CN111042968A - 用于喷射阀的阀组件和燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于喷射阀的阀组件和燃料喷射阀。公开了一种阀组件(3)，其包括具有空腔(9)的阀体(4)、阀针(11)和电枢(23)，空腔(9)具有流体入口部分(5)和流体出口部分(7)。电枢(23)具有在轴向方向上从电枢(23)的上侧(33)延伸到下侧(35)的多个流动孔(36)，流动孔(36)允许燃料穿过电枢(23)。流动孔(36)的入口(37)与中心纵向轴线L相距距离R1，其中R1大于邻近电枢(23)上侧(33)的阀组件(3)的元件中的中心开口(28)的半径rP。流动孔(36)的出口(39)与中心纵向轴线L相距距离R2，其中R2小于布置在邻近电枢(23)的下侧的阀针(11)的轴向区域中的盘形元件(40)的半径rH。还公开了一种包括阀组件的燃料喷射阀(1)。

Description

用于喷射阀的阀组件和燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及用于流体喷射阀的阀组件和流体喷射阀，例如车辆的燃料喷射阀。本发明特别涉及电磁喷射阀。
背景技术
这种喷射阀必须能够计量流体，即使在高燃料压力的情况下。确保这一点的一种设计是“自由提升”设计，例如在文献EP 2985445 A1中公开的。根据这种设计，电磁致动器单元的电枢在其接合针以打开喷射器之前围绕“预行程间隙”或“自由提升间隙”行进。因此，动能在实际打开之前积累。
“自由提升”设计的喷射阀以及电枢固定到针的喷射阀通常在电枢接触极片的表面上镀有铬，以改善耐磨性。然而，镀铬成本很高，并且出于环境原因应该避免。
存在喷射阀的替代设计，其消除了电枢和极片之间的接触。这些“非接触式设计”或“无硬止挡”设计利用高刚度弹簧在电枢撞击极片之前在打开瞬态期间停止电枢。然而，高刚度弹簧需要安装空间，并且可能成本很高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于喷射阀的阀组件和喷射阀，其克服了上述困难并以高的最大压力提供稳定的性能。
该目的通过根据权利要求1的阀组件和根据权利要求8的喷射阀来实现。有利的实施例和发展是从属权利要求的目的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于喷射阀的阀组件，其包括具有中心纵向轴线的阀体，该阀体包括具有流体入口部分和流体出口部分的空腔。此外，阀组件包括可在空腔中轴向移动的阀针，阀针在关闭位置防止流体流通过流体出口部分，并在另外的位置释放流体流通过流体出口部分。
此外，阀组件包括设计成致动阀针的电磁致动器单元的电枢。在有利的实施例中，电枢布置在空腔中，并可相对于阀体以往复方式轴向移位。优选地，电枢也可以往复方式相对于电枢轴向移位。为了致动阀针，电枢可以有利地与阀针的电枢保持器以形状配合的连接方式接合，使得电枢可操作以带走阀针，特别是当轴向地朝向电磁致动器单元的极片行进时，即，在向内打开的阀的情况中，在朝向流体入口部分的方向上。向内打开的阀是这样的阀，其设计成使得阀针可在轴向方向上从流体出口部分朝向流体入口部分远离关闭位置移动，以打开阀。电枢具有多个流动孔，这些流动孔在轴向方向上从电枢面向流体入口部分的上侧延伸到面向流体出口部分的下侧，这些流动孔允许燃料穿过电枢。
在电枢的上侧上的流动孔的入口与中心纵向轴线L相距距离R1，其中R1大于邻近电枢的上侧的阀组件的元件中的中心开口的半径rP。此外，在电枢的下侧上的流动孔的出口布置在与中心纵向轴线L相距距离R2的位置处，其中R2小于布置在邻近电枢的下侧的阀针的轴向区域中的盘形元件的半径rH。
因此，以下关系适用于流动孔：
R1 ≤ rP
R2 < rH，
其中，距离R1和R2是入口和出口最靠近纵向轴线L的点的距离，换句话说：距离R1和R2分别是入口和出口的最内边缘的距离。如果中心开口的半径沿轴线L变化，rP表示紧邻电枢的上侧的半径。
