專利名稱：具有磁堆的閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個用于控制流體通路的、具有改善的動態(tài)性的閥和一種借助閥針或滑閥來控制流體通路的方法，其中，在無電流狀態(tài)下該流體通路可打開或關(guān)閉。
背景技術(shù)：
具有磁回路的閥作為電磁的驅(qū)動器在不同的方案中已知并且例如在它們的開關(guān)時間、它們的閥行程、它們的磁回路的功能方面彼此不同，如具有比例開關(guān)磁鐵或2點開關(guān)磁鐵的閥，或者在它們的磁回路的結(jié)構(gòu)方面彼此不同，如具有插入式銜鐵或扁平銜鐵的磁回路。磁回路通常抵抗復位彈簧地工作。閥的總動態(tài)性在這種情況下由磁回路的磁鐵確定，而吸動時間和復原時間由彈簧確定。對吸動時間和復原時間決定性的是磁回路中磁場建立的速度、需要克服的復位彈簧力(復位彈簧力越大，吸動時間越慢，而磁鐵的復原時間越快)、閥行程以及閥的其它機械參量，如總的待被移動的質(zhì)量和其它的力。所達到的力水平對于磁鐵的吸動時間也很重要。具有電磁驅(qū)動器的閥的動態(tài)性在技術(shù)上肯定是有界限的。例如大的閥行程總是導致較長的開關(guān)時間，因為閥針需要更多的時間用于吸動和復原并且可達到的磁力在大行程時基于磁的剩余空氣隙而相應(yīng)地很小。大的閥行程也間接地影響磁場建立的速度和磁力。 這尤其適于扁平銜鐵磁鐵，扁平銜鐵磁鐵能產(chǎn)生較大的力及因此在動態(tài)性方面尤其適合。雖然已提出將閥中的電磁驅(qū)動器用壓電驅(qū)動器代替，以便進一步改善動態(tài)性，但是該方案由于壓電驅(qū)動器的顯著更高的成本而僅在某種條件下是經(jīng)濟的。

發(fā)明內(nèi)容
相比之下，按照本發(fā)明的用于控制流體通道的閥具有優(yōu)點，即盡管在閥中使用成本有利的電磁驅(qū)動器，仍明顯改善了閥的動態(tài)性。按本發(fā)明的閥尤其是即使在大的行程下也能快速地開關(guān)。這按本發(fā)明這樣實現(xiàn)，即閥具有閥針或閥芯，該閥針或閥芯由來自至少兩個不同的電磁驅(qū)動器的銜鐵元件操作。兩個電磁驅(qū)動器和兩個銜鐵元件串聯(lián)布置并能共同用一個復位元件來復位。串聯(lián)布置的基本構(gòu)思是，通過一個電磁驅(qū)動器施加的用于閥的操作力通過至少一個另外的串聯(lián)布置的電磁驅(qū)動器被增強。通過將一個大的電磁驅(qū)動器分為至少兩個小的電磁驅(qū)動器，在磁力建立方面能達到更高的動態(tài)性。通過電磁驅(qū)動器的簡單串聯(lián)能夠成本有利地對很大的行程產(chǎn)生足夠高的操作力，該操作力以高動態(tài)性使閥針運動并調(diào)節(jié)用于控制流體通道的閥。閥針的速度可通過串聯(lián)布置的電磁驅(qū)動器數(shù)量來調(diào)節(jié)，使得動態(tài)性能個別地適配相應(yīng)的使用目的。以此方式對高動態(tài)地工作的具有電磁驅(qū)動器的閥提供成本有利的方案。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明有利的改進方案。在本發(fā)明的一個改進方案中，第一和第二銜鐵元件松散地彼此接觸，使得銜鐵元件可彼此分開。由此由銜鐵元件和閥針組成的總的運動質(zhì)量被最優(yōu)化，因為僅需移動這樣的銜鐵元件，該銜鐵元件所述的電磁驅(qū)動器也施加運動力到該銜鐵元件上。因此，閥中的例如預先確定數(shù)量的電磁驅(qū)動器可串聯(lián)布置，但閥的動態(tài)性通過各個電磁驅(qū)動器的有目的的控制來調(diào)節(jié)。第二銜鐵元件可優(yōu)選通過第一銜鐵元件操作。由此尤其是部件數(shù)能保持得很小。電磁驅(qū)動器優(yōu)選能布置成疊堆。