流體噴射閥的制作方法
【專利摘要】一種流體噴射閥(10)，包括具有凹部(44)的流體入口管(12)和包括中心縱向軸線(L)的閥體(20)。閥體(20)包括具有流體出口部分(28)的腔體(24)。此外，噴射閥(10)包括閥針(22)，其被接收在凹部(44)中以及腔體(24)中。閥針(22)相對于流體入口管(12)和閥體(20)沿軸向可移動，以防止流體流動穿過處于關(guān)閉位置的流體出口部分(28)，并釋放流體流動穿過處于其它位置的流體出口部分(28)。噴射閥(10)包括彈簧元件(30)，其配置在凹部(44)中，并且可操作以與閥針(22)相互作用，來沿軸向方向?qū)㈤y針(22)偏置向其關(guān)閉位置，其中彈簧元件(30)被構(gòu)造成使得彈簧元件(30)的彈簧剛度取決于凹部(44)中的流體的壓力。
【專利說明】流體噴射閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及流體噴射閥。

【背景技術(shù)】
[0002]噴射閥被廣泛使用，特別是用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中它們可以被配置成將流體投配到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管中或直接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣缸的燃燒室中。
[0003]噴射閥被制造為各種形狀，以便滿足各種類型的燃燒發(fā)動機(jī)的不同需求。因此，例如，它們的長度、它們的直徑以及噴射閥的負(fù)責(zé)流體被投配的方式的所有各種要素可以在寬范圍中變化。除此之外，噴射閥可以容置用于致動噴射閥的閥針的致動器，其可以例如為電磁致動器或壓電致動器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是公開一種噴射閥，其可通過簡單方式制造并且其有助于可靠且精確的功能。
[0005]該目的通過具有獨立技術(shù)方案的特征的流體噴射閥得以實現(xiàn)。流體噴射閥的有利實施例在從屬技術(shù)方案中給出。
[0006]公開了一種流體噴射閥。它包括具有凹部的流體入口管和包括中心縱向軸線的閥體。閥體包括具有流體出口部分的腔體。凹部特別具有流體入口部分，其處于與腔體的流體出口部分相反的軸向端部處。流體入口管和閥體優(yōu)選在位置上相對于彼此固定。凹部和腔體液壓地連接。有益地，流體噴射閥可以被構(gòu)造成使得流體能從凹部的流體入口部分流動穿過凹部進(jìn)入腔體中，并進(jìn)一步至腔體的流體出口部分。流體噴射閥特別被構(gòu)造為用于從流體出口部分分配流體。此外，噴射閥包括閥針。
[0007]閥針被接收在流體入口管的凹部中以及閥體的腔體中。優(yōu)選地，閥針的第一軸向端部配置在流體入口管的凹部中，并且閥針從所述端部延伸到閥體的腔體中，并且特別地穿過流體出口部分至閥針的第二軸向端部。第二軸向端部特別地沿縱向突出超過腔體，優(yōu)選它沿縱向突出超過閥體。
[0008]在該情況下，流體噴射閥特別為向外打開閥。換言之，流體噴射閥特別被構(gòu)造成在流體出口部分處沿流體的流動方向打開。
[0009]閥針相對于流體入口管和閥體沿軸向可移動，以防止流體流動穿過處于關(guān)閉位置的流體出口部分，并釋放流體流動穿過處于其它位置的流體出口部分。在向外打開閥的情況下，閥針特別在流體出口部分處沿以上提及的流動方向軸向地移動遠(yuǎn)離關(guān)閉位置，以打開閥。
[0010]噴射閥包括彈簧元件。彈簧元件配置在凹部中，并且可操作以與閥針機(jī)械地相互作用，來朝關(guān)閉位置偏置閥針。特別地，彈簧元件是可操作的，以作用于閥針，來將閥針沿軸向方向移動到其關(guān)閉位置，和/或?qū)㈤y針保持在其關(guān)閉位置。在向外打開閥的情況下，彈簧元件特別是可操作的，以相反于以上提及的流動方向沿縱向方向偏置閥針。
