CN112211755A - 内燃机的水喷射***以及用于水喷射***的喷射阀 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的水喷射***，包括具有至少一个管状的分配器管和至少一个盘状的连接元件的至少一个分配器设备、至少一个喷射阀，其中，喷射阀具有作用到能升降运动的衔铁上的环形电磁线圈，衔铁与阀元件连接。在喷射阀上构造有空心柱形的芯，芯至少区段式地被电磁线圈包围。在喷射阀上构造有入口接管，经由入口接管能向喷射阀供应来自分配器设备的水。喷射阀的入口接管***到分配器设备的杯状连接元件中并且因此与分配器设备连接。提出分配器设备包括至少一个本体，本体在杯状连接元件的内部中从分配器设备伸入到喷射阀的入口接管中，入口接管沿轴向方向被通流通道贯穿，通流通道限定了用于向喷射阀供给来自分配器设备的水的进入开口。

Description

内燃机的水喷射***以及用于水喷射***的喷射阀
技术领域
本发明涉及一种内燃机的水喷射***。内燃机尤其可以是汽油发动机。
背景技术
为了减少二氧化碳排放，需要优化内燃机的燃料消耗，例如通过提高压缩或通过与涡轮增压组合的小型化方案。然而，在高的发动机负载下，内燃机通常不能够在燃料消耗方面最优的运行点中运行，因为该运行受爆震倾向和高废气温度限制。用于减小爆震倾向和用于降低废气温度的措施是喷射水，其中，可以直接喷射到内燃机的燃烧室中或喷射到内燃机的进气系中。
在具有水喷射装置的内燃机中存在以下危险：引导水的管路和/或部件在低温时结冰并且由于冰压而受损坏。为了防止这种情况，通常在发动机停机时排空所述引导水的管路和/或部件。
由DE 10 2015 208 472 A1例如得知具有水喷射设备的内燃机，该水喷射设备包括用于储存水的水箱、用于输送水的泵和用于喷射水的水喷射阀。泵在入口侧经由第一管路与水箱连接并且在出口侧经由第二管路与水喷射阀连接。为了简单地排空泵，该泵布置在水箱上方，使得可以重力驱使地进行排空。替代地或补充地，泵可以沿相反的输送方向运行。
为了避免这样的喷射***的喷射阀结冰，也必须将所述喷射阀排空。由公开文献DE 10 2015 208 508 A1已知一种用于内燃机的水喷射设备，该水喷射设备包括至少两个喷射阀或者说水喷射器，所述喷射阀或者说水喷射器相继地通过输送机组的输送方向的逆转被排空。因此，喷射阀或者说水喷射器不必设计为耐冰压的。通过依次排空喷射阀，应可靠地除去存在的水。经由打开的喷射阀吸入的空气在排空时应附加地辅助排空。
发明内容
本发明所基于的任务是，给出一种用于内燃机的水喷射***的喷射阀，该喷射阀在水喷射***的回吸运行中能够特别简单和/或快速地排空，以便防止喷射阀结冰并且从而防止喷射阀损坏。
为了解决该任务，提出根据本发明的水喷射***。下面也说明本发明的有利扩展方案。
根据本发明提出一种用于内燃机的水喷射***。该水喷射***包括至少一个分配器设备，该分配器设备具有至少一个管状的分配器管和至少一个杯状的连接元件。此外，喷射***包括至少一个喷射阀，其中，该喷射阀具有用于作用到可升降运动的衔铁上的环形的电磁线圈，所述衔铁与阀元件连接，其中，在喷射阀上构造有空心柱形的芯，该芯至少区段式地被电磁线圈包围，其中，在喷射阀上构造有入口接管，经由该入口接管能够向喷射阀供给来自分配器设备的水。在水喷射***中，喷射阀的入口接管***到分配器设备的杯状的连接元件中并且因此与分配器设备连接。根据本发明，分配器设备包括至少一个本体，该本体在杯状的连接元件的内部中从分配器设备伸入到喷射阀的入口接管中。在此，本体沿轴向方向被通流通道贯穿，该通流通道限定了用于向喷射阀供给来自分配器设备的水的进入开口。在此，分配器管、杯状的连接元件和本体作为分配器设备形成一个单元。在此，分配器管、杯状的连接元件和本体相互固定连接并且形成连续的构件。
