CN104791139A - 用于将气体燃料直接喷射到燃烧室中的气体喷射器 - Google Patents
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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,包括阀座(2)、带有密封区域(30)的阀针(3),其中,阀针(3)在行程中在阀座(2)上释放第一横截面,该气体喷射器还包括包围所述阀针(3)的构件(5)以及一气体控制区域(4),该气体控制区域在阀针(3)上直接邻接所述密封区域(30),其中,该气体控制区域(4)在从第一行程位置(H1)到第二行程位置(H2)的行程长度上在阀针(3)和包围该阀针(3)的构件(5)之间提供恒定的横截面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将气体燃料例如天然气直接喷射到内燃机的燃烧室中的气体直接喷射器。
背景技术
除了常用的液体燃料,最近也越来越多地使用气体燃料,例如天然气或者氢气。但现在已知的液体燃料喷射器只能有条件地适用于气体燃料,因为气体燃料的能量密度及体积特性与液体燃料不同。为了保证这样运行的内燃机不产生过度的燃料损耗,需要尽可能地精确控制每个喷射过程的喷射的气体量。为了节省燃料,未来需要在每个燃烧周期进行一个或者多个喷射过程。除了要求能够在预给定的持续时间内喷入确定的最大量,还必须能够精确地计量所限定的最小气体量。在不同的喷射过程之间还必须使气体喷射器相对于燃烧室密封。图1是一种已知的气体喷射器的示意图,其中,向外打开的阀针3配合在壳体5中的阀座2上。图1表示的是喷射器的闭合状态。图2表示的是有效通流横截面A关于行程H的关系曲线图。在此,只要阀针处的被释放的环形横截面为最小横截面,就得到线性变化曲线,不管是对于小的行程还是对于大的行程H。然后,一旦具有半径R1的喷嘴针3与喷射器气体入口的外轮廓(阀座2上的半径R3)之间的环形间隙为最小横截面,则产生恒定的、与行程H无关的横截面Amax。因此,图2的曲线图中曲线在末段区域直到最大行程Hmax是水平的。
在设计气体喷射器时在每个喷射周期的最小喷射量的计量和最大要求的供给量之间存在目标冲突。由于气体燃料的密度相对较低,在安装空间需求与用于液体燃料的喷射器可相比的情况下,必须在短时间内喷入大的体积的量。为此,气体喷射器应在给定的行程内尽可能快地释放大的通流截面。因此,在图1和图2中所描述的气体喷射器方案具有尽可能陡的关于行程的横截面变化曲线。但这使得最小供气量的计量变得困难,特别是不能实现多重喷射(Mehrfacheinblasung)。
发明内容
与现有技术相比,具有权利要求1的特征的、用于将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的本发明气体喷射器的优点是,也能够无问题地计量最小气体量。特别是由此也能够实现在一个喷射周期内进行燃料的多重喷射。根据本发明这由此实现:在阀针上设置一个气体控制区域,该区域在阀针上布置得与密封区域直接相邻。在此,阀针的密封区域是在气体喷射器处于关闭状态时与气体喷射器的阀座提供密封的区域。阀针的密封区域优选是圆锥形的区域。在气体喷射器打开过程中阀针实施一个行程,使得在阀座上释放第一横截面。在此,在从第一行程位置到第二行程位置的行程长度上,阀针上的气体控制区域提供恒定的横截面。第一横截面在此垂直于气体喷射器的轴线方向在阀针与包围阀针的构件、尤其是气体喷射器壳体之间被限定。因此,可以通过选择直接与阀针的密封区域相邻的气体控制区域处的几何形状来限定第一横截面,气体燃料必须流过该第一横截面。由此能够控制特别小的气体流量。在此,第一行程位置和第二行程位置之间的行程长度明显小于阀针的最大行程,但这样选择:使得尤其能够实现多重喷射,所述多重喷射优选仅具有处于第一行程位置和第二行程位置之间的行程长度。因此能够在精密控制区域内与行程位置精度无关地精确计量最小气体量。
