CN105822478B - 具有受热保护的弹性体密封元件的气体喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的气体喷射器，包括：用于释放和关闭通道孔(3)的阀关闭元件(2)、第一密封座(4)和第二密封座(5)，其中，该第一密封座(4)是无弹性体的密封座，尤其是金属的或者陶瓷的密封座，该第二密封座(5)是具有至少一个弹性体密封元件(6)的密封座，该第一密封座(4)在该气体喷射器的轴向方向(X‑X)上比所述第二密封座(5)更靠近所述燃烧室(10)，并且，在所述第二密封座(5)上布置有第一绝热元件(7)。

Description

具有受热保护的弹性体密封元件的气体喷射器

技术领域

本发明涉及一种具有受热保护的弹性体密封元件的直接喷射式气体喷射器，用于将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中。

背景技术

除了液体燃料外，在机动车领域最近也越来越多地使用气体燃料，例如天然气或者氢气。这类气体喷射器中的问题所在是密封性，尤其对于直接向燃烧室中喷射的直接喷射式气体喷射器。在此合适的密封材料例如是弹性体。由于它的有限的温度稳定性和高的易磨损性，弹性体迄今仍然还未被应用于直接喷射式气体喷射器。弹性体对于气体介质具有良好密封性能，此外在关闭过程期间还具有突出的缓冲性能。因此值得期望的是，有也能够使用弹性体密封件的直接喷射式气体喷射器。

发明内容

根据本发明，提出一种用于将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的气体喷射器，包括：用于释放和关闭通道孔的阀关闭元件、第一密封座和第二密封座，其中，该第一密封座是无弹性体的密封座，尤其是金属的或者陶瓷的密封座，该第二密封座是具有至少一个弹性体密封元件的密封座，该第一密封座在该气体喷射器的轴向方向上比所述第二密封座更靠近所述所述燃烧室，并且，在所述第二密封座上布置有第一绝热元件。

根据本发明的用于将气体燃料直接喷射到内燃机燃烧室中的气体喷射器具有这样的优点：可实现弹性体密封元件在密封座上的应用。为此，根据本发明设置两个密封座，其中，第一密封座，尤其金属或者陶瓷的密封座，具有金属或者陶瓷的密封配对件。第二密封座包括至少一个弹性体密封元件并且在关闭状态下提供气体喷射器的真正密封。由此，作为无弹性体密封座的第一密封座不必完全密封，因为第二密封座承担关闭状态下的完全密封。通过这样的方式能够使第一密封座的设计简单化。因此，无弹性体的第一密封座构造为对温度不敏感的密封座并且在气体喷射器的轴线方向上比含弹性体的第二密封座更靠近燃烧室。通过这样的方式将含弹性体的第二密封座布置得离高温的燃烧室更远。由此，无弹性体的第一密封座承担使含弹性体的第二密封座与高温的燃烧室气体隔离的功能。当然，无弹性体的第一密封座也密封，但不必100％地气体密封地设计。因此，含弹性体的密封座的布置在地点上与无弹性体的密封座的位置分开。为了保护含弹性体的第二密封座，还布置有第一绝热元件。该绝热元件在此具有低的导热系数并且保护含弹性体的密封座免受过高温度。通过这样的方式阻止由于太高的温度负荷导致的第二密封座的弹性体密封元件损坏。

从属权利要求给出本发明优选的构造扩展。

优选，无弹性体的第一密封座附加地也是用于气体喷射器的行程止挡。通过这样的方式无弹性体的第一密封座附加地还承担止挡的功能。由此能够进一步减少气体喷射器的零件数量并且尤其阻止弹性体密封元件在关闭过程期间由于过强的压缩而损坏。

优选，第一绝热元件直接布置在弹性体密封元件上。由此实现对弹性体密封元件的特别好的保护。尤其优选，第一绝热元件在此保护弹性体密封元件的否则会与高温构件发生接触的所有面。

尤其优选，设置第二绝热元件，该第二绝热元件在第二密封座上确定用于弹性体密封元件的密封座面。由此，第二密封座的弹性体密封元件在第二绝热元件上密封，从而在密封座关闭情况下在该密封座上也不会有太高的温度出现在弹性体密封元件上。

优选，气体喷射器还包括设置在阀关闭元件上的第一导向区域，该第一导向区域在轴向方向上布置在所述第一和第二密封座之间。第一导向区域在此用于在阀关闭元件打开和关闭运动期间对该阀关闭元件导向。通过在第一和第二密封座之间布置该导向元件可以由此实现布置得比第一密封座更远离燃烧室的第二密封座的一定距离，从而明显减少第二密封座上的热负荷。

此外，通过该第一导向区域，热量也可以借助热传导从阀关闭元件传递到内燃机的位置固定的构件上，通常是发动机缸体或者一中间构件。

此外优选，气体喷射器还包括布置在阀关闭元件上的第二导向区域。该第二导向区域在此这样布置，使得第二密封座设置在第一导向区域和第二导向区域之间。换句话说，第二导向区域布置得比第一导向区域离燃烧室更远。由此，一方面得到阀关闭元件的更好的导向，另一方面得到经过第二导向区域从阀关闭元件到发动机缸体的另一热传递可能性。

