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CN107002594A - 具有向外打开的阀关闭元件的气体喷射器 - Google Patents

具有向外打开的阀关闭元件的气体喷射器 Download PDF

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CN107002594A
CN107002594A CN201580064847.9A CN201580064847A CN107002594A CN 107002594 A CN107002594 A CN 107002594A CN 201580064847 A CN201580064847 A CN 201580064847A CN 107002594 A CN107002594 A CN 107002594A
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M·诺尔普
O·舍恩罗克
F·莫泽
G·霍尔
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

本发明涉及用于将气体形式的燃料直接喷入到内燃机的燃烧室的气体喷射器，包括阀关闭元件(2)、密封座(4)、引流元件(5；20)，所述阀关闭元件用于释放和关闭通孔(8)，其中，该阀关闭元件(2)在该气体喷射器的通流方向(B)的方向上打开，所述密封座在阀关闭元件(2)和阀体(3)之间，所述引流元件在气体喷射器的通流方向(B)上布置在密封座(4)之后并且设置用于，形成要喷入到燃烧室内的气体射束(6)。

Description

具有向外打开的阀关闭元件的气体喷射器
技术领域
本发明涉及用于将气体形式的燃料直接喷入到内燃机的燃烧室中的直接喷入式气体喷射器，具有向外打开的阀关闭元件和改善的到燃烧室的喷入特性。
背景技术
最近在内燃机中除了液体燃料也更多地使用气体形式的燃料，例如天然气或者氢气。在用于液体燃料的喷射器中使用向外打开的阀关闭元件，所述阀关闭元件例如使用相对于球扇形或者类似物的密封座几何体，例如椎体。在此，在椎体上的阀座角度定义了在燃烧室中形成的射束的角度和由此的混合气体形成。当顾客希望其它喷射射束，那么这通常通过修改阀座角度来实现。然而在液体燃料的情况下要注意，使燃料尽可能地不湿润壁，因为这样包含了形成液滴的危险，这会导致不允许的颗粒排放和废气问题。
发明内容
相对于此，根据本发明的、用于将气体形式的燃料直接喷入到内燃机的燃烧室的、具有权利要求1的特征的直接喷入式气体喷射器，具有下述优点，在没有大的花费的情况下实现客制化的解决方案。根据本发明，在向外打开的喷射器中第一次能够实现在气体喷射器中阀座的和在燃烧室中的燃料流动的独立设计。在此，向外打开的阀关闭元件具有下述特征，用于打开的运动方向指向内燃机的燃烧室的方向。因此，能够不依赖于阀座或者其它几何条件，个性化地为顾客设计在燃烧室内气体射束的期望的形式。因为本发明限于使用气体形式的燃料的气体喷射器，因而也不存在在液体燃料中有的壁湿润的危险，所述壁湿润具有与其相关的废气问题。因此，根据本发明，能够实现成本有利的模块化方案，以实现顾客个性化的射束构型。本发明的另一个大优点是，也能够将气体喷射器个性化地布置在燃烧室上的任意位置上，例如用于在缸盖中的中心装配或者甚至相对于内燃机的气缸的轴向方向的侧向装配或者倾斜装配。由此，能够获得进一步的构型自由空间，基于内燃机缩小化的追求这是非常重要的。在此也能够实现气体喷射器的个性化的优化安装空间的解决方案和装配位置。根据本发明，这由此实现：气体喷射器具有用于释放和关闭通孔的阀关闭元件。该阀关闭元件在此是向外打开的阀关闭元件，例如是阀针，所述阀关闭元件沿着气体喷射器的通流方向打开。此外，气体喷射器包括在阀关闭元件和阀体之间的密封座以及引流元件。在此，所述引流元件设置用于，形成要喷入到燃烧室内的气体射束。因此，能够通过引流元件的几何构型来个性化地应对关于要喷入的气体射束的客制化期望。
从属权利要求示出本发明的优选的扩展方案。
优选地，引流元件布置在阀体上。特别优选地，引流元件在此与阀体一件式地构造。由此能够实现非常简单的和成本有利的制造。于是为了气体射束的不同形状能够简单地分别仅更换阀体。
此外优选地，引流元件布置在阀关闭元件上。优选地，引流元件在此与阀关闭元件一件式地设置。也能够通过这种措施实现要喷入到燃烧室中的气体射束的成型。
特别优选地，引流元件不仅包括用于在阀关闭元件上的流体导向的装置，而且包括用于在阀体上的流体导向的装置。
优选地，引流元件包括作为流体导向部的部分球面。在此，通过改变所述部分球面的半径能够分别获得不同的要喷入的气体射束。
根据本发明的另一个优选的构型，引流元件包括锥形面。
也可行的是，使不同的几何形状相互结合，例如在气体喷射器的通流方向上使部分球面邻接到锥形面上或者反过来。其它的几何面，例如柱面或者类似的也是可行的。
根据本发明的另一个优选的构型，要喷入的气体射束的中轴线与气体喷射器的轴向轴线相交成角度γ。在此，角度γ优选地处于0°和180°之间的范围内。由此能够顾客个性化地形成要喷入的气体射束。所述角度γ处于0到60°的范围内，尤其优选地处于10到60°的范围内。
