CN113606061A - 用于内燃机的水喷射系统的喷射阀以及水喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(100)的水喷射系统(50)的喷射阀(1)，所述喷射阀包括用于对能往复运动的衔铁(3)产生作用的环形的电磁线圈(2)，所述衔铁与阀元件(4)连接，所述喷射阀还包括空心柱形的芯(5)，所述芯至少区段地被所述电磁线圈(2)包围并且构造在入口接管(6)上或者与入口接管(6)连接，其中，能通过所述入口接管(6)给所述喷射阀(1)供给水，本发明提出，将体(8)置入到所述入口接管(6)中，所述体在轴向方向(a)上被至少一个流动通道(9)贯穿，其中，构造在所述体(8)中的流动通道(9)限定用于对所述喷射阀(1)供水的入口开口(10)，其中，所述体(8)被压入到所述入口接管(6)的接收部(60)中。本发明还涉及一种用于内燃机的水喷射系统。

Description

用于内燃机的水喷射系统的喷射阀以及水喷射系统

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的水喷射系统的喷射阀。所述内燃机尤其可以是汽油发动机。此外，本发明涉及一种用于内燃机的、具有本发明的喷射阀的水喷射系统。

背景技术

为了降低二氧化碳排放，需要优化内燃机的燃料消耗，例如通过提高压缩或者通过与涡轮增压组合的小型化方案。然而，在发动机负载高的情况下，内燃机在燃料消耗方面最佳的运行点处的运行通常是不可行的，因为由于爆震倾向和高废气温度给运行设定了极限。用于降低爆震倾向和/或降低废气温度的措施设置喷射水，其中，可以直接喷射到内燃机的燃烧室中或内燃机的进气管段中。

在具有水喷射的内燃机中存在如下危险：引导水的管线和/或部件在温度低的情况下结冰并且由于冰压而发生损伤。为了防止这种情况，通常在发动机停机时使引导水的管线和/或部件排空。

DE 10 2015 208 472 A1示例性地示出一种具有水喷射装置的内燃机，该水喷射装置包括用于储存水的水箱、用于输送水的泵和用于喷射水的水喷射阀。泵在入口侧通过第一管线与水箱连接并且在出口侧通过第二管线与水喷射阀连接。为了使该泵简单地排空而将该泵布置在水箱的上方，从而能够以重力驱动的方式进行排空。替代地或补充地，泵能够在反转的输送方向上运行。

为了避免这种喷射系统的喷射阀结冰，也必须使该喷射阀排空。由公开文献DE 102015 208 508 A1已知一种用于内燃机的水喷射装置，该水喷射装置包括至少两个喷射阀或水喷射器，它们通过输送元件的输送方向反转相继被排空。喷射阀或水喷射器因此不必设计为耐冰压的。通过使喷射阀相继地排空，能可靠地去除现有的水。

发明内容

根据本发明，提出一种用于内燃机的水喷射系统的喷射阀。喷射阀包括用于对可往复运动的衔铁产生作用的环形的电磁线圈，该衔铁与阀元件连接。此外，喷射阀包括空心柱形的芯，该芯至少区段地被电磁线圈包围并且构造在入口接管上或者与入口接管连接，其中，能经由入口接管给喷射阀供给水。根据本发明，将体置入到入口接管中，该体在轴向方向上被流动通道贯穿，其中，构造在体中的流动通道限定用于给喷射阀供给水的入口开口，其中，体被压入到入口接管的接收部中。

相对于现有技术，用于内燃机的水喷射系统的喷射阀具有如下优点：通过入口接管中的体可以在水喷射系统的回吸运行中特别简单且快速地使喷射阀排空。因此，可以有利地防止喷射阀结冰并因此防止在喷射阀处的损伤。例如仅通过构造在体中的流动通道给喷射阀供给水。该体在轴向方向上延伸，优选与喷射阀的纵轴线同轴地延伸。此外，构造在体中的流动通道的减小的自由流动横截面提高了在回吸水时的流动速度，使得同时加速了喷射阀的排空。此外，减小的流动横截面抑制涡流。因此，结果是，在用于回吸的输送元件的回吸能力相同的情况下，在相同时间内从喷射阀回吸出明显更多的水。也就是说，在外界温度低的情况下，结冰的危险和由于冰压而损坏喷射阀的危险显著减小。

