CN109416003B - 用于喷射气态燃料的阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于喷射气态燃料的阀(1)，所述阀具有阀壳体(2)，在所述阀壳体中构造有能充注以气态燃料的压力室(24)。在所述压力室(24)中布置有能纵向移动的、活塞状的喷嘴针(4)，其中，在所述喷嘴针上构造有第一密封座(19,19’,19”,19”’)，所述喷嘴针(4)借助所述第一密封座与构造在所述阀壳体(2)上的凸肩(9,9’,9”,9”’)共同作用，用于打开和关闭气态燃料的通流横截面。此外，在所述压力室(24)中构造有高压区域(16)和低压区域(17)。在此，在阀元件(5)上构造有第二密封座(18,18’,18”,18”’)，所述第二密封座相对于所述第一密封座(19,19’,19”,19”’)关于所述阀(1)的纵轴线(10)而言在轴向上错开地布置。所述阀元件(5)支撑在弹性元件(7)上，并且其中，所述弹性元件(7)将所述高压区域(16)与所述低压区域(17)分隔开。

Description

用于喷射气态燃料的阀

技术领域

本发明涉及一种阀，如优选被用于将气态燃料喷射到内燃机的燃烧室中或者喷射到内燃机的进气系中那样的阀。

背景技术

本发明涉及一种用于喷射气态燃料的阀，如该阀例如由公开文献DE 10 2014 212320 A1已知。这样的气体阀具有阀盘和阀板，所述阀板具有构造在其中的阀座，其中，阀盘与阀座共同作用，用于打开和关闭气体阀。通过阀盘的行程可以较快地打开和关闭大的流入横截面。

典型地，已知的气体阀适用于喷射具有在30bar以下的低压气态燃料。关闭元件在气体充注的压力室中的运动通常由压电式促动器或者电磁体来解决，所述压电式促动器或者电磁体直接作用到喷嘴针上。如果现在出现例如300至500bar的明显更高的气体压力，则能不再使用已知的气体阀。因为在非常高的气体压力时出现作用到喷嘴针上的、不再能够被压电式促动器或者电磁体容易地克服的力。为了克服所述力，促动器必须实施得明显更大，然而，由于在气体阀中更大的空间占用，这不是值得期待的。此外，所述促动器提高了整个系统的成本和能量消耗。

发明内容

根据本发明的具有权利要求1特征部分的特征的阀具有以下优点：该阀适合用于高压气态燃料，而没有附加构件或没有使用明显更大的促动器。为此，用于喷射气态燃料的该阀具有阀壳体，在该阀壳体中构造有能够充注以气态燃料的压力室。在该压力室中布置有可纵向移动的、活塞状的喷嘴针，其中，在该喷嘴针上构造有第一密封座。借助该第一密封座，喷嘴针与构造在阀壳体上的凸肩共同作用，用于打开和关闭气态燃料的通流横截面。此外，在压力室中构造有高压区域和低压区域。此外，在阀元件上构造有第二密封座，该第二密封座相对于第一密封座关于喷嘴针的纵轴线而言在轴向上错开地布置。在此，阀元件支撑在弹性元件上，所述弹性元件将高压区域与低压区域分隔开。

通过使用两个前后依次连接的密封座可以实现压力平衡，由此，在很大程度上减小沿纵向方向上作用到喷嘴针上的力。因此，不再需要大的促动器力，以便使喷嘴针沿纵向方向运动。因此，可以使用已知的促动器，而气体阀不需要附加构件。此外，用于引回可能的控制量的气体回流也不是必要的。

在本发明构思的有利的第一构型中，第一密封座的直径d至少近似地与第二密封座的直径d一样大。在此，密封座的直径d在这里限定为在第一密封座或者第二密封座和阀的纵轴线之间的最短间距。如果第一密封座的直径d选择得至少近似地与第二密封座的直径d一样大，则可以在最大程度上如此减小作用到喷嘴针上的力，使得实现几乎完全的压力平衡并且能够以小的力使喷嘴针沿纵向方向运动。

