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CN106401823A - 用于计量流体的阀 - Google Patents

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CN106401823A CN201610602813.7A CN201610602813A CN106401823A CN 106401823 A CN106401823 A CN 106401823A CN 201610602813 A CN201610602813 A CN 201610602813A CN 106401823 A CN106401823 A CN 106401823A
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Abstract

一种用于计量流体的阀，尤其是用于内燃机的燃料喷射阀，其具有电磁促动器(2)和能由该促动器(2)操纵的阀针(16)，该阀针(16)用于操纵阀关闭体(17)，该阀关闭体(17)与阀座面(18)形成密封配合地共同起作用，促动器(2)的衔铁(5)具有通孔(21)，阀针(16)延伸穿过该通孔(21)。衔铁(5)在阀针(16)上可运动地且具有间隙地被导向。还设置有相对于该阀针(16)位置固定的止挡面(10)，该衔铁(5)与操纵相关地以端面(8)止挡在该止挡面上，并且在衔铁(5)相对于阀针(16)轴向对准时，在止挡面(10)与衔铁(5)的端面(8)之间预给定有一角度错开量(26)。

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燃料喷射设备的喷射器的领域，在所述喷射器的情况下，优选直接将燃料喷射进内燃机的燃烧室中。
背景技术
由DE 103 60 330 A1已知用于内燃机燃料喷射设备的燃料喷射阀。该已知的燃料喷射阀包括：阀针，该阀针与阀座面形成密封配合地共同起作用；和与该阀针连接的衔铁，该衔铁被复位弹簧朝关闭方向加载并且与电磁线圈共同起作用。该衔铁布置在磁回路的外极的槽口中并且具有凸缘，该凸缘具有三角形横截面地于周边上构造在所述衔铁上。通过凸缘的该形状，产生对该衔铁的与密封相关的液压阻尼。该阻尼关于打开运动进行，而关闭运动近乎无阻碍地进行，使得所述燃料喷射阀能被快速关闭。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1特征的阀的优点在于：使得能实现改进的构型和工作方式。尤其在构型有衔铁自由路径的情况下可在短的暂停时间的情况下实现改善的多重喷射能力。
通过在从属权利要求中列举的措施能实现对权利要求1中给出的阀的有利扩展。
在所述用于计量流体的阀中，用作电磁衔铁的衔铁并非固定地与所述阀针连接，而是在止挡部之间可活动地受支承。可以通过止挡套筒和/或止挡环来实现这种止挡部。通过至少一个弹簧将所述衔铁在静止状态中调整到相对于所述阀针位置固定的止挡部上，由此所述衔铁贴靠在那里。在操控阀时，则存在完整的衔铁自由路径以供作为加速度路段使用。
与所述衔铁与阀针的固定连接不同，在打开时可以利用由于衔铁加速而形成的冲击。因此，在磁性力相同的情况下，在压力更高时也能可靠地打开所述阀针。因此产生动态的机械增强。还进行参与质量的脱耦，使得在密封配合处产生的止挡力被分成两个冲击。
然而，产生与这种可活动的衔铁支承相关联的特定问题。在关闭所述阀时产生如下问题：所述衔铁在碰撞在所述止挡部上之后又回弹，使得在极端情形下可能出现再一次走过完整的衔铁自由路径并且所述衔铁在紧接着止挡在对置的止挡部上时仍具有的能量多到使得所述阀针再一次短暂地从它的座被抬起。由此可能出现不希望的后喷射，其除了导致更大的消耗之外也导致有害物质排放增多。但是，即使当不完全走过完整的衔铁自由路径时，衔铁仍需要一些时间，直至它再次静止并且到达起始位置。在此期间进行操控时，则不能形成特别是对在喷射之间具有短的暂停时间的多重喷射的情况有意义的、稳健的阀功能。例如所述止挡冲击可能变大或变小，并且在不利的情形下所述阀甚至完全不能再打开，因为止挡冲击对此而言不再足够大。