根据本发明的另一个优选的构型，在阀关闭元件和阀体之间的密封座是平座。因此，根据本发明第一次提出这样的用于喷入气体形式的燃料的气体喷射器：该气体喷射器具有作为密封座的平座，并且该气体喷射器设置成向外打开的喷射器。
平座的大优点是，尤其在气体形式燃料的情况下，能够在阀关闭元件和阀体之间以相对简单的和成本有利的方式提供相对宽的密封面，并且因此提供可靠的密封。
进一步优选地，引流元件不对称地构造。通过这种措施能够获得用于喷入到燃烧室中的个性化的射束形状。尤其能够由此实现例如下述流动，所述流动实现将气体射束施加到缸盖顶上(科恩达效应，Coanda-Effekt)或者气体射束合拢成集中的中心射束。由此，尤其能够如此改变气体射束，使得能够在燃烧室中实现优化的混合气体形成。
根据本发明的一种替代的构型，引流元件对称地构造。由此能够实现在燃烧室内气体射束对称的形状。
为了能够实现特别简单的结构，阀关闭元件优选地具有锥形的密封面。由此能够提供简单制造的、在阀关闭元件和阀体之间的密封座。
本发明还涉及一种内燃机，包括燃烧室和根据本发明的气体喷射器，其中，所述气体喷射器直接布置在燃烧室上，以便将气体形式的燃料直接喷入到燃烧室内。
此外，所述内燃机优选地包括缸盖，其中，根据本发明的气体喷射器以从缸盖的指向燃烧室的端部离开预定间距的方式布置。根据一种替代的构型，气体喷射器从缸盖的指向燃烧室的端部以预定间距突出。换言之，气体喷射器部分地伸出到燃烧室内。通过两个措施能够获得气体射束的不同的射束形状。
进一步优选地，气体喷射器以相对于燃烧室的中轴线的预定角度布置在内燃机中。由此，也能够实现气体喷射器在燃烧室上的侧向装配，从而获得关于气体喷射器在燃烧室上的定位的高的构型自由度。这尤其是有利的，因为一直要追求降低内燃机的安装尺寸或者降低其气缸数目，从而在内燃机上存在不断变小的安装空间。
附图说明
下面参照附图详细地说明本发明的优选的实施例。在此，同样的或者功能相同的部件借助同样的附图标记来标示。在附图中：
图1根据本发明的第一实施例的气体喷射器的示意性剖视图，和
图2-15根据本发明的气体喷射器的其它不同的实施例。
具体实施方式
下面参照图1详细地解释本发明的根据优选的第一实施例的气体喷射器1。
如从图1可见的那样，气体喷射器1包括阀关闭元件2，该阀关闭元件在本实施例中是阀针。气体喷射器1是向外打开的气体喷射器，因为阀关闭元件2沿着通流方向(箭头B)打开。也就是说，阀关闭元件2从阀座4向着燃烧室10的方向升起。在图1中用于打开阀关闭元件2的运动方向通过箭头A标示。
在此，阀关闭元件2打开和关闭通孔8，该通孔在阀体3中构成。阀体3也构成气体喷射器1的壳体。
阀关闭元件2借助电磁致动器7打开。电磁致动器7在此包括衔铁70，该衔铁与阀关闭元件2直接连接。此外，设置线圈71和内极72。在线圈71通电的情况下使所述衔铁逆着回位元件9的弹力向燃烧室10的方向运动，由此阀关闭元件2从密封座4升起。由此释放通孔8，从而使气体形式的燃料喷入到燃烧室10中。
在图1中示意性地以虚线划出气体射束6，该气体射束标示在气体喷射器1打开的状态下到燃烧室10中的气体形式的喷射。气体射束6在此具有锥形的周面。为了实现所述锥形的周面，根据本发明设置引流元件5。引流元件5与阀体3一件式地构成并且包括第一导向面51和第二导向面52。第一导向面51在此垂直于气体喷射器1的轴向轴线X-X。直接与其衔接的是第二导向面52，该第二导向面锥形地构造。由此，气体射束6获得锥形的外周面区域。
在轴向轴线X-X和引流元件5之间的角度在此用α/2标明并且是大约25°。角度α能够相应于燃烧过程的要求而在0°至180°之间任意地调设。
由此，根据本发明，引流元件5在气体喷射器1的通流方向B上连接在密封座4之后。由此，根据本发明，在气体喷射器的确定最大体积流的完全打开状态下，气体射束6的成型与密封座4或者说与在阀关闭元件2和阀体3之间的环状缝隙分开。由此能够实现引流元件5的客制化的设计。根据本发明，密封座4也能够独立于其它、尤其对气体射束6的成型影响而被优化，以便优化地接收出现的流动力和关闭力。根据本发明，这与向外打开的气体喷射器1结合来实现。因此，获得气体喷射器1的非常多样化的结构，所述气体喷射器不但可以实现如图1中所示的那样的中心装配，也可以实现在缸盖中的侧向装配。因此，能够通过在密封座4的下游布置引流元件5的方式获得用于向外打开的气体喷射器1的密封座4和在燃烧室10内的燃料流、即产生的气体射束6的独立设计。因为根据本发明设有气体形式的燃料，因而也不产生在液体燃料的情况下的问题：在引流元件5上会产生液滴形成，所述液滴形成对废气形成造成不利的影响。
图2示出根据本发明的第二实施例的气体喷射器1。如从图1可见的那样，引流元件5如在第一实施例中那样包括锥形的第二导向面52。然而在第二导向面52和密封座4之间设置的导向面在第二实施例中构造为弧形的导向面53。由此能够实现从弧形的导向面53到锥形的第二导向面52的连续过渡。