因此，在本发明的喷射阀中，喷射阀的入口开口不是通过入口接管来构造，而是通过置入到入口接管中的体来构造。因此，该体减小了可供用于喷射阀的水供给的自由流动横截面。同时，使存在于入口接管中的无效容积最小化，为了避免喷射阀结冰，该无效容积必须被排空。也就是说，必须从喷射阀回吸的水更少。因此，优选地，体可以以这样的方式置入到入口接管中：在体和入口接管之间不保留出直接地或间接地与构造在体中的流动通道处于流体连通中的空腔。因此，有利地，通过置入到入口接管中的体，能够以有利的简单方式将任意的喷射阀、例如燃料喷射阀增强(ertüchtigen)成本发明的用于水喷射的喷射阀。

通过将体压入到入口接管的接收部中，有利地将体与喷射阀固定连接。此外，通过所述压入确保，在体和入口接管之间不保留出直接地或间接地与构造在体中的流动通道处于流体连通中的空腔。因此可以有利地确保，将可供用于喷射阀的水供给的自由流动横截面减小为流动通道并且由此使存在于入口接管中的无效容积最小化。此外，将体压入到入口接管中是一种有利地简单且低成本的、用于紧固所述体的方法。所述体例如构造为压入衬套。

本发明的其它有利的构型和扩展方案能够通过在优选实施方式中所说明的特征来实现。

根据一个有利的实施例设置，体在该体与入口接管的接收部处于直接接触中的区域中具有松果状型廓(Tannenzapfenprofil)。通过该松果状型廓，体能够有利地固定且良好地紧固在入口接管的接收部中。因此，体也可以通过松果状型廓例如钩在接收部中。由此，将体固定在喷射阀中。

根据一个有利的实施例设置，松果状型廓环绕该体地构造。通过这种环绕该体的松果状型廓，体能够环绕地、有利地固定地紧固在入口接管的接收部中，并且例如也在围绕体的多个部位处钩在入口接管的接收部中。由此，将体固定在喷射阀中。

根据一个有利的实施例设置，松果状型廓钩在接收部中，尤其是钩在入口接管的接收部的内表面上。因此，不能再无破坏地将体从连接接管中移除。因此，该体有利且持久地固定在喷射阀中。

根据一个有利的实施例设置，在体中构造有至少一个缝隙。通过该缝隙的设计，可以这样选择用于将体压入到入口接管的接收部中所需的压入力，使得在压入过程期间在没有可能的冷焊接或者切屑形成的情况下在入口接管的接收部上产生持久的连接。

根据一个有利的实施例设置，在体中在体的背离阀元件的端部上构造至少一个缝隙。通过这种缝隙，压入力可以有利地良好地通过缝隙的构型来控制。

根据一个有利的实施例设置，缝隙在体中沿着体的轴向方向延伸。这样构造的缝隙有利地在与例如流动通道相同的方向上延伸。同时，缝隙在与体被压入到接收部中的方向相同的方向上延伸，使得体在压入时有利地是稳定的。因此，通过选择缝隙的长度能够有利地良好地控制所需的压入力。

根据一个有利的实施例设置，体至少部分地由闭孔材料构成。该闭孔材料例如可以是泡沫材料或金属泡沫。闭孔材料可弹性变形。如果体由这种闭孔材料形成，则该体即使在介质被冻结的情况下也可以接收力。因此，可以预防留下的变形或对喷射阀功能的消极影响。如果水在喷射阀中、尤其在体中冻结并且在此膨胀，则体的闭孔材料可以弹性地变形。因此，经弹性变形的体能够为水提供在冻结时附加需要的空间。如果随后水再次液化，则体可以再膨胀并且回到其初始形状。因此，闭孔的压入衬套不仅通过流动通道减小了入口接管中的容积并且同时可以接收在介质冻结的情况下出现的横向力，而不会对喷射阀的功能产生消极影响。

根据一个有利的实施例设置，构造在体中的流动通道的内直径为小于3.0毫米，优选小于2.5毫米，尤其优选小于2.1毫米。因此，该内直径这样设计，使得能够喷射充足的水量并且同时使喷射器无效容积最小化。

