CN110100089B - 用于配给流体的阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于配给流体的阀(1)，其特别是用作用于内燃机的燃料喷射阀，所述阀包括电磁执行器(10)和能由电磁执行器(10)操纵的阀针(5)，其中，电磁执行器(10)的衔铁(6)在阀针(5)上被引导，其中，在阀针(5)上布置有止挡元件(7)，所述止挡元件限制衔铁(6)相对于阀针(5)的运动，其中，衔铁(6)具有朝向止挡元件(7)敞开的弹簧接收部(25)，支撑在止挡元件(7)上的弹簧(27)装入到弹簧接收部中。在此，阀针(5)通过衔铁(6)和/或止挡元件(7)沿着壳体(2)的纵向轴线(4)被引导。此外，沿着纵向轴线(4)观察，弹簧接收部(25)的长度(f)小于在未操纵的初始状态中的弹簧的弹簧长度(F)。

Description

用于配给流体的阀

技术领域

本发明涉及一种用于配给流体的阀、特别是用于内燃机的燃料喷射阀。本发明特别是涉及用于燃料喷射设备的喷射器的领域，其中，优选地实现将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中。

背景技术

由DE 10 2013 222 613 A1公知了一种用于配给流体的阀。所述公知的阀具有用于对控制配给开口的阀针进行操纵的电磁体。电磁体用于操纵能在阀针上移动的衔铁。在此，衔铁具有邻接于阀针的孔，所述孔形成用于卸荷弹簧的弹簧接收部。所述构型具有的缺点是，衔铁和阀针之间的引导仅仅在短的导向长度上实现。

发明内容

根据本发明的具有权利要求1的特征的阀具有的优点是，实现了改进的构型和工作方式。特别是可以实现衔铁和阀针之间改善的引导以及阀针沿着壳体的纵向轴线改善的引导。

通过在从属权利要求中实施的措施实现权利要求1中给出的阀的有利的进一步方案。

在用于配给流体的阀中，用作磁铁电枢的衔铁不与阀针固定地连接，而是在止挡之间活动地支承。所述止挡可以构造在止挡元件上，所述止挡元件可以实现为止挡套筒和/或止挡环。然而止挡元件也可以与阀针一体地构造。通过弹簧使衔铁在静止状态中移动到关于阀针位置固定的止档处，从而使衔铁抵靠在那里。在控制所述阀时则将完全的衔铁自由行程提供为加速行程，其中，弹簧在加速期间缩短。衔铁自由行程可以通过在衔铁和这两个止档之间的轴向间隙预给定。

根据权利要求2的进一步方案具有的优点是，增大了衔铁和阀针之间的导向长度。衔铁例如可以在其外侧在阀壳体中沿着纵向轴线被引导。通过增大衔铁和阀针之间的导向长度则相应地改善阀针沿着纵向轴线的引导。在阀针被引导通过例如在位置固定地布置在壳体中的内部电极上的止档元件的构型中，相应地实现改善衔铁相对于壳体的引导。

根据权利要求3的进一步方案具有的优点是，可以实现附加地延长导向长度，所述延长与弹簧接收部的构型无关。由此例如能够使弹簧接收部直接邻接于阀针。所述导向延长部和衔铁的有利的构型在权利要求4中给出。由此特别是能够实现鲁棒的构型，其中，导向延长部可以承受止档力。

根据权利要求5的进一步方案具有的优点是，导向延长部特别是构造为具有外直径，所述外直径处于衔铁的通孔的流入开口的内部，所述流入开口用于引导流体通过衔铁。这有利地影响运行特性。

根据权利要求6的进一步方案具有的优点是，实现下述的引导，所述引导与在无弹簧接收部的衔铁情况中相比一样好或者甚至更好。

根据权利要求7的进一步方案具有的优点是，弹簧在操纵时可以完全进入到弹簧接收部中，从而可以关于传统的构型的多个缺点实现最优的折衷方案。

当实现无弹簧接收部的构型，其中需要用于接收弹簧的附加的构件及其与衔铁的连接时，则传统的构型的缺点首先涉及可制造性、成本和装配。此外得出的缺点是，衔铁和内部电极之间的极面被减小，因为产生更小的磁力。这特别是涉及一个可能的构型，其中，阶梯孔构造在内部电极上，以便为弹簧提供空间。

第三个缺点涉及通过弹簧的磁短路和与此相关的磁力损失，这导致更慢的力形成以及在打开状态中更小的保持力。这通常涉及所使用的磁性弹簧钢，所述弹簧钢实现衔铁和内部电极之间的磁流的旁路。第四个缺点涉及在一个变体中衔铁和止挡环之间更小的接触面，在该变体中，止挡环进入到构造在衔铁上的弹簧接收部中。这可以引起增大的磨损以及减小的液压阻尼。

