CN1894500A - 在阀座上具有多锥几何结构的阀体 - Google Patents

在阀座上具有多锥几何结构的阀体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制处于高压下的液体的阀(1)，它具有一个阀座区域(5)，在该阀座区域上可使一个高压区域(6，23)与一个低压区域(7)彼此连接及彼此分开。在一个阀体(2)上构造有用于锥形阀元件(3)的阀座面(29)，其中阀座面(29)倾斜地延伸在阀体(2)中。锥形的阀元件(3)具有在阀座区域(5)中的多锥几何结构(19)，该多锥几何结构具有至少一个第一锥面(20)及一个第二锥面(21)，这些锥面具有彼此不同的锥角(18，18a，27，28)。

Description

在阀座上具有多锥几何结构的阀体
技术领域
例如在使用于混合气压缩的或压燃式内燃机的燃料喷射系统中，当前使用电磁阀来控制燃料量。在电磁阀闭合的状态中它们用于使燃料不能从一个封闭的容积中流出。在打开状态中，将相反地允许燃料通过。借助这种阀，例如当使用在用于直接喷射式内燃机的燃料喷射装置中时必需具有高的系统压力，该系统压力在大于1500巴的数量级上。在这些阀上构成的阀座在I阀(向内打开的结构)或A阀(向外打开的结构)的实施形式中被加工有单锥体。
现有技术
使用在压燃式内燃机的燃料喷射装置中的阀由于结构空间的原因变得愈来愈小，相反地待具有的系统压力具有强烈上升的趋势。这将在这种阀上导致更高的负荷，尤其在阀座的区域中。通过这种更高的负荷除了气蚀作用外也在密封区域中引起阀座的机械磨损。由DE42 38 727 C2已公开了这种阀。
在更高的负荷时在阀座区域中出现的磨损将导致在这种阀的工作寿命期间打开及关闭过程方面开关性能的改变及由此随着该设有单锥的阀使用期间的增长导致喷射量的漂移。
在例如用于高压喷射系统中的电磁阀的传统阀座上，阀针及在其中导向阀针的阀体以不同的锥角来制造。由于这些锥角得到了在阀座区域中产生的座角度差。该座角度差在阀新状态下导致一个精确定义的密封棱边。此外在设有单锥的阀座上该座角度差导致了阀针与阀体之间形成一个阻尼间隙。
由于电磁阀工作寿命期间在密封区域中出现的机械磨损，阀针及阀体的锥角随着工作期间的增长相互匹配。由在电磁阀新状态中线形延伸的密封(密封棱边)在工作时间的进展中变成一个在磨合了的状态中的面密封。视由于磨损产生的密封面的表面结构的构型而定，该密封面可被高压PHD渗入。由于在新状态中的线形密封向磨合状态中的面密封的过渡，液压起作用的密封直径dhydr.从原始密封棱边移到磨损区域中。这意味着原始的液压起作用的密封直径dhydr.减小了。在磨合状态下在面密封中产生的液压起作用的密封直径dhydr.Betrieb，DL小于在新状态中的液压起作用的密封直径dhydr.。由此使液压起作用的面改变。由于电磁阀的阀座区域中液压起作用的面的改变，在阀针上作用的力关系也改变，这将导致电磁阀在其工作寿命期间开关性能的不希望的改变及由此引起喷射量的漂移。
本发明的概述
为了达到在工作寿命期间待喷射到内燃机的燃烧室中的燃料量的尽可能小的量漂移，则需要使液压起作用的密封直径dhydr.在阀的工作寿命期间尽可能保持恒定。为了实现它，根据本发明提出的用于高压燃料喷射系统中的电磁阀的阀座例如具有包括侧凹的双锥面或多锥面几何结构。根据本发明提出的阀座的构型的特征是，在阀座的密封区域中构成座角度差的减小及在阀座的密封区域后面(自由区域)形成座角度差的增大。所述双锥面或多锥面几何结构在阀的新状态中导致面密封、即面接触区域。