CN1062333C - 电磁式控制的阀 - Google Patents
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Abstract
公知的电磁式控制阀中作为阀基本构件的阀管由三个部件构成。芯和阀座架通过一个非磁性的中间件连接在一起并具有液体密封性，由此必然产生两个组装连接位置。本发明的阀中阀管(12)的构成部件的数量减少了，组装连接位置的数目也随之减少。整个阀管(12)均由导磁材料制成，因此能不再使用非磁性中间件。该阀特别适用于混合压缩、强迫点火式内燃机的喷油装置。
Description
现有技术
本发明涉及电磁式控制的阀、特别是用于内燃机喷油装置的喷油阀。在DE-PS4003227中已经有电磁式控制的阀为大家所知，那里作为阀的基本构件的阀管由三个部件组成。其部件之一是一个磁性阀座架，磁通就是由它沿径向穿过径向空气隙，进入到固定在阀针上的衔铁中去的。另一方面一个芯，作为内磁极，被安置于阀座架的液流上游方向上，它沿轴向传导磁通。此外就是阀管的第三个组成部件，是一个非磁性的中间件，用于将芯与阀座架联接起来，并具有对液体的密封性。这个非磁性的中间件，并不传导磁通，因而磁通作为有用的通量穿过衔铁，整个磁回路的效率很高。然而，三个单独的构成部件必须非常精确地加工制造出来，被置于相对固定位置上，之后还要进行联接。这样一来，至少要出现两个接缝及连接部位，比如两条焊接线。由此，一方面造成额外的工序；另一方面在焊接时还存在着被焊接在一起的两个部件由于热应力作用发生变形的危险。
本发明的目的在于，可以简单地构造阀管，并且减少接合和连接部位的数量，而不降低磁回路的质量。
本发明提出一种电磁式控制的阀，特别是用于内燃机的喷油装置上的喷油阀，包括一个被磁线圈环绕的芯；一个衔铁，通过它可以控制与一个固定的阀座共同起作用的阀闭合体；一个衔接部分，它呈管形，位于芯的液流下游方向，并在径向上部分地包住芯。芯和阀座架通过一个磁的节流位置彼此连在一起，此联接具有直接导磁性，这里芯、节流位置和阀座架是一个单一件的整体构件。
本发明另外提出一种电磁式控制的阀，特别是用于内燃机的喷油装置上的喷油阀，包括一个被磁线圈环绕的芯；一个衔铁，通过它可以控制与一个固定的阀座共同起作用的阀闭合体；一个衔接部分，它呈管形，位于芯的液流下游方向，并在径向上部分地包住芯。芯和阀座架通过一个磁的节流位置彼此连在一起，此联接具有直接导磁性，这里芯上直接加工制造有节流位置，是一个单一件。
本发明另外还提出了一种电磁式控制的阀，特别是涉及用于内燃机的喷油装置上的喷油阀，包括一个被磁线圈环绕的芯；一个衔铁，通过它可以控制与一个固定的阀座共同起作用的阀闭合体；一个衔接部分，它呈管形，位于芯的液流下游方向，并在径向上部分地包住芯。芯和阀座架通过一个磁的节流位置彼此连在一起，此联接具有直接导磁性，节流位置直接被加工制造于阀座架之上，并与之同属于一个单一件。本发明的优点
本发明的电磁控制阀有如下优点：阀管的构造特别简单，因为它由数目较少的部件组成，由此减少了组装和连接部位的数量而降低生产费用。其原因在于：整个阀管全部使用可导磁的材料制成，但这并未导致磁回路的质量有所降低。达到这一点的原因是：本发明的阀管上有一个可以导磁、而在径向上壁厚很小的磁节流位置，此节流位置处于芯的轴向延伸范围以内。磁节流位置很快就被磁化饱和，由此散磁通被限制在很低的数值上。
