CN102227554B - 用于制造具有低的气蚀转变点的节流孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造尤其是在燃料喷射器的阀部件(10)的通道(14)中的节流点(32)的方法。执行以下的方法步骤:首先以切削加工的方式制造排出通道(14)。接着通过插入导向孔(18)中的冲压模冲压节流点(32)。该预冲压的节流点(32)被这样地腐蚀，使得它具有一个腐蚀的入口区(44)以及包括一个冲压的出口区，该出口区在流动方向上看位于排出通道(14)的一个连续的横截面扩展部(38)之前。

Description

用于制造具有低的气蚀转变点的节流孔的方法

现有技术

本发明涉及一种用于调节流体介质的通流量的公知的球座阀或针阀。这种具有球形或针形的关闭元件的阀被用于必须对流体介质例如气体或液体的流量进行调节的许多技术领域中，例如在液压调节领域中。

这种球座阀或针阀的一个重要的应用例子可在汽车技术领域中找到，尤其是在喷射技术领域中。例如这种阀在用于液压调节和/或控制这种系统的喷射性能的大量的喷射装置中使用。尤其是在高压蓄能喷射系统（共轨系统）的领域中使用这种阀，以便控制打开或关闭喷射孔的喷射阀部件的升程。这种装置的示例在DE10152173A1和DE19650865A1中给出。其中一个直接地或间接地影响喷射阀部件的升程的控制腔直接地或经入口上的另一个孔与阀连通。该阀除了关闭元件以外还具有一个执行元件，它将关闭元件压紧在阀座上或者使其从阀座上抬起，以便使控制腔与一个卸载腔分开或者与该卸载腔连通。

如例如在DE10152173A1中所示，由现有技术已知的用于调节流量的阀一般在入口与控制腔面对的一侧上具有一个预节流孔。在该预节流孔上在朝着阀的方向上连接入口的一个或多个可以具有不同形状的扩展部。通过预节流孔的流量一般这样地设计，即该流量小于在完全打开的球形针阀或针阀时在阀座和关闭元件之间流过的体积流量。通过预节流使通流量在最大程度上与关闭元件的要调整的升程公差无关。

但是，由现有技术已知的具有球形或针形关闭元件的常规阀在实践中具有被严重侵蚀的缺点。如果在节流孔的入口和出口之间存在大的压力降，如在以直至3500巴的压力工作的高压喷射阀中的节流孔中常常就是这种情况，介质在节流孔中被如此强烈地加速，以至于压力下降到大约0巴并且形成气蚀气泡。为了阻止这些气蚀气泡在部件的表面上或甚至在阀座上向内聚爆并由此破坏该表面，已经证明有利的是，借助于第二个预节流孔受控制地将大部分气蚀气泡转变成液相并且由此避免损坏功能重要的部件，如DE102007004553A1中所描述的那样。

在节流孔的入口区中介质的流速强烈升高。同时介质中的压力下降。如果压力一直下降到介质的蒸汽压力，就形成气蚀气泡。由于压力不能够进一步下降到低于介质的蒸汽压力，因此通过节流孔的质量流量在达到蒸汽压力之后保持恒定。充满蒸汽的气蚀气泡需要比液态介质更大的容积。

由此在节流孔的另外的通流流动中产生压力恢复。该压力恢复通过在节流壁上建立流动被进一步加强。在具有更高的压力恢复的节流点情况下，在节流点不再被气蚀地通流之前，可以在节流点后面建立更高的背压。压力恢复越大，该节流点就越独立于该节流点之后的情况。

为了使节流孔对压力波动和几何结构的影响尽可能不敏感，则力求一种气蚀的通流流动。理想地，气蚀转变点应该尽可能地位于节流点的开始处，因为可达到的压力恢复更大并且由此节流点的气蚀的通流流动的趋势上升。相反，如果气蚀转变点位于在节流出口区域中在节流孔的结束处，那么压力恢复仅仅在一个扩压孔中进行。但是由于该扩压孔具有更大的横截面，因此可达到的压力恢复更小。如果节流通道在流动方向上慢慢地扩展，那么气蚀转变点位于节流点的开始处，因为节流通道的最窄的横截面位于节流入口的附近。

