本發(fā)明涉及一種具有行程去節(jié)流效應(yīng)的氣體噴射器，用于將氣體形式燃料噴入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)、尤其直接噴入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)，其中，氣體形式燃料的節(jié)流與閥關(guān)閉元件的最大行程脫耦。此外，本發(fā)明涉及具有氣體噴射器的噴射器組件。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及包括氣體噴射器或者這類噴射器組件的內(nèi)燃機(jī)。

背景技術(shù)：

最近在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域除了液體燃料也更多地使用氣體形式燃料，例如天然氣或者氫氣。在已知的直接噴入式氣體噴射器的情況下，主要問題是氣體噴射器的、尤其其閥體的高的熱負(fù)荷。在此，由于高的熱負(fù)荷，不使用例如具有有限的溫度穩(wěn)定性的彈性體作為密封材料。除了彈性體的好的密封特性，它在關(guān)閉過程中的優(yōu)秀的減振特性也是有利的。由于取消了液體減振的降低負(fù)荷效果，后者在氣體噴射器中特別重要。在向外打開的氣體噴射器中另一個(gè)主要問題在于，通過由針閥行程釋放的橫截面來確定燃料量。該流動(dòng)橫截面強(qiáng)烈地依賴于在制造和裝配氣體噴射器中的制作公差和調(diào)整公差以及也依賴于變化的運(yùn)行條件和出現(xiàn)的磨損。

這些因素造成對(duì)氣體噴射器的節(jié)流作用的復(fù)雜影響和因此對(duì)噴入的氣體量的復(fù)雜影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

與之相對(duì)地，根據(jù)本發(fā)明的、用于將氣體形式燃料尤其直接噴入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的、具有權(quán)利要求1的特征的直接噴入式氣體噴射器具有下述優(yōu)點(diǎn)，噴入的氣體量在高的使用壽命期間也能夠保持恒定。這根據(jù)本發(fā)明由此實(shí)現(xiàn)，將構(gòu)造成節(jié)流部位的、確定流量的橫截面置入氣體噴射器的內(nèi)部。更準(zhǔn)確地說，確定流量的橫截面在氣閥完全打開的情況下在該氣體噴射器的通流方向上布置在密封座之前。由此，處于氣體噴射器內(nèi)部的節(jié)流部位確定氣體形式燃料的流量并且與公差、溫度影響、磨損等等無關(guān)。因?yàn)樗龉?jié)流部位位于氣體噴射器內(nèi)部，因而確定所述確定流量的橫截面的構(gòu)件也僅僅少量地負(fù)荷高溫，從而僅僅出現(xiàn)溫度引起的最小幾何形狀變化。由此，在運(yùn)行中有可能出現(xiàn)的閥關(guān)閉元件的行程過調(diào)也對(duì)要噴入的氣體量不產(chǎn)生影響。此外，在所有運(yùn)行條件下，氣體噴射器的極不同的構(gòu)件中的長的并且因此難以掌握的公差鏈也失去了其對(duì)氣體噴射器完全打開的情況下的噴入氣體量的負(fù)面影響。因?yàn)殚y關(guān)閉元件和閥體能夠被非常精確地制作，流動(dòng)橫截面能夠被準(zhǔn)確地構(gòu)造。在確定流量的節(jié)流部處于密封座上的情況下，整個(gè)公差鏈(多個(gè)幾何形狀公差、行程調(diào)整公差、溫度膨脹引起的行程變化)對(duì)噴入的燃料量發(fā)生影響，相反，根據(jù)本發(fā)明僅僅尤其閥體的和閥關(guān)閉元件的直徑制造公差起作用。此外，通過將確定流量的節(jié)流部位從密封座移動(dòng)到氣體噴射器的內(nèi)室，所述節(jié)流部位不由于止擋或者導(dǎo)向而承受機(jī)械負(fù)荷，并且因此所述節(jié)流部位不受到磨損。由此在使用壽命上不產(chǎn)生體積流變化。此外，熱膨脹和由于熱膨脹導(dǎo)致的行程變化對(duì)體積流量不產(chǎn)生影響或者僅僅產(chǎn)生小的影響。在節(jié)流部位之前和之后的閥體的和閥關(guān)閉元件的細(xì)節(jié)的幾何形狀能夠針對(duì)在最窄橫截面中的氣體超聲速流動(dòng)而流動(dòng)優(yōu)化地設(shè)計(jì)。

