CN101278119A - 用于控制流体的阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制流体、尤其是用于控制气体的阀。该阀包括阀壳体(31)和一用于阀关闭元件的操作单元，该阀关闭元件在阀壳体(31)中被导向并且与阀座共同作用，使得从该阀的入流侧到排流侧(16)的流体流可控制。根据本发明，在阀的排流侧(16)上设置了气体偏转和/或分布装置(17′)。

Description

用于控制流体的阀
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分详细定义的用于控制流体、尤其是控制气体的阀。
背景技术
由实践中已知这种阀，例如气体控制阀，它可用在汽车、如商用车的燃气发动机或燃料电池中或者用在固定的应用场合中。
借助开头所述形式的已知阀将气体吹入燃气发动机或燃料电池的吸气管中，该阀包括一个阀壳体，它容纳用于衔铁的电磁操作单元。该衔铁轴向可移动地在阀壳体、尤其是阀壳体的套中被导向并且在端面区域中构造为与阀座共同作用的阀封闭元件。根据衔铁或阀封闭元件的位置可以控制从阀的入流侧到排流侧的流体流。在此，气体的出流锥的轴线与阀的轴线重合。
在与燃气发动机结合使用时，以上述形式构造的气体阀迄今通常由于安装技术原因相对于吸气管轴线以陡的角度、例如45°至90°的角度装入。由于这种布置，在将气体吹入到吸气管中时在吸气管中产生气垫，它对于空气起到截止层的作用，该截止层被穿过吸气管向燃气发动机的气缸方向输送。其后果是，在打开气缸时不是将燃烧所需的空气量输入到气缸中，或者说必需忍受在充满度方面的损害。
当按照现有技术的上述气体阀使用在燃料电池中时，通常这样安装气体阀，使得其轴线与气体输入单元的轴线成直角。在此在气体输送单元内部可能形成静止波。即，由于直线安装配量阀，存在不利的气体输送条件。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于控制流体的阀，通过它，在与燃气发动机结合使用时或者甚至在与燃料电池结合使用时实现最佳的气体输送。
在具有权利要求1前序部分所述特征的按照本发明的用于控制流体、尤其是用于控制气体的阀中，在排流侧设置有气体偏转和/或分布装置，通过相应地设计气体偏转和/或分布装置，该阀使得能够确定地、在相应要求方面优化且确定地将气体带入到一个室中，阀通到该室。
通过气体在阀的排流侧的区域中偏转，当该阀安装在燃气发动机吸气管中时可阻止流过吸气管的空气质量在空气质量流量计或者说节流阀与气缸或其进气阀之间的区域中的制动或截止。该气体偏转装置可保证，气体流在入流角度和入流高度方面最佳地被输送给吸气管。此外可避免例如由于气体流冲击到例如对面的塑料吸气管上而可能产生的噪声。因此，当按照本发明的阀与燃气发动机相结合使用时，与使用在排流侧没有气体偏转装置的阀相比明显改善了燃烧特性。
当按照本发明构成的阀使用在燃料电池中时，可以实现气体流特性在气体输送单元中的最佳化。
此外通过使用气体偏转和/或分布装置，通过径向或轴向的气体偏转可实现良好的混合准备。在轴向流出时，通过气体偏转和/或分布装置降低了气体射束的速度。
气体偏转和/或分布装置可以与阀壳体一体地构成并由此例如在注塑阀壳体时集成地制成，或者也可以是一个独立的构件，它与阀壳体或设置在排流侧区域的阀构件粘接、焊接或压紧。
在按照本发明的阀的特别是成本有利的实施方式中，偏转装置由弯曲的或折弯的管段构成。这种气体偏转装置对于阀是一个可简单地集成的构件。该管段例如具有一个排流侧的出流喷嘴，其轴线与阀轴线展开一个60°至90°之间的角度。该管段也可以在端侧封闭并且设置有径向的出流孔。