在第五个缺点中会产生在上部针导向部和衔铁之间的杠杆力臂，这特别是涉及前述的构型，其中，止档环进入到弹簧接收部中。这可以导致大的针弯曲，这导致增大的磨损、歪斜的止档和类似情况。第六个可能的缺点涉及下述构型，在该构型中需要大的弹簧直径。由于受限的径向结构空间则能实现较小的弹簧力，这不利于在特别是关于多次喷射的首次喷射之后快速地使衔铁静止。在相同的弹簧力的情况中，较大的弹簧直径还意味着衔铁上较大的倾斜力矩，这对于喷射功能同样是不利的并且特别是会导致衔铁止挡倾斜。第七个和最后一个缺点涉及弹簧在负荷下鼓起并且由此由于相对长的弹簧长度和小的径向空间关系引起与内部电极和/或止挡环接触的风险。由此导致不确定的摩擦，所述摩擦除了可能的磨损和产生颗粒以外还导致明显地分散喷射性能。

由此，通过弹簧完全进入到衔铁的弹簧接收部中可以关于前面列举的可能的缺点实现最优的折衷方案。在此，止档元件可以由非磁性的材料制造，由此从磁性角度可以将内部电极与衔铁隔离。此外，可以短暂地保持杠杆力臂。不仅极面而且衔铁和止档元件、特别是止档环之间的止档面可以选择为足够大的。此外可以实现弹簧的相对小的内部直径，从而也可以在弹簧的相对薄的金属丝厚度的情况下实现相对大的弹簧力。此外，弹簧也可以相对短地构造，从而减小鼓起以及相应产生的磨损的风险并且将导入到衔铁上的倾斜力矩保持在合理界限内。

根据权利要求8的进一步方案实现有利地流过衔铁。由此可以在一个可能的构型中实现在壳体中引导衔铁。此外可以在一个另外的可能的构型中使衔铁和壳体之间的环形间隙最小化。关于预给定的壳体尺寸，由此实现快速地力形成和大的保持力。通过通孔与弹簧接收部相交还可以使得衔铁的朝向内部电极的端面与当实现单独的通孔时相比构造得更大。

根据权利要求9的进一步方案具有另外的优点是，相对于由此引起衔铁的端面的面积的减小可以更大程度地增大通流截面。

根据权利要求10的进一步方案具有另外的优点是，可以实现在止档元件的区域中有利的燃料流动，而不必增大内部电极的内孔。

附图说明

本发明的优选的实施例在下述说明中参考附图详细地说明，在所述附图中相应的元件设有一致的附图标记。附图中：

图1以简要的示意性的截面图示出相应于第一实施例的阀；

图2以简要的示意性的截面图示出相应于第二实施例的阀；

图3和4示出从图1中以III所示的观察方向观察的阀的衔铁的可能的构型，和

图5至8示出反向于图1中以III所示的观察方向观察的阀的止档元件的可能的构型。

具体实施方式

图1以简要的示意性的截面图示出相应于第一实施例的用于配给流体的阀1。阀1可以特别是构造为燃料喷射阀1。一种优选的应用情况是燃料喷射装置，在所述燃料喷射装置中所述燃料喷射阀1构造为高压喷射阀并且用于将燃料直接喷射到内燃机的对应的燃烧室中。在此可以使用液态或气态的燃料作为燃料。阀1相应地适用于配给液态或气态的流体。

阀1具有壳体(阀壳体)2，内部电极3位置固定地布置在所述壳体中。由壳体2确定纵向轴线4，所述纵向轴线在此用作用于引导布置在壳体2内部的阀针5的参照。这意味着，在运行中应该使阀针5沿着纵向轴线4定向。

衔铁(磁性电枢)6布置在阀针5上。此外，止挡元件7和一个另外的止挡元件8布置在阀针5上。止挡7′，8′构造在止挡元件7，8上。衔铁6在此可以在操纵时在止挡元件7，8之间运动，其中，预给定衔铁自由行程9。衔铁6、内部电极3以及未示出的励磁线圈是电磁执行器10的组件。

阀关闭体11构造在阀针5上，所述阀关闭体与阀座面12一起连接成密封座。在操纵衔铁6时，所述衔铁朝向内部电极3的方向加速。当衔铁6挡靠在止挡元件7的止挡7′上并且由此操纵阀针5时，则燃料可以通过打开的密封座和至少一个喷嘴开口13喷入到空间、特别是燃烧室中。

阀1具有复位弹簧14，所述复位弹簧将阀针5通过止挡元件7移动到其初始位态中，密封座在所述初始位态中关闭。

衔铁6基于具有通孔21的柱状的基本形状20，其中，衔铁6在通孔21处在阀针5上被引导。在此，衔铁6的基本形状20具有朝向内部电极3的端面22和背离内部电极3的端面23之间的长度L。

