CN107407219B - 用于喷射流体的喷射阀、喷射阀的使用和用于制造喷射阀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将流体、尤其燃料流体喷射到内燃机气缸的进气通道中或燃烧室中的喷射阀，其中，所述喷射阀具有包括电磁回路的电磁促动器，其中，所述电磁回路具有电磁线圈、内极和与所述电磁线圈和所述内极共同作用的电磁衔铁，其中，所述电磁回路配置为用于当电磁促动器通过控制电流和/或控制电压时产生所述内极作用到所述电磁衔铁上的受调节的力作用，其中，所述喷射阀在所述内极和所述电磁衔铁之间的区域中具有间隙，其中，所述喷射阀具有阀套筒，其中，所述阀套筒或者既在所述内极和所述电磁衔铁之间的所述间隙的区域内连贯地具有顺磁材料特性，或者在所述内极和所述电磁衔铁之间的所述间隙的区域内具有顺磁材料特性并且在所述区域外具有铁磁材料特性。

Description

用于喷射流体的喷射阀、喷射阀的使用和用于制造喷射阀的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于将流体、尤其燃料流体喷射到内燃机气缸的进气通道中或燃烧室中的喷射阀，其中，喷射阀具有包括电磁回路的电磁促动器。
此外，本发明涉及这种喷射阀的使用和一种用于制造这种喷射阀的方法。
背景技术
前述类型的电磁操纵的喷射阀能够广泛地用于配量流体。所述喷射阀优选在内燃机的燃料系统中被用于将燃料喷射到内燃机的(气缸的)燃烧室中或进气通道中，其中，内燃机典型地包括多个气缸。精确维持规定的喷射量对于内燃机的排放特性和消耗特性有决定性意义。此外，所喷入的燃料量与阀的打开时长有关，从而尤其也与阀的实际液压打开和关闭时刻有关，该打开和关闭时刻在真实的阀中能够明显与促动器的电操控开始不同。因此，仅在了解电操控开始和结束的情况下通常不能进行精确的流体配量。虽然原理上已知的是，调节地来执行喷射阀的电操控，然而当今的喷射阀典型地根据纯控制的运行来设计，在该运行中，电子控制单元规定了固定的操控时间，并且喷射阀通过其电磁回路对此作出反应(也就是说为喷射燃料而打开)。在此这样设计电磁特性，使得在喷射时电磁回路能够实现尽可能短的接通时间和小的允差。
发明内容
本发明的任务是，说明一种用于将流体、尤其燃料流体喷射到内燃机气缸的进气通道中或燃烧室中的改进的喷射阀，其中，所述喷射阀针对所调节的运行来优化。在喷射阀的所调节的运行中调节地操控喷射阀的电磁促动器，尤其以个别地协调于对应的喷射阀的方式来进行。在此，电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程尤其在喷射阀的尤其也能重复地执行的测试操控期间被检测，并且由此获得关于喷射阀的至少一个运行状态和/或关于喷射阀的至少一个状态改变的信息。通过检测至少一个反馈信号能探测到喷射过程的不同特征，尤其能探测到喷射阀的打开时刻和/或关闭时刻的确定。因此，本发明的任务是，有助于改进反馈信号中的特征识别，使得根据对检测出的信号的分析或者尤其根据反馈信号能较好地、尤其较精确地或以较小的信号分析处理花费来探测喷射阀的至少一个运行状态和/或喷射阀的至少一个状态改变。根据特定的阀特性的反馈(例如阀打开或关闭时刻或如为了噪声最小化而制动等其它系统功能)调节到规定参数，从而提高精度。
根据本发明这样设计喷射阀，使得喷射阀的反馈被改进，该反馈能借助反馈信号或通过检测电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程来探测。更好地探测打开和关闭时刻能够被考虑用于提高调节的精度或首先用于实现该精度。
