專利名稱：用于噴射流體的噴射閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于噴射流體的噴射閥，尤其用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射 裝置或排氣裝置。
背景技術(shù)：
一種已知的用于內(nèi)燃機(jī)燃料噴射裝置的噴射閥(DE 10 2005 061 424 Al)具有一個(gè)塑料制成的、管狀的閥座支架，在其下游下端部中裝有一個(gè) 陶瓷的閥座體。在閥座支架與閥座體之間的連接通過壓入實(shí)現(xiàn)，其中，在 陶瓷閥座體上構(gòu)成的"圣誕樹結(jié)構(gòu)"埋入到閥座支架的塑料中并且鉤在那 里。在閥座體上構(gòu)成一個(gè)圍繞閥孔的閥座，它與被克服閥關(guān)閉彈簧的復(fù)位 力驅(qū)動(dòng)的閥針上的關(guān)閉體共同作用，以封閉和釋放閥孔。在閥孔的下游在 閥座體前面設(shè)置了一個(gè)金屬制成的噴射孔盤，在噴射孔盤中設(shè)置有四個(gè)通 過腐蝕或沖壓成形的噴射孔。
一種已知的、可電磁操作的、用于混合壓縮、強(qiáng)迫點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的燃 料噴射設(shè)備的噴射閥(DE44 15 850AO具有一個(gè)管狀的金屬的閥座支架， 它焊入閥殼體中。在處于下游的、敞開的閥座支架管端部中，通過焊接裝 有一個(gè)圓柱形的閥座體。在閥座體中構(gòu)成兩個(gè)噴射孔。在噴射孔的上游， 閥座體承載一個(gè)閥座，與可被克服閥關(guān)閉彈簧的復(fù)位力電磁操作的閥針上 的關(guān)閉體共同作用，以封閉和釋放閥孔。
在一種已知的、用于通過激光射線產(chǎn)生150pm以下范圍內(nèi)微孔、例如 用于制造內(nèi)燃機(jī)噴嘴的方法中(DE 199 05 571 Al)，通過調(diào)整激光射線的 射線幾何形狀和/或射線參數(shù)如聚焦數(shù)和功率密度，產(chǎn)生所確定的孔幾何特 征。在此，孔入口上的孔徑由聚焦到工件表面上的激光射線的焦直徑確定， 其它的孔走向以及孔出口上的直徑則受到射線焦散面、激光脈沖強(qiáng)度和射 線質(zhì)量的影響。附加地將激光射線置于擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中，激光射線以角頻 率旋轉(zhuǎn)，使得其射線軸描寫一個(gè)錐形外表面，由此工件上的焦點(diǎn)被沿著與 孔軸線同軸的圓形軌跡引導(dǎo)。
在一種已知的用于通過激光器的激光射線對(duì)工件去除材料的裝置中(DE 199 20 813 Al)，為了改善孔質(zhì)量，射到工件上的激光射線由至少兩 種激光脈沖組合成，它們?cè)诩す獠ㄩL(zhǎng)和/或脈沖持續(xù)時(shí)間和/或激光強(qiáng)度和/ 或脈沖間隔方面不相同。通過具有較長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間的激光脈沖，即使對(duì) 于小的激光強(qiáng)度也引起大的材料去除并由此引起更快的鉆孔進(jìn)度，而具有 較短脈沖持續(xù)時(shí)間的激光脈沖尤其在激光強(qiáng)度高的情況下負(fù)責(zé)強(qiáng)烈的離子 形成，它消除孔壁上的材料沉積，由此提高孔精度。在此，不同類型的激 光脈沖交替地射到工件上。兩種激光脈沖可以用一個(gè)激光器產(chǎn)生或者用兩 個(gè)分開的激光器產(chǎn)生，其中這些激光射線借助一個(gè)光學(xué)裝置匯聚到一起。 在后一種情況下兩個(gè)分開的激光器在其作用方式方面可被優(yōu)，即， 一個(gè)激 光器被設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)高的鉆孔速度而另一激光器被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生高的鉆孔 精度。
