CN109312701B - 具有磁性环元件的喷射阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有阀组件（2）的喷射阀（1），所述阀组件（2）包括：阀体（4），其具有腔（9）；阀针（11），其包括固定地连接到所述阀针（11）的轴的上保持元件（24）；以及校准弹簧（18）。所述喷射阀（1）具有电磁致动器单元（19），所述电磁致动器单元（19）具有可相对于所述阀针（11）轴向移动的电枢（23）。所述喷射阀（1）还包括另外弹簧元件（27），所述另外弹簧元件（27）与所述校准弹簧（18）平行设置并预加载可轴向移动的磁性环元件（28）。

Description

具有磁性环元件的喷射阀

技术领域

本发明涉及一种喷射阀，例如，车辆的燃料喷射阀。它具体地涉及电磁喷射阀。

背景技术

通常，喷射阀是所谓的“常闭阀”，其具有通过校准弹簧来朝向关闭位置偏置的阀针。有关此喷射阀的基本问题是在关闭阶段期间期望高校准弹簧预加载，因为它导致更快的关闭和更好的喷射器动态行为，而同时高校准弹簧预加载导致减少的喷射器最大打开压力。因此，弹簧预加载一直是打开和关闭阶段期间的行为与喷射器的最大打开压力之间的折衷。在高燃料压力的情况下，该问题尤其突出，因为需要校准弹簧的高弹簧刚度。

DE 10332812 A1公开了一种具有与电枢协作的磁性线圈的燃料喷射阀，由复位弹簧作用在所述电枢上。附加质量位于电枢的凹部中。附加质量在附加提升之后以预定加速度撞击电枢。由弹簧沿燃料喷射阀的关闭方向作用在附加质量上。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷射阀，其克服上述困难并且即使在高流体压力的条件下也会提供稳定的性能。

该目的通过根据本发明的喷射阀来实现。

根据本发明的一个方面，提供了一种喷射阀，其包括阀组件和电磁致动器单元。

阀组件包括：阀体，所述阀体包括具有流体入口部分和流体出口部分的腔；阀针，其可在所述腔中轴向移动。具体地，所述阀针可相对于所述阀体以往复方式轴向移位。所述阀针在关闭位置中防止通过所述流体出口部分的流体流并在至少一个打开位置中释放通过所述流体出口部分的流体流。另外，所述阀组件包括用于朝向所述关闭位置轴向偏置所述阀针的校准弹簧。

所述电磁致动器单元配置和布置成致动所述阀针。所述电磁致动器单元包括可在所述腔中轴向移动（即特别地定位在所述腔中并可相对于所述阀体以往复方式轴向移位）的电枢。在一个实施例中，所述电枢包括所述阀针延伸通过的中心轴向开口。所述电磁致动器单元还包括极片，所述电枢可朝向其移动以将所述阀针带向所述至少一个打开位置。特别地，当所述电枢朝向所述极片移位时，所述电枢可操作以使所述阀针移位离开所述关闭位置。

所述喷射阀还包括另外弹簧元件和磁性环元件。

所述另外弹簧元件与所述校准弹簧平行布置，并且预加载所述磁性环元件。换句话说，所述校准弹簧在所述阀针上施加第一力，并且所述另外校准弹簧在所述磁性环元件上施加第二力，所述第一力和第二力指向相同方向。

所述磁性环元件可在所述腔中在第一位置与第二位置之间轴向移动，在所述第一位置中，所述磁性环元件的顶侧与所述极片轴向间隔开并且所述磁性环元件的与所述顶侧相对的下侧与所述阀针接触，特别地在所述阀针处于所述关闭位置时，并且在所述第二位置中，所述磁性环元件的顶侧与所述极片接触。

有利地，所述磁性环元件可以在所述阀针与所述极片之间以往复方式无阻碍地移位。所述阀针被特别地成形和布置成使得其不可操作来阻止所述磁性环元件朝向所述极片轴向行进并与所述极片进行接触。此外，所述磁性环元件被优选地成形和布置成使得它可操作成仅朝向所述关闭位置在轴向方向上、但特别地不在相反轴向方向上传递所述阀针上的力。

