CN102235270A - 气阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干式运行的气阀。为了能在具有电磁操纵装置的干式运行的气阀中得到高的打开速度而规定，将衔铁(22)的作用点和止挡部设置在阀元件(2)的位于径向内部的导向区域(16)上。由此，阀元件(2)由于产生的降低的弯曲可以更紧凑和更轻质地构造并且剩余气隙得以减小，这能实现较高的打开速度。

Description

气阀

技术领域

本发明涉及一种干式运行的气阀，包括盘状的具有多个穿流通道的阀元件，该阀元件与阀座密封地协同作用，其中阀元件与衔铁连接，该衔铁与设置在气阀中的电磁铁协同作用。

背景技术

用于将气态燃料供应到内燃机燃烧室中的气阀需要大的打开横截面积，以便能在短的可供使用的打开时间内将足够的气态燃料引入气缸室中。这样的气阀通常通过电磁铁打开，其中电磁铁必须能实现足够的行程并且必须施加足够的磁力，以便能在短的打开时间内供给必需的气体量。此外，尽可能短的打开和关闭时间是值得期待的，以便在曲轴循环中气阀可以完全开放的时间变得尽可能长。在内燃机的一个以曲轴角度位移表述对于四冲程发动机来说持续720°、而对于两冲程发动机来说持续360°的曲轴循环期间，将气态燃料供给到内燃机的燃烧室中一次。为此，通常仅提供很短的时间可供使用，因此气阀必须非常迅速地打开和关闭并且必须具有足够的流动横截面积，以便能在可供使用的时间内引入所需的气体量。典型地在大型发动机中，整个曲轴循环的90°的曲轴角度可供用于引入气态燃料。在该喷射时间内必须将气阀打开，将气态燃料供应给燃烧室并且重新关闭气阀。因此根据转速的不同，对此仅提供几毫秒、典型地10-25ms可供使用。因此气阀必须能够非常迅速地开关并且必须具有大的打开横截面积，以便能在该短的时间内供给足够的气态燃料。但特别是在用于大型发动机的大气阀中，这些要求难以实现。

因此，气阀通常与压缩器阀类似地具有盘状的带有多个流动通道的阀元件，其中阀元件密封地与阀座协同作用，该阀座同样具有多个流动通道。这样的阀元件典型地包括多个同心环，这些同心环通过径向的分布在圆周上的板条相互连接。气阀与压缩器阀之间的区别在于，压缩器阀是自动的，而气阀例如借助电磁铁控制、亦即被有源(aktiv)地开关。压缩器阀的阀元件被停止在阀限制器上并且由于作用的压力而整个面地贴靠在那里，而气阀的阀元件必须被停止在止挡部上。在压缩器阀中，中间销构造成具有尽可能小的直径，以便能将可用的流动面保持得尽可能大。因为在气阀的阀元件上也作用打开力、例如磁力，所以在阀元件中在贴靠在止挡部上时产生弯曲应力，该弯曲应力会导致阀元件明显弯曲并且例如挡靠在电磁铁上或者气体通过阀的穿流被妨碍。特别是当打开力居中地作用在阀元件上、例如在具有阀元件固定在其上的中央销的实施方式中，并且止挡部设置在径向外部时，便总是这种情况。因此，遭受弯曲的构件必须相应较大地确定尺寸，但这又意味着更大的质量和更慢的打开和关闭时间。另一种可能性在于，将剩余气隙选择成如此之大，以致阀元件尽管弯曲但不挡靠在电磁铁上。但大的气隙减小有效的磁力，这或者降低可接通的压差和能达到的打开速度或者决定更大的电磁铁，但这在两方面是不希望的。

这种气阀的例子例如在US5398724A公开。该气阀的阀元件借助中央销固定在衔铁上。在阀元件的圆周上分布地设有用于接纳螺旋弹簧的空隙。螺旋弹簧的另外的端部设置在弹簧座上的空隙中，该弹簧座也形成用于阀元件的止挡部。这些弹簧一方面产生关闭力，另一方面对阀元件导向。因为用于阀元件的止挡部设置在径向外部，所以在阀元件中产生不希望的弯曲应力。

在压缩器中，通常在被压缩的介质(例如空气)中总是存在油，来自压缩器的润滑，因此压缩器阀的活动部件同样被一起润滑。在这样的“被润滑的”压缩器阀中，阀元件可以在中央的中间销上被导向。但在干式运行的压缩器阀中、亦即在没有这种固有润滑的阀中，阀元件由于摩擦和与此关联的磨损及温度升高不能居中地在中间销上被导向。因此仅仅被转向器导向的干式运行的压缩器阀是已知的，其中，阀元件的一部分被位置固定地保持并且该位置固定的部分经由所谓的转向臂与阀元件的活动部分连接，该活动部分因此被摩擦少地导向。

