CN101563537A - 燃料喷射阀和用于制造燃料喷射阀阀座的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料喷射阀，它具有一固定阀座(29)的阀座体(16)，其中，阀关闭体(7)与阀座(29)共同作用以打开和关闭该阀。该阀座体(16)被接收在阀座承载体(1)的纵向孔(3)中并且与阀座承载体固定连接。直接在阀座体(16)的下端面(17)上牢固附着地电镀成形上一喷雾附件(121)。在喷雾附件(121)中设置有至少一个喷射孔(125)，所述喷射孔最好向下游方向喇叭形地扩宽。该燃料喷射阀特别适合用在混合压缩、强迫点火式内燃机的燃料喷射设备中。
Description
技术领域
本发明涉及一种如独立权利要求1内容类型的燃料喷射阀以及一种如独立权利要求6内容类型的用于制造燃料喷射阀用的阀座的方法。
背景技术
由DE 4026721A1已知一种燃料喷射阀，它具有球形的阀关闭体，该阀关闭体与阀座体的平的阀座面共同作用。在阀座体上，在其下游端面上借助焊缝固定连接一喷射孔板。这种由喷射孔板和阀座体组成的阀座件紧密地固定在阀座承载体上。阀座件与阀座承载体之间的固定连接在喷射孔板的保持边缘上实现，该保持边缘处于径向应力下，具有环绕的焊缝。这些焊缝尤其借助激光焊接产生。
由US 5,570,841A已知一种燃料喷射阀，它在其阀座元件的下游具有一双层孔板组。在此孔板组松动地置入阀座承载体的纵向孔中并且借助密封环相对于阀座元件密封。在该孔板组件的下游设置有一保险元件，它负责使孔板压在阀座元件上并固定在那里。这整套布置还附加通过向内凸出的阀座承载体凸缘防松，该凸缘类似卷边地卡住保险元件。在这种布局中存在这样的危险：在燃料喷射阀的使用寿命上不能保证喷嘴侧构件在阀座承载体中的可靠且稳定的安装位置。
发明内容
具有权利要求1特征部分所述特征的本发明燃料喷射阀的优点是，以简单和成本有利的解决方案实现阀座体与喷雾附件之间的牢固可靠的连接，该喷雾附件执行已知的喷射孔板的功能。该喷雾附件以有利的方式这样集成于阀座体上：使得通过避免焊缝而排除了构件的任何滑动以及阀座体和/或喷雾附件(喷射孔板)的翘曲，由此在整个使用寿命上可靠保证阀的密封功能。按照本发明，这由此实现：直接在阀座体上附着牢固地电镀成形上喷雾附件。
通过在从属权利要求中列举的措施能够有利地扩展和改进在权利要求1中给出的燃料喷射阀。
特别有利的是，阀座体与成形在它上面的喷雾附件一起形成阀座件，该阀座件能够以简单的方式置入并固定在燃料喷射阀的阀座承载体中。
有利的是，在喷雾附件中设置有至少一个喷射孔，所述喷射孔最好向下游方向喇叭形地扩宽。
具有独立权利要求6特征部分所述特征的用于制造燃料喷射阀用的阀座的本发明方法的优点是，可避免阀座体的任何热负荷并可完全省去通常的用于将喷射孔板接合到阀座体上的工艺步骤。而喷雾附件通过微电镀成形工艺直接构建在阀座体上。该工艺产生喷雾附件与阀座体的无缝隙的面连接，具有对于电化学沉积的金属常见的、最大450N/mm2的附着强度值。
通过在从属权利要求中列举的措施能够有利地扩展和改进在权利要求6中给出的方法。
特别有利的是，直接在阀座体的下端面上涂覆一个适配的、具有可导电的粘接剂的金属膜或一个可导电的保护膜。通过金属膜或保护膜的大小、形状和尺寸能够确定以后的喷雾附件内部的入流空腔的大小、形状和尺寸。该入流空腔在其构形方面可自由选择并且例如大面积地或多重通道式地构成。
附图说明
附图中简化示出本发明的实施例并在下面说明中详细解释。附图示出：
图1部分示出的按照现有技术的已知燃料喷射阀，
图2至4用于制造按照本发明的、具有作为阀喷雾附件集成的喷射孔板的、用于燃料喷射的阀座体的方法步骤，
图5阀座体的示意俯视图，具有两个在成形的喷雾附件中的入流方案。
具体实施方式
在图1中局部示出一个呈用于混合压缩、强制点火式内燃机燃的料喷射设备的喷射阀形式的已经公知的阀。该喷射阀具有一管状的阀座承载体1，在该阀座承载体中与阀纵轴线2同心地构成一纵向孔3。在纵向孔3中安置一例如管状的阀针5，它在其下游端部6上与一球形的阀关闭体7连接，在该阀关闭体的周边上设置有例如5个削平部8。
该喷射阀的操作以公知的方式例如电磁式进行。但也可以想到压电式的或磁致伸缩式的致动器作为激励元件。一个示意性表示的、具有电磁线圈10、衔铁11和铁芯12的电磁回路用于使阀针5轴向运动并从而克服未示出的复位簧的弹簧力打开喷射阀或者关闭喷射阀。衔铁11与阀针5的背离阀关闭体7的端部例如借助激光通过焊缝连接并且对准铁芯12。电磁线圈10包围铁芯12，该铁芯是一未详细示出的入口接管的被电磁线圈10包围的端部，该入口接管用于供给要借助该阀定量的燃料。
阀座体16的导向孔15用于对阀关闭体7在轴向运动期间导向。在与阀纵轴线2同心地延伸的纵向孔3中，圆柱形的阀座体16通过焊接密封地装配到阀座承载体1的处于下游的、背离铁芯11的端部中。阀座体16的圆周具有比阀座承载体1的纵向孔3略小的直径。阀座体16在其背离阀关闭体7的下端面17上与例如罐形构成的喷射孔板21的底部20同心并固定地连接。
