用于将气态燃料直接喷射到燃烧室中的气体喷射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体直接喷射器，用于将气态燃料例如天然气直接喷射到内燃发动机的燃烧室中。
【背景技术】
[0002]除了常用的液体燃料，最近也越来越多地使用气体燃料，例如天然气或者氢气。但现在已知的液体燃料喷射器只能有条件地适用于气体燃料，因为气体燃料的能量密度及体积特性与液体燃料不同。为了保证这样运行的内燃机不产生过度的燃料损耗，需要尽可能地精确控制每个喷射过程的喷射的气体量。为了节省燃料，未来需要在每个燃烧周期进行一个或者多个喷射过程。除了要求能够在预给定的持续时间内喷入确定的最大量，还必须能够精确地计量所限定的最小气体量。在不同的喷射过程之间还必须使气体喷射器相对于燃烧室密封。图1是一种已知的气体喷射器的示意图，其中，向外打开的阀针3配合在壳体5中的阀座2上。图1表示的是喷射器的闭合状态。图2表示的是有效通流横截面A关于行程H的关系曲线图。在此，只要阀针处的被释放的环形横截面为最小横截面，就得到线性变化曲线，不管是对于小的行程还是对于大的行程H。然后，一旦具有半径Rl的喷嘴针3与喷射器气体入口的外轮廓(阀座2上的半径R3)之间的环形间隙为最小横截面，则产生恒定的、与行程H无关的横截面Amax。因此，图2的曲线图中曲线在末段区域直到最大行程Hmax是水平的。
[0003]在设计气体喷射器时在每个喷射周期的最小喷射量的计量和最大要求的供给量之间存在目标冲突。由于气体燃料的密度相对较低，在安装空间需求与用于液体燃料的喷射器可相比的情况下，必须在短时间内喷入大的体积的量。为此，气体喷射器应在给定的行程内尽可能快地释放大的通流截面。因此，在图1和图2中所描述的气体喷射器方案具有尽可能陡的关于行程的横截面变化曲线。但这使得最小供气量的计量变得困难，特别是不能实现多重喷射(Mehrfacheinblasung)。
【发明内容】
[0004]与现有技术相比，具有权利要求1的特征的、用于将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的本发明气体喷射器的优点是，也能够无问题地计量最小气体量。特别是由此也能够实现在一个喷射周期内进行燃料的多重喷射。根据本发明这由此实现:在阀针上构成一气体控制区域，该气体控制区域与围绕所述阀针的构件限定一第二横截面积。在此，在阀针打开过程中，所述第二横截面积的变化在一个行程上不同于阀座上的第一横截面积的变化。因此可以通过选择几何形状来限定第二横截面积，气态燃料必须流过该第二横截面积，直至到达真正的阀座。第二横截面积在此关于阀针的行程而改变并且对于要喷入的气体量提供第二控制曲线。
[0005]从属权利要求给出本发明的优选的改进方案。
[0006]优选，阀针行程开始时的、气体控制区域上的第二横截面积保持恒定，直至预定的行程长度。由此能够以简单的方式在小行程的情况下喷入小的气体量，因为阀针上的第一横截面积在行程开始时连续变大。
[0007]进一步优选，所述气体控制区域具有环形的控制棱边。由此能够通过几何学实现对气体量的特别简单的控制。特别优选，所述环形的控制棱边具有比阀座直径更大的直径。
[0008]根据本发明的一个替换构型，所述气体控制区域具有星形或花朵形的控制棱边，所述控制棱边设置有多个尖部或者波形(花瓣)。由此尤其能够实现长的控制棱边，而不以相应尺度增大壳体的横截面积或者半径。在此，具有星形尖部的控制棱边的几何构型使得能够相对简单地适应喷射器的不同要求，其方式是，去除个别的尖部或尖部区域，由此能够快速改变气体控制区域处的横截面条件。
