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Die Erfindung betrifft ein Gasventil mit elektromagnetischer Betätigung, insbesonders Brenn- stoffeinspritzventil für Gasmotoren, mit zumindest einem kreisringförmigen Dichtsitz und einem relativ dazu axial beweglichen Schliesselement zwischen dem Brennstoffzulauf und dem Brenn- stoffablauf, wobei ein tellerförmig verbreiterter Dichtbereich des Schliesselementes mit dem Dicht- sitz zusammenwirkt und zumindest eine Schliessfeder auf das Schliesselement in Richtung auf den Dichtsitz hin zentral einwirkt.
Bei herkömmlichen Gasmotoren nach dem Otto-Prinzip wird das Brennstoff-Gas in der Saugleitung zugemischt und dann den Zylindern zugeführt. Dabei sind beispielsweise Regelventile und statische Mischer im Einsatz. Diese Systeme sind jedoch für Systeme mit elektronischer Brennstoffeinspritzung zu unhandlich. Daher wurden über Magnete geschaltete Gasdüsen einge- setzt, die den Brennstoff zudosieren und brennfähiges Gemisch im gesamten Zuleitungssystem erzeugen. Für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, speziell aber bei stationären Gasmotoren, ist man aufgrund der bei herkömmlichen Gasventilen zu geringen Durchlassquerschnitten gezwungen, eine Bündelung von typischerweise bis zu zwölf dieser Gasventile vorzunehmen, um ausreichende Querschnitte zu erzielen (entsprechend einer herkömmlichen Zentraleinspritzung).
Zum Zwecke der besseren Regelbarkeit, besseren Brennstoffnutzung und günstigeren Schad- stoffemissionen werden jedoch Systeme bevorzugt, die mit der sogenannten Multi-Point- Einspritzung bzw. Ported-Gas-Admission arbeiten und jedem Zylinder individuell sein brennfähiges Gemisch über separate Injektoren oder Ventile zuführen. Die Regelung der zugeführten Gasmenge erfolgt dabei typischerweise über den Differenzdruck, d. h. den Unterschied zwischen dem Auflade- druck in der Gasleitung und dem Gasdruck in der Zylinderzuleitung. Dabei bleiben die Ventile über den grössten Teil des Ansaugtaktes geöffnet und die zeitliche Regelung erfolgt im Hinblick auf individuelle Anpassung der jedem einzelnen Zylinder zugeführten Gasmenge.
Die derzeit bekann- ten Ventile sind jedoch für eine Anwendung in derartigen Systemen ungeeignet, da sie zu geringe Durchlassquerschnitte von maximal 4 bis 5 mm2 aufweisen. Andererseits ist aber die Forderung nach grösserem Durchlassquerschnitt mit immer grösseren Schwierigkeiten bei der Erzielung der geforderten kurzen und exakten Schaltzeiten und der dabei erforderlichen hohen Dosiergenauig- keit verbunden. Überdies waren bei hohen Ventilquerschnitten bislang grosse und sehr starke Elektromagnete notwendig, um die grossen Ventilkörper gegen die Wirkung der Schliessfederanord- nung und den Differenzdruck am Dichtelement zu bewegen.
In der US 5,398,724 ist ein Gasventil beschrieben, dessen Dichtelement aus einer dicken Scheibe besteht, welche konzentrische Ausnehmungen an der dem Ventilsitz zugewandten Seite zwischen den Dichtleisten und vom Rand der Scheibe ausgehende radiale Kanäle aufweist, wel- che die Zufuhr des Brenngases auch zu den inneren Dichtleisten gewährleisten soll. Überdies sind über den Umfang des Dichtelementes verteilt Ausnehmungen an dessen dem Ventilsitz abgewand- ten Seite vorgesehen, in welchen Ausnehmungen je eine Schliessfeder einer ganzen Gruppe von Schliessfedern eingesetzt ist und radial vom Zentrum des Dichtelementes beabstandet angreift.
Dieses Dichtelement ist relativ schwer und erfordert daher einen sehr grossen und starken Magne- ten zu seiner Betätigung. Überdies ist es sehr komplex geformt und daher sehr aufwendig in der Herstellung und auch strömungsmässig nicht sehr günstig, was den Durchfluss - speziell im Bereich der inneren Dichtleisten - nachteilig beeinflusst. Schliesslich ist auch der Aufwand für eine ganze Gruppe von Schliessfedern sehr hoch, wobei es durch die entlang des Umfangs versetzten Angriffspunkte schon bei geringen Unterschieden in der Federstärke zu die Exaktheit der Schalt- zeiten nachteilig beeinflussende Taumelbewegungen des Dichtelementes kommen.
Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Gasventil zu schaffen, welches leicht, rasch und exakt auch mit kleinen Elektromagneten schaltbar ist, d. h. dessen Dichtelement trotz der Auslegung für vorzugsweise grosse Durchlassquerschnitte rasch bewegbar und dennoch ausreichend stabil zur Gewährleistung der Dichtheit des Ventils ist, so dass es auch für den Ein- satz in Multi-Point- bzw. Ported-Gas-Admission-Systemen und bei aufgeladenen Motoren, insbe- sondere bei Gasmotoren für Nutzfahrzeuge oder stationären Gasmotoren, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Dichtbereich des Schliessele- mentes eine Anzahl von konzentrischen, radial voneinander beabstandeten Umfangsstegen auf- weist, welche durch schmale radiale Stege miteinander verbunden sind und mit einer entsprechen- den Anzahl von konzentrischen Dichtleisten des Dichtsitzes zusammenwirken, wobei Dicke des Schliesselementes im Umfangsbereich zwischen den radialen Stegen durch allein die axiale Höhe
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der Umfangsstege gegeben ist, und die zwischen den Umfangsstegen gebildeten Durchströmkanä- le zu den Dichtleisten im wesentlichen rein axial durchströmbar sind, und dass der Ventilschaft mit einer Ankerplatte aus magnetisierbarem Material verbunden ist.
Diese voneinander beabstandeten Stege decken im wesentlichen nur die Dichtleisten ab und gestatten aber den Zutritt des Gases zu allen diesen Dichtleisten. Bei entsprechend maximiertem Durchlassquerschnitt ist dabei aber der Materialeinsatz, damit das Gewicht, und auch die Angriffsfläche für den Differenzdruck zwischen Zuström- und Abströmseite minimiert, wobei durch die Gitterstruktur des Dichtelementes eine die Dichtwirkung ausreichend sicherstellende Festigkeit gegeben ist.
Eine mechanisch sehr stabile Ausführung ist gegeben, wenn alle radialen Stege vom Zentrum des Dichtelementes ausgehen und jeweils alle vorhandenen Umfangsstege miteinander verbinden.
Um einen optimalen Kompromiss zwischen mechanischer Festigkeit und geringem Gewicht zu erreichen, nimmt gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die axiale Höhe der radialen Stege vom Zentrum zum Rand des Schliesselementes hin ab.
Diesen Kompromiss weiter zu stützen, kann eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vorsehen, dass die axiale Höhe der Umfangsstege vom Zentrum zum Rand des Schliesselementes hin zunimmt.
Zur einfachen und bezüglich der Einleitung der Betätigungskräfte günstigen Anbindung an ein Betätigungselement ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Schliesselement eine zentrale Bohrung aufweist, in welche ein Zentralbolzen als Ventilschaft eingesetzt ist, und dass die Anker- platte aus magnetisierbarem Material am dem Schliesselement entgegengesetzten Ende des Zent- ralbolzens befestigt ist.
Um eine möglichst stabile Anbindung an das Betätigungselement zu sichern und die Möglich- keit zur Kopplung mit zusätzlichen, die Bewegung des Dichtelementes beeinflussenden Bauteilen zu geben, ist der zentrale Bereich des Schliesselementes in die dem Dichtsitz entgegengesetzte Richtung buchsenartig axial verlängert.
Vorteilhafterweise ist das Schliesselement, zumindest aber dessen Dichtbereich, als Spritzguss- teil aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Polymer, angefertigt, wodurch bei leichter Ausführung auch eine weitestgehende Verschleissminderung des Ventilsitzes gewährleistet ist.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten Zeich- nungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt ein Gasventil mit dem erfindungsgemässen Dichtelement und Fig. 2a und 2b stellen eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Dichtelementes in vergrössertem Massstab dar.
