專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的高壓燃料噴射閥的制作方法
用于內(nèi)燃機(jī)的高壓燃料噴射閥基本類型的高壓燃料噴射閥被用于不僅在柴油機(jī)中而且在汽油機(jī)中將燃料按照數(shù)量和時(shí)間限定地噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。在此處，電子致動(dòng)的、不僅電磁地而且壓電地操縱的噴射閥在此期間被實(shí)施。燃料在此情況下借助于在高壓蓄壓器，即共軌中的高壓泵被增大到目前的直到2000巴的高壓并且該燃料以該壓力提供到各個(gè)噴射閥處。通過(guò)閥的受控的打開(kāi)，燃料然后以該高的壓力通過(guò)噴射噴嘴定量供給到燃燒室中并且在此期間被噴射成霧狀。該占優(yōu)勢(shì)的壓力越高，在噴射閥的相同的打開(kāi)時(shí)間的情況下，計(jì)量供給的燃料量越大。也就是說(shuō)，隨著升高的系統(tǒng)壓力，對(duì)噴射閥的開(kāi)關(guān)速度和開(kāi)關(guān)精確度的要求也提高。此外，為了設(shè)計(jì)燃燒過(guò)程，每個(gè)燃燒過(guò)程中必須實(shí)施多個(gè)具有不同的、部分地非常小的噴射量的單個(gè)的噴射。噴射的精度對(duì)設(shè)計(jì)燃燒過(guò)程具有影響并且由此不僅能夠顯著地影響發(fā)動(dòng)機(jī)的安靜的運(yùn)行，而且能夠顯著影響消耗量和有害物質(zhì)的排放。已知的壓電噴射器借助于壓電致動(dòng)器進(jìn)行操縱和能夠非?？焖俸途_地配量 燃料量并且例如在Expert出版社2001,工程博士 Helmut Tschoke教授等的專業(yè)書(shū)籍“Diesel-und Benzindirekteinspritzung (柴油和汽油直接噴射)”中進(jìn)行描述。壓電噴射閥的比現(xiàn)今為止的系統(tǒng)快四倍的開(kāi)關(guān)時(shí)間允許在各單個(gè)噴射，如例如預(yù)噴射，主噴射和后噴射，之間具有短的和可變的間隔。可以實(shí)現(xiàn)非常短的開(kāi)關(guān)時(shí)間。由此可以非常精確地控制和配量被噴射的燃料量。此外保證了突出的可重復(fù)性。但是由于用壓電致動(dòng)器可產(chǎn)生的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)是非常小的并且必要時(shí)要克服的壓力非常大，因此這種噴射閥的打開(kāi)和關(guān)閉是在利用燃料壓力下以液力方式進(jìn)行的，其中，壓電致動(dòng)器僅僅用于切換控制閥并且由此產(chǎn)生各個(gè)要求的壓力差。在一種已知的實(shí)施方式中，這種高壓噴射閥基本上具有以下的功能單元
-帶有增程器和控制閥柱塞的壓電致動(dòng)器，
-帶有控制室，伺服控制閥，控制推桿和關(guān)閉彈簧室的圓柱形的閥桿和 -帶有尖端孔，針座，高壓環(huán)形腔和噴嘴針的閥尖。共軌的燃料高壓在此情況下在控制室中作用在控制推桿的后端部上并且在高壓環(huán)形室中作用在噴嘴針的壓力凸肩上。通過(guò)在控制推桿和閥桿中所屬的容納孔之間以及在噴嘴針和閥尖中所屬的容納孔之間的該由結(jié)構(gòu)決定的環(huán)形間隙，形成一個(gè)持續(xù)的、被稱為持續(xù)泄漏的燃料損失流。這種隨著系統(tǒng)壓力的升高其影響越來(lái)越大的持續(xù)泄漏對(duì)于未來(lái)的噴射系統(tǒng)是個(gè)越來(lái)越大的問(wèn)題，因?yàn)橛纱诵枰β试絹?lái)越大的高壓泵。因此本發(fā)明的目的在于提出一種高壓噴射閥，它在高的噴射精度和速度下同樣具有顯著減小的持續(xù)泄漏。由此應(yīng)該即使在繼續(xù)升高的系統(tǒng)壓力下也將對(duì)高壓泵的功率要求保持在可管理的極限內(nèi)。該目的通過(guò)一種具有按照權(quán)利要求I的特征的高壓燃料噴射閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施例和改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題，它們可以單獨(dú)地或相互組合地應(yīng)用。按照本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的高壓燃料噴射閥為此具有沿著縱軸線延伸的閥桿和連接在其上的閥尖以及噴嘴針和控制柱塞。此外，高壓燃料噴射閥具有控制閥，該控制閥具有操縱致動(dòng)器和燃料高壓接頭以及燃料低壓接頭。在閥桿和閥尖中設(shè)置沿著縱軸線延伸的容納室，在容納室中，在縱軸線方向上相繼地設(shè)置控制柱塞和噴嘴針并且它們?cè)诳v軸線方向上被可運(yùn)動(dòng)地進(jìn)行引導(dǎo)。噴嘴針設(shè)置在控制柱塞與噴嘴尖面對(duì)的一側(cè)上并且與在噴嘴尖中的密封座共同作用，其中，容納室在控制柱塞與噴嘴尖背離的一側(cè)上形成關(guān)閉控制室，該關(guān)閉控制室由上控制柱塞面限界并且經(jīng)第一輸入節(jié)流閥與燃料高壓接頭液力連接和經(jīng)第一回流節(jié)流閥與燃料低壓接頭液力連接。