[0011]彈簧元件被構(gòu)造成使得彈簧元件的彈簧剛度取決于凹部中的流體的壓力。有益地，彈簧元件可以被構(gòu)造成使得其彈簧剛度隨著流體壓力增加而增加，并且隨著流體壓力減小而減小。
[0012]更具體地，流體噴射閥可以被構(gòu)造成通過流體入口部分被供給加壓流體一例如來自可以連接至流體噴射閥的燃料軌一以便凹部在流體噴射閥的操作期間被充注加壓流體。彈簧元件可以被構(gòu)造成與凹部中的加壓流體相互作用，使得其彈簧剛度隨著凹部中的加壓流體的壓力而變化。
[0013]例如，彈簧元件可以包括用于與加壓流體相互作用的可彈性變形材料。特別地，彈簧元件可以被配置成使得流體與可彈性變形材料相互作用，以改變可彈性變形材料的取決于壓力的形狀和/或彈性模量。
[0014]借助于根據(jù)本公開的流體噴射閥，能夠控制閥針載荷，而不管燃料壓力如何，以總是確保關(guān)閉功能和尖端密封性能。依賴于燃料壓力的彈簧剛度允許更可靠地關(guān)閉噴射器，并且有助于避免閥針在燃料壓力增加情況下的不受控打開。因此，流體噴射閥具有特別低的在高流體壓力時非故意打開的風(fēng)險。
[0015]本流體噴射閥還使得有可能在某些流體壓力時在無需附加能量或只需較少量能量的情況下操作噴射閥，所述某些流體壓力低于流體噴射閥被指定的最大流體壓力。在常規(guī)噴射閥中，彈簧元件的恒定彈簧作用力將必須在最大流體壓力時被指定為足以克服趨于移動閥針遠(yuǎn)離關(guān)閉位置的液壓作用力。當(dāng)液壓作用力在低流體壓力時較低時，致動器單元將必須附加地提供作用力差值，以克服這種常規(guī)噴射閥中的恒定彈簧作用力來打開閥。
[0016]因此，在根據(jù)本公開的流體噴射閥中致動器單元的尺寸可被保持得較小，因此，可降低最小可控燃料量，因為致動器變得更快。致動器單元變得更快這個事實還有助于在接續(xù)注射之間以最小停留時間來執(zhí)行多次注射，因此支持分級(stratified)燃燒充氣?？傮w噴射閥尺寸可被限制。液壓平衡元件，例如波紋管或干式致動器等，變得多余。
[0017]在一有利實施例中，閥針包括彈簧座，并且彈簧元件配置在閥體與閥針的彈簧座之間。這允許可靠且準(zhǔn)確地配置彈簧元件。
[0018]在再一有利實施例中，彈簧元件包括螺旋彈簧，其具有給定數(shù)量的彈簧轉(zhuǎn)折(turn)，其中沿著螺旋彈簧的處于相應(yīng)彈簧轉(zhuǎn)折之間的軸向延伸的至少一部分，配置有可彈性變形材料。由此，彈簧剛度對燃料壓力的所需依存性一特別是隨燃料壓力增加而增加的剛度一可被輕松地實現(xiàn)。
[0019]在再一有利實施例中，彈簧元件包括彈性環(huán)形管。這允許容易且有成本效益地組裝噴射閥。
[0020]管特別是空心的，并且具有相對于所述凹部密封的內(nèi)部。所述內(nèi)部可以充注有氣體，比如空氣，或充注有其它流體。處于管的內(nèi)部中的氣體或其它流體優(yōu)選具有不同于一特別是低于一凹部中的加壓流體的壓力的壓力。
[0021 ] 在以下通過示意圖的輔助來說明流體噴射閥的示例性實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖中:
圖1以縱截面圖示出了根據(jù)第一示例性實施例的具有閥組件的流體噴射閥， 圖2a示出了作用力圖，其說明了作用于根據(jù)圖1的流體噴射閥的彈簧元件的作用力， 圖2b示出了根據(jù)圖1的流體噴射閥的彈簧元件的示意性縱截面圖，
圖3以縱截面圖示出了根據(jù)第二示例性實施例的具有閥組件的流體噴射閥，
圖4a以縱截面圖示出了根據(jù)圖3的流體噴射閥的彈簧元件，
圖4b示出了根據(jù)圖3的流體噴射閥的彈簧元件的示意性縱截面圖，
圖5a示出了常規(guī)流體噴射閥中的閥針的載荷分布，并且圖5b示出了根據(jù)本公開的流體噴射閥的載荷分布。

【具體實施方式】
[0023]出現(xiàn)在不同圖示中具有相同設(shè)計和功能的元件以相同附圖標(biāo)記來標(biāo)識。
[0024]圖1示出了噴射閥10，其適于投配流體，即流體噴射閥，并且其包括閥組件14和入口管12和致動器單元(這里未示出)。本公開的該實施例或任何其它實施例的噴射閥10可以特別適于向內(nèi)燃發(fā)動機(jī)投配燃料。
