CN102667131A - 借助多元材料mim制造的电磁阀的磁极铁心 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷射阀，其具有阀孔、基本上圆柱形的管、在径向上在该管的内部同轴设置的及可移动地被导向的阀针、在径向上设置在该管的外部的磁线圈、在径向上设置在该管的内部的磁芯、在径向上设置在管的内部的在轴向上布置在该磁芯对面的衔铁，其中，该衔铁设置在该阀针上，其特征在于，该管在第一管区域中及在第三管区域中由基本上磁性的第一材料制成，其中，该第一管区域在轴向上向着该阀孔及该第三管区域在轴向上背离该阀孔，其中该管在第二管区域中由基本上非磁性的第二材料制成，其中，该第二管区域在轴向上设置在该第一管区域与该第三管区域之间。

Description

借助多元材料MIM制造的电磁阀的磁极铁心
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的喷射阀，尤其是用于机动车中内燃机的燃料喷射装置的喷射阀及涉及根据权利要求7的前序部分的用于制造喷射阀的方法。
背景技术
喷射阀已普遍地被公知。例如由印刷文献DE 10 2004 058 803 A1公开了一个具有阀座架的喷射阀，它设有一个位于阀座架端部上的、围绕阀孔的阀座，设有一个同轴线地布置在阀座架中的、可移动地被导向的阀针，该阀针在其向着阀座的针端部带有一个为了关闭及释放阀孔与阀座相互配合的阀闭合件，设有一个用于阀针升降操作的电磁铁，该电磁铁具有一个内部的空心圆柱形的磁芯、一个外部的磁罐、一个位于它们之间的连接在一个连接插头上的磁线圈及一个位于磁芯对面的衔铁，该衔铁被设置在阀针的背离阀闭合件的针端部上，其中阀孔及阀座被构成在整体的阀座架自身上，其中阀针轴向上可移动的导向配置给阀座架，其中磁线圈及连接插头通过塑料压力注塑包封组合成一个单独的线圈部件。
此外由印刷文献DE 42 30 376 C1及DE 44 15 850 A1得知：衔铁区段及阀针的阀套筒区段通过压铸及接着根据金属喷射模制(MIM)方法整体地制造。阀座架通过非磁性的中间段例如借助焊接固定在空心圆柱形的磁芯上。
此外由印刷文献DE 10 2005 036 950 A1得知：使用各具有一个MIM方法的两个方法过程来构成由两部分组成的作为金属构件的模制部件。由印刷文献DE 10 2005 052 252 A1得知：一个构成阀壳体的构件借助金属喷射模制方法来成型。
由印刷文献US 2009/0127354 A1公知了一个喷射阀，其中一个管及一个壳体被制成整体构件。
发明内容
根据本发明的喷射阀及根据一个并列独立权利要求的本发明的方法与现有技术相比具有其优点，即在由衔铁、磁芯、磁罐及磁线圈组成的磁回路中的磁短路引起的损耗磁通保持相对地小及由此可达到尽可能高的用于阀针升降操作的磁力或尽可能高的保持力。由此可达到相对高的阀动力性能。
本发明的有利构型及进一步构成可由从属权利要求及参照附图的说明中得知。
根据本发明的一个构型提出：管借助金属注射模制方法(MIM)并优选地借助2成分MIM方法来制造。通过MIM方法的应用可相对显著地降低制造成本。借助MIM方法能够制造复合及复杂的几何形状及可使不同的材料制成一个整体构件。
根据本发明的另一构型提出：管及磁芯被制成整体的构件。通过该整体的结构方式则借助MIM技术显著地简化了制造。由此可减少制造程序及可得到成本的显著节省。
根据本发明的另一构型提出：磁芯在轴向上向着衔铁的表面上具有第三材料，其中该第三材料基本上具有一个相对大的硬度。一个硬的表面将导致相对高的耐磨损强度，由于衔铁冲击在磁芯上该耐磨损强度是必要的。
根据本发明的另一构型提出：磁芯在轴向上向着衔铁的表面上具有一个造型，优选地具有一个斜坡。通过该构型或斜坡能以有利的方式作到：防止衔铁与磁芯之间的液力粘附及由此使喷射阀的动力显著地提高。