在按照现有技术的燃料喷射器中示出的节流孔例如可以通过切削加工的制造方法如钻孔制造。但是也可以通过腐蚀制造节流孔。在腐蚀加工情况下，通过电极在顶尖上的强烈燃烧形成节流孔，节流孔在腐蚀方向上慢慢地锥形变窄。节流孔在腐蚀方向上的锥形变窄在微米范围上进行。因此只有在节流孔逆着腐蚀方向被通流时，被腐蚀加工的节流孔才可以在入口的区域中具有气蚀转变点。如果逆着通流方向的腐蚀是不可能的或者是不经济的或者由于其它原因而被阻止，那么形成一种节流通道，它在通流方向上慢慢变窄。由此靠近节流出口之前处形成一个气蚀转变点，这导致已经提及的减小的可达到的最大压力恢复。

为了制造一种逆着“自然的”腐蚀工序在腐蚀方向上慢慢扩展的节流孔，目前是将要腐蚀的部件如此地置于一种摆动运动中，使得摆动运动的起点位于节流入口的附近。但是这种至今为止运用的方法具有缺陷，即很难实现小的节流流量公差。

发明的公开

本发明描述一种用于制造节流点的方法，通过该方法可以制造一种节流孔，该节流孔具有一个尽可能在节流入口上的从非气蚀的通流流动到气蚀的通流流动的气蚀转变点并且该节流孔也可以通过在流动方向上的腐蚀进行制造。

按照本发明建议的解决方案，通过在软状态下冲压一个扩压孔制造一个具有涉及从非气蚀的通流流动到气蚀的通流流动的气蚀转变点方面的优点的、在通流方向上扩展的节流孔。在此之后对这样获得的部件进行硬化处理（淬火）。对于一个在流动方向上扩展的节流孔，节流的进口区确定通流量。因此在这个区域中的直径被非常精确地制造。进口区的长度最好在一倍至两倍的节流直径之间。节流孔的进口区可以是圆柱形的或者在流动方向上在微米范围上扩展。节流孔的出口区对通流量没有影响，但是决定可能的压力恢复的大小。出口区必须具有比节流孔的入口区更大的直径并且在流动方向上在微米范围上扩展。节流孔的入口区最好在部件被硬化处理之后通过腐蚀工序制造，而节流（孔）的出口区在软状态下通过冲压工序形成。

在一个第一切削加工之后，已经存在的扩压孔通过附加的冲压在直径上被如此程度地减小，使得最小的横截面大致小于以后要通过腐蚀工序制造的节流直径。在此情况下形成一种节流（孔）形状，该形状类似于拉法尔喷嘴（Lavaldüse）。接下来，通过设置一个前置孔（Prehole），最好通过钻孔，取代一个对于节流孔的气蚀的通流流动有害的、逐渐变窄的节流孔区域，该区域对应于拉法尔喷嘴的入口区。在此情况下在前置孔和节流孔之间具有一个尽可能锋利锐边的过渡部。在硬化部件之后，然后通过腐蚀工序制造出精确限定的节流直径。此时电极以有利的方式与在冲压加工中形成的漏斗部形状相适配。

按照本发明建议的用于制造节流孔的方法的特征尤其在于，冲压模在一个导向孔中自动定中心，该导向孔界定控制腔并且喷射阀部件安装在其中。按照本发明建议的方法，可以使用用于制造节流孔轮廓的标准的腐蚀工序。冲压过程可以被组合到始终设置的切削加工的工艺步骤中。

节流孔的节流入口区中的气蚀转变点可以通过在前置孔和节流孔之间的锐边的过渡部以及一个最小节流孔长度实现，该最小节流孔长度取决于在节流点处的节流直径。此外，通过在节流孔的通流流动上慢慢扩大的节流横截面有利于节流入口区中的气蚀转变点。

按照本发明建议的用于制造具有在节流入口区中的气蚀转变点的节流孔的方法可以应用于自着火内燃机的所有燃料喷射系统的燃料喷射器上的节流孔，其中在阀部件中的节流孔的腐蚀在流动方向的反向上不能够进行或者应该进一步强调节流孔的锥形轮廓。

