CN101802385A - 电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射阀(10)，尤其是用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀。喷射阀(10)包括一衔铁组件，该衔铁组件具有一衔铁栓(18)及一衔铁板(20)。通过该衔铁组件释放或关闭所述喷射阀(10)的一座(30)。该衔铁组件的衔铁板(20)包括一些衔铁翼(22)，它们成对地具有不同的固有频率。

Description

电磁阀

背景技术

DE 100 08 554 A涉及用于内燃机的燃料喷射阀。它公开了一种具有至少两个阀体件的燃料喷射阀，这两个阀体的各一个接触面彼此置靠及通过一个夹紧装置垂直于接触面地被相互夹紧。在两个阀体件中构有用于燃料的输入通道，该输入通道穿过接触面及具有高的燃料压力。在输入通道中在相关阀体件的接触面附近具有至少一个径向扩宽部分，以致该径向扩宽部分通过输入通道中的燃料压力得到在输入通道的轴向上的扩展。由此接触面的包围输入通道的通孔的区域被紧压在相邻阀体件的接触面上，使得接触面上的压紧压力提高。因此输入通道的通孔被更好地密封及夹紧装置的力可相应地降低。

在压力平衡的开关阀上，在关闭状态下处于压力下的介质通常被封闭在一个环形的压力室中。该压力室在一侧上通过导向部及在另一侧上通过密封座来限定，其中导向部及密封座具有精确相同的直径d。由此在阀元件上不形成作用在打开方向或在关闭方向上的力，该阀元件例如可被构成针状或套筒形状。

随着开关阀的进一步运行，导致阀块的密封面与通常构成针状或套筒形状的阀元件之间的磨合。因为该磨合从原始直径d开始仅向着一侧进行，因此其后果是有效的座直径的改变由此产生作用在打开方向上的作用力。这使开关阀的压力平衡受到干扰及其动态特性改变，直至静态的不密封。

在压力平衡的开关阀上通常仅提供小的机械力，以使阀保持密封。随着进一步的磨损，阀座上的部件愈来愈相互磨合及各部件之间的接触宽度增大。只要在此情况下阀座上的密封直径相当于导向直径，阀的功能仍保持。但如果密封直径偏离了导向直径，则在阀上形成了附加的压力台阶，它产生一个向着打开方向的力。这可导致：随着磨损的增大、即随着座磨合的增加，阀将无意地打开。尤其在用于高压用途的开关阀的情况下在关闭状态中由于压力负荷、即部件中具有的系统压力而产生的部件变形起到很大作用。该变形可很大地增强座磨合的影响及由此通过静态的不密封导致阀提前失效。

由现有技术公知了这样的阀，它们也用在内燃机的喷射阀中。尤其对于用于汽车领域中的喷射阀，需要快速开关的阀，这意味着：阀的行程必需非常快地进行。因此这种阀以0.5至1m/s的速度关闭。在这种阀上如果阀元件撞到阀座或行程止挡上，则在阀中激发出机械振动及可使阀颤动，这意味着，阀虽然首先被关闭，但在阀座与阀元件接触后又打开及例如进行冲击式的运行阶段。因为喷射阀不能立即关闭，由此可能在喷射过程中引起不精确性。并且在喷射阀的随后控制时-例如在一个预喷射及一个主喷射的情况下-将如此地干扰运动过程，以致这可在喷射量的量偏差中被识别出。

发明内容

根据本发明提出一种喷射阀，它相对于由现有技术公知的燃料喷射阀可显著地提高从预喷射阶段到主喷射阶段再到下个预喷射阶段的可再现的喷射量精确度。尤其在根据本发明提出的喷射阀中，关闭速度显著地提高，由此显著地改善了可实现的喷射质量。

