CN115704348A - 具有改进热性能的尤其是用于气态燃料的气体喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于吹入气态介质、尤其是氢气的气体喷射器，其包括：关闭元件(2)，所述关闭元件释放和关闭在密封座(44)上的贯通开口(3)，其中，所述关闭元件(2)包括阀针(20)和阀盘(21)；用于操纵所述关闭元件(2)的促动器(5)；和在所述阀盘(21)上的绝热装置(7)，所述绝热装置布置在所述阀盘(21)的朝向燃烧室(30)指向的侧上并且包括单独的板材构件(70)，其中，在所述板材构件(70)和所述阀盘(21)之间留有间隙(71)。

Description

具有改进热性能的尤其是用于气态燃料的气体喷射器

技术领域

本发明涉及一种用于吹入气态介质、尤其是用于吹入氢气的气体喷射器，该气体喷射器尤其是在关闭元件和阀座之间的座区域中具有改进的热性能。

背景技术

从现有技术中，已知不同构型的气体喷射器。与用于液态燃料的燃料喷射器相比，对气体喷射器的技术要求明显不同。除了缺乏通过液态燃料的润滑之外，在此尤其成问题的也是气态介质的明显更大的体积。由此，可能在用于吹入过程的精确配量时出现问题。进一步，在运行中会产生高温，尤其是在气体喷射器的关闭元件和阀座之间的密封区域的范围中。由于在运行中、可以到达关闭元件和阀座之间的密封区域的燃烧气体，可能会在密封区域上产生升高的温度，这导致构件的增加的磨损以及可能的增加的翘曲。由此，尤其是在座区域上会产生非密封性。进一步，通常在密封区域附近也布置用于关闭元件的针导向部，所述针导向部同样可以具有由温度决定的翘曲和/或磨损，这同样可能会导致非密封性。

发明内容

根据本发明，提出一种用于吹入气态介质、尤其是氢气的气体喷射器，该气体喷射器包括：-关闭元件，所述关闭元件释放和关闭在密封座上的贯通开口，其中，所述关闭元件包括阀针和阀盘，-促动器，所述促动器用以操纵所述关闭元件，和-在所述阀盘上的绝热装置，所述绝热装置布置在所述阀盘的朝燃烧室指向的一侧上并且包括单独的板材构件，其中，在所述板材构件和所述阀盘之间保留间隙。

与此相对，根据本发明的用于吹入气态介质、尤其是用于吹入气态氢的气体喷射器具有这种优点：可以避免通过燃烧气体将热量输入到关闭元件和密封座之间的密封区域中的构件上。由此产生明显降低的磨损，并且尤其可以防止在密封区域上的构件的翘曲。由此，也可以在更长的运行时间内获得更高的密封性，在所述更长的运行时间中气体喷射器的构件可以达到相对较高的温度。如果在密封区域附近布置关闭元件的针导向部，在针导向部上同样可以避免由于高温引起的提高的磨损以及不期望的翘曲，使得可以改进在运行中气体喷射器的打开过程和关闭过程的准确性。由此，尤其是在使用气体喷射器的长时间段内可以获得高配量准确性。根据本发明，这通过以下方式实现：气体喷射器包括关闭元件，所述关闭元件释放和关闭在密封座上的贯通开口。在此，关闭元件包括阀针和阀盘，其中，阀盘在密封座处密封。此外，设置促动器，该促动器用以操纵关闭元件。此外，气体喷射器包括在阀盘上的绝热装置，所述绝热装置布置在阀盘的朝燃烧室指向的一侧上。绝热装置包括板材构件和间隙，所述间隙布置在板材构件和关闭元件的阀盘之间。由此，可以实现朝燃烧室的方向的阀盘绝热，使得明显减少到阀盘中的热量输入。由此，在密封座上得到降低的温度并且也得到对阀座的减少的热量输入。由此可以实现气体喷射器的改进的密封性。

