燃料喷射系统 本发明是关于带有一个压力供应装置的内燃机的一种燃料喷射系统。在EP-B1-0375928中公开的这样一种系统中，燃料通过一个分配喷射泵而被送至高压下，并被输送到工作腔。对此在每一次喷油过程之前，阶梯式活塞通过燃料喷射阀在整体上以可能的途径克服调整力而进行调整。为了控制喷油开始和燃料喷射量，将用作电气式控制阀的阀门安置在工作腔的降压管道中。靠该阀门的开启，阶梯式活塞能在高压挤出燃料的情况下进行推动，并开始喷油过程。通过电控制阀的重新闭合，结束该喷油过程。这种结构需要一个快速工作的磁阀，以便能够准确控制喷油开始以及在高转速情况下的燃料喷射量。对此认为有以下不利，磁阀需要确定的、但与内燃机转速无关的开启与关闭时间，以致靠增大的转数和变得更短的用于喷油过程的时间，对此而言，需占用较多的角度秒(winkelsekunden)的磁阀接通导致了计量的不准确性。另外，如此一种快速工作的磁阀控制费用很高。
按照本发明，提供一种上述的燃料喷射系统，其特点是，工作腔通过一个朝工作腔方向开启的附加的单向止回阀与压力供应装置相连接，此处由压力供应装置输送的燃料的压力，可以靠一个介于工作腔与附加地单向止回阀之间起分流作用的控压阀来控制，并且介于在降压管道中的阀门与附加单向止回阀之间安装一个节流阀。用该系统能够以简化的方式控制燃料的施用。例如有小体积、快速运转的两冲程内燃机，其中被喷射的燃料量非常小，如每冲程将近1mm3。在通常的燃料喷射系统中，这个数量落在冲程至冲程燃料量控制的或者调节公差的或制造公差的范围内，通常的燃料喷射系统有一个泵、一个管道和一个喷射器。尤其对于仅有一个汽缸的内燃机而言，按本发明的方法得到一种简单、节约费用的结构。借助于控压阀，燃料压力可在10～30bar的范围内变动，尤其是在按照权利要求3的结构中。因此，尤其依赖于内燃机的负荷，产生了一个随负荷而增大的压力，以致阶梯式活塞靠增大的压力而克服弹簧的作用，进而偏移到不同的距离。随着这种偏移，产生了一种由工作腔降压而导致的、阶梯式活塞适当的输送行程。对此，电控制阀按照本发明仅控制喷油开始的时刻。
另一有利的结构是按专利权项4设置的节流阀。由此避免了在填充工作腔时的脉冲式振荡，这一点提高了计量准确度，并最终在被打开的电阀门处避免了以下情况，当燃料喷射系统例如由一个高压(HD)-存储器供应燃料时，过多的燃料量流经工作腔和电控制阀门。而且特别有利的是，控压阀特别是机械上可调的，并可以通过一种机械动作对进入控压阀的燃料喷射量根据所希望的负荷而进行调整。由此避免了一笔用于这种阀门的电控制的可观费用。这种机械控制也能够通过液压实现。
在按本发明另一有利的结构中，对燃料喷射量控制作了如下的简化，控压阀维持一个基本上恒定的压力，且阶梯式活塞的偏移不是通过可变的压力，而是通过一个可调的制动器来确定。这样的一种可调制动器能够以有利的方式作机械上的调整，这一点大大地降低了用于控制燃料喷射系统的费用。
最后，燃料喷射系统在本发明的一个进一步结构中做了这样的改进，以致此处可以避免在从工作腔引出的降压管道中使用磁阀，而用一个简单的压力极限安全阀取而代之。为了控制单一的喷油过程，在此以有利的方式，采用了一个被驱动的阶梯式活塞的输送特性，该阶梯式活塞与被驱动内燃机的转数同步，或者与必需的喷油冲程同步，该阶梯式活塞自身以其输送特性曲线确定喷油开始。在与节流阀的连接中，在阶梯式活塞的输送开始时产生了一个取决于转数的升压，并因此以增大的转数将喷油开始时间提前了。
图示：
本发明的三个实施例在图中绘出，并在随后的叙述中详细解释。
图1所示为本发明的第一实施例，有一个取决于负荷与/或其它内燃机驱动参数的、被控制的控压阀；
图2为本发明的第二个实施例，有保持恒压的控压阀和一个取决于负荷的、可调的行程制动器；
图3为本发明的第三个实施例，有恒定地可调的控压阀、一个可变的行程制动器并特别有一个活塞泵，该活塞泵用于与工作腔的降压管道中的一个压力极限安全阀相连接的压力供应；
图4a至4e为解释图3中实施例工作方式的运动曲线。
