技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
流体喷射器，尤其是一种用于将压缩
天然气（CNG）直接喷射（DI）到
内燃机的
燃烧室中的流体喷射器。
背景技术
[0002] 从DE 10 2008 041 544 A1中已知一种流体喷射器。
[0003] CNG直接喷射器设计是一种新技术，这种新技术意图在
汽车乘用车应用上大规模地使用DI CNG喷射，应用的理论益处在于减小包括NOx和CO的排放以及提高燃烧效率。然而，目前还没有可用于进行大规模汽车应用的解决方案。
发明内容
[0004] 本发明意在解决的问题尤其涉及使用所提到的通用型流体喷射器来进行
压缩天然气（CNG）的直接喷射（DI）。已经有报道表示，与常见端口式燃料气系统相比，直接喷射天然气（DING）
发动机具有更高的热效率和更高的功率输出。针对该应用待解决的主要问题是气体密闭度、在受发动机速度限制的时间内递送的气体量。本发明意图改善通用流体喷射器，尤其是通过针对这些具体条件并且尤其是通过使用DI CNG螺线管
致动器设计来进行，该DI CNG螺线管致动器设计能够支持CNG直接喷射系统。
[0005] 为了实现所提到的目的，本发明详细说明一种流体喷射器。该流体喷射器包括喷射器壳体。该流体喷射器进一步包括喷射器进口、喷射器出口以及沿着纵向轴线在该喷射器进口与该喷射器出口之间延伸的流体供应管路。
[0006] 该流体喷射器此外包括
阀针、线圈和电枢。该
阀针可平行于纵向轴
线轴向地移动。该电枢机械地联接至阀针以便使其尤其可操作为使阀针轴向地移动。电枢可以固定至阀针。替代地，电枢和阀针可以具有轴隙。便利地，流体喷射器的电磁致动器组件——即，螺线管致动器——包括该线圈和该电枢。当电磁致动器组件通电时，线圈生成电
磁场，用于使阀针移动的电枢尤其可借助该
电磁场朝着线圈轴向地位移。
[0007] 流体喷射器进一步包括包围第一空间的第一
波纹管，其中，所述第一波纹管的第一轴向端连接至喷射器壳体，从而第一空间与喷射器进口流体连接，以及其中，第一波纹管的第二轴向端连接至电枢的第一轴向侧。因此，第一波纹管可以从其第二轴向端轴向地远离电枢延伸至其第一轴向端，从而第一空间从电枢的第一轴向侧朝着流体进口延伸。
[0008] 此外，流体喷射器包括包围第二空间的第二波纹管，其中，该第二波纹管的第一轴向端连接至电枢的第二轴向侧，以及其中，该第二波纹管的第二轴向端连接至喷射器壳体从而使第二空间与流体供应管路的部段流体连通，该部段邻近喷射器出口。因此，第二波纹管可以从其第一轴向端轴向地远离电枢延伸至其第二轴向端，从而第二空间从电枢的第二轴向侧朝着流体出口延伸。
[0009] 所提出的用于解决上面提到的问题的方案建议一种新喷射器设计构思，该新喷射器设计构思可以用于DI CNG高压应用。根据本发明的双波纹管设计能够实现多个优点。这允许电枢和阀针具有高提升并且相应地允许在其打开状态下在喷射器出口处具有较大开口部段。若需要，这使得能够在受发动机速度限制的短时间内供应大量气体。该双波纹管设计还促进了气体的密闭度以便避免
泄漏等。
[0010] 在优选
实施例中，电枢具有沿着纵向轴线延伸的至少一个通孔（即，一个或多个通孔）。通孔也可以表示为通孔。第一波纹管的第二轴向端连接至电枢的第一轴向侧，从而使第一空间与至少一个通孔流体连通。第二波纹管的第一轴向端连接至电枢的第二轴向侧从而使第二空间与至少一个通孔流体连通。这提高了待供应的流体（尤其是CNG）的密闭度并且避免了供应流体的污染。术语“通孔”应理解为是通孔。
[0011] 在实施例中，提供的是流体供应管路的内部与线圈封离，其中，尤其通过气密
焊接（尤其是通过气密
