用于气动内燃机的气体燃料掺混装置的制造方法
【专利说明】用于气动内燃机的气体燃料掺混装置
[0001]本发明涉及用于气动内燃机的气体燃料掺混装置。
[0002]为了气动内燃机的无故障且低污染的燃烧，需要通过气动内燃机的进气管将气体燃料精确掺混入空气流中。
[0003]从文献AT502512 A4 2007-04-15已知一种气体计量阀，其配置为用于往复式内燃机的燃烧室的气体燃料喷射阀，其阀体由电磁体驱动，并具有这样的构型:使在阀体和排出口之间形成的间隙的横截面积随着阀体运动而线性变化。
[0004]从文献DE3410909 Al中已知一种用于控制空气质量流量的流量阀，其阀体具有这样的外表面或构型:使在阀与排出口之间形成的间隙的横截面积随阀体沿开启方向的运动而逐渐增加。
[0005]文献US 6，508，418 BI中描述了一种气体燃料计量阀，其阀体的末端为球面，在关闭位置时该球面端抵靠在呈锥形收缩的座的表面。DE25090600 T2描述了与之配置类似的气体计量阀。
[0006]文献US 7，621，469 B2描述了一种气体计量阀，其中，阀件为球形，且在闭合位置时阀件抵靠在以球状方式收缩的阀座上。
[0007]文献US 6,666, 193 B2描述了一种气体计量阀，其阀体的末端为球形端面，球形端面的曲率半径与阀座表面的端部的曲率半径相同。
[0008]本发明的目的是提供一种用于气动内燃机的气体燃料掺混装置，其能够让气态的燃料-空气混合物以尽可能均匀的预定成分供应至内燃机的燃烧室。
[0009]权利要求1涉及用于达到上述目的一种气体燃料掺混装置。
[0010]有本发明的气体燃料掺混装置中，由于气体燃料流大体垂直于通过进气管定向的空气流而流入空气流，达到这两股流的良好混合。
[0011]利用权利要求2的特征来混合气体燃料也是可行的，基于需求以维持尽可能精确的预定的混合比例，依据内燃机的负荷，该混合比例可以不同。
[0012]权利要求3表示在气体燃料进入进气管之前对其引导的有利的实施方式。
[0013]权利要求4的特征实现了将流入进气管的气体燃料流尽可能完全地注入进气管内存在的气流。
[0014]权利要求5至10表示本发明的气体燃料掺混装置的特征有利于精确掺混气体燃料。
[0015]下文将借助于示例性实施例的示意图解释本发明。
[0016]图1显示出本发明的气体燃料掺混装置沿进气管的纵向中间面剖开的截面图；
[0017]图2显示出本发明的气体燃料掺混装置在气体燃料进入进气管的流入部位处沿垂直于进气管的纵向轴线剖开的截面图；
[0018]图3显示出在剖开的进气管中的气体燃料进入进气管的流入部位的立体图；
[0019]图4显示出阀体的立体图；和
[0020]图5显示出气体燃料的流量依赖于阀体位置的示例。
[0021]图1显示出有本发明的气体燃料掺混装置沿内燃机(未示出)的进气管10的纵向中间面剖开的截面图。进气管10可以是通向内燃机的单缸的进气管，或者可以是连接至多缸的进气歧管。例如，新鲜空气流ΦI流经进气管10，新鲜空气流可由内燃机吸入或由增压器加压。气流φI可只包含新鲜空气或可包含例如回流的额外废气。
[0022]整体上由14表示的气体燃料掺混装置的壳体12固定至进气管10 ;例如，其由螺栓固定至进气管10。导向部件16设置在壳体中；阀体18在导向组件16中以纵向移动的方式(图示的例子中是在竖直方向上)被引导。气体燃料供给管20通向壳体12的内腔。导向部件16的末端为形成在壳体的底壁上的排出口 22 ;阀体18的计量端部24根据其位置或多或少地深入排出口 22。根据图1，排出口 22形成于导流面26的上端，导流面26连接排出口 22和通向进气管10的出口 28。