优选实施方式示出本发明的优选扩展方案。

优选，在绝热装置的板材构件和关闭元件的阀盘之间的间隙是空腔。空腔优选充注有空气或导热性差的气体、尤其是二氧化碳。进一步优选，空腔构造为真空。

间隙中的空气尤其还具有这种优点：由此能够实现成本特别有利的绝热装置。进一步，在间隙中使用空气的情况下，在板材构件和阀盘之间的连接处不存在100％的密封性。

根据本发明的另一优选构型，在板材构件和阀盘之间的间隙充注有绝热材料、尤其是聚四氟乙烯。因而，通过间隙中的绝热材料可以避免阀盘上的过度温度升高。

优选，绝热装置的板材构件盘状地构造并且遮盖阀盘的整个盘区域。由此，利用能成本非常有利地制造的构件、即板材构件可以避免到关闭元件的阀盘中的过多热量输入。板材构件也具有用对于持续运行或相应于气体喷射器使用寿命来说必需的稳固性。

进一步优选，除了盘区域之外，阀盘还具有朝燃烧室侧指向的环绕的外边缘区域，其中，板材构件紧固在边缘区域上。因而，板材构件基本上罐状地构造并且例如可以作为深冲部件简单且成本有利地在大规模生产中制造。

特别优选，在绝热装置的板材构件和阀盘的边缘区域之间构造压紧连接部。该压紧连接部可以简单且成本有利地来提供，并且通过将压紧连接部布置在阀盘的边缘区域上可以确保，施加在板材构件上的燃烧室压力基本上施加在板材构件的底部区域上并且该板材构件因而倾向于被压向阀盘方向。

此外优选，在板材构件和阀盘的边缘区域之间构造熔焊连接部。该熔焊连接部具有这种优点：在板材构件和阀盘之间可以建立绝对密封的连接。这在板材构件和阀盘之间的间隙构造为真空或者特定的绝热气体布置在空腔中时尤其是重要的。

替代地，板材构件优选具有在板材构件的径向方向上向外指向的边缘，所述边缘布置在阀盘的外边缘区域中的凹槽中。该边缘区域例如可以弹动地构造，使得边缘区域可以卡入到凹槽中。

根据本发明的一个特别优选的构型，板材构件具有多个变形区域，所述变形区域抵着阀盘的朝燃烧室指向的一侧受支撑。变形区域优选是部分球形的支撑凸台。由此，尤其可以改进绝热装置的板材构件的稳定性。优选，这些变形区域均匀地分布。因而，板材构件借助在阀盘的盘区域的范围中的变形区域与该阀盘接触。尽管由此略微减小了板材构件和阀盘之间的间隙的容积，但是这个缺点通过由于变形区域而提高的板材构件稳定性充分得到补偿。

优选，板材构件具有隆起部，所述隆起部指向燃烧室的方向。

根据本发明的一个优选构型，关闭元件的阀盘和阀针一件式地构造。这尤其具有这种优点：阀盘不必通过熔焊连接部或类似物与阀针连接，这在错误设置熔焊连接部的情况下可能会导致阀盘处的翘曲并且因而会导致密封座处的非密封性。

此外，气体喷射器优选包括用于关闭元件的第一和第二针导向部，其中，第一针导向部在轴向方向上比第二针导向部更远离密封座。此外，阀盘还具有颈部区域，其中，第二针导向部构造在阀盘的颈部区域和阀座之间。因而，一个构件、即阀座既具有密封座的一部分又具有第二针导向部的一部分。在此，相应的密封面或导向面构造在阀座上。由于密封座和第二针导向部构造在共同的构件、即阀座上，因此得到更简单、更紧凑且成本更有利的气体喷射器结构。

通过将第二针导向部布置在相同的构件、如密封座上，尤其也可以将阀盘的盘区域和阀座上的密封座区域之间的径向间隙改进为最大30μm，优选最大20μm。由此引起在密封座上的改进密封以及减少的磨损。

特别优选，阀座具有中心接收开口，在所述中心接收开口上构造第二针导向部。阀座还包括多个贯通孔用以使气态介质朝密封座的方向贯穿。因此，阀针穿过中心接收开口并且与阀座一起形成第二针导向部。

