燃料噴射閥和用於製造閥上的排出口的方法
2023-06-13 11:31:21
專利名稱：燃料噴射閥和用於製造閥上的排出口的方法
現有技術本發明涉及一種如權利要求1所述類型的燃料噴射閥和如權利要求11以及權利要求17所述類型的用於製造閥上的排出口的方法。
從DE 19636396 A1中已知一種燃料噴射閥，一個閥閉合體與該閥的閥座面配合作用以開啟和關閉該閥，該閥在閥座面下遊具有一個孔板。用金屬板製成的、缽形的該孔板具有多個噴射口，燃料通過這些噴射口例如被向進氣閥方向輸送到內燃機的進氣管中。這些噴射口通過衝制、腐蝕或雷射射線鑽孔加工在孔板上。在此，這些噴射口在其軸向長度上連續地具有一個恆定的圓形或橢圓形橫截面。
本發明優點具有權利要求1所述特徵的本發明燃料噴射閥的優點是，可以以簡單和低成本的方式達到關於通流量、噴射角度和噴射特性方面的很大的變化範圍。有利地減小噴射角度波動。此外，在燃燒室背壓大的情況下也可以比公知的燃料噴射閥更簡單地實現噴射或噴霧結構和全錐形射流和空心錐形射流的產生。
有利的是，藉助本發明燃料噴射閥可以得到所噴射的燃料的很高的霧化質量以及與各種要求(例如安裝條件、發動機配置、汽缸形狀、火花塞位置)相適應的噴射形狀或噴霧形狀。此外，藉助這樣的噴射閥可以降低內燃機的廢氣排放量，同時減小燃料消耗量。
特別是在將排出口偏離中間安置的情況下一此時入口平面的中心點位於閥縱軸線上，有利的是，排出口的入口段具有相對較小的開口寬度，而出口區域明顯變寬。按這種方式，甚至可以在這樣的閥中以有利的方式使閥座面上保持小的密封直徑。相對於公知技術中具有偏離中間安置的排出口的相同結構類型的閥，可以減小靜態液壓閉合負載並改善閥座上的密封性。
通過在從屬權利要求中給出的措施可以實現對在權利要求1中給出的燃料噴射閥的有利擴展和改進。
特別有利的是，在排出口前面對燃料施加一個渦流作用，因為這樣就在制出輪廓的排出口排出區域中有效地產生局部燃料集聚，特別是在將燃料直接噴射到燃燒室中時希望產生這種成綹的燃料集聚。
具有權利要求11及權利要求17所述特徵的本發明方法的優點是，藉助該方法可以按簡單的方式和方法製成可實現前述優點的燃料噴射閥。
通過在從屬權利要求中給出的措施可以實現對在權利要求11及權利要求17中給出的方法的有利擴展和改進。
由於特別是雷射輪廓切割的高精度，可以很精確地成形出排出區域，通過這樣的排出區域可以降低所噴射的燃料射流的噴射角度波動。特別是與利用壓制模具機械壓制相比較，藉助雷射射線去除或電子射線去除來制出排出口排出區域形狀非常具有柔性。這樣沒，可以毫無問題地製成各種排出口排出區域，這些排出區域呈多角形，沿流動方向稜錐形逐漸擴大或逐漸縮小，具有一個圓形或橢圓形橫截面，沿流動方向截錐形逐漸擴大或逐漸縮小，凸狀或凹狀拱曲，或者具有多個段階梯式構成。
附圖在附圖中示出本發明的實施例並在下面的說明中詳細解釋。圖示為
圖1以縱向剖視圖示出一個燃料噴射閥；圖2導向和閥座區域的第一可選方案；圖3導向和閥座區域的第二可選方案；圖4以仰視圖示出的一個第一排出口；圖5沿圖4中線V-V的一個剖面；圖6以仰視圖示出的一個第二排出口；圖7沿圖6中線VII-VII的一個剖面；圖8以仰視圖示出的一個第三排出口；圖9沿圖8中線IX-IX的一個剖面；圖10以仰視圖示出的一個第四排出口；圖11沿圖10中線XI-XI的一個剖面；圖12以仰視圖示出的一個第五排出口；圖13沿圖12中線XIII-XIII的一個剖面；圖14以仰視圖示出的一個第六排出口；圖15沿圖14中線XV-XV的一個剖面；圖16一個第七排出口的一個剖面；圖17一個第八排出口的一個剖面；圖18一個第九排出口的一個剖面。
在芯2內設置了一個貫通的縱向孔7，它沿一個閥縱軸線8延伸。該磁路的芯2也起燃料輸入短管的作用，其中，縱向孔7代表燃料輸入通道。在電磁線圈1上方與芯2固定連接著一個外側的金屬制(例如鐵氧體的)殼體件14，它作為外極或外部傳導元件封閉該磁路，並且至少在圓周方向上完全包圍電磁線圈1。在芯2的縱向孔7中，在輸入側安置了一個燃料過濾器15，它用於將由於其尺寸而會在噴射閥中引起堵塞或損壞的燃料成分過濾掉。燃料過濾器15例如通過壓入固定在芯2中。
