用于喷射气态介质的气体喷射器和内燃机的制作方法

本发明涉及一种用于喷射气态介质、尤其是氢气或天然气的气体喷射器，该气体喷射器具有第二密封座，该第二密封座能够以负压控制的方式打开。

背景技术：

1、由现有技术已知气体喷射器的各种构型。与用于液态燃料的燃料喷射器相比，对气体喷射器的技术要求明显不同。在此，在气体喷射器情况下的问题领域是气体喷射器在较长时间段内的密封。在这里，例如应避免气态燃料在内燃机停止的状态下，尽管密封座关闭，但从气体喷射器通过实际关闭的密封座扩散到燃烧室中，并且可能进入到周围环境中。然而，应当绝对地避免这种情况。

技术实现思路

1、与此相对地，根据本发明的用于喷射气态介质的气体喷射器具有如下优点：在气体喷射器较长时间关闭的情况下也能够显著减少气态介质从气体喷射器的可能损失。此外，为了打开第二密封座，尤其构造为弹性密封座的第二密封座，除了改善的密封外，即使在第二密封座的大密封直径的情况下，也能够实现可靠的打开。在此，根据本发明的气体喷射器非常简单且成本低地构造。此外，气体喷射器的第二密封座也能够以快速和简单的方式关闭，使得在使用根据本发明的气体喷射器的内燃机停止之后，可以防止待喷射气态介质的不希望的损失。根据本发明，这通过气体喷射器包括关闭元件来实现，该关闭元件在密封座上释放和封闭通孔。此外，设置促动器，用于操纵关闭元件。气体喷射器还包括复位元件，用于关闭元件的复位。沿气态介质通过气体喷射器的通流方向布置在气体流入接头和第一密封座之间的第二密封座释放和封闭通过气体喷射器的气体流动路径。在此，气体喷射器包括沿气态介质通过气体喷射器的通流方向布置在第二密封座之前的负压接头。此外，根据本发明的气体喷射器包括调节阀单元，该调节阀单元布置在负压接头上并且设置为用于将该负压接头与负压源连接，以便打开第二密封座。此外，调节阀单元设置为用于将负压接头与待喷射气态介质处于压力下的压力区域连接，以便关闭第二密封座。由此，调节阀单元可以确保，一方面第二密封座能够快速打开，另一方面第二密封座能够快速关闭。因为为了通过调节阀单元关闭第二密封座而使用待喷射气态介质的现有压力，所以能够实现简单且成本低的结构。应注意的是，负压源具有比待喷射气态介质更低的压力并且优选地低于环境压力。因此，通过设置两个密封座，即使在气体喷射器较长时间停止和不操纵的情况下，也可以确保气体喷射器的气密性。即使假设指向燃烧室的第一密封座将发生泄漏，由于第二密封座，至少一个可能从气体喷射器流出的气态介质的量减少到第一和第二密封座之间的体积。此外，通过借助负压用于打开第二密封座的气动操纵，能够实现气体喷射器的非常简单且成本低的结构。由此也可以避免在气体喷射器上的热量问题，这些问题可能在可电操纵的截止元件的情况下发生。根据本发明，负压理解为小于喷射压力的压力。

2、下面给出本发明的优选的扩展方案。

3、优选地，调节阀单元具有第一和第二调节阀。第一调节阀设置为用于建立并且中断负压接头和负压源之间的流体连接。第二调节阀设置为用于建立并且中断负压接头和气态介质的压力区域之间的流体连接。因此，调节阀单元虽然包括两个独立的调节阀，但可以成本特别低地实现一种结构、尤其是可制造性，使得气体喷射器也适合作为大批量构件。因此，第一调节阀布置在负压接头和负压源之间，并且第二调节阀布置在负压接头和压力区域之间。由此从负压接头引出的管路形成一个呈y形的分支管路，其中，在y形的每个枝上布置有一个调节阀。优选地，第一和第二调节阀相同地构造。

4、第一和第二调节阀能够分别单独地控制，其中，每个调节阀优选具有自身的执行模块。

5、进一步优选地，气体喷射器包括控制单元，该控制单元设置为用于在借助气体喷射器喷射开始时如此切换第一调节阀，使得负压接头与负压源连接，以便打开气体喷射器的第二密封座。一旦第二密封座打开，控制单元还设置为用于再次关闭第一调节阀。由此可以实现第二密封座在不与负压源持续连接的情况下保持在打开位态中。由此可以尤其避免气态介质的损失，该损失在负压接头和负压源之间的持续连接的情况下可能发生。在此，第二调节阀关闭。

6、特别优选地，气体喷射器还包括压力传感器，该压力传感器布置在将负压接头与调节阀单元连接的管路上。控制单元设置为用于在气体喷射器的喷射运行期间，在管路中的通过压力传感器检测到压力升高超过预定的阈值时，短暂地打开第一调节阀，以便通过将负压接头与负压源连接再次实现管路中的压力降低。一旦压力传感器检测到管路中的压力再次低于预定的阈值，第一调节阀就再次关闭。