在一種已知的用于通過激光射線將微孔加工到金屬工件中的方法中 (DE 100 54 853 Al)，激光射線由一短激光脈沖序列組成，這些短激光脈 沖具有恒定的、納秒范圍內(nèi)的很短的脈沖持續(xù)時(shí)間。聚焦到工件上的激光 連續(xù)地沿著與孔軸線同軸的圓形軌跡運(yùn)動(dòng)并且附加地被置于繞其射線軸旋 轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)具有向孔出口逐漸增大的孔橫截面的確定的孔錐度，使激光 射線的焦電位置相對(duì)于工件表面在孔軸向上改變和/或減小聚焦數(shù)和/或隨 著激光射線到工件中的進(jìn)入深度的增加而加大脈沖能量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于噴射流體的噴射閥，尤其用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)燃 料噴射裝置或廢氣裝置，具有至少一個(gè)設(shè)置在陶瓷體中的噴射孔，其中， 所述至少一個(gè)噴射孔借助激光器在陶瓷體中切割出，該激光器發(fā)射具有極 短脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖。
該噴射閥的優(yōu)點(diǎn)是，通過將所述至少一個(gè)噴射孔加工到陶瓷體中，該 噴射閥適合于計(jì)量地噴射還原劑水溶液如尿素水溶液(AddBlue)或含甲酸 銨的尿素水溶液(Denoxium)，用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理，因?yàn)橐环矫嫣沾?體與金屬體不同是耐氧化和耐酸的，另一方面，干擾功能的尿素結(jié)晶不能 那么強(qiáng)地附著在陶瓷表面上。通過借助發(fā)射特別短脈沖的激光器、如所謂 UKP激光器來切割至少一個(gè)噴射孔，噴射孔具有公差小于lpm的高精度幾 何特征，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)高的霧化度和高精度的射出流體束取向具有非常大的意義。通過UKP激光切割達(dá)到的噴射孔壁表面結(jié)構(gòu)與噴射孔出口的高的銳
棱邊性相結(jié)合對(duì)此具有重要作用。省去了所制成的噴射孔的再加工如昂貴 的鉆孔邊緣去毛刺。能夠制造具有任意孔形狀和任意取向的噴射孔。 有利的是，所述噴射孔以激光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間切割，所述脈沖持
續(xù)時(shí)間為0.01至100ps，最好為0.1至20ps。
有利的是，圍繞所切割的噴射孔的孔壁的表面具有取決于激光器的波
長(zhǎng)和極化的均勻的、微米和亞微米范圍內(nèi)的精密結(jié)構(gòu)。
有利的是，在該精密結(jié)構(gòu)上疊加一個(gè)處于微米范圍內(nèi)的粗結(jié)構(gòu)。 有利的是，圍繞所述至少一個(gè)噴射孔的入口和出口的棱邊是銳棱的并
且無毛剌。
有利的是，該陶瓷體是一個(gè)被接收在閥座支架中的閥座體，在其上構(gòu) 成一個(gè)閥座，該閥座與一閥元件協(xié)同作用以封閉和釋放所述至少一個(gè)噴射 孔。
有利的是，所述陶瓷體是一噴射孔盤，它在一閥孔的下游設(shè)置在包含 該閥孔的閥座體前面，該閥座體具有一圍繞該閥孔的閥座，該閥座與一閥 元件協(xié)同作用以封閉和釋放所述閥孔。
有利的是，該陶瓷體是以CIM (陶瓷注射成型)方法制成的。
根據(jù)本發(fā)明，還提出一種用于在陶瓷體中、尤其在噴射閥的閥座體或 噴射孔盤中制造噴射孔的方法，其中，通過一激光器將該噴射孔切割到所 述陶瓷體中，該激光器發(fā)射具有極短脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖。
有利的是，調(diào)整該激光器的脈沖具有在0.01至100ps之間范圍內(nèi)、最 好在0.1至20ps之間的脈沖持續(xù)時(shí)間。
有利的是，該激光切割交替地以發(fā)出具有較短脈沖持續(xù)時(shí)間和幾十焦/ 厘米2小能量密度的激光脈沖的切割周期與發(fā)出具有較長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間和 較高能量密度的激光脈沖的切割周期進(jìn)行。


在下面的描述中借助附圖中所示實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖中示出 圖1 用于內(nèi)燃機(jī)燃料噴射裝置的噴射閥的縱剖面局部，
