CN103097714A - 燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射装置的燃料喷射阀。该阀包括电磁的操作元件，该操作元件包括电磁铁线圈（1）、固定的芯（2）、外部的磁回路构件（5）及可运动的、用于操作一阀关闭体（19）的衔铁（17），该阀关闭体与设置在阀座体（15）上的阀座面（16）相互配合。该阀的特征在于其极其小的外部尺寸。通过该电磁回路的优化的尺寸设计，该外部的磁回路构件（5）在该电磁铁线圈（1）的圆周区域中的外径为10.5<DM<13.5mm。具有不同阀长度的燃料喷射阀的安装中的弹性以这种方式显著地提高，这些阀长度基于特别的模块结构能很简单地实现。该阀适用于燃料喷射阀，尤其是用于混合气压缩的外源点火的内燃机的燃料喷射装置中。

Description

燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的类型的燃料喷射阀。
背景技术
由DE 38 25 134 A1已公知了一种燃料喷射阀，它包括一个设有一个电磁铁线圈，一个内极及一个外部的磁回路构件的电磁铁式操作部件及一个可运动的阀关闭体，该阀关闭体与一个配置给阀座体的阀座相互配合。该喷射阀由一个塑料压力注塑包封部分所包围，其中该压力注塑包封部分主要延伸在轴向上并包围着用作内极的接管及电磁铁线圈。至少在包围电磁铁线圈的区域中在塑料压力注塑包封部分内填入了传导磁力线的铁磁填充材料。就此而言该填充材料在圆周方向上包围着电磁铁线圈。该填充材料涉及具有软磁特性的金属研碎的细粒子部分。嵌入在塑料中的磁性细金属颗粒具有或多或少的球状体的形状及本身的磁性是孤立的并由此没有相互的金属贴靠，以致这导致起很小作用的磁场形成。但与在此情况下形成的很高的电阻的积极方面对立地也形成了极高的磁阻，该高磁阻以明显的功率损耗表现出来及由此在总体结算上确定为不良的功能特性。
此外由DE 103 32 348 A1公知了一种燃料喷射阀，它以一个相对紧凑的结构而显突出。在该阀中磁回路由一个电磁铁线圈，一个固定的内极，一个可运动的衔铁及一个磁罐形式的外部的磁回路构件构成。对于该阀的细长的及紧凑的结构来说使用了多个薄壁的阀套筒，它们既被用作接管也被用作阀座架及衔铁的导向区段。延伸在磁回路内部的非磁性的薄壁套筒构成一个空气隙，磁力线穿过该气隙由外部的磁回路构件过渡到衔铁及内极。在图1中再次表示出一个相似结构的燃料喷射阀及为了更好地理解本发明将在下面对其详细地说明。
此外由JP 2002-48031 A已公知了一种燃料喷射阀，它也以一个薄壁的套筒方案而显突出，其中深拉出的阀套筒延伸在阀的整个长度上及在磁回路区域中具有一个磁隔离位置，在该位置中其它马氏体的结构被中断。该非磁性的中间区段被这样地设置在衔铁与内极之间工作气隙区域的高度上并相对电磁铁线圈设置，以致产生一个尽可能高效的磁回路。这样一个磁隔离位置也用来相对于具有传统电磁回路的公知的阀提高DFR（动态流量）。但这种结构又与制造时显著的成本增加相联系。此外加入这样一个具有非磁性套筒区段的磁隔离位置将导致与无磁隔离位置的阀不同的几何布局。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1的特征部分的特征的燃料喷射阀具有特别紧凑的结构方式的优点。该阀具有一个极小的外径，正如它对于内燃机的吸气管喷射阀领域的专业人员来说觉得尽管性能更高而迄今是不可能制造的。由于该很小的尺寸就可以作到比至今可想象的要灵活得多地进行燃料喷射阀的安装。根据本发明的燃料喷射阀可用多种“延长喷嘴”变型、即在长度上可变的喷射阀变型而不改变基于模块式组装的阀的阀针长度或阀套筒的长度非常紧凑地安装到不同的机动车制造厂的不同的接收孔中。套在外部的磁回路构件上的并相对吸气管上的接收孔的壁密封的密封圈在此情况下可轻微地移动。
