CN105020057B - 直喷式燃气阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将气态介质直接喷入到内燃发动机的燃烧室中的燃气喷射器，包括：可调节的阀元件(2)，位置固定的、具有第一密封座(30)的密封套(3)，可活动的、具有第二密封座(40)的密封元件(4)，以及用于使密封元件(4)和阀元件(2)返回到初始位置中的复位元件(5)，其中，第一密封座(30)和第二密封座(40)形成燃气喷射器的阀座(9)，并且，所述阀元件(2)设置在密封套(3)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种直喷式燃气阀，用于将气态介质直接喷入到内燃发动机的燃烧室中，并且涉及一种这样的内燃发动机。
背景技术
最近，在内燃发动机中越来越多地也使用气态燃料例如天然气或氢气来驱动机动车。但是已知的用于液体燃料的喷射器只能有条件地适用于这些气态燃料，因为气态燃料具有与液体燃料不同的特性和容积。目前在现代燃气发动机中气态燃料借助喷射器喷入到吸气管中。因为在吸气管中存在低温，在这种喷射器中为了密封燃气可以使用弹性体密封座。由此尤其可以保证燃气喷射器的高度密封性。为了改善这种燃气发动机的经济性和燃料消耗，值得期望的是，也能够实现燃气向燃气发动机的燃烧室中的直接喷入。但是由于燃气喷射器靠近燃烧室，在这里不能使用弹性体密封座，因为它们会由于燃烧室中的发热而损坏。
发明内容
与现有技术相比，具有权利要求1的特征的用于将气态介质直接喷入到内燃发动机的燃烧室中的本发明燃气喷射器具有优点，即能够实现没有弹性体密封装置的密封方案并且燃气喷射器能够为了直接喷入而直接布置在燃烧室上。在此，本发明燃气喷射器具有高的耐热性并且还能够在喷入期间释放大的横截面，由此也能够在一个节拍期间实现短的喷入循环或者多个喷入循环。此外，本发明燃气喷射器相对结构小并且具有紧凑且可简单制成的构造。按照本发明这一点由此实现：所述燃气喷射器包括可调节的阀元件和位置固定的、具有第一密封座的密封套。此外设置有具有第二密封座的可活动密封元件以及复位元件，用于使密封元件和阀元件再返回到初始位置。在此，第一和第二密封座形成燃气阀的阀座并且阀元件布置在密封套中。为了特别简单且在制造技术上能够特别成本有利地制成的构造，所述阀元件和密封元件优选只松动地布置。这种两体的结构尤其具有这样的优点：能够在燃气喷射器关闭过程期间实现自行对准。
从属权利要求给出本发明的优选改进方案。
特别优选，所述复位元件在气态介质通过燃气喷射器的通流方向上设置在阀座后面。由此可以提供特别紧凑构造的燃气喷射器。此外由此可以保证，所述阀座与热的燃烧室具有一些间距，由此尤其在阀座材料的材料选择方面可以选择成本有利的、不耐极高热应力的材料。
此外优选，所述燃气喷射器还包括具有壁部区域和底部区域的阀壳体。在此，在阀座与底部区域之间构成前室，所述复位元件布置在其中。在此所述复位元件优选支承在端部区域上。在端部区域中设置有开孔，气态介质可以通过它们流出到燃烧室中。在此，该端部区域保护所述燃气喷射器免受过强的热负荷。
按照本发明的另一优选扩展构型，所述阀元件具有空心圆柱形的本体，该本体具有多个侧面通孔。因此可以实现穿过空心圆柱形本体的内部的燃气流并且燃气可以经过这些通孔被引导到空心圆柱形本体的外圆周。此外优选所述通孔设置在空心圆柱形本体的一水平圆周线上。此外优选在空心圆柱形本体的外圆周上构成环绕的凹陷，所述通孔通到该凹陷上。
优选在阀元件与密封套之间设置有节流部，其中，节流部的打开横截面在阀元件运动时变化。优选，所述节流部的打开横截面在阀元件运动时向打开方向增大，由此可以喷入尽可能多的燃气量。
按照本发明的另一优选扩展构型，所述密封元件是密封盘并且在密封盘与密封套之间构成平座。由此可以通过简单且成本有利的方式实现阀座。例如可以将密封盘平面磨削并且可以将密封套上的平座也平面磨削。因此通过平座结构可以实现金属密封。特别优选密封套上的密封座设置在密封套的端面上，由此，阀座在密封套与密封盘之间具有环面延伸。因此通过选择起密封作用的内直径和外直径可以提供预给定的密封环面。
此外优选，所述密封盘在外圆周上具有多个突出的突块。所述突块一方面用于防止密封盘倾翻并且提供在阀壳体中的径向导向。另一方面在突块之间分别存在足够的自由空间，使得要喷入的气态介质在突块之间在密封盘旁边流过。由此也可以成本有利地制成密封盘，因为不必在密封盘中设置开口，而是可以在突块之间的中间区域上在外圆周上实现燃气流。
