用于燃烧发动机的流体喷射器的制造方法
【专利摘要】公开了一种用于燃烧发动机的流体喷射器(1)。其包括中心纵向轴线（LA)、具有喷射阀空腔(CA)的喷射阀外壳（H0)、在所述喷射阀空腔（CA)内可轴向移动的阀针（VN)和被设计成致动所述阀针（VN)的电磁致动器单元（EA)。所述电磁致动器单元（EA)包括固定地耦合至所述喷射阀外壳（H0)的极件（PP)和在所述喷射阀空腔（CA)内可轴向移动并且可操作用于使所述阀针（VN)位移的电枢（AR)。所述极件（PP)具有第一接触表面（CS1)并且所述电枢（AR)具有第二接触表面(CS2)，所述第一接触表面（CS1)和所述第二接触表面（CS2)彼此相对地导向，其中，这两个接触表面（CS1，CS2)中的一个被设计成与给出的流体具有接触角（e)，该接触角（e)小于90°，并且其中，两个接触表面中的另一个被设计成与给出的流体具有接触角（e)，该接触角（e)为90°或更大。
【专利说明】用于燃烧发动机的流体喷射器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于燃烧发动机的流体喷射器。
【背景技术】
[0002]喷射器被广泛使用，尤其用于内燃发动机，其中可布置所述喷射器以便将流体配剂(dose)到内燃发动机的进料歧管中或将流体直接配剂到内燃发动机的气缸的燃烧室中。这些喷射器在其使用寿命内应该具有高可靠性和非常精确的喷射体积。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是指定一种具有小磨损的喷射器。
[0004]该目的通过具有独立权利要求的特征的流体喷射器来实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中被给出。
[0005]指定了一种用于燃烧发动机，尤其用于内燃发动机的流体喷射器。所述流体喷射器具有中心纵向轴线并包括具有喷射阀空腔的喷射阀外壳。所述喷射器还包括在所述喷射阀空腔内可轴向移动的阀针。所述喷射器包括可操作用于致动所述阀针的电磁致动器单元。所述电磁致动器单元包括极件和电枢。所述极件相对于所述喷射阀外壳固定地耦合或与所述喷射阀外壳单件地形成。所述电枢在所述喷射阀空腔内可轴向移动并且可操作用于使所述阀针轴向位移。所述电枢可以固定地机械地耦合至所述阀针。可选择地，其可以相对于所述阀针轴向位移，其中，所述电枢相对于所述阀针的轴向位移被有利地限制(例如通过固定到所述阀针而集成于所述阀针中的保持器)。
[0006]所述极件具有第一接触表面并且所述电枢具有第二接触表面，所述第一接触表面和所述第二接触表面彼此相对地导向。换句话说，所述第一和第二接触表面朝向彼此面对。所述极件可以可操作用于:借助所述第一和第二接触表面的机械相互作用，尤其借助所述第一和第二接触表面的形状配合卡合来限制所述电枢相对于所述喷射阀外壳的轴向位移。这两个接触表面中的一个被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角小于90°，并且两个接触表面中的另一个被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角为90°或更大。
[0007]给出的流体例如是汽油或柴油。所述接触表面还可以被称为亲流体(例如，亲汽油或亲柴油)接触表面，所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角小于90°。所述接触表面还可以被称为疏流体(例如，疏汽油或疏柴油)接触表面，所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角为90°或更大。
[0008]所述接触角是接触表面和给出的流体的液滴之间的角。所述接触角例如由杨氏方程定义。所述接触角越小，亲流体接触表面的效果就越强。所述接触角越大，疏流体接触表面的效果就越强。因此，亲流体接触表面例如具有接近0°的非常小的接触角，而疏流体接触表面例如具有120°至160°的非常大的接触角。
[0009]所述亲流体接触表面还可以比所述疏流体接触表面具有更高的粘合性和/或更闻的润湿能力和/或更闻的表面能。
[0010]通过亲流体属性，在喷射器在亲流体接触表面上操作期间，润湿膜被形成。所述润湿膜充当阻尼元件，通过所述阻尼元件减少磨损。该效果因疏流体接触表面而提高，因为所述流体在亲流体接触表面的方向上被疏流体接触表面推开。由于这个推动效果，还可以降低这两个接触表面之间的粘着效果。此外，因为所述润湿膜减少了磨损并且可以被用作这两个接触表面之间的间隔元件，所以没有必要使用有毒的铬，所述铬通常被用作间隔元件并用于减少磨损。因此，可以取得无铬喷射器。
