液體控制閥的製作方法

2023-05-13 08:27:56 2

專利名稱：液體控制閥的製作方法
已有技術本發明涉及一種權利要求1所述種類的液體控制閥。一種類似的閥已由EP0477400公開。其中，閥元件的驅動活塞密封、可移動地設置在一個階梯孔的直徑較小部分內，而一個由壓電執行元件推動的直徑更大的活塞則設置在該階梯孔的直徑較大部分內。一個液體室這樣被夾在這兩個活塞之間，即當直徑較大的活塞通過執行元件被推動一定的距離時，閥元件的驅動活塞按照階梯孔橫截面的轉換比例被推動更大的距離。閥元件、驅動活塞、直徑較大的活塞及壓電執行元件依次地處在同一軸線上。
上述閥存在這樣的問題，如壓電執行元件、閥元件、被封閉的壓力室液體或閥殼體的長度變化要由液體耦合室補償。由於用來打開閥的壓電執行元件在壓力室內產生壓力，該壓力也導致壓力室液體的損耗。為了避免耦合室泵空，需要再填充。一種完成再填充的裝置在開頭所述的已有技術中已經公開，不過該裝置具有以下缺點，即在耦合室與一個封閉的、具有一恆定體積的儲油箱之間形成一種始終在兩個可能的流動方向敞開的聯通，這導致大大地影響了壓電執行元件的工作性能。尤其是，由此增大的體積導致了一種會降低由耦合室形成的液柱的傳輸剛性的可壓縮性。已公開的裝置主要還存在為補償工作行程中的容差而出現的耦合室洩漏。為了克服由此引起的可壓縮性變大，要在耦合室內的液體中加入具有降低其可壓縮性作用的穩定物質。為此還需要採用橡膠部件或金屬部件，它們被加入液體中。
本發明的優點
本發明的具有權利要求1所述特徵的閥具有以下優點，即在壓電執行元件的工作行程期間耦合液體可由相鄰的低壓室向耦合室方向再流動，使耦合室始終保持被足夠充滿。整個裝置可能出現的長度改變被不斷修正。耦合室的再填充或後填充藉助活塞導向裝置無問題地進行。當壓電執行元件、閥、被封閉的壓力室液體或殼體例如受熱而改變其長度時，這一點也適用於，因為耦合室內的這種長度改變通過洩漏被補償。其它的優點還有該裝置工作可靠、結構簡單、以及確保了安全及可靠的密封。
在權利要求2中所述的具有優點的改進形式中，執行活塞與壓電執行元件一起在返回行程中引起的體積變大及由此形成的壓差促進了填充。
具有優點的是，權利要求3所述的壓差受到一個使執行活塞向壓電執行元件施加力的彈簧的支持。尤其是設有按照權利要求4確定尺寸的間隙，它們是為了耦合室的再充滿而設計的，這使得本發明更具有優點。其中，尺寸確定的基本要求是，應符合權利要求5所述關係式。
基於這一點，操縱閥的活塞及執行活塞的結構設置可按照權利要求6進行，據此，活塞長度的僅僅一部分按照為再充滿而使低壓室與耦合室之間連通的標準來確定，而活塞的其餘部分則應具備確保活塞精確導向所需的長度。按照權利要求7，本發明還具有另一改進，即活塞僅僅還配有一個短的、接近耦合室的間隙長度lw，而按照權利要求8，液體從低壓室可無節流地通過壓力介質通道完全接近到間隙lw。
本發明的再充滿方面的一個重要改進是按照權利要求11實現的，即在低壓室內調節出比周圍環境更高的壓力。這導致向耦合室的一個有助於耦合室再充滿的壓差的升高，其中，該壓力按照權利要求12產生。
附圖本發明的多個實施例在附圖中示出並在下面的描述中被進一步說明。其中，

圖1為一噴油閥的截面圖，圖2為在一帶有液體補充供給的耦合室上活塞配置的一個第一實施例，圖3為活塞的另一結構形式，圖4為圖3所示活塞結構的一種變化形式，圖5為圖3所示活塞結構的另一種變化形式，圖6為再充滿隨時間變化的曲線圖，圖7為具有三個活塞的結構形式，圖8為帶有本發明噴油閥的噴油裝置。
