CN110030135A - 用于配量流体的阀，尤其燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀，其中，阀座体具有特别高的结构和振动强度。燃料喷射阀包括：用于操纵阀关闭体的能受激励的促动器，促动器与构造在阀座体上的阀座面一起构成密封座；构造在阀座面下游的喷射开口，其中，将喷射开口设置在阀座体的突起状地沿喷射方向向外突出的中间区域中。该中间区域具有多重拱曲的外轮廓，该外轮廓由此产生：构造环形环绕的内凹部和环形环绕的外凹部，其中，内凹部是突起的一部分，并且突起在径向上在所有喷射开口的孔口区域之外终止于深入的外凹部中，从外凹部起径向向外衔接有阀座体的又在轴向上突出的边缘区域。该燃料喷射阀特别适合于将燃料直接喷射到压缩混合气的外源点火内燃机中。

Description

用于配量流体的阀，尤其燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种用于配量流体的阀，尤其燃料喷射阀。
背景技术
在图1,2a,2b和2c中示出已知阀座体的实施方式。在此，图2a,2b和2c在示意图中示出具有喷射开口的阀座体的三个基本的典型结构形式。在根据图2c的已知且经证实的解决方案中，阀座体以平坦和扁平的端面向着燃烧室的方向封闭燃料喷射阀的下游阀端部，而在根据图2a和2b的同样已知的解决方案中，阀座体构型有包围喷射开口的、沿喷射方向向外突出的突起状中间区域。在此或者涉及在中间区域中具有锥形周面的锥形突起(例如DE 10 2013 219 027 A1)或者涉及具有球形凸出地向外延伸的拱曲部(例如EP 2 333 306A1)。在两种情况下，阀座体的突起状中间区域流畅并且连续地过渡到阀座体的平坦和扁平的端面中。
在这种阀座体中，整个突起区域是对于强度关键的区域。该区域由于阀针与其阀关闭体的百万次撞击而承受应力。此外，燃料的系统压力整面地作用到突起状中间区域的整个内侧上。这些负载伴随使突起区域弯曲的风险对阀座面的品质、阀座体在该区域中的密封性要求和疲劳强度产生负面影响。
发明内容
在此提出一种用于配量流体的阀，尤其燃料喷射阀，尤其用于将燃料直接喷射到燃烧室中。所述阀用于内燃机的燃料喷射设备并且具有：用于操纵阀关闭体的能受激励的促动器，所述促动器与构造在阀座体上的阀座面一起构成密封座；至少一个喷射开口，所述喷射开口构造在所述阀座面的下游，其中，将所述至少一个喷射开口设置在所述阀座体的突起状地沿喷射方向向外突出的中间区域中。
本发明的用于配量流体的阀除了具有简单和低成本的可制造性以外还具有许多其他优点。根据本发明，阀、尤其燃料喷射阀的阀座体的突起状地轴向突出的中间区域如此实施，使得该中间区域具有多重拱曲的外轮廓，该外轮廓通过以下方式产生，即构造环形环绕的内凹部和环形环绕的外凹部，其中，内凹部是突起的一部分，并且该突起在径向上在所有喷射开口的孔口区域之外终止于深入的外凹部中，从该外凹部起径向向外衔接有阀座体的又在轴向上突出的边缘区域。
与根据现有技术的阀座体的突起状中间区域相比，有效地减小与强度相关的应力。通过负载导出的区域(边缘区域的“基底”)与用于喷射开口的区域(功能区域)之间的结构性分开，对于突起状的中间区域而言得到突起中心的明显更高的抗应变能力。
由于高的抗应变能力使得能够在径向内部减小突起状中间区域的壁厚，而不会在此增大振动断裂的风险。因此，可考虑在中间区域中实现仅200至300μm的小壁厚。相反，在喷射开口的区域中可以通过加厚部提高突起壁厚，由此总体提高阀座体的强度并且通过喷射开口的加长能够以有利的方式实现待喷射流体、尤其燃料到燃烧室中的深穿入。
此外应强调的是，燃料直接在喷射结束之后的不受控流出被阻止。通常，在关闭燃料喷射阀时发生阀针与阀关闭体在阀座面处的回跳，使得在关闭过程期间还伴随短时不希望的打开阶段。该不受控地排出的燃料量导致喷入的燃料量与额定值出现小偏差，使得不能够排除发动机运行中的不利影响。借助本发明的突起状中间区域设计可以极大程度减小回跳概率，因为波纹突起具有高的固有刚度。
本发明的另一优点在于，在发动机运行中在突起状中间区域的外侧产生比在已知的燃料喷射阀中少的积碳。通过本发明的阀座体设计，在构件中实现阻止碳覆层急剧生长的温度分布。
由于在阀座体的表面上很少形成覆层，本发明的设计提供较大的安全性以防喷射开口盖住(积碳)。在考虑世界范围内强烈波动的燃料品质的情况下，该稳健的特性是有利的。
