專利名稱：用于噴射流體的噴射裝置和方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種噴射裝置，帶有一個噴射噴嘴，一個用于控制噴射的閥裝置和一個用于操縱閥裝置的執(zhí)行元件。本發(fā)明另外還涉及一種用于噴射流體的噴射方法，其中使一個執(zhí)行元件工作，通過該執(zhí)行元件操縱閥裝置并打開噴射噴嘴。
一種該類型的裝置和該類型的方法例如已由EP 0 562 046 B1公開。對于這種系統(tǒng)的基本要求是，以盡可能大的噴射壓力進(jìn)行燃料噴射。高的噴射壓力對發(fā)動機(jī)功能有積極影響，例如降低有害物質(zhì)排放和燃料消耗。為了實(shí)現(xiàn)高的噴射壓力，可以設(shè)置一個壓力放大器，它通過液壓變換機(jī)構(gòu)將一個初級的、基本由蓄壓器提供的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樗Ｍ母叩膰娚鋲毫?。通過適當(dāng)選擇壓力放大器承受作用力的面積和彈性機(jī)構(gòu)的反作用力，可以調(diào)節(jié)合適的壓力放大值。
為了控制噴射，設(shè)置一個閥裝置，它本身由一個執(zhí)行元件推動，該執(zhí)行元件基本是一個電磁閥或一個壓電執(zhí)行器。該閥裝置既用于將待放大的初級壓力輸送給壓力放大器，也用于在完成壓力放大和隨之出現(xiàn)的噴射噴嘴的噴射之后，使壓力放大器卸載和再填充。
在現(xiàn)有技術(shù)中使用一個二位三通閥作為閥裝置。在該二位三通閥的第一開關(guān)位置，燃料入口與壓力放大器初級側(cè)之間的燃料流被截止。另一方面，在壓力放大器初級側(cè)和回流系統(tǒng)之間產(chǎn)生連接。如果此時噴射裝置的執(zhí)行元件被操縱，二位三通閥轉(zhuǎn)入過渡位置，在該位置，不但燃料入口與壓力放大器初級側(cè)之間被接通，而且壓力放大器初級側(cè)和回流系統(tǒng)之間也被接通。進(jìn)一步操縱執(zhí)行元件，進(jìn)入二位三通閥的第二開關(guān)位置，在該位置，壓力放大器初級側(cè)與回流系統(tǒng)之間的連接被截止，但燃料入口與初級側(cè)之間的連接仍然保持暢通。在壓力放大器卸載或再填充時，二位三通閥按相反的順序進(jìn)入所述接通狀態(tài)。
在現(xiàn)有技術(shù)的所述解決方案中，被證明特別有問題的是，出現(xiàn)高的泄漏量。這有損于噴射系統(tǒng)的效率。此外，二位三通閥只能有條件地適用于高壓使用情況，特別是考慮到制造和密封問題。
這種類型的壓力放大器特別是與噴油蓄壓管系統(tǒng)(Common-Rail-System)一起使用。在存儲器噴射“蓄壓管(Common-Rail)”中，初級的壓力產(chǎn)生與噴射是脫聯(lián)的。噴射壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和噴射量無關(guān)地產(chǎn)生，并且為了噴射而在“蓄壓管(Rail)”(燃料存儲器)中準(zhǔn)備好。用這種方法基本上可以實(shí)現(xiàn)一種有利的噴射過程，因?yàn)榭梢葬槍Πl(fā)動機(jī)的每一個工作點(diǎn)相互獨(dú)立地確定特別是噴射壓力和噴射量。不過，目前噴油蓄壓管中的壓力還限制在約1600巴(bar)以內(nèi)，因此，由于排氣和燃料消耗方面的緣故希望提高壓力。把壓力放大器與噴油蓄壓管系統(tǒng)結(jié)合可以產(chǎn)生特別好的效果。但由于使用二位三通閥仍然出現(xiàn)上面提到的問題，它總的來說對噴射系統(tǒng)的功能產(chǎn)生不良影響。