如果管段是一个独立的构件，则它有利地这样构成，使得它可接续在阀壳体的一个排流侧接管上，该接管的外径与该管段的内径一致。尤其可以通过这种设计在本发明意义上改装已经存在的气体阀。
在按照本发明阀的一个替换实施方式中，气体偏转和/或分布装置由孔板构成，该孔板配合到阀的排流侧上并且具有直的通道，这些通道可以相对于阀的轴线倾斜。该孔板例如用塑料或金属制成。
为了保证无缺陷的阀，这些通道的通流横截面比在阀座上定义的配量横截面大至少两倍。
本发明还具有燃气发动机的吸气管作为主题，该吸气管构造有一管体，该管体被按照本发明构成的阀穿透，该阀伸入到该管体的内室中。
此外本发明具有燃料电池作为主题，它具有至少一个气体输送单元，该气体输送单元具有气体输送通道，其中，至少一个按照本发明构成的阀伸入到气体输送通道中。
从说明书、附图和权利要求中可得出本发明主题的其它优点和有利构型。
附图说明
在附图中示意性简示出本发明主题的一些实施例并且在下面的说明中详细解释。附图示出：
图1燃气发动机的吸气管的简化的纵剖面，其中将按照本发明构成的阀的作用与按照现有技术的阀的作用相对比，
图2燃料电池的气体输送单元，其中将按照本发明构成的气体阀的作用与按照现有技术的气体阀的作用相对比，
图3管段式构成的偏转装置的第一变型，
图4管段式构成的偏转装置的第二变型，
图5管段式构成的偏转装置的第三变型，
图6气体阀的纵剖面，在阀排流侧区域中具有构造为孔板的偏转装置，
图7按照图6的气体阀的孔板的放大图，
图8在图6中所示类型的气体阀，具有替换的孔板，
图9在图6中所示类型的气体阀，具有孔板的另一实施方式，
图10在图6中所示类型的气体阀，具有孔板的另一实施方式，
图11气体阀的出流区域，具有端侧封闭的、管段式的气体偏转和分布装置，
图12气体阀的排流区域，具有端侧封闭的、管段式的偏转和分布装置，
图13气体阀的出流区域，具有端侧封闭的、管段式构造的偏转和分布装置的另一结构，
图14气体阀的出流区域，具有端侧封闭的、管段式构造的偏转和分布装置的最后结构。
具体实施方式
在图1中示出一个吸气管10，它通向车辆燃气发动机的气缸。该吸气管10包括一个管体11，该管体限定一内室12，该内室用作输送到气缸的气体的通流路径，该气体一方面包括在管体11轴向上按照箭头X输送的空气，另一方面包括燃烧气体，该燃烧气体借气体吹入阀13被吹入到管体11的内室12中。为了表示清楚本发明，在图1的左部安置了一个传统的气体吹入阀13′。
在图1的右部示出按照本发明设计的气体吹入阀13，它是具有阀壳体14的电磁操作的阀，在阀壳体中设置有在图1中未详细示出的用于阀关闭元件的电磁操作单元，该阀关闭元件在阀壳体14中被导向并且与一阀座共同作用，由此可控制从气体阀13的入流侧15到排流侧16的燃烧气体流。
在气体阀13的排流侧16上设置了一个构造为管段的偏转装置17，它与阀壳体14粘接。
偏转装置17具有一个出流喷嘴18，该出流喷嘴的轴线与吸气管10的管体11的轴线成一角度γ。
阀13的轴线与吸气管10的管体11的轴线成一角度α。气体阀13的这种布置和偏转装置17的这种设计使得吹入到吸气管10中的燃烧气体A以缓的入流角被带入到吸气管10的内室12中。由此，内室12中的空气流不受到不利影响。
与此不同，对于在图1左部安置的、以传统方式构成的气体吹入阀13′，它的轴线相对于管体11的轴线也形成一个例如60°的角度α并且它没有气体偏转装置，在吹入燃烧空气时形成一个燃烧气体垫C，它对于通过吸气管10按照箭头X输送的空气起到截止层的作用。
因此，按照本发明设计气体阀使得燃气发动机的燃烧特性明显改善。
在图2中示出用在汽车中的燃料电池的气体输送单元20。该气体输送单元20用于将氢气输送到燃料电池中，包括一个入流通道21，它引向气体吹入阀22A，22B，22C和23，这些气体吹入阀又在排流侧通向排流通道24，该排流通道与燃料电池连接。