特别值得注意的优点是：阀管是单部件结构，因为它在任何情况下都可以保证具有对液体的密封性。单部件性的阀管伸展于阀的全部长度范围，由此产生上述效果。
如果使用两个部件组合的构造方案，优点是：可以为阀座架和它带有的节流位置选用饱和磁通密度远低于芯用材料的材质的饱合磁通密度，这类材料可以选铁镍合金或者纯金属镍，它们的饱和磁通密度大约为0.5特斯拉(T)。这种情况下，节流位置更早地达到磁化饱和，因而如果需要提高阀管的机械强度，节流位置上的颈部横截面积可以增加。
极其重要的是：磁节流位置形成时，要使得至少有一个衔铁上的导向面，在阀针作轴向运动时，尽量处于节流位置的轴向中心区域内。如果为衔铁导向的导向面直接处于节流位置的轴向中心区内，也将具有同样的优点。只有这样才能将侧向上存在的力限制在最小程度上。
图例
图例中简单地示出本发明的实施例，随后的说明中还要进行进一步的解释。
图1示出根据发明构造的阀的第一个实施例；
图2示出阀的节流位置的局部的第一例；
图3是阀的节流位置的局部的第二例；
图4是阀的节流位置的局部的第三例；
图5是根据发明构造的阀的第四个实施例；
图6是阀的节流位置的局部的第四例；
图7示出阀的节流位置的局部的第五例；
图8是衔铁上的导向面处于节流位置的轴向延伸范围内时的磁力线分布；
图9是导向面位于节流位置上时的磁力线分布；
图10给出衔铁上的导向面处于节流位置所处区域之外时的磁力线分布。
实施例的说明
图1中示例性给出的电磁式控制的阀，以喷油阀的形式用于混合压缩、强迫点火式内燃机中的燃料喷入装置上。其上有被线圈1包围的、作为燃料导入管的管状芯2，该芯2成为所谓的内极。线圈体3上缠绕着线圈1。与现有技术不同之处在于，这里的芯不作为喷油阀的一个单独构件而以芯端9宣告终止，而是继续向液流下游方向延伸，其结果是芯2与处于线圈体3的液流下游方向上安置的管状衔接件成为一个单一部件的整体构件。这里的管状衔接件成为所谓的外极，它的继续延伸部分在图中被标示为阀座架10。而此整体构件被标示为阀管12。在芯2与阀座架10的过渡区内，阀管12拥有一个磁节流位置13，它的形状也是管状，但管壁的厚度比芯2和阀座架10处要薄得多。
磁节流位置13从芯2的下端9起，与阀的长轴15同心地向下延伸。与此长轴15同心地延伸的还有芯2与阀座架10等。在液流下游方向紧靠芯端9的区域内，已知的喷油阀使用非磁性金属中间件，以实现芯2与阀座架10的磁隔离。由此已知的喷油阀可以保证非磁性中间件周围电磁回路的磁通立即进入到衔钟中去。喷油阀的控制在根据本发明的装置中也是以众所周知的电磁式实现的。
在阀座架10中有一个长孔18，此长孔18在构造成与阀长轴15同心。在长孔18中安置着可以是管状的阀针19。而阀针19的液流下游的一端20，通过诸如焊接方式，与球形阀闭合体21联接在一起。在阀闭合体21的球面上，有数量比如说为5个的缓曲面22以便于燃料流过。
电磁线圈1、芯2和衔铁17构成的电磁回路，作用是使阀针19沿阀轴向运动，克服复位弹簧25的弹力以开启喷油阀以及使之关闭。在与阀闭合体21所在端相对的阀针19的另一端，衔铁17通过焊接与阀针18相联接，并要与芯2对齐。在长孔18内，有一个圆柱状的、拥有固定阀座的阀座体29，它被密实地焊接到阀座架10的液流下游端，与芯2相对。
