CN103210203B - 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。所述阀包括电磁致动元件，所述电磁致动元件具有电磁铁线圈（1）、固定的芯（2）、外部的磁回路部件（5）和可移动的衔铁（17），所述衔铁用于致动阀闭合体（19），所述阀闭合体与设置在阀座体（15）上的阀座面（16）相互作用。所述阀的特征在于极其小的外部尺寸。包括衔铁（17）和阀闭合体（19）的整个轴向可移动的阀针（14）仅具有质量m≤0.8g。所述阀适合作为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的燃料喷射阀。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的类型的燃料喷射阀。
背景技术
从DE3825134A1已知一种燃料喷射阀，所述燃料喷射阀包括电磁致动元件，所述电磁致动元件具有电磁铁线圈、内极和外部的磁回路部件以及可移动的阀闭合体，所述阀闭合体与阀座体配置的阀座协同作用。所述喷射阀由挤压包封塑料环绕，其中，所述挤压包封塑料首先在轴向方向上环绕用作内极的接管和电磁铁线圈地延伸。至少在环绕电磁铁线圈的区域内，在塑料罩的磁场线中引入导电的铁磁填充料。就此而言，所述填充料在圆周方向上环绕电磁铁线圈。所述填充料是指具有软磁性能的细粒粉碎部分的铁。嵌入塑料中的磁性小铁粒具有更大或更小的球形形状并且用于绝缘磁性，进而因此相互之间不具有磁性接触，使得它们形不成有效的磁场。但在这里形成非常高的电阻的积极方面是形成极其高的磁阻，这些磁阻导致明显的能量损失并因此在总平衡上确定负的功能性能。
此外，从DE10332348A1已知一种燃料喷射阀，它的特征是相对紧凑的结构。在这个阀中，磁路通过电磁铁线圈、固体内极、可移动的衔铁以及磁罐形式的外部的磁回路部件构成。对于纤细的且紧凑的阀结构，使用多个薄壁的阀套筒，所述阀套筒不仅用作接管，还用作阀座支架和衔铁的引导段。在磁路内部偏移的薄壁非磁套筒构成空隙，通过所述空隙，所述磁场线从外部的磁回路部件过渡到衔铁和内极。燃料喷射阀在图1中再次显示为类似的结构方式并且下文更详细地阐释本发明以更好地理解本发明。
此外，从JP2002-48031A已经公知一种燃料喷射阀，所述燃料喷射阀的特征同样是薄壁套筒解决方案，其中，深拉的阀套筒在所述阀的总长度上延伸并且在磁路区域中具有磁分离点，在磁分离点中，马氏体组织是不连续的。该非磁性的中间部段在某种程度上在衔铁和内极之间的工作空隙的区域高度上并且相对于电磁铁线圈布置，以便提供尽可能有效的磁路。另外，也使用这种磁的隔离部分，以便相对于具有传统电磁回路的已知阀提高DFR（动态流量）。但这种结构又与制造中的主要额外成本相关。而且，引入这种磁的隔离部分与非磁套筒段导致相对于阀的另外的结构设计，但没有磁的隔离部分。
发明内容
根据本发明的、具有权利要求1的区别技术特征的燃料喷射阀具有的优点是特别紧凑的结构形式。所述阀具有极其小的外径，如对于内燃机进气管喷射阀领域的专业人士而言，它迄今为止在最高功能方面作为不可能制造的出现。因为这个非常小的尺寸，可能构成比迄今为止可以设想的灵活得多的燃料喷射阀装配。因此，根据本发明的燃料喷射阀在不同的汽车制造商的变化最多的活塞裙下内缘孔中非常兼容地安装有无数的“伸展翼梢”变型，也即在长度上变化的喷射阀变型，但因为是模块化建造的阀，不改变阀针长度或者阀套筒长度。在外部的磁回路部件上就座的并且抵靠所述活塞裙下内缘孔的壁密封进气管的密封环在这里是容易移动的。
以有利的方式，所述燃料喷射阀的新的几何形状尤其是在关于尺寸qmin，FF和Fmax的边界条件下确定的。为了能够在全部功能性上实现所述磁路的最外部小外观尺寸，根据本发明，所述衔铁的外径DA选定为4.0mm＜DA＜5.0mm并且明显地缩短所述衔铁。因为所述衔铁的小外径DA和小轴向延伸部分导致根据本发明特别轻的阀针，因而在燃料喷射阀的运行频率中得到相对于已知的进气管喷射阀明显地降低噪声。
