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电磁操纵的量控制 阀，尤其用于控制 燃料高压 泵的输送量

阅读：333发布：2020-12-31

专利汇可以提供电磁操纵的量控制阀，尤其用于控制燃料高压泵的输送量专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种能电磁操纵的量控制阀 (14)，尤其用于控制高压泵 (3)的输送量，具有电磁体(15)，具有可在轴向方向上运动的用于打开和关闭量控制阀 (14)的阀元件(26)，并且此外具有衔铁轴(16)用于传递由电磁体(15)产生的、在轴向方向上作用到阀元件(26)上的力，其中，衔铁轴(16)具有面向阀元件(26)的针区域(126)和背离阀元件(26)的衔铁区域(161)，其中，针区域(126)和衔铁区域(161)共同构造为一体的，其特征在于，设有至少一种措施(167,168)用于提高衔铁轴(16)的至少一种强度。，下面是电磁操纵的量控制阀，尤其用于控制燃料高压泵的输送量专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种能电磁操纵的量控制阀(14)，尤其用于控制高压泵(3)的输送量，该量控制阀具有：电磁体(15)；能在轴向方向上运动的、用于打开和关闭所述量控制阀(14)的阀元件(26)；以及衔铁轴(16)，该衔铁轴用于传递由所述电磁体(15)产生的、在轴向方向上作用到所述阀元件(26)上的力，其中，所述衔铁轴(16)具有面向所述阀元件(26)的针区域(162)和背离所述阀元件(26)的衔铁区域(161)，其中，所述针区域(162)和所述衔铁区域(161)共同构造为一体，其特征在于，设有至少一种措施(167,168)用于提高所述衔铁轴(16)的至少一种强度。
2.按照权利要求1所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述针区域(162)相对于所述衔铁区域(161)具有较小的直径，并且，所述至少一种措施是位于所述针区域(162)和所述衔铁区域(161)之间的过渡部(165)处的棱边(166)的倒圆(167)。
3.按照权利要求2所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述倒圆(167)具有：面向所述针区域(162)的、具有第一倒圆半径(r1)的第一部分倒圆(167a)；和面向所述衔铁区域(161)的、具有第二倒圆半径(r2)的第二部分倒圆(167b)，其中，所述第一倒圆半径(r1)与所述第二倒圆半径(r2)不同。
4.按照权利要求3所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述第一倒圆半径(r1)具有为所述第二倒圆半径(r2)的至少五倍的值。
5.按照权利要求3或4所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述第一部分倒圆(167a)和/或所述第二部分倒圆(167b)在角度(α)方面分别将所述棱边(166)至少倒圆到四分之一，所述针区域(162)以所述角度(α)在所述棱边(166)上过渡到所述衔铁区域(161)中。
6.按照权利要求2所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，倒圆半径(r)在从所述针区域(162)朝所述衔铁区域(161)的方向上减小，尤其连续地减小。
7.按照前述权利要求中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述至少一种措施是至少沿着所述衔铁轴(16)的表面的部分设置的层(168)，所述层的硬度大于所述衔铁轴(16)的基材(169)的硬度。
8.按照权利要求7所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，至少沿着所述衔铁轴(16)的表面的所述部分，所述硬度为至少900HV。
9.按照权利要求7或8所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，至少沿着所述衔铁轴(16)的表面的所述部分，碳含量和/或氮含量与所述衔铁轴(16)的所述基材(169)相比提高。
10.按照权利要求7至9中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述层(168)借助低温扩散方法，尤其借助碳氮共渗和/或科尔斯特林技术和/或低温气体渗氮和/或氧化渗氮制成。
11.按照权利要求7至10中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述层(168)到所述衔铁轴(16)中直到5μm至50μm的深度。
12.按照权利要求7至11中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述衔铁轴(16)的所述基材(169)是能磁化的、冷作硬化的和/或铁素体的钢和/或是铁钴合金。
13.按照前述权利要求中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述衔铁轴(16)在所述衔铁区域(161)中具有一个或多个、尤其是两个在轴向方向上延伸的通孔(164)。
14.按照前述权利要求中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述量控制阀(14)具有壳体，在所述壳体上位置固定地设有止挡(163,17)，所述衔铁轴(16)在沿两个轴向方向运动时与所述止挡形成贴靠。
15.按照前述权利要求中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其特征在于，所述衔铁轴(16)，必要时不考虑表面的所述层(168)，由均质的基材(169)构成。
16.一种燃料活塞泵(3)，具有按照前述权利要求中任一项所述的能电磁操纵的量控制阀(14)，其中，所述能电磁操纵的量控制阀(14)是该燃料活塞泵(3)的进入阀。