所述磁性环元件由磁性材料制成。例如，它由铁磁钢制成。它可以具有与所述电枢相同的材料。

因此，所述致动器单元作用在所述磁性环元件上。换言之，所述致动器单元配置成抵抗所述另外弹簧元件的偏置而使所述磁性环元件朝向所述极片移位。

通过所述磁性环元件在其第一位置中与所述阀针接触，可以理解的是，所述环元件可以作用在所述阀针上，即在所述磁性环元件与所述阀针之间存在直接力传递。换句话说，当所述磁性环元件处于所述第一位置时，所述第二力可以通过所述磁性环元件传递到所述阀针。

因此，当所述磁性环元件处于其第一位置时，所述另外弹簧元件可以作用在所述针上。当它处于其第二位置并且所述电枢仍然与所述极片相距一定距离时，所述另外弹簧元件不作用在所述针上。换句话说，取决于所述阀针的轴向位置，当所述磁性环元件处于所述第二位置或在所述第一位置与所述第二位置之间时，可以在所述阀针与所述磁性环元件之间建立轴向间隙。

在有利的实施例中，所述磁性环元件和所述电磁致动器单元配置和布置成在所述电磁致动器单元被激活以朝向所述至少一个打开位置移动所述阀针时将所述环元件移出与所述阀针的接触。

所述喷射阀具有以下优点：弹簧负载在打开阶段与关闭阶段之间不对称。在需要时，即尤其在关闭瞬态期间，所述另外弹簧元件的附加弹簧负载可以添加到所述校准弹簧的弹簧负载。在打开瞬态期间，所述另外弹簧元件的负载可以通过所述磁性环脱开，使得至少在所述阀针的打开瞬态的一部分期间不会作用在所述阀针上。

根据一个实施例，所述另外弹簧元件由所述磁性环元件（处于其第二位置）比由所述磁性环元件（处于其第一位置）更加强烈地压缩。

根据该实施例，所述另外弹簧元件在所述磁性环元件上施加与所述致动器单元的磁力相对的力。当所述致动器单元断电时，所述另外弹簧元件扩展并迫使所述磁性环元件返回到其第一位置。

根据一个实施例，所述另外弹簧元件和所述磁性环元件配置和布置成使得所述磁性环元件至少部分地在所述阀组件的打开力变得大于针关闭力之前压缩所述另外弹簧元件。换句话说，所述另外弹簧元件和所述磁性环元件配置和布置成使得在所述电磁致动器单元通电以用于朝向所述至少一个打开位置移动所述阀针时，所述磁性环元件在所述阀组件的打开力变得大于针关闭力之前（即在所述阀针开始移动离开所述关闭位置之前）朝向所述极片移位。

如果忽视液压效应，则作用在所述电枢和针上的力是以下的总和：受燃料压力影响的力、在所述磁性环元件与所述阀针接触时由所述校准弹簧和由所述另外弹簧元件施加的力、以及在所述电磁致动器单元通电以用于移动所述阀针时的磁力。所述磁力沿打开方向作用，其他力沿所述阀的关闭方向作用。因此，“阀组件的打开力”可以限定为由所述电磁致动器单元在所述阀针上实现并沿所述打开方向作用的磁力。

“针关闭力”可以限定为以下的总和：由燃料压力施加的力以及在所述阀针处于关闭位置时由所述校准弹簧施加的力，两个力都沿关闭方向作用。为避免疑问，所述另外弹簧元件的力不包括在“针关闭力”中，因为一旦所述磁性环元件已开始移动离开阀针，它就不作用在所述阀针上。

有时，当该总和分别沿关闭方向和打开方向作用时，术语“总针关闭力”或“总打开力”用于有关的所有三种类型的力的总和。为避免混淆，此处不使用这些术语。

作用在所述磁性环元件上的力是以下的总和：由所述另外弹簧元件施加的力，其沿关闭方向作用，从而迫使所述磁性环元件沿所述流体出口部分的方向；以及磁力，其在所述电磁致动器单元通电时沿打开方向作用，从而迫使所述磁性环元件远离所述流体出口部分。

因此，根据该实施例，当所述电磁致动器单元通电以用于移动所述阀针时，在作用在所述电枢和针上的磁力变得大于由所述燃料压力施加的力和由所述校准弹簧施加在所述针上的力的总和之前，作用在所述磁性环元件上的磁力大于由所述另外弹簧元件施加的力。

