CN1419631A - 喷雾盘及具有喷雾盘的燃料喷射阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及喷雾盘(23)，它具有至少一个入口(40)及至少一个出口(42)以及一个在入口(40)与出口(42)之间的完整流体通道。在该喷雾盘(23)中在流体通道的配量横截面的上游集成了一个流量传感器(50，51，50’，51’，150，151)。以此方式在流动工作时通过喷雾盘(23)可以监测流量并在任何时间有效地调节流量。该喷雾盘(23)特别适合用在燃料喷射阀中，尤其适用于混合气压缩、强迫点火的内燃机的燃烧室中直接喷射燃料的高压喷射阀中。
Description
现有技术
本发明涉及根据权利要求1所述类型的喷雾盘及根据权利要求11所述类型的具有该喷雾盘的燃料喷射阀。
由DE-OS 196 39 506已经公知了一种可通过电磁操作的燃料喷射阀，其中在一个阀座的下游设有一个喷雾盘(Zerstaeuberscheibe)。该喷雾盘用于燃料的处理及成形的燃料雾束的配量喷射。
根据关于内燃机及甚至喷墨打印机上的喷嘴及喷射阀、用于喷射所有类型的流体的喷嘴或吸入装置的各个公开文献，已公知了喷雾盘的各种构型方案。它们的特征通常在于，至少一个入口及至少一个出口以及入口及出口之间的一个确定的连接区段，该区段可以很短，用于一个流体的完全通过。在此情况下，孔口的几何形状尺寸对流量起决定作用及具有配量功能。具体地，在喷雾盘用于燃料喷射阀的情况下，通过用于燃料喷射阀的合乎目标的轮廓构型(例如，涡旋盘，具有相对于入口偏置的出口的偏置盘，多射束盘)可获得喷射质量高、喷雾均匀细致及射束形状的可变性大的优点。
本发明的优点
根据本发明具有权利要求1特征的喷雾盘具有其优点，即它具有高度集成的功能。一个特殊的优点在于，在喷雾盘中集成了一个流量传感器，通过它可调节出流动工作时流过喷雾盘的流量的很大可变性。以此方式，可检测及在任何时刻可有效地调节流动工作时通过喷雾盘的流量。
通过从属权利要求中所述的措施可得到在权利要求1中所给出的喷雾盘的有利的进一步构型及改进。
特别有利的是，使用通过填充的硅有机(siliziumorganisch)聚合物的热解制造的复合陶瓷作为用于喷雾盘的材料。该材料具有很高的抗腐蚀稳定性及耐磨性，因此可保证高的寿命。
有利地，在至少一个出口的直接上游设有导电区域。在此情况下第一导电区域可被电能加热；及通过流体流过可影响第二导电区域的温度，及由此可改变该第二导电区域的电阻。以此方式可确定喷雾盘中流体通道的配量横截面的上游的流量。
根据本发明具有权利要求11的特征部分特征的燃料阀具有其优点，即在机动车工作期间可连续地测量喷射阀中的流量。而且可在任何时间有效地调节该流量。
由此不需要象迄今通常那样，通过专门在燃料阀出口中的配量区域的精确几何尺寸来保证大批量生产中喷射阀的流量精确性。而通过根据本发明的喷雾盘的构造则可在发动机工作中检测及调节流量。以此方式可降低喷射阀的制造成本。
附图说明
在附图中简化地表示本发明的实施例，并且在以下的描述中详细地说明。附图为：
图1以剖视图示出具有喷雾盘的燃料喷射阀的部分，
图2表示由DE-OS 19639 506所公知的喷雾盘的俯视图，用于说明及解释根据本发明的喷雾盘的一种可能的构型，
图2a至2c表示根据图2的喷雾盘的各个功能层面，
图3表示沿图2中线III-III的一个截面图，及
图4表示根据本发明的具有集成的流量传感器的喷雾盘的一个实施例，其轮廓构型相应于图2中所示的喷雾盘。
具体实施方式
在图1中以用于混合气压缩、强迫点火式内燃机的燃料喷射装置的喷射阀的形式示范表示的可电磁操作的阀特别适用于作为在内燃机燃烧室中直接喷入燃料的高压喷射阀。对于根据本发明的喷雾盘的应用，喷射阀(用于汽油或柴油，用于直接喷射或进气管喷射)仅是一个重要的应用领域。这些喷雾盘也可应用于喷墨打印机，喷射任何类型的流体的喷嘴或吸入器中。