激光焊接）来加强在波纹管的轴向端处的连接。换言之，第一波纹管和第二波纹管限定出流体管路的一部分并且有助于液压地密封流体管路。流体可以从喷射器进口流过波纹管到达喷射器出口。波纹管的外周向表面可以与流体封离，该流体在操作中流
过喷射器并且在流体出口处从流体喷射器进行分配。这提供了“干燥”螺线管的可能性，即，螺线管致动器可以在不与供应流体直接
接触的情况下进行操作。磁路可以完全与流体路径（即，尤其是气体路径）隔开。
[0012] 优选地，流体喷射器包括向外开口类型的阀组件。相应地，用于供应压缩天然气的设计可以表示为SONG-设计（螺线管向外天然气设计）。
[0013] 在一个实施例中，阀组件包括尤其形成在喷射器壳体处的
阀座以及闭合构件，该闭合构件连接至或者形成在阀针的轴向端处。优选的是，阀座包括第一圆形密封表面，闭合构件包括第二圆形密封表面，并且在阀组件的闭合状态下，该第一圆形密封表面和该第二圆形密封表面在圆形接触区中彼此接触，该圆形接触区在圆周处闭合。该圆形接触区——通过沿着圆周延伸以及通过在径向方向上延伸——而具有二维延伸部。这使得能够提供较大密封带，该较大密封带有利地用于支持CNG递送的特定需要。优选地，接触区是平坦的。具体地，垂直于纵向轴线的平面可以包括圆形接触区。尤其，其形状为圆环，该圆环具有平行于——并且尤其是同轴于——纵向轴线的表面法线。这可以提高气体流速和寿命性能。
[0014] 优选的是，线圈是螺线管
电路的部件，该螺线管电路尤其是双极螺线管电路。这允许具有较大
力，该较大力可以支持在CNG的DI所要求的操作条件下（尤其是在用于DI CNG较高压力应用的情况下）操作致动器。优选地，第二波纹管的空间的截面超过第一波纹管的空间的截面。如果流体供应管路内部的气压在闭合状态下增加，则气压不会无意地打开阀。优选地，第一波纹管和第二波纹管可以由弹性材料制成，该弹性材料优选地可以是金属材料（例如，
钢）或者可以是例如塑料、
橡胶等。优选的是，波纹管具有类似
弹簧的弹性性能。
[0015] 在实施例中，建议流体喷射器包括第一
压缩弹簧，该第一压缩弹簧轴向地夹固在电枢的第一轴向侧与喷射器壳体之间。该流体喷射器可以包括调节机构，该调节机构用于调节第一压缩弹簧的轴向压缩。调节机构可以包括流体
过滤器，该流体过滤器可以固定在流体供应管路内在不同的轴向
位置处，其中，可以取决于所需的轴向力来选择恰当轴向位置。
[0016] 优选的是，流体喷射器包括第二压缩弹簧，该第二压缩弹簧轴向地夹固在电枢的第二轴向侧与喷射器壳体之间。这可以改善接触机构以及壳体（尤其是壳体的套筒）与针之间在使用气体介质时的磨损稳健性。优选的是，第一波纹管、第二波纹管以及第一压缩弹簧的轴向力彼此平衡并且尤其与流体供应管路中的气压平衡，从而在线圈的断电状态下，电枢就保持为可与线圈相距或者与包围线圈的
外壳相距轴向距离在两个轴向方向上轴向地移动。这提供了压力平衡功能。作为替代方案，电枢的
不平衡状态可以是可能的。如果流体喷射器包括第二压缩弹簧，则其也可以包括在前面提到的平衡中。该平衡/不平衡状态可以通过双弹簧
波形波纹管设计方案来实现。
[0017] 进一步地，优选的是，第一波纹管由中空腔周向地包围，该中空腔与喷射器壳体的流体连接器流体连通，其中，流体连接器尤其连接至冷却流体源或者加热流体源，并且/或者第二波纹管由中空
导管周向地包围，该中空导管与喷射器壳体的流体连接器流体连通，其中，流体连接器尤其连接至冷却流体源或者加热流体源。这使得能够实现或者保证流体供应管路中的流体
温度的更好
稳定性，即，待供应的流体的更好稳定性，这直接影响气体
密度以及因此所需的
质量流。
[0018] 根据第二方面，本发明包括一种流体喷射器，尤其用于将压缩天然气（CNG）直接喷射（DI）到内燃机的燃烧室中，其中：