在例如具有一个套筒形状地构成的阀元件的喷射阀的关闭过程期间——该阀元件在一相对壳体固定的、固定地被接收的阀导向装置上运动——不仅衔铁栓而且衔铁板的各个翼的关闭运动在向着阀座的方向上均匀地进行。衔铁组件的下边缘撞击在阀座中时将产生阀元件、即在阀导向装置上导行的衔铁栓连同衔铁板的冲击形式的制动。但在此情况下，衔铁板的衔铁翼由于惯性而向着座的方向继续运动。由此在衔铁栓中形成一个力，该力与衔铁翼的运动方向相反，即该力作用在打开方向上。向下方向、即向着阀座向下弯曲的衔铁翼从其被预加载的位置中又向上运动，而下侧面、即套筒形状地构成的阀元件的撞击面始终保留在阀座上。衔铁栓中的力一直减小，直到衔铁翼又向上弯曲，即结束一个振动过程及衔铁栓再由在先关闭的阀座上拉起及阀再打开。在该打开阶段中，衔铁板的向上弯曲的翼在所述杆上产生拉力。在此情况下，该颤动过程随时间的变化决定性地与衔铁翼的固有频率相关。如果所述翼在衔铁栓上的联接非常有刚性，则阀元件相应地快速回弹。根据本发明提出的方案如下：在衔铁翼的区域中实现多个固有频率，这意味着，衔铁板的在圆周方向上彼此隔开的各个翼不都是相同地被构造，而是有针对性地不同地、可能根据一个重复模式来构成。

如果衔铁板的衔铁翼不同地构成，则当这些衔铁翼中的一个向下运动时，这些衔铁翼中的另一翼却能向上运动。在理想情况下各个衔铁翼施加在衔铁栓上的力相互抵消。由此可实现：衔铁栓连同衔铁板、即衔铁组件在真正的关闭过程后几乎不受到作用在打开方向上的力，由此可有效地抑制颤动。各个衔铁翼可能出现的振动运动通过其它衔铁翼与其相反方向地进行的振动运动而被补偿。

衔铁栓上各个衔铁翼的固有频率的设定可实现衔铁翼的惯性矩或衔铁栓上的联接结构的抗弯刚度。作为翼质量及刚度的函数的该频率的关系式根据下列关系式来得到：

$f\≅\sqrt{c/m},$ 式中j＝惯性矩及c＝抗弯刚度，

其中，计算在弯曲情况下关于衔铁翼的转动轴线的惯性矩，有：J＝V_翼∫ρr²dV，式中r为各个体积元到衔铁翼的转动轴线的距离。

如果在衔铁翼的区域中例如实现两个不同的固有频率，则这些固有频率相互间有利的比为系数2。这意味着，例如一个衔铁翼应为另一个的四倍重，或该衔铁翼的联接结构应四倍地柔软，这视通过质量还是通过刚度来实现而定。当然也可通过不同刚性及不同质量的组合来实现。

附图说明

以下将借助附图来详细地描述本发明。

附图为：

图1：一个喷射阀概要视图，

图1.1，1.2，1.3：喷射阀的一个外部导向的套筒形式地构造的阀元件的关闭运动的不同阶段，

图2：一个衔铁栓及一个接收在其上的衔铁翼的运动的相对位置，

图3：根据本发明提出的衔铁组件的第一实施方案的俯视图，带有衔铁翼在衔铁栓上的联接结构的第一横截面与第二横截面，

图4：根据本发明提出的衔铁组件的另一实施方案的俯视图，

图5：在衔铁栓的一个旋转方向上被削弱的衔铁组件的俯视图，

图6：抗弯或易弯曲地联接的衔铁翼的另一实施形式，

图7：设有缝槽对的抗弯及易弯曲地联接的衔铁翼的一个实施形式，

图8：衔铁翼的借助孔实现材料削弱的、抗弯或易弯曲的联接结构的实施方案，及

图9：衔铁栓的两个在旋转方面软地相连接的衔铁翼的另一实施形式。

具体实施方式

根据图1的视图可看出：喷射阀10具有基本上设置在阀体中的阀导向装置12。阀导向装置12通过一个这里仅概要表示的阀夹紧螺母24被固定在平面32上及固定地被接收在喷射阀10的阀体中。

喷射阀10包括阀导向装置12，它的壳面由标号14指示。在该阀导向装置上这里套筒形状地构成的阀元件16在垂直方向上可运动地被导向。阀元件16包括一个衔铁栓及一个衔铁板20，该衔铁板又具有各个衔铁翼22。

这里套筒形状地构成的阀元件16为关闭座30而沿其运动的关闭方向由标号26指示。座30被构成在由阀导向装置12的平面32过渡到用于衔铁栓18的垂直导向的导向装置区段的过渡部分上。由向着关闭方向26运动的被套筒形状地构成的阀元件16关闭的座由标号34来指示。

由图1.1，1.2及1.3的图序可看到一个在阀导向装置上外部导向的阀元件的关闭运动的不同阶段。

图1.1表示：带有构造在衔铁栓18上的衔铁翼22的衔铁栓18向着座30运动及当撞击在座30中时关闭该座。由此使衔铁栓18的内面与阀导向装置12的外面之间的高压室42关闭，该高压室通常被加载处于系统压力下的燃料。

