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CN107923354B - 用于计量流体的阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于计量流体的阀并且尤其构型为用于内燃机的燃料喷射阀。阀(1)包括电磁致动器(2)和能够借助于致动器(2)的衔铁操作的阀针(7)，该阀针用于操作阀关闭体(8)，该阀关闭体与阀座面(9)共同作用成密封座。衔铁(4)具有穿流通道(26A‑26F)。穿流通道(26A‑26F)以通入开口(36A‑36F)通到衔铁的端侧上。衔铁(4)在阀针(7)上能运动地被导向。位置固定地布置在阀针(7)上的止挡元件(15)与穿流通道(26A‑26F)的通入开口(36A‑36F)共同作用，当衔铁(4)以该衔铁的端侧(17)位于止挡元件(15)上时，实现相对于穿流通道(26A‑26F)的节流。

Description

用于计量流体的阀
技术领域
本发明涉及一种用于计量流体的阀、尤其是用于内燃机的燃料喷射阀。本发明特别涉及用于机动车的燃料喷射设备的喷射器领域，其中，优选在内燃机的燃烧室中进行燃料直喷。
背景技术
由DE 103 60 330 A1已知一种用于内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射阀。已知的燃料喷射阀包括与阀座面共同作用成密封座的阀针和与阀针连接的衔铁，该衔铁被复位弹簧沿关闭方向加载并且该衔铁与电衔铁磁线圈共同作用。衔铁布置在磁路的外极的凹部中并且具有凸缘，该凸缘在周向构造在衔铁上。在凸缘上成形的三角形横截面能够实现衔铁的与方向有关的液压阻尼。在这里产生打开运动的阻尼，而关闭运动可以不受阻碍地进行。燃料通道在阀针导向部中、在衔铁中并且在导向元件上走向。燃料通过中央的燃料供给来供应。
发明内容
按照本发明，提出了一种用于计量流体的阀，具有电磁致动器和能够借助于所述致动器的衔铁操作的阀针，该阀针用于操作阀关闭体，该阀关闭体与阀座面共同作用成密封座，其中，所述衔铁具有至少一个穿流通道，其中，所述至少一个穿流通道以至少一个通入开口通到所述衔铁的端侧上，所述衔铁在所述阀针上能运动地被导向，设有位置固定地布置在所述阀针上的止挡元件并且所述止挡元件如此与所述至少一个穿流通道的所述至少一个通入开口共同作用，使得当所述衔铁以该衔铁的端侧位于所述止挡元件上时，实现相对于所述至少一个穿流通道的节流，在所述止挡元件上构型有缝和/或贯通开口，其中，所述止挡元件具有朝向所述衔铁的所述端侧的止挡面并且所述止挡面至少在远离阀针的纵轴线的部分中以向外上升的锥度锥形地构型，通过该锥度在响应时防止所述衔铁在所述止挡元件上较强烈的液压粘接，其中，所述止挡元件具有背离所述衔铁的所述端侧的外侧，该外侧至少部分锥形地构型，并且所述缝或者说所述贯通开口布置在所述锥形构型的区域中。
具有上述技术方案中特征的、根据本发明的阀具有以下优点：能够实现改善的构型和工作原理。尤其可以在具有衔铁自由行程的构型中实现在短间歇时间的情况下改善的多次喷射能力。
通过在下述说明中列举的措施能够实现在上述技术方案中说明的阀的有利扩展方案。
在用于计量流体的阀中，作为磁体衔铁使用的衔铁不是与阀针固定连接，而是在止挡部之间活动地支承。由此得到一定的、被调节的衔铁自由行程。这种止挡部可以通过显示为用于止挡元件的示例的止挡套筒和/或止挡环实现。这些止挡元件中的至少一个止挡元件相应于本发明改型。原则上也可以设置两个止挡元件，这两个止挡元件在两侧在衔铁的运动方面限制所述衔铁并且以相同或不同的方式如此改型，使得当衔铁以它的端侧或者说它的另外的端侧位于与此有关的止挡元件上时，通过每个止挡元件能够实现相对于衔铁的至少一个穿流通道的节流。
在起始位置中，衔铁优选通过至少一个弹簧在静止状态中处于相对于阀针位置固定的止挡部上，使得衔铁贴靠在那里。则在操控阀时可使用完整的衔铁自由行程作为加速段。
