本发明涉及用于喷射流体的喷射器并且具体地涉及用于将燃料喷射到内燃发动机中的喷射器。
背景技术：
喷射阀被广泛使用，特别是用于内燃发动机，其中它们可以被设置成将流体定量分配到内燃发动机的进气歧管内或者直接定量分配到内燃发动机的汽缸的燃烧室内。
喷射阀被制造成各种形式以便满足各种燃烧发动机的各种需要。因此，例如，它们的长度、直径以及喷射阀的负责流体定量分配方式的各种元件可以在广泛的范围内变化。除此之外，喷射阀还可以容纳用于致动喷射阀的阀针的致动器，例如该致动器可以是螺线管致动器。
为了关于减少不良排放来改善燃烧过程，相应的喷射阀可以适于在非常的高压力下定量分配流体。在例如汽油发动机的情况下，压力可以处于高达500 bar的范围内，并且在柴油机发动机的情况下，压力可以处于高达3500 bar的范围内。
技术实现要素：
本发明的一个目标是详述一种有助于可靠且准确的功能的用于喷射流体的喷射器。该目标是通过具有独立权利要求的特征的喷射器来实现的。在从属权利要求中规定了喷射器的进一步实施例和发展。
根据本发明的一方面，用于喷射流体的喷射器包括阀和阻尼元件。
阀包括阀体。阀体在流体入口端和流体出口端之间沿着中央纵轴线延伸。阀体具有空腔。空腔可以包括第一凹部和第二凹部，即具体地空腔的两个轴向相继区段。
此外，阀包括阀针。阀针被设置在空腔内，具体地其被接收在第一凹部内。阀针相对于阀体轴向可移动。阀针可操作以将阀密封在关闭位置。其可轴向移位离开关闭位置以启封阀。以此方式，阀针防止从处于关闭位置的喷射器喷射流体并且使其能够处于其他位置。
方便地，喷射器可以包括电枢以用于将阀针移动离开关闭位置。电枢具体地与阀针机械地联接。
电枢可以是致动器的一部分。致动器具体地是螺线管致动器。其可以方便地被包括在喷射器中以便移动阀针。
电枢具体地相对于阀体可轴向移位并且被机械联接到阀针，使得其可操作以当阀针借助于磁场被移位时带着阀针与其一起，其中磁场在致动器被给电时由螺线管产生。电枢可以被可释放地与阀针联接。替代性地，电枢可以被固定地与阀针联接。
优选地，阀具有阀座和在阀座下游的至少一个喷射开口。阀针可以与阀座方便地配合以密封和启封阀。具体地，阀针在关闭位置中密封地安置在阀座上并且可移位离开阀座以启封阀从而使得能够通过至少一个喷射开口分配流体。阀座和/或（多个）喷射开口可以由阀体包含或者由在流体出口端处被固定到阀体的单独的座体包含。
喷射器还包括阻尼元件，其被设置在空腔内，例如设置在第二凹部内。
阻尼元件包括液压室、活塞和孔口。液压室优选地相对于阀体在位置上固定。
孔口将液压室与空腔液压地连接。换言之，流体能够在液压室和阀体的空腔的周围部分之间通过孔口且具体地仅通过孔口被交换。孔口是限流孔口。例如，它由通过界定液压室的壁的通道表示。
活塞被设置成相对于阀体可轴向移动，使得其可操作以改变液压室的流体体积。
在一个实施例中，阻尼元件进一步包括孔口元件，其包括孔口和套筒，活塞被可滑动地接收在该套筒内。在这种情况下液压室优选地通过套筒、孔口元件和活塞成形并且由该套筒、孔口元件和活塞围绕。套筒和活塞之间的泄漏可以优选地非常小以致对于阻尼元件的功能而言其可以被忽略。在一个实施例中，孔口元件朝向流体入口端限制液压室。
活塞被机械与阀针联接。具体地，活塞被联接到阀针，使得当阀针移动离开关闭位置以启封阀时活塞减少液压室的流体体积。
在阀针行进离开关闭位置以启封阀期间活塞被阀针移动时，孔口使得流体能够流出液压室。