按图1的本发明的第一实施例展示了一个作为燃料喷射系统的压力供应装置的燃料输送泵1，其输送压力调整为必需的喷油压力，并能处于例如30～40bar的数量级。对此可能选用例如一个单塞式输送泵或者还用其它的置换泵，作为燃料输送泵，这些泵处于产生适当的燃料压力的位置上。在此这些泵也能够向一个压力畜积器中输送，根据需要将燃料从压力蓄积器中提取出来。泵从一个燃料储备容器2中吸取燃料，再将其通过一个高压管道3输送到一个供给元件6，在高压管道3中有一个在此标为附加的单向止回阀的单向止回阀4，供给元件6由一个阶梯式活塞7和一个与此相连接的燃料喷射泵8组成。与朝着供给元件6的输送方向而开启的附加单向止回阀4下游，在高压管道3中布置了一个也朝着输送方向开启的单向止回阀10，单向止回阀10防止燃料从燃料喷射阀8的一个压力室11回流到高压管道3中。喷油嘴端12的尾部伸进燃料喷射系统的压力室11中，喷油嘴端12可借助于一个带圆锥形密封面15的阀门关闭弹簧传送到靠在燃料喷射嘴外壳的一个阀座16上的位置，密封面15在喷油嘴位于燃烧室侧面的出口旁。
按优选方式，阶梯式活塞7的一个直径较小的活塞部件18在阀门关闭端的对面伸入压力室中。该活塞18紧擦着将压力室11端面包围着的壁19而过，并穿过壁19，进入一个直径较大的活塞部件20。壁中直径较小的活塞部件18的导向装置做成了一个阶梯式孔的部件，阶梯式孔的直径较大的阶梯式孔部件21用作活塞部件20的紧密的导向装置。
该直径较大的活塞部件20在直径较大的阶梯式孔部件21中分离出一个位于活塞部件20的对面的环形端面上的工作腔25的降压室23，降压室23中安装了一个向阶梯式活塞施加荷载的压缩弹簧24。从该工作腔20引出一根降压管道26，它有一个电控制阀27，并通过该阀开启或关闭。另外工作腔25与一个连接管道30相连，连接管道30通向介于单向止回阀4与10之间的高压管道3。该连接管道有一个节流阀29。在附加单向止回阀4与10之间还导出一根降压管道31，降压管道31中安装了一个控压阀32，通过该阀32在附加单向止回阀4下游的压力被控制在一个由该控压阀维持的数值。
在此控压阀作这样的构造，由它所控制的压力能够优先地借助于一个机械动作而加以改变。这能够例如以简单的方式通过一个控制弹簧而实现，该控制弹簧的调整能够由内燃机操作人员进行改变。
用在此描述的燃料喷射系统，通过与控压阀32相连的燃料输送泵对燃料压力进行调整，该压力例如能够在10～30bar范围内变动。只要电控制阀27是关闭的，该压力也就在工作腔中起作用。对此被接入在工作腔25与高压管道3之间的节流阀防止压力脉冲可能波及工作腔。在工作腔中占优势的压力，靠控压阀32来做瞬时调整，引起阶梯式活塞以或大或小的量克服压缩弹簧24的力而发生移动。同时该压力也在压力室中占优势，在压力室中通过单向止回阀10、在阶梯式活塞克服弹簧力而进行的冲程运动中，燃料承受到同样的压力。这种压力小于用来克服阀门关闭弹簧14的力而打开阀门关闭端所需要的压力。
如果现在打开电控制阀，阶梯式活塞就能够以其首先克服弹簧24而提升的量重新返回。对此，压力室11中的压力有所提高，相应于被较小的阶梯式活塞部件18挤出的量的燃料将喷出。阶梯式活塞在压力室11中克服高压管道3中的压力而引起的压力变换和压力增加。单向止回阀10防止该压力可能下降而逸入高压管道3中。
在电控制阀27重新闭合的情况下，工作腔25根据控压阀所控压力用燃料填满，电控制阀也可以是一个与内燃机转数同步的机械控制阀。与靠活塞部件18缩回而扩大压力室11所需要的相同量通过单向止回阀10重吸进压力室11中。在电控制阀下一次打开时，就产生了同样的喷油过程。这种燃料喷射系统具有本质上的优点，即它用最小的量满足了电控制的需要。控压阀也可不用机械调整，如上所述，而用液压调整。电控制阀也可以用一个机械控制阀来代替。这样一种简单的燃料喷射系统适用于例如一种带微小气缸工作容积的小型单缸发动机的燃料供应，例如100cm3数量级的气缸工作容积和大约12000转/分钟的转数。这种内燃机也优先用作两冲程内燃机，燃料直接喷射进其燃料室。一边是阶梯式活塞7，另一边是喷油嘴8，二者紧密相邻而成的部分能够使系统的刚性很好，凭靠该系统也能够准确地喷射最少的燃料喷射量，而不会在长管道中产生空载体积损失。
图2以与图1基本相同的部件展示了一种作了更改的燃料喷射系统。因此这些部件摆放的位置号相同。与图1实施例不同，对应于控压阀32的控压阀132此时调节在一恒定压力。这种压力可为例如10bar数量级。此外与图1实施例不同的还有，在降压室23中安置了一个可调的制动器33，该制动器33限定了阶梯式活塞可能有的调节途径。按可调制动器的位置，在填充工作腔时，根据随后被喷射的燃料量阶梯式活塞7做或远或近的偏移。可调制动器也能够通过机械、液压或者电机如电动液压方式来调整，类似于控压阀32的控制。这种调整能够根据发动机操作人员所希望的转矩来实现，或者也可以顾及内燃机的其它参数。在本实施方式中，阀门27再次以其闭合状态而确定将工作腔填充到一个由可调制动器33预设的高度为止，并以其开启确定燃料经燃料喷射阀8的输送开始。对此，喷射量与被直径较小的泵送活塞部件18在阶梯式活塞的给定冲程中所挤出的燃料量是符合的。