优选在密封盘突块与阀壳体之间设置有预给定的、微米范围的小间隙。由此可以实现在关闭过程期间密封盘对准。
按照本发明的作为替代的优选扩展构型，所述密封元件是部分球或整球体。此外优选所述密封套具有密封棱边或锥面，它与球形密封元件的球面段接触。通过使用密封棱边能够以简单且成本有利的方式保证具有高密封性的线密封。如果使用锥面，则可以实现在关闭过程期间锥形密封元件自动对中。
本发明还涉及一种燃气驱动的内燃发动机，具有按照本发明的燃气阀，该燃气阀直接布置在内燃机的燃烧室上。在此特别优选该内燃机与机动车相结合使用。
附图说明
下面参照附图详细解释本发明的优选实施例。相同的或功能相同的部件设置有相同的附图标记。在附图中示出：
图1按照本发明第一实施例的燃气喷射器的示意剖面图，
图2构造为密封盘的密封元件的示意立体图，
图3图1的阀元件示意侧视图，
图4曲线图，描述阀座上的打开横截面关于阀元件的行程的变化，
图5按照本发明第二实施例的燃气喷射器的示意剖面图，
图6按照本发明第三实施例的燃气喷射器的示意剖面图。
具体实施方式
下面参照图1至4详细描述按照本发明第一优选实施例的燃气喷射器1。
用于将气态燃料直接喷入到内燃发动机的燃烧室11中的燃气喷射器1包括可调节的阀元件2和位置固定的密封套3。此外该燃气喷射器包括一可活动的密封元件4和一复位元件5，用于使密封元件4和阀元件2再复位到在图1中所示的初始位置中。在此图1示出燃气喷射器的关闭状态。
在密封元件4与位置固定的密封套3之间设置有阀座9。在此，位置固定的密封套3包括第一密封座30，可活动的密封元件4包括第二密封座40。密封套上的第一密封座30设置在密封套的端侧端部上并且例如可以通过密封套3的平面磨削来制成。第一实施例的密封元件4是密封盘，其中，第二密封座40设置在该密封盘的指向阀元件2的一侧上。密封盘的该侧优选同样被平面磨削。因此得到第一和第二密封座30，40之间的环形面作为阀座。
如从图1看到的，在密封套30的内圆周上设置有与第一密封座30相邻的环绕的回缩部31。由此能够保证密封套3与阀元件2之间的尽可能大的通流横截面。
在图2中详细示出密封盘形式的密封元件4。如从图2看到的，该密封盘包括盘状的由实心材料构成的本体43，在其外圆周上设置有多个突块41。突块41在此径向地从盘状的本体43的圆周突出来。在分别相邻的突块41之间构成通过区域42。在此，在圆周方向上，通过区域42的宽度明显大于突块41的宽度。由此，气态介质可以在燃气喷射器打开的情况下穿过通过区域42流过。
由图3详细地看出阀元件2。阀元件2包括圆柱形的本体20和多个通孔21。在此，通孔21在阀元件2的径向上延伸。通孔21通到在本体20的外圆周上构成的、环绕的凹陷22中。在本体20的端部区域上还设置有法兰23，其外圆周略微小于本体20的外圆周。由此，从本体20内部经通孔21流向阀元件2的外周侧的气态介质可以从法兰23旁边经过(参见图1)。
燃气喷射器1还包括套筒状的阀壳体6，该阀壳体具有壁部区域60和底部区域61。在底部区域61中形成多个出口62。
燃气喷射器1还包括止挡7，该止挡支承在阀壳体6的底部区域61上。止挡7用于限制密封元件4的最大行程H(参见图4)。此外支承在底部区域61上的止挡7还用于稳定复位元件5。该实施例的复位元件5构造为圆柱形的螺旋弹簧。
在此，止挡7和复位元件5布置在前室10中，该前室在阀壳体端部的指向燃烧室的端部区域上构成。前室10在此提供阀座9到燃烧室11的一定距离，使得阀座9区域中的温度不像直接在燃烧室11的壁部区域上的温度那样高。
此外设置有节流部8，它设置在密封套3与阀元件2之间。在此节流部8具有随着燃气喷射器的打开而增大的打开横截面。在此节流部8的几何形状这样选择，如由图4所见，通过小的行程H1，经越被释放的小的横截面A1流过小的燃气量并且在经过预给定的行程H2之后打开横截面和燃气量才线性增加。当密封元件4的行程通过碰撞在止挡7上而被限制时(Hmax)，才可以在最大打开横截面Amax的情况下流过最大燃气量。因此，通过按照本发明的燃气喷射器以简单的方式使得也能够在燃气喷射器不完全打开的情况下(在H1至H2之间的区域)喷入最小量燃气。
在此，按照本发明的燃气喷射器的功能如下。借助未示出的致动器、例如电磁致动器或者压电致动器，使阀元件2在箭头A方向上运动。在此密封元件4贴靠在阀元件2的法兰区域23上的端面上并且与阀元件2一起逆着复位元件5的弹簧力运动。由此，阀座9被打开。因此，气态介质可以在空心圆柱形的阀元件2的内部区域中流向通孔21并且穿过通孔(箭头B)经节流部8流到前室10中，从那里(箭头C)流到燃烧室11中。