如果在组装水喷射***时将喷射阀***到杯状的连接元件中，则本体进入到喷射阀的入口接管中。因此，喷射阀的进入开口不是通过入口接管，而是通过***到该入口接管中的本体形成。因此，本体减小了可供用于喷射阀的水供给的自由通流横截面。同时，使存在于入口接管中的死容积最小化，为了避免喷射阀结冰必须排空该死容积。即必须从喷射阀吸回更少的水。
因此，仅经由构造在本体中的通流通道向喷射阀供给水。该通流通道沿轴向方向延伸，优选与喷射阀的纵轴线同轴。
此外，构造在本体中的通流通道的减小的自由通流横截面还提高了在吸回水时的流动速度，使得同时加速喷射阀的排空。此外，辅助地，减小的通流横截面抵抗涡流。结果是，在被用于吸回的输送机组的回吸功率相同的情况下，在相同的时间内从喷射阀吸回明显更多的水。即在外部温度低时显著减小结冰和由于冰压而损坏喷射阀的危险。
构造在本体中的通流通道优选具有柱形形状。此外，通流通道的直径优选尽可能小地选择，以便在回吸时实现尽可能高的流动速度并且产生不中断的水柱。同时，直径的尺寸这样地测定，使得还保证喷射阀的足够的水供给。优选地，通流通道的直径选择得小于分配器设备的直径。通流通道的直径例如可以为2至4mm。形成通流通道的本体优选具有最小壁厚，该最小壁厚相当于通流通道的半径或大于通流通道的半径。
用于向至少一个喷射阀供给水的分配器设备也被称为轨。通常，轨具有至少一个杯状的连接元件用于连接喷射阀。该连接元件也被称为轨杯座。在此，该轨杯座包围喷射阀的入口侧的端部。因此，轨杯座的死容积取决于轨杯座的具体构型以及喷射阀的入口侧端部的构型。在根据本发明的水喷射***中，本体构造在分配器设备上，使得在***到杯状连接元件中的喷射阀的情况下，所述本体伸入到喷射阀的入口接管中。因此，借助分配器设备可以使任意的喷射阀、例如燃料喷射阀成为根据本发明的用于水喷射的喷射阀。
由于在喷射阀中和可能在杯状的连接元件中减小的死容积，该连接元件在回吸时可以更简单且更快速地被排空，使得结冰和从而由于冰压而引起的损坏的危险明显减小。相应地也提高了水喷射***的稳健性。
根据一个有利的实施例设置，本体直接与分配器管连接、尤其是焊接并且从分配器管突出。因此，能够实现分配器设备的简单且成本低的结构，并且可以将喷射阀简单地装配在分配器设备上。
根据一个有利的实施例设置，杯状的连接元件直接与本体连接、尤其是与本体焊接。因此，可以实现分配器设备的简单且成本低的结构，并且可以将喷射阀简单地装配在分配器设备上。
根据一个有利的实施例设置，本体从分配器管突出并且穿过杯状的连接元件伸出。在这种情况下，本体可以附加地用于减小死容积，该死容积通常保留在分配器设备的杯状的连接元件中，该连接元件用于将喷射阀连接到分配器设备上。因此，可以进一步减少在排空***时吸回的水量。
根据一个有利的实施例设置，杯状的连接元件和伸入到喷射阀中的本体构造为一体式。因此，可以实现分配器设备的简单且成本低的结构，并且可以将喷射阀简单地装配在分配器设备上。本体和杯状的连接元件不必事后相互连接，例如焊接，而是可以有利地由一体制成。
根据一个有利的实施例设置，伸入到入口接管中的本体具有环圈，其中，本体在环圈上与分配器管接触和/或杯状的连接元件贴靠在环圈上。因此，通过环圈，本体可以有利地良好且可靠地固定在分配器管上，例如在所述环圈上与该分配器管焊接。通过本体的在分配器管上由环圈形成的支承面可以有利地良好地密封分配器设备并且所述本体可以稳定地固定在分配器管上。
根据一个有利的实施例设置，伸入到入口接管中的本体具有另一环圈，其中，杯状的连接元件贴靠在所述另一环圈上。因此，杯状的连接元件可以通过所述另一环圈有利地良好且可靠地固定在本体上，例如在所述环圈上与本体焊接。通过本体在杯状的连接元件上由所述另一环圈形成的支承面可以有利地良好地密封分配器设备并且所述杯状的连接元件可以稳定地固定在本体上。
根据一个有利的实施例设置，杯状的连接元件至少区段式地包围喷射阀的入口接管和***到入口接管中的本体。
根据一个有利的实施例设置，本体管状地伸入到喷射阀的入口接管中并且因此通过本体减小了在入口接管中提供给水的容积。
