用于噴射氣體的閥的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據權利要求1的用于噴射氣體至內燃機的燃燒腔室中的閥。
【背景技術】
[0002]除了諸如汽油或柴油的已知液體燃料之外，出于經濟和環境原因，氣體燃料特別是壓縮天然氣(CNG)越來越多的用在現代內燃機中。因為天然氣充氣站基礎設施仍然不廣泛，液體燃料和氣體燃料常常用于使用兩種燃料的內燃機的替代操作。這里所使用的術語為內燃機的雙價(bivalenten)操作，不同于使用僅一種單一類型的燃料的單價(monovalenten)操作。
[0003]這種內燃機的氣體供應系統通常包括氣體儲存器、截流閥、溫度傳感器和壓力傳感器、減壓器或調壓器、對應于內燃機的汽缸數量的若干氣體噴射閥和對應流體管線以及電子控制裝置。
[0004]天然氣通常儲存在壓力最高200巴的一個或更多個汽缸中。減壓器或電調壓器將氣體噴射閥的入口處的所述壓力降低為較低的值。如果氣體噴射至內燃機的入口歧管中(端口噴射)，那么典型的壓力值在2巴至8巴的范圍內，具體取決于噴射閥的特征。
[0005]鑒于將燃料直接噴射至內燃機的燃燒腔室中所提供的優勢，所述優勢諸如排放較低和燃料消耗減少，已知的系統允許將天然氣直接噴射到內燃機的燃燒腔室中。然而，為了實現這一目的，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噴射情況下的壓力高。這種情況下的典型值在5巴至20巴的范圍內，以便與入口歧管噴射相比，能夠在較短的可用時間跨度內弓I入必要的氣體量。
[0006]氣體噴射閥通常實施為所謂的螺線管閥，其中提供螺線管線圈作為致動器且提供噴嘴針閥作為控制元件，這些部件根據其電激活情況輸送氣體至內燃機的燃燒腔室中或阻止氣體流。
[0007]在氣體噴射閥的情況下，會非常快地遭遇可能的燃料流速限值，這是因為與液體燃料相比，氣體燃料能量密度較低，在相同的閥打開周期內，與液體噴射閥的情況相比需要更大的端口橫截面，以便達到特定的內燃機功率輸出。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實現。然而，較大的閥盤直徑具有缺點，會增加作用在閥盤上的氣體力。
[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:在預設的供電電壓和預設的供電電流以及給定的氣體壓力下，流速可超過特定的量。
[0009]因此，對于將氣體直接噴射到內燃機的燃燒腔室中，使用具有針閥的氣體噴射閥，所述針閥向外打開也就是朝向燃燒腔室中打開。除了使得將被引入的氣體的流動阻力降低，這還具有其它優勢:除了復位彈簧的力之外，內燃機的燃燒腔室中的氣體力在燃燒期間也將閥口保持關閉。
[0010]這種氣體噴射閥的問題在于，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ECE R 110規定的關于CNG設備的部件的規定防泄漏要求。除此之外，必要的高密封力意味著當閥關閉時閥座經受的磨損增大。為了盡量減少磨損，昂貴的成對材料組合被用于閥座和閥盤。此外，這種高強度成對材料組合往往會弓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。為此目的，提供控制元件和關閉元件，當在關閉位置中時，所述控制元件位于距離螺線管線圈較短的距離處。控制元件操作性地連接至關閉元件，以使得當電流傳過螺線管線圈時，控制元件將關閉元件帶向螺線管線圈。另外，關閉元件受到螺線管線圈的磁力吸引得更靠近螺線管線圈，一直到達打開位置，不受控制元件的運動影響。通過提供控制元件和關閉元件，能夠借助于控制元件的第一運動和關閉元件的聯動運動打開閥的出口端口。這伴隨著輸送腔室中的壓力下降，控制元件和關閉元件位于所述輸送腔室中。因此，作用在關閉元件上的氣體壓力和相關聯的力降低。因此，可借助于較小的磁力實現關閉元件至打開位置的進一步運動，在所述打開位置中出口端口完全打開。
[0012]DE 10 2009 012 689 B4公開一種用于輸送氣體至內燃機的燃燒腔室中的閥，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、致動器，特別是具有線圈的螺線管閥和磁性關閉元件。關閉元件被分配至出口端口，所述關閉元件根據致動器的致動情況打開或關閉出口端口。關閉元件在殼體的引導件中被引導，所述關閉元件被引導通過輸送腔室抵達出口端口，并且在輸送腔室中位于關閉位置中的關閉元件僅在橫向于關閉元件的移動方向的方向上經受氣體壓力。因此，關閉元件僅需輕微的背壓就能從關閉位置移動至打開位置，這樣的話，用動力不大的致動器就能致動關閉元件。

【發明內容】

[0013]本發明的目的是提供一種用于直接噴射氣體燃料至內燃機的燃燒腔室中的改良的閥。
[0014]這一目的由獨立權利要求的特征實現。有利的實施例在從屬權利要求中進行詳細說明。
[0015]本發明的區別性特征是一種用于為內燃機噴射氣體燃料的閥，其中殼體在其縱向范圍內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動器部分。第一控制元件被分配至流入部分，并且根據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。提供致動驅動器，所述致動驅動器布置在驅動部分中并且聯接至兩個控制元件，以使得控制元件可獨立于彼此被帶動到打開位置中。
[0016]根據一個示例性實施例，一個螺線管線圈充當兩個控制元件的致動驅動器，從而提供非常簡單、牢固且節約成本的氣體噴射閥構造。
[0017]通過使用單個致動驅動器來致動獨立于彼此被致動的兩個控制元件，第一個控制元件借助于關閉構件提供抵抗流入部分上存在的加壓氣體的嚴密密封，并且另一個控制元件借助于流出部分上的另一關閉構件形成相對于內燃機的燃燒腔室的嚴密密封，能夠為關閉構件和/或兩個關閉構件的閥座使用不同的材料。
[0018]因為流入部分上的閥座并未暴露于類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閉構件和/或所述關閉構件的密封面可有利地由有效密封、柔性的但同時節約成本的材料制成，所述材料諸如彈性體、塑料或橡膠零件。因此，能夠通過簡單的方法滿足用于內部燃燒的氣體供應系統的部件的規定密封性要求。
[0019]根據本發明的一個實施例，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閉位置中，其關閉構件被按壓抵靠閥座。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”處實現嚴密密封的一種簡單方法。
[0020]根據本發明的另一實施例，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閉位置中，其關閉構件被按壓抵靠流出部分上的閥座。因為當氣體噴射閥位于關閉位置中時，這種關閉構件不必承受氣體燃料的高壓，而是僅需相對于內燃機的燃燒腔室形成嚴密密封，所以這里可使用彈簧特征較小的彈簧元件。
[0021]因為第二控制元件被設計成向外打開的針閥，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閉構件的打開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”處的關閉構件及其密封面使用不滿足更為嚴格的防泄漏要求的材料，這促成氣體噴射閥的節約成本的實施例。
[0022]兩個控制元件的運動的至少部分解聯還意味著致動氣體噴射閥的打開序列需要的力更小。最初，當致動驅動器被激活時，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。因為這時第二控制元件仍尚未被移動，所以較小的力足以實現這一目的。僅必需克服第一彈簧元件的反作用力。
[0023]僅當第一控制元件已經部分打開用于氣體燃料的入口端口時