在阀座体29上，有一个导向开口32，其作用是在阀针19带着衔铁17沿阀长轴15作轴向运动时引导阀闭合体21的移动。球形阀闭合体21与阀座体29中沿液流方向变细的圆台形阀座共同作用。阀座体29的一端为阀闭合体21，其与此端相对的另一端面与喷孔片34固定联在一起，喷孔片34可为筒形。这种筒形的喷孔片34至少有一个喷出开口35，可以有4个这样的开口。开口是通过磨蚀或冲压制成。在已知的喷油阀中，轴向运动过程中与阀针19相固定在一起的衔铁17的导向，是利用非磁性的中间件来完成的。这些中间件是由诸如精密车床极其精密地加工制造的，以达到低的导向波动。由于本发明的喷油阀中不再必须使用中间件，在衔铁17的外缘上设计加工出至少一个导向面36(见图2)就很必要。该导向面36可以通过车削加工完成。为数至少一个的导向面36即可以是一个环绕全周长，贯穿连续的一个导向环，也可以是在圆周长相互间有一定间距的几个导向面。
阀针19的升降高度的大小是由带有筒形喷孔片34的阀座体29的推入深度来决定的。其中磁线圈1未受激时阀针19处于其一个端位上，该端位由阀闭合体21处在阀座体29的阀座中的位置确定下来，而在磁线圈1受激时，衔铁17接触到芯端9时的位置就限定了阀针19在另一个方向的端位。
磁线圈1被不少于1个的、可呈弓形的铁磁性导通元件45的环绕。此导通元件45在磁线圈1的周长方向上至少要部分将其包围起来。它一端要紧贴在芯2上，另一端要挨紧阀座架10，接触部位可以通过诸焊接、锡焊、以及粘结方法使彼此联接起来。
接下来喷油阀要通过塑料喷涂50进行包覆。在轴向上此塑料喷涂50包覆自芯2开始，包括磁线圈1和数量至少为1个的导通元件45，一直到阀座架10的全部区域。其中数量不少于1的导通元件45无论在轴向上还是在圆周方向上都要被塑料喷涂50包覆严实。此塑料喷涂50还包括如电接线插头52的同步喷涂。单件性的阀管12延伸于喷油阀的全长，因而此项处理可早期进行。
图1中所示的喷油阀在磁节流位置13区域的局部在图2中经放大给出。芯2的一端9拥有一个朝向液流下游方向的端面55，它作为衔铁17的上端面56的撞击面。将阀闭合体21装入阀座体29的阀座中，即成为封闭的阀。在这样的封闭阀中，两个端面55和56之间存在着空气隙58，它在轴向上的尺寸举例说可以是60μm。此外端面55和56上有厚度总共为30μm的铬膜层，作为附加空气隙。加和到一起成为所谓的工作空气隙，其轴向宽度为90um。一般而言可以认为：一个磁回路中绕过其工作空气隙的散磁通量越小，该磁回路越好。
本发明的阀管12仅由一个部件构成，因而通过磁节流位置13实现的芯2与阀座架10的联接是直接的，导磁的。为了将绕过空气隙58以及工作空气隙的散磁通尽量地限制在低值上，磁节流位置的壁厚取得很小。例如轴向长度为2mm的磁节流位置13，其壁厚为0.2mm。这个壁厚值大致达到了在保证阀管12具有足够的稳定性的前提条件下的低限。在受激时，磁回路中的磁通也将直接通过很狭窄的磁节流位置13。这里的磁通密度在很短时间内就达到了其饱和值，这段时间只相当于阀自身接通时间的的极小部分。而已被磁化饱和并因而显而出导磁率大致为1的磁节流位置13便真正地成为节流位置。
衔铁17上有少于1个的导向面36。这些导向面36的径向伸展超出了衔铁17自身的外径。由于它们存在的缘故，在没有导向面36的地方，形成了磁节流位置13以及阀座架10与衔铁17之间的径向空气隙60。这种径向空气隙60应当尽量狭窄，因为磁通将沿径向穿过空气进入到衔铁17。在考虑到液体密封行为时，此径向空气隙60宽度可取为80μm。这种结构尺寸安排的喷油阀，与已知的那些使用非磁性中间件的喷油阀相比较而言，其中通过节流位置13的总的磁通量增加了。相应地，其余参与导磁的部件-芯2和导通元件45的横截面必须要适当选取或者进行最低限度的扩大。
图3中给出的局部也显示了磁节流位置13所在区域。在这第2个实施例中，在芯2的末端9填入了一个环形撞击块61。这个撞击块61可选取如下的尺寸：它的内通孔62与芯2的相同，而其径向外侧以及朝向接线插头52的上端被芯2包住。这的下端面55镀有铬层，从而与没有撞击块的芯端9的掸击区相似。相对于图2所示的实施例而言，这样的撞击块61的优点是：撞击区的精确加工可以在阀管12以外完成，此后才将撞击块61固定到芯端9上去。将撞击块61固定的方法可以选择挤压入法或外部激光焊合法。另外的固定方法有可能是只通过总是闭合的磁回路中的剩磁作用将撞击块61保持在芯2上。
图4所示的第三个实施例中，阀管12由两个部件构成，即芯2和阀座架10。在阀座架10上设计有磁节流位置13，二者以一个整体部件出现。如同其它的例中那样，始于阀座架10的节流位置13是一个很狭窄(壁厚尺寸小)的圆柱形区域。在轴向上这个狭窄的节流位置13并不直接过渡到芯2，取代之的是：从比如说端面55开始，由一个稍宽的管套段65与这个节流位置13在轴向上相衔接。此管套段65在径向上包裹着芯2的末端9区域。因而套管段65就成为阀座架10在液流上游方向的尾端。阀座架10与芯2通过诸如激光焊合法被牢固地联接在一起，焊合周线66位于套管段65所在区内。这种两个部件的构造方案同样也有如下优点，即芯2的端面55，作为撞击面，其加工比较简单易行，因为将阀座架10的套管段65固定到芯2上去的工序在后。尽管如此，在由两个部件所构成的联接管12中芯2和阀座架10互相直接联接起来，处处导磁。原则上，磁节流位置13也可以用相同的方式在与芯2共同形成的一个整体零件上加工出来，那样的话，两个组成零件之间的牢靠的联接可以在阀座架10与未示出的芯2上的套管段之间进行。
对阀座架10的饱和磁通密度的要求明显低于对芯2的要求，因为磁通从阀座架10向衔铁17沿径向穿过的面积要比衔铁17和芯2的截面积大得多(比如相当于4倍)。在两个组成部件的实施例中，如果选用饱和磁通密度很低的材料，比如说铁镍合金，其饱和磁通密度大约为0.5T，来制造带有节流位置13的阀座架10，则节流位置13更早达到饱和状态。芯2所用的铁素体铬钢的饱和磁通密度则可达1.8T。这种材料的选择提供了新的磁回路构造的可能。一方面能够减少通过节流位置13的磁通量而改善阀功能，另一方面在保持散磁通不变的前提下，可以增大节流位置13的颈部横截面以提高阀管12的机械强度。
图5和图6所示的第四个实施例中的阀座架10与上面的图例和描述的均不相同，它呈现管状。这种管形阀座架10在很长的区域内壁厚相同，因此喷油阀安装所需的外部轮廓通过塑料周边喷涂50的造形来完成。除此以外，这种管形阀座架10的功能与图1于图4中给出的阀座架10并无差别。管形阀座架10在其液流上游端“收紧”，即与其长度方向上其余所有区域相比，在此端部壁厚明显减小。壁厚的减小发生在衔铁17所在的轴向区域内，由此制造出了磁节流位置13。阀座架10可以其减小后的壁厚，接着节流位置13继续向液流上游方向延伸，一直到芯2的末端9，并将此芯端9径向包住。通过焊合线66又可达到阀座架10和芯2的牢固联接。在其“收紧”区以外，阀座架10的管壁厚度的选取，需要保证阀具有足够的稳定性。由于节流位置13的颈部横截面通过“收紧”变得很小，阀座承载体10也能选用与芯2相同的价格较低而饱和磁通密度较高的铁素体铬钢。磁节流位置13处的壁厚可以是0.2mm。
图7所示的实施例的阀座架10，在其全部长度上壁厚均匀一致，譬如取0.5mm。这种较厚的管形阀座架10以其在衔铁17和芯2所在的轴向区域内同样具有较高的稳定性而见长。不过，这里必须使用导磁性弱、亦即饱和磁通密度低的材料。饱和磁通密度在0.5T左右的有铁镍合金或纯镍。这个实施例中，颈部横截面没有直接地加工成形的磁节流位置13这一特征，如果其材料的饱和磁通密度明显超过0.5T，那么将导致太多的散磁通。芯2可用铁素体铬钢。
接下来我们来考虑衔铁导向结构，特别注意在图1至图6中给出的实施例中的该问题，在这些实施例中，均存在一个非常明显地加工成形的节流位置13。由于非磁性中间件的缺席，本发明的喷油阀必须引入新的导向机制，因为所缺的中间件的功能之一就是在阀针19作轴向运动时为阀针19以及衔铁17导向。在已知的带有非磁性中间件的喷油阀中，衔铁与中间件的接触面也是非常磁性的，因而不会出现值得注意的侧向磁力与衔铁和中间件间的径向空气隙尺寸以及导向波相对应，此径向空气隙的最大值与最小值之比为2∶1。由于不均匀的磁通分布导致的侧向力可能达到0.5N，这个数值的力无关紧要。
在本发明的阀管12的构造中带有磁节流位置13，这里的衔铁17紧靠着磁性材料，两块磁性材料仅仅通过衔铁17上譬如10μm厚的铬层被分隔开。在同样的导向波动(大约为40μm)下，径向空气隙60的最大尺寸与其最小值之比为5∶1，这能够造成径向空气隙60中磁通分布的较大不均匀性。由此会出现达4N的侧向力。因此衔铁轴向导向的情况成为一个非常重要的构造上和磁回路特殊的关键。
图8至图10是与图1所示的喷油阀相对应的局部区域。图中给出了磁节流位置的周围区域，并示出区域内的磁力线走向。发自阀座架10、沿径向进入到衔铁17的磁通，是较大的侧向力产生的原因。如果数量至少为一个的导向面36，处于磁节流位置13的轴向延伸区域内，则径向磁通可以被限定在很小的量值上。而很快达到磁化饱和的节流位置13使得进入到导向面36中去的磁通很少。
磁场计算结果表明：从导向面36附近进入到衔铁17中的磁通几乎没有，并且不再形成附加的侧向力，前提条件是只要导向面36处于节流位置13的区域内，就如同图8和图9中显示的那样。并且，导向面36应处于节流位置13的轴向延伸区域的中间位置上。而导向面36不允许直接与芯2相接触，否则出现新的磁通分布状况，而这种状况的出现将导致较大的侧向力。就磁通的分布和侧向力的大小而言，导向面36被加工制造于衔铁17上(图8)还是阀座架10的节流位置13上(图9)，完全无关紧要。导向面36的加工制造方法有铸造、塑料轧制、或者无应力加工方法等可能性。图10示出了一种衔铁17上的导向面36处于节流位置13以外的构造，以作比较。磁力线走向表明：从阀座架10进入到衔铁17上的导向面36的磁通量较高。此时，如果衔铁17不能非常精确地处于轴心上，将受到较大的侧向作用力。因而这种构造应当尽量避免出现。
Claims (21)
1、电磁式控制的阀，特别是用于内燃机的喷油装置上的喷油阀，包括一个被磁线圈环绕的芯；一个衔铁，通过它可以控制与一个固定的阀座共同起作用的阀闭合体；一个阀座架，它呈管形，位于芯的液流下游方向，并在径向上部分地包住芯，其特征是：芯(2)和阀座架(10)通过一个磁的节流位置(13)彼此连在一起，此联接具有直接导磁性，这里芯(2)、节流位置(13)和阀座架(10)是一个单一件的整体构件。
2、根据权利要求1的阀，其特征是：节流位置(13)的壁厚小于芯(2)和阀座架(10)的壁厚。
3、根据权利要求1的阀，其特征是：节流位置(13)的壁厚依所用的材料的不同在0.2至0.5mm之间。
4、根据权利要求1的阀，其特征是：磁的节流位置(13)形成于衔铁(17)的轴向延伸区域内。
5、根据权利要求1的阀，其特征是：衔铁(17)具有至少一个用于衔铁(17)轴向导向的导向面(36)，而且该至少一个导向面(36)的安置要满足：位于节流位置(13)的轴向延伸区域内，并由此在径向上完全被节流位置(13)所包围。
6、根据权利要求1的阀，其特征是：节流位置(13)有至少一个导向面(36)来为衔铁(17)沿轴向导向。
7、电磁式控制的阀，特别是用于内燃机的喷油装置上的喷油阀，包括一个被磁线圈环绕的芯；一个衔铁，通过它可以控制与一个固定的阀座共同起作用的阀闭合体；一个阀座架，它呈管形，位于芯的液流下游方向，并在径向上部分地包住芯，其特征是：芯(2)和阀座架(10)通过一个磁的节流位置(13)彼此连在一起，此联接具有直接导磁性，这里芯(2)上直接加工制造有节流位置(13)，是一个单一件。
8、根据权利要求7的阀，其特征是：节流位置(13)的壁厚小于芯(2)和阀座架(10)的壁厚。
9、根据权利要求7的阀，其特征是：芯(2)与阀座架(10)在节流位置(13)以外彼此牢固联接在一起。
10、根据权利要求7的阀，其特征是：节流位置(13)的壁厚依所用的材料的不同在0.2至0.5mm之间。
11、根据权利要求7的阀，其特征是：磁的节流位置(13)形成于衔铁(17)的轴向延伸区域内。
12、根据权利要求7的阀，其特征是：衔铁(17)具有至少一个用于衔铁(17)轴向导向的导向面(36)，而且该至少一个导向面(36)的安置要满足：位于节流位置(13)的轴向延伸区域内，并由此在径向上完全被节流位置(13)所包围。
13、根据权利要求7的阀，其特征是：节流位置(13)有至少一个导向面(36)来为衔铁(17)沿轴向导向。
14、电磁式控制的阀，特别是涉及用于内燃机的喷油装置上的喷油阀，包括一个被磁线圈环绕的芯；一个衔铁，通过它可以控制与一个固定的阀座共同起作用的阀闭合体；一个阀座架，它呈管形，位于芯的液流下游方向，并在径向上部分地包住芯，其特征是：芯(2)和阀座架(10)通过一个磁的节流位置(13)彼此连在一起，此联接具有直接导磁性，节流位置(13)直接被加工制造于阀座架(10)之上，并与之同属于一个单一件。
15、根据权利要求14的阀，其特征是：节流位置(13)的壁厚小于芯(2)和阀座架(10)的壁厚。
16、根据权利要求14的阀，其特征是：芯(2)与阀座架(10)在节流位置(13)以外彼此牢固联接在一起。
17、根据权利要求14的阀，其特征是：带有节流位置(13)的阀座架(10)的材料选用铁镍合金或纯镍。
18、根据权利要求14的阀，其特征是：节流位置(13)的壁厚依所用的材料的不同在0.2至0.5mm之间。
19、根据权利要求14的阀，其特征是：磁的节流位置(13)形成于衔铁(17)的轴向延伸区域内。
20、根据权利要求14的阀，其特征是：衔铁(17)具有至少一个用于衔铁(17)轴向导向的导向面(36)，而且该至少一个导向面(36)的安置要满足：位于节流位置(13)的轴向延伸区域内，并由此在径向上完全被节流位置(13)所包围。
21、根据权利要求14的阀，其特征是：节流位置(13)有至少一个导向面(36)来为衔铁(17)沿轴向导向。
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