燃料喷射装置和氢内燃机的制作方法

本发明涉及一种用于将氢流引入氢内燃机的燃烧室的燃料喷射装置。本发明还涉及包括此种燃料喷射装置的氢内燃机。虽然本发明将主要针对呈卡车形式的车辆，但是本发明还可适用于使用氢内燃机来生成推进动力的其他类型的车辆，诸如，例如公共汽车、作业机械和其他运输车辆。

背景技术：

1、用于氢发动机的氢喷射器通常在临界条件下运行，在所述临界条件下，氢流变成音速的甚或局部超音速的。这种类型的流动的一个问题是难以维持从喷射器喷嘴射出的射流的初始方向。

2、一种常用的氢喷嘴是所谓的针阀喷嘴。针阀表面的上部的角度是可以确定射流的流出方向的设计参数。为了进一步控制射流的流出方向，可以将针阀与喷嘴盖组合。盖包括一个或多个孔，并且所述孔的配置通常用于确定流出射流的方向。

3、氢喷嘴的一个特定问题是喷嘴盖孔出口面积需要大于传统发动机喷嘴。这意味着喷嘴盖侧和底侧的主要部分是开孔。因此，设计孔以将射流在所需方向上并以所需的氢速度引导是困难的，特别是在音速甚或局部超音速氢流下。此外，这可导致盖容积中的干扰涡流。这种干扰涡流可将部分气流沿不利的方向重新引导。此外，盖容积本身可包含残余的含氢气体，所述残余的含氢气体可在不利的时刻自燃。

4、因此，关于氢喷嘴中的氢流导引存在改进的空间。

技术实现思路

1、因此，本发明的目标是至少部分地克服上述缺陷。

2、根据第一方面，提供了一种用于将氢流引入氢内燃机的燃烧室的燃料喷射装置，该燃料喷射装置包括：喷嘴盖，该喷嘴盖包括布置在阀座处并被配置为接收氢流的入口，以及位于喷嘴盖的下部处的至少一个出口，氢流被配置为通过该出口被供应到燃烧室中；入口阀装置，该入口阀装置至少部分地由喷嘴盖容置，该入口阀装置可在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置处该入口阀装置的部分被布置成与阀座邻接以阻止氢进入入口，在打开位置处该氢流被允许在该入口与该出口之间流动，其中该入口阀装置包括轴向延伸的导流部分，该导流部分包括面向喷嘴盖的内表面的包络面(envelope surface)，该包络面包括径向地朝向喷嘴盖的内表面突出的阀突起，其中喷嘴盖的内表面包括径向地朝向导流部分的包络面突出的喷嘴突起，该喷嘴突起轴向地布置在阀突起与喷嘴盖的至少一个出口之间，其中阀突起和喷嘴突起在径向方向上至少部分地重叠。

3、措辞“入口阀装置的部分被布置成与阀座邻接”应理解为入口阀装置的该部分与阀座机械接触，使得氢被阻止进入燃烧室。

4、此外，上面提到的“轴向”和“径向”方向应被看作是相对于氢在阀座处进入燃烧室的流动方向的方向。因此，最初在阀座处在轴向方向上将氢流引导到燃烧室中。换句话说，轴向方向对应于燃料喷射器装置的往复式入口阀装置的运动方向。

5、本发明基于这样的认识：通过如上所述的在入口阀装置上提供阀突起并在喷嘴盖上提供喷嘴突起，氢流必须以更令人满意的方式遵循入口阀装置的导流部分。更详细地说，因为阀突起和喷嘴突起在径向方向上重叠，所以阻止了氢流在阀座在纯轴向方向上流入燃烧室。一个优点在于，因为氢流的任何直接竖直通路都被阻断，所以提供对氢流的改进的控制。此外，使阀突起和喷嘴突起径向重叠可以有利地与较小的喷嘴出口面积组合，借此可以增加氢的喷射压力。换句话说，喷嘴盖的出口的较小尺寸使得能够根据以上描述设计流动几何形状。根据非限制性示例，将出口的大小缩减50%可使氢流的压力水平提高100%。因此，大小减半可会使压力加倍。根据非限制性示例，燃料喷射装置因此可适当地用于增加氢流压力。因此，燃料喷射装置可用于所谓的中压氢实现方式中。

6、此外，通过改进对氢流的控制，还可以带来优化氢内燃机的其他部件的有利益处，诸如在氢内燃机中往复运动的活塞的活塞碗的形状。此种活塞碗的形状高度依赖于氢从喷嘴盖的至少一个出口流出的方向。

