用于定量配給流動(dòng)介質(zhì)的閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于定量配給流動(dòng)介質(zhì)、尤其流體的閥，具有：布置在流體流中的、由閥座(12)包圍的定量配給孔(11)；控制所述定量配給孔(11)的閥針(13)，所述閥針具有與所述閥座(12)共同作用以關(guān)閉和打開所述定量配給孔(11)的關(guān)閉頭(131)；作用到所述閥針(13)上的、用于打開所述定量配給孔(11)的壓電式致動(dòng)器(14)；以及作用在所述閥針(13)上的、用于關(guān)閉所述定量配給孔(11)的彈性的復(fù)位元件(15)。為了在所述閥針(13)的關(guān)閉頭(131)的要求行程的情況下將所述壓電式致動(dòng)器(14)的所需行程減少到最低限度，所述復(fù)位元件(15)的閥針側(cè)的作用點(diǎn)(18)處于所述閥針(13)的帶有所述關(guān)閉頭(131)的端部上或者處于所述閥針(13)的帶有所述關(guān)閉頭(131)的端部附近。
【專利說明】用于定量配給流動(dòng)介質(zhì)的閥
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于定量配給流動(dòng)介質(zhì)、尤其流體的閥。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的公知的優(yōu)選用作燃料噴射閥的閥(DE102009026532A1)具有閥殼體、向外打開的具有關(guān)閉頭的閥針以及為了閥操縱作用到閥針上的壓電式致動(dòng)器和作用在閥針上的復(fù)位元件。為了定量地噴射燃料，布置在燃料流中的定量配給孔由閥座包圍，該閥座與關(guān)閉頭共同作用以打開和關(guān)閉定量配給孔。壓電式致動(dòng)器力鎖合地貼靠在閥針的遠(yuǎn)離關(guān)閉頭的端部上，并且復(fù)位元件的作用點(diǎn)處于閥針的遠(yuǎn)離關(guān)閉頭的端部附近。壓電式致動(dòng)器具有由大量處于相互疊置的壓電元件構(gòu)成的壓電模塊、所謂的壓電疊堆，該壓電疊堆借助于構(gòu)造為彈簧的空心體夾緊在端體和端板之間。復(fù)位元件是螺旋壓簧，該螺旋壓簧相對于閥針同心地布置并且一側(cè)支撐在固定在閥針的面向致動(dòng)器的端部上的彈簧盤上并且另一側(cè)支撐在閥殼體側(cè)上。在壓電式致動(dòng)器通電的情況下，該致動(dòng)器伸長并且使閥針頂著復(fù)位彈簧的力移動(dòng)，從而關(guān)閉頭由從閥座抬起并且打開定量配給孔。在通電消除之后，作用在閥針上的螺旋壓簧將關(guān)閉頭壓緊到閥座上，從而關(guān)閉定量配給孔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的具有權(quán)利要求1的特征的閥具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即通過將復(fù)位元件的作用點(diǎn)移動(dòng)到靠近關(guān)閉頭上能夠使壓電式致動(dòng)器的在閥針操縱時(shí)對于關(guān)閉頭的要求行程所需的行程確定得小些。因?yàn)閴弘娛街聞?dòng)器的行程主要通過將壓電疊堆的容積作為致動(dòng)器的制造技術(shù)上最貴的部分來確定，隨著行程的減小，壓電疊堆的容積減小進(jìn)而致動(dòng)器和閥的成本減小。
