CN1188617C - 用于气体流的电磁阀及使用该阀的内燃机 - Google Patents
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Abstract
一种气体流电磁阀，它包括：一个组合电磁电路(13，12，17)，在激活时产生用机械方式打开或关闭阀的电磁力；一个可移动盘状件(17)，至少其一部分包括在所述电磁电路中，本盘状件被引导沿着垂直于所述盘状件表面的方向直线移动。本阀门还包括一个与盘状件共同工作的阀门座(21，24)，用于实现阀门机械闭合和密封；一个作用在盘状件(17)上的回弹装置(15)；以及一个节气阀形式的测量件(23)，其中所述可移动盘状件(17)具有圆形形状，并具有一个布置在固定衔铁(12)中心的合适滑动轴承(14)中的、固定于且垂直布置于盘状件上表面的同心圆筒导向件或轴(34)，用来引导所述盘状件在垂直于盘表面方向移动。
Description
技术领域
本发明涉及用于气体流的电磁阀。这种阀的一种特殊用途是用作内燃机的气态燃料喷射阀。因此，本发明也涉及具有一个或多个这类阀的内燃机。
背景技术
诸如汽车马达等内燃机排放的气体导致的空气污染问题，促使科学家和汽车制造商寻求新燃料和其它类似燃料如压缩天然气或液化石油气(LPG)，它们有潜力显著降低污染气体和导致温室效应的其它气体排放。
可是，目前喷射和测量这类新燃料的方法不能提供与使用正常燃油方案相等的性能。
已知燃料系统测量和将气态燃料与进入内燃机空气混合起来的原理是基于文氏管效应或基于燃油连续喷射。可是，这些系统典型情况下有很多机械零件，并且不能提供满足内燃机油料需要在某些显著变化时的响应时间。
这样，当这些已知的气态燃料喷射系统与诸如具有λ探头控制的三通催化转换器类型的连带排气净化系统一起工作时，为了提供排放气体的最佳净化，它们不允许在发动机载荷和速度的快速转换期间将空气/燃油比保持在期望值。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种用于通用的气体流的电磁阀，它可以应用到许多需要具有极短响应时间的简单的耐磨阀的工业场合。
本发明的另一个目的是提供一种适合诸如内燃机的气态燃料的电磁喷射阀。这种喷射阀可安装在内燃机的入口或入口支管上，以喷射燃料。由于阀的响应时间短，因此可以在脉动模式下工作。
用于气态燃料的传统喷射系统的总响应时间，归因于用于测量油料的致动器的操作、传输气体混合物通过入口管或支管到相应汽缸中的时间，以及通过供给管到支管输送油料的特性。
上述和其它目的通过本发明实现，其特征在于所述阀包括：
一个电磁电路，在激活时产生用机械方式打开或关闭阀的电磁力；
一个可移动盘状件，至少其一部分包括在所述电磁电路中，本盘状件被引导沿着垂直于所述盘状件的表面的方向直线移动；
一个与盘状件共同工作的阀门座，用于实现阀门机械闭合和密封；
一个作用在盘状件上的回弹装置；
一个布置在所述阀门座下游的孔，本孔的直径优选形成气流的声速截面，这使得能够精确调节允许通过的气体量作为时间的函数，在此期间，阀门在打开位置而不必考虑下游气压。
本发明的所述阀中所述可移动盘状件具有圆形形状，并具有一个布置在固定衔铁中心的合适滑动轴承中的、固定于且垂直布置于盘状件上表面的同心圆筒导向件或轴，用来引导所述盘状件在垂直于盘表面方向移动。
按照本发明的阀门的重要优点在于只有一个移动件(如果计算弹簧，那么为两个)、惯量低、响应时间极短并且极为耐磨。
这种阀用作内燃机的气态燃料喷射阀时，能够使用脉动模式来喷射燃气进入通过入口或入口支管进入内燃机的空气流并允许两类气流最佳混合。
由于很简单但富于创造性的设计，其可靠性和寿命是出色的。
附图简要说明
通过参照附图阅读说明书，本发明的其它目的、应用和优点会显而易见。这些附图包括：
图1表示按照本发明的用于气体流的电磁阀的截面图；
图2表示盘状件17下表面的一个实施例；
图3是按照图2的盘状件17的截面图；
图4和图5表示盘状件的两个其它实施例。
图6表示具有按照本发明喷射阀的内燃机。
发明详述
现在利用具体实施例来进一步说明本发明。
