CN116867963A - 具有降低的磨损的气体喷射器 - Google Patents

具有降低的磨损的气体喷射器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于吹入气态燃料的气体喷射器，包括一种用于吹入气态燃料的气体喷射器，所述气体喷射器包括：电磁促动器(2)，所述电磁促动器具有衔铁(20)、内极(21)和线圈(22)；关闭元件(3)，所述关闭元件在阀座(90)处释放和封闭气体路径(14)，其中，所述衔铁(20)与所述关闭元件(3)连接；封闭的润滑剂室(4)，所述润滑剂室被填充以润滑剂并且在所述润滑剂室中布置有所述衔铁(20)，其中，所述润滑剂确保对所述衔铁(20)的润滑；以及，第一柔性密封元件(51)和第二柔性密封元件(52)，所述第一柔性密封元件和所述第二柔性密封元件将所述润滑剂室(4)相对于所述气体路径(14)密封。

Description

具有降低的磨损的气体喷射器
技术领域
本发明涉及一种用于吹入气态燃料、尤其是氢气或天然气或等的、具有降低的磨损的、尤其是用于内燃机的气体喷射器。该气体喷射器尤其设计为用于直接吹入到内燃机的燃烧室中。
背景技术
由现有技术中已知气体喷射器的各种构型。气体喷射器中的问题由原理决定地在于：由于待吹入的介质是气态的，无法通过该介质实现润滑，如这例如在喷射汽油或柴油的燃料喷射器中那样。由此在运行中引起与用于液态燃料的燃料喷射器相比过度的磨损。在此，具有改进的磨损行为的气体喷射器是值得期望的。
发明内容
相反，根据本发明的具有权利要求1特征的用于吹入气态燃料的气体喷射器具有这种优点：能够显著地降低气体喷射器的磨损。由此延长了气体喷射器的使用寿命并且基本上相应于用于液态燃料的燃料喷射器的使用寿命。这根据本发明通过以下方式实现，气体喷射器具有位于封闭的润滑剂室中的润滑剂，在该润滑剂室中布置有气体喷射器的可运动部件。气体喷射器包括具有衔铁、内极和线圈的电磁促动器。在此，与关闭元件机械连接的衔铁设置为用于能够实现用于打开和/或关闭喷射器的运动，该关闭元件在阀座处释放和封闭气体路径。位于润滑剂室中的衔铁因此位于润滑剂室内部中并且持续地被供给润滑剂和被润滑，该衔铁在线圈通电时由于电磁力而被拉向电磁促动器的内极。由此，衔铁处的磨损与至今由现有技术中已知的气体喷射器相比显著降低。被润滑剂在周围流动的衔铁在撞击到内极时其运动被阻尼，使得由衔铁传递到内极上的冲量比没有润滑剂时更低。该喷射器因此比没有润滑剂的喷射器更安静。为了确保润滑剂室的密封性，设置第一和第二柔性密封元件，所述第一和第二柔性密封元件使润滑剂室在部分区域处密封。此外，通过使用填充有润滑剂的封闭的润滑剂室能够显著地延长气体喷射器的使用寿命。优选，润滑剂室在此完全充满了润滑剂。
因此，润滑剂室由两个柔性密封元件密封，从而在润滑材料在润滑材料存储器中移动时能够防止产生不利的过压或负压，该过压或负压例如可以经由润滑材料存储器的构件对气体喷射器的关闭元件施加非期望的力。通过设置两个柔性密封元件，即使对密封元件之一施加了非期望的力(这可能导致封闭的润滑剂室中的压力升高或压力下降)，压力变化也能够通过第二柔性密封元件来补偿。因此，可以成功地防止封闭的润滑剂室中的不希望的压力升高或压力下降。
从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。
进一步优选，气体喷射器还包括蓄能弹簧，该蓄能弹簧从外部对封闭的润滑剂室中的润滑剂施加预确定的力。优选，在此施加在0.5至10x 105Pa的过压，特别优选1至5x105Pa的过压。因此，润滑剂室中的润滑剂能被置于预确定的预张力下，从而可以可靠地防止可能对关闭元件的行程产生影响的不希望的变形。
特别优选，第一柔性密封元件是第一波纹管，并且，第二柔性密封元件是第二波纹管。进一步优选，第一和第二波纹管相同地构造，即具有相同的平均波纹管直径和相同数量的波纹管波纹。由此，尤其可以降低气体喷射器的制造成本。
第二波纹管进一步优选地经由具有导向销的盘与蓄能弹簧连接。由此能够实现简单且成本有利的结构。此外，由此能够借助蓄能弹簧直接对第二波纹管施加一定的预张力，从而在存储空间中产生过压。
