CN103732907A - 用于流动的流体的阀 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于流动的流体的阀，尤其是计量阀或喷射阀，其具有：一个闭合阀室的阀座体，该阀座体构有一个阀孔；一个在流体的流通方向上设置在阀座体后面的喷射孔盘（18），该喷射孔盘具有至少一个喷射孔（19）。为了成本低且节省结构空间地实现流体的有效旋流预处置，喷射孔盘（18）与喷射孔（19）并列地具有一个相对喷射孔（19）同心的旋流室（20）及至少一个由旋流室（20）一直导至阀孔（14）下面的旋流通道（21），旋流室（20）与旋流通道（21）作为凹陷被成型在喷射孔盘（18）的向着阀座体（12）的盘面中。旋流通道（21）具有一个通道横截面及喷射孔（19）具有一个孔横截面，这些横截面被这样定尺寸，以致通道横截面与孔横截面之比等于或大于1.5。

Description

用于流动的流体的阀
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于流动的流体的阀，尤其是用于内燃机的计量阀或喷射阀。
背景技术
在公知的用于内燃机的燃料喷射阀（DE 195 27 049 A1）上具有一个阀孔及阀座的阀座体在一个环形的阀座架中相对该阀座架的自由端部后移地布置及与后者一起限定了阀的阀室。一个置入在阀座架中的、在流体流动方向上设置在阀孔后面的雾化装置具有一个带有壳底及壳边缘的喷射孔盘。壳底平整地接触在阀座体的平面的自由端面上，及壳边缘支撑在阀座架上。通过一个环绕壳边缘的焊缝及通过一个壳底中的环形焊缝使喷射孔盘既与阀座架也与阀座体固定地连接。在与阀孔重合的壳底的中心区域中设有四个喷射孔，它们被设置在一个具有与阀孔同轴线的圆心的孔圆上。喷射孔通过腐蚀或冲压制成及可与垂直地或倾斜地穿过壳底。
公知的用于内燃机的燃料喷射装置的、尤其用于将燃料直喷到内燃机的燃烧室中（DE 100 48 935 A1）的燃料喷射阀或燃油喷射阀具有一个由致动器操作的阀件，该阀件与一个构成在阀座体上的围绕阀孔的阀座相互配合以打开及关闭阀。在阀座的下游设有一个盘形旋流部件，也称为喷射孔盘，它具有一个与阀孔连通的入口区域及多个出口孔、也称喷射孔。喷射孔各同心地设置在一个旋流室中。由入口区域各有一个旋流通道导向每个旋流室并切向地通入该旋流室，以致由入口区域流向旋流室的燃料非对称地流入旋流室。旋流部件由一个金属片制成，其中入口区域、旋流通道及旋流室的张开结构借助冲压、压制、腐蚀或激光钻孔来开出。通过旋流部件可实现借助高压喷射出的燃料的良好雾化。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1的特征的阀具有其优点，即通过喷射孔盘中的旋流室及旋流通道可达到流体的旋流预处置，这将保证流体作为细雾化的喷雾喷射出来。通过旋流通道的横截面与喷射孔横截面的比例及孔几何形状的变化可这样地调节旋流，即在喷雾中形成多个窄而宽的单射束、亦称喷雾层。附加地可影响射束角度及射束形状。借助权利要求1中给出的通道横截面与孔横截面的比值在中等流体压力–如在奥托发动机的吸气管喷射时、在所谓的DNOX系统中将尿素水溶液喷射到内燃机的废气中时或在热油燃烧时所具有的压力–的情况下，在计量喷射的情况下鉴于所需的小射束角度及高雾化质量流体的预处置被优化。通过所述的旋流通道与喷射孔的横截面尺寸的相互协调可达到：流体流过旋流室及喷射孔时挤压流体的旋流强度尽可能地小以获得小的射束角度及该旋流强度如所形需地大以实现高的雾化质量。
在其预处置质量上明显改善的喷射孔盘可用在已成为产品的阀上而不改变阀的方案并使用通常的连接方法、例如焊接安装在阀上，其中借助喷射孔盘的的不同变型可在阀的所需流体喷射的射束角度、静态流量及射束宽度与射束形状方面提供一个变化范围。借助根据本发明的阀可用阀座后面的最小净容积实现一种有效的旋流雾化装置的节省位置的实施形式，该旋流雾化装置成本上有利地组合在单个喷射孔盘中。在此情况下该喷射孔盘可作成多孔的或单孔的盘。