图1.2表示衔铁组件在衔铁栓18撞击在座30中及其关闭后的运动。在如图1.2所示的、座34关闭的状态下，衔铁栓18的下端面将不再运动，因为它紧靠在座30的座面上。另一方面至少一个被构成在衔铁栓18的对立端部上的衔铁翼22仍进行向下运动，该运动导致衔铁栓18上的至少一个衔铁翼22向下的弯曲36。

图1.3表示，在图1.2中所示的衔铁栓18上的至少一个衔铁翼22向下的弯曲36转变成向上的弯曲38，这引起一个抬起力40，即一个作用在被套筒形状地构成的阀元件16的轴向上的打开力。构成在衔铁栓18上的至少一个衔铁翼22向上的弯曲38在套筒形状地构成的阀元件上作用一个打开力，该打开力将阀元件由关闭的阀座34上拉起。构成在衔铁组件的衔铁栓18上的至少一个衔铁翼22的该回振过程被称为“颤动”。

由根据图2的视图可看到所述至少一个衔铁翼及所述衔铁栓的运动。在这里用标号1.1指示的第一区段期间，喷射阀10的至少一个衔铁翼22及衔铁栓18同步地在向着座30的方向上运动。由图2可看出，至少一个衔铁翼22的运动过程50与衔铁栓18的运动过程60同步地变化。

在由标号1.2限定的双箭头表示的、与根据图1.2的视图相应的阶段中，衔铁栓18上的至少一个衔铁翼22向下的弯曲36引起作用在座30上的闭合力的升高。

由于衔铁栓18上的至少一个衔铁翼22的在图1.3中的向上弯曲38所示的回振，在关闭位置中关闭座30的衔铁栓18现在向打开方向运动，这由标号60及至少一个衔铁翼22的虚线所示的运动过程50所示，该衔铁翼被构成在衔铁栓18的背着座30的一侧上。

由于至少一个衔铁翼22的向上弯曲38，使衔铁栓18由阀座30上拉出，这最终将导致不希望的衔铁颤动。

为了克服衔铁颤动，本发明提出，在衔铁板的区域中在至少一个衔铁翼22上实现相互不同的固有频率。如图3可看到的，在这里所示的具有一个中心孔72以及其平面由标号70来识别的衔铁板20上构有四个相互对称地延伸的衔铁翼22。这些衔铁翼22各由开缝槽结构74彼此分开。每两个彼此相对的衔铁翼22构成一个衔铁翼对，其中一个衔铁翼对具有到衔铁栓18上的抗弯的联接结构76，衔铁翼22的剩余的另一衔铁翼对具有到衔铁栓18上的易弯曲的联接结构78。对于抗弯的联接结构76的细节可由截面B-B看出，而对于衔铁栓18上衔铁翼22的易弯曲的联接结构78的细节可由截面A-A看出。由该截面轮廓可看出：在衔铁翼22的易弯曲的联接结构78的区域中，在衔铁翼22的区域中构造了衔铁栓18的材料的有目的的削弱部，而在衔铁栓18上衔铁翼22的抗弯的联接结构76的情况下构造了材料的积聚部，它最终能实现衔铁翼22到衔铁栓18上的强的联接结构76。

由截面轮廓B-B可看出，固定在衔铁组件的衔铁栓18上的彼此相对的衔铁翼22通过抗弯的联接结构76与衔铁栓18连接，这由衔铁栓的壳面18到衔铁翼22的过渡部分上的材料积聚引起。

与以上相反地，根据截面轮廓A-A可看到，这里所示的衔铁翼22通过易弯曲的联接结构78联接在衔铁栓的壳面上，其中易弯曲的联接结构78通过该联接结构的区域中的有目的的材料减少来得到。

由根据图4的视图可看到一个衔铁板20，它是一个基本组件80，由该基本组件可构成根据本发明提出的包括衔铁板20及衔铁栓18的衔铁组件。如由根据图4的视图所看到的，衔铁板20的平面70通过开缝槽结构74被分成四个衔铁翼22。各通过槽74彼此分开的这些衔铁翼22成对地相对而置。在图4中以俯视图表示的基本组件80中，衔铁翼22到衔铁栓18上的联接部位在中心孔72的区域中全部构造成抗弯的联接结构。

