CN108425775B - 电磁的开关阀和燃料高压泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统（10）的电磁的开关阀（30），该开关阀具有一个用于使闭锁元件（48）运动的致动器区域（38），所述致动器区域具有极件（40）和电枢（44）以及用于在所述电枢（44）和极件（40）中产生磁通量的螺形管（52），其中所述电枢（44）具有磁通量集中区域（66）。

Description

电磁的开关阀和燃料高压泵

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统的电磁的开关阀以及一种具有这样的电磁的开关阀的燃料高压泵。

背景技术

内燃机中的燃料喷射系统中的燃料高压泵用于向燃料加载高的压力，其中所述压力比如对于汽油-内燃机来说处于150bar到400bar的范围内并且对于柴油-内燃机来说处于1500bar到2500bar的范围内。在相应的燃料中能够产生的压力越高，在燃料在燃烧室中燃烧的期间所产生的排放就越少，这尤其在越来越强烈地期望排放的减少的背景面前是有利的。

在所述燃料喷射系统中，能够在燃料从罐至相应的燃料室的路径的不同的位置上设置阀装置，所述阀装置比如作为向所述燃料加载压力的燃料高压泵上的入口阀或者出口阀，不过也比如作为在所述燃料喷射系统的不同的位置上、比如在共轨上的卸荷阀，所述共轨将受到压力加载的燃料在喷射到所述燃烧室中之前加以储存。

经常为此将快速地转换的磁阀用于进行体积流调节和/或压力调节。按输送量和方式，在此复位弹簧将这样的电磁的开关阀的阀区域的闭锁元件反向于体积流保持敞开或者关闭。所属的致动器区域、也就是将所述闭锁元件打开或者关闭的磁致动器如此构成，使得所述复位弹簧能够在特定的时间里超压（überdrücken）所述磁致动器的致动器力，用于由此转换所述开关阀。

因此，这些开关阀作为运行所述磁致动器的开关磁体与通过这个磁致动器来转换的液压系统、也就是阀区域的组合来形成。由此，在运行中实现所述液压系统的两种转换状态：打开的位置和关闭的位置。

所述开关磁体在所述致动器区域中具有通过产生力的气隙来分开的构件、也就是可运动的电枢和固定的极芯（Polkern），所述构件通过所述复位弹簧来彼此隔开地保持。通过用电流进行加载来激活所述开关磁铁中的螺形管（Solenoiden），在所述螺形管的绕组中形成磁场。这种磁场在周围的金属构件中、尤其是在所述电枢和所述极芯中引起磁通量，从而在电枢与极芯之间形成磁力。通过这种磁力来克服所述复位弹簧的复位力并且控制相耦合的液压系统。由于电流的取消（Wegnehmen），所述磁力下降并且所述复位力将所述液压系统控制到原始位置中。

迄今所述开关阀的动态为下述运行状态而设计，对于所述运行状态来说在运行中需要最快的转换特征。但是，转换的磁构件、也就是所述电枢与所述极芯之间的推力（Impulskräfte）由此很高。

迄今所述开关阀如此设计而成，从而在下述工作点中-对于所述工作点来说在电枢与极芯之间存在最大的气隙并且对于所述工作点来说在所述复位弹簧与所述螺形管的磁力之间出现力平衡-在电枢与极芯之间的气隙中出现尽可能高的磁通量密度，以便运动的构件尽可能快地受到激励，以进行运动。在运动过程之内，所述运动的构件而后通过所述磁力进一步加速并且所述气隙减小。在最小的气隙的状态中，而后所述磁力最大。

所述推力取决于所述运动的构件的质量并且取决于其速度。对于高的推力来说，后果是，在所述构件之间可能出现高的磨损并且在运行中噪声（Schallgeräusche）很高。也就是说在转换状态每次变化时，不仅由于螺形管本身而且由于所述液压系统而出现噪声。相应地至少两个构件相互撞击并且就这样产生噪声（Geräusche）。

比如将这样的开关阀用作内燃机的燃料喷射系统中的燃料高压泵上的数字的入口阀。在此如此设计这样的入口阀的转换时间，使得其在所述内燃机的马达转速最高时也能够快速地转换。但是这与在所述内燃机的另一种运行状态中、也就是在马达空转时不应该产生值得一提的（nennenswerten）噪声的目标相悖。

迄今所述开关阀为用于具有最高的转换动态的工作点的转换时间而设计。试图用用于提高磁力的短时间的电流脉冲来捕集用于反向于所述开关磁铁的转换方向来定向的运动的噪声和磨损。但是困难的是，减弱沿着所述开关阀的转换方向的运动。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种电磁的开关阀，对于该电磁的开关阀来说在所有工作点中能够将噪声生成降低到最低。