此外有利的是，由发动机持续运行引起的废气中颗粒排放上升也比在根据现有技术的燃料喷射阀中小(PN漂移减小)。
通过在优选实施方式中列举的措施能够实现本发明燃料喷射阀的有利扩展方案和改进方案。
根据一个实施方式，在横截面中构成所述阀座体的总共多重波纹形的突起轮廓。
根据另一实施方式，所述突起状的中间区域相对于阀纵轴线旋转对称地成型并且所述凹部相应地环绕地延伸。
根据另一实施方式，环绕的深入的所述凹部作为环凹槽被开槽。
根据一个优选实施方式，所述外凹部和/或径向外部的凹部棱边至所述边缘区域的过渡部构造有锋利棱边或者倒圆地构造。
根据另一优选实施方式，所述边缘区域具有平坦且扁平的端面。
根据另一优选实施方式，所述外凹部以其基底相对于所述端面深入地成型，否则，所述中间区域完全超过所述端面轴向地突出。
根据另一优选实施方式，所述阀座体的所述中间区域的壁厚沿径向方向变化，其中，在所述内凹部的区域中存在比在所述突起的其余区域中小的壁厚。
根据另一优选实施方式，在所述喷射开口的区域中设置材料加厚部。
根据另一优选实施方式，在所述阀座体中设置两个至三十个喷射开口。
特别有利的是，阀座体在其面向燃烧室的下端侧上的几何尺寸设计能非常灵活地适配于所希望的装配条件和对发动机运行的要求。
附图说明
在附图中简化地示出并在下面的说明书中更详细地阐述本发明的实施例。附图示出：
图1在已知构型中的燃料喷射阀的示意性截面，该构型具有在下游阀端部处包括喷射开口的阀座体，
图2a,2b,2c在各个放大图中作为图1的局部II-III的具有喷射开口的阀座体的不同已知结构形式，
图3在可与图2类比的局部示图中阀座体的本发明实施例。
具体实施方式
燃料喷射阀1的在图1中示出的已知示例以用于压缩混合气的外源点火内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射阀1的形式来实施。燃料喷射阀1尤其适合于将燃料直接喷射到内燃机的未示出的燃烧室中。一般性地，本发明可应用在用于配量流体的阀中。
燃料喷射阀1由喷嘴体2构成，在该喷嘴体中布置有阀针3。阀针3与阀关闭体4处于作用连接中，该阀关闭体与布置在阀座体5上的阀座面6共同作用形成密封座。阀座体5和喷嘴体2也可以实施为一体。燃料喷射阀1在该实施例中是向内打开的燃料喷射阀1，该燃料喷射阀具有至少一个喷射开口7，但是典型地具有至少两个喷射开口7。然而，燃料喷射阀1理想地实施为多孔喷射阀并因此具有四个至三十个喷射开口7。喷嘴体2通过密封件8相对于阀壳体9密封。例如电磁回路用作驱动装置，该电磁回路包括作为促动器的电磁线圈10，该电磁线圈封装在线圈壳体11中并且缠绕到线圈架12上，该线圈架贴靠在电磁线圈10的内极13上。内极13和阀壳体9通过变窄部26彼此分开并且通过非铁磁性连接构件29相互连接。电磁线圈10通过导线19被可通过电插接触头17供应的电流激励。插接触头17被塑料外套18包围，该塑料外套可以喷注在内极13上。替代地，也可以使用压电式或磁致伸缩式促动器。
阀针3在阀针导向部14中被导向，该阀针导向部盘形地实施。配对的调整盘15用于调整行程。在调整盘15的另一侧存在有衔铁20。该衔铁通过第一凸缘21力锁合地与阀针3处于连接中，该阀针通过焊接部22与第一凸缘21连接。在第一凸缘21上支撑有复位弹簧23，该复位弹簧在燃料喷射阀1的当前结构形式中通过调整套筒24被施加预紧力。
在阀针导向部14中、在衔铁20中并且在导向体41上延伸有燃料通道30,31和32。燃料通过中央燃料供应部16来供应并且通过过滤元件25来过滤。燃料喷射阀1通过密封件28相对于未进一步示出的燃料分配管路密封并且通过另一密封件36相对于未进一步示出的缸盖密封。
在衔铁20的下游侧布置有环形的阻尼元件33，该阻尼元件由弹性体材料构成。该阻尼元件坐落在第二凸缘34上，该第二凸缘通过焊接部35力锁合地与阀针3连接。
在燃料喷射阀1的静止状态中，衔铁20被复位弹簧23逆着该衔铁的行程方向这样加载，使得阀关闭体4保持密封贴靠在阀座面6上。在电磁线圈10受激励时，该电磁线圈建立磁场，该磁场使衔铁20逆着复位弹簧23的弹簧力沿行程方向运动，其中，所述行程通过在静止位置中存在于内极12与衔铁20之间的工作间隙27被预给定。衔铁20同样沿行程方向携带第一凸缘21，该第一凸缘与阀针3焊接。与阀针3处于连接中的阀关闭体4从阀座面6抬起，并且燃料通过喷射开口7被排出。