借助于限制流体流出液压室，限流孔口阻碍活塞的移动以减少液压室的流体体积。这导致液压室内的流体的压力增加，该压力越高，则活塞的速度越大。因此，当阀针移动离开关闭位置以启封阀时，阻尼元件在阀针上提供阻尼力以至少部分地吸收阀针的动能。
换言之，本发明使用了如下想法，即液压室内的增加的压力导致对于活塞且进而由于与活塞联接而对于阀针具有减速影响的阻尼力。因为孔口使得流体能够流出液压室，所以液压室内的压力且因此阻尼力取决于活塞的速度。
有利地，因为阀针与活塞联接，所以阀针能够稳定地减速。当阀针到达其打开位置时，能够防止或至少显著减少阀针的跳动以及因此随时间的流体流动的非线性，从而允许特别可靠且精确的流体喷射。具体地，由于在从至阀针的完全打开位置的打开运动的过渡处的改进的线性，零件间和喷射之间的变化会是特别小的。
在一个实施例中，第一凹部可以朝向阀体的流体出口端变窄以便使得能够引导阀针的轴向移动。在另一个实施例中，座元件被成形为用作阀针的轴向引导件。
在一个实施例中，其中喷射器具体地是向内开口的喷射器，阀针可操作以朝向阀体的流体入口端离开关闭位置移动进入打开位置，以便使得能够实现流体喷射，这发生在打开阶段。其进一步可操作以朝向阀体的流体出口端移动进入关闭位置以便防止流体喷射，这发生在关闭阶段。
在一个实施例中，液压室相对于阀体在位置上固定。活塞和阀针被可释放地联接。优选地，阻尼元件被构造成使得流体能够仅通过限流孔口在液压室和空腔的围绕液压室的部分之间交换。为了使其不同，限流孔口优选地是阻尼元件的唯一流体进口和唯一流体出口。为了简明，这不排除不可避免的泄漏，例如可能地发生在与活塞的接口处的泄露，但是阻尼元件不通过设计来提供液压室的其他流体进口或出口。这样的构造尤其有利于降低螺线管致动的喷射器中的不希望和/或不可控的针运动的风险。具体地，特别在电枢撞击止动件（例如螺线管致动器的极片）时在打开瞬时结束处阀针跳动的风险可以是特别小的。
在一个实施例中，喷射器进一步包括用于朝向关闭位置偏置阀针的返回弹簧。优选地，返回弹簧的弹簧力经由活塞被传递给阀针。以此方式，返回弹簧可以有利地有助于使得活塞与阀针联接。例如，返回弹簧将活塞压抵在阀针上。在一个实施例中，返回弹簧定位于液压室内。以此方式，喷射器能够被特别容易和/或可靠地校准。这种设计也允许节省空间。
致动器具体地可操作以克服阻尼元件的阻尼力并克服返回弹簧的弹簧力将阀针移位离开关闭位置。
根据一个实施例，孔口的直径小于活塞的直径。孔口的直径具体地应该被理解为意味着孔口的最小液压直径。活塞的直径具体地应该被理解为意味着活塞邻近液压室的端部的液压直径。在一个发展中，活塞的直径是孔口直径的至少10倍大，并且优选地最多40倍大。
根据一个实施例，孔口的横截面面积，具体地是孔口的最小横截面面积小于活塞的横截面面积。优选地，孔口的横截面面积是活塞的横截面面积的5%或者更少，优选地是活塞的横截面面积的1%或更少。其优选地是活塞的横截面面积的0.05%或更多，例如活塞的横截面面积的0.1%或更多。
以此方式，从液压室通过孔口的流体流动且因此在液压室内的流体压力被控制以设定阻尼力。有利地，孔口的直径因此提供对阀针的动能的至少部分吸收的控制。
根据进一步实施例，活塞的直径取决于给定阻尼力。有利地，活塞的直径提供对阀针的动能的至少部分吸收的控制。