通过在所述阀针上带有间隙地对衔铁进行导向以及通过阀针上的止挡面与衔铁的端面之间的角度错开量，有利地实现：在所述衔铁碰撞到所述止挡面上时，一部分平移运动转化为旋转运动或摆动运动(Taumelbewegung)，使得由此产生阻尼。这种阻尼必要时可以辅助已存在的阻尼和/或实现方向相关的分量。此外，可通过所述角度错开量实现将更少的能量传递到阀针上，这降低特别是在密封配合处的机械磨损。
因此，视所述阀的构型而定可以防止衔铁碰撞，在短的暂停时间的情况下实现稳健的多重喷射能力和/或在关闭时获得更小的止挡冲击。特别地，在关闭时的更小的止挡冲击在此还具有在衔铁、止挡套筒或类似物上以及在阀关闭体以及阀座面上的磨损更小方面的优点。由此同样降低使用寿命上的功能变化以及可能的噪声发出。
通过特别在与阀的关闭相关的止挡部上的改善的阻尼，产生显著的优点。即可以确保小的回弹高度，由此避免衔铁碰撞并从而防止不希望的后喷射。衔铁的更快静止还使得能实现改善的多重喷射性能。
特别地，对衔铁进行与方向相关的阻尼的可能性使得能实现进一步的优点。特别可以实现上述优点，如关闭时的更小的止挡冲击和由此实现的更小的磨损以及改善的多重喷射能力，而打开性能不会由于产生的、但可能不希望的阻尼而受影响。因此优选，特别在关闭所述阀时实现阻尼。
根据权利要求2所述的构型一方面具有以下优点：所述衔铁例如可以构型有互相平行的端面。由此，尤其可实现所述衔铁的在很大程度上轴对称的构型，这对打开和关闭性能有利。另一方面，在这种构型中可简单地通过附加止挡元件确定所述角度错开量，该附加止挡元件例如与所述阀针焊接。
在根据权利要求3所述的构型中，可有利地在关闭时对所述衔铁进行阻尼，以便减小回弹。
根据权利要求4和5所述的扩展方案还具有如下优点：可通过所述衔铁的旋转运动和/或摆动运动实现有利的阻尼。在此，特别当所述衔铁在液态流体中旋转和/或摆动时，可通过该液态流体进行附加的阻尼。
根据权利要求6所述的扩展方案具有如下优点：必要时可通过环形缝隙实现阻尼。在此，所述环形缝隙可以这样选择，使得一方面可实现基于被衔铁挤压而从旁边流过的流体的节流，而另一方面壳体内壁不会被衔铁碰触。
根据权利要求7的构型具有如下优点：可实现所述阀针的简单构型以及可适配于对应的应用情形。所述止挡元件例如可以倾斜地焊接到所述阀针上。在此，所述止挡元件可以有利地根据权利要求7构型，其中，在倾斜焊接的变型中，具有倾斜的环或倾斜的套筒的构型也是可能的。
通过计算机模拟或实验校准，可与对应的应用情形协调，使得根据权利要求9所述的构型能被实现。在根据权利要求10的可能的构型中实现：在所述阀针上或者说所述阀针的纵向轴线上进行的衔铁对准在打开时进行，其中，所述衔铁为此可以与相对于所述阀针位置固定的另一止挡面和/或与相对于所述壳体位置固定的另一止挡面共同起作用。在后面关闭时则通过碰撞在存在所述角度错开量的止挡面上而产生用于阻尼的可重复的性能。
因此，例如可以将止挡套筒以限定程度倾斜地焊接到所述阀针上，使得所述电磁衔铁在阀关闭阶段的平移运动在撞击到所述止挡套筒时部分被转化为旋转运动。通过所述电磁衔铁在液态流体中的旋转或摆动可以附加地阻尼所述衔铁。所述衔铁与所述止挡套筒之间倾斜地止挡还使得更少的能量传递到所述阀针上并从而引起所述阀座(密封配合)上的更小的机械磨损。
附图说明
本发明的优选实施例在后续说明中参照附图更详细地阐述，在所述附图中相应的元件设有一致的附图标记。附图示出：
图1以相应于本发明的一个实施例的、扼要的示意性剖面图示出阀；