按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥的特征在于，容納室在控制柱塞與噴嘴尖面對(duì)的一側(cè)上形成打開(kāi)控制室，該打開(kāi)控制室由下控制柱塞面限界并且經(jīng)第二輸入節(jié)流閥與燃料高壓接頭液力連接和經(jīng)第二回流節(jié)流閥與燃料低壓接頭液力連接并且控制閥被設(shè)置成用于依據(jù)運(yùn)行情況打開(kāi)和關(guān)閉在回流節(jié)流閥和燃料低壓接頭之間的液力連接。容納室的內(nèi)徑和控制柱塞的外徑在此情況下是如此相互適配，使得控制柱塞的支座在液力上是盡可能密封并且由此使盡可能少的燃料可以非控制地從關(guān)閉控制室流入打開(kāi)控制室或者反向地流動(dòng)。本發(fā)明的主要的優(yōu)點(diǎn)在于，只要閥沒(méi)有為了打開(kāi)而被致動(dòng)，就不出現(xiàn)持續(xù)泄漏并且由此在總體上減小泄漏流。這不僅實(shí)現(xiàn)高壓泵的節(jié)省成本的設(shè)計(jì)，而且同時(shí)提高內(nèi)燃機(jī)的效率并且由此減少有害的排放。對(duì)高壓泵的較低要求的輸出率尤其是在升高的系統(tǒng)壓力 方面得到非常正面的評(píng)價(jià)。其它的附加的優(yōu)點(diǎn)是在致動(dòng)和噴射過(guò)程之間的較小的停滯時(shí)間，噴嘴針的較短的打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間和對(duì)在針區(qū)域中的燃料壓力波的較小的敏感性以及在打開(kāi)和關(guān)閉期間對(duì)噴嘴針的可有針對(duì)性地調(diào)節(jié)的阻尼?？傊?，這實(shí)現(xiàn)一種更穩(wěn)定的多次噴射，這附加地對(duì)消耗和排放產(chǎn)生積極影響。按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥的有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)。在高壓燃料噴射閥的一個(gè)特別簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，噴嘴針在沒(méi)有附加的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中間連接下直接地連接到下控制柱塞面上。這減少了單個(gè)部件的數(shù)量并且降低了制造時(shí)的相應(yīng)的裝配費(fèi)用。如果噴嘴針直接地連接到控制柱塞上，那么此外有利的是，噴嘴針在至控制柱塞的過(guò)渡區(qū)域中具有比下控制柱塞面較小的橫截面。相對(duì)于在關(guān)閉控制室中的被施加壓力的控制柱塞面，這減小了在打開(kāi)控制室中的被施加壓力的控制柱塞面。由此在打開(kāi)和關(guān)閉控制室中的相同的壓力水平下，即在高壓燃料噴射閥的靜止?fàn)顟B(tài)下，保證關(guān)閉力大于打開(kāi)力并且由此閥保持可靠地關(guān)閉。在高壓燃料噴射閥的另一個(gè)實(shí)施例中有利地規(guī)定，控制柱塞和噴嘴針以機(jī)械方式相互剛性地連接或者甚至一體地實(shí)施。這實(shí)現(xiàn)了不僅在噴嘴針的打開(kāi)方向上而且在噴嘴針的關(guān)閉方向上從控制柱塞到噴嘴針上的直接的和無(wú)延遲的行程傳遞并且同時(shí)簡(jiǎn)化閥單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)。為了保證高壓燃料噴射閥的可靠的并且快速的打開(kāi)，有利的是，第一回流節(jié)流閥具有比第二回流節(jié)流閥較大的通流值。如果此時(shí)控制閥被致動(dòng)，使得它打開(kāi)，那么在關(guān)閉控制室中的控制壓力比打開(kāi)控制室中更快地下降。由此作用在控制柱塞上的關(guān)閉力比反作用的打開(kāi)力更快地減小，直到由此在控制柱塞上產(chǎn)生的合力最終反向并且通過(guò)該力使噴嘴針從閥尖中的針座中升起而打開(kāi)高壓燃料噴射閥。在此兩個(gè)回流節(jié)流閥的通流值的差越大，高壓燃料噴射閥的打開(kāi)就進(jìn)行得越快，也就是說(shuō)打開(kāi)時(shí)間縮短。
為了保證可靠地和快速地關(guān)閉高壓燃料噴射閥，有利的是，第一輸入節(jié)流閥具有比第二輸入節(jié)流閥更大的通流值。如果此時(shí)如此地致動(dòng)控制閥，使得它關(guān)閉，那么關(guān)閉控制室中的控制壓力比打開(kāi)控制室中更快地建立起來(lái)，直到由此在控制柱塞上廣生的合力再次反向并且通過(guò)該力又將噴嘴針壓入閥尖中的針座中而關(guān)閉高壓燃料噴射閥。在此處，也類似于打開(kāi)過(guò)程，兩個(gè)輸入節(jié)流閥的通流值的差越大，高壓燃料噴射閥的關(guān)閉就進(jìn)行得越快，也就是說(shuō)關(guān)閉時(shí)間縮短。如果至少兩個(gè)回流節(jié)流閥中的一個(gè)具有在運(yùn)行中可改變的通流值，那么將獲得其它的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)有針對(duì)性地改變一個(gè)或兩個(gè)回流節(jié)流閥的通流值，可以調(diào)整回流節(jié)流閥的通流值的差并且由此依據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行模式調(diào)整高壓燃料噴射閥的打開(kāi)時(shí)間。