CN104541049B - 用于喷射阀的阀组件以及喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于喷射阀（10）的阀组件（11），其包括阀体（12）、阀针（20）和引导设备（46），该阀体（12）包括中心纵向轴线（L），阀体（12）包括具有流体入口部（42）和流体出口部（40）的腔（18），阀针（20）在所述腔（18）中可轴向移动，阀针（20）在关闭位置中防止流体流通过流体出口部（40）且在另外的位置释放流体流通过流体出口部（40），该引导设备（46）设置在所述腔（18）中，且设计为相对于阀体（12）引导阀针（20）。引导设备（46）具有固定地联接到阀体（12）的第一引导元件（48）和固定地联接到阀针（20）的第二引导元件（50）。第一引导元件（48）包括具有第一磁场的磁性材料，且第二引导元件（50）包括具有第二磁场的磁性材料，第二磁场沿着与第一磁场相反的方向取向。

Description

用于喷射阀的阀组件以及喷射阀

技术领域

本发明涉及一种用于喷射阀的阀组件以及喷射阀。

背景技术

喷射阀具有广泛分布的用途，特别用于内燃发动机，其中喷射阀可以设置为将流体按剂量配给到内燃发动机的进气歧管中，或者直接按剂量配给到内燃发动机的气缸的燃烧室中。

喷射阀以各种形式来制造，以便满足各种燃烧发动机的各种需要。由此，例如它们的长度、它们的直径还以及喷射阀的负责按剂量配给流体的路径的各种元件可以在广泛的范围内改变。除此之外，喷射阀可以容纳用于致动喷射阀的针的致动器，该致动器例如可以是电磁致动器或压电致动器。

考虑到不期望的排放物的产生，为了增强燃烧过程，各自的喷射阀可以适于在非常高的压力下按剂量配给流体。压力在汽油发动机的情况下例如可以在高达200巴的范围内，在柴油发动机的情况下可以在高于2000巴的范围内。

发明内容

本发明的目的是创造一种用于喷射阀的阀组件以及喷射阀，该喷射阀有利于实现可靠和精确的功能。

这些目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中给出了本发明的有优势的实施例。

根据第一方面，公开了用于喷射阀的阀组件。根据第二方面，公开了喷射阀。喷射阀包括阀组件和电磁致动器单元。

阀组件包括阀体，该阀体包括中心纵向轴线。阀体包括具有流体入口部和流体出口部的腔。

阀组件进一步包括在腔内可轴向移动的阀针，该阀针在关闭位置中时防止流体流通过流体出口部，且在此外的位置中时释放流体流通过流体出口部。致动器单元设计为致动阀针。

阀组件还包括引导设备，该引导设备设置在腔中且设计为相对于阀体引导阀针。引导设备具有固定地联接到阀体的第一引导元件和固定地联接到阀针的第二引导元件。第一引导元件包括具有第一磁场的磁性材料，且第二引导元件包括具有第二磁场的磁性材料。第二磁场沿着与第一磁场相反的方向取向。

这样具有可以避免阀针和阀体之间在引导设备的区域内接触的优势。特别地，引导设备包括在第一引导元件和第二引导元件之间的间隙。

于是，可以使阀针和阀体之间的总摩擦保持较小。于是，可以使阀针和阀体之间的磨损保持较小。这样可以使喷射阀具有良好的动态性能。而且，可以获得喷射阀的极好的长期耐久性能。而且，可以使对引导设备的尺寸精度的要求保持较小。

特别地，第二磁场沿着与第一磁场相反的方向取向意味着，第一引导元件和第二引导元件以如下方式磁化，通过第一磁场和第二磁场在第一引导元件和第二引导元件之间实现排斥的磁力。换句话说，第一引导元件可以操作为通过第一磁场和第二磁场的相互作用来排斥第二引导元件，特别是维持第一引导元件和第二引导元件之间的间隙。例如，第一引导元件和第二引导元件可以方便地呈现永磁体，且以如下方式设置：使第一引导元件和第二引导元件的相同名称的极（即南极或北极）彼此面对。