根据一个有利的实施例设置，用于内燃机的水喷射系统包括喷射阀，其中，水喷射系统还包括用于储存水的水箱和用于将水从水箱输送到喷射阀的输送元件。

附图说明

在附图中示出并且在下面的说明中详细阐述本发明的实施例。附图示出：

图1喷射阀的第一实施例的示意性纵截面，

图2图1的喷射阀的第一实施例的纵截面图的放大图，

图3图1的喷射阀的第一实施例的三维截面图，

图4喷射阀的第一实施例的体与入口接管之间的区域的放大图，

图5喷射阀的第二实施例的示意性纵截面，

图6图5的喷射阀的第二实施例的三维示图，

图7喷射阀的第三实施例的示意性纵截面，

图8水喷射系统的一个实施例的示意图，

图9具有喷射阀的内燃机的一个实施例的示意图。

具体实施方式

由图1得出用于内燃机100的水喷射系统50的喷射阀1，所述喷射阀包括用于对可往复运动的衔铁3产生作用的环形的电磁线圈2，所述衔铁与阀元件4连接。当前，阀元件4实施为空心针并且在其背离衔铁3的端部上与球形的阀关闭元件29连接，以释放和封闭至少一个喷射开口30。在电磁线圈2通电时形成磁场，该磁场的磁力使衔铁3连同阀元件4和阀关闭元件29一起向芯5的方向运动，以便关闭构造在芯5与衔铁3之间的工作气隙31。在此，球形的阀关闭元件29释放喷射开口30。如果接下来结束电磁线圈2的通电，则衔铁3、阀元件4和阀关闭元件29借助复位弹簧32的弹簧力复位到它们的初始位置中，使得阀关闭元件29再次封闭喷射开口30。

芯5实施为空心柱形并且通过空心柱形的连接部分33与入口接管6连接，通过该入口接管能给喷射阀1供给来自未示出的分配管线、例如轨的水。在此，入口接管6例如被分配管线的杯座形的接头元件、即轨杯座包围，其中，可以在杯座形的接头元件与入口接管6之间布置密封环13。因此，入口区域可以向外被密封。

为了减小喷射阀1的入口区域中的无效容积，将体8压入到喷射阀1的入口接管6中。为此，体8构造为压入衬套。体8从喷射阀1的入口方向在轴向方向a上压入到入口接管6的接收部60中。体8基本上构造为空心柱形。体8在轴向方向a上被流动通道9贯穿。流动通道9限定入口开口10。因此，仅通过流动通道9给喷射阀1供给来自分配管线的水。此外，体8的外表面81适配于入口接管6的接收部60的内表面61，使得体8减小了在喷射阀1的入口区域中的无效容积。因此，在体8上构造至少区段地构造为柱形的外表面81，该外表面面式地贴靠在入口接管6的接收部60的至少区段地构造为柱形的内表面61上。体8被压入到入口接管6的接收部60中，所以体8的外表面81在径向方向上压到入口接管6的接收部60的内表面61上。该径向方向垂直于轴向方向a。

构造在体8中的流动通道9优选具有柱体形状。此外，流动通道9的直径d优选选择得尽可能小，以便实现在回吸时尽可能高的流动速度并且生成不中断的水柱。同时，流动通道9的直径d这样确定大小，使得还确保喷射阀1的充足的水供给。优选地，将流动通道9的直径d选择为小于分配管线的、例如轨的直径。流动通道9的直径d可以例如小于3.0毫米，优选小于2.5毫米，尤其优选小于2.1毫米。在该实施例中，流动通道9的直径d为两毫米。在此，在与流动通道9的轴向方向a垂直的径向方向上测量流动通道的直径d。其中构造有流动通道9的体8优选具有相当于或大于流动通道9的半径的最小壁厚。

由于通过压入到入口接管6的接收部60中的体8减小了无效容积，喷射阀1可以快速地通过回吸被排空，使得不用担心在内燃机100停机且外界温度较低的情况下由于冻结的水所造成的损伤。