通过其它权利要求中所述的措施可得到权利要求1中给出的阀的有利的进一步构型及改进。
根据本发明的一个优选的实施形式旋流室具有一个室直径及一个轴向室深度，它们被这样地定尺寸，即室深度与室直径之比具有一个下边界值0.2及一个上边界值0.6并可取每个位于其中间的值。变换地或附加地喷射孔具有一个孔长度及一个孔直径，它们被这样地定尺寸，即孔长度与孔直径之比覆盖一个数值范围，该数值范围的下边界值为0.2及其上边界值0.6。借助这雷公措施可附加地及有针对性地影响旋流强度以进一步改善雾化质量。
根据本发明的一个优选的实施形式阀座体的背着阀室的外端面被构成平面或平整的，及喷射孔盘直接地接触在阀座体的该外端面上。因此平的阀座体外端面有利地形成了对于构成喷射孔盘中旋流室及旋流通道的凹陷的一个覆盖。
如果阀座体的平整度不充分，则根据本发明的一个有利的实施形式在喷射孔盘与阀座体之间设有一个补偿盘，该补偿盘具有一个平面地或平整地接触在喷射孔盘上的平面的或平整的盘表面及一个与阀孔同轴线的中心孔并覆盖喷射孔盘中的用于旋流通道及旋流室的凹陷。这两个盘就其相互接触的盘表面而言可在外部校准及接合，由此可避免由于用于旋流室及旋流通道的凹陷的覆盖部分中缝隙引起的旋流室及旋流通道的不正确入流。
根据本发明的一个有利的实施形式喷射孔盘具有一个在0.15mm至0.25mm范围中的盘厚度。该小盘厚度具有其优点，即至少为一个的喷射孔的长度小，由此在喷射孔中仅形成小的摩擦损耗及因此在喷射孔中旋流强度的损失小。由特制钢制成的喷射孔盘由于其厚度小可以透焊并由此可很好地焊在阀座体上，而不会出现值得一提的阀座体的变形。因此通过喷射孔盘的焊接不会影响阀的密封度。该喷射孔盘可很好地在传统的阀中实施，而不会增大其结构长度。整体成型的环形边框产生了喷射孔盘的杯形或壳式的形状，该形状可保证足够的稳定性及通过薄的壳边缘或薄的壳底的透焊允许变换地焊接在阀座架上。薄的喷射孔盘通过其与补偿盘的接合也可达到同样好的稳定性。
根据本发明的一个有利的实施形式旋流室及旋流通道在喷射孔盘中的成型通过压制或通过借助腐蚀、蚀刻或UKP（超短脉冲）激光的材料移除来进行。在所有的制造类型中可通过通道横截面与孔横截面的比例及孔的几何形状的变化来调节旋流，以致在流体喷射流中形成窄而宽的多个单射束或流体薄层。同样地至少一个喷射孔具有圆柱形或具有其横截面在流动方向上增大的截锥形及被作成具有相对盘表面成直角或倾斜延伸的孔轴线。
根据本发明的一个有利的实施形式旋流通道具有一个导离阀孔的流入区域及一个通入旋流室中的入流区域，该入流区域在相对旋流室的配置上被这样地布置，以致流体切向地流入旋流室。以此方式喷射孔通过旋流通道侧向地入流及在旋流室中产生一个旋流，该旋流通过至少一个喷射孔引起喷射流具有一个或多个流体薄层的很细的雾化。
根据本发明的一个有利的实施形式旋流通道在流入区域中的通道宽度在流动方向上逐渐变窄及在入流区域中通道宽度尤其保持恒定。由此减小了流体在旋流通道中的节流或对其可适当地精确调节。
根据本发明的一个有利的实施形式旋流通道至少在入流区域中具有一个切向地导向旋流室的壁的外通道壁，及一个位于该外通道壁对面的内通道壁，该内通道壁离外通道壁具有这样一个距离，以致内通道壁的一个假想的列线通过喷射孔延伸。通过该结构措施使旋流强度很大地削弱，这尤其在旋流通道中流体压力高的情况下使旋流强度的优化变得简单。
根据本发明的一个有利的实施形式多个喷射孔以彼此相同的距离布置在一个与阀孔同心的圆上及具有相应于喷射孔数目的旋流通道的数目，旋流通道相对阀孔星形地布置并带有位于阀孔下面的星汇交点。由此可有利地实现具有良好雾化质量的多孔盘。视用途而定喷射孔盘最好具有两个至六个喷射孔。