In der Fig. 1 ist ein Gasventil dargestellt, das aus einem Ventilkörper 1 und einer auf ein Aussengewinde dieses Ventilkörpers 1 aufgeschraubten Magnetspannmutter 2 besteht. Der Ventil- körper 1 enthält den Ventilsitz 3 mit zumindest einer, vorzugsweise für grosse Ventilquerschnitte mehreren ebenen Dichtleisten mit im wesentlichen kreisförmiger Ausführung. Der gasförmige Brennstoff bzw. das brennfähige Gemisch, beispielsweise Erdgas, Flüssiggas oder auch Wasser- stoff, tritt durch die vorzugsweise radialen Brennstoffzuläufe 4 in zumindest einen, vorzugsweise scheibenförmigen Zulaufraum 5 im Ventilkörper 1 ein, wobei aber auch andere Eintrittsstellen oder Eintrittsrichtungen möglich sind.
So könnte der gasförmige Brennstoff bzw. das brennfähige Gemisch auch durch zumindest einen axialen Kanal in den Ventilkörper 1 eintreten, der beispiels- weise auch durch oder seitlich der Magnetspannmutter verlaufen kann. Bei sehr grossen Ventilen ist oftmals nur Platz für lediglich eine radiale Eintrittsöffnung, die dann aber einen sehr grossen Querschnitt aufweisen kann. Durch den Zulaufraum 5 wird eine nachteilige Beeinflussung der Durchströmung des freigegebenen Ventilquerschnittes durch Strömungsphänomene verhindert, so dass immer der gesamte Öffnungsquerschnitt optimal durchströmt wird und die maximal mögliche Menge an Gas das Ventil passieren kann.
Der Öffnungs- und Schliessvorgang wird durch einen Zentralbolzen 6 bewirkt, der das im geschlossenen Zustand des Ventils auf dem Ventilsitz 3 aufliegende Dichtelement 7 trägt. Eine Schliessfeder 8 wirkt - hier mittelbar, wie weiter unten noch erläutert wird - auf das Dichtelement 7 ein, das in seinem zentralen Bereich den Zentralbolzen 6 hülsenförmig umgibt. Vorzugweise ist das Dichtelement 7 in Spritzgusstechnik aus Polymer-Kunststoff, insbesondere aus einem mit Mineralstoffen, Carbon- oder Glasfasern nach Möglichkeit isotrop hochgefüllten Kunststoff, ange- fertigt, um den Verschleiss des Ventilsitzes 3 und auch das Gewicht des Dichtelementes 7 gering zu halten.
Besonders bevorzugte Kunststoffe für diese Anwendung sind aufgrund ihrer hohen Masshal-
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tigkeit und Temperaturbeständigkeit Polyphenylsiloxane (PPS), aber auch Polyätherätherketone (PEEK), Polyätherimide (PEI) und Polyphtalamide (PPA).
Die ringförmigen Dichtleisten des Ventilsitzes 3 werden durch Umfangsstege 7a des Dichtele- mentes 7 überdeckt, zwischen welchen Umfangsstegen 7a Ausnehmungen freigehalten sind, damit das Brennstoffgas den grösstmöglichen Bereich der Dichtleisten erreichen kann. Die Anzahl der Umfangsstege 7a ist der Anzahl der vorhandenen Dichtleisten proportional, wobei im vorlie- genden Fall fünf Dichtleisten und zwei Umfangsstege 7a vorhanden sind, da die innerste Dichtleis- te durch den scheibenförmigen zentralen Bereich des Dichtelementes 7 abgedeckt wird. Allgemein sind (n-1)/2 Umfangsstege vorzusehen, wenn n die Anzahl der vorhandenen Dichtleisten bezeich- net.
Für die Verbindung von jeweils einem Paar von Umfangsstegen 7a, einer Gruppe von Umfangsstegen oder auch aller Umfangsstege und auch die nötige mechanische Festigkeit des Dichtelementes 7 sorgen dann dessen radialen Stege 7b. Die Zahl der radialen Stege 7b ist in weitem Masse an die Festigkeits- und Gewichtsanforderungen anpassbar, wobei aber vorteilhafter- weise zwischen zwei und sechs radiale Stege 7b vorhanden sein werden, vorzugsweise jeweils um gleiche Winkelbeträge voneinander beabstandet (2 Stege -180 , 3 Stege -120 , usw. ). Auch die axiale Höhe der Umfangsstege 7a, d. h. die "Dicke" des Dichtelementes 7 trägt zur notwendigen mechanischen Stabilität bei.
