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CN107076130A - 在磁回路中具有含非磁性材料的区域的活塞泵 - Google Patents

在磁回路中具有含非磁性材料的区域的活塞泵 Download PDF

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Abstract

活塞泵，尤其用于两轮摩托车的和/或三轮摩托车的喷射系统，该活塞泵具有壳体、至少一个电磁线圈、缸、布置在该缸中的活塞和具有用于该活塞的止挡件的衔铁板，其中，活塞能通过由电磁线圈产生的磁场朝止挡件的方向运动，其中，基于所述磁场能在活塞泵中构造磁回路，其中，尤其地，活塞，缸，壳体，衔铁板和止挡件是磁回路的部件，其中，在活塞的止挡件侧转向时间点，尤其在活塞止挡在所述止挡件上时，磁回路具有至少一个区域，所述至少一个区域包含非磁性的材料，尤其具有不大于1.1的相对导磁率μr。

Description

在磁回路中具有含非磁性材料的区域的活塞泵
技术领域
本发明从根据独立权利要求前序部分所述的活塞泵出发。
背景技术
现今已知的例如在GB 2484855 A中所描述的电磁活塞泵按下述原理工作:给电磁线圈通电并且在此产生磁场。在活塞泵的金属的并且可磁化的部件中形成磁回路。例如，活塞泵的活塞、缸、壳体、衔铁板和止挡件都属于该磁回路的部件。
磁场朝衔铁板的止挡件的方向吸引布置在缸中的活塞，该活塞也称为电磁衔铁。在该过程期间，流体经由进入阀被吸入到压缩室中，该压缩室在缸中布置在缸底的进入阀与活塞之间。如果关断磁场，则布置在活塞和止挡件之间的弹簧将活塞(电磁衔铁)朝缸底方向移动并且在此一方面压缩流体而另一方面将流体经由排出阀推送出压缩室。
所存在的诉求是，提高活塞泵的效率和其功能可靠性以及改善活塞泵的动态性和稳健性。
发明内容
本发明基于以下认知：在关断磁场之后存在活塞(电磁衔铁)所谓的磁性粘附在止挡件上的可能性。该磁性粘附由磁回路和其部件例如活塞、缸、壳体、衔铁板以及止挡件在磁场关断之后的剩磁化产生。弹簧的复位力因而在某些情况下会不足以克服该磁性粘附并且不足以使活塞从止挡件松脱。
而根据本发明的具有独立权利要求的区别特征的活塞泵具有的效果是，使磁性粘附最小化或者消除该磁性粘附。由此提高活塞泵的功能可靠性并改善活塞泵的动态性。
为此设置，在活塞位于止挡件侧的转向点时，尤其是在活塞止挡在所述止挡件上时，磁回路具有至少一个区域，该区域包含非磁性的材料。表述“位于止挡件侧的转向点时”指的是，当活塞在其止挡件侧的转向点处时，在该时间点观察磁回路和其部件。
在本发明的意义上，活塞泵的通过其使具有最大磁通密度的磁场涡旋扩展的部件尤其属于磁回路。即，尤其对位于活塞泵之外的磁性杂散场中的部件、区域或类似的不予考虑。
所述包含非磁性材料的区域尤其具有与磁回路中的其他部件例如活塞、缸、壳体、衔铁板以及止挡件相比较高的磁阻(磁性阻抗)Rm(DIN EN80000-6)。由此提高磁回路的总磁阻，使得磁回路的剩磁化尽可能快地消散并且不出现活塞磁性粘附在止挡件上的情况。所述区域尤其自身不具有剩磁化或仅具有可忽略的剩磁化。
磁回路中的部件i的磁阻Rm以下述方式计算:
Rm,i＝Li/(μ0μrAi),
其中，磁回路中的部件i的长度是L、横截面面积是A、材料的真空导磁率是μ0而相对导磁率是μr。磁回路的总磁阻可类似于电路中的电阻的基尔霍夫定律(Knoten-undMaschenregeln)来进行计算。
除了电磁活塞泵的金属部件之外，各个部件之间的间隙也会增大总磁阻。所述间隙可被填充以不同的材料，例如气体如空气或液体。例如在活塞和衔铁板的止挡件之间存在具有变化的长度的气缝。气缝长度视泵送周期的阶段而改变。在关断磁场之后，活塞弹簧将活塞从止挡件朝相反的方向移动，并且气缝和其磁阻增大。在接入磁场时，活塞向衔铁板运动并且气缝变小。当活塞完全被吸住，即活塞止挡在衔铁板的止挡件上时，气缝和其磁阻最小。典型地，在泵送周期的该阶段中，气缝对于磁回路的总磁阻的贡献小得可以忽略。气缝的磁阻在此可能过于小，使得不足以防止活塞磁性粘附在衔铁板上。
因此，根据本发明，在活塞泵的磁回路中设置包含非磁性材料的并且尤其具有较高磁阻的区域，该区域将总磁阻提高一个最小值。活塞泵的磁回路的总磁阻的下边界与活塞泵的尺寸有关。磁回路的总磁阻与构成位于磁回路中的部件的材料的总体积和剩磁化特性有关。所用的材料的总体积和剩磁化越大，则磁回路的最小总磁阻必须越大。
与活塞和止挡件之间的气缝不同，根据本发明的所述区域尤其在一个泵送周期内和/或在多个泵送周期期间具有恒定的磁阻。根据本发明的所述区域尤其并非活塞和衔铁板的止挡件之间的可变气缝或磁回路的其他部件之间的气缝。