[0019] - 该流体喷射器包括向外开口类型的阀组件，
[0020] - 该阀组件包括尤其形成在喷射器壳体处的阀座以及闭合构件，该闭合构件连接至或者形成在阀针的轴向端处，
[0021] - 该阀座包括第一圆形密封表面，闭合构件包括第二圆形密封表面，以及[0022] - 在阀组件的闭合状态下，第一圆形密封表面和第二圆形密封表面在圆形接触区中彼此接触，该圆形接触区在圆周上闭合，其中，圆形接触区通过沿着圆周延伸以及通过在径向方向上延伸而具有二维延伸部。
[0023] 具体地，垂直于纵向轴线的平面可以包括圆形接触区。尤其，其形状为圆环，该圆环具有平行于——并且尤其是同轴于——纵向轴线的表面法线。关于技术效果和优点，参照上文和下文进行了相应描述。同样关于本发明的第二方面，具有许多执行优选
修改的可能性。为此，根据本发明的第二方面的流体喷射器可以包括一个或多个特征，如在上文和下文中所描述的。
[0024] 关于本发明的方面，所提出的喷射器设计优选地包括向外开口螺线管致动器。为了支持CNG递送的特定需要，优选地是较大气体通路区，该较大气体通路区可以通过较大密封带和高提升来提供。本发明能够具有这些特征。为了支持致动器设计性能，螺线管电路可以是双极螺线管电路设计。优选的是双极螺线管电路设计，该双极螺线管电路设计能够在不与CNG气体直接接触的情况下进行操作。本发明通过使用双波纹管设计来允许这种情况。本发明均提供改进气体密闭度功能和较高的力，该改进气体密闭度功能和较高的力可以需要用于在上文描述的操作条件下操作致动器。
[0025] 通过双波纹管设计，本发明允许提供气体路径以及具有单独的磁路。如上文所描述的，这种设计使得能够实现压力平衡功能。进一步地，这种设计有助于避免供应流体的污染。
[0026] 所建议的螺线管向外天然气喷射器（SONG喷射器）的具体优点在于：具有通过使用波纹管以及尤其是使用气密焊接而与螺线管电路隔开的内部气体路径。可以使用所描述的双波纹管设计来实现气体路径和平衡构造。致动器的在气体外部的内部空间可以用作冷却器或者加热器（例如，通过使用空气）以便提高或者保证气体温度的更好稳定性，该稳定性直接影响气体密度以及因此所需的质量流。
[0027] 根据第三方面，本发明包括使用根据本发明的流体喷射器以便将压缩天然气直接喷射到尤其是车辆的内燃机的燃烧室中。
[0028] 根据第四方面，本发明包括一种操作根据本发明的流体喷射器的方法。在本文中，本发明建议，提供一种包括至少一个燃烧室和根据本发明的至少一个流体喷射器的内燃机，以及通过使用流体喷射器来操作该内燃机以便将压缩天然气直接喷射到燃烧室中。
附图说明
[0029] 下文参照附图对本发明的示例性实施例进行说明。附图示出了：
[0030] 图1在截面图中示出了根据本发明的流体喷射器在闭合操作状态下的示例性实施例；
[0031] 图1a为图1中的细节Ⅰa的放大图；
[0032] 图1b为图1中的细节Ⅰb的放大图；
[0033] 图2在截面图中示出了图1的实施例，然而处于打开操作状态下；
[0034] 图2a为图2中的细节Ⅱa的放大图；
[0035] 图2b为图2中的细节Ⅱb的放大图；
[0036] 图2c为沿着部段平面Ⅱc-Ⅱc的放大平面；
[0037] 图2d为沿着部段平面Ⅱd-Ⅱd的放大平面；
[0038] 图3在截面图中示出了根据本发明的流体喷射器在闭合操作状态下的第二优选实施例；以及
[0039] 图4为图3的实施例，然而处于打开操作状态下。
具体实施方式
[0040] 将参照图1和图2对根据本发明的流体喷射器1的第一优选实施例进行描述。该实施例适应于将压缩天然气直接喷射到内燃机的燃烧室（未在附图中示出）中。流体喷射器1包括喷射器壳体2、喷射器进口3、喷射器出口4、以及流体供应管路5。该流体供应管路5沿着喷射器进口3与喷射器进口4之间的纵向轴线L延伸。进一步地，流体喷射器1包括线圈6，该线圈6在纵向轴线L周围延伸并且插入在外壳7的腔中。通过虚线示意性地示出了，线圈6通过管路8连接或者可以连接至控制单元9以便通过施加