在有优势的实施例中，第一引导元件和第二引导元件彼此同轴地设置。有优势地，第一引导元件和第二引导元件可以通过间隙彼此径向地隔开。这样具有可以避免阀针和阀体在引导设备的区域内接触的优势。而且，可以获得结构紧凑的引导设备。

在进一步有优势的实施例中，第一引导元件成形为具有凹陷部的环形，且第二引导元件至少部分地设置在凹陷部的内侧。特别地，凹陷部在第一引导元件的中心开口中，且沿着轴向方向方便地完全延伸通过第一引导元件。这样具有可以避免阀体和阀针之间的磨损作用的优势。可以使在阀针和阀体之间的区域内的摩擦保持较小。

第二引导元件也可以具有环的形状，即特别是套筒。阀针可以方便地设置在环形的开口中。

在进一步有优势的实施例中，第二引导元件相对于第一引导元件轴向地设置以沿着阀针的关闭位置的方向在阀针上提供力。这样具有阀组件的关闭可以由引导设备的第一引导元件和第二引导元件之间的磁力来支持的优势。

在进一步有优势的实施例中，第一引导元件和第二引导元件沿着径向方向磁化。特别地，从第一引导元件的磁北极到第一引导元件的磁南极的方向是径向向外的方向，且从第二引导元件的磁北极到第二引导元件的磁南极的方向是径向向内的方向，与径向向外的方向相反。南极和北极也可以互换。

在一个实施例中，阀体包括极靴（pole piece）。例如，极靴被接收在阀体的基体中，且关于阀体在位置上固定。第一引导元件被接收在极靴的凹陷部中。在一个实施例中，阀针具有保持件。保持件可以与阀针的轴是一件式的。可替换地，它可以与是固定到轴的分体件。特别地，保持件定位在阀针的面向流体入口部的轴向端部处。保持件可以径向地突出超过阀针的轴。保持件可以操作为与阀体相互作用，特别是与极靴相互作用，以限制阀针朝向流体入口部的轴向位移。保持件可以包括用于阀组件的主弹簧的弹簧座。主弹簧可以操作为朝向流体出口部偏压阀针。第二引导元件优选地邻近保持件定位或直接邻接保持件定位。

在一个实施例中，阀组件包括衔铁（armature）。衔铁机械地联接到阀针，用于使阀针位移，特别是沿着离开阀针的关闭位置的轴向方向，例如沿着远离流体出口部的轴向方向。衔铁可以固定到阀针的轴。可替换地，衔铁可以关于阀针轴向地可位移。衔铁关于阀针的轴向位移可以由阀针所包括的保持件限制。衔铁可以操作为通过与保持件的机械相互作用沿着轴向方向使阀针位移。

在一个实施例中，引导设备沿着朝向流体入口部的轴向方向定位在衔铁之后。特别地，第一引导元件和第二引导元件中的每个都沿着朝向流体入口部的轴向方向定位在衔铁之后。

以此方式，引导设备可以暴露给来自比较重的衔铁的特别小的扭矩。当引导设备邻近阀针的流体入口端部设置时，引导设备的轴向引导可以特别精确。

在可替换的实施例中，引导设备沿着朝向流体出口部的轴向方向定位在衔铁之后。以此方式，可实现阀针的针尖的特别精确的引导。

在另一实施例中，阀组件包括根据前面提到的实施例中的一个的第一引导设备以及第二引导设备，该第一引导设备沿着朝向流体入口部的轴向方向定位在衔铁之后，该第二引导设备沿着朝向流体出口部的轴向方向定位在衔铁之后。以此方式，阀针的引导可以是特别精确的引导，且牵涉特别小的由摩擦引起的损失。