在图2、图3和图4中示出了体8的第一实施例的不同示图。在体8的第一实施例中，在体8上构造有松果状型廓82。松果状型廓82构造为在体8的外表面81上的结构。外表面81在松果状型廓82的区域中与接收部60的内表面61处于直接接触中。松果状型廓82优选构造为在外表面81上环绕该体8。图4示出了松果状型廓82的放大截面图。在外表面81上构造有多个凸起。这些凸起可以钩在接收部60的内表面61上。松果状型廓82的凸起例如可以构造为鳞片状并且因此共同形成类似于松果的结构。但是，这些凸起例如也可以环绕地包围体8。

由图5和6得出喷射阀1的第二实施例的两个示图，该第二实施例与图2至图4的实施例的区别仅在于压入到入口接管6中的体8的具体构型。在第二实施例的情况下，在体8中构造有缝隙40。在该实施例中，例如在体8中构造有四个缝隙40。四个缝隙40分别间隔开90°的角度地绕着轴向方向a布置。在该实施例中，缝隙40构造为体8中的切口。缝隙40作为切口在体8中沿喷射阀1的轴向方向a延伸并因此在体8被压入到接收部60中的方向上延伸。这些缝隙40构造在体8的背离喷射阀1的关闭元件29的一侧上。缝隙40优选具有3毫米至7毫米的长度l。在轴向方向a上测量缝隙的长度l。缝隙40作为切口从体8的背离阀元件4的、例如环形构造的上侧85沿着轴向方向a延伸在缝隙40的长度l上。

在图7中示出喷射阀1的另一实施例。在该实施例中，体8由多孔材料制成。在此，该材料具有封闭的孔，使得没有介质能够从流动通道9侵入到材料的孔中。材料由于该材料中的孔而可压缩并且例如可弹性变形。该闭孔材料例如可以是泡沫材料或金属泡沫。通过闭孔材料，即使在流动通道9中存在冻结的介质的情况下，体8也能够接收力。如果流动通道9中的水冻结并且在此膨胀，则体8的闭孔材料可以例如在径向方向上弹性变形。因此，经弹性变形的体8能够为水提供在冻结时附加需要的空间。如果水随后再次液化，则体8可以再膨胀并回到其初始形状。体8可以在冷状态以及热状态中被引入到连接接管6的接收部60中。在热状态下将体8压入时，压入所需的压入力有利地下降。体8的硬化可以有利地在接收部60中进行。体8可以一体式或多件式地构造。此外，体8可以在入口接管6的接收部60中形成，其方式是，在制造结束时将浇铸材料注入到喷射阀1的接收部60中。然后，该浇铸材料可以形成体8并且例如也可以以闭孔方式构造。

在图8中示出具有喷射阀1的水喷射系统50。水喷射系统50设置为用于内燃机100并且包括至少一个分配管线7以及至少一个喷射阀1。用于给喷射阀1供给水的分配管线7也被称为轨7。所示出的水喷射系统50示例性地包括四个这样的喷射阀1。喷射阀1接在分配管线7上。

一般地，分配管线7具有至少一个用于接喷射阀1的杯座形接头元件。喷射阀1经由杯座形的接头元件与分配管线7连接。该连接例如可以是插接连接、压紧连接、夹紧连接、卡锁连接和/或旋拧连接。该接头元件也被称为轨杯座。在此，轨杯座包握喷射阀1的在入口接管6的区域中的入口侧端部。在此，在杯座形接头元件与入口接管6或体8之间保留出的轴向间隙和/或径向间隙能够用于接收密封元件、尤其是密封环，使得喷射阀1的入口区域向外被密封。密封环可以在外周侧布置在该体上或区段地包围该体，使得该密封环径向地密封。替代地或补充地，密封环可以轴向地支撑在体8的环形端面上，使得该密封环轴向地密封。

轨杯座的无效容积取决于轨杯座的具体构型以及喷射阀1的入口侧端部的构型。为了使轨杯座或者说杯座形的接头元件中的无效容积最小化，置入到入口接管6中的体8可以沿轴向方向a和/或沿径向方向突出超过该入口接管。例如，体8可以具有环缘，该环缘沿轴向方向和径向方向突出超过入口接管6。此外，环缘可以用于将喷射阀1支撑在分配管线7的杯座形的接头元件上。通过该环缘，喷射阀1可以轴向和/或径向地支撑在杯座形的接头元件上。