该喷射阀具有一个管状阀座架1，其中构造了一个与阀纵轴线2同心的纵向孔3。在该纵向孔3中设置了一个例如管状的阀针5，该阀针在其下游端部6与一个例如球形的阀关闭体7固定地连接，在阀关闭体周面上设有例如5个削平部分8，用于使燃料从其旁流过。
喷射阀的操作以公知的方式，例如电磁方式来实现。一个概要表示的具有电磁线圈10，衔铁11及铁芯12的电磁回路用于抵抗一个未示出的复位弹簧的弹簧力打开喷射阀或者关闭喷射阀。衔铁11与阀针5的背离阀关闭体7的端部例如通过激光器产生的焊缝相连接并对准铁芯12。
一个阀座体16的导向孔15用于在轴向运动时导向阀关闭体7，该阀座体在位于下游的、背离铁芯12的阀座架1的端部中密封地通过焊接被安装在与阀纵轴线2同心地延伸的纵向孔3中。在其背离阀关闭体7的下端面17上，阀座体16与一个例如罐状构成的盘支架21同心地固定连接，该盘支架至少用其外环形区域22直接地靠置在阀座体16上。在此，该盘支架21具有与已公种的罐状喷射孔板相似的形状，盘支架21的中心区域设有一个无配量功能的透孔20。
根据本发明的喷雾盘23被这样地设在透孔20的上游，即它完全地覆盖了透孔20。盘支架21被作成具有一个底部分24及一个固定边缘26。固定边缘26在轴向上背离阀座体16地延伸及锥形地向外弯曲一直到其端部为止。阀座体16及盘支架21的连接例如通过由激光形成的一个环形的、密封的第一焊缝25来实现。此外，盘支架21在固定边缘26的区域中与阀座架1中的纵向孔3的壁通过一个环形的、密封的第二焊缝30相连接。
被夹持在盘支架21与阀座体16之间的喷雾盘23被作成阶梯状，其中首先一个下部基区32具有大于喷雾盘23其余部分的直径。在此情况下，具有较小直径的盘区域33尺寸精确配合地伸入到阀座体16的阀座面29下游的圆柱形排出孔31中。径向伸出的及由此可被夹持的喷雾盘23的基区32靠在阀座体16的下端面17上。
喷雾盘23的盘区域33包括例如两个功能层面，即一个中间功能层面及一个上功能层面，而基区32仅由一个下功能层面构成。在此，各个功能层面在其轴向延伸上分别具有尽可能不变的孔口轮廓。
由阀座体16、罐状盘支架21及喷雾盘23组成的阀座件在纵向孔3中的插入深度确定了阀针5行程的大小，因为在电磁线圈10未被激励的情况下阀针5的终端位置由阀关闭体7靠置到阀座体16的阀座面29来确定。阀针5的另一终端位置在电磁线圈10被激励的情况下通过例如衔铁11靠置到铁芯12上来确定。因此阀针5的这两个终端位置之间的距离就是行程。球状的阀关闭体7与阀座体16的截锥状收缩的阀座面29配合作用。
喷雾盘23借助盘支架21的安置及作为固定的夹持仅是安装喷雾盘23的一种可能方案。作为在阀座体16上间接固定喷雾盘23的这种夹持方式具有其优点，即可避免由温度引起的变形，而在喷雾盘23的直接固定方式如熔焊或烙铁焊时则可能出现这样的变形。但盘支架21不是固定喷雾盘23的唯一途径。
图2表示由DE-OS 196 39 506公知的喷雾盘的俯视图，它用于说明及解释根据本发明的喷雾盘23的一种可能的构型。孔板23被作成扁平的圆形部件，它具有三个轴向依次叠置的功能层面。尤其是图3表示出具有其三个功能层面的孔板23的结构，该图3是沿图2的线III-III的一个剖视图。
上功能层面37具有尽可能大范围的入口40，该入口具有类似风格化蝙蝠(或双H)的轮廓形状。该入口40具有的横截面可描述为局部倒圆角的矩形，它带有两个对置的矩形收缩部分45及三个超过收缩部分45延伸出的入口区域46。在下功能层面35中，相对于喷雾盘23的中心轴线相等距离并对该中心轴线对称地设有四个矩形的出口42。
在所有功能层面35，36，37在一个平面上的投影中(图2)，出口42尽可能地位于上功能层面37的收缩部分45中。出口42相对入口40出现错位，即在该投影中入口42无一处覆盖住出口42。为了保证流体从入口40一直流到出口42，在中间功能层面36中构造有一个通道41(空腔)。具有倒圆角的矩形轮廓的通道41的尺寸是这样的，即在所述投影中该通道完全覆盖住入口40。因为该通道也覆盖住四个出口42，所以它们在所有侧上均可入流。