特别有利地，沿着燃料喷射阀的根据本发明的尺寸，DFR（动态流量）也相对于在已知的喷射阀中一般的DFR提高到＞17并因而能够明显提高。使用这种优化的燃料喷射阀的高灵活性也是明显的，在工作空隙的区域中在阀套筒中在磁通密度B＜0.01T的区域能够设置为磁的隔离部分或者磁通密度0.01T＜B＜0.15T的区域能够设置为磁节流阀。
通过在从属权利要求中实现的措施得到权利要求1给出的燃料喷射阀的有利改进方案和改善。
附图说明
在附图中简化地示出并且在下面的描述中更详细地阐明本发明的实施例。在附图中：
图1示出形式为根据现有技术的燃料喷射阀的可电磁致动的阀；
图2示出根据本发明的阀的第一实施例；和
图3示出根据本发明的阀的第二实施例。
具体实施方式
在图1中示例性地示出可电磁致动的阀，其形式为根据现有技术的混合压缩的点火式内燃机的燃料喷射阀系统的燃料喷射阀，以更好地理解本发明。
所述阀具有环绕电磁铁线圈1的、用作内极和部分地用作燃料流量的尽可能呈管形的芯2。电磁铁线圈1由外部套筒形的且阶梯地构成，例如铁磁阀罩5，阀罩5示出为用作外极的外部的磁回路部件，在圆周方向上完全环绕。电磁铁线圈1、芯2和阀罩5一起构成可电激励的致动元件。
当嵌入线圈体3的、具有线圈4的电磁铁线圈1从外部环绕阀套筒6时，芯2插入阀套筒6内部的、集中于阀纵轴线10偏移的孔11。阀套筒6纵向延伸并且实现为薄壁的。孔11尤其用作沿着阀纵轴线10可轴向运动的阀针14的导向孔。阀套筒6在轴向方向上延伸例如超过大约燃料喷射阀的轴向整个延伸部分的一半。
除芯2和阀针14外，在孔11中还布置阀座体15，在阀套筒6上例如借助焊缝8固定。阀座体15具有固定的阀座面16作为阀座。阀针14例如由管形衔铁17，同样管形的针部段18和球形的阀闭合体19构成，其中，阀闭合体19例如借助焊缝与针部段18固定连接。在阀座体15的下游端侧上布置一个例如罐形的喷射孔板21，它的弯曲的和沿圆周环形的夹持边缘20相对于流动方向向上指向。阀座体15和喷射孔板21的固定连接例如通过环形密封的焊缝实现。在阀针14的针部段18中设置一个或多个横向孔22，使得在内部纵向孔23中穿流的燃料向外推动衔铁17并且沿着阀闭合体19，例如展平面24流动，直到阀座面16。
以已知的方式实现电磁致动喷射阀。使用具有电磁铁线圈1、内部芯2、外部阀罩5和衔铁17的电磁回路，以轴向运动阀针14并且克服作用在阀针14上的复位弹簧25的弹簧力来开启或者封闭喷射阀。衔铁17利用背离阀闭合体19的端部对齐芯2。代替芯2，例如也设置封闭磁路的、用作内极的顶盖部分。
球形阀闭合体19与阀座体15的在流动方向上截顶圆锥体形的逐渐变细的阀座面16协同作用，阀座面16在轴向方向上沿导向孔下游构造在阀座体15中。喷射孔板21具有至少一个，例如四个通过腐蚀、激光钻孔或者冲压成型的喷射孔27。
芯2在喷射阀中的插入深度尤其决定阀针14的行程。在这里，在阀针14的终端位置在没有被激励的电磁铁线圈1中通过阀闭合体19的安装安置在阀座体15的阀座面16上，而阀针14的另外的终端位置在激励的电磁铁线圈1中通过衔铁17定位在逆流的芯端部上实现。通过芯2的轴向移动实现行程调节，芯2的对应希望的位置接着与阀套筒6固定连接。
芯2的与阀纵轴线10同中心地偏移的流动孔28用于朝向阀座面16输送燃料，在芯2的流动孔28中，在复位弹簧25外部插入定位套筒29形式的调节元件。定位套筒29用于调节贴靠在定位套筒29上的复位弹簧25的弹簧预应力，复位弹簧25又利用它的相对置侧在衔铁17的区域中支承在阀针14上，其中利用定位套筒29也实现动态喷射量的调节。燃料过滤器32在阀套筒6中布置在定位套筒29上部。
所述阀的入口侧端部由金属的燃料入口管41构成，燃料入口管41由稳定的、防护的和环绕的挤压包封塑料42环绕。燃料入口管41的管44的与阀纵轴线10同中心地偏移的流动孔43用作燃料入口。挤压包封塑料42例如以如下方式喷射，即塑料直接环绕部分阀套筒6及部分阀罩5。在这里例如通过在阀罩5圆周上的曲径式密封46实现。同步喷射的电接线插座56也属于挤压包封塑料42。
