CN107076078B - 阀组件和流体喷射器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于流体喷射器的阀组件（1）。其包括具有纵向轴线（L）的阀体（3）、衔铁（9）、具有针末端（12）的阀针（11）和阻尼元件（13）。衔铁（9）和阻尼元件（13）相应地包括阀针（11）布置在其中的贯通第一开口（15、17）。阻尼元件（13）被固定到阀针（11），且关于纵向轴线（L）布置在衔铁（9）和针末端（12）之间，以在组件（1）的操作期间衰减阀针（11）相对于阀体（3）的运动。

Description

阀组件和流体喷射器

技术领域

本发明涉及用于流体喷射器的阀组件，且涉及流体喷射器。

背景技术

喷射器被普遍使用，尤其用于燃烧发动机，在其中，其可布置成以便将流体分配（dose）到燃烧发动机的进入歧管中，或者直接到燃烧发动机的气缸的燃烧室中。

通常，喷射器具有严格的性能要求以能够喷射精确量的流体，且在喷射器和对应燃烧发动机的操作期间满足污染限制。两个主要要求是在高压（例如在汽油发动机的情况下高于200巴）下打开的能力，以及实现快速闭合时间，例如小于500微秒，以便具有低流动和低致动时间。

这样的要求，例如还涉及类似于螺线管致动阀的液压阀。关于螺线管喷射器，使用自由提升理念能够满足上述要求，其中，衔铁例如在没有携带阀针的情况下行进总提升的小部分。在下一步骤中，衔铁撞击阀针，且通过脉冲打开喷射器，所述脉冲克服在高压下打开阀针和喷射器所必需的力，且还允许快速的打开瞬态（opening transient）。

由于衔铁对阀针的撞击，在打开和行进阶段期间，阀针的速度高。一方面，期望喷射器的打开是快速的，但是另一方面又要求对阀针的撞击的剩余部分导致有限的速度，以便例如在冲击（ballistic）操作期间使阀针和的喷射器的操作可控。在该背景下，喷射器的可控性指的是流体的流动相对于激活时间的变化的改变。

发明内容

本发明的一个目的是创造一种用于流体喷射器的阀组件，其实现具有尤其良好的可控性的喷射器的可靠且安全的功能。

该目的通过具有下述特征的阀组件及包括其的流体喷射器实现：

一种用于流体喷射器的阀组件，其包括

- 阀体，所述阀体具有纵向轴线且包括形成凹部的壁，所述凹部在操作期间使得流动的流体能够穿过所述组件，

- 衔铁，

- 具有针末端的阀针以及

- 阻尼元件，

其中，

- 所述衔铁和所述阻尼元件相应地包括所述阀针布置在其中的贯通第一开口，

- 所述衔铁、所述阀针和所述阻尼元件在所述凹部中关于所述纵向轴线且相对于所述阀体轴向可运动地布置，以及

- 所述阻尼元件被固定到所述阀针，且关于所述纵向轴线布置在所述衔铁和所述针末端之间，以在所述组件的所述操作期间衰减所述阀针相对于所述阀体的运动，

其中，所述衔铁包括至少一个贯通第二开口，以在所述操作期间使得所述流体能够传递通过所述组件，

其中，所述阻尼元件的外部周向轮廓被布置成与所述衔铁的外部周向轮廓齐平。本发明的有利实施例在具体实施方式中给出。

根据本发明的第一方面，详细说明了用于流体喷射器的阀组件。根据第二方面，详细说明了包括阀组件的流体喷射器。流体喷射器例如是用于燃烧发动机的燃料喷射器。

阀组件包括阀体、衔铁、具有针末端的阀针和阻尼元件。

阀体具有纵向轴线且包括壁，即，尤其周向侧壁，其形成凹部，该凹部在操作期间使得流动的流体能够穿过组件。尤其，凹部是流体通道，其从流体入口端部到流体出口端部轴向地延伸通过阀体。