在图2a，2b及2c中再次逐个地表示出这些功能层面37，36及35，以便精确地识别各个功能层面37，36及35的孔口轮廓。这些图的每个仅是水平地沿每个功能层面37，36及35的简化剖视图。
由于上述的出口42相对至少一个入口40的错位，得到了流体介质如燃料的S形的流动曲线。通过径向延伸的通道41流体介质获得了一个径向速度分量。通过所述的在喷雾盘23内的具有流体多次强烈偏转的S形冲击使流体形成强烈的促进喷雾的湍流。因此使与流体横切的速度梯度显示得特别强。由该速度差产生的流体中剪切应力的提高促进了出口附近细液滴的分解。
随着用于内燃机的车上诊断系统(OBD)的引入，在未来对机动车的与废气技术相关的部件效能的电子监测将成为现实。对于燃料喷射阀，这种待监测的量是阀针5每打开行程的燃料喷射量。因此根据本发明提出一种微结构的喷雾盘23，它具有流量传感器，借助它可通过喷射阀控制脉冲的持续时间来有效地调节燃料喷射量。
图4示出根据本发明的具有集成的流量传感器的喷雾盘23的实施例，但其它方面具有上述的示范轮廓造型。
该喷雾盘23例如由陶瓷材料制成。在该喷雾盘23的微结构中通过局部在材料中造成导电性形成合乎目的的导电区域50，51。在图4所示实施例中，导电区域50，51被设置在下功能层面35，即下陶瓷层中。导电区域50，51以接触面50’，51’结束在喷雾盘23的外边缘上。喷雾盘23被这样地固定在燃料喷射阀上，即这些接触面50’，51’与喷射阀中未示出的相应连接触点相接触。输入流量传感器及由它取出的测量及控制信号可以例如由设在喷射阀外部的控制装置处理。
在每个出口42的外周上分别延伸着两个导电条150，151。这些导电条150，151作为导电区域50，51的一部分，彼此具有小的相对距离。如上所述，出口42是这样布置的，即它们所有侧上均可由通道41入流。因此在流体进入出口42前，流体大致与导电条150，151垂直相交。通过接触面50’触点接通的导电条150被确定的电能加热。在下游被导电条150这样加热的燃料流将接着与导电条151相接触，后者与接触面51’相连接。被加热的燃料流影响了导电条151的温度，由此使其电阻改变。根据流量或流速，导电条151将不同程度地被加热。借助一个求值电路由导电条151的电阻可确定出瞬时的流量。因此在机动车及其燃料喷射阀工作期间可连续地测量喷射阀的流量。以此方式可以监测流量并在任何时间有效地调节流量。
在喷雾盘上测量流量的原理不局限于所详细描述的带有相错位的入口40及出口42的喷雾盘23上，也可用在完全不同类型的其它喷雾盘上，例如涡旋盘。但是重要的是，流量传感器总是要设在配量的横截面的上游该横截面的附近。
作为用于导电区域50，51及非导电区域的材料最好使用通过由注入的硅有机聚合物的热解制造的复合陶瓷，它们例如已由EP 0 412428 B1或DE 195 38 695 A1所公知。通过填充材料的类型及量值可以调节复合陶瓷的电阻。微结构的喷雾盘23可借助热压及未完全硬化的模制件的接合或通过热解状态下的接合或借助模铸或带有损耗模的传递模塑(Transfer Molding)法来制造。包括导电条150，151在内的导电区域50，51可通过涂布(Rakeln)或丝网印刷施加到喷雾盘23的下功能层面35、即陶瓷基板32，55上，或通过显微模铸或传递模塑设置，或由非导电基底和一个导电薄层通过冷压及随后的激光构型处理来制造双层的复合件。
在显微模铸(Mikrospritzguss)或具有填充部分的传递模塑时，首先压铸及硬化基底，即陶瓷基板32，55。然后在第二压铸过程中产生导电区域50，51。在下一步骤中，在设有导电区域50，51的陶瓷基板55上通过使用损耗模喷铸喷雾盘23的上功能层面36，37。
