CN102713246A - 喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射阀(1)，其尤其用作燃料喷射系统或废气后处理系统的喷射器，该喷射阀包括冲击波致动器(4)、阀关闭体(8)和冲击波增强通道(22)，其中，该阀关闭体与阀座面(7)相互作用，以形成密封座(9)。所述冲击波增强通道(22)用于将所述冲击波致动器(4)产生的冲击波(27)传递到所述密封座(9)和用于增强所述冲击波(27)。

Description

喷射阀

技术领域

本发明涉及一种喷射阀，尤其是用于燃料喷射系统或废气后处理系统的喷射器。

背景技术

从DE 10 2006 026 153 A1已知一种用于流体的喷射装置。所述已知的喷射装置具有喷嘴和控制元件，所述控制元件用于调整通过喷嘴喷出的流体流。此外还设置冲击波致动器，以在喷嘴中存在的流体中形成冲击波。通过所述冲击波致动器在喷射装置中产生冲击波，冲击波被传递到喷嘴中的流体上。

在具有冲击波致动器的流体的喷射装置中产生了这样的问题，即相对于环境压力，必须例如用燃烧室中提供的压力工作。此外，在流束形状方面出现问题。

发明内容

根据本发明的具有权利要求1的特征的喷射阀相比较而言具有改善喷射状态的优点。特别地能够得到限定的喷射流束，喷射阀能够在至少很大程度上独立于环境压力，尤其是燃烧室压力地打开喷射阀。

在从属权利要求中叙述的措施可能是基于喷射阀的权利要求1的有利改进方案。

所述冲击波致动器以有利的方式产生冲击波，冲击波被传递到所述密封座上。冲击波的物理现象涉及弹性介质中的强压力波，例如流体，强压力波以超声速传播，其中，在冲击波的冲击前部形成高机械应力和压力。所述冲击波制备压力脉冲，其中，在几分之一秒内，所述压力陡峭地上升，然后又陡峭地下降。通过冲击波产生的极限压力变化通过所述冲击波增强通道的作用进一步增强。由此，所述阀关闭体能够以有利的方式从所述阀座面提升，以便打开在所述阀关闭体和阀座面之间形成的密封座。由此能够实现非常高的喷射压力，以便在高的环境压力时也得到有利的雾化。例如，对于柴油直接喷射，燃料具有约200MPa(2000巴)的压力，或者对于汽油直接喷射，燃料具有约20MPa(200巴)，燃料喷射到内燃机的燃烧室中。在这里，一方面允许得到限定的单个的喷射流束。另一方面所述喷射阀能够独立于燃烧室压力或另外的环境压力地打开。

有利地，所述冲击波增强通道的用于传递所述冲击波的自由横截面从所述冲击波致动器到密封座逐段减小。在这里，所述自由横截面优选均匀地减小到所述密封座。由此，它达到所述冲击波的有利的增强，其中，高的局部压力作用在所述密封座上，并且因而大的打开力作用在阀关闭体上。

进一步有利地，喷射器设有至少一个内部腔室，冲击波增强元件安装在所述内部腔室中，所述冲击波增强通道至少逐段地构造在所述内部腔室的内壁和冲击波增强元件之间，所述冲击波增强元件的尖端在所述冲击波增强通道中逆着所获得的冲击波的传播方向进行取向。所述冲击波致动器产生的冲击波朝向所述密封座传播。在这里，所述冲击波前部贯穿所述冲击波增强元件的尖端。所述冲击波增强通道在所述尖端后面变窄，从而，所述冲击波继续增强。在这里进一步有利的是，所述冲击波增强元件构造为至少逐段环形的和/或至少逐段部分环形的和/或至少逐段多次不连续的环。附加地或替代地，所述冲击波增强元件有利地构造为至少近似圆锥形的冲击波增强元件和/或所述内部腔室的内壁从所述冲击波致动器到密封座逐段变得逐渐尖细。进一步有利地，所述内部腔室的内壁至少逐段地构造为圆锥形的。由此，所述冲击波增强通道以有利的方式构造为变窄的环形间隙，所述环形间隙必要时逐段分割。所述环形间隙在朝向所述密封座的方向上优选一直变窄，从而所述冲击波持续增强。在所述密封座的区域中，所述冲击波的更大的压力至少近似均匀地分布在所述密封座上，这导致打开所述密封座。