在本发明构思的另一有利的构型中，弹性元件构造为金属波纹管。该金属波纹管一方面由弹性材料制成，并且另一方面适合作为两个具有不同高的燃料压力的区域的分隔装置，因为金属波纹管在合适的材料选择的情况下可以承受高的气体压力。有利地，金属波纹管以另一端部支撑在喷嘴针的凸肩上。由此，也支撑在金属波纹管上的阀元件通过喷嘴针的运动而一起运动。此外，构造为金属波纹管的弹性元件有利于公差补偿，因为在一个构件上的两个刚性座不能同时以同一接触力关闭。

在本发明的一个有利的扩展方式中设置，第一密封座构造在喷嘴针的端部区域上。

在本发明的另一有利的扩展方式中，阀元件环形地构造并且包围喷嘴针。该环形状使得能够实现将第二密封座构造在阀元件上。

在本发明构思的另外的有利构型中，喷嘴针具有纵向孔，所述纵向孔与压力室连接。由此开启另一燃料路径，通过所述另一燃料路径可以将处于压力下的气态燃料朝喷射开口的方向引导。

在本发明的另外构型中设置，在阀壳体中布置有电磁线圈和电磁衔铁。在此，电磁衔铁与喷嘴针连接，使得在激活电磁线圈时，喷嘴针可以借助电磁衔铁沿纵向方向运动。

在本发明构思的一个有利的扩展构型中设置，在压力室中布置有印章形元件，该印章形元件被接收在喷嘴针的纵向孔中。有利地，印章形元件构成阀壳体的一部分。

在本发明构思的有利扩展方式中，在压力室中布置有与喷嘴针连接的阀活塞，该阀活塞具有空腔。有利地，在空腔中布置有保持元件，该保持元件构成阀壳体的一部分。在此有利地，弹性元件以另一端部支撑在保持元件上。

在本发明构思的有利构型中，在低压区域中布置有关闭弹簧。有利地，关闭弹簧对喷嘴针或者直接地或者间接地加载力，由此，喷嘴针与构造在阀壳体上的凸肩这样地共同作用，使得关闭气态燃料的通流横截面。

附图说明

在附图中示出根据本发明的阀。附图示出了：

图1a以纵截面示出在闭合位置中的根据本发明的阀，

图1b示出在打开位置中的相同的阀，

图2a以纵截面示出在闭合位置中的根据本发明的阀的另一实施方式，

图2b以纵截面示出在打开位置中根据本发明的阀的相同实施方式，

图3a以纵截面示出在闭合位置中根据本发明的阀的另一实施方式，

图3b以纵截面示出在打开位置中根据本发明的阀的相同实施方式，

图4a以纵截面示出在闭合位置中根据本发明的阀的另一实施方式，和

图4b以纵截面示出在打开位置中根据本发明的阀的相同实施方式。

具体实施方式

在图1a中以纵截面示意性地示出根据本发明的阀。阀1具有阀壳体2，所述阀壳体包括电磁线圈13。在阀壳体2内部构造有压力室24，该压力室可以通过至少一个供应通道11被充注以气态燃料。此外，阀壳体2具有至少一个喷射开口3，气态燃料可以通过所述喷射开口从压力室24流出到内燃机的燃烧室中或者内燃机的进气系中。此外，在压力室24中布置有可纵向运动的、活塞状的喷嘴针4和电磁衔铁12，其中，喷嘴针4和电磁衔铁12固定地相互连接。喷嘴针4具有纵向孔23和横向孔28，气态燃料可以通过所述纵向孔和横向孔朝至少一个喷射开口3的方向流动。在电磁衔铁12和阀壳体2之间布置有关闭弹簧15，该关闭弹簧对电磁衔铁12并且因此也对喷嘴针4朝至少一个喷射开口3的方向加载关闭力。喷嘴针4的面向电磁衔铁12的端部区域具有凸肩29，在该凸肩上构造有第一密封座19，喷嘴针4借助该第一密封座贴靠在构造在阀壳体2上的凸肩9上，由此，关闭气态燃料的第一通流横截面。

进一步地，在压力室24中布置有环形的阀元件5，该阀元件支撑在喷嘴针4的凸肩27上并且包围该喷嘴针。此外，在阀元件5和喷嘴针4的另一凸肩8之间布置有构造为金属波纹管的弹性元件7，该弹性元件在一侧支撑在喷嘴针4的凸肩8上，并且在另一侧支撑在阀元件5上，并且因此被预紧。在此，金属波纹管7与喷嘴针4的凸肩8和阀元件5固定地且密封地连接，例如通过焊接。在阀元件5上构造有第二密封座18，阀元件5借助该第二密封座贴靠在阀壳体2的凸肩6上。由此关闭气态燃料的第二通流横截面。因此，阀1在图1a中处于关闭位置中，因为电磁线圈13未通电，并且，关闭弹簧15对喷嘴针4朝喷射开口3的方向加载关闭力，使得关闭第一和第二通流横截面。

