CN111120172A - 用于计量流体的阀，尤其燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的阀、尤其燃料喷射阀的特点在于，尽管在几何尺寸减小的情况下，所述阀也能够被用于较高的流体压力。燃料喷射阀(1)包括能被激励的促动器(15)，用于操纵阀关闭区段(21)，该阀关闭区段与构造在阀座体(13)上的阀座面(14)一起形成密封座，还具喷射开口(4)，该喷射开口构造在阀座面(14)的下游，还具有可轴向运动的阀针(11)，该阀针具有阀针杆(19)，导向区段(30)以及阀关闭区段(21)与该阀针杆一起一件式地成型。根据本发明，在柱形的阀针杆(19)和阀关闭区段(21)之间，导向区段(30)成型有球形的外轮廓。所述燃料喷射阀特别适合用于将燃料直接喷射到混合压缩的、外源点火式内燃机的燃烧室中。

Description

用于计量流体的阀，尤其燃料喷射阀
技术领域
本发明从用于计量流体的阀，尤其燃料喷射阀出发。
背景技术
在图1中示例性地示出由现有技术已知的燃料喷射装置，在该燃料喷射装置中设置有安装在内燃机缸盖的接收孔中的燃料喷射阀。燃料喷射装置特别适用于在混合压缩的、外源点火式内燃机的燃料喷射设备中使用。所述阀具有阀壳体，该阀壳体还包括接收阀座体并且与该阀座体固定连接的阀座载体。阀关闭体与阀座体共同作用形成密封座。阀座体典型地是球，例如球轴承的球，所述球例如借助焊接固定在实心的阀针杆上。阀座体和阀针杆一起构成可轴向运动的阀针，该阀针在球形阀关闭体的区域中还具有该阀针的下方导向部(例如DE 10 2005 052 255A1或DE 100 55 513 A1)。
同样由DE 101 08 945 A1已知，在用于混合压缩的、外源点火式内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射阀中设置有阀针，在该燃料喷射设备中，在空心阀针杆上固定有球作为阀关闭体。
此外，由DE 101 16 186 A1已知，阀针构造为实心杆形的、具有很大程度上圆形的横截面的阀针，该阀针在其下游端部处具有阀关闭区段，该阀关闭区段直接从杆突出。例如球状或者部分球形或者倒圆地构造或者锥形变细的该阀关闭区段以已知的方式与设置在阀座元件中的阀座面共同作用。在杆形阀针的柱形区段的区域中实现阀针的下方导向部。
发明内容
本发明提出一种用于计量流体的阀，尤其用于内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀尤其用于将燃料直接喷射到燃烧室中，所述阀具有：
-能被激励的促动器，用于操纵阀关闭体，所述阀关闭体与构造在阀座体上的阀座面一起形成密封座，
-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，
-阀针，所述阀针具有阀针杆，导向区段以及阀关闭区段与所述阀针杆一起一件式地成型，
其中，在柱形的所述阀针杆和所述阀关闭区段之间成型有所述导向区段，该导向区段具有球形外轮廓。
根据本发明的用于计量流体的阀具有以下优点：尽管在几何尺寸减小的情况下，所述阀也能够被用于较高的流体压力。以有利的方式，这样地优化阀针在其下游端部处的几何形状，使得实现阀针的小的导向直径，减小在密封座区域中的液压负荷并且在制造该阀针时不需要附加的接合步骤。
为了实现这些优点，根据本发明，为此在柱形阀针杆和阀关闭区段之间，具有球形外轮廓的导向区段与阀针杆和阀关闭区段一起一件式地成型。
通过该几何设计，与已知的球状阀关闭体的解决方案相比减小了阀针在阀座面上的赫兹压力(Hertzsche Pressung)。以这种方式又能够实现较高的喷射压力。因此，例如可以实现在混合压缩的、外源点火式内燃机中以大于350bar直至500至600bar的流体压力进行直接喷射的客户要求。以有利的方式可以使用具有更小外径的阀座体，使得也可以减小用于阀的缸盖孔的直径。
下面给出的所述阀的有利扩展方案和改进方案。
根据本发明，所述阀针杆以直径D1成型，所述导向区段以直径D2成型，并且所述阀关闭区段以直径D5成型，其中，适用：D1>D2，尤其D1>D2>D5。