以這種方式可以影響噴射速率改變過(guò)程和由此影響燃燒過(guò)程。以類似的方式，如果至少兩個(gè)輸入節(jié)流閥中的一個(gè)具有在運(yùn)行中可改變的通流值，那么將獲得優(yōu)點(diǎn)。在此處也可以通過(guò)有針對(duì)性地改變一個(gè)或兩個(gè)輸入節(jié)流閥的通流值來(lái)調(diào)整回流節(jié)流閥的通流值的差并且由此依據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行模式調(diào)整高壓燃料噴射閥的關(guān)閉時(shí)間。由此也可以影響噴射速率改變過(guò)程和由此影響燃燒過(guò)程。
附加地設(shè)置將關(guān)閉控制室和打開(kāi)控制室相互液力連接起來(lái)的平衡通道，以及在該通道中設(shè)置平衡節(jié)流閥，這提供另一種設(shè)計(jì)構(gòu)造高壓燃料噴射閥的可能性。平衡通道和平衡節(jié)流閥可以不僅設(shè)置在控制柱塞中而且可以設(shè)置在閥桿中。通過(guò)這種連接，在關(guān)閉控制室和打開(kāi)控制室之間進(jìn)行或多或少延遲的壓入平衡。由此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)打開(kāi)過(guò)程和/或關(guān)閉過(guò)程的動(dòng)力性進(jìn)行或強(qiáng)或弱的阻尼。這種平衡連接在結(jié)構(gòu)上也可以通過(guò)環(huán)在控制柱塞和容納室的內(nèi)壁之間的形間隙形成，控制柱塞在縱向上可運(yùn)動(dòng)地引導(dǎo)地支承在環(huán)形間隙中。在高壓燃料噴射閥的關(guān)閉控制室中可以布置設(shè)計(jì)成壓力彈簧的關(guān)閉彈簧，通過(guò)該關(guān)閉彈簧在針座的方向上對(duì)控制柱塞施加附加的關(guān)閉力。這具有優(yōu)點(diǎn)，即在噴射系統(tǒng)的無(wú)壓力的靜止?fàn)顟B(tài)下和在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過(guò)程期間，當(dāng)系統(tǒng)壓力必須先被建立起來(lái)時(shí)，高壓燃料噴射閥被保持關(guān)閉狀態(tài)，這保證更快地建立壓力。 控制閥的操縱致動(dòng)器可以設(shè)計(jì)成電磁致動(dòng)器或壓電致動(dòng)器。在這兩種情況下可以達(dá)到高的切換速度，它允許非常小的單獨(dú)噴射量和在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)的氣缸中的一個(gè)燃燒循環(huán)期間有多個(gè)單獨(dú)噴射。概括地表述本發(fā)明的核心，高壓燃料噴射閥具有控制閥，該控制閥具有操縱致動(dòng)器和燃料高壓接頭以及燃料低壓接頭。在閥桿和閥尖中，控制柱塞和噴嘴針在縱軸線方向上被相繼地設(shè)置并且可運(yùn)動(dòng)地弓I導(dǎo)?？刂浦娜菁{室與控制柱塞形成由上控制柱塞面限界的關(guān)閉控制室和由下控制柱塞面限界的打開(kāi)控制室。如果控制室分別經(jīng)輸入節(jié)流閥與燃料高壓接頭液力連接和分別經(jīng)回流節(jié)流閥與燃料低壓接頭液力連接。控制閥被設(shè)置成用于與運(yùn)行相關(guān)地打開(kāi)和關(guān)閉在回流節(jié)流閥和燃料低壓接頭之間的燃料回流?；亓鞴?jié)流閥和回流節(jié)流閥的通流值被如此地選擇，使得在致動(dòng)控制閥時(shí)高壓燃料噴射閥打開(kāi)和取消該致動(dòng)時(shí)高壓燃料噴射閥又關(guān)閉。通過(guò)按照本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)造高壓燃料噴射閥，在閥沒(méi)有為了打開(kāi)而被致動(dòng)期間，沒(méi)有產(chǎn)生泄漏損失。以下借助于附圖
中的視圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中
圖I示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)噴射閥的剖視圖。圖2示出了具有按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥的高壓燃料噴射系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。圖3示出了如圖2中的具有附加的或備選的功能單元的高壓燃料噴射系統(tǒng)。圖4示出了在關(guān)閉控制室和打開(kāi)控制室中的控制壓力變化過(guò)程的曲線圖，
圖5示出了用于在常規(guī)的和按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥之間進(jìn)行比較的噴射速率曲線圖。功能和名稱相同的部件在附圖中具有相同的附圖標(biāo)記。圖I示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的高壓燃料噴射閥。在該已知的實(shí)施方式中，這種噴射閥基本上具有以下功能單元