In Fig. 2a ist ein teilweiser Querschnitt (Ansicht entlang der Linie a-a der Fig. 2b) durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Dichtelementes 7 darge- stellt, bei der zusätzlich zur zentralen Dichtscheibe 7c acht Umfangsstege 7a - für maximal 17 Dichtleisten - vorhanden sind, deren Höhe vom Zentrum nach aussen hin zunimmt. Die Höhe der radialen Stege 7b nimmt dagegen nach aussen hin ab. Wie in Fig. 2b zu erkennen ist, die in der oberen Hälfte eine Draufsicht auf das Dichtelement 7 zeigt und in der unteren Hälfte eine Unteran- sicht aus Richtung der Dichtleisten, sind 12 radiale Stege 7b vorhanden und jeweils zwei davon schliessen miteinander einen Winkel von 30 ein.
Am äussersten Umfangssteg 7a sind Anschlagbe- reiche 7d vorgesehen, die zur Hubbegrenzung des Dichtelementes 7 an einem gegenüberliegen- den Anschlagbereich am Gehäuse od. dgl. vorgesehen sind.
Der Zentral bolzen 6 ist unter allfälliger Zwischenlage von Distanzblechen 9 zum Toleranzaus- gleich durch vorzugsweise ein Verschraubung 10 mit einer in einem Distanzelement 11 geschützt angeordneten Ankerplatte 12 aus magnetisierbarem, relativ weichem Metall verbunden. An der Unterseite dieser Büchse 11stützt sich auch die Schliessfeder 8 ab.
Das Ventilgehäuse 1 weist eine innere Abkantung 13 auf, an welcher Anschlagbereiche der am weitesten nach aussen reichenden radialen Stege 7b des Dichtelementes 7 und/oder Anschlagbe- reiche 7d der äussersten Umfangsstege 7a zum Anschlag kommen, wenn sich die Ankerplatte 12 in ihrer dem Elektromagneten 14, vorzugsweise einem Topfmagneten, nächsten Stellung befindet.
Der Abstand von der Oberseite der Anschlagbereiche des Dichtelementes 7 zur Abkantung bestimmt dabei den Ventilhub, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,3 mm, und ist vorzugsweise immer geringer als der Abstand der Ankerplatte 12 zur Unterseite des Elektromagneten 14 in geschlossenem Zustand des Ventils, so dass auch bei vollständiger Öffnung des Ventils eine Frei- stellung zwischen Ankerplatte 12 und Elektromagnet 14 erhalten bleibt. Selbst bei hohen Kräften und schnellen Bewegungen des Systems Ankerplatte 12, Zentralbolzen 6 und Dichtelement 7 ist derart ein Anschlagen der Ankerplatte 12 am ebenfalls sehr weichen Werkstoff des Elektromagne- ten 14 verhindert. Der Elektromagnet 14 wird - gesteuert über die Elektronik des Einspritzsystems - über die Anschluss-Gewindestifte 15 mit Strom versorgt, der über den Stecker 16 zugeleitet wird.
Damit die Zeiten für Öffnen und Schliessen des Ventils im wesentlichen gleich und auch für alle im System vorkommenden Drücke gleich exakt einhaltbar sind, kann vorteilhafterweise ein Aus- gleichskolben 17 als Einrichtung zur Kompensierung des Differenzdrucks am Dichtelement 7 vorgesehen sein. Dessen Druckangriffsfläche entspricht jener des Dichtelementes 7, so dass der am Dichtelement 7 angreifende Differenzdruck kompensiert wird. Für das Öffnen des Ventils muss der Elektromagnet 14 daher nur die Kraft der Schliessfeder 8 und die Massenträgheit der Ankerplat- te 12, der Distanzbleche 9, des Zentralbolzens 6 und des Dichtelementes 7 selbst überwinden.
Damit können auch bei Ventilen mit grossen Öffnungsquerschnitten kleine Elektromagnete 14 mit geringer Leistungsaufnahme eingesetzt werden. Der Ausgleichskolben 17 umgibt den Zentralbol- zen 6 als im wesentlichen scheibenförmiger Bauteil, der mittels eines umlaufenden Dichtringes 18 gegenüber dem ihn führenden Ventilgehäuse 1 abgedichtet ist und damit auch gleichzeitig den
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Zentralbolzen 6 und das Dichtelement 7 im Ventilgehäuse 1 zentriert führt. Die Schliessfeder 8 wirkt auf den Ausgleichskolben 17 ein und damit mittelbar auch auf den Zentralbolzen 6 und das Dicht- element 7. Eine Ausgleichsfeder 19, vorgespannt zwischen dem Dichtelement 7 und dem Aus- gleichskolben 17, sorgt dafür, dass der Ausgleichskolben 17 immer unmittelbar an der Ankerplatte 12 bzw. den Distanzblechen 9 anliegt.
