CN105370445A - 密封面上具有确定的微结构的气体喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于喷入气态燃料的气体喷射器，其包括用于开启和关闭一个通流开口(3)的阀关闭元件(2)以及具有第二密封面(6)的阀座(4)，其中，阀关闭元件(2)具有第一密封面(5)，所述密封面的至少一个具有带确定的几何形状的微结构(7)。

Description

密封面上具有确定的微结构的气体喷射器
技术领域
本发明涉及一种用于喷入气态燃料的气体喷射器，其具有密封面，所述密封面具有几何形状明确定义的微结构。
背景技术
目前，越来越广泛地使用例如以天然气或氢气来气体驱动的车辆。然而与液态燃料不同地，气态燃料具有不同的要求，从而需要专门开发的喷射器。特别是在气体直接喷入的情况下，其中，气体直接被喷入燃烧室中，由于气体的高压力和缺少的润滑作用必须采用新的方法。通过将气体喷射器直接布置在燃烧室处，为了密封而由于燃烧室处的高温不能使用例如弹性体密封元件。此外，由于气体比液态燃料低的密度，气体喷射器在开启状态中必然暴露大的横截面。
发明内容
与此相对地，根据本发明的具有权利要求1所述特征的用于喷入气态燃料的气体喷射器具有的优点是，可以实现改善的密封性。此外，可以在气体喷射器的全部使用寿命内实现所述密封性。在此，即使存在例如能在气体喷射器运行期间通过输出轴产生的最小颗粒，也确保了所述密封性，并且不能这样损坏密封座，即在气体喷射器的开启状态中不会消极地损害所述密封性。根据本发明，这可以通过如下方式实现，用于开启和关闭通流开口的阀关闭元件、例如阀针具有第一密封面，并且阀座具有第二密封面，在气体喷射器的关闭状态中，所述第二密封面封闭通流开口。在此，根据本发明在至少一个密封面上设置具有确定几何形状的微结构。在密封面的表面上例如通过设置几何形状确定的凹进部来构造微结构。在此，微结构优选地具有大约10μm的深度。通过设置确定的微结构，这样减小在气体喷射器的关闭状态中密封面处于有效接触的区域，即可以实现高的表面压力，而不需要为此以相同的程度增大密封力。此外，微结构的确定的几何形状确保了，针对仅仅很难避免的颗粒磨损而存在非常高的稳定性，因为通过密封面之间的微结构始终存在多个在两个密封对件之间的闭合的线，所述闭合的线防止在关闭状态中产生泄露路径。
优选地，微结构设置在第一密封面和第二密封面上。通过将微结构设置在两个密封对件上可以实现在气体喷射器的使用寿命内仍然可靠的密封。
进一步优选地，所述微结构在所述密封面的一个上、优选地在两个密封面上构造在环形闭合的区域上。
优选地，所述密封面中的一个上的微结构的面积小于在气体喷射器关闭状态中在这两个密封面之间的接触面。因此，特别是可以使制造成本保持相对低的。可替换地，所述密封面中的一个上的微结构的面积大于这两个密封面之间的接触面。因此，特别是在使用寿命内可能出现增大这两个密封对件中的一个上的接触面时，始终还可以确保在这两个密封对件的接触区域上的可靠的密封，因为接触区域始终由较大的几何形状的微结构覆盖。
进一步优选地，密封面的接触面的至少50％设置有几何形状的微结构。
进一步优选地，气体喷射器的阀座是平座或锥座。那么相应地构造有阀关闭元件的密封面。
根据本发明的一个特别优选的构型，确定的微结构包括多个在密封面上延伸的环形的凹进部(槽)。在此，所述环形的凹进部相对彼此同心地布置，并且因此沿着流动方向通过多个同心的密封线实现了并联的多重密封。优选地，所述环形的槽通过连接片中断。这有助于高效地抑制在环形的凹进部上的泄漏路径。
根据本发明的一个可替换的构型，几何形状的微结构包括多个椭圆形或矩形的凹进部。
几何形状确定的微结构优选地借助于激光来制造。也可以考虑其他几何形状的结构、例如椭圆、n角形或者沿着周向方向延伸的浅槽。
进一步优选地，阀关闭元件是向内开启的关闭元件或者向外开启的关闭元件。在此特别优选地设置向外开启的关闭元件，因为由此特别是能够以小的行程开启大的横截面，从而可以在短暂的喷入时间内喷入足够的气体量。
此外，本发明涉及一种内燃机，其具有燃烧室和根据本发明的气体喷射器，其中，气体喷射器直接地布置在燃烧室上，以便进行直接地喷入气态燃料。
附图说明
下面参考附图详细地说明本发明的优选的实施例。附图中：
图1示出根据本发明的一个实施例的气体喷射器的示意性的透视图，
图2示出了图1的示意性的局部截面图，
图3示出了图1的密封面的几何形状确定的微结构的示意性的俯视图，
图4示出了图3的截面图，
图5示出了在几何形状确定的微结构中具有存在的缺陷的如图3的视图，
图6示出根据第二实施例的气体喷射器的示意性的透视图，
图7示出了图1的示意性的截面图，
图8示出根据本发明的第三实施例的气体喷射器的示意性的透视图，
图9和10示出其他不同的优选的几何形状确定的微结构的示意性的俯视图。
具体实施方式
下面参考图1至5详细地说明用于将气态燃料直接地喷入燃烧室10中的气体喷射器1。
如同由图1和2所示地，气体喷射器1包括阀关闭元件2和阀座4。当如同由双箭头A所示地关闭元件2轴向地运动时，通流开口3在关闭元件2和阀座4之间被开启或关闭。
第一密封面5设置在阀关闭元件2上。第二密封面6构造在阀座4上。几何形状确定的微结构7构造在第一密封面5上。微结构7包括多个凹进部70，所述凹进部例如借助于激光来制造。在第二密封面6上不构造微结构。密封面6通过传统的表面加工方法、例如磨削或者这一类的方法来制造。
图3至5中示出几何形状确定的微结构。如图3中所示地，几何形状确定的微结构7的凹进部70是基本椭圆形的。在此，各个凹进部分别位于一个共同的线L上。出于更好的简明的目的，图3至5中仅仅示出一个线L。线L是环形线，因为第一实施例的气体喷射器是具有平座的气体喷射器(参见图1)。在此，多个凹进部布置在多个相对彼此同心地延伸的环形线L上。如同由图3所示地，分别相邻的环形线上的凹进部70沿着周向方向稍微错位。在此，凹进部70全部相同地构造。然而，这不是必须这样，而是也可以考虑，不同的环形线L具有不同的几何形状确定的形状。
图5示例性地示出了，当在关闭过程期间例如颗粒或这一类的物质处于这两个密封面5，6之间时对微结构7的损伤8的可能性。因此，可以建立相邻的凹进部70之间的连接，这通过双箭头D示出。然而在关闭状态中沿着流动方向C在朝向燃烧室的侧11和背向燃烧室的侧12之间可以不产生连接，因为通过多个具有凹进部的环行线始终保持两个密封面5，6之间的至少一个闭合的密封线。
如同直接由图3至5所示地，通过借助于微结构的确定的表面结构化，减少了两个密封面之间的有效支承面积。这不会产生附加的沿着流动方向C的泄漏路径。即使由于颗粒或这一类的物质造成损伤8的累积，也不直接地形成流动方向C的泄漏路径。通过以错位的方式沿着流动方向C设置多个凹进部70绝对不可能的是，在使用寿命内产生泄漏路径。
此外，在图3至5中示出第一密封面5和第二密封面6直接的接触区域9，这通过虚线91和92示出。在第一实施例中，接触区域9在此小于微结构7的面积。因此，可以特别是随着增加的使用时间通过微结构7的较大的面积也承受可能产生的阀座4的变形，所述阀座可能在宽度方向上增大。
图6和7示出根据本发明的第二实施例的气体喷射器1。不同于第一实施例地，第二实施例的气体喷射器1设置有锥座。在此，第二实施例的接触区域9大于微结构7的面积。在其他方面，所述实施例相应于前述的实施例，从而可以参考那里给出的说明。
图8示出根据本发明的第三实施例的气体喷射器1。第三实施例基本相应于第二实施例，其中，第一密封面5具有截面为弧形的形状。第二密封面6同样以截面为相应的弧形来构造。
图9和10示出用于密封面的几何形状确定的微结构7的另外的根据本发明的实施例。图9中所示的微结构7通过沿着周向方向中断的槽构成。在此，设置附加的接片72。
图10示出微结构7，在所述微结构中构造椭圆形的凹进部70。椭圆形的凹进部70同样再次布置在多个平行的密封线L上。
因此，根据本发明可以通过将几何形状确定的微结构加工在两个密封对件的至少一个密封面上这样减少处于有效接触的密封区域，即可以实现密封对件之间的高的表面压力，而因此不必以相同的程度增大所需的密封力。此外，通过微结构7的特殊的构型可以实现，如图5中示意性地示出的那样，根据本发明的气体喷射器针对由颗粒引起的磨损是极其鲁棒的。

