[发明专利]用于将气态燃料直接喷射到燃烧室中的气体喷射器

说明书

本发明涉及一种气体喷射器，用于将气态燃料直接喷入内燃发动机的燃烧室中，所述气体喷射器包括阀座(2)、阀针(3)和气体控制区域(4)，其中，所述阀针(3)在行程(H)上在阀座(2)上释放第一横截面积，所述气体控制区域(4)布置在阀针(3)上并且与围绕阀针(3)的构件(5)限定第二横截面积，在行程上，阀座(2)上的第一横截面积的变化不同于气体控制区域(4)上的第二横截面积的变化。

技术领域

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

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R1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A_max。因此，图2的曲线图中曲线在末段区域直到最大行程H_max是水平的。

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

在此提出一种用于将气态燃料直接喷入到内燃发动机的燃烧室中的气体喷射器，所述气体喷射器包括：阀座；阀针，所述阀针在行程上在阀座上释放第一横截面积；气体控制区域，所述气体控制区域布置在阀针上并且与一围绕阀针的构件限定一第二横截面积；其中，在行程上，所述阀座上的所述第一横截面积的变化不同于所述气体控制区域上的所述第二横截面积的变化。与现有技术相比，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。

优选实施方式给出本发明的优选的改进方案。

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。

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。