CN1145451A - 注射喷嘴 - Google Patents

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Abstract

用于公用输送管***的注射喷嘴，包含带有致动活塞的喷嘴体，喷嘴体与阀座抵靠而关闭喷嘴在阀座上游界定喷嘴腔，阀腔与高压管线沟通，致动器活塞的工作腔通过进给节流装置与高压管线沟通，致动器活塞作用面积大于阀腔中阀体的作用面积，返回管线从工作腔通过返回阀的返回孔而引出，致动装置由电信号运行返回阀的阀件，其特征是致动装置是以电信号模拟关系移位阀件，以便使返回阀于返回管线中形成为改变截面的节流体。

Description

注射喷嘴
本发明涉及注射喷嘴，该喷嘴用于公用一输送管***(common-rail system)。
使用的术语公用-输送管(common-rail)一般地指这样一种***，该***的目的一方面是使***的压力与发动机速度和注射的燃料量无关，另一方面可增大主注射压力。公用-输送管***的主要特征是借助于存储容积，压力产生与燃料注射不相关连，该存储容积包括公用高压分配器管线(公用输送管)以及进给管线和喷嘴中存在的容积，该公用高压分配器管线连接到多缸发动机的注射喷嘴，该进给管线连接到注射喷嘴。
这种公用-输送管注射***用于柴油机，其作为例子被描述在进展报告中，该报告涉及“15th Vienna Engine Symposium ofVDI Verlag，series 12/No205(1994)”的第36页到53页，并被描述在此。
用于公用-输送管***中的一种注射喷嘴，该喷嘴包含喷嘴体，该喷嘴体具有致动器活塞或柱塞。注射喷嘴在关闭状态时，喷嘴体抵靠座，并在上游界定喷嘴腔，该喷嘴腔与公用-输送管***的高压管线相沟通，致动器活塞的工作腔经由进给节流装置与高压管线相连通，致动器活塞的作用表面面积大于作用于喷嘴腔内的喷嘴体的表面面积，返回管线从致动器活塞的工作腔穿过返回阀的返回孔，而致动装置的运行是由于电信号，以用来致动返回阀的阀件。
在那种装置中注射的产生是由一种电磁运行阀控制的，该阀一体地于注射喷嘴中，是用来控制燃料注射的喷嘴体或喷嘴针的，直接控制至令既没有能用电磁运行阀来达到，也没有能用压电的或磁伸缩的致动器来达到。
以电磁阀形式的返回阀具有界定的两种位置，即由于磁致动功能而有的关闭位置和全开启位置，所以，当返回阀被打开时，借助于电磁致动器，注射喷嘴不是急速地开启，设置在返回阀下游的是返回节流装置。用合适的燃料进给节流作用与返回节流作用的匹配建立注射喷嘴的定时特征。返回节流装置小的截面，当在返回阀开启时促使有一越过工作活塞的慢的压力降，因此，在注射喷嘴的部分上有良好的用于非常小量的燃料注射能力，这对于预注射是有优越的。然而，同时小的返回节流装置截面致使有一个长的最小间隔于连续注射相位之间，这是与返回阀开启和越过致动活塞的压力降之间的长的时间期相比较的。带有小的返回节流装置截面的***因此而适合于用于包含非常小量燃料的，并且主注射或后喷射有很大滞后的预注射。
大的返回节流装置截面致使用于小量燃料的注射能力变坏，这是因为注射喷嘴急速分开，但它产生喷嘴体或喷嘴针的较快的打开，因此允许连续注射之间的间隔较短。大的返回节流装置直径是适合于一个或多个主注射的。
本发明的目的是提出一种用于公用-输送管***的注射喷嘴，该喷嘴应能有良好的用于小注射量预注射的能力，并且还允许随着预喷射的快速主喷射或者是循环地受控的主喷射。
本发明另一个目的是提出一种用于公用-输送管***的注射喷嘴，该喷嘴应能是依据燃料注射而控制灵敏的，该燃料注射是根据相应运行所包含要求的。
本发明的再一个目的是提出一种用于公用-输送管***的注射喷嘴，该喷嘴具有较高程度的喷射效率，并因此采用本***的发动机，其有较佳的运行。