根据本发明的该方面，在电枢的上侧上的流动孔的入口与邻近电枢的上侧的阀组件的元件径向重叠。该元件通常是阀组件的极片，并且在喷射器的传统设计中，在阀完全打开的位置，该元件将与电枢的上侧接触。
根据本发明，流动孔的入口布置在电枢的上侧的区域中，在传统设计中，该区域与邻近电枢另一侧的阀组件的元件，例如极片接触。这具有这样的效果，即由于燃料施加在电枢的上侧上的液压力，在电枢的上侧和邻近电枢的阀组件的元件(例如极片)之间存在剩余间隙。由于作用在电枢的上侧上的液压力，该剩余间隙保持打开。
事实上，电枢通过稳定位置的力的平衡而悬停在最大打开位置。在最大打开位置，作用在远离流体出口部分的方向上的磁力被液压力和由校准弹簧施加的弹簧力的总和平衡，液压力和弹簧力都作用在朝向流体出口部分的方向上。
因此，电枢在最大打开位置没有硬止挡。因此，不需要电镀表面以提高耐磨性。
此外，在电枢的下侧上的流动孔的出口与邻近电枢的下侧布置的盘形元件径向重叠。有利地，盘形元件可以相对于阀体或相对于阀针定位固定。
该盘形元件也可以称为“液压盘”，并且在一些实施例中，可以固定到阀针或者可以与阀针形成一体。在有利的实施例中，盘形元件和阀针的电枢保持器定位在电枢的相对轴向侧上。在这种情况下，电枢保持器和盘形元件可以有利地限制电枢相对于阀针在两个轴向方向上的轴向游隙，特别是电枢保持器在朝向流体入口部分的方向上和盘形元件在朝向流体出口部分的方向上的轴向游隙。
出口和盘形元件之间的径向重叠意味着在阀的完全关闭位置，出口至少部分地被盘形元件覆盖。这具有这样的效果，即流体可以被挤压通过出口和盘形元件之间的闭合间隙，从而耗散电枢的能量并阻尼电枢移动。
因此，阀组件具有这样的优点，即电枢的移动在阀的打开阶段的末尾和关闭阶段的末尾被阻尼。由于电枢的大部分能量在闭合阶段的末尾在电枢与盘形元件接触之前被耗散掉，因此应该防止针不受控制地重新打开。
这仅通过零件的设计来实现，该设计利用了液压力的作用，而不需要额外的零件。
根据本发明的实施例，以下关系适用：
rH > R2 + 0.5 d，
其中d是流动孔的直径。
特别地，rH可以是rH > R2 + 0.7 d，特别地rH > R2 + 0.9 d或甚至rH > R2 + d。如果rH等于R2和d之和，则出口在完全关闭位置完全被盘形元件覆盖。
根据本发明的实施例，径向间隙布置在电枢的外圆周表面和阀体的内圆周表面之间，该径向间隙建立了从电枢的上侧到下侧的流体泄漏路径。
“流体泄漏路径”在本上下文中被理解为尺寸被特别设计为使得其对流体流动的贡献不显著的流体路径。特别地，阀组件包括平行于上述流体泄漏路径的至少一个主流体路径。主流体路径的液压直径优选地为流体泄漏路径的液压直径的至少10倍，例如至少20倍。建立流体泄漏路径的径向间隙可以与由于电枢和阀体的制造公差所需的一样大。替代地，燃料泄漏路径的液压直径可能比制造公差所需的稍大。
电枢和阀体之间的径向间隙可以支持阻尼功能，如果它限制了流经电枢外部的流体量的话。因此，流体泄漏路径的液压直径被选择为足够小，以支持阻尼效果，特别是在关闭阶段的末尾。
根据本发明的一方面，提供了一种包括上述阀组件的燃料喷射阀。燃料喷射阀具有上面结合阀组件描述的优点，并且特别适合用作汽油直喷喷射器。
附图说明
从下面结合示意图描述的示例性实施例中，本发明的另外的优点、有利实施例和发展将变得显而易见。
图1示出了根据本发明的第一实施例的喷射阀的截面，并且
图2示出了根据图1的喷射阀的细节。
具体实施方式
图1和图2示出了喷射阀1，该喷射阀1特别适用于计量供应给内燃发动机的燃料。喷射阀1特别地包括阀组件3。阀组件3包括具有中心纵向轴线L1的阀体4。壳体6部分地围绕阀体4布置。
阀体4包括空腔9。空腔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的相对轴向端处。空腔9容纳阀针11。阀针11包括针轴15和焊接到针轴15的顶端的密封球13。