在激光构型处理时可考虑两种方法的方案。一种是通过激光烧蚀(在应产生不是导电区域50，51的位置上的材料蒸发)来产生后来的导电条150，151的结构。另一种是通过在后来的导电条150，151的位置上的局部热解及接着对剩余的导电复合物的蚀刻来产生导电条150，151的结构。这样制造的部分将如EP 0 412 428 B1中所述地热解。在此情况下必需注意：非导电的(基板32，55)及导电的(导电条150，151，接触面50’，51’)复合陶瓷在热解收缩及热膨胀系数方面应相互协调，以便防止热解过程期间形成裂纹。
Claims (16)
1.喷雾盘(23)，它具有至少一个入口(40)及至少一个出口(42)以及一个在入口(40)及出口(42)之间的完全通流的通道，其特征在于：在该喷雾盘(23)中流体通道的配量横截面的上游集成了一个流量传感器(50，51，50’，51’，150，151)。
2.根据权利要求1的喷雾盘，其特征在于：该喷雾盘(23)由一种陶瓷材料制成及具有局部的导电区域(50，51)。
3.根据权利要求1或2的喷雾盘，其特征在于：紧靠着该至少一个出口(42)的上游设有导电区域(50，51)。
4.根据权利要求3的喷雾盘，其特征在于：在每个出口(42)的外周上分别延伸着两个导电条(150，151)。
5.根据权利要求4的喷雾盘，其特征在于：导电条(150，151)彼此具有小的距离。
6.根据权利要求3至5中一项的喷雾盘，其特征在于：第一导电区域(50，150)可被电能加热。
7.根据权利要求6的喷雾盘，其特征在于：通过流体流过可影响第二导电区域(51，151)的温度，及由此可改变该第二导电区域的电阻。
8.根据权利要求7的喷雾盘，其特征在于：通过第二导电区域(51，151)的电阻可确定喷雾盘(23)中在流体通道的配量横截面的上游的流量。
9.根据权利要求2至8中一项的喷雾盘，其特征在于：导电区域(50，51，150，151)以接触面(50’，51’)终止在喷雾盘(23)的外边缘上，这些接触面可与连接到一个求值电路的连接触点相连接。
10.根据权利要求2的喷雾盘，其特征在于：使用通过填充的硅有机聚合物的热解制造的复合陶瓷作为用于喷雾盘(23)的材料。
11.用于内燃机燃料喷射装置的燃料喷射阀，具有一个致动器(10，11，12)，一个可运动的阀部件(5)，该阀部件与一个固定的阀座(29)相配合用于打开及闭合阀，及具有一个设在阀座(29)下游的喷雾盘(23)，该喷雾盘具有至少一个入口(40)及至少一个出口(42)以及一个在入口(40)及出口(42)之间的完全通流的燃料通道，其特征在于：在该喷雾盘(23)中在燃料通道的配量横截面的上游集成了一个流量传感器(50，51，50’，51’，150，151)。
12.根据权利要求1 1的燃料喷射阀，其特征在于：该喷雾盘(23)由一种陶瓷材料制成及具有局部的导电区域(50，51)。
13.根据权利要求11或12的燃料喷射阀，其特征在于：在紧靠该至少一个出口(42)的上游设有导电区域(50，51)。
14.根据权利要求13的燃料喷射阀，其特征在于：第一导电区域(50，150)可被电能加热；及通过燃料流过可影响第二导电区域(51，151)的温度，及由此可改变该第二导电区域的电阻，由此可确定喷雾盘(23)中在燃料通道的配量横截面上游的流量。
15.根据权利要求12至14中一项的燃料喷射阀，其特征在于：导电区域(50，51，150，151)以接触面(50’，51’)终止在喷雾盘(23)的外边缘上，这些接触面可与连接到一个求值电路的连接触点相连接。
16.根据权利要求15的燃料喷射阀，其特征在于：喷雾盘(23)通过接触面(50’，51’)可与一个控制装置电连接。
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