从属权利要求展示本发明的优选扩展方案。
为了确保能够特别容易且成本有利地制造气体喷射器,阀针上的气体控制区域优选是圆柱形的。因此,第一横截面能够特别简单和成本有利地以环形间隙的形式提供。
此外优选,阀针上的气体控制区域具有一个、优选多个在外圆周上的扁平区域。特别优选,这些扁平区域沿着气体控制区域的周边相互对置地布置。进一步优选,总共设置刚好4个扁平区域。
按照本发明的一个替换的构型,阀针上的气体控制区域优选具有多个在轴线方向上延伸的凹槽。这些凹槽优选具有多边形的横截面。
此外优选,阀针上的气体控制区域具有多个在气体喷射器的轴线方向上延伸的贯通孔。这些贯通孔优选是圆柱形的。此外优选这些贯通孔也是沿着周边对称布置的。
按照本发明的一种优选构型,包围阀针的构件具有内圆柱区域,阀针与该构件一起限定所述第一横截面。
优选,第一行程位置和第二行程位置之间的行程长度最大为阀针总行程的三分之一。这样可以确保,尽管在阀行程开始处设置了气体控制区域,但仍能够实现大的最大气体喷射量。
此外优选,阀针在气体控制区域上具有用于对阀针导向的导向区域。这样,气体控制区域还能够承担第二功能,即为阀针导向的功能。该导向优选借助阀针的在气体控制区域上的圆柱形外壳面来进行。
本发明还涉及以气体运行的内燃机,其包括根据本发明的气体喷射器。
附图说明
下面参考附图详细说明本发明的优选实施例。在此,相同的部分或者说功能相同的部分使用相同的附图标记。附图中为:
图1按照现有技术的气体喷射器的示意性剖面图,
图2曲线图,描述按照现有技术的气体喷射器的在阀座上的有效打开的横截面A与阀针行程H的关系,
图3按照本发明第一实施例的气体喷射器在闭合状态中的示意性剖面图,
图4一曲线图的示意性描述,该曲线图示出有效的打开面积A关于阀针行程H在第一实施例中的关系,
图5沿图3中的线V-V的示意性剖面图,
图6至8气体喷射器的替换实施例的示意性剖面图。
具体实施方式
下面参考附图3-5详细说明按照本发明第一优选实施例的气体喷射器1。
在图3中示意性示出的气体喷射器1包括阀针3,该阀针在一在壳体5上形成的阀座2上密封。阀座2在此具有半径R3。
气体喷射器1还包括一个内部的气体控制区域4,该气体控制区域布置得与设置在阀针3上的密封区域30直接相邻。密封区域30在此成锥形构造并且在闭合状态时与阀座2一起形成圆形的线密封。气体控制区域4包括一个平行于气体喷射器的轴线方向X-X的、圆柱形的壳面区域41。该圆柱形的壳面区域41在此在轴线方向上具有高度B,该高度相应于第一行程位置H1和第二行程位置H2之间的行程。
壳体5具有一个内部的壳面区域51,其同样构造为圆柱形的。由此在壳体5的内部壳面区域51和气体控制区域4上的圆柱形壳面41之间存在一个环形间隙42。该环形间隙42尤其可从图5中看出。
在打开过程中,首先阀针3的锥形密封区域30从圆形阀座2抬起,由此释放一个可忽略不计的横截面。直至达到行程位置H1,该小的横截面线性地增大,这在图4中通过零点H0到行程位置H1之间的曲线部分来表示。在进一步的行程变化中,阀针3继续沿箭头A的方向运动,但此时有效横截面A由环形间隙42限定。环形间隙42在此提供第一行程位置H1和第二行程位置H2之间的、恒定的第一横截面。图3中示意性地画出圆柱形壳面41的在轴线方向X-X上的轴向高度B。此外示意性画出最大行程高度Hmax。