衔铁和阻尼元件相应地包括阀针布置在其中的贯通第一开口。相应的第一开口尤其相应地轴向延伸通过衔铁并通过阻尼元件。

此外，衔铁、阀针和阻尼元件关于纵向轴线且相对于阀体轴向可运动地布置在凹部中。衔铁可固定到阀针，或者相对于阀针轴向地可移位。在后者的情况下，阻尼元件优选地可操作以限制衔铁相对于阀针沿一个轴向方向的轴向可移位性。阀针可包括衔铁保持器，用于限制衔铁相对于阀针沿相对轴向方向的轴向可移位性。衔铁保持器和阻尼元件可有利地定位在衔铁的相对轴向侧上。

在安装构造中，阻尼元件连接到阀针。尤其，其被固定到阀针，例如固定到阀针的轴。阻尼元件例如通过压配合、通过焊接或机加工连接到阀针。阻尼元件优选地关于纵向轴线布置在衔铁和阀针的针末端之间，以在组件的操作期间衰减阀针相对于阀体的运动。尤其，阻尼元件被成形和定位成相应地在阀组件和流体喷射器的操作期间，当阀针相对于利用其填充凹部的流体运动时，导致流体摩擦。

组件的这种构造是在组件的操作期间至少暂时降低阀针的速度的简单且可靠的可能性。由于通过阻尼元件和流动的流体导致的增强的流动阻力，所以安装在阀针上的阻尼元件减慢阀针的速度。因此，通过由阀针自身的速度引起的力导致减速。该力可有利地取决于阀针的运动速度，尤其其随着针速度的增大而增大。因此，使用组件实现了具有改善的可控性的喷射器的可靠且安全的功能。尤其，针运动可以是自稳定的。

减速力的绝对值能够通过阻尼元件的构造选择，例如，考虑阻尼元件的设计或形状。此外，阻尼元件可包括一个或多个凹部或开口，以改变减速力的绝对值。

根据一个实施例，阻尼元件大致具有盘的形状。

本发明的该实施例描述了阻尼元件的一个可能构造，且实现了适当的流动阻力。例如，关于沿纵向轴线的方向的顶视图，盘形阻尼元件包括矩形、椭圆形或圆形形状。因此，因为其径向对称的形状，所以出于制造原因，圆盘形的阻尼元件是有利的。有利地，盘可具有外部周向侧表面，其具有与阀体的壁的轴向叠置盘的区域中的内部周向侧表面相同的形状。

根据另外的实施例，阻尼元件包括至少一个贯通第二开口以在操作期间使得流体能够传递通过组件。在一个实施例中，阻尼元件的第二开口或多个第二开口中的每一个均具有平行于纵向轴线且侧向偏离纵向轴线的中心轴线。

包括一个或多个第二开口的阻尼元件的所述构造描绘了改变通过阻尼元件和流动的流体引起的流动阻力和减速力的一种方式。例如，第二开口被设计为五个圆形孔，其穿透阻尼元件，且因此在操作期间使得流体能够传递通过阻尼元件和组件。但是还可能存在阻尼元件和组件的其他实施例，其包括不同数目的第二开口，且如果必要的话，第二开口具有不同形状。

根据另外的实施例，衔铁包括至少一个贯通第二开口以在操作期间使得流体能够传递通过组件。在一个实施例中，衔铁的第二开口或多个第二开口中的每一个均具有向纵向轴线倾斜或关于纵向轴线偏斜的中心轴线。

穿透衔铁的一个或多个第二开口实现流动的流体的进一步引导，且影响通过阻尼元件导致的减速力和所得到的流动阻力。

在组件的操作期间要求衰减阀针的运动时，阻尼元件和/或衔铁的第二开口的定位和设计提供各种可能性以调整减速力。

根据另外的实施例，在沿着纵向轴线的顶视图中，衔铁的第二开口的出口孔口不叠置-或最多部分地叠置-阻尼元件的第二开口的入口孔口。在衔铁和/或阻尼元件的多个第二开口的情况下，每个均具有相应的出口孔口或入口孔口，优选的是出口孔口都不与任意入口孔口完全叠置。在沿着纵向轴线的顶视图中，（多个）出口孔口优选地（尤其完全）与阻尼元件叠置。有利地，流体流可通过出口孔口以这种方式引导以冲击阻尼元件，且可进一步沿着阻尼元件借助于（多个）出口开口和（多个）入口开口的相对位置侧向引导，以便能实现尤其大的流体摩擦。