從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案。

為了提供盡可能成本有利的并且借助簡單的制造方法制造的節(jié)流部位，閥關(guān)閉元件優(yōu)選地具有外柱形區(qū)域，所述外柱形區(qū)域在氣體噴射器的內(nèi)部限定確定流量的流動(dòng)橫截面。

此外優(yōu)選地，閥體具有內(nèi)柱形區(qū)域，所述內(nèi)柱形區(qū)域同樣在氣體噴射器的內(nèi)部限定確定流量的流動(dòng)橫截面。

替代地，氣體噴射器在內(nèi)部具有多個(gè)鉆孔或者留空，所述鉆孔或者留空通過流動(dòng)橫截面限制流量。此外替代地，設(shè)置四角幾何形狀或者具有橢圓外輪廓的幾何形狀或者任意的幾何形狀組合可能性。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的構(gòu)型，在閥體和閥關(guān)閉元件之間的流動(dòng)橫截面相對(duì)于所述氣體噴射器的中軸線是不對(duì)稱的。通過不對(duì)稱性，尤其氣體形式燃料的流動(dòng)會(huì)先就造成預(yù)定的旋流或者類似現(xiàn)象，從而在噴入過程中得到優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器特別優(yōu)選地是向外打開的氣體噴射器。因此，根據(jù)本發(fā)明第一次能夠使向外打開的氣體噴射器的組合與在最大行程中的氣體形式燃料的節(jié)流的脫耦合并。

此外優(yōu)選地，氣體噴射器是直接噴入式氣體噴射器，所述氣體噴射器將氣體形式燃料直接噴入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)。

為了顯著地降低在氣體噴射器的燃燒室側(cè)的區(qū)域上的溫度，優(yōu)選地在閥體上設(shè)置熱保護(hù)裝置。因此，顯著地降低了氣體噴射器的其它構(gòu)件的、尤其密封座的和閥關(guān)閉元件的熱負(fù)荷。此外，通過所述熱保護(hù)裝置避免了，在氣體噴射器的過熱區(qū)域上發(fā)生不期望的熾熱點(diǎn)火。由此也得到了下述可能性：尤其在向外打開的氣體噴射器中，用軟的材料、例如用彈性體制造密封座。由于這樣的材料在彈性變形力小的情況下的高的彈性柔韌性，在幾何形狀不完美的情況下也能夠在使用壽命上實(shí)現(xiàn)氣體噴射器的氣體密封性。

根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的構(gòu)型，熱保護(hù)裝置具有帶有第一導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱罩，該第一導(dǎo)熱系數(shù)大于閥體的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，使引入到氣體噴射器的燃燒側(cè)區(qū)域中的熱有效地導(dǎo)入到例如氣缸蓋中。特別優(yōu)選地，導(dǎo)熱罩由金屬、尤其鋁制造。由此實(shí)現(xiàn)輕便的結(jié)構(gòu)。此外，優(yōu)選地能夠通過焊接或者楔緊連接使導(dǎo)熱罩固定在閥體上。由于導(dǎo)熱罩的存在以及其形狀，還能夠顧客個(gè)性化地適配流動(dòng)導(dǎo)向和氣體混合。

替代地或者附加地，熱保護(hù)裝置具有帶有第二導(dǎo)熱系數(shù)的第一熱保護(hù)層，該第二導(dǎo)熱系數(shù)小于所述閥體的導(dǎo)熱系數(shù)和/或小于所述導(dǎo)熱罩的第一導(dǎo)熱系數(shù)。這用于，降低或者消除從燃燒室到閥體和/或?qū)嵴值臒醾鬟f。當(dāng)熱還是被傳遞時(shí)，所述熱能夠被導(dǎo)熱罩導(dǎo)出。因此降低閥體的熱負(fù)荷。

特別優(yōu)選地，第一熱保護(hù)層由陶瓷制造。

有利地，第一熱保護(hù)層布置在所述導(dǎo)熱罩上。第一熱保護(hù)層尤其能夠布置在指向燃燒室的端面上。替代地或者附加地，通流開口的內(nèi)側(cè)也能夠沿著流動(dòng)導(dǎo)向部設(shè)有第一熱保護(hù)層。