根据本发明的喷射阀、本发明的喷射阀使用和用于制造喷射阀的方法相对于现有技术具有这样的优点，即通过在喷射阀上有目的地实现的措施能够导致在用于打开或关闭喷射阀或阀针的反馈信号或电流信号或电压信号中的改进的特征表现。在此，喷射阀的电磁特性是首要的。这些措施的目的尤其在于尽可能提高通过阀的间隙(或工作气隙)的磁流的占比，或也在于提高阀弹簧的复位力，以便能够实现喷射阀的较短喷射时间或较短打开时间段。这意味着，喷射阀不是如根据现有技术那样作为单独部件来进行优化，而是针对与所调节的运行或所调节的运行方式的共同作用来进行优化。在这里，对于执行调节所必需的特征的表现(喷射阀的检测出的信号或在反馈信号中)起核心作用。喷射阀不是如根据现有技术那样在单独部件的特性方面进行优化，而是针对与所述调节或与所调节的运行的共同作用来进行优化。核心方面是使在电磁促动器的间隙(工作气隙)中的磁流最大化。由此使衔铁运动或针运动对电流和电压信号的作用以信号中的拐点强度形式最大化。根据本发明容许，从传统使用的喷射阀纯控制运行方式的视角来看各个措施首先使阀特性(例如燃料量配量的精度)变差。然而，通过喷射阀的所调节的运行能够总体改进阀特性的精度、可再现性以及使用寿命稳定性。
根据本发明，在上述背景下设置，阀套筒或者既在内极和电磁衔铁之间的间隙区域内连贯地具有顺磁材料特性，或者在内极和电磁衔铁之间的间隙区域内具有顺磁材料特性并且在该区域外具有铁磁材料特性，其中，根据本发明设置，为此所实现的花费较小，也就是说，能低成本地制造这种阀套筒。尤其设置，阀套筒构造成拉深件并且连贯地(也就是说基本在其整个长度上)具有顺磁材料特性并且连贯地不进行退火，尤其不在350℃和700℃之间的温度范围内进行退火。由此能特别低成本地制造所述阀套筒，然而在工作气隙(通过阀套筒的整个顺磁特性)中的磁流会增大或者说无论如何不使其减小。此外，尤其根据本发明优选设置，阀套筒实现成拉深件，其中，所述阀套筒在内极和电磁衔铁之间的间隙区域中具有顺磁材料特性并且在该间隙区域外具有铁磁材料特性，其中，所述阀套筒在所述间隙区域外进行退火，尤其在350℃和550℃之间的温度范围内进行退火，其中，所述间隙区域在退火过程期间经历冷却，尤其借助冷却的氮气。总体上，以有利的方式由此实现，在气隙区域中以较低成本的方式这样处理所述阀套筒，从而在那里提高磁阻力，使得磁流在所述气隙区域内被提高，因为磁流的仅较小占比(由于阀套筒材料的较高磁阻力)通过套筒的材料而损失(旁路)，从而不在所述气隙中起作用。
根据本发明喷射阀的一个替代实施方式(然而该实施方式有利地也能够与形成阀套筒材料特性的措施累积地实现)设置，所述喷射阀具有阀弹簧，其中，所述阀弹簧的弹簧力大于4N，尤其大于4.5N。由此，根据本发明以特别有利的方式能够实现，在喷射阀的一个或多个操控时长中能够尽可能精确地配量流体量或燃料量。通过阀弹簧的较大弹簧力有利地能够实现较大的线性计量区域，使得能够针对线性化来优化地调整弹簧力，并且通过调节能够保证流体量或燃料量的精度。
参照附图由优选实施方式以及说明书能获得本发明的有利构型方案和扩展方案。
根据一个优选扩展方案设置，调节地操控所述电磁促动器，其方式是：检测电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程，并且由此获得关于喷射阀的至少一个运行状态的信息和/或关于喷射阀的至少一个状态改变的信息，使得通过检测至少一个反馈信号能探测出喷射过程的不同特征，尤其是喷射阀的打开时刻和/或关闭时刻的确定。由此，根据本发明有利地能够是，在喷射阀运行时总体上能够提高精度，尽管通过各个结构上的措施减小了在制造喷射阀时的可再现性或者增大了在构件公差方面的偏差。
本发明的另一主题涉及本发明喷射阀的应用，用在用于运行喷射阀的方法中，其中，调节地操控所述电磁促动器，其方式是：尤其在喷射阀的测试操控期间检测电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程，由此获得关于喷射阀的至少一个运行状态的信息和/或关于喷射阀的至少一个状态改变的信息，使得通过检测至少一个反馈信号能探测喷射过程的不同特征，尤其是喷射阀的打开时刻和/或关闭时刻的确定。
