CN203906156U - 用于燃料喷射器的阀组件和燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

一种用于燃料喷射器的阀组件（1），包括：具有纵轴线（L）的阀主体（10）、阀针（20）、电枢（30）和弹性构件（40），阀针（20）和电枢（30）能相对于阀主体（10）以第一方向（D1）和与第一方向（D1）相反的第二方向（D2）轴向移动。电枢（30）借助于弹性构件（40）以第一方向（D1）偏压。当以第二方向（D2）移动到关闭位置时，针（20）能操作与电枢（30）机械相互作用，电枢（30）能相对于针（20）轴向移动，弹性构件（40）具有多个梁（410），每个梁具有相对于彼此轴向和径向偏移的第一端部（4110）和第二端部（4120），电枢（30）能操作在从第一位置移动到第二位置时减少第一端部（4110）和第二端部（4120）之间的轴向偏移（d_A）。

Description

用于燃料喷射器的阀组件和燃料喷射器

技术领域

本公开涉及用于燃料喷射器的阀组件和燃料喷射器。

背景技术

燃料喷射器可以例如用于内燃发动机中以便将燃料配量到内燃发动机的进气歧管中或者直接配量到内燃发动机的气缸的燃烧室中。燃料喷射器可操作在高的压力下配量燃料，例如，在汽油发动机的情况下，在一直到200 bar的范围内，在柴油发动机的情况下，在2000 bar或更大的范围。

发明内容

本公开的目的是说明一种允许燃料的特别精确配量的用于燃料喷射器的阀组件和燃料喷射器。

所述目的通过具有权利要求1的特征的用于燃料喷射器的阀组件来实现。阀组件和燃料喷射器的其它实施例和扩展在从属权利要求中说明。

根据一方面，说明了一种用于燃料喷射器的阀组件。根据另一方面，说明了一种燃料喷射器，燃料喷射器具有阀组件。燃料可以是例如汽油、柴油和/或乙醇中的一种。

所述阀组件包括阀主体。所述阀主体具有纵轴线。所述阀组件还包括阀针、电枢和弹性构件。

在一个实施例中，所述阀主体具有腔室。所述腔室能够从阀主体的燃料进口开口延伸到阀主体的燃料出口开口，具体地以纵向方向。所述燃料出口开口优选由阀主体的喷射喷嘴构成。阀针和电枢优选设置在腔室中。

阀针能相对于阀主体以第一方向和与第一方向相反的第二方向轴向移动。具体地，针能在关闭位置和其它位置之间轴向移动，例如在关闭位置和打开位置之间。针可具有末端，当针处于关闭位置时，所述末端具体地密封地靠在阀主体的阀座上，以便防止燃料通过燃料出口开口离开阀组件。所述针例如能以第一方向移动离开关闭位置，具体地朝向打开位置。

所述电枢也能相对于阀主体以第一方向和第二方向轴向移动。电枢借助于弹性构件以第一方向偏压。换句话说，弹性构件在电枢上施加力，所述力指向第一方向。

当以第二方向移动到关闭位置时，针能操作与电枢机械相互作用，用于抵抗弹性构件的偏压将电枢以第二方向移动到第一位置。换句话说，电枢以如下方式联接到针，使得当针以第二方向移动到关闭位置时，针在电枢上以第二方向施加力，以将电枢以第二方向移动。具体地，当以第二方向移动到关闭位置时，针带动电枢到第一位置。有利地，当针到达关闭位置时，电枢可到达第一位置。

例如，针具有能操作将力以第二方向传递给电枢的凸缘，有时也称为项圈。凸缘可以独立于针的主筒或圆柱体制造，且刚性地固定到所述筒或圆柱体，从而防止相对轴向移动。例如，凸缘可以在针以第二方向移动时邻靠电枢。凸缘和弹性构件可以具体地设置在电枢的相对侧上。

在一个实施例中，阀组件包括弹簧，所述弹簧能操作在针上施加力，用于使针以第二方向移动到关闭位置。当处于关闭位置时，针可以有利地用给定力以第二方向偏压，例如借助于弹簧。

电枢具体地能操作与针机械相互作用，以在电枢从其第一位置以第一方向移动时使针以第一方向远离关闭位置且具体地朝向打开位置移动。例如，电枢经由凸缘与针相互作用。

电枢还能相对于针轴向移动，从而至少在针处于关闭位置时，电枢能抵抗弹性构件的偏压以第二方向从第一位置进一步移动到第二位置。

所述弹性构件具有多个梁。每个梁具有第一端部和第二端部。每个梁的第一端部和第二端部相对于彼此轴向偏移。每个梁的第一端部和第二端部还相对于彼此径向偏移。具体地，梁相对于纵轴线倾斜地延伸。在沿轴线的俯视图中，梁的主延伸方向具体地是径向方向，以纵轴线为中心。