在气阀中，迄今也未知干式运行的气阀，其中阀元件在导向装置中被导向。被导向的阀元件例如由EP 425 327 B1对于润滑的气阀是已知的，其中将处于压力下的润滑剂供应给阀。但该气阀不具有盘状的带有多个穿流通道的阀元件，而是阀元件在这里由圆形的衔铁构成，该衔铁与垂直的活塞连接。活塞的背离衔铁的端面在此形成密封面，该密封面与阀座的端面密封地协同作用。在此，活塞在径向外部在气阀的圆柱形通口中被导向。由于该布置结构，这里根本不发生阀元件弯曲的问题。

上述的US 5398724A同样公开了一种干式运行的气阀，其中，阀元件的导向经由螺旋弹簧实现并且不是经由导向面。

发明内容

现在，本发明的目的在于，给出一种干式运行的气阀，在该气阀中基本上避免阀元件弯曲的问题并且尽管如此仍能得到高的打开速度。

所述目的通过按照本发明的气阀这样实现，即，阀元件以这种方式被在径向内部导向地、支承地设置，即在阀元件上在径向内部设有带有中央空隙的导向区域，该中央空隙的内周面形成导向面，并且阀元件以空隙推装在居中地设置在气阀中的导向销上，衔铁在导向区域上与阀元件连接，并且在气阀中设有用于阀元件的止挡部，该止挡部与导向区域协同作用。由于衔铁和止挡部在阀元件的位于径向内部的导向区域上的作用点，显著降低了阀元件和衔铁的可能的弯曲，因此各构件可以构造成较不庞大的，这又意味着较小的运动的质量和较高的打开速度。同时，通过该实施方式可以将剩余气隙保持得非常小，因此可以接通大的磁力并且因而较高的压差，特别是没有压力补偿地，并且可以得到进一步更好的打开速度。

当在气阀中设有中间件，在该中间件中能轴向移动地导向地、支承地设置有调节件时，其中调节件在一个轴向端部上经由螺纹与调节螺母连接并且在调节件中的中央空隙内设置电磁铁和弹簧的第一端部，该电磁铁和弹簧与阀元件协同作用，可以按非常简单的方式调节气阀的行程，其中调节件经由调节螺母轴向移动。

为了能实现更精确地调节阀行程，沿轴向在中间件和调节件之间可以设置有碟形弹簧，该碟形弹簧偏压调节件，以便补偿可能存在的轴向间隙。

一止挡环沿轴向直接地或者经由间隔垫圈贴靠在阀元件上，该止挡环防止阀元件在打开时由于挡靠而被损坏。当在阀元件和止挡环之间附加地还设有间隔垫圈时，能非常简单和精确地调节剩余气隙。

为了减小在导向销和阀元件之间的摩擦阻力，可以在导向销的导向区段上设有圆周槽，在所述圆周槽中装入滑环。因此可以进一步提高打开速度。有利地，在圆周槽的底部和滑环之间设置有O形圈，以便张紧滑环并且得到更精确的导向。

当在衔铁中设有一空隙，该空隙将在衔铁与电磁铁之间的容积与通风容积连通时，仍可进一步提高能达到的打开速度。

为了提高防止气阀泄漏的安全性，气阀可以构造成双壁式的。

然而干式运行的气阀还具有另一个问题，特别是对于绝对干燥的气体，例如在气体从液相蒸发出(例如在油轮中)时发生。因为绝对干燥的气体不具有润滑作用，所以在开关时由于冲击应力在阀元件和阀座之间经常发生冷焊，这会损坏气阀或气阀的部件。为了消除这个问题可以规定，阀元件和阀座由不同的材料、优选由不同的金属制造。当阀座由钢制成、而阀元件由铝、可能带有阳极氧化涂层的铝制成时，得到一种特别有利的材料组合。但阀元件也可以由适当的塑料或纤维加强的塑料制造。

附图说明

下面参照示例性的示出、但不限制有利实施方式的图1说明本发明，该图示出按照本发明的气阀的剖视图。

具体实施方式

如在图1中所示，按照本发明的气阀1包括壳体3，在该壳体中设有一中间件9。在气阀1的一个轴向端部上设有一阀座10，该阀座因此同时形成气阀1的气体出口。阀座可以是壳体3的一部分。这里，在气阀1的相对的另一轴向端部上设有气体进口。这里所示的气阀1因此被轴向地穿流。但理所当然同样可能的是，气体也可在壳体3中的适当的部位处径向地供给。