根据进一步实施例，阀体包括至少一个流体通道。流体通道具体地通过空腔被成形。其可以方便地沿着液压室轴向延伸。在一个实施例中，其被设置在套筒外侧。流体通道使得能够实现从阀体的流体入口端至其流体出口端的流体连通。流体通道使得能够实现至流体出口端、具体地至至少一个喷射开口的流体供应。
根据进一步实施例，流体通道关于中央纵轴线被径向设置电枢的外侧。
根据进一步实施例，活塞和阀针例如借助于形状配合接合被可释放地联接。这种设计可以有助于促进阻尼元件的制造。
根据一个实施例，套筒具有套筒壁。在一个发展中，套筒可以从第一凹部朝向流体入口端延伸。在一个实施例中，活塞具有底表面、顶表面和横向表面。活塞被设置成在套筒内轴向可移动。底表面与阀针联接，例如与阀针形状配合的接合地联接。横向表面与套筒壁交汇，具体地使得当活塞朝向流体入口端移动时在液压室内的流体体积上的压力增加。
根据进一步实施例，返回弹簧利用第一端与活塞的顶表面联接并且利用相反第二端与阀体联接。返回弹簧被预加载以便在活塞上施加力从而朝向阀针推动活塞，即具体地在向内开口喷射器的情况下朝向流体出口端推动活塞。
根据进一步实施例，板被设置成在液压室内轴向可移动。板利用第一侧与活塞的顶表面联接并且利用相反第二侧与返回弹簧的第一端联接。板允许将返回弹簧的力容易且可靠地传递到活塞上并且将活塞的力容易且可靠地传递到返回弹簧上。
附图说明
下面借助于示意性附图和附图标记解释本发明的示例性实施例，从而以纵向截面图示出了喷射器。
在图1中以纵截面示出了用于喷射流体的喷射器1的截取部分。具体地，喷射器1被构造成用于喷射燃料到例如车辆且特别是汽车的内燃发动机的汽缸内。
具体实施方式
喷射器1具有中央纵轴线3并且包括具有阀体5和阀针9的阀。
喷射器1的阀体5沿着中央纵轴线3延伸。阀体5具有关于中央纵轴线3的流体出口端5a和流体入口端5b。阀体5具有空腔7，空腔7包括第一区段7a和第二区段7b，所述第一区段7a和第二区段7b沿中央纵轴线3被设置成彼此紧邻，第一区段7a从流体出口端5a延伸离开，通到第二区段7b，该第二区段7b朝向流体入口端5b延伸。
在阀体5的第一区段7a内，阀针9被设置成轴向可移动。在关闭位置时阀针9邻接阀的阀座（在图1的截取部分中不可见）以便防止流体流动通过阀体5的轴向端5a处的一个或更多个喷射开口（在图1的截取部分中不可见）。阀针9可离开关闭位置朝向打开位置轴向移位以便与阀座建立间隙从而能够实现流体流动。
喷射器1进一步包括具有致动器11的提升装置以用于使得阀针9沿其轴向方向移动从而打开喷射器1，即启封阀。致动器11优选地是螺线管致动器。
致动器11的极片13和电枢15被设置在阀体5的空腔7内以便建立磁路。磁路引导由螺线管致动器11的位于空腔7外侧的线圈17产生的磁场的磁通量。
致动器11被设置成经由电枢15与阀针9相互作用。电枢15与阀针9机械地联接。具体地，电枢15可操作成在阀针9的保持器表面9a和电枢15的顶表面15a之间建立形状配合的接合，使得当电枢15朝向极片13移动时电枢15能够使阀针9随其一起。电枢15与阀针9配合，以使得由致动器11产生的相对于电枢15的提升的至少一部分被传递到阀针9，从而将其移动到其打开位置，在打开位置允许流体喷射。
阀针9和电枢15能够相对彼此轴向移动，特别是当阀针9撞击阀座时。同样地，当电枢15的顶表面15a到达极片13并且电枢15停止时，阀针9可以继续其行进。这种行为也被称为阀针9的“过冲”。