由根据图5的视图可看到：在该实施例中两个彼此相对的衔铁翼22通过抗弯的联接结构76联接在衔铁栓18上，而相对它们转过90°的衔铁翼22各通过第一开缝槽结构84或第二开缝槽结构86连接在衔铁栓18上。通过彼此相对地定向的开缝槽结构84，86，在这两个衔铁翼22的区域中实现了两个所述衔铁翼22相对衔铁栓18在其平面70上易弯曲的联接结构78。

标号82表示衔铁翼22在弯曲方面的转动轴线。

通过在衔铁翼22的区域中的第一开缝槽结构84或与此相对的第二开缝槽结构86，实现了一个偏心的削弱部，以致在旋转方向上也激发了自由度。围绕着在根据图5的视图中所示的转动轴线82，由于两个开缝槽结构84，86的定向，也实现了两个通过易弯曲的联接结构78连接在衔铁栓18上的衔铁翼22彼此不同的固有频率。

图6表示衔铁板的衔铁翼在衔铁组件的衔铁栓上易弯曲及抗弯的联接的另一实施方案。

如由根据图6的视图可看出的，根据该实施形式，衔铁板20的平面70也被分成四个衔铁翼22，它们相对中心孔72彼此垂直地定向。每两个彼此相对的衔铁翼22构成一个衔铁翼对。如由根据图6的俯视图可看到的，两个彼此相对的衔铁翼22通过抗弯的联接结构76与衔铁栓连接，该衔铁栓在图面中相对中心孔72平行地延伸，而两个相对这些衔铁翼22偏转了90°的衔铁翼22通过易弯曲的联接结构78与垂直于根据图6的图面延伸的衔铁栓18连接。

由根据图6的视图可看出，在抗弯的联接结构76的区域中，各衔铁翼22用大的材料宽度连接在衔铁板20的核心区域上，而与这些衔铁翼22垂直布置的衔铁翼22通过与该宽度相比显著窄的材料宽度与衔铁板20的核心区域连接。

通过易弯曲及抗弯地连接的衔铁翼22的图6中所示的结构，设定了这样的固有频率，它们导致两个在这里用抗弯的联接结构76连接到衔铁栓18上的衔铁翼22的相比于两个用易弯曲的联接结构78连接到垂直于图6的图面延伸的衔铁栓18上的衔铁翼22相反方向的振动特性。

由根据图7的视图可看到衔铁组件的衔铁板的另一实施形式，其中，实现了相互不同的固有频率。

根据衔铁组件的衔铁板20的该实施形式，衔铁板20的平面70也被分成多个衔铁翼22，在本例中被分成四个衔铁翼22。总共四个衔铁翼22中，两个彼此相对的衔铁翼22通过第一缝槽对88或第二缝槽对90连接在衔铁板20的平面70的核心区域上。第一缝槽对88或第二缝槽对90是对两个彼此相对的衔铁翼22的联接结构的有目的的削弱。与此相反地，两个相对它们偏转90°地布置的衔铁翼22通过抗弯的联接结构76与衔铁板20的核心区域连接。在图7所示的实施形式中也实现了不同的固有频率，由此当位于衔铁板20的平面70之下的、垂直于图面延伸的衔铁栓18向下或向上运动时，实现了或者抗弯地联接的或易弯曲地联接的、各包括两个衔铁翼22的衔铁翼对的不同的、即相反方向的振动运动。

图8表示衔铁组件的衔铁板20的所述平面的构型的另一实施形式。

由根据图8的视图可看出，衔铁板20的平面70通过四个开缝槽结构74被分成四个衔铁翼22。在衔铁组件的衔铁板20的图8所示的实施形式中，两个彼此相对的衔铁翼22的易弯曲的联接结构78通过在衔铁板20的平面70中开出第一削弱孔92或第二削弱孔94来实现。两个相对上述衔铁翼22偏转90°地定向的衔铁翼22没有削弱孔92或94地通过抗弯的联接结构76与衔铁板20的核心区域连接。因此联接部位的柔性、即抗弯的联接结构76或易弯曲的联接结构78的结构，除构造缝槽或材料增强方案外，还可通过在这里所述的衔铁组件的衔铁板20的实心材料中开出削弱孔92，94来实现。

