用于气态或液态介质的喷射阀以及用于制造这种喷射阀的方法与流程

本发明以根据并列权利要求前序部分所述的用于气态或液态介质的喷射阀以及用于制造用于气态或液态介质的喷射阀的方法为出发点。

背景技术：

上述类型的喷射阀可用于计量介质。所述喷射阀优选被使用在内燃机的燃料系统中，用于将燃料喷射到该内燃机的燃烧室或者吸入通道中。这种喷射阀一般具有闭锁体和阀座。所述闭锁体通常可在打开位态和关闭位态之间运动。在打开位态下，闭锁体与阀座隔开间距，使得所述介质可流过所述阀。在关闭位态下，闭锁体的闭锁体接触区域一般密封地贴靠在阀座的阀座接触区域上，使得完全禁止所述介质流出到燃烧室或吸入通道中。

因为闭锁体和阀座反复地形成接触且由于摩擦而磨耗，所以这种喷射阀的使用寿命极大地取决于闭锁体和阀座的磨损。为了减小该磨损现象而已知的是：硬化闭锁体和/或阀座，或者，为闭锁体和/或阀座设置耐磨涂覆层。然而，可通过这些措施实现的使用寿命延长是有限的。

技术实现要素：

在该背景下，本发明的任务在于，进一步提高喷射阀的使用寿命。

与现有技术不同地，在具有并列权利要求特征的根据本发明的喷射阀以及根据本发明的用于制造喷射阀的方法中设置：通过闭锁体接触区域中的和/或阀座接触区域中的微结构来提高该闭锁体接触区域与该阀座接触区域之间的摩擦。这导致：在阀打开和/或关闭时，闭锁体相对于阀座的滑移运动被减小。该滑移运动的减小导致闭锁体和/或阀座上的磨损现象减小，由此在总体上提高所述阀的使用寿命。

所述闭锁体接触区域以及所述阀座接触区域优选都具有提高摩擦的微结构，使得在关闭位态下，闭锁体接触区域的微结构与阀座接触区域的微结构相互作用。特别优选的是：通过所述微结构提高闭锁体在闭锁体接触区域中的粗糙度以及提高阀座在阀座接触区域中的粗糙度，使得在关闭位态下，这些微结构可相互配合、尤其可相互啮合。由此，闭锁体和阀座之间的不希望的相对运动可被进一步减小，从而再次提高阀的使用寿命。此外，可通过闭锁体的微结构与阀座的微结构啮合使得能实现密封配合中的高承重比率以及实现关闭位态下改善的密封效果。

所述闭锁体可构造为在闭锁体接触区域之外没有微结构。另外可能的是，所述阀座构造为在阀座接触区域之外没有微结构。

本发明的有利构型和扩展方案可由从属权利要求以及参照附图进行的描述中得知。

根据一种优选构型设置：所述微结构包括凸起的结构元件，由此来提高闭锁体接触区域的或阀座接触区域的粗糙度。在关闭位态下，所述凸起的结构元件可与对置的接触区域抓紧(verkrallen)或啮合，并由此增大闭锁体与阀座之间的摩擦。

所述微结构优选包括结构元件，所述结构元件构型为平行地取向的、基本上线形的凸起。这些结构元件可构造为突棱，所述突棱通过沟槽相互分开。具有平行地取向的、基本上线形的凸起的微结构例如可通过用激光辐射加工闭锁体表面或阀座表面来制成。

相关联地，已被证明为特别优选的是：所述微结构包括结构元件，所述结构元件构造为激光引起的周期性表面结构。这类微结构也被称为自组织(selbstorganisierte)的波浪形结构。结构元件可具有小于或等于所用激光波长的尺寸和/或间距。

根据一种有利构型，所述微结构具有从闭锁体或阀座沿一方向伸出的结构元件，所述方向横向于闭锁元件的运动方向地、尤其是横向于打开位态和关闭位态之间的运动的运动方向地取向。通过这样布置结构元件，可改善阀在关闭位态下的密封效果。当结构元件从闭锁体或阀座沿与闭锁元件运动方向垂直地取向的方向伸出时，可实现特别有利的密封效果。

根据一种有利构型，所述微结构具有结构元件，所述结构元件构造为圆形的并且集中地布置凸起，所述凸起具有被制平的横截面，由此使得能实现：在关闭位态下，一个微结构的多个结构元件贴靠在喷射阀的对应的另一元件(闭锁体或阀座)的接触面上。例如，如果在阀座接触区域中设置有具有结构元件的微结构(这些结构元件构造为圆形的且集中地布置的凸起，并且具有制平过的横截面)，则即使在闭锁体区域不具有微结构时，在闭锁位态下，这些结构元件也可贴靠在闭锁体接触区域的多个部位上。就此而言，微结构形成迷宫式密封，由此提高喷射阀在关闭位态下的密封性。

有利的是，所述微结构具有布置成相互隔开一小于150μm的间距的结构元件，使得在闭锁体的关闭位态下，颗粒可被接收在这些结构元件之间的区域中。通过在结构元件之间接收颗粒，可以降低阀座接触区域和/或闭锁体接触区域由于这些颗粒而受损的危险。在避免这种损坏方面已被证明为特别有利的是，这些结构元件的间距处于30μm至150μm的范围内，优选处于50μm至100μm的范围内，特别优选处于60μm至80μm的范围内。

一种优选构型设置：所述微结构包括布置成相互隔开一小于5μm的、优选小于1μm的间距的结构元件，由此可实现改善密封效果。

有利的是这样一种构型，在该构型中，所述微结构包括结构元件，其中，所述结构元件的高度与这些结构元件之间间距的比例处于0.2至1的范围内，优选处于0.3至0.6的范围内。通过这样确定结构元件的尺寸，可设定闭锁体和阀座的一摩擦系数，该摩擦系数使得能在高密封效果的情况下实现特别小的磨损。

在喷射阀具有球形地或锥形地构造的闭锁体以及漏斗形阀座时，优选应用本发明。在闭锁体为球形时，闭锁体接触区域优选按球层壳面的类型构造。锥形闭锁体优选具有相应于截锥体壳面的闭锁体接触区域。在阀座为漏斗形时，阀座接触区域按圆环类型或按截锥体壳面类型构造。

根据所述方法的一种优选扩展方案，通过用激光、尤其是用激光的干涉图样加工闭锁体接触区域和/或阀体接触区域来产生所述微结构，使得所述微结构可制造得具有高的精度。特别优选地，可使用飞秒激光。替代地，闭锁体接触区域和/或阀座接触区域的微结构的产生可以通过刷拂、珩磨或喷砂进行。

根据所述方法的一种替代的扩展方案，通过铸造方法、尤其是压铸方法来产生所述微结构。

相关联地，已被证明为有利的是：在第一步骤中构造结构元件。这些结构元件例如可具有带顶点的横截面。有利地，在紧接着第一步骤的第二步骤中，通过切削式加工方法将所述结构元件制平，由此使结构元件形成有制平过的横截面。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在后面的描述中详细解释。附图中示出：

图1以剖视图示出根据本发明的喷射阀的第一实施例，

图2以示意图示出根据图1的喷射阀的闭锁体和阀座，

图3以示意图示出第一实施例的闭锁体的和阀座的微结构，

图4和5示出用于制造根据第一实施例的喷射阀的装置，

图6以示意图示出喷射阀的第二实施例的闭锁体和阀座，

图7以示意图示出第二实施例的阀座的微结构。

具体实施方式

在图1中示出一种用于气态或液态介质的、可电磁操纵的喷射阀1，该喷射阀被使用在混合压缩、外源点火的内燃机中。该喷射阀1具有球形闭锁体2，该球形闭锁体2布置成能通过电磁致动器相对于漏斗形阀座3运动。闭锁体2和阀座3由尤其硬化过的钢制成。通过阀座3中的开口10可将介质喷射到内燃机的燃烧室或者进气通道中。与图1中的图示不同地，阀座3可具有多个开口。

喷射阀1的电磁致动器具有电磁线圈4和与该电磁线圈4共同起作用的衔铁5。该衔铁5通过阀针6与闭锁体2连接。闭锁体2可与衔铁5一起在运动方向100上运动，该运动方向平行于衔铁5与闭锁体2之间的假想连接线地取向。通过作用在阀针6上的弹簧7，闭锁体2被朝图1所示的关闭位态的方向预紧。在该关闭位态下，闭锁体2防止所述介质通过喷射口10流出。

为了打开喷射阀1并因此为了抵抗弹簧7的力地将闭锁体2从阀座3抬起，激活具有电磁线圈4和衔铁5的电磁致动器。在该电磁致动器不被激活时，通过弹簧7的力使闭锁体2再次向阀座3的方向移动，即喷射阀1被关闭。就此而言，闭锁体2通过所述电磁致动器与弹簧7的共同作用而可在打开位态和关闭状态之间运动。

在图2中示出喷射阀1在阀座3区域中的示意图，其中，球形闭锁体2处于从漏斗形阀座3抬起的打开位态，在该打开位态下，介质通过开口10被喷射。当喷射阀1被关闭时，闭锁体2与阀座3密封地相互贴靠，其中，闭锁体2的闭锁体接触区域8触碰到阀座3的阀座接触区域9。闭锁体接触区域8具有球层壳面的形状，而阀座接触区域9按截锥体壳面类型构造。

为了提高喷射阀1的使用寿命，闭锁体接触区域8和/或阀座接触区域9具有微结构11，该微结构11增大闭锁体接触区域8与阀座接触区域9之间的摩擦。通过该微结构11使该摩擦副的摩擦系数至少在局部增大。通过摩擦系数的这种增大使闭锁体2相对于阀座3的滑移运动减小并从而使摩擦位移减小，这导致喷射阀1中的磨损体积减小。就此而言，闭锁体2在相对于阀座3运动时所经受的阻力被增大。

在第一实施例中，既在闭锁体接触区域8中、也在阀座接触区域9中布置增大摩擦的微结构11，使得在关闭位态下产生闭锁体接触区域8与阀座接触区域9的啮合。然而对于增大闭锁体2与阀座3之间的摩擦，或者仅闭锁体接触区域8具有增大摩擦的微结构11、或者仅阀座接触区域9具有增大摩擦的微结构11就已足够。

如可由图3中的图示得知的那样，微结构11具有多个凸起的结构元件12，这些凸起的结构元件布置成以有规律的间距101间隔开。闭锁体接触区域8的以及阀座接触区域9的微结构11的各个结构元件12之间的间距小于5μm，优选小于1μm。结构元件12的高度102这样选择，使得结构元件12的高度102与间距101的比例处于0.2至1的范围内，优选处于0.3至0.6的范围内。

这些结构元件12按突棱类型构造为平行地取向的、基本上线形的凸起，这些凸起通过沟槽相互分开。这种突棱-沟槽微结构11可如在下文中还会更具体地描述的那样通过用激光射线加工表面来产生。

为了提高喷射阀在关闭位态下的密封效果，结构元件12从闭锁体2和阀座3沿一方向伸出，该方向横向于闭锁元件2的运动方向100地取向。闭锁体接触区域8的以及阀座接触区域9的结构元件11互补地构造，使得在关闭位态下，闭锁体接触区域8的以及阀座接触区域9的结构元件11相互啮合。与闭锁体接触区域8和阀座接触区域9不相互啮合的情况相比，在啮合时，小了很多的摩擦位移上的摩擦功被减小。

为了制造上述喷射阀而使用一种制造方法，在下文中会根据图4和5解释该方法。

闭锁体接触区域8中的以及阀座接触区域9中的微结构11构造为激光引起的周期性表面结构。为了产生该微结构11，借助激光材料加工来产生自组织的波浪形结构。闭锁体接触区域8和阀座接触区域9被照射以由激光光源发出的线性偏振的超短激光脉冲、尤其是飞秒激光脉冲。该激光光源的线性偏振的激光脉冲在闭锁体2的或阀座3的表面缺陷处散射，使得形成反射脉冲。在激光光源的激光脉冲和该反射脉冲之间形成干涉，由此在闭锁体2的或阀座3的表面上产生由基本上平行延伸的线组成的图样。在结构干涉的部位处，到闭锁体2的或阀座3的表面中的能量输入提高，使得形成材料改变，例如表面的局部熔化。

所述图样的线的取向并且因此所产生的微结构11的结构元件12的取向通过激光脉冲的偏振面的方向来调整。结构元件12之间的间距101可以通过选择激光脉冲的波长来调整，其中，所述间距典型地处于所用波长的0.6至0.9倍的范围内。例如使用780nm、1030nm或1510nm的波长。为了调整结构元件12的高度102，改变用激光脉冲照射的强度和/或时长。

在图4的图示中，示例性地示出球形闭锁体2的加工，其中，球形闭锁体2在加工期间固定不动，而使激光射线15运动经过闭锁体2的表面。激光光源产生线性偏振激光13，该线性偏振激光照射到λ/2盘14上，该λ/2盘14被用作相位延迟元件。通过λ/2盘14的取向来调整激光射线15的偏振面的取向。为了产生微结构11，使激光射线15运动经过闭锁体2的表面，其中，激光射线15的偏振面被跟踪。

图5中的图示示出用于喷射阀1的制造方法的一种替代构型，其中，球形闭锁体2在加工期间旋转。而激光射线15保持位置固定。闭锁体2保持在构型为引导板件的保持件16上。该保持件16绕旋转轴线103旋转，并且将旋转运动传递给闭锁体2。该保持件16的旋转驱动装置具有沿相反方向被驱动的两个驱动轴17、18，这两个驱动轴引起保持件16的旋转。因此，球形闭锁体2绕旋转轴线103旋转，在此，闭锁体接触区域8被引导通过固定的激光加工区19。在此实现微结构11的产生。

在图6中示出根据第二实施例的喷射阀1在阀座3区域中的示意图。该喷射阀1具有球形闭锁体2以及漏斗形阀座3。闭锁体2和阀座3由尤其硬化过的钢制成。在图6中，所述闭锁体处于被抬起的打开位态，在该打开位态下，所述介质通过阀座3的开口10被喷射。图7中的图示示出喷射阀1的关闭位态，在该关闭位态下，闭锁体2和阀座3密封地相互贴靠，其中，闭锁体2的闭锁体接触区域8触碰到阀座3的阀座接触区域9。该闭锁体接触区域8具有球层壳面的形状，而阀座接触区域9按截锥体壳面的类型构造。

在根据第二实施例的喷射阀1中，阀座接触区域9具有增大闭锁体接触区域8与阀座接触区域9之间摩擦的微结构11，而闭锁体接触区域8构造成没有微结构。阀座接触区域9的微结构11具有多个构型为圆形凸起的结构元件12，这些结构元件12集中地布置。这些结构元件12具有制平的横截面，使得结构元件12具有从阀座3伸出的顶面，所述顶面可与闭锁体接触区域8形成接触。通过该几何形状而可能的是，在关闭位态下，弯曲的闭锁体接触区域8贴靠在多个结构元件12上并从而实现按迷宫式密封类型的多重密封。

这些结构元件12布置成隔开间距101，该间距处于30μm至150μm的范围内，优选处于50μm至100μm的范围内，特别优选处于60μm至80μm的范围内。结构元件12从阀座3沿一方向伸出，该方向横向于闭锁体2的运动方向100地取向。

在制造根据第二实施例的喷射阀1时，首先在阀座接触区域9中产生集中地布置的圆形凸起。这些凸起具有横截面，该横截面带有弯曲的或尖的突起。在下一步骤中将所述突起制平，例如通过用切削加工方法将所述突起部分地去料。

在上述用于气态或液态介质的喷射阀1中设置有闭锁体2和阀座3。该闭锁体2可在打开位态和关闭状态之间运动，在所述打开位态下，闭锁体2与阀座3隔开间距，在所述关闭位态下，闭锁体2的闭锁体接触区域8密封地贴靠在阀座3的阀座接触区域9上，其中，在闭锁体接触区域8中和/或在阀座接触区域9中设置起增大闭锁体接触区域8与阀座接触区域9之间摩擦的作用的微结构11。由此提高喷射阀1的使用寿命。