喷射的流体的量应该至少在截面方向上随时间是线性的以便实现可靠且可预测的喷射定量分配。当电枢顶部15a未被阻抑地到达极片13，从而导致电枢15突然停止时，阀针9开始跳动，这导致在从至阀的完全打开构造的打开移动的过渡处的随时间的非线性流体流动。
为了防止阀针9跳动，阻尼元件19被设置在阀体5的空腔7的第二区段7b内。阻尼元件19包括套筒21，其离开第一区段7a朝向阀体5的流体入口端5b延伸。阻尼元件进一步包括活塞23和孔口元件29。套筒21、活塞23和孔口元件29一起限定（即它们成形并围绕）液压室7c。
套筒21的空腔被套筒壁21a围绕。套筒21的直径且具体地套筒壁21a的直径可以变化以便以轴向可滑动方式保持活塞23、保持孔口元件29和/或喷射器1的返回弹簧25。
套筒21相对于阀体5在位置上固定。例如，其与极片13形状配合和/或压配合的接合，该极片13本身被固定到阀体5或者与阀体5呈整体。具体地，套筒21被接收在极片13的中央轴向开口内。
活塞23被设置成关于纵轴线3相对于套筒21且因此相对于阀体5轴向可移动。活塞23具有底表面23a、顶表面23b和横向表面23c。阀针9的顶表面9b具体地经由形状配合的接合与活塞23的底表面23a联接。活塞23的横向表面23c与套筒壁21a交汇。套筒壁21a为活塞23的轴向移动提供引导。
活塞23与阀针9联接，使得阀针9朝向打开位置的移动导致活塞23朝向流体入口端5b移动成从而减少液压室7c的体积。
而且，导致活塞23朝向流体出口端5a移动的力被传递到阀针9，如如下文详细解释的。
返回弹簧25被设置在阻尼元件19的液压室7c内。在阻尼元件19组装期间返回弹簧25被预加载。
板27被设置成在液压室7c内关于中央纵轴线3轴向可移动。板27的第一侧27a与活塞23的顶表面23b联接。该联接可以是可释放的或者是固定的。板27的第二侧27b与返回弹簧25的第一端25a联接，而返回弹簧25的第二端25b与孔口元件29联接，该孔口元件29被固定到套筒21以致返回弹簧25的第二端25b相对于阀体5安置在固定位置。返回弹簧25的两端均可以分别被抵靠在板27和阀体5的弹簧座上。
预加载返回弹簧25经由板27和活塞23将弹簧力传递到阀针9上。返回弹簧25因此可操作以朝向阀针9偏置活塞23并且朝向阀针关闭位置偏置阀针9。因此，当打开阶段完成时，阀针借助于返回弹簧25的弹簧力被移动到关闭位置，使得防止进一步的流体喷射。
活塞23的横向表面23c关于液压室7c内的压力与套筒壁21a密封地交汇。换言之，在活塞23的横向表面23c和套筒21的套筒壁21a之间建立基本不透流体的接口，即在本文上下文中针对阻尼元件19的功能具有基本可忽略的泄露率的接口。
根据一个实施例，喷射器1可以包括在横向表面23c和套筒壁21a之间的润滑流体膜，同时阻止在液压室7c和周围空腔7之间的压力均衡。
当阀针9移动到打开位置时，活塞23移动以减少液压室7c的体积。
孔口元件29具有限流孔口29a，其将液压室7c液压地连接到空腔7，特别是连接到第二区段7b的围绕阻尼元件19的部分。
孔口29a提供的流动限制限制了由于活塞23的移动而离开液压室7c流体排量，使得在液压室7c内的流体被加压且阻碍活塞23的移动。因此，在喷射器1的打开阶段期间阻尼元件19用作液压阻尼器。具体地，板27被设计成使得液压室7c内的压力不依赖板27的直径。