优选地，所提出的水喷射***还包括用于储存水的水箱和用于输送水的输送机组。输送机组优选能够实现输送方向的逆转，使得输送机组也能够用于将水从喷射阀吸回。输送机组例如可以是电动机驱动的泵，该泵的输送方向能够逆转，以便能够实现将水吸回到水箱中。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明的优选实施方式。附图示出了：
图1根据第一优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图2根据第二优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图3根据第三优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图4根据第四优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图5根据第五优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图6根据第六优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图7根据第七优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图8根据第八优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图9根据第九优选实施方式的根据本发明的喷射***的示意性纵截面，
图10根据本发明的水喷射***的示意图，和
图11在内燃机的进气系上的图10的水喷射***的喷射阀的示意图。
具体实施方式
由图1至9可看到内燃机的水喷射***。在附图中示出的水喷射***分别包括至少一个喷射阀1和分配器设备7。分配器设备7也被称为轨并且用于将水分配到不同的喷射阀1上。因此，水可以通过分配器设备7被分配到多个喷射阀1上，例如被分配到四个喷射阀1上。
喷射阀1包括一个环形的电磁线圈2，用于作用到可升降运动的衔铁3上，该衔铁与一个阀元件4连接。在此，阀元件4实施为空心针并且在其背离衔铁3的端部上与球形的阀关闭元件29连接，用于释放和关闭至少一个喷射开口30。在电磁线圈2通电时形成磁场，该磁场的磁力使衔铁3连同阀元件4和阀关闭元件29朝芯5的方向运动，以便关闭在芯5和衔铁3之间形成的工作气隙31。在此，球形的阀关闭元件29释放喷射开口30。如果随后结束电磁线圈2的通电，则衔铁3、阀元件4和阀关闭元件29借助复位弹簧32的弹簧力被复位到它们的初始位置中，使得阀关闭元件29又关闭喷射开口30。芯5实施为空心柱形的并且经由空心柱形的连接元件33与入口接管6连接，经由该入口接管能够向喷射阀1供给来自分配器设备7的水。
此外，水喷射设备还包括分配器设备7。分配器设备7也被称为轨。分配器设备7包括分配器管40、至少一个杯状的连接元件12和本体8。
水喷射设备的喷射阀1经由也被称为喷射器杯座的杯状的连接元件12与分配器设备7连接。该连接例如可以是插接连接、压紧连接、夹紧连接、卡锁连接和/或螺纹连接。以这种方式可以简化喷射阀1到分配器设备7上的连接。
杯状的连接元件12至少区段式地包围喷射阀1的入口接管6和/或***到入口接管6中的本体8。在此，在杯状的连接元件12和入口接管6或者说本体8之间留下的轴向和/或径向间隙可以被用于接收密封元件13、尤其是密封环13，使得喷射阀1的入口区域向外密封。
杯状的连接元件12具有凸肩27，使得杯状的连接元件12经由具有减小内径的区段过渡到分配器设备7中。
此外，分配器设备7还包括本体8，该本体沿轴向方向伸入到喷射阀1的入口接管6中并且因此减小在入口接管6中的提供给水的容积。
