AT502512A4

AT502512A4 - Gasdosierventil

Info

Publication number: AT502512A4
Application number: AT0185905A
Authority: AT
Inventors: Martin Geh; Gerhard Dr Ranegger
Original assignee: Hoerbiger Valvetec Gmbh
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-04-15
Also published as: AT502512B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum eines Hubkolben-Gasmotors, mit einem mittels Elektromagneten gegen den Gasdruck und die Kraft einer Schliessfeder von einem Ventilsitz abhebbaren Schliesskörper und einem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil.
Gasdosierventile der genannten Art sind beispielsweise aus EP 425.327 Bl oder US 6.390.121 Bl bekannt und ermöglichen den Einsatz von elektromagnetisch geöffneten und durch den Druck des zugeführten Brenngases geschlossen gehaltenen Ventilen auf einfache Weise auch dann, wenn der brennraumseitige Druck zumindest während der eigentlichen Verbrennung deutlich über dem Druck des zugeführten gasförmigen Brennstoffes liegt.

Ohne das brennraumseitig angeordnete Rückschlagventil müsste die zusätzlich zum Druck des zugeführten Brenngases auf den Schliesskörper wirkende Schliessfeder zum sicheren Zuhalten während der brennraumseitigen Druckspitzen wesentlich stärker ausgeführte werden, was aber andererseits unmittelbar wesentlich stärkere Elektromagneten zum Öffnen des Ventils bedingen würde, was die Ventile nicht nur grösser und schwerer, sondern auch hinsichtlich der erforderlichen elektrischen Leistung uninteressant macht.
Andererseits gibt es aber auch Gasdosierventile, bei denen der Schliesskörper elektromagnetisch und unterstützt durch den Druck des zugeführten Brenngases öffnet, womit der Schliesskörper dann aber mit einer Feder gegen die Strömung geschlossen werden muss und unter der Wirkung des brennraumseitigen Druckes zugehalten wird.

Der Nachteil dabei ist, dass bei hohen Gasvordrücken und an sich erwünschten grossen Strömungsquerschnitten wiederum eine sehr starke Feder notwendig ist, damit der Schliesskörper des Ventils nicht zu unerwünschten Zeiten während des Arbeitsspiels wieder öffnet. Ist dann der Gasvordruck zu gering, so kann das Ventil überhaupt nicht mehr öffnen.

Je höher aber der Vordruck wird, desto kleiner ist die Dichtwirkung, womit sich eine üblicherweise höhere Leckage als bei gegen den Gasvordruck öffnenden Ventilen und ein deutlich kleinerer Druckbereich, in dem das Ventil eingesetzt werden kann, ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gasdosierventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile der angesprochenen bekannten Anordnungen vermieden werden und dass insbesonders mit einfachen Mitteln sichergestellt werden kann, dass mit einer relativ schwachen Schliessfeder und einem relativ schwachen und damit kleinen Elektromagneten ein sicheres und dichtes Schliessen des Ventils während der Bereiche des Arbeitsspiels des Gasmotors erhalten wird, in denen kein zugeführtes Brenngas in den Brennraum bzw.

auch kein bereits komprimiertes oder gezündetes Gas aus dem Brennraum zurück in das Ventil gelangen soll.
Diese Aufgabe wird bei einem Gasdosierventil der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Ventilsitz in Schliessrichtung des Schliesskörpers von einer separaten Rückschlagfeder belastet an einem gehäusefesten Anschlag anliegt und vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schliessfeder, Rückschlagfeder und Gasdruck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse abgedichtet zusammen mit dem Schliesskörper bis zu dessen Anlage an einem Rückschlaganschlag verschieblich ist, wobei die vom brennraumseitigen Druck auf den Schliesskörper ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag kleiner ist als die von Gasdruck und Schliessfeder auf den Schliesskörper ausgeübte Zuhaltekraft.