7、根据本发明的一个替代的优选构型，调节阀单元包括正好一个调节阀，该调节阀是一个3/2-换向阀(两位三通换向阀)。由此也可以实现简单且成本低的结构。

8、优选地，3/2-换向阀包括第一和第二锥形座以及构造为球的执行元件，该执行元件在第一锥形座或第二锥形座上密封。

9、进一步优选地，3/2-换向阀具有压缩弹簧，该压缩弹簧作为初始位态将3/2-换向阀保持在相对于负压源关闭的位置中。

10、优选地，第二密封座在可轴向运动的活塞元件和壳体之间形成。活塞元件能够借助负压简单且可靠地打开第二密封座。

11、优选地，气体喷射器还包括布置在活塞元件上的第三密封座。第三密封座释放和封闭在气体喷射器中的气体流动路径和调节阀单元之间的连接路径。在此，活塞元件能够在第二和第三密封座之间往复运动。因此，第二和第三密封座不同时关闭。为了密封，第三密封座包括第一弹性体密封元件。

12、特别优选地，第三密封座在活塞元件上的径向向外指向的环形凸缘和壳体之间形成。壳体优选也用作活塞元件的导向构件。

13、活塞元件优选是具有活塞端侧的空心活塞，其中，第二密封座在活塞端侧上密封。在此，第二密封座优选在壳体的径向向内指向的突出部上形成，使得能够通过活塞元件的轴向运动实现第二密封座的打开和关闭。为此，空心活塞优选在活塞外周上具有一个或多个缺口。

14、如果第一弹性体密封元件布置在活塞元件上，则可以实现特别简单且成本低的结构。

15、进一步优选地，气体喷射器中的气体流动路径与调节阀单元之间的连接路径包括控制室。控制室的体积通过活塞元件的运动改变。在第三密封座关闭时，控制室的体积是最小的。

16、优选地，连接路径具有指向气体喷射器的轴向方向的轴向开口，第三密封座位于该轴向开口处。这能够实现第三密封座的特别可靠的密封，因为密封可以仅通过轴向运动实现。此外，由此在第三密封座上的打开和关闭过程中可以实现没有摩擦阻力或可忽略的摩擦阻力。此外，仅在第三密封座上的轴向运动也能够减小构件、尤其第一弹性体密封元件的磨损。

17、特别优选地，轴向开口布置在第一环绕的隆起部和第二环绕的隆起部之间。在第一和第二环绕的隆起部之间形成凹槽，其中，轴向开口在第一和第二环绕的隆起部之间在凹槽处汇入。在此，在第三密封座关闭时，通过第一弹性体密封元件不但在第一环绕的隆起部而且在第二环绕的隆起部上密封来实现第三密封座的密封。通过第一和第二环绕的隆起部的环形构型，在关闭状态下实现第一弹性体密封元件的特别均匀的贴靠，使得不出现通过关闭的第三密封座朝负压接头方向的泄漏。因为在第三密封座的关闭状态下不存在构件或类似物的斜置，所以在使用寿命期间产生构件、尤其第一弹性体密封元件的均匀负载，使得第一弹性体密封元件在气体喷射器的整个使用寿命期间不必更换。

18、优选地，轴向开口借助壳体中的轴向孔形成并且通过径向孔与负压接头连接。由此能够实现特别简单且成本低的结构，因为在壳体中只需要一个轴向孔和一个径向孔用于与负压接头连接。

19、为了能够可靠地固定第一弹性体密封元件，第一弹性体密封元件优选地布置在具有侧凹部的环绕的槽中。通过侧凹部，第一弹性体密封元件可靠地保持在槽中，并且尤其在必要时也能够接收径向力。

20、优选地，活塞元件包括柱形的基体和在基体上径向向外突出的环形凸缘。在此，第三密封座在环形凸缘上形成。优选地，环形凸缘和/或基体也用作活塞元件的导向构件。

21、活塞元件优选包括具有活塞端侧的空心活塞，其中，第二密封座在活塞端侧上密封。在此，第二密封座优选在壳体的径向向内指向的突出部上形成，使得通过活塞元件的轴向运动能够实现第二密封座的打开和关闭。为此，空心活塞优选在活塞外周上具有一个或多个缺口。

22、进一步优选地，在第二密封座上布置第二弹性体密封元件，其尤其具有保持板材。保持板材在此能够实现使用简单构造的密封元件，例如标准化的o型环，并且也能够通过密封元件和保持板材之间的较大的密封面实现密封元件的密封性能。此外，保持板材可以为密封元件的弹性变形提供足够的膨胀空间。

23、进一步优选地，促动器布置在一个封闭的空间内。用于促动器的封闭空间优选借助金属隔膜密封。由此，促动器就不会与气态介质接触，并且可以避免在构件促动器上的腐蚀问题。

24、此外，本发明涉及一种具有根据本发明的气体喷射器的内燃机。内燃机优选地包括内燃机的进气管作为负压源，该进气管通过调节阀与气体喷射器处于流体连接中。进气管和气体喷射器之间的连接管路的入口优选在进气管中位于节气门之后。

25、进一步优选地，内燃机包括多个气体喷射器，其中，所有气体喷射器仅连接到一个共同的唯一调节阀上。由此可以显著减少用于根据本发明的喷射装置的投资成本。

26、进一步优选地，内燃机包括催化器作为负压源，其中，将通过打开调节阀流出的气态介质的控制量引导至催化器。在此优选地，在调节阀和催化器之间的连接路径中布置有用于暂存气态介质的储存器，以便确保气体喷射器在冷启动之后充分地调温，并且能够将气态介质的控制量的成分转化为对于环境无害的气体成分。