附图简述

以下对照附图详细描述本发明。附图中所示：

图1是一个部件在车削预备阶段的视图，在该部件中延伸有一个排出通道，

图2是图1中在车削预备阶段所示的部件带有冲压模压痕的视图，

图3是以切削加工的方式进行冲压模压痕的去除和制造具有通向节流孔的锐边的过渡部的前置孔，

图4是具有被最终高精度调整的节流孔直径的被腐蚀的硬化阶段，

图5是一个排出通道的一种实施形式，该排出通道延伸通过两个部件，即一个节流板和一个导向体，

图6是一个尤其是作为阀部件构造的部件的视图，在该部件中实施按照本发明制造的节流点。

发明的实施形式

图1示出了一个部件，尤其是燃料喷射器的一个阀部件，其中形成一个用于控制处于压力下的介质的通道。

图1中所示的部件10尤其涉及燃料喷射器的阀部件，一个控制腔位于该阀部件中。控制腔被处于压力下的介质，尤其是处于系统压力下的燃料加载。燃料所处于的系统压力例如在一个高压蓄能喷射系统的高压蓄能体(共轨)中通过对高压蓄能体(共轨)加载的高压泵产生。在埋头孔21上以后要加工一个流入节流孔22(参见图3的视图)，处于系统压力下的介质，如例如燃料，通过它流入控制腔(参见图3)。

在阀部件10中形成的控制腔通过一个通道，尤其是排出通道14减压。在阀部件10中延伸的通道通到阀座20，该阀座构造在阀部件10的一个平端面上的漏斗部12中。在阀座20中保持一个在此处没有详细示出的球形或针形的关闭件，它在关闭状态下关闭排出通道14和为了使控制腔卸压(参见图3和6)通过磁阀或压电执行元件或类似部件打开该排出通道。

在图1中，部件10尤其是一种阀部件，该部件配有与控制腔连接的导向孔18并且在冲压过程之前的车削预备阶段中示出。

按照图2的视图，图1所示的优选设计成阀部件的该部件在另一个加工阶段中示出。

图2示出了作为阀部件构造的部件10具有在控制腔16上与对称轴线28对称地延伸的导向孔18。导向孔18用于使冲压模对中心和导向。冲压模在前端上具有冲压头。在阀部件10的导向孔18中被定中心的冲压模可以与制造阀部件10的排出通道14的切削加工的车削加工相关联地插入到导向孔18中并且使该导向孔18的端面的限制壁变形，排出通道14延伸通过限制壁，如图2中所示。优选在阀部件10的软状态下，即在它的表面还没有硬化的一个时刻进行节流点32的冲压。通过将冲压模插入导向孔18中，在排出通道14的区域中发生对阀部件10的材料的顶锻40并且通过被顶锻的材料40形成节流点（节流部位）32。在被顶锻的材料40中留下一个剩余横截面41，它稍微小于以后被高精度加工的节流孔直径54。由于在部件10，即阀部件10的材料中均匀地构造的、冲压的轮廓，形成了一个节流点32，在轴向上看，排出通道14的一个连续的横截面扩展部38连接到该节流点上。如图2中所示，排出通道14通到阀部件10的漏斗部12中的阀座20。在排出通道14中的阀座节流孔50使一部分气蚀气泡尤其是在边缘区域中凝聚并且由此阻止气蚀气泡破坏在阀部件10中构造的阀座。阀座节流孔50在排出通道14中直接位于阀座20中的入口前。如图2中所示，在冲压过程期间冲压模插入导向孔18中时冲压模可以自动定中心。

图3示出了为了形成控制腔对阀部件进行切削加工的再加工。

如图2中所示，在冲压期间形成一个类似于拉法尔喷嘴的轮廓的节流点轮廓。该类似于拉法尔喷嘴的轮廓不仅具有一个倒圆的入口区，而且具有一个倒圆的出口区。其棱边被倒圆的入口区不利于通过介质在节流点形成气蚀的流动，而是需要一个锐利棱边的节流入口。出于这个原因，冲压模的压痕被完全去除，这优选通过切削加工工序实施。前置孔44位于在对气蚀的通流流动有害的入口区切削加工之前冲压轮廓所处于的位置上并且是至节流点32的一个锐利棱边的过渡部。

从按照图3的视图中可以看见，由于被顶锻的材料40而形成被冲压的轮廓。被顶锻的材料40通过它的与阀部件10中排出通道14相邻接的侧面界定排出通道14中的节流点32。由于按照图2中的视图的冲压模在阀部件10的导向孔18被定中心，因此为了形成节流点32，使阀部件10的材料在阀部件10中对称地变形，亦即阀部件10的材料的顶锻40与阀部件10的对称轴线28对称地分布。在切削加工的再加工阶段期间，在按照图2的加工步骤中的冲压模压痕所位于的部位中车削出阀部件10中的控制腔16。在按照图3的切削加工的范围中，一方面在流入节流孔22的旁边形成控制腔16和另一方面加工出一个前置孔44，它形成一个锐边的节流入口。该前置孔44位于节流点32的进口侧。气蚀转变点位于节流点32的进口区中并且在腐蚀工序中产生。通过对材料40的顶锻形成节流点32。