Auf diese konstruktiv sehr einfache Weise ist also das Rückschlagventil am brennraumseitigen Ausgang des Gasdosierventils von dem zusammen mit dem geschlossen gehaltenen Schliesskörper begrenzt beweglichen Ventilsitz selbst gebildet. Der Schliesskörper des Gasdosierventils öffnet wie eingangs beschrieben mit Hilfe des Elektromagneten im Einspritztakt des Gasmotors gegen den Druck des zugeführten Brennstoffs und wird mit Hilfe der Schliessfeder geschlossen.

Der Gasvordruck hält dabei das Ventil im geschlossenen Zustand zu - die Feder hat im wesentlichen nur die Funktion, die Schliessgeschwindigkeit zu erhöhen, aber auch das Ventil im unbestromten Zustand zu schliessen, damit es eine definierte Endlage (geschlossen) einnimmt (häufige Forderung: stromlos geschlossen).
Zumindest während des Verbrennungstaktes ist der brennraumseitige Druck im Zylinder des Gasmotors hinter dem Ventil deutlich höher als der Gasvordruck, so dass der Schliesskörper des Ventils aufgedrückt werden würde.

Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Gasdosierventils kann sich nun bei entsprechender brennraumseitig auf den Ventilsitz wirkender Kraft (die geringer ist als die auf den Schliesskörper wirkende Zuhaltekraft) der Ventilsitz samt geschlossen bleibendem Schliesskörper gegen die von Schliessfeder, Rückschlagfeder und Gasvordruck erzeugte Kraft in das Ventilgehäuse hinein begrenzt bewegen, bis der Ventilsitz gemeinsam mit dem noch immer geschlossenen Schliesskörper am gehäusefesten Anschlag des Schliesskörpers anliegt und dieser damit auch forthin (bis der brennraumseitige Druck wieder absinkt und der Ventilsitz samt Schliesskörper wieder in die Ausgangsposition zurückkehrt) nicht mehr öffnen kann.

Dadurch wird ein Rückzünden vom Brennraum in das Gasdosierventil und das Zurückdrücken von Verbrennungsgasen sicher verhindert, ohne dass eine stärkere Schliessfeder, stärkere Elektromagneten oder ein separates Rückschlagventil erforderlich wäre.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückschlagfeder als Spiraldruckfeder ausgebildet und den Schliesskörper umgebend am äusseren Rand des scheibenförmigen Ventilsitzes abgestützt.

Es ergibt sich damit eine sehr kompakte Anordnung mit einfachen Bauteilen.
Die Rückschlagfeder kann nach einer anderen bevorzugten Ausbildung der Erfindung aber auch als Tellerfeder ausgebildet und am Rand des Ventilsitzes abgestützt sein, was insbesonders bei stärkeren Rückschlagfedern vorteilhaft ist.
Der Rückschlaganschlag ist in weiters bevorzugter Ausführung der Erfindung als ringförmiger Teil mit Umfangsdurchbrechungen zur Zuführung von Gas zum Ventilsitz bzw. Schliesskörper ausgebildet und zwischen Schliesskörper und Ventilgehäuse angeordnet. Dieser ringförmige Anschlag kann damit auch separat aus geeigneten, z. B. auch stossdämpfenden Materialien, wie etwa Kunststoff, ausgeführt sein.
Die Erfindung wird im folgenden noch an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt dabei in schematischer geschnittener Darstellung ein Gasdosierventil nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel in teilweise schematischer Darstellung im Längsschnitt und Fig. 3 ein Detail aus einem gegenüber Fig. 2 abgewandelten Ausführungsbeispiel.
Das Gasdosierventil in Fig. 1 dient als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum 1 eines nicht weiter dargestellten Hubkolben-Gasmotors und besteht im Wesentlichen aus einem mittels eines Elektromagneten 2 gegen den Gasdruck des über einen Anschluss 3 zugeführten Brenngases und die Kraft einer Schliessfeder 4 von einem Ventilsitz 5 abhebbaren Schliesskörper 6 und einem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil 7.