首先以有利的方式在关于量qmin，FF及Fmax的边界条件下确定燃料喷射阀的新几何参数。为了在更完美的功能的情况下可实现磁回路的特别小的外径，根据本发明衔铁的外径DA被确定在4.0mm<DA<5.9mm上。此外薄壁的阀套筒的壁厚t至少在工作气隙的区域中、即在下部的芯区域与上部的衔铁区域中为0.2<t<0.6mm。在根据本发明的这样定尺寸的情况下以有利的方式在阀套筒中在工作气隙的区域中设有一个磁通密度为B<0.01T的作为磁隔离部分的区域或设有一个磁通密度为0.01T<B<0.15T的作为磁节流阀的区域。
通过从属权利要求中所述的措施可得到权利要求1中给出的燃料喷射阀的有利的进一步构型及改进。
特别有利的是，随着根据本发明的燃料喷射阀的尺寸设计而出现的也可使DFR（动态流量）相对公知的喷射阀上通常的DFR有显著的提高。
附图说明
在附图中简要地表示出本发明的实施例及在以下的说明中进行详细的描述。附图表示：
图1：一个根据现有技术的燃料喷射阀形式的由电磁铁操作的阀；
图2：根据本发明的阀的第一实施例；及
图3：根据本发明的阀的第二实施例。
具体实施例
为了更好地理解本发明图1中示范地表示出一个根据现有技术的用于混合气压缩的、外源点火的内燃机的燃料喷射装置的燃料喷射阀形式的由电磁铁操作的阀。
该阀具有一个被一电磁铁线圈1包围的、作为内极的及部分地作为燃料通道用的很大程度上为管形的芯2。电磁铁线圈1被一个外部的套筒形的及作有阶台的、铁磁材料的阀罩5在圆周方向上完全地包围，该阀罩是一个用作外磁极的外部的磁回路构件。电磁铁线圈1，芯2及阀罩5一起构成一个可电激励的操作部件。
嵌入在线圈架3中的带有一个绕组4的电磁铁线圈1从外面包围着一个阀套筒6，而芯2则被置入在阀套筒6的内部的、一个相对阀纵轴线10同心地延伸的开口11中。阀套筒6构造成纵向延伸及薄壁的。开口11主要用作一个沿阀纵轴线10轴向上可移动的阀针14的导向孔。阀套筒6在轴向上延伸在燃料喷射阀的整个轴向延伸的约一半的长度上。
此外在开口11中除芯2及阀针14外还设置了一个阀座体15，该阀座体例如借助一个焊缝8固定在阀套筒6上。阀座体15具有一个作为阀座的固定的阀座面16。阀针14例如由一个管状的衔铁17，一个也为管状的针区段18及一个球状的阀关闭体19构成，其中阀关闭体19例如借助一个焊缝与针区段18固定地连接。在阀座体15的下游端面上设有一个例如罐状的喷孔盘21，该喷孔盘的弯起的并在圆周上环绕的保持边缘20逆着流动方向向上地定向。阀座体15与喷孔盘21的固定连接例如通过环绕的密焊缝来实现。在阀针14的针区段18中设有一个或多个横向孔22，以致在一个内纵向孔23中流过衔铁17的燃料可向外流出及在阀关闭体19旁、例如沿削平部分24一直流到阀座面16。
该喷射阀的操作以公知的方式用电磁铁来实现。为了阀针14的轴向运动及由此为了抵抗一个作用在阀针4上的复位弹簧25的弹簧力打开喷射阀或关闭喷射阀使用了具有电磁铁线圈1，内芯2，外阀罩5及衔铁17的电磁铁的磁回路。衔铁17用其背着阀关闭体19的端部向着芯2定向。也可取代芯2而设置一个用作内极的盖部件，它使磁回路闭合。
球状的阀关闭体19与阀座体15的在流动方向上截锥形地变窄的阀座面16相互配合，该阀座面在轴向上构造成在阀座体15中一个导向孔的下游。喷孔盘21具有至少一个、例如四个通过腐蚀、激光钻孔或冲孔成型的喷射孔27。
芯2插入到喷射阀中的插入深度主要对阀针14的行程起决定作用。在此情况下阀针14在电磁铁线圈1未激励时的一个终端位置通过阀关闭体19贴靠在阀座体15的阀座面16上来确定，而阀针14在电磁铁线圈1激励时的另一终端位置通过衔铁17贴靠在芯的下游端部上来得到。行程的调节将通过芯2的轴向移动来进行，接着根据所需的位置使芯与阀套筒6固定地连接。
在芯2的相对阀纵轴线10同心延伸的通流孔28–该孔用于向阀座面16的方向输送燃料–中除复位弹簧25外还插入了一个调节套筒29形式的调节部件。调节套筒29用于调节贴靠在调节套筒29上的复位弹簧25的弹簧偏压，该复位弹簧又用其对立侧在衔铁17的区域中支撑在阀针14上，其中也用调节套筒29实现动态喷射量的调节。在阀套筒6中调节套筒29的上面设有一个燃料过滤器32。
