Газовый инжектор с улучшенной характеристикой открытия

В заявке описан газовый инжектор для вдувания газообразной среды, имеющий уплотнительное устройство, образованное седлом (2) и эластомером (3), который закрывает и открывает проходное отверстие (6) в седле (2), которое при этом снабжено антиадгезионным покрытием (7). 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к газовому инжектору для вдувания газообразной среды, обладающему улучшенной характеристикой его открытия. Настоящее изобретение относится далее к способу изготовления седла газового инжектора.

Газовые инжекторы известны из уровня техники в самых разнообразных вариантах их конструктивного исполнения. Для уплотнения подобных газовых инжекторов могут использоваться эластомеры, которые в закрытом состоянии газового инжектора прилегают к седлу его запорного элемента. Однако подобные газовые инжекторы могут создавать проблемы в период пуска и прогрева холодного двигателя, поскольку при низких температурах эластомеры обладают лишь крайне низкими эластичными свойствами. Для решения этой проблемы в DE 102013202599 А1 был предложен эластомерный уплотнительный элемент с разной толщиной на своем уплотняющем участке. Еще одна проблема, с которой приходится сталкиваться при использовании газовых инжекторов и которая проявляется прежде всего при низких температурах, возникает, например, при наличии масла или маслосодержащих жидких сред в зоне седла. Источником масла при этом могут являться подшипники или иные места смазки на пути подачи газообразной среды, мимо которых она проходила до своего входа в газовый инжектор. Подобные жидкие маслосодержащие среды могут скапливаться в зоне седла и дополнительно затруднять открытие газового инжектора. Кроме того, наличие масла в зоне седла часто не позволяет более соблюдать заданную продолжительность нахождения газового инжектора в открытом состоянии. Характеристика открытия известного из уровня техники газового инжектора при наличии маслосодержащей жидкости в зоне седла его запорного элемента при этом проиллюстрирована на фиг. 6 и 7. На фиг. 6 газовый инжектор показан в своем закрытом состоянии, в котором эластомер 3 прилегает к седлу 4, 5, в зоне которого при этом находится масло 8. При открытии такого известного из уровня техники газового инжектора (фиг. 7) масло 8 образует сплошную пленку между седлом 4, 5 и уже приподнявшимся от него эластомером 3, которая разрывается лишь после удаления эластомера от седла на определенное расстояние, открывая тем самым путь прохождения газа к проходному отверстию и далее через него.

Раскрытие изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении газового инжектора для вдувания газообразной среды, заявленного в п. 1 формулы изобретения, перед известным из уровня техники газовым инжектором состоит в наличии у него значительно улучшенной характеристики открытия при низких температурах, т.е. при температурах ниже 0°С. Предлагаемый в изобретении газовый инжектор прежде всего обладает значительно улучшенной характеристикой открытия даже при наличии маслосодержащей жидкости в зоне седла, особенно при низких температурах. Согласно изобретению подобное улучшение достигается благодаря тому, что газовый инжектор имеет уплотнительное устройство, образованное седлом и эластомером, который закрывает и открывает проходное отверстие в седле. При этом седло снабжено антиадгезионным покрытием. Благодаря такому покрытию, предусмотренному на седле, удается избежать залипания эластомера на седле при всех температурах. В результате облегчается открытие газового инжектора даже при температурах ниже 0°С.

В зависимых пунктах формулы изобретения представлены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.

В одном из таких предпочтительных вариантов покрытие на седле является олеофобным. Поскольку у газовых инжекторов скапливающаяся на седле жидкость обычно содержит масло, олеофобное покрытие позволяет предотвращать прилипание такой маслосодержащей жидкости к седлу, благодаря чему при открытии газового инжектора сразу открывается проходное сечение у седла, т.е. проходное сечение между ним и эластомером. При этом в процессе открытия газового инжектора маслосодержащая жидкость даже частично не увлекается эластомером при его перемещении в направлении открытия.

Предпочтителен далее вариант, в котором покрытие содержит кремний. В особенно предпочтительном варианте покрытие содержит при этом оксид кремния. В предпочтительном варианте кремнийсодержащее покрытие имеет толщину в пределах от 50 до 600 нм.