根据另外的实施例，阻尼元件的第二开口的数目不同于衔铁的第二开口的数目。在其中阻尼元件和衔铁二者都包括一个或多个第二开口的情况下，有利的是，第二开口的相应数目彼此不同。以这种方式，可容易实现出口开口和入口开口的上述非-叠置构造。另外，以这种方式可避免或减少阻尼元件和衔铁的相位调整（phasing）和液压卡紧。

例如，如果衔铁包括设计为贯通通道的四个第二开口，而阻尼元件包括设计为贯通孔的三个第二开口，则存在至少一个通道，其将流体引导到阻尼元件的表面上且不直接通过阻尼元件的第二开口。由于这部分流动的流体，阻尼元件被推动远离衔铁，且可防止或大大减少衔铁和阻尼元件的液压卡紧。组件的另外的实施例可包括比衔铁的第二开口更多的阻尼元件的第二开口。

根据另外的实施例，阀针包括贯通开口以在操作期间使得流体能够传递通过组件。贯通开口尤其是轴向通道。轴向通道例如至少延伸通过阀针的轴的一部分。

组件的该构造描述了甚至在阻尼元件和衔铁不包括第二开口的情况下使得流体能够传递通过组件的另一可能性。例如，如果衔铁和阻尼元件不包括第二开口，且几乎沿径向方向填充在阀体的凹部中，则阀针的开口限定主流体通道，且阀针被构造为中空针。

根据另外的实施例，阻尼元件大致沿径向方向填充在阀体的凹部中，尤其导致流体摩擦以衰减阀针的运动。例如，在阻尼元件的延伸的主平面中，阻尼元件具有面积，其是凹部在延伸的所述主平面中的面积的未被阀针占据的那部分的50%或更多、优选地75%或更多、例如85%或更多。

组件和阻尼元件的该实施例描述了阻尼元件的可能形状，且影响流动阻力和减速力，其在组件的操作期间衰减速度，且因此衰减阀针的运动。以这种方式，阻尼元件可具有尤其大的流动阻力。流动的流体的主要部分可然后必须传递通过衔铁和/或阻尼元件的第二开口和/或通过阀针的开口以到达针末端。

根据另外的实施例，阻尼元件的外部周向轮廓布置成尤其关于垂直于纵向轴线的径向方向与衔铁的外部周向轮廓齐平。阻尼元件的外部周向轮廓尤其通过其外部周向侧表面限定。以这种方式，可实现尤其大的流体摩擦。例如，流体沿着阻尼元件的侧向路径可尤其大。

根据另外的实施例，阻尼元件部分地接触衔铁。换言之，阻尼元件具有上表面，且衔铁具有下表面，所述上表面和所述下表面面朝彼此且彼此间隔开，除了在其中阻尼元件的上表面具有突出部的区域，突出部可与衔铁接合，以便其与衔铁的下表面进入形式配合连接。突出部优选地具有环的基本形状，例如具有围绕纵向轴线完全地周向延伸的连续圈的形状，或者具有彼此周向间隔开的多个环段的形状。

阻尼元件关于衔铁的该构造描述了在阻尼元件和衔铁之间的可能接触表面。有利地，接触表面尤其小，衔铁和阻尼元件的液压卡紧尤其小。同时，能够在衔铁和阻尼元件之间建立良好接触。阻尼元件的接触表面的稳定性尤其足以避免由于在衔铁和阻尼元件之间的暂时接触导致的损伤。