Damit wird auch ein verschleissförderndes Gleiten des ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoff angefertigten Ausgleichskolbens 17 vermieden.
Um die Schliesswirkung der Schliessfeder 8 nicht durch am Ausgleichskolben 17 anliegenden Druck zu behindern, sind Gaspassagen vom Brennstoffablauf 24 und/oder Abströmraum in einen Ausgleichsraum 20 auf der diesem Abströmraum 24 gegenüberliegenden Seite des Ausgleichskol- bens 17 vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist dies die dem Dichtelement 7 gegenüberliegende Seite des Ausgleichskolbens 17. Diese der Überströmung dienenden Gaspassagen sind im vorlie- genden Fall vorteilhafterweise durch eine Zentralbohrung 21 im Zentralbolzen 6 mit radialen Aus- strömöffnungen 22 in den Ausgleichsraum 20 und entsprechende radiale Öffnungen 23 im buch- senförmigen Teil des Ausgleichskolbens 17 realisiert.
Sollte das Dichtelement 7 keine zentrale Öffnung aufweisen, durch die der Zentralbolzen 6 hindurchreicht, ist selbstverständlich auch im Dichtelement 7 zumindest eine entsprechende Bohrung oder eine vorzugsweise mitgespritzte Durchtrittsöffnung vorzusehen. Nach dem Öffnen des Ventils folgt der Druck im Ausgleichsraum 20 dem zeitlichen Verlauf des Drucks im Brennstoffablauf 24 und dem dahinter liegenden Abström- raum mit einer zeitlichen Verzögerung, die durch die Drosselung in den relativ engen Gaspassagen bedingt ist. Dadurch kann sich die Wirkrichtung der auf den Ausgleichskolben 17 wirkenden Kraft kurzfristig umkehren. Es ist daher vorteilhaft, diese Gaspassagen hinreichend gross auszuführen, um die Drosselung möglichst gering zu halten.
Dichtungen 25 an der Aussenseite des Ventilgehäuses gewährleisten den dichten Einbau des Gasventils in beispielsweise eine Gasverteilerleiste 26 des Systems, in das der vom Ventil aus- strömende Brennstoff bzw. das ausströmende brennfähige Gemisch über die Abströmöffnung 24 eingeblasen wird. Vorzugsweise ist das Gasventil durch eine die Magnetspannmutter 2 umgeben- de Klemmplatte (nicht dargestellt) fixiert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gasventil mit elektromagnetischer Betätigung, insbesonders Brennstoffeinspritzventil für
Gasmotoren, mit zumindest einem kreisringförmigen Dichtsitz und einem relativ dazu axial beweglichen Schliesselement zwischen dem Brennstoffzulauf und dem Brennstoffablauf, wobei ein tellerförmig verbreiterter Dichtbereich des Schliesselementes mit dem Dichtsitz zusammenwirkt und zumindest eine Schliessfeder auf das Schliesselement in Richtung auf den Dichtsitz hin zentral einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtbereich des
Schliesselementes (7) eine Anzahl von konzentrischen, radial voneinander beabstandeten
Umfangsstegen (7a) aufweist, welche durch schmale radiale Stege (7b) miteinander ver- bunden sind und mit einer entsprechenden Anzahl von konzentrischen Dichtleisten des
Dichtsitzes (3) zusammenwirken, wobei die Dicke des Schliesselementes (7)
im Umfangs- bereich zwischen den radialen Stegen (7b) durch allein die axiale Höhe der Umfangsstege (7a) gegeben ist, und die zwischen den Umfangsstegen (7a) gebildeten Durchströmkanäle zu den Dichtleisten im wesentlichen rein axial durchströmbar sind, und dass der Ventil- schaft mit einer Ankerplatte (12) aus magnetisierbarem Material verbunden ist.
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The invention relates to a gas valve with electromagnetic actuation, in particular a fuel injection valve for gas engines, with at least one annular sealing seat and a closing element that is movable axially relative thereto between the fuel inlet and the fuel outlet, a widened plate-shaped sealing area of the closing element interacting with the sealing seat and centrally acts on at least one closing spring on the closing element in the direction of the sealing seat.