根据本发明的另一构型提出：管在第一管区域中具有一个径向法兰盘，其中管及径向法兰盘借助MIM方法被制造成整体的构件。通过该整体的结构方式则借助MIM技术显著地简化了制造。由此可减少制造程序及可得到成本的显著节省。
根据本发明的另一构型提出：管在磁线圈的线圈绕组的区域中具有另一造型。通过该另一造型能以有利的方式作到：使磁线圈的线圈绕组安装在管上。该结构可相对地节省空间。
本发明的另一主题是用于制造喷射阀的方法。通过该方法能以有利的方式作到：在由衔铁、磁芯、磁罐及磁线圈组成的磁回路中的磁短路引起的损耗磁通保持相对地小及由此可达到尽可能高的用于阀针升降操作的磁力或尽可能高的保持力。由此可达到相对高的阀动力性能。
根据本发明的一个构型提出：管，一个径向法兰盘及磁芯借助MIM技术被制造成一个整体构件。通过MIM方法的应用可相对显著地降低制造成本。借助MIM方法能够制造复合及复杂的几何形状及可使不同的材料制成一个整体构件。
在附图中表示出本发明的实施例及在以下的说明中详细地对其描述。
附图说明
图1：根据现有技术的一个喷射阀的概要视图，
图2：根据本发明的第一实施例的一个管的概要视图，
图3：根据本发明的第二实施例的一个管的概要视图，
图4：用于制造根据本发明的管的一个压铸模具的概要视图，及
图5：根据本发明的第三实施例的一个喷射阀的电磁铁回路的概要视图。
具体实施例
在各个附图中相同的部分设有相同的标号及由此通常仅一次性地定义或提及。
在图1中以纵截面概要表示的根据现有技术的喷射阀被用于机动车内的内燃机的燃料喷射装置中。它具有一个阀座架11，一个同轴线地设置在阀座架11中的阀针12，一个用于操作阀针12的电磁铁13及一个用于输入燃料的接管14。
在制造阀座架11时在其底部成型出或构型出一个阀孔15及一个围绕该阀孔的阀座6。在阀座架11的底部在背离阀座16的外侧上成型有一个与阀孔15同轴线的孔口，在该孔口中固定一个喷孔盘17。阀座架11在其背离阀座16的端部上设有一个环绕在外部的环形槽18。
空心圆柱形的阀针12在其背离阀座16的端部上为了燃料的进入是张开的及在其向着阀座16的另一端部上带有一个阀闭合件19，该阀闭合件与阀座16相互配合以释放及关闭阀孔15。为了流出燃料阀针12设有一个穿过其圆柱壁的排出孔20。阀针12在背离阀闭合件19的端部上设有一个衔铁21，通过该衔铁使阀针12在阀座架11中轴向可移动地被导向。一个定位在阀闭合件19内部上的平面22被用作调节阀行程用的参考面。
电磁铁13除与阀针构成一体的衔铁21外还包括一个位于内部的、空心圆柱形的磁芯23，一个位于外部的磁罐24-该磁罐最好为深拉地制造的，及一个处于磁芯23与磁罐24之间的磁线圈25，该磁线圈由绕在一个线圈架上的激磁线圈组成。磁线圈25被连接到一个连接插头26上。空心圆柱形的磁芯23在阀座架11的背离阀座16的端部上被压入到该阀座架中。其压入深度确定了阀针12的行程。
磁线圈25及连接插头26组合成一个塑料压力注塑包封的线圈部件27，它被套在阀座架11上。在塑料压力注塑包封的线圈部分27上放置磁罐24，该磁罐用其罐底241包围阀座架11及用其罐口边缘处的罐壳几乎无缝地搭接在成型于阀座架11上的径向法兰盘111上。径向法兰盘111被设置在阀针12上的衔铁21的高度上。
阀针12通过一个构成压簧的阀闭合弹簧28用其阀闭合件19压在阀座16上。为此阀闭合弹簧28在一侧上支撑在一个构在阀针12的内部的径向环肩121上及在另一侧上支撑在一个调节套筒29上该调节套筒被压入在磁芯23中。调节套筒29的压入深度确定了阀闭合弹簧28的弹簧预偏压及由此确定了阀针12的闭合力。当阀闭合时在衔铁21的环形端面与磁芯23之间具有一个工作气隙30。磁芯23，磁罐24，磁线圈25及衔铁21构成一个磁回路。
接管14被制成具有一体的过滤器31的单独的塑料压力注塑件。它在一侧上具有一个环形肋141及一个径向伸出的组装舌板142，所述环形肋与阀座架11的环形槽18形成卡合连接，组装舌板则用作防扭转件及用于使喷射阀位置正确地插入燃料总导管中。