进一步优选，第一针导向部布置在阀针的背离密封座的端部区域上。由此可以实现，阀针在尽可能靠近其对应轴向端部的区域上受支承和导向。第一针导向部优选是万向的针导向部。

进一步优选，气体喷射器包括连接件，在所述连接件中布置进气口并且在所述连接件中布置用于关闭元件的第一针导向部。在此，连接件优选包括开口，在所述开口中布置第一针导向部。在连接件的开口中优选也布置用于关闭元件的止挡部，用以限制关闭元件的行程。

根据本发明的另一优选构型，气体喷射器包括阀尖端，所述阀尖端在穿流方向上布置在密封座的下方。由此可以实现，在使用气体喷射器时在气态燃料直接吹入到内燃机的燃烧室中时，密封座布置得略微远离热的燃烧室。

此外，本发明涉及一种内燃机、尤其是车辆的内燃机，该内燃机具有根据本发明的气体喷射器。

附图说明

下面，参考所附上的附图详细地描述本发明的优选实施例。在所述附图中：

图1示出根据本发明的第一优选实施例的气体喷射器在关闭状态下的示意性剖视图，

图2示出图1的气体喷射器的密封座在关闭状态下的示意性剖视图，

图3示出根据第二实施例的气体喷射器的密封座的示意性剖视图，以及

图4示出根据本发明的第三优选实施例的气体喷射器的密封座在关闭状态下的示意性剖视图。

具体实施方式

下面参考图1和图2详细地描述根据本发明的第一优选实施例的气体喷射器1。

如从图1中可看出，气体喷射器1为了吹入气态介质、尤其是气态氢而包括关闭元件2和促动器5。

关闭元件2释放在密封座44上的贯通开口3并且将该贯通开口关闭。复位元件9使关闭元件2复位到关闭的起始位态中。图1在此示出关闭的起始位态，从该起始位态开始进行气体喷射器1的打开过程。

关闭元件2包括阀针20和阀盘21。在此，阀针20在轴向方向X-X上穿过气体喷射器1的大的区域。

如尤其从图1和图2中可看出，阀盘21包括盘区域21a，在该盘区域上布置颈部区域21b。在盘区域21a的径向外边缘处构造外边缘区域21c。外边缘区域21c环绕地延伸并且指向燃烧室30的方向。

阀针20穿过阀盘21的中心贯通开口21d。如从图2中可看出，熔焊连接部21e构造在阀盘21和阀针20之间。由此，阀针20和阀盘21固定地彼此连接。

第一实施例的促动器5优选是电磁促动器。如从图1中可看出，促动器5在此作为最后一个构件布置在气体喷射器1的背离燃烧室30的端部上。

气体喷射器1还包括连接件6，该连接件在气体喷射器的轴向方向X-X上的中心轴线上具有呈贯穿孔形式的开口60。在此，连接件6布置在密封座44和促动器5之间。第一针导向部11设置在连接件6的开口60中。在此，在第一针导向部22和开口60之间构造万向导向部。在开口60中还设置有止挡部8，该止挡部限界关闭元件3的行程31。

气体喷射器1还包括支撑套筒13和中间环19，该中间环优选借助熔焊连接部固定在阀针20上。如从图1中可看出，支撑套筒13包括在支撑套筒13的第一端部上的径向向外指向的第一法兰13a和在支撑套筒的第二端部上的径向向内指向的第二法兰13b，支撑套筒的该第二端部比第一端部布置得更靠近密封座44。如从图1中可看出，复位元件9在此支撑在径向向外指向的第一法兰13a和阀壳体10的内突出部10a上。

在连接件6中还设置有进气口61，该进气口在该实施例中侧向地布置在连接件6上。如由箭头P表明的那样，在此通过进气口7将气体供应到阀壳体10的内部。在此，复位元件9被气态介质环流。在此，气态介质可以沿着阀针20的外周流到密封座44。

气体喷射器1还包括阀座4，其中，在阀座4和阀盘21之间构造密封座44。

阀座4包括中心接收开口40以及多个贯通孔41，该中心接收开口位于气体喷射器的中心轴线上，气态介质可以通过所述多个贯通孔朝密封座44的方向流动。在该实施例中，四个贯通孔41围绕中心接收开口40对称地布置。阀座4固定在壳体10上。

