[发明专利]双阀针气体喷射器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于喷入气态燃料的气体喷射器，所述气体喷射器具有双阀针。

背景技术

除了液态燃料，最近也越来越多地使用气态燃料，例如天然气或氢气，用于运行车辆。然而已知的用于液态燃料的喷射器只能有限地适用于气态燃料，因为气态燃料具有与液态燃料不同的能量密度和体积。为了这样运行的内燃机没有过度的消耗并且具有最小的有害物质排放，每次喷入过程必须喷入尽可能准确的气体量。在此也必须允许每个燃烧周期一个或多个喷入过程。此外，除了要求在一个预定的持续时间内可以喷入一定的最大量之外，也允许，精确地计量经定义的最小气体量。在此还应该存在尽可能低的系统压力，以便尽可能完全地利用气体储箱的容积。在喷入过程之间，喷射器此外必须相对于燃烧室密封气体。图1示意性地示出一个已知的气体喷射器1的喷嘴侧的端部的例子，其中，一个向外打开的阀针3位于阀座2上并在壳体5中。图1示出了喷射器的关闭状态。在喷射器打开的情况下，有效的总打开横截面在行程上首先线性地增大，直到在阀针上释放的环形横截面是最小的横截面为止。只要在具有半径R1的阀针3和壳体5之间的环形间隙具有比通过行程释放的在阀座2和壳体5之间的截面面积更小的截面面积，喷入率是恒定的。

在气体喷射器的设计中，在喷入期间需要的质量流和对气体的尽可能低的系统压力的要求之间存在一个目标冲突。这就导致，气体喷射器必须具有尽可能大的流动横截面。然而因为结构空间一般是有限的，大的流动横截面经常不能通过使喷射器的尺寸简单的扩大实现，尤其是在向外打开的喷射器的情况下。

发明内容

与之相对照，本发明的具有权利要求1的特征的用于为内燃机喷入气态燃料的气体喷射器具有的优点是，流动横截面在喷射器打开的情况下可以被扩大，从而在低的系统压力的情况下，也能在预定的时间内喷入足够的气体量。在此，根据本发明的气体喷射器具有非常紧凑而且小的结构空间，使得该喷射器也可以在狭小的马达舱中使用。根据本发明的气体喷射器在此包括一个阀体和一个双阀针，所述双阀针具有外针和内针。此外，设置致动器布置，其中，此致动器布置设置用于，分别彼此独立地操作外针和内针。因此根据本发明，可以在不同的时间点只操作外针或者只操作内针或者操作两个针。当操作两个针时，在此优选地出现最大的打开横截面。外针是空心针，其中，内针设置在空心的外针的空心区域中。此外，在阀体和外针之间形成第一密封座并且在外针和内针之间形成第二密封座。内针在外针内的布置在此实现了非常紧凑的结构。当两个针处于打开的状态时，在此可以实现更大的打开横截面并且在待喷入的气体的尽可能小的系统压力的情况下，在预定的时间内可以喷入需要的气体量或者气体质量。

从属权利要求示出本发明的优选改进方案。

优选地，致动器布置包括第一致动器用于操作内针和第二致动器用于操作外针。由此，能够以相对简单的方法来实现外针和内针的单独的控制。虽然在此需要两个致动器，但是因此得到广泛的应用范围，其中，也可以实现不同的喷入策略。例如，内针可以在外针之前打开，或者外针在内针之前打开，或者两针同时打开。同样也适用于相应的闭合过程。因此，根据使用目的和例如内燃机的相应的运行状态，可以在气体喷射器的打开和闭合方面实现不同的喷入策略。

根据本发明的一个可替代的构型，致动器布置刚好包括一个致动器，第一预紧元件和第二预紧元件。第一预紧元件在此优选地设置在内针和外针之间并且第二预紧元件优选地设置在外针和阀体之间。通过该结构，优选地通过刚好一个致动器也可以实现内针和外针的分级的打开，其方式是，预紧元件的预紧力选择不同。根据由所述一个致动器引起的行程可以因此得到打开特性。

特别优选的是，两个预紧元件的预紧力不同。进一步优选的是，两个预紧元件的预紧力是可以调节的，使得具有不同的喷入策略的内燃机存在不同的运行状态。所述预紧元件特别优选地是弹簧。

进一步优选地，气体喷射器包括一个止挡，所述止挡限制内针和/或外针的运动。由此，可以以简单的方法预定最大的行程。特别是在使用两个致动器用于单独地控制内针和外针的情况下，可以通过使用止挡限制简单的最大的行程。

进一步优选的是，气体喷射器此外包括一个携动元件，所述携动元件在两针中的一个走完预定的行程长度之后携动另一个针。特别优选地，携动元件设置在内针上，然后所述携动元件在走完预定的行程之后携动外针并且使外针从在阀体上的第一密封座上升起。

进一步优选的是，致动器布置包括一个磁致动器或者一个压电致动器。

特别优选的是，外针和内针是向外打开的闭合元件。因此，可以以简单的方法提供紧凑的构造方式的向外打开的气体喷射器。