在根据现有技术的该喷射阀中，通过阀座架11具有一个窄部131(轭流部分)使磁短路削弱。在根据本发明的喷射阀上则避免了磁短路及通过简单的制造方法形成一个磁隔离。
图2表示根据本发明的第一实施例的一个管200的概要视图。管200被构成圆柱体及具有在轴向上串联的三个管区域201，202，203。第一管区域201位于管200的一个端部上，该端部向着阀孔15，第三管区域203被设置在管200的另一端部上，该端部背离阀孔15。第二管区域202被设置在第一与第三管区域201，203之间。管200的第一管区域201及第三管区域203由磁性的第一材料制成，这里该第一材料基本上具有导磁特性或铁氧体的特性。管200的第二管区域202由非磁性的第二材料(磁性隔离材料)制成，这里该第二材料基本上不导磁或为奥氏体。
该磁极管的制造例如借助一个2成分的金属压铸方法或金属注射模制方法(MIM)来实现。借助MIM方法的制造提供了一个优点，即可制造复合的或复杂的几何形状。借助MIM工艺例如可制造具有约为0.1mm的最小孔径的孔。此外借助MIM工艺例如可制造小于约1mm的壁厚。在此情况下制造公差相对地小。在粉末压铸料制造时使用胶合剂组系，以便对于压铸机使金属粉末变均匀。该处理的目的是使金属粉末颗粒用胶合剂组系包裹，防止或破坏金属粉末颗粒的烧结及制造一个尽可能均匀的粒料(也称为原料(Feedstock))。作为用于金属粉末压铸的原始材料例如可使用具有适当粒度的所有可烧结的粉末，如金属，例如低合金钢、贵金属、硬金属如具有12重量％的Co的碳化钨。也可采用使用陶瓷如氧化锆的2-K-CIM(陶瓷注射模制)方法。所使用的金属粉未的颗粒最好具有约4μm至约20μm的平均粒度。
为了成型将原料挤压到被冷却的、如被液体冷却的(尤其通过水或油冷却的)模具中。输送蜗杆及输送缸最好由相对硬的材料来制造，尤其由钢材或由双金属材料来制造。在压铸过程后将构件(也称绿坯)由模具中取出。
作为胶合剂组系可使用蜡材。通过相对缓慢的加热使蜡材料由绿坯中熔化出来。该过程被称为去胶合及这样形成的多孔型件被称为褐坯。此外作为胶合剂组系还可使用热塑性材料，聚乙醇，聚羟甲基(POM)或聚乙烯醇。
通过最后的烧结由褐坯得到最终产物。在一个烧结炉中褐坯被加热。其温度最好为约1200oC至1300oC。该烧结优选地在氮或氢的保护气体的气氛中更优选地在真空中进行。
通过MIM方法的使用相对地使制造成本显著降低。借助MIM方法能够制造复合的及复杂的几何形状及使不同的材料制成一个整体的构件。
图3表示根据本发明的第二实施例的一个管200的概要视图。借助MIM技术管200，径向法兰盘111及磁芯23可作为整体构件来制造。管200具有第一，第二及第三管区域201，202，203。此外管200具有一个重叠区域300，在该重叠区域中非磁性的第二材料(磁性隔离材料)在径向上位于磁芯23的磁性的第一材料上。
磁芯23在向着衔铁21的表面上例如具有一个斜坡301。该斜坡能作到：防止衔铁21在磁芯301上的液力粘附。此外通过该表面的适当构型可对冲击脉冲(噪音)产生正面影响。变换地也可以是，通过表面变粗糙、通过构成阶梯形的表面或通过磁芯23的造型表面来防止该液力粘附。此外为了降低液力粘附可在轴向上穿过磁芯23地设置至少一个孔23。还可以是：例如通过渗氮方法来硬化斜坡301。该硬化将提高磁芯23的表面的耐磨损强度。变换地也可借助MIM技术由一种硬材料，例如由硬金属或陶瓷材料来制造该斜坡301。另外可借助MIM技术在管200的外表面上形成另一造型302。该另一构型302可用于磁线圈25的线圈绕组的安装及由此实现紧凑及节省空间的制造。
