CN103930667A - 用于定量配给流动介质的阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于定量配给流动介质、尤其流体的阀，具有：布置在流体流中的、由阀座(12)包围的定量配给孔(11)；控制所述定量配给孔(11)的阀针(13)，所述阀针具有与所述阀座(12)共同作用以关闭和打开所述定量配给孔(11)的关闭头(131)；作用到所述阀针(13)上的、用于打开所述定量配给孔(11)的压电式致动器(14)；以及作用在所述阀针(13)上的、用于关闭所述定量配给孔(11)的弹性的复位元件(15)。为了在所述阀针(13)的关闭头(131)的要求行程的情况下将所述压电式致动器(14)的所需行程减少到最低限度，所述复位元件(15)的阀针侧的作用点(18)处于所述阀针(13)的带有所述关闭头(131)的端部上或者处于所述阀针(13)的带有所述关闭头(131)的端部附近。

Description

用于定量配给流动介质的阀
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于定量配给流动介质、尤其流体的阀。
背景技术
这种类型的公知的优选用作燃料喷射阀的阀(DE102009026532A1)具有阀壳体、向外打开的具有关闭头的阀针以及为了阀操纵作用到阀针上的压电式致动器和作用在阀针上的复位元件。为了定量地喷射燃料，布置在燃料流中的定量配给孔由阀座包围，该阀座与关闭头共同作用以打开和关闭定量配给孔。压电式致动器力锁合地贴靠在阀针的远离关闭头的端部上，并且复位元件的作用点处于阀针的远离关闭头的端部附近。压电式致动器具有由大量处于相互叠置的压电元件构成的压电模块、所谓的压电叠堆，该压电叠堆借助于构造为弹簧的空心体夹紧在端体和端板之间。复位元件是螺旋压簧，该螺旋压簧相对于阀针同心地布置并且一侧支撑在固定在阀针的面向致动器的端部上的弹簧盘上并且另一侧支撑在阀壳体侧上。在压电式致动器通电的情况下，该致动器伸长并且使阀针顶着复位弹簧的力移动，从而关闭头由从阀座抬起并且打开定量配给孔。在通电消除之后，作用在阀针上的螺旋压簧将关闭头压紧到阀座上，从而关闭定量配给孔。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1的特征的阀具有这样的优点，即通过将复位元件的作用点移动到靠近关闭头上能够使压电式致动器的在阀针操纵时对于关闭头的要求行程所需的行程确定得小些。因为压电式致动器的行程主要通过将压电叠堆的容积作为致动器的制造技术上最贵的部分来确定，随着行程的减小，压电叠堆的容积减小进而致动器和阀的成本减小。
在用于打开和关闭定量配给孔的关闭头的行程不变的情况下所需的致动器行程的减小通过这种方式实现，即由于复位元件的作用点移动到关闭头上或移动到尽结构状况之可能地靠近关闭头上，在关闭定量配给孔时源于阀针的行程损失变小。该行程损失由于在阀的关闭状态下阀针的弹性伸长而形成，该弹性伸长取决于复位元件的复位力或关闭力、关闭头和关闭力的作用点之间的阀针的有效长度、阀针的横截面积和弹性模量(E-Modul)。通过由于作用点移动使阀针的有效长度明显变小的方式，使阀针的行程损失变小并且由此也使由致动器附加于关闭头的要求行程施加的行程变小。
通过在其他权利要求中列举的措施，在权利要求1中给出的阀的有利的改进方案和改善方案。
根据本发明的一个有利的实施方式，所述复位元件的阀针侧的作用点的移动通过这种方式实现，即所述复位元件具有套筒以及以指向致动器的压力作用到所述套筒上的压簧。所述套筒具有套筒柱和由套筒柱径向伸出的凸缘、相对于阀针同心地布置并且以其面对关闭头的端部在复位元件的作用点处与阀针固定地连接。在阀关闭时产生的套筒延伸不进入致动器的作用链中并且不导致阀针的行程损失。所述套筒能够成本上低廉地作为深拉件或车削件制成，并且作为压簧使用相对于套筒柱同心地布置的螺旋压簧，该螺旋压簧支撑在凸缘上并且阀固定地支撑。
根据本发明的一个有利的实施方式，所述套筒柱具有直径较小和直径较大的柱段。直径较小的柱段在很大程度上形状锁合地推到阀针上并用在其自由的端部上在靠近关闭头的复位元件的阀针侧作用点处与阀针焊接。所述凸缘在直径较大的柱段的自由端部上一件式地成型到该直径较大的柱段上。通过复位元件的该结构上的实施实现紧凑的、节省结构空间的结构方式。阀针和关闭头一件式地构造，并且致动器直接地贴靠在阀针的远离关闭头的端部上。