附图说明

在下文中借助示意性附图来解释本发明的示例性实施例。这些附图如下：

图1为在纵向截面图中的具有根据第一示例性实施例的阀组件的喷射阀，

图2为第一实施例的阀组件的截面的放大图，

图3为在垂直于纵向方向的横截面中的根据第一实施例的阀组件的引导设备的横截面图，

图4为根据第二示例性实施例的阀组件的横截面图，以及

图5为根据第二示例性实施例的阀组件的动态行为的图解。

出现在不同图示中的具有相同设计和功能的元件由相同的附图标记来指示。

具体实施方式

喷射阀10特别包括阀组件11，该喷射阀10特别适于将燃料按剂量配给到内燃发动机。

阀组件11包括具有中心纵向轴线L的阀体12。阀体12包括基体、入口管14和极靴37。罩体16部分地围绕阀体12设置。

腔18设置在阀体12内部。极靴37被接收在腔18中。腔18接收阀针20和衔铁22。

衔铁22在腔18中可轴向移动。衔铁22沿着轴向方向与阀针20脱离联接。衔铁22相对于阀针20的轴向位移沿着朝向流体入口部42的方向由保持件23限制，且沿着朝向流体出口部40的方向由盘元件21限制。保持件23形成为围绕阀针20的颈圈。保持件23固定地联接到阀针20。

主弹簧24设置在置于极靴37中的凹陷部26中。主弹簧24机械地联接到保持件23。过滤器元件30设置在入口管14中，且形成用于主弹簧24的另一座。在喷射阀10的制造过程期间，过滤器元件30能够在入口管14中轴向移动，以便以期望的方式预加载主弹簧24。借此，主弹簧24在阀针20上朝向喷射阀10的喷射嘴34施加力。

在阀针20的关闭位置中，它密封地置于座板32上，借此防止流体流通过至少一个喷射嘴34。喷射嘴34例如可以为喷射孔。但是，它还可以为适于按剂量配给流体的某一其他类型。

阀组件11设置有致动器单元36。在所示出的实施例中，致动器单元36是电磁致动器。在进一步的实施例中，致动器单元36可以是另一类型的，例如压电致动器。致动器单元36包括线圈38，该线圈38优选地设置在罩体16内侧。而且，电磁致动器单元36包括衔铁22。罩体16、阀体12的一部分（特别是极靴37）和衔铁22形成了电磁回路。当线圈38被通电时，衔铁22朝向极靴37被吸引。

腔18包括流体出口部40，该流体出口部40靠近座板32设置。流体出口部40与流体入口部42连通，该流体入口部42置于阀体12中，特别是入口管14中。在本实施例中，极靴37沿着朝向流体入口部42的轴向方向凸出超过阀体12的基体并凸出到入口管14中。

台阶44设置在阀体12中。腔18的直径以如下方式在台阶44处变化：腔18在台阶44的上游（即沿着朝向流体入口部42的方向）的直径大于腔18在台阶44的下游（即沿着朝向流体出口部40的方向）的直径。

阀组件11具有设置在腔18中的引导设备46。引导设备46可以相对于阀体12引导阀针20。

引导设备46包括第一引导元件48和第二引导元件50。第一引导元件48固定地联接到阀体12。在所示出的实施例中，第一引导元件48固定地联接到设置在阀体12中的台阶44。第二引导元件50固定地联接到阀针20。

在所示出的实施例中，第一引导元件48成形为具有凹陷部52的环。第二引导元件50部分地设置在第一引导元件48的凹陷部52内侧。第一引导元件48和第二引导元件50彼此同轴地设置。如图3中最佳地可见，第一引导元件48和第二引导元件50由间隙49径向地隔开。在所示出的实施例中，第二引导元件50在阀体12中轴向地设置在第一引导元件48和流体出口部40之间。

第一引导元件48具有磁性材料，该磁性材料具有第一磁场。第二引导元件50具有磁性材料，该磁性材料具有第二磁场。特别地，通过各自的磁性材料，第一引导元件48和第二引导元件50呈现永磁体。