In conventional gas engines based on the Otto principle, the fuel gas is mixed in the suction line and then fed to the cylinders. For example, control valves and static mixers are used. However, these systems are too bulky for electronic fuel injection systems. For this reason, gas nozzles connected via magnets were used, which meter in the fuel and generate a combustible mixture in the entire supply system. For use in commercial vehicles, but especially for stationary gas engines, due to the passage cross-sections being too small in conventional gas valves, typically up to twelve of these gas valves have to be bundled in order to achieve sufficient cross-sections (corresponding to a conventional central injection).
For the purpose of better controllability, better fuel use and cheaper pollutant emissions, however, systems are preferred which work with the so-called multi-point injection or ported gas admission and deliver each combustible mixture to each cylinder individually via separate injectors or valves. The amount of gas supplied is typically regulated via the differential pressure, i. H. the difference between the supercharging pressure in the gas line and the gas pressure in the cylinder line. The valves remain open for most of the intake stroke and the timing is based on the individual adjustment of the gas quantity supplied to each individual cylinder.
However, the currently known valves are unsuitable for use in such systems, since they have passage cross sections that are too small of a maximum of 4 to 5 mm 2. On the other hand, however, the demand for a larger passage cross section is associated with ever greater difficulties in achieving the required short and exact switching times and the high dosing accuracy required. In addition, large and very strong electromagnets were previously required with large valve cross sections in order to move the large valve bodies against the action of the closing spring arrangement and the differential pressure on the sealing element.
A gas valve is described in US Pat. No. 5,398,724, the sealing element of which consists of a thick disc which has concentric recesses on the side facing the valve seat between the sealing strips and radial channels extending from the edge of the disc, which also supply the fuel gas to the inner ones Sealing strips should ensure. In addition, there are recesses distributed over the circumference of the sealing element on its side facing away from the valve seat, in which recesses a closing spring of a whole group of closing springs is inserted and engages radially at a distance from the center of the sealing element.
This sealing element is relatively heavy and therefore requires a very large and strong magnet to operate it. In addition, it has a very complex shape and is therefore very complex to manufacture and also not very cheap in terms of flow, which adversely affects the flow - especially in the area of the inner sealing strips. Finally, the effort for a whole group of closing springs is also very high, the wobbling movements of the sealing element which adversely affect the accuracy of the switching times, due to the points of attack offset along the circumference, even with slight differences in the spring strength.
It was therefore the object of the present invention to provide a gas valve which can be switched easily, quickly and precisely even with small electromagnets, i. H. the sealing element of which, despite the design for preferably large passage cross sections, can be moved quickly and is nevertheless sufficiently stable to ensure the tightness of the valve, so that it can also be used in multi-point or ported gas admission systems and in supercharged engines , especially in gas engines for commercial vehicles or stationary gas engines.
According to the invention, this object is achieved in that the sealing area of the closing element has a number of concentric, radially spaced circumferential webs which are connected to one another by narrow radial webs and interact with a corresponding number of concentric sealing strips of the sealing seat, wherein Thickness of the closing element in the circumferential area between the radial webs by the axial height alone
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the circumferential webs are present, and the throughflow channels formed between the circumferential webs to the sealing strips can be flowed through essentially purely axially, and that the valve stem is connected to an anchor plate made of magnetizable material.
These spaced-apart webs essentially cover only the sealing strips and, however, allow the gas to access all of these sealing strips. With a correspondingly maximized passage cross-section, however, the use of material is minimized, so that the weight and also the contact surface for the differential pressure between the inflow and outflow sides are minimized, the lattice structure of the sealing element giving the sealing effect sufficient strength.
A mechanically very stable design is provided if all radial webs start from the center of the sealing element and connect all of the existing circumferential webs to one another.
In order to achieve an optimal compromise between mechanical strength and low weight, according to a further feature of the invention, the axial height of the radial webs decreases from the center to the edge of the closing element.
To further support this compromise, an advantageous embodiment of the invention can provide that the axial height of the circumferential webs increases from the center to the edge of the closing element.
For a simple connection to an actuating element that is favorable with regard to the introduction of the actuating forces, provision is advantageously made for the closing element to have a central bore into which a central bolt is inserted as a valve stem, and for the anchor plate made of magnetizable material at the end of the center opposite the closing element - Ralbolzens is attached.