在一个发展中，突出部可包括阻尼元件的外部周向侧表面的一部分。以这种方式，衔铁和阻尼元件相对于彼此倾斜的风险尤其小。

例如，在盘形阻尼元件的情况下，通过例如表现为细长环（slim ring）的阻尼元件的突出部，能够实现到衔铁的接触表面。在纵向截面视图中，环可具有突出部分的形状。

附图说明

在下文中借助于示意图和附图标记解释本发明的示例性实施例。相同的附图标记指定具有相同功能的元件或部件。在附图中：

图1示出流体喷射器的示例性实施例；

图2示出用于流体喷射器的组件的示例性实施例；及

图3示出阻尼元件的示例性实施例。

具体实施方式

图1示出流体喷射器30的示例性实施例，其包括用于将间隔环锁定到阀体3的O形环或弹性挡圈32、在阀体3中的弹簧元件34和在壳体中的线圈36，该线圈环绕阀体3的一部分。阀体3具有纵向轴线L。阀体3具有周向侧壁5，其限定凹部7。

喷射器30还包括阀针11，其定位在凹部7中。阀针11连接到衔铁9，且可相对于阀体3沿着纵向轴线L轴向运动。在与喷嘴38相互作用时，阀针11防止在闭合位置中流体流动通过喷射器30，且可轴向地移位远离闭合位置以实现其。

阀针11借助于通过对线圈36通电导致的磁力移位远离闭合位置，且借助于通过弹簧元件34导致的弹力朝闭合位置移位。在喷射器30的操作期间，通过流动的流体导致的液压力也影响打开和闭合过程，尤其当阀针11靠近闭合位置时。阀针11和衔铁9刚性联接，或者-如在本实施例中那样-相对于彼此轴向地可移位。具体地，衔铁9轴向地布置在阀针的衔铁保持器和阻尼元件13之间，阻尼元件13被固定到阀针11的轴以便其具有轴向游隙。衔铁9例如被实现为由磁钢制成的块状（massive）钢部分。

流体喷射器30的阀组件1包括衔铁9、阀针11、阻尼元件13和阀体3。将在下文中关于图2和图3描述组件1的更详细说明。

在图2中，图示了阀组件1的一个示例性实施例，其中，衔铁9、阻尼元件13和阀针11布置在阀体3的凹部7中。衔铁9还包括阀针11布置在其中的第一开口15，以及阻尼元件13包括阀针11布置在其中的第一开口17。

在关于纵向轴线L的横截面视图中的组件1的该示例性实施例中，衔铁9包括两个第二开口16，其轴向地从第一侧-即，衔铁9的下表面24 -到第二侧-即，衔铁9的上表面22穿透衔铁9。第二开口16中的每一个的中心轴线向纵向轴线L倾斜。

阻尼元件13还包括第二开口18，其从第一侧-即，阻尼元件13的上表面25-到阻尼元件13的第二侧28穿透阻尼元件13。第二开口18的中心轴线平行于纵向轴线L且径向偏离纵向轴线L，以便第二开口18与纵向轴线L径向间隔开。

在该示例性实施例中，阀针11还包括开口19，其轴向地延伸通过阀针11的一部分，且因此阀针11用作中空针以在组件1或喷射器30的操作期间使得流体能够传递通过组件1。如果例如阻尼元件13不包括任何让流动的流体传递通过的第二开口18，则阀针11的这种构造是有利的。替代地，如果关于阀体3的壁5留下足够的空隙，那么流动的流体能够在衔铁9和阻尼元件13的外侧流动。

该示例性实施例描述了衔铁9、阀针11和阻尼元件13的组合，每个均相应地包括贯通开口16、18、19，以在操作期间使得流体能够传递通过组件1。考虑另外的实施例，可仅布置有衔铁9和阻尼元件13的第二开口16和18，然而阀针11是大致实心的。替代地，仅布置有穿透衔铁9的一个或多个第二开口16，而阀针11和阻尼元件13大致实心构造。因此，相应地包括或不包括贯通开口16、18、19以使得流动的流体能够传递通过组件1的衔铁9、阀针11和阻尼元件13的各种组合是可能的。