第二密封座18相对于第一密封座19关于阀1的纵轴线10而言在轴向上错开地布置。通过喷嘴针4在压力室24中的这种布置将所述压力室划分为两个区域：高压区域16和低压区域17。在此，高压区域16布置在阀壳体2和喷嘴针4之间，并且由第一密封座19和第二密封座18限界。低压区域17包括其余的压力室24。

如果电磁线圈13通电，如在图1b中所示那样，则电磁衔铁12朝与至少一个喷射开口3的方向相反的方向运动，由此，与电磁衔铁12固定连接的喷嘴针4同样朝所述相反的方向运动。由此，喷嘴针4以第一密封座19从构造在阀壳体2上的凸肩9上抬起。因此释放气态燃料的第一通流横截面。支撑在喷嘴针4的凸肩8上的金属波纹管7通过喷嘴针4沿纵向方向的运动而松弛，直至阀元件5与喷嘴针4的凸肩27发生接触，并且起到携动件作用。由此，阀元件5从阀壳体2的凸肩6上抬起，并且释放第二密封座18和从而第二通流横截面。高压区域16现在通过两个通流横截面与低压区域17连接，并且，来自高压区域16的气态燃料通过喷射开口3流到内燃机的燃烧室或者进气系中。

在关断电磁线圈13时，作用到衔铁12上的磁性力终止。通过关闭弹簧15的力，电磁衔铁12和与其固定连接的喷嘴针4被压向喷射开口3，由此，两个通流横截面又被关闭，并且从而气态燃料流被中断。

在图2(a,b)至4(a,b)中示意性地示出根据本发明的阀1的不同的实施例，其中，相同的构件具有与在图1a和1b中相同的附图标记。

图2a和2b以示意图示出图1的阀1的变型。在图2a中，关闭弹簧15支撑在电磁衔铁12和阀壳体2的凸肩6’之间，并且对电磁衔铁12朝与至少一个喷射开口3的方向相反的方向加载力。由此，喷嘴4以第一密封座19’被压到阀壳体2的凸肩9’上，并且因此关闭朝向喷射开口3的第一通流横截面。环形的阀元件5以第二密封座18’借助金属波纹管7以一力朝电磁衔铁12的方向被压到阀壳体2的凸肩6’上。以便也关闭朝向喷射开口3的第二通流横截面。因此，阀1在其关闭位置中。

在图2b中，电磁线圈13通电，由此，衔铁12由于磁性力朝喷射开口3的方向运动。与电磁衔铁12固定连接的喷嘴针4同样朝喷嘴开口3的方向运动。由此，喷嘴针4以其第一密封座19’从阀壳体2的凸肩6’上抬起，并且释放第一通流横截面。处于高压下的气态燃料现在从高压区域16经由喷射开口3被喷射到内燃机的燃烧室或进气系中。通过喷嘴针4的运动过程使金属波纹管7松弛，直至阀元件5与喷嘴针4的凸肩27发生接触，由此，阀元件5以其第二密封座18’从阀壳体2的凸肩9’上抬起，并且释放第二通流横截面。现在，阀1在其打开位置中。

在图3a和3b中示出图1的阀1的另一变型。如在图3a中所示那样，在压力室24中布置有印章形元件20，该印章形元件被接收在喷嘴针4的纵向孔23中。此外，印章形元件20与阀壳体2固定地连接，并且因此构成阀壳体2的一部分。在该实施例中，关闭弹簧15支撑在阀壳体2和喷嘴针4之间。在此，喷嘴针4通过关闭弹簧15的力朝喷射开口3的方向被压到印章形元件20的凸肩9”上，并且构成第一密封座19”。因此关闭气态燃料的第一通流横截面。环形的阀元件5支撑在阀壳体2的凸肩6”上，并且因此构成第二密封座18”。由此，也关闭朝向喷射开口3的第二通流横截面。通过使用印章形元件20可以扩大高压区域16，使得与图1和图2相比，电磁衔铁12和关闭弹簧15以及印章形元件20同样布置在高压区域16中。