-具有控制閥柱塞2的壓電致動(dòng)器1，-具有控制室6，伺服控制閥21，控制推桿7和關(guān)閉彈簧室10的圓柱形的閥桿8和 -具有尖端孔15，針座16，高壓環(huán)形腔18和噴嘴針13的閥尖12。在閥桿8的頭部端部處或里面，布置有燃料高壓接頭4以及燃料低壓接頭(22)和控制室6以及伺服控制閥21。控制室6經(jīng)控制輸入通道3和布置在其中的輸入節(jié)流閥5與燃料高壓接頭4液力連接。伺服控制閥21打開(kāi)或關(guān)閉控制回流通道23，該控制回流通道將控制室6與燃料低壓接頭22液力連接。在控制室6和伺服控制閥21之間，在控制回流通道23中布置回流節(jié)流閥20。在閥桿8的相對(duì)的腳部端部中布置關(guān)閉彈簧室10。 控制推桿7可在縱向上移動(dòng)地弓I導(dǎo)地布置在一個(gè)沿著閥桿8延伸的容納孔中并且在閥桿8的頭部端部中突入到控制室6里面和在閥桿8的腳部端部處突入到關(guān)閉彈簧室10里面。容納孔和控制推桿7的直徑在此情況下被如此地相互匹配，使得控制推桿7的支座在液力上是盡可能密封的，以便保持控制室6的泄漏流量盡可能小。閥尖12布置在閥桿8的腳部端部處并且由此封閉關(guān)閉彈簧室10。在朝著控制推桿7的容納孔的軸向延長(zhǎng)部中，在閥尖12中布置有用于噴嘴針13的導(dǎo)向孔，該導(dǎo)向孔在其與閥桿8背離的端部處通入到盲孔14中。用于噴嘴針13的針尖的針座16位于導(dǎo)向孔和盲孔14之間的過(guò)渡部分中并且尖端孔15在針座16的下面，從盲孔14出發(fā)，穿過(guò)盲孔壁并且由此建立在盲孔內(nèi)腔和閥尖12的外部區(qū)域之間的連接。在導(dǎo)向孔中布置噴嘴針13并且以其針尖支承在閥尖12的針座16中。噴嘴針13的與針尖相對(duì)的端部在閥尖12和閥桿8之間的過(guò)渡區(qū)域中突入到關(guān)閉彈簧室10中并且在那里與控制推桿7相接觸。設(shè)計(jì)成螺旋壓力彈簧的關(guān)閉彈簧11同心地圍繞控制推桿7地布置在關(guān)閉彈簧室10中，支撐在閥桿8上并且對(duì)噴嘴針13加載壓緊力，該壓緊力將針尖壓緊到針座16中并且由此保持噴射閥關(guān)閉。大約在噴嘴針的中部處，噴嘴針13具有直徑突變并且由此形成壓力凸肩17。在閥尖12的導(dǎo)向孔的對(duì)應(yīng)的區(qū)域中設(shè)置高壓環(huán)形腔18，它構(gòu)造成在導(dǎo)向孔中環(huán)形地圍繞噴嘴針13延伸的空隙。高壓環(huán)形腔18經(jīng)閥尖12中的輸入通道和閥桿8中的對(duì)應(yīng)的輸入通道9與燃料高壓接頭液力連接。在高壓環(huán)形腔18和關(guān)閉彈簧室10之間，導(dǎo)向孔和噴嘴針13的直徑是如此相互匹配的，使得噴嘴針13的支座在液力上是盡可能密封的，以便保持高壓環(huán)形腔18的泄漏流量盡可能小。在高壓環(huán)形腔18和針尖之間，在噴嘴針13的在這個(gè)區(qū)域中減少的直徑和導(dǎo)向孔之間形成環(huán)形間隙，通過(guò)該環(huán)形間隙燃料可以從高壓環(huán)形腔18流向盲孔14。
關(guān)閉彈簧室10經(jīng)閥桿8中的回流通道19直接地與燃料低壓接頭22液力連接。來(lái)自共軌的燃料高壓經(jīng)閥桿8的控制輸入通道3達(dá)到控制室6中并且與此平行地經(jīng)閥桿8和閥尖12中的輸入通道9達(dá)到閥尖12的高壓環(huán)形腔18中。在通過(guò)伺服控制閥21關(guān)閉的控制室6中，壓力沿著噴嘴針13的關(guān)閉方向作用于控制推桿7上，該控制推桿在閥桿8的容納孔中沿著縱向可移動(dòng)地被引導(dǎo)并且以其在關(guān)閉彈簧室10這側(cè)中的另一個(gè)端部，與關(guān)閉彈簧11并列地，作用于噴嘴針13上。由此將噴嘴針13壓緊在噴嘴尖12上的其針座16中并且噴射閥以這種方式被保持關(guān)閉。在高壓環(huán)形腔18中，壓力在噴嘴針13的打開(kāi)方向上逆著由關(guān)閉彈簧和控制推桿7實(shí)施的關(guān)閉力作用于噴嘴針13的壓力凸肩17上。在關(guān)閉的伺服控制閥21情況下，由于控制推桿7的相對(duì)于噴嘴針13的壓力凸肩17的較大的面積和關(guān)閉彈簧11的附加的力產(chǎn)生的合力，在關(guān)閉方向上作用于噴嘴針13上并且將噴嘴針保持在其針座16中并且由此保持噴射閥關(guān)閉。 在控制室6中的壓力通過(guò)伺服控制閥21，在控制輸入通道3中布置的輸入節(jié)流閥5和在控制回流通道23中布置的回流節(jié)流閥20進(jìn)行調(diào)整。如果現(xiàn)在伺服控制閥21通過(guò)壓電致動(dòng)器I被打開(kāi)，那么燃料從控制室6經(jīng)回流節(jié)流閥20和伺服控制閥21在燃料低壓接頭22的方向上流入控制回流通道23中。供給節(jié)流閥5/和回流節(jié)流閥20在此情況下被如此地校準(zhǔn)，即流入控制回流通道23中的燃料比經(jīng)控制輸入通道3可以流入的要多。由此控制室6中的壓力下降到這樣的程度，使得最終作用在噴嘴針13上的合力反向，噴嘴針13從其支座上升起并且由此噴射閥打開(kāi)。關(guān)閉彈簧11可以僅僅在最大大約IOObar的壓力下將噴嘴針13保持在其針座16上并且應(yīng)該在無(wú)壓力的設(shè)備情況下和在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間防止燃燒氣體侵入噴射器中。