第一引导元件48和第二引导元件50沿着径向方向被磁化。第二引导元件50的第二磁场的取向与第一引导元件48的第一磁场的取向相反。在本实施例中，这通过第一引导元件48和第二引导元件50的面对彼此（即面向间隙49）的磁北极48N、50N来实现。第一引导元件48和第二引导元件50的磁南极48S、50S背向彼此。第一引导元件48的磁南极48S设置在远离纵向轴线L的侧面上，而第二引导元件50的磁南极50S设置在第二引导元件50的面向纵向轴线L的内周表面处。由此，可以获得在第一引导元件48和第二引导元件50之间的斥力。第二引导元件50可以通过斥力关于第一引导元件48在径向方向上居中。

在下文中，会详细描述喷射阀10的功能：

流体从流体入口部42朝向流体出口部40引入。

在阀针20的关闭位置中，阀针20防止流体流通过阀体12的流体出口部40。在阀针20的关闭位置之外，阀针20能够使流体流通过流体出口部40。

在当具有线圈38的电磁致动器单元36被通电的情况下，致动器单元36可以在衔铁22上作用电磁力。衔铁22被具有线圈38的电磁致动器单元36吸引，并沿着远离流体出口部40的轴向方向移动。于是，衔铁22与阀体12接触，且衔铁22的移动停止。衔铁22带动阀针20，使得阀针20沿着离开关闭位置的轴向方向移动。在阀针20的关闭位置之外，在喷射阀10的背向致动器单元36的轴向端部处阀体12和阀针20之间的间隙形成了流路，流体能够穿过喷射嘴34。

在当致动器单元36断开通电的情况下，主弹簧24能够迫使阀针20沿着轴向方向移动到它的关闭位置中。其依赖于由具有线圈38的致动器单元36引起的在阀针20上的力与由主弹簧24引起的在阀针20上的力之间的力平衡，无论阀针20是否处于其关闭位置中。

由于第一引导元件48和第二引导元件50的相反的磁场，可以避免阀针20和阀体12之间在引导设备46的区域内的接触。借此，可以使阀针20和阀体12之间的摩擦力保持较小。由于阀针20和阀体12之间在引导设备46的区域内不接触，可以至少在引导设备46的区域内避免阀体12和阀针20之间的磨损。由此，在阀组件11的长期应用期间，在阀体12和阀针20之间可以获得变化非常小的摩擦力。

由于第二引导元件50在第一引导元件48和流体出口部40之间的位置，第一引导元件48和第二引导元件50之间的斥磁力可以对迫使阀针20进入它的关闭位置起到支持作用。

由于引导设备46具有第一引导元件48和第二引导元件50，可以使喷射阀10的失效保持较低，且喷射阀10的长使用寿命是可能。

图4示出了根据第二示例性实施例的喷射阀10的阀组件11的横截面图。第二实施例的阀组件11和喷射阀10大体上对应于第一实施例的阀组件11和喷射阀。

但是，在本实施例中，引导设备46不是沿着朝向流体出口部40的轴向方向定位在衔铁22之后。而是，引导设备46沿着朝向流体入口部42的轴向方向定位在衔铁22之后。

具体地，第一引导元件48被接收在极靴37的凹陷部26中。特别地，沿着轴向方向L完全延伸通过极靴37的凹陷部26具有邻近极靴37的面向流体出口部40的端部的台阶。第一引导元件48沿着朝向流体出口部40的方向定位在所述台阶之后。第一引导元件48可以直接邻接极靴37的凹陷部26的台阶。

第二引导元件50以如下方式固定到阀针20：它在其面向流体出口部40的侧面邻接保持件23。因此，第二引导元件50可操作为与衔铁机械地相互作用，以限制衔铁22沿着朝向流体入口部42的轴向方向关于阀针20的轴向位移。