图2示出信号走向图，所述信号走向图具有多个用于阐述在图1中示出的阀实施例的工作方式和构型的曲线图。
具体实施方式
图1以相应于一个实施例的、扼要的示意性剖面图示出用于计量流体的阀1。该阀1尤其可以构造为燃料喷射阀1。一种优选的应用情形是燃料喷射设备，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进配属的内燃机燃烧室中。在此，可以使用液态或气态燃料来作为燃料。
阀1具有促动器2，该促动器2包括电磁线圈3、极体4和衔铁5。在此，极体4位置固定地布置在壳体6中，该壳体6部分地由铁磁性材料构成，因为该壳体6是磁回路的一部分。
通过给电磁线圈3通电使磁回路关闭，由此进行朝打开方向7操纵衔铁5。在此，在起始位置中，衔铁5以端面8位于止挡环11的止挡面10上。在走过衔铁自由路径12之后，衔铁5以其背离端面8的另一端面13止挡在另一止挡环15的另一止挡面14上，这在图1中示出。衔铁5具有通孔21，阀针16延伸穿过该通孔21，其中，衔铁5在阀针16上被导向。
在图1中示出的情况中，可由阀针16操纵的阀关闭体17与阀座面18之间的密封配合仍是封闭的，以该情况为出发点，衔铁5携动阀针16走过升程h，其中，衔铁5的升程通过缝隙宽度s设定。因为在走过所述缝隙宽度s之后，衔铁5以其另一端面13止挡在另一止挡面19上，该另一止挡面19构造在极体4上并且因此是位置固定的。
然而，阀针16的惯性可能导致阀针16的升程h进一步增大，其中，阀针16在一定程度上振动。在电磁线圈3不通电时，由于复位弹簧20而引起复位运动，在该复位运动中，阀针16首先携动衔铁5。当阀关闭体17止挡在阀座面18上时，则密封配合再次被封闭。紧接着，衔铁5止挡在止挡环11的止挡面10上。
与垂直于阀针16的纵向轴线25取向的其他止挡面14、19不同，止挡面10相对于纵向轴线25以角度错开量26倾斜。在此示出向量(箭头)27，其在止挡面10平坦时可以被视为法向量27。该向量27相对于纵向轴线25以角度错开量26倾斜。为此，止挡环11可以倾斜地焊接到阀针16上。
在衔铁5与打开方向7相反地运动时，首先在端面8的一个部位28上与止挡面10形成接触。随后衔铁5倾斜。
衔铁5具有通孔21，阀针16延伸穿过该通孔21。在此通过环形缝隙29直观示出衔铁5的通孔21与阀针16之间的间隙。该间隙允许衔铁5在壳体6中倾斜和摆动。
在衔铁5的外侧31与壳体6的内壁32之间还设置有环形缝隙30。在此，环形缝隙30这样设置，使得防止壳体6的内壁32被衔铁5碰触。这意味着，环形缝隙30足够宽。
壳体6的布置衔铁5的内室33可以被充注以液态流体。所述液态流体可以涉及液态燃料或单独的压力流体。通过在被充注以液态流体的内室33中的摆动运动产生另一阻尼，该另一种阻尼附加于由沿着纵向轴线25的平移运动到旋转运动或摆动运动的转换产生的阻尼。
为了在关闭状态下使衔铁5保持在初始位置，还设置有衔铁自由路径弹簧34。该衔铁自由路径弹簧34通过弹簧罩35作用于衔铁5上，其中，弹簧罩35在凸缘22上与衔铁5的端面8连接。弹簧罩35可以具有合适的开口36、37，以便使得能够实现流体、尤其燃料的通流，所述流体流过衔铁5的通孔38、39。此外，开口40、尤其圆形开口40这样预给定，使得衔铁5的倾斜不受弹簧罩35阻碍。
在图1中示出向量41，该向量41可以被视为相对于衔铁5的端面13的法向量41。在此，也如对于向量27那样，重要的是向量41的取向。当向量41平行于纵向轴线25取向时(也包括向量41位于纵向轴线25上)，则衔铁5相对于阀针16或阀针的纵向轴线25轴向对准。以所述轴向对准为出发点可以使衔铁5倾斜，这导致向量41例如以倾斜角度α倾斜为向量41′。当然，这些图示在此仅仅用于直观示出并且不能理解为按比例尺绘制。
