即使是在高燃料压力的情况下，这样的喷射阀也必须能够计量流体。一个确保这一点的设计是在文献EP 2 333 297 B1中公开的“自由升程（free-lift）”设计。根据这种设计，电磁致动器单元的电枢在其接合针以打开喷射器之前行进大约“预冲程间隙”。因此，在实际打开之前积累动能。
然而，由于多次喷射不稳定性以及由于寿命期间的高度不稳定性，“自由升程”设计可能是有问题的。
本发明的目的是提供一种用于喷射阀的阀组件，其克服了上述困难并且其即使在高流体压力的情况下也提供稳定的性能。
该目的通过根据独立权利要求所述的阀组件实现。
在从属权利要求、以下描述和附图中具体说明了有利的实施例和发展。
根据本发明的第一方面，描述了用于喷射阀的阀组件，其包括阀体，所述阀体具有纵向轴线并包括具有流体入口部分和流体出口部分的腔。阀组件还包括可在腔中轴向移动的阀针。即阀针被接纳在腔中并且可相对于阀体轴向移动。阀针在关闭位置中防止流体流动通过流体出口部分，并且在另外的位置中释放流体流动通过流体出口部分。阀针包括：上部保持元件，其固定地连接到针的针轴并且沿径向方向延伸 - 即从轴径向向外延伸 - 并且布置在阀针的面向远离流体出口部分的轴向区域中；和下部保持元件，其固定地连接到针的针轴并且沿径向方向 - 即从轴径向向外-延伸并且布置在阀针的面向流体出口部分的轴向区域中。此外，阀针可以包括密封元件，该密封元件例如是球形的，并且尤其在针轴的面向流体出口部分的端部处固定到针轴。
阀组件还包括设计成致动阀针的电磁致动器单元，电磁致动器单元包括电枢。致动器单元可以有利地进一步包括螺线管和极片。电枢可在腔中轴向移动并通过形式配合连接到阀针，电枢能够在上部保持元件和下部保持元件之间在阀针上滑动。换句话说，电枢定位在腔中。它可相对于阀体并且还相对于针轴向地移位。电枢相对于针的轴向可移位性在一个轴向方向上受上部保持元件的限制并且在相对的轴向方向上受下部保持元件的限制。
弹簧元件布置在电枢和上部保持元件之间。有利地，弹簧元件可以将电枢朝下部保持元件偏置，尤其是使得当致动器单元断电时电枢支承抵靠下部保持元件。
阀组件优选地包括校准弹簧。校准弹簧被预加载以将针朝关闭位置偏置。校准弹簧尤其被布置成使得其在其远离电枢，即尤其是远离流体出口部分，的一侧上，按压抵靠上部保持器。
在阀的关闭位置中，弹簧元件可以与电枢和上部保持元件二者接触并且承载相对低量的能量，即相对较少的压缩或根本不压缩。在阀的打开阶段中，电枢在阀针上滑动远离流体出口部分，即，其轴向地朝向上部保持元件移动。
在电枢和针之间没有传递力的直接方式。因此电枢不直接接合针。尤其，在阀组件的整个操作过程中维持电枢和上部保持元件之间的轴向间隙。换句话说，电枢不以形式配合连接与针接合以使针移动远离关闭位置。替代地，电枢作用在弹簧元件上并在移动时压缩该弹簧元件。因此，弹簧元件通过电枢加载能量。由于弹簧元件和上部保持元件之间的接触，弹簧元件作用在上部保持元件上并且由此作用在阀针上。通过这种方式，用于使针远离关闭位置移位的打开力 - 尤其是抵抗校准弹簧的偏置 - 完全通过弹簧元件从电枢传递到针。
在电枢的打开瞬态的第一阶段中，由弹簧元件施加的力不足以抵抗总的针关闭力而打开阀，所述总的针关闭力即校准弹簧预加载荷和在高压力下通过流体施加的液压载荷之和。但是当电枢在针上行进时，储存在弹簧元件中的能量增加，直到其足以移动针并打开阀。此时，电枢已经减小了使电枢与极片分开的轴向间隙相当大的量。因此，电枢更靠近极片，并且作用在电枢上的磁力更大。除了这个更大的磁力之外，已经储存在弹簧元件中的能量有助于阀的打开。
因此，针比在常规设计中更早和/或更快地开始移动，并且流体输送斜率增加得更快。即使在高流体压力的情况下，阀组件也提供稳定且可靠的性能。