此外優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱罩具有板狀區(qū)域，或者具有板狀基礎(chǔ)區(qū)域和布置在該板狀基礎(chǔ)區(qū)域上的壁區(qū)域。因此，能夠例如使導(dǎo)熱罩與不同的閥體形狀相匹配。此外，根據(jù)應(yīng)用來匹配導(dǎo)熱路徑。

為了確保導(dǎo)熱罩在氣缸蓋上好的熱附接，導(dǎo)熱罩在接觸面上優(yōu)選地具有表面結(jié)構(gòu)化，其中，所述接觸面設(shè)置用于在導(dǎo)熱罩和氣缸蓋之間的接觸并且布置在該導(dǎo)熱罩上。

尤其優(yōu)選地，所述表面結(jié)構(gòu)化包括滾花。由此也降低用于將氣體噴射器安裝到氣缸蓋中的接合力。

此外優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱罩包括導(dǎo)熱膏，該導(dǎo)熱膏施加在導(dǎo)熱罩的表面上。該導(dǎo)熱膏尤其施加到導(dǎo)熱罩的滾花的凹處。由此加強(qiáng)在導(dǎo)熱罩和氣缸蓋之間的熱傳遞。

通過導(dǎo)熱罩和氣缸蓋之間的間隙減少和/或金屬接觸，能夠以有利的方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱罩到氣缸蓋上的熱附接。

此外，能夠有利的是，閥關(guān)閉元件具有帶有第三導(dǎo)熱系數(shù)的第二熱保護(hù)層，該第三導(dǎo)熱系數(shù)小于閥體的導(dǎo)熱系數(shù)和/或小于導(dǎo)熱罩的第一導(dǎo)熱系數(shù)。因此，能夠消除或者減少到氣體噴射器的燃燒側(cè)室內(nèi)、尤其到閥關(guān)閉元件內(nèi)的熱輸入。

特別優(yōu)選地，第一保護(hù)層和第二熱保護(hù)層由同樣的材料構(gòu)造。因此，在氣體噴射器的燃燒側(cè)端部上實(shí)現(xiàn)均勻的熱保護(hù)層。由此也得到成本有利的制造方法。

此外有利的是，密封座以與閥體的止擋區(qū)域隔開預(yù)定的間距的方式布置在閥體上。因此，將閥體的高機(jī)械負(fù)荷的止擋區(qū)域在幾何上與密封部位分離。由此，在止擋區(qū)域中允許小的磨損，而氣體噴射器不由于泄漏而失效。所述止擋區(qū)域的材料優(yōu)選地被硬化和/或被涂層，以便經(jīng)受住高的機(jī)械負(fù)荷。

此外，本發(fā)明涉及一種噴射器組件，所述噴射器組件包括用于將氣體形式燃料噴入到燃燒室內(nèi)的氣體噴射器和具有氣缸蓋開口的氣缸蓋，該氣體噴射器布置在該氣缸蓋中，其中，該氣體噴射器的指向該燃燒室的端部以與該氣缸蓋開口的燃燒室側(cè)端部在氣體噴射器的軸向方向上隔開預(yù)定間距的方式來布置。尤其所述間距小于5mm。所述間距可以直到氣缸蓋開口的直徑的三倍。通過將氣體噴射器向與噴入方向相反的方向上偏移而產(chǎn)生死點(diǎn)容積，在該死點(diǎn)容積中流動(dòng)速度是小的。因此，使熱的燃燒氣體到閥體和密封座上的熱傳遞最小化。在死點(diǎn)容積內(nèi)優(yōu)選地也發(fā)生燃燒，從而不聚集未燃燒的燃料部分，所述燃料部分在廢氣中會(huì)導(dǎo)致過高的碳?xì)浠衔锱欧拧?/p>

特別優(yōu)選地，噴射器組件具有如上面說明的根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括燃燒室以及根據(jù)本發(fā)明的直接噴入式氣體噴射器或者根據(jù)本發(fā)明的噴射器組件。由此，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器和根據(jù)本發(fā)明的噴射器組件所列舉的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合。

附圖說明

下面參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中，同樣的或者功能一樣的部件分別用同樣的附圖標(biāo)記來標(biāo)示。在附圖中：

圖1具有根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在關(guān)閉狀態(tài)下的氣體噴射器的噴射器組件的示意性的、強(qiáng)烈簡化的剖視圖，

