CN114645804A - 用于吹入气态燃料的气体喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于吹入气态燃料的气体喷射器(1)，其包括：磁性促动器(2)，其具有衔铁(20)、内极(21)和线圈(22)；以及关闭元件(3)，其在阀座(90)上释放和关闭气体路径(14)，其中，衔铁(20)与关闭元件(3)连接；其中，内极包括磁性的靠近衔铁的极构件(24)和磁性的远离衔铁的极构件(25)，其中，靠近衔铁的极构件(24)比远离衔铁的极构件(25)具有更大的最大磁流密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于吹入气态燃料、尤其是氢气或天然气等的气体喷射器。气体喷射器尤其设计为用于进气管吹入或直接吹入到内燃机的燃烧室中。
背景技术
气体喷射器由现有技术的不同设计方案是已知的。气体喷射器的磁性促动器必须相比于用于液态燃料的喷射器能够产生较高的开关力并且相应地快速开关。为此适合的是高性能的、具有相应高饱和感应以及高单位电阻的磁性材料。然而，该高性能的磁性材料具有较低的稳定性和差的焊接特性。为此，与标准磁性材料相比出现增加的多孔性。出于这个原因，由高性能的磁性材料构成的磁性构件不能被用于引导气态燃料。否则，如果例如气体由于多孔性泄漏或者焊接出现裂缝、断裂或密封性差，则存在在气体喷射器外部不希望的气体泄漏的风险。
发明内容
根据本发明的用于吹入气态燃料的气体喷射器与现有技术相比具有如下优点：能够实现高的开关力和快速开关。同时确保运行安全性，因为避免在高性能磁性材料的区域中可能的气体泄漏。为此，气体喷射器包括磁性促动器，该磁性促动器具有衔铁、内极和线圈。衔铁与关闭元件连接，使得关闭元件借助磁性促动器是可运动的。关闭元件布置和构造为用于在气体喷射器的阀座处释放和关闭的气体路径。为此，衔铁直接或间接地与关闭元件机械连接并且因此能够实现用于打开和/或关闭气体喷射器的运动。磁性促动器的内极由至少两个磁性的极构件组成。靠近衔铁的极构件直接与磁性促动器的衔铁对置并且由高性能的磁性材料制造。远离衔铁的极构件位于靠近衔铁的极构件的背离衔铁的一侧上并且由标准磁性材料制造。尤其，这两个极构件的磁性材料在其最大磁流密度方面不同，因此，靠近衔铁的极构件比远离衔铁的极构件具有更大的最大磁流密度。同样优选地设置，衔铁也由高性能的磁性材料制造。尤其，靠近衔铁的极构件和衔铁由相同磁性材料制造。作为用于靠近衔铁的极构件和/或衔铁的材料优选使用具有40％至60％的钴的铁。
使用由高性能磁性材料制成的靠近衔铁的极构件能够在靠近衔铁的区域中实现内极的较小横截面并且因此实现结构空间和重量优化的设计结构。因为高性能磁性材料比标准磁性材料更昂贵，所以在该设计结构中还产生成本优势。此外，一些高性能的磁性材料具有危害健康的材料成分，其在加工时要求特别的措施。出于成本原因有意义的是，仅磁路的部分区域由这种材料制造。剩余的内极和磁路的其它组成部分，例如磁性壳体可以由标准磁性材料制造，该标准磁性材料虽然具有较小的饱和感应，但具有较高的机械稳定性和更好的焊接特性。通过磁路中的横截面或者说表面的相应构型可以实现如在工作气隙处(在衔铁和内极之间)必要的磁通量。
下面示出本发明的优选扩展方式。
优选地设置，靠近衔铁的极构件布置在非磁性的间隔环(Zwischenring)中。尤其，靠近衔铁的极构件形状锁合地布置在该非磁性的间隔环中。间隔环尤其布置和构造为用于将靠近衔铁的极构件定位和固定在气体喷射器中。通过使用该间隔环尤其可以省去靠近衔铁的极构件与气体喷射器的其它组件的焊接。
优选地，磁性促动器具有磁性壳体，该磁性壳体确保磁性促动器的磁回流。间隔环优选布置在磁性壳体与远离衔铁的极构件之间。
特别优选地，间隔环与磁性壳体和/或远离衔铁的极构件材料锁合地连接、优选焊接或粘接。对于间隔环可以使用非磁性金属。尤其，不但间隔环而且磁性壳体或者远离衔铁的极构件都不由高性能的磁性材料制造，从而这些构件可以容易地相互焊接。
由远离衔铁的极构件、间隔环和磁性壳体的组合形成绕着靠近衔铁的极构件的“外壳(Kapsel)”并且因此能够实现磁性促动器的紧密构型，而无须焊接靠近衔铁的极构件。尤其，衔铁位于润滑剂室中，该润滑剂室相对于位于外部的气体路径密封。通过将靠近衔铁的极构件径向地布置在间隔环内并且通过间隔环与远离衔铁的极构件和磁性壳体的材料锁合连接，靠近衔铁的极构件完全位于密封的润滑剂室内。