圖2變化的噴射閥的與圖1相同的視圖，圖3 用于描述在陶瓷體中制造噴射孔的激光切割裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中以局部剖面圖示出的用于噴射流體的噴射閥例如用于將燃料噴 射到內(nèi)燃機(jī)燃料噴射裝置的混合氣準(zhǔn)備裝置中。但它也可以用于計(jì)量地噴 射尿素水溶液如Add Blue或Denoxium到內(nèi)燃機(jī)廢氣中，以還原廢氣中包 含的氮氧化物。該噴射閥具有一塑料制成的閥座支架11，在該閥座支架的 下游端部中裝入一個(gè)陶瓷的閥座體12。為了使閥座體12防旋轉(zhuǎn)且軸向不可 移動(dòng)地固定在閥座支架11中，閥座體12設(shè)置有"圣誕樹結(jié)構(gòu)"并壓入到 閥座支架11中，其中，"圣誕樹結(jié)構(gòu)"嵌入閥座支架11的塑料中。在閥座 體12中在中心成形出一個(gè)閥孔13，它被錐形的閥座14圍繞。閥座14與一 關(guān)閉體15協(xié)同作用以封閉和釋放閥孔13。關(guān)閉體15固定在閥針16的下端 部上，未示出的閥關(guān)閉彈簧作用在該閥針上并將關(guān)閉體15壓到閥座14上。 閥針16可以電磁式、壓電式或磁致動(dòng)式操作并且使關(guān)閉體15逆著關(guān)閉彈 簧的力或多或少地從閥座14上抬起。在閥孔13的下游在閥座體12前面設(shè) 置有一個(gè)噴射孔盤17，它在閥孔13的區(qū)域中具有多個(gè)噴射孔18，在圖1 中可看到其中的兩個(gè)噴射孔18。噴射孔盤17用陶瓷制成并且被夾緊在一在 閥座支架11端部上成型的、徑向向內(nèi)突起的環(huán)圈與閥座體12的朝向該環(huán) 圈的端面之間。噴射孔18可以具有任意的橫截面形狀和在孔長(zhǎng)度上的橫截 面變化，例如錐度。
圖2中端部段剖切地局部示出的噴射閥與前面描述的噴射閥的區(qū)別僅 在于，噴射孔18移位到陶瓷的閥座體12中并且省去了單獨(dú)的噴射孔盤17。 閥座支架11在所示實(shí)施例中用金屬制成，但也可以與圖1中一樣用塑料制 成。兩個(gè)噴射閥在其余方面相同地構(gòu)成，因此相同的構(gòu)件設(shè)置相同的附圖 標(biāo)記。
無論是在按照?qǐng)D1的陶瓷噴射孔盤中還是在圖2的陶瓷閥座體12中， 噴射孔18都是借助UKP激光器(超短脈沖激光器)以所期望的形狀切割 出。超短脈沖激光器是一種發(fā)射具有特別短的脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖的激光 器。激光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間在0.01至100ps (微微秒)范圍內(nèi)，最好從 0.1至20ps的范圍中選擇出。通過UKP激光器，在向陶瓷噴射孔盤17或陶 瓷閥座體12中切割噴射孔18時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)孔壁表面，該表面根據(jù)激光的波長(zhǎng)和極化具有均勻的、微米和亞微米范圍內(nèi)的精密結(jié)構(gòu)。圍繞噴射孔18 的入口和出口的棱邊是銳棱的和無毛刺的，因此不影響從噴射孔18射出的 流體扇形射流的噴射方向和擴(kuò)展。此外通過避免毛刺可以高精度地重復(fù)再 現(xiàn)噴射孔18的通流系數(shù)，毛刺在有些情況下會(huì)伸入到噴射孔18的通流橫 截面中。在相應(yīng)實(shí)施該激光切割的方法時(shí)在噴射孔18的孔壁上的精密結(jié)構(gòu) 上至少還可以疊加一個(gè)微米范圍內(nèi)的粗結(jié)構(gòu)。通過該粗結(jié)構(gòu)可以影響流過 噴射孔18的流體流。通過相應(yīng)構(gòu)造的微結(jié)構(gòu)例如可以減小噴射孔18的通 流阻力，使有意識(shí)的流體分離在孔壁的確定位置旁經(jīng)過或者產(chǎn)生切向的流 體分量。由此也能夠確定地調(diào)節(jié)噴射孔18的通流系數(shù)。
圖3中示出一個(gè)用于切割噴射孔18的裝置的示意草圖。該裝置包括一 個(gè)激光器20，該激光器的激光射線21通過一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡22和一個(gè)聚焦光具 23對(duì)準(zhǔn)陶瓷噴射孔盤17中的一個(gè)位置，在該位置上要切割一個(gè)噴射孔18。 由超短激光脈沖組成的激光射線21聚焦到噴射孔盤17的表面上。通過激 光脈沖，噴射孔盤17的陶瓷材料小步地基本以蒸汽相去除，其中鉆孔沿著 所產(chǎn)生的噴射孔18的壁進(jìn)展。在優(yōu)選地實(shí)施該方法時(shí)，產(chǎn)生具有較短脈沖 持續(xù)時(shí)間和幾十焦/厘米2小能量密度的激光脈沖的切割周期與產(chǎn)生具有較 長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間和較高能量密度的激光脈沖的切割周期相互交替。兩種切 割周期的上述組合導(dǎo)致噴射孔18快速且高質(zhì)量和高精度。
圖1和3中的陶瓷噴射孔盤17以及圖2中的陶瓷閥座體12優(yōu)選以CIM 方法(陶瓷注射成型)制成。