根据本发明的一个同样有利的替代的实施方式，所述复位元件的阀针侧的作用点的移动通过这种方式实现，即所述复位元件是波纹管，该波纹管以一管端部在所述复位元件的阀针侧作用点处在所述关闭头上或者靠近所述关闭头固定在所述阀针上、包围形成阀针和布置在介质密封的阀室中的致动器之间的作用连接的推杆并且以另一管端部介质密封地包围阀室的、用于所述推杆向所述致动器的穿过存在的中心孔。该公知的、为了密封接收致动器的介质密封阀室而使用的波纹管由此得到附加的功能，也就是用于阀针的复位元件的功能，以便将关闭头压紧到阀座上。以这种方式，对于密封和阀针的复位使用同一构件并且由此节省一个构件。通过导入与阀针对齐的推杆，该推杆分别力锁合地贴靠在阀针的伸入到波纹管中的端部上和致动器上，尽管波纹管有轴向刚度，准确的力调节还是可能的。使推杆的长度适配，从而在波纹管安装好的状态下具有希望的复位力或关闭力。
根据本发明的一个有利的实施方式，所述推杆力分别力锁合地贴靠在所述致动器上和所述阀针的远离关闭头的端部上，其中，一方面推杆和阀针之间的贴靠面并且另一方面推杆和致动器之间的贴靠面被构造为万向支承。通过推杆的万向支承保证阀针的无横向力的操纵。
附图说明
在以下说明中借助附图中示出的实施例详细地解释本发明。附图示出：
图1：局部地示出用于定量配给流体的阀的纵截面，
图2：根据另一实施例的与图1相同的图。
具体实施方式
图1中以纵截面示出的用于定量配给流动介质、尤其流体的阀例如用作用于将燃料喷射到内燃机的燃烧缸中的喷射阀。在此，图1示出该喷射阀的喷射侧端部的纵截面，其中，完整的阀例如在DE102009026532A1中示出并且说明。
作为主要部件，所述阀具有：布置在流体流中的、由阀座12包围的定量配给孔11；控制定量配给孔11的阀针13，该阀针带有与阀座12共同作用以关闭和打开定量配给孔11的、优选与阀针13一件式地实施的关闭头131；作用到阀针13上的、用于打开定量配给孔11的压电式致动器14；以及作用在阀针13上的、用于关闭定量配给孔11的弹性复位元件15。压电式致动器14(在图1中仅区段地示出)以公知的方式具有能够电控制的压电模块或压电叠堆，该压电叠堆借助于构造为弹簧的空心体16夹紧在端板17和端体之间(对此也参见DE102009026532A1)。
喷射阀的成本基本上通过压电叠堆来确定，其中，压电式致动器14的对于阀操纵所需的行程确定了所述压电叠堆的体积，该压电叠堆本身通过使用贵金属作电极主要影响压电式致动器14的成本。除了对于限定的阀打开要求的关闭头131行程之外，压电式致动器14还必需提供附加的行程，以便补偿阀针13的所谓的行程损失。由在阀的关闭状态下由于作用到阀针13上的复位元件15的关闭力或复位力使阀针13伸长引起的阀针13的行程损失Δl取决于复位元件15的关闭力F、关闭头131(更确切地说关闭头131的撞击到阀座12上的面)和复位元件15对阀针13的作用点之间的阀针13的有效长度leff、阀针13的弹性模量(E-Modul)E和横截面积A，根据：
Δl＝F·leff/E·A
为了使行程损失Δl减少到最低限度进而缩小压电式致动器14所需的行程并且由此实现成本明显下降，复位元件15的阀针侧的作用点18(如由图1中可看到的)处于阀针13的带有关闭头131的端部上或尽可能地处于阀针13的带有关闭头131的端部附近。对于“尽可能地附近”应理解为“尽阀中结构状况之可能地附近”。
为了实现这，在图1的实施例中，复位元件15具有套筒19以及以指向压电式致动器14的压力作用到套筒19上的压簧20。套筒19具有套筒柱191和由套筒柱191径向伸出的凸缘192。套筒19相对于阀针13同心地布置并且以其远离凸缘的端部在复位元件15的作用点18处与阀针13固定地连接。套筒柱191具有端侧带有凸缘192的直径较大的柱段191a和直径较小的柱段191b，该直径较小的柱段被推到阀针13上、形状锁合地支承在该阀针上并且在其远离凸缘的自由端部上与阀针13焊接，这在图1中通过焊缝21表明。压簧20优选是相对于套筒柱191同心地布置的螺旋压簧，该螺旋弹簧阀固定地支撑并且支撑在凸缘192上。