在中间件9中设置有一调节件8。调节件8在此在中间件9的空隙13内被导向地、支承地设置并且通过调节螺母12的螺纹14保持在背离阀座10的轴向端部上。调节螺母12在此沿轴向贴靠在中间件9的轴向端部上。调节件8由此能通过调节螺母12的转动而轴向移动，以便能简单地调节阀行程，如进一步在下面详细说明地。在中间件9和调节件8之间沿轴向也可设置有一碟形弹簧25，该碟形弹簧偏压调节件8，以便补偿可能存在的轴向间隙并且能实现更精确地调节阀行程。

在调节件8的面向阀座10的轴向端部中，在中央空隙11中设置有电磁铁5和弹簧6、这里是螺旋弹簧，该电磁铁和弹簧如下文说明地与阀元件2协同作用。在此，螺旋弹簧6径向地设置在电磁铁5之外，螺旋弹簧6由此不被电磁铁中的可用的结构空间限制并且因此可以确定成尺寸较大和较强的，这能实现较高的弹力。如在图1中所示，为电磁铁5供给电流可以经由壳体3中的连接插头15和经由中间件9中的空隙实现。

在阀座10和带有电磁铁5和螺旋弹簧6的调节件8之间设置有一阀元件2。阀元件2构造成盘状的、带有位于径向内部的导向区域16和位于径向外部的具有多个穿流通道的穿流区域17。穿流区域17例如可以构造成带有多个同心环，这些同心环通过径向的分布在圆周上的板条相互连接。穿流区域17应提供尽可能大的流动面，以便能使尽可能大的气体量穿流通过穿流通道。为此有利的是，穿流区域17在阀元件2上设置在径向外部。

在导向区域16中设有一中央空隙18，其内周面形成用于阀元件2的导向面。为了对阀元件2导向，在阀座10中设置有一中央的导向销4，该导向销沿轴向从阀座10延伸出来并且阀元件2以其中央空隙18推装到该导向销的自由的轴向端部上。阀元件2因此在导向销4上能轴向移动地、被导向地支承。但导向销4也可以是阀座10的整体的部分。如在图1中所示，在导向销4的导向区段中，也可在圆周槽19中装入由摩擦学上有利的材料、例如PTFE制成的滑环20，以便仍进一步减小在阀元件2和导向销4之间的摩擦。在圆周槽19的底部和滑环20之间也可装入O形圈21，以便张紧滑环20。

在阀元件2的背离阀座10的端部上设置有衔铁22，该衔铁为了打开和关闭气阀1而与电磁铁5协同作用。衔铁22在导向销4的径向之外与阀元件2连接，这里例如通过分布在圆周上的螺钉。但衔铁22也可以是阀元件2的一部分。但由于衔铁22和阀元件2的不同的材料要求，该衔铁和阀元件通常构造成两部分式的。

在图1所示的实施例中，以一个端部设置在调节件8中的空隙11内的螺旋弹簧6以相对的另一端部设置在止挡环23中。止挡环23沿轴向贴靠在阀元件2的导向区域16上并且部分地围绕衔铁22和电磁铁5设置。在止挡环23和阀元件2之间也可设置有间隔垫圈24，以便能将剩余气隙(在电磁铁5通电时剩余的气隙)调节到所希望的值。在此，螺旋弹簧6将止挡环23(以及因此还有带有衔铁22的阀元件2)逆着固定的调节件8朝向阀座10的方向推压并且因此起用于气阀1的关闭弹簧的作用。但螺旋弹簧6也将止挡环23和调节件8沿轴向彼此分离地推压，从而在它们之间产生轴向距离x，该距离预定阀行程。通过调节螺母12在调节件8中的转动，使该轴向距离x(并且因而阀行程)增大或减小。按这种方式可以非常简单地并且非常精确地调节或再调整阀行程，而不必将气阀拆开。

但也可想到的是，螺旋弹簧6的一个端部直接设置在阀元件2中，因此也可以省去止挡环23并且必要时可以省去间隔垫圈24。在这种情况下，阀元件2将在打开的状态下直接贴靠在调节件8上。但由于高的打开速度，在打开时产生高的挡靠力，该挡靠力可能损坏阀元件2，因此止挡环23是优选的。

阀元件2通常由牢固的材料制成、例如由金属、如钢制成，或者由适当的塑料或纤维加强的塑料制成。

为了防止在阀座10和阀元件2之间的冷焊，也可选择适当的材料组合。为此，优选为阀元件2和阀座10使用不同的金属，例如阀座10由钢制成，而阀元件2由铝、可能具有特定表面处理例如阳极氧化涂层的铝制成。但阀元件2也可与阀座10组合地由金属、由适当的塑料或纤维加强的塑料制造。

但同样可想到，放弃活动的调节件8和调节螺母12。在这种情况下，电磁铁5可以设置在相应成形的中间件9(其例如可以如中间件8和调节件8在一起那样成型)中。阀行程的调节便可以例如借助不同的间隔垫圈在中间件9和阀元件2或止挡环23之间进行。

