[发明专利]具有降低的腐蚀特性的球座阀

说明书

技术领域

本发明涉及已知的用于调节流体介质的流量的球座阀。这类球座阀应 用在许多技术领域中，在这些技术领域中必需例如在液压调节范围内调节 流体介质例如气体或液体的流量。

背景技术

这类球座阀的一个重要应用示例是在汽车技术领域中，尤其是在喷射 技术领域中。因此，球座阀被应用在很多喷射装置中，用于调节这类的系 统的液压力和/或控制这类系统的喷射特性。球座阀主要用在高压蓄压喷射 系统（共轨系统）的区域中，以便控制喷射阀元件的行程，该喷射阀元件 打开或关闭喷射孔。在DE10152173A1和DE19650865A1中提到了这 类装置的例子。在此，直接或间接地影响喷射阀元件行程的控制室直接地 或通过另一个经过入口的孔与球座阀处于连接。球座阀除了阀球以外还具 有执行机构，该执行机构将阀球压在阀座上或者从阀座上抬起，以便使控 制室与卸压室分开或者与卸压室连接。

例如在DE10152173A1中也示出，从现有技术中已知的用于调节流 量的球座阀通常在面向控制室的入口一侧具有前置节流装置。在该前置节 流装置上向着球座阀衔接有一个或多个入口扩宽部，所述入口扩宽部可以 采用不同的形状。

但是从现有技术中已知的常规球座阀在实践中、尤其是在以几千巴 （bar）压力工作的高压喷射系统中具有强烈腐蚀的缺陷。这种腐蚀尤其源 于前置节流装置处的空穴现象，空穴现象绝大部分出现在节流行程边界 （Hubdrosselgrenze）之外。在此，球座阀行程边界称为节流行程边界，在 该行程边界的上方，在球座阀前后压力恒定时，流量不再变化。前置节流 装置处的所述空穴效应尤其在球座阀的阀座区域中由于冷凝而进一步导致 所谓的气蚀。由此改变球座阀的关闭特性，并且由此改变喷射装置的喷射 特性。

发明内容

因此提出一种用于调节流体介质的流量的球座阀以及一种包括这类球 座阀的喷射装置，它们避免上述的现有技术中的缺陷。所提出的球座阀尤 其具有一种几何形状，在该几何形状的情况下气蚀强烈地减少并且在该几 何形状的情况下还是可能出现的气蚀不会如此地损伤阀座，以至于阀座变 得不密封。

为了优化球座阀的几何形状已经进行了模拟计算，该模拟计算展现了 球座阀处的流体介质的、对于气蚀重要的参数。这些参数尤其是在流体介 质中出现的压力、流体介质的速度、流体介质总体积的蒸汽份额以及流体 介质的液相和气相之间的质量转换率。

在这些模拟计算中已经证实，如果使用一个通向球座阀阀座的（尤其 在高压侧的）入口，而该入口具有前置节流装置和向着阀座衔接在前置节 流装置上的扩压器且该扩压器具有在阀座侧的收缩部，则允许有效地减少 气蚀。在此，一般性地将前置节流装置和阀座之间的区域称为“扩压器”。

与例如在DE10152173A1中所述的（尤其是阶梯形的）扩宽部相比， 这种具有按照本发明的收缩部的特殊扩压器形状使得上述参数在阀座区域 中具有特别的空间曲线，通过该空间曲线避免气蚀。在此通过阀座前面的 收缩部使流体介质流如此地偏转，使得明显减少阀座区域中的气蚀风险。

在阀座和扩压器孔之间的倒角一般称为“赫尔哥特倒角（Helgetfase）”。 对于已知的阀座几何形状，在该赫尔哥特倒角区域中出现死水区域，即流 动与孔壁分离的区域。但是这种流动分离还导致指向壁的流动，即尤其是 流体在向着壁的方向上的速度分量。而在按照本发明的几何形状中不出现 或明显减少流体介质的流动分离。由此也避免或至少明显减少赫尔哥特倒 角中的指向壁的流动，也就是说明显减少或完全避免垂直于孔壁的速度分 量。

此外，通过阀座下面的赫尔哥特倒角中的新几何形状明显减少流体介 质在壁附近的气相份额。由此在阀座区域中在壁附近没有或仅有无关紧要 的蒸汽份额，所述蒸汽份额可以冷凝。因此，该区域中的冷凝率非常低。 由于平行于壁的流动、微小的蒸汽份额和在壁附近的低冷凝率的共同出现， 通过按照本发明的几何形状有效地避免了气蚀。

因此，按照本发明的球座阀和按照本发明的喷射装置具有高的长期稳 定性。所述喷射装置在长的使用时间期间仍显示出均匀的喷射特性和低的 泄漏率。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细解释。附图中：

图1A和1B示出常规球座阀入口的几何形状；

图2示出按照本发明的具有圆柱形扩压器的球座阀的实施例；