芯2與殼體件14一起形成燃料噴射閥的入口側端部。其中，上部的殼體件14例如在軸向上向下遊看剛好延伸到超出電磁線圈1之外。在上部的殼體件14上密封並固定地連接著一個下部的管狀殼體件18，該殼體件18例如包圍或容納一個由銜鐵19和杆狀閥針20及一個縱向閥座支座21組成的可縱向移動的閥件。該兩個殼體件14和18例如藉助一個環繞的焊縫相互固定連接。
在圖1所示的實施例中，下部的殼體件18和很大程度上呈管狀的閥座支座21通過螺紋相互固定連接；焊接、釺焊或折邊同樣也可以作為連接方法。殼體件18與閥座支座21之間的密封例如藉助一個密封環22實現。閥座支座21在其整個軸向延伸部上具有一個內貫通孔24，它與閥縱軸線8同心地延伸。
閥座支座21的下端部25同時也是整個燃料噴射閥的下遊結束部，閥座支座21以該端部包圍一個配合裝入貫通孔24中的圓盤狀閥座元件26，閥座元件26具有一個向下遊截錐形逐漸縮小的閥座面27。在貫通孔24中安置了例如杆狀的、具有很大程度上呈圓形的橫截面的閥針20，閥針20在其下遊端部上具有一個閥閉合段28。例如球形或部分球形及修圓地構成、或者圓錐形逐漸縮小的該閥閉合段28以公知的方式與設置在閥座元件26中的閥座面27配合作用。該可軸向移動的閥件除了所述的包括銜鐵19、閥針20和閥閉合段28的實施方式之外，還可以完全不同地作為可軸向移動的閥閉合體、例如作為扁平銜鐵構成。在閥座面27的下遊，在閥座元件26中設置了至少一個按照本發明構造的用於燃料的排出口32。在圖1所示實施例中，該排出口32與閥縱軸線8同心地延伸，並且在閥座元件26的一個垂直於閥縱軸線8延伸的、平的下端面上終止。
該噴射閥以公知的方式通過電磁操作。但同樣可以想到一個壓電執行元件或一個致磁伸縮的執行元件作為可被激勵的操作元件。同樣可以想到通過一個受控制地被加載壓力的活塞操作。具有電磁線圈1、芯2、殼體件14和18及銜鐵19的電磁迴路用於軸向移動閥針20並從而克服安置在芯2的縱向孔7中的復位彈簧33的彈簧力打開噴射閥以及關閉噴射閥。銜鐵19與閥針20的背離閥閉合段28的端部例如通過一個焊縫連接並且與芯2對準。為了在閥針20與銜鐵19一起沿閥縱軸線8軸向運動期間對閥針20導向，一方面一個設置在閥座支座21的朝向銜鐵19的端部上的導向孔34起作用，另一方面一個安置在閥座元件26上遊、具有一個尺寸精確的導向孔55的圓盤狀導向元件35起作用。銜鐵19在其軸向運動期間被中間件14包圍。
在導向元件35與閥座元件26之間安置了另外一個圓盤狀的元件，確切地說一個渦流元件47，這樣，全部三個元件35、47和26直接相互疊置並被容納在閥座支座21中。這三個圓盤狀的元件35、47和26例如材料結合地相互固定連接。
一個插入、壓入或擰入芯2的縱向孔7中的調整套38用於調整通過一個定心件39以其上遊側貼靠在調整套38上的復位彈簧33的彈簧預緊力，該復位彈簧33以其位置相對的另一側支承在銜鐵19上。在銜鐵19中設置了一個或多個類似鑽孔的流動通道40，燃料可以通過這些流動通道40從芯2中的縱向孔7中出來經過在流動通道40下遊構成的在閥座支座21中導向孔34附近的連接通道41一直到達貫通孔24中。
閥針20的行程通過閥座元件26的安裝位置預先給定。閥針20的一個終點位置在電磁線圈未激勵時通過閥閉合段28貼靠在閥座元件26的閥座面27上確定，而閥針20的另一個終點位置在電磁線圈被激勵時通過銜鐵19貼靠在芯2的下遊端面上得到。在後面提到的貼靠區域內構件的表面例如是鍍鉻的。
電磁線圈1的電觸點接通及其激勵通過接觸元件43實現，接觸元件43在線圈架3外部還設置有一個塑料包封件44。塑料包封件44也可以越過燃料噴射閥的其它構件(例如殼體件14和18)延伸。一個電氣連接電纜45從該塑料包封件44中延伸出來，通過它給電磁線圈1通電流。塑料包封件44穿過在該區域內中斷的上部殼體件14突起。