如果极构件的两种材料允许这一点，以便确保两个极构件相互间可靠地贴靠，则两个极构件可以相互材料锁合地连接、优选相互烧结、焊接或粘接。然而，两个极构件的这种贴靠也可以通过以下方式来确保：具有相应凸肩的间隔环预给定靠近衔铁的极构件的轴向位置或者借助该凸肩将靠近衔铁的极构件压抵着远离衔铁的极构件。
两个极构件接触的面称为共同的“过渡面”。此外，靠近衔铁的极构件具有面向衔铁的“工作面”。靠近衔铁的极构件的工作面基本上相应于在衔铁上的对置的面。因为靠近衔铁的极构件比远离衔铁的极构件具有更大的最大磁流密度，所以工作面可以小于过渡面。与此相应地，间隔环优选包括具有不同内径的两个区域。工作面位于具有较小内径的第一区域上。过渡面位于具有较大内径的第二区域上。尤其，间隔环在第二区域上超过过渡面延伸，使得间隔环也径向地外部在远离衔铁的极构件的一个区段上延伸。
工作面和在靠近衔铁的极构件上的横截面和在衔铁自身上的横截面尽可能小地设计尺寸，以便实现气体喷射器的紧凑的结构大小。为此使用高性能的磁性材料。为了确保从靠近衔铁的极构件到远离衔铁的极构件中的足够大的磁通量，尤其考虑过渡面U与工作面A的比大于或等于靠近衔铁的极构件的最大磁流密度B1与远离衔铁的极构件的最大磁流密度B2的比。
与此相应地，适用：U/A≥B1/B2，其中：U为过渡面；A为工作面；B1为靠近衔铁的极构件的最大磁流密度B1；以及B2为远离衔铁的极构件的最大磁流密度。
此外优选地设置，两个磁流密度B1和B2明显地彼此不同。尤其比例B1/B2为至少1.10、优选地至少1.15。
在最大磁流密度中的相应区别和相应小地构型工作面的情况下，在两个极构件之间的过渡面应相应地大。在一个简单构型中，两个极构件之间的该过渡面垂直于气体喷射器的纵轴线延伸。然而，在考虑紧凑设计的情况下为了增大过渡面，优选设置，过渡面至少区段地不垂直于纵轴线延伸。例如，过渡面可以至少区段地相对于纵轴线倾斜，由此在两个极构件上产生环形的锥面。附加或替代于过渡面的倾斜，过渡面也可以至少区段地阶梯形构造。通过这些变型能够实现，显著增大两个极构件之间的过渡面，而不改变内极的直径。
附图说明
在下面参照附图详细描述本发明的一个实施例。附图示出了：
图1根据一个实施例的根据本发明的气体喷射器的示意性截面图；
图2图1的细节视图；
图3两个极构件之间的过渡面的第一变型的示意性截面图；和
图4两个极构件之间的过渡面的第二变型的示意性截面图。
具体实施方式
在下面参照图1至4详细描述根据本发明的一个优选实施例的气体喷射器1。如图1和图2中的详细视图所示，用于吹入气态燃料的气体喷射器1包括磁性促动器2，其使关闭元件3运动。关闭元件3沿着气体喷射器1的纵轴线40延伸。在所示的实施例中，关闭元件3向外打开。在图1中为此示出关闭的状态。
磁性促动器2包括衔铁20，该衔铁借助衔铁栓24贴靠在关闭元件3上。此外，磁性促动器2包括内极21、线圈22和磁性壳体23，该磁性壳体确保磁性促动器2的磁回流。
此外，气体喷射器包括主体7，其具有侧面的接口，通过该侧面的接口供应气态燃料。在主体7上固定有阀壳体8。在阀壳体8中存在磁性促动器2。在阀壳体8上连接有阀体9，在该阀体的自由端部上设置阀座90，在该阀座中，关闭元件3释放和关闭用于气态燃料的通道。在阀体9上存在头部11，其具有相应的用于气态燃料的排出开口。
在阀体9中存在第一套筒12，在该第一套筒上焊接有内极21。第一套筒12借助第一柔性密封元件51、尤其是波纹管相对于关闭元件3密封。磁性壳体23与内体13焊接。内体13借助第二柔性密封件52、尤其是波纹管相对于端部件15密封。两个柔性密封元件51、52密封位于内部的润滑剂室，关闭元件3和衔铁20在该润滑剂室中运动。
在套筒12的内部中存在用于关闭元件3的复位元件10，以便使该关闭元件在打开过程之后又返回到在图1中所示的关闭状态中。
在图1中示意性地示出穿过气体喷射器1的气体路径14，该气体路径在润滑剂室外部延伸。该气体路径14在主体7侧面上开始并径向地在磁性促动器2外部穿过阀壳体8延伸并且经由阀体9引导至阀座90。在气体喷射器打开的情况下，气态燃料从磁性促动器2的外周旁以及从打开的阀座90旁经过地流到燃烧室中或进气管中。关闭元件3因此在阀座90处释放气体路径14和关闭该气体路径。
此外，气体喷射器1还具有制动装置6。制动装置6包括在制动栓60上的制动弹簧61，所述制动栓插在内体13中。制动引导元件62引导衔铁栓16，使得衔铁栓16可以与制动栓60有效连接。制动装置6在此具有如下任务：在气体喷射器1的关闭过程中使关闭元件3连同衔铁20制动。