一旦阀针3通过了第二行程位置H2,用于将气体燃料喷射到内燃机燃烧室中的有效横截面就又以恒定的斜率增大,直至达到第三行程位置H3。如从图4可看出,从第三行程位置H3开始,有效横截面A不再增大,因为在打开的喷射出口处始终由阀座2和具有半径R1的更细的阀针部分31限定一个恒定的横截面。
通过与阀针3的密封区域30直接相邻地设置气体控制区域4(如从图3可直接看出),可使该气体喷射器的构造特别简单。气体喷射器、尤其是阀针3可以特别成本有利地制造。因此,通过在阀针3上设置气体控制区域4能够提供用于最小气体量的精密控制区域,直至达到行程长度H2之前,该精密控制区域通过提供恒定的、小的有效横截面A而仅使小的气体量喷入燃烧室中。因此也可以在直至达到行程长度H2之前在小行程情况下与行程位置的位置精度无关地精准计量气体量,使得尤其能够借助本发明气体喷射器实现多重喷射。尽管如此,从预定的行程长度H2起,可以提供对于气体燃料所必需的大的喷射量。因此,本发明的气体喷射器也满足能够尽可能快地释放大的横截面以便能够向燃烧室中喷入大量气体燃料这一要求。
图6到图8示出气体控制区域4的替换构型。例如在图6所示的实施例中设置了四个平侧面44,这些平侧面决定了从行程位置H1到行程位置H2之间的行程范围内的通流量。在此,每两个平侧面44在阀针3的圆周上彼此对置地布置。参考标号6表示阀针的导向区域。
在图7描述的实施例中,在阀针3的气体控制区域4的外圆周上设置有多个多边形的凹槽45。这些多边形的凹槽45在此沿着轴线方向X-X延伸到气体控制区域4的整个长度上并且提供所述第一横截面。
在图8所描述的实施例中,在气体控制区域4上设置有多个圆柱形的、沿轴线方向的贯通孔46。这些贯通孔46在此提供所述第一横截面。
对于在图6到图8中示出的实施例要注意,他们附加地还在气体控制区域4中在阀针的外圆周上分别具有导向区域6,在这些导向区域上,阀针3在壳体5内被导向。由此,气体控制区域4除了限定第二横截面外,还可承担阀针3的导向功能。
因此,本发明使得能够进行气体燃料的多级喷射,特别是也能够针对内燃机的特定状态精准地计量最小气体量。
Claims (9)
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:
-阀座(2)
-阀针(3),具有一密封区域(30),其中,该阀针(3)在一个行程中在阀座(2)上释放第一横截面,
-包围所述阀针(3)的构件(5),以及
-气体控制区域(4),该气体控制区域在阀针(3)上布置得与密封区域(30)直接相邻,
-其中,所述气体控制区域(4)在从第一行程位置(H1)到第二行程位置(H2)的行程长度上在所述阀针(3)和所述包围阀针(3)的构件(5)之间提供恒定的横截面。
2.根据权利要求1的喷射器,其特征在于,所述气体控制区域(4)是圆柱形的。
3.根据权利要求2的喷射器,其特征在于,所述气体控制区域(4)在外圆周上具有至少一个、优选多个扁平区域(44)。
4.根据权利要求2的喷射器,其特征在于,所述气体控制区域(4)具有多个在轴线方向(X-X)上延伸的凹槽(45)。
5.根据前述权利要求之一的喷射器,其特征在于,所述气体控制区域(4)包括多个在轴线方向(X-X)上延伸的贯通孔(46)。
6.根据前述权利要求之一的喷射器,其特征在于,所述包围阀针(3)的构件(5)具有内圆柱区域(51)并且所述横截面是环形间隙(42)。
7.根据前述权利要求之一的喷射器,其特征在于,从第一行程位置(H1)到第二行程位置(H2)的所述行程长度最大是总行程(Hmax)的三分之一。
8.根据前述权利要求之一的喷射器,其特征在于,所述阀针(3)在气体控制区域(4)上包括导向区域(6)。
9.以气体运行的内燃机,包括气体喷射器,所述气体喷射器是根据前述权利要求之一的喷射器。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |