用于内燃机燃料喷射系统的、带有控制室 压力增高功能的喷射器的控制阀 技术水平
本发明涉及一种权利要求1所述种类的用于内燃机燃料喷射系统喷射器的控制阀及并列独立权利要求15所述的内燃机燃料喷射系统的喷射器。
随着技术的发展，人们试图将喷射器的控制阀及喷射器本身造得尽可能紧凑并同时实现短的闭合所用时间。由EP 0 740 068 A2公开过一种喷射器，其中，控制室由喷嘴针的一个端面构成边界。由此可获得紧凑的结构。不过，喷嘴针的闭合速度由于采取该措施而降低，因为沿喷嘴针的闭合运动方向的液压力过补偿不能实现。
本发明的目的在于，提供一种用于喷射器地控制阀，它结构紧凑，并且可以使喷射嘴的闭合速度高。
按照本发明，上述目的将通过一个用于内燃机燃料喷射系统喷射器的控制阀来达到，它具有一个壳体，其中，该控制阀具有一个控制元件并由一个执行元件操纵，借助该控制阀，可在一燃料回流路和喷射器的一控制室之间形成液压连通，在此，控制元件与一个高压活塞(Druckkolben)作用连接，在达到控制阀的一个开关位置之前高压活塞使控制室与控制阀液压上分隔开，该开关位置使控制室与控制阀液压上分隔开，其中，控制阀直至到达该开关位置的其余控制行程用于借助高压活塞使控制室压力增高。
本发明的优点：
本发明的控制阀具有以下优点，即借助控制阀控制运动的一部分在控制室内作排挤功(Verdraengungsarbeit)并因此通过控制运动提高控制室内的压力。借此，在控制阀闭合时，在控制室内获得更陡的压力提高，因此使作用于喷嘴针上的闭合力也有更陡(快)的提高。闭合所用时间因此缩短。由于闭合所用时间缩短，可更精确地配量预喷射量。主喷射的控制也更精确并有更大的自有度。
在本发明的一拓展形式中，控制元件和壳体的一个孔构成一个环形腔，它的第一端与燃料回流路形成液压连接，而其第二端与控制室形成液压连接，控制元件可借助一个在第一导向孔内被导向的推杆轴向移动并具有将环形腔与控制室密封的结构。在一可选择的实施形式中，控制元件具有用来将环形腔与燃料回流路密封的结构，因此，本发明的控制阀可在两位两通(2/2)-控制阀或三位两通(2/3)-控制阀的基础上实现。
在本发明的一拓展形式中，高压活塞在控制元件的背离推杆一端与之相连，与第一导向孔同轴心地在环形腔的相反端设有一个带有控制边棱的第二导向孔，而该第二导向孔从控制边棱起可由高压活塞封闭，因此，控制室内的排挤功以更简单和有效的方式与控制阀的控制运动耦合。
在本发明的另一实施形式中，用来将环形腔与燃料回流路密封的结构和/或用来将环形腔与控制室密封的结构分别具有一个与推杆的纵轴线同轴心设置的截锥形密封锥体，因此，在控制阀的整个寿命期间，可获得好的密封效果。
在本发明的另一拓展形式中，孔与控制室及燃料回流路之间构造了密封面，它们与将环形腔与控制室密封的结构和/或将环形腔与燃料回流路密封的结构配合作用，因此使密封面结构简单和节省空间。
在本发明的另一实施形式中，设有一个闭合弹簧，它沿执行元件的操纵方向作用于控制元件上，因此在系统压力不足的情况下，也能使控制阀始终处于一个确定的开关位置。
在另一实施形式中，壳体作为两件式构成，因此使制造和安装更简单。
在本发明的拓展形式中，控制阀是三位两通(2/3)-控制阀，因此，最小预喷射量的测定被改进，同时，大的主喷射量成为可能。
在本发明的另一实施形式中，推杆的背离控制元件的端面和一个由执行元件操纵的活塞构成一个液压变换器的由液体填充的压力室的边界，因此，执行元件的控制行程和控制力可适应本发明的控制阀和喷射器的要求。
在本发明的另一拓展形式中，执行元件为压电执行元件，因此，可确保大的调节力和快速响应。
在本发明的另一实施形式中，控制元件是旋转对称的，尤其是基本上呈圆柱状，或者，控制元件设置成球形，用来将环形腔与燃料回流路密封的结构和/或用来将环形腔与控制室密封的结构是在球表面上伸展的密封线，因此，可根据运行条件提供适合的控制元件。
在本发明的另一拓展形式中，燃料喷射系统为同路(Common-Rail)喷油系统，因此，本发明控制阀的优点还得益于该喷射系统。
按照本发明，开头所述的目的还可通过这样一个内燃机燃料喷射系统的具有一壳体的喷射器来达到，该喷射器具有一个由一执行元件操纵的控制阀，其中，借助该控制阀可在一燃料回流路和喷射器的一控制室之间形成液压连通，在此，控制阀为按照上述权利要求之一所述的控制阀。该喷射器具有前面所述的本发明优点。
