具有可变化的喷射压力曲线的燃料喷射装置 【技术领域】
本发明涉及一种如在高压喷射系统中的具有可变化的喷射压力曲线的燃料喷射装置，它可用于内燃机的燃料供给。
现有技术
EP 0 823 549 A2涉及一种用于喷射燃料的喷射器装置。一个衔铁元件既操纵一个排出阀，也操纵一个调节控制腔内压力的控制针阀。在控制腔被供给高压燃料的情况下，控制件上被施加一个力，该力支持压力弹簧的力。排出阀和控制针阀通过一个共用构件的电磁控制而被控制。在从现有技术公知中的这种解决方案中，控制针阀和控制针阀的上侧面是控制室的部件并且这样确定其尺寸，使得控制针阀总是基本上压力平衡。在由EP 0 823 549 A2所选择的装置中得知，控制部分元件，即喷射阀上的控制件和针阀可以根据相应的流量水平被控制，其中，必需一个较低的第一流量水平用以操组第一控制元件。在此，针阀通过机械耦合被部分操作。通过一个较高的第二流量水平，针阀被完全操作。现有技术的这种解决方案的问题在于，必须精确遵循调节参数。
从现有技术中公知多种解决方案，在这些方案中，燃料体积的一部分通过一个被轻微开启的控制阀再溢出去，通过此，形成喷射压力曲线。这种方法以CCRS(Current Controlled Rate Shaping，液流控制率成形)的名称被公知。
从现有技术中公知的另一种用于控制喷射压力曲线的方案是，通过控制阀的行程控制压力。
发明描述
在本发明地解决方案中，通过有利地分别配置控制阀，可以较省事地这样调整控制阀，使得通过操纵喷射器控制阀可以相应于预先给定的值形成喷射压力曲线。关于预先喷射、带有引导阶段(Bootphase)的压力形成阶段、压力极限以及溢出率(Absteuerrate)的对于喷射很重要的参数，可以可变化地根据使用目的预先给出。由于压力形成阶段期间的引导压力可以与喷嘴的设计参数、喷射器内的泵活塞直径以及凸轮轴设计参数无关地确定，所以该喷射器一泵装置可使用于不同的发动机配置，因为在一个喷射器上对于各个喷射过程很重要的参数可以根据每个内燃机的应用情况按照特定的参数预先调整。
控制阀彼此相邻地安置和高压管路在它们之间延伸允许喷射器具有很节省结构空间的结构形式。由于执行元件操纵控制阀，预先喷射压力和起控速率可以与内燃机转数和负载力矩无关地变化，由此，可以在宽的范围内预先确定每个所希望达到的喷射压力曲线的形成。被容纳在喷射器壳体内的执行活塞的制造公差可以被提高，从而可实现该构件较低成本的制造。
由本发明所建议的解决方案得到的另一个优点在于，这些控制阀可以逆着对它们施加不同力的弹簧方向被移动回到其各自的阀座中。由此可以实现密封，从而可以在很大程度上无损失地实现压力形成阶段(引导喷射)，因为控制阀座上的密封作用阻止了延缓压力形成的泄漏损失。
为了实现分别与各种发动机配置相适应的预先喷射，第一控制阀被移动到其最终位置中。通过关闭第二控制阀实现对主喷射的控制，通过第二控制阀，也可这样实现压力限制，即，第二控制阀被移动到一个部分开启的位置中。燃料的一部分可以被排出到一个蓄油箱中，从而可以保护喷射器内泵元件免受过大的负荷。此外，由此还可达到较高的凸轮速度并从而在较低转数和较小负载力矩下达到压力的提高。
附图
下面参照附图对本发明进一步解释。
图示为：
图1带有两个集成在一体中的控制阀的喷射器结构示意图；
图2控制阀组成部分的放大图，这些控制阀通过一个耦合室与喷射器的喷射壳体内的压力室连通；
图3控制阀、高压管路和执行活塞的空间布置示意图；
图4执行元件和控制阀的控制顺序以及由此产生的喷射压力曲线的描述；
图5带有被容纳在其壳体内的控制阀的喷射器。
实施方案