[0004]在用于打開和關(guān)閉定量配給孔的關(guān)閉頭的行程不變的情況下所需的致動(dòng)器行程的減小通過這種方式實(shí)現(xiàn)，即由于復(fù)位元件的作用點(diǎn)移動(dòng)到關(guān)閉頭上或移動(dòng)到盡結(jié)構(gòu)狀況之可能地靠近關(guān)閉頭上，在關(guān)閉定量配給孔時(shí)源于閥針的行程損失變小。該行程損失由于在閥的關(guān)閉狀態(tài)下閥針的彈性伸長而形成，該彈性伸長取決于復(fù)位元件的復(fù)位力或關(guān)閉力、關(guān)閉頭和關(guān)閉力的作用點(diǎn)之間的閥針的有效長度、閥針的橫截面積和彈性模量(E-Modul)。通過由于作用點(diǎn)移動(dòng)使閥針的有效長度明顯變小的方式，使閥針的行程損失變小并且由此也使由致動(dòng)器附加于關(guān)閉頭的要求行程施加的行程變小。
[0005]通過在其他權(quán)利要求中列舉的措施，在權(quán)利要求1中給出的閥的有利的改進(jìn)方案和改善方案。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式，所述復(fù)位元件的閥針側(cè)的作用點(diǎn)的移動(dòng)通過這種方式實(shí)現(xiàn)，即所述復(fù)位元件具有套筒以及以指向致動(dòng)器的壓力作用到所述套筒上的壓簧。所述套筒具有套筒柱和由套筒柱徑向伸出的凸緣、相對于閥針同心地布置并且以其面對關(guān)閉頭的端部在復(fù)位元件的作用點(diǎn)處與閥針固定地連接。在閥關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的套筒延伸不進(jìn)入致動(dòng)器的作用鏈中并且不導(dǎo)致閥針的行程損失。所述套筒能夠成本上低廉地作為深拉件或車削件制成，并且作為壓簧使用相對于套筒柱同心地布置的螺旋壓簧，該螺旋壓簧支撐在凸緣上并且閥固定地支撐。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式，所述套筒柱具有直徑較小和直徑較大的柱段。直徑較小的柱段在很大程度上形狀鎖合地推到閥針上并用在其自由的端部上在靠近關(guān)閉頭的復(fù)位元件的閥針側(cè)作用點(diǎn)處與閥針焊接。所述凸緣在直徑較大的柱段的自由端部上一件式地成型到該直徑較大的柱段上。通過復(fù)位元件的該結(jié)構(gòu)上的實(shí)施實(shí)現(xiàn)緊湊的、節(jié)省結(jié)構(gòu)空間的結(jié)構(gòu)方式。閥針和關(guān)閉頭一件式地構(gòu)造，并且致動(dòng)器直接地貼靠在閥針的遠(yuǎn)離關(guān)閉頭的端部上。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)同樣有利的替代的實(shí)施方式，所述復(fù)位元件的閥針側(cè)的作用點(diǎn)的移動(dòng)通過這種方式實(shí)現(xiàn)，即所述復(fù)位元件是波紋管，該波紋管以一管端部在所述復(fù)位元件的閥針側(cè)作用點(diǎn)處在所述關(guān)閉頭上或者靠近所述關(guān)閉頭固定在所述閥針上、包圍形成閥針和布置在介質(zhì)密封的閥室中的致動(dòng)器之間的作用連接的推桿并且以另一管端部介質(zhì)密封地包圍閥室的、用于所述推桿向所述致動(dòng)器的穿過存在的中心孔。該公知的、為了密封接收致動(dòng)器的介質(zhì)密封閥室而使用的波紋管由此得到附加的功能，也就是用于閥針的復(fù)位元件的功能，以便將關(guān)閉頭壓緊到閥座上。以這種方式，對于密封和閥針的復(fù)位使用同一構(gòu)件并且由此節(jié)省一個(gè)構(gòu)件。通過導(dǎo)入與閥針對齊的推桿，該推桿分別力鎖合地貼靠在閥針的伸入到波紋管中的端部上和致動(dòng)器上，盡管波紋管有軸向剛度，準(zhǔn)確的力調(diào)節(jié)還是可能的。使推桿的長度適配，從而在波紋管安裝好的狀態(tài)下具有希望的復(fù)位力或關(guān)閉力。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式，所述推桿力分別力鎖合地貼靠在所述致動(dòng)器上和所述閥針的遠(yuǎn)離關(guān)閉頭的端部上，其中，一方面推桿和閥針之間的貼靠面并且另一方面推桿和致動(dòng)器之間的貼靠面被構(gòu)造為萬向支承。通過推桿的萬向支承保證閥針的無橫向力的操縱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在以下說明中借助附圖中示出的實(shí)施例詳細(xì)地解釋本發(fā)明。附圖示出:
[0011]圖1:局部地示出用于定量配給流體的閥的縱截面，
[0012]圖2:根據(jù)另一實(shí)施例的與圖1相同的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1中以縱截面示出的用于定量配給流動(dòng)介質(zhì)、尤其流體的閥例如用作用于將燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒缸中的噴射閥。在此，圖1示出該噴射閥的噴射側(cè)端部的縱截面，其中，完整的閥例如在DE102009026532A1中示出并且說明。
[0014]作為主要部件，所述閥具有:布置在流體流中的、由閥座12包圍的定量配給孔11 ；控制定量配給孔11的閥針13，該閥針帶有與閥座12共同作用以關(guān)閉和打開定量配給孔11的、優(yōu)選與閥針13 —件式地實(shí)施的關(guān)閉頭131 ;作用到閥針13上的、用于打開定量配給孔11的壓電式致動(dòng)器14 ;以及作用在閥針13上的、用于關(guān)閉定量配給孔11的彈性復(fù)位元件
15。壓電式致動(dòng)器14(在圖1中僅區(qū)段地示出)以公知的方式具有能夠電控制的壓電模塊或壓電疊堆，該壓電疊堆借助于構(gòu)造為彈簧的空心體16夾緊在端板17和端體之間(對此也參見 DE102009026532A1)。
[0015]噴射閥的成本基本上通過壓電疊堆來確定，其中，壓電式致動(dòng)器14的對于閥操縱所需的行程確定了所述壓電疊堆的體積，該壓電疊堆本身通過使用貴金屬作電極主要影響壓電式致動(dòng)器14的成本。除了對于限定的閥打開要求的關(guān)閉頭131行程之外，壓電式致動(dòng)器14還必需提供附加的行程，以便補(bǔ)償閥針13的所謂的行程損失。由在閥的關(guān)閉狀態(tài)下由于作用到閥針13上的復(fù)位元件15的關(guān)閉力或復(fù)位力使閥針13伸長引起的閥針13的行程損失Λ I取決于復(fù)位元件15的關(guān)閉力F、關(guān)閉頭131 (更確切地說關(guān)閉頭131的撞擊到閥座12上的面)和復(fù)位元件15對閥針13的作用點(diǎn)之間的閥針13的有效長度leff、閥針13的彈性模量(E-Modul) E和橫截面積A，根據(jù):
[0016]Al = F* Ieff/E.A
[0017]為了使行程損失Λ I減少到最低限度進(jìn)而縮小壓電式致動(dòng)器14所需的行程并且由此實(shí)現(xiàn)成本明顯下降，復(fù)位元件15的閥針側(cè)的作用點(diǎn)18(如由圖1中可看到的)處于閥針13的帶有關(guān)閉頭131的端部上或盡可能地處于閥針13的帶有關(guān)閉頭131的端部附近。對于“盡可能地附近”應(yīng)理解為“盡閥中結(jié)構(gòu)狀況之可能地附近”。
[0018]為了實(shí)現(xiàn)這，在圖1的實(shí)施例中，復(fù)位元件15具有套筒19以及以指向壓電式致動(dòng)器14的壓力作用到套筒19上的壓簧20。套筒19具有套筒柱191和由套筒柱191徑向伸出的凸緣192。套筒19相對于閥針13同心地布置并且以其遠(yuǎn)離凸緣的端部在復(fù)位元件15的作用點(diǎn)18處與閥針13固定地連接。套筒柱191具有端側(cè)帶有凸緣192的直徑較大的柱段191a和直徑較小的柱段191b，該直徑較小的柱段被推到閥針13上、形狀鎖合地支承在該閥針上并且在其遠(yuǎn)離凸緣的自由端部上與閥針13焊接，這在圖1中通過焊縫21表明。壓簧20優(yōu)選是相對于套筒柱191同心地布置的螺旋壓簧，該螺旋彈簧閥固定地支撐并且支撐在凸緣192上。