该任务用根据本发明的电磁的开关阀得到解决。

本发明还提出一种具有这样的电磁的开关阀的燃料高压泵。

一种用于内燃机的燃料喷射系统的电磁的开关阀具有一个拥有用于关闭该开关阀的闭锁元件的阀区域以及一个用于使所述闭锁元件沿着运动轴线运动的致动器区域。所述致动器区域包括一个能够沿着运动轴线运动的、为了使所述闭锁元件运动而与所述闭锁元件相耦合的电枢、一个固定的极件以及一个用于在所述电枢和所述极件中产生磁通量的螺形管。所述电枢具有磁通量集中区域。

所述磁通量集中区域有利地通过以下方式来形成：电枢外圆周具有凸肩，使得所述电枢具有第一电枢外圆周和第二电枢外圆周，所述第一电枢外圆周和所述第二电枢外圆周不同。在此，所述第一电枢外圆周小于所述第二电枢外圆周，其中所述第一电枢外圆周尤其最大为所述第二电枢外圆周的3/4。

由此减小所述凸肩上的电枢外圆周，并且穿过所述电枢流动的磁场线必须在这个变窄的区域中共享空间。由此在所述电枢的这个区域中进行磁场线并且由此磁通量的集中。通过所述狭隘部，而后如上面所描述的那样形成磁的扼流圈（magnetische Drossel）。

所述第一电枢外圆周基本上沿着所述运动轴线为所述电枢的总长的一半。

所述电枢和所述极件彼此相邻地布置，其中所述电枢的、具有第一电枢外圆周的区域朝向所述极件来布置。

因此，所述电枢中的凸肩布置在所限定的高度中并且以所限定的直径和所限定的长度来布置，用于就这样能够在所述电枢中实现所限定的磁通量集中。

通过所述狭隘部总共出现以下效应：

通过所述狭隘部不仅在所述电枢中实现磁通量集中，而且也在总体上降低所述电枢的质量。此外，比迄今更快地达到所期望的磁力，这伴随着所述开关阀的转换时间降低。同时，在运动阶段中没有如此剧烈地使所述电枢加速，其中尽管如此所述速度对应于迄今所知道的速度。总之，总转换时间得到降低并且由此得到改进。

优选电枢表面和极件表面直接对置，其中所述电枢的、在所述第一电枢外圆周的区域中的电枢表面大约为所述极件表面的一半。

在特别有利的设计方案中，所述极件在极件外圆周中具有狭隘部，用于形成磁通量集中区域。

由此，也能够在所述极件中实现磁通量集中，这又引起所述开关阀的转换时间的改进。

在此，所述狭隘部布置在所述极件的、朝向所述电枢的半体中，其中所述狭隘部尤其为所述极件的、沿着运动轴线的总长的至少1/5。

优选所述极件外圆周在所述狭隘部的区域中减小了至少1/4。

因此，所述狭隘部在所限定的高度中布置在所述极件中并且以所限定的直径和所限定的长度来布置，用于就这样能够在所述极件中实现所限定的磁通量集中。

所述极件的狭隘部特别有利地沿着所述运动轴线处于极件与电枢之间的复位弹簧的弹簧空隙的高度上。

所述狭隘部进一步有利地沿着所述运动轴线处于所述螺形管的高度上。

用于内燃机的燃料喷射系统的燃料高压泵有利地具有上面所描述的电磁的开关阀。

在此，所述开关阀能够比如构造为用于燃料高压泵的入口阀或者也能够构造为出口阀。但是也能够将所描述的开关阀设置为调压阀，所述调压阀比如布置在燃料喷射系统的共轨上。

附图说明

下面借助于附图对本发明的有利的设计方案进行详细解释。其中：

图1示出了内燃机的燃料喷射系统的示意性的一览图，所述燃料喷射系统能够在不同的位置上具有电磁的开关阀；

图2示出了在第一种实施方式中图1的开关阀之一作为所述燃料高压泵上的入口阀的纵剖面图示；

图3示出了图2的开关阀的纵剖面图示连同在运行中起作用的磁场线；

图4示出了在第二种实施方式中图1的开关阀之一作为所述燃料高压泵上的入口阀的纵剖面图示；

图5示出了图4的开关阀的纵剖面图示连同在运行中起作用的磁场线；并且

图6示出了一张图表，该图表示出了图2和图4的开关阀的在运行中起作用的反抗通过螺形管进行的磁激励的磁力。

具体实施方式

图1示出了内燃机的燃料喷射系统10的示意性的一览图，所述燃料喷射系统将来自罐14的燃料12通过预输送泵16、燃料高压泵18和燃料高压储存器20来输送给喷射器22，所述喷射器而后将燃料12喷射到所述内燃机的燃烧室中。