[0009]进一步优选，气体控制区域具有贯通槽口或者气体控制区域在其外周上具有槽口，例如去除的尖部、隆起或类似结构。还通过这种措施也能够以简单的方式实现个性化地适配气体控制区域上的第二横截面积。
[0010]特别优选，所述围绕阀针的构件是所述气体喷射器的壳体。由此能够实现特别紧凑和细长的结构。
[0011]根据本发明的又一优选构型，所述气体喷射器包括附加的密封元件，所述密封元件布置在所述气体控制区域上。所述密封元件在此能够布置在所述阀针的控制棱边上或者布置在所述围绕阀针的构件上。通过使用该附加的密封元件能够在气体控制区域上实现前级阀(Vorventil)，从而能够实现该气体阀的附加的可靠密封。由于阀针在其上密封或者释放第一横截面积的真正阀座在燃烧室处承受相对高的温度，在气体控制区域上使用密封元件使得在此也能够使用例如承受不了燃烧室高温的材料。特别优选，所述密封元件是弹性体。
[0012]优选，所述气体阀的阀座上的用于喷出气体的横截面积处于2mm2到6mm2的范围内。由此保证，在阀行程中，足够大的气体量能够通过第一横截面积达到燃烧室中。进一步优选，所述环形控制棱边的直径在从7_到20_的范围内。
[0013]根据本发明的又一优选构型，射出的气体质量流处于从5g/s到15g/s的范围内。
[0014]进一步优选，所述气体喷射器包括压电致动器或者替换地包括电磁致动器作为致动器。本发明尤其使得能够使用电磁致动器，尽管使用电磁致动器能够实现很小的行程并从而实现很小的喷射量。
[0015]特别优选，所述阀针是向外打开的阀针。
[0016]特别优选，所述气体喷射器用于将气态燃料直接喷入机动车的内燃发动机的燃烧室中。替换地，所述气体喷射器也能够使用于固定的燃气发动中。
[0017]此外，根据本发明的气体喷射器构造得相对简单且坚固，从而尤其是高的气体压力也不造成喷射器的损坏，所述高的气体压力例如明显高于液态燃料喷射设备上的压力。
[0018]本发明还涉及一种以气体运行的内燃发动机，具有根据本发明的气体喷射器。
【附图说明】
[0019]下面参考附图详细说明本发明的优选实施例。相同的或者功能相同的部分用相同的附图标记表示。在附图中示出:
[0020]图1根据现有技术的气体喷射器的示意剖面图，
[0021]图2曲线图，描述关于根据现有技术的气体喷射器的阀针的行程H的、阀座上的有效打开横截面积A，
[0022]图3根据第一实施例的气体喷射器在关闭状态时的示意剖面图，
[0023]图4曲线的示意图，描述在第一实施例中关于阀针行程H的有效打开面积A，
[0024]图5和6图3的气体喷射器的不同打开位置，
[0025]图7沿图3的线VI1-VII的示意剖面图，
[0026]图8至10气体喷射器的替换实施例的示意剖面图，
[0027]图11根据本发明第二实施例的气体喷射器的示意剖面图，
[0028]图12沿图11的线XI1-XII的示意剖面图，
[0029]图13和14替换实施例的示意剖面图，以及
[0030]图15根据本发明第三实施例的气体喷射器的示意剖面图。
【具体实施方式】
[0031]下面参考图3至7详细地说明根据本发明第一优选实施例的气体喷射器I。
[0032]示意性示出的气体喷射器I包括阀针3，阀针3在一在壳体5上形成的阀座2上密封。阀座2在此具有半径R3。
[0033]气体喷射器I还包括内部的气体控制区域4，该气体控制区域4包括控制棱边40，该控制棱边40从阀针3的基体径向向外突出。该内部的气体控制区域4具有圆柱形的周面41，该周面平行于壳体5的内周面51。由此在壳体5和内部的气体控制区域4之间提供一环形间隙42。控制棱边40具有半径R4。环形间隙42尤其可从图7看出。
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