В еще одном предпочтительном варианте покрытие содержит в качестве своего основного компонента, т.е. компонента, на долю которого приходится более 50 мас. %, соединение кремния с углеродом. Толщина такого покрытия составляет предпочтительно от 50 до 5000 нм, особенно предпочтительно от 50 до 500 нм.

Предпочтителен далее вариант, в котором покрытие содержит силикон (кремнийорганический полимер). Толщина силиконсодержащего покрытия составляет предпочтительно от 1 до 10 мкм.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения покрытие представляет собой золь-гелевое покрытие, прежде всего с включениями в него из керамических наночастиц. Такие наночастицы в предпочтительном варианте представляют собой частицы из политетрафторэтилена, фторированного сополимера этилена и пропилена, перфторалкоксиполимера или сополимера этилена и тетрафторэтилена. Толщина этого покрытия составляет предпочтительно от 100 до 10000 нм, предпочтительно от 100 до 500 нм.

В еще одном предпочтительном варианте в качестве покрытия могут использоваться фторполимерные покрытия, которые можно наносить прежде всего из раствора в соответствующем растворителе или по технологии плазменного нанесения покрытий. Полимерным компонентом фторполимерного покрытия является преимущественно фторированный сополимер этилена и пропилена, перфторалкоксиполимер или сополимер этилена и тетрафторэтилена либо любая их смесь. Толщина покрытия в этом случае составляет от 10 до 10000 нм, предпочтительно от 100 до 500 нм.

В предпочтительном варианте покрытие имеет толщину в пределах от 50 до 2000 нм, предпочтительно от 100 до 1000 нм, прежде всего от 500 до 800 нм. Благодаря выполнению покрытия с толщиной в указанных пределах исключается возможность всякого отрицательного влияния покрытия на другие технические параметры седла, например на теплопроводность или иные свойства.

С целью обеспечить строго определенную характеристику открытия газового инжектора покрытие на седле предпочтительно выполнять с постоянной толщиной.

Предпочтителен далее вариант, в котором седло имеет первый кольцеобразный контактный участок и второй кольцеобразный контактный участок. Между этими первым и вторым кольцеобразными контактными участками при этом расположено проходное отверстие. Покрытие нанесено при этом и на первый, и на второй кольцеобразные контактные участки. Данный вариант прежде всего обеспечивает возможность выполнения газового инжектора с проходными отверстиями большого сечения и возможность их надежного открытия, что позволяет вдувать газ в камеру сгорания в больших количествах.

В особенно предпочтительном варианте покрытие на седле представляет собой покрытие, полученное по технологии нанесения покрытий с применением низкотемпературной плазмы. Такая технология обеспечивает простое и экономичное нанесение покрытия.

В еще одном предпочтительном варианте покрытие полностью покрывает седло или покрывает его избирательно на заданных участках поверхности.

Предпочтителен, кроме того, вариант, в котором площадь, занимаемая покрытием, больше проекции на него эластомера в осевом направлении.

Объектом изобретения является далее способ изготовления седла газового инжектора, заключающийся в том, что подготавливают седло и наносят на него антиадгезионное покрытие, прежде всего по технологии нанесения покрытий с применением низкотемпературной плазмы. Таким путем удается добиться описанных выше преимуществ, прежде всего при наличии маслосодержащей жидкости в зоне седла, обеспечив заданную и воспроизводимую характеристику открытия газового инжектора.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа покрытие наносят по технологии нанесения покрытий с применением низкотемпературной плазмы таким образом, что оно имеет стекловидную поверхность.

В настоящем изобретении предлагается также двигатель внутреннего сгорания, оснащенный предлагаемым в изобретении газовым инжектором для вдувания газообразного топлива в камеру сгорания в этом двигателе внутреннего сгорания.

Чертежи

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - схематичный вид в разрезе газового инжектора, выполненного по одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг. 2 - схематичный вид в разрезе уплотнительного устройства газового инжектора, изображенного на фиг. 1,

на фиг. 3 - схематичный увеличенный вид в разрезе седла, изображенного на фиг. 2,

на фиг. 4, 5 - схематичные виды в разрезе, иллюстрирующие процесс открытия газового инжектора, выполненного по соответствующему изобретению варианту, и

на фиг. 6, 7 - схематичные виды в разрезе, иллюстрирующие процесс открытия газового инжектора, выполненного согласно уровню техники.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Ниже со ссылкой на фиг. 1-5 подробно описан газовый инжектор (или газовая форсунка) 1, выполненный по предпочтительному варианту осуществления изобретения.