對實施例的說明本發明的閥用在一種噴油閥中，該噴油閥的重要部分在圖1的截面圖中給出。該噴油閥具有一個閥殼體1，一閥針3在該閥殼體內在一個縱向孔2中被導向，該閥針能以在此未進一步示出的、已公知的方式由一個關閉彈簧向關閉方向被預加載荷。閥針在其一端設有一個錐形密封面4，該密封面在閥殼體的伸入燃燒室內的頂尖部5處與一個閥座6配合作用，噴油孔由此伸出，這些噴油孔在噴油閥內使得環繞閥針3的由處在噴射壓力下的燃料所充滿的環形腔7與燃燒室聯通，從而當閥針從閥座升起時進行噴油。該環形腔與另外一個壓力室8聯通，該壓力室始終與一個壓力管道10聯通，燃料在噴射壓力下由一個高壓儲油器9通過該管道被輸送給噴油閥。這種高的燃料壓力也作用在壓力室8內，並在此作用於一個壓力凸肩11上，通過該凸肩能以公知的方式使噴嘴閥針在適當條件下從閥座升起。
閥針的另一端在一個圓柱孔12內被導向，並在該處用其端面14封閉了一個控制壓力室15，該控制壓力室藉助一節流連接而始終與一個環形腔17聯通，該環形腔與壓力室8一樣始終與燃料高壓存儲器聯通。從控制壓力室15軸向通出一個具有一節流閥19的孔並通到控制閥21的一個閥座20。控制閥的一個閥元件22與該閥座配合作用，該閥元件在抬離狀態下形成控制壓力室15與一個低壓室18之間的聯通，而該低壓室始終與一個卸荷室聯通。在低壓室18內設有一個對閥元件22沿關閉方向加載的壓力彈簧24，它將閥元件22加載到閥座20上，因此，在控制閥的正常位置，控制壓力室15的這種聯通被關閉。由於閥針13在控制壓力室18區域的端側面積大於壓力凸肩11的面積，因而控制壓力室內的燃料壓力得以保持，它在壓力室8內也佔優勢並使閥針3處在關閉位置。然而，當閥元件22被抬離時，通過節流連接16而被閉鎖的控制壓力室15內的壓力則卸載。當關閉力不存在或減小時，閥針3快速打開、或許要克服封閉彈簧的力而快速打開，並能在閥元件22重新進入關閉位置時，立即置於關閉位置。因為從此刻起，控制壓力室15內的原始高的燃料壓力通過節流連接16被快速地重新建立。
本發明的控制閥具有一個被確定用於其操縱的活塞25，該活塞25作用在閥元件22上並可由一個未進一步示出的壓電執行元件32操縱。該活塞25在一個設在噴油閥的殼體部分26內的導向孔28中被密封地導向並如從圖2所看到的那樣，利用其端面29限制一個耦合室，該耦合室的相對的壁由一個在孔65內的更大直徑的執行活塞31封閉。該活塞是壓電執行元件32的一部分，並且它此外還可通過一個設在耦合室30內的盤簧66與壓電執行元件32傳遞力地聯接。執行活塞與壓電執行元件32的反饋也可以其它適合的方式進行。兩個活塞25和31在它們的孔中被密封地導向。耦合室由於兩活塞25和31不同的活塞面積而用作變換室，其中，它根據設計將壓電執行元件活塞31的小行程轉變成操縱控制閥21的活塞25的較大行程。當壓電執行元件32激勵時，使活塞25被如此調節，即閥元件22從其閥座20上抬離。這導致控制壓力室15卸載，從而閥針3被重新打開。
在圖2中，與閥殼1分開地示出了耦合室30和兩個活塞25及31。其中在殼體部分26內，低壓室18設在活塞25的那一側，而低壓室33設在活塞31的背向耦合室30的那一側。容納活塞25和31的圓柱孔具有寬度為S1和S2的間隙35及36，通過它們，低壓室33和18與耦合室30聯通。間隙35的長度用l1，而間隙36的長度用l2表示；活塞31的直徑為d1，而活塞25的直徑為d2。