阀座体16与喷射孔板21的连接通过一环绕且密封的、例如借助激光构成的第一焊缝22实现。喷射孔板21的底部20在其中心区域中具有至少一个、例如四个通过腐蚀或冲裁成形出的喷射孔25。
在罐形的喷射孔板21的底部20上连接一环绕的保持边缘26，它在轴向上背离阀座体16地延伸并且圆锥形地向外弯曲直到其端部27。该保持边缘26对纵向孔3的壁施加径向弹簧作用。由此，在将由阀座体16和喷射孔板21组成的阀座件***到阀座承载体1的纵向孔3中时，可避免在阀座件上和纵向孔3上形成切屑。喷射孔板21的保持边缘26在其端部27上与纵向孔3的壁通过一环绕且密封的、例如借助激光构成的第二焊缝30连接。
由阀座体16和罐形喷射孔板21组成的阀座件在纵向孔3中的***深度确定了阀针5的行程大小，因为阀针5一个终端位置在电磁线圈10不被激励情况下的通过阀关闭体7贴靠在阀座体16的阀座面29上来确定。该阀针5的另一终端位置在电磁线圈10被激励的情况下例如通过衔铁11贴靠在铁芯12上来确定。因此阀针5在这两个终端位置之间的路程是行程。
球形的阀关闭体7与阀座体16的在流动方向上截锥形收缩的阀座面29共同作用，该阀座面在轴向上在阀座体16的导向孔15与下端面17之间构成。
由于在用于实现焊缝22，30的焊接过程中在位置和时间上不均匀的能量输入，可能发生阀座体16翘曲从而阀座面29也翘曲，由此阀的密封功能可能变差。作为该翘曲的测量参量可以使用阀座面29上的密封区域的圆度，它在焊接过程之后可能变差。此外通过焊接也会发生喷射孔板21的翘曲，在不利情况下也在底部20的中心区域24中，其结果是，发生喷射孔25的变形，该变形可能是喷射角改变和/或通流值改变的原因。由此导致所述阀参量的制造分散度较大。
因此，本发明的目的是，将喷射孔板21这样集成于阀座体16上，使得通过避免焊缝而排除构件的任何滑动以及阀座体16和/或喷射孔板21的翘曲，由此在阀的整个使用寿命上可靠地保证密封功能。
图2至4简示出用于制造按照本发明的、具有集成的喷射孔板21的、用于燃料喷射阀的阀座体16的方法步骤。该喷射孔板21在下面称为喷雾附件121，因为成形在阀座体16上的该结构也可以明显地不同于板形。喷雾附件121的特征是，在其中设置有至少一个喷射孔125，所述喷射孔通过其大小、轮廓、开口宽度和倾斜度确定射束形状、喷射角度以及流量。
按照本发明的用于制造燃料喷射阀阀座的方法具有大的优点，即，避免了阀座体16的任何热负荷并且完全省去通常的用于使喷射孔板21接合在阀座体16上的方法步骤。而喷雾附件121通过微电镀成形工艺直接构建在阀座体16上。这种工艺产生喷雾附件121与阀座体16的无缝隙的面连接，具有对于电化学沉积的金属来说常见的、最大450N/mm2的附着强度值。
借助于图2至4详细描述用于制造由阀座体16和喷雾附件121组成的阀座件的基本工艺步骤。首先制备阀座体16，它理想地已经具有最终加工的阀座面29。此外该阀座体16已经具有在阀座面29下游成形出的排出孔31，该排出孔通到阀座体16的下端面17上。接着在该下端面17上成形上喷雾附件121。为此将与阀座体16适配的带有导电粘接剂的金属膜35施加到端面17上。也可以选择，将导电的保护膜直接施加在端面17上。在此金属膜17的大小、形状和尺寸确定以后的喷雾附件121内部的入流空腔135的大小、形状和尺寸。接着借助于光刻制造以后的喷雾附件121的阴结构。在此光刻包括以结构化的光刻胶堆的形式施加光阻剂36、光阻剂36曝光以及光阻剂36显影。
要实现的金属结构应借助于光刻掩膜反转地转移到光阻剂36中。一方面存在这种可能性：光阻剂36直接通过掩膜借助UV照射来曝光(用UV灯或UV-LED进行UV深度光刻)。此外存在激光烧蚀，其中，在放置掩膜后借助激光去除光阻剂36的***性材料。在UV曝光的光阻剂36显影后或者在使用其它方法(干蚀刻，烧蚀)后，在光阻剂36中得到由掩膜预给定的结构，该结构是以后的喷雾附件121的阴结构(图2)。
接下来根据所期望的喷雾附件121结构施加、曝光和显影光阻剂36的另一个层。
该电镀成形的后面的方法步骤涉及电化学金属沉积。在此，金属37的沉积在阀座体16的下端面17的露出的环形面上开始并同时在金属膜35上或在导电的保护膜上开始。金属37通过电镀紧密地贴靠在光阻剂36的阴结构的轮廓上，使得在其中不走样地再现出预给定的轮廓。为了制造包括多个功能平面的喷雾附件121结构，金属37的电镀层高度最大程度地相当于光阻剂36的高度。要沉积的材料的选择取决于对喷雾附件121的相应要求，其中尤其是机械强度、化学稳定性、可焊接性等因素很重要。通常使用Ni，NiCo，NiFe或Cu；但也可以想到其它的金属和合金(图3)。