分配管线7或者说轨7被供给来自水箱15的水。借助于输送元件16经由水管线17将水供应给分配管线7。当前，输送元件16实施为布置在水箱15以外的、可电动驱动的泵。但是，输送元件16的其它实施方式也是可行的。尤其，输送元件16可以布置在水箱15中或集成到箱底部中。输送元件16可以这样设计，使得该输送元件能够使输送方向反转，以便能够通过回吸使系统的对冰压敏感的管线和/或部件、尤其是喷射阀1排空。

为了防止在排空之后水从水箱15向输送元件16的方向回流，在水管线17中可以在输送元件16的上游布置截止元件18、尤其是止回阀。当前，在截止元件18的上游布置有过滤器19，该过滤器防止有害颗粒进入到输送元件16和喷射阀1中。

在图8中所示的系统中，在输送元件16的下游从水管线17分支出回流管线22，所述回流管线终止在水箱15中。输送元件16的多余输送量可以经由回流管线22导回到水箱15中，以便例如调节分配管线7中的压力。为了压力调节，可以在分配管线7中或者在水管线17中设置压力传感器23。为了在回吸过程期间来自水箱15的水不会经由回流管线22被抽吸出，在回流管线22中设置止回阀20。此外，在止回阀20的上游布置节流阀21，利用该节流阀可以建立背压以实现压力调节。

如由图9得出，喷射阀1布置在抽吸管24上，经由该抽吸管给内燃机100的燃烧室25供给燃烧空气。因此，在燃烧室25以外通过喷射阀1将水喷射到内燃机100的抽吸管24中。水与燃烧空气一起被供应给燃烧室25。借助燃料喷射器26将燃料直接喷射到燃烧室25中。

当然，其他的实施例和所示实施例的混合形式也是可行的。

Claims (10)

1.一种用于内燃机(100)的水喷射系统(50)的喷射阀(1)，所述喷射阀包括用于对能往复运动的衔铁(3)产生作用的环形的电磁线圈(2)，所述衔铁与阀元件(4)连接，所述喷射阀还包括空心柱形的芯(5)，所述芯至少区段地被所述电磁线圈(2)包围并且构造在入口接管(6)上或者与入口接管(6)连接，其中，能经由所述入口接管(6)给所述喷射阀(1)供给水，

其特征在于，体(8)置入到所述入口接管(6)中，所述体在轴向方向(a)上被至少一个流动通道(9)贯穿，其中，构造在所述体(8)中的流动通道(9)限定用于给所述喷射阀(1)供给水的入口开口(10)，其中，所述体(8)被压入到所述入口接管(6)的接收部(60)中。

2.根据权利要求1所述的喷射阀，其特征在于，所述体(8)在所述体(8)与所述入口接管(6)的接收部(60)处于直接接触中的区域中具有松果状型廓(82)。

3.根据权利要求2所述的喷射阀，其特征在于，所述松果状型廓(82)环绕所述体(8)地构造。

4.根据权利要求2或3所述的喷射阀，其特征在于，所述松果状型廓(82)钩在所述接收部(60)中，尤其钩在所述入口接管(6)的接收部(60)的内表面(61)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的喷射阀，其特征在于，在所述体中构造有至少一个缝隙(40)。

6.根据权利要求5所述的喷射阀，其特征在于，在所述体(8)中，在所述体(8)的背离所述阀元件(4)的端部上构造所述至少一个缝隙(40)。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的喷射阀，其特征在于，所述缝隙(40)在所述体(8)中沿着所述喷射阀(1)的轴向方向(a)延伸。

8.根据前述权利要求中任一项所述的喷射阀，其特征在于，所述体(8)至少部分地由闭孔材料构成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的喷射阀，其特征在于，构造在所述体(8)中的流动通道(9)的内直径(d)为小于3.0毫米，优选小于2.5毫米，特别优选小于2.1毫米。

10.一种用于内燃机(100)的水喷射系统，所述水喷射系统具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的喷射阀(1)，其中，所述水喷射系统(50)还包括用于储存水的水箱(15)和用于将水从所述水箱(15)输送到所述喷射阀(1)的输送元件(16)。

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