CN109196210B - 用于计量气态燃料的气体阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于喷射气态燃料的气体阀，所述气体阀具有壳体(1)，在所述壳体中构造有能够以气态燃料充注的压力室(7)，喷嘴针(8)能够纵向移动地布置在所述压力室中。所述喷嘴针具有纵向孔(18)，在所述纵向孔的一个端部区域处，气体能够从所述压力室(7)流到所述纵向孔中，并且，所述纵向孔借助构造在另一端部区域处的喷嘴座(19)与构造在所述壳体(1)中的阀体座(21)共同作用，用于打开和关闭通流横截面。在所述喷嘴针(8)上构造有凸肩(16)，所述凸肩与包围所述喷嘴针(8)的密封盘(15)共同作用，用于构成密封座。

Description

用于计量气态燃料的气体阀
技术领域
本发明涉及一种用于计量气态燃料的气体阀，如该气体阀例如用于将气态燃料喷射到进气系或者直接喷射到内燃机的燃烧室中。
背景技术
长期以来，气态燃料被用于运行内燃机。气体阀用于将该气态燃料或者喷射到内燃机的进气系中，或者直接喷射到内燃机的燃烧室中，所述气体阀允许在恰好正确的时间点配量气态燃料。由DE 10 2013 202 610 A1已知一种气体阀，该气体阀具有壳体，该壳体具有布置在其中的、可纵向运动的喷嘴针。该喷嘴针具有纵向孔，气态燃料通过该纵向孔朝喷射开口的方向流动。为了打开和释放纵向孔，喷嘴针借助电磁铁沿纵向方向运动，该电磁铁被放入到气体阀的壳体中。喷嘴针在其面向喷射开口的端部上具有密封面，喷嘴针借助该密封面与气体阀中的阀体座共同作用，用于打开和关闭喷射开口。
已知的气体阀一般以低于50bar、通常小于30bar(3MPa)的气体压力来运行。这允许通过电磁铁的作用直接操纵喷嘴针，而不必考虑由于气体压力而作用到喷嘴针上的压力。然而，对于应当喷射具有明显更高的、直至500bar(50MPa)压力气体的气体阀而言，这种解决方案不再适合，因为作用到喷嘴针上的力不可忽略。将需要相应的大的电磁铁，该电磁铁具有高能量需求并且在气体阀中需要占用更多结构空间。
发明内容
与此相对地，根据本发明的具有权利要求1特征的气体阀具有以下优点：该气体阀也适用于具有高气体压力的使用。为此，所述气体阀具有壳体，该壳体具有能够以气态燃料充注的压力室，并且，喷嘴针能够纵向移动地布置在所述压力室中，所述喷嘴针通过其纵向运动打开和关闭通流横截面。在此，喷嘴针具有纵向孔，在所述纵向孔的一端部区域处，气体能够从压力室流到所述纵向孔中，其中，纵向孔借助构造在另一端部区域处的喷嘴座与构造在壳体中的阀体座共同作用，用于打开和关闭通流横截面。在所述喷嘴针上构造有凸肩，该凸肩与包围喷嘴针的密封盘共同作用，用于形成密封座。
通过密封盘和喷嘴针的与所述密封盘共同作用的凸肩能够实现密封，以便保护喷嘴针区域免受高的气体压力。因此，在喷嘴针的密封座的适当构型的情况下，也能够在高气体压力的情况下实现在喷嘴针的纵向方向上的力平衡，并且从而实现喷嘴针在气体阀的压力室中的容易的可运动性。
在另一有利的构型中，喷嘴针在此被波纹管包围，该波纹管被压力预紧并且借助一端部气密地支撑在密封盘上。预紧的波纹管将密封盘压向喷嘴针的凸肩，并且因此允许喷嘴针的一部分相对于包围喷嘴针其他部分的压力室密封并且从而相对于充注压力室的气体密封。
在另一有利的构型中，波纹管借助其背离密封盘的端部气密地支撑在壳体的贴靠面上。由此，预紧的波纹管能够以有利的方式将密封盘压向喷嘴针的凸肩并且由此形成气密的密封座。因此，通过在两侧气密地支撑在相应的贴靠面上的波纹管能够实现喷嘴针的一部分相对于周围的气体室的密封。
在另一有利的构型中，在喷嘴针的部分升程时，密封盘在压力室中贴靠在贴靠肩上，在喷嘴针的进一步升程时，密封盘和凸肩之间的密封座被打开，其方式是：密封盘离开凸肩。通过控制打开密封座，现在气态燃料也能够环绕喷嘴针的否则被波纹管密封的区域流动，这开辟了引入气态燃料通过喷射开口的附加的可能性。