[0011]根据一个实施例，所述接触表面包括小突起，所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，该接触角为90°或更大。尤其，所述接触表面借助小突起提供有疏流体特性。
[0012]所述突起的横向尺寸例如在IMm和30Mm之间，尤其在5Mm和20Mm之间的范围内，在每种情况下限制被包括在所述范围内。所述突起的高度可以在相同的范围内。在另一个实施例中，所述突起的高度在1nm和100nm之间的范围内，限制被包括。所述小突起例如具有大约1Mffl的直径。所述小突起例如通过激光散射制造。利用这样的小突起和/或销，可取得非常高的接触角。
[0013]根据另外的实施例，所述接触表面包括小凹部，所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角小于90°。尤其，所述接触表面借助小凹部提供有亲流体特性。
[0014]所述凹部的横向尺寸例如在IMm和30Mm之间，尤其在5Mm和20Mm之间的范围内，在每种情况下限制被包括在所述范围内。所述凹部的深度可以在相同的范围内。在另一个实施例中，所述凹部的深度在1nm和100nm之间的范围内，限制被包括。所述小凹部例如具有1Mffl的直径。所述小凹部例如通过激光散射制造。利用这样的小凹部，可取得非常小的接触角。
[0015]根据另外的实施例，所述接触表面分别由所述电枢或所述极件的氧化涂覆接触区域构成，所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角小于90°。
[0016]氧化涂层例如通过等离子体电离来制作。利用所述氧化涂层，所述表面的功能极性区域的数量可以被增加或被减少。这导致了接触表面的修正的表面能。利用该特征，可以取得非常小的接触角。
[0017]根据另外的实施例，所述接触表面分别由所述电枢或所述极件的氧化涂覆接触区域构成，所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角为90°或更大。
[0018]所述接触区域的氧化涂层例如通过等离子体电离来制作。利用所述氧化涂层，所述表面的功能极性区域的数量可以被增加或被减少。这导致了接触表面的修正的表面能。利用该特征，可取得非常大的接触角。
[0019]用于借助氧化涂层修正表面能以分别取得亲流体或疏流体特性的方法原理上是本领域技术人员所知的，并且因此在这里不作更详细的解释。
[0020]根据另外的实施例，所述接触表面分别由所述极件或所述电枢的涂层构成，所述涂层具有在1nm和100nm之间的厚度,所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角小于90°。
[0021]通过这种具有合适材料(例如PTFE)的纳米涂层，可以利用特别薄的涂层膜来取得非常小的接触角。
[0022]根据另外的实施例，所述接触表面分别由所述极件或所述电枢的涂层构成，所述涂层具有在1nm和100nm之间的厚度,所述接触表面被设计成与给出的流体具有接触角，所述接触角为90°或更大。
[0023]通过这种具有合适材料(例如PTFE)的纳米涂层，可以利用特别薄的涂层膜来取得非常大的接触角。
[0024]在一个实施例中，所述突起和/或凹部可以由相应的涂层构成。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]本发明的示例性实施例在下文中在示意性附图的帮助下被解释。附图如下:
图1是根据示例性实施例沿纵向截面视图的流体喷射器，
图2是喷射器的电磁致动器单元的放大部，
图3是接触角的示例，并且图4是喷射器的两个接触表面的放大视图。
【具体实施方式】
[0026]图1示出了流体喷射器1，所述流体喷射器I特别适用于将燃料配剂到内燃发动机中。所述流体喷射器I可以被设置以将燃料配剂到内燃发动机的进料歧管中，或优选将燃料直接配剂到内燃发动机的燃烧室中。
[0027]所述喷射器I具有中心纵向轴线LA和具有喷射阀空腔CA的喷射阀外壳HO。所述喷射阀空腔CA沿纵向轴线LA从流体入口部分延伸至流体出口部分并将流体入口液压地耦合至所述喷射器I的流体出口。