相对于衔铁与阀针的固定连接产生以下优点：通过衔铁所产生的动量在打开时在相同磁力的情况下在较高压力时也可以可靠地打开阀针。这可以称为动态机械增强。另一优点在于，实现所参与的质量的解耦，使得在密封座上产生的碰撞力分成两个冲力。特定地，由此可以在高动态喷射阀中通过质量的解耦实现较小的反弹倾向。
然而产生特定的问题，该问题与衔铁在阀针上的活动支承有关。在关闭所述阀时产生以下问题：衔铁在碰撞到与此有关的止挡部上之后可以由设计决定地又回弹，使得在极端情况中可能出现，再次经过整个衔铁自由行程并且衔铁在随后碰撞在相对置的止挡部上时还获得如此多的能量，使得阀针再次短暂地从它的座中升起。由此可以产生不希望的再喷射，该再喷射导致提升的消耗和提升的有害物质排放。即使衔铁在回弹时不经过整个衔铁自由行程，该衔铁还会需要一些时间，直到该衔铁又稳定并且达到起始位置中。如果在最终稳定之前进行又一次操控(这尤其在具有喷射之间的短间歇时间的多次喷射中是重要的)，那么不再得到稳固的阀功能。例如可能是，碰撞动量相应地增大或减小。在不利的情况下，这可以导致，阀完全不再打开，因为用于此的碰撞动量不足。
根据构型和应用情况可以实现衔铁的阻尼，其方式是，衔铁布置在液态流体中。在这里，可以通过环形间隙调节阻尼，该环形间隙位于衔铁的外侧和阀的壳体的内壁之间。然而在这样的阻尼中产生以下问题：即使所述阻尼根据方向进行，该阻尼也在整个衔铁行程上导致阻尼。因此，这样的阻尼的可行性受限制。通过经过衔铁的至少一个穿流通道的通流的节流产生对阻尼的有利影响，因为该阻尼在与此有关的止挡元件上的碰撞区域中有针对性地被增强。
根据阀的构型，可以以有利的方式实现一个或多个优点。可以以有利的方式防止衔铁撞击，由此尤其可以防止不期望的再喷射并且可以实现衔铁的改善的稳定。此外，可以实现在短间歇时间的情况下的稳固的多次喷射能力。此外，可以实现在关闭时较小的碰撞动量，这导致衔铁、止挡套筒和阀座上的较小磨损。这一方面减小在使用寿命期间可考虑的功能变化，并且另一方面减小不期望的噪音。此外，能够以有利的方式防止液压粘接。
在这样的液压粘接中，衔铁例如从它的静止位置出发液压地粘附在与此相关的止挡部上，这造成在操控时延缓的松脱。由于这样的液压粘接也可以产生在操控性能方面的改变，这可能导致喷射的燃料量方面的差别。此外，可以实现阻尼解决方案的公差敏感性的改善。
由阀针操作的阀关闭体可以与阀针一件式地构造。阀关闭体可以构型为球形的阀关闭体或者也可以以其他方式构型。止挡元件可以实施为分开的元件并且以合适的方式与阀针连接。止挡元件例如可以焊到阀针上。当然也可以考虑止挡元件和阀针的一件式构型。
在下述内容中说明有利的构型。通过多个构型为贯通孔的、均匀分布的穿流通道也能够实现用于阻尼的有利的流动性能。此外，通过多个穿流通道避免，由于止挡部和衔铁之间的转动角度位置而显著地影响节流。
在缝的一个扩展构型中产生对通流的有利节流，该节流还在几何结构方面简单地实现并且由于该节流的几何构型也实现止挡元件的一定程度的柔性或者说弹动特性，这尤其在缝相对于阀针的纵轴线而言径向地延伸的构型中是这种情况。
根据贯通开口的扩展构型可以相对于根据缝的扩展构型附加地或替代地实现。特别是对于相对较小的、通过止挡元件实现的节流，贯通开口、尤其圆形或柱形的贯通开口使得能够在止挡元件上实现在衔铁的通入开口区域中集中的材料去除。通过将止挡元件的贯通开口至少部分构型为孔的扩展方案，贯通开口可以柱形地构型或构型有圆形的开口横截面。
通过缝或者说贯通开口在周向在止挡元件上均匀分布的布置，可以结合穿流通道或者说所述穿流通道的口在衔铁端侧上同样均匀的分布实现与相对转动角度位置很大程度无关的对阻尼的影响。
根据止挡元件的一个扩展构型具有以下优点：尤其可以调节或优化止挡元件的止挡凸缘的厚度，以便实现所期望的阻尼作用。
根据止挡元件的另一个扩展方案具有以下优点：尤其通过向外上升的、微小的锥度(该锥度可以位于微米范围内)防止或至少减小液压粘接效应。
相应于止挡元件限制衔铁逆着打开方向进行的运动的构型，特别是可以非常有效地阻尼在关闭时产生的回弹效应，而不必在整个复位行程上强烈地阻尼衔铁。