本发明还有一个目的是提出一种用于公用-输送管***的注射喷嘴，该喷嘴可以这样方式运行，即减少采用本***的发动机的污染散布。
根据本发明的原理，前述和其它目的可由用于公用-输送管***中的注射喷嘴来达到，它包含带有致动器活塞或柱塞的喷嘴体，并且喷嘴体在注射喷嘴的关闭状态时是抵靠座的，在座的上游，喷嘴体界定喷嘴腔，该喷嘴腔与公用-输送管***的高压管线相沟道，与致动器活塞联合的工作腔或空间是被径由进给节流装置而与***的高压管线连通。致动器活塞的作用表面面积大于在喷嘴腔中的喷嘴体的作用表面面积，返回管线从致动器活塞的工作腔穿过返回阀的返回孔而延伸，由电信号操作的致动装置适用来致动返回阀的阀件。致动装置是一种装置，该装置用来模拟电信号关系而位移返回阀的阀件，所以，在返回管线中，返回阀形成一种可改变截面的节流装置。
正如从以下根据本发明的注射喷嘴的推荐实施例的详述中可见到的，以模似电信号关系，返回阀的阀件能被打开，这就是说，以相应的电信号可以变化地使返回阀自身形成一种可变截面的返回节流，所以，注射喷嘴能以最佳的形式以适合相应包含的要求。由于合适的返回阀的致动，注射喷嘴整体能提供一种良好的性能以用于满足预喷射的非常小量的燃料，同时随着预喷射的主喷射又很快。这就能达到低黑烟度和低氮氧化合物量的燃烧过程。
在本发明的另一推荐的特征中，致动装置是压电运行的装置，因为致动装置不直接作用于喷嘴体，而是作用于返回阀，如以压电致动器产生的比较短的冲程运动量足以用来运行注射嘴。
本发明的另一个推荐特征是提供返回阀开启有效截面是近似地与返回阀的阀件的冲程运动成比例地变化，至少在阀开始开启时。用于注射喷嘴的这样的结构能被特别精确的控制。
在根据本发明的另一推荐特征中，返回阀的阀件布置在返回阀的可由阀件关闭的开口的一侧，该侧是朝向返回管线，这种结构特别考虑返回阀的阀件，例如是平阀形式。当在关闭状态，并因此注射喷嘴被关闭时，返回阀的阀件必须连续地保持抵靠着座，抵抗着压高***的压力，该压力是在致动器活塞的工作腔中现存的。
在本发明的另一推荐特征中，阀件布置在阀腔内，该阀腔是经由连通管线而将阀腔连接到致动器活塞的工作腔并是穿过返回孔连通到返回管线。用于阀件的致动件是适合于致动装置的，它突伸而穿过返回孔，而与阀件相结合运行的阀座是这样的，即阀件抵靠阀座，阀件关闭了从阀腔到返回管线的沟通，这种结构使阀件由于从致动器活塞的工作腔来的高压作用于其上而保持阀件接触抵靠阀座，所以，能量消耗水准被减少，运行可靠性被增强，因此，当***压力建立时，万一致动装置有故障，阀件能增加地稳定地抵靠阀座，注射阀保持可靠地关闭并且没有燃料被注射。
在另一推荐的特征中，阀件能在致动装置的压电致动器不作用的状态时抵靠阀座，而这另一推荐特征提供的阀件是球形的。
根据本发明的原理，前述和其它目的也可这样来达到，即，在直接喷射柴油中采用根据本发明的注射喷嘴时，采用控制的多相位注射方法，其中，用于返回阀的致动装置的电信号保持一个低值，以使之以小量喷射燃料用于预喷射，并且为关闭注射喷嘴而断开开关之后，电信号保持一个高值而以较大量喷射燃料用于继之而来的主喷射。
在根据本发明的另一控制的多相位喷射方法中，于直接喷射柴油机中采用根据本发明的注射喷嘴时，该方法的形式为用于返回阀的致动装置的电信号保持高值以用于注射喷嘴开启的第一阶段，然后保持高值而使注射喷嘴开启，而且，随着注射喷嘴开启后，保持一低值以准备更加急速地关闭注射喷嘴。
在根据本发明的上述第一种方法形式提供了主喷射很快地随着预喷射，而在根据本发明的改进的方法形式中，注射喷嘴关闭是非常之快的，这有利于燃料。
本发明的其它目的，特征和优点将从以下的推荐实施例的描述中见到。
图1是公用-输送管***的整体示意图；
图2示出根据本发明的注射喷射的液力循环示意图；
图3是通过根据本发明的注射喷嘴的前部的剖示图；
图4示出关于冲程运动，压力以及燃料喷射的穿过之图形，是采用根据本发明的注射喷嘴的；
图5示出关于冲程运动和控制方法的图形；