该实施例具有以下优点：在所述阀针开始打开之前，所述磁性环元件从所述阀针脱开。因此，在打开瞬态期间，仅所述校准弹簧预加载作用在所述针上，但不是所述另外弹簧元件预加载。

例如，这可以通过选择所述磁性环元件和/或其材料的尺寸和/或几何形状来实现。例如，在给定某种磁性材料下，如果环元件的大部分材料靠近极片布置，则环元件将对磁场做出更强的响应。在一个实施例中，所述磁性环元件与所述电枢间隔开。它可以方便地相对于所述电枢朝向所述极片偏移。此外，所述磁性环元件的响应可以通过修改所述另外弹簧元件（特别是其长度和刚度）来修改。

根据一个实施例，所述另外弹簧元件是波形弹簧。所述波形弹簧具有以下优点：它可以节省空间地装配到所述阀组件中并且同时存储相对大量的能量。

根据一个实施例，所述极片包括：上凹部，其中保持所述另外弹簧元件；以及下凹部，其中保持所述磁性环元件，所述下凹部布置在所述上凹部与所述电枢之间。所述另外弹簧元件可以与所述校准弹簧同轴布置。因此，所述另外弹簧元件可以布置在所述阀组件中，而不会增加所述阀组件的整体尺寸。

所述电枢可相对于所述阀针轴向移动。所述阀针包括上保持元件。所述上保持元件可以固定地连接到所述阀针的轴，这被理解为包括其中所述上保持元件与所述轴一体的实施例。所述上保持元件沿径向方向延伸，即其沿径向向外方向突出超过所述轴。优选地，所述上保持元件布置在所述阀针的背离所述流体出口部分的轴向区域中。所述上保持元件限制所述电枢相对于所述阀针的移动，特别地使得所述电枢可操作以形状配合连接与所述上保持元件接合以用于使阀针朝向所述至少一个打开位置移位。在有利的发展中，所述磁性环元件的所述下侧配置用于在所述上保持元件的背离所述电枢的一侧上接触所述上保持元件。

在一个发展中，所述电枢在其中所述致动器单元断电的喷射阀关闭配置中与所述上保持元件间隔开。例如，所述阀组件包括电枢弹簧，所述电枢弹簧配置和布置成远离所述上保持元件沿轴向方向偏置所述电枢。该发展符合自由提升概念，根据该概念，所述电枢在其与所述阀针接合以打开阀之前行进一自由提升间隙并积聚动能。自由提升喷射器特别适用于定量供给高压燃料。

所述喷射阀可以方便地是流体喷射阀。根据一个实施例，所述喷射阀是车辆的燃料喷射阀。

附图说明

从下面结合示意图描述的示例性实施例，喷射阀的另外的优点、有利实施例和发展以及用于制造喷射阀的方法将变得明显。

图1示出了根据本发明的一个实施例的具有阀组件的喷射阀的纵向剖视图；

图2示出了处于关闭配置的根据图1的喷射阀的细节的纵向剖视图；

图3示出了处于另外配置的根据图1的喷射阀的细节的纵向剖视图；以及

图4示出了说明在根据图1的阀组件的打开和关闭期间在时间内针提升的图。

具体实施方式

图1示出了喷射阀1，其特别地适用于将燃料定量供给到内燃机。喷射阀1包括阀组件3。阀组件3包括具有中心纵向轴线的阀体4、阀针11和校准弹簧18。喷射阀1还包括部分地围绕阀体4布置的壳体6。

阀体4包括腔9。腔9具有流体出口部分7。流体出口部分7与设置在阀体4中的流体入口部分5连通。流体入口部分5和流体出口部分7特别地定位在阀体4的相对轴向端部处。腔9接收阀针11。阀针11包括针轴15和焊接到针轴15的尖端的密封球13。

在阀针11的关闭位置中，密封球13密封地安放在具有至少一个喷射喷嘴的座板17上。校准弹簧18被预加载并且朝向关闭位置沿轴向方向在针11上施加力。流体出口部分7布置在座板17附近。在阀针11的关闭位置中，防止通过至少一个喷射喷嘴的流体流。例如，喷射喷嘴可以是喷射孔。然而，它也可以具有适合于定量供给流体的一些其他类型。喷射阀1还设置有电磁致动器单元19。电磁致动器单元19包括优选地布置在壳体6内并围绕阀体4的线圈21。此外，电磁致动器单元19包括布置在腔9中的电枢23，以及在腔9中固定到阀体4或与阀体4一体的极片25。壳体6、阀体4的部分、极片25和电枢23形成磁路。