进一步有利地，所述阀关闭体构造在所述冲击波增强元件上。所述冲击波增强元件在这里构造为一件式的或多件式的。在构造为多件式时，各个单件以适当的方式相互连接。在这里还有利地设置至少一个用于冲击波增强元件的导向元件，它布置在所述喷射器的内部腔室中。由此，保证所述导向元件例如沿着所述喷射阀的纵轴进行导向。

还有利地设置弹簧元件，所述弹簧元件将靠着所述密封座向所述阀关闭体加载。因密封座上的大的局部压力通过所述冲击波诱导的所述阀关闭体上的打开的力在这里逆着所述弹簧元件的预紧起作用。由此能够进行所述喷射阀的协调。

所述阀关闭体还有利地具有至少一个压力平衡通道。由此避免所述阀关闭体在打开运动期间的液压阻尼。

有利地，所述冲击波致动器具有一个导电的弹性膜和至少一个励磁线圈，所述励磁线圈配属于所述膜，并且用于在所述膜中产生感应电流。经所述励磁线圈能够在所述膜中得到感应电流。所述励磁线圈的磁场和所述通过在膜中得到的感应电流感应的磁场导致所述膜上的力。由此这使所述膜弯曲。通过所述膜的弯曲，在毗邻所述膜的介质中产生冲击波。然后，这个冲击波从所述膜通过所述冲击波增强通道到达密封座。

所述膜有利地构造为至少近似圆形的膜，并且所述励磁线圈布置在所述膜的背离所述冲击波增强通道的侧的区域中。在操纵所述冲击波致动器时，因为所述线圈的磁场和所述感应的磁场在所述膜中产生排斥力。此时在所述膜中得到感应电流(涡流)，它的方向与通过所述励磁线圈的电流的方向相反。

所述膜构造为管状和/或圆锥形的膜，这当然也是有利的，所述膜的内侧限定所述冲击波增强通道，所述励磁线圈布置在所述膜的外侧的区域中。由此，所述用于产生冲击波的膜的表面关于可使用的安装空间增大。

所述膜优选构造为金属膜。特别地，所述金属膜至少主要用铜制成。也能够用至少两种成分构成一个膜，用于密封和激励。例如，所述膜能够用至少一个贵金属，尤其是铂，和铜制成。所述膜也能够用铁磁钢板制成。为了改善膜的导电率，也能够使用铁磁钢板作为膜，对励磁线圈涂镀铜等。

附图说明

在下面的说明中参照附图，详细地描述本发明的优选实施例，在附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。在附图中：

图1以扼要的、示意性的剖面图显示了本发明的喷射阀的第一实施例；

图2以扼要的、示意性的剖面图显示了本发明的喷射阀的第二实施例。

具体实施方式

图1以扼要的、示意性的剖面图显示了喷射阀1的第一实施例。喷射阀1尤其能够用作燃料喷射系统的喷射器1。这种喷射器1能够是空气压缩的压燃式内燃机或者用于混合压缩的点燃式内燃机。具体地，喷射阀1用于喷射柴油或汽油到内燃机的燃烧室中。喷射阀1当然也能够用于废气后处理系统，例如用于脱硝系统的喷射。但根据本发明的喷射阀1也适用于另外的使用情况。

喷射阀1具有喷射器体2、与喷射器体2相连接的喷射器壳体3和冲击波致动器4。冲击波致动器4在这里布置在喷射器体2中。此外，喷射器体2具有内部腔室5。内部腔室5此时通过喷射器体2的内壁6限定。