通过入口阀（Einlaßventil）24将所述燃料12带入到所述燃料高压泵18中，通过出口阀26在压力加载的情况中将其从所述燃料高压泵18中放出，并且而后将其输送给所述燃料高压储存器20。在所述燃料高压储存器20上布置了调压阀28，用于能够调节所述燃料高压储存器20中的燃料12的压力。

不仅所述入口阀24而且所述出口阀26而且所述调压阀28都能够构造为电磁的开关阀30并且因此能够主动地运行。

图2以所述电磁的开关阀30的纵剖面图示示出了这样的电磁的开关阀30的第一种实施方式，所述电磁的开关阀构造为燃料高压泵18的入口阀24。

所述电磁的开关阀30布置在所述燃料高压泵18的壳体34的壳体孔32中。所述电磁的开关阀30具有阀区域36和致动器区域38，其中所述致动器区域38具有固定的极件40和能够沿着运动轴线42运动的电枢44。所述阀区域36包括阀座46和闭锁元件48，所述阀座和所述闭锁元件为了关闭所述电磁的开关阀30而共同作用。

在图2中所示出的实施方式中，所述极件40和所述电枢44共同被接纳在套筒50中，但是其中并非强制必须是这种情况。

螺形管52被推装（aufschieben）到所述套筒（Hülse）50上并且由此围绕着所述极件40和所述电枢44布置在所述电磁的开关阀30中。

所述电枢44和所述极件40直接彼此相邻地布置，使得电枢表面54和极件表面56直接对置。

在所述电枢44与所述极件40之间布置了复位弹簧58，用于将电枢44和极件40隔开地保持并且由此产生气隙60。

所述电枢44与操纵销（Betätigungsstift）62相耦合，所述操纵销在运行中随着所述电枢44沿着所述运动轴线42运动。

按所述电枢44的转换状态并且由此其沿着所述运动轴线42的位置，所述操纵销62挤压所述闭锁元件48使其离开所述阀座46或者与所述闭锁元件48没有接触，使得如果从对置的一侧有一个力起作用时所述闭锁元件朝所述阀座46运动并且由此能够将所述开关阀30关闭。

在所述电磁的开关阀30的通电的状态中，所述螺形管42在所述电磁的开关阀30中产生磁场，所述磁场在图3中通过磁场线64来示出。如可以在图3中看出的那样，在此所述磁场线64的磁通量布置在所有直接与所述螺形管52相邻的金属的/有磁性的元件中，尤其是布置在所述极件40中和在所述电枢44中。由此，在极件40与电枢44之间产生磁的吸引力，并且所述电枢44被以其电枢表面54朝所述极件40的极件表面56的方向牵引（gezogen）。在此，所述电枢44带动所述操纵销62，使得所述操纵销失去与所述闭锁元件48的接触，并且所述闭锁元件48就这样能够回复（zurückkehren）到所述阀座46上。

因为所述电枢44在接通所述螺形管52的情况下朝所述极件40运动，所以所述气隙60在被接通的状态中最小。

而在被切断的状态中，所述复位弹簧58又挤压所述电枢44使其离开所述极件40，因为所述复位弹簧58的复位力克服所述磁力而起作用。所述气隙60变得最大并且所述操纵销62又被挤压到所述闭锁元件48上，使得所述闭锁元件48离开所述阀座46升起（abheben）并且打开所述电磁的开关阀30。

在图2和图3中所示出的实施方式中可以看到，所述电枢44具有磁通量集中区域66，也就是下述区域，在该区域中所述磁场线在减小的横截面上通过所述电枢44来导引，使得其一定集中。

所述磁通量集中区域66通过以下方式来形成，电枢外圆周U_A具有凸肩68，从而形成第一电枢外圆周U_A1和第二电枢外圆周U_A2，所述第一电枢外圆周和所述第二电枢外圆周彼此不同，其中所述第一电枢外圆周U_A1小于所述第二电枢外圆周U_A2。

可以看出，所述电枢44在下述区域中具有所述第一电枢外圆周U_A1，在所述区域中所述电枢44直接与所述极件40相邻地分配，也就是说在其上方的端部区域70上。

所述第一电枢外圆周U_A1在此最大为所述第二电枢外圆周U_A2的3/4。此外，所述第一电枢外圆周U_A1的、沿着所述运动轴线42的长度基本上为所述电枢44的总长L_A的一半。

