用于噴射氣體的閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于噴射氣體至內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中的閥。
【背景技術(shù)】
[0002]除了諸如汽油或柴油的已知液體燃料之外，出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境原因，氣體燃料特別是壓縮天然氣(CNG)越來(lái)越多的用在現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)中。因?yàn)樘烊粴獬錃庹净A(chǔ)設(shè)施仍然不廣泛，液體燃料和氣體燃料常常用于使用兩種燃料的內(nèi)燃機(jī)的替代操作。這里所使用的術(shù)語(yǔ)為內(nèi)燃機(jī)的雙價(jià)(bivalenten)操作，不同于使用僅一種單一類(lèi)型的燃料的單價(jià)(monovalenten)操作。
[0003]這種內(nèi)燃機(jī)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)通常包括氣體儲(chǔ)存器、截流閥、溫度傳感器和壓力傳感器、減壓器或調(diào)壓器、對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)的汽缸數(shù)量的若干氣體噴射閥和對(duì)應(yīng)流體管線以及電子控制裝置。
[0004]天然氣通常儲(chǔ)存在壓力最高200巴的一個(gè)或更多個(gè)汽缸中。減壓器或電調(diào)壓器將氣體噴射閥的入口處的所述壓力降低為較低的值。如果氣體噴射至內(nèi)燃機(jī)的入口歧管中(端口噴射)，那么典型的壓力值在2巴至8巴的范圍內(nèi)，具體取決于噴射閥的特征。
[0005]鑒于將燃料直接噴射至內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中所提供的優(yōu)勢(shì)，所述優(yōu)勢(shì)諸如排放較低和燃料消耗減少，已知的系統(tǒng)允許將天然氣直接噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，天然氣的軌壓或氣體噴射閥處的壓力必須比天然氣的入口歧管?chē)娚淝闆r下的壓力高。這種情況下的典型值在5巴至20巴的范圍內(nèi)，以便與入口歧管?chē)娚湎啾?，能夠在較短的可用時(shí)間跨度內(nèi)弓I入必要的氣體量。
[0006]氣體噴射閥通常實(shí)施為所謂的螺線管閥，其中提供螺線管線圈作為致動(dòng)器且提供噴嘴針閥作為控制元件，這些部件根據(jù)其電激活情況輸送氣體至內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中或阻止氣體流。
[0007]在氣體噴射閥的情況下，會(huì)非?？斓卦庥隹赡艿娜剂狭魉傧拗?，這是因?yàn)榕c液體燃料相比，氣體燃料能量密度較低，在相同的閥打開(kāi)周期內(nèi)，與液體噴射閥的情況相比需要更大的端口橫截面，以便達(dá)到特定的內(nèi)燃機(jī)功率輸出。所需的端口橫截面可由增大的噴嘴針閥升力或更大的閥盤(pán)實(shí)現(xiàn)。然而，較大的閥盤(pán)直徑具有缺點(diǎn)，會(huì)增加作用在閥盤(pán)上的氣體力。
[0008]增大的提升力意味著:螺線管線圈與控制元件之間可被致動(dòng)的距離越大，那么能夠升起控制元件的磁力變得越小。這就意味著:在預(yù)設(shè)的供電電壓和預(yù)設(shè)的供電電流以及給定的氣體壓力下，流速可超過(guò)特定的量。
[0009]因此，對(duì)于將氣體直接噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中，使用具有針閥的氣體噴射閥，所述針閥向外打開(kāi)也就是朝向燃燒腔室中打開(kāi)。除了使得將被引入的氣體的流動(dòng)阻力降低，這還具有其它優(yōu)勢(shì):除了復(fù)位彈簧的力之外，內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中的氣體力在燃燒期間也將閥口保持關(guān)閉。
[0010]這種氣體噴射閥的問(wèn)題在于，針閥的閥座暴露于汽缸的燃燒腔室中的高燃燒溫度，因此排除了將諸如塑料或橡膠的有效密封材料作為閥座的材料。因此，難以滿足根據(jù)ECE R 110規(guī)定的關(guān)于CNG設(shè)備的部件的規(guī)定防泄漏要求。除此之外，必要的高密封力意味著當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)閥座經(jīng)受的磨損增大。為了盡量減少磨損，昂貴的成對(duì)材料組合被用于閥座和閥盤(pán)。此外，這種高強(qiáng)度成對(duì)材料組合往往會(huì)弓I起針閥回彈。
[0011]DE 10 2009 012 688 B3描述一種用于噴射氣體的閥，所述閥可由較小的磁力致動(dòng)。為此目的，提供控制元件和關(guān)閉元件，當(dāng)在關(guān)閉位置中時(shí)，所述控制元件位于距離螺線管線圈較短的距離處?？刂圃僮餍缘剡B接至關(guān)閉元件，以使得當(dāng)電流傳過(guò)螺線管線圈時(shí)，控制元件將關(guān)閉元件帶向螺線管線圈。另外，關(guān)閉元件受到螺線管線圈的磁力吸引得更靠近螺線管線圈，一直到達(dá)打開(kāi)位置，不受控制元件的運(yùn)動(dòng)影響。通過(guò)提供控制元件和關(guān)閉元件，能夠借助于控制元件的第一運(yùn)動(dòng)和關(guān)閉元件的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)打開(kāi)閥的出口端口。這伴隨著輸送腔室中的壓力下降，控制元件和關(guān)閉元件位于所述輸送腔室中。因此，作用在關(guān)閉元件上的氣體壓力和相關(guān)聯(lián)的力降低。因此，可借助于較小的磁力實(shí)現(xiàn)關(guān)閉元件至打開(kāi)位置的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，在所述打開(kāi)位置中出口端口完全打開(kāi)。