根据图9的实施形式是根据图8的实施形式的一个变形，其中衔铁板20的两个衔铁翼22各在其到衔铁板20的核心区域的联接部位上具有关于旋转方面的削弱孔96或98。与根据图8的、其中第一削弱孔92或第二削弱孔94位于衔铁翼22到衔铁板20的核心区域的相应联接部位78的中央的实施形式不同地，在图9中开在衔铁板材料中的削弱孔96，98被偏心地设置。由此激发了旋转的自由度。通过在图9所示的实施形式中削弱孔96，98偏心的布置，可激发旋转的自由度，通过这些自由度在衔铁翼22中可相对简单地建立不同的固有频率。

对于抗弯的联接结构76或易弯曲的联接结构78或在旋转方面易弯曲的联接结构的所有上面描述的实施形式都适用的是，总是相同地构造两个彼此相对的衔铁翼22相同地构造。由此尤其防止弯矩传递到衔铁组件的衔铁栓18中。

通过根据本发明提出的联接结构76或78的构型或通过衔铁翼22到衔铁栓18的联接部位关于旋转方面的易弯曲的构型可达到：在阀元件16关闭运动期间，在一对衔铁翼22的向下弯曲36的情况下，另一对衔铁翼22却具有向上的弯曲38，以致作用在衔铁组件的衔铁栓18上的力相互抵消。只有由此可实现衔铁栓18在真正的关闭过程后几乎不再受到作用在打开方向上的抬起力40，从而可有效地抑制颤动。

有利地，根据本发明提出的方案如下：衔铁组件的衔铁板的平面70被分成偶数个衔铁翼22，这在制造技术上可特别简单地通过开缝槽结构74来实现，其中，该开缝槽结构优选涉及四个开缝槽结构。但此外也可以是：衔铁板20的平面70设有三个开缝槽结构，这在图中未示出及以此方式衔铁板20的平面70被分成3个相互以120°布置的衔铁翼22。原则上通过该实施形式也可实现至少两个衔铁翼22相反方向的运动，而并未脱离本发明的范围。

参照根据本发明提出的方案的图8及9中的实施形式，各个衔铁翼22的惯性矩被不同地构成，以致可实现每两个衔铁翼22的不同的谐振频率。

Claims (10)

1.喷射阀(10)，尤其是用于将燃料喷射到内燃机中的喷射阀，具有一阀导向装置(12)、一阀元件(16)以及一衔铁组件，该衔铁组件具有一衔铁栓(18)及一衔铁板(20)，该衔铁组件(18，20)释放或关闭所述喷射阀(10)的一阀座(30)，其特征在于：构造在所述衔铁板(20)上的一些衔铁翼(22)具有不同的固有频率。

2.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：这些衔铁翼(22)的在所述衔铁板(20)上的联接部位构造成抗弯的联接部位(76)、易弯曲的联接部位(78)或在旋转方向上易弯曲的联接部位(82)。

3.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：这些衔铁翼(22)分别成对地具有相对所述衔铁板(20)抗弯的联接部位(76)或易弯曲的联接部位(78)。

4.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：所述带有所述衔铁栓(18)的衔铁板(20)构成一单件式的衔铁组件。

5.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：这些衔铁翼(22)的相对所述衔铁板(20)的抗弯的联接结构(76)通过彼此相反定向的开缝槽结构(84，86)、通过以增大的材料宽度构造的衔铁翼(22)、通过缝槽对(88，90)或通过所述衔铁板(20)的材料中的削弱孔(92，94)构造出。

6.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：这些衔铁翼(22)分别成对地具有抗弯的联接结构(76)或易弯曲的联接结构(78)。

7.根据权利要求1的喷射阀，其特征在于：这些衔铁翼(22)分别成对地具有分别相对所述衔铁翼(22)在弯曲时的转动轴线的一高的惯性矩J及一低的惯性矩j。

8.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：在所述衔铁板(20)的圆周方向上看，这些衔铁翼(22)各具有易弯曲的联接结构(82)。

9.根据权利要求1的喷射阀(10)，其特征在于：所述衔铁板(20)上的这些衔铁翼(22)通过一开缝槽结构(74)形成，每两个相对的衔铁翼(22)被对称地构成。

10.根据以上权利要求之一的喷射阀(10)，其特征在于：当所述由衔铁板(20)及衔铁栓(18)组成的衔铁组件撞击在所述阀导向装置(12)上的阀座(30)中时，由于这些衔铁翼(22)的对的不同的固有频率，在打开方向上操作所述阀元件(16)的各抬起力(40)被补偿。

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