如果关断线圈电流，那么在磁场充分减弱之后，衔铁20通过复位弹簧23的压力从内极13掉落，由此，与阀针3处于连接中的第一凸缘21逆着行程方向运动。阀针3由此向着相同方向运动，由此，阀关闭体4坐落在阀座面6上并且燃料喷射阀1被关闭。
在图1,2a,2b和2c中示出已知阀座体5的实施方式。在图3中，为了阐明本发明的构型和阀座体5上的轮廓造型，在放大图中选择图1的可类比的局部II-III。
图2a,2b和2c在非常示意性的示图中示出具有喷射开口7的阀座体5的三个基本的典型结构形式。在根据图2c的已知且经证实的解决方案中，阀座体5以平坦和扁平的端面43向着燃烧室方向终止燃料喷射阀1的下游阀端部，而在根据图2a和2b的同样已知解决方案中，阀座体5构型有阀座体5的包围喷射开口7的、突起状地沿喷射方向向外突出的、相对于阀纵轴线40旋转对称地构造的中间区域44。在此，在根据图2a的该实施例中涉及在中间区域44中具有锥形周面的锥形突起，而根据图2b的实施方式的中间区域44作为球突起球形凸出地向外拱曲地实施。在两种情况下，阀座体5的突起状中间区域44与根据图2c的实施类似地流畅且连续地过渡到阀座体5的平坦和扁平的端面43中。
本发明的目的是，实现一种用于具有多个喷射开口7的燃料喷射阀1的阀座体5，该阀座体尽管具有突起状的中间区域44然而仍具有特别高的结构强度，该中间区域与现有技术相比对弯曲应力更不敏感地被设计。
一些测量显示，阀座体5的中间区域44中的小壁厚和短的喷射开口7对内燃机的颗粒排放具有正面影响。然而，在尽可能低的颗粒排放方面优化的这些燃料喷射阀1中存在以下危险：阀座体5中的构件应力明显提高。因此，本发明的用于提升强度的几何结构措施设置，局部地在阀座体5的对于强度关键的部位处增加材料体积或者说材料厚度。
根据本发明，阀座体5的突起状构造的中间区域44具有多重拱曲的外轮廓，该外轮廓通过以下方式产生，即构造有环形环绕的内凹部46和环形环绕的外凹部47，其中，内凹部46是突起的一部分，并且该突起在径向上在所有喷射开口7的孔口区域之外终止于深入的外凹部47中。凹部46,47理想地环绕地构造，其中，从外凹部47起径向向外衔接有阀座体5的又在轴向上突出的边缘区域48，使得在横截面中构成阀座体5的总共多重波纹形的突起轮廓。
在图3中，在可与图2类比的局部示图中示出阀座体5的本发明实施例。突起状的中间区域44以理想的方式相对于阀纵轴线40旋转对称地成型并且在径向上在所有喷射开口7的孔口区域之外终止于深入的外凹部47中，该外凹部如凹部46那样类似于环凹槽被开槽。在当前实施例中，凹部47和径向外部的凹部棱边至边缘区域48的过渡部分别倒圆地构造有相当小的半径。边缘区域48在此具有平坦和扁平的端面43。外凹部47如此成型，使得它以其基底深入地并且相对于端面43轴向缩回地错位。这种缩回地错位的阀座为阀座体5提供决定性的强度优点。否则，中间区域44在轴向上完全超过端面43突出。
为了使添加的材料体积不直接导致喷射开口7的加长，中间区域44的突起轮廓在喷射开口7的孔口区域中设有自身的小半径，使得喷射开口7之间的、构件内的应力被减小。此外，该特殊的轮廓引起待喷出的流体射束通过在喷射开口7的出口区域中产生的3D椭圆形而产生改进的射束散开(Strahlaufbruch)并且引起向燃烧室中的优化喷入。
下面，示例性地说明用于描述阀座体5的中间区域44的轮廓的一些具体尺寸说明，以便阐明结构尺寸，而本发明不会受限于此。在阀座体5并从而燃料喷射阀1的阀尖部具有约6mm的直径情况下，中间区域44的在径向上在内凹部46之内围绕阀纵轴线40的拱曲部的半径小于3mm。中间区域44的在内凹部46与外凹部47之间的、环形环绕的拱曲部的半径径向向外增大。在喷射开口7的处于突起处的孔口区域中，可以通过一定的材料加厚和从而通过局部的附加拱曲使该半径减小到约0.2mm至0.6mm。凹部47优选非常小地实施，更确切地说具有不应大于0.5mm的半径。
在该设计中，阀座体5的中间区域44的壁厚从在阀纵轴线40的区域中的约0.2mm至0.3mm变化至在靠近喷射开口7的加厚区域中的约0.35mm至0.7mm。在具有更大壁厚的变型方案中，最薄与最厚壁厚之间的差值更小，因为突起否则将会过于扁平。
从如凹部46那样用作卸载槽的凹部47处，该轮廓径向向外以相对于垂直的阀纵轴线40的从0°至最大70°的角度α延伸至阀座体5的端面43。根据设计而定，也可以用大于0.5mm的半径替代该角度。