在圖2和圖3中示出導向和閥座區域的兩個另外的實施例，其中，與圖1中相同或功能相同的件用相同的參考標號表示。在此應講清楚，關於製造和構成排出口32的所有說法應被看作與排出口32的傾斜方向以及與具有排出口32的構件26，67的構造無關。
在圖2所示的實施例中，閥座元件26具有一個環繞的突緣64，它鉤住閥座支座21的下遊端部。排出口32例如相對於閥縱軸線8斜向傾斜地安置，其中，排出口32向下遊在一個凸狀隆起的噴射區域66內終止。
在圖3中示出的實施例在很大程度上與圖2的示例相同，其中的主要區別在於，在此以一個噴射孔板的形式設置了一個附加的第四圓盤狀噴射元件67，它具有排出口32。與圖2相比，閥座元件26在閥座面27的下遊又有所不同。噴射元件67和閥座元件26例如通過一個藉助雷射焊接得到的焊縫68相互固定連接，其中，該焊接在一個環狀環繞的凹陷部69中進行。除雷射焊接外也可考慮粘接或電阻焊接等合適的連接方法用於這種連接。
在圖4至18中示例示出排出口32的九個實施例變型。在此，圖4，6，8，10，12和14分別以一個仰視圖示出排出口32，其中對排出口32的觀看方向在圖1至3中用箭頭70標明。相應地，圖5，7，9，11，13和15的剖面始終是沿各個開口軸線71得到的，其中，開口軸線71並非一定與閥縱軸線8重合，如按照圖2和3所示斜向傾斜的排出口32所顯現的。
符合本發明的所有排出口32的特點是，它們在至少兩個製造步驟中制出輪廓。圖4至13和16至18所示的排除口32被這樣製造在對應的構件26，67中，即在一個第一方法步驟中製成一個貫通孔。這按照傳統方式進行，如同在製造噴射閥的噴射孔時常用的一樣，通過衝制、腐蝕或雷射鑽孔。接著在一個第二方法步驟中，對到那時為止例如呈圓形(但也可以例如具有橢圓形橫截面)的貫通孔從貫通孔的噴射側端部起進行輪廓製作。在此，產生一個在形狀和/或大小和/或輪廓上相對於該貫通孔改變了的、排出口32在噴射側的排出區域75。此時對排出口32製作輪廓以有利的方式藉助一種無切削加工方法進行，其中，材料去除量特別是無接觸地通過強烈成束的高能射線達到。在此，作為熱去除方法特別是可以採用藉助電子射線或雷射射線去除。
圖4和5示出一個排出口32，它在不進一步製作輪廓的貫通孔區域內具有一個圓形的橫截面，在該橫截面上連接著一個向下遊方向擴大的排出區域75。該排出區域75具有一個八角稜錐臺的形狀。相反，在圖6和7中示出排出口32的一個實施例，其中排出口32六角形構成，排出區域75的壁軸向平行於開口軸線71延伸。在此，角形的排出區域75不局限於六個或八個角，相反，可以很簡單並特別精確地通過藉助電子射線或雷射射線去除材料以任意一個角數成形出具有至少三個角的排出區域75。由於排出區域75具有角，在待噴射的噴霧中產生非均勻性。通過這種方式阻止了噴霧收縮，否則在高背壓噴射時會出現這種現象。特別有利的是，如藉助圖1所描述的，燃料被施加以渦流作用，因為這樣就在制出輪廓的排出區域75中有效地產生局部燃料集聚，特別是在將燃料直接噴射到燃燒室中時希望產生這種成綹的燃料集聚。
在圖8至11中示出排出口32的兩個實施例，代替角形的排出區域75，它們具有一個圓形的或一個橢圓形的排出區域75。在該兩個實施例中，排出區域75兩級式構成，其中位於下遊最遠處的段始終具有最大的開口寬度。在圖8和9所示的實施例中，第一段75′圓形構成，第二段75″橢圓形構成，而在圖10和11所示的實施例中，第一和第二段75′，75″分別具有一個圓形的橫截面，其中，段75″的直徑大於段75′的直徑。藉助這樣制出輪廓的排出口32，可以簡單地實現噴射擴大，這樣，噴射出的噴霧具有圓的或橢圓的空心錐的形狀。
圖12和13示出排出口32的一個實施例，它具有一個截錐形的排出區域75。除了在圖16中示出的向下遊方向變寬的圓錐形實施例變型外，還可以按照本發明製成一個向下遊方向圓錐形逐漸縮小的排出區域75。