阀的输入侧端部由一个金属的燃料进入接管41构成，该燃料进入接管被一个使它稳定、保护它及包围它的塑料压力注塑包封部分42所包围。燃料进入接管41的一个管44的相对阀纵轴线10同心地延伸的通流孔43用作燃料入口。压力注塑包封部分42例如以这样的方式压力注塑，即塑料直接地包围阀套筒6的一部分及阀罩5的一部分。在此情况下例如通过阀罩5的圆周上的迷宫式密封部分46来实现可靠的密封。一个一起压力注塑的电连接插座56也属于压力注塑包封部分42。
图2表示一个根据本发明的燃料喷射阀的第一实施例。虽然由于不同的比例由图1及2或3不能直接地看出，根据本发明的燃料喷射阀以很细长的结构、很小的外径及极小的总体几何布局而显得突出。以下将详细地说明根据本发明的尺寸设计。在本例中阀套筒6构造成为延伸在整个阀长度上。外部的磁回路构件5杯形地实施并也可被称为磁铁罐。这里磁回路构件5具有一个罩区段60及一个底区段61。在外部的磁回路构件5的罩区段60的上游端部上例如设有一个迷宫式密封部分46，借助它可实现相对于包围磁回路构件5的塑料压力注塑包封部分42的密封。磁回路构件5的底区段61例如以一个折叠62而显突出，以致在电磁铁线圈1的下面具有一个双层的折叠布置的磁回路构件5。借助一个施加在阀套筒6上的支撑环64一方面使磁回路构件5的折叠的底区段61保持在一个确定的部位中。另一方面借助该支撑环64确定了一个环形槽65的下端部，一个密封圈66被置入到该环形槽中。环形槽65的上端部通过压力注塑包封部分42的下边缘来确定。通过磁回路的适当定尺寸磁回路构件5在电磁铁线圈1的圆周区域中的外径DM仅在10.5mm与13.5之间。因为在磁回路构件5的本实施形式中罩区段60圆柱形地延伸，磁回路构件5在任何位置上具有不大于上述范围中的外径。在外部的磁回路构件5的外圆周上在罩区段60的区域中直接地施加了密封圈66，以致该燃料喷射阀甚至用其径向外部套在磁回路上的密封圈66仍可装入具有14mm内径的吸气管上的接收孔中。密封圈66可在外部的磁回路构件5的圆周区域中设置在其最大外径上。
为了可实现尽可能小的磁回路外径，首先位于内部的部件、如用作内极的芯2及衔铁17也必需相应地将尺寸定得很小。因此在磁回路的新定尺寸的情况下将芯2及衔铁17的内径所必需的最小值确定为2至2.5mm。这两个构件即芯2及衔铁17的内径确定了内部的通流横截面，在这方面已发现：在内径为2mm的情况下仍能够用位于内部的复位弹簧25来调节动态喷射量，而复位弹簧25的内径的公差不会影响静态的通流量。在磁回路设计时各种不同的量及参数起到重要作用。那么最佳的是，尽可能不断地减小最小的喷射量qmin。在此情况下还应注意：应保持弹簧力FF>3N，以便保证现在所通用的并在将来也要求的密封度<1.0mm3/min。FF>3N的弹簧力在本设计中在密封直径d=2.8mm的情况下相应于电压为Umin时Fsm>5.5N的静态磁力。
最大磁力Fmax对于设有电磁铁驱动的燃料喷射阀的设计也是一个重要的量。如果Fmax过小、例如<10N，则会引起所谓的“闭合后的粘附”。这意味着，对于克服阀关闭体19与阀座面16之间的液体粘附力来说该最大磁力Fmax过小。在此情况下燃料喷射阀虽然通电但不能打开。
因此首先要在关于量qmin，FF及Fmax的边界条件下确定燃料喷射阀的新几何参数。根据本发明在磁回路的几何参数优化时已发现：衔铁17的外径DA是一个重要的量。在此情况下衔铁17的最佳外径为4.0mm<DA<5.9mm。由它可推导出外部的磁回路构件5的尺寸，其中磁回路构件5为10.5至13.5mm的外径DM甚至在相对公知的喷射阀显著增高了DFR（动态流量）的情况下仍可保证磁回路的全部功能。在根据图2的具有一个连续薄壁的阀套筒6的实施例中对于阀套筒6至少在工作气隙的区域中、即在下部的芯区域与上部的衔铁区域中壁厚t的最佳尺寸设定为0.2<t<0.6mm。在该实施例中在阀套筒6中工作气隙的区域内设有一个磁通密度为0.01T<B<0.15T的作为磁节流阀的区域。具有前面所述的阀套筒6的实施形式的该燃料喷射阀的构型允许通过在阀套筒6内芯2的移动来调节行程。