在本发明的另一有利的构型中，纵向孔在其面向阀体座的端部上具有扩宽区段，其中，喷嘴座构造在所述扩宽区段的内侧上。通过密封座构造在纵向孔的内部中，一方面可以实现良好的密封，如为了切换例如500bar(50MPa)的高气体压力所需的那样。另一方面，可以由此这样地调整通过所述扩宽区段构成的密封线的直径，使得被压力室中的气体在所有侧上加载的喷嘴针沿纵向方向至少很大程度上是力平衡的。由此，仅需小的力用于喷嘴针的纵向运动，所述力可以被常规的电磁铁如已知用于气体阀中那样施加。
在本发明的另一有利的构型中，在壳体上构造有密封区段，所述密封区段在喷嘴针的关闭位态中伸入到纵向孔中，并且，阀体座构造在所述密封区段处。通过壳体的伸入到纵向孔中的密封区段，密封线能够被定位到在纵向孔的扩宽区段内的所希望的位置处，喷嘴针在所述密封线处置于阀体座上。
在另一有利的构型中，纵向孔的扩宽区段在纵截面上观察至少基本上是锥形的。这尤其在壳体的密封区段具有半球形状使得在纵向孔的内壁和阀体座之间形成近似线形的接触时是有利的，这确保了在该位置处的可靠密封。
在另一有利的构型中，喷嘴针在其背离阀体座的端部处与电磁衔铁连接。该电磁衔铁以有利的方式与电磁铁共同作用，该电磁铁布置在壳体内并且能够通过所述电磁铁施加纵向力到喷嘴针上，以便使喷嘴针沿纵向方向运动并且由此开启通流横截面。
在另一有利的构型中，喷嘴针在其面向阀体座的端部区域处在压力室中被导向，使得喷嘴针相对于阀体座精确地定位。
在另一有利的构型中，喷射开口具有正圆形的或者肾形的横截面。以这种方式，喷射开口的总流经横截面可以在非常宽的范围内变化，并且因此，也可以有针对性地调整气态的气体流在从喷射开口中流出时的方向。
附图说明
在附图中以纵截面示意性地示出根据本发明的气体阀，对此示出了：
图1在关闭状态下的根据本发明的气体阀的纵截面，
图2在打开状态下的相同的气体阀，和
图3a和3b孔盘的两个实施例的俯视图。
具体实施方式
图1以纵截面示意性地示出根据本发明的气体阀。所述气体阀具有壳体1，该壳体包括阀体2、喷嘴体3和孔盘4，它们通过未示出的装置(例如锁紧螺母)被气密地彼此锁紧。在阀体2和喷嘴体3之间夹紧有中间板5，该中间板伸入到压力室7中，该压力室构造在阀体2和喷嘴体3的内部。压力室7可以经由构造在壳体1中的流入通道9充注以处于压力下的气体、例如气态燃料。在气体阀的下端部处，在喷嘴体3中构造有喷射通道23，在构成壳体1端部的孔盘4中构造有相应的喷射开口22，气体可以通过所述喷射开口从压力室7中流出。在此，根据流出的气体所需要的横截面，喷射开口22或者喷射通道23在横截面上或者可以构造为圆形、或者可以构造为肾形。在图3a中对此示出具有正圆形喷射开口22的孔盘4的俯视图，并且，在图3b中示出具有肾形喷射开口22’的孔盘4的俯视图。当然，喷射通道23这样地布置和构造，使得气体可以从压力室通过喷射通道23直接流到喷射开口22,22’中。通过喷射开口22,22’或者喷射通道23的角度可以附加地影响气体从压力室7流出的方向。
为了控制气体流，在压力室7中布置有可纵向运动的喷嘴针8。喷嘴针8在其背离喷射开口22的端部处与电磁衔铁10连接，该电磁衔铁与电磁铁共同作用，所述电磁铁由线圈11和磁芯12构成。在此，线圈11通过非磁性的密封圈6相对于气态燃料密封。通过操纵电磁铁11,12，电磁衔铁10被吸引从喷射开口22离开，并且从而喷嘴针8也从喷射开口22离开，该喷嘴针以这种方式能够沿纵向方向在压力室7内运动。在此，喷嘴针8在其面向喷射开口22的端部处具有直径扩宽的区段，喷嘴针借助该区段在压力室7中被导向。此外，在喷嘴针8中构造有纵向孔18，所述纵向孔在其整个长度上穿过喷嘴针8。