為了操縱閥元件22，壓電執行元件32被激勵，而隨後執行活塞31被移動，這導致耦合室30內的壓力上升，這又使活塞25連同閥元件22一起被移動。由於活塞的直徑不同，因此活塞25比執行活塞31移動的更遠。耦合室內的壓力增大導致耦合室液體通過活塞25和31與它們的導向孔之間的洩漏間隙而洩漏損失。不過為操縱閥元件而在耦合室內存在高壓的時間比這之間加載間歇的時間短。
因此，耦合室30在閥工作時而在耦合室內形成的高壓下不會隨著時間的推移而通過間隙35和36被抽空，通過本發明可實現，在加載間歇時並在低壓室18和33內相對低的壓力下達到耦合室30的快速再充滿，補償所產生的液體損耗。執行活塞同壓電執行元件一起在不激勵時回移有助於達到上述目的。最好是由一個回位力對執行活塞施載到壓電執行元件上，該力尤其是通過支承在耦合室內的彈簧57來產生。
為了再充滿，兩個活塞25和31及它們的導向孔必須以特殊方式進行幾何設計，以獲得該配置的最佳工作能力，以及達到耦合室30的充填體積的不斷形成。作為洩漏程度參數應力爭達到符合下式的幾何關係ndS3V014]]>其中，d-平均活塞直徑(mm)S-間隙大小(μm)L-密封間隙長度(mm)n-密封間隙或活塞的數量V0-耦合室的初始體積(mm3)最好應符合如下關係式ndS3V018]]>根據上述關係，達到一種儘可能快的再充滿，而無容差、尤其是在間隙35和36之間的容差對再填滿延續時間產生大的影響。從上式可以得出，間隙和活塞直徑傾向於大，而初始體積和密封間隙長度應選擇小。大於等於8的洩漏程度參數不應選擇太大，否則，洩漏速率太大，而耦合功能、即耦合室充填體積的液壓剛性會下降並因此會降低行程。為了開關閥所需的耦合室30的剛性儘可能保持大，耦合室的初始體積V0則必須儘可能小。
對於活塞25和31而言，由於導向精度和由此間隙尺寸需保持恆定的原因，間隙35和36不能選擇過大，而活塞長度l1和l2不能選擇過小，儘管特徵參數
，活塞25和31可採用圖3、4及5所示的結構形式，在這些形式中，液壓作用的密封間隙長度被減小，即限制在確定上述特徵參數的一個短的長度上。
圖3示出了活塞37，它的長度尺寸兩次被環形槽38和39中斷，以便在短的密封間隙長度情況下使導向部分彼此隔開並由此來提高導向精度，位於環形槽39和38、低壓室18或34和耦合室30之間的間隙長度比活塞的原始總長度短。這就在很好的導向精度的情況下形成一種利於充滿的符合上述洩漏程度參數關係式的幾何關係。
在圖4所示的結構形式中，活塞40具有一個環形槽41，它靠近耦合室30設置並由此在此處確定了一個短的起作用的間隙長度lw。這個短的間隙長度僅僅是符合上述關係式的一個結果值。該間隙長度接下來的活塞部分用作所需的導向部件，不過它不影響由上述關係式所得到的數值。通過這種方式可獲得在加載間歇期間以簡單可靠方法再充滿的合理數值。
圖5示出了活塞42，它具有按照活塞40的短的密封間隙長度在圖4所示實施形式的基礎上被這樣變型，即從與圖4中的環形槽41相當的環形槽43向活塞端部通出一個或多個側面的削平部分44。在這種結構形式中，間隙長度lw很短，它滿足上述關係式，儘管如此，活塞42的導向段相對較長並因此精確。由環形槽43和側面的削平部分44形成的間隙寬度如此大，以致不起密封作用，而由其長度確定的活塞部分僅僅起活塞導向段的作用，而不是作為洩漏程度參數的結果。削平部分44成為壓力介質通道，藉此，從相鄰的低壓室供給壓力介質到環形槽43。不過該削平部分也可變成其它形式，如設置成環形槽43與低壓室之間的孔或其它通道形式。