如果銜鐵元件松散地彼此疊置，則能使本發(fā)明的閥更輕，因為故障電磁驅(qū)動器能簡單地從疊堆除去并用功能正常的新的電磁驅(qū)動器替代。進一步優(yōu)選地，電磁驅(qū)動器的銜鐵元件結(jié)構(gòu)相同，從而按本發(fā)明的閥通過結(jié)構(gòu)相同的元件的層能更廉價地制造。電磁驅(qū)動器可布置在一個共同的殼體中，例如一個管中，使得電磁驅(qū)動器與該殼體作為組件提供并且按本發(fā)明的閥不僅在制造時而且在隨后能任意適配使用者的不同應(yīng)用和需求。因此按本發(fā)明的閥能在大量技術(shù)的制造中相同尺寸地并且在家庭勞動中通過最終消費者無需費事和無需專門技術(shù)知識地組裝。在本發(fā)明一個替代或附加的改進方案中電磁驅(qū)動器可彼此間隔開，從而當在前的、移動中的銜鐵元件達到其最大行程時，每個銜鐵元件可執(zhí)行一個附加的行程。通過各個電磁驅(qū)動器的間距，在按本發(fā)明的閥中可這樣對每個電磁驅(qū)動器配置一個用于閥針的子行程，使得與子行程相應(yīng)的電磁驅(qū)動器的銜鐵元件執(zhí)行了其滿行程時，閥針執(zhí)行一個子行程。 因此高動態(tài)的開關(guān)磁體與慢的比例磁體的優(yōu)點能統(tǒng)一起來，這是一個技術(shù)突破，因為高動態(tài)性結(jié)合可變行程到目前為止僅保留有具有壓電驅(qū)動器的閥。此外，本發(fā)明的該改進方案是簡單的方案，因為閥的子行程連同電磁驅(qū)動器的按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能用簡單的磁回路和線圈串聯(lián)來實現(xiàn)，而無需各個磁回路在縱向上的劃分。電磁驅(qū)動器的間距優(yōu)選借助電磁驅(qū)動器之間的調(diào)節(jié)環(huán)來調(diào)節(jié)。這些電磁驅(qū)動器彼此的間距尤其是能以離所述閥針更大的距離變小。以此方式各個銜鐵元件在閥針的靜止位置中都彼此貼靠，從而對于閥針的各個子行程都能達到閥的本發(fā)明的高動態(tài)性。在本發(fā)明一個優(yōu)選的改進方案中，閥具有用于個別地控制并且可能直接驅(qū)動各個電磁驅(qū)動器的控制單元。由此，通過電磁驅(qū)動器的個別控制，閥能執(zhí)行不同大小的行程。所述控制可這樣進行，使得各個電磁驅(qū)動器個別地被驅(qū)動，因為在此不僅閥針的開關(guān)過程的動態(tài)性能最優(yōu)化，而且閥針的子行程在各個電磁驅(qū)動器的單個行程的級中可被調(diào)節(jié)。替代地，控制單元提供了這樣的可能性，即簡單地同時控制并以此方式驅(qū)動所有的電磁驅(qū)動器，這又改善了閥的動態(tài)性?？刂茊卧诖死缈稍O(shè)置用于逐步地接通或關(guān)斷所述電磁驅(qū)動器。這種控制方式不僅能電子地簡單應(yīng)用，而且能機械地實現(xiàn)。電磁驅(qū)動器可優(yōu)選具有用于使其銜鐵元件復位的單個復位元件，例如單個復位彈
ο與閥針直接接觸的電磁驅(qū)動器優(yōu)選不具有自己的復位元件，因為其銜鐵元件能單獨地通過公共的復位元件回到其初始位置中。在按本發(fā)明的借助帶有第一和第二銜鐵元件的閥針來控制流體通道的方法中，首
4先用所述第二銜鐵元件經(jīng)由所述第一銜鐵元件使所述閥針運動。然后用復位元件使所述閥針回到其初始位置中。優(yōu)選地，所述閥針至少在其借助所述第二銜鐵元件被操作后借助所述第一銜鐵元件繼續(xù)被操作或被保持，使得僅第一銜鐵元件的質(zhì)量和閥針的質(zhì)量必須被驅(qū)動，以使閥針移動，由此達到了在閥針運動方向上的待被移動的質(zhì)量的最優(yōu)化。尤其是在所述閥針通過所述第一銜鐵元件被保持或繼續(xù)被操作時，所述第二銜鐵元件返回其初始位置中，使得在閥針沿另一方向運動時，僅需驅(qū)動第一銜鐵元件和閥針，這樣達到了待被移動的質(zhì)量的進一步最優(yōu)化。