[0025]閥組件14包括具有中心縱向軸線L的閥體20。腔體24配置在閥體20中。閥針22，其沿軸向方向可移動，配置在腔體24中。
[0026]流體入口管12在一個軸向端部處具有流體入口部分，并且在其相反的軸向端部處固定至閥體20。腔體24液壓地聯(lián)接至燃料連接器(這里未示出)和流體入口管12的凹部44。燃料連接器被設(shè)計成連接至內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的高壓燃料室，其中燃料被存儲在高壓下。高壓室可以例如是燃料軌。
[0027]噴射閥10為向外打開型。
[0028]在腔體24的自由端部之一上，形成流體出口部分28，其根據(jù)閥針22的軸向位置而關(guān)閉或打開。在閥針22的關(guān)閉位置外，在噴射閥10的背離流體入口管12的軸向端部處在閥體20與閥針22之間存在間隙。該間隙形成閥噴嘴。
[0029]此外，閥針22具有下閥針部42。下閥針部42具有溝槽46。溝槽46具有基本上環(huán)形的形狀。溝槽46允許流體流動至流體出口部分28。
[0030]在下閥針部42的背離流體入口管12的軸向端部處，閥針22具有尖部50。優(yōu)選地，尖部50可以為例如錐形、截頭錐形或半球形。尖部50與閥體20協(xié)同操作，以防止或允許流體流動穿過流體出口部分28。
[0031]流體被引導(dǎo)從流體入口管12的流體入口部分穿過凹部44，并進(jìn)一步穿過腔體24至下閥針部42，以被繼續(xù)引導(dǎo)穿過溝槽46至閥針22的尖部50附近的流體出口部分28。在閥針22的關(guān)閉位置，閥針22阻止流體流動穿過閥體20中的流體出口部分28。
[0032]閥針可軸向地沿流體流向流體出口部分28的方向即朝圖1中的下方移動遠(yuǎn)離關(guān)閉位置。當(dāng)閥針移動離開關(guān)閉位置時，縱向地突出超過閥體20的尖部50沿下游方向移動進(jìn)一步遠(yuǎn)離閥體20。
[0033]閥組件14設(shè)置有致動器單元(這里未示出)，其優(yōu)選為電磁致動器。然而，致動器單元16也可以包括其它類型的致動器，其為此目的對本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。這種其它類型的致動器可以是例如壓電致動器。
[0034]電磁致動器單元包括線圈(這里未示出)，其優(yōu)選配置在殼體(這里未示出)內(nèi)。此外，電磁致動器單元包括電樞(這里未示出)。電樞例如與閥針22機(jī)械地聯(lián)接,并且沿著中心縱向軸線L可軸向地移動。線圈配置成與電樞相互作用。線圈被設(shè)計和配置成使電樞向流體出口部分28的方向移動。
[0035]電樞與閥針22協(xié)同操作，使得由線圈相對于電樞3生成的至少一部分升力被傳遞至閥針22，由此使閥針22移動到其打開位置。
[0036]彈簧元件30配置在設(shè)置于流體入口管12中的凹部44中。例如，閥針22包括彈簧座34，并且彈簧元件30配置在閥體20與閥針22的彈簧座34之間。例如，閥體20包括用于彈簧元件30的支撐元件。支撐元件可以與閥體20 —體地形成。閥體20和閥針22的彈簧座34支承彈簧元件30。彈簧元件30被配置為作用于閥針22，以便沿軸向方向?qū)㈤y針22移動到其關(guān)閉位置，并克服流體的液壓作用力將閥針22保持在其關(guān)閉位置。彈簧元件30被構(gòu)造成使得彈簧元件30的彈簧剛度取決于凹部44中的流體壓力。
[0037]彈簧元件30可以迫使閥針22沿縱向上游方向移動。當(dāng)致動器單元16特別是線圈被斷電時，彈簧30是可操作的，以迫使閥針22沿上游軸向方向移動到其關(guān)閉位置。
[0038]在圖1中示出的實施例中，彈簧元件30包括彈性環(huán)形管56。優(yōu)選地，環(huán)形管56是中空管。管的內(nèi)部特別密封于凹部44，即與凹部44液壓地分離。它可以例如充注有氣體，比如空氣或其它流體，其可以是與從流體噴射閥10分配的流體相同的流體或者另一種流體。