圖6示出了一曲線圖，由三條曲線45、46、47可以看出再充滿的不同持續時間與耦合室內及在不同環境壓力中工作壓力上升的持續時間的關係。縱坐標上描繪了一種由使耦合室充滿到某一確定壓力，如周圍環境壓力的90％所需的時間確定的時間比，而橫坐標給出了由上關係式得出的對於不同參數和兩個間隙，即兩個活塞、活塞25和31的洩漏程度參數。可以看出，對於大的間隙而言，隨著由上述關係式得出的值變大，其再充滿更快和更有利。相反，對於洩漏程度參數＜4的情況而言，時間直至無究。在此，低壓室內的壓力也有關，隨著該壓力的增大，再充滿更快。
圖7示出了具有三個活塞的結構形式，其中具有已經描述過的執行活塞31和耦合室30。在此，一個操作控制閥21的活塞構造成階梯活塞，它具有兩個活塞49和50。因此這裡總共具有三個間隙，液體通過它們可從耦合室流出，耦合室30又必須通過它們重新充滿。對於這種結構形式也可採用本發明的再充滿。這也適合於帶有三個以上的活塞的裝置。
在如圖8所簡單示出噴油裝置中，每個發動機汽缸採用了一個如圖1所涉及的噴油閥51。該噴油閥50一側通過一管道52與一高壓儲存器53相連，而另一側則通過一回油管54與一低壓容器(油箱)55相連。此外該噴油裝置還包括一個燃料泵56、一個高壓泵57、一個溢流閥58、一個壓力控制閥59，一個壓力安全裝置60、一個流量限制器61和一個電控裝置62。
按照本發明，在從噴油閥51通到容器55的回油管54中裝有一個恆壓調節閥63，它可被調節到10-20巴(bar)的壓力。回油管54則必須相應地設置得穩固。在噴油閥51中，正如已經描述的，兩個低壓室18和34接通低壓力，這兩個低壓室位於執行活塞31和操縱閥元件22的活塞25的背向耦合室30的兩個端面側上，該低壓力藉助恆壓調節閥被保持在一個較高的水平、例如10至20巴(bar)。
這一措施促成耦合室30通過間隙35和36(見圖2)按下式快速再充滿
其中，Q-流量d-活塞直徑S-間隙尺寸η-動力學粘度l-洩漏間隙長度當耦合室30內在作用行程後降低到大約零巴(bar)壓力，而周圍壓力直到內燃機的下一個噴油過程(在每分鐘4800轉的發動機轉速下25毫秒(ms))前為1bar、二者壓差無法使耦合室達到再充滿的情況下，採用截止閥63是尤其值得推薦的。當壓差上升到10至20巴(bar)時，耦合室30在所提供的短的時間間隔內被可靠地再充滿。具有優點的是，每個發動機只需一個恆壓調節閥63。
權利要求
1.液體控制閥，具有一個閥元件(22)，該閥元件可由一個活塞(25)克服彈簧(24)的力尤其沿打開方向操作，該活塞(25)的端面作為可移動的壁封閉了一個液壓耦合室(30)，該耦合室另一側以一個具有比活塞(25)更大直徑的執行活塞(31)的端面為邊界，該執行活塞是壓電執行元件(32)的一部分，通過其工作行程，耦合室(30)內壓力增大，由此，活塞(25)可克服壓力彈簧(24)的力被移動，其特徵是，在執行活塞(31)及操縱閥元件(22)的活塞(25)的兩個背向耦合室(30)的側面各設有一個低壓室(18及33)，在該低壓室內形成漏油壓力，並且，在活塞(25)及執行活塞(31)的外圓周分別與導向這兩個活塞的孔(28，65)之間的間隙(35，36)大小被如此確定，即耦合室(30)當在其內沒有壓力增大時則由低壓室通過這些縫隙被重新灌滿，以補償壓力增大期間通過這些縫隙進入低壓室的匯漏損失，其中，壓力增大出現之間的時間小於壓力增大出現的時間。