为了减小在喷射阀1的入口区域中的死容积，本体8伸入到喷射阀1的入口接管6中，该本体被通流通道9贯穿，该通流通道限定了进入开口10。因此，仅经由通流通道9向喷射阀1供给来自分配器设备7的水。本体8的外轮廓例如匹配入口接管6的内轮廓，使得在本体8和入口接管6之间仅保持较小间隙或无间隙。此外，本体8的外轮廓可以匹配入口接管6的内轮廓，使得本体8减小了在喷射阀1的入口区域中的死容积。这在附图中未示出。
为了减小死容积而提出的措施有助于喷射阀1和杯状的连接元件12能够快速地通过回吸被排空，使得不必担心在内燃机停机和外部温度低时由于冻结的水而导致的损坏。
在图2至9中示出水喷射***的不同的实施例。
本体8例如可以直接与分配器管40连接、尤其是与该分配器管焊接，并且因此从分配器管40突出。这在图1至7的实施例中示出。
用于接收喷射阀1的杯状的连接元件12直接与本体8连接并且可以与该本体焊接。这在图1至7的实施例中示出。在图1至4和图6至9的实施例中，本体8穿过杯状的连接元件12的中心开口伸出并且同时从分配器管40突出。杯状的连接元件12的中心开口例如可以具有凸缘。在该凸缘上，本体8可以接触杯状的连接元件12并且与该连接元件焊接。凸缘可以如在图1和3的实施例中所示的那样朝喷射阀1的方向指向，或如在图2、4、6-9的实施例中所示的那样朝分配器管40的方向指向。
在图5所示的实施例中，本体8不直接与分配器管40连接。在该实施例中，本体8与杯状的连接元件12构造为一体。
在本体8上可以构造有环圈11a、11b。在图1至7的实施例中，环圈11a构造在本体8上，在该环圈上，本体8贴靠在分配器管40上并且在环圈11a上与分配器管40焊接。在图6的实施例中，杯状的连接元件12同时从相反的一侧贴靠在环圈11a上。
在图3至5的实施例中，在本体8上除环圈11a外还构造有另一环圈11b。在这些实施例中，杯状的连接元件12贴靠在所述另一环圈11b上。
在图8和9中示出实施例，其中，分配器管40构造为软管，本体8与构造为软管的分配器管40连接，杯状的连接元件12布置在本体8上并且与该本体连接。喷射阀1又***到杯状的连接元件12中。因此，在图8和9的实施例中，构造为软管的分配器管40、本体8和杯状的连接元件12也一起构成分配器设备。
由图10可看到具有至少一个喷射阀1的水喷射***。所示的***例如包括四个这样的喷射阀1。喷射阀1连接在分配器设备7或者说轨上，从水箱15向所述轨供应水。水借助输送机组16经由水管路17被供应给分配器设备7。输送机组16当前实施为布置在水箱15外的、能够电动机驱动的泵。然而，输送机组16的其它实施方式也是可能的。输送机组16尤其可以布置在水箱15中或者说集成到箱底部中。输送机组16应这样设计，使得能够实现输送方向的逆转，以便可以通过回吸排空***的冰压敏感的管路和/或部件、尤其是喷射阀1。
为了在排空之后防止水从水箱15朝输送机组16的方向流回，可以在水管路17中在输送机组16上游布置截止元件18、尤其是截止阀。当前在截止元件18上游布置有过滤器19，该过滤器应防止有害颗粒进入到输送机组16和喷射阀1中。
在图10所示的***中，在输送机组16下游从水管路17分支出回流管路22，该回流管路终止于水箱15中。输送机组16的多余的输送量可以经由回流管路22被引回到水箱15中，例如以便调节分配器设备7中的压力。为了调节压力，可以在分配器设备7中或在水管路17中设置压力传感器23。为了在回吸过程期间不经由回流管路22从水箱15抽吸水，在回流管路22中设置有止回阀20。此外，节流阀21前置于止回阀20，借助该节流阀可以建立阻滞压力，用于实现压力调节。
如从图11可看到，喷射阀1布置在进气管24上，经由该进气管向内燃机的燃烧室25供给燃用空气。因此，在燃烧室25外进行水喷射。水与燃用空气一起被供应给燃烧室25。燃料借助燃料喷射器26直接喷射到燃烧室25中。