根据本发明，在所述阀针的阀关闭区段上成型有密封座面，所述密封座面实施为具有直径D3的球面并且与实施为锥形的所述阀座面共同作用形成密封座。
以有利的方式，所述阀适用：D2<D3，并且具有直径D2和D3的假想圆或者说球的中心点位于所述阀针杆的中轴线上的点M中。由于具有阀针的导向区段和密封座面的直径D2和D3的球的中心点位于旋转点M上，因此不存在用于阀针导向的密封区域的同心度偏差。
阀关闭区段由于其构型以万向节的形式抵着阀座面密封。因为导向区段的直径D2与密封座面的直径D3的尺寸无关，所以相应于D2的导向直径能够以有利的方式比在已知的解决方案中实施得更小。阀针的由公差决定的倾斜可以通过阀针绕着上述旋转点M的略微扭转或倾倒来补偿。在阀针倾斜的情况下，以有利的方式不发生密封直径D4的改变。
所述阀针以很大程度上柱形的阀针杆在其轴向长度上延伸，刺状的变细部衔接所述阀针杆，接着所述导向区段从所述变细部突出，在下游方向上，直径变细的杆区域衔接所述导向区段，一件式地一起成型的所述阀关闭区段又衔接所述杆区域。
所述阀关闭区段在直至所述阀座面的短区段中设有恒定的外径D5，使得该区段柱形地延伸。
所述阀关闭区段的柱形区域具有小的轴向长度，例如约0.2mm。
所述阀座面和所述密封座面之间的密封座线在直径D4上延伸，其中，适用：D4<D5<D2。
所述导向区段的球形外轮廓能够借助磨削和/或车削成型。
所述阀座体在其内开口中具有一个至五个用作通流凹部的凹口，所述凹口槽形地延伸并且在周边上观察在所述凹口之间分别构造有所述阀座体的具有柱形壁区域的导向区域，在所述导向区域上，所述阀针在其轴向运动期间在球状的所述导向区段的高度上被导向。
附图说明
在附图中简化地示出并且在下面的说明中详细阐述本发明的实施例。
附图示出了：
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上的阀座体，该阀座体具有喷射开口，
图2在放大示图中的作为图1的局部II的根据本发明的构型中的下游侧阀端部，
图3下游侧阀端部的沿着图2中的线III-III的截面图，和
图4根据本发明构型的阀针在下方导向部和阀关闭区段的区域中的放大示图。
具体实施方式
燃料喷射阀1的在图1中所示的已知示例以用于混合压缩的、外源点火式内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射阀1的形式实施。所述燃料喷射阀1尤其适用于将燃料直接喷射到内燃机的未进一步示出的燃烧室25中。本发明一般能够应用在用于计量流体的阀中。
燃料喷射阀1以下游端部安装到缸盖9的接收孔20中。密封环2，尤其由PTFE或由具有填充材料的PTFE构成的密封环负责将燃料喷射阀1相对于缸盖9的接收孔20的壁优化地密封。
燃料喷射阀1在其入口侧的端部3处具有通向未示出的燃料分配器管路的插接连接部，该插接连接部被在燃料分配器管路的连接接管和燃料喷射阀1的入口接管7之间的密封环5密封。燃料喷射阀1具有电连接插头8用于电接触，以便操纵燃料喷射阀1。
在阀壳体22和接收孔20的例如与接收孔20的纵向延伸部成直角地延伸的肩部23之间例如放入解耦元件24，该解耦元件用于补偿制造公差和装配公差并且保证即使在燃料喷射阀1略微倾斜的情况下也实现无横向力的支承。因此还实现了优化的噪声解耦。解耦元件24例如借助保险片39被保险。
此外，燃料喷射阀1的阀壳体22还通过入口接管7构成，然而也由喷嘴体10构成，在该喷嘴体中布置有阀针11。阀针11在这样的典型和常见的实施方式中与球形阀关闭体12处于作用连接中，其方式是：该阀关闭体通过焊接固定连接在杆形的阀针杆19上。阀关闭体12与布置在阀座体13上的阀座面14共同作用形成密封座。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4，然而典型地具有至少两个喷射开口4。然而，燃料喷射阀1理想地实施为多孔喷射阀并且因此具有四至三十个喷射开口4。