图2示出根据燃料喷射阀的第一实施例。因为描绘比例不同，从图1和2或3可间接地看出根据本发明的燃料喷射阀的特征在于非常纤细的结构、非常小的外径和总体极其小的几何设计。下面将更详细地阐明根据本发明的尺寸选定。在当前实例中，阀套筒6通过在整个阀长度上环形地构成。外部的磁回路部件5实现为烧杯形的并且也能够表示为磁罐。磁回路部件5在这里具有罩区段60及底区段61。在外部的磁回路部件5的罩区段60的逆流端部上例如设置曲径式密封46，利用曲径式密封46实现相对于环绕磁回路部件5的挤压包封塑料42的密封。磁回路部件5的底区段61的特征是折叠62，因而在电磁铁线圈1的下面存在环绕磁回路部件5的两个地点。利用安装在阀套筒6上的支撑环64，一方面，磁回路部件5的折叠的底区段61保持在限定地点中。另一方面，利用支撑环64，所述下端部限定环形槽65，在环形槽65中嵌入密封环66。环形槽65的上端部通过挤压包封塑料42的底边固定。通过适当选定磁路的尺寸得到在电磁铁线圈1的圆周区域中外部的磁回路部件5的外径DM仅是10.5＜DM＜13.5mm。因为在磁回路部件5的当前实例中，罩区段60圆柱形地延伸，磁回路部件5在更小的位置上具有比前述区域的外径的更大的外径。在罩区段60的区域中，密封环66直接安装在外部的磁回路部件5的外圆周上，使得所述燃料喷射阀甚至利用其径向外部推开在磁路上的密封环66也可引入到内径为14mm的进气管上的活塞裙下内缘孔中。密封环66能够在外部的磁回路部件5的圆周区域中设置在它的最大外径上。
为了能够实现尽可能小的磁路外径，位于内部的部件，例如用作内极的芯2和衔铁17，相应地必须首先也选定非常小的尺寸。因而在所述磁路的新选定尺寸时确定作为芯2和衔铁17的最小需要尺寸2mm。两个部件，芯2和衔铁17的内径确定所述内部穿流横截面，其中发现在内径2mm时利用位于内部的复位弹簧25调节动态喷射量也是可能的，但是复位弹簧25的内径的容差不影响稳定的流量。在设计磁路时，不同的尺寸和参数具有重要意义。因此最佳地，最小喷射量qmin尽可能地继续变小。但在这里再次关注使弹簧力保持FF＞3N，以便保证现在通常并且今后也要求不可渗透性小于1.0mm3/min。在当前设计中在密封直径d=2.8mm时，弹簧力FF＞3N对应在应力Umin（Fsm＞5.5N）时的稳定磁力。
对于具有电磁驱动装置的燃料喷射阀的设计而言，最大磁力Fmax同样是基本大小。如果Fmax太小，也例如小于10N，这可能造成所谓“封闭粘附”。这意味着最大磁力Fmax太小，以便克服阀闭合体19和阀座面16之间的液压粘性。在这种情形下，燃料喷射阀尽管受冲击但不能被打开。
因此，首先在数值qmin，FF和Fmax的边界条件下确定燃料喷射阀的新的几何形状。根据本发明发现，在磁路的最佳几何形状时，衔铁17的外径D具有基本大小。衔铁17的最佳外径在这里是4.0mm＜DA＜5.9mm。由此推导出外部的磁回路部件5的尺寸，其中，磁回路部件5的外径DM从10.5到13.5mm，保证所述磁路的全部功能甚至相对于已知的喷射阀明显提高DFR（动态流量）。通过基于特别选定的磁路的尺寸，以特别有利的方式实现进一步减小qmin，获得大于17的DFR。所述DFR在这里计算作为商qmax/qmin。
在确定衔铁17的最佳外径DA后，根据本发明，在维持所述磁路的全部功能的前提下缩短衔铁17的轴向长度。通过阀针14的最佳设计和尺寸选定导致材料节约使整体轴向可运动的阀针14被包围。衔铁17和阀闭合体19以有利的方式仅仅具有质量m≤0.8g，其中，阀针14具有沿着阀纵轴线10的纵向延伸部分比阀针14的最大径向延展大。优选地，阀针14的质量m从0.6g到0.75g。所述运动的阀部件的这种小质量导致在燃料喷射阀运行时，相对于现在已知的进气管喷射阀产生的噪声，特别有利的噪声降低。
在根据图2的具有直通的薄壁的阀套筒6的实例中，对于阀套筒6至少在工作空隙的区域中，也在下部的芯区域中和上部的衔铁区域中，提供壁厚t的最佳尺寸0.15＜t＜0.35mm。在这个实例中，在阀套筒6的工作空隙的区域中具有磁通密度0.01T＜B＜0.15T的区域设置作为磁节流阀。具有阀套筒6的前述实例的燃料喷射阀的构造中允许通过芯2在阀套筒6内部的移动调节行程。