图3示出根据本发明的第三实施例的气体喷射器1。在该第三实施例中，引流元件5包括如图2所示的弧形的第一导向面53和弧形的第二导向面54。在此，在引流元件5的几何曲线中在两个弧形导向面53、54之间设置能够在横截面中可看出的拐点W。由此，尤其实现所谓的中心射束作为气体射束6，该中心射束基本上是环柱形并且由此平行于气体喷射器1的轴向轴线X-X。除了柱形，气体射束6的周面在此也可以是轻微的锥形。
图4示出根据本发明的第四实施例的气体喷射器，其中，尤其示出在缸盖11中的装配位置。如同从图4可见的那样，气体喷射器1从燃烧室10退回一点。准确地说，在缸盖11的燃烧室侧端部和引流元件5的燃烧室侧端部50之间设有间距12。由此能够尤其将密封座4布置得离热的燃烧室10更远一点，从而也可以考虑弹性体密封元件作为密封元件。
图5示出气体喷射器1的第五实施例，该实施例示出不同于图4中的装配位置。在该第五实施例中，气体喷射器1布置成突出到燃烧室中，其中，引流元件5的燃烧室侧端部从气缸11的燃烧室侧端部以间距13突出到燃烧室10中。
在此，在第五实施例中得到锥形的气体射束6，因为引流元件5的燃烧室侧端部50与图4相比变短。
图6示出根据本发明的第六实施例的气体喷射器1。在此，第六实施例的引流元件5的成型相应于第三实施例，从而第六实施例的引流元件5包括弧形的第一导向面53和弧形的第二导向面54，所述第一导向面和第二导向面通过拐点W相互连接。然而与第三实施例不同的是，阀关闭元件2同样以具有流动导向区域20的方式构造。在此，在阀体3上的引流元件5负责气体射束6在气体射束外周面上成型，并且流动导向区域20负责气体射束6的内周面区域60的成型，所述流动导向区域在密封座4的下游构造在阀关闭元件2上。因此，除了在阀体3上的引流元件5还设有在阀关闭元件2上的流动导向区域20。由此能够获得气体射束6在其外周和其内周上的非常精确的成型。在该实施例中，如此形成流动导向区域20，使得在内周向60上获得逐渐变细的内周面区域。
图7示出根据本发明的第七实施例的气体喷射器1。该第七实施例基本上相应于第六实施例，其中，为了在阀关闭元件2上减少重量而在密封座4的下游区域内设置槽口61。由此能够确保阀关闭元件2的用于打开和关闭的快速运动。
图8示出根据本发明的第八实施例的气体喷射器1。与以上实施例不同的是，在第八实施例中如此构成引流元件5，使得气体射束6能够从阀体3径向地流出。在此，在阀关闭元件2上如此构成流动导向区域20，使得支持径向流出。引流元件5包括弧形的导向面53，从而实现径向的流出。
在图9至12中示出气体喷射器1，所述气体喷射器分别具有平密封座4。在此，在阀体3上的密封配对件30包括下述面，所述面垂直于轴向轴线X-X。
在图9中示出的气体喷射器1的第九实施例中，如同在图8中那样实现了气体射束6的径向流出。在此，引流元件5设置有下述面55：所述面垂直于轴向轴线X-X。
在图10中示出的气体喷射器1的第十实施例中，引流元件5包括在面55上的导向区域以及包括导向面51，所述导向区域垂直于轴向轴线X-X，所述导向面是锥形的。由此得到类似于在图1的第一实施例中的气体射束6，然而具有下述不同：在向外打开的气体喷射器1中现在实现了平密封座4。
在图11中示出的气体喷射器1的第十一实施例包括引流元件5，具有与平密封座4结合的弧形的导向面53。由此能够实现基本上锥形地扩宽的气体射束6，其中，设置平座作为密封座。
图12示出根据本发明的第十二实施例的气体喷射器1，其中，除了在阀体3上的引流元件5还设置在阀关闭元件2上的流动导向区域20。由此得到环形的气体射束6，所述气体射束在燃烧室中扩宽。气体射束6的内周60在此通过在阀关闭元件2上的流动导向区域10的成型来限定。
图13示出根据本发明的第十三实施例的气体喷射器1。气体射束6的成型在此相应于在图10中示出的、具有直线的面55和锥形的导向面51的实施例，所述面垂直于轴向轴线X-X。然而在第十三实施例中在阀体3上设置引流元件5作为单独的构件。引流元件5例如借助焊缝31与阀体3连接。由此，虽然阀体3和引流元件2设置成两件式的构件，然而能够通过单独地设置引流元件5而以简单的方式应对内燃机制造者的不同的要求，其方式是仅仅更换引流元件5。
在图1至13中的到目前为止的实施例描述的气体喷射器1分别具有引流元件5的以及阀关闭元件2的关于轴向轴线X-X的对称构型。
图14中示出的气体喷射器1的第十四实施例反之示出不对称形式的引流元件5。换言之，引流元件5相对于轴向轴线X-X不对称地构造。在此得到，如从图14可见的那样，由多个弧形面构成的第一区域56和具有凹处的第二区域57。由此实现气体射束6，所述气体射束的中轴线Y-Y相对于轴向轴线X-X处于角度γ。因此，能够通过这种根据本发明的构思来定义相对于轴向轴线X-X的射束角度γ并且适配各种顾客期望。在该实施例中，气体射束6设置成柱形。
图15示出本发明的第十五实施例，其中气体喷射器1的引流元件5同样不对称地构造。在本实施例中通过引流元件5的造型实现锥形的气体射束6。
因此，根据本发明，在向外打开的气体喷射器中第一次实现密封座几何形状与射束形成几何形状分开，所述射术形成借助在阀体3上的引流元件5和/或在阀关闭元件2上的流动导向区域20预先给定。由此实现直接喷入到燃烧室10中的气体射束6的个性化解决方案。因此，尤其利用下述事实：由于气体形式的燃料而在喷入过程中不出现壁湿润和燃料的液滴形成。因此，也能够使密封座4独立于气体射束6的射束产生过程来设计。