因此，特别是可以改善在靠近止挡部时在阀关闭体上的阻尼。由此产生较小的回弹高度，使得避免衔铁撞击并且防止不希望的再喷射。此外，可以实现衔铁较快的稳定并且由此实现改善的多次喷射性能。特别有利的是，可以实现衔铁的与方向有关的阻尼或与方向有关的增强阻尼。在这里，也可以使碰撞动量衰减，由此产生较小磨损。此外，可以由此防止液压粘接。也产生阻尼的公差敏感性的进一步改善。
附图说明
在下面的说明中参照附图详细阐述本发明的优选实施例，在所述附图中相应元件设有一致的附图标记。附图示出：
图1以简要的示意性剖视图示出相应于本发明的第一实施例的阀；
图2从在图1中以II标明的轴向观察方向看在图1中示出的、根据本发明第一实施例的阀的衔铁和止挡元件，和
图3在图2中示出的、相应于本发明第二实施例的衔铁和止挡元件。
具体实施方式
图1以简要的示意性剖视图示出相应于本发明第一实施例的、用于计量流体的阀1。阀1尤其可以构造为燃料喷射阀1。优选的应用情况是燃料喷射设备，在该燃料喷射设备中多个这样的燃料喷射阀1构造为高压喷射阀1并且用于将燃料直接喷射到内燃机的配属燃烧室中。在这里，液态或气态的燃料可以作为燃料使用。
阀1具有致动器2，该致动器包括电磁线圈3和衔铁4。通过给电磁线圈3通电，由至少部分铁磁性的壳体5和内极6闭合磁路，由此实现对衔铁4的操纵。在这里通过衔铁4又实现对阀针7的操纵。在这里阀针7用于操纵阀关闭体8，该阀关闭体与阀座面9共同作用成密封座。阀针7的移位沿着它的纵轴线10进行。
在图1示出的起始位置中，阀针7通过复位弹簧11保持在它的起始位置中并且通过阀关闭体8向着阀座面9加载。阀关闭体8可以球形或部分球形地构型。阀关闭体8也能够以其他方式构型。
止挡元件15位置固定地布置在阀针7上。在止挡元件15上构造有止挡面16，该止挡面朝向衔铁4的端侧17。
此外，设有另外的止挡元件18，该另外的止挡元件同样是关于阀针7位置固定的并且在该另外的止挡元件上构造有另外的止挡面19。此外，在内极6上也构造有止挡面20。内极6的止挡面20和另外的支承元件18的所述另外的止挡面19朝向衔铁4的另外的端侧21，该另外的端侧背离端侧17。
在起始位置中，衔铁4停在止挡元件15的止挡面16上。在这里，衔铁4通过衔铁自由行程弹簧22保持在止挡元件15上。在电磁线圈3通电时，衔铁4沿着打开方向24被加载。在经过衔铁自由行程14之后，被加载的衔铁4碰撞在所述另外的止挡元件18的所述另外的止挡面19上并且由此使阀针7从它的座中升起。然后衔铁4和阀针7共同沿着打开方向24继续运动，直到衔铁4碰撞在内极6的止挡面20上。在这里可能会出现阀针7的一定程度的振动，该振动由阀针7的承载件引起。
为了关闭阀1，关断电磁线圈3的通电，使得衔铁4通过复位弹簧11逆着打开方向24移位。然后阀针7以它的阀关闭体8碰撞在阀座面9上。随后衔铁4碰撞在这时相对于壳体5静止的止挡面16上。在这里原则上产生回弹的问题，在该回弹的情况下衔铁4又沿着打开方向24经过衔铁自由行程14并且在最不利的情况下碰撞在所述另外的止挡元件18上并且再次打开阀1。
为了防止这种回弹，设置衔铁4的阻尼。在这里实现衔铁4的有利阻尼，该阻尼允许快速的打开和关闭，但是另一方面也防止回弹，这在该实施例中参照止挡元件15描述。
整个阀1根据优选实施方式以燃料充注。因为在这里没有设置各室的选择性充注，因此室25也以燃料充注。在另一优选实施方式中，这相应地也适用于其他流体。
在壳体5内部的室25通常以液态流体充注，在该室中布置有衔铁4。根据优选实施方式，可能是液态燃料的该液态流体是引到密封座上的流体。
但要注意，在原则上可能的、但进一步修改了的构型中(尤其当计量气态流体时可以考虑该构型)，在室25中也可以设置其他合适的液态流体，以便实现液压阻尼。