Claims (12)

1.一种用于喷入气态燃料的气体喷射器，其包括
-用于开启和关闭一通流开口(3)的阀关闭元件(2)，
-其中，所述阀关闭元件(2)具有第一密封面(5)；以及
-具有第二密封面(6)的阀座(4)，
-其中，所述密封面的至少一个具有带确定的几何形状的微结构(7)。
2.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述微结构(7)设置在所述第一密封面(5)和/或所述第二密封面(6)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，在所述气体喷射器关闭的状态中，所述两个密封面(5，6)之间的接触面的至少50％具有一微结构(7)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述微结构构成所述密封面上的环形闭合的区域。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述微结构(7)包括几何形状确定的凹进部(70)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述密封面之一上的微结构(7)的面小于这两个密封面(5，6)之间的接触面(9)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述密封面(5，6)之一上的微结构(7)的面大于这两个密封面之间的接触面(9)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述阀座(4)是平座或锥座。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述微结构包括多个在所述密封面上环形地延伸的槽。
10.根据权利要求9所述的气体喷射器，其特征在于，环形的所述槽通过连接片(72)中断。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述微结构(7)包括多个椭圆形或矩形的凹进部。
12.一种内燃机，其包括一燃烧室(10)和根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述气体喷射器直接布置在所述燃烧室上。
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