在阀针11的关闭位置，密封球13密封地搁置在具有至少一个喷射喷嘴的座板17上。预加载的校准弹簧18在针11上朝向关闭位置施加力。流体出口部分7布置在座板17附近。在阀的关闭位置，通过至少一个喷射喷嘴的流体流被阻止。喷射喷嘴可以是例如喷射孔。然而，它也可以是适合于计量流体的一些其他类型。
阀组件3设置有电磁致动器单元19。电磁致动器单元19包括螺线管21，螺线管21优选地布置在壳体6内部。此外，电磁致动器单元19包括电枢23。壳体6、阀体4的部分和电枢23形成电磁回路。致动器单元19还包括极片25。
电枢23可在空腔9中轴向移动，并通过形状配合固定到阀针11。针11由电枢23中的中心轴向开口26引导。电枢23可相对于针11轴向移动，即它可以在针11上滑动。
电枢保持器25固定到阀针11的一端。电枢弹簧27布置在保持器25和电枢23的上侧33之间。邻近电枢23的下侧35，液压盘40固定到阀针11，液压盘40的上侧41在阀1的完全关闭和完全打开位置与电枢23的下侧35接触。
电枢23包括多个流动孔36，流动孔36提供了从上侧33到下侧35的流体路径。流动孔36可以是垂直的或倾斜的。流动孔36的直径d在图1和图2所示的实施例中是恒定的，但是在其他实施例中可以变化。流动孔36具有在电枢23的上侧33处的入口37和在下侧35处的出口39。入口37和中心纵向轴线L之间的距离R1大于极片29的中心开口28的半径rP。
流动孔36的出口39和中心纵向轴线L之间的距离R2小于液压盘40的半径rH。因此，在阀的完全关闭和完全打开位置，当液压盘40的上侧41与电枢23的下侧35接触时，流动孔36的出口39被液压盘40覆盖。
在电枢23的外圆周表面47和阀体4的内圆周表面49之间，存在径向间隙45。径向间隙45建立了从电枢23的上侧33到下侧35的流体泄漏路径。只有非常少量的燃料能够通过径向间隙45。主流体路径穿过电枢23中的流动孔36。
图1和图2示出了处于完全关闭位置的喷射阀1。为了打开阀1，螺线管21被通电，并且电枢23经受磁力并向上朝着极片29滑动，在轴向方向上远离流体出口部分7移动，从而压缩校准弹簧18。
图1和图2所示的实施例采用了“自由提升”的概念。只有在经过自由提升间隙之后和消耗动能之后，电枢23才经由保持器25带动阀针11。因此，阀针11在轴向方向上移出阀1的关闭位置。
燃料开始沿着电枢23的上侧33流动，并通过流动孔36继续进入电枢23下方的空腔9，这是可能的，因为液压盘40和电枢23之间的间隙已经打开。密封球13从座板17上提升，并且至少一个喷射喷嘴解除堵塞。
在电枢23接近极片29的下侧31的同时，电枢23的上侧33和极片29的下侧31之间的间隙43减小。因此，燃料被挤出间隙43。该过程消耗能量。因此，电枢23的动能随着电枢23接近极片29而耗散。
电枢23在与极片29进行接触之前停止向上移动。因此，在其中针11已经远离流体出口部分7向上行进至最远的阀1的最大打开位置，在电枢23的上侧33和极片29的下侧31之间形成剩余间隙43。由于燃料施加在电枢23的上侧33上的液压力，剩余间隙43保持打开。因此，电枢23在最大打开位置没有硬止挡。
类似地，当液压盘40在到达阀1的最大打开位置之前不久接近电枢23时，或者当电枢23在到达阀1的关闭位置之前不久接近液压盘40时，能量被耗散。在这两种情况下，燃料被挤压通过电枢23的下侧35和液压盘40的上侧41之间的减小的间隙，并耗散能量。
在图1和图2所示的实施例中，液压盘40的半径rH大于R2和d之和。因此，当液压盘40与电枢23接触时，流动孔36的出口39被液压盘40完全覆盖。
在图中未示出的替代实施例中，液压盘40的半径rH小于R2和d之和，但是仍然大于R2。因此，当液压盘40与电枢23接触时，流动孔36的出口39被液压盘40部分覆盖。根据这些实施例，阻尼效果略有降低。
然而，阻尼效果还取决于通过径向间隙45的燃料泄漏路径的液压区域。因此，阀组件1的尺寸可以通过考虑几个因素来选择，特别是燃料压力、由校准弹簧18施加的力、径向间隙45的宽度以及rH和R2之间的关系。
