专利名称：电磁铁组件及具有电磁铁组件的喷射阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射阀的电磁铁组件，该喷射阀设有用于释放或关闭至少一个喷射孔的可升降运动的喷射阀元件，其中电磁铁组件用于直接或间接地操作该喷射阀元件。所述类型的电磁铁组件还具有权利要求1的前序部分的其它特征。此外本发明还涉及用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的、并且设有用于直接或间接地操作喷射阀元件的电磁铁组件的喷射阀。
背景技术：
电磁铁致动器用于直接地或间接地控制喷射阀长久以来已由现有技术所公开。电磁铁致动器主要可控制伺服阀或直接操作喷射阀元件，如例如在汽油喷射系统中所惯用的。用于燃料喷射阀的电磁铁组件例如已由公开文献DE 10 2008 001 968 Al得知。 该电磁铁组件被设计成电磁阀，它在打开位置中引起一个控制室的减压及由此使喷嘴针打开，而在电磁阀的闭合位置中导致控制室中控制压力的建立以关闭喷嘴针。因此所提出的电磁铁组件用于间接地操作燃料喷射阀的喷嘴针。为此电磁铁组件包括一个置入在电磁铁组件壳体部件内的电磁铁线圈及一个与该电磁铁线圈相互配合的衔铁。衔铁同时被构造成闭合部件及被一个闭合弹簧的弹簧力向着电磁阀的一个阀座的方向加载。当电磁铁线圈通电流时产生出一个磁力，该磁力引起衔铁抵抗闭合弹簧的弹簧力抬起及由此使电磁阀打开。如果电磁铁线圈的通电流终止，则闭合弹簧的弹簧力引起衔铁复位到阀座上。为了上述类型的电磁阀的快速闭合及由此引起控制室中压力的快速建立，闭合弹簧的弹簧力应被选择得足够地高。但高的弹簧力对电磁阀的快速打开性能起到不利作用， 因为必需提供足够高的磁力，以便克服起闭合力作用的高弹簧力。为了改善电磁阀打开时的动力学特性，因此通常提高电压，以致在电磁铁致动器中产生大电流。如果在电磁阀的保持阶段中维持该提高的电压，则这又对电磁阀的闭合过程起到不利作用。此外出于经济的观点在保持阶段电压的提高是不太合理的。由公开文献DE 100 39 076 Al公知了具有一个电磁铁致动器的燃料喷射阀，它具有一个与衔铁相互配合的电磁铁线圈。此外该电磁铁致动器还包括一个内磁极及一个外磁极，它们在一个区域中这样地连接，以致形成一个机械上削弱的部位。为了提高强度提出了使用一个永久磁铁，它被设置在内磁极与外磁极之间的连接区域中。但该永久磁铁不仅起机械增强的作用，而且也起磁轭流的作用，因为永久磁铁在外磁极的铁氧体材料中产生一个初次磁通，以致对于由电磁铁线圈产生的二次磁通仅提供了一个减小的横截面。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种用于喷射阀的电磁铁组件，它的使用可引起喷射阀的动力学性能的改善。尤其是所提出的电磁铁组件应在降低电压的同时实现喷射阀动力学性能的改善。
按照本发明，提出了一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射阀的电磁铁组件，该喷射阀设有用于释放或关闭至少一个喷射孔的可升降运动的喷射阀元件，其中，用于直接或间接地操作该喷射阀元件的电磁铁组件包括一个磁铁芯、一个接收在磁铁芯的槽中的电磁铁线圈及一个与该电磁铁线圈相互配合的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁以及至少一个永久磁铁，其中，永久磁铁被组合在磁铁芯中或衔铁中及产生一个基本磁通，该基本磁通在电磁铁线圈通电流时引起作用在衔铁上的磁力的增强或削弱。该任务通过具有上述特征的电磁铁组件来解决。此外，为了解决该任务，还提出了一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的、并设有用于释放或关闭至少一个喷射孔的可升降运动的喷射阀元件的喷射阀，设有一个根据以上方案或在下面所述的任一进一步构型的用于直接或间接操作该喷射阀元件的电磁铁组件。本发明还提出了一种永久磁铁用于极化一电磁铁组件的应用方法，该电磁铁组件包括一个磁铁芯、一个接收在该磁铁芯的一槽中的电磁铁线圈及一个与该电磁铁线圈配合作用的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁，其中，永久磁铁的基本磁通在电磁铁线圈通电流时引起作用在衔铁上的磁力的增强或削弱。根据本发明的电磁铁组件的有利的进一步构型给出在下面的说明中。所提出的用于直接或间接地操作喷射阀元件的电磁铁组件包括一个磁铁芯、一个接收在磁铁芯的一槽内的电磁铁线圈及一个与电磁铁线圈配合作用的、由单部件或多部分构成的可升降运动的衔铁以及至少一个永久磁铁。根据本发明，永久磁铁被组合在磁铁芯中或衔铁中及产生一个基本磁通，该基本磁通在电磁铁线圈通电流时引起作用在衔铁上的磁力的增强或削弱。该永久磁铁的基本磁通是引起作用在衔铁上的磁力的增强还是削弱主要取决于 是相对永久磁铁的极性同向地还是反向地对电磁铁线圈通电流。在电磁铁线圈的同向通电流时永久磁铁将引起作用在衔铁上的磁力的增强，因为永久磁铁的基本磁通及电磁铁线圈的磁通相互补充。磁力的增高将导致喷射阀的快速打开，因为永久磁铁对克服一弹簧部件在关关闭方向上对衔铁加载的弹簧力作出了其贡献。随着衔铁抵抗该弹簧部件的弹簧力地抬起，为了使衔铁保持在其已抬起的位置中可减小电磁铁线圈的电流。一个仅最小程度地大于作用在关闭方向上的弹簧部件的弹簧力的磁力足够作为该保持力。如果喷射阀应被关闭，则相对永久磁铁的极性反向地对电磁铁线圈通电流，这导致永久磁铁的基本磁通的削弱。因此，对于关闭过程提供了在关闭方向上对衔铁加载的弹簧部件的全部弹簧力。因而可引起阀的快速关闭及可能的关闭振动的快速衰减。这两者对喷射阀元件的动力学特性起到有利的作用。永久磁铁可优选地被组合在磁铁芯的一外极、一内极或一底部中，其中磁铁芯的所述外极、内极及底部在径向与轴向上限定了用于接收电磁铁线圈的槽。因此，磁铁芯的横截面轮廓优选被构成U型。这样地选择永久磁铁的位置，使得永久磁铁对电磁铁组件的极性产生影响。当电磁铁线圈通电流时由永久磁铁产生的基本磁通引起磁力的增强或削弱就是此情况。为此，永久磁铁以有利的方式被组合在磁铁芯的外极或内极中。磁铁芯的外极及内极优选被构造成环形的，优选永久磁铁也被构造成环形的。这使永久磁铁在磁铁芯中的组合变得容易。
此外，优选永久磁铁面对齐地被插入在磁铁芯中。因此，在永久磁铁环形构型的情况下永久磁铁的内径和/或外径适配于磁铁芯的外极、内极或底部的内径和/或外径。通过永久磁铁的面对齐地被插入在磁铁芯的外极、内极或底部中，可保持磁铁芯的原来尺寸。 尤其是用于接收电磁铁线圈的槽未通过在磁铁芯中组合永久磁铁而变小。如果根据一个变换的实施形式，永久磁铁被插入在衔铁中，则永久磁铁在衔铁中的插入优选也是面对齐的。根据本发明的一个进一步构型，所提出的电磁铁组件是一个电磁阀的组成部分。 因此，该电磁铁组件可用在一个喷射阀中来间接地控制一个喷射阀元件。优选与电磁铁线圈配合作用的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁包括一个与电磁阀的一个阀座配合作用的阀关闭部件。