电枢23可在腔9中相对于阀体4以往复方式轴向移动。电枢23也可相对于阀针11轴向移动。

阀针11包括固定到针轴15的上保持元件24。上保持元件24从针轴15沿径向向外方向延伸，并且布置在阀针11的背离流体出口部分7的轴向区域中。电枢23通过以形状配合连接与上保持元件24接合来作用在阀针11上。

上保持元件24限制电枢23相对于阀针11朝向极片25在轴向方向上（即远离流体出口部分7）的轴向可移位性。在相反的轴向方向上，电枢23相对于阀针11的轴向可移位性在本实施例中由盘元件限制，所述盘元件在电枢的背离上保持元件24的一侧处固定到阀针11的轴15。电枢23在上保持元件24与盘元件之间具有轴向游隙。

喷射阀1包括与校准弹簧18平行布置的另外弹簧元件27。另外弹簧元件27是波形弹簧，其围绕校准弹簧18的下部同轴地布置。

另外弹簧元件27预加载磁性环元件28。磁性环元件28也围绕校准弹簧18的下部同轴地布置在另外弹簧元件27与上保持元件24之间。

参考图2和图3描述打开和关闭过程的细节。

图2和图3示出了根据图1的喷射阀1的细节的纵向剖视图，所述喷射阀1分别处于阀1的关闭配置和阀1的另外配置。

另外弹簧元件27保持在极片25中的上凹部32中。极片25还包括下凹部34，磁性环元件28保持在该下凹部中。下凹部34布置在上凹部32与电枢23之间。上凹部32和下凹部34通过极片25的中心通孔中的台阶来成形，校准弹簧18布置在所述中心通孔中。

在该关闭配置中，磁性环元件28的下侧36与上保持元件24的上侧接触。磁性环元件28的下侧36是磁性环元件28的最靠近燃料出口部分7的那一侧。另外弹簧元件27稍微被压缩并且向作用在针11上的关闭力添加了负载。

当线圈21（在图2和图3中未示出）通电时，磁性环元件28朝向极片25向上滑动，由此压缩另外弹簧元件27。因此，磁性环元件28处于第二位置，在所述第二位置中其顶侧38与极片25接触。顶侧38被布置成与下侧36相对。在上保持元件24与磁性环元件28之间已打开间隙30。在图3中示出了该第二位置。在两个配置中，阀针11仍处于其关闭位置。

当线圈21通电时，电枢23也向上滑动，从而在自由提升间隙26行进时通过上保持元件24随着电枢23带着针11，直到上保持元件24与磁性环元件28重新接合和/或电枢23撞击极片25以使得阀针11的打开移动停止。这对应于喷射阀1的打开配置。针提升可以等于间隙30。

磁性环元件28和电枢23定位在上保持元件24的相对轴向侧上。磁性环元件28可以布置成比电枢23更靠近极片。当线圈21通电时，其位置和其几何形状可以使得经历更大的磁力。因此，在电枢23开始向上移动之前，磁性环元件28开始朝向极片25向上移动。因此，在针11的打开瞬态开始时，磁性环元件28与上保持元件24轴向间隔开，使得另外弹簧元件27不再添加针11上的力。图3示出了紧接在阀1的打开之前的情况，其中磁性环元件28已经向上滑动并且电枢23已经关闭自由提升间隙26，但其中阀针11尚未向上移动。

当线圈21不再通电时，电枢23和磁性环元件28不再经受将它们拉向极片25的磁力。因此，电枢23停止补偿或过度补偿校准弹簧18的弹簧力，并且附加地，另外弹簧元件27将磁性环元件28按压在上保持元件24上。因此，校准弹簧18和另外弹簧元件27都向针11添加负载并将其向下推动以用于朝向关闭位置移动阀针11。