以前使用的几何形状和尺寸选定构思也类似地适用于另一实例中的燃料喷射阀，如图3中所示出的。根据图3的该燃料喷射阀与根据图2的燃料喷射阀的主要不同之处在于阀套筒6、芯2和外部的磁回路部件5。阀套筒6在这里被更构造得更短并且从所述阀的喷射侧的端部部仅到达电磁铁线圈1的区域中。在具有衔铁17的可运动的阀针14的上游，阀套筒6与管形芯2固定连接。这意味着在这里通过芯2在阀套筒6内部的移动来调节行程是不可能的。在它的轴向相对置端部上，芯2又固定在燃料入口管41的与阀纵轴线10同中心地偏移的管44上。在这个实例中，就此而言，不提供在整个阀长上直通的薄壁的阀套筒6。阀套筒6现在在工作空隙的区域中利用具有磁通密度B＜0.01T的区域布置为磁的隔离部分。在外部的磁回路部件5的构造中，底区段被省去，部件5是管形的。因为阀套筒6具有径向向外伸出的法兰类型的凸缘68，这是可能的，磁回路部件5贴靠在凸缘68的外圆周上并且例如借助环形焊缝固定在它上。支撑环64实现为平坦的圆盘形法兰。也在燃料喷射阀的这个实例变型中，包括衔铁17和阀闭合体19的整体轴向可运动的阀针14只具有质量m≤0.8g。
Claims (9)
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)和电磁回路形式的可激励的致动器，所述可激励的致动器具有电磁铁线圈(1)、内极(2)、外部的磁回路部件(5)和能够与阀针(14)一起移动的衔铁(17)，所述衔铁(17)用于致动阀闭合体(19)，该阀闭合体与在阀座体(15)上设置的阀座面(16)协同作用，其中，所述阀针(14)具有沿着所述阀纵轴线(10)的纵向延伸部分，所述纵向延伸部分大于所述阀针(14)的最大径向延展，
其特征在于，
包括所述衔铁(17)和阀闭合体(19)的整个轴向可运动的阀针(14)具有质量m≤0.8g，所述外部的磁回路部件(5)的外径在电磁铁线圈(1)的圆周区域中为10.5mm＜DM＜13.5mm，所述衔铁(17)的外径DA为4.0mm＜DA＜5.9mm。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
设置一薄壁的阀套筒(6)，所述薄壁的阀套筒(6)的壁厚t至少在工作空隙的区域中、即在下部的芯区域中和上部的衔铁区域中为0.15mm＜t＜0.35mm。
3.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，
在所述外部的磁回路部件(5)的外圆周上直接安装密封环(66)。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述密封环(66)设置在所述外部的磁回路部件(5)的圆周区域中其最大外径上。
5.根据权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述薄壁的阀套筒(6)在所述燃料喷射阀的整个轴向长度上延伸，并且所述内极(2)可在所述薄壁的阀套筒(6)内部移动以调节行程，并且在所述薄壁的阀套筒(6)中的工作空隙的区域中，具有磁通密度0.01T＜B＜0.15T的区域设置为磁节流阀。
6.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述外部的磁回路部件(5)实现为杯形的并且就此而言具有罩区段(60)和底区段(61)。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述底区段(61)通过折叠(62)双层地构成。
8.根据权利要求2所述的燃料喷射阀，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)不可移动地布置在所述薄壁的阀套筒(6)上并且在所述薄壁的阀套筒(6)的工作空隙的区域中，具有磁通密度B＜0.01T的区域设置为磁的隔离部分。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述薄壁的阀套筒(6)具有径向向外伸出的法兰类型的凸缘(68)，所述外部的磁回路部件(5)贴靠在该凸缘的外圆周上并且固定在该凸缘的外圆周上。
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