适用于气体燃料的燃料注入器的制作方法

本发明总体上涉及燃料注入器的构造，该燃料注入器适于将诸如氢气的气体燃料注入到内燃引擎的燃烧室中。注入器可适于注入其他燃料。

背景技术：

1、已知用于气体燃料的不同类型的燃料注入器。一种方案是所谓的“向内打开”燃料注入器，其中注入器阀针被构造成逆着燃料流动方向从阀座提升离开，以在注入器的顶端处打开一组注入器端口。另一方案是所谓的“向外打开”燃料注入器，其中注入器阀针(也称为“枢轴”)被构造成沿与燃料流动方向相同的方向打开。

2、如参照图1所示的内燃引擎2所示，与设置在引擎2的气缸盖6中的向外打开的燃料注入器4相关联的一个挑战涉及燃料在被注入到引擎2的燃烧室8中之后的流动方向，以及这对于燃烧室8中的燃料-空气混合的影响，并因此整体上涉及内燃引擎2的效率。

3、这种向外打开的燃料注入器4在一些情况下会产生不稳定的中空锥形气体射流，该气体射流(i)沿阀轴线v的方向即朝向内燃引擎2的活塞10塌缩，如箭头a所示，或者(ii)朝向内燃引擎2的气缸盖6塌缩，如箭头b所示。

4、因此，难以始终如一地确保燃料均匀地分散在整个燃烧室8中，并因此难以确保燃料-空气在其中充分混合。这对于诸如氢气的低压气体燃料尤其成问题，因为这些气体是低密度和低惯性的，因此空气混合是被动的。

5、因此，需要解决这些问题中的至少一些问题。

技术实现思路

1、针对该背景，本发明提供了一种适用于气体燃料的燃料注入器，所述燃料注入器包括：注入喷嘴，所述注入喷嘴具有顶端区域，所述顶端区域被成形为限定环形阀座，所述环形阀座绕中心出口开口延伸；以及向外打开的注入阀针，所述向外打开的注入阀针被可滑动地接纳在所述注入喷嘴中并且能够操作以在关闭位置与打开位置之间移动，所述向外打开的注入阀针包括阀杆和阀头，所述阀杆限定阀轴线，所述阀头从所述阀杆延伸，其中，所述阀头包括：周向密封区域，所述周向密封区域被构造成在所述关闭位置中抵靠所述阀座进行密封并关闭所述中心出口开口，并且在所述打开位置中与所述阀座限定环形间隙，以及周向燃料引导区域，所述周向燃料引导区域位于所述周向密封区域下游，所述周向燃料引导区域包括限定第一引导表面的第一引导部和限定第二引导表面的第二引导部，其中，所述第一引导部被构造成与所述第二引导部64相比相对于所述阀轴线v以较小角度引导燃料注入。

2、通过第一引导部，注入阀针能够将一些燃料引向燃烧室的下半部，并因此引向活塞。然而，通过第二引导部，注入阀针能够将燃料的其余部分引向燃烧室的上半部，并因此引向气缸盖。这样，燃料分散在整个燃烧室中，改善了燃料-空气混合，并因此改善了内燃引擎的整体效率。

3、在优选实施方式中，燃料注入器是气体燃料注入器，即被构造成将气体燃料注入到例如内燃引擎的燃烧室中的燃料注入器。由于气体燃料具有比液体燃料低的燃料密度，因此对于任何特定的目标流速，气体燃料注入器与比液体燃料注入器大的针行程相关联。这是因为对于气体燃料注入器，流量由节流阀截面积和节流阀上游和下游的压力比确定，使得需要较高的针行程和因此较大的节流阀截面积来确保任何特定的流量。通常，气体注入器的打开行程在200微米和600微米之间。此外，液体燃料注入器还与低针行程相关联，以确保燃烧室中的充分雾化。

4、燃料注入器，即呈向外打开的注入器的形式，可以在相对低的压力下操作用于直接注入式引擎。直接注入相对于端口燃料注入在填充效率和引擎功率方面以及在效率方面具有优势。燃烧室中的压力可以高于120巴。相反，向内打开的注入器需要高于峰值气缸压力的工作压力，以确保注入器在注入之后保持关闭。同时，向外打开的注入器没有注入器密封困难，因此可以在7至40巴的系统压力下操作(主要由流量要求和用于混合的注入动量决定)。

5、可以在所述第一引导表面的径向最外侧界限的切线与所述阀轴线之间限定第一角度。可以在所述第二引导表面的径向最外侧界限的切线与所述阀轴线之间限定第二角度。优选地，第一角度小于第二角度。