因为阀针及阀体的小的座角度差及粗糙度或平直度公差将用于：不仅使阀针的外棱边接触在阀体上，而且在阀针与阀体之间具有由加工引起的“粗糙度峰”。因此在新状态中与由现有技术公开的设有单锥面的实施方案不同地不出现线形的密封区域(密封棱边)。由于在自由区域中、即位于密封区域后面的座角度差的增大，可达到对产生的机械磨损的限制。通过该措施使液压起作用的密封直径dhydr.在新状态下减小及在阀的磨合状态下稳定。因此，在根据本发明提出的阀的使用寿命期间液压起作用的密封直径dhydr.近似地保持恒定。由此可减小在阀工作寿命期间喷射到内燃机燃烧室中的燃料量的量漂移及其发散。由于基本上恒定的液压起作用的密封直径dhydr.，因此能以有利的方式尽可能避免设有根据本发明提出的阀座几何结构的阀的开关性能的改变。
根据本发明提出的阀座的作为双锥或多锥几何结构的构型尤其可有利地用于-正如正压燃式内燃机上所使用的-高压喷射系统中，在其中必需保持大于1500巴的压力。根据本发明提出的阀座的构型既可用于向内打开的阀(I阀)也可用于向外打开的阀(A阀)。在一个有利的构型方案中，由于延伸在密封棱边两侧的锥面，在密封棱边磨损的情况下液压起作用的密封直径dhydr.不改变，因为在工作中由密封棱边的变平产生的阀座匹配同时径向向内及径向向外地延伸。由此由原始线状接触的密封在阀工作寿命期间随着密封棱边变平的增加形成了在两侧对称地增大的密封面，它的典型特性在于一个恒定的液压起作用的密封直径dhydr.。
附图说明
以下结合附图对本发明详细说明。
图1：在I阀上的双锥座几何结构的一个实施方案，
图2：在I阀上阀座区域中的双锥座几何结构的另一实施方案，
图3：在I阀上具有延伸在密封棱边双侧上的锥面的一个阀座区域的另一实施方案，
图4：在也具有位于密封棱边双侧的锥面的I阀的阀座区域上的一个密封棱边的另一实施方案，
图5：在阀体中开有槽的阀座区域中的多锥几何结构的一个实施方案，
图6：在一个A阀的阀座区域中的多锥几何结构的第一实施方案，
图7：在A阀上的一个阀座区域的另一实施方案，
图8：在具有倾斜的阀体密封面的A阀上的一个阀座区域的另一实施方案，
图9：根据本发明得到的、具有一个密封棱边的阀座区域的另一实施方案，其中两个截锥面延伸到该密封棱边，及
图10：在具有组合在阀体密封面中的槽的一个A阀上的一个阀座区域的另一实施方案。
具体实施方式
图1表示根据本发明提出的、在一个I阀的阀座区域上的多锥几何结构的一个实施方案。
一个电磁阀1、例如一个在燃料高压喷射装置中使用的柴油电磁阀，包括一个阀体2及一个在该阀体中被导向的、构成阀针3的阀元件3。阀元件3及阀体2相对一个对称线对称地构成。阀体2与阀针3之间的阀座区域用标号5指示。在阀针3的闭合状态中通过该阀座区域5将一个其中具有高压PHD的高压区域6与一个其中具有低压PND的低压区域7彼此相隔离。
在图1所示的阀区域5的实施方案中，一个密封棱边8由一个多锥19的第一锥面20的密封棱边的直径25(dS)来确定。在第一锥面20内构造了一个座角度差18。该座角度差18仅为几个角度(≤5°)。在阀1新状态下密封棱边的直径25dS与液压起作用的密封直径14dhydr.，neu近似地重合。由于本发明在第一锥面20上构成的座角度差18，在密封棱边8与阀座面29之间的接触在工作的时间延续中过渡到一个面的接触，但其中由于小的座角度差18保证了：在工作时间延续中出现的液压起作用的密封直径15(图1中虚线所示)dhydr，Betrieb基本上与新状态下的液压起作用的密封直径14dhydr.neu相一致。多锥几何结构19的与第一锥面20连接的第二锥面21可设为一个锥面，该锥面的角度在一个角度范围28(参见图1的视图)内。通过该不与阀体2的阀座面29相接触的第二锥面21保证了：密封作用仅出现在以座角度差18构成的第一锥面20与阀体2的阀座面29之间。由此限制了磨合或磨损宽度。