衔铁4具有多个穿流通道26A至26F，这些穿流通道构型有合适的穿流横截面。在这里穿流横截面可以圆形或肾形地构造或者也可以构造有其他几何形状。在该实施例中，穿流通道26A至26F构造为具有圆形穿流横截面的贯通孔26A至26F。贯通孔26A至26F以合适的数量和布置构型在衔铁4中，其中，阀座面通过这些贯通孔还将室25的分室27与靠近阀座面的分室28连接。此外，在衔铁4的外侧29和壳体5的内壁30之间构造有环形间隙31，通过该环形间隙同样存在分室27、28之间的连接。
当衔铁4在室25中运动时出现液态流体的挤压，使得该流体流动经过环形间隙31和贯通孔26A至26F。由此实现衔铁4被阻尼。当然该阻尼也针对衔铁4的加速起反作用，由此也抑制阀1的响应性能。这在例如通过衔铁4的外侧29上进行改型来实现与方向有关的阻尼时也适用，因为该阻尼对于相应的方向在整个衔铁自由行程14上有效。虽然在构型阀1时可以使用这些措施或类似措施来阻尼衔铁4，但出于这些原因并且为了避免与此有关的缺点实现其他形式的阻尼。
在止挡元件15上构型有止挡凸缘35，该止挡凸缘径向延伸到以下区域中或上，在那里在衔铁4上设有贯通孔26A至26F的通入开口36A至36F，这些通入开口优选圆形或肾形地构型。在这里止挡凸缘35构型为开缝的止挡凸缘35。在该实施例中，在这里设有缝37A至37J，如也在图2中示出的那样。
当衔铁4以它的端侧17直接位于止挡元件15上或在该止挡元件附近时，那么通过开缝的止挡凸缘35实现相对于贯通孔26A至26F的节流。因此，另外在衔铁4即将碰撞在止挡元件15之前还实现更强烈的阻尼。反之，当衔铁4为了打开阀1沿着打开方向24加速时，则该阻尼作用在衔铁自由行程14的大部分上不起作用，使得产生好的响应性能。
此外，朝向衔铁4的端侧17的止挡面至少在部分38中锥形地构型，这在图1的细节图中通过((通常)不按正确比例的)角度39表明。在这里，向外上升的、微小的锥度可以在微米范围内。通过该锥度还在响应时防止衔铁4在止挡元件15上较强烈的液压粘接。
此外，止挡元件15具有背离衔铁4的端侧17的外侧40，该外侧至少在部分41中锥形地构型。缝37A至37J布置在锥形构型41的区域(部分)41中。通过减弱的材料强度和/或缝也改善止挡元件15的柔性。由此也可能实现一定程度的机械阻尼，但该机械阻尼一般是次级的。
图2由在图1中以II标明的观察方向示出在图1中示出的根据第一实施例的阀1的衔铁4和止挡元件15。在这里，通过各个缝37A至37J之间的缝宽度能够实现液压的和机械的阻尼作用的适配。通过机械柔性也可能在撞击时延长机械接触时间。由此使碰撞动量或动量传递在时间上延长并且削弱。在这里也可以实现改善的公差敏感性。因此，用于优化的液压阻尼和一般次级的机械阻尼的面积的动态平衡是可能的。
缝37A至37J关于衔铁4的贯通孔26A至26F的构型和布置可以如此预给定，使得与止挡元件15和衔铁4之间的相应转动角度位置无关地产生不变的阻尼性能。
图2示出在图1中示出的、相应于第二实施例的阀1的衔铁4和止挡元件15。在该实施例中代替缝37A至37J设置构造为孔45A至45J的贯通开口45A至45J。在这里，孔45A至45J布置在外侧40的锥形部分41中。通过孔45A至45J可以在通入开口36A至36F的区域中有针对性地建立用于液态流体经过止挡元件15的通路。由此余下的止挡面16可以优化大小。
因此，通过在止挡元件15中的相应缝37A至37J和/或贯通孔26A至26F和同时衔铁4的贯通孔26A至26F的通入开口36A至36F的部分重叠实现在衔铁4上与行程有关的阻尼作用。当衔铁4在关闭时靠近开缝的止挡元件15，则衔铁4的贯通孔26A至26F除了由止挡元件15确保的自由横截面、尤其是缝37A至37J或孔45A至45J在通入开口36A至36F的区域中的横截面之外被封闭，液态流体经过衔铁4的贯通孔26A至26F的流动被节制并且衔铁运动由此被阻尼。通过缝37A至37J和/或孔45A至45J或止挡元件15的另外的贯通开口45A至45J的设计以及止挡凸缘35的锥度和厚度能够调节或优化所期望的阻尼作用。