按照图3中的视图，锐边构造的前置孔44位于控制腔16和一个通入节流点32的入口31之间。

按照图4的视图示出了阀部件的腐蚀的硬化阶段。

接下来进行腐蚀，由此在节流点32处高精度地制造出决定流量的、限定的直径54。在对阀部件10腐蚀期间最后形成具有非常精确的直径54的节流点32，它通入在冲压过程中形成的、慢慢扩展的出口区(参见位置38)。在冲压过程中形成的最小的剩余横截面以有利的方式这样地调整，使得它稍微小于在腐蚀期间形成的节流直径。由此实现在腐蚀轮廓和冲压轮廓之间的尽可能软的过渡部。在对阀部件10腐蚀期间形成在腐蚀方向上扩展的节流点32，它过渡到连续的横截面扩展部38中，这对在排出通道14中的按照本发明制造的节流点32的通流特性产生非常有利的影响。用于腐蚀，即为了产生最后的节流直径54而使用的腐蚀电极以有利的方式与前面通过冲压成形的节流点32的轮廓相适应。由此可以在腐蚀的范围中表现出极其短的循环时间。

在腐蚀工序之前，对阀部件10进行硬化处理，所述腐蚀工序优选在腐蚀方向上进行，该腐蚀方向与排出通道14中的节流点32至阀座20的通流方向处于相同的方向上。力求的非常精确限定的节流点32的节流直径54，即节流孔横截面的精细调节和由此实现的节流作用通过腐蚀工序和接着该腐蚀工序之后的液力侵蚀倒圆（hydro-erosive-Verrunden）进行调整。

通过上面所示的用于制造在阀部件10的排出通道14中的节流点32的加工方法，可以在节流入口区上实现一个气蚀转变点，它在一个相对高的背压（反压）情况下产生从非气蚀的通流流动到气蚀的通流流动的转变。由此节流点32对压力和几何结构的影响不敏感。

如图2，3和4所示，对于节流点32的气蚀的通流流动有利的是，连续扩展的横截面扩展部38可以由此实现，即用于最终加工节流点32所使用的腐蚀电极，与通过冲压过程已经存在的被冲压的轮廓，亦即在节流点32下游的一种拉法尔式喷嘴轮廓或漏斗形状，相适配。由此以有利的方式实现了使气蚀转变点位于节流点32的入口区。特别重要的是被再腐蚀的节流孔的长度。节流孔的入口区可以是圆柱形的或在流动方向上在微米范围（尺度）上扩展。节流孔的出口区对流量没有影响，但是决定可能的压力恢复的大小。出口区必须具有比节流孔的入口区更大的直径并且在流动方向上在微米范围上扩展。

所示的用于制造在节流入口区中具有气蚀转变点的节流点32的加工工艺可以在这样的节流点32中应用，该节流点在排出通道14中被应用于用来操作燃料喷射器的控制腔16并且在这种节流点中不可能逆着通流方向对节流点32进行腐蚀。

对于在燃烧室侧的燃料喷射器末端上的喷射喷嘴，通入燃烧室中的喷射孔的锥度可以通过K系数，亦即锥度系数描述。随着K系数的增大，喷射孔的横截面在流动方向上逐渐增大。在喷射孔中，其锥度被用于延迟气蚀时刻并且由此增大在燃料喷射到内燃机的燃烧室中时射流的射入深度。而且为了制造喷射孔也可以使用上述冲压过程，以便成本更有利地制造锥形分布的喷射孔。

图5示出了通过两个相互分开的部件延伸的、用于使控制腔减压的排出通道。

图5示出了节流板58沿着接触面66与导向体60连接。在导向体60中，在导向孔18中引导优选针形构造的喷射阀部件62。它的平端面64界定控制腔16，控制腔本身经流入节流孔22用处于系统压力下的燃料加载。排出通道14从控制腔16在导向体60中延伸到节流板58中的阀座20，该排出通道包括前置孔44和在通流方向上看与前置孔连接的节流点32。在通流方向上看，节流点32过渡到扩压器52中，该扩压器又通入设置在阀座20下面的阀座节流孔50。按照图5中的实施形式的阀座20通过球形的或锥形构造的关闭元件46封闭，该关闭元件支承在关闭元件承座58中。关闭元件承座58可以构造在一个支承销的底面上，该支承销可以经一个磁阀或压电执行元件操作。