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)按照權(quán)利要求1的本發(fā)明噴射裝置在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上通過以下方案構(gòu)成，閥裝置至少具有一個第一閥和一個第二閥，它們可以由執(zhí)行元件通過一個共用的液壓耦合腔操縱。用這種方式例如可以避免如在現(xiàn)有技術(shù)中使用二位三通閥時所出現(xiàn)的問題。因?yàn)閮蓚€閥可以通過同一執(zhí)行元件操縱，與使用一個唯一的二位三通閥相比，在這里的裝置費(fèi)用沒有提高，這樣總的來說改進(jìn)了系統(tǒng)。例如可以實(shí)現(xiàn)，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)彈性機(jī)構(gòu)，使閥在不同的時間點(diǎn)對執(zhí)行元件的操縱做出反應(yīng)。液壓耦合腔還用于可能需要的力-位移轉(zhuǎn)換以及對公差的補(bǔ)償，例如對長度變化的補(bǔ)償。
優(yōu)選設(shè)置一個壓力放大器用于放大初級壓力，該壓力放大器可由閥裝置操縱。用這種方式能夠特別好地實(shí)現(xiàn)高的噴射壓力。因?yàn)椴辉傩枰O(shè)置一個二位三通閥，所以可以在避免高的泄漏損失的條件下作用一個大的壓力差，該壓力差是由于壓力放大器而產(chǎn)生的。
執(zhí)行元件優(yōu)選是壓電執(zhí)行器。壓電執(zhí)行器是良好的可電子控制的執(zhí)行元件，特別是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)緊湊并且工作可靠。另外，通過改變控制參數(shù)(電壓，脈沖持續(xù)時間)可以改變其執(zhí)行功能。
初級壓力有利地由一個噴油蓄壓管提供。這樣可以將噴油蓄壓管系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與經(jīng)過壓力放大的噴射裝置結(jié)合。噴油蓄壓管壓力目前限制在大約1600bar，它可被進(jìn)行壓力放大；這使廢氣排放和燃料消耗量下降。
有利的是，噴射系統(tǒng)是壓力控制的。用這種方法可以確保，噴射噴嘴事實(shí)上在一個確定的閾值壓力以上時才打開。這樣就在任何情況下保證了高壓噴射的優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選第一閥在第一位置時把初級壓力與壓力放大器的低壓腔隔開，并且第一閥在第二位置時把初級壓力耦合到壓力放大器的低壓腔中。這樣，第一閥被用作計量閥，其中，其開口位置決定性地確定系統(tǒng)的燃料供應(yīng)。
有利的是，第二閥在第一位置時使壓力放大器的低壓腔與一個回流系統(tǒng)聯(lián)接，第二閥在第二位置時將壓力放大器的低壓腔與該回流系統(tǒng)隔開。這樣，第二閥可以用作壓力放大器的卸荷閥；另外還可以通過第二閥對壓力放大器進(jìn)行填充。
特別有利的是，第一閥和第二閥這樣相互協(xié)調(diào)，使得通過操縱執(zhí)行元件，首先第二閥可從其第一位置轉(zhuǎn)入其第二位置，然后第一閥可由其第一位置轉(zhuǎn)入其第二位置。這樣實(shí)現(xiàn)，兩個閥的開口截面不重疊。這使得出現(xiàn)的泄漏量明顯減小，因?yàn)楫?dāng)?shù)谝婚y還處在其閉合的初始狀態(tài)時，第二閥已經(jīng)閉合。另外在第二閥閉合時還可以多次(節(jié)拍式)開啟和閉合第一閥。
優(yōu)選將壓力放大器的低壓腔與壓力放大器的高壓腔通過一個止回閥連接，高壓腔可通過該止回閥被填充。在每次噴射循環(huán)中都需對高壓腔進(jìn)行這樣的填充，從而有高壓噴射用的流體可供使用。止回閥阻止高壓從壓力放大器高壓腔到達(dá)壓力放大器的低壓腔，另一方面，止回閥使得能夠從低壓腔向高壓腔填充。