密封座面7构造在喷射器体2上。此外设置配属于密封座面7的阀关闭体8，阀关闭体8和密封座面7共同作用而形成密封座9。进一步设置冲击波增强元件10，它至少部分地布置在喷射器体2的内部腔室5中。在这里设置多个导向元件11、12、13，使冲击波增强元件10持续。导向元件11、12、13与喷射器体2相连接。

在这个实施例中，阀关闭体8构造在冲击波增强元件10上。冲击波增强元件10的一部分或多部分可以用阀关闭体8构成。导向元件11、12、13在这种情况下能够调整冲击波增强元件10，并因此沿着喷射阀1的轴线15在开口方向14上从图1中所示的开始位置进行调整。阀关闭体8和因而冲击波增强元件10也被在喷射器壳体3的导向孔16上传递。

冲击波致动器4包括导电的弹性膜17或者活塞。膜17此时能够构造为金属膜17。金属膜17能够用一种金属或多种金属构成。例如，金属膜17能够用具有铜镀膜的钢薄膜构成。所述冲击波致动器还包括励磁线圈18。励磁线圈18配属于膜17并且布置在本实施例中构造为圆形的膜17的侧19上。在这方面，膜17具有铜镀膜，它优选面向励磁线圈18并因而设置在19上。此外，膜17具有背离侧19的另一侧20。

膜17的侧20，内部腔室5的内壁6和冲击波增强元件10的外侧21限定冲击波增强通道22。冲击波通道22从冲击波致动器4的膜17延伸到密封座9。冲击波增强通道22具有用于传递冲击波的自由横截面23，它垂直于轴线15取向。在冲击波增强元件10的区域中，自由横截面23设计为圆形的或者多段断续的环，如导向元件11、12、13的区域的情形。

在利用励磁线圈18操纵膜17时，膜17在内部腔室5中成拱形，如通过断续地显示的线24所图解说明的。喷射器体2具有输入通道25和流出通道26。经输入通道25将介质，尤其是燃料，传递到内部腔室5中。所述介质从内部腔室5经流出通道26引出。由此能够导致在内部腔室5产生气泡。在喷射阀1工作中，冲击波增强通道22完全充满介质。在操纵膜17时，在介质中产生冲击波27，所述介质在这个实施例中构成为近似均匀的。冲击波27在方向28上在所述介质中传播，并因此由膜17通过冲击波增强通道22运动到密封座9。

冲击波增强元件10构造为圆锥形的。冲击波增强元件10也能够设计为指数成形的。冲击波增强元件10的尖端在这里对准膜17的中点。冲击波增强元件10关于轴线15对称。在冲击波增强元件10的区域中，环形的自由横截面23在方向28上减小直到密封座9。自由横截面23还在膜17和尖端29之间继续减小。横截面23在膜17和尖端29之间构造为圆形的。

在借助于冲击波致动器4使膜17偏转以产生冲击波27，冲击波27在方向28上向冲击波增强元件10运动。圆锥形的冲击波增强元件10用它的尖端29贯穿冲击波27的平坦的冲击波前部。冲击波增强元件10在这里构造为使仅冲击波27的最小部分在尖端29上反射。相应地，导向元件11、12、13也构造为使其尽可能地避免反射。因为自由横截面23，尤其是环形横截面23的宽度30，并因而冲击波前部27的表面在方向28上减小，冲击波27在变窄的冲击波增强通道22中增强。

当所述增强的冲击波到达密封座9时，因为大的局部压力，力在打开方向14上作用到阀关闭体8上。所述力的大小能够经阀关闭体8的水平面的给定表面状态和角度和密封座9的区域中的表面进行调整。

在喷射器壳体3的内部腔室35中，弹簧元件36布置为盘簧组的形式，调节装置37布置为调焦屏的形式。弹簧元件36预紧，使阀关闭体8逆着打开方向14因预紧而挤压在阀座面7上。当通过所增强的冲击波27作用在阀关闭体8上超过弹簧元件36的闭合力时，在打开方向14上调节阀关闭体8。由此，密封座9被打开，并因此密封座9打开，进而所述介质从内部腔室5经喷孔38、39离开。通过所述冲击波能够在周围空间中得到所述介质的雾化，尤其是在内燃机的燃烧中。