在完成喷入以后致动器被去激活，使得复位元件5可以使密封元件4和阀元件2又复位到在图1中所示的初始位置。在此密封元件4以相对于阀壳体6的微米范围径向间隙布置在阀壳体6中，由此也能使密封元件4略微倾斜。因此，在密封元件4复位过程期间该密封元件执行小的平衡运动，使得在密封元件4碰撞在密封套3的第一密封座30上时可以实现对准，并且使得能够实现密封元件4的第二密封座40在密封套3的第一密封座30上的平面贴靠。
因此，在第一实施例中在密封元件4与密封套3之间构成平密封座，它例如可以通过简单且成本有利地平面磨削密封元件4和密封套3上的端面密封座30来实现。在此根据回缩部31在密封套3上的深度也可以确定阀座9的密封面，使得对于不同的使用情况可以在密封套3上设置不同深度的回缩部31。此外通过回缩部31的几何造型也可以确定节流部8的节流部作用。
此外遵守同轴度和圆度公差对于密封不再是重要的。平面的密封座30，31可以相对简单地加工。通过大的通流面积还得到更高的耐磨损性以及相对于燃烧室中存在的高压的一定不敏感性。
图5示出按照本发明第二实施例的燃气喷射器1。在第二实施例中设置有整球体作为密封元件4。在此，整球体密封在密封套3的在内圆周上环绕的环棱边32上。由此不必对密封套3进行平面磨削。由此即使在高的燃气压力下也能够实现特别可靠的密封。
在图6中所示的第三实施例与第二实施例类似地构造并且具有半球体作为密封元件4。该半球体还具有销栓44，用于使复位元件5对中。
Claims (11)
1.用于将气态介质直接喷入到内燃发动机的燃烧室中的燃气喷射器，包括：
-可调节的阀元件(2)，
-位置固定的、具有第一密封座(30)的密封套(3)，
-可活动的、具有第二密封座(40)的密封元件(4)和-复位元件(5)，用于使密封元件(4)和阀元件(2)返回到初始位置，
-其中，第一密封座(30)和第二密封座(40)形成该燃气喷射器的阀座(9)并且
-其中，所述阀元件(2)布置在所述密封套(3)中，
-其中，所述阀元件(2)具有空心圆柱形的本体(20)，该本体具有侧面的通孔(21)，
-其中，所述通孔(21)布置在所述空心圆柱形的本体(20)的一水平圆周线上，在所述空心圆柱形的本体(20)的外圆周上构成一环绕的凹陷(22)，所述通孔(21)通到该凹陷。
2.如权利要求1所述的燃气喷射器，其特征在于，所述复位元件(5)在气态介质通过燃气喷射器的通流方向上设置在阀座(9)之后。
3.如权利要求2所述的燃气喷射器，其特征在于，所述燃气喷射器还包括一具有壁部区域(60)和底部区域(61)的阀壳体(6)，其中，在阀座(9)与底部区域(61)之间构成前室(10)，所述复位元件(5)布置在该前室中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃气喷射器，其特征在于，在阀元件(2)与密封套(3)之间设置有节流部(8)，所述节流部的打开横截面随着阀元件(2)的运动而变化。
5.如权利要求1至3中任一项所述的燃气喷射器，其特征在于，所述密封元件(4)是密封盘并且在密封盘与密封套(3)之间构成平座。
6.如权利要求5所述的燃气喷射器，其特征在于，所述密封套(3)上的密封座设置在所述密封套的端面上，在燃气喷射器的关闭状态下在所述密封套(3)与密封盘之间构成一环面作为所述阀座(9)。
7.如权利要求5所述的燃气喷射器，其特征在于，所述密封盘在外圆周上具有多个突出的突块(41)。
8.如权利要求7所述的燃气喷射器，其特征在于，在突块(41)与阀壳体(6)之间设置有预定的、微米范围的小间隙，用于实现在关闭过程期间密封盘的对准。
9.如权利要求1至3中任一项所述的燃气喷射器，其特征在于，所述密封元件(4)是部分球体或整球体并且所述密封套(3)具有密封棱边(32)或锥面。
10.如权利要求4所述的燃气喷射器，其特征在于，所述节流部(8)的打开横截面随着阀元件(2)的运动而增大。
11.燃气驱动的内燃发动机，包括如上述权利要求中任一项所述的燃气喷射器，所述燃气喷射器直接布置在燃烧室(11)上，用于将气态介质直接喷入到燃烧室(11)中。
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