衔铁6具有弹簧接收部25。弹簧接收部25在此在衔铁6的端侧22上敞开。弹簧接收部25沿着纵向轴线4具有端侧22和衔铁6的弹簧支撑面26之间的长度f。弹簧支撑面26在此是弹簧接收部25的底面26。在密封座被封闭的初始状态中，部分地布置在弹簧接收部25中的弹簧27具有弹簧长度F。也就是说，弹簧长度F在此是在未操纵的初始状态中的弹簧27的弹簧长度F。弹簧27在此一方面支撑在衔铁6的弹簧支撑面26上并且另一方面支撑在止挡元件7的止挡7′上。弹簧长度F大于弹簧接收部25的长度f。然而在操纵衔铁6时，弹簧27相对于其初始长度F缩短，其中，所述弹簧可以完全进入到弹簧接收部25中。

在这个实施例中，导向片28构造在衔铁6上。衔铁6在弹簧支撑面26和端面23之间沿着纵向轴线4具有(缩短的)长度l。在无导向片28的情况下仅仅所述缩短的长度l被提供作为导向长度。该长度l通过导向片28沿着纵向轴线4被延长导向片28的长度s。由此在这个实施例中得出导向长度l+s。在此，导向片28的长度s被选择为优选地等于或者甚至大于弹簧接收部25的长度f。由此，衔铁6在阀针5上的导向长度l+s等于或者甚至大于衔铁6在其端面22，23之间的长度L。

阀针5关于纵向轴线4或者关于壳体2的导向在这个实施例中通过止挡元件7实现。在此，止挡元件7在导向区域30中在内部电极3的内孔31上被引导。根据图5至8说明止挡元件7的可能的构型，所述构型实现流体、特别是燃料的有利的引导。在这个实施例中，在衔铁6的外侧32和壳体2的内侧33之间产生环形间隙34。

在一个变换的构型中，阀针5的导向可以附加地或替换地也通过衔铁6实现。在此，衔铁6的外侧32至少部分地延伸直到壳体2的内侧33。在这个构型中，替代导向区域30则可以实现止挡元件7和内部电极3之间的环形间隙。

由此可以实现沿着纵向轴线4有利地引导阀针5。在此，同时实现衔铁6和阀针5之间在导向长度l+s内的有利的引导，该导向长度优选地不小于长度L。

图2以简要的示意性的截面图示出相应于第二实施例的阀1。在这个实施例中设置导向延长部40。导向延长部40沿着纵向轴线4具有长度s′，以便延长衔铁6在阀针5上的引导。这意味着，在这个实施例中实现了衔铁6和阀针5之间沿着纵向轴线4的导向长度s′+l。

由此在这个实施例中可能的是，弹簧接收部25直接邻接于阀针5。这特别是简化了衔铁6的制造，因为弹簧接收部25可以通过在纵向轴线4处定向的圆柱形的凹进部实现。然而由此直接在衔铁6的基本形状20上仅仅具有相对于衔铁6在端面22，23之间的长度L缩短的长度l。所述缩短的长度l由此在一定程度上通过导向延长部40延长长度s′。特别是可以这样预给定长度s′，以使得导向长度s′+l的等于或者甚至大于衔铁6在其端面22，23之间的长度L。

此外，导向延长部40套筒状地构造。这意味着，导向延长部40的外直径41选择为明显小于衔铁6的外侧32的外直径42。

此外，弹簧27在这个实施例中配备有弹簧端部43，44。由此实现更好地支承。此外实现了减小的磨损以及一方面在衔铁6中在弹簧支撑面26上并且另一方面在止挡元件7的止挡7′上更均匀的力传导。

图3和4示出从图1中以III所示的观察方向观察的阀1的衔铁6的可能的构型，其中，为了更好地理解，阀针5示出为截面。端面22布置在部分面22A和22B中，弹簧接收部25设置在所述部分面之间。此外设置通孔51至54，所述通孔在这个实施例中构造为具有圆形横截面的通孔51至54。在此实现通孔51至54和弹簧接收部2之间的相交。这意味着，燃料可以在弹簧接收部的长度f上不仅流过弹簧接收部25的未由弹簧27填充的部分而且也流过通孔51至54。接着，燃料则在缩短的长度l上仅仅流过通孔51至54。由此以小的节流实现从端面22至端面23的燃料流动，而不进一步减小由部分面22A，22B组成的端面22的总面积。这在操纵衔铁6时有利地影响控制特性，因为不仅实现了大的磁力而且实现了减小的液压节流。

在根据图4所述的实施例中，附加地实现通孔51至54的肾形的构型，从而通孔51至54在周向方向55上围绕纵向轴线4或者周向地围绕纵向轴线4延伸经过更大的角度范围。由此特别是改善经过衔铁6的缩短的长度l的燃料流动。