图6示出根据本发明的注射喷嘴改进实施例的液力循环示意图；
图7示出用于图6结构中的返回阀的示意图；
图8是通过示于图6中的注射喷嘴的前部的剖示示图。
首先参考图1，标号2指示的油葙经由滤清器(没示出)和预输送泵4而连接到公用-输送管的高压泵6，管从高压泵6引连到分配器管，如公用输送管8所示。高压泵6经由进给管10而与相应的注射喷嘴12相沟通，相应注射喷嘴是与多缸内燃机的每个缸相关连的。
注射喷嘴12经由回油管14而与回油管16沟通，回油管16是引回到油箱2。
借助于节流阀18***的压力被限制并能高达2000巴。。
通过其上的引线输出端电控制装置20被连接到注射喷嘴12，控制装置20的引线输入端22被连接到公用输送管8中的压力感应器24上以及另一感应器(没示出)上，例如用来感应控制踏板的位置，诸如加速器踏板，以及进行速度，温度，充填压力，空气量，发动机速度和类似参数。
现再来参考图2，图2示出的结构是根据本发明的注射喷嘴的原理，是以图示示意形式的相关液力循环。
注射喷嘴12包含端接于喷嘴针的喷嘴体26，喷嘴针在注射喷嘴关闭位置是抵靠在阀座(没示出)上，喷嘴体26穿过喷嘴腔28，而喷嘴腔28是与管10相连通的。
喷嘴体26连接到或者一体地形成于致动器活塞或柱塞30上，该柱塞30在工作腔32内运行，该工作腔32经由进给喉管装置34而与进给管10相连接，工作腔32还经由回油阀连接到回油管14，回油阀在图2中以36示意地指示。
为了返回阀36动作，阀件38连接到致动装置，该致动装置以压电致动器形成，示意地以40指示并经由其终端42被连接到控制装置20，控制装置在图1中以20指示。
压电致动器本身是已知的，并且与电容器的结构相似，它的绝缘介质包含压电材料，例如，铅-锆酸盐-钛酸盐陶瓷(lead-zirconate-titanate ceramic)，现代致动器运行的场强度高达2000V/mm，并且在长度上的相对变化达到1.5‰，在图示的实施例中，压电致动器40的长度大约为100mm，它可能产生一个限定的冲程运动超过0.1mm，在类比关系方面根据终端42的电压，就返回阀36的开口断面而言，这对于变化是完全足够了。
可选择的是，压电致动器40也可能是一种磁致伸缩的致动器，其中，磁致伸缩的材料布置在电流流过的线圈内。
现请参考图3，该图示出注射喷嘴具体实施例的剖面示图，喷嘴针和与其结合运行的座本身是已知的，例如，描述在1991年出版的鲍须(Bosch)的“Kraftfahrtechnische Taschenbuch”的第509页上，在此作为参考予以描述。
重要的是，致动活塞30作用在工作腔32中的有效或作用表面积大于喷嘴体26作用在喷嘴腔28或座的上游喷嘴针的有效或作用表面积，所以，当工作腔32中的压力与喷嘴腔28中的压相同时，喷嘴体26被迫进入注射喷嘴的关闭位置。
根据本发明的注射喷嘴的结构在上面已描述了，其运行模式将描述如下：
当返回阀36关闭时，进给管10中获得压力并且迫逼喷嘴体26进入注射喷嘴的关闭位置，这是出现在工作腔32和喷嘴腔28中。当返回阀36的阀件38借助于施加电压的压电致动件40而打开时，压力从工作腔32泄漏，当返回阀36开启宽度足够大时，大到快于燃料穿过进给节流装置34流向注射喷嘴时，所以工作腔32中的压力就下降，喷嘴的开启是因为喷嘴腔28中的压力。当返回阀被关闭，工作腔32中的高压再次被储存所以注射喷嘴关闭。
进给管10内的总压力可根据相应运行所包含的状态由压力感应器24来检测，并且在控制装置20的控制下，由高压泵6合适的控制来选择总压力。
现将参考图4，该图示出一种致动方式的测量记录，其中：
曲线I指示阀件38的冲程运动hv，其是与终端24处的电压成比例的，其中较短的冲程运动例如为0.03mm，较大的冲程运动例如为0.06mm。
曲线II指示喷嘴体26或者喷嘴针的冲程运动hn。
曲线III指示喷嘴腔28中的压力pi。
