用于將氣態(tài)燃料直接噴射到燃燒室中的氣體噴射器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體直接噴射器，用于將氣態(tài)燃料例如天然氣直接噴射到內燃發(fā)動機的燃燒室中。
【背景技術】
[0002]除了常用的液體燃料，最近也越來越多地使用氣體燃料，例如天然氣或者氫氣。但現(xiàn)在已知的液體燃料噴射器只能有條件地適用于氣體燃料，因為氣體燃料的能量密度及體積特性與液體燃料不同。為了保證這樣運行的內燃機不產生過度的燃料損耗，需要盡可能地精確控制每個噴射過程的噴射的氣體量。為了節(jié)省燃料，未來需要在每個燃燒周期進行一個或者多個噴射過程。除了要求能夠在預給定的持續(xù)時間內噴入確定的最大量，還必須能夠精確地計量所限定的最小氣體量。在不同的噴射過程之間還必須使氣體噴射器相對于燃燒室密封。圖1是一種已知的氣體噴射器的示意圖，其中，向外打開的閥針3配合在殼體5中的閥座2上。圖1表示的是噴射器的閉合狀態(tài)。圖2表示的是有效通流橫截面A關于行程H的關系曲線圖。在此，只要閥針處的被釋放的環(huán)形橫截面為最小橫截面，就得到線性變化曲線，不管是對于小的行程還是對于大的行程H。然后，一旦具有半徑Rl的噴嘴針3與噴射器氣體入口的外輪廓(閥座2上的半徑R3)之間的環(huán)形間隙為最小橫截面，則產生恒定的、與行程H無關的橫截面Amax。因此，圖2的曲線圖中曲線在末段區(qū)域直到最大行程Hmax是水平的。
[0003]在設計氣體噴射器時在每個噴射周期的最小噴射量的計量和最大要求的供給量之間存在目標沖突。由于氣體燃料的密度相對較低，在安裝空間需求與用于液體燃料的噴射器可相比的情況下，必須在短時間內噴入大的體積的量。為此，氣體噴射器應在給定的行程內盡可能快地釋放大的通流截面。因此，在圖1和圖2中所描述的氣體噴射器方案具有盡可能陡的關于行程的橫截面變化曲線。但這使得最小供氣量的計量變得困難，特別是不能實現(xiàn)多重噴射(Mehrfacheinblasung)。

【發(fā)明內容】

[0004]與現(xiàn)有技術相比，具有權利要求1的特征的、用于將氣體燃料直接噴射到內燃機的燃燒室中的本發(fā)明氣體噴射器的優(yōu)點是，也能夠無問題地計量最小氣體量。特別是由此也能夠實現(xiàn)在一個噴射周期內進行燃料的多重噴射。根據本發(fā)明這由此實現(xiàn):在閥針上構成一氣體控制區(qū)域，該氣體控制區(qū)域與圍繞所述閥針的構件限定一第二橫截面積。在此，在閥針打開過程中，所述第二橫截面積的變化在一個行程上不同于閥座上的第一橫截面積的變化。因此可以通過選擇幾何形狀來限定第二橫截面積，氣態(tài)燃料必須流過該第二橫截面積，直至到達真正的閥座。第二橫截面積在此關于閥針的行程而改變并且對于要噴入的氣體量提供第二控制曲線。
[0005]從屬權利要求給出本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案。
[0006]優(yōu)選，閥針行程開始時的、氣體控制區(qū)域上的第二橫截面積保持恒定，直至預定的行程長度。由此能夠以簡單的方式在小行程的情況下噴入小的氣體量，因為閥針上的第一橫截面積在行程開始時連續(xù)變大。
[0007]進一步優(yōu)選，所述氣體控制區(qū)域具有環(huán)形的控制棱邊。由此能夠通過幾何學實現(xiàn)對氣體量的特別簡單的控制。特別優(yōu)選，所述環(huán)形的控制棱邊具有比閥座直徑更大的直徑。
[0008]根據本發(fā)明的一個替換構型，所述氣體控制區(qū)域具有星形或花朵形的控制棱邊，所述控制棱邊設置有多個尖部或者波形(花瓣)。由此尤其能夠實現(xiàn)長的控制棱邊，而不以相應尺度增大殼體的橫截面積或者半徑。在此，具有星形尖部的控制棱邊的幾何構型使得能夠相對簡單地適應噴射器的不同要求，其方式是，去除個別的尖部或尖部區(qū)域，由此能夠快速改變氣體控制區(qū)域處的橫截面條件。
[0009]進一步優(yōu)選，氣體控制區(qū)域具有貫通槽口或者氣體控制區(qū)域在其外周上具有槽口，例如去除的尖部、隆起或類似結構。還通過這種措施也能夠以簡單的方式實現(xiàn)個性化地適配氣體控制區(qū)域上的第二橫截面積。