如果所述第一和第二銜鐵元件在它們的初始位置中-也就是說在兩個電磁驅(qū)動器未通電的狀態(tài)中-相接觸，所述閥針能至少部分地共同借助所述第一和第二銜鐵元件被操作，從而在驅(qū)動閥針時達到尤其高的驅(qū)動力，這進一步改善了閥針的動態(tài)性。按本發(fā)明的方法在一個專門的實施形式中能以任意多個銜鐵元件實現(xiàn)。例如一個第η銜鐵元件與在前的第n-1銜鐵元件串聯(lián)地相接觸，所述閥針通過所有在前的、串聯(lián)的 n-1個銜鐵元件被操作，使得閥針的動態(tài)性改善能通過任意多個附加力任意地提升，其中η > 2。在此，所述閥針尤其是能夠至少在其借助所述第η銜鐵元件被操作后借助所述 n-1個銜鐵元件中的至少一個繼續(xù)被操作或被保持。以此方式可以實現(xiàn)任意多個根據(jù)本發(fā)明的子行程。


在下面借助于附圖詳細解釋本發(fā)明的兩個實施例。附圖中圖1按本發(fā)明的閥的第一實施例，圖2按本發(fā)明的閥的第二實施例， 圖3用于運行本發(fā)明閥的第二實施形式的控制單元的電路圖。
具體實施例方式圖1示出本發(fā)明的閥2的具有兩級閥堆的第一實施形式。這種閥2例如可用作內(nèi)燃機中的噴射閥。閥2具有閥針4、第一電磁驅(qū)動器6和第二電磁驅(qū)動器8。第一電磁驅(qū)動器6設(shè)置用于直接操作閥針4，而第二電磁驅(qū)動器8通過第一電磁驅(qū)動器6操作該閥針。借助主復位彈簧10能使該第一電磁驅(qū)動器和第二電磁驅(qū)動器6、8駛回到零位置中。第一電磁驅(qū)動器6具有第一磁回路12、第一線圈14和第一銜鐵元件16。第一線圈14可被通電及用作磁的源電壓，該源電壓流經(jīng)第一磁回路12。第一磁回路12具有極靴 13，磁場能由這些極靴從第一磁回路12中出來。第一銜鐵元件16被磁化，使得當?shù)谝痪€圈 14通電時，第一銜鐵元件能通過由極靴13出來的磁場被吸引到極靴13上。第二電磁驅(qū)動器8與第一電磁驅(qū)動器6類似地具有第二磁回路18、第二線圈20和第二銜鐵元件22。它們以如在第一電磁驅(qū)動器6中的它們的類似的元件那樣相同的方式共同作用。附加地，第二電磁驅(qū)動器8可具有單個復位彈簧M，借助該單個復位彈簧能使第二銜鐵元件22被第一銜鐵元件16釋放并獨自駛回到其零位置中。兩個電磁驅(qū)動器6、8疊放在管沈中并通過調(diào)節(jié)環(huán)形式的間隔保持件25彼此隔開。第一銜鐵元件16可在這樣在第一及第二電磁驅(qū)動器6、8之間提供的自由空間中自由運動。視多少個元件還在管沈中找到位置而定，通過疊置其它的間隔保持件和電磁驅(qū)動器可任意擴展圖1中所示的結(jié)構(gòu)。如圖所示，銜鐵元件16、22和閥針4串聯(lián)布置在一個共同的軸線X-X上。在閥2的在圖1所示的狀態(tài)中可看到第二銜鐵元件22在被吸引后的狀態(tài)中的位置，而第一銜鐵元件16的第一線圈14未通電，使得閥針4僅通過第二銜鐵元件22經(jīng)由第一銜鐵元件16被保持?？珊芎玫乜吹剑y針4以此方式僅經(jīng)過了其全部可移動的行程H的一部分。為了使閥針4繼續(xù)運動直至其全部行程，僅還需給第一線圈14通電。圖2示出本發(fā)明的閥2的具有三級閥堆的、在不同功能狀態(tài)中的第二實施形式。為了更好地概覽圖2，并沒有對每個功能狀態(tài)磁堆的各個元件都設(shè)有附圖標記。借助這些功能狀態(tài)更詳細地闡述本發(fā)明的工作原理。多個子行程的設(shè)定在下面詳細闡述。圖2所示的閥觀與圖1所示的閥2相比，擴展了第三電磁驅(qū)動器30，它如第二電磁驅(qū)動器8那樣以相同的方式被構(gòu)造。它通過另一個間隔保持件32同第二電磁驅(qū)動器8 隔開，使得第二電磁驅(qū)動器8的銜鐵元件22能自由運動。