所述电枢能操作在从第一位置移动到第二位置时减少每个梁的第一端部和第二端部之间的轴向偏移。具体地，所述电枢能操作在从第一位置朝向第二位置移动时使得梁弯曲。由此，电枢能操作压缩弹性构件。

在有利实施例中，阀组件配置用于在电枢从第一位置朝向第二位置移动时借助于弹性构件与电枢和/或针和/或燃料的机械相互作用而耗散电枢的动能。例如，阀组件可以配置成借助于如下中的至少一个来耗散动能：梁和电枢之间的摩擦、梁和针之间的摩擦、借助于梁变形的燃料压缩和/或移动。

优选地，弹性构件由不锈钢制成，即，其包括不锈钢或者由不锈钢构成。由此，能实现梁的特别良好的弹性。此外，梁和电枢或针之间的摩擦的研磨损害风险相应地特别小。

当阀组件被操作将阀组件从打开状态变为关闭状态时，也称为关闭事件，针以第二方向移动到关闭位置。例如，在关闭事件期间，针通过弹簧以第二方向偏压，弹簧与针机械相互作用，以将针以第二方向朝向关闭位置移动。

在其到关闭位置的途中，针将电枢以第二方向带动到第一位置。当针已经到达关闭位置且因而电枢已经到达第一位置时，针以第二方向的移动可以通过与阀主体相互作用而停止。例如，当针到达关闭位置时，针的末端撞击阀座。

电枢以与给定动能相对应的一定速度到达第一位置。因而，由于其能相对于针轴向移动，电枢从第一位置进一步以第二方向移动到第二位置。由于抵抗弹性构件偏压的该移动，弹性构件通过梁的变形压缩。由此，电枢在第一位置中具有的动能部分地转换为弹性构件的给定势能。动能的另一部分例如通过弹性构件和电枢之间的摩擦耗散。

当电枢到达第二位置时，电枢停止。被压缩的弹性构件随后促使电枢以第一方向往回移动到第一位置。

当再次到达第一位置时，电枢具体地与针机械相互作用，以将力以第一方向传递给针。例如，在电枢返回第一位置时，电枢撞击针的凸缘。由于其动能借助于与弹性构件相互作用而部分耗散，在该电枢-针反弹期间由电枢施加在针上的力有利地减小。由此，有利地减小阀再次打开且燃料无意地通过燃料出口开口分配的危险。因而，可实现燃料的特别精确配量。

在一个实施例中，弹性构件设置成使用力以第一方向偏压电枢，所述力独立于电枢的轴向位置。换句话说，例如，借助于可变形的梁，弹性构件的弹簧力可以基本上或完全独立于弹性构件在轴向方向的压缩。具体地，至少在阀组件的操作条件下，其基本上或完全独立于第一和第二端部的轴向偏移。

由此，阀组件的操作可以特别可靠和可复制。例如，阀组件在其构成部件的生产公差或安装公差（这可导致梁的第一和第二端部之间的相应轴向偏移的不同绝对值）方面特别不敏感。

在有利实施例中，弹性构件径向环绕针，且以如下方式形成，使得梁的第一端部面向针，且在电枢处于第一位置时设置在距针径向距离处。梁优选能以如下方式弹性变形，从而在电枢从第一位置朝向第二位置移动时，第一端部和针之间的径向距离减小。在有利扩展中，在电枢处于第二位置时，第一端部或至少一个第一端部邻靠针。由此，借助于梁和针之间的摩擦，电枢的动能的特别有效耗散是可能的。

在一个实施例中，梁设置成在沿纵轴线的俯视图中围绕针等距隔开。这允许在围绕纵轴线的角方向的良好平衡的力分布。

在一个实施例中，弹性构件具有带有上部内边缘和下部外边缘的锥形外壳的基本形状。上部内边缘优选面向电枢。下部外边缘优选抵靠阀主体。还可设想的是，上部内边缘抵靠阀主体，且下部外边缘面向（具体地邻靠）电枢。具体地，措辞“上部边缘”和“下部边缘”指的是相对于锥形外壳的截面的锥体的末端的位置。上部边缘邻近末端，同时下部边缘远离末端。

优选地，锥形外壳的上部内边缘是不连续的。其有利地通过梁的第一端部形成。例如，弹性构件具有多个梁和多个槽。梁和槽以交替关系围绕纵轴线以角方向设置，即，每两个相邻的梁通过一个槽彼此隔开。