尤其优选，阀关闭元件的第一导向区域和第二导向区域在一共同的导向衬套上被导向，以保证好的导向。所述共同的导向衬套尤其由金属材料制成，以具有高的导热系数。通过这样的方式可以实现从阀关闭元件到导向衬套然后从该导向衬套继续到发动机缸体的特别好的热传递。

为了结构特别紧凑，第一密封座优选构造在阀关闭元件和导向衬套、尤其导向衬套的指向燃烧室方向的端部之间。

优选，第一绝热元件和/或第二绝热元件构造成绝热环。通过设置呈环形的绝热元件可以保证简易和快速的装配。

替换地，第一绝热元件和/或第二绝热元件是绝热层。该绝热层在此可以施加在迎向弹性体密封元件而置的密封座上。

根据本发明的气体喷射器尤其优选是向外打开的喷射器。替换地，根据本发明的气体喷射器是向内打开的喷射器，其中，弹性密封体优选布置在关闭元件上。

根据本发明的另一优选构型，包括弹性体密封元件的第二密封座是平面密封座。由此能够通过该弹性体密封元件保证在气体喷射器关闭状态下在第二密封座上的面密封。替换地可以布置圆锥形密封座。

本发明还涉及一种内燃机，包括燃烧室和根据本发明的气体喷射器。该气体喷射器在此直接布置在燃烧室上，以将气体燃料直接喷射到燃烧室中。

附图说明

下面参照附图详细说明本发明优选的实施例。附图示出：

图1根据本发明第一实施例的气体喷射器在关闭状态下的示意性剖视图，和

图2图1的气体喷射器在打开状态下的示意性剖视图。

具体实施方式

下面参照附图1和2详细说明用于将气体燃料喷射到内燃机的燃烧室10中的气体喷射器1。

如可从图1中看到的那样，气体喷射器1是向外打开的喷射器，这在图2中用箭头A标出。气体喷射器1包括阀关闭元件2，该阀关闭元件在本实施例中是阀针。阀关闭元件2释放通道孔3并且关闭它。在此，借助未示出的致动器，例如电磁致动器或者压电致动器，来操作阀关闭元件2。

气体喷射器1还包括一无弹性体的第一密封座4和一第二密封座5，该第二密封座包括至少一个弹性体密封元件6。无弹性体的第一密封座4例如是金属密封座或者陶瓷密封座。金属和陶瓷密封座的组合也是可行的。

弹性体密封元件6可以布置在阀关闭元件2上或者布置在一位置固定的阀构件上(如在图1和2中示出的那样)。

第二密封座5因此包括作为至少一个密封配对件的弹性体。弹性体密封元件6因此保证，在关闭状态下在密封区域内以相对较小的表面挤压力达到相对于气体介质的足够密封。此外，通过弹性体密封元件6的弹性体性能还可以补偿形状精度和表面缺陷。附加地，弹性体密封元件6还缓冲关闭过程，从而避免阀关闭元件2在关闭过程期间的不期望的回弹行为，在回弹行为中，阀关闭元件2由于反跳脉冲而再次短暂地从密封座抬起。

为了弹性体密封元件6不由于燃烧室10内的高温而被损坏，根据本发明，无弹性体的第一密封座4在轴向方向X-X上布置得比含有弹性体的第二密封座5更靠近燃烧室10(对照图2)。由此可以在弹性体密封元件6和燃烧室10之间获得一定距离，使得在第二密封座5上的温度明显地比在第一密封座4上的低。通过将两个密封座分开，可以根据燃烧室温度和几何关系将第二密封座5布置得离燃烧室10这样远，直到不存在由于高温造成第二密封座损坏的危险。

此外，根据本发明设置有第一绝热元件7和第二绝热元件8。第一绝热元件7布置在弹性体密封元件6和一位置固定的构件、在本实施例中为导向衬套9之间。导向衬套9在此用于对阀关闭元件2导向，该导向衬套具有第一导向区域11和第二导向区域12。

因此，第一绝热元件7保证，没有热量从发动机缸体13出发被传递到弹性体密封元件6上。

如从附图可看到的那样，第二绝热元件8形成用于第二密封座5的平面密封座。换句话说，弹性体密封元件6在第二绝热元件8上密封。第二绝热元件8在此阻止，从燃烧室10传递到阀关闭件2上的热量经过第二密封座5传递到弹性体密封元件6。在图1中所述热量用箭头Q标出。如从图1可看到的那样，在此设置有从阀关闭元件2经过第一导向区域11的第一热量路径Q1和经过第二导向区域12的第二热量路径Q2。由此可以在关闭状态下将从燃烧室10传递到阀关闭元件2的热量经过所述两个热传导路径导出到发动机缸体13中。在此，通过所述两个绝热元件7、8阻止弹性体密封元件6的强烈变热。