[0028]所述喷射阀空腔CA收纳阀针VN。所述阀针VN在所述喷射阀空腔CA内相对于喷射阀外壳HO可轴向移动。所述喷射器I还包括阀座VS，所述阀针VN在关闭位置靠在所述阀座VS上，并且所述阀针VN从所述阀座VS朝向打开位置轴向位移以分配来自所述喷射器I的流体。
[0029]所述喷射器I还包括弹簧元件SE，所述弹簧元件SE被设计成并被布置成将力施加到所述阀针VN上，从而起作用以推动处于关闭位置的阀针VN。在阀针VN的关闭位置中，所述阀针VN密封地靠在所述阀座VS上，由此防止流体流过至少一个喷射喷嘴，所述喷射喷嘴尤其由阀座VS构成并且代表喷射器I的流体出口。所述喷射喷嘴例如可以是喷射孔。然而，其还可以是适用于配剂流体的一些其他类型。
[0030]所述喷射器I还包括入口管IT，组件CP被布置在所述入口管IT中。所述组件CP形成用于弹性元件SE的承座。在喷射器I的制造过程期间，所述组件CP可以在所述入口管IT中轴向移动以便以所期望的方式调节弹性元件SE的力。
[0031 ] 所述喷射器I还包括电磁致动器单元EA，所述电磁致动器单元EA被设计成致动所述阀针VN。所述电磁致动器单元EA (其在图2中被示出)包括线圈CO。其还包括相对于喷射阀外壳HO固定耦合的极件PP。所述电磁致动器单元EA还包括电枢AR，所述电枢AR在所述喷射阀空腔CA内可轴向移动并且可操作用于使所述阀针VN朝向打开位置远离关闭位置轴向地位移。所述电枢AR可以固定地机械地耦合至所述阀针VN或甚至与所述阀针VN单件地形成。在本实施例中，其可相对于阀针VN轴向位移，其中，所述电枢AR相对于所述阀针VN在远离所述阀座VS的方向上的轴向位移受被固定到所述阀针VN上的保持器限制。所述保持器还可操作用于在轴向方向上借助与极件PP的机械相互作用来导向所述阀针VN。所述电枢AR可操作用于在远离关闭位置的方向上借助经由保持器的机械相互作用随其带动阀针VN。在朝向所述阀座VS的方向上，所述电枢AR相对于所述阀针VN的轴向位移借助被固定到所述阀针VN上的盘元件受到限制。
[0032]所述极件PP具有第一接触表面CSl并且所述电枢AR具有第二接触表面CS2。所述第一和第二接触表面CSl，CS2彼此相对地导向，即，所述第一和第二表面CSl，CS2朝向彼此面对。所述极件PP可操作用于借助所述第一和第二接触表面CS1，CS2的相互作用(当所述流体喷射器I在运转过程中时，不考虑这两个接触表面CS1，CS2之间保留的可能流体膜)，尤其借助所述第一和第二接触表面CS1，CS2的形状配合卡合来限制所述电枢AR相对于所述喷射阀外壳HO的轴向位移。所述两个接触表面CS1，CS2中的一个被设计成与给出的流体具有接触角Θ，所述接触角Θ小于90°。所述两个接触表面CS1，CS2中的另一个被设计成与给出的流体具有接触角Θ，所述接触角Θ为90。或更大。所述电枢AR的第二接触表面CS2例如可以被布置在台阶上。
[0033]所述接触角Θ在图3中示例性地示出。所述接触角Θ是表面和给出的流体的液滴之间的角。所述接触角Θ例如由杨氏方程定义。在图3中，所述第二接触表面CS2的接触角Θ大于90° ,因此所述接触表面CS2是疏流体的。所述接触表面CSl的接触角Θ小于90°，因此所述接触表面CSl是亲流体的。所述流体例如是汽油或柴油。
[0034]在下文中，所述喷射器I的功能被详细描述:
所述流体通过喷射阀空腔CA从流体入口部分通向流体出口部分。
[0035]所述阀针VN在阀针VN的关闭位置防止流体流过流体出口并流出喷射阀外壳HO。在阀针VN的关闭位置以外，所述阀针VN不密封喷射喷嘴以允许流体流过燃料出口。
[0036]如果具有线圈CO的电磁致动器单元EA被供给能量，则所述电磁致动器单元EA可以在所述电枢AR上作用电磁力。由于对所述电枢AR起作用的电磁力，所述电枢AR可以在远离燃料出口部分(尤其是在流体流动的上游)的方向上移动。由于与所述阀针VN的机械耦合，所述电枢AR可以随其带动阀针VN，以使得所述阀针VN在轴向方向上移动离开关闭位置。在所述阀针VN的关闭位置之外，在所述阀针VN的背向所述电磁致动器单元EA的轴向端部处在阀座VS和阀针VN之间的间隙形成流体路径并且流体可以穿过所述喷射喷嘴。
[0037]如果电磁致动器单元EA被供给能量，则所述极件PP的接触表面CSl可与所述电枢AR的接触表面CS2接触。由于所述接触表面CS1，CS2中的一个是亲流体的而另一个是疏流体的，润湿膜FL (参见图4)被产生，其导致阻尼效果。通过这种方式，所述喷射器I的粘着效果可以被降低以尤其使得喷射器的有利的短的关闭瞬变是可取得的。同样，由于在第一和第二接触表面CS1，CS2处的磨损导致的喷射器的劣化风险被降低。通过这种方式，喷射器行为在其使用寿命内的变化可能特别小。