[0019]閥的上述部件集成在閥殼體22和固定在閥殼體22中的、從該閥殼體伸出的噴嘴體23中。在圖1的實(shí)施例中兩件式實(shí)施的噴嘴體23具有:空心圓柱體形的閥接頭24，該閥接頭與閥殼體22焊接；以及焊接到閥接頭24的遠(yuǎn)離閥殼體的端部上的閥座架25，在該閥座架上構(gòu)造閥座12和定量配給孔11。閥針13通過兩個(gè)相互間隔開的滑圈26、27在閥座架25的空心內(nèi)部引導(dǎo)并且通過壓簧20的關(guān)閉力以其向外打開的關(guān)閉頭131壓緊到閥座12上，其中，構(gòu)造為螺旋壓簧的壓簧20支撐在套筒19的凸緣192和構(gòu)造在閥殼體22中的徑向凸肩28之間。替代地或附加地，壓簧20的閥固定的支撐點(diǎn)也可處于噴嘴體23上，并且在這里處于閥接頭24上。
[0020]不耐燃料的壓電式致動(dòng)器14布置在相對于介質(zhì)密封的閥室29中。閥針13穿過中心孔30導(dǎo)入到閥室29中直到壓電式致動(dòng)器14并且在壓簧20的作用下力鎖合地貼靠在壓電式致動(dòng)器14的端板17上。閥針13的遠(yuǎn)離關(guān)閉頭的端部在端板17上的貼靠優(yōu)選被構(gòu)造為萬向支承。為了密封用于閥針13的穿過的中心孔30，在套筒19的直徑較大的柱段191a中設(shè)置有包圍閥針13的波紋管34，該波紋管以一管端部介質(zhì)密封地固定在閥針13上并且以另一管端部介質(zhì)密封地包圍中心孔30。如從圖1可看到的，介質(zhì)密封的閥室29由固定在閥殼體22中的管31構(gòu)成，該管的面向噴嘴體23的管端部由插入到該管端部中的端塊32介質(zhì)密封地封閉。為了實(shí)現(xiàn)用于閥室29的中心孔30，端塊32具有中心孔口 33，滑動(dòng)套筒35介質(zhì)密封并且不可移動(dòng)地插入該中心孔中，閥針13在所述滑動(dòng)套筒中滑動(dòng)。波紋管34的另一管端部固定在滑動(dòng)套筒35上。波紋管34在滑動(dòng)套筒35上的固定在圖1中通過焊縫36表明，滑動(dòng)套筒35在端塊32中的固定通過焊縫37表明并且端塊32在管31中的固定通過焊縫38表明。閥殼體22和閥接頭24的連接通過焊縫39表面表明并且閥接頭24和閥座架25的連接通過焊縫40表明。介質(zhì)、也就是流體或燃料從由箭頭41象征標(biāo)明的流入口通過管31和閥殼體22之間存在的環(huán)形間隙43并且通過在管31中在相對于介質(zhì)密封的閥室29的外部布置的徑向孔42進(jìn)入到噴嘴體23中，以便在系統(tǒng)壓力下停留在關(guān)閉頭131 上。
[0021]圖2中區(qū)段地以縱截面示出的閥在很大程度上與以上所述的閥相一致，從而相同的構(gòu)件設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。該閥相對于以上根據(jù)圖1所述的閥以這樣的程度改進(jìn)，即省去由凸緣、套筒和壓簧構(gòu)成的復(fù)位元件并且考慮波紋管34作為復(fù)位元件15，所述波紋管用于密封通向接收壓電式致動(dòng)器14的、相對于介質(zhì)密封的閥室29的入口。金屬的波紋管34以一管端部在復(fù)位元件15的作用點(diǎn)18處介質(zhì)密封地固定在閥針13上并且以其另一管端部介質(zhì)密封地包圍閥室29的為通向壓電式致動(dòng)器14所提供的中心孔30，從而所述波紋管在這里除了其用于關(guān)閉頭131的復(fù)位功能之外還保持其密封功能。閥針13和壓電式致動(dòng)器14之間的作用連接通過推桿44形成，該推桿布置在波紋管34的內(nèi)部并且分別力鎖合地一側(cè)支撐在閥針13的伸入到波紋管34中的端部上并且另一側(cè)支撐在壓電式致動(dòng)器14的端板17上。兩個(gè)支撐位置優(yōu)選實(shí)施為萬向支承，以便實(shí)現(xiàn)閥針13的無橫向力的運(yùn)行。推桿44在長度上適配，從而在安裝好的狀態(tài)下在閥針13上調(diào)節(jié)彈性波紋管34的希望的關(guān)閉力或復(fù)位力。