图1表示按照本发明的用于气体流的电磁阀的截面图。本阀的具体实例可以用作内燃机的气态燃料的电磁喷射阀。由于阀的特性，阀在其具体应用中可得到控制，以便在压力下向发动机中间接地脉动喷射气态燃料。间接喷射是指气态燃料加入到汽缸的空气流中的喷射模式。为得到燃油系统很短的总体响应时间，阀可安装在很靠近马达输入口的位置。在多汽缸发动机上，所有汽缸可使用一个共用阀并将空气-燃气混合物通过支管分配到各个汽缸。在另一种构造中，可在靠近各个入口的支管上安装针对每个汽缸的独立阀。其优点是单独测量进入每个相应汽缸的燃料。
一般表示为10的电磁阀包括一个具有固定衔铁12的磁路和一个构成所述磁路可移动部分的盘状件17。应该指出，只是盘状件的一部分必须能导磁。一个螺线管线圈13布置在固定衔铁12的环形槽中。螺线管上的电接头33接受电能，通过产生将会移动盘状件17的磁力来使得电磁阀激活。
环状阀门座24与盘状件一起工作，在阀门没有激活时，一个诸如本实施例弹簧15形式的回弹件偏压盘状件使之与阀门座24接触。这样阀常闭。当然，这种通用阀可设计为常开。
在所示实施例中，盘状件17为圆形并具有固定于且垂直于盘状件上表面的同心圆筒导向件或轴34，用来引导所述盘状件在垂直于盘表面的方向移动。
在本实施例中，盘状件17的导向件34布置于固定衔铁12中心的合适滑动轴承14中。本轴承为自润滑型。
在此情况下，回弹件15布置在导向件和固定衔铁之间。在图1所示的实施例中，导向件34形成一个管，管的内圆筒面35容纳弹簧15形式的所述回弹件的下部。弹簧15上部布置在位于衔铁12中心的圆柱空腔37中。导向件的圆筒外表面在轴承14内部滑动并引导盘状件17运动。
在按照本发明的阀门的其它实施例中，可在所述盘状件边缘实现对其导向。在这种情况下，没有中心导向件34以及共同工作的滑动轴承14是必要的。当然，回弹件15也可以布置在盘状件的边缘，不必一定是弹簧形式。例如，可以采用弹性材料环的形式。
为保持阀门响应时间短，在盘状件两侧压力相同是重要的，这也包括压缩燃气突然进入阀门入口26时的开始阶段。这可以利用如阀门体上的旁通通道使得盘状件两侧气体沟通。在盘状件上合适的孔可得到同样的结果。燃气也可以围绕在盘状件和阀门座内表面之间的盘状件边缘循环。为了快速平衡在盘状件两侧上的压力，具有至少一个从边缘开始的径向槽的薄盘布置在盘状件17顶部。
在如图1到3所示的、按照本发明的用作喷射阀的阀门的具体实施例中，盘状件仅仅移动0.3mm，这意味在盘状件边缘的气流紊乱可忽略。
盘17也可以具有比图1所示直径小得多的直径，并在周围具有叶轮片。
在图1中所示的实施例中，电磁电路激活时会向上移动盘状件从而打开阀门。
燃料气体流输入开口26位于喷射阀本体18的侧面。当然，输入开口可以有不同形式的布置。
在静止时，环形阀门座24紧靠在盘状件17下表面上密封。优选诸如某些弹性材料如聚合物的环21形成所述座。这样，一方面允许由于螺线管13去激活而使得盘状件坐落在阀门座上时吸收振动能量，另一方面允许优良阀门密封，结果在阀门关闭时气体流不能从输入口26通过阀门到输出管道36循环。
当螺线管电激活时，至少一部分包括在电磁电路中的盘状件17从图1中的下部到上部移动，并允许入口管道26的气体流经由布置在盘下方的共轴环状空腔27进一步沿着下游通道23和出口管道36的方向通过盘和环状座之间。在本实施例中，为得到通过阀门的气体流声速流动，精确限定阀门的通道23的截面积。这意味着流速不依赖阀门下游一侧的压力。这在应用为喷射阀时很重要，因为该压力在发动机工作循环中变化很大。同时，外在阀门充分打开位置的、在底座24和盘之间的开口被限定，结果它远大于允许声速流动的孔23的面积。这样，气体流的流动仅仅依赖于到阀门10的入口上的气体流的压力。
在一个优选实施例中，盘状件17具有如图2所示在其下表面径向布置的槽25。这些槽具有倾斜截面，它们导致当气体流从入口管道26通过阀门向出口管道36循环时，盘17旋转。盘17的步进旋转允许座24、盘17在封闭位置和座24接触的区域、盘17上的导向件34和滑动轴承14均匀磨损。
盘的旋转也可以由诸如侧壁相对于盘17上下表面倾斜的通孔、或者在盘17上径向布置的也具有倾斜截面的槽28实现。
为降低盘17的质量，可将与阀门座共同工作的盘中心区以外的盘材料去除。
阀门用作内燃机38的喷射阀时，螺线管13的导电体33可与传递激活阀门的控制信号的控制单元39联接。优选布置在发动机上的一些探头40、41...测量供给到控制单元的相对控制参数。其中在这里按照一些合适的控制算法执行计算并产生最终控制信号。这种布置允许喷射气态燃料具有一定的可变周期和可变频率，从而具有一定的可变容量和一定的可变相位。因此，喷射阀可以在发动机循环的任何具体时刻供给油料，甚至在发动机的各个入口阀门关闭时也可以。在此情况下，合适的空气-燃气混合物时刻存储在支管内以等候各个阀门下一次打开。