变换地衔铁本身可构成与电磁阀的阀座配合作用的阀关闭部件。 在电磁阀的打开位置中，即当阀关闭件不密封地靠触在阀座上时，处于高压下的燃料可由喷射阀的一个控制室被输送到一回流部分。由此控制室经历一次减压。向着关闭方向加载喷射阀元件的控制室中的控制压力的下降将引起喷射阀元件由其阀座上抬起。喷射阀即打开。为了关闭喷射阀元件，通过一弹簧的弹簧力将喷射阀元件复位到其密封座上。在电磁阀关闭的同时在控制室中重新建立起高的控制压力，该控制压力使喷射阀元件保持与其密封座的接触。根据本发明的电磁铁组件的上述优点尤其当电磁铁组件应用在喷射阀中时得到体现。因此要求权利保护的还有一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的、并设有用于释放或关闭至少一个喷射孔的可升降运动的喷射阀元件及一个根据本发明的用于直接或间接操作喷射阀元件的电磁铁组件的喷射阀。喷射阀的电磁铁组件可被构造成电磁阀及例如用于间接地控制喷射阀元件。但变换地也可设置喷射阀元件的直接操作。为此，优选在电磁铁组件的衔铁中接收一个磁针，它可与喷射阀元件机械地和/或液压地耦合。最后，为了解决开始部分给出的任务，提出永久磁铁用于极化电磁铁组件的应用， 该电磁铁组件包括一个磁铁芯、一个接收在磁铁芯的一槽内的电磁铁线圈及一个与电磁铁线圈配合作用的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁。在此，永久磁铁的基本磁通在电磁铁线圈通电流时引起作用在衔铁上的磁力的增强或削弱。所提出的应用优选与电磁铁组件在喷射阀中的使用一起进行。
以下将借助附图来详细地描述本发明的优选实施形式。附图表示图1 一个由现有技术公开的、设有用于直接地操作喷射阀元件的电磁铁组件的喷射阀的纵剖视图，图2 根据本发明的电磁铁组件的一个部分纵剖视图，图3 根据本发明的另一电磁铁组件的部分纵剖视图，及图4 用于表示在根据本发明的喷射阀的一个喷射周期的持续时间上的电流变化曲线及力变化曲线的曲线图。
具体实施例方式由图1可看到一个已公知的喷射阀，它包括一个用于直接操作一喷射阀元件11的电磁铁组件。该喷射阀元件11可升降运动地被接收在一个壳体部件15的一中心孔14中，其中通过喷射阀元件11的升降运动可释放或关闭喷射阀的至少一个喷射孔12。中心孔14 的一部分区段用于高压的导入，通过该高压导入对至少一个喷射孔12输送处于高压下的燃料。处于高压下的燃料通过一个设置在旁侧的高压通道16到达孔14中。在壳体部件15中接收所述喷射阀元件11，在该壳体部件15上连接着另一壳体部件17，在该壳体部件17中设置了所述电磁铁组件。电磁铁组件包括一个磁铁芯1，一个接收在磁铁芯中的电磁铁线圈3及一个衔铁4，这里该衔铁由一个板状部件及一个针状部件组合成。在喷射阀元件11的关闭方向上衔铁4被一个弹簧部件13的压力加载，该弹簧部件支撑在壳体部件17上。当电磁铁线圈3通电流时衔铁4将抵抗弹簧部件13的压力向着电磁铁线圈3的方向运动。在此情况下，衔铁4的通过一液压耦合器容积18与喷射阀元件 11耦合的的针状部件使喷射阀元件11由其密封座上拉起。因为构成在针状部件上的、液压作用的面积小于喷嘴针的液压作用面积，因此在喷射阀元件11的打开行程的该第一阶段期间出现了力增强。随着喷射阀元件11止挡在一变换器活塞19上，则进行由力增强到1/1 变比的转换，该变换器活塞包围着衔铁4的所述针状部件及在打开行程的第一阶段期间支撑在壳体部件15上。在打开行程的该第二阶段期间电磁铁组件保证喷射阀元件11的足够的行程，以便起到一个完全的阀座去节流作用。