阀的上述部件集成在阀壳体22和固定在阀壳体22中的、从该阀壳体伸出的喷嘴体23中。在图1的实施例中两件式实施的喷嘴体23具有：空心圆柱体形的阀接头24，该阀接头与阀壳体22焊接；以及焊接到阀接头24的远离阀壳体的端部上的阀座架25，在该阀座架上构造阀座12和定量配给孔11。阀针13通过两个相互间隔开的滑圈26、27在阀座架25的空心内部引导并且通过压簧20的关闭力以其向外打开的关闭头131压紧到阀座12上，其中，构造为螺旋压簧的压簧20支撑在套筒19的凸缘192和构造在阀壳体22中的径向凸肩28之间。替代地或附加地，压簧20的阀固定的支撑点也可处于喷嘴体23上，并且在这里处于阀接头24上。
不耐燃料的压电式致动器14布置在相对于介质密封的阀室29中。阀针13穿过中心孔30导入到阀室29中直到压电式致动器14并且在压簧20的作用下力锁合地贴靠在压电式致动器14的端板17上。阀针13的远离关闭头的端部在端板17上的贴靠优选被构造为万向支承。为了密封用于阀针13的穿过的中心孔30，在套筒19的直径较大的柱段191a中设置有包围阀针13的波纹管34，该波纹管以一管端部介质密封地固定在阀针13上并且以另一管端部介质密封地包围中心孔30。如从图1可看到的，介质密封的阀室29由固定在阀壳体22中的管31构成，该管的面向喷嘴体23的管端部由插入到该管端部中的端块32介质密封地封闭。为了实现用于阀室29的中心孔30，端块32具有中心孔口33，滑动套筒35介质密封并且不可移动地插入该中心孔中，阀针13在所述滑动套筒中滑动。波纹管34的另一管端部固定在滑动套筒35上。波纹管34在滑动套筒35上的固定在图1中通过焊缝36表明，滑动套筒35在端块32中的固定通过焊缝37表明并且端块32在管31中的固定通过焊缝38表明。阀壳体22和阀接头24的连接通过焊缝39表面表明并且阀接头24和阀座架25的连接通过焊缝40表明。介质、也就是流体或燃料从由箭头41象征标明的流入口通过管31和阀壳体22之间存在的环形间隙43并且通过在管31中在相对于介质密封的阀室29的外部布置的径向孔42进入到喷嘴体23中，以便在系统压力下停留在关闭头131上。
图2中区段地以纵截面示出的阀在很大程度上与以上所述的阀相一致，从而相同的构件设置有相同的附图标记。该阀相对于以上根据图1所述的阀以这样的程度改进，即省去由凸缘、套筒和压簧构成的复位元件并且考虑波纹管34作为复位元件15，所述波纹管用于密封通向接收压电式致动器14的、相对于介质密封的阀室29的入口。金属的波纹管34以一管端部在复位元件15的作用点18处介质密封地固定在阀针13上并且以其另一管端部介质密封地包围阀室29的为通向压电式致动器14所提供的中心孔30，从而所述波纹管在这里除了其用于关闭头131的复位功能之外还保持其密封功能。阀针13和压电式致动器14之间的作用连接通过推杆44形成，该推杆布置在波纹管34的内部并且分别力锁合地一侧支撑在阀针13的伸入到波纹管34中的端部上并且另一侧支撑在压电式致动器14的端板17上。两个支撑位置优选实施为万向支承，以便实现阀针13的无横向力的运行。推杆44在长度上适配，从而在安装好的状态下在阀针13上调节弹性波纹管34的希望的关闭力或复位力。
如在根据图1的阀的情况下，接收压电式致动器14的阀室29借助于固定在阀壳体22中的管31构成，该管的面向喷嘴体23的管端部由插入在该管端部中的、具有中心孔口33的端块32介质密封地封闭。与在根据图1的阀的情况下不同地，端块32不是单独的构件，而是一件式地成型到喷嘴体23的阀接头24’上。管31和端块32之间的介质密封的连接也由焊缝38制成。滑动套筒35也插入到端块32的中心孔口33中，所述滑动套筒借助于焊缝37与端块32固定地连接。波纹管34的介质密封地封闭中心孔30的端部借助于焊缝36介质密封地固定，并且推杆43可轴向移动地接收在滑动套筒35中。阀壳体22中的介质流从由箭头41标明的介质流入口通过阀壳体22和管31之间存在的环形间隙43并且通过喷嘴体23的阀接头24’中的径向孔46引导到阀针13和关闭头131。

Claims (13)

1.用于定量配给流动介质、尤其流体的阀，具有：布置在流体流中的、由阀座(12)包围的定量配给孔(11)；控制所述定量配给孔(11)的阀针(13)，所述阀针具有与所述阀座(12)共同作用以关闭和打开所述定量配给孔(11)的关闭头(131)；作用到所述阀针(13)上的、用于打开所述定量配给孔(11)的压电式致动器(14)；以及作用在所述阀针(13)上的、用于关闭所述定量配给孔(11)的弹性的复位元件(15)，其特征在于，所述复位元件(15)的阀针侧的作用点(18)处于所述阀针(13)的带有所述关闭头(131)的端部上或者处于所述阀针(13)的带有所述关闭头(131)的端部附近。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述复位元件(15)具有套筒(19)以及以指向所述致动器(14)的压力作用到所述套筒(19)上的压簧(20)并且所述套筒(19)相对于所述阀针(13)同心地布置并且以所述套筒的面向所述关闭头(131)的端部在所述复位元件(15)的作用点(18)处与所述阀针(13)固定地连接。