布置在电枢和上部保持元件之间的弹簧元件在阀的打开阶段期间充当能量存储件。因此，弹簧元件尤其被构造成 - 例如，通过其轴向长度及其刚度 - 尤其是在电枢的打开瞬态期间，电枢在阀组件的打开力变得大于总的针关闭力之前部分地压缩弹簧元件。当打开力变得大于总的针关闭力时，针开始移动远离关闭位置。
总的针关闭力被定义为校准弹簧预加载荷和由液体施加的液压载荷的总和。阀组件的打开力被定义为在打开方向上作用在针上的力，即由弹簧元件施加在上部保持器上的力。
弹簧元件的轴向长度和刚度适当地选择以允许电枢在针打开之前部分地压缩弹簧元件。因此，在电枢和针之间没有直接的力传递。替代地，弹簧元件作用在两者之间。在阀打开的时刻，由于释放了在弹簧元件中储存的能量，所以可用于打开的能量的量更大。
根据本发明的一个实施例，弹簧元件被构造 - 尤其是通过其轴向长度和其刚度 - 以允许电枢在阀组件的打开力变得大于总的针关闭力之前行进其升程的至少50％，优选地70％。尤其，弹簧元件和校准弹簧彼此适应 - 尤其是通过弹簧元件的长度和刚度 - 电枢压缩弹簧元件并且在阀组件的打开力变得大于总的针关闭力之前行进其升程的至少50％，优选地70％。电枢的升程被定义为电枢和极片之间的间隙。当电枢被极片止动时，这是电枢在打开瞬态期间相对于阀体行进的长度。换句话说，当致动器单元断电时，电枢通过电枢和极片之间的轴向间隙与极片间隔开。当致动器单元通电时，电枢尤其朝着电枢移动并且优选地关闭间隙以使阀针移动远离关闭位置。由于在阀组件的打开力小于总的针关闭力时电枢的移位，所以电枢的升程大于针升程。
在阀开始打开之前，电枢已经行进了这样的长度时，其在打开的时刻显著地更靠近极片。因此，其经历了显著更高的磁力。与此相反，在喷射阀的标准设计中，当电枢与极片相距的距离最大时，针开始打开。另外，由于已经被电枢压缩的弹簧元件的弹簧力，所以针可以被加速以比电枢更快地移动。以这种方式，针的完全打开位置可以尤其快地到达。
根据本发明的一个实施例，弹簧元件是高刚度弹簧元件。弹簧元件的刚度通常大于校准弹簧的刚度，并且例如，可以是至少两倍大。在一个实施例中，刚度是校准弹簧的刚度的两倍到十倍之间，包括边界值。这样可以在弹簧中储存足够的能量来打开阀。
弹簧元件可以是螺旋弹簧。螺旋弹簧能够容易地安装在针周围并插入到极片中。
根据一个实施例，在阀组件的完全打开构造中，当上部保持元件与电枢轴向间隔开时，电枢邻接极片和下部保持元件。此外，当致动器单元断电并且针处于关闭位置时，电枢也可以在阀组件的关闭构造中邻接下部保持元件。通过这种方式，电枢升程和针升程尤其精确地限定。因此阀的冲程和/或打开和/或关闭瞬态可以尤其精确和/或可再现和/或良好可控。
根据本发明的一个方面，喷射阀设置有根据前述权利要求中的一项所述的阀组件。喷射阀尤其是用于车辆的燃料喷射阀。
喷射阀的优点是即使在高燃料压力的情况下其也能稳定运行并且可靠耐用。与标准设计相比，针更早和/或更快地开始移动，因为电枢更靠近极片并且磁力更快增加。当电枢与极片接触时，储存在弹簧元件中的能量即使在高燃料压力下也尤其足以完成针打开瞬态。因此，在更高的燃料压力下操作喷射器不需要额外的能量。
根据下面结合示意图描述的示例性实施例，阀组件的其他优点、有利实施例和发展将变得显而易见。
图1示出了根据本发明的一个实施例的具有阀组件的喷射阀的横截面视图；
图2示出处于第一关闭位置的根据图1的阀组件的横截面；
图3示出处于第二关闭位置的根据图1的阀组件的横截面；
图4示出处于部分打开位置的根据图1的阀组件的横截面；
图5示出处于完全打开位置的根据图1的阀组件的横截面。
图1示出了尤其适用于向内燃机定量配给燃料的喷射阀1。喷射阀1尤其包括阀组件3。阀组件3包括具有中心纵向轴线L的阀体4。壳体6部分地围绕阀体4布置。
