CN113167194A - 用于内燃机的水喷射系统的喷射阀和具有这种喷射阀的水喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的水喷射系统的喷射阀(1)，其包括用于作用到可往复运动的衔铁(3)上的环形电磁线圈(2)，所述衔铁与阀元件(4)连接，还包括空心柱形的芯(5)，该芯至少区段地被所述电磁线圈(2)包围并且构成入口接管(6)或与入口接管(6)连接，通过该入口接管可以向所述喷射阀(1)供给来自分配器管路(7)的水。根据本发明，将体(8)插入到所述入口接管(6)中，所述体在轴向方向上被流动通道(9)贯穿，该流动通道限定进入开口(10)，用于向所述喷射阀(1)供给来自所述分配器管路(7)的水。本发明还涉及一种用于内燃机的、具有根据本发明的喷射阀(1)的水喷射系统。

Description

用于内燃机的水喷射系统的喷射阀和具有这种喷射阀的水喷 射系统

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的用于内燃机的水喷射系统的喷射阀。内燃机尤其可以是汽油发动机。此外，本发明涉及一种用于内燃机的、具有根据本发明的喷射阀的水喷射系统。

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结合的小型化(Downsizing)设计。然而，在高的发动机负载下，内燃机在关于燃料消耗方面最优的运行点中的运行通常是不可能的，因为由于爆震倾向和高废气温度而给运行设定界限。用于减少爆震倾向和/或降低废气温度的措施设置为水喷射，其中，可以进行到内燃机的燃烧室中或到内燃机的进气管中的直接喷射。

在具有水喷射的内燃机中存在以下危险：引导水的管路和/或部件在温度低时结冰并且由于冰压受到损坏。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例如得到一种具有水喷射设备的内燃机，该水喷射设备包括用于存储水的水箱、用于输送水的泵和用于喷射水的水喷射阀。泵在入口侧通过第一管路与水箱连接并且在出口侧通过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，使得可以重力驱动地进行排空。替代地或补充地，泵可以在相反的输送方向上运行。

为了避免这种喷射系统的喷射阀结冰，也必须将所述喷射阀排空。由公开文献DE10 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，它们依次地通过输送机组的输送方向的反转被排空。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。通过在排空时打开的喷射阀吸入的空气应附加地辅助排空。

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系统的喷射阀，该喷射阀在水喷射系统的回吸运行中可以特别简单和/或快速地被排空，以便防止喷射阀结冰和从而防止喷射阀损坏。

为了解决该任务，提出具有权利要求1特征的喷射阀以及具有权利要求5特征的水喷射系统。在各从属权利要求中给出本发明的有利扩展方案。

针对内燃机的水喷射系统所提出的喷射阀包括用于作用到可往复运动的衔铁上的环形电磁线圈，所述衔铁与阀元件连接。此外，喷射阀包括空心柱形的芯，该芯至少区段地被电磁线圈包围并且构成入口接管或与入口接管连接，通过该入口接管能够向喷射阀供给来自分配器管路的水。根据本发明，将在轴向方向上被流动通道贯穿的体插入到入口接管中，该流动通道限定用于向喷射阀供给来自分配器管路的水的进入开口。

在根据本发明的喷射阀中，进入开口不是通过入口接管，而是通过插入到入口接管中的体形成。因此，该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(Totvolumen)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，优选地，所述体以这种方式插入到入口接管中，使得在该体和入口接管之间不留有空腔，该空腔直接或间接地与构造在体中的流动通道处于流体连接中。为了确保这一点，例如体可以被压入到入口接管中。

因此，仅通过构造在体中的流动通道向喷射阀供给水。该流动通道在轴向方向上延伸，优选与喷射阀的纵轴线同轴。

此外，构造在体中的流动通道的减小的自由通流横截面提高在水回吸时的流动速度，使得同时加速了喷射阀的排空。此外，辅助性附加地，减小的通流横截面反作用于涡流。因此，结果是：在用于回吸的输送机组的相同回吸管路的情况下，在相同时间内从喷射阀吸回明显更多的水。即在外部温度低时，结冰和由于冰压损坏喷射阀的危险显著降低。

