液定量由一个单一的定量阀完成。
文档编号F02M43/02GK1242822SQ98801576
公开日2000年1月26日 申请日期1998年9月18日 优先权日1997年10月22日
发明者曼弗雷德·劳夫, 霍斯特·哈恩道夫 申请人:罗伯特·博施有限公司