气体吹入阀22A，22B和22C以传统方式构成，由此，通过这些阀配量的氢气与排流通道24的轴线成直角地定量输入，如借助于阀22C所示的那样。
而阀23按照本发明构成，由此，它具有一个阀壳体25，在阀壳体的排流侧端部上设置有气体偏转装置17，该气体偏转装置管段式地构成并且使通过阀25定量输入的气体偏转90°。氢气流的这种偏转使排流通道24中的气体流改善。
在图3至5中示出管段式构成的气体偏转装置在气体阀的排流侧端部上的不同实施方式，该气体阀分别为气体内燃机应用或者燃料电池应用设计。
按照图3的气体阀包括阀壳体31，该阀壳体固定在阀座32上并且在其排流侧端部上设置有管段式的偏转装置17′，该偏转装置由弯曲的管段构成并且使定量输入的气体偏转约90°。该偏转装置17′的通流横截面在其整个长度上是恒定的。
按照图4的气体阀同样包括阀壳体31，该阀壳体固定在阀座32上。该阀壳体31在排流侧端部上具有偏转装置17″，该偏转装置使得气体流偏转例如60°并且同样由具有恒定内径的弯曲的管段构成。
按照图5的变型与按照图3和4的变型的不同之处在于，阀壳体31设置有管段式的偏转装置17″′，它起到使气体流偏转90°的作用并且它的内径在排流侧端部上比在入流侧端部上减小，由此构成一喷嘴18。入流侧端部上的内径与阀壳体31的连接接管33的外径一致。
在图6中示出气体吹入阀60的一个局部，该气体吹入阀设置有阀壳体61，该阀壳体容纳用于衔铁63的电磁操作单元，该衔铁可轴向运动地在套64中被导向并且以公知的方式通过复位弹簧支撑在塞头式的嵌件上。
衔铁63在其排流侧端部上构造为阀关闭元件67，它与阀座68共同作用以控制通过配量孔69的气体流。
在配量孔69下游安置了一个孔板70，它安置在为阀壳体61配置的套64上。孔板70通过阀座承载套64上的环圈72防止在排流方向上轴向偏移。该孔板70例如用塑料制成并且具有多个直的通道71，这些通道平行地定向并且其轴线相对于阀60的轴线倾斜。通道71的轴线与阀60的轴线所展开的角度在所示情况下约为30°，但根据使用条件不同也可达60°或更大。该角度确定气体的流动方向。
通道71的总的通流横截面比在阀座68区域中构成的配量孔69的配量横截面大至少两倍。由此保证，阀60中的主节流部位处于阀座68上。
在图8中示出相应于按照图6的气体吹入阀构成的气体吹入阀80，它在其排流侧16上设置有孔板70′，该孔板配合在阀套64中。该孔板70′也用塑料制成并且具有多个弧形的或者说弯曲的通道71′，这些通道具有相同的弯曲方向。
在图9中示出图6中所示类型的气体吹入阀90的另一实施方式，它同样在其排流侧设置有孔板70″，该孔板配合在阀套64中。但孔板70″具有直的通道71″，它们的轴线平行于气体吹入阀90的轴线。
在图10中示出图6所示类型的另一气体吹入阀100。该气体吹入阀100同样在其排流侧16区域中包括一孔板70″′，该孔板配合在阀套64中并且在该阀套中被防止松动。该孔板70″′具有网状构造的直通道71″，它们部分地相对于气体吹入阀100的轴线倾斜并且部分地平行于气体吹入阀100的轴线。
在图11中示出气体吹入阀110，它安装在燃气发动机吸气管的阀接管111中。该气体吹入阀110包括一个阀壳体112，在该阀壳体上在排流侧16区域中，即在伸入到吸气管中的阀区段的区域中，接续了一个罐状的或管段状的气体偏转和分布装置117。该气体偏转和分布装置117包括一个底部118，在该底部中构成直的通道119，这些通道相对于气体吹入阀110的轴线倾斜。因此，这些直通道119起到使由气体吹入阀110吹入的气体偏转和分布的作用。
在图12中示出一个气体吹入阀120，它同样安装在燃气发动机吸气管的阀接管111中并且具有阀壳体112，在该阀壳体上在排出侧16区域中接续上一个管段状的气体偏转和分布装置117′。该气体偏转和分布装置117′具有以底部118′封闭的端侧并且在其侧壁上具有分布在圆周上的四个出流孔121，在图12中示出其中的三个出流孔。