电磁回路例如用作驱动器，该电磁回路包括作为促动器的电磁线圈15，该电磁线圈封装在线圈壳体中并且缠绕到线圈架上，该线圈架包围内极16。此外，衔铁17属于电磁回路，该衔铁布置在阀针11上。在燃料喷射阀1的静止状态下，衔铁17被复位弹簧18逆着该衔铁的升程方向这样地加载，使得阀关闭体12保持密封地贴靠在阀座面14上。在电磁线圈15被激励时，该电磁线圈建立磁场，该磁场使衔铁17抵抗复位弹簧18的弹簧力沿升程方向运动。衔铁17也沿升程方向携带阀针11。与阀针11处于连接中的阀关闭体12从阀座面14抬起，并且燃料通过喷射开口4被喷射。
如果切断线圈电流，则在磁场充分消退之后，衔铁17由于复位弹簧18的压力而从内极16下落，由此，阀针11逆着升程方向运动。由此，阀关闭体12置于阀座面14上，并且燃料喷射阀1被关闭。
燃料喷射装置的该实施方式是具有燃料喷射阀1的用于汽油直喷的系统，所述燃料喷射阀如所示那样借助电磁促动器运行，然而也可以借助压电促动器运行并且例如被使用在恒压系统中。
可轴向运动的阀针11在球形阀关闭体12的区域中沿着阀座体13的中央开口的柱形壁具有下方导向区域。在此，导向直径较大，因为球形的阀关闭体比实心的阀针杆19具有更大的直径。该尺寸设计又由较大尺寸阀座直径以及阀座体13的外径决定，使得存在阀座的高液压负荷。在这种已知的解决方案中，此外特别重要的是，应注意阀针杆19和阀关闭体12相对彼此精确同轴地被焊接。
因此，本发明的任务是，提供一种用于计量流体的阀、尤其燃料喷射阀用的阀针11，该阀针在其下游端部处在其几何形状方面被优化，所述阀针允许较小的导向直径并且通过所述阀针能够实现在密封座区域中的减小的液压负荷并且在制造该阀针时不需要附加的接合步骤。
图2以放大示图示出作为图1的局部II的根据本发明的构型中的下游侧阀端部。在此可看到，阀针杆19在其下游端部处一件式地过渡到阀关闭区段中，其中，在构造有恒定直径的柱形阀针杆19和阀关闭区段21之间成型出具有球形外轮廓的导向区段30。下面根据图4详细说明阀针杆19的根据本发明的几何形状。
图3示出下游侧阀端部的沿着图2中的线III-III的截面图。该视图阐明例如一至五个(在所示示例中是三个)用作通流凹部的凹口31，所述凹口槽形地、在阀座体13的内开口中轴向延伸地构造，以便确保待排出的流体不受阻地流至阀座面14。在此，凹口31在周向上、以理想的方式在阀座体13的内开口的周边上均匀分布地布置。在周边上观察，在凹口31之间分别存在阀座体13的具有柱形壁区域的导向区域，在所述导向区域上，阀针11在其轴向运动期间在球状导向区段30的高度上被导向。凹口31在导向区域的下方通入到阀座体13的在径向上被扩宽的空间中，以便使凹口31对待形成的喷射图案的影响最小化。
在图4中可看到根据本发明构型的阀针11在具有导向区段30和阀关闭区段21的下方导向部的区域中的放大图。从衔铁17出发，阀针11的柱形阀针杆19朝阀关闭区段21的方向很大程度地以恒定的直径D1延伸。在针端部处，刺状的变细部衔接该恒定柱形的区段，然后，导向区段30接着从该变细部突出，该导向区段具有球形的外轮廓，该外轮廓具有直径D2。该导向区段用于阀针11在阀座体13中的下方导向。在下游方向上又衔接有直径变细的杆区域，该杆区域可以实施为柱形的并且在此具有直径D6。一件式地一起成型的、具有外径D5的阀关闭区段21与该杆区域衔接。在直至阀座面14的短区段中，阀关闭区段21设有恒定的外直径D5，使得该区段柱形地延伸。阀关闭区段21的密封座面28与实施为锥形的阀座面14共同作用形成密封座，该密封座实施为球面的，具体而言具有直径D3。根据本发明，具有直径D2和D3的假想圆或者说球的中心点位于阀针杆19的中轴线上的一个点中。阀座面14和密封座面28之间的密封座线在直径D4上延伸。
阀关闭区段21由于其构型以万向节的形式抵着阀座面14密封。具有直径D2和D3的球的中心点相重合并且构成旋转点M。因为直径D2与直径D3的大小无关，所以相应于D2的导向直径能够以有利的方式比在已知的解决方案中实施得更小。阀针11的由公差决定的倾斜可以通过阀针11绕着上述旋转点M的略微扭转或倾倒来补偿。在阀针11倾斜的情况下，以有利的方式不发生密封直径D4的改变。出于制造和装配原因以及出于在密封座中优化密封的原因应适用：D1>D2；特别地也适用：D1>D2>D5。因此，导向区段30尤其可以在其球状成型方面更好地通过例如磨削或车削来加工。然而也可以考虑，构造具有外径D5的阀关闭区段21，该外径相应于导向区段30的外径，即D2＝D5。此外，应适用：D2>D6<D5。下面示例性地给出实际的尺寸说明：D1＝2mm；D2＝1.8mm；D3＝3.2mm；D4＝1.35mm；D5＝1.6mm；D6＝1.3mm。这些尺寸说明应仅大致表示相对彼此的关系。可以想到与这些具体尺寸有偏差。这些尺寸说明就此而言不以任何方式限制本发明。