此夕卜，關(guān)閉彈簧加速關(guān)閉過(guò)程，該關(guān)閉過(guò)程通過(guò)關(guān)閉伺服控制閥21來(lái)開(kāi)始?？刂剖?中的壓力又上升直到共軌的蓄存壓力。一旦作用在噴嘴針13上的合力在此情況下又反向，噴嘴針13就又被壓到其針座16上并且噴射閥被關(guān)閉。為了打開(kāi)和關(guān)閉噴射閥，因此不僅控制推桿7而且噴嘴針13都必須在縱向上可運(yùn)動(dòng)地被支承在閥桿8和閥尖12中的它們的對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向孔中。這要求在控制推桿7和/或噴嘴針13和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向孔之間具有一定的間隙尺寸，即使該間隙尺寸非常小，但是必須存在。通過(guò)該間隙，在關(guān)閉彈簧室10的方向上，即在低壓側(cè)上，發(fā)生持久的燃料損失。這個(gè)被稱為持續(xù)泄漏的損失流持續(xù)地流動(dòng)，而不管?chē)娚溟y是正被打開(kāi)還是被關(guān)閉都是如此，并且經(jīng)回流通道19被引導(dǎo)到低壓側(cè)并且重新供給到燃料循環(huán)回路中。圖2示出一個(gè)高壓燃料噴射系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖，它由高壓燃料噴射閥100，燃料高壓蓄壓器40，高壓燃料泵50和燃料箱60組成。在也稱為“共軌”的燃料高壓蓄壓器40上分別經(jīng)燃料高壓接頭4連接有高壓燃料噴射閥100。為了清楚起見(jiàn)，在此處僅僅示出一個(gè)高壓燃料噴射閥。其它的接頭僅僅通過(guò)箭頭表示。燃料高壓蓄壓器40經(jīng)高壓燃料泵50被供給燃料，該燃料通過(guò)高壓燃料泵50從燃料箱60中取出。在系統(tǒng)中產(chǎn)生的燃料泄漏流經(jīng)低壓回流管道70流回燃料箱60。高壓燃料噴射閥100本身具有閥桿8，閥尖12和控制閥80。控制閥80通過(guò)電控制的致動(dòng)器進(jìn)行操縱，該致動(dòng)器可以實(shí)施成電磁致動(dòng)器或壓電致動(dòng)器。在閥桿8中設(shè)置用于控制柱塞34的柱形容納腔，其在以下稱為柱形腔30?？刂浦?4配合安裝在該柱形腔30中，使得它可以在其中在縱向上可移動(dòng)地導(dǎo)向地進(jìn)行支承并且盡可能液壓密封地支承在柱形腔壁上。柱形腔30在此情況下在軸向上設(shè)計(jì)得比控制柱塞34較長(zhǎng)，從而在控制柱塞34與噴嘴尖12背離的一側(cè)上形成關(guān)閉控制室31，該關(guān)閉控制室由上控制柱塞面限界。關(guān)閉控制室31經(jīng)在關(guān)閉控制室輸入線路32中的第一輸入節(jié)流閥ZDl與燃料高壓接頭4以液力方式連接并且經(jīng)關(guān)閉控制室回流線路33中的第一回流節(jié)流閥RDl和控制閥80與燃料低壓接頭22以液力方式連接。在控制柱塞(34)與噴嘴尖(12)面對(duì)的一側(cè)上形成打開(kāi)控制室(35)，它由下控制柱塞面限界。打開(kāi)控制室經(jīng)輸入通道9和打開(kāi)控制室輸入線路36中的第二輸入節(jié)流閥(ZD2)與燃料高壓接頭(4)以液力方式連接和經(jīng)打開(kāi)控制室回流線路37中的第二回流節(jié)流閥(RD2)，回流通道19和控制閥80與燃料低壓接頭(22)液力地連接。高壓燃料噴射閥100經(jīng)燃料高壓接頭4連接到高壓蓄壓器40上。高壓燃料噴射 閥100經(jīng)燃料低壓接頭22和低壓回流管道70與燃料箱60液力連接。在控制柱塞34與閥尖12面對(duì)的一側(cè)上，噴嘴針13布置在控制柱塞34的軸向延長(zhǎng)部中的閥尖12的相應(yīng)的容納孔中。該容納孔在其與閥桿8背離的端部處終止于盲孔14中。在導(dǎo)向孔和盲孔14之間的過(guò)渡部分中，設(shè)置用于噴嘴針13的針尖的針座16并且在針座16下方，從盲孔14出發(fā)，尖端孔15穿過(guò)盲孔壁并且因此在盲孔內(nèi)腔和閥尖12的外部區(qū)域之間形成一個(gè)連通部。噴嘴針13以其針尖支承在閥尖12的針座16中并且在其相對(duì)的端部處與控制柱塞固定地耦聯(lián)或者也可以與控制柱塞一體地構(gòu)造成。噴嘴針13的直徑顯著地小于控制柱塞34的直徑?？梢员皇┘訅毫Φ南驴刂浦嬉虼嗽趪娮灬?3和控制柱塞34之間的過(guò)渡區(qū)域中被減小了噴嘴針的橫截面積。在噴嘴針13和其在閥尖12中的容納孔之間形成一個(gè)環(huán)形間隙，在該環(huán)形間隙中，處于高壓下的燃料可以從打開(kāi)控制室35流向盲孔14。在高壓燃料噴射閥100的關(guān)閉狀態(tài)下，噴嘴針13以其針尖密封地支承在針座16中并且由此將盲孔14相對(duì)于環(huán)形間隙密封，從而沒(méi)有燃料可以經(jīng)尖端孔15從閥尖12流出。圖3原則上示出了高壓燃料噴射系統(tǒng)的與圖2相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是在此處，附加地將輸入節(jié)流閥ZD1，ZD2以及回流節(jié)流閥RD1，RD2通過(guò)可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥取代。