在图13中示出气体吹入阀130的另一实施方式。该气体吹入阀130与按照图12的气体吹入阀的不同之处在于，它具有一个端侧封闭的管段式的气体偏转和分布装置117″，该气体偏转和分布装置不是弯曲的而是直的。即该气体偏转和分布装置117″的轴线与气体吹入阀130的轴线重合。相应于在图12中示出的实施方式，该气体偏转和分布装置117″具有在其圆周上分布的四个气体排出孔121，它们相对于气体偏转和分布装置117″的轴线在径向上取向并且在图13中示出其中的三个排出孔。
在图14中示出气体吹入阀140，它基本相应于按照图13的气体吹入阀，但与该气体吹入阀的不同之处在于，它设置有罐状构造的气体偏转和分布装置117″′，该装置具有在其圆周上分布的六个气体出流孔121′，在图14中示出其中的四个出流孔。此外气体吹入阀140的构造相应于按照图13的气体吹入阀的构造。

Claims (11)

1.用于控制流体、尤其是用于控制气体的阀，包括阀壳体(14，25，31，61，112)和一用于阀关闭元件(67)的操作单元(62)，该阀关闭元件在阀壳体(14，25，31，61，112)中被导向并且与阀座(68)共同作用，使得从该阀的入流侧(15)到排流侧(16)的流体流可控制，其特征在于，在阀的排流侧(16)上设置了气体偏转和/或分布装置(17，17′，17″，17″′，70，70′，70″，70″′，117，117′，117″，117″′)。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述气体偏转和/或分布装置与阀壳体一体地构成。
3.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述气体偏转和/或分布装置(17，17′，17″，17″′，70，70′，70″，70″′，117，117′，117″，117″′)与阀壳体(14，25，31，61，112)粘接、焊接或压紧。
4.如权利要求1至3之一所述的阀，其特征在于，所述气体偏转和/或分布装置(17，17′，17″，17″′，117，117′，117″，117″′)由管段、尤其是弯曲的或折曲的管段构成。
5.如权利要求4所述的阀，其特征在于，所述管段(17，17′，17″，17″′，117，117′，117″，117″′)接在阀壳体(14，25，31)的排流侧接管(33)上并且具有与该接管(33)的外径相对应的内径。
6.如权利要求4或5所述的阀，其特征在于，所述管段(17″′)具有排流侧的喷嘴，该喷嘴的轴线与该阀的轴线展开一角度(α)。
7.如权利要求4至6之一所述的阀，其特征在于，所述管段在端侧是封闭的并且在其侧壁上具有至少一个排流孔。
8.如权利要求1至3之一所述的阀，其特征在于，所述气体偏转和/或分布装置(70)是一孔板，该孔板配合在阀(60)的排流侧并且具有相对于阀(60)轴线倾斜的直线通道(71)、弯曲通道、轴向通道或网状构成的通道。
9.如权利要求8所述的阀，其特征在于，所述通道(71)的通流横截面比在阀座(68)上定义的配量横截面大。
10.燃气发动机的吸气管，具有管段(11)，其特征在于，具有至少一个如权利要求1至9之一所述的阀，该阀穿透该管体(11)并且伸入到该管体(11)的内室(12)中。
11.燃料电池，具有至少一个气体输送单元，该气体输送单元具有气体通道(24)，其特征在于，至少一个如权利要求1至9之一所述的阀(23)伸入到气体通道(24)中。
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