[0022]如在根據(jù)圖1的閥的情況下，接收壓電式致動(dòng)器14的閥室29借助于固定在閥殼體22中的管31構(gòu)成，該管的面向噴嘴體23的管端部由插入在該管端部中的、具有中心孔口 33的端塊32介質(zhì)密封地封閉。與在根據(jù)圖1的閥的情況下不同地，端塊32不是單獨(dú)的構(gòu)件，而是一件式地成型到噴嘴體23的閥接頭24’上。管31和端塊32之間的介質(zhì)密封的連接也由焊縫38制成。滑動(dòng)套筒35也插入到端塊32的中心孔口 33中，所述滑動(dòng)套筒借助于焊縫37與端塊32固定地連接。波紋管34的介質(zhì)密封地封閉中心孔30的端部借助于焊縫36介質(zhì)密封地固定，并且推桿43可軸向移動(dòng)地接收在滑動(dòng)套筒35中。閥殼體22中的介質(zhì)流從由箭頭41標(biāo)明的介質(zhì)流入口通過閥殼體22和管31之間存在的環(huán)形間隙43并且通過噴嘴體23的閥接頭24’中的徑向孔46引導(dǎo)到閥針13和關(guān)閉頭131。
【權(quán)利要求】
1.用于定量配給流動(dòng)介質(zhì)、尤其流體的閥，具有:布置在流體流中的、由閥座(12)包圍的定量配給孔(11);控制所述定量配給孔(11)的閥針(13)，所述閥針具有與所述閥座(12)共同作用以關(guān)閉和打開所述定量配給孔(11)的關(guān)閉頭(131);作用到所述閥針(13)上的、用于打開所述定量配給孔(11)的壓電式致動(dòng)器(14);以及作用在所述閥針(13)上的、用于關(guān)閉所述定量配給孔(11)的彈性的復(fù)位元件(15)，其特征在于，所述復(fù)位元件(15)的閥針側(cè)的作用點(diǎn)(18)處于所述閥針(13)的帶有所述關(guān)閉頭(131)的端部上或者處于所述閥針(13)的帶有所述關(guān)閉頭(131)的端部附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述復(fù)位元件(15)具有套筒(19)以及以指向所述致動(dòng)器(14)的壓力作用到所述套筒(19)上的壓簧(20)并且所述套筒(19)相對于所述閥針(13)同心地布置并且以所述套筒的面向所述關(guān)閉頭(131)的端部在所述復(fù)位元件(15)的作用點(diǎn)(18)處與所述閥針(13)固定地連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥，其特征在于，所述套筒(19)具有套筒柱(191)和由所述套筒柱(191)徑向伸出的凸緣(192)并且所述壓簧(20)是螺旋壓簧，所述螺旋壓簧相對于所述套筒柱(191)同心地布置并且支撐在所述凸緣(192)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述套筒柱(191)具有直徑較小和直徑較大的柱段(191b，191a)，所述直徑較小的柱段(191b)支承在所述閥針(13)上并且在所述直徑較小的柱段的自由端部上與所述閥針(13)焊接并且在所述直徑較大的柱段(191a)的自由端部上一件式地成型所述凸緣(192)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 至4中之一所述的閥，其特征在于，所述閥針(13)和所述關(guān)閉頭(131) 