为了使喷射阀元件复位到其密封座上，结束对电磁铁线圈3的通电及通过弹簧部件13的弹簧力引起衔铁4及喷射阀元件11的复位。 另一弹簧部件13 ‘将保证变换器活塞19的复位。由图2及3可看到根据本发明的用于喷射阀的电磁铁组件的第一及第二实施形式。所示的两个实施形式共同的是它们包括一个带有槽2的磁铁芯1及一个接收在该槽 2中的电磁铁线圈3。此外一个衔铁4属于相应的电磁铁组件，在这里该衔铁被构成阀闭合部件10，该阀闭合部件10与一阀座9相互配合。因而图2及3中所示的电磁铁组件各构成一个电磁阀。因此，这些电磁铁组件优选应用在这样的喷射阀中，该喷射阀的喷射阀元件 11间接地受控制。作为替代方案，所述的每个电磁铁组件也可应用在其喷射阀元件直接地受控制的喷射阀中。在此情况下可取消阀座9的结构。图2及3的电磁铁组件还各具有一个用于极化电磁铁组件的永久磁铁5。根据本发明的电磁铁组件的这两个实施形式的区别仅涉及永久磁铁5在电磁铁组件内的相应布置。根据图2的实施形式，永久磁铁5设置在磁铁芯1的一个外极6上。该外极6与磁铁芯1的一个内极7及磁铁芯1的一个底部8限定了槽2。在该槽中接收电磁铁线圈3。 为了保持槽2的尺寸，永久磁铁5面齐平地组合在外极6中。永久磁铁5有利地沿径向延伸在外极6的整个宽度上。替换地也可考虑永久磁铁5具有比外极6小的宽度。永久磁铁5在电磁铁组件的磁路中提供了一个基本磁通，该基本磁通产生出一个磁力Fra。与在关闭方向上加载衔铁4的弹簧部件13的弹簧力Ffed —起根据等式Fb^ = Ffed-F-得到一个作用在衔铁上的力。该力被这样设计，使得电磁阀可靠地闭合。为了使电磁阀打开，将使电磁铁线圈3与永久磁铁5的极性同向地通电流。由电磁铁线圈3形成的磁路的磁通对永久磁铁5的基本磁通进行补充。这导致作用在衔铁6上的磁力的上升，以使得衔铁4抵抗弹簧部件13的弹簧力由阀座9抬起。一旦衔铁4达到其最外的抬起位置， 则优选使电磁铁线圈3的电流降低到这样的程度，以致磁力仅还稍微大于弹簧部件13的弹簧力。由此将保证衔铁4可靠地保持在抬起的位置中。为了关闭电磁阀，使电磁铁线圈3与永久磁铁5的极性相反方向地通电流，以使得永久磁铁5的基本磁通被削弱或完全被补偿。因此，为了衔铁4的闭合、即衔铁4复位到阀座9中提供弹簧部件13的全部的弹簧力。 这将导致快速的关闭及关闭振动的快速衰减。在图3的实施形式中，与图2的实施形式不同地，永久磁铁5被设置在磁铁芯1的内极7中。但其作用方式类似于以上结合图2所述的作用方式。因此这里不再重复。也可对图2及3中所示的实施形式变换地使永久磁铁5设置在磁铁芯1的底部8 中或设置在衔铁4中。图4的曲线图表示一个根据本发明的被作成电磁阀的电磁铁组件的一个打开周期或关闭周期期间电流或力随时间变化的曲线。这里，字母A标示电磁阀的打开阶段，B标示保持阶段及字母C标示关闭阶段。在用“a”表示的时刻阀打开，而在用“C”表示的时刻阀关闭。所示的三个曲线表示在打开周期或关闭周期期间的电流曲线(中间曲线)，磁力曲线(上曲线)及作用在衔铁4上的力的曲线(下曲线)。在打开阶段A开始时、即随着电磁铁线圈3的通电流，所有三个曲线均上升。在克服了一个初始的高关闭力后电流下降。为了保持阀在保持阶段B期间的打开位置，电磁铁线圈3的电流可进一步下降。作用在衔铁 4上的力仅需保证衔铁4保持在其打开位置中。在保持阶段B后连接着关闭阶段C，在该关闭阶段中相对永久磁铁5的极性反向地进行电磁铁线圈3的通电流。永久磁铁5的基本磁通被电磁铁线圈3的磁力优选完全地补偿，以致电磁铁线圈3的反向通电流支持衔铁的关闭。根据本发明的电磁铁组件不仅可使用在喷射阀上，而且可使用在所有的液压阀上。但当使用在燃料喷射系统中的喷射阀上时其优点体现得特别明显。