与图3a(阀1的关闭位置)相比，在图3b中，又示出在打开位置中的阀1。在电磁线圈13通电时，电磁衔铁12和因此喷嘴针4也借助电磁线圈13的磁性力朝与喷射开口3的方向相反的方向被吸引。由此，喷嘴针4从凸肩9”上抬起，所述凸肩构造在印章形元件20上。第一通流横截面被释放，并且，气态燃料从高压区域16经由喷射开口3被喷射到内燃机的燃烧室中或进气系中。如在图1的实施例中已经阐述那样，在阀元件5与喷嘴针4的凸肩27接触的情况下，阀元件5朝电磁衔铁12的方向运动并且释放第二密封座18”。

在图4a和4b中示出图1的阀1的另一变型。在此，如在图4a中所示那样，在压力室24中布置有阀活塞21，该阀活塞在一侧与电磁衔铁12固定地连接，并且在另一侧与喷嘴针4固定地连接。在此，阀活塞21具有空腔25。在该空腔25中布置有保持元件22，该保持元件与阀壳体2固定地连接，并且构成阀壳体2的一部分。在图4的该实施例中，环形的阀元件5布置在保持元件22和喷嘴针4之间。该阀元件通过金属波纹管7被压到喷嘴针4上，并且因此构成第二密封座18”’，由此，气态燃料的第二通流横截面被关闭。在此，金属波纹管7支撑在保持元件22上。阀活塞21具有贯通通道30，借助该贯通通道，阀活塞21的空腔25同样可以被充注以处于高压下的气态燃料。关闭弹簧15支撑在喷嘴针4和阀壳体2的凸肩9”’之间。通过关闭弹簧15对喷嘴针4朝电磁衔铁12的方向加载力。在此，喷嘴针4在阀壳体2的凸肩9”’上构成第一密封座19”’。在此，第一通流横截面被关闭，气态燃料可以通过所述第一通流横截面从压力室24喷射到内燃机的燃烧室或进气系中。

在图4b中示出在打开位置中的图4a的阀1。借助电磁线圈13通电建立磁性力，所述磁性力将电磁衔铁12压向内燃机的燃烧室或进气系。因为阀活塞21与电磁衔铁12固定地连接，所述阀活塞以及与该阀活塞21固定连接的喷嘴针4也被压向燃烧室。在此，喷嘴针4以其第一密封座19”’从阀壳体2的凸肩9”’上抬起。气态燃料的第一通流横截面朝内燃机的燃烧室或进气系的方向被释放。由于喷嘴针4的运动，与金属波纹管7固定连接的环状的阀元件5以其第二密封座18”’从喷嘴针4上抬起，并且支撑在保持元件22上。第二通流横截面现在同样被释放。

在图4a和4b中，高压区域16与图3a和3b相比再次增大。通过使用阀活塞21，高压区域16可以被扩大到阀活塞21的空腔25中。在此，高压区域16在空腔25内部由金属波纹管7和阀元件5限界。

在阀1的从图1(a,b)至4(a,b)看出的实施例中的每个实施例中，金属波纹管7与阀元件5一起构成柔性的第二密封座18,18’,18”,18”’。由于金属波纹管7的弹性特性，与第一通流横截面相比，第二通流横截面的释放可以被延迟。根据材料选择可以确定金属波纹管7的强度特性，并且因此确定弹性的可变形性。因此，通过弹性材料的选择可以影响在释放第一通流横截面和释放第二通流横截面之间的延迟时间。

在已经阐述的实施例中，弹性元件7优选构造为金属波纹管。在这里，金属波纹管特别好地适合，因为在这些实施例中，金属波纹管7将高压区域16相对于低压区域17密封，并且因此也被用于分隔装置。