有利的還可以是，壓力放大器的高壓腔與所述回流系統(tǒng)通過一個止回閥連接。用這種方法可以使壓力放大器的高壓腔與低壓腔相互完全脫聯(lián)，并且用溢流系統(tǒng)中存在的流體進(jìn)行對高壓腔的再填充。
優(yōu)選將壓力放大器的差壓腔通過止回閥與所述回流系統(tǒng)連接，這樣差壓腔不被填充。盡管止回閥可能使得在差壓腔中出現(xiàn)的泄漏量進(jìn)入回流系統(tǒng)中，但止回閥阻止了對差壓腔的填充，這有利地減少了總的待填充量。
有利的還可以是，代替低壓腔，壓力放大器的高壓腔可以通過第二閥卸載。用這種方式可以比采用在壓力放大器低壓側(cè)卸載的方案使噴射噴嘴更快地卸載。不過，通過第二閥在高壓腔卸載時要考慮，由于高壓腔中的高壓，閥系統(tǒng)承受更高的負(fù)荷。
有利的是，第一閥和/或第二閥是二位二通閥。利用它們可進(jìn)行所需要的邏輯控制功能，該功能在現(xiàn)有技術(shù)中是由一個二位三通閥完成的。
優(yōu)選第一閥和執(zhí)行元件這樣相互協(xié)調(diào)，使得第一閥可連續(xù)地或分級式地在具有不同開啟截面的不同開啟狀態(tài)中轉(zhuǎn)換。這在結(jié)合預(yù)噴射時會是有利的。通過第一閥閥座中的一個節(jié)流機(jī)構(gòu)，能夠以降低的噴射壓力實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴射量。為此這樣設(shè)計第一閥與執(zhí)行元件的配合作用，使得能夠?qū)Φ谝婚y進(jìn)行連續(xù)的截面控制或使第一閥分級式開啟。這里可以有利地充分利用壓電執(zhí)行器的快速的開關(guān)動作時間。同樣可以根據(jù)第一閥的截面控制達(dá)到噴射過程的形成。
按照權(quán)利要求13，本發(fā)明這樣構(gòu)成所述類型的方法，即，閥裝置的一個第一閥和一個第二閥由一個執(zhí)行元件通過一個共用的液壓耦合腔操縱。盡管用兩個閥來代替一個二位三通閥，該方法過程同樣可以簡單地設(shè)計。為了既操縱第一閥，又操縱第二閥，只需要一個唯一的執(zhí)行元件和它的優(yōu)選的電子控制系統(tǒng)。
用于放大一個初級壓力的壓力放大器優(yōu)選通過一個閥裝置操縱。用這種方式可以在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)有利的高的噴射壓力。
優(yōu)選在噴射噴嘴的輸入?yún)^(qū)域中超過一定的壓力時，噴射噴嘴打開。特別是在有利地使用高的噴射壓力時，優(yōu)選這樣的壓力控制系統(tǒng)，因?yàn)榭刂茀?shù)一壓力同時是影響噴射質(zhì)量的決定性參數(shù)。
該方法有利地這樣進(jìn)一步構(gòu)造，即，在操縱執(zhí)行元件時，通過閉合第二閥使壓力放大器的低壓腔與一個回流系統(tǒng)脫聯(lián)，然后通過開啟第一閥使初級壓力耦合到低壓腔中，然后噴射噴嘴輸入?yún)^(qū)域中的壓力超過一定的壓力，使噴射噴嘴打開，然后第一閥閉合并且隨后第二閥開啟，使噴射結(jié)束并且壓力放大器卸載。通過這種方法過程達(dá)到，兩個閥的開啟截面不重疊，這使得泄漏量有利地減少。而且這些開關(guān)狀態(tài)適合于，能夠迅速建立壓力并且同樣實(shí)現(xiàn)壓力放大器和噴射噴嘴可靠地卸載。另外，在第二閥處于閉合狀態(tài)時，第一閥可實(shí)現(xiàn)多個開關(guān)過程。
優(yōu)選壓力放大器的高壓腔通過一個止回閥填充，該高壓腔通過該止回閥與低壓腔連接。由于低壓腔在閥開啟時有足夠量的存儲流體，可采用的方案是，將這些存儲流體用于通過一個止回閥填充高壓腔。相反，高壓不能通過止回閥從壓力放大器的高壓腔進(jìn)入低壓腔，它被完全用于控制噴射噴嘴。