根据本发明的活塞泵的有利的扩展方案设置，所述区域不仅包含非磁性材料，而且所述材料也是不可磁化的材料或者是仅可微弱磁化的材料。在一种优选扩展方案中，所述区域由所述材料构成。所述材料例如可具有不大于1.1的相对导磁率μr。尤其地，所述材料的μr小于1。
证明为有利的是，所述区域包含一种材料，该材料具有固态聚集态。例如，所述区域可通过薄膜构成。优选，所述薄膜是非磁性的和/或是不可磁化的。例如，由塑料如由聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)或聚苯乙烯(PS)制成的薄膜。
替代地或附加地，所述区域也可为部件表面上的涂层。优选，该涂层是非磁性的和/或是不可磁化的。例如，所述涂层可由铬、铬合金或氮化层构成。
替代地或附加地，所述区域也可通过处理过的表面构成。所述处理过的表面例如可被氮化(DIN 17022-4)。
替代地或附加地，所述区域也可为分隔垫片。优选，所述分隔垫片由非磁性的和/或不可磁化的材料构成，例如由基于钴镍合金的或基于铜铍合金的或基于铬镍合金的非磁性钢，所述非磁性钢例如是由Sandvik Materials Technology公司提供的Sandvik13Rm19。
典型地，所述区域的厚度在小于5mm的范围内。优选，该厚度处于从1μm至500μm的范围内，尤其处于从10μm至100μm的范围内。所述区域的厚度与活塞泵的尺寸、所述区域的所选的材料和/或所选的实施方式(分隔垫片，薄膜，涂层，处理过的表面)有关。
原则上，所述区域可布置在磁回路内的任意部位上。但所述区域优选布置在活塞的面向止挡件的侧面上，其也称为活塞背面。这具有以下优点，具有小的或者说可忽略的剩磁化的所述区域防止活塞和衔铁板的止挡件之间直接接触并从而减小活塞和止挡件之间由于剩磁化引起的相互吸引。由此，使活塞和止挡件的磁性粘附的概率最小化。
附加地或替代地，所述区域可布置在所述止挡件的表面上。这具有如在上段中描述的优点。
当既在活塞背面上构造一区域也在止挡件的表面上构造一区域时，活塞背面上的和止挡件表面上的所述区域可由相同材料或由不同材料构成。
附加于或替代于具有较高磁阻的区域，也可通过下述方式降低磁性粘附的概率：减少磁回路中的磁性的或者说铁磁性的材料的含量，尤其是含铁的材料的含量。
这例如可通过一轮廓来实现，该轮廓构造在活塞的面向衔铁板的端面(活塞背面)上和/或构造在衔铁板的止挡件上。所述轮廓并不是指构造在活塞内的空腔以及位于活塞的面向衔铁板的端面上的与该空腔连接的开口，在所述空腔中例如布置有弹簧。
典型地，所述轮廓的深度T不小于活塞总长度L的2％和/或不大于活塞总长度L的10％，其中，活塞总长度L是从活塞的面向衔铁板的端面到与该端面相对置的端面的间距。
有利的是，所述轮廓通过至少一个，尤其是环形的或直的，槽构成。在该情况下，活塞的面向衔铁板的端面具有由不同材料构成的两个区域。例如存在由与构成活塞的材料相同的材料构成的第一区域。第二区域通过在活塞背面上或在止挡件上构造槽来得到。该区域例如被空气或燃料填充。
该槽可构造成环形的或构造成直的。直的槽从活塞背面的活塞边缘延伸到中间。
在设置由多个槽构成的轮廓的情况下，这些槽能布置成相互平行或相互成一角度β。两个槽之间的角度β处于0°至180°的范围内，尤其处于22°至90°的范围内。
典型地，相互成角度地布置的多个槽相互成相等的或者相近的角度。有利的是，所述多个槽在相邻的槽之间分别具有约360°/n的角度，其中，n表示槽的数量。
这些槽可具有为活塞直径的5％至50％的宽度。构造的槽越多，则各个槽越窄。例如，可选择具有少量槽的轮廓，其中，槽很宽，即槽宽处于活塞直径的40％至50％的范围内；或可选择具有很多槽的轮廓，其中，各个槽较窄，即槽宽处于活塞直径的5％至15％的范围内。存在于这些槽之间的由活塞材料构成的区域则采用凸舌的形式。
替代地，所述轮廓也可通过至少一个，尤其环形的，台阶或通过至少一个，尤其沿着周边构造的，斜坡构成。该斜坡可或者从活塞背面朝活塞外边缘的方向构造或者从活塞背面朝活塞背面中间的方向构造。
除了减小磁回路中的磁性材料的含量之外，通过在活塞背面上或在止挡件上设置轮廓还得到以下技术效果，所述轮廓能以以下形式构造，使得所述轮廓在泵的运行中经受限定的磨损。由于轮廓磨损，活塞的行程增大而活塞泵就此而言可输送更多的流体。另一方面，在活塞和缸壁之间也出现磨损，使得活塞和缸壁之间的间隙在活塞泵的使用寿命中变大。这导致输送量的减小。理想情况下以下述方式选择所述轮廓与其限定的磨损，使得行程的增大刚好补偿由于活塞和缸壁之间的变大的间隙而造成的输送量损失并从而在活塞泵的使用寿命中将活塞泵的效率保持恒定。
附图说明