曲线IV提示工作腔32中的压力pa。
曲线V指示注射率pa，就是说从注射喷嘴流出的燃料容积流。
曲线VI指示总合注射量Qe
在图示实施例中，进给节流管装置34的直径例如为0.30mm，返回阀36的孔径例如0.7mm(图3)。
正如从曲线I和II的构形中能清楚地见到的，随着返回阀36的阀件38的短冲程运动注射喷嘴的开启或者喷嘴针36的冲程运动有一个长的滞后，所以保证预注射以缓和的开始。随着返回阀36的关闭或者压电致动器40上应用的电压的结束，预注射立刻结束，因此就能达到提供非常小的燃料注射量的杰出性能，这是借助于阀件38小的冲程运动的，就返回阀36的作用而言，像一个小的节流管。如果由于更大的电压施加在压电致动器40上而使返回阀36进一步开启，然后相对返回阀36开启以较短滞后开启注射阀，其运行有如一个大截面的节流管。注射阀的关闭并因此随着返回阀36关闭而结束主注射，但是有较大的滞后的，这是因为全压力首先必须在工作腔32内再次建立起来，这是因为燃料流过进给节流装置34而言的。
图5中，曲线Ia和IIa相应于图4中的曲线I和II，正如图5中的构形所示出的，这里主注射以循环的形式出现，因为返回阀36以这样的方式致动，即，它一旦到达较近其全冲程运动，喷嘴体26已经再次关闭。
图5中的曲线Ib，IIb和Ic，IIc示出主注射相位循环的比较，其中，返回阀36以恒定的扩大运动开启(曲线Ib)，而另一次返回阀36的开启扩大是在当注射喷嘴开启已开始或者喷嘴针26实质上已提升离开它的座时被调节一个减小的值，如曲线Ic指示的，可看到返回阀36的控制导致在返回阀36关闭之后，注射喷嘴关闭较快，其优点是认为由注射喷嘴供给的发动机的燃烧过程有利。
图6示出根据本发明的注射喷嘴一个实施例的液力循环示意图，它与图2所示的相比较稍为有点改进，图6中，相同的标号指示相同的元件，这是指相同功能而言的。相对于图2实施例的实质的不同之处是在图2中，阀件38布置在返回阀36的座的下游侧上，因此连续地被迫逼进入关闭位置必须是关闭阀时抵抗高压***的压力，而在图6所示实施例中，阀件38布置在以流动方向看的阀座的前方，图6中所示结构的剩余部分就不需要再在此充分描述，通过与图2已示出的结构比较，图6结构布置的描述就很很清楚了。
图7以图示意形式示出图6中的返回阀36的运行循环。
阀腔44具有连接孔以用来连接连接管35，经由返回孔46阀腔44进到腔48，而腔48被连接到返回管14，返回孔是这样构形的，即，其边缘形成阀座50以用于阀件38，而阀件38是球形的。借助于弹簧54，球被迫逼抵靠阀座，为了球38致动，致动件56被连接到压电致动器40并突伸穿过腔或空间48以及返回孔46。如图7所示，致动件56相互间密封地通过空间或腔48，在下游位置处返回管14分枝出来。
图8为注射喷嘴的实施例的剖示图，其中喷嘴针和与其联合使用的座其本身是已知的，例如如上述鲍须(Bosch)的“Kraftfahrtechnische Taschenbuch”中描述的(1991年出版，第509页)。
再看图8，终结于注射喷嘴12的壳套60固定在另一壳部62上，带有致动件56的压电致动器40装在壳部62中的孔中，而在其中设置有进给管10，借助于密封件64，致动件56相对压电致动器40而被密封，并且运行抵靠着弹簧66，这是借助于一个凸缘(没示出)的。
在壳套60和壳部62之间扣紧有另两个壳体，它们分别以68和70指示，致动活塞30在壳体68中运行，而进给节流装置34设置在另一壳体70中，此外，壳体70具有多台阶的穿孔，穿孔形成沟通管道35，阀腔44，带有阀座50的返回孔46(指示于图7)以及腔48(如图7所示)，从腔48延伸有返回管14。致动件56穿过腔48，腔48形成在壳体70中的穿通孔的上端，突伸72是直径较小的或者其外侧表面上形成有槽，并且致动球38穿过图7中以46指示的返回孔。返回管14从环形空间或腔分枝，该环形空间是由孔中加大的台阶部形成的，是在壳体70中的穿孔的端处，是在图8的上端。