图4示出了说明在喷射阀1的打开和关闭期间在时间T内的针提升L的图表。第一曲线图40示出了根据图1的阀1中的针提升。第二曲线图50示出了不包括另外弹簧元件27和磁性环元件28的常规喷射阀中的针提升。

从图4中可以看出，根据本发明的阀具有更快的关闭阶段和稍微减小的喷射后幅度。在两个阀设计的打开阶段期间没有差异。

因此，本发明在阀的打开和关闭期间导致阀针11上的不同弹簧力。虽然另外弹簧元件27在关闭阶段期间将负载添加到校准弹簧28的负载，但它在打开阶段期间不添加负载。

Claims (11)

1.一种包括阀组件（2）和电磁致动器单元（19）的喷射阀（1），

所述阀组件（2）包括：

-阀体（4），其包括具有流体入口部分（5）和流体出口部分（7）的腔（9），

-阀针（11），其可在所述腔（9）中轴向移动，所述阀针（11）在关闭位置中防止通过所述流体出口部分（7）的流体流并在至少一个打开位置中释放通过所述流体出口部分（7）的所述流体流，

-校准弹簧（18），其用于朝向所述关闭位置轴向偏置阀针（11）；

所述电磁致动器单元（19）包括可在所述腔（9）中轴向移动的电枢（23）以及极片（25），所述电枢（23）可朝向该极片移动以将所述阀针（11）带向所述至少一个打开位置；

所述喷射阀（1）还包括另外弹簧元件（27）和磁性环元件（28），

-所述另外弹簧元件（28）与所述校准弹簧（18）平行布置并且预加载所述磁性环元件（28），其中所述磁性环元件（28）可在所述腔（9）中在第一位置与第二位置之间轴向移动，在所述第一位置中，所述磁性环元件（28）的顶侧（38）与所述极片（25）轴向间隔开并且所述磁性环元件（28）的与所述顶侧（38）相对的下侧（36）与所述阀针（11）接触，在所述第二位置中，所述磁性环元件（28）的与所述下侧（36）相对的顶侧（38）与所述极片（25）接触，

其中

所述电枢（23）可相对于所述阀针（11）轴向移动，所述阀针（11）包括上保持元件（24），所述上保持元件（24）固定地连接到所述阀针（11）的轴并且沿径向方向延伸并布置在所述阀针（11）的背离所述流体出口部分（7）的轴向区域中，所述上保持元件（24）限制所述电枢（23）相对于所述阀针（11）的移动，使得所述电枢可操作成以形状配合连接与所述上保持元件（24）接合以用于使阀针（11）朝向所述至少一个打开位置移位。

2.根据权利要求1所述的喷射阀（1），其中所述磁性环元件（28）和所述电磁致动器单元（19）配置和布置成在所述电磁致动器单元（19）激活以朝向所述至少一个打开位置移动所述阀针（11）时将所述环元件（28）移出与所述阀针（11）的接触。

3.根据权利要求1所述的喷射阀（1），其中所述磁性环元件（28）可在所述阀针（11）与所述极片（25）之间以往复方式无阻碍地移位。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），其中所述磁性环元件（28）与所述电枢（23）间隔开。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），

其中所述另外弹簧元件（27）由处于其第二位置的所述磁性环元件（28）比由处于其第一位置所述磁性环元件（28）更加强烈地压缩。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），

其中所述另外弹簧元件（27）和所述磁性环元件（28）配置和布置成使得所述磁性环元件（28）至少部分地在所述阀组件（2）的打开力变得大于针关闭力之前压缩所述另外弹簧元件（27）。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），

其中所述另外弹簧元件（27）是波形弹簧。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），

其中所述极片（25）包括：上凹部（32），其中保持所述另外弹簧元件（27）；以及下凹部（34），其中保持所述磁性环元件（28），所述下凹部（34）布置在所述上凹部（32）与所述电枢（23）之间。

9.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），

其中所述另外弹簧元件（27）与所述校准弹簧（18）同轴布置。

10.根据权利要求1-3中的任一项所述的喷射阀（1），其中，当所述磁性环元件（28）处于所述第一位置时，所述磁性环元件（28）的所述下侧（36）在所述上保持元件（24）的背离所述电枢（23）的一侧上与所述上保持元件（24）接触。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的喷射阀（1），其中所述磁性环元件（28）由铁磁钢制成。

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