阀关闭体8具有压力平衡通道40，从而避免阀关闭体8在打开运动中液压衰减。

在增强冲击波后，阀关闭体8的压力起作用的区域离开密封座9，再次超过弹簧元件36的闭合力，从而阀关闭体8逆着打开方向14调节，并且通过将阀关闭体8放在阀座面7上，密封座9再次闭合。在喷射过程中离开喷孔38、39的介质经输入通道25补偿。此时，经输入通道25和流出通道26得到喷射的介质的持续流，其中，最终需要从内部腔室5出来形成气泡。因此，喷射阀1已经准备用于下次喷射。

在这个实施例中，在导向孔16上设置密封环41，密封喷射器壳体3的内部腔室35。密封环41用耐热材料制成，例如直到最大燃烧室温度仍保持稳定。内部腔室4中的介质的压力能够例如在100KPa(1巴)和500KPa(5巴)之间的范围中。

喷射阀1因而能够生成限定的单个喷射流束。具体地，以可靠的方式产生足够的压力，以便例如克服大的燃烧室压力产生可靠的喷射。

为了通过冲击波增强元件10产生冲击波，所述存储的能量需要非常快地、爆炸式地释放。此时，在很小的微秒量级的时间中发出大约20焦的能量，它与单位MW的功率一致。如果是铁磁致动器或压电致动器，所述功率密度因为铁磁性的饱和效应和铁电性的饱和效应而被限制。另一方面需要相对大的体积挤压，以便通过冲击波增强通道22输送进而喷射足够量的介质。

在这个实施例中，金属膜17因此以感应方式操纵。此时在设计为螺旋形空心线圈的励磁线圈18中产生较短的电流脉冲。这个电流脉冲产生一个磁场，在导电的金属膜17中感应出涡流形式的感应电流，它逆向平行于通过励磁线圈18的线圈电流。此时，对应法拉第电磁感应定律作用在金属膜17上的力越大，励磁线圈18距离金属膜17的间距越小。因此，励磁线圈18尽可能靠近金属膜17的侧19，优选直接布置在金属膜17的侧19上。如果电流强度为1000安，例如几KN范围内的力能够作用在金属膜17上。利用这个力能够使金属膜17达到相对大的偏转，尤其是大于1mm的偏转，如通过断续线24所图示说明的。

励磁线圈18也能够安装在圆柱体或圆锥体的柱形或锥形外表面上，以便用合适的波聚焦器提高冲击波27的幅值。

纯电磁离合器的效率为大约75％。一部分能量在金属膜17中转换成热能，传递给侧20区域中的介质。金属膜17的侧20旁的介质通过加热而膨胀，可以说这导致热波，这有助于冲击波27的产生过程。

此外，冲击波致动器4能够实现泵功能。金属膜17或者所述活塞优选用铁磁钢板制成，为了改善励磁线圈18的导电性能，用铜等镀膜。此外，通过操纵膜17注入所述测定流过励磁线圈18的电流脉冲的量，膜17在图1所示的原始情况能够利用流过励磁线圈18的直流电或具有小于1KHz的频率的NF电流得到所述测定励磁线圈18的电流脉冲的量。由此在膜17的侧20上产生低压，导致从输入通道25吸出所述介质。

附加地或替代地，所述复位功能也通过作用在膜17上的复位弹簧实现。

因此，燃料，尤其是汽油或柴油，用于改善废气的尿素或者其它介质以可靠的方式从喷射阀1经喷孔38、39喷出。

图2以扼要的示意性剖面图显示对应第二实施例的喷射阀1。在这个实施例中，膜17设计为管状和圆锥形的膜17。膜17的内侧20’在这里限定冲击波增强通道22。此外，励磁线圈18布置在膜17的外侧19’的区域中。为了操纵所述冲击波致动器，流过励磁线圈18的电流在膜17中产生感应电流(涡流)，并因此在膜17上导致排斥力。由此，膜17在朝向轴线15的方向上在周缘上弯曲。因而产生冲击波27，冲击波27在方向28上通过冲击波增强通道22传播。冲击波27在冲击波增强通道22中增强。所述增强的冲击波传播到密封座9，达到经喷孔38、39喷出介质。