Такой газовый инжектор 1, выполненный по предпочтительному варианту, представляет собой газовый инжектор для вдувания или подачи газообразного топлива в камеру сгорания. Газовый инжектор 1 при этом имеет корпус 10, якорь 12 электромагнита, катушку 13 электромагнита и возвратную пружину 14. Для настройки возвращающего усилия возвратной пружины 14 предусмотрена регулировочная втулка 16. Газ подается в газовый инжектор в осевом направлении (стрелка Н) и проходит через фильтр 11. Катушка 13 зафиксирована на охватывающем ее и остальные детали газового инжектора корпусе 10, который отлит под давлением из пластмассы. Сбоку на газовом инжекторе 1 предусмотрен электрический штекерный разъем 18.

На одном конце якоря 12 в осевом направлении Х-Х расположен запорный элемент (затвор) 30 с эластомером 3. Такой запорный элемент перекрывает при этом проходные отверстия 6, предусмотренные в опорном элементе 20. На опорном элементе 20 предусмотрено седло 2.

Седло 2 и эластомер 3 совместно образуют уплотнительное устройство.

В рассматриваемом варианте седло 2 имеет первый кольцеобразный контактный участок 4 и второй кольцеобразный контактный участок 5. Эти кольцеобразные контактные участки 4, 5, как показано на фиг. 2, охватывают проходные отверстия 6. Проходные отверстия 6 имеют почкообразную в сечении форму.

Как показано прежде всего на фиг. 3, на седло 2, а точнее, на первый и второй контактные участки 4, 5 нанесено антиадгезионное покрытие 7. Такое покрытие 7 при этом является также олеофобным. Покрытие 7 можно наносить, например, по технологии нанесения покрытий с применением низкотемпературной плазмы.

Покрытие 7 имеет при этом постоянную толщину. Толщина покрытия 7 составляет при этом от 50 до 2000 нм, предпочтительно от 50 до 600 нм.

Покрытие 7 наносят по технологии нанесения покрытий с применением низкотемпературной плазмы таким образом, что такое покрытие 7 образует на седле 2 стекловидный слой.

Покрытие 7 имеет далее такие размеры, соответственно такую площадь, что эластомер 3 в своей проекции в осевом направлении Х-Х полностью попадает в пределы площади, занимаемой покрытием 7. Обеспечиваемый благодаря этому эффект заключается в том, что при наличии жидкости в зоне между эластомером 3 и седлом 2 она в процессе открытия газового инжектора не увлекается перемещающимся при этом эластомером и тем самым не создает преград на пути движения потока газообразного топлива в проходное отверстие 6.

Процесс открытия газового инжектора проиллюстрирован на фиг. 4 и 5. При этом на фиг. 4 газовый инжектор 1 схематично показан в закрытом состоянии, а на фиг. 5 - в открытом состоянии. В закрытом состоянии газового инжектора в зоне между седлом 2 и эластомером 3 скопилась маслосодержащая жидкость 8. Эластомер 3 обеспечивает при этом уплотнение на первом и втором контактных участках 4, 5 седла 2. При открытии газового инжектора, что проиллюстрировано на фиг. 5, на покрытии 7 благодаря его олеофобным и антиадгезионным свойствам не остается никакая прилипшая к его поверхности маслосодержащая жидкость 8. Как показано на фиг. 5, маслосодержащая жидкость 8 прилипает в основном к эластомеру 3. Благодаря этому предотвращается образование преграды из маслосодержащей жидкости на пути движения потока газообразного топлива в проходное отверстие 6.

Таким путем согласно изобретению удается предотвратить залипание эластомера 3 на седле 2 и обеспечить при открытии газового инжектора, прежде всего и в холодных условиях при окружающих температурах ниже 0°С, надежный отрыв эластомера от седла даже при наличии на нем маслоодержащих жидкостей.

Антиадгезионное и олеофобное покрытие 7 в предпочтительном варианте нанесено плазменным методом.