说明书全文

电磁操纵的量控制阀，尤其用于控制 燃料高压 泵的输送量

技术领域

背景技术

[0001] 本发明涉及能电磁操纵的量控制阀，该量控制阀原则上例如由EP 2 453 122 A1已知。

发明内容

[0002] 本发明基于以下认识：对一体构造的、在量控制阀中使用的衔铁轴同时提出高的磁性要求和高的强度要求，其中，衔铁轴此外服从有限的构件大小和构件质量的边界条件。

[0003] 通过传统的措施、例如选择衔铁轴的材料仅能够部分地同时令人满意地满足这些要求和边界条件，因为具有良好磁性的材料一般仅具有中等的强度并且反之亦然。

[0004] 因此，设置根据本发明的措施用于提高衔铁轴的强度。

[0005] 概念“强度”在此在原则上要宽泛地解释。例如可以涉及以下特征参数，该特征参数描述衔铁轴抵抗弹性和/或塑性变形的抵抗表现，即例如抗拉强度、抗压强度、抗压缩强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪切强度和/或抗疲劳强度。此外，所述强度涉及抵抗磨损的稳定性，尤其涉及硬度和/或表面硬度。强度的概念也可以针对时长而言，在该时长期间，衔铁轴能够忍耐一定的负荷而不失效、例如不断裂。

[0006] 概念“措施”在此原则上要宽泛地解释。例如可以涉及造型或材料选择或局部的材料改性，尤其是在衔铁轴的表面的部分的区域中或整个表面的区域中。

[0007] 概念“提高”是指增加，例如特征参数的变大。这尤其可以理解为在没有固定出发点的情况下，所述措施至少原则上适合用于提高衔铁轴的强度。另一方面，作为提高强度的出发点，也可以从由开头所述的现有技术已知的量控制阀的衔铁轴的强度出发。

[0008] 根据本发明，所述量控制阀具有可在轴向方向上运动的阀元件，用于打开和关闭量控制阀。在此，优选地涉及板状的或至少基本上板状的阀元件，该阀元件可以贴靠在例如环形的密封座上并且因此可以封闭量控制阀。

[0009] 根据本发明，衔铁轴具有衔铁区域和针区域。尤其，衔铁轴由针区域和衔铁区域组成，其中，针区域和衔铁区域尤其在轴向方向上依次布置，优选地，彼此相互同轴或至少基本上同轴。衔铁区域和针区域尤其可以是衔铁轴的柱形的或至少基本上柱形的区段，这些区段尤其一体地成型在彼此上。

[0010] 优选地，针区域的直径小于衔铁区域的直径，例如最大为其一半大。优选地，针区域的长度大于衔铁区域的长度，例如至少为其两倍大。

[0011] 根据本发明，衔铁轴或者说衔铁轴的针区域和衔铁区域共同构造为一体的。“构造为一体”在此尤其理解为：存在集成的、连续的工件，该工件尤其没有通过接合或连接制成，而是尤其由一个件制成，例如作为车削件或者通过金属的压铸和紧接着的烧结。此外，在衔铁轴上尤其没有固定另外的构件，使得衔铁轴功能上完全代替尤其由现有技术、例如由DE 10 2010 062 451 A1同样已知的、通过压制制造的由衔铁和针构成的结合物。

[0012] 在本发明的第一具体实施方式中设置：针区域相对于衔铁区域具有较小的直径，并且，所述措施是位于针区域和衔铁区域之间的过渡部处的棱边的倒圆。

[0013] 优选地，所述棱边涉及位于针区域和衔铁区域之间的过渡部处的内棱边。例如涉及90°棱边。

[0014] 概念“倒圆”原则上要以下述程度广泛地解释：所涉及的棱边不是尖棱棱边。关于概念“尖棱性”参考标准DIN ISO 13715:2000。尤其，如果棱边与理想尖棱棱边的偏差仅为50μm或更小，那么该棱边理解为尖棱的。其它所有的棱边就此而言视为倒圆的，与事实上的轮廓在数学意义上是否精确地圆或者棱边是否从尖棱的轮廓出发仅近似圆轮廓无关。尤其，倒角也可以构成倒圆。