构造在体中的流动通道优选具有柱体形状。此外，流动通道的直径优选尽可能这样小地选择，以便在回吸时实现尽可能大的流动速度并且生成不间断的水柱。同时，这样地测定直径，使得还确保喷射阀的足够的水供给。优选地，流动通道的直径选择得小于分配器管路的直径。流动通道的直径例如可以是2至4mm。构造有流动通道的体优选具有相当于或大于流动通道半径的最小壁厚。

插入到入口接管中的体尤其可以由橡胶或塑料制成。在这种情况下，该体可以具有相对于轴向孔的略微的径向过盈，使得体在插入之后在径向预紧的情况下贴靠在入口接管上。

根据本发明的一个优选实施方式，插入到入口接管中的体在轴向方向上突出超过入口接管。在这种情况下，所述体可以附加地被用于减小死容积，所述死容积通常保留在分配器管路的杯形附接元件中，该附接元件用于将喷射阀附接到分配器管路上。因此，可以进一步减少在系统排空时回吸的水量。

用于向至少一个喷射阀供给水的分配器管路也称为轨。通常，轨具有用于连接喷射阀的至少一个杯形附接元件。该附接元件也称为轨杯座。在此，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。

为了使轨杯座或者说杯形附接元件的死容积最小化，在本发明的扩展方案中提出，插入到入口接管中的体不但在轴向方向上，而且在径向方向上突出超过入口接管。所述体例如可以具有在轴向和径向方向上突出超过入口接管的环形凸缘。此外，环形凸缘可以用于将喷射阀支撑在分配器管路的杯形附接元件上。通过环形凸缘，喷射阀可以轴向和/或径向地支撑在杯形附接元件上。如果环绕地进行支撑，即通过所述体的环形端面和/或外周面，则同时实现喷射阀的入口区域的密封。

为了在轴向方向上支撑/密封，插入到入口接管中的体优选具有环形端面，该环形端面支撑在杯形附接元件的凸肩或底部上。替代地或补充地，为了提高密封作用，可以在所述体的环形端面与杯形附接元件之间置入密封元件、尤其是密封环。环形端面优选由体的环形凸缘构成，使得提高用于密封环的密封面或者说支承面。

为了简化插入到入口接管中的体的制造，提出，所述体多件式地实施。为了插入到入口接管中，第一部件可以具有外轮廓、尤其是外径，其匹配于入口接管的内轮廓或内径。用于减小杯形附接元件的死容积的另一部件可以具有外轮廓、尤其是外径，其匹配于杯形附接元件的内轮廓或内径。只要所述体具有环形凸缘，则所述另一部件优选构成环形凸缘。

借助插入到入口接管中的体，任意的喷射阀，例如燃料喷射阀也能够被改造为根据本发明的用于水喷射的喷射阀。

此外，为了解决开头所述的任务而提出的用于内燃机的水喷射系统包括分配器管路或者说轨以及至少一个根据本发明的喷射阀。由于在喷射阀中和可能地在杯形附接元件中的减小的死容积，该死容积在回吸时可以更简单且更快速地被排空，使得明显减小结冰的危险和从而由于冰压而造成的损坏。相应地，也提高了水喷射系统的稳健性。

为了进一步使死容积最小化，可以补充地减小分配管路的直径。死容积越小，则喷射阀/分配器管路的区域就可以越简单且越快速地被排空并且因此被保护以防结冰。

在本发明的扩展方案中提出，分配器管路具有至少一个杯形附接元件，喷射阀通过该附接元件与分配器管路连接。所述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到分配器管路上的附接。