电流来使线圈6通电或者使线圈6断电。控制单元9可以与流体喷射器1隔开或者可以是流体喷射器1的部件。
[0041] 流体喷射器1包括阀针10，该阀针10沿着纵向轴线L在中心延伸并且可在平行于纵向轴线L的方向上轴向地移动。进一步地，流体喷射器1包括电枢11，该电枢11例如通过焊接固定至阀针10，从而使该固定可以承受轴向力。电枢11包括圆盘形部段12，该圆盘形部段12由于其直径而与线圈6的相应轴向端和外壳7重叠。电枢11还包括轴向突起13，该轴向突起13在内部连接至圆盘形部段12的中心并且通过与线圈6轴向地重叠而延伸到外壳7的孔14中。线圈6是螺线管致动器的一部分，其中，线圈6、外壳7和电枢11是
磁性路径的部件。电枢
11优选地可以由未被永久地磁化的
铁磁材料制成，比如例如由钢制成。相应地，如果线圈6通电，则由于所导致的磁力，而将会在平行于纵向轴线的方向上以及朝着线圈6吸引电枢
11。
[0042] 进一步地，流体喷射器1包括包围第一空间16的第一波纹管15。第一波纹管15的第一轴向端17以密封方式连接至转接器18，该转接器18以密封方式连接至喷射器壳体2的头部部段19。因此，第一波纹管15的第一轴向端17借助转接器18连接至喷射器壳体2。该连接使得第一空间16与喷射器进口13流体连通。第一波纹管15的第二轴向端20以密封方式连接至转接器23，该转接器23以密封方式连接至电枢11的第一轴向侧21。相应地，第二轴向端20借助转接器23连接至电枢11。电枢11具有平行于纵向轴线L延伸的多个通孔22。通孔22彼此横向地间隔隔开并且
定位为分布在纵向轴线L周围的圆周上。第一波纹管15以如下方式连接至电枢11：使得第一空间16与通孔22流体连通。
[0043] 进一步地，流体喷射器1包括第二波纹管24，该第二波纹管24包围第二空间25。第二波纹管24的第一轴向端26以密封方式连接至转接器27，该转接器27以密封方式连接至电枢11的第二轴向侧28。相应地，波纹管24借助转接器27连接至电枢11。该连接使得第二空间25与通孔22流体连通。第二波纹管24的第二轴向端29以密封方式连接至转接器30，该转接器30以密封方式连接至套筒32的第一轴向端，该套筒32是喷射器壳体2的一部分。相应地，第二波纹管24借助转接器30连接至壳体2。该连接使得第二空间25与流体供应管路5的部段
33流体连接，其中该部段33邻近喷射器出口4。
[0044] 喷射器壳体2包括多个部件，包括：外壳7、头部部段19、套筒32、
保护罩34以及板39，这些部件安装在一起。流体供应管路5在喷射器进口3与喷射器出口4之间延伸，并且包括：第一管路部段35、第一空间16、通孔22、第二空间25、以及在阀针10与套筒32之间的环形第二管路部段36。从图1中看到，阀针10包括两个延伸导向部段37和38，该两个延伸导向部段37和38具有在其侧面的平坦区以便允许流体经过。
[0045] 从上文明显的是，流体供应管路5的内部与线圈6封离并且例如与保护罩34内部的腔40以及与外壳7与第二波纹管24之间的中空导管41封离。可以通过气密焊接（附图中未详细地示出）（尤其是通过气密激光焊接）来形成或者加强波纹管15、24的轴向端与转接器18、23、27、30之间的连接以及所述转接器与前文提到的部件之间的连接。
[0046] 流体喷射器1包括向外开口类型的阀组件42。阀组件42包括阀座43，该阀座43是由套筒32的第二轴向端44形成。进一步地，阀组件42具有闭合构件45，该闭合构件45形成在阀针10的轴向端46处。阀座43包括第一圆形密封表面47。闭合构件45包括第二圆形密封表面48。