[0039]圖2a示出了作用力圖的一個示例，其說明基于凹部44中的流體的燃料壓力的彈簧剛度的變化。
[0040]凹部44中的加壓流體的燃料壓力pF作用于環(huán)形管56的表面A，并在表面A上生成作用力F。作用力F沿著環(huán)形管56的周緣產(chǎn)生應(yīng)變作用力U。應(yīng)變作用力U可被分解為其向量分量。這些分量之一為縱向軸向作用力V。
[0041]可借助于以下公式算出所得彈簧剛度:
A=r* Θ公式I
Ao=r*sin Θ公式 2
Ao= (A/Θ)*sin Θ
F= (pF-P0)/A公式 3
U*cosa=F/2公式 4
V=U*sin a公式 5
V= (F/2)*tan α
V= [ [Ao* (pF-P0) ] *tan α ] /2
KO=L/ δ公式 6
K=(L+V)/S公式 7
其中，Pf是燃料壓力，而PO是環(huán)形管56內(nèi)的氣體或其它流體的壓力，因此Pf-PO代表有效燃料壓力。Ao是有效表面。KO是基本彈黃剛度，代表在pF等于PO的狀態(tài)下施加載荷L時環(huán)形管56被壓縮距離δ。K*是pF不等于PO時的所得彈簧剛度。
[0042]縱向軸向作用力V是支持閥針關(guān)閉功能的作用力分量。因此，流體壓力pF的增加導(dǎo)致縱向軸向作用力V增加。
[0043]如從公式7可看出的，所得彈簧剛度K*基于縱向軸向作用力V而增加。
[0044]圖2b示出了源自環(huán)形管56上的有效燃料壓力pF_P0的作用力的示例。作用力大致由圖2b中的箭頭示出。
[0045]圖3示出了具有另一實施例的彈簧元件30的噴射閥10。彈簧元件30包括螺旋彈簧，其具有給定數(shù)量的彈簧轉(zhuǎn)折52，其中沿著螺旋彈簧的處于相應(yīng)彈簧轉(zhuǎn)折52之間的軸向延伸的至少一部分，配置有可彈性變形材料54。在圖3中，可彈性變形材料54例如沿著螺旋彈簧的處于相應(yīng)彈簧轉(zhuǎn)折52之間的整個軸向延伸配置。彈簧轉(zhuǎn)折52優(yōu)選完全嵌入可彈性變形材料54中，例如，除上下端部表面外，它們分別沿縱向方向面對上游和下游。彈簧轉(zhuǎn)折52可以在上下端部表面處暴露。這可以允許彈簧元件30特別精確地定位。
[0046]圖4a示出了螺旋彈簧的透視圖，其中可彈性變形材料54被部分地剖切，以便更好地示意。圖4b示出了具有可彈性變形材料54的螺旋彈簧的截面圖。
[0047]彈簧元件30可以有益地定尺寸為使得它在以下時候被壓縮:閥針22的彈簧座34與閥體20的彈簧座之間的距離dH最大時，即閥針22在本實施例中處于關(guān)閉位置時。
[0048]可彈性變形材料54可以包括橡膠或者由橡膠構(gòu)成。替代地或附加地，可彈性變形材料54可以包括塑料。隨著燃料壓力增加，配置在彈簧轉(zhuǎn)折52之間的可彈性變形材料54變得更堅固。此外，借助于該配置，可實現(xiàn):彈簧剛度隨著燃料壓力增加而增加，其效果是閥針在燃料壓力增加時被更大的作用力保持在其關(guān)閉位置。箭頭表示燃料壓力的方向。
[0049]圖5a和5b示出了常規(guī)閥(圖5a)的和如以上實施例所述的流體噴射閥(圖5b)的閥針22的載荷分布。在這些圖中，作用于閥針22的單位為牛頓(N)的作用力Fn被示為單位為巴的燃料壓力Pf的函數(shù)。具有正號的作用力Fn趨于迫使閥針22遠(yuǎn)離關(guān)閉位置。具有負(fù)號的作用力Fn朝關(guān)閉位置偏置閥針。絕對作用力和壓力值只應(yīng)該被理解為是示例性的，并且可以根據(jù)流體噴射閥的要求而變化。
[0050]點劃線代表閥針22上的液壓載荷H，其由凹部44中以及腔體24中的加壓流體生成。虛線代表朝關(guān)閉位置偏置閥針22的彈簧元件30的彈簧載荷S。實線代表由液壓載荷H和彈簧載荷S相加得到的閥針22的總閥針載荷T。
[0051]在圖5a中，常規(guī)噴射閥的彈簧元件30具有恒定的彈簧剛度。