阀座4包括用于第二针导向部12的导向区域。第二针导向部12构造在阀盘21的颈部区域21b和阀座4中的中心接收开口40之间。因而，第二针导向部12布置在密封座44附近，并且接收开口40是第二针导向部12的一部分。

在密封座44上优选构造阀盘21与阀座4之间的万向支承。由此，可以实现密封座44处的线状密封。

促动器5还包括接触元件50，该接触元件以与阀针20直接接触的形式位于阀针的背离燃烧室30的端部上。

此外，气体喷射器1包括绝热装置7，该绝热装置可从图1和图2中详细地看出。绝热装置7包括板材构件70和间隙71。间隙71设置在板材构件70和阀盘21之间。

板材构件70设置为绝热板并且优选为由导热性差的不锈钢制成的深冲部件。该不锈钢例如是X5CrNi18-10。优选，板材构件70具有约0.2mm的壁厚。

如尤其从图2中可看出，板材构件70借助压紧连接部14与阀盘21的外边缘区域21c连接。在此，板材构件70基本上具有罐状构型，其中，在板材构件70的中心区域中在朝燃烧室的方向上构造隆起部70a。由此，在板材构件70和阀盘21之间的间隙71的容积在这样的区域中相对较大：该区域通过直线的喷射器尖端32而直接暴露于热的燃烧气体并且因而被良好地绝热。

在间隙71中优选存在空气。由此，可以对板材构件70和阀盘21之间的压紧连接部14提出相对较低的要求。

如进一步从图2中可看出，板材构件70具有多个变形区域72，所述多个变形区域构造为部分球形的支撑凸台。在此，变形区域72直接与阀盘21的指向燃烧室30的侧接触。变形区域尤其也改进了板材构件70相对于相对较高的燃烧室压力的稳定性。

应注意，代替板材构件70和阀盘21之间的压紧连接部14，其它连接方法也是可行的，例如通过构造板材构件的弹动地卡入到阀盘的凹槽中的卷边或边缘。

在此，第一实施例的气体喷射器1的功能如下。如果要进行气态燃料的吹入，则操纵促动器5，使得接触元件50在轴向方向X-X上运动并且由此关闭元件2也朝燃烧室30的方向运动。由此，关闭元件2打开密封座44上的环形的贯通开口3，使得气态介质可以经由进气口61和阀壳体10的内部区域流向阀尖端32并且流入到燃烧室30中。在此，气态燃料可以流过阀座4中的贯通孔41。为了在此将贯通孔41的节流效果保持得尽可能小，这些贯通孔具有相对较大的直径，使得通过阀座4的总穿流横截面相对较大。

由于中间环19与阀针20固定连接，因此在阀针20轴向运动时支撑套筒13也朝燃烧室30的方向运动，由此复位元件9被压缩。如果现在应结束气态燃料的吹入，则停用促动器，使得复位元件9借助通过支撑套筒13和中间环19实现的连接使关闭元件2再次复位到图1中示出的起始位态中。

在关闭元件2轴向运动期间，关闭元件因而在阀座4上的第一针导向部11和第二针导向部12上被导向。

此外，在连接件6上设置用于促动器5的安装法兰63。安装法兰63套筒状地朝促动器5的方向延伸，其中，在安装法兰63和促动器5之间构造熔焊连接部64。这种熔焊连接部64具有这种优点：促动器5可以以简单的方式作为气体喷射器的最后一个构件被固定，尤其是，在轴向方向X-X上的由公差决定的长度差可以通过促动器5关于其余气体喷射器的轴向安装位置来补偿。如果促动器5布置在正确的轴向位置中，则促动器5和安装法兰63之间的固定连接通过熔焊连接部实现。

进一步，供气管线61在连接件6中的侧向布置能够实现：气态介质不必穿过促动器5本身。由此，可以以优化的方式设计促动器5，而无需考虑气体穿通部或气体传输线路或类似物。

因而，通过将绝热装置7设置在阀盘21上，在运行中可以实现：可以避免：密封座44处的磨损增加或密封座44上的构件、尤其是阀盘21和阀座4的翘曲。由此，实现了气体喷射器在关闭状态下的更高的密封性，因为阀盘21和阀座4保持其经设计的几何构型并因而能够实现可靠的关闭过程。在此，通过设置板材构件70和充注有空气的间隙71可以非常简单且低成本地提供绝热装置7。尤其，通过在板材构件70和阀盘21之间设置压紧连接部14不必在这两个构件之间构造熔焊连接部，这同样可能会导致构件的翘曲。