弹性构件还可以具有周向环部段，具体地为完整地围绕纵轴线且在沿纵轴线的俯视图中围绕梁周向延伸的连续部段。环部段有利地包括所述下部外边缘。梁优选在其第二端部处锚定到环部段。例如，梁和环部段形成为一体式元件，且梁在其第二端部处与环部段汇合。

阀组件和燃料喷射器的其它优点、有利实施例和扩展从下文结合示意性附图描述的示例性实施例变得清楚。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据示例性实施例的处于打开状态的阀组件的示意性横截面图，

图2示出了图1的处于关闭状态的阀组件的示意性横截面图，

图3示出了在关闭事件期间处于其它状态的图2的阀组件，

图4以透视图示出了图1、2和3的阀组件的弹性构件，和

图5示出了图4的弹性构件的负载-偏转曲线。

具体实施方式

在示例性实施例和附图中，相同的元件设置有相同的附图标记。附图不认为按真实比例。相反，附图中的各个元件可以尺寸放大，以更好表示和/或更好理解。

图1、2和3示出了根据示例性实施例的处于打开状态（图1）、处于关闭状态（图2）和处于关闭事件期间的状态（图3）的阀组件。

阀组件1包括具有纵轴线L的阀主体10。阀主体10包括腔室110。腔室110以轴向方向L从阀主体10的燃料进口开口120通过阀主体10延伸到阀主体10的喷射喷嘴130，喷射喷嘴130具有燃料出口开口。

在腔室110中设置阀针20。针20能在腔室110中相对于阀主体10轴向移动。阀针20具有面向喷射喷嘴130的末端210。末端210可以例如是球形的。在其远离喷射喷嘴130且面向燃料进口开口120的端部处，阀针20具有凸缘220。凸缘220可以是可操作的以在腔室110中引导阀针。在末端210和凸缘220之间，阀针可例如包括管状部段。管状部段可以具有以轴向方向L延伸且由管状部段的侧壁界定的凹部。开口可以设置在侧壁中，从而燃料可以流动通过凹部到阀针20之外。

阀组件1还包括电枢30。电枢30设置在腔室中。在当前实施例中，其为带有中心开口的环形，阀针20延伸通过所述中心开口。

此外，阀组件1包括弹性构件40。弹性构件40由不锈钢制成，且径向环绕阀针20，并设置在阀主体10的腔室110中。在该和其它实施例中，弹性构件40可包括至少一种金属或者由至少一种金属或合金构成。

图4示出了当前实施例的弹性构件40的示意性透视图。

弹性构件40具有锥形外壳的基本形状。其具有上部内边缘401和下部外边缘402。上部内边缘401面向电枢30，且下部外边缘402抵靠阀主体10，具体地其抵靠腔室110的第一肩部101。

下部外边缘402由环部段420构成。环部段的几何中心在例如纵轴线L上。环部段420的延伸的主平面可以垂直于纵轴线L设置。环部段420完整地围绕阀针20周向地延伸。

弹性构件40还具有多个梁410，梁从环部段420出现且延伸到上部内边缘401。梁410和环部段420在当前实施例中形成为一体。

具体地，上部内边缘401由梁410的第一端部4110表示。第一端部4110具体地为梁410的自由端部。每个梁410还具有第二端部4120，其与环部段420锚定且与环部段420汇合。每个梁410的第一端部4110从梁410的第二端部4120轴向偏移距离d_A。

梁410在沿纵轴线L的俯视图中围绕针20一致地设置。具体地，梁410围绕纵轴线L以角方向A（即，顺时针或逆时针）等距隔开。由此，在每两个相邻梁410之间形成槽430。

弹性构件40可操作将电枢30相对于阀主体10以第一轴向方向D1偏压。例如，弹性构件40靠在阀主体的第一肩部101上，其下部外边缘402和梁410的第一端部4110弹性变形，从而它们被压靠电枢30以便以第一方向D1施加力。

另一方面，阀针20通过阀组件1的弹簧50沿纵轴线L以第二方向D2偏压，第二方向D2与第一方向D1相反。弹簧例如借助于阀组件1的标定元件140预加载，从而弹簧50能操作在阀针上以第二方向D2施加力。