3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，所述套筒(19)具有套筒柱(191)和由所述套筒柱(191)径向伸出的凸缘(192)并且所述压簧(20)是螺旋压簧，所述螺旋压簧相对于所述套筒柱(191)同心地布置并且支撑在所述凸缘(192)上。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述套筒柱(191)具有直径较小和直径较大的柱段(191b，191a)，所述直径较小的柱段(191b)支承在所述阀针(13)上并且在所述直径较小的柱段的自由端部上与所述阀针(13)焊接并且在所述直径较大的柱段(191a)的自由端部上一件式地成型所述凸缘(192)。
5.根据权利要求1至4中之一所述的阀，其特征在于，所述阀针(13)和所述关闭头(131)一件式地构造并且所述压电式致动器(14)力锁合地贴靠在所述阀针(13)的远离关闭头的端部上。
6.根据权利要求3至5中之一所述的阀，其特征在于，阀座(12)和定量配给孔(11)构造在喷嘴体(23)上，所述喷嘴体固定在接收阀针(13)、致动器(14)和复位元件(15)的阀壳体(22)中，并且支撑在所述凸缘(192)上的压簧(20)还支撑在所述喷嘴体(23)上和/或支撑在构造在所述阀壳体(22)中的径向凸肩(28)上。
7.根据权利要求5或6所述的阀，其特征在于，所述致动器(14)布置在相对于介质密封的阀室(29)中，所述阀针(13)穿过中心孔(30)导入到阀室(29)中并且包围所述阀针(13)的区段的波纹管(34)以一管端部介质密封地固定在所述阀针(13)上并且以另一管端部介质密封地包围通向所述阀室(29)的中心孔(30)。
8.根据权利要求7所述的阀，其特征在于，所述阀室(29)由固定在所述阀壳体(22)中的管(31)构成，所述管的面向所述喷嘴体(23)的管端部由插入到所述管端部中的、具有中心孔口(33)的端块(32)介质密封地封闭，并且用于所述阀针(13)的穿过的中心孔(30)通过介质密封地固定在所述端块(32)的中心孔口(33)中的、引导所述阀针(13)的滑动套筒(35)实现，在所述滑动套筒上固定所述波纹管(34)的另一管端部。
9.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述复位元件(15)是波纹管(34)，所述波纹管以一管端部在所述复位元件(15)的阀针侧的作用点(18)处介质密封地固定在所述阀针(13)上，包围推杆(44)，所述推杆在所述阀针(13)和布置在相对于介质密封的阀室(29)中的压电式致动器(24)之间形成作用连接，并且以另一管端部介质密封地包围所述阀室(29)的、用于所述推杆(44)向所述致动器(14)的穿过存在的中心孔(30)。
10.根据权利要求9所述的阀，其特征在于，所述推杆(44)分别力锁合地贴靠在所述致动器(14)上和所述阀针(13)的伸入到所述推杆(44)中的端部上。
11.根据权利要求10所述的阀，其特征在于，一方面所述推杆(44)和所述阀针(13)之间的贴靠位置和另一方面所述推杆(44)和所述致动器(14)之间的贴靠位置被构造为万向支承。
12.根据权利要求9至11中之一所述的阀，其特征在于，所述阀室(29)由固定在所述阀壳体(22)中的管(31)构成，所述管的面向所述喷嘴体(23)的管端部由插入到所述管端部中的、具有中心孔口(33)的端块(32)介质密封地封闭，并且用于所述阀针(13)的中心孔(30)通过介质密封地固定在所述端块(32)的中心孔口(33)中的、引导所述阀针(13)的滑动套筒(35)实现，在所述滑动套筒上固定所述波纹管(34)的另一管端部。
13.根据权利要求11的所述阀，其特征在于，所述端块(32)一件式地成型到所述喷嘴体(23)上。
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