根据本发明的另一优选构型，气体喷射器还包括第一和第二关闭元件导向部。第一和第二关闭元件导向部在此优选均布置在存储空间中。关闭元件优选仅具有两个第一和第二关闭元件导向部，使得用于关闭元件的所有导向元件均布置在填充有润滑剂的润滑剂室的内部中。由此确保了对润滑剂室的内部中的气体喷射器的所有重要构件的润滑。由此，气体喷射器的使用寿命实际上可以相应于用于液态燃料的使用寿命。
根据本发明的另一优选构型，蓄能弹簧布置在第二波纹管之内。因此，润滑剂室沿径向在第二波纹管之外扩展并且由壳体构件界定。由此，能够实现尤其在气体喷射器的轴向方向上更紧凑的结构，因为蓄能弹簧布置在第二波纹管的内部中。
进一步优选，在润滑剂室中布置有制动装置，该制动装置设置为用于在关闭元件的复位过程中制动关闭元件。由此能够减少在阀座处的磨损，因为通过关闭元件的制动在复位过程中能够减少关闭元件对阀体座的冲击。制动装置可以减少关闭元件撞击到阀体时的冲量，尤其是由于阀座通常是非常干燥的并且位于热的燃烧室气氛中。
制动装置优选包括制动销和弹性制动元件，例如弹簧或弹性构件。制动销在复位过程时能被带入与衔铁和/或关闭元件的作用连接中，使得衔铁在它实际冲击在止挡部上之前撞击到制动销上并且使该制动销抵着弹性元件的力运动，从而可在复位过程中实现对衔铁的阻尼。尤其地，降低了衔铁的复位速度。这附加地还通过利用制动装置所提供的附加质量加速度得到支持。此外，通过在衔铁与制动销之间的润滑剂的移动实现了进一步的制动。通过导向元件等与制动销的摩擦也可以进一步降低关闭元件的复位速度。这都减低了衔铁在止挡部处的冲击力，使得衔铁的使用寿命能够被进一步延长。
特别优选，在制动销上布置有制动导向元件，该制动导向元件确保导向销的稳定运动。此外，通过制动导向元件可以附加地在关闭元件的复位过程中产生摩擦，该摩擦附加地提供阻尼功能。
优选，在喷射器的关闭状态中，在制动导向元件与制动销之间的轴向间隙B小于在衔铁与内极之间的轴向间隙C。在此，在制动导向件与制动销之间的轴向间隙B处于在衔铁与内极之间的轴向间隙C的1％到90％的范围中。特别优选，在制动导向元件与制动销之间的轴向间隙B在此小于轴向间隙C的25％，进一步优选在轴向间隙C的3％至10％的范围中。轴向间隙C优选具有0.05mm至3mm的大小，尤其是0.8mm的大小。
优选，作为润滑剂使用油、尤其是矿物油、合成烃油、酯油或聚乙二醇油。替代地，也使用液态燃料，尤其是柴油或汽油。进一步替代地，使用油脂作为润滑剂。
进一步优选，第一和第二柔性密封元件分别是单层或多层的波纹管。该波纹管优选由金属制成或者替代地由塑料制成。第一波纹管优选以第一端部直接固定在关闭元件上并且以另一端部固定在气体喷射器的壳体构件上。该固定可以例如在金属波纹管的情况下借助焊缝来实现。
替代地，第一和第二柔性密封元件分别是膜或分别是橡胶元件。膜可以是单层的或多层的并且例如借助激光焊接固定在对应构件上，以用于密封润滑剂室。
优选，气态燃料的气体路径设置在气体喷射器的阀壳体与气体喷射器的执行器壳体之间的区域中。由此能够将执行器布置在壳体中并且至少部分地作为组件被预装配。由此能够也以相对简单的方式使润滑剂室布置在执行器壳体的内部中。
替代地，气态燃料的气体路径通过电磁促动器的区域形成，尤其是通过线圈室构成，在该线圈室中布置有电磁促动器的线圈。由此可以省去用于电磁促动器的单独的执行器壳体。特别优选地，电接触部然后贯穿气态燃料的气体路径。由此尤其能够降低气体喷射器结构的复杂性。应注意的是，贯穿气体室的电接触部当然必须相对于外部被密封。
进一步优选，在用于气态燃料的气体路径中布置过滤器，以便过滤掉可能存在于气态燃料中的固体颗粒或者以便过滤掉由制造决定的或由装配决定的固体颗粒。进一步优选，在关闭元件上也设置导向构件，尤其是当关闭元件是长形阀针时。