以上所进行的几何参数及尺寸方面的考虑也类似地适用于另一实施例、如图3中所示的实施例的燃料喷射阀。根据图3的该燃料喷射阀与根据图2的燃料喷射阀主要在阀套筒6、芯2及外部的磁回路构件5的区域中有区别。这里阀套筒6构造成得较短及由阀的喷射侧端部仅延伸到电磁铁线圈1的区域中。在带有衔铁17的可运动的阀针14的上游阀套筒6与管状的芯2固定地连接。这意味着，这里不可能通过芯2在阀套筒6中的移动来调节行程。芯2在其轴向对立的端部上又被固定在燃料进入接管41的一个相对阀纵轴线10同心延伸的管44上。在该实施例中在这方面不存在延伸在整个阀长度上的连续薄壁的阀套筒6。现在阀套筒6中在工作气隙的区域中设有一个磁通密度为B<0.01T的作为磁隔离部分的区域。在外部的磁回路构件的构型方面取消了一个底区段，以致构件5具有一个管的形状。这是可能的，因为阀套筒6具有一个径向上向外伸出的法兰形式的凸缘68，磁回路构件5贴靠在其外圆周上并例如借助一个环绕的焊缝固定在该外圆周上。支持环64实施成扁平的盘状法兰。

Claims (10)

1.用于内燃机的燃料喷射装置的燃料喷射阀，具有阀纵轴线（10）、电磁回路形式的可激励的致动器，该电磁回路具有电磁铁线圈（1）、内极（2）、外部的磁回路构件（5）及用于操作阀关闭体（19）的可运动的衔铁（17），该阀关闭体与设置在阀座体（15）上的阀座面（16）相互配合，该燃料喷射阀具有一薄壁的阀套筒（6），该阀套筒至少在所述电磁回路的区域中延伸，其特征在于：
所述阀套筒（6）的壁厚t至少在工作气隙的区域中、即在下部的芯区域与上部的衔铁区域中为0.2<t<0.6mm；
所述外部的磁回路构件（5）在所述电磁铁线圈（1）的圆周区域中的外径为10.5<DM<13.5mm；
所述衔铁（17）的外径DA为4.0mm<DA<5.9mm，在所述阀套筒（6）中在所述工作气隙的区域中设有一个磁通密度为B<0.01T的作为磁隔离部分的区域或设有一个磁通密度为0.01T<B<0.15T的作为磁节流阀的区域。
2.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：所述薄壁的阀套筒（6）延伸在所述燃料喷射阀的整个轴向长度上，所述内极（2）为了行程调节能在所述阀套筒（6）内部移动，在所述阀套筒（6）中在所述工作气隙的区域中设有一个磁通密度为0.01T<B<0.15T的作为磁节流阀的区域。
3.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：所述薄壁的阀套筒（6）从所述燃料喷射阀的喷射侧的端部一直延伸到所述电磁铁线圈（1）的区域中，其中，所述内极（2）不可移动地设置在所述阀套筒（6）上，在所述阀套筒（6）中在工作气隙的区域中设有一个磁通密度为B<0.01T的作为磁隔离部分的区域。
4.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射阀，其特征在于：在所述外部的磁回路构件（5）的外圆周上直接地设置一个密封圈（66）。
5.根据权利要求4的燃料喷射阀，其特征在于：所述密封圈（66）设置在所述外部的磁回路构件（5）的圆周区域中其最大的外径上。
6.根据权利要求4或5的燃料喷射阀，其特征在于：所述燃料喷射阀能用其在径向外部地套在所述磁回路上的密封圈（66）装入在吸气管上的具有14mm内径的接收孔中。
7.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射阀，其特征在于：所述外部的磁回路构件（5）杯形地实施及就此而言具有一个罩区段（60）及一个底区段（61）。
8.根据权利要求7的燃料喷射阀，其特征在于：所述底区段（61）通过折叠（62）双层地构成。
9.根据权利要求3的燃料喷射阀，其特征在于：所述芯（2）在其下游的端部上与所述阀套筒（6）连接。
10.根据权利要求9的燃料喷射阀，其特征在于：所述阀套筒（6）具有一在径向上向外伸出的法兰形式的凸缘（68），所述磁回路构件（5）贴靠在该凸缘的外圆周上并固定在该外圆周上。
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