In order to ensure the most stable possible connection to the actuating element and to provide the possibility of coupling with additional components which influence the movement of the sealing element, the central region of the closing element is axially extended in the direction opposite the sealing seat in a bush-like manner.
Advantageously, the closing element, or at least its sealing area, is made as an injection molded part made of plastic, preferably of a polymer, so that the valve seat is largely reduced in wear while being lightweight.
In the following description, the invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings. 1 shows a gas valve with the sealing element according to the invention and FIGS. 2a and 2b show another embodiment of the sealing element according to the invention on an enlarged scale.
1 shows a gas valve which consists of a valve body 1 and a magnetic clamping nut 2 screwed onto an external thread of this valve body 1. The valve body 1 contains the valve seat 3 with at least one flat sealing strip, preferably for large valve cross sections, with an essentially circular design. The gaseous fuel or the combustible mixture, for example natural gas, liquid gas or hydrogen, enters through the preferably radial fuel inlets 4 into at least one, preferably disk-shaped inlet space 5 in the valve body 1, although other entry points or directions of entry are also possible.
Thus, the gaseous fuel or the combustible mixture could also enter the valve body 1 through at least one axial channel, which for example can also run through or to the side of the magnetic clamping nut. In the case of very large valves, there is often only space for only one radial inlet opening, which can then have a very large cross section. The inflow space 5 prevents the flow through the released valve cross-section from being adversely affected by flow phenomena, so that the entire opening cross-section is always flowed through optimally and the maximum possible amount of gas can pass through the valve.
The opening and closing process is effected by a central pin 6, which carries the sealing element 7 resting on the valve seat 3 in the closed state of the valve. A closing spring 8 acts - here indirectly, as will be explained further below - on the sealing element 7, which surrounds the central bolt 6 in the form of a sleeve in its central region. The sealing element 7 is preferably made in injection molding technology from polymer plastic, in particular from a plastic that is filled isotropically with minerals, carbon or glass fibers, if possible, in order to keep the wear of the valve seat 3 and the weight of the sealing element 7 low.
Particularly preferred plastics for this application are due to their high dimensional
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Activity and temperature resistance Polyphenylsiloxanes (PPS), but also Polyätherätherketone (PEEK), Polyätherimide (PEI) and Polyphtalamide (PPA).
The annular sealing strips of the valve seat 3 are covered by circumferential webs 7a of the sealing element 7, between which circumferential webs 7a recesses are kept free, so that the fuel gas can reach the largest possible area of the sealing strips. The number of circumferential webs 7a is proportional to the number of sealing strips present, five sealing strips and two circumferential ribs 7a being present in the present case, since the innermost sealing strip is covered by the disk-shaped central region of the sealing element 7. In general (n-1) / 2 circumferential webs are to be provided if n denotes the number of sealing strips available.
The radial webs 7b then ensure the connection of a pair of circumferential webs 7a, a group of circumferential webs or all circumferential webs and also the necessary mechanical strength of the sealing element 7. The number of radial webs 7b can be largely adapted to the strength and weight requirements, but advantageously there will be between two and six radial webs 7b, preferably spaced apart by the same angular amounts (2 webs -180, 3 webs - 120, etc.). The axial height of the circumferential webs 7a, d. H. the "thickness" of the sealing element 7 contributes to the necessary mechanical stability.
FIG. 2a shows a partial cross section (view along line aa of FIG. 2b) through a further embodiment of the sealing element 7 according to the invention, in which in addition to the central sealing disk 7c there are eight circumferential webs 7a - for a maximum of 17 sealing strips - the height of which increases outwards from the center. In contrast, the height of the radial webs 7b decreases towards the outside. As can be seen in FIG. 2b, which shows a top view of the sealing element 7 in the upper half and a bottom view from the direction of the sealing strips in the lower half, there are 12 radial webs 7b and two of them each close an angle of 30 a.
Stop areas 7d are provided on the outermost circumferential web 7a, which are provided for limiting the stroke of the sealing element 7 at an opposite stop area on the housing or the like.
The central bolt 6 is connected with any interposition of spacer plates 9 for tolerance compensation by preferably a screw connection 10 with an armature plate 12 made of magnetizable, relatively soft metal and protected in a spacer element 11. The closing spring 8 is also supported on the underside of this bushing 11.
The valve housing 1 has an inner bevel 13, at which stop areas of the outermost radial webs 7b of the sealing element 7 and / or stop areas 7d of the outermost circumferential webs 7a come to a stop when the armature plate 12 is in its position in the electromagnet 14 , preferably a pot magnet, next position.