有利的還可以是，壓力放大器的高壓腔通過一個止回閥填充，通過該止回閥高壓腔與一個回流系統(tǒng)連接。這樣，壓力放大器的低壓腔與高壓腔完全脫聯(lián)，并且仍然可以由足夠量的存儲流體填充高壓腔。
還有利的是，壓力放大器的高壓腔通過第二閥卸載。這可能會導(dǎo)致更快地卸載，不過，其中需要考慮，閥裝置必須承受更高的壓力。
優(yōu)選的是，第一閥連續(xù)地或分級式地在不同的開啟狀態(tài)中轉(zhuǎn)換。用這種方式，借助作為計量閥的第一閥，可以實(shí)現(xiàn)噴射過程的造形以及實(shí)現(xiàn)具有小的預(yù)噴射量和降低的噴射壓力的預(yù)噴射。其有利之處在于，利用壓電執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)快的開關(guān)動作時間。
本發(fā)明基于這種令人驚訝的知識，即通過使用兩個閥能夠以可靠的方式控制噴射裝置，特別是帶有壓力放大器的噴射裝置。在使用一個二位三通閥時出現(xiàn)的缺點(diǎn)被克服了，而且沒有出現(xiàn)裝置費(fèi)用的不利的提高。這里要強(qiáng)調(diào)的是，為了運(yùn)行兩個閥，只用唯一的一個執(zhí)行元件就足夠了。
附圖下面結(jié)合附圖，借助舉例的一個優(yōu)選實(shí)施形式說明本發(fā)明。


圖1示意性描述了一個本發(fā)明噴射裝置。
為了引導(dǎo)一個噴射過程，壓電執(zhí)行器22起作用。壓電執(zhí)行器22的力通過耦合腔24同時傳遞給第一二位二通閥18和第二二位二通閥20。在初始狀態(tài)時，第一二位二通閥18閉合而第二二位二通閥20開啟。第一二位二通閥18閉合使得壓力放大器16的低壓腔32與噴油蓄壓管26中的初級壓力脫聯(lián)。第二二位二通閥20開啟的結(jié)果是，壓力放大器16的低壓腔32與一個回流系統(tǒng)34連接。此時，如果力通過耦合腔24從壓電執(zhí)行器22傳遞到二位二通閥18、20上，這樣，首先閉合第二二位二通閥20，然后才打開第一二位二通閥18。這一開關(guān)順序可以通過調(diào)整兩個有關(guān)的二位二通閥實(shí)現(xiàn)，特別是通過適當(dāng)選擇有關(guān)的液壓作用面積以及彈性力實(shí)現(xiàn)。通過二位二通閥的這種開關(guān)順序可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蛪呵?2與回流系統(tǒng)34之間的連接已經(jīng)被第二二位二通閥20截止時，在壓力放大器16的低壓腔32中才在此時建立壓力。這樣，可以迅速實(shí)現(xiàn)在壓力放大器16的低壓腔32中建立壓力，并且，由于兩個二位二通閥的開啟截面沒有重疊，出現(xiàn)的泄漏量顯著減少。在壓力放大器16的低壓腔32中產(chǎn)生的壓力被壓力放大器16放大，從而在壓力放大器16的高壓腔36中出現(xiàn)一個高的壓力。該壓力被傳送到壓力控制的噴射噴嘴12上，當(dāng)超過一個閾值壓力時，噴射噴嘴12打開，在相應(yīng)的高壓下進(jìn)行噴射。
如果由于壓電執(zhí)行器22不工作使得此時二位二通閥18、20又運(yùn)動一首先是第一二位二通閥18，然后是第二二位二通閥20一到其原始位置，這樣，壓力放大器16可以通過第二二位二通閥20卸載和被填充。這里，高壓腔的填充通過止回閥38進(jìn)行，該止回閥安置在壓力放大器16的低壓腔32和高壓腔36之間。在前面描述的噴射過程中，止回閥38的任務(wù)是阻止液流從壓力放大器16的高壓腔36進(jìn)入低壓腔32。在壓力放大器16的差壓腔40中出現(xiàn)的另外的泄漏量通過止回閥42導(dǎo)入回流系統(tǒng)34。止回閥42的設(shè)置避免了在壓力放大器16卸載時填充差壓腔40，從而有利地減少了有關(guān)的待填充量。