Таким образом, предлагаемое в изобретении решение позволяет предотвратить адгезионное и гидравлическое залипание эластомера 3 на седле, а тем самым и задержку в открытии газового инжектора. Благодаря этому обеспечивается возможность подачи газа в точно дозируемых количествах и исключается крайне нежелательное изменение продолжительности открытия и закрытия газового инжектора даже при скоплении маслосодержащей жидкости в зоне седла 2.

1. Газовый инжектор для вдувания газообразной среды, имеющий уплотнительное устройство, образованное седлом (2) и эластомером (3), который закрывает и открывает проходное отверстие (6) в седле (2), которое при этом снабжено антиадгезионным покрытием (7).

2. Газовый инжектор по п. 1, отличающийся тем, что покрытие (7) является олеофобным.

3. Газовый инжектор по п. 1, отличающийся тем, что покрытие (7) содержит кремний.

4. Газовый инжектор по п. 2, отличающийся тем, что покрытие (7) содержит кремний.

5. Газовый инжектор по п. 3, отличающийся тем, что покрытие (7) содержит оксид кремния.

6. Газовый инжектор по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что покрытие (7) имеет толщину в пределах от 50 до 2000 нм, предпочтительно от 100 до 1000 нм, прежде всего от 500 до 800 нм.

7. Газовый инжектор по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что покрытие (7) имеет постоянную толщину.

8. Газовый инжектор по п. 6, отличающийся тем, что покрытие (7) имеет постоянную толщину.

9. Газовый инжектор по одному из пп. 1-5, 8, отличающийся тем, что седло (2) имеет первый кольцеобразный контактный участок (4) и второй кольцеобразный контактный участок (5), между которыми расположено проходное отверстие (6) и на которые нанесено покрытие (7).

10. Газовый инжектор по п. 6, отличающийся тем, что седло (2) имеет первый кольцеобразный контактный участок (4) и второй кольцеобразный контактный участок (5), между которыми расположено проходное отверстие (6) и на которые нанесено покрытие (7).

11. Газовый инжектор по п. 7, отличающийся тем, что седло (2) имеет первый кольцеобразный контактный участок (4) и второй кольцеобразный контактный участок (5), между которыми расположено проходное отверстие (6) и на которые нанесено покрытие (7).

12. Газовый инжектор по одному из пп. 1-5, 8, 10, 11, отличающийся тем, что покрытие (7) полностью покрывает седло (2) или покрывает его избирательно на заданных участках поверхности.

13. Газовый инжектор по п. 7, отличающийся тем, что покрытие (7) полностью покрывает седло (2) или покрывает его избирательно на заданных участках поверхности.

14. Газовый инжектор по п. 9, отличающийся тем, что покрытие (7) полностью покрывает седло (2) или покрывает его избирательно на заданных участках поверхности.

15. Газовый инжектор по одному из пп. 1-5, 8, 10, 11, 13, 14, отличающийся тем, что площадь, занимаемая покрытием (7), больше проекции на него эластомера (3) в осевом направлении (Х-Х).

16. Газовый инжектор по п. 7, отличающийся тем, что площадь, занимаемая покрытием (7), больше проекции на него эластомера (3) в осевом направлении (Х-Х).

17. Газовый инжектор по п. 9, отличающийся тем, что площадь, занимаемая покрытием (7), больше проекции на него эластомера (3) в осевом направлении (Х-Х).

18. Газовый инжектор по п. 12, отличающийся тем, что площадь, занимаемая покрытием (7), больше проекции на него эластомера (3) в осевом направлении (Х-Х).

19. Способ изготовления седла (2) газового инжектора по одному из пп. 1-18, заключающийся в том, что подготавливают седло (2) и наносят на него антиадгезионное покрытие (7).

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что покрытие (7) наносят по технологии нанесения покрытий с применением низкотемпературной плазмы.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что покрытие (7) наносят таким образом, что оно имеет стекловидную поверхность.

22. Способ по одному из пп. 19-21, отличающийся тем, что покрытие (7) наносят таким образом, что оно полностью покрывает седло (2), и прежде всего таким образом, что проекция эластомера (3) на покрытие (7) меньше него.