2.按照權利要求1所述的閥，其特徵是，耦合室(30)內的洩漏損耗可通過由於執行活塞(31)的一個返回行程而使耦合室體積變大所形成的在耦合室(30)與低壓室(18，33)之間的壓力差得以補償。
3.按照權利要求2所述的閥，其特徵是，執行活塞(31)藉助一個回位彈簧(66)與壓電執行元件(32)在其返回行程中耦聯。
4.按照權利要求2或3所述的閥，其特徵是，耦合室(30)的再填充通過間隙(35，36)沿活塞(25，31)的密封間隙的定義的長度l1和l2無閥地進行，其中，該間隙大小這樣來確定，即耦合室的再填充始終能在壓電執行元件(32)的各單個工作行程之間的時間內完成。
5.按照權利要求4所述的閥，其特徵是，對於再填充而言，間隙長度和寬度相對於耦合室在無壓力升高時間內所要求的最大的體積滿足下面的幾何關係
，最好≥8其中，V0-以立方毫米(mm3)為單位的耦合室(30)的體積，n-由耦合室(30)通出的間隙數量，S-以微米(um)為單位的間隙寬度，l-以毫米(mm)為單位的間隙長度，d-以毫米(mm)為單位的活塞平均直徑。
6.按照權利要求5所述的閥，其特徵是，用於操縱閥元件(22)的活塞(25)和/或執行活塞(31)在孔(28)或孔(65)內的其導向長度上具有至少一個環形槽(38，39，41，43)。
7.按照權利要求6所述的閥，其特徵是，在耦合室(30)與至少一個環形槽(41，43)之間確定了一個短的間隙長度lw，它滿足上述的幾何關係，而活塞的位於至少一個環形槽(41，43)另一側的部分被構造成起導向作用的部分(40，42)。
8.按照權利要求7所述的閥，其特徵是，在至少一個環形槽(43)與活塞(42)的朝向低壓室(18，34)的端面之間設有一個壓力介質通道(44)，壓力液體通過該通道無節流地供給該環形槽。
9.按照權利要求1至8之一所述的閥，其特徵是，耦合室(30)的邊界由執行活塞(31)及多於一個其它的活塞(49，50)構成。
10.按照權利要求9所述的閥，其特徵是，所述其它活塞(49、50)構成一個階梯活塞(48)。
11.按照上述權利要求之一所述的閥，其特徵是，低壓室內的壓力被保持在一確定的、比周圍壓力高的水平。
12.按照權利要求11所述的閥，用在帶有高壓泵(57)，高壓儲存器(52)及低壓容器(55)的噴油系統中，其特徵是，在與閥的低壓室(18，33)相聯的、且與低壓容器(55)相連的低壓側，一個恆壓調節閥(63)安裝在回油管(54)上，該閥被調節到大於1巴(bar)的壓力。
13.按照權利要求11或12所述的閥，其特徵是，低壓室(18，33)內的有效壓力被調節到10至20巴(bar)。
全文摘要
一種液體控制閥,設有一個用來操縱該閥的充滿液體的耦合室(30),該耦合室設置在一個壓電執行元件(32)的執行活塞(31)與一個操縱一閥元件的活塞(25)之間。為了補償耦合室(30)在每個工作循環中由於短時間處在高壓下而出現的液體損耗,在執行活塞(31)的返回行程中利用了在耦合室(30)與執行活塞(31)及操縱閥元件(22)的活塞(25)的兩個背向耦合室(30)的兩端面側的低壓室之間所形成的壓差,以便無閥地沿間隙(35,36)實現重新填充。此閥用在機動車內燃機的噴油裝置中。
文檔編號F02M51/00GK1241243SQ98801464
公開日2000年1月12日 申請日期1998年6月27日 優先權日1997年10月2日
發明者魯道夫·海因茨, 迪特爾·青茨勒, 羅格·波奇, 克勞斯－彼得·施莫爾, 弗裡德裡希·伯金 申請人:羅伯特·博施有限公司