[0012]DE 10 2009 012 689 B4公開(kāi)一種用于輸送氣體至內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中的閥，所述閥具有殼體和提供在所述殼體中的輸出腔室。輸送腔室具有布置在殼體中的出口端口、致動(dòng)器，特別是具有線圈的螺線管閥和磁性關(guān)閉元件。關(guān)閉元件被分配至出口端口，所述關(guān)閉元件根據(jù)致動(dòng)器的致動(dòng)情況打開(kāi)或關(guān)閉出口端口。關(guān)閉元件在殼體的引導(dǎo)件中被引導(dǎo)，所述關(guān)閉元件被引導(dǎo)通過(guò)輸送腔室抵達(dá)出口端口，并且在輸送腔室中位于關(guān)閉位置中的關(guān)閉元件僅在橫向于關(guān)閉元件的移動(dòng)方向的方向上經(jīng)受氣體壓力。因此，關(guān)閉元件僅需輕微的背壓就能從關(guān)閉位置移動(dòng)至打開(kāi)位置，這樣的話，用動(dòng)力不大的致動(dòng)器就能致動(dòng)關(guān)閉元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是提供一種用于直接噴射氣體燃料至內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室中的改良的閥。
[0014]這一目的由獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]本發(fā)明的區(qū)別性特征是一種用于為內(nèi)燃機(jī)噴射氣體燃料的閥，其中殼體在其縱向范圍內(nèi)包括用于氣體燃料的流入部分和流出部分，以及位于流入部分與流出部分之間的驅(qū)動(dòng)器部分。第一控制元件被分配至流入部分，并且根據(jù)第一控制元件的切換位置允許或阻止氣體燃料的輸送。被分配至流出部分的第二控制元件根據(jù)第二控制元件的切換位置允許或阻止氣體燃料的輸送。提供致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，所述致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器布置在驅(qū)動(dòng)部分中并且聯(lián)接至兩個(gè)控制元件，以使得控制元件可獨(dú)立于彼此被帶動(dòng)到打開(kāi)位置中。
[0016]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一個(gè)螺線管線圈充當(dāng)兩個(gè)控制元件的致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，從而提供非常簡(jiǎn)單、牢固且節(jié)約成本的氣體噴射閥構(gòu)造。
[0017]通過(guò)使用單個(gè)致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器來(lái)致動(dòng)獨(dú)立于彼此被致動(dòng)的兩個(gè)控制元件，第一個(gè)控制元件借助于關(guān)閉構(gòu)件提供抵抗流入部分上存在的加壓氣體的嚴(yán)密密封，并且另一個(gè)控制元件借助于流出部分上的另一關(guān)閉構(gòu)件形成相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室的嚴(yán)密密封，能夠?yàn)殛P(guān)閉構(gòu)件和/或兩個(gè)關(guān)閉構(gòu)件的閥座使用不同的材料。
[0018]因?yàn)榱魅氩糠稚系拈y座并未暴露于類(lèi)似于流出部分上的閥座處所普通存在的高溫，所以流入部分上的第一控制元件的關(guān)閉構(gòu)件和/或所述關(guān)閉構(gòu)件的密封面可有利地由有效密封、柔性的但同時(shí)節(jié)約成本的材料制成，所述材料諸如彈性體、塑料或橡膠零件。因此，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法滿足用于內(nèi)部燃燒的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的部件的規(guī)定密封性要求。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一控制元件借助于第一彈簧元件被偏壓，以使得在第一控制元件的關(guān)閉位置中，其關(guān)閉構(gòu)件被按壓抵靠閥座。為第一彈簧元件選擇的彈簧特征取決于氣體的普通存在的壓力，所述氣體通常從燃料軌輸送。這是在氣體噴射閥的所謂的“冷端”處實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密密封的一種簡(jiǎn)單方法。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第二控制元件借助于第二彈簧元件被偏壓，以使得在第二控制元件的關(guān)閉位置中，其關(guān)閉構(gòu)件被按壓抵靠流出部分上的閥座。因?yàn)楫?dāng)氣體噴射閥位于關(guān)閉位置中時(shí)，這種關(guān)閉構(gòu)件不必承受氣體燃料的高壓，而是僅需相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室形成嚴(yán)密密封，所以這里可使用彈簧特征較小的彈簧元件。
[0021]因?yàn)榈诙刂圃辉O(shè)計(jì)成向外打開(kāi)的針閥，所以在氣體燃料未被噴射的周期期間，燃燒腔室中的氣體壓力在與關(guān)閉構(gòu)件的打開(kāi)方向相反的方向上施加額外密封力。因此，可為布置在氣體噴射閥的所謂的“熱端”處的關(guān)閉構(gòu)件及其密封面使用不滿足更為嚴(yán)格的防泄漏要求的材料，這促成氣體噴射閥的節(jié)約成本的實(shí)施例。
[0022]兩個(gè)控制元件的運(yùn)動(dòng)的至少部分解聯(lián)還意味著致動(dòng)氣體噴射閥的打開(kāi)序列需要的力更小。最初，當(dāng)致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器被激活時(shí)，僅流入部分上的第一控制元件被從其閥座提升，且因此部分打開(kāi)。因?yàn)檫@時(shí)第二控制元件仍尚未被移動(dòng)，所以較小的力足以實(shí)現(xiàn)這一目的。僅必需克服第一彈簧元件的反作用力。
[0023]僅當(dāng)?shù)谝豢刂圃呀?jīng)部分打開(kāi)用于氣體燃料的入口端口時(shí)