多锥几何结构19的第二锥面21所构造的倾斜角可位于由倾斜角28指示的区域内。多锥几何结构19的第二锥面21在阀针3上第二环绕棱边12的下面与多锥几何结构19的第一锥面20连接。无论在新状态还是在阀针3的磨合状态中，在阀针3的闭合状态中，与阀体2的阀座面29相互配合地实现其中具有高压PHD的高压区域6与其中具有低压PND的低压区域7的面密封。在根据图1的视图中，阀针3的外径由参考标号24(dN)指示。
在图1中所示的、阀针3的第一锥面20与阀体2的阀座面29之间的距离在第二锥面21的锥角28的相应选择的情况下起到阻尼角的作用，因为当阀针3闭合时位于该间隙中的燃料必需被压出来，以致通过仍包含在阻尼间隙10中的燃料使第一锥面20对阀座面29的冲击得到阻尼。
图2中可看到根据本发明提出的、一个I阀上的阀座区域的另一
实施方案。
通过高压入口23供给燃料的高压区域6与其中具有低压PND的低压区域7通过阀针3的第一锥面20隔离。
与图1中所示的实施方案不同地，在图2中所示的根据本发明提出的I阀22的实施方案中，第二锥面21向内翻转，即与图1中所示的实施方案相比第二锥面21对阻尼无所贡献。
图3中可看到一个I阀的阀针上的多锥几何结构的视图。
由根据图3的视图可看出，在阀1的新状态中密封棱边8构成在密封棱边直径25(dS)上。在阀1的新状态中该密封棱边直径25(dS)相应于液压起作用的直径dhydr.neu(参见标号14)。在阀座区域5中密封棱边8的两侧延伸着多锥几何结构19的锥面20及21。多锥几何结构19的第一锥面20以座角度差18构成，而在第二环绕棱边12下面与第一锥面20连接的第二锥面21构造有另一个座角度差27，即涉及阀座面29与第二配合面21。在工作时间延续中，在密封棱边8的区域中，在与其对面的阀体2的阀座面29接触时出现的压平中将同时径向向内及径向向外地进行配合补偿，以致由于愈来愈多的磨合及出现的磨损使液压起作用的密封直径dhydr.，Betrieb基本上保持不变。在根据图3的视图中密封棱边8与阀针3的第二环绕棱边12相重合。
由根据图4的视图可看到根据本发明提出的、图3所示阀座的一个实施方案的变型。
与图3中所示的实施方案不同地，在根据图4的实施方案中在第二锥面21的下面构造有另一个第三锥面41。该另一个第三锥面41限定了第一锥面20的可能的磨合或磨损区域，使得磨损最大仅可扩展到第二环绕棱边12。图4中所示的阀座的功能方式类似于根据图3中视图的阀座的功能方式。
由根据图5的视图可看到根据本发明得到的阀座区域的另一实施方案。
与图1至4中所示的实施方案不同地，根据图5所示的实施方案，在阀体2的阀座面29上构造了一个槽36(沉切(Freistich))。槽36位于第二环绕棱边12的对面，后者使多锥几何结构19的第一锥面20与第二锥面21分隔。构成在阀座面29中的槽36的任务在于，使第一锥面20与阀座面29接触时出现的磨损限制在锥面20上。
第一锥面20以座角度差18构成，而第二锥面21在阀针3上的第二环绕棱边12的下面具有一个锥角27，该锥角大于第一锥面20的座角度差18。并且在此情况下密封棱边直径25(dS)与多锥几何结构19的第一锥面20的外径相重合。阀针3的阀针直径24(dN)同时等于阀体2的导向直径。并且借助图5中所示的I阀22的实施方案在新状态中与阀座的磨合状态相比较达到几乎恒定的液压密封直径。