因此，止挡元件15能够以合适的方式构型，以便在关闭时以改善的方式阻尼衔铁4并且由此防止或至少减少回弹。相应构型也可能在所述另外的止挡元件18上实现。因此，液压阻尼的改善以及止挡面20的增大是可能的。另外，原则上与此有关的、取决于温度的粘接以及关于公差和倾斜较强烈的敏感性可以通过止挡面16的部分38和止挡元件15的外侧40的部分41中的锥度或锥形构型来避免。
在所述实施例中，缝37A至37J沿径向方向延伸。此外，孔45A至45J相对于阀针7的纵轴线10具有相同的径向间距。然而根据应用情况也可以实现其他构型。
本发明不限制于所述实施例。

Claims (9)

1.用于计量流体的阀(1)，具有电磁致动器(2)和能够借助于所述致动器(2)的衔铁(4)操作的阀针(7)，该阀针用于操作阀关闭体(8)，该阀关闭体与阀座面(9)共同作用成密封座，其中，所述衔铁(4)具有至少一个穿流通道(26A-26F)，
其特征在于，
所述至少一个穿流通道(26A-26F)以至少一个通入开口(36A-36F)通到所述衔铁(4)的端侧(17)上，所述衔铁(4)在所述阀针(7)上能运动地被导向，设有位置固定地布置在所述阀针(7)上的止挡元件(15)并且所述止挡元件(15)如此与所述至少一个穿流通道(26A-26F)的所述至少一个通入开口(36A-36F)共同作用，使得当所述衔铁(4)以该衔铁的端侧(17)位于所述止挡元件(15)上时，实现相对于所述至少一个穿流通道(26A-26F)的节流，
在所述止挡元件(15)上构型有缝(37A-37J)和/或贯通开口(45A-45J)，其中，所述止挡元件(15)具有朝向所述衔铁(4)的所述端侧(17)的止挡面(16)并且所述止挡面(16)至少在远离阀针(7)的纵轴线(10)的部分中以向外上升的锥度锥形地构型，通过该锥度在响应时防止所述衔铁(4)在所述止挡元件(15)上较强烈的液压粘接，其中，所述止挡元件(15)具有背离所述衔铁(4)的所述端侧(17)的外侧(40)，该外侧至少部分锥形地构型，并且所述缝(37A-37J)或者说所述贯通开口(45A-45J)布置在所述锥形构型(40)的区域中。
2.根据权利要求1所述的阀，
其特征在于，
所述穿流通道(26A-26F)中的每个穿流通道构型有至少近似圆形或肾形的穿流横截面和/或所述通入开口(36A-36F)中的每个通入开口至少构型为近似圆形或肾形的通入开口(36A-36F)和/或设有多个穿流通道(26A-26F)，所述穿流通道的通入开口(36A-36F)在周向均匀地分布和/或相对于所述阀针(7)的纵轴线(10)以相同的径向间距布置在所述衔铁(4)的所述端侧(17)上，和/或所述衔铁(4)由液态流体包围。
3.根据权利要求1或2所述的阀，
其特征在于，
所述缝(37A-37J)如此构型，使得当所述衔铁(4)以该衔铁的端侧(17)位于所述止挡元件(15)上时，这些缝能够实现相对于所述至少一个穿流通道(26A-26F)被节流的通流。
4.根据权利要求3所述的阀，
其特征在于，
所述缝(37A-37J)相对于所述阀针(7)的纵轴线(10)而言径向地延伸。
5.根据权利要求1或2所述的阀，
其特征在于，
所述贯通开口(45A-45J)如此构型，使得当所述衔铁(4)以该衔铁的端侧(17)位于所述止挡元件(15)上时，这些贯通开口能够实现相对于所述至少一个穿流通道(26A-26F)被节流的通流。
6.根据权利要求5所述的阀，
其特征在于，
所述止挡元件(15)的所述贯通开口(45A-45J)至少部分构型为孔(45A-45J)。
7.根据权利要求1或2所述的阀，
其特征在于，
所述缝(37A-37J)或者说贯通开口(45A-45J)在周向在所述止挡元件(15)上均匀分布地布置。
8.根据权利要求1或2所述的阀，
其特征在于，
所述止挡元件(15)限制所述衔铁(4)逆着打开方向(24)进行的运动。
9.根据权利要求1所述的阀，
其特征在于，
所述阀(1)是用于内燃机的燃料喷射阀。
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