通过刚性的第一密封座19,19’,19”,19”’与轴向错开的、柔性的第二密封座18,18’,18”,18”’的组合，一方面避开阀1的超静定性，并且另一方面可以使作用到喷嘴针4上并且因此影响该喷嘴针沿纵向方向的运动过程的力最小。如果第一密封座19,19’,19”,19”’的直径d选择得与第二密封座18,18’,18”,18”’的直径d至少近似地一样大，则可以在最大程度上如此减小作用到喷嘴针4上的力，使得实现几乎完全的压力平衡。在此，密封座的直径d在这里被限定为第一密封座19,19’,19”,19”’或者第二密封座18,18’,18”,18”’和阀的纵轴线10之间的最短间距。因此，能够以小的力使喷嘴针4沿纵向方向运动。因此，可以使用常用的促动器，该促动器也使用在具有直至30bar的气体压力的气体阀中。

对所示的实施例替代地，代替一个刚性的密封座和一个柔性的密封座也可以使用两个柔性的密封座。然而，必须设置相应的行程止挡，以便确保限定的行程区域以及必需的密封力。此外，通过使用行程止挡来避免柔性密封座的损坏。此外，在所示的实施例中，代替电磁促动器也可以使用压电促动器。

Claims (15)

1.一种用于喷射气态燃料的阀(1)，所述阀具有阀壳体(2)，在所述阀壳体中构造有能充注以气态燃料的压力室(24)，在所述压力室中布置有能纵向移动的、活塞状的喷嘴针(4)，其中，在所述喷嘴针上构造有第一密封座(19,19’,19”,19”’)，借助该第一密封座，所述喷嘴针(4)与构造在所述阀壳体(2)上的凸肩(9,9’,9”,9”’)共同作用，用于打开和关闭气态燃料的第一通流横截面，其中，在所述压力室(24)中构造有高压区域(16)和低压区域(17)，其特征在于，在阀元件(5)上构造有第二密封座(18,18’,18”,18”’)，所述第二密封座用于打开和关闭在所述阀壳体(2)和所述喷嘴针(4)之间的气态燃料的第二通流横截面并且相对于所述第一密封座(19,19’,19”,19”’)关于所述阀(1)的纵轴线(10)而言在轴向上错开地布置，其中，所述阀元件(5)通过弹性元件(7)或者与所述阀壳体(2)连接或者与所述喷嘴针(4)连接，并且其中，所述弹性元件(7)将所述高压区域(16)与所述低压区域(17)分隔开。

2.根据权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，所述第一密封座(19,19’,19”,19”’)的直径(d)与所述第二密封座(18,18’,18”,18”’)的直径(d)一样大。

3.根据权利要求1或2所述的阀(1)，其特征在于，所述弹性元件(7)构造为金属波纹管。

4.根据权利要求1或2所述的阀(1)，其特征在于，所述弹性元件(7)以另一端部支撑在所述喷嘴针(4)的凸肩(8)上。

5.根据权利要求 1或2所述的阀(1)，其特征在于，所述第一密封座(19,19’,19”,19”’)构造在所述喷嘴针(4)的端部区域上。

6.根据权利要求 1或2所述的阀(1)，其特征在于，所述阀元件(5)环形地构造并且包围所述喷嘴针(4)。

7.根据权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，所述喷嘴针(4)具有纵向孔(23)，所述纵向孔与所述压力室(24)连接。

8.根据权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，在所述阀壳体(2)中布置有电磁线圈(13)和与所述喷嘴针(4)连接的电磁衔铁(12)。

9.根据权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，在所述压力室(24)中布置有印章形元件(20)，所述印章形元件被接收在所述喷嘴针(4)的纵向孔(23)中。

10.根据权利要求9所述的阀(1)，其特征在于，所述印章形元件(20)构成所述阀壳体(2)的一部分。

11.根据权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，在所述压力室(24)中布置有与所述喷嘴针(4)连接的阀活塞(21)，所述阀活塞具有空腔(25)。

12.根据权利要求11所述的阀(1)，其特征在于，在所述空腔(25)中布置有保持元件(22)，所述保持元件构成所述阀壳体(2)的一部分。

13.根据权利要求12所述的阀(1)，其特征在于，所述弹性元件(7)以另一端部支撑在所述保持元件(22)上。

14.根据权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，在所述低压区域(17)中布置有关闭弹簧(15)。

15.根据权利要求14所述的阀(1)，其特征在于，所述关闭弹簧(15)对所述喷嘴针(4)或者直接地或者间接地加载力，由此，所述喷嘴针(4)与构造在所述阀壳体(2)上的凸肩(9,9’,9”,9”’)这样地共同作用，使得关闭所述气态燃料的通流横截面。

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