Die Funktion dieses Rückschlagventils 7, das entgegen den eingangs zum Stande der Technik angesprochenen bekannten derartigen Anordnungen nicht als separater Bauteil dem durch Ventilsitz 5 und Schliesskörper 6 gebildeten Ventil nachgeschaltet ist, wird wie folgt realisiert.
Der Ventilsitz 5 ist in Schliessrichtung 8 des Schliesskörpers 6 von einer separaten Rückschlagfeder 9 belastet und liegt damit an einem gehäusefesten Anschlag 10 an. Dies aber nur so lange der auf der Seite des Brennraumes 1 wirkende Druck bzw. die damit auf den Ventilsitz 5 vom Brennraum 1 her wirkende Kraft kleiner ist als die von Schliessfeder 4, Rückschlagfeder 9 und dem Druck des zugeführten Brenngases erzeugte Kraft.

Sobald der brennraumseitig wirkende Druck grösser wird, verschiebt sich der im Gehäuse 11 über eine
Dichtung 12 abgedichtet geführte Ventilsitz 5 entgegen der Schliessrichtung 8 in der Darstellung nach oben. Der Schliesskörper 6 bleibt dabei am Ventilsitz 5 geschlossen, da die vom brennraumseitigen Druck auf den Schliesskörper 6 ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage an einem hier durch die Unterseite des Elektromagneten 2 und den Betätigungsanker 13 selbst gebildeten Rückschlaganschlag 14 kleiner ist als die von Gasdruck und Schliessfeder 4 auf den Schliesskörper 6 ausgeübte Zuhaltekraft.
In Fig. 2 sind die der Anordnung nach Fig. 1 zumindest funktionell entsprechenden Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bezüglich der allgemeinen Beschreibung wird auch auf Fig. 1 verwiesen.
Das Gehäuse 11 des Ventils weist nun hinter dem wiederum abgedichtet beweglich eingesetzten Ventilsitz 5 auf der brennraumseitigen Ausströmseite eine Düse 15 zur Verbesserung der Ausströmung des Brenngases in den Brennraum auf. Der Ventilsitz 5 hat hier eine im Wesentlichen kreisförmig ausgebildete Durchströmöffnung, die von einem Schliesskörper 6 mit zwei konzentrischen im Wesentlichen ringförmigen Durchströmöffnungen bzw. der dazwischen liegenden Dichtfläche gesteuert wird. Derartige Ventilsitze und Schliesskörper sind beispielsweise bei selbsttätigen Kompressorventilen Stand der Technik und ermöglichen auch bei geringen Öffnungshüben relativ grosse Durchströmquerschnitte, was insbesonders auch für Gasdosierventile der hier interessierenden Art sehr vorteilhaft ist.

Abgesehen von den ein bzw. zwei zusammenwirkenden im Wesentlichen ringförmigen Durchströmöffnungen am Ventilsitz 5 bzw. Schliesskörper 6 können natürlich bedarfsweise auch mehrere derartige Durchströmöffnungen vorgesehen werden.
Die Schliessfeder 4 ist gemäss Fig. 2 im Inneren des Elektromagneten 2 bzw. von dessen Gehäuseteil 16 angeordnet und wirkt über einen separaten Stempel 17 auf den Schliesskörper 6 bzw. den Betätigungsanker 13. Dieser Stempel 17 kann wie beispielsweise auch der hier separat zwischen einer gehäusefesten Führungshülse 18 und dem Schliesskörper 6 angeordnete Rückschlaganschlag 14 aus geeigneten, zum Beispiel auch stossdämpfenden Materialien, wie etwa Kunststoff, ausgeführt sein.

Auch der hier separat am Aussenumfang des Schliesskörpers 6 angeordnete Führungsring 19 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen.
Die Rückschlagfeder 9 ist hier an der Aussenseite der Führungshülse 18 angeordnet und stützt sich oben an einem Ansatz derselben und unten wiederum am Rand des beweglichen Ventilsitzes 5 ab.
Auch bei der Anordnung nach Fig.