气阀1的上述实施方式也能实现气阀的非常简单的装配和保养，因为阀座1能非常简单地取下并且气阀1的其他部件便能从阀座1的那一侧接近。为此，例如必须仅取下一个将导向销4固定在阀座10中的卡紧环29，因此可以取下阀座10。但阀座10自然也可以连同导向销4一起被取下。

通过气体进口和气体出口优选设置在气阀1的轴向端部上，也可以非常简单地实现气阀1的紧凑的双壁式的构造，以便能对于敏感的应用(例如在船应用中)确保提高的防止泄漏的安全性。为此，围绕壳体3的壁可以简单地构建第二壁30，该第二壁完全包围气阀1(如在图1中在一侧用虚线所示)。如果现在位于内部的气阀1变成不密封的，则外部的壁30确保气体不会从气阀1中选出。

在电磁铁5的未通电的状态下，阀元件2被螺旋弹簧2经由止挡环23压靠到阀座10上并且因此密封气阀1。如果给电磁铁5通电，则衔铁22被吸引，因此阀元件2从阀座10抬起并且气体能穿流通过气阀1。止挡环23在此在完全打开的状态下贴靠在调节件8上，该调节件因此形成用于阀元件2的止挡部。

在电磁铁5和衔铁22之间形成一个充有气体的第一容积26，该第一容积在阀打开时例如起缓冲作用。为了能更快地打开气阀1，在衔铁22中可以设有一与较大的通风容积28连通的空隙27、例如轴向穿过衔铁22的钻孔，所述较大的通风容积例如在导向销4的和衔铁22的沿轴向隔开的轴向端部之间。因此，在气阀打开时，第一容积26经由空隙27通风。

Claims (12)

1.干式运行的气阀，包括盘状的带有多个穿流通道的阀元件(2)，该阀元件与阀座(10)密封地协同作用，其中阀元件(2)与衔铁(22)连接，该衔铁与设置在气阀(1)中的电磁铁(5)协同作用，其特征在于，所述阀元件(2)以这种方式被在径向内部导向地、支承地设置，即，在阀元件(2)上在径向内部设有带有中央空隙(18)的导向区域(16)，该中央空隙的内周面形成导向面，并且阀元件(2)以中央空隙(18)推装在居中地设置在气阀(1)中的导向销(4)上并且在导向销(4)上能轴向移动地、被导向地支承；所述衔铁(22)在导向区域(16)上与阀元件(2)连接；并且在气阀(1)中设有用于阀元件(2)的止挡部，该止挡部与导向区域(16)协同作用。

2.根据权利要求1所述的干式运行的气阀，其特征在于，在气阀(1)中设有中间件(9)，在该中间件中能轴向移动地导向地、支承地设置有调节件(8)，其中调节件(8)在一个轴向端部经由螺纹(14)与调节螺母(12)连接，并且在调节件(8)中的中央空隙(11)内设置电磁铁(5)和弹簧(6)的第一端部，该电磁铁和弹簧与阀元件(2)协同作用。

3.根据权利要求2所述的干式运行的气阀，其特征在于，沿轴向在中间件(9)和调节件(8)之间设置有碟形弹簧(25)。

4.根据权利要求1所述的干式运行的气阀，其特征在于，在气阀(1)中设有中间件(9)，在该中间件中在中央空隙(11)内设置电磁铁(5)和弹簧(6)的第一端部，该电磁铁和弹簧与阀元件(2)协同作用。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的干式运行的气阀，其特征在于，设有止挡环(23)，在该止挡环中设置所述弹簧(6)的第二端部，所述止挡环(23)沿轴向直接地或者经由间隔垫圈(24)贴靠在阀元件(2)上。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的干式运行的气阀，其特征在于，所述弹簧(6)的第二端部设置在阀元件(2)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的干式运行的气阀，其特征在于，在所述导向销(4)的导向区段上设有圆周槽(19)，在所述圆周槽中装入滑环(20)。

8.根据权利要求7所述的干式运行的气阀，其特征在于，在所述圆周槽(19)的底部和滑环(20)之间设置有O形圈(21)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的干式运行的气阀，其特征在于，在所述衔铁(22)中设有一空隙(27)，衔铁的该空隙将在衔铁(22)与电磁铁(5)之间的容积(26)与通风容积(28)连通。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的干式运行的气阀，其特征在于，所述气阀(1)构造成双壁式的。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的干式运行的气阀，其特征在于，所述阀元件(2)和阀座(10)由不同的材料、优选不同的金属或者由金属和塑料制成。

12.根据权利要求11所述的干式运行的气阀，其特征在于，所述阀座(10)由钢制成，而所述阀元件(2)由铝或塑料或者纤维加强的塑料制成。

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