图4表示用于根据本发明的管200的制造的一个压铸模具的概要视图。在该模具的材料800中首先设置一个具有轮廓部分区域803，804，805的管200的轮廓。此外该模具设有压铸通道801，802。为了制造管200在第一步骤中借助一个蜗杆输送机将非磁性粉末金属成型料施加到压铸通道802中，该粉末金属成型料基本上由一种非磁性材料、尤其奥氏体材料(磁性隔离材料)组成。该奥氏体的粉末金属成型料到达轮廓区域804中及构成管200的前区域与磁芯23之间的磁性隔离部分。为了制造管200在第二步骤中借助一个蜗杆输送机将铁氧体的粉末金属成型料施加到压铸通道801中，该粉末金属成型料基本上由一种磁性材料、尤其铁氧体材料组成。铁氧体的粉末金属成型料通过通道分支806与807到达轮廓区域805与803中。铁氧体的粉末金属成型料在轮廓区域803中构成磁芯23及管200的后部分。铁氧体的粉末金属成型料在轮廓区域805中构成管200的前部区域及径向法兰盘111。在粉末金属成型料压铸后进行被压铸构件的脱模及烧结。
图5表示图3中第二实施例装配成一个完整的磁回路的概要视图。磁罐24由外部压配合到管200上及至少部分地包围磁线圈25。管200具有径向法兰盘111及磁芯23，其中管200优选地借助2成分MIM技术制造。在第二管区域202中的磁性隔离部分通过非磁性的第二材料来实现。磁回路包括衔铁21，磁线圈25，磁罐24及磁芯23。通过第二管区域202中的非磁性的第二材料可防止磁短路。

Claims (7)

1.喷射阀，设有一个管(200)，一个阀孔(15)，一个在径向上设置在管(200)内部及可移动地被导向的阀针(12)，一个在径向上设置在管(200)外部的磁线圈(25)，一个在径向上设置在管(200)内部的磁芯(23)，一个在径向上设置在管(200)内部的在轴向上布置在磁芯(23)对面的衔铁(21)，其中衔铁(21)设置在阀针(12)上，其中管(200)在第一管区域(201)中及在第三管区域(203)中由基本上磁性的第一材料制成，其中第一管区域(201)在轴向上向着阀孔(15)及第三管区域(203)在轴向上背离阀孔(15)，其中管(200)在第二管区域(202)中由基本上非磁性的第二材料制成，其中第二管区域(202)在轴向上设置在第一管区域(201)与第三管区域(203)之间，其特征在于：管(200)借助金属注射模制方法(MIM)并优选地借助2成分MIM方法来制造。
2.根据以上权利要求的喷射阀，其特征在于：管(200)及磁芯(23)被制成整体的构件。
3.根据以上权利要求之一的喷射阀，其特征在于：磁芯(23)在轴向上向着衔铁(21)的表面上具有第三材料，其中该第三材料基本上具有一个相对大的硬度。
4.根据以上权利要求之一的喷射阀，其特征在于：磁芯(23)在轴向上向着衔铁(21)的表面上具有一个造型。
5.根据以上权利要求之一的喷射阀，其特征在于：管(200)在第一管区域(201)中具有一个径向法兰盘(111)，其中管(200)及径向法兰盘(111)借助MIM方法被制造成整体的构件。
6.根据以上权利要求之一的喷射阀，其特征在于：管(200)在磁线圈(25)的线圈绕组的区域中具有另一造型。
7.用于制造喷射阀的方法，其中阀针(12)在管(200)内部可移动地被导向，其中管(200)内部设有一个磁芯(23)，其中在管(200)内部设有在轴向上布置在磁芯(23)对面的衔铁(21)，其中磁芯(23)设置在阀针(12)上，其特征在于：管(200)在一个向着阀孔(15)的第一管区域(201)中由基本上磁性的第一材料制成，管(200)在一个背离阀孔(15)的第三管区域(203)中由基本上磁性的第一材料制成；及管(200)在轴向上设置在第一管区域(201)与第三管区域(203)之间的第二管区域(202)中由基本上非磁性的第二材料制成，其中管(200)、一个径向法兰盘(111)及磁芯(23)借助MIM技术被制造成一个整体构件。
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