一件式地構(gòu)造并且所述壓電式致動(dòng)器(14)力鎖合地貼靠在所述閥針(13)的遠(yuǎn)離關(guān)閉頭的纟而部上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中之一所述的閥，其特征在于，閥座(12)和定量配給孔(11)構(gòu)造在噴嘴體(23)上，所述噴嘴體固定在接收閥針(13)、致動(dòng)器(14)和復(fù)位元件(15)的閥殼體(22)中，并且支撐在所述凸緣(192)上的壓簧(20)還支撐在所述噴嘴體(23)上和/或支撐在構(gòu)造在所述閥殼體(22)中的徑向凸肩(28)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的閥，其特征在于，所述致動(dòng)器(14)布置在相對于介質(zhì)密封的閥室(29)中，所述閥針(13)穿過中心孔(30)導(dǎo)入到閥室(29)中并且包圍所述閥針(13)的區(qū)段的波紋管(34)以一管端部介質(zhì)密封地固定在所述閥針(13)上并且以另一管端部介質(zhì)密封地包圍通向所述閥室(29)的中心孔(30)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，其特征在于，所述閥室(29)由固定在所述閥殼體(22)中的管(31)構(gòu)成，所述管的面向所述噴嘴體(23)的管端部由插入到所述管端部中的、具有中心孔口(33)的端塊(32)介質(zhì)密封地封閉，并且用于所述閥針(13)的穿過的中心孔(30)通過介質(zhì)密封地固定在所述端塊(32)的中心孔口(33)中的、引導(dǎo)所述閥針(13)的滑動(dòng)套筒(35)實(shí)現(xiàn)，在所述滑動(dòng)套筒上固定所述波紋管(34)的另一管端部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述復(fù)位元件(15)是波紋管(34)，所述波紋管以一管端部在所述復(fù)位元件(15)的閥針側(cè)的作用點(diǎn)(18)處介質(zhì)密封地固定在所述閥針(13)上，包圍推桿(44)，所述推桿在所述閥針(13)和布置在相對于介質(zhì)密封的閥室(29)中的壓電式致動(dòng)器(24)之間形成作用連接，并且以另一管端部介質(zhì)密封地包圍所述閥室(29)的、用于所述推桿(44)向所述致動(dòng)器(14)的穿過存在的中心孔(30)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥，其特征在于，所述推桿(44)分別力鎖合地貼靠在所述致動(dòng)器(14)上和所述閥針(13)的伸入到所述推桿(44)中的端部上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的閥，其特征在于，一方面所述推桿(44)和所述閥針(13)之間的貼靠位置和另一方面所述推桿(44)和所述致動(dòng)器(14)之間的貼靠位置被構(gòu)造為萬向支承。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中之一所述的閥，其特征在于，所述閥室(29)由固定在所述閥殼體(22)中的管(31)構(gòu)成，所述管的面向所述噴嘴體(23)的管端部由插入到所述管端部中的、具有中心孔口(33)的端塊(32)介質(zhì)密封地封閉，并且用于所述閥針(13)的中心孔(30)通過介質(zhì)密封地固定在所述端塊(32)的中心孔口(33)中的、引導(dǎo)所述閥針(13)的滑動(dòng)套筒(35)實(shí)現(xiàn)，在所述滑動(dòng)套筒上固定所述波紋管(34)的另一管端部。
13.根據(jù)權(quán)利要 求11的所述閥，其特征在于，所述端塊(32)—件式地成型到所述噴嘴體(23)上。
【文檔編號】F02M61/08GK103930667SQ201280056090
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月24日
【發(fā)明者】T·塞巴斯蒂安 申請人:羅伯特·博世有限公司