图1给出一个喷射器结构示意图，该喷射器具有两个集成在喷射器壳体内、可通过一个唯一的执行元件操纵的控制阀。
在此只示意性示出的喷射器1包括一个喷射器壳体2，在其朝向内燃机的端部中容纳有一个喷嘴3。喷嘴3借助一个从控制室6延伸出来的喷嘴针4被封闭。一个高压管路5通到控制室6中，该高压管路通过喷射器壳体2的内部延伸并且与由一个执行活塞12加载的压力室13相互连通。喷嘴针4在远离喷嘴3的端部上被一个蓄能器7加载。蓄能器7例如作为螺旋弹簧构成，其被喷射器1的壳体2包围。
通过两个集成在高压管路中的控制阀8和10实现喷射压力控制。第一控制阀8的低压侧与第二低压区域17连通，而第二控制阀通过一个定压阀14或一个节流元件与一个第一低压区域16连通。通过一个弹簧元件15或者定压阀14上的一个任意其它构造型式的调节元件可以调节第二控制阀10的低压区域16内的开启压力，由此，通过第二控制阀10可以调节压力室13被执行活塞12施加的压力负载。这样，燃料可以通过部分开启的第二控制阀10排出，从而，被装入喷射器壳体2内部的机械部件的载荷极限不会被超过。
两个分别与控制阀8、10对应配置的弹簧元件31或32允许预先调整两个控制阀8或10的操作压力。两个控制阀8、10的操作压力最好选择得比较低，以使控制阀8或10几乎不受力。在此满足：
控制阀10的工作容积<控制阀8的工作容积。
在图1中示意性示出的结构中，两个控制阀8、10处于开启状态，就是说，燃料可以沿所示箭头方向分别流出到第二低压区域17中以及在超过所调定的压力时通过定压阀14流出到第一低压区域16中。
两个控制阀8及10被优选作为压电执行元件构成的执行元件11操纵，如果两个控制阀8及10克服压力弹簧31，32的作用力被移到下面的位置中，则通过高压管路5将对喷嘴针4加载的控制室6与压力室13内处于最高压力下的储备燃料连通。
图2以放大图形式示出了喷射器内的组成部分，它们通过一个设置在喷射器壳体内的耦合室9相互连接。
控制阀8及10分别包含一个控制件，该控制件优选圆柱形构成。第一控制阀8的控制件截面、即面积A1大于第二控制阀10的控制件截面积A2。两个控制阀8，10的两个控制件都伸入由执行元件11加载的耦合室9内。第一控制阀8与一个低压区域17连通，燃料可由第一控制阀8流出到该低压区域内。多余的燃料从第二控制阀10流出到第一低压区域16中。两个控制阀8，10分别包含以不同弹性常数构成的蓄能器31，32，借助这些蓄能器产生与各种阀功能相适应的弹簧力F1，F2。
如果耦合室9、管路和耦合通道9.1通过控制阀10被相互连通，则形成一个通道系统，通过例如第二控制阀10的部分开启可以实现该系统的卸压。定压阀14可以连接在控制阀10前面，借助它调整引导阶段的压力。这样，可以在定压阀14上调整喷射器壳体2内的机械部件的最大允许负载压力，该定压阀14被安置在出流区域内通到一个贮存箱、如油箱中。基本竖直延伸的高压孔18被容纳在两个控制阀8及10之间，高压孔18将处于极高压力下的燃料导送到从喷射器壳体2伸入到内燃机燃烧室中的喷嘴3上。从图3中看出两个控制阀8及10的空间布置以及高压孔18的走向。
通过在示意性俯视图中示出的执行活塞11构成耦合室9(对照图2)，从耦合室9中分支出对耦合室9施加压力的管路9.1，管路9.1本身可看作耦合室9的一部分。所示出的控制阀8，10两个活塞面都进入到耦合通道9.1中，活塞面通过被压电执行元件11加载的压力室13被作用以高压燃料。
高压孔18被设置成在两个控制阀8，10之间延伸并且允许喷射器1的喷射器壳体2结构特别紧凑。以虚线示出分别包围控制阀8或10的控制腔，同样示出从第二控制阀10通向第一低压区域16的出流管路，第二控制阀10的活塞比第一控制阀8的活塞具有更小的活塞面积A2。