所述的基本的方法過程能夠以多種方式作出改進(jìn)，特別是在考慮區(qū)別預(yù)噴射與主噴射方面以及在噴射過程的造型(Formung)方面。這樣的改變可以有利地通過匹配由壓電執(zhí)行器22與第一二位二通閥18組成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，特別是通過以連續(xù)或不連續(xù)的方式分級開啟第一二位二通閥。其中，通過有關(guān)的液壓作用截面實(shí)現(xiàn)第一二位二通閥的匹配。
以上對本發(fā)明實(shí)施例所做描述只用于說明的目的，而不是為了限制本發(fā)明。在不偏離本發(fā)明范圍及其等效性的情況下，可以在本發(fā)明框架內(nèi)做出不同的變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種噴射裝置，帶有一個噴射噴嘴(12)，一個用于控制噴射的閥裝置(18，20)和一個用于操縱閥裝置(18，20)的執(zhí)行元件(22)，其特征在于，閥裝置至少具有一個第一閥(18)和一個第二閥(20)，它們可以由執(zhí)行元件(22)通過一個共用的液壓耦合腔(24)操縱。
2.如權(quán)利要求1所述的噴射裝置，其特征在于，設(shè)置一個壓力放大器用于放大初級壓力，該壓力放大器可由閥裝置(18，20)操縱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的噴射裝置，其特征在于，執(zhí)行元件是壓電執(zhí)行器(22)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的噴射裝置，其特征在于，它被安置在一個噴油蓄壓管系統(tǒng)中。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的噴射裝置，其特征在于，它是壓力控制的。
6.如權(quán)利要求2至5之一所述的噴射裝置，其特征在于，第一閥(18)在第一位置時把初級壓力與壓力放大器(16)的低壓腔(32)分開，并且第一閥(18)在第二位置時把初級壓力聯(lián)接到壓力放大器(16)的低壓腔(32)中，第二閥(20)在第一位置時使壓力放大器(16)的低壓腔(32)與一個回流系統(tǒng)(34)聯(lián)接，第二閥(20)在第二位置時將壓力放大器(16)的低壓腔(32)與該回流系統(tǒng)(34)隔開。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的噴射裝置，其特征在于，第一閥(18)和第二閥(20)這樣相互協(xié)調(diào)，使得通過操縱執(zhí)行元件(22)，首先第二閥(20)可從其第一位置轉(zhuǎn)入其第二位置，然后第一閥(18)可由其第一位置轉(zhuǎn)入其第二位置。
8.如權(quán)利要求2至7之一所述的噴射裝置，其特征在于，壓力放大器(16)的低壓腔(32)與壓力放大器(16)的高壓腔(36)通過止回閥(38)連接，壓力放大器(16)的高壓腔(36)可通過該止回閥被填充，壓力放大器(16)的高壓腔(36)通過一個止回閥與一個回流系統(tǒng)(34)連接。
9.如權(quán)利要求2至8之一所述的噴射裝置，其特征在于，壓力放大器(16)的差壓腔(40)通過一個止回閥(42)與一個回流系統(tǒng)(34)連接，這樣，差壓腔(40)不被填充。
10.如權(quán)利要求2至9之一所述的噴射裝置，其特征在于，壓力放大器(16)的高壓腔(36)可以通過該第二閥(20)卸載。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的噴射裝置，其特征在于，第一閥(18)和/或第二閥(20)是二位二通閥。