图1示出用于根据本发明的活塞泵的示例，
图2示出用于根据本发明的活塞泵的另一示例，
图3示出用于根据本发明的活塞泵的又一示例，
图4示出活塞的横截面，
图5示出活塞的背面。
具体实施方式
图1示出根据本发明的活塞泵1的示意图。该活塞泵1具有壳体2、衔铁板3和布置在该壳体2中的电磁线圈5或者说电磁线圈组。在径向上在电磁线圈5之内布置有缸4。可动的活塞6又在径向上布置在缸4之内。由电磁线圈5产生的磁场使活塞6朝衔铁板3的方向运动。衔铁板3在其面向活塞6的侧面上具有止挡件9，在电磁线圈5通电(相当于接入磁场)时，活塞6止档在该止档上。活塞6的面向衔铁板3的侧面称为活塞背面10。在磁场接入时，活塞背面10以一个面触碰衔铁板3的止挡件9，该面被称为接触面。
在活塞6和衔铁板3之间布置有活塞弹簧7。在活塞弹簧7的面向衔铁板3的一侧，活塞弹簧通过弹簧保持件8固定。活塞弹簧7可部分地或完全地布置在活塞6内。活塞背面10由此具有开口，活塞弹簧7布置在该开口中。活塞弹簧7基于活塞运动而朝衔铁板3压紧。在关断磁场之后，活塞弹簧7又将活塞6朝相反方向挤压。
此外，在缸4中，尤其是在缸底中，布置有进入阀11和排出阀12。缸4在一侧通过衔铁板3被限界而在另一侧通过缸底被限界。进入阀11和/或排出阀12可构造为膜片阀。在活塞泵1的该实施例中，进入阀11和排出阀12布置在缸4的同一侧，从而入口和出口布置在该缸的同一侧。入口和出口尤其可同轴地构造，例如用于出口的管路布置在用于入口的管路之内。在进入阀11和排出阀12之间布置有阀体13。
未示出的是燃料管路，通过所述燃料管路，燃料基于负压从油箱经由进入阀11被吸入到缸4内的压缩室中。缸中的或者说压缩室中的负压通过活塞6朝衔铁板3方向的运动而形成。燃料从活塞6经由其他燃料管路和排出阀12被挤压到喷射阀。
在该实施例中，止挡件9的表面具有一个区域15。该区域15的特征在于其由非磁性的和/或不可磁化的或者说仅可微弱磁化的材料构成。所述区域的材料例如具有小于1.1的、尤其是小于1的相对导磁率μr。优选，所述区域与磁回路中的其他构件例如活塞6、缸4、壳体2和/或衔铁板3相比具有较高的磁阻。
所述区域15可作为薄膜或作为涂层例如作为铬层被涂覆到止挡件9的表面上，或可为表面处理部、例如氮化，或可为分隔垫片。所述区域15的厚度与所用的材料和/或活塞泵1的尺寸有关。典型地，所述区域的厚度处于0.01mm至10mm的范围内。
图2和图3示出根据图1的实施例的变型。相同的构件的名称相同并且以与在图1中相同的附图标记来进行标记。
根据图2的实施例与根据图1的实施例的区别在于，所述区域15布置在活塞背面10上。所述区域由非磁性的和/或不可磁化的或者说仅可微弱磁化的材料构成并从而与磁回路中的其他构件相比尤其具有较高的磁阻(磁性阻抗)。
根据图3的实施例与前两个实施例的区别在于，所述区域15布置在衔铁板3和壳体2之间。所述区域15由非磁性的和/或不可磁化的或者说仅可微弱磁化的材料构成并从而与磁回路中的其他构件相比尤其具有较高的磁阻。优选，在该实施例中所述区域通过分隔垫片构成。
在这些实施例中针对区域15提到的位置和/或实施方案(分隔垫片，薄膜，涂层，处理过的表面)也可相互组合。在组合不同的实施例时，在不同的部位处的所述区域可由相同的材料或由不同的材料构成。
附加地或替代地，所述活塞背面10可具有轮廓，使得活塞背面10和止挡件9之间的接触面减小。这具有的优点是：基于该较小的接触面，磁阻增大并且磁回路中的铁磁性材料的含量减小。这两种效果抑制磁回路和其部件的剩磁化。除了防止活塞6磁性粘附在止挡件9上之外，也如上面解释的那样降低活塞6的磨损或者补偿活塞泵的输送量损失。
图4示出活塞6的横截面，其中，活塞背面除了开口16之外还具有另一轮廓。在图4a)中活塞背面10具有凸肩。在图4b)中，活塞背面10被倒角。在这两种情况下，与止挡件的接触面同没有轮廓的活塞背面10相比减小至少50％。
图5示出具有另外两种替代轮廓的活塞背面10。在图5a)中，活塞背面10具有两个槽17。这些槽相互垂直。在该示例中，活塞背面10的接触面相当于没有轮廓的活塞背面的接触面10的大约2/3。这些槽具有为活塞直径的大约10％的宽度。
当槽17的宽度增大时，余留的接触面如在图5b)中示出的那样减小。在该示例中，活塞背面10的接触面相当于没有轮廓的活塞背面10的接触面的大约1/3。这些槽具有为活塞直径的大约45％的宽度。
活塞背面10和其接触面在活塞泵1的使用寿命期间被磨损，由此活塞6的行程增大，从而活塞泵1的行程增大。增大的行程相当于提高输送量。由此，在使用寿命期间补偿活塞6和缸4之间出现的磨损和随着而来的输送量损失。
根据本发明的区域15在与轮廓化的活塞背面10组合的情况下优选构造在余留的接触面上。