此外，阻尼元件13包括盘的形状，且例如通过压配合、焊接或机加工固定地安装在阀针11上。考虑这些部件的侧向尺寸，阻尼元件13还匹配衔铁9。这意味着，在该实施例中，在沿着纵向轴线L的顶视图中，衔铁9的周向侧表面21的外部轮廓与阻尼元件13的周向侧表面23的外部轮廓齐平。另外，阻尼元件13在关于纵向轴线L大致垂直的径向方向上几乎填满阀体3的凹部7。优选地，在阻尼元件13的外部侧表面23和阀体3的壁5的内表面之间仅建立具有0.5 mm或更小，优选地0.2 mm或更小的宽度（即，径向尺寸）的小周向间隙。这样的间隙大小对于阀组件1的其他实施例也是有用的。

阻尼元件13的上表面25具有环形突出部27，其可与衔铁9的底部表面24接合成形式配合连接。当突出部27与衔铁9的底部表面24接触时，阻尼元件13的上表面25的剩余部分与衔铁9的底部表面24间隔开，以便在环形突出部27的径向朝内的区域中在两个表面24、25之间建立间隙26。突出部27以细长环的形状实现到衔铁9的小接触表面。例如，在喷射器30的闭合位置中，阻尼元件13的突出部27接触衔铁9的底部表面24。在该背景下，可期望接触表面足够小以避免衔铁9和阻尼元件13的液压卡紧，但又足够大以实现阻尼元件13的接触表面的足够稳定性，以避免在衔铁9和阻尼元件13之间由于暂时接触导致的损伤。

在打开瞬态的情况下，由于通过线圈36导致的磁力，衔铁9关于纵向轴线L朝上运动，即，远离阻尼元件13。例如，在衔铁9的优选自由提升之后，阀针11和连接的阻尼元件13由于衔铁9对衔铁保持器的撞击也朝上运动。因此，阀针11移位远离闭合位置，且流动的流体相应地主要穿过开口16、18和19。

关于该示例性实施例，衔铁9包括两个第二开口16，而阻尼元件13包括一个第二开口18。有利的是，第二开口16、18的相应数目彼此不同，例如以进一步避免阻尼元件13和衔铁9的相位调整和液压卡紧。例如，衔铁9的两个第二开口16被设计为贯通通道，且阻尼元件13的一个第二开口18被设计为贯通孔。因此，存在至少一个通道，其将流体引导到凹入区域26中并引导到阻尼元件13的上表面25上且不直接通过第二开口18。由于该部分流动的流体撞击阻尼元件13的上表面25，且沿侧向方向偏转，所以可导致流体摩擦，和/或可推动阻尼元件13远离衔铁9，以便防止衔铁9和阻尼元件13的液压卡紧。

组件1描述了在组件1例如关于喷射器30的打开过程的操作期间，降低阀针11的速度的简单、可靠且有竞争力的可能性。由于通过阻尼元件13和流动的流体导致的增强的流动阻力，所以安装在阀针11上的阻尼元件13减慢阀针11的速度。因此，通过由阀针11自身的速度引起的力导致减速。因此，使用组件1实现了具有改善的可控性的喷射器30的可靠且安全的功能。

减速力的绝对值能够通过阻尼元件13的构造选择，例如，考虑阻尼元件13的设计或形状。此外，阻尼元件13可包括类似于所描述的第二开口18的一个或多个凹部或开口，以调整减速力的绝对值。阻尼元件13连接到阀针11。这可在打开和闭合瞬态期间降低阀针11的速度。包括阀组件1的喷射器30在打开瞬态的冲击阶段中或在冲击操作模式中呈现改善的可控性，其中，阀针11在没有在打开瞬态终止时紧急停止的情况下返回到闭合位置。因此，这样的构造还在高压下结合阀针11的增强的可控性允许喷射器30的快速打开和例如有利于精确地分配流体的喷射器30的功能。