在此，纵向孔18以其背离喷射开口22的端部通向压力室7中并且能够经由所述端部被充注以气体。纵向孔18在对置的端部处扩宽为扩宽区段20，该扩宽区段在纵截面上观察例如构造为锥形。在扩宽区段20的内部形成喷嘴座19，该喷嘴座与阀体座21共同作用，用于将纵向孔18相对于喷射通道23密封。在此，阀体座21构造在密封区段24处，该密封区段是喷嘴体3的一部分并且该密封区段至少在喷嘴针8贴靠在阀体座21上时伸入到纵向孔18中。密封区段24在这里具有半球的形状，并且因此，当喷嘴针8处于其关闭位态中时，密封区段在扩宽区段20内置于圆形密封线上。因为密封线基本上是线形的，所以在那里形成大的面压力并且从而形成可靠的密封。
在喷嘴针8上构造有凸肩16，该凸肩从喷嘴针8看径向向外地指向，并且，在该凸肩与压力室7中的一个凸肩之间布置有处于压力预紧下的关闭弹簧14，使得通过关闭弹簧14将弹簧应力朝阀体座21的方向施加到喷嘴针8上。此外，波纹管17包围喷嘴针8，该波纹管同样布置在压力预紧下并且在一侧支撑在中间板5上而在另一侧支撑在密封盘15上，该密封盘包围喷嘴针8并且背离波纹管17支撑在喷嘴针8的凸肩16上。不但波纹管17与中间板5的连接而且波纹管与密封盘15的连接均气密地构造。同样地，当密封盘15通过预紧的波纹管17的力被压向凸肩16时，该密封盘相对于该凸肩16气密地密封。也可以设置，波纹管17在其端部处与相应的支承面粘接或者焊接，以便改善所述密封。在压力室7中，与密封盘15对置地构造有贴靠肩25，该贴靠肩轴向上与密封盘5间隔开地构造。
气体阀的工作方式如下：在喷射过程开始时，压力室7以处于预给定压力下的气体充注，其中，之前例如通过泵压缩的气体经由流入通道9进入到压力室7中。阀针8通过关闭弹簧14的力被压向阀体座21，使得该阀针以喷嘴座19气密地置于阀体座21上。因此，含有来自压力室7的气体的纵向孔18相对于喷射开口22或者喷射通道23密封。密封盘15通过预紧的波纹管17的力被压向凸肩16并且气密地密封，使得气体不能够从压力室7流到喷嘴针8和压力室7的壁之间。这对于气体阀的密封而言是必需的，因为喷嘴针8虽然在外侧上在喷嘴体3中被紧密地导向，但是在这里在喷嘴体3和喷嘴针8之间留有不可避免的泄漏间隙。
如果要喷出气体，那么使电磁铁11,12通电并且吸引电磁铁和从而也吸引喷嘴针8从阀体座21离开。由此，喷嘴座19从阀体座21抬起并且在它们之间释放通流横截面，气体可以通过该通流横截面从纵向孔18流到喷射通道23中并且从那里通过喷射开口22流动。通过喷嘴针8的升程，密封盘15接近构造在压力室27中的贴靠肩25，直至密封盘15贴靠在贴靠肩25上。通过喷嘴针8进一步纵向运动，凸肩16与密封盘15分开，使得在这两个构件之间打开另一通流横截面用于来自压力室7的气体。所述气体可以流到波纹管17和喷嘴针8之间的区域中，并且从那里进一步地通过在喷嘴针8和喷嘴体3的壁之间留有的泄漏间隙，然后从那里进一步流到喷射通道23中，在该喷射通道中，该气体流与来自纵向孔18的气体流混合。如果要利用该气体路径，那么在喷嘴针的外侧上在喷嘴体3的区域中，可以在所述喷嘴针的外侧上构造有一个或者多个磨除部，以便扩大通流横截面。为了结束气体喷射，使电磁铁11,12的通电结束，使得关闭弹簧14的力将喷嘴针8又压回到其关闭位态中。通过将喷嘴座19贴靠到阀体座21上关闭纵向孔18并且通过凸肩16置于密封盘15上又关闭外部的气体路径，使得总体上结束气体喷射。
根据本发明的气体阀尤其适用于也能够喷射处于高压下的气体，例如具有500bar压力的气体。因为负责在气体阀的关闭状态下的可靠密封的波纹管在这种情况下必须非常稳定地实施，以便能够承受相应的压力，所以该波纹管较硬并且仅能够小地预紧。然而，通过将凸肩16和密封盘15在喷嘴针18的打开升程过程中分开，仅需要波纹管17的小升程，使得在这里也能够使用适当硬的波纹管，而不损害气体阀的功能性。