Claims (13)

1.一种活塞泵(1)，尤其用于两轮摩托车的和/或三轮摩托车的喷射系统，该活塞泵具有壳体(2)、至少一个电磁线圈(5)、缸(4)、布置在该缸(4)中的活塞(6)和衔铁板(3)，该衔铁板具有用于所述活塞(6)的止挡件(9)，其中，所述活塞(6)能通过由所述电磁线圈(5)产生的磁场朝所述止挡件(9)的方向运动，其中，基于所述磁场能在所述活塞泵(1)中形成磁回路，其中，尤其地，所述活塞(6)、所述缸(4)、所述壳体(2)、所述衔铁板(3)和所述止挡件(9)是所述磁回路的部件，其特征在于，在所述活塞(6)位于止挡件侧的转向点处时，尤其在所述活塞(6)止挡在所述止挡件(9)上时，所述磁回路具有至少一个区域(15)，所述区域包含非磁性材料，该非磁性材料尤其具有不大于1.1的相对导磁率μr。
2.根据权利要求1所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述区域(15)由所述非磁性材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述材料具有固态聚集态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述区域(15)是薄膜，尤其是非磁性的薄膜。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述区域(15)是涂层，尤其是铬层或氮化层。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述区域(15)是处理过的表面，尤其是氮化过的表面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述区域(15)布置在所述活塞(6)的面向所述止挡件(9)的侧面上或布置在所述止挡件(9)的表面上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述区域(15)布置在所述活塞(6)的面向所述止挡件(9)的侧面上并且布置在所述活塞(6)的止挡件(9)的表面上，其中，活塞背面(10)上的以及所述止挡件(9)的表面上的所述区域(15)由相同的材料构成或者由不同的材料构成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述活塞的面向所述衔铁板(3)的端面(10)和/或所述衔铁板(3)的止挡件(9)具有轮廓。
10.根据权利要求9所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述轮廓具有深度T，该深度不小于所述活塞(6)的总长度L的2％和/或不大于所述活塞(6)的总长度L的10％，其中，所述活塞(6)的总长度L为所述活塞(6)的面向所述衔铁板(3)的端面(10)到与该端面(10)相对置的端面(14)的间距。
11.根据权利要求9或10所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述轮廓通过至少一个槽(15)构成，所述槽尤其是环形的或是直的。
12.根据权利要求11所述的活塞泵(1)，其特征在于，两个槽(15)之间围成的角度β处于0°至180°的范围内，尤其处于22°至90°的范围内。
13.根据权利要求9或10所述的活塞泵(1)，其特征在于，所述轮廓通过至少一个台阶(19)构成，所述台阶尤其是环形的；或通过至少一个斜坡构成，所述斜坡尤其沿着周边构造。
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