气体喷射器优选是向外打开的喷射器。进一步优选，气体喷射器是压力平衡的。由此，用于通过电磁促动器打开气体喷射器的力与气体压力无关。因此，用于在通电开始或者说通电结束之后打开和关闭喷射器的时间也与气体压力无关。这又允许在不同气体压力下的运行。在预期小的吹入量的情况下可以降低气体压力，并且，在预期大的吹入量的情况下可以提高气体压力。当波纹管的平均直径等于关闭元件与阀体之间的座接触线的直径时，喷射器是压力平衡的。然而，波纹管的平均直径也可以实施成小于或大于座直径。在第一种情况下，在气体压力较高的情况下降低了作用到阀针上的总关闭力并且喷射器在通电时更快地打开并且在通电之后更慢地关闭。这得到提高的气体吹入量。在第二种情况下，在气体压力较高的情况下作用到阀针上的关闭力提高。这又可以补偿由于较高的气体压力而造成的阀座泄漏量的增加。
复位优选借助复位弹簧来进行。在压力平衡的喷射器中，在气体喷射器的关闭状态中尤其不存在由于气态燃料而作用到阀针上的、在打开方向上起作用的压缩力，使得关闭元件的负荷可以被显著地降低。
附图说明
下面，参考所附的附图详细描述本发明的实施例。在附图中示出：
图1根据本发明的第一实施例的气体喷射器的示意性剖视图；
图2根据本发明的第二实施例的气体喷射器的示意性剖视图；以及
图3根据本发明的第三实施例的气体喷射器的另一示意性的放大的局部剖视图。
具体实施方式
下面参考图1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。
从图1中可看出，气体喷射器1为了引入气态燃料而包括电磁促动器2，该电磁促动器使关闭元件3、在本实施例中是向外打开的阀针从关闭状态运动到打开状态中。图1在此示出气体喷射器的关闭状态。
电磁促动器2包括衔铁20，该衔铁借助衔铁销24贴靠在关闭元件3上。此外，电磁促动器2包括内极21、线圈22和磁壳体23，该磁壳体确保了电磁促动器的磁回流。
此外，气体喷射器1包括具有连接管70的主体7，通过该连接管供应气态燃料。在此，在主体7上固定阀壳体8，在该阀壳体中布置有电磁促动器2。阀体9连接到阀壳体8，在该阀体的自由端部上设置有阀座90，该阀体8连接其自由端部设置阀座90的阀体9，在该阀座中关闭元件3释放和封闭用于气态燃料的通路。
在图1中示意性地示出电接头13，该电接头通过主体7被导向至电磁促动器2。
设置保持体12，以便将内极21固定在阀体9上。
附图标记10标记用于关闭元件3的复位元件，以便使该关闭元件在打开过程之后再次复位到图1中所示出的关闭状态中。
在图1中还示出作为穿过气体喷射器1的气体路径14的气体流动。在此，气体流动在连接管处开始并且然后被改道90°地导向到阀壳体8与主体7之间的环形室80中。气体流动14在此继续在电磁促动器2的外部区域旁边经过、通过在关闭元件3处的区域中的过滤器11直到阀座90前方。在此，各个构件中设置有相应的在图中没有示出的破口。
在打开气体喷射器1时，气态燃料在电磁促动器2的外周和打开的密封座90旁边流过而进入到内燃机的燃烧室中，这在图1中通过箭头A来表示。
因此，关闭元件3在阀座90处释放气体路径并且将该气体路径封闭。为了导向，设置在阀体9处的第一导向区域31和在关闭元件3与阀针导向17之间的第二导向区域32，如从图1中可详细看到的。
此外，气体喷射器1包括封闭的润滑剂室4。封闭的润滑剂室4完全或部分地被填充以润滑材料、例如油。在此，第二导向区域32布置在润滑剂室4之内。
如从图1中可看出的，润滑剂室4由第一柔性密封元件51、阀针导向17、内极21、磁壳体23、蓄能体18和第二柔性密封元件52定义。第一和第二柔性密封元件51、52分别构造为波纹管。第一和第二柔性密封元件51、52在此相同地构造。
如进一步从图1中可看出的，第二柔性密封元件52利用导向销、例如借助焊接连接被固定在盘19上。此外，气体喷射器1包括蓄能弹簧40，该蓄能弹簧支撑在主体7上并且经由盘19预张紧第二柔性密封元件52。在蓄能体18中设置有横向钻孔18a，使得位于润滑剂室4中的润滑剂也位于第二柔性密封元件52内的区域中。
第一柔性密封元件51固定在与关闭元件3连接的弹簧座16上，并且在另一个端部处与阀针导向17连接。复位元件10在此支撑在弹簧座16上，该弹簧座与关闭元件3固定连接。