如在图5和6中所示的那样，本体8也可以伸入到分配器管40中。因此，在分配器管40中在本体8周围可以形成储存器，在排空分配器管40时留在分配器管40中的水可以聚集在该储存器中。因此，通过伸入到分配器管40中的本体8保证，留在分配器管40中的水不能流入到喷射阀1中。
当然，其它实施例和所示实施例的混合形式也是可能的。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的水喷射***，所述水喷射***包括：
-具有至少一个管状的分配器管(40)和至少一个杯状的连接元件(12)的至少一个分配器设备(7)，
-至少一个喷射阀(1)，其中，所述喷射阀(1)具有用于作用到能升降运动的衔铁(3)上的环形的电磁线圈(2)，所述衔铁与阀元件(4)连接，其中，在所述喷射阀(1)上构造有空心柱形的芯(5)，所述芯至少区段式地被所述电磁线圈(2)包围，其中，在所述喷射阀(1)上构造有入口接管(6)，经由所述入口接管能够向所述喷射阀(1)供给来自分配器设备(7)的水，其中，所述喷射阀(1)的入口接管(6)***到所述分配器设备(7)的杯状的连接元件(12)中并且因此与所述分配器设备(7)连接，
其特征在于，所述分配器设备(7)包括至少一个本体(8)，所述本体在所述杯状的连接元件(12)的内部中从所述分配器设备(7)伸入到所述喷射阀(1)的入口接管(6)中，所述本体沿轴向方向被通流通道(9)贯穿，所述通流通道限定了用于向所述喷射阀(1)供给来自所述分配器设备(7)的水的进入开口(10)。
2.根据权利要求1所述的水喷射***，其特征在于，所述本体(8)直接与所述分配器管(40)连接、尤其是焊接，并且从所述分配器管(40)突出。
3.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，所述杯状的连接元件(12)直接与所述本体(8)连接、尤其与所述本体(8)焊接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，所述本体(8)从所述分配器管(40)突出并且穿过所述杯状的连接元件(12)伸出。
5.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，所述杯状的连接元件(12)和伸入到所述喷射阀(1)中的本体(8)构造为一体式。
6.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，伸入到所述入口接管(6)中的本体(8)具有环圈(11a)，其中，所述本体(8)在所述环圈(11a)上与所述分配器管(40)接触和/或所述杯状的连接元件(12)贴靠在所述环圈(11a)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，伸入到所述入口接管(6)中的本体(8)具有另一环圈(11b)，其中，所述杯状的连接元件(12)贴靠在所述另一环圈(11b)上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，所述杯状的连接元件(12)将所述喷射阀(1)的入口接管(6)和***到所述入口接管(6)中的本体(8)至少区段式地包围。
9.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，所述本体(8)管状地伸入到所述喷射阀(1)的入口接管(6)中，并且因此，通过所述本体(8)减小了在入口接管(6)中提供给水的容积。
10.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射***，其特征在于，所述水喷射***还包括用于储存水的水箱(15)和用于输送水的输送机组(16)，其中，所述输送机组(16)的输送方向优选能够逆转，以便能够实现将水吸回到所述水箱(15)中。
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