图3中实施例作了一种进一步的简化。此处也安装了一个燃料输送泵35，它从燃料储备容器2中吸取燃料，并通过高压管道36送到燃料喷射阀38。在高压管道中又设置了若干个按顺序安装、朝燃料喷射阀方向开启的单向止回阀，其一为直接配置给燃料喷射阀的单向止回阀39，它位于通入燃料喷射阀38的压力室11的高压管道36的入口之前；另一为防止回流流向燃料输送泵的附加单向止回阀40。在单向止回阀39与40之间，以高压管道36上分接一个降压管道41，在降压管道41中又安装了一个控压阀42。
如同在上文中，燃料喷射阀旁边也安有一个阶梯式活塞47，阶梯式活塞47带有一个直径较大的活塞部件48和直径较小的部件49，此处阶梯式活塞47在一个适当的阶梯式孔中作密封式滑动，阶梯式孔由一个直径较大的阶梯式孔部件50和一个直径较大的阶梯式孔部分5组成。直径较小的活塞部件49通过直径较小的阶梯式孔部件51伸进燃料喷射阀38的压力室11中，并用直径较大的阶梯式孔部件50加上直径较大的活塞部件48在那里确定环形室53的边界，环形室53中安装了一个压缩弹簧54，压缩弹簧54在与压力室相背离的轴向方向上对阶梯式活塞47施加荷载并将其送至一个可调的制动器55旁。在本实施例中，制动器55伸进在直径较大的阶梯式孔部件50内的一个工作腔56中。在此靠直径较大的阶梯式活塞部件48的端面确定工作腔56的边界。工作腔56通过一个节流阀57与环形室53相连。在环形室与一个降压管道58保持相连的期间，工作腔56与介于单向止回阀39和40之间范围内的高压管道36保持相连，在降压管道58中安装了一个压力极限安全阀59。
在环形室53中以此压力极限安全阀限定压力的峰值如为5bar。
燃料喷射系统的工作方式这样的，此时的燃料供应泵是一个有明显输送行程的活塞输送泵。对此，由该燃料输送泵输送的燃料通过控压阀42限定在一确定值。不过在每一次泵送冲程的输送开始之前，工作腔56中压力有所下降，而且借此压力能够通过节流阀而施加到环形室53与压力极限安全阀59上。而且在这种情形下，阶梯式活塞47处在可调制动器55旁所标明的位置上。如果此时燃料输送泵35开始其输送行程，那么由其所输送的燃料所承受的压力低于通过控压阀而调整的压力。这种压力在工作腔56中起作用，并在此根据输送速率和输送压力的增大而迅速增大并移动阶梯式活塞47。于是浸在压力室中、直径较小的阶梯式活塞部件49在此引起喷油所必需的压力增加，如前述实施例。当用控压阀42调整的压力不再提高，或者当燃料输送泵的泵送活塞借助于冲程的转换不再向高压管道36中供应新的燃料时，阶梯式活塞的冲程就到了尽头。此后压力能够通过压力极限安全阀59重新降低到由压力极限安全阀59调整的压力，并因此阶梯式活塞47又运行返回到可调的制动器处。同时，压力室也能够通过止回阀39用在这里挤出的燃料重新灌满。在接下来的燃料泵35的泵送活塞输送冲程中进行同样的、前述的过程。本系统典型的工作压力总计达约30bar。该系统有动态反应的优点。与内燃机同步驱动的燃料泵将其用于输送的泵送活塞如果移动得越快，则压力增加速度变得越高。由于经节流阀57只能流过一个有限的数量，则工作腔56的压力就相应地较快地降低，并且所完成的阶梯式活塞47的调整运动相应地来得早一些。在此，喷油开始也有所提前。
图4又图示描述了这种关系。图4a示出了燃料输送泵的泵送活塞的行程曲线。与凸轮上升段相对应，在此所达到的输送速率按图4b所示发生改变。特别地，输送速率在泵送活塞的上空载点重新为0，并在凸轮中间侧面范围内有其最高值。根据在控压阀42旁的压力，这种运输速率按图4c进行调整。随着这种压力，阶梯式活塞47也能够按图4d的曲线进行调整，这是由于在控压阀42进行暂时转换的情况下，弹簧54克服压力增加而产生偏压。根据阶梯式活塞47的这种冲程运动，按图4e产生了伴有适当的燃料喷射量的喷嘴喷油针行程。
用这样一种燃料喷射系统，就没有必要采用电气控制动作，如同在上文实施例中部分地采用了电气动作那样。不过也可以仿照实施例，将上文中的电控制阀27用一种与内燃机同步的机械控制阀来取代。