图3示出根据本发明的第二实施例的气体喷射器1。相同的或功能相同的部件像在第一实施例中那样以相同的附图标记来表示。

不同于第一实施例，第二实施例的气体喷射器1在板材构件70和阀盘21之间具有另一连接类型。如从图3中可看出，在板材构件70和阀盘21之间构造熔焊连接部15。熔焊连接部15是环绕的焊缝。为此，在板材构件70上设置卷边70b，该卷边径向向外突出并且焊接在外边缘区域21c的端侧上。通过熔焊连接部能够实现间隙71的改进的绝热。由此，间隙71可以例如构造为真空或替代地充注有导热性差的气体、例如二氧化碳。熔焊连接部15在此防止从间隙71中逸出。在其他方面，该实施例相应于前述实施例，使得可以参考那里给出的描述。

图4示出根据本发明的第三实施例的气体喷射器1。相同的或功能相同的部件像在前述实施例中那样以相同的附图标记来表示。

第三实施例相应于第一实施例，其中区别是：阀针20和阀盘21设置为一件式构件。由此，尤其是省去了阀盘21和阀针20之间的熔焊连接部，使得不会由于这种熔焊连接部而在阀盘21上出现翘曲。此外，绝热装置7的间隙71充注有绝热材料16。在这个实施例中，绝热材料是聚四氟乙烯。然而也可设想其他材料。因而，间隙71不再是中空的并且充注有气体或设置为真空，而是间隙71完全地充注有绝热材料。由此，优选在阀盘21和板材构件70之间设置压紧连接部14，因为该压紧连接部可以简单且成本有利地且在没有通过熔焊连接部引起的附加热量输入的情况下提供。在其他方面，该实施例相当于前述实施例，使得可以参考那里给出的描述。

Claims (10)

1.一种用于吹入气态介质、尤其是氢气的气体喷射器，该气体喷射器包括：

-关闭元件(2)，所述关闭元件释放和关闭在密封座(44)上的贯通开口(3)，其中，所述关闭元件(2)包括阀针(20)和阀盘(21)，

-促动器(5)，所述促动器用以操纵所述关闭元件(2)，和

-在所述阀盘(21)上的绝热装置(7)，所述绝热装置布置在所述阀盘(21)的朝燃烧室(30)指向的一侧上并且包括单独的板材构件(70)，其中，在所述板材构件(70)和所述阀盘(21)之间保留间隙(71)。

2.根据权利要求1所述的气体喷射器，其中，所述间隙(71)是空腔，所述空腔充注有空气或导热性差的气体、尤其是二氧化碳，或者在所述空腔中构造真空。

3.根据权利要求1所述的气体喷射器，其中，所述间隙(71)充注有绝热材料、尤其是聚四氟乙烯。

4.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述绝热装置的所述板材构件(70)完全遮盖所述阀盘(21)的盘区域(21a)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述阀盘(21)具有朝所述燃烧室(30)指向的环绕的外边缘区域(21c)，其中，所述板材构件(70)紧固在所述边缘区域(21c)上。

6.根据权利要求5所述的气体喷射器，其中，在所述板材构件(70)和所述阀盘(21)的所述边缘区域(21c)之间构造压紧连接部(14)或熔焊连接部(15)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的气体喷射器，其中，所述板材构件(70)具有在径向方向上向外指向的边缘，所述边缘在所述阀盘(21)的所述边缘区域(21c)中嵌接在环绕区域(21c)中的凹槽中或固定在所述边缘区域(21c)的端面侧端部上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述板材构件(70)还具有多个变形区域(72)，所述变形区域朝所述阀盘(21)的方向突出。

9.根据权利要求8所述的气体喷射器，其中，所述变形区域(72)接通所述阀盘(21)并且尤其是构造为部分球形的支撑凸台。

10.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述板材构件(70)具有隆起部(70a)，所述隆起部指向所述燃烧室(30)的方向。

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