[0015] 倒圆具有以下技术效果：能够减少或者更好地传递针区域和衔铁区域之间的弯曲应力。以这种方式可以有效地避免在针区域和衔铁区域之间的过渡部处的断裂。

[0016] 倒圆例如可以涉及具有恒定的倒圆半径的倒圆，使得倒圆能够特别简单地产生。倒圆半径在这种情况中可以例如为0.5mm或更多。

[0017] 另一方面已经观察到：如果倒圆半径沿着倒圆不是恒定的，那么可以使衔铁轴的强度、尤其是衔铁轴承受弯曲应力的能力特别好地改善。优选地设置倒圆半径在从针区域朝衔铁区域的方向减小，其中，该减小可以设置为连续地或分步地。

[0018] 在倒圆半径分步地减小时，尤其设置面向针区域的具有第一倒圆半径的第一部分倒圆并且设置面向衔铁区域的具有第二倒圆半径的第二部分倒圆，其中，第一倒圆半径大于第二倒圆半径，例如是第二倒圆半径的至少五倍或甚至至少十倍大。第一倒圆半径例如可大于1mm或甚至大于2mm，而第二倒圆半径小于1mm或甚至小于0.6mm。

[0019] 在直角的棱边的情况下，两个部分倒圆中的每个构成45°的过渡或者各自构成至少22.5°的过渡。

[0020] 倒圆尤其可以由两个部分倒圆组成，虽然原则上倒圆也能够具有多于两个的部分倒圆，这些部分倒圆的倒圆半径至少部分地相互不同，并且尤其在从针区域朝衔铁区域的方向减小。

[0021] 附加于或替代于本发明的第一具体实施方式，在本发明的第二具体实施方式中设置，所述措施是至少沿着衔铁轴的表面的部分设置的层，该层的硬度大于衔铁轴的基材的硬度。.

[0022] 通过这样的层可以有效地减小衔铁轴的磨损。此外，在申请人的研究中已经测量到通过层提高了抗疲劳强度，例如提高了初始值的20％到30％。

[0023] 所述硬度例如可以涉及以单位HV测量到的特征参数，该特征参数例如能够以例如0.01kp的测试力和12秒的负荷时间测量。例如可以使用所谓的纳米压痕测试，在该纳米压痕测试中借助上述很小的载荷感测在间距为1μm到10μm的栅格中的测量点。

[0024] 通过这样测量的硬度可以推导出工件的表面的残余压应力，该残余压应力自身可以用作构件的抗疲劳强度的尺度。

[0025] 所述层可以沿着衔铁轴的整个表面设置。尤其设置：所述层至少设置在衔铁轴的表面的下述位置上，该位置在量控制阀的运行中与量控制阀的其它零部件、例如阀元件或与壳体固定的止挡贴靠，例如在衔铁轴的表面的在衔铁轴的两个轴向俯视图上可见的位置上。

[0026] 尤其设置，所述层的硬度为至少900HV，尤其为至少900HV0.01或者甚至至少1000HV，尤其至少1000HV0.01。尤其设置，衔铁轴的基材的硬度明显较低，例如最大400HV，或者甚至最大仅200HV，这对于铁素体钢是通常的值。

[0027] 虽然存在许多产生所述层的方法，但是，优选低温扩散方法，因为所述方法可以应用到衔铁轴上，而衔铁轴在产生层期间不会作为整体变形，例如扭曲。优选的低温扩散方法是碳氮共渗和科尔斯特林技术(Kolsterising)。以这种方式产生以下层，在所述层中碳含量和/或氮含量与衔铁轴的基材相比提高。在此，一般不出现组织改变，并且涉及的层除通过硬度测量和显微图片中的元素分析外可通过变色，尤其褐色的变色识别。此外，所述层中提高的碳含量和/或氮含量根据引起的残余压应力至少原则上可以得到证实，即使有时是费事的。

[0028] 低温扩散方法在此尤其理解为热化学的方法，其中，衔铁轴例如尤其在650℃以下的温度或者甚至在350℃以下的温度中经受含碳和/或氮的气氛，并且其中，原子例如碳原子和/或氮原子由所述气氛渗入到衔铁轴的边界层中和/或衔铁轴中。

[0029] 优选地，所述层具有5μm到50μm的深度，例如10μm到15μm的深度。在该层下方尤其布置的是衔铁轴的基材。

[0030] 所述基材优选涉及铁素体钢和/或冷作硬化的钢和/或磁性钢。此外可以涉及铁钴合金。

[0031] 衔铁轴的质量小于3克，优选甚至小于2克，以便保证量控制阀的高的动态性。

[0032] 有利的扩展方式在另外的从属权利要求中给出。此外，对于本发明重要的特征可在以下的说明和附图中找到，其中，这些特征既可以单独地又可以以不同组合地是对本发明而言是重要的，而对此不再次明确地指出。