[0052]當(dāng)代表總閥針載荷T的實線與代表燃料壓力pF的X軸相交時，噴射器閥在沒有線圈激活的情況下打開(見由圖5a中指向下方的箭頭標(biāo)記的位置)。這是不可控的操作狀況。
[0053]在圖5b中，如以上實施例所述的流體噴射閥10的彈簧元件30包括可變彈簧剛度。彈簧剛度隨流體壓力Pf增加而增加。彈簧剛度的增加被構(gòu)造成使得它補(bǔ)償或過度補(bǔ)償液壓載荷H隨流體壓力pF的增加。在該情況下，代表總閥針載荷T的實線不在任何點處與X軸相交。噴射器閥不會在沒有線圈激活的情況下打開。當(dāng)彈簧剛度增加補(bǔ)償液壓載荷增加時，彈簧元件30的彈簧載荷S和液壓載荷H具有相同的梯度。總閥針載荷T在該情況下獨立于燃料壓力PF。在梯度不同的情況下，即在過度補(bǔ)償液壓載荷增加的情況下，流體噴射閥的操作壓力的壓力范圍可以進(jìn)一步得到增加。
【權(quán)利要求】
1.流體噴射閥(10)，包括: -具有凹部(44)的流體入口管(12)， -閥體(20)，其包括中心縱向軸線(L)，所述閥體(20)包括具有流體出口部分(28)的腔體(24)， -閥針(22)，其被接收在所述流體入口管(12)的凹部(44)中以及所述閥體(20)的腔體(24)中，所述閥針(22)相對于所述流體入口管(12)和所述閥體(20)沿軸向可移動，以防止流體流動穿過處于關(guān)閉位置的所述流體出口部分(28)，并釋放流體流動穿過處于其它位置的所述流體出口部分(28)，和 -彈簧元件(30)，其配置在所述凹部(44)中，并且可操作以與所述閥針(22)相互作用，來沿軸向方向?qū)⑺鲩y針(22)偏置向其關(guān)閉位置， 其中，所述彈簧元件(30)被構(gòu)造成使得所述彈簧元件(30)的彈簧剛度取決于所述凹部(44)中的流體的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體噴射閥(10)，其中，所述閥針(22)包括彈簧座(34)，并且所述彈簧元件(30)配置在所述閥體(20)與所述閥針(22)的彈簧座(34)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體噴射閥(10)，其中，所述彈簧元件(30)包括可彈性變形材料(54、56)，并且所述彈簧元件(30)被構(gòu)造成使得所述彈簧元件(30)的彈簧剛度借助于所述可彈性變形材料(45、56)與所述流體相互作用而取決于所述凹部(44)中的流體的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體噴射閥(10)，其中，所述彈簧元件(30)包括具有給定數(shù)量的彈簧轉(zhuǎn)折(52)的螺旋彈簧，其中沿著所述螺旋彈簧的處于相應(yīng)彈簧轉(zhuǎn)折(52)之間的軸向延伸的至少一部分，配置有所述可彈性變形材料(54)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體噴射閥(10)，其中，所述彈簧元件(30)包括彈性環(huán)形管(56)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體噴射閥(10)，其中，所述管(56)是空心的，并且具有相對于所述凹部(44)密封的內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體噴射閥(10)，其中，所述內(nèi)部充注有氣體或其它流體。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體噴射閥(10)，其被構(gòu)造成在所述流體出口部分(28)處沿流體的流動方向打開，并且所述彈簧元件(30)是可操作的，以相反于所述流動方向沿縱向方向偏置所述閥針(22)。
【文檔編號】F02M61/10GK104421084SQ201410454276
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】M.巴托利, S.菲利皮, M.格蘭迪, F.倫齊, V.波利多里 申請人:大陸汽車有限公司