当螺线管21断电时，校准弹簧18能够迫使阀针11在轴向方向上移动到其关闭位置。通过在向下移动期间借助于液压盘40和电枢23之间的闭合间隙耗散电枢23的能量，防止了针11的不希望的重新打开。

Claims (9)

1.一种用于喷射阀(1)的阀组件(3)，包括
- 具有中心纵向轴线(L)的阀体(4)，所述阀体(4)包括具有流体入口部分(5)和流体出口部分(7)的空腔(9)；
- 阀针(11)，其可在所述空腔(9)内轴向移动，所述阀针(11)在关闭位置防止流体流通过所述流体出口部分(7)，并且在另外的位置释放所述流体流通过所述流体出口部分(7)；
- 电磁致动器单元(19)的电枢(23)，其被设计成致动所述阀针(11)，所述电枢(23)具有多个流动孔(36)，所述多个流动孔(36)在轴向方向上从所述电枢(23)的面向所述流体入口部分(5)的上侧(33)延伸到面向所述流体出口部分(7)的下侧(35)，所述流动孔(36)允许燃料穿过所述电枢(23)，
其中，在所述电枢(23)的所述上侧(33)上的所述流动孔(36)的入口(37)与所述中心纵向轴线L相距距离R1，其中，R1大于邻近所述电枢(23)的所述上侧(33)的所述阀组件(3)的元件中的中心开口(28)的半径rP，并且
其中，在所述电枢(23)的所述下侧(35)上的所述流动孔(36)的出口(39)与所述中心纵向轴线L相距距离R2，其中，R2小于布置在邻近所述电枢(23)的所述下侧的所述阀针(11)的轴向区域中的盘形元件(40)的半径rH。
2.根据权利要求1所述的阀组件(3)，其中，所述盘形元件(40)固定到所述阀针(11)或者与所述阀针(11)成一体，并且所述阀针(11)包括电枢保持器(25)，所述盘形元件(40)和所述电枢保持器(25)定位在所述电枢(23)的相对轴向侧上，并且限制所述电枢(23)相对于所述阀针(11)在两个轴向方向上的轴向游隙。
3.根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)，其中，所述阀组件(3)的邻近所述电枢(23)的所述上侧(31)的元件是所述致动器单元(19)的极片(29)。
4.根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)，其中，以下关系适用：
rH > R2 + 0.5 d，
其中，d是所述流动孔(36)的直径。
5.根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)，其中，以下关系适用：
rH > R2 + 0.7 d，
其中，d是所述流动孔(36)的直径。
6.根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)，其中，以下关系适用：
rH > R2 + 0.9 d，
其中，d是所述流动孔(36)的直径。
7.根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)，其中，以下关系适用：
rH > R2 + d,
其中，d是所述流动孔(36)的直径。
8.根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)，
其中，径向间隙(45)布置在所述电枢(23)的外圆周表面(47)和所述阀体(4)的内圆周表面(49)之间，所述径向间隙(45)建立了从所述电枢(23)的所述上侧(31)到所述下侧(35)的流体泄漏路径。
9.一种燃料喷射阀(1)，其包括根据前述权利要求之一所述的阀组件(3)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200421

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