图2示出信号走向图，所述信号走向图具有多个曲线图D1至D4，用于阐述在图1中示出的阀实施例的工作方式和构型。在此，在横坐标上绘制共同的时间t。曲线图D1和D2示出对于相应于所述实施例的阀1的升程h和倾斜角度α。曲线图D3和D4示出根据内部现有技术的传统构型的升程h和倾斜角度α。相应地，倾斜角度α在曲线图D4中恒定且等于0。
作为考虑机械和液压参数的数字计算的结果，可以得到在曲线图D1至D4中给出的曲线。由此，阀1的协调可以由计算机进行。然而，阀1的协调也可以根据实验进行，其方式是，例如感测后喷射的出现或阀针16的升程h。
在曲线图D1和D3中应将阀针16的从值h1起的升程h视为打开升程，而衔铁5从值h0开始其升程h。通过给电磁线圈3通电，衔铁5的升程h从值h0提高，从值h1起，阀针16被携动(这相应于在图1中示出的状态)。随后不仅衔铁5而且阀针16运动直至升程h2。在那里，衔铁5止挡在另一止挡面19上，使得衔铁5的路径受限。阀针16的过振动是可能的，因为阀针16基于其惯性不必与衔铁同时停住。然后，相应于电磁线圈3的通电地，升程h2被保持一定时间段。随后再关闭所述阀，其中，在时刻t1时，阀针16以其阀关闭体17止挡在阀座面18上。短时间之后，衔铁5止挡在止挡环11的止挡面10上。
在传统的构型中，未设置止挡环11的止挡面10相对于纵向轴线25的倾斜。此外，衔铁5这样在阀针16上被导向，使得相对于纵向轴线25不能显著地倾斜。这意味着，在曲线图D3中描述一种情况，在这种情况下角度错开量26消失并且不会出现不消失的倾斜角度α。因此，在阀1的关闭阶段期间，衔铁5笔直地止挡在止挡环11上。因此，衔铁5在碰撞到止挡环11上时必然不倾斜，并且在回弹之后甚至到达另一止挡环15，这在时刻t3也导致阀针16的重新抬起(如在曲线图D3的区域43中直观示出的那样)。因此在时刻t3时出现不希望的后喷射。接着，衔铁5静止下来并且达到其静止位置h0。
在相应于所述实施例的阀1的构型中，设定不消失的角度错开量26。由此，在关闭阶段期间形成衔铁5的所述旋转运动和摆动运动。因此，在时刻t3，衔铁5在回弹时不再能到达另一止挡环15。即在曲线图D1的区域44中，与曲线图D3相比出现幅值的阻尼。因此，衔铁5的升程h在时刻t2之后小于值h1，使得不再次操纵阀针16。因此在时刻t2之后，密封配合对于操控封闭。同样还出现衔铁5的静止，使得衔铁5又回到其静止位置，该静止位置相应于升程h0。
在曲线图D2中绘制倾斜角度α，该倾斜角度α在一定程度上表示衔铁5相对于纵向轴线25的取向。在操控开始时，衔铁5静止在以角度错开量26倾斜的止挡面10上，使得出现正的倾斜角度α。如在曲线图D2中在区域45示出的那样，在衔铁5加速并且随后碰撞在相对于阀针16位置固定的另一止挡面14上时，形成衔铁5的新取向，这导致短暂地倾斜到负的区域中，即在图1中向量41朝向纵向轴线25的右边。最迟，在极体4上的止挡使衔铁5对准。在与打开反向7相反地运动时，衔铁5的取向在这里首先保持不变。在时刻t2，阀针16落到阀针16的座中，从该时刻t2开始必然出现衔铁5的相应于角度错开量26的倾斜，这在曲线图D2的区域45中示出，并且出现随后的旋转运动和摆动运动。倾斜角度α的振荡直观示出：平移能量的一部分被转化为旋转能量。这导致区域44中的上面已提到的阻尼。在此，衔铁5可以经历附加的运动并从而经历液态流体(液态介质)中的液压阻尼。还通过倾斜止挡使更少的能量传递到止挡环11上并从而减小阀关闭体17与阀座面18之间的机械磨损。
通过将曲线图D1及D2与曲线图D3及D4进行比较明显看出：平移能量向旋转能量的转化以及阻尼在相应于本发明的所述实施例的阀1中进行，而这样的转化在传统构型中(曲线图D3和D4)不发生。
本发明不局限于所述实施例。

Claims (10)

1.一种用于计量流体的阀，尤其是用于内燃机的燃料喷射阀，该阀具有电磁促动器(2)和能由该促动器(2)操纵的阀针(16)，该阀针用于操纵阀关闭体(17)，该阀关闭体与阀座面(18)共同作用形成密封配合，其中，所述促动器(2)的衔铁(5)具有通孔(21)，所述阀针(16)延伸穿过该通孔，