圖2圖1的根據(jù)本發(fā)明的噴射器組件的示意性的、強(qiáng)烈簡化的剖視圖，其中，根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器處于打開的狀態(tài)，和

圖3具有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的在關(guān)閉狀態(tài)下的氣體噴射器的噴射器組件的示意性的、強(qiáng)烈簡化的剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面參照?qǐng)D1和2詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的噴射器組件8。

噴射器組件8包括用于將氣體形式燃料噴入到燃燒室9內(nèi)的氣體噴射器1和未示出的內(nèi)燃機(jī)的具有氣缸蓋開口50的氣缸蓋5。氣體噴射器1布置在氣缸蓋開口50中，其中，氣體噴射器1的指向燃燒室9的端部10與氣缸蓋開口50的燃燒室側(cè)端部51以預(yù)定的第一間距100布置。

此外，氣體噴射器1包括閥關(guān)閉元件2、具有通流開口37的閥體3和密封座4，所述閥關(guān)閉元件2關(guān)閉或者打開所述通流開口，所述密封座布置在閥體3和閥關(guān)閉元件2之間。在圖1中氣體噴射器1處于關(guān)閉狀態(tài)，其中，通流開口37通過閥關(guān)閉元件2關(guān)閉。在圖2中示出了在完全打開狀態(tài)中的、也就是在關(guān)閉元件2處于最大行程中的氣體噴射器1。

此外，閥體3在閥體3的燃燒室側(cè)端部30上具有熱保護(hù)裝置31。

熱保護(hù)裝置31尤其包括帶有第一導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱罩32。此外，熱保護(hù)裝置31具有帶有第二導(dǎo)熱系數(shù)的第一熱保護(hù)層33。此外，導(dǎo)熱罩32包括板狀區(qū)域34，所述板狀區(qū)域通過焊接部38固定在閥體3上。

此外，閥關(guān)閉元件2設(shè)置有第二熱保護(hù)層20，該第二熱保護(hù)層具有第三導(dǎo)熱系數(shù)。

導(dǎo)熱罩32的第一導(dǎo)熱系數(shù)大于閥體3的導(dǎo)熱系數(shù)。此外，第一熱保護(hù)層33的第二導(dǎo)熱系數(shù)小于閥體3的導(dǎo)熱系數(shù)并且小于導(dǎo)熱罩32的第一導(dǎo)熱系數(shù)。有利地，閥關(guān)閉元件2的第二熱保護(hù)層20的第三導(dǎo)熱系數(shù)等于所述第二導(dǎo)熱系數(shù)。

因此，首先，由于第一熱保護(hù)層33的和第二熱保護(hù)層20的與閥體3相比較而言差的導(dǎo)熱特性，阻止了在燃燒室中產(chǎn)生的熱量傳遞到閥體3上。其次如果盡管有這些保護(hù)措施，部分熱量還是通過第一熱保護(hù)層33和第二熱保護(hù)層20被傳導(dǎo)，則所述熱量通過導(dǎo)熱罩32傳導(dǎo)到氣缸蓋5。由此能夠確保，閥體3和密封座4沒有熱負(fù)荷。

導(dǎo)熱罩32在接觸面36上具有未示出的表面結(jié)構(gòu)化，其中，接觸面36設(shè)置用于在導(dǎo)熱罩32和氣缸蓋5之間的接觸并且布置在導(dǎo)熱罩32上。所述表面結(jié)構(gòu)化尤其構(gòu)造成滾花。所述滾花的未示出的凹處設(shè)有導(dǎo)熱膏，從而提高在導(dǎo)熱罩32和氣缸蓋5之間的熱傳遞。

此外，密封座4以與閥體3的止擋區(qū)域11在氣體噴射器1的軸向方向x-x上隔開預(yù)定的第二間距200的方式布置在閥體3上。由此實(shí)現(xiàn)在密封座4與閥體3的止擋區(qū)域11之間的結(jié)構(gòu)分離。

在圖2中示出在打開狀態(tài)下的氣體噴射器1，其中，通流開口37被閥關(guān)閉元件2完全釋放。該狀態(tài)相應(yīng)于閥關(guān)閉元件2的最大行程。在此，根據(jù)本發(fā)明，在閥體3和閥關(guān)閉元件2之間的流動(dòng)橫截面6小于在閥關(guān)閉元件2和密封座4之間的流動(dòng)橫截面7。因此，通過流動(dòng)橫截面6而不是流動(dòng)橫截面7來確定噴入的燃料量。由于這種措施使得確定流量的橫截面向氣體噴射器1內(nèi)部偏移。