這實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)流閥的優(yōu)化的校準(zhǔn)或者甚至優(yōu)化在運(yùn)行中在不同的運(yùn)行狀況下的相應(yīng)的節(jié)流條件。此外，在圖3中，在關(guān)閉控制室31中設(shè)置一個(gè)附加的、設(shè)計(jì)成螺旋壓力彈簧的關(guān)閉彈簧11。它保證，高壓燃料噴射閥100即使在無(wú)壓力的狀態(tài)下也保持關(guān)閉狀態(tài)。這尤其是在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)階段中是有利的。附加地，在圖3中的高壓燃料噴射閥100具有在控制柱塞中的帶有平衡節(jié)流閥ADK的平衡通道38或者對(duì)此備選地，用虛線示出地，具有在閥桿8中的帶有平衡節(jié)流閥ADS的平衡通道39。這兩種變型都在關(guān)閉控制室31和打開(kāi)控制室35之間形成液力連接。這實(shí)現(xiàn)了在兩個(gè)控制室31，35之間的壓力平衡并且依據(jù)節(jié)流閥ADK，ADS的尺寸設(shè)計(jì)情況，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)過(guò)程的或多或少的被阻尼的動(dòng)力學(xué)特性。在未操縱的靜止?fàn)顟B(tài)下，如果控制閥80是關(guān)閉的，高壓蓄壓器的壓力水平PR與關(guān)閉控制室31和打開(kāi)控制室35中的處于相同的大小。由于控制柱塞34在關(guān)閉控制室31中的可施加壓力的面大于控制柱塞34在打開(kāi)控制室35中的可施加壓力的面，因此產(chǎn)生的力在噴嘴針13的關(guān)閉方向上作用于控制柱塞34上，該力將針尖壓到其針座16上并且由此密封盲孔14。如果現(xiàn)在操縱控制閥80，那么燃料不僅從關(guān)閉控制室31而且從打開(kāi)控制室35流出并且對(duì)應(yīng)的壓力水平PS，PO下降。通過(guò)對(duì)輸入節(jié)流閥和回流節(jié)流閥ZD1，ZD2，RDl, RD2的相應(yīng)的尺寸設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可以不僅對(duì)壓力下降的速度而且對(duì)在被打開(kāi)的控制閥80情況下在打開(kāi)控制室35和關(guān)閉控制室31中的形成的壓力水平PS，P0進(jìn)行影響。壓力水平PS，P0此時(shí)取決于節(jié)流比D，即各個(gè)輸入節(jié)流閥ZD1，ZD2的通流值與回流節(jié)流閥RD1，RD2的通流值的比。該值越大，也就是說(shuō)，例如第一輸入節(jié)流閥ZDl的通流值與第一回流節(jié)流閥RDl的通流值的比越大，在關(guān)閉控制室31中形成的壓力水平PS就越高。反過(guò)來(lái)，回流節(jié)流閥RDl的通流值本身越大，壓力就下降得越快?，F(xiàn)在為了將噴嘴針13與其尖端一起從針座16上升起，即釋放開(kāi)燃料向盲孔14中的流動(dòng)，以便燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中，打開(kāi)控制室35中的壓力水平PO必須比關(guān)閉控制室31中的壓力水平PS高如此的程度，使得盡管打開(kāi)控制室中的控制柱塞面FO小于關(guān)閉 控制室中的控制柱塞面FS，但是在控制柱塞34上的打開(kāi)力仍然占優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)言之(POxFO)> (PSxFS)
為了實(shí)現(xiàn)可靠地并且快速地打開(kāi)高壓燃料噴射閥100，第一輸入節(jié)流閥ZDl與第一回流節(jié)流閥RDl的節(jié)流比DS，即關(guān)閉控制室中的壓力水平PS，必須顯著地小于第二輸入節(jié)流閥ZD2與第二回流節(jié)流閥RD2的節(jié)流比D0，即打開(kāi)控制室中的壓力水平PO。簡(jiǎn)言之DS〈〈D0或(ZD1/RD1)〈〈(ZD2/RD2)
同時(shí)，為了使關(guān)閉控制室31中的壓力水平PS的下降比打開(kāi)控制室35中的壓力水平PO的下降更快，第一回流節(jié)流閥RDl的通流值應(yīng)該大于第二回流節(jié)流閥RD2的通流值。為了使高壓燃料噴射閥100又快速地關(guān)閉，控制閥80被關(guān)閉?，F(xiàn)在關(guān)閉控制室31和打開(kāi)控制室35中的壓力水平PO，PS又建立起來(lái)，直到它們?cè)俅芜_(dá)到高壓蓄壓器的壓力水平PR。該壓力水平建立起來(lái)的速度在此處只取決于輸入節(jié)流閥ZD1，ZD2的通流值。在此情況下，通流值越大，壓力水平就越快地升高。為了實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉噴嘴針13，有利的是，關(guān)閉控制室31中的壓力水平PS比打開(kāi)控制室中的壓力水平PO升高得更換，即第一輸入節(jié)流閥ZDl的通流值大于輸入節(jié)流閥ZD2的通流值。簡(jiǎn)言之ZDDZD2