6、优选地，该第一角度是在100°与150°之间，更优选地在110°与140°之间，并且甚至更优选地在120°与130°之间。优选地，该第二角度是在30°与90°之间，更优选地在50°与85°之间，并且最优选地在60°与80°之间。

7、当第二角度与第一角度之间的差为至少40°时，实现了特别有效的射流分离。

8、第二引导部可以包括突起。该突起可以相对于第一引导部径向向外延伸以限定第二引导表面。

9、在优选实施方式中，该突起相对于第一引导部径向地向外延伸达阀头的在周向密封区域下游的总径向扩展的至少10％。更优选地，该突起径向延伸达阀头的在该周向密封区域下游的总径向扩展的至少15％，甚至更优选地至少25％，并且最优选地至少30％。

10、附加地或另选地，该突起相对于第一引导部径向向外延伸达注入阀针的最大针行程的至少10％。更优选地，该突起径向延伸达注入阀针的最大针行程的至少15％，甚至更优选地延伸达注入阀针的最大针行程的至少25％，最优选地延伸达注入阀针的最大针行程的至少30％。

11、在实施方式中，该周向突起相对于该第一引导部在3微米与30微米之间，并且特别是在5微米与15微米之间径向地向外延伸。甚至诸如这些的微小突起也足以将燃料引向燃烧室中的不同方向，并因此确保彻底的空气-燃料混合。在一个实施方式中，5微米的突起是优选的。

12、该突起可以采取弯曲斜面或环形部分的形式。

13、该第一引导表面可以基本上是凸的。该第二引导表面可以基本上是凹的。

14、在优选实施方式中，阀头还包括周向公共区域。该周向公共区域优选地在该周向密封区域与该周向燃料引导区域之间延伸。周向公共区域可以关于阀轴线v是旋转对称的。

15、该周向公共区域可以限定基本上为凸的公共表面。

16、在一个特别优选的实施方式中，燃料引导区域包括至少一对第一引导部和至少一对第二引导部。优选地各对第一引导部以及各对第二引导部设置在阀头的相反侧。这种对称设置促进制造注入阀针。优选地各对第一引导部以及各对第二引导部布置在阀头的直接相反侧。

17、周向燃料引导区域优选地包括至少一个第一引导部和至少一个第二引导部。在该实施方式中，在周向燃料引导区域中，第一引导部和第二引导部之间没有间隙。

18、在一个实施方式中，第一引导部在第一张角(subtended angle)α上周向延伸，并且第二引导部在第二张角β上周向延伸。第一张角α优选地大于第二张角β。这样，较多的燃料被引向内燃引擎的下半部，并因此引向活塞。在压缩过程中，活塞将一些燃料重新引导回内燃引擎的上半部。这样，第一引导部和第二引导部的构造补偿了活塞的作用，并且在整个内燃引擎中产生了燃料和空气的彻底分散。

19、第一引导部和第二引导部优选地围绕燃料引导区域交替。在一个实施方式中，其他部分可以设置在第一引导部和第二引导部之间。

20、在一个实施方式中，在所述第一和/或第二引导部内限定有至少一个槽，所述至少一个槽用于使经过所述第一和/或第二引导部的气体燃料产生旋转涡流。该槽优选地被限定在第二引导部的突起内。这是有益的，因为其促进了燃烧室中的空气和燃料之间的混合，并因此有助于提高内燃引擎的效率。这有时会在枢轴上产生不希望的旋转力，导致针旋转。

21、第一引导部的最宽部分可以与第二引导部的最宽部分一样宽。第一引导部的最宽部分可以位于第二引导部的最宽部分的至少部分的下游。注入阀针的这种构造在其结构方面具有优点，因为整个周向燃料引导区域可均匀地制造，其中部分被去除或添加以形成相应的第一引导部或第二引导部。

22、另选地，第一引导部的最宽部分可以比第二引导部的最宽部分宽。第一引导部和第二引导部可以沿着阀轴线v布置在相同的轴向位置处。注入阀针的这种构造在其结构上也具有优点，因为整个周向燃料引导区域可均匀地制造，其中部分被去除或添加以形成相应的第一引导部或第二引导部。

23、本发明涉及一种用于气体燃料的内燃引擎，其包括气缸盖、活塞和引擎燃烧室、根据前述权利要求中的任一项所述的燃料注入器，该燃料注入器设置在所述气缸盖中并且被构造成将燃料注入引导到引擎燃烧室中以用于燃烧，其中，第一引导部构造成将注入射流引向燃烧室的下半部，并且第二引导部构造成将注入射流引向燃烧室的上半部。

24、在详细描述和所附权利要求中引用了另外的可选和有利特征。