根据本发明的一个有利的实施形式喷射孔盘设有单个喷射孔，它相对阀孔以一个径向距离布置。从阀孔起两个弧形的旋流通道导向围绕单个喷射孔的旋流室，这两个旋流通道在喷射孔盘中相互镜像地布置。借助喷射孔盘的这样一个单孔方案在流体很好雾化的情况下体现出特别小的静态流量。通过旋流室由两个弧形的旋流通道的入流可建立一个均匀的旋流，这两个旋流通道在流入区域中的通道宽度在流动方向上逐渐变窄及尤其在入流区域中通道宽度至少近似地恒定。
附图说明
在以下的说明中将借助附图中所示的实施例来详细地描述本发明。附图表示：
图1区段地表示一个具有阀座体及在流动方向上设置在阀座体后面的喷射孔盘的、用于流体的阀的纵截面，
图2透视地表示喷射孔盘的一个俯视图，
图3透视地表示在图1中箭头III方向上喷射孔盘的一个底视图，
图4表示具有喷射孔盘及补偿盘的一个变型的阀座体的纵截面，
图5透视地表示图4中的补偿盘的一个俯视图，
图6透视地表示图4中的喷射孔盘的一个俯视图，
图7表示一个具有在流动方向上设置在后面的喷射孔盘的阀座体的纵截面，
图8透视地表示图7中的喷射孔盘的一个俯视图，
图9透视地表示在图7中箭头IX方向上喷射孔盘的一个底视图。
具体实施方式
图1中区段地用其流体排出侧端部表示的用于流动的流体的阀例如用作内燃机的燃料喷射装置中的喷射燃料用的喷射阀或用作将液体、如尿素水溶液喷射到内燃机的废气支管中用于废气再处理的喷射阀，但也可有利地用在暖气设备中的热油燃烧器上。该阀具有一个构成阀壳体的一部分的套筒形的阀座架11，该阀座架与一个阀座体12端接。在与阀座架11一起限定一个阀室13的阀座体12中构有一个阀孔14及一个包围阀孔14的阀座15。阀座15与一个阀件16的球形关闭头161相互配合以关闭及释放阀孔14，该关闭头被固定在、例如被焊接在一个空心阀针162的向着阀座体12的端部上。通过阀件16的空心阀针162可实现向阀室13的流体输入，为此在阀针162中设有至少一个透流孔17。阀座15与关闭头161一起形成了一个密封配合部分，该密封配合部分被阀室13中的处于系统压力下的流体容积加载。为了关闭阀孔14关闭头161被一个作用在阀怎62上的、这里未示出的阀关闭弹簧压紧在阀座15上。阀孔14的释放通过关闭头161抵抗阀关闭弹簧的复位力由阀座15上抬起来实现及以公知的方式借助一个作用在阀针162上的电磁铁的、压电的或磁致伸缩的致动器来引起。
在流体的流动方向上阀孔14的后面设置了一个喷雾盘或喷射孔盘18，该喷射孔盘具有至少一个喷射孔19。在根据图1至3的喷射孔盘18的实施例中在一个相对阀孔14同心的圆上以相同间隔地设置了多个、这里为三个喷射孔19。喷射孔盘18在对喷射孔19的配置上具有一个相对喷射孔19同心的旋流室20及一个由旋流室20一直引导到阀孔14下面的旋流通道21，以致在根据图1至3的喷射孔盘19的实施例中旋流室20及旋流通道21的数目相应于喷射孔19的数目。旋流通道21被布置成星形，其中星汇交点位于阀孔14的下面。旋流室20及旋流通道21被成型为喷射孔盘18的向着阀座体12的盘面中的凹陷。这种成型可通过压制或借助腐蚀、蚀刻或UKP（超短脉冲）激光的材料移除来实现。借助相同的方法或冲压也可开出穿过喷射孔盘19的喷射孔19，其中可视对由喷射孔18喷射出的流体的所需影响而定喷射孔19具有圆柱形或带有在流动方向上增大的直径或横截面的截锥形及喷射孔轴线平行于喷射孔盘18的轴线或相对该轴线倾斜或相对盘面直角或锐角地延伸。
每个旋流通道21具有导离阀孔14的流入区域211及一个通入旋流室20中的入流区域212。入流区域212在相对旋流室20的配置上被这样地布置，以致流体切向地流入旋流室20。为了减小在旋流通道21中流体的节流或对其可适当地精确调节，在流入区域211中通道宽度逐渐变窄，而在入流区域212中通道宽度尽可能地恒定。为了在根据图1至3的喷射孔盘18的实施例中在旋流通道21的星形布置中可实现流体切向地流入旋流室20中，旋流通道21的流入区域211相对入流区域212形成弯角。