本发明的该原理能够在本发明测试操控的范围内特别精确地确定喷射阀的待观察的运行状态或运行状态改变。以该方式能够在规定相应的表征性特征情况下尤其也求取实际的液压打开时刻。
本发明的另一主题涉及用于制造本发明喷射阀的方法，其中，所述阀套筒在内极和电磁衔铁之间的间隙区域中具有顺磁材料特性并且在该区域外具有铁磁材料特性，其中，所述阀套筒在所述间隙区域外进行退火，尤其在350℃和550℃之间的温度范围内进行退火，其中，所述间隙区域在退火过程期间被冷却，尤其借助冷却的氮气。
由此，以有利的方式能够实现，所述阀套筒的在其中避免了构成铁磁特性(或相应的材料特性)的区域能被很大程度地缩小到所述间隙(或者所述工作气隙)的区域，例如在0.5mm至3mm之间、优选在0.8mm至1.2mm之间的数量级，其中，所述间隙(或者说电磁促动器的工作气隙)关于在其中避免了构成铁磁特性的该区域基本对中地布置。
其它优点、特征和细节由下面的说明书得到，在该说明书中参照附图示出本发明的不同实施例。在此，在权利要求中和在说明书中所提及的、分别呈本身单独或以任意组合形式的特征能够对于本发明是重要的。
附图说明
图1示出具有根据本发明运行的多个喷射阀的内燃机的示意图。
图2a和2b以两个不同运行状态示意性示出图1的喷射阀的细节图。
图3示意性示出根据本发明来运行的喷射阀的不同运行参数的时间变化过程。
图4示意性示出本发明喷射阀的示例。
具体实施方式
在图1，内燃机总体具有附图标记10。该内燃机包括燃料箱12，输送系统14将燃料从该燃料箱中输送到分配系统16中，该分配系统例如是共轨系统。多个电磁操纵的喷射阀18附接到该共轨系统上，这些喷射阀将燃料直接喷射到配属于这些喷射阀的燃烧室20中或燃烧室20的进气管中。内燃机10的运行由控制和调节装置22控制或调节，该控制和调节装置此外也操控喷射阀18。
图2a和2b以两个不同的运行状态示意性示出根据图1的喷射阀18。喷射阀18具有电磁促动器，该促动器具有电磁线圈26和与该电磁线圈26共同作用的电磁衔铁30。电磁衔铁30与喷射阀18的阀针28例如这样作用连接，使得电磁衔铁30能关于阀针28的在图2a中垂直运动方向通过没有消失的机械间隙相对于阀针28轴向运动。由此例如得到两件式的质量系统28，30，该质量系统通过电磁促动器26,30实现阀针28的驱动。通过该两件式配置改进了喷射阀18的可安装性，并且阀针28在碰到其阀座38中时所不希望的撞回被减小。在存在于图2a中所说明的配置中，电磁衔铁30在阀针28上的轴向间隙通过两个止挡32和34来限界。阀针28由阀弹簧36如在图2a中画出的那样以相应的弹簧力在壳体区域中向着阀座38来加载。在图2a中示出在关闭状态中的喷射阀18，在该状态中不发生燃料喷射。为了实现燃料喷射，促动器26,30在能规定的操控时长上以操控电流来加载。通过对电磁线圈26的该通电使电磁衔铁30在图2b中向上运动，使得电磁衔铁在嵌入到止挡32中的情况下使阀针28抵抗弹簧力地从其阀座38中运动出来。由此能够将燃料42从喷射阀18喷射到燃烧室20(图1)中。一旦在规定的操控时长结束时通过控制器22(图1)结束对电磁线圈26的通电，那么阀针28在由阀弹簧36施加的弹簧力的作用下重新向着其阀座38的方向运动并且携带电磁衔铁30。在此，从阀针28到电磁衔铁30的力传递又通过上止挡32来进行。如果阀针28以碰在阀座38上来结束其关闭运动，那么电磁衔铁30由于轴向间隙而在图2b中能够向下继续运动，直至该电磁衔铁贴靠在第二止挡34上。这又相应于在图2a中画出的喷射阀18的关闭状态。