最后从由金属37生长的结构中溶解去除金属膜35和光阻剂36。这例如可以通过KOH处理或者通过氧等离子体或对于聚酰亚胺借助溶剂(例如丙酮)实现。光阻剂36的该溶解去除工艺一般性地以上位概念“脱膜(Strippen)”被公知。金属膜35最好由铝制成，它在脱模时一同溶解。在去掉光阻剂36以及金属膜35之后出现在阀座体16上直接成形的喷雾附件121，它具有至少一个、通常具有多个喷射孔125。金属37的生长在电镀成形时例如这样进行：在金属沉积停止时保留拱曲的边缘区域，喷射孔125通过这些边缘区域向下游方向喇叭形地扩宽(图4)。
阀座体16与喷雾附件121一起构成阀座件，它可以置入到阀座承载体1的纵向孔3中并固定在那里。
图5示出阀座体16的示意性俯视图，在成形上的喷雾附件121中具有两个入流变型方案。在左侧示出唯一一个扇形入流空腔135的结构，所有喷射孔125由该入流空腔供给要喷射的流体，而在图5的右侧示出一种变型，其中每个喷射孔125与一个单个的通道式的入流空腔135连接。对于后一种结构变型有利的是，可导电的保护膜直接施加在阀座体16的下端面17上并且结构为通道式入流空腔135的阴模。然后用常规的光阻剂36进行第二结构化步骤，用于以借助图2至4所述的方式产生喷射孔125。
Claims (14)
1.一种用于内燃机燃料喷射设备的燃料喷射阀，具有一阀纵轴线(2)，具有一具有固定阀座(29)的阀座体(16)并具有一阀关闭体(7)，该阀关闭体与阀座体(16)的阀座(29)共同作用，其特征在于，直接在阀座体(16)上牢固附着地电镀成形上一喷雾附件(121)。
2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述喷雾附件(121)与阀座体(16)的连接具有最大达450N/mm2的附着强度。
3.如权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，在喷雾附件(121)中设置有至少一个入流空腔(135)，所述入流空腔大面积地或者通道式地构成。
4.如上述权利要求中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，在喷雾附件(121)中设置有至少一个喷射孔(125)，所述喷射孔最好向下游方向喇叭形地扩宽。
5.如上述权利要求中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，所述阀座体(16)与喷雾附件(121)一起形成一阀座件，该阀座件能够置入到阀座承载体(1)的纵向孔(3)中。
6.一种用于制造内燃机燃料喷射设备的燃料喷射阀阀座的方法，其中，该燃料喷射阀具有一阀纵轴线(2)、一具有固定阀座(29)的阀座体(16)和一阀关闭体(7)，该阀关闭体与阀座体(16)的阀座(29)共同作用，其特征在于以下方法步骤：
a)制备一阀座体(16)，
b)直接在阀座体(16)上牢固附着地电镀成形上一喷雾附件(121)和
c)将由阀座体(16)和喷雾附件(121)组成的阀座件安装到该燃料喷射阀中。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在阀座体(16)的下端面(17)上施加一适配的、带有可导电的粘接剂的金属膜(35)。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在阀座体(16)的下端面(17)上施加一可导电的保护膜。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，接着应用光刻，该光刻包括以结构化的光刻胶堆的形式施加光阻剂(36)、该光阻剂(36)曝光以及该光阻剂(36)显影。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述曝光通过一掩膜借助UV照射或激光进行。
11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，电化学金属沉积在阀座体(16)的下端面(17)上以及在金属膜(35)或可导电的保护膜上开始，光阻剂(36)从那里开始生长。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，为金属沉积使用Ni，NiCo，NiFe或Cu。
13.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，喷雾附件(121)的电镀成形通过溶解去除金属膜(35)或可导电的保护膜或光阻剂(36)结束。
14.如权利要求6至13中任一项所述的方法，其特征在于，将由阀座体(16)和喷雾附件(121)一起形成的阀座件置入到阀座承载体(1)的纵向孔(3)中并固定在那里。
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