因此，润滑剂室4具有两个柔性密封元件51、52以及蓄能弹簧40。蓄能弹簧40对位于润滑剂室4中的润滑剂施加一定的预张力，例如1x105Pa的预张力。如果现在在向左的打开过程中润滑剂由于关闭元件3的行程或由于润滑剂的冷收缩或热膨胀而发生移动，则能够通过在第二柔性密封元件52处的偏转结合蓄能弹簧40的膨胀或者说收缩来补偿必要时在润滑剂室4的内部出现的负压或者说过压。因此，能够避免柔性密封元件51非期望的、经由波纹管作用面作用到关闭元件3上的力。
在封闭的润滑剂室4中布置有衔铁销24连同固定在其上的衔铁20。由于润滑剂室4被填充以润滑剂，例如液态燃料，例如汽油或柴油或油脂等，因此得到对衔铁20的持续润滑。由此，可以补偿在现有技术中在燃料为气态的情况下出现的可运动部件缺乏润滑的问题。
如由图1可以看出的，为了填充封闭的润滑剂室4，在主体7中设置填充通道63。填充通道63借助封闭球体64被流体密封地封闭。
在封闭的润滑剂室4中还布置有制动装置6。制动装置6包括制动销60，制动弹簧61和制动导向元件62。制动导向元件62用于导向制动销60并且布置在磁壳体23的内周上。
在此，制动销60经由衔铁销24与衔铁作用连接。制动弹簧61布置在制动销60和蓄能体18之间。
在此，制动装置6具有这种任务：在气体喷射器1的关闭过程中，将关闭元件3连同衔铁20一起制动。该制动在此一方面通过制动销60上的制动弹簧61的制动弹簧力实现，以及通过在制动销60从轴向贴靠面65上抬起时在制动销60与固定的制动导向元件62(参见图1)之间的轴向贴靠面65上的液压粘附来实现。
附加地，在关闭元件3复位时，该关闭元件通过制动导向元件62中的摩擦被制动，衔铁销24也部分地伸入到该制动导向元件中。此外，要加速的质量和润滑材料在封闭的润滑剂室4中的移动导致在关闭过程时的附加制动。
如从图1中可看出的，在关闭状态中，在衔铁20与内极21之间设置轴向间隙C。在制动销60与制动导向元件62之间设置轴向间隙B。在衔铁20与内极21之间的轴向间隙C优选在0.05mm至3mm的范围中并且特别优选在0.3mm至1mm之间。然后，在线圈22通电时，衔铁20被拉向内极21，从而经由衔铁销24将关闭元件3带入到打开状态中，使得气态燃料可以流出到燃烧室中。应注意的是，为了减少漏磁通量，尤其是衔铁销24和/或套筒形的阀针导向17由不能磁化的材料制成。
在制动销60与制动导向元件62之间的轴向间隙B在此小于在衔铁20与内极21之间的间隙C并且在打开过程时同样通过制动弹簧61的弹簧力被关闭。优选，间隙B是间隙C的1％至90％。由此，在复位过程中在制动导向元件62处实现制动销60的液压粘附。
在图1中所示出的气体喷射器1在此是压力平衡的。也就是说，关闭元件3经由弹簧座16与第一柔性密封元件51连接，其中，实施为金属波纹管的第一柔性密封元件51具有平均直径D1，该平均直径等于阀座90处的直径D2，关闭元件3在该阀座处密封阀体9。由此得出，没有压缩力作用到关闭元件3上，使得打开关闭元件3所必需的磁力可以保持得非常小，并且尤其是与气态燃料的压力无关。
应注意的是，代替波纹管，例如膜或软管或橡胶元件等也可以能作为柔性密封元件51、52。
因此，气体喷射器1在可运动部件处、尤其是在阀座90、衔铁20处和衔铁销24中能够提供降低的磨损。此外，通过具有液态润滑剂的封闭的润滑剂室4能够显著地改善来自电磁促动器2的热排放。此外，通过两个柔性密封元件51、52可以防止非期望的力作用于关闭元件3。
图2示出根据本发明的第二实施例的气体喷射器1。相同的或者说功能相同的部件如在第一实施例中那样被标注。
如从图2中可看出的，气体喷射器1的结构原则上与第一实施例的结构相同。然而，与此不同地，润滑剂室4在第二实施例中被不同地设置。如从图2中可看出的，第一导向区域31和第二导向区域32位于润滑剂室4的内部中。第一导向区域31布置在阀针导向部上，并且，第二导向区域32布置在弹簧座16上。由此也能够通过位于润滑剂室4中的润滑剂实现对两个导向区域31、32的润滑。此外，关闭元件3具有环形凸缘33，第一柔性密封元件51固定在该环形凸缘上。在另一个端部处，第一柔性密封元件51固定在阀针导向部17上。如从图2中可看出的，复位元件10也布置在润滑剂室4中并且支撑在阀针导向17上。因此，在第二实施例中，甚至更多的可运动部件布置在润滑剂室4内，使得可以进一步减少第二实施例的气体喷射器的磨损。