在图1至5的根据本发明的实施方案中描述了I阀座22、即一种向内打开的阀，而在以下说明的实施方案中将描述A阀。在用标号22表示的I阀中阀针3在向高压入口23的方向上打开及释放了高压区域6与低压区域7之间的流体连接。与此相比，在以下根据图6至10构成的实施方案中将涉及A阀，在这些阀中阀针3相对于高压区域6中的高压入口23离开该高压入口地、即向外地打开。
图6表示设有一个向外打开的阀体的A阀的阀座区域的第一实施方案。
图6中所示的电磁阀1包括阀体2，在该阀体上构造有阀座面29。通过一个穿过电磁阀1的阀体2的高压入口23使处于高压下的燃料流入高压区域6，在该高压区域中具有高压PHD。电磁阀1的阀针3相对对称线4对称地构成。向外打开的阀针3的第一环绕棱边由标号32指示，而该向外打开的阀针3的另一第二环绕棱边由标号33指示。在位于阀体2的阀座面29对面的阀座区域5中构造有多锥几何结构19，该多锥几何结构包括一个第一锥面20及一个第二锥面21。多锥几何结构19的第一锥面20以座角度差18构成，而沿阀针3的第一环绕棱边32与第一锥面20连接的第二锥面21以比座角度差18大的锥角27构成。在图6中所示的阀针3向外打开的状态中，高压区域6与其中具有低压PX的低压区域7彼此相连接。密封棱边直径25ds在很大程度上与阀1的新状态中液压起作用的密封直径dhydr.，neu14相同。多锥几何结构19的第一锥面20以座角度差18构成，而第二锥面21以另一座角度差27延伸，后者被选择得大于第一锥面20的座角度差18。由此在阀针3上的磨损区域被限制在密封棱边8与向外打开的阀针3上的第一环绕棱边32之间的区域上。该区域(参见标号9)表征阀体2上的阀座面29与多锥几何结构19的第一锥面20之间的磨合或磨损区域。
在图6中所示的A阀中密封棱边8被构成在第一锥面20对面的阀座面29的边棱上。
图7表示具有一个阀针的A阀的另一实施方案，在该阀针上构造有多锥几何结构。
与图6中所示的阀座区域5的本发明提出的构型不同地，在阀体2上具有一个凹槽状的空槽。在高压入口23通入其中的、阀体2的该空槽内，密封棱边8构成在阀座面29上。在电磁阀1上的图7中所示的根据本发明提出的阀座区域5的实施方案中，密封棱边8位于第一锥面20的对面。多锥几何结构19的第一锥面20相对阀体2的阀座面29以座角度差18延伸。在电磁阀1的向外打开的阀针3的第一环绕棱边32上连接着多锥几何结构19的第二锥面21，该第二锥面与第一锥面20相比较以锥角(27)构成。第一锥面20构成一个密封面17，而多锥几何结构19的第二锥面21由于较大的锥角27而成为限制磨损的自由面。
由于在阀体2与阀针3之间的高压区域6中构成一个凹槽，在根据图7的实施方案中阀针3的直径dN 24与阀座直径dS 25不相重合，而是阀座直径dS 25超过阀针3的直径dN 24。与图6中所示的A阀37的实施方案相比较，根据图7中实施方案的密封棱边8在阀体2中向外移位了凹槽深度的尺寸，使得与根据图6的实施方案相比较形成一个更大的阀座直径dS 25。
在阀1新状态中阀的液压起作用的密封直径dhydr.，neu与密封棱边直径25(dS)近似地相重合。在阀的不断使用中液压起作用的密封直径25dhydr.，Betrieb仅是不大地移动，如根据图7的视图中虚线所示的。
在图7所示的实施方案中，在A阀37上密封棱边8大致位于多锥几何结构19的第一锥面20的中点的对面，该第一锥面具有座角度差18。多锥几何结构19的第一锥面20起到密封面的作用，而具有座角度差27的第二锥面21相对阀体2的阀座面29用作自由面。
图8表示根据本发明提出的阀座区域的实施方案，该阀座区域具有一个构成在阀体的阀座面上的倾斜面。