喷射开口7上的较大壁厚与凹部47的组合使局部地在喷射孔出口处出现的最大应力最小化，因为可以通过添加的材料更好地分配所导入的力。在径向上相对于喷射开口7的喷射孔倾角大的情况下，应力与凹部47相互作用。因此需要将凹部47的半径设计得尽可能小，以便实现凹部47与喷射开口7之间的改善的强度。在小倾角的情况下，在喷射开口7之间存在最高应力。在此，在径向外部的中间区域44处的加厚区域会减小在那里产生的应力。通过凹部47和加厚部的几何尺寸设计在喷射开口7的区域中实现强度优化。此外，凹部47用于空气循环，该循环有利于流体喷雾的射束散开。此外，该循环帮助保护喷射开口7以防燃烧产物和燃烧室气体沉积。
阀座体5中的喷射开口7既可以构造有直径较大的、向喷射侧方向延伸的前阶梯，如在根据图2a和2b的实施中所示那样，又可以柱体形地、以具有正或负张开角度的锥形或多重阶梯地等延伸。可以考虑所有横截面形状用于喷射开口7，从圆形、椭圆形至多边形。在此，喷射开口7借助腐蚀、激光钻孔或冲压制成。喷射开口7可以在喷射孔入口或出口处或者制造有锋利棱边或者例如通过液力腐蚀被倒圆。
可以使用钢作为阀座体5的典型材料。因此可以借助切削(例如车削，研磨，珩磨)、通过成型(例如冲压)或也可以通过原型成型(例如金属注射成型)来制造突起状的中间区域44。但是，除钢以外也可以考虑其他金属材料或陶瓷材料用于阀座体5。
本发明不局限于所示实施例并且例如可应用于以不同方式布置的喷射开口7以及向内打开的多孔燃料喷射阀1的任意结构方式。

Claims (10)

1.一种用于配量流体的阀，尤其燃料喷射阀(1)，尤其用于将燃料直接喷射到燃烧室中，所述阀用于内燃机的燃料喷射设备并且具有：用于操纵阀关闭体(4)的能受激励的促动器(10)，所述促动器与构造在阀座体(5)上的阀座面(6)一起构成密封座；至少一个喷射开口(7)，所述喷射开口构造在所述阀座面(6)的下游，其中，将所述至少一个喷射开口(7)设置在所述阀座体(5)的突起状地沿喷射方向向外突出的中间区域(44)中，
其特征在于，
所述阀座体(5)的所述突起状构造的中间区域(44)具有在横截面中三重拱曲的外轮廓，所述外轮廓通过以下方式产生，即构造环形环绕的内凹部(46)和环形环绕的外凹部(47)，其中，所述内凹部(46)是所述突起的一部分，并且所述突起在径向上在所有喷射开口(7)的孔口区域之外终止于深入的所述外凹部(47)中，从所述外凹部起径向向外衔接有所述阀座体(5)的又在轴向上突出的边缘区域(48)。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，在横截面中构成所述阀座体(5)的总共多重波纹形的突起轮廓。
3.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，所述突起状的中间区域(44)相对于阀纵轴线(40)旋转对称地成型并且所述凹部(46,47)相应地环绕地延伸。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，环绕的深入的所述凹部(46,47)作为环凹槽被开槽。
5.根据上述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述外凹部(47)和/或径向外部的凹部棱边至所述边缘区域(48)的过渡部构造有锋利棱边或者倒圆地构造。
6.根据上述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述边缘区域(48)具有平坦且扁平的端面(43)。
7.根据权利要求6所述的阀，其特征在于，所述外凹部(47)以其基底相对于所述端面(43)深入地成型，否则，所述中间区域(44)完全超过所述端面(43)轴向地突出。
8.根据上述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述阀座体(5)的所述中间区域(44)的壁厚沿径向方向变化，其中，在所述内凹部(46)的区域中存在比在所述突起的其余区域中小的壁厚。
9.根据上述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，在所述喷射开口(7)的区域中设置材料加厚部。
10.根据上述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，在所述阀座体(5)中设置两个至三十个喷射开口(7)。
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