12.如權(quán)利要求1至10之一所述的噴射裝置，其特征在于，第一閥(18)和執(zhí)行元件(22)這樣相互協(xié)調(diào)，使得第一閥(18)可連續(xù)地或分級式地在具有不同開啟截面的不同開啟狀態(tài)中轉(zhuǎn)換。
13.一種用于噴射流體的方法，其中，使一個執(zhí)行元件(22)工作，通過該執(zhí)行元件(22)操縱一個閥裝置(18，20)，并打開一個噴射噴嘴(12)，其特征在于，閥裝置(18，20)的一個第一閥(18)和一個第二閥(20)由執(zhí)行元件(22)通過一個共用的液壓耦合腔(24)操縱。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，通過閥裝置(18，20)操縱用于放大一個初級壓力的壓力放大器(16)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，當(dāng)噴射噴嘴(12)的輸入?yún)^(qū)域中超過一定的壓力時，噴射噴嘴(12)被打開。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，在操縱執(zhí)行元件(22)時，通過閉合第二閥(20)使壓力放大器(16)的低壓腔(32)與一個回流系統(tǒng)(34)脫聯(lián)，然后通過開啟第一閥(18)使初級壓力聯(lián)接到低壓腔(32)中，然后噴射噴嘴(12)的輸入?yún)^(qū)域中的壓力超過一個確定的壓力，這樣，噴射噴嘴(12)打開，然后第一閥(18)閉合并且隨后第二閥(20)開啟，這樣，噴射結(jié)束并且壓力放大器(16)卸載。
17.如權(quán)利要求14至16之一所述的方法，其特征在于，壓力放大器(16)的高壓腔(36)通過一個止回閥(38)被填充，通過該止回閥使得該高壓腔與壓力放大器(16)的低壓腔(32)連接。
18.如權(quán)利要求14至17之一所述的方法，其特征在于，壓力放大器(16)的高壓腔(36)通過一個止回閥(38)被填充，該高壓腔通過該止回閥與一個回流系統(tǒng)(34)連接。
19.如權(quán)利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，壓力放大器(16)的高壓腔(36)通過所述第二閥(20)被卸載。
20.如權(quán)利要求13至19之一所述的方法，其特征在于，第一閥(18)連續(xù)地或分級式地在具有不同開啟截面的不同開啟狀態(tài)中被轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種噴射裝置,帶有一個噴射噴嘴(12),一個用于控制噴射的閥裝置(18,20)和一個用于操縱閥裝置(18,20)的執(zhí)行元件(22),其中,閥裝置至少具有一個第一閥(18)和一個第二閥(20),它們可以由執(zhí)行元件(22)通過一個共用的液壓耦合腔(24)操縱。本發(fā)明還涉及一種用于噴射流體的方法,其中使一個執(zhí)行元件(22)工作,通過該執(zhí)行元件(22)操縱一個閥裝置(18,20)并打開一個噴射噴嘴(12),其中,閥裝置(18,20)的一個第一閥(18)和一個第二閥(20)由執(zhí)行元件(22)通過一個共用的液壓耦合腔(24)操縱。
文檔編號F02M51/06GK1327512SQ00802262
公開日2001年12月19日 申請日期2000年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月22日
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