[0010]特別優(yōu)選，所述圍繞閥針的構件是所述氣體噴射器的殼體。由此能夠實現(xiàn)特別緊湊和細長的結構。
[0011]根據本發(fā)明的又一優(yōu)選構型，所述氣體噴射器包括附加的密封元件，所述密封元件布置在所述氣體控制區(qū)域上。所述密封元件在此能夠布置在所述閥針的控制棱邊上或者布置在所述圍繞閥針的構件上。通過使用該附加的密封元件能夠在氣體控制區(qū)域上實現(xiàn)前級閥(Vorventil)，從而能夠實現(xiàn)該氣體閥的附加的可靠密封。由于閥針在其上密封或者釋放第一橫截面積的真正閥座在燃燒室處承受相對高的溫度，在氣體控制區(qū)域上使用密封元件使得在此也能夠使用例如承受不了燃燒室高溫的材料。特別優(yōu)選，所述密封元件是彈性體。
[0012]優(yōu)選，所述氣體閥的閥座上的用于噴出氣體的橫截面積處于2mm2到6mm2的范圍內。由此保證，在閥行程中，足夠大的氣體量能夠通過第一橫截面積達到燃燒室中。進一步優(yōu)選，所述環(huán)形控制棱邊的直徑在從7_到20_的范圍內。
[0013]根據本發(fā)明的又一優(yōu)選構型，射出的氣體質量流處于從5g/s到15g/s的范圍內。
[0014]進一步優(yōu)選，所述氣體噴射器包括壓電致動器或者替換地包括電磁致動器作為致動器。本發(fā)明尤其使得能夠使用電磁致動器，盡管使用電磁致動器能夠實現(xiàn)很小的行程并從而實現(xiàn)很小的噴射量。
[0015]特別優(yōu)選，所述閥針是向外打開的閥針。
[0016]特別優(yōu)選，所述氣體噴射器用于將氣態(tài)燃料直接噴入機動車的內燃發(fā)動機的燃燒室中。替換地，所述氣體噴射器也能夠使用于固定的燃氣發(fā)動中。
[0017]此外，根據本發(fā)明的氣體噴射器構造得相對簡單且堅固，從而尤其是高的氣體壓力也不造成噴射器的損壞，所述高的氣體壓力例如明顯高于液態(tài)燃料噴射設備上的壓力。
[0018]本發(fā)明還涉及一種以氣體運行的內燃發(fā)動機，具有根據本發(fā)明的氣體噴射器。
【附圖說明】
[0019]下面參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。相同的或者功能相同的部分用相同的附圖標記表示。在附圖中示出:
[0020]圖1根據現(xiàn)有技術的氣體噴射器的示意剖面圖，
[0021]圖2曲線圖，描述關于根據現(xiàn)有技術的氣體噴射器的閥針的行程H的、閥座上的有效打開橫截面積A，
[0022]圖3根據第一實施例的氣體噴射器在關閉狀態(tài)時的示意剖面圖，
[0023]圖4曲線的示意圖，描述在第一實施例中關于閥針行程H的有效打開面積A，
[0024]圖5和6圖3的氣體噴射器的不同打開位置，
[0025]圖7沿圖3的線VI1-VII的示意剖面圖，
[0026]圖8至10氣體噴射器的替換實施例的示意剖面圖，
[0027]圖11根據本發(fā)明第二實施例的氣體噴射器的示意剖面圖，
[0028]圖12沿圖11的線XI1-XII的示意剖面圖，
[0029]圖13和14替換實施例的示意剖面圖，以及
[0030]圖15根據本發(fā)明第三實施例的氣體噴射器的示意剖面圖。
【具體實施方式】
[0031]下面參考圖3至7詳細地說明根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的氣體噴射器I。
[0032]示意性示出的氣體噴射器I包括閥針3，閥針3在一在殼體5上形成的閥座2上密封。閥座2在此具有半徑R3。
[0033]氣體噴射器I還包括內部的氣體控制區(qū)域4，該氣體控制區(qū)域4包括控制棱邊40，該控制棱邊40從閥針3的基體徑向向外突出。該內部的氣體控制區(qū)域4具有圓柱形的周面41，該周面平行于殼體5的內周面51。由此在殼體5和內部的氣體控制區(qū)域4之間提供一環(huán)形間隙42?？刂评膺?0具有半徑R4。環(huán)形間隙42尤其可從圖7看出。
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