如图1中所示喷射孔盘18被放置在阀座体12的被作成平面的且平整的外自由端面121上，以致阀座体12的该平的外端面121覆盖了构成旋流室20及旋流通道21的凹陷。如果阀座体12的外端面未给出足够的平整度，则如图4至6的实施例中所示的、在阀座体12与喷射孔盘18之间还设有一个补偿盘22，该补偿盘具有一个与阀孔14同轴线的中心孔23及取代阀座体12的外端面121承担对旋流室20与旋流通道21的覆盖。补偿盘23及喷射孔盘18在外部被校准及然后被放置到阀座体12上并固定在该阀座体上，如在图4中通过环绕的焊缝24所示的。在根据图1至3的喷射孔盘18的实施例中喷射孔盘18设有一个环绕在边缘侧的、整体成型的环形边框181，以致它具有一个杯形或盘形的形状。环形边框或杯形或盘形边缘形状锁合地搭接阀座体12并通过透焊焊接在阀座体12上，如由图1中标出的焊缝25所示。但也可变换地在杯底或盘底中被透焊并与阀座体12相连接。在根据图1至3及根据图4至6的喷射孔盘18的两个实施例中喷射孔盘18被作得极薄及由特种钢制成。它的盘厚仅为0.15mm至0.25mm。
图7至9中所示的喷射孔盘18表示一个用于特别小的流体静态流通量的喷射孔盘18的所谓单孔方案。单个喷射孔19相对于构成在阀座体12中的阀孔14以一个径向距离布置，及两个相同地构成的、弧形旋流通道21导向包围喷射孔19的旋流室20，这两个弧形旋流通道在喷射孔盘18中相互镜像地布置。并且这里两个旋流通道21的每个也具有一个导离阀孔14流入区域211，其通道宽度在流体的流动方向上逐渐变窄；及具有一个切向地进入旋流室20的入流区域212，其通道宽度尽可能地恒定。流入区域211的端部也被阀孔14覆盖。该喷射孔盘18如图1至3中的喷射孔盘那样，构有一个整体成型的环形边框181，喷射孔盘18通过该边框固定在阀座体12上，例如通过焊缝25来固定。
对于在压力下由阀孔14计量地喷射出的流体在其通过旋流通道21、旋流室20及喷射孔19时施压了一个转矩，该转矩引起由至少一个喷射孔19喷出的流体雾化成一个喷雾，其中该喷雾表现为具有多个喷雾层或单射束的一个喷雾射束或一个喷雾锥，它具有相对射束或锥轴线的一个或大或小的射束角。对于这里所提出的阀的优选的应用领域，即将燃料计量地喷射大内燃机的吸气管系统中或将尿素水溶液计量地喷射大内燃机的废气支管中或将热油计量地喷射大一个暖气设备的燃烧室中，一方面需要一个很好的雾化及另一方面要求喷雾层的小射束角度、即喷雾锥的小锥角。大的旋流强度将得到很好的雾化但也产生相对大的射束角度。为了这样地优化旋流强度，即为了产生小的射束角度该旋流强度应尽可能小及为了获得高的雾化质量该旋流强度应如所形需地大，喷射孔盘18中的旋流通道21、旋流室20及喷射孔19的结构将相互协调。首先旋流通道21具有这样一个通道横截面及喷射孔9具有这样一个孔横截面，以致通道横截面与孔横截面之比等于或大于1.5。即通道横截面相对地大。此外旋流室20具有这样一个室深度及这样一个室直径，以致室深度与室直径之比最小为0.2及最大为0.6。即旋流室20相对地短。对此附加地或变换地喷射孔19具有这样一个孔长度及这样一个孔直径，以致孔长度与孔直径之比最小为0.2及最大为0.6。即喷射孔19相对地短。此外对于旋流通道21优选的是，该旋流通道至少在入流区域212中具有一个切向地导向旋流室20的室壁的外通道壁及一个位于该外通道壁对面的内通道壁，内通道壁离外通道壁以这样一个距离布置，以致一个假想的列线通过喷射孔19导向内通道壁。

Claims (18)

1.用于流动的流体的阀，尤其是用于内燃机的计量阀或喷射阀，具有一个闭合阀室（13）的阀座体（12），在该阀座体中构有一个阀孔（14），及具有一个在流体的流通方向上设置在阀座体（12）后面的喷射孔盘（18），该喷射孔盘具有至少一个喷射孔（19）、一个相对喷射孔（19）同心的旋流室（20）及至少一个由旋流室（20）一直导至阀孔（14）下面的旋流通道及旋流室（20）与旋流通道（21）作为凹陷被成型在喷射孔盘（18）的向着阀座体（12）的盘面中，其特征在于：旋流通道（21）具有一个通道横截面及喷射孔（19）具有一个孔横截面，这些横截面被这样定尺寸，以致通道横截面与孔横截面之比等于或大于1.5。