在圖14和15中示出一個排出口32，它以另一種製造方式製成。代替一個貫通孔，在構件26，67中，首先在一個第一方法步驟中製成一個盲孔，例如通過腐蝕或雷射鑽孔。接著，在一個第二方法步驟中，從構件26，67的噴射側端部起制出所希望的排出口32的輪廓。此時對排出口32製作輪廓以有利的方式又藉助一種無切削方法進行，其中作為材料去除方法特別是可以使用藉助電子射線或雷射射線去除。在所示實施例中，排出區域75的開口寬度小於先前加工出的盲孔的開口寬度。
在圖16至18中示出排出口32的另外三個實施例。這些排出口32或者具有一個圓錐形的、沿流動方向截錐形逐漸擴大的排出區域75(圖16)，或者具有一個逐漸擴大的球段形凹狀拱曲的排出區域75(圖17)，或者具有一個逐漸擴大的拋物線形凸狀拱曲的排出區域75(圖18)。
從圖1至3中可以看出排出口32，它們的入口平面分別安置在中間，這意味著，開口軸線71正好在排出口32的入口平面78中與閥縱軸線8相交。該交點在圖2和3中用S表示。在如圖1所示的排出口32與閥縱軸線8同軸心地構成的情況下，開口軸線71與閥縱軸線8重合。應該指出的是，排出口32就入口平面78而言這樣在中間構成決不是本發明燃料噴射閥的條件。相反，所述制出輪廓的排出口32也可以偏離中間安置，這樣，每一個入口平面78有一個中心點，它不在閥縱軸線8上。特別是對於偏離中間安置的排出口32有利的是，具有入口平面78的排出口32的入口段具有一個相對小的開口寬度，那麼，排出區域75就明顯擴大。以這種方式，甚至在排出口32偏離中間安置的情況下也可以在閥座元件26中在閥座面27上保持小的直徑。
除已經提到的藉助電子射線或藉助雷射射線的去除材料方法外，也可以想到其它的方法，藉助這些方法可以對排出口32從其噴射側端部起制出輪廓。為此可用的方法例如有水切割或成型線切割(Formdrahterodieren)。
權利要求
1.燃料噴射閥，具有一個燃料入口(2)；具有一個可激勵的操作裝置(1，2，19)，一個閥閉合元件(28)可通過該操作裝置運動；具有一個在一個閥座元件(26)上構成的固定的閥座(27)，閥閉合元件(28)與該閥座配合作用以開啟或關閉該閥；具有至少一個設置在閥座(27)下遊的排出口(32)作為燃料出口，其特徵在於，所述至少一個排出口(32)在其噴射側端部上具有一個排出區域(75)，該排出區域(75)在形狀和/或大小和/或輪廓上與排出口(32)的其餘結構不同，該排出區域(75)可從排出口(32)背離閥座(27)的側面上成形出，並且該排出區域(75)在製造技術上不依賴於排出口(32)的其餘結構而被制出輪廓。
2.按權利要求1所述的燃料噴射閥，其特徵在於，在所述至少一個排出口(32)的上遊設置一個產生渦流的裝置(47)。
3.按權利要求1或2所述的燃料噴射閥，其特徵在於，所述至少一個排出口(32)在閥座元件(26)中構成。
4.按權利要求1或2所述的燃料噴射閥，其特徵在於，在閥座元件(26)的下遊安置一個噴射元件(67)，所述至少一個排出口(32)在該噴射元件(67)中構成。
5.按前述權利要求之一所述的燃料噴射閥，其特徵在於，排出口(32)的排出區域(75)多角形地構成。
6.按權利要求1至5之一所述的燃料噴射閥，其特徵在於，排出口(32)的排出區域(75)沿流動方向稜錐形逐漸擴大或逐漸縮小地構成。
7.按權利要求1至4之一所述的燃料噴射閥，其特徵在於，排出口(32)的排出區域(75)具有一個圓形或橢圓形的橫截面。
8.按權利要求1至4之一或7所述的燃料噴射閥，其特徵在於，排出口(32)的排出區域(75)沿流動方向截錐形逐漸擴大或逐漸縮小地構成。
9.按權利要求1至4之一所述的燃料噴射閥，其特徵在於，排出口(32)的排出區域(75)凸狀或凹狀拱曲地構成。