运行方式描述如下：
当压电致动器40没有动力电流通过时，致动件56凸伸进入返回孔46中而延伸成这样，即致动件56不与球38啮接而球由于弹簧54而被迫逼抵靠在阀座50上。当进给管10中的***压力建立起来时，由于***压力球38进一步迫逼进入抵靠阀座50，所以返回阀是可靠地关闭并整个注射喷嘴也可靠地关闭。
当电动力施加到压电致动器40以便作电致动时，球38抵抗着***压力和弹簧力被提升离开阀座50。致动器活塞的工作腔内的压力因此而下降，注射喷嘴注射燃料。这种注射运行可以由上述合适的方式被精确地控制，图8中64指示的密封是要求的，该密封密封了致动件56相对空间或腔48的导引结构，要求是不高的，因为密封不遭受在组件的任何工况下的高的***压力。
这点明显的，参考图4和5的描述的运行方式能被图6中描述的注射喷射来执行而具有具体的优点。
这也是明显的，根据本发明的上述注射喷嘴和多相位注射的控制的方法已用例子和发明的原理图示说明，但各种改进和改变没有超过本发明的精神和范畴。

Claims (9)

1、一种注射喷嘴，该喷嘴用于公用-输送管***中，其包含：
喷嘴体(26)，该喷嘴体(26)设置有致动器活塞(30)，并且于注射喷嘴于关于状态时，喷嘴体抵靠座，在座的上游处界定一喷嘴腔(28)，该喷嘴腔(28)与公用-输送管***的高压管线相沟通；
致动器活塞(30)的工作腔(32)，该工作腔(32)经由进给节流装置(34)而与高压管线相沟通；
其中致动器活塞(30)的作用表面面积是大于在喷嘴腔中的喷嘴体的有效表面面积；
返回管线(14)从工作腔(32)穿过返回阀(36)的返回孔而引导，
致动装置由电信号而运行以用来致动返回阀的阀件；
其特征是，
致动装置是一种装置(40)，该装置(40)以电信号的模拟关系移位返回阀(36)的阀件(38)，以使返回阀形成为一种在返回管线(14)中的截面可改变的节流件。
2、如权利要求1所述注射喷嘴，其特征是，致动装置是压电运行的装置(40)。
3、如权利要求1或2所述注射喷嘴，其特征是，至少在阀开启的开始时，返回阀(36)的有效开启截面对于阀件(38)的冲程运动近似成比例地改变。
4、如权利要求1到3之一所述注射喷嘴，其特征是，返回阀(36)的阀件(38)布置在返回阀的孔的一侧，该侧朝向返回管线(14)，借助阀件能关闭返回阀。
5、如权利要求1到3之一所述注射喷嘴，其特征是，
阀件(38)布置在返回阀(36)的阀腔(44)中，阀腔经由连通管(35)被连接到工作腔(32)并通过返回孔(46)被连接到返回管线(14)，
致动件(56)由致动装置(40)致动以用于阀件(38)，致动件(56)突伸穿过返回孔(46)，
与阀件(38)联合运行的阀座(50)是这样构形，即阀件抵靠在阀座上时，阀件关闭从阀腔(44)到返回线(14)的道路。
6、如权利要求5所述注射喷嘴，其特征是，在致动装置的压电致动器(40)于不作用的状态时，阀件(38)抵靠阀座(50)。
7、如权利要求5或6所述注射喷嘴，其特征是，阀件(38)为球形。
8、一种直接喷射柴油机的控制的多相位注射方法，其中是采用权利要求1到7所述注射喷嘴的，其特征是，用于返回阀(36)的致动装置(40)的电信号保持一低值以用来以小量注射燃料于预喷射，并且，在为了关闭注射喷嘴而断开开关之后，电信号保持一高值以用来以较大的注射量于继之而来的主喷射。
9、一种直接喷射柴油机的控制的多相位注射方法，其中是采用权得要求1到7所述注射喷嘴的，其特征是，用于返回阀(36)的致动装置(40)的电信号，在注射喷嘴开启的第一阶段过程中保持高值，然后随注射喷嘴开启而保持高值，并且，然后随注射喷嘴开启保持一较低值以用来准备更加急速地关闭注射喷嘴。
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