在这个改进方案中，冲击波27的幅值用合适的波聚焦器升高。

输入通道25能够在内部腔室5中通到内部腔室5的端部42。

本发明不限于所描述的实施例。

Claims (10)

1.一种喷射阀(1)，尤其是用于燃料喷射系统或废气后处理系统的喷射器，其具有冲击波致动器(4)，阀关闭体(8)和冲击波增强通道(22)，其中，所述阀关闭体(8)与密封座面(7)共同作用以形成密封座(9)，所述冲击波增强通道(22)用于将所述冲击波致动器(4)产生的冲击波(27)传递到所述密封座(9)并且增强所述冲击波(27)。

2.根据权利要求1所述的喷射阀，其特征在于，

用于传递所述冲击波(27)的冲击波增强通道(22)的自由横截面(23)从所述冲击波致动器(4)到所述密封座(9)至少逐段减小。

3.根据权利要求1或2所述的喷射阀，其特征在于，

设置喷射器体(2)，其具有至少一个内部腔室(5)，在所述内部腔室(5)中安装冲击波增强元件(10)，所述冲击波增强通道(22)在所述内部腔室(5)的内壁(6)和所述冲击波增强元件(10)之间至少逐段地构造，并且所述冲击波增强元件(10)的尖端(29)在所述冲击波增强通道(22)中逆着所述产生的冲击波的传播方向(28)取向。

4.根据权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

所述冲击波增强通道(22)在所述内部腔室(5)的内壁(6)和冲击波增强元件(10)之间至少逐段构造为环状的和/或逐段构造为部分环状的和/或逐段构造为多断续环，和/或

所述冲击波增强元件(10)构造为至少近似圆锥形的冲击波增强元件(10)，和/或

所述内部腔室(5)的内壁(6)从所述冲击波致动器(4)到密封座(9)至少逐段地逐渐变得尖细，和/或

所述内部腔室(5)的内壁(6)至少逐段构造为圆锥形的。

5.根据权利要求3或4所述的喷射阀，其特征在于，

所述阀关闭体(8)构造在所述冲击波增强元件(10)上。

6.根据权利要求5所述的喷射阀，其特征在于，

设置至少一个用于所述冲击波增强元件(10)的导向元件(11、12、13)，其布置在所述喷射器体(2)的内部腔室(5)中，和/或

设置弹簧元件(36)，其靠着所述密封座(9)向所述阀关闭体(8)加载，和/或

所述阀关闭体(8)具有至少一个压力平衡通道(40)。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的喷射阀，其特征在于，

所述冲击波致动器(4)具有一个导电的弹性膜(17)或活塞和至少一个励磁线圈(18)，所述用于在所述膜(17)中产生感应电流的励磁线圈(18)配属于所述膜(17)，或者用于在所述活塞中产生感应电流的励磁线圈(18)配属于所述活塞。

8.根据权利要求7所述的喷射阀，其特征在于，

所述膜(17)或活塞构造为至少近似圆形的膜(17)或构造为至少近似圆形的活塞，所述励磁线圈(18)布置在所述膜(17)的背离所述冲击波增强通道(22)的侧(19)的区域中或者所述活塞的背离所述冲击波增强通道(22)的侧(19)的区域中。

9.根据权利要求7所述的喷射阀，其特征在于，

所述膜(17)构造为管状和/或圆锥形的膜(17)，所述膜(17)的内侧(20’)限定所述冲击波增强通道(22)，并且所述励磁线圈(18)布置在所述膜(17)的外侧(19’)的区域中。

10.根据权利要求7至9中的任意一项所述的喷射器，其特征在于，

所述膜(17)至少基本上构造为金属膜(17)。

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