与根据图6及7所示的涉及A阀的、其中阀座面29连贯一致地延伸的实施方案不同地，在根据图8所示的实施方案的阀座面29上设有一个相对阀座面29以一个角度倾斜地构成的斜边38。阀座面29到斜边38的过渡构成阀体2上的密封棱边8。与图6及7中所示的阀针3上的多锥几何结构19相类似地，在图8中所示的阀针3上构造有第一锥面20及第二锥面21，它们具有彼此不同的锥角18或27，即第一锥面20的座角度差18及第二锥面21的座角度差27。密封棱边直径25(dS)与新状态中的液压作用密封直径dhydr.，neu相同。随工作时间延续，磨合或磨损的区域径向向内及径向向外延伸地扩展，以致液压起作用的密封直径dhydr.Betrieb保持恒定。
第一锥面20及第二锥面21通过向外打开的阀针3的第一环绕棱边32彼此分开。向外打开的阀针3的第二环绕棱边33构成阀针3上第二锥面21的边界。阀体2的阀座面29过渡到斜边38的过渡部位构成密封棱边8。
在图8所示的阀体2中的阀针3的位置上，通入到高压区域6中的高压入口23与具有低压PND的低压区域7彼此相连接，以致通过高压入口23，燃料可经过电磁阀1的高压区域6流到低压区域7中。
图9中可看到一个向外打开的阀针的另一实施方案。
阀针3的密封棱边8位于多锥几何结构19的第一锥面20中及以座角度差18及18a构成。第一锥面20在密封棱边8的两侧上相对阀针3径向向内或径向向外延伸地具有座角度差18及18a。如果在A阀37的向外打开的阀针3工作时密封棱边8接触在阀体2的阀座面29上，则由于两侧的座角度差18及18a，密封棱边8的变平对称地延伸在第一锥面20上，即径向向外及径向向内对称地延伸。由此在电磁阀1工作中可达到密封棱边8上均匀延伸的变平。在图9所示的根据本发明提出的阀座区域5的实施方案中，磨合或磨损区域9的限制这样地实现，即多锥几何结构19的第二锥面21与第一锥面20相比具有一个更尖的锥角。
在根据图9的实施方案的阀1的新状态中，阀针3上密封棱边8的密封棱边直径25与液压起作用的密封直径dhydr.，neu 14相重合。随着工作时间延续，液压起作用的密封直径dhydr.，Betrieb15被调节，它与阀1新状态中液压起作用的密封直径14仅有不大的差别。
阀针3的多锥几何结构19的用作自由面的第二锥面21的边界构成向外打开的阀针3的第二环绕棱边32。在根据图9的阀针3的位置上阀体2的高压入口23，具有高压PHD的高压区域6及具有低压PND的低压区域7彼此形成流通的连接。
最后图10表示具有一个在阀体中构成在阀座面上的凹槽的A阀的实施方案。
根据阀座区域5的图10中所示的本发明的实施方案，阀体2的阀座面29具有一个凹槽状构型的槽36。
构成在阀体2的阀座面29中的凹槽36具有的功能是：使磨合区域/磨损区域9限制在阀体2上的密封棱边8与多锥几何结构19的第一锥面20之间的区域上。阀针3上的相同功能通过多锥几何结构19的第二锥面21来实现，因为第二锥面21的锥角比第一锥面20的锥角更尖锐地延伸。
向外打开A阀37的阀针3具有包括第一锥面20及第二锥面21的多锥几何结构19。
向外打开的阀针3的多锥几何结构19的第二锥面21以另一座角度差27构成。第一锥面20由第一环绕棱边32构成边界，在该环绕棱边上第一锥面20过渡到第二锥面21，第二锥面则由第二环绕棱边33构成边界。在图10所示的向外打开的A阀37的实施方案中，磨合/磨损区域9被限制在阀座面29的位于密封棱边8与凹槽状槽36之间的部分上及被限制在第一锥面20上。