优选地，杯形附接元件至少区段地包围喷射阀的入口接管和/或插入到入口接管中的体。在此，在杯形附接元件与入口接管或体之间保留的轴向间隙和/或径向间隙可以用于接收密封元件、尤其是密封环，使得向外密封喷射阀的入口区域。

因此，作为扩展的措施提出，在杯形附接元件与插入到入口接管中的体之间布置有密封环。该密封环可以在外周侧布置在体上或区段地包围体，使得密封环径向地进行密封。替代地或补充地，密封环可以轴向地支撑在体的环形端面上，使得该密封环轴向地进行密封。

密封环布置在杯形附接元件和体之间的轴向间隙中具有以下优点：进一步减小了杯形附接元件中的死容积，因为密封环布置在更小的直径上。

优选地，所提出的水喷射系统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从喷射阀吸回水。输送机组例如可以是电动马达驱动的泵，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

在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阀的示意性纵截面，

图2根据第二优选实施方式的根据本发明的喷射阀的示意性纵截面，

图3根据第三优选实施方式的根据本发明的喷射阀的示意性纵截面，

图4根据第四优选实施方式的根据本发明的喷射阀的示意性纵截面，

图5根据本发明的水喷射系统的示意图，和

图6在内燃机的进气管处的图5的水喷射系统的喷射阀的示意图。

具体实施方式

由图1可看到用于内燃机的水喷射系统的喷射阀1，所述喷射阀包括用于作用到可往复运动的衔铁3上的环形电磁线圈1，所述衔铁与阀元件4连接。阀元件4当前实施为空心针并且在其背离衔铁3的端部上与球形阀关闭元件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包括阀元件4和阀关闭元件29朝芯5的方向运动，以便闭合在芯5和衔铁3之间形成的工作气隙31。在此，球形阀关闭元件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的弹簧力复位到其初始位置中，使得阀关闭元件29再次关闭喷射开口30。

芯5实施为空心柱形并且通过空心柱形的连接件33与入口接管6连接，喷射阀1能够通过入口接管被供给以来自分配器管路7的水。入口接管6被分配器管路7的杯形附接元件12包围，其中，密封环13布置在杯形附接元件12与入口接管6之间。因此，向外密封入口区域。

杯形附接元件12具有凸肩27，使得杯形附接元件12通过具有减小的内径的区段过渡到分配器管路7中。以这种方式，减少了存在于杯状附接元件12中的死容积。

为了减小在喷射阀1的入口区域中的死容积，将体8插入到喷射阀1的入口接管6中，所述体被流动通道9贯穿，该流动通道限定进入开口10。因此，仅通过流动通道9向喷射阀1供给来自分配器管路7的水。此外，体8的外轮廓匹配于入口接管6的内轮廓，使得体8减小了喷射阀1的入口区域中的死容积。

为了减小死容积所提出的措施有助于，喷射阀1和杯形附接元件12可以快速地通过回吸被排空，使得不必担心在内燃机停止和外部温度低时由于冻结的水而造成的损坏。

用于减小死容积的其它措施可以包括减小分配器管路7的直径。

由图2可看到另一喷射阀1，其与图1的喷射阀的不同之处仅在于插入到入口接管6中的体8的具体构型。在图2的实施例中，体8在轴向方向上突出超过入口接管6并且具有环形凸缘11，该环形凸缘轴向地支撑在杯形附接元件12的凸肩27上。因此，体8同时减小了杯形附接元件12的死容积。此外，通过支撑在凸肩27上的体8实现附加的密封。

在图2的实施例中，在体8的环形凸缘11上连接有另一空心柱形区段28，其一直被引导到分配器管路7上。以这种方式使杯形附接元件12的死容积进一步最小化。

在图3中示出图2的实施方式的变型方案。因为体8在此多件式地、具体而言两件式地实施。多个部件简化了体8的制造和装配。

在图4所示的实施例中，密封环13布置在杯形附接元件12与体8的环形凸缘11之间的轴向间隙中并且具有比前述实施方式的密封环13中的每个密封环更小的直径。在图4的实施例中，密封环13的位置和尺寸也有助于减小杯形附接元件12中的死容积。密封环13当前支撑在体8的端面14上，该端面由环形凸缘11形成。因此，体8具有用于密封环13的增大的支撑面。