[0023]致动器29，例如步进电机，其输出轴30螺栓紧固至阀体18，用于移动阀体18，以使阀体随输出轴的旋转而线性移动。输出轴30的旋转位置可由旋转位置编码器/传感器32来感测。
[0024]此外，电子控制装置34容纳于外壳12内，其通过导线36提供信号，例如表明未示出的用于调节内燃机负荷的负荷控制元件的位置的负荷信号、旋转位置编码器32的输出信号、设置在排气系统中的氧传感器38的输出信号及可选的附加信号(如表示内燃机的温度、进气管流Φ1的质量流量、进气管10内的压力等)。上述功能团的整体功能都是已知的，因此不再进一步详细描述。气体燃料供给管20与向气体燃料供给管20供应气体燃料(优选为恒压)的气体燃料源相连。气体燃料以一定的量(由阀体18的位置和进气管10与气体燃料之间的压差决定)通过出口 28输送入进气管流Φ 1，作为与进气管流Φ I大致垂直的气体燃料流Φ2，并且气体燃料在进气管流中混合的同时被进气管流Φ I重新定向，以将混合流Φ3供给内燃机。
[0025]将借助附图解释本发明的气体燃料掺混装置的进一步细节。
[0026]图2至图4显示出结构细节:
[0027]图2以与图1类似的方式显示出阀体18(图1)的计量端部24的剖视放大图，但其是垂直于进气管10的纵向轴线剖开。在图示的例子中，计量端部24或多或少深入排出口 22，排出口 22直接形成在壳体12的底壁40中。排出口 22具有通过导流面26向通向进气管10的出口 28过渡的圆柱形横截面部分。根据计量端部24相对于排出口 22的位置，形成具有由双箭头指示的宽度b的环形间隙42，气体燃料流通过该环形间隙流入。导流面26的横截面形状(在图2中以漏斗形方式变宽)从圆形横截面(沿垂直于阀体移动方向剖开)向出口 28附近的狭缝形横截面过渡。图3示出在剖开的进气管10中朝向出口 28的立体示意图，显示了通过进气管10的壁中的孔44观察的狭缝状出口 28。狭缝28的纵向与进气管10的轴向垂直，以使气体燃料由于导流面26以扇形或扁平喷雾形式流入进气管流Φ I (图1)，导流面26在垂直于进气管轴向的平面内变宽，其中，进气管10的基本整个横截面被气体燃料流Φ2包围，于是得到完全均匀混合后的混合流Φ3，后者到达未示出的内燃机燃烧室。狭缝状出口 28与导流面26 —起形成扁平喷雾喷嘴。
[0028]阀体18的计量端部24(在图4中以示例的方式示出)的构型或外表面使得由用于气体燃料的环形间隙42形成的流通截面从根据图2的阀体的下端位置处的最小值逐渐增加到由排出口 22的横截面积限定的最大值，优选为以指数方式增加。
[0029]图5以示例的方式显示出比例。横坐标上显示有步数A，利用该步数致动器29配置为被驱动的步进电机，其中，在每一步中，计量端部24根据图2从最下端位置向上移动。因此，A表示阀体18相对于排出口 22在排出口的轴向上的位置。行程量总量，例如约8毫米。纵坐标表示以kg/s计的气体燃料流Φ2的质量流量。质量流量M与环形间隙42的宽度b成比例。假定1500步后质量流量达到最大值。在根据图5的实施例中，1000步后质量流量相达到最大值的43%，而在500步后，达到最大值的17%。显然，质量流量M随阀体位移增加而逐渐增加，即在第一个500步期间从最小值达到最大值的17%，再加500步后增加26%达到最大值的43%，再加500步后增加57%达到最大值。
[0030]在控制或调节气体燃料流入进气管流的掺混期间，要满足以下条件:
[0031]1.精确的λ调节，即控制进气管流Φ I的质量流量与气体燃料流Φ2的质量流量之比，以保持根据内燃机的操作参数的预定值，这需要高水平的控制质量，即小步长。
[0032]2.混合流Φ3或总质量流量必须马上尽可能符合内燃机上的负荷要求，即负载控制元件(如位于进气管10内出口 28上游的节流阀)的位置，即，能够在短时间内在最小值和最大值之间变化。气体燃料质量流量必