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權(quán)利要求
1. 用于噴射流體的噴射閥，尤其用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)燃料噴射裝置或廢氣裝置，具有至少一個(gè)設(shè)置在陶瓷體中的噴射孔(18)，其特征在于，所述至少一個(gè)噴射孔(18)借助激光器(20)在陶瓷體中切割出，該激光器發(fā)射具有極短脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖。
2. 如權(quán)利要求l所述的噴射閥，其特征在于，所述噴射孔(18)以激 光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間切割，所述脈沖持續(xù)時(shí)間為0.01至100ps，最好為 0.1至20ps。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的噴射閥，其特征在于，圍繞所切割的噴射 孔(18)的孔壁的表面具有取決于激光器(20)的波長(zhǎng)和極化的均勻的、 微米和亞微米范圍內(nèi)的精密結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的噴射閥，其特征在于，在該精密結(jié)構(gòu)上疊加一 個(gè)處于微米范圍內(nèi)的粗結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的噴射閥，其特征在于，圍繞所述 至少一個(gè)噴射孔的入口和出口的棱邊是銳棱的并且無毛刺。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴射閥，其特征在于，該陶瓷體 是一個(gè)被接收在閥座支架(11)中的閥座體(12)，在其上構(gòu)成一個(gè)閥座(14)， 該閥座 (14)與一閥元件協(xié)同作用以封閉和釋放所述至少一個(gè)噴射孔(18)。
7. 如權(quán)利要求l至5中任一項(xiàng)所述的噴射閥，其特征在于，所述陶瓷 體是一噴射孔盤(17)，它在一閥孔(13)的下游設(shè)置在包含該閥孔(13) 的閥座體(12)前面，該閥座體(12)具有一圍繞該閥孔(13)的閥座(14)， 該閥座與一閥元件協(xié)同作用以封閉和釋放所述閥孔(13)。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的噴射閥，其特征在于，該陶瓷體是以CIM (陶瓷注射成型)方法制成的。
9. 用于在陶瓷體中、尤其在噴射閥的閥座體(12)或噴射孔盤(17) 中制造噴射孔(18)的方法，其特征在于，通過一激光器(20)將該噴射 孔(18)切割到所述陶瓷體中，該激光器發(fā)射具有極短脈沖持續(xù)時(shí)間的脈 沖。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，調(diào)整該激光器(20)的 脈沖具有在0.01至100ps之間范圍內(nèi)、最好在0.1至20ps之間的脈沖持續(xù) 時(shí)間。
11. 如權(quán)利要求9或IO所述的方法，其特征在于，該激光切割交替地 以發(fā)出具有較短脈沖持續(xù)時(shí)間和幾十焦/厘米2小能量密度的激光脈沖的切 割周期與發(fā)出具有較長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間和較高能量密度的激光脈沖的切割周 期進(jìn)行。
全文摘要
提出一種用于噴射流體的噴射閥，尤其用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)燃料噴射裝置或廢氣裝置，具有至少一個(gè)設(shè)置在陶瓷體中的噴射孔(18)。為了制造具有小于1μm公差的高幾何精確的噴射孔，這對(duì)于達(dá)到高的霧化度和可重復(fù)再現(xiàn)的噴射流體流取向具有重大意義，所述噴射孔(18)借助激光器(20)在陶瓷體中切割出，該激光器發(fā)射具有0.01至100ps范圍內(nèi)的極短脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖。
文檔編號(hào)F02M61/18GK101463785SQ200810186098
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者G·丹特斯, J·柯尼希, J·海澤, M·德賴爾, M·邁爾, U·格拉夫 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司