通过所述减小的第一电枢外圆周U_A1的这种布置，能够在所述电枢44中产生有针对性的磁的扼流圈（Magnetisch Drossel），用于实现上面所描述的优点。所述磁场线64的走向在此在图3中示出，其中可以看出，所述磁场线64在下述区域中-在所述区域中所述电枢外圆周U_A减小-集中，从而在这里在总体上所述磁通量集中。

从图2中进一步得知，所述朝向极件40的电枢表面54在所述上方的端部区域70上比所述朝向电枢44定向布置的极件表面56小。在此，所述电枢表面54大约为所述极件表面56的一半。

所述两个对置的表面、也就是所述电枢表面54和所述极件表面56是在电枢44与极件40之间产生磁力的表面。

在传统的设计中、也就是说如果所述电枢44具有恒定的电枢外圆周U_A，则出现一种磁通量密度，该磁通量密度在所述电枢表面54上并且在所述极件表面56上在数值方面大约处于相同的范围内。但是，现在所述电枢表面54和所述极件表面56不一样大地构造，使得所述磁通量如后来参照图6所解释的那样在所述螺形管52的磁力已经超压（überdrücken）所述复位弹簧58的复位力之后不久进入饱和。

图4和图5示出了所述电磁的开关阀30的第二种实施方式，在该第二种实施方式中没有像在所述第一种实施方式中一样在所述电枢44中而是在所述极件40中通过磁通量集中区域66的设置来设置了所述磁的扼流圈。

但是，也能够将所述两种实施方式组合起来，从而不仅所述电枢44而且所述极件40都分别形成一个磁通量集中区域66并且由此形成一个磁的扼流圈。

所述第二种实施方式中的磁通量集中区域66通过所述极件40中的狭隘部72来形成，使得否则在所述运动轴线42的范围内恒定的极件外圆周U_P在所述狭隘部72的区域中减小。

所述狭隘部72布置在所述极件40的、朝向所述电枢44布置的半体74中，但不是像在所述第一种实施方式中的电枢44中一样布置在端部区域上，而是相对于极件端部区域76隔开。由此实现这一点：在所述极件表面56与所述电枢表面54相邻的地方最大的磁力能够由所述极件40作用于所述电枢44，用于将所述电枢44朝所述极件40的方向牵引。

所述狭隘部72拥有一种长度，该长度对应于所述极件40的、沿着所述运动轴线42的长度L_P的至少1/5。所述极件外圆周U_P在所述狭隘部72的区域中与所述狭隘部72之外的恒定的极件外圆周U_P相比减小了至少1/4。

如可以在图4、图5中、不过也可以在图2和图3中看出的那样，所述复位弹簧58如此布置，使得其在所述极件40的内部得到支撑。为此，所述极件40具有直通孔78，该直通孔在朝向所述电枢44布置的下方的极件端部区域78中得到加宽，用于形成弹簧空隙（Federausnehmung）82。所述弹簧空隙82在此通过所述直通孔78的侧壁84并且通过支撑壁68来限定，所述支撑壁通过所述极件端部区域78中的直通孔78的加宽部来形成。而后在这些支撑壁68上支撑着所述复位弹簧58。

如可以在图4中看出的那样，所述狭隘部72沿着所述运动轴线42在所述弹簧空隙82的高度上形成，并且更确切地说尤其如此形成，使得其没有伸出超过所述弹簧空隙82。由此所述磁通量集中尤其能够在所述复位弹簧58的区域中得到实现也就是说在所述复位弹簧58的复位力也起作用的地方得到实现。

进一步可以看出，所述狭隘部72有利地也处于螺形管52沿着所述运动轴线42的高度上。

在图5中示出了所述极件40中的磁场线64的走向，其中可以看出，所述磁场线64在所述狭隘部72的区域中集中，并且由此能够在所述极件40中产生磁通量集中。由此，在所述电枢44中产生的磁的扼流圈参照所述第一种实施方式也能够在所述极件40中产生。

下面参照图6对所述电枢44和/或极件40中的磁的扼流圈的作用方式进行解释。

图6示出了一张图表，该图表示出了通过所述螺形管52产生的磁力或者在电枢44或者极件40上反抗通过所述螺形管52进行的磁激励的起作用的磁通量。

虚线对应于在所熟知的布置中起作用的磁力，对于所述熟知的布置来说所述电枢44或者所述极件40没有磁通量集中区域66。而实线则示出了在所述电枢44或者所述极件40构造有磁通集中时起作用的磁力。