在其它方面，这个实施例相应于第一实施例，使得可以参阅那里给出的描述。
图3示出根据第三实施例的气体喷射器1的细节，其中，相同或者说功能相同的部件如在前述的实施例中那样标注有相同的附图标记。第三实施例可以与第一实施例或第二实施例相组合。如从图3中可看出的，第三实施例在第二柔性密封元件52的区域中被改变。如从图3中可看出的，蓄能弹簧40布置在构造为波纹管的第二柔性密封元件52的内部中。在此，润滑剂位于第二柔性密封元件52的径向外部。蓄能弹簧40在此支撑在弹簧座19和主体7上，该弹簧座共同界定润滑剂室4。为了导向弹簧座19，设置套筒42。因此，气体喷射器1的轴向结构长度能够通过蓄能弹簧40在第二柔性密封元件52的内部中的定位而被减小。在第三实施例中的另一个区别在于：第三实施例的制动弹簧61是锥形的螺旋压力弹簧。由此可以进一步减小气体喷射器1的轴向结构长度。
在其它方面，第三实施例相应于第一或者说实施例，使得可以参阅那里给出的描述。

Claims (11)

1.一种用于吹入气态燃料的气体喷射器，所述气体喷射器包括：
-电磁促动器(2)，所述电磁促动器具有衔铁(20)、内极(21)和线圈(22)；
-关闭元件(3)，所述关闭元件在阀座(90)处释放和封闭气体路径(14)，其中，所述衔铁(20)与所述关闭元件(3)连接；
-封闭的润滑剂室(4)，所述润滑剂室被填充以润滑剂并且在所述润滑剂室中布置有所述衔铁(20)，其中，所述润滑剂确保对所述衔铁(20)的润滑；和
-第一柔性密封元件(51)和第二柔性密封元件(52)，所述第一柔性密封元件和所述第二柔性密封元件将所述润滑剂室(4)相对于所述气体路径(14)密封。
2.根据权利要求1所述的气体喷射器，所述气体喷射器还包括蓄能弹簧(40)，所述蓄能弹簧从外部对在所述封闭的润滑剂室(4)中的所述润滑剂施加预确定的力。
3.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述第一柔性密封元件(51)是第一波纹管，并且其中，所述第二柔性密封元件(52)是第二波纹管。
4.根据权利要求3所述的气体喷射器，其中，所述第二波纹管经由盘(19)与所述蓄能弹簧(40)连接。
5.根据权利要求3或4所述的气体喷射器，其中，所述第一波纹管具有与所述第二波纹管相同的平均直径以及相同数量的波纹管波纹。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，所述气体喷射器还包括至少两个用于导向所述关闭元件(3)的导向区域(31、32)，这两个导向区域均布置在所述润滑剂室(4)中。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的气体喷射器，其中，所述蓄能弹簧(40)布置在所述第二柔性密封元件(52)之内，并且，所述润滑剂室位于所述第二柔性密封元件(52)之外。
8.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，在所述润滑剂室(4)中布置有制动装置(6)，所述制动装置设置为用于在所述气体喷射器从打开状态到关闭状态的复位过程中制动所述关闭元件(3)。
9.根据权利要求8所述的气体喷射器，其中，所述制动装置(6)具有制动销(60)和弹性制动元件(61)，其中，所述制动销(60)和所述弹性制动元件(61)在所述复位过程中能被带入到与所述关闭元件(3)和/或所述衔铁(20)的作用连接中。
10.根据权利要求9所述的气体喷射器，其中，所述制动销(60)在所述润滑剂室(4)中在制动导向元件(62)中被导向。
11.根据权利要求10所述的气体喷射器，其中，在所述喷射器的关闭状态中，在所述制动导向元件(62)与所述制动销(60)之间的第一轴向间隙(B)小于在所述衔铁(20)与所述内极(21)之间的第二轴向间隙(C)。
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