[0038]由具有线圈CO的电磁致动器单元EA导致的阀针VN上的力与由弹性元件SE导致的阀针VN上的力之间的力平衡以这样的方式选取:使得当所述电磁致动器单元EA被解除供能时，所述弹性元件SE可以迫使阀针VN在轴向方向上移动到其关闭位置。
[0039]一个接触表面(CS1，CS2)的亲流体属性例如可以由合适的表面结构，例如由小凹部(例如其通过激光散射产生)来取得。可选择地或附加地，亲流体属性可以利用氧化涂层来取得，所述氧化涂层例如通过等离子体电离来制造。可选择地或附加地，亲流体属性可以利用具有在1nm和100nm之间厚度的合适材料的涂层来取得。
[0040]一个接触表面(CSl，CS2)的疏流体属性例如可以由合适的表面结构(例如通过小突起和/或销(例如其通过激光散射(scattering)制造))来取得。可选择地或附加地，疏流体属性可以利用氧化涂层来取得，所述氧化涂层例如通过等离子体电离来制造。可选择地或附加地，疏流体属性可以利用具有在1nm和100nm之间厚度的合适材料的涂层来取得。
【权利要求】
1.用于燃烧发动机的流体喷射器(1)，包括: 中心纵向轴线(LA)， 具有喷射阀空腔(CA)的喷射阀外壳(HO)， 在所述喷射阀空腔(CA)内能轴向移动的阀针(VN)， 被设计成致动所述阀针(VN)的电磁致动器单元(EA)，所述电磁致动器单元(EA)包括固定地耦合至所述喷射阀外壳(HO)的极件(PP)和在所述喷射阀空腔(CA)内能轴向移动并且能操作用于使所述阀针(VN)位移的电枢(AR)， 其中，所述极件(PP)具有第一接触表面(CSl)并且所述电枢(AR)具有第二接触表面(CS2 )，所述第一接触表面(CS I)和所述第二接触表面(CS2 )彼此相对地导向，其中，所述两个接触表面(CS1，CS2)中的一个被设计成与给出的流体具有小于90°的接触角(Θ )，并且其中，所述两个接触表面(CS1，CS2)中的另一个被设计成与所述给出的流体具有为90°或更大的接触角(Θ )。
2.根据权利要求1所述的喷射器(1)，其中，所述接触表面(CS1，CS2)包括小突起，所述接触表面(CS1，CS2)被设计成与所述给出的流体具有为90°或更大的接触角(Θ )。
3.根据权利要求2所述的喷射器，其中，所述突起具有在IMffl和30Mm之间的横向尺寸。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的喷射器(I)，其中，所述接触表面(CSl，CS2)包括小凹部，所述接触表面(CS1，CS2)被设计成与给出的流体具有小于90°的接触角(Θ )。
5.根据权利要求4所述的喷射器，其中，所述凹部具有在IMffl和30Mm之间的横向尺寸。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的喷射器(1)，其中，所述接触表面(CS1，CS2)分别由所述极件(PP)或所述电枢(AR)的氧化涂覆接触区域构成，所述接触表面(CS1，CS2)被设计成与给出的流体具有小于90°的接触角(Θ)。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的喷射器(I)，其中，所述接触表面(CSl，CS2)分别由所述极件(PP)或所述电枢(AR)的氧化涂覆接触区域构成，所述接触表面(CS1，CS2)被设计成与给出的流体具有为90°或更大的接触角(Θ)。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的喷射器(1)，其中，所述接触表面(CS1，CS2)分别由具有在1nm和100nm之间厚度的所述极件(PP)或所述电枢(AR)的涂层构成,所述接触表面(CSl，CS2)被设计成与给出的流体具有小于90°的接触角(Θ )。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的喷射器(I)，其中，所述接触表面(CSl，CS2)分别由具有在1nm和100nm之间厚度的所述极件(PP)或所述电枢(AR)的涂层构成,所述接触表面(CS1，CS2)被设计成与给出的流体具有为90°或更大的接触角(Θ )。
【文档编号】F02M61/10GK104214033SQ201410244019
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】S.菲利皮, V.波利多里, M.格兰迪, F.伦齐 申请人:大陆汽车有限公司