在阀组件1的关闭状态（参见图2），针的末端210处于关闭位置。在关闭位置，其抵靠阀座150且通过由弹簧50以第二方向D2施加在针20上的力被压靠阀座150。

电枢30借助于由弹性构件40以第一方向D1施加在电枢30上的偏压被压靠阀针20的凸缘220。由此，电枢30在阀针20上以第一方向D1传递力。

当阀组件1处于关闭状态时，由弹簧50以第二方向D2施加在阀针20上的力的大小超过由电枢30以第一方向D1传递给阀针20的力，从而阀针20的末端210被保持在抵靠阀座150的关闭位置。由此，在图2所示的阀组件1的关闭状态，喷射喷嘴130被密封且防止通过燃料出口开口的燃料流。

在下文详细地描述用于操作阀组件1的方法。

为了将针移动离开关闭位置（参见图2）到其它位置（具体地，图1所示的打开位置），燃料喷射器可包括致动器组件（未示出），其设置成以第一方向在电枢30上施加附加的力。例如，致动器组件是电磁致动器组件，包括用于产生电磁力作为附加力的螺线管。这种致动器组件在原理上是本领域技术人员已知的且将不进一步详细描述。附加力的大小被选择，使得弹性构件40的偏压和致动器组件的附加力一起可操作抵抗弹簧50的偏压将电枢30以第一方向移动到打开位置。

当致动器组件被操作产生附加力时，电枢30相对于阀主体10以第一轴向方向D1从其第一位置移动，且借助于电枢30和凸缘220之间的机械相互作用（在当前实施例中，借助于电枢30与凸缘220的形状配合连接）而相对于阀主体10以第一方向D1带动阀针20。

由此，阀针20轴向移动离开关闭位置，从而在阀针20的末端210和阀座150之间形成间隙。燃料可以从阀主体10的燃料进口开口120通过腔室110（具体地，通过针20的凹部）且通过所述间隙流动到喷射喷嘴130，且可以通过喷射喷嘴130的燃料出口开口分配。

电枢30以第一方向的移动可以例如借助于阀主体10的第二肩部102限制。在阀组件1的打开状态，电枢30可以例如抵靠第二肩部102。由此，电枢30可以借助于与凸缘220的机械相互作用将阀针20保持在打开位置。

为了启动将阀从打开状态变为关闭状态的关闭事件，致动器组件可以被关闭，从而附加力不再由致动器组件产生。因而，弹簧50以第二方向D2施加在阀针20上的力占优势且弹簧50使针20以第二方向D2加速。

借助于经由其凸缘220的相互作用，阀针20抵抗弹性构件40的偏压以第二方向D2朝向第一位置带动电枢30。具体地，在当前实施例中，电枢30移动离开第二肩部102。

在以第二方向D2移动时，电枢使弹性构件40的梁410弹性变形。由于由电枢30引起的变形，每个梁410的第一和第二端部4110，4120之间的轴向距离d_A减小。

阀针20和电枢30以第二方向D2的移动继续，直到阀针20到达关闭位置，其中，末端210与阀座120接触。于是通过与阀主体10的机械相互作用防止阀针20的进一步移动，使得阀针20停止在关闭位置。

当阀针20到达关闭位置时，电枢30到达其第一位置，具有与电枢30的第一动能相对应的一定速度。阀组件1配置成使得电枢30能相对应阀针20和阀主体10以第二方向D2从第一位置轴向移动。具体地，当针20到达关闭位置时，电枢30从凸缘220断开联接，且抵抗弹性构件40的偏压以第二方向D2进一步移动。弹性构件40的偏压使电枢30减速，直到其停止在图3所示的第二位置。在第二位置，电枢30从阀针20的凸缘220轴向隔开。

在从第一位置到第二位置的途中，电枢30的第一动能的一部分传递给弹性构件40且增加弹性构件40的势能。具体地，梁410的第一和第二端部4110和4120之间的轴向偏移与在电枢30处于第一位置（如图2那样）时阀组件1的配置相比进一步减小。此外，在当前实施例中，梁410通过电枢30变形，使得在电枢30以第二方向D2移动时第一端部4110距阀针20的径向距离d_R减小。当电枢30处于第二位置时，梁410的第一端部4110与针直接接触，即径向距离d_R等于0。

电枢30的第一动能的另一部分被耗散。具体地，当电枢30从第一位置移动到第二位置时，梁的第一端部4110相对于其所邻靠的电枢30表面径向移动。该移动涉及第一端部4110和电枢30之间的摩擦，从而电枢的动能被耗散。此外，当梁410到达针20表面时，能量通过第一端部4110和针20之间的摩擦耗散。此外，具体地由于第一和第二端部4110，4120之间的轴向偏移d_A的变化，梁410压缩燃料并将燃料移动例如朝向环部段420，朝向阀主体10的第一肩部101和/或通过槽430，这涉及能量的进一步耗散。