如從圖1和2可見的那樣，處于所述氣體噴射器內(nèi)部的流動(dòng)橫截面6通過閥關(guān)閉元件2的柱形外輪廓和閥體3的柱形內(nèi)輪廓來限定。閥關(guān)閉元件2的輪廓和閥體3的輪廓在此能夠以小的公差通過簡單的制造方法、尤其是切削制造方法產(chǎn)生。由此，能夠使在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的對(duì)于噴入的燃料量來說的與強(qiáng)烈的溫度變化、磨損和公差鏈的相關(guān)性最小化。在所述氣體噴射器內(nèi)部的流動(dòng)橫截面6在此也絲毫不受到磨損，例如在現(xiàn)有技術(shù)中的密封座，所述密封座通常確定流量。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在所述氣體噴射器內(nèi)部在流動(dòng)橫截面6中所述流動(dòng)能夠達(dá)到聲速，由此在所述閥關(guān)閉元件行程進(jìn)一步加大的情況下也確定穩(wěn)定的流量。因此，非常精確地限定產(chǎn)生具有聲速的將噴入氣流的最小流動(dòng)橫截面。

在設(shè)計(jì)所述氣體噴射器時(shí)這樣大地選擇最大行程，使得在該氣體噴射器最大地打開的情況下，在該氣體噴射器內(nèi)部的、即在穿過該氣體噴射器的流動(dòng)方向上處于密封座4之前的流動(dòng)橫截面6小于處于密封座4之后的流動(dòng)橫截面7。在此，在該設(shè)計(jì)中除了公差鏈也能夠考慮閥關(guān)閉元件2的可能出現(xiàn)的振動(dòng)。也能夠考慮基于不同的材料而由溫度引起的長度變化。磨損對(duì)于通過流動(dòng)橫截面6限定的穩(wěn)定流量也不起作用。因此，根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器在其整個(gè)使用壽命上確保高的、均勻的流量。

通過根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器1得到大量優(yōu)點(diǎn)。尤其通過閥體3的熱保護(hù)裝置31以及閥關(guān)閉元件2的第二熱保護(hù)層20能夠降低主要在氣體噴射器1的燃燒側(cè)區(qū)域內(nèi)的溫度。因此，能夠避免閥體3的和密封座4的熱負(fù)荷。氣體噴射器1在氣缸蓋開口50中的縮回也有利于減少閥體3的和密封座4的熱負(fù)荷。這與密封座4的縮回一起造成：能夠由軟的材料構(gòu)造密封座4。這是特別有利的，因?yàn)檐浀牟牧暇哂蟹浅：玫拿芊馓匦院蜏p振特性。在根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射器1和根據(jù)本發(fā)明的噴射器組件中還實(shí)現(xiàn)了始終的功能分離。由此，通過氣體噴射器1的不同的構(gòu)件提供例如密封、靜態(tài)流量的確定、機(jī)械負(fù)荷的接收、噴霧或者混合氣體的形成以及熱負(fù)荷的接收和導(dǎo)出。這產(chǎn)生了氣體噴射器1的成本有利的結(jié)構(gòu)和可靠的運(yùn)行方式。

在圖3中的第二實(shí)施例的氣體噴射器1原理上與第一實(shí)施例的氣體噴射器1區(qū)別在于，導(dǎo)熱罩32具有板狀基礎(chǔ)區(qū)域34和布置在所述板狀基礎(chǔ)區(qū)域34上的壁區(qū)域35。由此，導(dǎo)熱罩32和氣缸蓋5之間的接觸面36更大地構(gòu)造，從而提高到氣缸蓋的熱傳遞。此外，導(dǎo)熱罩32通過楔緊連接39固定在閥體3上。此外，在閥完全打開的情況下在閥關(guān)閉元件2和閥體3之間的內(nèi)部流動(dòng)橫截面也小于在氣體噴射器完全打開的情況下在通流方向上處于密封座之后的流動(dòng)橫截面7。

要注意的是，以上的實(shí)施方式僅僅用于解釋說明，而不用于限制本發(fā)明。在本發(fā)明的框架內(nèi)在沒有脫離本發(fā)明以及其等效形式的情況下，不同的改變和修改是可行的。