在本发明的另一拓展形式中，控制室由喷嘴针的一个端面构成边界，因此，喷射器的结构特别紧凑，本发明的喷射器的闭合所用时间特别短。
图示：
其它优点和优选实施形式在下面的说明、附图和权利要求中给出。
图1.喷射器示意图；
图2.本发明控制阀的一个实施形式的截面图；
图3.本发明两种实施形式的控制室内压力曲线及相应的控制阀位置。
【具体实施方式】
图1示出了一个本发明喷射器1。借助一个未示出的高压接头，燃料通过一个输入通道5被输送到喷射嘴7并通过一个入口节流阀9被输入控制室11内。控制室11通过一个仅仅示意出的流出通道与出口节流阀13相连，并通过一个示意示出的控制阀15间接地与一个燃料回流路17相连。
控制室11由一个喷嘴针19构成边界。喷嘴针19阻止处于压力下的燃料在喷射间歇时流入未示出的燃烧室内。喷嘴针19具有从较大直径25变成小直径27的变化截面23。喷嘴针19借助其较大直径25在一壳体29中被导向。变化截面23构成喷射嘴7的压力室31的边界。
在出口节流阀13关闭时，作用于喷嘴针19端面33上的液压力大于作用于变化截面23上的液压力，因为喷嘴针19的端面33大于变化截面23的环形面。喷嘴针19因此被压在一个喷嘴针座35上并密封通往未示出的燃烧室的输入通道5。
当未示出的燃料喷射系统的高压泵因为马达停止而未被驱动时，未示出的喷嘴弹簧则关闭喷射嘴7，或者说关闭喷射器1。
当控制阀15打开时，燃料从控制室11流入燃料回流路。由此，控制室11内的压力下降，作用于喷嘴针19的端面33上的液压力下降。一旦该液压力小于作用于变化截面23上的液压力时，喷嘴针19打开，燃料因此可以通过喷射嘴7的未示出的喷射口到达燃烧室。喷嘴针19的这种通过液压功率放大系统(Kraftverstaerkersystem)的间接控制是必要的，因为，为快速打开喷嘴针所需的大的力不能由控制阀15直接产生。在此，附加给喷入燃烧室内的燃料量所需的所谓“控制量”通过入口节流阀9、控制室11和控制阀15进入燃料回流路17。
除控制量外，在喷嘴针导向结构处还存在泄漏。控制量和泄漏量通过燃料回流路17重新流回未示出的燃料箱。在喷射间歇时，控制阀15关闭，因此喷射嘴7关闭。控制阀15由一个示意出的执行元件37操纵。在控制阀15和执行元件37之间可以有一个未示出的液压增压器。
图2示出了本发明控制阀15的一个实施形式。在壳体29内，设有一个孔41。与孔41同轴心地设有一个第一导向孔43。在孔41内安置了一个控制元件45，它具有一个凸缘47、一个高压活塞49及一个第一密封锥体51和一个第二密封锥体53。孔41和凸缘47构成一个环形腔54。通过合适地确定环形腔54的尺寸，它可起到出口节流阀的作用。与控制元件45相连的推杆55在第一导向孔43内被导向。高压活塞49设在控制元件45的与推杆55相反对置的一侧。
在环形腔54和带有出口节流阀13的流出通道之间设有一个作为阶梯孔构成的第二导向孔59。第二导向孔59的台阶是一个与高压活塞49配合作用的控制边棱61。当高压活塞49移入第二导向孔59内如此远，即它的较大直径到达控制边棱61时，控制室11和燃料回流路17之间的液压连通被断开。
在孔41和第二导向孔59之间的壳体29内设有一个第一密封座63，它可以与第一密封锥体51一起使环形腔54与控制室11液压上分隔开。第二密封锥体53可以与一个设在孔41和燃料回流路17之间的第二密封座65一起使环形腔54与燃料回流路17液压上分隔开。
控制室11内设有一个喷嘴弹簧67，它用来使喷射嘴7即使在燃料压力不足时仍保持关闭。
控制阀由一个未示出的、作用于推杆55上的执行元件操纵。
一个关闭弹簧75一端支撑在壳体29的一个台阶77上，而另一端通过一个止动环79支撑在推杆55上。借助该关闭弹簧75可确保，控制元件45即使在控制室11内压力不足时也被置于第一开关位a。此外，执行元件仅仅承受压力载荷，采用压电执行元件时，这一点尤其重要，因为这类执行元件仅仅在压力载荷下才工作可靠。
本发明控制阀15可被用作两位两通-控制阀或三位两通-控制阀。下面将首先说明具有三个开关位的本发明控制阀的作用方式。
在第一开关位a，第二密封锥体53座置在第二密封座65上，燃料回流路17与环形腔54在液压上分隔开。
在第二开关位b，第一密封锥体51座置在第一密封座63上，控制室11与环形腔54在液压上分隔开。
在两个开关位a和b，控制室11和燃料回流路17在液压上分隔开，即喷射嘴7关闭。