The distance from the top of the stop areas of the sealing element 7 to the fold determines the valve lift, preferably between 0.1 and 0.3 mm, and is preferably always less than the distance between the armature plate 12 and the underside of the electromagnet 14 when the valve is closed, so that an opening between the armature plate 12 and the electromagnet 14 is retained even when the valve is fully opened. Even with high forces and rapid movements of the system of the anchor plate 12, central bolt 6 and sealing element 7, the anchor plate 12 is prevented from striking the material of the electromagnet 14, which is also very soft. The electromagnet 14 - controlled by the electronics of the injection system - is supplied with current via the connecting set screws 15, which is supplied via the plug 16.
In order that the times for opening and closing the valve are essentially the same and can also be exactly maintained for all pressures occurring in the system, a compensating piston 17 can advantageously be provided on the sealing element 7 as a device for compensating for the differential pressure. The pressure application surface corresponds to that of the sealing element 7, so that the differential pressure acting on the sealing element 7 is compensated. To open the valve, the electromagnet 14 therefore only has to overcome the force of the closing spring 8 and the inertia of the anchor plate 12, the spacer plates 9, the central bolt 6 and the sealing element 7 itself.
This means that small electromagnets 14 with low power consumption can also be used in valves with large opening cross sections. The compensating piston 17 surrounds the central pin 6 as an essentially disk-shaped component which is sealed against the valve housing 1 guiding it by means of a circumferential sealing ring 18 and thus at the same time also the
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Central bolt 6 and the sealing element 7 leads centered in the valve housing 1. The closing spring 8 acts on the compensating piston 17 and thus also indirectly on the central pin 6 and the sealing element 7. A compensating spring 19, preloaded between the sealing element 7 and the compensating piston 17, ensures that the compensating piston 17 is always directly on the anchor plate 12 or the spacer plates 9 abuts.
This also prevents wear-promoting sliding of the compensating piston 17, which is also preferably made of plastic.
In order not to hinder the closing action of the closing spring 8 by pressure applied to the compensating piston 17, gas passages from the fuel outlet 24 and / or outflow chamber into a compensating chamber 20 are provided on the side of the compensating piston 17 opposite this outflow chamber 24. In the present case, this is the side of the compensating piston 17 opposite the sealing element 7. In the present case, these gas passages serving for overflow are advantageously through a central bore 21 in the central bolt 6 with radial outflow openings 22 into the compensating space 20 and corresponding radial openings 23 in the Bush-shaped part of the compensating piston 17 realized.
If the sealing element 7 does not have a central opening through which the central pin 6 extends, it is of course also necessary to provide at least one corresponding bore or a preferably co-injected passage opening in the sealing element 7. After opening the valve, the pressure in the compensation chamber 20 follows the time course of the pressure in the fuel outlet 24 and the outflow space behind it with a time delay which is caused by the throttling in the relatively narrow gas passages. As a result, the direction of action of the force acting on the compensating piston 17 can be reversed briefly. It is therefore advantageous to make these gas passages large enough to keep the throttling as low as possible.
Seals 25 on the outside of the valve housing ensure the tight installation of the gas valve in, for example, a gas distributor strip 26 of the system into which the fuel or the combustible mixture flowing out of the valve is blown in via the outflow opening 24. The gas valve is preferably fixed by a clamping plate (not shown) surrounding the magnetic clamping nut 2.
PATENT CLAIMS:
1. Gas valve with electromagnetic actuation, especially fuel injection valve for
Gas engines, with at least one annular sealing seat and a closing element which is movable axially relative thereto between the fuel inlet and the fuel outlet, a widened plate-shaped sealing area of the closing element cooperating with the sealing seat and at least one closing spring acting centrally on the closing element in the direction of the sealing seat, characterized in that that the sealing area of the
Closing element (7) a number of concentric, radially spaced apart
Has circumferential webs (7a) which are connected to one another by narrow radial webs (7b) and with a corresponding number of concentric sealing strips of the
Sealing seat (3) interact, the thickness of the closing element (7)
in the circumferential area between the radial webs (7b) is given solely by the axial height of the circumferential webs (7a), and the flow channels to the sealing strips, which are formed between the circumferential webs (7a), can be flowed through essentially purely axially, and that the valve stem is connected to an anchor plate (12) made of magnetizable material.