图5至8示出反向于图1中以III所示的观察方向观察的阀1的止档元件7的可能的构型，其中，为了绘图说明，阀针5以截面示出。在此设置用于弹簧27的支撑区域60。支撑区域60径向向外通过虚线示出的线60A限定。此外，支撑区域60径向向内通过虚线示出的线60I限定。支撑区域60用作结构预给定的支撑区域，已选择的弹簧27应该支撑在该支撑区域中。此外，所述构型优选地涉及下述应用情况，在该应用情况中实现如同例如在图1中所示的那样止档元件7和内部电极3之间的引导。

为了将燃料引导经过止档元件7，设置凹进部61至64。在此，止档元件7从空心圆柱形的基本形状65出发通过所述凹进部61至64改型，该基本形状通过外直径D表征。由此不仅实现在外直径D处的引导的可能性，而且实现将燃料引导通过凹进部61至64。

凹进部61至64构造为使得其从纵向轴线观察最大延伸直到直径d。这意味着，从阀针5直到直径d保持圆形的面66。

优选地这样预给定直径d，以使得该直径处于外部的线60A和内部的线60I之间。弹簧27由此也在凹进部61至64的区域中至少部分地、即至少在圆形的面66处抵靠在支撑区域60上。由此实现由弹簧27良好地抵靠在支撑区域60和尽可能大的凹进部61至64上以及同时在外直径D处引导的可能性而形成的折衷方案

图5至8示出构造凹进部61至64的不同可能性。图5为具有圆柱形孔部的切削部，图6为具有矩形铣削部的切削部，图7为具有削平部的切削部。在根据图8的构型中，通流截面可以通过环形区段形成。

本发明不局限于所述的实施例。

Claims (10)

1.一种用于配给流体的阀(1)，其具有电磁执行器(10)和能由所述电磁执行器(10)操纵的阀针(5)，其中，所述电磁执行器(10)的衔铁(6)在所述阀针(5)上被引导，其中，在所述阀针(5)上布置有止挡元件(7)，所述止挡元件限制所述衔铁(6)相对于所述阀针(5)的运动，其中，所述衔铁(6)具有朝向所述止挡元件(7)敞开的弹簧接收部(25)，支撑在所述止挡元件(7)上的弹簧(27)装入到所述弹簧接收部中，

所述阀针(5)通过所述衔铁(6)和/或所述止挡元件(7)沿着壳体(2)的纵向轴线(4)被引导；沿着所述纵向轴线(4)观察，所述弹簧接收部(25)的长度(f)小于在未操纵的初始状态中的所述弹簧(27)的弹簧长度(F)，

其特征在于，

沿着所述纵向轴线(4)观察，所述衔铁(6)在所述阀针(5)上引导的导向长度(s+s′+l)不小于衔铁长度(L)，和/或所述衔铁(6)在所述阀针(5)上引导的导向长度由所述衔铁(6)的以所述弹簧接收部(25)的长度(f)缩短的长度(l)加上导向片(28)的长度(s)和/或导向延长部(40)的长度(s′)组成。

2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，在所述衔铁(6)上构造朝向所述止挡元件(7)的所述导向片(28)，所述导向片将所述衔铁(6)沿着所述纵向轴线(4)在所述阀针(5)上引导，和/或所述弹簧接收部(25)通过不邻接于所述阀针(5)的环形槽(25)构成。

3.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，在所述衔铁(6)上设置背离所述止挡元件(7)的所述导向延长部(40)，所述导向延长部将所述衔铁(6)沿着所述纵向轴线(4)在所述阀针(5)上引导。

4.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述导向延长部(40)构造在所述衔铁(6)上，或者所述导向延长部(40)与所述衔铁(6)材料配合地连接。

5.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述导向延长部(40)构造为套筒状的导向延长部(40)。

6.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，所述弹簧(27)在操纵时能够缩短至所述弹簧接收部(25)的由所述衔铁(6)的弹簧接收部(25)预给定的长度(f)。

7.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，所述衔铁(6)具有至少一个沿着所述纵向轴线(4)延伸的通孔(51-54)，所述通孔与所述弹簧接收部(25)相交。

8.根据权利要求7所述的阀，其特征在于，至少一个通孔(51-54)在周向方向(55)上肾形延展地构造。

9.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，所述止挡元件(7)基于空心圆柱形的基本形状，所述基本形状具有关于所述纵向轴线(4)确定的外直径(D)，并且在所述基本形状(65)的外侧(32)构造至少一个凹进部(61-64)，所述凹进部延伸直至关于所述纵向轴线确定的直径(d)，并且用于所述弹簧(27)的支撑区域(60)位于所述止挡元件(7)的确定的外直径(D)以内并且位于所述止挡元件(7)的确定的直径(d)以外。

10.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀是用于内燃机的燃料喷射阀。

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