2 liegt damit der Ventilsitz 5 in Schliessrichtung 8 des Schliesskörpers 6 von der Rückschlagfeder 9 belastet am gehäusefesten Anschlag 10 an und ist vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schliessfeder 4, Rückschlagfeder 9 und Gasdruck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse abgedichtet zusammen mit dem Schliesskörper 6 bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag 14 verschieblich, wobei die , vom brennraumseitigen Druck auf den Schliesskörper 6 ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag 14 kleiner ist als die von Gasdruck und Schliessfeder 4 auf den Schliesskörper 6 ausgeübte Zuhaltekraft, womit auf einfache Weise die eingangs beschriebene Rückschlagfunktion auf der Ausgangsseite des Gasdosierventiles sichergestellt ist.
Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig.

2 im Wesentlichen nur dadurch, dass hier nun die Rückschlagfeder 9 als Tellerfeder ausgebildet und am Rand des Ventilsitzes 5 abgestützt ist. Alle übrigen Merkmale und Funktionen entsprechen zumindest im Wesentlichen der Anordnung nach Fig. 2.
Patentansprüche:

Claims

... Patentansprüche:

1. Gasdosierventil als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum (1) eines HubkolbenGasmotors, mit einem mittels eines Elektromagneten (2) gegen den Gasdruck und die Kraft einer Schliessfeder (4) von einem Ventilsitz (5) abhebbaren Schliesskörper (6) und einem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil (7), dadurch gekennzeichnet , dass der Ventilsitz (5) in Schliessrichtung (8) des Schliesskörpers (6) von einer separaten Rückschlagfeder (9) belastet an einem gehäusefesten Anschlag (10) anliegt und vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schliessfeder (4), Rückschlagfeder (9) und Gasdruck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse (11) abgedichtet zusammen mit dem Schliesskörper (6) bis zu dessen Anlage an einem Rückschlaganschlag (14) verschieblich ist, wobei die vom brennraumseitigen Druck auf den Schliesskörper (6)

ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag (14) kleiner ist als die von Gasdruck und Schliessfeder (4) auf den Schliesskörper (6) ausgeübte Zuhaltekraft.

1. Gasdosierventil als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum (1) eines HubkolbenGasmotors, mit einem mittels eines Elektromagneten (2) gegen den Gasdruck und die Kraft einer Schliessfeder (4) von einem Ventilsitz (5) abhebbaren Schliesskörper (6) und einem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil (7), dadurch gekennzeichnet , dass der Ventilsitz (5) in Schliessrichtung (8) des Schliesskörpers (6) von einer separaten Rückschlagfeder (8) belastet an einem gehäusefesten Anschlag (10) anliegt und vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schliessfeder (4), Rückschlagfeder (9) und Gasdruck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse (11) abgedichtet zusammen mit dem Schliesskörper (6) bis zu dessen Anlage an einem Rückschlaganschlag (14) verschieblich ist, wobei die vom brennraumseitigen Druck auf den Schliesskörper (6)

2. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagfeder (9) als Spiraldruckfeder ausgebildet und den Schliesskörper (6) umgebend am äusseren Rand des scheibenförmigen Ventilsitzes (5) abgestützt ist.

3. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagfeder (9) als Tellerfeder ausgebildet und am Rand des Ventilsitzes (5) abgestützt ist.

4. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlaganschlag (14) als ringförmiger Teil mit Umfangsdurchbrechungen zur Zuführung von Gas zum Ventilsitz (5) bzw. Schliesskörper (6) ausgebildet und zwischen Schliesskörper (6) und Ventilgehäuse (11, 18) angeordnet ist.

Aktenz.: A 1859/2005 Klasse: F 16 K

Patentansprüche:

4. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlaganschlag (14) als ringförmiger Teil mit Umfangsdurchbrechungen zur Zuführung von Gas zum Ventilsitz (5) und/oder Schliesskörper (6) ausgebildet und zwischen Schliesskörper (6) und dem Ventilgehäuse (11) oder einer Führungshülse (18) angeordnet ist.

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