根据本发明，执行一种运行方法，以便获得关于喷射阀18的至少一个运行状态或者状态改变的信息。在第一步骤中执行至少一个测试操控，在该测试操控期间促动器26,30以能规定的操控电流I来加载。优选，在执行测试操控的同时在该测试操控期间检测促动器26,30的至少一个电运行参数的至少一个时间变化过程。在此，在电磁促动器26,30的情况下尤其考虑施加在促动器的电磁线圈26上的电压的时间变化过程和/或流过电磁线圈的电流I的时间变化过程。接着，在表征喷射阀18的能规定的运行状态和/或能规定的运行状态改变的特征的存在方面分析处理检测出的时间变化过程。在此，本发明意义上的特征尤其能够是局部极值和/或多个局部极值的序列和/或运行参数、即电流和/或电压的其它特别的时间变化过程。该有意义的表征性特征在分析处理期间被找出，并且，所获得的关于运行状态或运行状态变换的信息被继续使用，例如用于调节喷射阀18的未来运行。根据本发明也能够实现多个测试操控。尤其，根据本发明有利地能够求取喷射阀18的实际液压打开时刻。
喷射阀18的液压打开时刻通过阀针28从其阀座38抬起来确定。阀针28的该抬起与通过电磁线圈26的操控电流I的一阶时间导数的特定时间变化过程相关。对此，图3示出操控电流I的第一时间变化过程I1，以该操控电流从在图2a中画出的阀18的关闭状态出发来操控电磁线圈26，以便将喷射阀18置于其打开状态中。在图3中同样画出了在以第一操控电流I1操控期间得到的针升程h的时间变化过程h1。在开始以操控电流I加载促动器26,30以后在时刻T1第一次出现用于升程变化过程h1的没有消失的值(也就是说，喷射阀18从其关闭状态向其打开状态方向去的运行状态改变在时刻T1进行)。据此至少检测操控电流I1的时间变化过程并且在分析处理期间构成之前检测出的第一操控电流I1的一阶时间导数dI1。从而在知道所求取的打开时刻T1的情况下能够例如在均衡多个喷射阀18的喷射特点方面调节地执行喷射阀18的接下来的运行。只要在执行第一测试操控后还未探测到局部最小值Min1，那么必要时能够重新执行测试操控。
除了第一操控电流I1，图3也示出了第二操控电流I2的时间变化过程，如在以稍微减小的操控电压来操控促动器26,30的情况下得到该第二操控电流那样。根据预期，在升程变化过程h1方面晚一些来进行表征从关闭状态到打开状态的过渡的运行状态改变，在以较大操控电压进行操控时得到该升程变化过程。针对在使用第二操控电流I2的情况下进行的操控过程能够根据本发明求取时刻T2作为事实上的液压操控开始、也就是说打开时刻，该时刻T2又与在第二操控电流I2的一阶时间导数dl2中的局部最小值Min2对应。
在图4中示例性地示出呈用于燃料喷射设备的燃料喷射阀形式的、能电磁操纵的喷射阀18，例如被使用在压缩混合气的、外源点火的内燃机中。喷射阀18具有被电磁线圈1包围的、用作内极并且部分地用作燃料通道的、很大程度呈管形的芯2。电磁线圈1在周向上被外部的、以套筒形并且台阶式实施的例如铁磁阀套5完全包围，该阀套为用作外极的外电磁回路构件。电磁线圈1、芯2和阀套5共同构成能电激励的操纵元件或电磁回路或电磁促动器。嵌入线圈体3中的具有绕组4的电磁线圈1从外部包围阀套筒6，而芯2被放入阀套筒6的与阀纵轴线10‘同心走向的内开口11中。阀套筒6纵长延伸地并且薄壁地实施。开口11此外用作用于能沿阀纵轴线10轴向运动的阀针28的导向开口。阀套筒6沿轴向方向、例如在喷射阀轴向总长度的约一半长度上延伸。阀针28在图4中的示例中与衔铁30一体式连接并且由管形衔铁30、同样呈管形的针区段和球形阀关闭体构成。喷射阀的操纵以已知的方式电磁式地进行。
具有电磁线圈1、内芯2、外阀套5和衔铁30的电磁回路用于阀针14的轴向运动，从而用于逆着在阀针28上施加的复位弹簧36的弹簧力打开喷射阀或者用于关闭喷射阀。衔铁30对准芯2。替代芯2，例如也能够设置有用作内极的盖部件，该盖部件闭合磁回路。
除了复位弹簧36外，呈调整套筒29形式的调整元件也被插入到芯2的与阀纵轴线10‘同心地走向的流通孔28中，该流通孔用于向阀座面38方向输送燃料。调整套筒29用于调整贴靠在调整套筒29上的复位弹簧36的弹簧预紧力，该复位弹簧又以其对置侧在衔铁30的区域中支撑在阀针28上。