由此，在电枢30在关闭事件期间最初到达第一位置时电枢30所具有的第一动能仅仅部分转换为弹性构件的势能。另外，动能的一部分被耗散。

该滞后可以在图5中看到，图5示出了负载偏转曲线，有时也称为弹性构件40的应力-应变曲线。

弹性构件40在纵向方向L的一定偏转X_L在以第二方向D2偏转时比以第一方向D1偏转对应更大的力F。这意味着将弹性构件40压缩一定轴向距离所需的能量比弹性构件40舒张相同距离释放的能量更高。

图5还示出了负载偏转曲线在几乎整个偏转范围内是基本线性的。这意味着弹簧力仅仅取决于偏转差值，而不取决于偏转的绝对值。由此，阀组件1对安装或制造公差特别不敏感。

在阀组件1的关闭事件期间，由弹性构件40的偏压驱动，电枢30相对于阀针20和阀主体10以第一方向D1从第二位置往回移动。当其再次到达第一位置时，电枢30以第二动能撞击阀针20的凸缘220，从而将能量传递给阀针20且在阀针20上以第一方向D1施加一定的力。

由于在从第一位置移动到第二位置期间第一动能中的一些被耗散，因而，第二动能具有比第一动能更小的值。因而，在电枢-针反弹期间传递给阀针20的能量特别低。具体地，其不足以克服弹簧50以第二方向D2的偏压，从而针20不移动离开关闭位置且喷嘴130保持密封。

本发明并不限于基于这些示例性实施例说明的特定实施例。相反，本发明包括不同实施例的要素的任何组合。此外，本发明包括权利要求的任何组合以及权利要求公开的特征的任何组合。

Claims (10)

1. 一种用于燃料喷射器的阀组件（1），包括：具有纵轴线（L）的阀主体（10）、阀针（20）、电枢（30）和弹性构件（40），所述阀针（20）和电枢（30）能相对于阀主体（10）以第一方向（D1）和与第一方向（D1）相反的第二方向（D2）轴向移动，其中，

－所述电枢（30）借助于弹性构件（40）以第一方向（D1）偏压，

－当以第二方向（D2）移动到关闭位置时，针（20）能操作与电枢（30）机械相互作用，用于抵抗弹性构件（40）的偏压将电枢（30）以第二方向（D2）移动到第一位置，

－所述电枢（30）能相对于针（20）轴向移动，从而在针（20）处于关闭位置时，电枢（30）能抵抗弹性构件（40）的偏压以第二方向（D2）从第一位置进一步移动到第二位置，

－所述弹性构件（40）具有多个梁（410），每个梁具有相对于彼此轴向和径向偏移的第一端部（4110）和第二端部（4120），

－所述电枢（30）能操作在从第一位置移动到第二位置时减少第一端部（4110）和第二端部（4120）之间的轴向偏移（d_A），

－所述弹性构件（40）径向环绕针（20），且以如下方式形成，使得梁（410）的第一端部（4110）面向针（20），且在电枢（30）处于第一位置时设置在距针径向距离（d_R）处，

－所述梁（410）能以如下方式弹性变形，从而在电枢（30）从第一位置移动到第二位置时，第一端部（4110）和针（20）之间的径向距离（d_R）减小。

2. 根据权利要求1所述的阀组件（1），其中，所述弹性构件（40）由不锈钢制成。

3. 根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，在电枢（30）处于第二位置时，第一端部（4110）中的至少一个邻靠针（20）。

4. 根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，所述梁（410）设置成在沿纵轴线（L）的俯视图中围绕针（20）等距隔开。

5. 根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，所述弹性构件（40）具有带有上部内边缘（401）和下部外边缘（402）的锥形外壳的基本形状，上部内边缘（401）面向电枢（30），下部外边缘（402）抵靠阀主体（10），或者反之亦然。

6. 根据权利要求5所述的阀组件（1），其中，上部内边缘（401）是不连续的，且通过梁（410）的第一端部（4110）形成。

7. 根据权利要求6所述的阀组件（1），其中，弹性构件（40）具有周向环部段（420），环部段（420）包括所述下部外边缘（402），梁（410）在其第二端部（4120）处锚定到环部段（420）。

8. 根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，弹性构件（40）设置成使用力以第一方向（D1）偏压电枢（30），所述力独立于电枢（30）的轴向位置。

9. 根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，阀组件（1）配置用于在电枢从第一位置朝向第二位置移动时借助于弹性构件（40）与电枢（30）和/或针（20）和/或燃料的机械相互作用而耗散电枢（30）的动能。

10. 一种燃料喷射器，包括根据前述权利要求中任一项所述的阀组件（1）。