阀体4包括腔9。腔9具有流体出口部分7。流体出口部分7与设置在阀体4中的流体入口部分5连通。流体入口部分5和流体出口部分7尤其定位在阀体4的相对的轴向端部处。腔9接纳阀针11。阀针11包括针轴15和焊接到针轴15的末端的密封球13。
在阀针11的关闭位置中，它密封地安置在具有至少一个喷射喷嘴的座板17上。预加载的校准弹簧18朝向关闭位置在针11上施加力。流体出口部分7布置在座板17附近。在阀针11的关闭位置中，防止流体流动通过至少一个喷射喷嘴。喷射喷嘴可以是例如喷射孔。但是，它也可以是适用于定量配给流体的其他类型。
阀组件3设置有电磁致动器单元19。电磁致动器单元19包括线圈21，其优选地布置在壳体6内。此外，电磁致动器单元19包括电枢23。壳体6、阀体4的部分和电枢23形成电磁回路。致动器单元19还包括极片25。
电枢23可在腔9中轴向移动。电枢23与阀针11分离并且可相对于阀针11和阀体4轴向移动。固定于针轴15的是上部保持元件27和下部保持元件29。上部保持元件27布置在阀针11的面向远离流体出口部分7的轴向区域中。下部保持元件29布置在阀针11的面向流体出口部分7的轴向区域中。
在电枢23和上部保持元件27之间布置有弹簧元件31。弹簧元件31是高刚度螺旋弹簧。
当阀组件3在关闭位置中静止时，在极片25和电枢23之间存在间隙33。当线圈21通电时，电枢23相对于阀体3移位直到其到达极片25并且关闭间隙33。同时，电枢23压缩弹簧元件31。当通过压缩的弹簧元件31施加在上部保持元件27上的力变得足够大时，针11也开始移动，从而轴向地移位远离关闭位置并且该阀克服校准弹簧18的力打开。
参照图2至图5来描述打开和关闭过程的细节。
图2示出处于第一关闭位置的阀组件3。在第一位置中，阀组件3静止，其中致动器单元19断电。尤其，线圈21未通电。
电枢23与下部保持元件29接触。电枢23和极片25之间存在间隙33。间隙33的宽度 - 即其轴向尺寸 - 限定了电枢23的升程l。
图3示出在线圈21已通电以启动阀组件3的打开瞬态之后不久，处于第二关闭位置的阀组件3。电枢23上的磁力增加。当其大于弹簧元件31的弹簧力时，电枢23开始相对于阀体3朝极片25轴向移动。间隙33开始关闭。
针11此时不移动。阀仍然关闭。替代地，电枢23也相对于针11轴向移动，使得其接近上部保持元件27并因此压缩弹簧元件31。由于该压缩，弹簧元件31开始借助于上部保持元件27在针11上施加力。通过弹簧元件31施加在针11上的力随着电枢23进一步移向上部保持元件27而增加。其轴向地指向远离流体出口部分7。
图4示出了在下述时刻的阀组件3，即当由压缩的弹簧元件31施加在针11上的力足够大以克服总的针关闭力（即校准弹簧预加载荷和液压载荷的总和）时。针11开始移动并且阀开始打开。直到这个时间点 - 或者相应地，电枢23相对于阀体3的这个轴向位置 - 从运动的电枢23传递到弹簧元件31的能量被储存在压缩的弹簧元件31中。
在针11开始打开时，间隙33已经减少了升程l的70％。因为电枢23现在更靠近极片25，所以作用于其上的磁力大于在图2和图3中所示的电枢23的轴向位置中的磁力。
图5示出处于阀的打开位置的阀组件3。间隙33完全关闭。电枢23与极片25接触。
弹簧元件31通过释放压缩力使针11移动远离关闭位置。当下部保持元件29再次与电枢23接触时，针11向上 - 即在远离流体出口部分7的轴向方向上- 移动直到其达到其全升程。这在图5中示出。
电枢23在上部保持元件27和下部保持元件29之间的布置确保了针11的限定打开和关闭。下部保持元件29防止在电枢23已经到达极片25之后针11进一步向上控制不住地移动。其为针11提供了硬止动件并且为电枢23提供了明确限定的打开位置。