在图10所示的向外打开的A阀37的新状态中，液压起作用的密封直径dhydr.，neu(参见位置14)与阀体2中密封棱边8的直径相重合。在工作时间后形成的液压起作用的密封直径dhydr.，Betrieb(参见标号15)与向外打开的A阀37的液压起作用的密封直径dhydr，neu 14仅有不大的差别，以致在向外打开的A阀37长时间的工作后不会由于液压面的改变在阀座区域5上出现对向外打开的A阀37的关闭或打开特性有负面影响的不允许的力。由此可保证不仅喷射量而且打开及关闭时刻的可复现性。
参考标号表
1电磁阀
2阀体
3阀针
4对称线
5阀座区域
6高压区域(PHD)
7低压区域(PND)
8密封棱边
9磨合/磨损区域
10阻尼缝隙
11第一环绕棱边
12第二环绕棱边
13阀针锥面
14液压起作用的密封直径dhydr.，neu
15液压起作用的密封直径dhydr.，Betrieb
18座角度差(从密封棱边向内)
18a座角度差(从密封棱边向外)
19多锥几何结构
20第一锥面
21第二锥面
22I-阀座
23高压入口
24阀针直径(dN)
25密封棱边直径(dS)
27在阀座面29与第二锥面21之间的另外的座角度差
28角度范围
29阀体2的阀座面
32阀针的第一环绕棱边
33阀针的第二环绕棱边
36沉切
37A-阀座
38斜边
40阀针的第三环绕棱边
41第三锥面
42另一锥面

Claims (10)

1.用于控制处于高压下的液体的阀，具有一个阀座区域(5)，在该阀座区域上可使一个高压区域(6，23)与一个低压区域(7)彼此连接及彼此分开，及具有一个阀体(2)，在该阀体上构造有用于锥形阀元件(3)的阀座面(29)，其中该阀座面(29)倾斜地延伸在阀体(2)中，其特征在于：该锥形的阀元件(3)具有在阀座区域(5)中的多锥几何结构(19)，该多锥几何结构具有至少一个第一锥面(20)及一个第二锥面(21)，其中第一锥面(20)具有相对阀体(2)的阀座面(29)的一个座角度差(18，18a)。
2.根据权利要求1的阀，其特征在于：多锥几何结构(19)的第二锥面(21)具有一个超过第一锥面(20)的座角度差(18，18a)的另一座角度差(27)。
3.根据权利要求1的阀，其特征在于：阀针(3)是一个向内打开的阀(22)或一个向外打开的阀(37)的阀元件。
4.根据权利要求2的阀，其特征在于：密封棱边(8)与阀针(3)的一个环绕棱边(11，12；32，33)相重合，并且由该密封棱边(8)径向向内及径向向外地延伸出锥面区段，这些锥面区段具有相对阀体(2)中的阀座面(29)不同的座角度差(18，18a)。
5.根据权利要求1的阀，其特征在于：第一锥面(20)与阀体(2)的阀座面(29)之间的座角度差(18，18a)小于5°。
6.根据权利要求1或3的阀，其特征在于：在向内打开的阀(22)的阀体(2)的阀座面(29)中或在向外打开的阀(37)的阀座面(29)中构造一个凹槽状的槽(36)。
7.根据权利要求1的阀，其特征在于：该密封棱边(8)与多锥几何结构(19)的这些环绕棱边(11，12；32，33)中的一个相重合及被设置在第一锥面(20)与第二锥面(21)之间。
8.根据权利要求7的阀，其特征在于：第一锥面(20)上的座角度差(18，18a)径向向外延伸地构成。
9.根据权利要求1的阀，其特征在于：该密封棱边(8)被构造成阀体(2)的一个阀座面(29)的边棱。
10.根据权利要求1的阀，其特征在于：该密封棱边(8)位于阀座面(29)与一个构成在阀体(2)上的斜边(38)之间，其中该斜边(38)具有相对阀座面(29)的座角度差(18，18a)。
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