這樣選擇間隔保持件25、32，使得第一與第二電磁驅(qū)動器6、8之間的距離大于第二與第三電磁驅(qū)動器8、30之間的距離。閥針4可執(zhí)行最大行程H，該最大行程能通過第一電磁驅(qū)動器6的至少所述第一線圈14的通電達到。閥觀中越多的線圈附加地通電，閥針4越快地執(zhí)行最大行程H。通過各個線圈有目的的通電，閥針4也可執(zhí)行在其零位置(圖2a)與最大行程 H(圖2d-2f)之間的子行程。這在下面借助圖2詳細闡述。在初始狀態(tài)a)中閥針4完全封閉流體通道。電磁驅(qū)動器6、8、30的所有線圈都未通電，從而主復位彈簧10將閥針4和所有銜鐵元件保持在它們的零位置中。三個結(jié)構(gòu)相同的銜鐵元件16、22、31彼此松散地接觸。在狀態(tài)b)中僅第三電磁驅(qū)動器30的線圈通電，使得其銜鐵元件31到達其終端位置并且閥針4以相應(yīng)的行程通過余下的銜鐵元件運動到零位置緊上方的位置中。吸動延遲時間通過第三電磁驅(qū)動器30的銜鐵元件31確定。因為第三電磁驅(qū)動器僅須產(chǎn)生一個子行程，因此設(shè)計能夠緊湊地并相應(yīng)高動態(tài)性地進行。第一與第二電磁驅(qū)動器6、8的線圈14、20 在此時已經(jīng)能通電，以便建立磁場并使閥針的行程運動無延遲地繼續(xù)。在狀態(tài)c)中第二電磁驅(qū)動器8的線圈20附加地被通電，從而其銜鐵元件22達到其終端位置并且閥針4以相應(yīng)的行程通過第一電磁驅(qū)動器6的銜鐵元件運動到最大行程緊下方的位置中。因為第三電磁驅(qū)動器30的銜鐵元件31已到達其終端位置，該銜鐵元件31 在從狀態(tài)b)到狀態(tài)c)的過渡中不再運動并停在其止擋位置中。因此減小了運動質(zhì)量。在狀態(tài)d)中僅第一電磁驅(qū)動器6的線圈14通電，該第一電磁驅(qū)動器現(xiàn)在也到達其終端位置并使閥針以相應(yīng)的行程運動到其終端位置中。因為其它的銜鐵元件22、31都已到達其終端位置，對于從狀態(tài)c)到狀態(tài)d)的過渡僅需第一電磁驅(qū)動器6的銜鐵元件16和閥針14運動。因此進一步減小了運動質(zhì)量?！┑谌姶膨?qū)動器不再對作用在閥針4上的打開力作出貢獻時，可結(jié)束其線圈的通電。如狀態(tài)e)所示，這時其單個復位彈簧將其銜鐵元件31移回到零位置中。在狀態(tài)f)中僅第一電磁驅(qū)動器6的線圈通電，所有其它電磁驅(qū)動器8、30的銜鐵元件22、31又取得他們的零位置。閥觀做好了關(guān)斷準備。對于高動態(tài)的開關(guān)過程的前提條件是最佳的，因為復原延遲僅通過第一電磁驅(qū)動器6中的磁場衰減來確定，該第一電磁驅(qū)動器由于其小的行程份額在動態(tài)性上可以被最佳化。此外最小化了運動質(zhì)量。
圖3示出用于圖2中閥的電磁驅(qū)動器6、8、30的線圈通電的控制單元。信號單元 36發(fā)出開關(guān)信號38、40、42，這些信號設(shè)置用于控制開關(guān)44、46、48。每個開關(guān)這樣地控制電磁驅(qū)動器6、8、30的線圈之一的電流供給，由此閥針能根據(jù)圖2運動。前級電阻50、52、M 設(shè)置用于保護這些線圈。電壓源56用作能量源。因此電磁驅(qū)動器6、8、30可個別地控制， 使得閥28可執(zhí)行不同大小的子行程或執(zhí)行滿行程。
權(quán)利要求
1.用于控制流體通道的閥，其包括閥針(4)或閥芯；具有第一銜鐵元件(16)的用于操作該閥針的第一電磁驅(qū)動器(6)；用于該閥針(4)復位的復位元件(10)，和具有第二銜鐵元件0 的用于操作該閥針的第二電磁驅(qū)動器(8)；其中，該第一和第二電磁驅(qū)動器(6，8)串聯(lián)布置。
2.如權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述第一和第二銜鐵元件(16,2 松散地彼此接觸。