附图说明

[0033] 以下参考附图阐述本发明的示例性的实施方式。在附图中示出：

[0034] 图1 内燃机的燃料喷射系统的简化示图；

[0035] 图2根据本发明的量控制阀；

[0036] 图3图2的量控制阀的衔铁轴；

[0037] 图4图3的量控制阀的衔铁轴的显微图片。

具体实施方式

[0038] 图1以非常简化的示图示出内燃机的燃料喷射系统1。燃料箱9通过抽吸管路4、预送泵5和低压管路7与(没有详细阐述的)高压泵3连接。高压存储器13(“共轨”)通过高压管路11连接到高压泵3上。量控制阀14和电磁的操纵装置15–以下称作电磁体15–在低压管路7的走向中液压地布置在预送泵5和高压泵3之间。其它的元件，例如高压泵3的阀，在图1中没有绘出。显而易见，量控制阀14可以与高压泵3构造成结构单元。例如量控制阀14可以是高压泵3的进入阀。

[0039] 在燃料喷射系统1的运行中，预送泵5将燃料从燃料箱9输送到低压管路7中。在此，量控制阀14确定输送给高压泵3的燃料量。

[0040] 图2以截面图示出图1的量控制阀14的视图。量控制阀14基本上关于纵向轴线12旋转对称地实施。量控制阀14固定在高压泵3的没有绘出的壳体中并且构成高压泵3的进入阀。

[0041] 量控制阀14包括在磁极铁芯17上方缠绕的磁性线圈15和衔铁轴16，其中，在磁极铁芯17和衔铁轴16之间夹紧有衔铁弹簧22。通过磁性力和衔铁弹簧22的复位力的作用，衔铁轴16可以在轴向方向上在磁极铁芯17和固定在壳体上的止挡163之间运动。

[0042] 衔铁轴16由面向磁极铁芯17的衔铁区域161和背离磁极铁芯17的针区域162组成并且在不与其它构件持久连接的情况下一体地实施。

[0043] 衔铁轴16以其背离磁极铁芯17的端侧贴靠在量控制阀14的阀元件26上，并且能够以这种方式抵抗阀弹簧40的力强制地打开量控制阀14，例如以便能够实现燃料由高压泵3的工作空间31与量控制阀14的打开方向相反地回流到低压管路7中。在一个专门的实施方式中，衔铁轴可以附加地与阀元件26构造为一体的，即同时承担其功能。

[0044] 阀元件26在此具有基本上板状的构型并且在量控制阀14关闭时支承在环形的密封座27上。

[0045] 衔铁轴16在图3中放大地立体示出。衔铁区域161和针区域162都具有基本上柱形的形状并且在轴向方向上依次布置，其中，衔铁区域161具有比针区域162的直径的两倍还要大的直径，并且其中，衔铁区域161具有比针区域162的一半长度还要小的长度。衔铁轴16例如具有在10mm至30mm范围内的总长度。

[0046] 衔铁轴16在该实施例中具有两个在轴向方向上延伸穿过衔铁区域161的通孔164，其功能在于，在衔铁轴16运动时可以引导燃料通过衔铁轴16的衔铁区域161。

[0047] 构造为内棱边的、径向上完全环绕的棱边166位于针区域162和衔铁区域161之间的过渡部165处，该棱边在如图2所示的截面中使针区域162与衔铁区域161在直角α的情况下连接。在该实施例中，棱边166具有倒圆167，该倒圆由第一部分倒圆167a和第二部分倒圆167b组成。部分倒圆中的每个部分倒圆将直角的棱边166大约倒圆到一半，即到45°。

[0048] 第一部分倒圆167a构成倒圆167的面向针区域162的部分并且具有相对大的倒圆半径r1，例如6.5mm。第二部分倒圆167b面向衔铁区域161、无凸台和无折痕地连接第一部分倒圆，第二部分倒圆具有相对小的倒圆半径r2，例如0.45mm。

[0049] 衔铁轴16的基材169是均质的并且由冷作硬化的铁素体材料或替代地由铁钴合金构成。基材169的硬度为150HV。在衔铁轴16的表面上构造有硬化的层168，该层具有到衔铁轴中直到15μm的深度并且具有1000HV的硬度。该层已通过低温扩散方法，例如碳氮共渗和科尔斯特林技术产生。在该层中，碳和/或氮的含量与基材169相比提高。在显微图片(图4)中在其它没有被影响的金属冶金组织中可将层168识别为褐色变色部分。

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