10.按前述權利要求之一所述的燃料噴射閥，其特徵在於，排出口(32)的排出區域(75)沿流動方向相互連接地具有多個段(75′，75″)，它們在形狀和/或大小和/或輪廓上相互不同。
11.用於製造一個閥、特別是按權利要求1至10之一所述燃料噴射閥上的排出口的方法，該閥具有一個燃料入口(2)；具有一個可激勵的操作裝置(1，2，19)，一個閥閉合元件(28)可通過該操作裝置運動；具有一個在一個閥座元件(26)上構成的固定的閥座(27)，閥閉合元件(28)與該閥座配合作用以開啟或關閉該閥；具有至少一個設置在閥座(27)下遊的排出口(32)作為燃料出口，其特徵在於，所述至少一個排出口(32)這樣製成，即在一個第一方法步驟中製成一個貫通孔，在一個第二方法步驟中從該貫通孔的噴射側端部起製成一個在形狀和/或大小和/或輪廓上相對於該貫通孔改變了的排出區域(75)。
12.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，該貫通孔藉助衝制、腐蝕或雷射射線鑽孔成形出。
13.按權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，排出區域(75)的成形藉助一種無切削的加工方法實現。
14.按權利要求13所述的方法，其特徵在於，排出區域(75)的成形藉助一種強烈成束的高能射線實現，特別是藉助電子射線或藉助雷射射線。
15.按權利要求13所述的方法，其特徵在於，排出區域(75)的成形藉助成型線切割實現。
16.按權利要求11至15之一所述的方法，其特徵在於，在第一方法步驟中製成的貫通孔具有一個圓形或一個橢圓形的橫截面。
17.用於製造一個閥、特別是按權利要求1至10之一所述燃料噴射閥上的排出口的方法，該閥具有一個燃料入口(2)；具有一個可激勵的操作裝置(1，2，19)，一個閥閉合元件(28)可通過該操作裝置運動；具有一個在一個閥座元件(26)上構成的固定的閥座(27)，閥閉合元件(28)與該閥座配合作用以開啟或關閉該閥；具有至少一個設置在閥座(27)下遊的排出口(32)作為燃料出口，其特徵在於，所述至少一個排出口(32)這樣製成，即在一個第一方法步驟中從與噴射側端部相對的輸入側端部上製成一個盲孔，在一個第二方法步驟中從待製成的排出口(32)的噴射側端部起製成一個排出區域(75)，其通向該盲孔這樣遠，使得形成一個連通的排出口(32)。
18.按權利要求17所述的方法，其特徵在於，該盲孔藉助腐蝕或雷射射線鑽孔成形出。
19.按權利要求17或18所述的方法，其特徵在於，排出區域(75)的成形藉助一種無切削的加工方法實現。
20.按權利要求19所述的方法，其特徵在於，排出區域(75)的成形藉助一種強烈成束的高能射線實現，特別是藉助電子射線或藉助雷射射線。
21.按權利要求19所述的方法，其特徵在於，排出區域(75)的成形藉助成型線切割實現。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造一個閥、特別是一個燃料噴射閥上的排出口(32)的方法。該噴射閥具有一個燃料入口(2);一個可激勵的操作裝置(1,2,19),一個閥閉合元件(28)可通過該操作裝置運動;一個在一個閥座元件(26)上構成的固定的閥座(27),閥閉合元件(28)與該閥座配合作用以開啟或關閉該閥;以及至少一個設置在閥座(27)下遊的排出口(32)作為燃料出口。所述至少一個排出口(32)這樣製成,即:在一個第一方法步驟中在閥座元件(26)中製成一個貫通孔,在一個第二方法步驟中從該貫通孔的噴射側端部起製成一個在形狀和/或大小和/或輪廓上相對於該貫通孔改變了的排出區域。
文檔編號F02M61/16GK1373833SQ00812726
公開日2002年10月9日 申請日期2000年8月10日 優先權日1999年8月11日
發明者馬丁·邁爾, 京特·霍爾, 京特·丹特斯, 德特勒夫·諾瓦克, 約爾格·海澤, 諾貝特·凱姆 申請人:羅伯特·博施有限公司