7、根据示例实施方案，阀突起可围绕包络面周向地延伸。优选地，阀突起围绕整个包络面沿周向地延伸。由此，更进一步确保了氢的直接竖直通路被阻断。

8、根据示例实施方案，喷嘴突起可在至少一个出口的第一周向端部部分与第二周向端部部分之间在周向方向上延伸。由此，喷嘴盖可以设置有两个或更多个出口，借此并且如下文将进一步详细描述的，第一端部部分和第二端部部分限定了相应出口的端部部分。在喷嘴盖包括单个出口的情况下，第一周向端部部分和第二周向端部部分重合，即，是同一位置。

9、根据示例实施方案，当入口阀装置处于打开位置时，阀突起和喷嘴突起可以布置在距彼此一定轴向距离处。由此，保证了当入口阀装置打开时，阀突起和喷嘴突起将不会互相干扰并且不会阻断氢流。而且，并且根据示例实施方案，当入口阀装置处于关闭位置时，阀突起可以布置在距喷嘴盖的入口一定轴向距离处。

10、根据示例实施方案，入口阀装置可包括阀部分和轴向延伸的头部分，该头部分具有布置在阀部分处的上端和背对阀部分的下端，其中阀部分包括布置成当入口阀装置处于关闭位置时与阀座邻接的表面。

11、因此，头部分可以有利地作为常规阀部分的附加部分提供。一个优点在于，简化了入口阀装置的制造。然而，并且根据示例实施方案，阀部分和头部分可以彼此一体地形成。

12、根据示例实施方案，轴向延伸的导流部分可以形成头部分的一部分。

13、根据示例实施方案，头部分可包括在阀突起与下端之间的锥形表面。

14、一个优点在于，可以根据需要控制氢进入燃烧室的方向。

15、根据示例实施方案，头部分的直径可沿着锥形表面在从阀突起到下端的方向上增加。在头部分的这种配置中，氢流在进入燃烧室时径向地发散，即，在燃烧室中径向向外引导氢流。一个优点在于，从燃料喷射装置进入燃烧室的氢流可以由此维持其初始方向并降低氢燃料射流坍塌的风险。也更容易将活塞碗的形状与明确限定的流动模式相匹配。在更均匀流的情况下，氢燃料能够到达距离喷嘴出口更远的地方，这有利于氢和空气的混合过程。

16、根据示例实施方案，头部分的直径可沿着锥形表面在从阀突起到下端的方向上减小。在这种配置中，氢流相反地在进入燃烧室时径向地会聚，即，在燃烧室中径向向内引导氢流。针对活塞碗形状的会聚氢流适于在径向中心处接收氢流。与上面描述的发散流类似，会聚流促进了独特的流动方向，在此均匀排列，从而降低氢燃料射流坍塌的风险。

17、根据示例实施方案，至少一个出口可以包括两个出口部分。一个优点在于，进入燃烧室的流可以分成两股独立的流，借此改进对进入燃烧室的氢流的控制。然而，应当容易地理解，至少一个出口可以包括多个出口部分，诸如三个或更多个出口部分。

18、根据示例实施方案，喷嘴盖可以包括位于喷嘴盖的下部的一对凸出部分，该凸出部分中的每一者朝向燃料喷射装置的轴向延伸的几何中心轴线径向地突出以形成两个出口部分。因此，该凸出部分可以有利地形成上述用于喷嘴突起的延伸部的第一周向端部部分和第二周向端部部分。换句话说，喷嘴突起在一对凸出部分之间周向地延伸。

19、根据示例实施方案，阀装置的部分可以布置成当阀装置处于打开位置时紧邻该对凸出部分。通过紧邻该对凸出部分提供阀装置，氢流被引导至凸出部分之间形成的出口部分。

20、根据示例实施方案，凸出部分中的每一者可从喷嘴盖的下部轴向地延伸并且在朝向入口的方向上延伸。优选地，凸出部分在从喷嘴盖的下部轴向延伸期间还朝向喷嘴盖的内表面径向地延伸。因此，凸出部分优选地布置成锥形配置。

21、根据第二方面，提供了一种氢内燃机，该氢内燃机包括根据上面关于第一方面描述的实施方案中的任一者的燃料喷射装置。

22、根据第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据上面关于第一方面描述的实施方案中的任一者的燃料喷射装置，或者根据第二方面的氢内燃机。

23、该第二方面和第三方面的效果和特征很大程度上类似于上面关于第一方面描述的效果和特征。

24、当研究所附权利要求和以下描述时，另外的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合不同特征以创建不同于以下描述的实施方案的实施方案。