波纹管将充注有处于流入压力下的气体的区域与仅在喷射气体期间被处于高压下的气体流过的区域分开，所述流入压力相应于流入通道9中的压力。如果波纹管的直径等于喷嘴座19的座直径，那么喷嘴针在纵向方向上是力平衡的，而在气体阀关闭时不出现泄漏。
孔盘4和喷嘴体3也可以一体地实施，然而，通过单独的孔盘和构造在该孔盘中的喷射开口22可以更容易地影响流出气体的方向，使得能够将气体准确地引入到内燃机的燃烧室中或者进气管中的所希望的位置处。

Claims (11)

1.一种用于喷射气态燃料的气体阀，所述气体阀具有壳体(1)，在所述壳体中构造有能够以气态燃料充注的压力室(7)，喷嘴针(8)能够纵向移动地布置在所述压力室中，所述喷嘴针具有纵向孔(18)，在所述纵向孔的一个端部区域处，气体能够从所述压力室(7)流到所述纵向孔中，并且，所述纵向孔借助构造在另一端部区域处的喷嘴座(19)与构造在所述壳体(1)中的阀体座(21)共同作用，用于打开和关闭通流横截面，其中，在所述喷嘴针(8)上构造有凸肩(16)，所述凸肩与包围所述喷嘴针(8)的密封盘(15)共同作用，用于形成密封座，
其特征在于，
所述喷嘴针被波纹管(17)包围，所述波纹管被压力预紧并且借助一端部气密地支撑在所述密封盘(15)上、借助其背离所述密封盘(15)的端部气密地支撑在所述壳体(1)的贴靠面(13)上，其中，所述密封盘通过预紧的波纹管(17)被压向所述喷嘴针(8)的凸肩(16)，并且由此形成气密的密封座，并且所述密封盘(15)在所述喷嘴针(8)的部分升程时，在所述压力室(7)中贴靠在贴靠肩(25)上，并且，在所述喷嘴针(8)的进一步升程时，密封盘(15)和凸肩(16)之间的密封座被打开，其方式是：所述密封盘(15)离开所述凸肩(16)。
2.根据权利要求1所述的气体阀，其特征在于，所述波纹管的直径相当于所述喷嘴针(8)的密封座的直径，使得当所述喷嘴针(8)贴靠在所述喷嘴座(19)上时，所述压力室(7)中的气体压力不施加或者仅施加小的沿所述喷嘴针(8)的纵向方向作用的力。
3.根据权利要求1所述的气体阀，其特征在于，所述纵向孔(18)在其面向所述阀体座(21)的端部处具有扩宽区段(20)，其中，所述喷嘴座(19)构造在所述扩宽区段(20)的内侧上。
4.根据权利要求3所述的气体阀，其特征在于，在所述喷嘴针(8)的关闭位态中，所述壳体(1)的密封区段(24)伸入到所述纵向孔(18)中，其中，在该密封区段(24)处构造有所述阀体座(21)。
5.根据权利要求3或4所述的气体阀，其特征在于，所述纵向孔(18)的扩宽区段(20)在纵截面上观察至少基本上具有锥形的形状。
6.根据权利要求4所述的气体阀，其特征在于，所述壳体(1)的密封区段(24)具有半球形状。
7.根据权利要求3或4所述的气体阀，其特征在于，所述喷嘴针(8)在其背离所述阀体座(21)的端部处与电磁衔铁(10)连接。
8.根据权利要求7所述的气体阀，其特征在于，在所述壳体(1)中布置有电磁铁(11；12)，所述电磁铁与所述电磁衔铁(10)共同作用，并且，由此能够使所述喷嘴针(8)沿纵向方向运动。
9.根据权利要求1所述的气体阀，其特征在于，所述喷嘴针(8)在其面向所述阀体座(21)的端部区域处在所述压力室(7)中被导向。
10.根据权利要求1所述的气体阀，其特征在于，在所述壳体(1)的阀体座侧端部处构造有至少一个喷射开口(22)，通过所述通流横截面流动的气体能够经由所述喷射开口流出。
11.根据权利要求10所述的气体阀，其特征在于，所述喷射开口(22)具有正圆形的或者肾形的横截面。
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