权利要求
1.用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射阀的电磁铁组件，该喷射阀设有用于释放或关闭至少一个喷射孔(1 的可升降运动的喷射阀元件(11)，其中，用于直接或间接地操作该喷射阀元件(11)的电磁铁组件包括一个磁铁芯(1)、一个接收在磁铁芯(1)的槽 ⑵中的电磁铁线圈⑶及一个与该电磁铁线圈⑶相互配合的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁以及至少一个永久磁铁(5)，其特征在于永久磁铁( 被组合在磁铁芯(1)中或衔铁中及产生一个基本磁通，该基本磁通在电磁铁线圈(3)通电流时引起作用在衔铁(4)上的磁力的增强或削弱。
2.根据权利要求1的电磁铁组件，其特征在于该永久磁铁(5)被组合在磁铁芯(1)的一外极(6)、一内极或一底部(8)中，所述外极、内极及底部在径向与轴向上限定了用于接收电磁铁线圈(3)的槽O)。
3.根据以上权利要求中一项的电磁铁组件，其特征在于该永久磁铁(5)被构造成环形的。
4.根据以上权利要求中一项的电磁铁组件，其特征在于该永久磁铁( 面对齐地被插入在衔铁中或磁铁芯(1)中。
5.根据以上权利要求中一项的电磁铁组件，其特征在于该电磁铁组件是一个电磁阀的组成部分，与电磁铁线圈(3)配合作用的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁 (4)包括一个与一阀座(9)配合作用的阀关闭部件(10)或构成该阀关闭部件。
6.用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的、并设有用于释放或关闭至少一个喷射孔 (12)的可升降运动的喷射阀元件(11)的喷射阀，设有一个根据以上权利要求中一项的用于直接或间接操作该喷射阀元件(11)的电磁铁组件。
7.永久磁铁( 用于极化一电磁铁组件的应用，该电磁铁组件包括一个磁铁芯(1)、一个接收在该磁铁芯(1)的一槽O)中的电磁铁线圈(3)及一个与该电磁铁线圈(3)配合作用的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁G)，其中，永久磁铁(5)的基本磁通在电磁铁线圈(3)通电流时引起作用在衔铁上的磁力的增强或削弱。
全文摘要
用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射阀的电磁铁组件，喷射阀设有用于释放或关闭至少一个喷射孔(12)的可升降运动的喷射阀元件(11)，其中，用于直接或间接地操作喷射阀元件的电磁铁组件包括一个磁铁芯(1)、一个接收在磁铁芯的槽(2)内的电磁铁线圈(3)及一个与电磁铁线圈配合作用的、由单部件或多部件构成的可升降运动的衔铁(4)以及至少一个永久磁铁(5)。根据本发明，永久磁铁被组合在磁铁芯中或衔铁中及产生一个基本磁通，该基本磁通在电磁铁线圈通电流时引起作用在衔铁上的磁力的增强或削弱。本发明还涉及具有这种电磁铁组件的喷射阀及永久磁铁用于极化一电磁铁组件的应用。
文档编号H01F7/08GK102360707SQ201110152119
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者M·贝耶尔 申请人:罗伯特·博世有限公司