尤其，图2中的细节视图示出磁性促动器2的构型。如在此可看到地，内极21具有靠近衔铁的极构件24和远离衔铁的极构件25。这两个极构件24、25相互贴靠在过渡面28上。
在面向衔铁20的一侧上，靠近衔铁的极构件24具有工作面27。
靠近衔铁的极构件24和衔铁20由高性能的磁性材料制造。远离衔铁的极构件25以及磁性壳体23由标准磁性材料制造。如在说明书的正文部分中所阐述的那样，这些材料尤其在最大磁流密度上相区别。
径向地在靠近衔铁的极构件24外存在间隔环26，该间隔环由非磁性材料、尤其是金属材料制成。
间隔环26包括两个具有不同内径的区域。在内径较小的区域中存在工作面27。在过渡面28的区域中，在间隔环26上设置更大的内径。由于两个不同的内径，间隔环26具有凸肩30。借助该凸肩30，间隔环26将靠近衔铁的极构件24压抵着远离衔铁的极构件25，使得这两个极构件24、25无气隙地相互贴靠在过渡面28上。
间隔环26根据绘制出的焊缝39不但与远离衔铁的极构件25而且与磁性壳体23焊接，相比之下，靠近衔铁的极构件24仅形状锁合地通过间隔环26定位和固定。由此，靠近衔铁的极构件24完全位于润滑剂室中、不必被焊接并且不与燃料接触。
在根据图1和2的视图中，过渡面28垂直于纵轴线40延伸。图3和4在此示出过渡面28的替代构型，以便增大该过渡面28。
根据图3，过渡面28可以相对于纵轴线40倾斜。在根据图3的视图中，过渡面28完全倾斜地构型。然而，过渡面28也可以仅区段地是倾斜的。
图4示出过渡面28的阶梯状的构型。在此同样可以是，过渡面28仅区段地构型为阶梯状。
在图3和4中的示意图直观示出：过渡面28可以构型为不垂直于纵轴线40，以便由此增大面积；过渡面28的实际的几何构型在此不限于在图3和4中的具体示例。
Claims (10)
1.一种用于吹入气态燃料的气体喷射器(1)，其包括：
-磁性促动器(2)，该磁性促动器具有衔铁(20)、内极(21)和线圈(22)；和
-关闭元件(3)，该关闭元件在阀座(90)处释放和关闭气体路径(14)，其中，所述衔铁(20)与所述关闭元件(3)连接；
-其中，所述内极(21)包括磁性的靠近衔铁的极构件(24)和磁性的远离衔铁的极构件(25)，其中，所述靠近衔铁的极构件(24)比所述远离衔铁的极构件(25)具有更大的最大磁流密度。
2.根据权利要求1所述的气体喷射器，其中，所述靠近衔铁的极构件(24)布置在非磁性的间隔环(26)中。
3.根据权利要求2所述的气体喷射器，其中，所述磁性促动器(2)包括磁性壳体(23)，该磁性壳体确保所述磁性促动器(2)的磁回流，并且所述间隔环(26)布置在所述磁性壳体(23)与所述远离衔铁的极构件(25)之间。
4.根据权利要求3所述的气体喷射器，其中，所述间隔环(26)与所述磁性壳体(23)和/或所述远离衔铁的极构件(25)材料锁合地连接、优选焊接或粘接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述两个极构件(24、25)相互材料锁合地连接，优选烧结、焊接或粘接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体喷射器，其中，所述两个极构件(24、25)在一个共同的过渡面(28)上彼此贴靠，并且所述靠近衔铁的极构件(24)具有面向所述衔铁(20)的工作面(27)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的气体喷射器，其中，所述间隔环(26)包括具有不同内径的两个区域，并且所述靠近衔铁的极构件(24)形状锁合地接收在这两个区域中。
8.根据权利要求6或7所述的气体喷射器，其中，所述过渡面(28)大于所述工作面(27)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的气体喷射器，其中，适用：U/A≥B1/B2，其中：
U：过渡面(28)；
A：工作面(27)；
B1：所述靠近衔铁的极构件(24)的最大磁流密度；
B2：所述远离衔铁的极构件(25)的最大磁流密度。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的气体喷射器，其中，
-所述过渡面(28)垂直于所述气体喷射器(1)的纵轴线(40)；或其中，
-所述过渡面(28)至少区段地相对于所述纵轴线(40)倾斜和/或至少区段地阶梯状构造。
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