由图5可看到具有至少一个根据本发明的喷射阀1的根据本发明的水喷射系统。所示系统例如包括四个这样的喷射阀1。喷射阀1附接在分配器管路7或者说轨上，从水箱15向所述分配器管路或者说轨供给水。水借助输送机组16通过水管路17被供应给分配器管路7。在此，输送机组16当前实施为布置在水箱15外的、电动马达可驱动的泵。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系统的对冰压敏感的管路和/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的方向回流，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5所示的系统中，在输送机组16下游从水管路17中分支出回流管路22，该回流管路终止于水箱15。输送机组16的多余输送量可以通过回流管路22引回到水箱15中，例如以便调节分配器管路7中的压力。为了调节压力，在分配器管路7中或在水管路17中可以设置压力传感器23。为了在回吸过程期间不通过回流管路22从水箱15吸入水，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滞压，用于实现压力调节。

如由图6可看到，喷射阀1布置在进气管24处，通过该进气管向内燃机的燃烧室25供给燃用空气。因此，水喷射在燃烧室25外进行。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。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的水喷射系统的喷射阀(1)，所述喷射阀包括用于作用到可往复运动的衔铁(3)上的环形电磁线圈(2)，所述衔铁与阀元件(4)连接，所述喷射阀还包括空心柱形的芯(5)，该芯至少区段地被所述电磁线圈(2)包围并且构成入口接管(6)或与入口接管(6)连接，通过所述入口接管能够向所述喷射阀(1)供给来自分配器管路(7)的水，

其特征在于，将体(8)插入到所述入口接管(6)中，所述体在轴向方向上被流动通道(9)贯穿，所述流动通道限定用于向所述喷射阀(1)供给来自所述分配器管路(7)的水的进入开口(10)。

2.根据权利要求1所述的喷射阀(1)，

其特征在于，插入到所述入口接管(6)中的体(8)在轴向方向上突出超过所述入口接管(6)。

3.根据权利要求1或2所述的喷射阀(1)，

其特征在于，插入到所述入口接管(6)中的所述体(8)具有在轴向和径向方向上突出超过所述入口接管(6)的环形凸缘(11)，用于支撑在所述分配器管路(7)的杯形附接元件(12)上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的喷射阀(1)，

其特征在于，插入到所述入口接管(6)中的所述体(8)多件式地实施。

5.一种用于内燃机的水喷射系统，其具有分配器管路(7)和至少一个根据前述权利要求中任一项所述的喷射阀(1)。

6.根据权利要求5所述的水喷射系统，

其特征在于，所述分配器管路(7)具有至少一个杯形附接元件(12)，所述喷射阀(1)通过所述杯形附接元件与所述分配器管路(7)连接。

7.根据权利要求6所述的水喷射系统，

其特征在于，所述杯形附接元件(12)至少区段地包围所述喷射阀(1)的入口接管(6)和/或至少区段地包围插入到所述入口接管(6)中的所述体(8)。

8.根据权利要求6或7所述的水喷射系统，

其特征在于，在所述杯形附接元件(12)和插入到所述入口接管(6)中的所述体(8)之间布置有密封环(13)。

9.根据权利要求8所述的水喷射系统，

其特征在于，所述密封环(13)区段地包围插入到所述入口接管(6)中的所述体(8)，或轴向地支撑在插入所述入口接管(6)中的所述体(8)的端面(14)上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射系统，

其特征在于，所述水喷射系统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，优选地，所述输送机组(16)的输送方向能够逆转，以便能够实现将水吸回到所述水箱(15)中。

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