在图5所示的实施形式情况下，排出通道14延伸通过两个分开的部件，即节流板58以及导向体60。排出通道14在节流板58中通过切削加工的工艺步骤并且关于导向体60也通过切削加工产生。在此处的缺陷是需要两个构件，由此制造的成本在整体上看较高并且产生附加的密封面。在此处没有实现冲压过程，从而图5所示的阀部件包括两个部件，即节流板58和导向体60。

与之相应地，图6示出了一种通过按照本发明建议的方法在排出通道14中产生的节流点。

如图6所示，与按照图5的视图不同，阀部件10构造成一体件，即节流板58和用于对优选针形构造的喷射阀部件62导向的导向体60形成一个构件。

针形构造的喷射阀62在阀部件10的导向孔18中导向并且通过它的平端面64界定控制腔16。控制腔16本身通过流入节流孔22被施加处于系统压力下的燃料。控制腔16的减压在排出通道14中进行，其中前置孔44形成节流通道14的和包含在其中的节流点32的一个前腔。锐边的过渡部44通过在前置孔44和节流(部位)之间的棱边示出。锐边的过渡部44(前置孔)在排出通道14的通流方向上位于节流点32之前。如按照图1-4的视图所示的，该节流点通过切削加工的工艺步骤和通过冲压制造。排出通道14的形成实际的节流点32的直径变窄部位34，54，通过被顶锻的材料40实现，该被顶锻的材料在冲压期间限定排出通道14在节流点32处的通流横截面。按照在图1-4示出的加工步骤，节流点32一方面包括腐蚀的入口区和另一方面包括冲压的出口区，它在通过朝着阀座20引导的介质的通流方向上位于连续的横截面扩展部38之前。

排出通道14的连续的横截面扩展部38过渡到阀座20下面的也称为预节流孔的阀座节流孔50中，该阀座在按照图6的视图中通过在此处球形构造的关闭元件46关闭。关闭元件46被在关闭元件承座48中引导，为了给出两个例子，该关闭元件承座本身通过一个磁阀或通过一个执行元件操作。在打开阀座20期间，使关闭元件46从阀座20上抬起，从而通过布置在阀座20下面的阀座节流孔50可以经具有结合在其上的节流点32的排出通道14控制来自控制腔16的控制量。

Claims (14)

1.用于在用于控制来自一个腔（16）的介质的通道(14)中制造节流点(32)的方法，通过所述腔（16）对燃料喷射器的喷射阀部件(62) 进行操作, 包括以下方法步骤:

a) 在一个阀部件(10)中制造所述通道(14)，

b) 通过冲压所述节流点(32)在所述通道(14)中产生一个轮廓，

c) 在所述节流点(32)前面产生一个锐边的过渡部(44)，和

d) 通过在所述节流点(32)上的腐蚀形成一个限定的直径(54)并且留下一个冲压的出口区。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按照方法步骤b)，通过在一个导向孔(18)中定中心的冲压模在阀部件(10)的软状态下实施。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，阀部件(10)的材料通过冲压经受顶锻(40)，该顶锻限定通道(14)在节流点(32)下游的轮廓。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，阀部件(10)在实施方法步骤b)之后和在实施方法步骤c)之前被硬化处理。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在通道(14)的通流方向上的腐蚀，对通道(14)中的节流点(32)进行腐蚀加工。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，通过在通道(14)的通流方向上的腐蚀，对通道(14)中的节流点(32)的精确的节流孔直径(54) 进行调整。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按照方法步骤d)的腐蚀在一个腐蚀方向上实施，该腐蚀方向与介质流过节流点(32)的通流方向一致。

8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在最后加工的范围中对节流点(32)的被冲压的轮廓进行HE倒圆。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，方法步骤b)在阀部件(10)的软加工阶段期间进行和在它的切削加工期间实施。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，方法步骤b)在阀部件(10)的车削加工期间实施。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按照方法步骤d)，一个在腐蚀方向上进行腐蚀加工的腐蚀电极与通过节流点(32)的被冲压的轮廓给定的轮廓相适应，用于通道(14)的最后加工。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述给定的轮廓是漏斗轮廓。

13.按照前述权利要求1-12中的任一项所述的方法，其特征在于，能够产生具有一种锥度的燃料喷射孔，以增大在燃烧室中的射流喷射深度。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按照方法步骤d)，节流点(32)的被冲压的出口区位于排出通道(14)的连续的横截面扩展部(38)的前面。

Images