Claims (18)

1.用于将气体形式的燃料直接喷入到内燃机的燃烧室中的气体喷射器，包括：
-阀关闭元件(2)，用于释放或者关闭通孔(8)，
-其中，所述阀关闭元件(2)沿着所述气体喷射器的通流方向(B)的方向打开，
-在所述阀关闭元件(2)和阀体(3)之间的密封座(4)，和
-引流元件(5；20)，所述引流元件在所述气体喷射器的通流方向(B)上布置在所述密封座(4)之后并且设置用于，形成要喷入到所述燃烧室内的气体射束(6)。
2.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5)布置在所述阀体上。
3.根据权利要求2所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5)与所述阀体(3)一件式地构造。
4.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(20)布置在所述阀关闭元件(2)上。
5.根据权利要求4所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(20)与所述阀关闭元件(2)一件式地构成。
6.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5)包括部分球面。
7.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5；20)包括锥形面。
8.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5；20)包括柱形面。
9.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述气体射束(6)的中轴线(Y-Y)与所述气体喷射器的轴向轴线(X-X)相交成角度(γ)。
10.根据权利要求9所述的气体喷射器，其特征在于，所述角度(γ)处于0°到60°的范围内，尤其处于10°到60°的范围内。
11.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述密封座(4)是平座。
12.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5)对称地构造。
13.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5)如此设置，使得产生柱形的或者锥形的或者环形的气体射束(6)。
14.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述阀关闭元件(2)在所述密封座(4)上具有锥形密封面。
15.根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器，其特征在于，所述引流元件(5)包括弧形的第一和第二导向面(53、54)，所述第一和第二导向面通过在横截面中能看出的拐点(W)相互连接。
16.内燃机，包括缸盖(11)和根据以上权利要求中任一项所述的气体喷射器(1)，其中，所述气体喷射器(1)直接布置在燃烧室(10)上。
17.根据权利要求16所述的内燃机，其特征在于，所述气体喷射器(1)这样布置在缸盖(11)中，使得所述引流元件(5)的燃烧室侧端部(50)与所述缸盖(11)燃烧室侧端部隔开间距(12)。
18.根据权利要求16所述的内燃机，其特征在于，所述引流元件(5)的燃烧室侧端部(50)突出到所述燃烧室(10)中。
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