3.如上述權(quán)利要求之一所述的閥，其中，所述電磁驅(qū)動器(6，8)的所述銜鐵元件(16， 22)結(jié)構(gòu)相同。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的閥，其中，所述電磁驅(qū)動器(6，8)布置成疊堆。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的閥，其中，所述電磁驅(qū)動器(6，8)布置在一個共同的殼體(26)中。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的閥，其中，所述電磁驅(qū)動器(6，8)彼此間隔開。
7.如權(quán)利要求6所述的閥，該閥具有至少一個另外的電磁驅(qū)動器(30)，其中，這些電磁驅(qū)動器(6，8，30)彼此的間距或工作行程以離所述閥針(4)更大的距離變小。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的閥，該閥具有用于個別地運行各個電磁驅(qū)動器(6，8， 30)的控制單元(34)。
9.如權(quán)利要求8所述的閥，其中，所述控制單元(34)設(shè)置用于逐步地接通或關(guān)斷所述電磁驅(qū)動器(6，8，30)。
10.如上述權(quán)利要求之一所述的閥，其中，至少一個電磁驅(qū)動器(8，30)具有用于使其銜鐵元件0 復位的單個復位元件04)。
11.借助閥針(4)來控制流體通道的方法，該閥針帶有第一和第二銜鐵元件(16，22)， 其中，該閥針(4)和該銜鐵元件(16，22)串聯(lián)布置，該方法包括下列步驟用所述第二銜鐵元件0 經(jīng)由布置在所述閥針(4)與所述第二銜鐵元件0 之間的所述第一銜鐵元件(16)操作所述閥針；用復位元件(10)使所述閥針(4)復位。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述閥針(4)至少在其借助所述第二銜鐵元件 (22)被操作后借助所述第一銜鐵元件(16)繼續(xù)被操作或被保持。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述閥針(4)通過所述第一銜鐵元件(16)被保持或繼續(xù)被操作時，所述第二銜鐵元件0 返回其初始位置中。
14.如權(quán)利要求11至13之一所述的方法，其中，所述第一和第二銜鐵元件(16，22)在它們的初始位置中相接觸，所述閥針(4)至少部分地共同借助所述第一和第二銜鐵元件 (16，22)被操作。
15.如權(quán)利要求11至14之一所述的方法，其中，至少一個第η銜鐵元件(30)與在前的第η-1銜鐵元件0 串聯(lián)地相接觸，所述閥針(4)通過所有在前的、串聯(lián)的n-1個銜鐵元件(16，22)被操作，所述閥針(4)至少在其借助所述第η銜鐵元件(30)被操作后借助所述 η-1個銜鐵元件(16，22)中的至少一個繼續(xù)被操作或被保持，其中η > 2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制流體通道的閥。其中，閥針(4)或閥芯通過具有第一銜鐵元件(16)的第一電磁驅(qū)動器(6)被操作并且通過復位元件(10)復位。此外，設(shè)有具有第二銜鐵元件(22)的用于操作該閥針(4)的第二電磁驅(qū)動器(8)。根據(jù)本發(fā)明，該第一和第二電磁驅(qū)動器(6，8)串聯(lián)布置。
文檔編號F02M51/06GK102575791SQ201080043774
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者R·恩格爾貝格, R·瓦爾特 申請人:羅伯特·博世有限公司