如圖3所示，如果使用在運(yùn)行中可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥，它的通流值可以連續(xù)地或必要時(shí)以不同的級(jí)進(jìn)行改變，那么在運(yùn)行中開(kāi)辟出另外的可能性。因此，例如在操縱控制閥80情況下，通過(guò)很大地打開(kāi)第二回流節(jié)流閥RD2和相對(duì)較小地打開(kāi)輸入節(jié)流閥ZD2和回流節(jié)流閥RDl可以實(shí)現(xiàn)“沖洗運(yùn)行”(SpUlbetrieb)，在該沖洗運(yùn)行下，高壓燃料噴射閥100保持關(guān)閉，但是通過(guò)燃料從系統(tǒng)中流回到燃料箱60中，高壓蓄壓器40中的壓力可以被減小或甚至被完全卸壓，例如在關(guān)掉內(nèi)燃機(jī)之后。壓力水平PO，PS與高壓蓄壓器40的壓力水平PR相關(guān)的可能的變化過(guò)程在圖4中的曲線圖中示出，其中對(duì)應(yīng)于時(shí)間t繪出壓力P。直到時(shí)間點(diǎn)11，控制閥8 O是關(guān)閉的，兩個(gè)壓力水平PO和PS位于與高壓蓄壓器40的壓力水平PR相同的高度上。在時(shí)間點(diǎn)tl處，現(xiàn)在控制閥80被打開(kāi)。結(jié)果，在現(xiàn)在壓力水平PO和PS以不同的梯度下降，其中，關(guān)閉控制室31中的壓力水平PS更陡地下降。在時(shí)間點(diǎn)t2處，現(xiàn)在分別在不同的壓力水平上形成平衡。關(guān)閉控制室31中的壓力水平PS在此時(shí)顯著低于打開(kāi)控制室35中的壓力水平PO。假設(shè)壓力水平差足夠大，使得控制柱塞34處的打開(kāi)力超過(guò)關(guān)閉力，從而現(xiàn)在高壓燃料噴射閥100被打開(kāi)。在時(shí)間點(diǎn)t3處，現(xiàn)在控制閥80又被關(guān)閉。自該時(shí)間點(diǎn)起，兩個(gè)壓力水平又以不同的梯度升高，從而關(guān)閉控制室中的壓力水平PS顯著更快地升高并且在時(shí)間點(diǎn)t4處就又達(dá)到高壓蓄壓器的壓力水平PR。相反，在打開(kāi)控制室35中的壓力水平PO顯著更慢地升高，從而在控制柱塞34上的關(guān)閉力又非?？斓卣純?yōu)勢(shì)并且關(guān)閉高壓燃料噴射閥100。只有在較后的時(shí)間點(diǎn)t5處在打開(kāi)控制室35中也又達(dá)到高壓蓄壓器40的壓力水平PR。壓力變化過(guò)程在此處是簡(jiǎn)化示出的并且沒(méi)有反映出通過(guò)尖端孔15流出的燃料和控制柱塞的運(yùn)動(dòng)以及高壓蓄壓器40處的壓力波動(dòng)的疊加的影響。圖5依據(jù)噴射速率變化曲線示出了按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥相對(duì)于常規(guī)噴射閥具有的優(yōu)點(diǎn)。噴射速率變化曲線描繪了相對(duì)于時(shí)間每單位時(shí)間噴射到燃燒室中的燃料量并且提供關(guān)于噴射閥的打開(kāi)和關(guān)閉特性的信息。在本曲線圖中噴射率相對(duì)于時(shí)間軸進(jìn)行繪制。通過(guò)實(shí)線繪出的噴射速率曲線EVl 在此對(duì)應(yīng)于常規(guī)高壓燃料噴射閥的噴射速率曲線并且通過(guò)虛線繪出的噴射速率曲線EV2表示按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥的噴射速率曲線?？梢郧宄乜匆?jiàn)，噴射速率曲線EV2通過(guò)更快速和更精確的打開(kāi)和關(guān)閉過(guò)程表征并且即使在打開(kāi)時(shí)間期間也保持噴射速率曲線EV2更恒定。這導(dǎo)致在時(shí)間上以及在數(shù)量上更精確的噴射過(guò)程并且由此不僅對(duì)內(nèi)燃機(jī)的功效性能而且對(duì)內(nèi)燃機(jī)的排放性能產(chǎn)生影響。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)的高壓燃料噴射閥，至少具有， -沿著縱軸線延伸的閥桿⑶和閥尖(12)， -噴嘴針(13)和控制柱塞(34)， -帶有操縱致動(dòng)器的控制閥(30)和 -燃料高壓接頭(4)以及燃料低壓接頭(22)， 其中，在閥桿(8)和閥尖(12)中設(shè)置沿著縱軸線延伸的容納室，在所述容納室中，所述控制柱塞(34)和所述噴嘴針(13)在縱軸線方向上相繼地布置并且在縱軸線方向上被可運(yùn)動(dòng)地引導(dǎo)， 其中，所述噴嘴針(13)布置在所述控制柱塞(34)與所述噴嘴尖(12)面對(duì)的一側(cè)上并且與所述噴嘴尖(12)中的針座(16)共同作用，其中，所述容納室在所述控制柱塞(34)與所述噴嘴尖(12)背離的一側(cè)上形成關(guān)閉控制室(31)，所述關(guān)閉控制室由上控制柱塞面限界并且經(jīng)第一輸入節(jié)流閥(ZDl)與燃料高壓接頭(4)液力連接和經(jīng)第一回流節(jié)流閥(RDl)與燃料低壓接頭(22)液力連接， 其特征在于， 所述容納室在所述控制柱塞(34)與所述噴嘴尖(12)面對(duì)的一側(cè)上形成打開(kāi)控制室(35)，所述打開(kāi)控制室由下控制柱塞面限界并且經(jīng)第二輸入節(jié)流閥(ZD2)與燃料高壓接頭(4)液力連接和經(jīng)第二回流節(jié)流閥(RD2)與燃料低壓接頭(22)液力連接，和 所述控制閥(30)被設(shè)置用于依據(jù)運(yùn)行情況打開(kāi)和關(guān)閉在所述回流節(jié)流閥(RD1，RD2)和燃料低壓接頭(22)之間的液力連通。