Claims (10)
1.一种气体流电磁阀，包括：
一个组合电磁电路(13，12，17)，在激活时产生用机械方式打开或关闭阀的电磁力；一个可移动盘状件(17)，至少其一部分包括在所述电磁电路中，本盘状件被引导沿着垂直于所述盘状件表面的方向直线移动；一个与盘状件共同工作的阀门座(21，24)，用于实现阀门机械闭合和密封；一个作用在盘状件(17)上的回弹装置(15)；一个节气阀形式的测量件(23)，紧邻阀门座下游布置以产生燃气流动的声速条件，使得阀门打开时燃气的流动不依赖下游气压的波动，其特征在于所述可移动盘状件(17)具有圆形形状，并具有一个布置在固定衔铁(12)中心的合适滑动轴承(14)中的、固定于且垂直布置于盘状件上表面的同心圆筒导向件或轴(34)，用来引导所述盘状件在垂直于盘表面方向移动。
2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述滑动轴承(14)不需要润滑。
3.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述阀门座(24)为环形并在静止时靠紧盘状件(17)下表面密封。
4.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述阀门座(24)具有弹性材料环(21)，它一方面允许由于螺线管(13)去激活而使得盘坐落在阀门座上时吸收振动能量以限制回弹，另一方面允许在阀门关闭时阀门具有优良密封。
5.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述回弹件(15)为弹簧形式并布置在盘状件(17)的中心。
6.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述盘状件(17)具有径向布置在其下表面的槽(25)，这些槽具有倾斜截面，它们使得当气体流从入口管道(26)通过阀门向出口管道(36)循环时，盘(17)旋转。
7.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述盘状件(17)具有带倾斜截面且径向布置在盘(17)上的槽(28)，它们使得当气体流从入口管道(26)通过阀门向出口管道(36)循环时，盘(17)旋转。
8.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于所述盘状件(17)具有至少一个侧壁相对于盘(17)上下表面倾斜的通孔，通孔使得当气体流从入口管道(26)通过阀门向出口管道(36)循环时，盘(17)旋转。
9.一种具有至少一个气态燃料喷射阀的内燃机发动机，所述喷射阀包括：一个组合电磁电路(13，12，17)，在激活时产生用机械方式打开或关闭阀的电磁力；一个可移动盘状件(17)，至少其一部分包括在所述电磁电路中；一个与盘状件共同工作的阀门座(21，24)，用于实现阀门机械闭合和密封；一个作用在盘状件(17)上的回弹装置(15)；一个节气阀形式的测量件(23)，紧邻阀门座下游布置以产生燃气流动的声速条件，使得阀门打开时燃气的流动不依赖下游气压的波动，其特征在于借助于一个布置在所述电磁电路的固定衔铁(12)中心的合适滑动轴承(14)中的、固定于且垂直布置于盘状件(17)上表面的圆筒导向件或轴(34)，引导所述盘状件(17)沿着垂直于所述盘状件表面的方向直线移动。
10.根据权利要求9所述的内燃机发动机，其特征在于所述的内燃机至少有一个探头(40、41)布置在发动机上，用来测量相对控制参数并将相应的电信号供给控制单元(39)；控制单元(39)按照一些合适的控制算法执行计算并产生最终控制信号，以便供给构成所述电磁电路(13，12，17)一部分的激活线圈(13)上的电接头(33)从而允许电磁阀激活；结果喷射阀可以在发动机循环的任何具体时刻喷射预定量的气态燃料到供给到所述发电机的空气中。
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