直径D5应选择得尽可能小，因为以这种方式可以减小对于阀针11的液压打开力。如果阀关闭区段21的具有外径D5的柱形区域仅实施得非常短(例如具有0.2mm的长度)，则负压区域也非常短，并且可以使阀针11的打开力最小化。
通过该几何设计，与已知的球状阀关闭体的解决方案相比减小了阀针11在阀座面14上的赫兹压力。以这种方式又能够实现较高的喷射压力。因此，例如可以实现在混合压缩的、外源点火式内燃机中以大于350bar直至500至600bar的流体压力进行直接喷射的客户要求。以有利的方式可以使用具有更小外径的阀座体13，使得也可以减小用于阀1的缸盖孔的直径。

Claims (10)

1.一种用于计量流体的阀，尤其用于内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射阀(1)，所述燃料喷射阀尤其用于将燃料直接喷射到燃烧室中，所述阀具有：
-能被激励的促动器(15)，用于操纵阀关闭体(12)，所述阀关闭体与构造在阀座体(13)上的阀座面(14)一起形成密封座，
-至少一个喷射开口(4)，所述喷射开口构造在所述阀座面(14)的下游，
-阀针(11)，所述阀针具有阀针杆(19)，导向区段(30)以及阀关闭区段(21)与所述阀针杆一起一件式地成型，
其特征在于，
在柱形的所述阀针杆(19)和所述阀关闭区段(21)之间成型有所述导向区段(30)，该导向区段具有球形外轮廓。
2.根据权利要求1所述的阀，
其特征在于，
所述阀针杆(19)以直径D1成型，所述导向区段(30)以直径D2成型，并且所述阀关闭区段(21)以直径D5成型，其中，适用：D1>D2，尤其D1>D2>D5。
3.根据前述权利要求中任一项所述的阀，
其特征在于，
在所述阀针(11)的阀关闭区段(21)上成型有密封座面(28)，所述密封座面实施为具有直径D3的球面并且与实施为锥形的所述阀座面(14)共同作用形成密封座。
4.根据权利要求2或3所述的阀，
其特征在于，
所述阀适用：D2<D3，并且具有直径D2和D3的假想圆或者说球的中心点位于所述阀针杆(19)的中轴线上的点M中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的阀，
其特征在于，
所述阀针(11)以很大程度上柱形的阀针杆(19)在其轴向长度上延伸，刺状的变细部衔接所述阀针杆，接着，所述导向区段(30)从所述变细部突出，在下游方向上，直径变细的杆区域衔接所述导向区段，一件式地一起成型的所述阀关闭区段(21)又衔接所述杆区域。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阀，
其特征在于，
所述阀关闭区段(21)在直至所述阀座面(14)的短区段中设有恒定的外径D5，使得该区段柱形地延伸。
7.根据权利要求6所述的阀，
其特征在于，
所述阀关闭区段(21)的柱形区域具有小的轴向长度，例如约0.2mm。
8.根据权利要求3所述的阀，
其特征在于，
所述阀座面(14)和所述密封座面(28)之间的密封座线在直径D4上延伸，其中，适用：D4<D5<D2。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阀，
其特征在于，
所述导向区段(30)的球形外轮廓能够借助磨削和/或车削成型。
10.根据前述权利要求中任一项所述的阀，
其特征在于，
所述阀座体(13)在其内开口中具有一个至五个用作通流凹部的凹口(31)，所述凹口槽形地延伸并且在周边上观察在所述凹口之间分别构造有所述阀座体(13)的具有柱形壁区域的导向区域，在所述导向区域上，所述阀针(11)在其轴向运动期间在球状的所述导向区段(30)的高度上被导向。
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