所述图表中的水平的线条示出了应该由所述螺形管52产生的磁力，所述磁力是必要的，用于超压所述复位弹簧58的复位力，使得所述电枢44进行运动。

两根代表着所述开关阀30的接通过程的线条在此用“AN”来标识。两根代表着所述开关阀30的切断过程的线条在此用“AUS”来标识。

总之，所述图表因此相应地示出了在所述开关阀30运行时出现的滞后的部分范围。

从所述图表中可以得知，在切断时在所述电枢44/所述极件40中缺少磁的扼流圈时所述磁力在超压所述复位力之后继续剧烈上升并且几乎没有到达饱和范围中。反之可以看出，如果在所述电枢44上/在所述极件40上存在磁的扼流圈（Drosselung），在超压所述复位弹簧58的复位力之后不久所述磁力进入到饱和范围中并且不再继续上升。由此在运动阶段中引起所述电枢44的减小的加速度，从而而后也在所述电枢44冲击到所述极件40中时减小了脉冲。由此能够明显地降低在接通所述开关阀30时的噪声生成。

在切断时可以看出，所述磁力在所述电枢44中/在所述极件40中存在磁的扼流圈时比不存在所述磁的扼流圈的情况更早地回复到一个点，在该点上出现与所述复位弹簧58的复位力的力平衡。

这意味着，所述开关阀30的切断过程比迄今的情况快。由此所述开关阀30的总转换时间相对于现有技术明显地降低并且由此得到改进。

如可以从图6中的图表中看出的那样，虽然在总体上所述磁力也通过所述磁的扼流圈而降低，但是在这里存在需求时这能够通过所述螺形管52中的相应的绕组参数来得到补偿。也能够通过对所述螺形管52中的电流产生影响的电阻来对这进行再调整。

Claims (7)

1.用于内燃机的燃料喷射系统（10）的电磁的开关阀（30），具有：

-一个具有用于将所述开关阀（30）关闭的闭锁元件（48）的阀区域（36）；以及

-一个用于使所述闭锁元件（48）沿着运动轴线（42）运动的致动器区域（38）；

其中所述致动器区域（38）具有一个能够沿着所述运动轴线（42）运动的、为了使所述闭锁元件（48）运动而与所述闭锁元件（48）相耦合的电枢（44）、一个固定的极件（40）以及一个用于在所述电枢（44）和所述极件（40）中产生磁通量的螺形管（52），

其中所述电枢（44）具有磁通量集中区域（66），其中磁通量集中区域（66）通过以下方式来形成：电枢外圆周（U_A）具有凸肩（68），使得所述电枢（44）具有第一电枢外圆周（U_A1）和第二电枢外圆周（U_A2），其中所述第一电枢外圆周（U_A1）的周长小于所述第二电枢外圆周（U_A2）的周长，其中所述第一电枢外圆周（U_A1）的周长最大为所述第二电枢外圆周（U_A2）的周长的3/4。

2.按权利要求1所述的电磁的开关阀（30），其特征在于，所述第一电枢外圆周（U_A1）沿着所述运动轴线（42）的长度基本上为所述电枢（44）的总长（L_A）的一半。

3.按权利要求1或2所述的电磁的开关阀（30），

其特征在于，所述电枢（44）和所述极件（40）彼此相邻地布置，其中所述电枢（44）的、具有所述第一电枢外圆周（U_A1）的区域朝向所述极件（40）来布置。

4.按权利要求3所述的电磁的开关阀（30），其特征在于，电枢表面（54）和极件表面（56）直接对置，其中所述电枢（44）的、在所述第一电枢外圆周（U_A1）的区域中的电枢表面（54）的面积大约为所述极件表面（56）的面积的一半。

5.按权利要求1或2所述的电磁的开关阀（30），

其特征在于，所述极件（40）在极件外圆周（U_P）中具有狭隘部（72），用于形成磁通量集中区域（66）。

6.按权利要求5所述的电磁的开关阀（30），其特征在于，所述狭隘部（72）布置在所述极件（40）的朝向所述电枢（44）的半体（74）中，其中所述狭隘部（72）的长度为所述极件（40）的沿着所述运动轴线（42）的总长（L_P）的至少1/5，其中所述极件外圆周（U_P）的周长在所述狭隘部（72）的区域中减小了至少1/4。

7.用于内燃机的燃料喷射系统（10）的燃料高压泵（18），具有按权利要求1到6中任一项所述的电磁的开关阀（30）。

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