图3示出阻尼元件13的示例性实施例，其类似于在图2中图示的阻尼元件。阻尼元件13包括具有圆形形状的五个贯通第二开口18，其关于纵向轴线L布置在第一贯通开口17周围的圆上。相比第一开口17，第二开口18具有更小的直径，第一开口17布置用于组装阀针11，且其例如匹配衔铁9的邻近的第一开口15的直径。在该透视图中，由阻尼元件13的突出部27给予的在阻尼元件13和衔铁9之间的接触表面是显而易见的。这还涉及上表面25及其从突出部27径向朝内的凹入区域，该凹入区域确定在阻尼元件13和衔铁9之间的间隙26的形状。

另外，通过相对于纵向轴线L关于衔铁9引导阀针11，阻尼元件13实现稳定效应。这尤其通过阻尼元件13的外部周向侧表面23与阀体9的壁5滑动接触实现。在该背景下，大直径的盘形阻尼元件13是有利的，因为这由于通过在阻尼元件13的突出部分27和衔铁9的第一侧24之间的接触表面引起的杠杆作用，实现了所连接的阀针11关于衔铁9的有益起始位置。为了实现所提及的引导效应，该实施例的阻尼元件13包括到衔铁9的小接触表面，且几乎填充在阀体3的凹部7中，例如以实现有利的杠杆作用。

Claims (8)

1.一种用于流体喷射器的阀组件（1），其包括

- 阀体（3），所述阀体具有纵向轴线（L）且包括形成凹部（7）的壁（5），所述凹部在操作期间使得流动的流体能够穿过所述组件（1），

- 衔铁（9），

- 具有针末端（12）的阀针（11）以及

- 阻尼元件（13），

其中，

- 所述衔铁（9）和所述阻尼元件（13）相应地包括所述阀针（11）布置在其中的贯通第一开口（15、17），

- 所述衔铁（9）、所述阀针（11）和所述阻尼元件（13）在所述凹部（7）中关于所述纵向轴线（L）且相对于所述阀体（3）轴向可运动地布置，以及

- 所述阻尼元件（13）被固定到所述阀针（11），且关于所述纵向轴线（L）布置在所述衔铁（9）和所述针末端（12）之间，以在所述组件（1）的所述操作期间衰减所述阀针（11）相对于所述阀体（3）的运动，

其中，所述衔铁（9）包括至少一个贯通第二开口（16），以在所述操作期间使得所述流体能够传递通过所述组件（1），

其中，所述阻尼元件（13）的外部周向轮廓（23）被布置成与所述衔铁（9）的外部周向轮廓（21）齐平，其中，所述阻尼元件（13）沿径向方向基本上填充在所述阀体（3）的所述凹部（7）中，以生成流体摩擦用于衰减所述阀针（11）的所述运动。

2.根据权利要求1所述的阀组件（1），其中，所述阻尼元件（13）具有上表面，且所述衔铁具有下表面，所述上表面和所述下表面面朝彼此且彼此间隔开，除了在其中所述阻尼元件（13）的所述上表面具有基本上环形突出部（27）的区域，所述基本上环形突出部（27）可与所述衔铁（9）接合，以便其与所述衔铁（9）的所述下表面进入形式配合连接。

3.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，所述阻尼元件（13）包括至少一个贯通第二开口（18），以在所述操作期间使得所述流体能够传递通过所述组件（1）。

4.根据权利要求3所述的阀组件（1），其中，在沿着所述纵向轴线（L）的顶视图中，所述衔铁（9）的所述第二开口（16）的出口孔口不叠置或最多部分地叠置所述阻尼元件（13）的所述第二开口（18）的入口孔口。

5.根据权利要求3所述的阀组件（1），其中，所述阻尼元件（13）的第二开口（18）的数目不同于所述衔铁（9）的第二开口（16）的数目。

6.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，所述阀针（11）包括轴向通道（19），以在所述操作期间使得所述流体能够穿过所述组件（1）。

7.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其中，所述阻尼元件（13）大致具有盘的形状。

8.一种流体喷射器，其包括根据前述权利要求中的一项所述的阀组件。

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