根据本发明，阀套筒6或者既在内极2和电磁衔铁30之间的间隙区域内连贯地具有顺磁材料特性，或者该阀套筒在内极2和电磁衔铁30之间的间隙区域内具有顺磁材料特性并且在该区域外具有铁磁材料特性。在此，根据第一替代方案(在内极2和电磁衔铁30之间的间隙区域中的顺磁材料特性)优选设置，阀套筒6实现成拉深件，其中，该阀套筒6连贯地具有顺磁材料特性并且连贯地没有进行退火，尤其不在350℃和550℃之间的温度范围内进行退火。根据第二替代方案(在内极2和电磁衔铁30之间的间隙区域中具有顺磁材料特性和在该区域外具有铁磁材料特性)优选设置，阀套筒6实现成拉深件，其中，该阀套筒6在内极2和电磁衔铁30之间的间隙区域中具有顺磁材料特性并且在该区域外具有铁磁材料特性，其中，阀套筒6在间隙区域外进行退火，其中，该间隙区域在退火过程期间经历冷却，尤其借助冷却的氮气。
替代或附加于这些措施，根据本发明设置，喷射阀18具有阀弹簧36，其中，该阀弹簧36的弹簧力大于4N，尤其大于4.5N。
由此，总体上能够通过由电磁回路的确定的特性和调节功能构成的组合来改进喷射阀的调节品质，使得能够实现用于通过喷射阀进行流体喷射的调节功能。因此，包围电磁线圈的罐和具有磁阻Rm的电磁回路套筒对于根据本发明在喷射阀的反馈信号中实现特征表现而言是决定性的。在传统上使用的、涉及纯控制运行方式的喷射阀中，这些构件典型地进行退火，以便获得减小的磁阻Rm。根据本发明，在制造该喷射阀时避免了这种退火操作，这该进了用于调节的特征表现或用于调节的特征的可探测性。

Claims (21)

1.用于将流体喷射到内燃机气缸的进气通道中或燃烧室中的喷射阀(18)，其中，所述喷射阀具有包括电磁回路的电磁促动器，其中，所述电磁回路具有电磁线圈(26)、内极(2)和与所述电磁线圈(26)和所述内极(2)共同作用的电磁衔铁(30)，其中，所述电磁回路配置为用于当电磁促动器被控制电流和/或控制电压操控时产生所述内极(2)作用到所述电磁衔铁(30)上的受调节的力作用，其中，所述喷射阀(18)在所述内极(2)和所述电磁衔铁(30)之间的区域中具有间隙，其中，所述喷射阀(18)具有阀套筒(6)，其特征在于，所述阀套筒(6)实现成拉深件，其中，所述阀套筒(6)在所述内极(2)和所述电磁衔铁(30)之间的所述间隙的区域中具有顺磁材料特性并且在该间隙区域外具有铁磁材料特性，其中，所述阀套筒(6)在所述间隙区域外进行退火，其中，所述间隙区域在退火过程期间经历冷却。
2.根据权利要求1所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述喷射阀(18)具有阀弹簧(36)，其中，所述阀弹簧(36)的弹簧力大于4N。
3.根据权利要求1或2所述的喷射阀(18)，其特征在于，调节地操控所述电磁促动器，其方式是：检测所述电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程，由此获得关于所述喷射阀(18)的至少一个运行状态的信息和/或关于所述喷射阀(18)的至少一个状态改变的信息，使得通过检测至少一个反馈信号能探测出喷射过程的不同特征。
4.根据权利要求1或2所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述流体是燃料流体。
5.根据权利要求1或2所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述阀套筒(6)在350℃和700℃之间的温度范围内进行退火。
6.根据权利要求1或2所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述间隙区域借助冷却的氮气来冷却。