例如，液压室7c的体积是30立方毫米。这允许导致适当的阻尼力，同时允许返回弹簧25被设置在液压室7c内，从而节省空间。活塞23的直径例如是近似2.5毫米。为了最大化排出液压室7c内的流体体积的量，活塞23的直径关于给定可用空间被最大化。活塞23的冲程例如是在40-60 µm的范围内。例如，在活塞23的横向表面23c和套筒壁21a之间的间隙被选择成是15 µm或更少以便防止液压室7c内的压力被平衡并且提供对活塞23的轴向移动的恰当引导。例如，制造导致±3 µm的偏差。
活塞23和套筒21和/或套筒壁21a分别例如由不锈钢制成。套筒21例如被磨光。活塞23例如被翻转。
阻尼元件19提供阻尼力，以便在电枢15和针9朝向流体入口端5b移动时使其减速，从而防止将会导致阀针9跳动的电枢15的猛烈停止。不过，阻尼力对于打开阶段的持续时间且因此对于针动力具有影响。如果给定阻尼力取决于阀针9的速度，那么能够实现减速电枢15从而防止电枢15猛烈停止且同时允许高的针动力的给定阻尼力。
孔口元件29因此包括孔口29a。孔口29a使得能够实现从液压室7c到空腔7的周围部分内的流体流动，从而允许液压室7c内的压力与空腔7内的流体压力平衡。仅通过孔口29a控制液压室的流出量。通过孔口29a的流体流动速率取决于孔口29a的直径。此外，给定阻尼力具体地分别与阀针9或活塞23的速度成比例。已经表明，当孔口29a的直径例如被设定成0.15毫米时可以防止电枢15猛烈停止同时允许高的针动力。因此，在本实施例中，孔口29a的横截面面积是活塞23的横截面面积的0.36%。
当阀针9移动到关闭位置时，活塞23被移位以增加液压室7c的体积。由于限流孔口29a，从空腔7到液压室7c内的流体流动速率可以被限制，从而导致在关闭阶段中阻抑阀针9的移动。有利地，阀针9在阀座上的撞击可以以此方式被阻抑，使得阀的非预期重新打开的风险是非常小的。
为了使得喷射器1能够喷射流体，空腔7提供至少一个供应通道31，从而在阀体5的流体出口端5a和其流体入口端5b之间提供流体连通。供应通道被设置在套筒21的外侧，即在液压室7c的加压流体体积的外侧。流体通道31进一步被设置成关于中央纵轴线3在电枢15的径向外侧。
给定的阻尼力和液压室7c内的压力至少取决于如下中的一者：液压室7c的体积、活塞23的液压直径、孔口29a的液压直径和活塞23的速度。
在所示示例性实施例中，板27、活塞23、套筒21和阀针9是单独的可释放地联接的部件，被容许相对彼此移动。因此，由返回弹簧25作用在板27上导致板27朝向流体出口端5a移动的弹簧力被板27传递到活塞23上，从而导致活塞23朝向流体出口端5a移动。导致活塞23朝向流体出口端5a移动的力被活塞23传递到阀针9，从而导致阀针9朝向流体出口端5a移动。
因此，由电枢15作用在阀针9上导致阀针9朝向流体入口端5b移动的致动器力被阀针9传递到活塞23上，从而导致活塞23朝向流体入口端5b移动。导致活塞23朝向流体入口端5b移动的力被活塞23传递到板27，从而导致板27朝向流体入口端5b移动。
电枢15与阀针9联接，使得阀针9在其打开位置中移动。当电枢15的顶表面15a到达极片13并且电枢15停止时，阀针9和电枢15能够相对彼此移动。不同于电枢运动的阻尼是主要问题的常规的螺线管驱动的喷射器，本发明的阻尼元件19阻抑阀针9的运动，从而有助于防止阀针9的过冲。
为了设定将阀针9偏置在阀座上的预加载，例如在组装期间校准喷射器1。例如，喷射器1的校准包括根据阻尼元件19的阻尼力来调整返回弹簧25的预加载。在一个示例性实施例中，返回弹簧25的预加载受孔口元件29的控制。