在打开状态下，一方面通过气体流对弹性体密封元件6进行冷却，该气流在图2中用箭头14标出。在此，第一绝热元件7不但在关闭状态下而且在打开状态下都保护弹性体密封元件6。

两个绝热元件7、8在本实施例中设置成环形构件。通过这样的方式能够尤其实现热隔离元件在阀关闭元件2或者在导向衬套9上的装配和固定。

导向衬套9的指向燃烧室10的端部90也是无弹性体的第一密封座4的一部分，阀关闭元件2在该部分上密封(图1)。

在第一和第二导向区域11、12的区域内设置有槽或者通道孔，燃烧气体可以通过其穿流。

因此，根据本发明，也可以在喷射阀较长时间关闭的情况下，例如在车辆惯性行驶或者类似情况下，保证从燃烧室10传递到阀关闭元件2的热量的充分排热。该热量在此可以在中心向阀关闭元件2的杆中转移到阀关闭元件2以及经过第一和第二输送区域7、8转移到通常水冷却的发动机缸体13中(热量路径Q1和Q2)。因此，通过第二绝热元件8而与阀关闭元件2热隔离的弹性体密封元件6不超过最大允许温度，在该最大允许温度中可能会出现弹性体密封元件6的损坏。

为了能够使该热量良好地从阀关闭元件2转移到发动机缸体13上，应尽可能避免处于阀体和发动机缸体中的孔之间的空气缝隙。在此可以附加地通过套筒15在导向衬套9和发动机缸体13之间设置热连接。尤其优选，套筒15在此同时也构造成密封环。

这样设置第一热量路径Q1和第二热量路径Q2，使得热量Q从阀关闭元件2的尖部出发通过有目的的、呈90°角的转向经导向区域11、12传递到导向衬套9上并且从导向衬套9经过套筒15传递到水冷却的发动机缸体13上。由于发动机缸体13用冷却水冷却，所以它具有最低的温度，从而在此能够实现有效的排热。由此避免在阀关闭元件2上的过高温度并且从而也避免在附加地受第一和第二绝热元件7保护的弹性体密封元件6的附近的区域内的过高温度。

还要注意，取代环形的绝热元件7、8，替换地也可设置相应的热覆层或者类似物。

此外，无弹性体的第一密封座4也形成用于阀关闭元件2的止挡。由此，在复位时阀关闭元件2的路径被第一密封座4限界。由此可以保证，在用于关闭气体喷射器1的复位运动期间，弹性体密封元件6不由于太强的表面挤压力或者类似情况而被关闭过程损坏。在关闭过程中首先在第二密封座5(弹性体)上建立接触，由此使进一步的关闭过程被缓冲，直到第一密封座4起到止挡作用。

Claims (11)

1.用于将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的气体喷射器，包括：

-用于释放和关闭通道孔(3)的阀关闭元件(2)，

-第一密封座(4)和

-第二密封座(5)，

-其中，该第一密封座(4)是无弹性体的密封座，尤其是金属的或者陶瓷的密封座，

-其中，该第二密封座(5)是具有至少一个弹性体密封元件(6)的密封座，

-其中，该第一密封座(4)在该气体喷射器的轴向方向(X-X)上比所述第二密封座(5)更靠近所述燃烧室(10)，并且

-其中，在所述第二密封座(5)上布置有第一绝热元件(7)。

2.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述第一绝热元件(7)直接布置在所述弹性体密封元件(6)上。

3.根据以上权利要求之一所述的气体喷射器，其特征在于，设置有第二绝热元件(8)，该第二绝热元件提供用于所述第二密封座(5)上的所述弹性体密封元件(6)的密封座面。

4.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述无弹性体的第一密封座(4)形成用于所述阀关闭元件(2)的行程止挡。

5.根据权利要求1或2所述的气体喷射器，其特征在于，还包括设置在所述阀关闭元件(2)上的第一导向区域(11)，该第一导向区域在该气体喷射器的轴向方向(X-X)上布置在所述第一密封座(4)和第二密封座(5)之间。

6.根据权利要求5所述的气体喷射器，其特征在于，还包括布置在所述阀关闭元件(2)上的第二导向区域(12)，其中，所述第二密封座(5)布置在所述第一导向区域(11)和该第二导向区域(12)之间。

7.根据权利要求6所述的气体喷射器，其特征在于，所述第一导向区域(11)和/或所述第二导向区域(12)在一共同的导向衬套(9)上对所述阀关闭元件(2)导向，以保证从该阀关闭元件(2)导出热。

8.根据权利要求7所述的气体喷射器，其特征在于，所述第一密封座(4)构造在所述阀关闭元件(2)和所述导向衬套(9)之间。

9.根据权利要求3所述的气体喷射器，其特征在于，所述第一绝热元件(7)和/或所述第二绝热元件(8)是绝热环。

10.根据权利要求3所述的气体喷射器，其特征在于，所述第一绝热元件(7)和/或所述第二绝热元件(8)是绝热层。

11.根据权利要求7所述的气体喷射器，其特征在于，所述导向衬套(9)由金属制成。

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