与第一实施例相反，保持件23在本实施例中与阀针20的轴是一件式的。这样的保持件也适用于阀组件11的第一实施例和其他实施例。同样，在本实施例中，也可以想到使用是固定到阀针20的轴的分体件的保持件23。但是，在本实施例中优选的是，保持件与阀针20的轴是一件式的。以此方式，可实现保持件23的特别小的轴向尺寸，从而尽管第二引导元件50定位在阀针20的所述端部和衔铁22之间，但是衔铁22和针20的面向流体入口部42的端部之间的距离特别小。

图5示出了在根据第二实施例的喷射阀10（线M）的一次喷射事件期间，阀针20的以米为单位的轴向位移D作为以秒为单位的时间T的函数。与之相比的是，对于具有用于阀针的常规引导设备的类似喷射阀（线C），轴向位移D作为时间T的函数。

如从图5能清晰可见的，对于根据本发明的喷射阀10，打开瞬间（对应于左侧的升高沿）以及关闭瞬间（对应于右侧的下降沿）更快。以此方式，可实现流体的特别精确的按剂量配给，且每次喷射事件都可分配特别小的最小流体剂量。

Claims (8)

1.一种用于喷射阀（10）的阀组件（11），包括：

- 阀体（12），其包括中心纵向轴线（L），所述阀体（12）包括具有流体入口部（42）和流体出口部（40）的腔（18），

- 阀针（20），其在所述腔（18）中能够轴向移动，所述阀针（20）在关闭位置中防止流体流通过所述流体出口部（40）且在另外的位置释放流体流通过所述流体出口部（40），以及

- 引导设备（46），其设置在所述腔（18）中，且设计为相对于所述阀体（12）引导所述阀针（20），

其中，所述引导设备（46）具有固定地联接到所述阀体（12）的第一引导元件（48）和固定地联接到所述阀针（20）的第二引导元件（50），所述第一引导元件（48）包括具有第一磁场的磁性材料，且所述第二引导元件（50）包括具有第二磁场的磁性材料，所述第二磁场沿着与所述第一磁场相反的方向取向，且所述第一引导元件（48）和所述第二引导元件（50）沿着径向方向被磁化，并且

其中，所述第一引导元件（48）和所述第二引导元件（50）彼此同轴地设置。

2.根据权利要求1所述的阀组件（11），其中，所述第一引导元件（48）定形为具有凹陷部（52）的环形，且所述第二引导元件（50）至少部分地设置在所述凹陷部（52）的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的阀组件（11），其中，所述第二引导元件（50）相对于所述第一引导元件（48）轴向地设置，以沿着所述阀针（20）的所述关闭位置的方向在所述阀针（20）上提供力。

4.根据权利要求1或2所述的阀组件（11），其中，所述阀体（12）包括极靴（37），且所述第一引导元件（48）接收在所述极靴（37）的凹陷部中。

5.根据权利要求1或2所述的阀组件，其中，所述阀针（20）具有保持件（23），所述保持件（23）定位在所述阀针（20）的面向所述流体入口部（42）的轴向端部，且所述第二引导元件（50）邻近所述保持件（23）定位或直接邻接所述保持件（23）。

6.根据权利要求1或2所述的阀组件，进一步包括衔铁（22），所述衔铁（22）机械地联接到所述阀针（20），用于使所述阀针（20）位移，其中，所述引导设备（46）沿着朝向所述流体入口部（42）的轴向方向定位在所述衔铁（22）之后。

7.根据权利要求1或2所述的阀组件，进一步包括衔铁（22），所述衔铁（22）机械地联接到所述阀针（20），用于使所述阀针（20）位移，其中所述引导设备（46）沿着朝向所述流体出口部（40）的轴向方向定位在所述衔铁（22）之后。

8.一种喷射阀（10），其具有根据权利要求1至7中的任一项所述的阀组件（11）和设计为致动所述阀针（20）的电磁致动器单元（36）。