7.根据权利要求2所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述阀弹簧(36)的弹簧力大于4.5N。
8.根据权利要求3所述的喷射阀(18)，其特征在于，通过确定所述喷射阀(18)的打开时刻和/或关闭时刻，能探测出所述喷射过程的不同特征。
9.用于将流体喷射到内燃机气缸的进气通道中或燃烧室中的喷射阀(18)，其中，所述喷射阀具有包括电磁回路的电磁促动器，其中，所述电磁回路具有电磁线圈(26)、内极(2)和与所述电磁线圈(26)和所述内极(2)共同作用的电磁衔铁(30)，其中，所述电磁回路配置为用于当电磁促动器被控制电流和/或控制电压操控时产生所述内极(2)作用到所述电磁衔铁(30)上的受调节的力作用，其中，所述喷射阀(18)在所述内极(2)和所述电磁衔铁(30)之间的区域中具有间隙，其中，所述喷射阀(18)具有阀套筒(6)，其特征在于，所述阀套筒(6)实现成拉深件，其中，所述阀套筒(6)连贯地具有顺磁材料特性并且连贯地不进行退火。
10.根据权利要求9所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述喷射阀(18)具有阀弹簧(36)，其中，所述阀弹簧(36)的弹簧力大于4N。
11.根据权利要求9或10所述的喷射阀(18)，其特征在于，调节地操控所述电磁促动器，其方式是：检测所述电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程，由此获得关于所述喷射阀(18)的至少一个运行状态的信息和/或关于所述喷射阀(18)的至少一个状态改变的信息，使得通过检测至少一个反馈信号能探测出喷射过程的不同特征。
12.根据权利要求9或10所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述流体是燃料流体。
13.根据权利要求9或10所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述阀套筒(6)不在350℃和700℃之间的温度范围内进行退火。
14.根据权利要求10所述的喷射阀(18)，其特征在于，所述阀弹簧(36)的弹簧力大于4.5N。
15.根据权利要求11所述的喷射阀(18)，其特征在于，通过确定所述喷射阀(18)的打开时刻和/或关闭时刻，能探测出所述喷射过程的不同特征。
16.根据上述权利要求中任一项所述的喷射阀(18)的应用，用在用于运行所述喷射阀(18)的方法中，其中，调节地操控所述电磁促动器，其方式是：检测所述电磁促动器的至少一个电运行参数的时间变化过程，由此获得关于所述喷射阀(18)的至少一个运行状态的信息和/或关于所述喷射阀(18)的至少一个状态改变的信息，使得通过检测至少一个反馈信号能探测喷射过程的不同特征。
17.根据权利要求16所述的应用，其特征在于，所述检测在所述喷射阀(18)的测试操控期间进行。
18.根据权利要求16所述的应用，其特征在于，通过确定所述喷射阀(18)的打开时刻和/或关闭时刻，能探测出喷射过程的不同特征。
19.用于制造根据权利要求1至8所述的喷射阀(18)的方法，其中，所述阀套筒(6)在所述内极(2)和所述电磁衔铁(30)之间的所述间隙的区域中具有顺磁材料特性并且在该区域外具有铁磁材料特性，其特征在于，所述阀套筒(6)在所述间隙区域外进行退火，其中，所述间隙区域在退火过程期间被冷却。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述阀套筒(6)在350℃和700℃之间的温度范围内进行退火。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述间隙区域借助冷却的氮气来冷却。
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