图4示出执行元件的操纵顺序、控制阀各自的行程运动，绘制在时间轴上，和由此得到的喷射压力曲线，绘制在时间轴上。图4示出五个上下安置的曲线图，它们示出各个行程运动、压力以及所产生的喷射压力曲线，绘制在时间轴上。时间轴可以被分成一个预先喷射阶段25、一个压力形成阶段26和一个压力下降阶段30。因此，在耦合室9，9.1中出现在位于其下面的曲线图中给出的压力曲线21，它同样可被分成一个与预先喷射对应的第一压力上升阶段和一个接在此后的与主喷射相对应的另外的压力上升阶段。
在这下面的两个分别被标以参考标号22，23的曲线图中，给出两个控制阀8，10的行程长度。从曲线图22可看出，通过喷射阀8不仅控制预先喷射25，而且进行一部分主喷射。主喷射要求较长的时间间隔，以将必需的燃料量喷入内燃机燃烧室内。在最下面的曲线图24中(上面的曲线)示出的喷嘴针行程在主喷射期间保持恒定，从而，燃烧所必需的燃料体积只能在一个较长的时间间隔上被运送到、即喷入到燃烧室中。
在曲线图23中在时间轴上绘出第二控制阀10的控制件行程长度。第二控制阀10在预先喷射阶段25期间保持完全开启。在主喷射将近结束时第二控制阀10才闭合，这样，其有助于在主喷射将近结束时提高喷射压力，对照曲线图24。通过比较描述控制阀8，10的行程长度的两个曲线图22，23，可以导出曲线图24所示的喷射压力曲线，前提是，喷嘴针行程4恒定，如图示那样变化并且由一个在预先喷射25开始时的开启运动和喷嘴针4在曲线图24所示时间间隔上的主喷射期间的喷嘴针4开启组成。通过执行元件11操纵控制阀8，10使得可以根据内燃机配置个别地确定预先喷射和主喷射的开始和结束。压力形成阶段(引导阶段)可以根据应用情况个别地预先调整。此外，喷射压力曲线可以通过有目的地操纵第二控制阀10在主喷射将近结束时被大大提高。
如上所述，此外还存在这样的可能性，即，为避免喷射器1压力过载，可以借助为第二控制阀10的出流区域对应配置的定压阀14调整和改变多余燃料的起控速率。
在图5的描述中示出一个紧凑构造的喷射器，在其喷射器壳体中集成有一个定压阀，该定压阀与一个控制阀对应配置。
图5所示喷射器1包括一个喷射器壳体2，在其上面的部分内装入活塞12，活塞12伸入泵室13内。高压管路5从喷射器壳体2内的泵室13起延伸，通向喷嘴3的控制室6，喷嘴3可借助喷嘴针4被封闭和开通。喷嘴针4本身由一个被喷射器壳体2包围的压力弹簧7加载。在此只示出控制阀8，10中的一个，为它们对应配置一个定压阀14，它通过喷射器壳体2内的孔27与第一低压区域16连通，多余的、为限制压力而被排出的燃料又被导回到贮油箱内。在喷射器壳体2的相对的侧面上设置有一个孔27，通过该孔，多余的燃料可以被导送到一个第二低压区域17，16。
在图5所示的结构中，喷射器1的喷射器壳体2例如多级式构造，其中，通过对中元件28及29可以保证，在喷嘴针4的区域内构成喷射器壳体2的构件被确保具有一个避免泄漏损失的结构。
参考标号
1喷射器 2喷射器壳体
3喷嘴 4喷嘴针
5高压管路 6腔室
7压力弹簧 8第一控制阀
9耦合室 9.1耦合通道
10第二控制阀 11压电执行元件
12活塞 13泵室
14定压阀 15弹簧
16第一低压区域 17第二低压区域
18高压孔 19执行元件行程曲线
20活塞12的行程曲线 21耦合室内压力曲线
22第一控制阀行程曲线 23第二控制阀行程曲线
24喷射压力/喷嘴针行程 25喷射阶段
26压力形成阶段(引导阶段) 27壳体孔
28对中元件 29对中元件
30压力下降阶段 31第一蓄能器(F1)
32第二蓄能器(F2)