在从第一开关位a到第二开关位b的过渡中，在控制室11和燃料回流路17之间有短时间的液压连通，即控制室11内的压力至少部分骤降，而喷射嘴7短时间打开。短时间的打开被用来预喷射。预喷射量和持续时间可通过执行元件和带有出口节流阀13的流出通道及环形腔54的设计参数以高重复精度设计确定。
在所述的从第一开关位a到第二开关位b的过渡中，所实现的阀行程c的特征是，高压活塞49和控制边棱61使控制室11相对于燃料回流路封闭。在其余的直到达到开关位b的阀行程中，高压活塞49相对于控制室11所起的作用和活塞泵的活塞一样并提高了控制室11内的压力。通过这种压力提高，作用于喷嘴针19上的闭合力也变大，这导致闭合所用时间(Schliessdauer)缩短。
在第三开关位d，控制元件45处在一个中间位，在此，第一密封锥体5 1和第二密封锥体53都不支承在第一密封座63或第二密封座65上。喷射基本上与控制阀15处在开关位d上的时间间隔同步地实现。
如果本发明的控制阀15被运行作为两位两通-控制阀，它在喷射间歇时处于开关位b。通过使控制阀15短时间在开关位d，紧接着又重新到开关位b，而使得预喷射被进行。主喷射以同样方式进行，其区别仅在于，喷射嘴7的打开时间更长。
在该运行方式中，喷嘴针19的闭合所用时间不仅在预喷射后、而且在主喷射后都以上述方式借助高压活塞49而缩短。
图3示出了控制阀15的开关位及阀行程、喷嘴针19的行程81和控制室11内的压力p之间的关系。
图3a示出了控制室11内压力p随时间t的变化。图3b中给出的是喷嘴针19的行程81的时间曲线，而图3c和3d给出的是控制阀15的相应开关位。在图3c中，控制阀15作为2/3-阀被操纵，而在图3d中，控制阀15作为2/2-阀被操纵。
接下来，首先说明2/3-控制阀15的作用方式。控制阀15被执行元件控制从图3c中的第一开关位a移入开关位d。结果，控制室11内的压力p从PHD(见图3a)骤降。一旦压力低于P0，喷嘴针19则离开喷嘴针座35，喷射开始。该过程从图3a和3b一起看更清楚。
喷射结束时，控制阀15的控制元件45进入一个图3c中用e表示的开关位。在该开关位，发生从控制室11到燃料回流路17的燃料流在高压活塞49与控制边棱61之间的节流，由此，在控制室11内的压力P被提高，如由图3a可见的那样。
当控制室11内的压力P足够高时，控制元件45被移入第二开关位b。一旦控制阀15到达阀行程c，高压活塞49在控制边棱61上将控制室11相对于燃料回流路17封闭，高压活塞49象活塞泵一样起提高控制室11内压力的作用。开关位e和阀行程c彼此紧邻，因此，它们在图3c选取的分辨率中几乎一致。高压活塞49的排挤功以阴影面83的形式在图3a中示出。实线85示出了现有技术的控制阀的压力曲线，而虚线87示出了本发明控制阀15的压力曲线。
通过控制室11内压力增高而实现的喷射器闭合所用时间的缩短可从图3b看出。实线89示出了现有技术的喷射器的喷嘴针的闭合运动，而虚线91示出了本发明喷射器1的喷嘴针的闭合运动。通过控制室11内压力增高而实现的喷射器闭合所用时间的缩短在图3b中用93表示。
在两开关位a和b之间的过渡期间，喷嘴针19略微打开，而预喷射量被喷入燃烧室。为了能增加预喷射量，控制阀15在预喷射期间也要短时间保持在开关位d。
图3中未示出的主喷射通过将控制阀从第二开关位b调节到开关位d实现，该开关位一直保持到所需要的喷射量被喷完。此后，主喷射结束，这是因为控制阀被置于第一开关位a。根据这一过程，本发明控制阀还具有其它明显优点，即执行元件仅仅在从第一开关位a过渡到第二开关位b时才必须克服控制室11内压力做功，因此，需要的驱动能很小。此外，在过渡期间降低的控制室内压力导致很小的功率要求。
当控制阀15作为2/2-控制阀运行时，喷射在控制阀15从图3d中的开关位b被带入一个中间位f上时进行。随着阀行程c的超过，控制阀15打开，而控制室11内的压力骤降。当控制阀15从中间位f重新移入开关位b时，喷射结束。随着到达开关位c，高压活塞49在控制边棱61上将控制室11相对于燃料回流路17密封并如同活塞泵一样起到增高控制室11内压力的作用。排挤功在图3a中用阴影线83示出。实线85示出了现有技术的控制阀的压力曲线，而虚线87示出了本发明控制阀15的压力曲线。
所有在说明书中和后面的权利要求书中提到的以及在图示中示出的特征，无论是单独的还是任意组合，均属本发明范畴。