其特征在于：所述衔铁(5)在所述阀针(16)上能运动地且带有间隙地被导向；设置有相对于所述阀针(16)位置固定的止挡面(10)，所述衔铁(5)与操纵相关地以端面(8)止挡在该止挡面(10)上；以及，在所述衔铁(5)相对于所述阀针(16)轴向对准时，在所述止挡面(10)与所述衔铁(5)的端面(8)之间预给定一个角度错开量(26)。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述衔铁(5)与操纵相关地以该衔铁(5)的端面(8)止挡在相对于所述阀针(16)位置固定的止挡面(10)上，该止挡面相对于所述阀针(16)的纵向轴线(25)具有角度错开量(26)；和/或，在所述衔铁(5)相对于所述阀针(16)或相对于该阀针(16)的纵向轴线(25)轴向对准时，所述阀针(16)或所述阀针(16)的纵向轴线(25)垂直于该衔铁(5)的所述端面(8)地取向。
3.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，相对于所述阀针(16)位置固定的止挡面(10)构造为靠近阀关闭体的止挡面(10)，所述衔铁(5)在与打开方向(7)相反地进行运动时止挡在该止挡面(10)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阀，其特征在于，所述止挡面(10)与所述衔铁(5)的端面(8)之间的角度错开量(26)这样预给定，使得在该衔铁(5)止挡在该止挡面(10)上时，该衔铁(5)被激励产生旋转运动和/或摆动运动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀，其特征在于，所述衔铁(5)由液态流体围绕。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阀，其特征在于，在所述衔铁(5)的外侧(31)与壳体(6)的内壁(32)之间设置有环形缝隙(30)，并且，该环形缝隙(30)这样预给定，使得防止该壳体(6)的内壁(32)被所述衔铁(5)碰触。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的阀，其特征在于，所述止挡面(10)构造在与所述阀针(16)固定连接的止挡元件(11)上。
8.根据权利要求7所述的阀，其特征在于，所述止挡元件(11)构型为环形或套筒形的止挡元件(11)，并且，该止挡元件(11)的通孔(21)以所述角度错开量(26)延伸穿过该止挡元件(11)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的阀，其特征在于，所述角度错开量(26)这样设定，使得所述衔铁(5)在回弹之后实施短于衔铁自由路径(12)的回弹升程，该回弹在所述密封配合封闭时进行。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的阀，其特征在于：所述衔铁(5)具有一另外的端面(13)，该另外的端面(13)背离所述端面(8)；在所述衔铁(5)相对于所述阀针(16)轴向对准时，所述阀针(16)或所述阀针(16)的纵向轴线(25)垂直于所述另外的端面(13)地取向；并且设置有至少一个另外的止挡面(14，19)，所述衔铁(5)与操纵相关地以该衔铁的所述另外的端面(13)止挡在所述另外的止挡面上，其中，在所述衔铁(5)相对于所述阀针(16)轴向对准时，所述阀针(16)或所述阀针(16)的纵向轴线(25)垂直于所述另外的止挡面(14，19)地取向。
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