[0047] 图1示出了阀组件42的闭合状态，其中，第一圆形密封表面47和第二圆形密封表面48在圆形接触区49中彼此接触，该圆形接触区49在其周向端处闭合并且具有径向延伸部，从而接触区49是二维区，即，不仅仅是线性接触。接触区49是平坦的并且在几何平面上延伸，该几何平面垂直于纵向轴线L。
[0048] 从附图中看到，与第一波纹管15的第一空间16的截面相比，第二波纹管24的第二空间25的截面具有更大直径。在该示例中，两个波纹管15、24均是由弹性材料制成，比如例如金属（例如，钢）或者塑料或者橡胶。在该实施例中，流体喷射器1包括第一压缩弹簧50，该第一压缩弹簧50轴向地夹固在电枢11的第一轴向侧21与头部部段19之间。此外，流体喷射器1包括调节机构51，该调节机构51适应于调节压缩弹簧50的轴向压缩量。在该示例中，调节机构51由过滤器52提供，该过滤器52轴向地插入在第一管路部段35中并且可以固定在不同轴向位置处，例如，借助
螺纹连接（未在附图中示出）。
[0049] 图1示出了当阀组件42闭合时处于打开状态下的第一实施例。线圈6断电，即，未施加电流。波纹管15、24由于其内部压力而具有轴向力，由波纹管15和24的该轴向力以及弹簧50的轴向力所导致的轴向力引导在朝着喷射器进口3的方向上。这导致电枢11移动远离线圈6和外壳7，从而以密封方式将密封表面47和48按压在一起。如果流体供应管路内部的流体的压力增加，则由于波纹管15和24的直径不同所以这将导致阀组件42的闭合力增加。
[0050] 另一方面，图2示出了流体喷射器1，其中，其阀组件42处于打开操作状态下。为此，通过施加电流来使线圈6通电。所导致的磁力超过了波纹管15、24以及弹簧50导致的轴向力。相应地，在朝着喷射器出口4的方向上吸引电枢11。电枢11的移动导致闭合构件45在远离阀座43的向外方向上对应移动。相应地，如从图2b的放大图中看到的，间隙53打开以便将流体分配至流体喷射器1的外部。
[0051] 图3和图4涉及根据本发明的喷射器1的第二实施例。与第一实施例的特征和细节相对应或者类似的特征和细节将由相同附图标记表示。第二实施例类似于第一实施例。区别在于流体喷射器1包括第二压缩弹簧54，该第二压缩弹簧54轴向地夹固在电枢11的第二轴向侧28与套筒32之间。更具体地，第二压缩弹簧54的一个轴向端由连接器58轴向地
支撑，该连接器58分别固定至阀针10和电枢11。连接器58包括平行于纵向轴线L延伸的一些通孔59。通孔59彼此横向地间隔隔开并且定位为分布在纵向轴线周围的圆周上。为了提供完整的流体路径，通孔59与第二空间25和与电枢11中的轴向通孔22的凹槽57流体连通，其中，通孔22与第一空间16流体连通。
[0052] 关于两个实施例，第一波纹管15由中空腔40周向地包围，该中空腔40与第一流体连接器55流体连通。第一流体连接器55形成在喷射器壳体2的头部部段19处。流体连接器55可以连接至冷却流体源（未在附图中示出）以便将冷却流体供应到腔41中从而冷却第一波纹管15以及相应地冷却波纹管内部的流体。第二流体连接器56设置用于从流体喷射器排放出冷却流体。在所示出的实施例中，第二波纹管24由中空导管41周向地包围，该中空导管41为了相应目的也与流体连接器55、56流体连通。作为替代方案，例如，可以使用加热流体源。
[0053] 在用于对阀的打开状态进行说明的附图中，相应间隙示意性地示出为具有增大的空隙，以便更加清晰。
[0054] 所有所公开的特征（其本身，但也成组合地）均与本发明相关。从属
权利要求的特征也描绘了对于
现有技术的独立发明改进，尤其用于基于这些权利要求来提交分案
申请。