2.按照權(quán)利要求2所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述噴嘴針(13)直接地連接到所述控制柱塞(34)的下控制柱塞面上。
3.按照權(quán)利要求3所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述噴嘴針(13)在至所述控制柱塞(34)的過(guò)渡區(qū)域中具有比所述下控制柱塞面較小的橫截面。
4.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述控制柱塞(34)和所述噴嘴針(13)以機(jī)械方式剛性地相互連接。
5.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述第一回流節(jié)流閥(RDl)具有比所述第二回流節(jié)流閥(RD2)更大的通流值，從而在被打開(kāi)的控制閥(30)情況下在所述關(guān)閉控制室(31)中的控制壓力比在打開(kāi)控制室(35)中更快地卸壓，直到由此在所述控制柱塞(34)上產(chǎn)生的合力打開(kāi)所述高壓燃料噴射閥。
6.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述第一輸入節(jié)流閥(ZDl)具有比所述第二輸入節(jié)流閥(ZD2)更大的通流值，從而在關(guān)閉的控制閥(30)下在所述關(guān)閉控制室(31)中的控制壓力比在所述打開(kāi)控制室(35)中更快地建立起來(lái)，直到由此在所述控制柱塞(34)上產(chǎn)生的合力關(guān)閉所述高壓燃料噴射閥。
7.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，至少兩個(gè)回流節(jié)流閥(RDl/RD2)中之一具有在運(yùn)行中可改變的通流值。
8.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，至少兩個(gè)輸入節(jié)流閥(ZDl/ZD2)中之一具有在運(yùn)行中可改變的通流值。
9.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述關(guān)閉控制室(31)和所述打開(kāi)控制室(35)經(jīng)平衡通道(38/39)被液力地連接，其中，在所述平衡通道(38/39)中設(shè)置平衡節(jié)流閥(ADK/ADS)。
10.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，在所述關(guān)閉控制室(31)中設(shè)置設(shè)計(jì)成壓力彈簧的關(guān)閉彈簧(11)，通過(guò)所述關(guān)閉彈簧可以在所述針座(16)的方向上對(duì)所述控制柱塞(34)施加附加的關(guān)閉力。
11.按照權(quán)利要求I所述的高壓燃料噴射閥，其特征在于，所述控制閥的所述操縱致動(dòng)器是電磁致動(dòng)器或壓電致動(dòng)器。
全文摘要
按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥(100)具有帶有操縱致動(dòng)器(81)的控制閥(80)和燃料高壓接頭(4)以及燃料低壓接頭(22)。在閥桿(8)和閥尖(12)中在縱向上相繼布置控制柱塞(34)和噴嘴針(13)并且可運(yùn)動(dòng)地進(jìn)行引導(dǎo)?？刂浦?34)的容納室與控制柱塞(34)形成一個(gè)由上控制柱塞面限界的關(guān)閉控制室(31)和一個(gè)由下控制柱塞面限界的打開(kāi)控制室(35)。這兩個(gè)控制室分別經(jīng)輸入節(jié)流閥(ZD1，ZD2)與燃料高壓接頭(4)液力連接并且分別經(jīng)回流節(jié)流閥(RD1，RD2)與燃料低壓接頭(22)液力連接?？刂崎y(80)布置成用于依據(jù)運(yùn)行情況打開(kāi)和關(guān)閉在回流節(jié)流閥(RD1，RD2)和燃料低壓接頭(22)之間的燃料回流線路。輸入節(jié)流閥(ZD1，ZD2)和回流節(jié)流閥(RD1，RD2)的通流值被如此選擇，使得在控制閥(80)被致動(dòng)時(shí)高壓燃料噴射閥(100)打開(kāi)和在取消該致動(dòng)時(shí)高壓燃料噴射又關(guān)閉。通過(guò)按照本發(fā)明的高壓燃料噴射閥(100)的設(shè)計(jì)方案，在閥沒(méi)有為了打開(kāi)而被致動(dòng)期間沒(méi)有出現(xiàn)泄漏損失。
文檔編號(hào)F02M63/00GK102812232SQ201180010055
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者S.費(fèi)德羅夫, J.凱雷克格亞托, A.盧巴爾 申請(qǐng)人:歐陸汽車(chē)有限責(zé)任公司