2.根据权利要求1的阀，其特征在于：旋流室（20）具有一个室直径及一个轴向室深度，它们被这样地定尺寸，即室深度与室直径之比通过一个数值范围来确定，该数值范围的下边界值为0.2及其上边界值0.6。
3.根据权利要求1或2的阀，其特征在于：喷射孔（19）具有一个孔长度及一个孔直径，它们被这样地定尺寸，即孔长度与孔直径之比覆盖一个数值范围，该数值范围的下边界值为0.2及其上边界值0.6。
4.根据权利要求1至3中任一项的阀，其特征在于：阀座体（12）具有一个背着阀室（13）的平的外端面（121）及喷射孔盘（18）直接地接触在阀座体（12）的该外端面上。
5.根据权利要求4的阀，其特征在于：喷射孔盘（18）用一个环绕在边缘侧的、整体成型的环形边框（181）搭接阀座体（20）。
6.根据权利要求1至3中任一项的阀，其特征在于：阀座体（12）具有一个背着阀室（13）的平的外端面（121）及在喷射孔盘（18）与该外端面之间设有一个补偿盘（22），该补偿盘具有一个平整地接触在喷射孔盘（18）上的平的盘表面及一个与阀孔（14）同轴线的中心孔（23）。
7.根据权利要求1至6中任一项的阀，其特征在于：喷射孔盘（18）具有一个在0.15mm至0.25mm范围中的盘厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项的阀，其特征在于：旋流室（20）及旋流通道（21）在喷射孔盘（18）中的成型通过压制或通过借助腐蚀、蚀刻或UKP-激光的材料移除来进行。
9.根据权利要求1至8中任一项的阀，其特征在于：旋流通道（21）具有一个导离阀孔（14）的流入区域（211）及一个通入旋流室（20）中的入流区域（212），该入流区域在相对旋流室（20）的配置上被这样地布置，以致流体切向地流入旋流室（20）。
10.根据权利要求9的阀，其特征在于：旋流通道（21）在流入区域（211）中的通道宽度逐渐变窄及在入流区域（212）中通道宽度尤其近似地恒定。
11.根据权利要求9或10的阀，其特征在于：旋流通道（21）至少在入流区域中具有一个切向地导向旋流室（20）的壁的外通道壁，及一个位于该外通道壁对面的内通道壁，该内通道壁离外通道壁具有这样一个距离，以致内通道壁的一个假想的列线通过喷射孔（19）延伸。
12.根据权利要求1至11中任一项的阀，其特征在于：多个喷射孔（19）以彼此相同的距离布置在一个与阀孔（14）同心的圆上及具有相应于喷射孔（19）数目的旋流通道（21）的数目，旋流通道相对阀孔（14）星形地布置并带有位于阀孔（14）下面的星汇交点。
13.根据权利要求12的阀，其特征在于：每个旋流通道（21）在入流区域（212）中相对流入区域（211）形成弯角。
14.根据权利要求1至11中任一项的阀，其特征在于：设有单个喷射孔（19），它相对阀孔（14）以一个径向距离布置；及两个弧形的旋流通道（21）导向单个喷射孔（19）的旋流室（20）。
15.根据权利要求1至14中任一项的阀，其特征在于：至少一个喷射孔（19）具有圆柱形。
16.根据权利要求1至14中任一项的阀，其特征在于：至少一个喷射孔（19）具有其横截面在流动方向上增大的截锥形。
17.根据权利要求1至16中任一项的阀，其特征在于：至少一个喷射孔（19）具有一个相对喷射孔盘（18）的盘表面成直角或锐角延伸的喷射孔轴线。
18.根据权利要求1至17中任一项的阀，其特征在于：带有固定轴阀座体（12）上的喷射孔盘（18）的阀座体（12）并插入轴一个套筒形的阀座架（11）的张开的端部中并与其固定地连接，例如焊接。
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